Recent studies have suggested that an increasingly large proportion of a building's energy cost consists of energy consumption during the building process, before the building becomes operational. A large part of this "early energy" consists of indirect energy that has been used to manufacture building materials and components and to transport material to the construction site. Furthermore, there is the more direct energy used in construction projects such as construction electricity, district heating, LPG and diesel fuel used on-site. These costs are in a more direct and comprehensible way linked to the construction site and can be influenced by the developer and / or contractor. Therefore, this report focuses primarily on the direct energy involved during a building’s constructions phase. The problems that exist today are several. For example, both clients and contractors have very poor means of monitoring energy consumption on construction sites thus making it difficult to optimize the costs. There are no reliable statistics regarding energy usage, which makes it difficult to analyze problems and to suggest improvements. One of the reasons is that the cost of construction energy, or at least the monetary value of the potential savings, is considered to be negligible in the context of a major construction project and the subject has therefore rather low priority. Furthermore, the clients rely heavily on the contractor’s expertise and have big faith in the contractor’s ability to optimize energy usage. On the other hand, contractors assume that the customers are fully informed and aware of their own needs and that the contractor should only offer what the customer asks for, as cheaply as possible. However, it would be possible for both parties to make substantial savings by adopting a more efficient energy management. In order to achieve this, construction energy issues have to be considered early in the planning process and throughout the entire project. The best results are achieved when the developer and contractor share a common vision and there is open exchange of knowledge and experience. To facilitate this dialogue and to create a tool to address the issue early in the project, this exam-work has led to a prototype for a template that is intended to be used as a letter of intent between the parties, by which they can jointly or individually clarify and specify their energy goals within a specific project / Nya utredningar tyder på att en allt större andel av en byggnads energiåtgång återfinns i de tidiga skedena, innan huset ännu tagits i drift, det vill säga under produktionsfasen. En stor del av denna "tidiga energi" består av indirekt energi som har använts i framställningen av byggmaterial och byggnadskomponenter samt till transporter för att få materialet på plats. Därtill finns den mer direkta energin, i form av byggström, fjärrvärme, gasol och diesel som används på byggena. Dessa kostnader är på ett mer direkt och lättöverskådligt sätt knutna till byggarbetsplatsen och bakomliggande processer är något som beställare och entreprenör har inflytande över och kan förbättra. Följaktligen kommer denna rapport främst behandla den direkta energin som används under en byggnads uppförandefas. Problemen som finns idag är flera. Delvis har många aktörer, både på beställar- och utförarsidan, bristfälligt statistiskt underlag angående byggenergin. Detta resulterar i en undermålig eller obefintlig uppföljning och identifiering av förbättringsmöjligheter gällande energianvändningen. En bidragande anledning till problemet är att kostnaden för byggenergi, eller åtminstone det monetära värdet av en potentiell besparing, av många anses som en försumbar del av ett stort byggprojekt och frågan blir därför nedprioriterad. Vidare verkar det inom beställarleden finnas en viss överdriven tilltro till entreprenörernas expertis och vilja att utveckla branschen i energihänseende medan det omvända förhållandet delvis råder bland entreprenörerna, där man utgår från att kunderna är aktiva beställare som vet vad de vill ha. Entreprenörerna föreslår sällan alternativa lösningar utan försöker snarare uppfylla kundernas kravspecifikationer till ett så billigt pris som möjligt. Det skulle dock kunna vara möjligt för bägge parter att spara både pengar och koldioxid genom en effektivare energihantering. Dessa åtgärder kräver att byggenergifrågan finns med tidigt i projekten och i planeringsprocessen. Allra bäst resultat uppnås när beställare och entreprenör har en gemensam målbild och ett öppet utbyte av kunskaper och erfarenheter. För att underlätta denna dialog har vi tagit fram ett förslag till en mall som är tänkt att fungera som en intentionsförklaring mellan parterna varigenom man gemensamt eller individuellt kan tydliggöra och konkretisera energimålen i byggprojekten. Vi har även tagit fram förslag till formuleringar gällande energieffektivitet som kan inkluderas vid upphandlingar.

