This thesis has been carried out on behalf of IV Produkt AB and intends to set an average ratio of thermal energy losses in apartment buildings that were built during the 1960-1990. This shall be derived by analyzing the total district energy consumption that has been divided into three parts: heat energy losses (the actual heating requirements), the heating of domestic hot water and heating energy consumption for the controlled ventilation. Three different residential areas that were built during the years 1962-1966 and one that was built in 1993 has been analyzed. All residential areas are located in Växjö urban and contains between four and six apartment buildings. The analyzed objects have a mechanical exhaust ventilation systems and district heating as the heating method. No own laboratory work or experiments have been done in this thesis, the calculations have been done on the basis of parameters from VEAB, interviews with property managers, and literature studies. By calculations, we have got a result that is reported in Chapter 6. The result is given as a thermal energy loss as a percentage of the total heat consumption. In this thesis there has also been a review of the rules on requirements for the specific energy consumptions in buildings, indoor environment and indoor temperature from the National Board of Housing and the National Board of Health and Welfare.

Systemtemperaturer i värmesystem är en debatterad fråga i Sverige. Vid projektering av ett värmesystem har valet av systemtemperatur en avgörande roll för kostnaden av värmesystemet. Frågan vilka systemtemperaturer i värmesystemen som är det mest ekonomiska är viktig för att värmesystemet ska ha en fördel jämfört med konkurrenterna på marknaden. Historiskt sett har systemtemperaturerna i de svenska värmesystemen varit 80/60 medans idag är den vanligaste temperaturerna 55/45. Under 60-talet stod Östen Sandberg som förespråkare för ett nytänkande värmesystem kallat lågflödesystem (LF). Detta värmesystem använder sig av låga flöden i rörledningarna och stora temperaturskillnader på framledningen och returledningen. Förespråkare av dessa lågflödesystem hävdar att vid rätt användning kan en omjustering av det befintliga värmesystemet från ett högflödesystem (HF) till ett lågflödesystem drastigt reducera energiförbrukningen för fastigheten och samtidigt uppnå acceptabla inomhusförhållanden. Hade ett LFsystem kunnat konkurrera mot ett HFsystem ekonomiskt? För att undersöka detta kommer ett 55/45-HFsystem att användas som ursprungsfall vid jämförelser mellan HFsystem och LFsystem med olika systemtemperaturer för att utreda om ett 55/45-HFsystem är det mest ekonomiska värmesystemet. Studien visar många fördelar med 55/45-HFsystemet. Ett 55/45-HFsystem har relativt låga investeringskostnader vid projekteringen i jämförelse med de andra värmesystemen. En annan fördel är att detta värmesystem är kompatibelt med både fjärrvärme samt bergvärme vilket gör detta system passande som ett standardiserat värmesystem. Det mest ekonomiska värmesystemet är ett 80/60-HFsystem, vilket har lägre investeringskostnader för både radiatorer samt rörkostnader. Förespråkare av LFsystem hävdar att de reducerade flödena medför reducerade elkostnader för cirkulationspumpen vilket i längden gör LFsystemet energisnålare. Denna studie visar att de reducerade flödena och dess påverkan av energiförbrukningen hos cirkulationspumpen är förhållandevis så låga i jämförelse med de totala energiförbrukningen hos värmesystemet att den möjliga vinsten är försumbar. Däremot kan de reducerade flödena minska risken för en snedfördelad värmefördelning i fastigheten. LFsystemens stora nackdel är ökade investeringskostnader jämfört med HFsystemen. / The choice of temperatures in heating systems has long been a question for debate in Sweden. For the design engineer, the choice of system temperatures in a heating system has a decisive impact on the cost and in order to stay competitive on the market it is crucial to design the heating system as cost effective as possible. Historically the system temperature in Swedish heating systems has been 80/60 but today we see that the most common temperatures are 55/45. During the 1960´s Östen Sandberg became the leading advocate for a new type of heating system using a low flow principle (LF) for heat distribution. The LF principle requires a larger temperatur difference between the supply and return temperatures for the adequate heating. Advocates of the LF principle claims that large energy savings are possible if an exsisting high flow heating system (HF) undergoes an adjustment to a LF heating system. The question is how accurate is this claim? This article shows many advantages with the nowadays common 55/45-HFsystem. A 55/45-HFsystem has relatively low investment costs in comparison with other types of heating systems. Another advantage is the fact that the 55/45-HFsystem is compatible with both district heating and geothermal heat pump heating systems which makes this radiator system suitable as a standardized system. The most economical radiator system is the 80/60-HFsystem, which has a lower investment cost for both radiators and piping in comparison with a 55/45-HFsystem. The claim that LFsystems and the associated LF principle could result in a reduced energy cost for the heating system was not supported. This article shows that the energy savings that comes from the LF principle is negligible in comparison with the heating systems total energy cost. The LF principle could however reduce the risk of an uneven heating distribution in the building due to a more unpredictable regulation of the flow through the radiators. LFsystem disadvantage is an general overall larger investment cost in comparison with a HFsystem.