The choice of heating system in new residential buildings has a significant effect onthe total life cycle-cost. Rising energy prices and tougher energy demands for newbuildings creates incentive for energy- and cost-efficient solutions. The purpose ofthis project is therefore to investigate how the choice and sizing of a heating systemin a building can be performed with focus on cost-efficiency. The project is conducted as a case study on a residential building during the buildingphase on behalf of INTEC Dalarna AB, a technical engineering company. The project aim is to answer the following questions: – What heating system of district heating, ground source heat pumps or air towater heat pumps is the most cost-effective for a new residential building inthe middle of Sweden? – Is there a specific combination of a heat pump of arbitrary size and peak heating system that is particularly advantageous for the building? – Is IDA ICE suitable for simulation of energy use in buildings with heatpumps? – Does high energy-efficiency also mean high cost-efficiency for the building? The questions will be answered with building simulation software IDA Indoor Climate and Energy along with capital budgeting. The capital budgeting will be performed with net present value and payoff period for the heat pumps over choosingdistrict heating. The results of the project show that a system with ground source heat pumps with acapacity of 50 percent of the annual peak heat demand and electricity for peak loadsis the most cost-efficient option for the building. However, the most energy efficient option is a ground source heat pump with a capacity of 50 percent of the annual peak heat demand with district heating for peak loads. The project also shows that IDA ICE is suitable for simulating the performance of heat pumps in buildings.The conclusion is that a smaller system of ground source is more cost-efficient forthe building, and that the most energy efficient option is not always equal to themost cost-efficient over time.

Fjärrvärmen utgör omkring hälften av all uppvärmning som sker i Sverige idag och har utöver det en viktig roll då den tar vara på mycket energi som annars hade gått till spillo. Att kunna vara ekonomiskt konkurrenskraftig gentemot andra uppvärmningsalternativ är en viktig del för fjärrvärmens fortsatta utveckling. Det finns flera alternativ och möjligheter att göra detta, ett av dem är att hålla nere driftkostnaderna. Det kan bland annat göras genom att minska tryckfallen i näten, som även kan ge en ökad expansionsmöjlighet. Idag används främst avstängningsventiler med reducerande genomlopp i näten, främst på grund av den billigare investeringen. Trots detta saknas en kunskap om hur dessa ventiler påverkar näten sett till tryckfall, drift- och investeringskostnader jämfört med ventiler med fullt genomlopp. För att undersöka detta har två metoder använts för att komplettera varandra och öka förståelsen för ventilerna. Den första metoden beräknade det generella fallet teoretiskt för att se vid vilka flöden som ventiler med fullt genomlopp är mer gynnsamma. Den andra metoden beräknade ett specifikt fall med simuleringar i ett verkligt nät med de olika ventilerna och beräkna vilken som är den mest ekonomiskt gynnsamma. Resultaten av det generella fallet visar att ventiler med fullt genomlopp blir mer gynnsamma när flödeshastigheten överstiger omkring 1 m/s, oavsett dimension, beräknat på under 30 år med ett elpris på 1,50 kr/kWh. Vid dimensionering av nät är det vanligt att använda 1,5 - 2,0 m/s, detta utgör ofta en liten del av nätets drifttid och är ofta lägre. Beräkning av det specifika fallet visade att ventiler med reducerande genomlopp är det ekonomiska alternativet då återbetalningstiden för ventiler med fullt genomlopp var över 600 år vid 1,50 kr/kWh. Utifrån detta kan slutsatsen dras att ventiler med fullt genomlopp inte bör ersätta reducerande genomlopp, utan att det i stället handlar om att identifiera de delar i nätet som utgör, eller kan komma att utgöra, en strypning eller förträngning i nätet där höga flödeshastigheter kan förekomma och möjligtvis byta till fullt genomlopp. / District heating makes up about half of all heating that takes place in Sweden today and, in addition to that, has an important role as it makes use of a lot of energy that would otherwise have been wasted. Being able to be economically competitive against other heating alternatives is an important part of the continued development of district heating. There are several options to do this, one of which is to keep operating costs down. This can be done by reducing the pressure drops in the networks, which can also provide an increased possibility of expansion. Today, shut-off valves with reducing throughput are mainly used in networks, often because of the cheaper investment. Despite this, there is a lack of knowledge about how these valves affect the networks, which is attributed to pressure drop, operating and investment costs compared to valves with full flow. To investigate this, two methods have been used to complement each other and increase the understanding of the valves. In the first method, the general case is calculated theoretically to see at which flows valves with full flow are advantageous. The second method calculates a specific case with simulations in a real network with the different valves and calculates which one is the most economically advantageous. The results of the general case show that valves with full flow become more advantageous when the flow rate exceeds about 1 m/s, regardless of dimension, calculated over 30 years with an electricity price of SEK 1.50 /kWh. When dimensioning networks, 1.5 - 2.0 m/s is a common value, this often constitutes a small part of the network's operating time and is often lower. Calculation of the specific case showed that valves with reducing throughput are the economic alternative as the payback period for valves with full throughput was over 600 years at SEK 1.50/kWh. Based on this, the conclusion can be drawn that valves with full throughput should not replace reducing throughput, but that it is instead a question of identifying the parts of the network that constitute a throttling or constriction in the network where high flow rates can occur and possibly switch to valves with full throughput.

Den här examensarbete är en utredning av värmeförluster och ekonmiska besparingar av olika fjärrvärmerör. En fiktiv fjärrvärmeförläggning på 100m, för respektive dimension av fjärrvärmerör, har legat till grund för beräkningarna. Syftet är att få en klar bild på hur lönsamt det är att använda sig utav isoleringsserie 3 istället för isoleringsserie 2 alternativt dubbelrör med isoleringsserie 2 när förutsättningar tillåter detta.Resultaten visar att dubbelrör i mindre dimensioner har en lägreinvesteringskostnad, har lägre värmeförluster och ger en större vinst än vad enkelrör serie 2 och serie 3. För dubbelrör i större dimensioner så är investeringskostnaderna något högre men värmeförlusterna mycket lägre.I jämförelsen mellan serie 2 och serie 3 så är serie 3 lönsamt i båda fallen.Dessa resultat visar att det gynnar fjärrvärmenätägare i längden att använda sig utav en högre isoleringsserie alternativt dubbelrör.Examensarbetet har ej utrett miljöpåverkan av respektive rör, ej heller har kontirör undersökts. / This thesis is an evaluation of heat losses and economical savings for different types of district heating pipes. Calculations have been based on a fictional district heating system with the length 100m, for each district heating pipe dimension. The cause is to get a clear image of how profitable it is to use a higher series of insulation alternatively using twin pipes when it’s possible.The results show that twin pipes in lower dimensions has a lower investment cost, less heat losses and is more profitable than insulation series 2 and series 3. When it comes to twin pipes with a higher dimension the investment cost is slightly higher than single pipe insulation series 3, though the heat losses are much lower.The comparison between series 2 and series 3 show that series 3 is more profitable in both cases.These results show that it’s profitable for the network owners in the long-term to use either a higher insulation series or twin pipes.No evaluation of neither the impact on the environment or district heating pipes with diffusion barrier, has been done.

The building sector is a significant contributor to global greenhouse gas emissions, necessitating the development of energy-efficient measures to address environmental concerns. The availability of building energy data sets enables the application of data analysis techniques to assess building energy conditions, providing greater potential for evaluating building energy demands. This research centers on the evaluation of three distinct Campuses in Stockholm, including KTH, Frescati, and Solna buildings. The analysis encompasses two critical dimensions: the first related to energy performance certificates, while the second leverages data from the Akademiska Hus database. The information gathered from the Akademiska Hus database is obtained by using a web application developed at KTH Energy Technology, which was mainly available for internal usage. Examination of energy performance certificates reveals a crucial distinction among buildings concerning their energy utilization, construction year, and activity areas. Buildings categorized with energy performance levels E, F, and G emerge as critical areas demanding urgent evaluations. By inspecting data from the Akademiska Hus database, the study evaluates district heating, district cooling, and electricity variations in relation to outdoor temperature fluctuations during 2022. This analysis uncovers notable anomalies in buildings' energy demands. KTH and Solna buildings present abrupt district cooling and district heating variations, as well as high district cooling values during winter, and high district heating values during summer. While some Frescati and Solna buildings evidence constant district heating and district cooling values as an anomaly, along with high district cooling and district heating values during winter and summer periods, respectively. In conclusion, this study recommends in-depth assessments and the implementation of energyefficient measures for buildings classified with energy performance levels E, F, and G linked to large energy variation anomalies. The aim is to recognize the sources of these anomalies and enhance overall energy performance. Notably, KTH and Solna Campuses are identified as areas warranting immediate attention / Byggsektorn är en betydande bidragsgivare till globala utsläpp av växthusgaser, vilket kräver utveckling av energieffektiva åtgärder för att hantera miljöproblem. Tillgången till byggnadsenergidatauppsättningar möjliggör tillämpning av dataanalystekniker för att bedöma byggnaders energiförhållanden, vilket ger större potential för att utvärdera byggnaders energibehov. Denna forskning fokuserar på utvärdering av tre distinkta Campus i Stockholm, inklusive KTH, Frescati och Solna-byggnaderna. Analysen omfattar två kritiska dimensioner: den första avser energicertifikat, medan den andra utnyttjar data från Akademiska Hus energiplattform. Granskning av energicertifikat visar en avgörande skillnad mellan byggnader när det gäller deras energianvändning, ålder och verksamhetsområden. Byggnader kategoriserade med energiprestandanivåerna E, F och G framstår som kritiska områden som kräver brådskande utvärderingar. Genom att granska data från Akademiska Hus energiplattform utvärderar studien fjärrvärme-, fjärrkyla- och elvariationer i relation till utomhustemperaturfluktuationer under 2022. Denna analys avslöjar betydande anomalier i byggnaders energibehov. KTH och Solnas byggnader uppvisar abrupta fjärrkyla- och fjärrvärmevariationer, samt höga fjärrkylavärden under vinter noch höga fjärrvärmevärden under sommaren. Medan vissa Frescati- och Solna-byggnader visar konstanta fjärrvärme- och fjärrkylavärden som en anomali, tillsammans med höga fjärrkyla och fjärrvärmevärden under vinter- respektive sommarperioder. Sammanfattningsvis rekommenderar denna studie fördjupade bedömningar och genomförande av energieffektiva åtgärder för byggnader klassificerade med energiprestandanivåer E, F och G kopplade till stora energivariationer. Syftet är att lokalisera källorna till dessa anomalier och förbättra den övergripande energiprestanda. Noterbart är att Campus KTH och Solna har en framträdande plats som områden som kräver omedelbar uppmärksamhet.