Värme står för det största energibehovet inom hushåll och andra byggnader i samhället och olika tekniker används för att kunna reducera mängden energi som går åt för att spara på både miljö och pengar. Ett angreppssätt på detta problem är genom informatiken, där maskininlärning kan användas för att analysera och förutspå värmebehovet. I denna studie används maskininlärning för att prognostisera framtida energiförbrukning för fjärrvärme utifrån historisk fjärrvärmedata från ett fjärrvärmebolag tillsammans med exogena variabler i form av väderdata från Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut. Studien är skriven på svenska och utforskar effekter av preprocessering hos prediktionsmodeller som använder tidsseriedata för att prognostisera framtida datapunkter. Stegen som utförs i studien är normalisering, interpolering, hantering av numeric outliers och missing values, datetime feature engineering, säsongsmässighet, feature selection, samt korsvalidering. Maskininlärningsmodellen som används i studien är Multilayer Perceptron som är en subkategori av artificiellt neuralt nätverk. Forskningsfrågan som besvaras fokuserar på effekter av preprocessering och feature selection för prediktiva modellers prestanda inom olika datamängder och kombinationer av preprocesseringsmetoder. Modellerna delades upp i tre olika datamängder utifrån datumintervall: 2009, 2007–2011, samt 2007–2017, där de olika kombinationerna utgörs av preprocesseringssteg som kombineras inom en iterativ process. Procentuella ökningar på R2-värden för dessa olika intervall har uppnått 47,45% för ett år, 9,97% för fem år och 32,44% för 11 år. I stora drag bekräftar och förstärker resultatet befintlig teori som menar på att preprocessering kan förbättra prediktionsmodeller. Ett antal mindre observationer kring enskilda preprocesseringsmetoders effekter har identifierats och diskuterats i studien, såsom DateTime Feature Engineerings negativa effekter på modeller som tränats med ett mindre antal iterationer. / Heat accounts for the greatest energy needs in households and other buildings in society. Effective production and distribution of heat energy require techniques for minimising economic and environmental costs. One approach to this problem is through informatics where machine learning is used to analyze and predict the heating needs with the help of historical data from a district heating company and exogenous variables in the form of weather data from Sweden's Meteorological and Hydrological Institute (SMHI). This study is written in Swedish and explores the importance of preprocessing practices before training and using prediction models which utilizes time-series data to predict future energy consumption. The preprocessing steps explored in this study consists of normalization, interpolation, identification and management of numerical outliers and missing values, datetime feature engineering, seasonality, feature selection and cross-validation. The machine learning model used in this study is Multilayer Perceptron which is a subcategory of artificial neural network. The research question focuses on the effects of preprocessing and feature selection for predictive model performance within different datasets and combinations of preprocessing methods. The models were divided into three different data sets based on date ranges: 2009, 2007–2011, and 2007–2017, where the different combinations consist of preprocessing steps that are combined within an iterative process. Percentage increases in R2 values for these different ranges have reached 47,45% for one year, 9,97% for five years and 32,44% for 11 years. The results broadly confirm and reinforce the existing theory that preprocessing can improve prediction models. A few minor observations about the effects of individual preprocessing methods have been identified and discussed in the study, such as DateTime Feature Engineering having a detrimental effect on models with very few training iterations.