This work includes modelling of decarbonization scenarios at the scale of an urban area, providing policy insights and a methodology focusing on introducing district heating and maintaining the existing gas distribution network in a case study. With a focus on reducing gas consumption in the residential and tertiary sectors, the research integrates scenario developments giving a methodology to develop district heating, requiring a careful balance in selecting the optimal scale for city-wide analysis. The study assesses the fate of existing gas networks. The development of district heating can affect the use of gas, particularly in residential or tertiary buildings. This thesis assesses potential use cases of existing gas networks by identifying certain criteria. Among them are industrial, tertiary or residential consumption, the presence of a district heating network, or the number of homes using individual gas heating. These criteria make it possible to define areas where the question of removing the gas distribution network can be raised, and other areas where the gas distribution network must be retained even if gas consumption falls sharply between 2019 and 2050. By reviewing the relevant literature, detailing the research questions and presenting a comprehensive methodology of scenario modelling, the thesis provides policy insights and a methodology to develop district heating at the scale of an urban area while addressing the future of existing gas infrastructure. / Detta arbete ger en modellering av scenarier för minskade koldioxidutsläpp i stadsområden, samt ger policyinsikter och metodik med fokus på införandet av fjärrvärme och underhållet av det befintliga gasdistributionsnätet som en fallstudie. Med fokus på att minska gasförbrukningen i bostads- och tjänstesektorerna integrerar forskningen scenarioutveckling med en metod för att utveckla fjärrvärme, vilket kräver en noggrann avvägning för att välja den optimala skalan för stadsomfattande analys. I studien bedöms vad som ska hända med befintliga gasnät. Utvecklingen av fjärrvärme kan påverka användningenav gas, särskilt i bostads- eller tertiärbyggnader. Denna avhandling bedömer potentiella användningsfall befintliga gasnät genom att identifiera kriterier baserade på faktorer som industriell, tertiär tertiär eller bostadsförbrukning, förekomsten av ett fjärrvärmenät eller antalet av bostäder som använder individuell gasuppvärmning, till exempel. Dessa kriterier gör det möjligt att definiera områden där frågan om att ta bort gasdistributionsnätet kan väckas, och andra områden där gasdistributionsnätet måste behållas även om förbrukningen förbrukningen minskar kraftigt mellan 2019 och 2050. Genom att granska den relevanta litteraturen, specificera forskningsfrågorna och presentera en omfattande metod för scenariomodellering, ger avhandlingen ett värdefullt exempel på hur man kan ge politisk insikt och metodik för att utveckla fjärrvärme i ett stadsområde samtidigt som man tar itu med framtiden för befintlig gasinfrastruktur.