This is a study conducted on behalf of the pharmaceutical company Cytiva in Uppsala via STUNS Energi by students at Uppsala university. The goal for Cytiva is to reduce their carbon dioxide footprint and the purpose of this study is to evaluate the possibilities of reducing their carbon dioxide emissions from the heating and cooling of their facilities, mainly office buildings. The office buildings used for the study are the older A-buildings and the more modern D1 building. The main issue used in formulating the method for this study was “How does Cytivas CO2-emission behave in regards to their indoor temperature regulation?” A separate issue using the results from the first mentioned issue is to provide an answer to “How does Cytivas CO2-emission behave in the future?” and with this help Cytiva plan ahead for the future. A data study was conducted and was supplemented by a literature study. The data was provided by Cytiva and their partners for temperatures in the buildings, outdoor temperatures, and their heat energy consumption. Key figures for the CO2-emission could be used to calculate the emissions from the heating and cooling of the buildings. In the end a linear behavior between the outdoor temperature difference and their heat energy consumption was proven and a linear model was created in order to predict changes in their CO2-emission from altering the indoor temperature. Also a difference between the efficiency in the buildings was proven, where the D1 building would be considered superior to the A- buildings. / Denna studie utfördes på uppdrag och efterfrågan av Cytiva via STUNS Energi av studenter på Uppsala universitet. Syftet var att analysera och kvantifiera hur regleringen av inomhustemperaturen i Cytivas kontorslokaler påverkar koldioxidemissionen. Kontorslokalerna som undersöktes är belägna i Uppsala och är två äldre hus, A1 och A2 samt ett nyare hus, D1. Huvudmålet med studien var att informera Cytiva om deras koldioxidutsläpp till följd av deras temperaturreglering inomhus. Den primära frågeställningen som besvarades med hjälp av studien är “Hur ser Cytivas koldioxidutsläpp ut från inomhustemperaturreglering?”. Ett ytterligare mål med studien var att hitta en generell modell som kan appliceras för att simulera framtidens koldioxidutsläpp. Modellen kunde vidare ge svar på studiens andra frågeställning som lyder “Hur ser Cytivas koldioxidutsläpp ut vid modellering för framtiden?”. Studien genomfördes genom datahantering, tolkning av data samt med hjälp av en förstudie. Den behandlade data bestod av utomhus-, inomhus- och tilluftstemperaturer samt energiförbrukningen för husen. Den första frågeställningen besvarades med hjälp av att ett samband togs fram mellan energiförbrukningen och skillnaden mellan utomhus- och inomhustemperaturen korrigerad med en konstant. Energiförbrukningen kunde sedan konverteras till koldioxidutsläpp med hjälp av ett nyckeltal för fjärrvärme. Till exempel var Cytivas totala koldioxidutsläpp 189 ton från fjärruppvärmningen i hus D1 under hela 2021. För A-husen användes samma metod som för D1 förutom att inomhustemperaturen ersattes av tilluftstemperaturen på grund av saknad data. A-husens koldioxidutsläpp till följd av fjärruppvärmning under hela 2021 var 158 ton. Den andra frågeställningen besvarades genom att modellen som konstruerades för den första frågeställningen användes. Studien resulterade i en skillnad mellan byggnaderna och att det finns ett tydligt samband mellan fjärrvärmeförbrukningen och utomhustemperaturen. Byggnaderna skiljer sig från varandra men ungefär samma slutsats kan dras. Eftersom utomhustemperaturen kommer öka till följd av den globala uppvärmningen kommer värmeförbrukningen minska medan kylning av lokalerna kommer öka för att uppnå en komfortabel inomhustemperatur. I framtiden kommer alltså koldioxidutsläppen från Cytivas inomhustemperaturreglering minska i jämförelse med hur det ser ut i dagsläget. Om inomhustemperaturen höjs i D1 med en grad kan utsläppen öka med upp till 16 % och en sänkning med en grad kan leda till minskade utsläpp med upp till 15 %.

Purpose: The aim of this study is to present the economic, environmental impact, and energy saving benefits of replacing an electric boiler to a bedrock heat pump or district heating. Furthermore, the impact of additional insulation will also be presented. Method: The technical, environmental, and economical aspects of the various heat sources in this study are gathered through websites and reports from agencies, industry organisations and corporations. A case study on a family house built in 1971, heated with a combination of electric boiler and air-to-air heat pump has been made. The study investigates the impact of replacing the existing heat sources with newer and better alternatives along with additional insulation. Results: The results present the energy demand for active heating, economic analysis, environmental impact, and the impact of additional insulation. Moreover, a comparison between the heat sources and the additional insulation is presented to show the difference between them. The case study objects demand for active heating includes passive heating, heat losses through the building envelope, heat losses due to ventilation. With all these factors combined, the family house has an annual active heating demand of 11 700 kWh. The energy consumption of the electric boiler combined with air-to-air heat pump (COP 4) have an annual consumption of 7 500 kWh. The required energy from the district heating goes up to 11 700 kWh and the bedrock heat pump (COP 3) have the lowest energy consumption of 3 900 kWh. However, the amount of electricity needed is 400 kWh for district heating compared to the other alternatives that require 7 500 kWh and 3 900 kWh. For the economic aspects, the installation and operating costs for the electric boiler combined with the air-to-air heat pump, district heating and the bedrock heat pump are concluded. This shows that, on one hand the bedrock heat pump is the most expensive heat source to install but on the other hand, the cheapest to operate. Furthermore, this study compares the emissions of carbon dioxide equivalents from the production of district heating and electric energy. Due to the clean electric energy in Sweden, district heating has the highest negative impact on the greenhouse effect as it uses energy resources that have high emission of carbon dioxide equivalents. The environmental impact of the electric boiler, air-to-air heat pump and the bedrock heat pump vary depending on the energy source used to generate electricity and can in the worst case be higher than for district heating. New values with the additional insulation suggest that the improved building envelope will have a positive impact on the operation costs, energy saving and emissions. As an example, the demand for active heating can be reduced with up to 30%. Conclusions: The conclusion is that the comparison of heat sources contains many uncertain variables. Consequently, the result of this study does most likely not apply directly to other study objects. The results may vary if, for example, the geographical location or electricity agreement is changed.

Cities and districts contribute to a large fraction of the total energy consumption in Sweden. The residential- and service sector accounted for almost 40% of the total energy consumption in 2018. The increasing urbanization also puts more importance on the energy supply, distribution and consumption in these areas. One way of planning an energy system in urban areas is to have integrated energy systems where synergies between different technologies and energy carriers are utilized. Such a solution can increase the flexibility of the energy system and thus help integrate more intermittent renewable energy sources. The aim of this study was to suggest tools for planning energy systems in districts. This was done by performing a literature review regarding the design of energy systems and the identification of barriers and opportunities for the integration of different production- and distribution technologies. The focus was on systems for heating, cooling and electricity. The proposed tools are three Excel-based modules. The first module is a qualitative model that presents the reviewed technologies and their connections. It also includes synergies between different energy carriers and sectors for consumption and production. The second module is qualitative model related to market mechanisms, juridical, organizational and institutional aspects. The third module is a table containing the barriers and opportunities. Furthermore, relevant stakeholders are identified to be district heating companies, building owners, joint associations, municipalities, district cooling companies and photovoltaic plant owners. The proposed tools can be used in the first stage of planning when the technologies are selected. To show how the suggested tools can be applied, a case study was performed. The study case is a district being planned in Stockholm, Sweden. For the analysis, a model for a hypothetical heating system was required. Two models were developed for the heat supply system using the modelling environment OpenModelica. The main objective of the case study was to compare the techno-economic and environmental performance of different scenarios. Three different scenarios were considered for covering the total heating demand in the district. In the first scenario the total heating demand is covered only by local heat pumps. In the second scenario the space heating demand is covered by heat pump(s) coupled with a thermal energy storage (hot water tank). An electric boiler is used as backup. In the third scenario, the electric boiler is replaced by district heating