I den här rapporten har fokus varit att undersöka och identifiera förbättringsområden i användandet av  fjärrvärme inom dagens fjärrvärmesystem. Rapporten är huvudsakligen en teoretisk studie som är kombinerad med egna simuleringar via programvaran NetSim.  Användningen av fjärrvärme utvecklas ständigt och i dagsläget används främst tredje generationens fjärrvärme med en pågående utveckling av fjärde generationens fjärrvärme. Fjärrvärme kan produceras via olika anläggningar  där kraftvärme har  valts att avgränsa och fokusera på. Den producerade fjärrvärmen inom Sverige består av en framledningstemperatur med ett medelvärde av +86 ̊C och +47,2 ̊C i returledningen. Rapporten inriktar sig specifikt på användning av fjärrvärme inom bostads-  och service sektorn där fjärrvärme stod för 31% av uppvärmningsbehovet år 2019. Detta skapar en bra grund för argumentet att effektivisera dess användning vilket kan möjliggöras utanför byggnaden i fjärrvärmenätet men även inuti byggnaden.   Genomförandet har varit att ta fram slutsatser via simuleringar, tidigare forskning samt litteratur. Programvaran NetSim som är utvecklat för fjärrvärmesimuleringar användes för att simulera och undersöka hur fjärrvärmenätet påverkas utifrån tre olika scenarion (i) referensscenario (ii) lägre nättemperatur (iii) lägre nättemperatur vid högre påfrestning i fjärrvärmenätet.  Scenarierna  reflekterar  dagens fjärrvärmenät och vilken potential som finns inom framtida fjärde generationens fjärrvärmenät.   De resultat rapporten visar är att det finns potential för ett antal förbättringar inom fjärrvärmesystemet, första förbättringen är kring ändring av kopplingsprincip i fjärrvärmecentralen. Olika kopplingar har potential att uppnå olika returtemperatur utifrån dess utformning. De principer som studerades var parallell-, tvåstegs-, trestegs- och seriekoppling, där trestegskoppling åstadkom lägst returtemperatur på bekostnad av ökad komplexitet, miljöpåverkan och pris. Andra förbättringen är att frångå användningen av varmvattencirkulation då det estimeras att det stå för omkring 10 – 20% av flödet i fjärrvärmesystemet, det leder till en ökad returledningstemperatur vilket är ej något som eftersträvas. Lösningen är introduktionen av en tredje ledning som återcirkulerar varmt vatten från framledningen tillbaka till framledningen igen fast i ett tidigare skede.   Framtidens fjärde generation för med sig stora förbättringar vilket visades i litteratur, tidigare forskning och egna simuleringar men det är i ett tidigt skede än. Endast tio projekt kring fjärde generationen hade startat eller planerades i Sverige år 2020. Fjärde generationen medför lägre nättemperatur med en framledningstemperaturen kring +50 ̊C till +55 ̊C och en returtemperatur på omkring +20 ̊C. Den lägre nättemperatur ger möjlighet till användning av lägenhetsväxlare i flerbostadshus i stället för en gemensam fjärrvärmecentral på botten-  eller källarplan, det eliminerar användningen av varmvattencirkulation och risk för Legionella. Lägre nättemperatur möjliggör även att större mängd elektricitet i kraftvärmeverk kan produceras vid samma värmebehov samtidigt som högre effekt uppnås med rökgaskondensering ifall kraftvärmeverket använder sig av det.  Det noteras även  att  det bör finnas  större initiativ  för  fjärrvärmekunder  att sänka dess returledningstemperatur antingen via ekonomiska medel eller alternativa lösningar. I dagsläget finns det ej tillräckligt stort incitament för kunden att vilja genomgå en förändring, en förändring som har potential att påverka nätet positivt ur ett ekonomiskt och miljömässigt perspektiv. / The focus of this report has been to investigate and identify areas for improvement in the use of district heat  within  our  current  district heating system. The report is mainly a theoretical study combined with own simulations via the software NetSim.   The use of district heating is constantly evolving and currently mainly third generation district heating is used with ongoing development of fourth generation district heating. District heating can be produced by different plants, where  CHP-plants  has been chosen to be delimited and focused on. The district heat produced within Sweden consists of a supply temperature with an average value of +86 ̊C and +47.2 ̊C in the return line. The report focuses specifically on the use of district heating in the residential and service sector where district heating accounted for 31% of the heating demand in 2019. This creates a good basis for the argument to make its use more efficient which can be made possible outside the building in the district heating network but also inside the building.    The methodology  has been to  develop  conclusions via simulations, previous research, and literature. The NetSim software developed for district heating simulations was used to simulate and investigate the impact on the district heating network based on three different scenarios (i) reference scenario (ii) lower network temperature (iii) lower network temperature at higher demand in the district heating network. The scenarios reflect the current district heating network and the potential of the future fourth generation district heating network.    The results of the report show that there is potential for a number of improvements in the district heating system, the first improvement is around the change of the coupling principle in the district heating plant. Different couplings have the potential to achieve different return temperatures depending on their design. The principles studied were parallel, two-stage, three-stage and series coupling, where three-stage coupling achieved the lowest return temperature at the cost of increased complexity, environmental impact, and price. The second improvement is to abandon the use of hot water circulation as it is estimated to account for around 10 - 20% of the flow in the district heating system, leading to an increased return line temperature which is not desirable. The solution is the introduction of a third pipe that recirculates hot water from the supply line back to the supply line again but at an earlier stage.    The fourth generation of the future brings great improvements  which has been  shown in literature, previous research, and own simulations but it is in an early stage yet. Only ten fourth generation projects had started or were planned in Sweden in 2020. Fourth generation brings lower net temperature with a supply temperature around +50 ̊C to +55 ̊C  and a return temperature of around +20 ̊C. The lower net temperature allows the use of apartment exchangers in apartment buildings instead of a collective  district heating  substation  on the ground or basement level, it eliminates the use of hot water circulation and the risk of Legionella. Lower net temperature also allows a larger amount of electricity to be produced in CHP-plants for the same heating demand, while higher output can be achieved with flue gas condensation if the CHP-plant uses it.   It is also noted that greater initiative should be given to district heating customers to lower their return line temperature either through financial means or alternative solutions. At present, there is not enough incentive for the customer to want to undergo a change, a change that has the potential to positively impact the network from an economic and environmental perspective.