as backup. A sensitivity analysis was included for different numbers of heat pumps and different sizes of thermal energy storage in the two last scenarios. The economic and environmental results in this study were strongly dependent on the assumptions regarding prices and emission factors. The result of the case study indicates that the third scenario causes the lowest CO2 emissions. An increased size of the thermal energy storage causes a higher compressor electricity consumption thus more emissions. However the total emissions from the system depends on the backup component. For this result, the emission factor related to Swedish electricity mix and the emission factor stated by a district heating company in Stockholm was used. The cheapest alternative in terms of annual operational cost of energy is the first scenario with only heat pumps. However, from the scenarios which also includes thermal energy storage, the second scenario with three heat pumps and a 100 m3 large thermal energy storage, presents the lowest cost. This system design in scenario 2 is only 0.6% more expensive than the first scenario. For the energy prices, the assumption for electricity is based on hourly values from Nordpol and for heat, the values presented in a normal price list from a district heating company is assumed. Regarding the technical performance of the system the result indicates that the contribution from the thermal energy storage as it is modelled in this case study is not significant on anannual basis. However it is observed that a larger thermal energy storage unit covers a higher fraction of the power demand during the hours it is utilized. / Städer och stadsdelar står för en stor del av totala energikonsumtionen i Sverige. Bostads- och servicesektor stod för ungefär 40% av totala energikonsumtionen under 2018. Den ökande urbaniseringen lägger också mer vikt vid energiproduktion, distribution och konsumtionen i dessa områden. Ett alternativ för planering av energisystem i urbana områden är att ha integrerade energisystem där synergier mellan olika teknologier och energibärare kan utnyttjas. Den typen av system skulle kunna öka flexibiliteten i energisystemet och därför förenkla integrering av oförutsägbara förnybara energikällor. Syftet med denna studie var att föreslå verktyg för planering av energisystem i stadsdelar. Detta gjordes genom en litteraturstudie angående utformningen av olika energisystem samt identifiera hinder och möjligheter för att integrera olika produktions- och distributions teknologier. Fokus låg på systemen för värme, kyla och elektricitet. Det föreslagna verktygen är tre Excel baserade moduler. Den första modulen är en qualitative modell som presenterar de studerade teknologier och deras kopplingar. Den innehåller också synergier mellan de olika energibärarna och konsumtions- och produktionssektorn. Den andra modulen är en qualitative modell, men relaterad till marknad mekanismer, juridiska, organisatoriska och institutionella aspekter. Den tredje modulen är en tabell som beskriver hinder och möjligheter för några av teknologierna. Utöver det de relevanta aktörerna identifierades. För värme-, kyla- och elektricitet marknaden är de fjärrvärmeföretagen, fastighetsägare, samfälligheter, kommuner, fjärrkyla företagen, solcells ägare. De föreslagna verktyget kan användas för planering av energisystem i ett första skede när teknologier ska väljas.  En fallstudie genomfördes för att visa hur det föreslagna verktyget kan användas. Fallstudien en stadsdel som planeras i Stockholm, Sverige. För att genomföra en analys behövdes en modell för ett hypotetiskt värmesystem. Två modeller utvecklades för värmesystemet genom att använda modelleringsmiljön OpenModelica. Det huvudsakliga målet med fallstudien var att jämföra den teknoekonomiska- och miljöinriktade prestandan för olika scenarierna. Tre olika scenarier övervägdes för att täcka totala värmebehovet i stadsdelen. I det första scenariot täcks det totala värmebehovet endast av lokala värmepumpar. I andra scenariot täcks värmebehovet för uppvärmning av värmepump(ar) kopplade till en värmelagrings komponent (ackumulatortank). En elpanna användes för reserveffekt. I tredje scenariot är elpannan ersatt av fjärrvärme. En känslighetsanalys var utförd för olika antal värmepumpar kopplade till olika storlekar av värmelagrings-komponenten i de två sista scenarierna. De ekonomiska och miljörelaterade resultatet i den här studien är starkt beroende av antaganden gällande priser och utsläppsfaktorer. Resultatet indikerar att det tredje scenariot har de lägsta CO2 utsläppen. Ökad värmelagringsstorlek bidrar till att värmepumpen förbrukar mer elektricitet och därför ökar de relaterade utsläppen. Däremot beror de totala utsläppen i systemet på vilken reservkraft som används. För dessa resultat användes utsläppsfaktorn för svensk elmix samt utsläppsfaktorn från ett fjärrvärme företag i Stockholm. Den billigaste alternativet gällande årlig driftsenergikostnad är det första scenariot med endast värmepumpar. Däremot, bland de scenarion som innehåller värmelagring, har det andra scenariot med tre värmepumpar och 100m3 stor värmelagringsenhet den lägsta kostnaden. Detta system är endast 0.6% dyrare än det första scenariot. För energipriser har timvärden från Nordpol antagits för elektricitet och för värme har normalprislistan från ett fjärrvärmebolag i Stockholm antagits. Angående den tekniska systemprestandan, indikerar resultatet att bidraget från värmelagringsenheten som den är modellerad i den här fallstudien inte är signifikant på årsbasis. Det observeras emellertid att en större värmelagringsenhet täcker en större andel av effektbehovet under de timmar som enheten används.

För småhusägare finns ekonomiska incitament till att sänka det årliga energibehovet för värme och tappvarmvattenberedning, då det utgör huvudparten av det totala årliga energibehovet för bostäder i Sverige. Valet av värmesystem är därför ett viktigt då det kan medföra mer eller mindre gynnsamma ekonomiska konsekvenser sett över längre tidsperioder,då den mängd köpt energi som systemet kräver kan medföra besparingar som viktas mot den ekonomiska investeringen av systemet.Syftet med denna studie har därför varit att skapa ett referensunderlag över fyra olika värmesystem med jämförelser mot småhus av olika storlek, geografisk placering samt olikaisoleringsstandard, där det eller de mest ekonomiskt gynnsamma värmesystemen, sett över en 50-årsperiod, kan utläsas utifrån dessa parametrar.De småhus som studien har jämfört har bestått av enplanshus med tre antagna areor, 89,7/120/150,3 m2. Dessa har jämförts för Malmö, Stockholm, Sundsvall samt Luleå, varpå varje area har innefattat tre olika antagna genomsnittliga värmegenomgångskoefficienter, Umedelvärden. Studien har genomförts med energiberäkningar enligt gradtimmemetoden, och den ekonomiska analysen genom beräknade livscykelkostnader, LCC, för de olika systemkonstellationerna. Fyra värmesystem har undersökts: Fjärrvärme, bergvärmepump, luft-vattenvärmepump samt frånluftsvärmepump. Frånluftsvärmepumpen har inkorporerats som ett FX-ventilationssystem, frånluftsventilation med värmeåtervinning. De övriga tre systemen har för studien kombinerats med ett FTX-ventilationssystem, från- och tilluftsventilation med värmeåtervinning.Resultaten har påvisat att FTX-system, i jämförelse med FX-system, sänker för samtliga studerade byggnader i Malmö det årliga värmeenergibehovet, den energi som måste tillsättas byggnaden, med 36–71%, medan det i Luleå sänks med 32–61%. Den årliga energianskaffningen, den energi som måste köpas för att värmesystemen skall generera erfordrad värmeenergi och tappvarmvattenberedning, är genomgående lägst för systemkonstellationen bergvärmepump i kombination med FTX. Den systemkonstellationenmed studiens genomgående högsta andel köpt energi, är fjärrvärme i kombination med FTX.Vid jämförelse av livscykelkostnader, LCC, har påvisats att fjärrvärme i kombination med FTX är mest ekonomiskt gynnsam endast då det årliga behovet av köpt energi är mycket litet, och att det vid högre behov istället blir det dyraste alternativet. Frånluftsvärmepump utgör ett ekonomiskt gynnsamt alternativ vid majoriteten av analyserade fall, tack vare lägre investeringskostnader som väger upp de högre värmeenergibehov som ventilationstypen medför. Bergvärme i kombination med FTX, utgör det dyraste alternativet i de flesta fall därdet årliga behovet av köpt energi är lågt, men påvisar ekonomisk gynnsamhet vid höga energibehov. Luft-vattenvärmepump i kombination med FTX, är relativt likvärdig bergvärmepump men har ej påvisats vara det billigaste alternativet i något studerat fall. Vid jämförelse mellan frånluftsvärmepump och bergvärmepump i kombination med FTX, har påvisats att för studiens samtliga analyserade objekt är den största prisskillnaden, utslaget på 50 år, mindre än 1.800 kr/år.Utifrån de parametrar som presenterats, har påvisats genomförbarhet i att skapa ett referensunderlag över optimal gynnsamhet för värme- och ventilationssystem hos småhus, vilket avläses utifrån husets storlek, U-medelvärde samt geografiska placering. / For homeowners, there are economic incentives to reduce the annual energy demand for heating and domestic hot water preparation, as these constitute the main part of the total annual energy demand for houses in Sweden. The choice of heating system is therefore important as it can have more or less favorable economic consequences over longer periods of time, as the amount of purchased energy required by the system can lead to savings that weigh against the economic investment in the system. The purpose of this study has therefore been to create a reference framework for four different heating systems, comparing them across houses of different sizes, geographical locations, and insulation standards, to identify the most economically beneficial heating systems over a 50-year period, that can be interpreted based on these parameters. The houses compared in the study were