Heat production together with electricity production stands for 31% of the global CO2 emissions. The production is as of today still highly dependent on fossil fuels, with a global district energy mix share of fossil fuels of 90%. To stay in line with the Paris Agreement, district heating must be configured away from fossil fuels by utilizing new emission free heat sources as well as creating higher energy efficient cities by incorporating more waste heat recovery. Helsinki has a District Heating (DH) dominated by fossil fuels and proclaimed goals of becoming carbon-­neutral by 2035, as of 2020 the annual heat demand in the city was 6.4TWh of heat. To do so, there is a need for research to investigate ways to include carbon-­free heat sources into the current heating system. There is currently a limited amount of literature available in this area and from the identified research gap the following main research question was developed. How can Helsinki achieve carbon-­free district heating? To easier answer the main research question, three three sub­questions were developed. (1) How large is the energy potential for non­-carbon based heat sources in Helsinki for district heating? (2) Where are the heat sources located? (3) What are the techno-­economic implications of the heat sources? A high resolution heat source mapping and spatial analysis was conducted for the city of Helsinki where low grade heat sources were to be identified for the purpose of district heating. The work focused on the following heat sources: Grocery Retail, Ice Rinks, Subway Stations, Data Centers, Wastewater, Sea Water Heat Pumps and Geothermal Energy. The developed model consists of five steps: (1) Heat source identification, (2) Technical potential evaluation, (3) DH-network mapping & Spatial analysis, (4) Economic model, and (5) Techno-­Economic evaluation. A total of 363 heat source points was identified and evaluated. The combined results of the heat sources were a total capacity of 1257.56 MW with a resulting total annual heat production of 7008.31 GWh. The majority of the capacity and heat was contributed from seawater heat pumps and geothermal heat pumps. Around 84% of the mapped heat sources were within 100 meters of the current district heating piping network. The economical findings show that a majority of the heat sources yield a positive net present value and a discounted payback period of below 11 years. The levelized cost of heat was within reasonable expectations when compared to existing data where Data centers showed the most promising result. The study can conclude that Helsinki can potentially achieve a non-­carbon­ based district heating system with a sufficient heat production management strategy. / Värme­- och elproduktionen står tillsammans för 31% av de globala koldioxidutsläppen. Produktionen är idag fortfarande starkt beroende av fossila bränslen med en global andel fossila bränslen i fjärrvärmeblandningen på 90%. För att hålla sig i linje med Parisavtalet måste fjärrvärmen konfigureras bort från fossila bränslen genom att utnyttja nya utsläppsfria värmekällor samt skapa mer energieffektiva städer genom att utnyttja mer återvinning av spillvärme. Helsingfors har en fjärrvärme som domineras av fossila bränslen och har utsatt mål om att bli koldioxidneutralt senast 2035, vid 2020 hade staden en årlig värmekonsumption på 6.4 TWh. För att uppnå detta behövs forskning för att undersöka hur man kan inkludera koldioxidfria värmekällor i det nuvarande värmesystemet. Det finns för närvarande bristfällig mängd litteratur på detta område och utifrån den identifierade forskningsluckan utvecklades följande huvudsakliga forskningsfråga. Hur kan Helsingfors uppnå koldioxidfri fjärrvärme? För att lättare kunna besvara huvudfrågan utvecklades tre underfrågor. (1) Hur stor är energipotentialen för icke kolbaserade värmekällori Helsingfors för fjärrvärme? (2) Var finns värmekällorna? (3) Vilka är de tekno-­ekonomiska konsekvenserna av värmekällorna? En högupplöst kartläggning av värmekällor och en rumslig analys genomfördes för Helsingfors stad där lågkvalitativa värmekällor skulle identifieras för fjärrvärme. Arbetet fokuserade på följande värmekällor: Livsmedelsbutiker, isbanor, tunnelbanestationer, datacenter, avloppsvatten, värmepumpar för havsvatten och geotermisk energi. Den utvecklade modellen består av fem steg: (1) Identifiering av värmekällor, (2) Utvärdering av teknisk potential, (3) Kartläggning av DH­-nätverk och rumslig analys, (4) Ekonomisk modell och (5) Teknisk-ekonomisk utvärdering. Totalt 363 värmekällor identifierades och utvärderades. De kombinerade resultaten av värmekällorna var en total kapacitet på 1,257.56 MW med en total årlig värmeproduktion på 7,088.31 GWh. Merparten av kapaciteten och värmen kom från havsvattenvärmepumpar och geotermisk värme. Cirka 84% av de kartlagda värmekällorna låg inom 100 meter från det nuvarande fjärrvärmerörnätet. De ekonomiska resultaten visar att majoriteten av värmekällorna gav ett positivt nettonuvärde och en diskonterad återbetalningstid på mindre än 11 år. Den standardiserade kostnaden för värme låg inom rimliga gränser när den jämförs med befintliga data, där datacenter visade det mest lovande resultatet. Givet studiens resultat kan slutsatsen erhållas att Helsingfors potentiellt kan uppnå ett fossilfritt fjärrvärmesystem med en tillräcklig produktions-­ och värmehanteringsstrategi för fjärrvärme.