single-story houses with three assumed sizes: 89.7/120/150.3 m². They have been compared in Malmö, Stockholm, Sundsvall and Luleå, with each size having three different assumed average thermal transmittance values, average U-values. The study was conducted using energy calculations based on the degree-hour method, and the economic analysis was performed using calculated life cycle costs, LCC, for the different system configurations. Four heating systems were investigated: district heating, geothermal heat pump, air-to-water heat pump, and exhaust air heat pump. The exhaust air heat pump was incorporated as an MEVHR ventilation system, mechanical exhaust air ventilation with heat recovery, while the other three systems were combined with an HRVventilation system, mechanical exhaust and supply air ventilation with heat recovery. The results have shown that HRV systems, compared to MEVHR systems, reduce the annual heating energy demand, the amount of energy that must be supplied to the building, for all studied buildings in Malmö by 36-71%, while in Luleå it is reduced by 32-61%. The annual energy procurement, the amount of energy that must be purchased for the heating systems to generate the required heating energy and domestic hot water preparation, is consistently lowest for the geothermal heat pump system combined with the HRV. The system configuration with the highest proportion of purchased energy throughout the study is district heating combined with HRV. When comparing life cycle costs, LCC, it was found that district heating combined with HRVis the most economically beneficial system only when the annual demand for purchased energy is very low, and becomes the most expensive option at higher demands. The exhaust air heat pump is a cost-effective option in the majority of analyzed cases, thanks to lower investment costs that offset the higher heating energy demand induced by this type of ventilation. Geothermal heat pump combined with the HRV is the most expensive option in most cases when the annual demand for purchased energy is low but shows economic advantages at high energy demands. The air-to-water heat pump combined with the HRV is relatively similar to the geothermal heat pump but has not been shown to be the cheapest option in any of the studied cases. When comparing the exhaust air heat pump with the geothermal heat pump combined with the HRV, it is found that for all objects analyzed in the study, the largest price difference is, averaged over 50 years, less than 1,800 SEK/year. Based on the presented parameters, the feasibility of creating a reference framework for the cost-effectiveness of heating and ventilation systems in houses has been demonstrated, which can be assessed based on the house size, U-value, and geographical location.

The district heating load is seasonally dependent, with a low load during periods of high ambient temperature. Thermal energy storage (TES) has the potential to shift heating loads from winter to summer, thus reducing cost and environmental impact of District Heat production. In this study, a concept of high temperature borehole thermal energy storage (HT-BTES) together with a pellet heating plant for temperature boost, is presented and evaluated by its technical limitations, its ability to supply heat, its function within the district heating system, as well as its environmental impact and economic viability in Gothenburg, Sweden, a city with access to high quantities of waste heat. The concept has proven potentially environmentally friendly and potentially profitable if its design is balanced to achieve a good enough supply temperature from the HT-BTES. The size of the heat storage, the distance between boreholes and low borehole thermal resistance are key parameters to achieve high temperature. Profitability increases if a location with lower temperature demand, as well as risk of future shortage of supply, can be met. Feasibility also increases if existing pellet heating plant and district heating connection can be used and if lower rate of return on investment can be accepted. Access to HT-BTES in the district heating network enables greater flexibility and availability of production of District Heating, thereby facilitating readjustments to different strategies and policies. However, concerns