District heating (DH) is of great significance for the Nordic countries due to the high heat demand especially in the winter. In Finland, 40% of heat was generated by fossil fuels in DH system, and DH sector emits 10% of the total emissions. The Finnish government aims to achieve carbon neutrality as the national goal by 2035. This study aims to evaluate the decarbonization objectives of each city (i.e. Helsinki capital city, Espoo and Vantaa) in the Helsinki metropolitan area and their influences on DH oper-ation from 2010 to 2030 by energyPRO. A model of a joint DH system with the interconnec-tions between Helsinki-Espoo and Helsinki-Vantaa is developed, in order to describe the whole Helsinki metropolitan area DH under the decarbonization objectives. The study pro-vides a least-cost DH operation solution while matching the supply and demand conditions. The optimum performance of the DH is simulated considering different operation strategies (technical aspect), operation expenditures (economic aspect), CO2 emission (environmental aspect). The results are presented from 2010 to 2030 in five years intervals. From the technological option, heat pump has great potential operating in DH in the Helsinki metropolitan area, it will be turned from peak load producer to the baseload heat producer. Instead, heat pro-duced by combined heat and power plants (CHPs) will not be dominant in DH system in the future year. Waste incineration power plant in Vantaa will increase the total annual opera-tion time to about 7000h, it will export more heat to Helsinki city when heat transmission is allowed. From the economic aspect, average heat production cost will decrease with more biomass penetration and heat recovery technology implemented in the future year. Natural gas may appear less profitable with higher CO2 prices after phasing out the coal. About cli-mate change impact, CO2 emission has an 88% reduction in 2030 compared with 2010. / Fjärrvärme (DH) har stor betydelse för de nordiska länderna på grund av det höga värmebe-hovet, särskilt på vintern. I Finland genererades 40% av värmen, i DH-systemet av fossila bränslen och DH-sektorn släpper ut 10% av de totala utsläppen. Finlands regering strävar efter att uppnå koldioxidneutralitet som ett nationellt mål år 2035. Denna studie syftar till att utvärdera målen för koldioxidutsläpp för varje stad i Helsingfors storstadsområde (d.v.s. Helsingfors huvudstad, Esbo och Vanda) och deras påverkan på DH-drift från 2010 till 2030 av energyPRO. En modell av ett gemensamt DH-system med sammankopplingarna mellan Helsingfors-Esbo och Helsingfors-Vanda utvecklas för att beskriva hela Helsingfors storstadsregions DH under målen för koldioxidutsläpp. Studien ger en billig DH-driftslösning samtidigt som utbud och efterfrågan stämmer överens. Den optimala prestandan för DH simuleras med beaktande av olika driftsstrategier (teknisk aspekt), driftskostnader (ekonomisk aspekt), CO2-utsläpp (miljöaspekt). Resultaten presenteras från 2010 till 2030 i femårsintervaller. Från det tekniska alternativet har värmepumpen en stor potential i DH i huvudstadsregionen, den kommer att förvandlas från topplastproducent till baslastvärmeproducent. Istället kommer värme som produceras av kraftvärmeverk inte vara dominerande I DH-systemet under det kommande året. Avfallsförbränningsanläggningen i Vanda kommer att öka den totala årliga drifttiden till cirka 7000 timmar, den kommer att exportera mer värme till Helsingfors när överföringen tillåts. Ur ekonomisk aspect kommer den genomsnittliga värmeproduktionskostnaden att minska i takt med större penetration av biomass samt värmeåtervinningsteknik som imple-menteras under det kommande året. Naturgas kan verka mindre lönsamt med högre koldi-oxidpris efter att kolet fasats ut. Vad gäller klimatförändringarnas påverkan så minskar koldioxidutsläppen med 90% år 2030 jämfört med 2010.

Large-scale infrastructure projects are risky ventures, often subjected to poor performance. Time and cost are often escalating beyond estimation while quality and benefits remain unchanged. However, little is known about the project performance in the district heating sector, which serves as basic infrastructure and plays an important role in regional energy transitions. This thesis aims to explore the project performance of large-scale infrastructure projects within the energy sector, particularly the district heating setting to enhance the knowledge of large-scale project performance, and further explore what factors contribute to explaining the performance of large-scale projects within this setting. To fulfil the purpose of this thesis, a multiple case study was conducted in a Swedish district heating setting. A review of relevant literature served as a complement to the primary data retrieved from the cases, laying a theoretical foundation for analysis. The empirical study consists of three parts. The first phase consisted of 18 interviews conducted with people at various positions within the case company to get a holistic picture of the problem and to select the nine cases focused on within this study. The second phase consisted of gathering qualitative and quantitative data on project performance, while the last phase consisted of nine in-depth interviews with the project managers of the nine selected projects. This thesis found a varying project performance, with a mean cost escalation of 12.9 percent and a time increase of 140 days on average. Similar to other studies, large-scale energy infrastructure projects have a tendency to fail rather than succeed when compared to the Iron Triangle criterias, cost, time and quality. Insufficient planning and procurement, weak leadership and ill-performing contractors are significant factors that have a large negative impact on performance. In addition, scope change, environmental context and luck are also shown to impact project performance. Limited evidence on whether political factors have a substantial impact on project performance has been found, in contrast to a large segment within earlier literature. Strong teamwork, both internally within the project team and externally with contracting parties can help neutralise any poor performance caused by any of the above-mentioned factors. The thesis contributes to the literature by discussing large-scale energy infrastructure performance. It is known that large-scale projects are complex and uncertain endeavours and by analysing project performance, knowledge can be enhanced not only on what went wrong but also on what went right. With a global sustainability transition and decarbonisation, energy infrastructure is going to experience large investments in the years to come. With this in mind, developing the most sustainable best practices and prudent project objectives can help project managers to embrace uncertainty and make the right decisions to enhance project performance. / Storskaliga infrastrukturprojekt är ofta riskfyllda, och levererar sällan i linje med uppsatta mål. Både projektens tid och kostnad eskalerar långt bortom de initiala estimeringar som gjorts medan kvalitén och investeringens förmåner förblir oförändrade. Fjärrvärmesektorn är en viktig del i Sveriges energisystem men behöver ständigt tackla dyra investeringar med låg lönsamhet. Syftet med denna uppsats var att undersöka storskaliga infrastrukturprojekt inom energisektorn, i synnerhet med fokus på fjärrvärme, för att öka kunskapen om projektens resultat gällande tid, kostnad och kvalité samt att utforska vilka faktorer som påverkar utfallet av storskaliga projekt i denna sektor. För att uppfylla syftet med denna studie så valdes en flerfallsstudie med en kombination av kvalitativ och kvantitativ metod tillsammans med en genomgång av relevant litteratur. Litteraturstudien fungerade som ett komplement till den projektspecifika informationen som samlades in och la grunden till det teoretiska ramverk som användes under analysen. Den empiriska studien bestod av tre delar. I den första delen utfördes 18 intervjuer med anställda på olika positioner inom företaget, syftet med dessa intervjuer var att få en holistisk bild av problemet samt att välja ut de nio projekt som analyserades vidare. Fokus för studiens andra del var att samla in kvantitativa och kvalitativa data för de nio projekten medan den sista delen bestod av intervjuer med projektledarna för de nio utvalda projekten. Studien visade på ett varierande resultat gällande projektens utfall där medelvärdet för kostnadsöverskridningar var 12,9 procent och medelvärdet för tidsfördröjningar var 140 dagar. I linje med tidigare studier så har storskaliga energiprojekt en tendens att misslyckas gällande att uppfylla både tidoch kostnadskriterier. De främsta faktorerna som påverkade projektens utfall var otillräcklig planering, en ofördelaktig inköpsstrategi, svagt ledarskap samt entreprenörer som presterade dåligt. Utöver dessa så påverkade även förändringar av projektets omfattning, projektets omgivande kontext och ren och skär tur projektens utfall. Politiska faktorer var ej en framträdande faktor i denna studie, till skillnad från tidigare litteratur där politiska faktorer ofta är i fokus. En sammansvetsad projektgrupp, både internt och externt med avtalade parter, visade sig kunna neutralisera de ovan nämnda faktorerna så att det övergripande utfallet ändå blev bra. Storskaliga energiprojekt är både komplexa och osäkra investeringar. Genom att studera projekts utfall och prestation kan insikter fås inte bara kring vad som gick fel utan också kring vad som gick rätt. Stora investeringar kommer att krävas inom energisektorn under kommande år för att möjliggöra den hållbara omställning som krävs på global nivå. Att etablera bra och hållbara metoder med försiktiga projektmål kan hjälpa projektledningen att flytta fokus från att minimera riskerna till att istället omfamna osäkerheten och fatta rätt beslut på bra grunder.