for the durability of feasible borehole heat exchangers (BHE) exist in high temperature application. / Värmebehovet är starkt säsongsberoende, med låg last under perioder av högre omgivningstemperatur och hög last under perioder av lägre omgivningstemperaturer. I Göteborg finns en stor mängd spillvärme tillgängligt för fjärrvärmeproduktion sommartid när behovet av värme är lågt. Tillgång till säsongsvärmelager möjliggör att fjärrvärmeproduktion flyttas från vinterhalvår till sommarhalvår, vilket kan ge såväl lönsamhet som miljönytta. Borrhålsvärmelager är ett förhållandevis billigt sätt att lagra värme, och innebär att berggrunden värms upp under sommaren genom att varmt vatten flödar i borrhål, för att under vinterhalvåret användas genom att låta kallt vatten flöda i borrhålen och värmas upp. I traditionella borrhålsvärmelager används ofta värmepump för att höja värmelagrets urladdade temperatur, men på grund av höga temperaturkrav för fjärrvärme kan kostnaden för värmepump bli hög. I denna rapport föreslås ett system för att klara av att nå höga temperaturer till en lägre kostnad. Systemet består av ett borrhålsvärmelager anpassat för högre temperaturer (HT-BTES) samt pelletspannor för att spetsa lagrets utgående fluid för att nå hög temperatur. Syftet med rapporten är att undersöka potentialen för detta HT-BTES-system med avseende på dess tekniska begränsningar, förmåga till fjärrvärmeleverans, konsekvenser för fjärrvärmesystemet, samt lönsamhet och miljöpåverkan. För att garantera att inlagringen av värme inte är så stor att priset för inlagrad värme ökar väsentligt, utgår inlagringen från hur mycket värme som kyls bort i fjärrvärmenätet sommartid. I verkligheten finns betydligt mer värme tillgänglig till låg kostnad. När HT-BTES-systemet producerar fjärrvärme, ersätts fjärrvärmeproduktion från andra produktionsenheter, förutsatt att HT-BTES-systemets rörliga kostnader är lägre. I Göteborg ersätts främst naturgas från kraftvärme, men också en del flis. Kostnadsbesparingen beror på differensen för total fjärrvärmeproduktionskostnad med och utan HT-BTES-systemet. Undersökningen visar att besparingen är större om HT-BTES-systemet placeras i ett område där det är möjligt att mata ut fjärrvärme med lägre temperatur. Om urladdning från HT-BTES kan ske med hög temperatur ökar också besparingen. Detta sker om lagrets volym ökar, om avståndet mellan borrhål minskar eller om värmeöverföringen mellan det flödande vattnet i borrhålen och berggrunden ökar. Dessa egenskaper för lagret leder också till minskade koldioxidutsläpp. Storleken på besparingen beror dock i hög grad på hur bränslepriser utvecklas i framtiden. Strategiska fördelar med HT-BTES-systemet inkluderar; minskad miljöpåverkan, robust system med lång teknisk livslängd (för delar av HT-BTES-systemet), samt att inlagring av värme kan ske från många olika produktionsenheter. Dessutom kan positiva bieffekter identifieras. Undersökningen visar att HT-BTES-systemet har god potential att ge lönsamhet och minskad miljöpåverkan, och att anläggning och drift av lagret kan ske utan omfattande lokal miljöpåverkan. Det har också visats att de geologiska förutsättningarna för HT-BTES är goda på många platser i Göteborg, även om lokala förhållanden kan skilja sig åt. För att nå lönsamhet för HT-BTES-systemet krävs en avvägning på utformning av lagret för att nå hög urladdad temperatur utan att investeringskostnaden blir för stor. Undersökningen visar att om anslutning av HT-BTES-systemet kan ske mot befintlig anslutningspunkt eller till befintlig värmepanna kan investeringskostnaden minska och därmed lönsamheten öka. Placering av HT-BTES-systemet i områden med risk för överföringsbegränsningar kan också minska behovet av att förstärka fjärrvärmenätet, och således bidra till att minska de kostnader som förstärkning av nätet innebär. Betydelsefulla parametrar för att nå lönsamhet för HT-BTES-system inkluderar dessutom kostnaden för inlagrad värme liksom vilket vinstkrav som kan accepteras. Tillgång till HT-BTES möjliggör ökad nyttjandegrad och flexibilitet för fjärrvärmeproduktionsenheter, och därmed ökad anpassningsmöjlighet till förändrade förutsättningar på värmemarknaden. Dock återstår att visa att komponenter som klarar de höga temperaturkraven kan tillverkas till acceptabel kostnad.