People in today’s society are becoming more and more aware of how important it is to use energy as efficiently as possible. This is clearly noticeable by an increase in home produced heat with e.g. solar panels or heat pumps heating systems. These changing customer demands forces district heating technology to be redesigned, which is why there is an ongoing research regarding the next generation of district heating - low temperature district heating (LTDH). Umeå Energi is a district heating company which has noticed these changed customer requirements and are in the need to gain knowledge about the technology of LTDH and how it could affect their existing distribution networks. The purpose of this study is therefore to examine the conditions surrounding the integration of LTDH in parts of Umeå. The technology of LTDH as well as its advantages and disadvantages are first described in this thesis. The next step was to decide the dimension of a secondary low temperature network by calculating heating requirements for domestic hot water demands as well as pipeline dimensions. To be able to create a low temperature part of the network, a heat exchanger was used. Simulations were then performed in the program NetSim to see how this network affected the existing primary net at Umeå Energi. The results showed that the existing network is not affected in any significant way. The next step was to investigate how the so-called prosumers affected on the secondary network but also on the existing primary net at Umeå Energi. A prosumer is a costumer who is partly a consumer, who buys heat from Umeå Energi, and partly producing its own heat via e.g. heat pumps. Umeå Energi is meeting these changing customer requirements by allowing such a prosumer to store their eventual excess heat into the district heating network, and is also given the opportunity to buy heat at shortfall. The flow temperature of the water (60⁰C) that a prosumer wants to deliver to the network falls below the temperatures on the existing network, which is about 100⁰C but can also be higher than that. This is the biggest reason why prosumers must deliver their waste heat to a low temperature network. A study in which waste heat from Akademiska Hus was delivered to the network was made to analyze how a prosumer may affect the district heating network. To be able to do that a simulation were made in NetSim based on different seasonal basis. The results showed that a prosumer does not affect the network in a noticeable way. However, during the summer months, the district heating network already has excess heat due to the use of waste as fuel. This means that the connection of prosumers will increase the excess heat in the net and therefore an investigation of the possibilities of using seasonal storage in the form of boreholes stock was made. Various cases were analyzed, and the biggest focus was on a case about the amounts of waste heat obtained from Akademiska Hus added to the excess heat Umeå Energi have in the current situation. The result shows that an investment of boreholes stock cannot primarily be seen as profitable for Umeå Energi, but this solution may meet the changed customer demands and may by that generate economic benefits in the long run.  Based on the results of this analysis, it appears that Umeå Energi's existing distribution network is capable of connecting to a secondary low temperature network and also potential prosumers. This means that the implementation of LTDH could lead to economic benefits for Umeå Energi. / Fjärrvärmebranschen står inför en utmaning då samhället befinner sig i en förändringsfas. Samhället blir mer och mer medvetet om hur viktigt det är att använda energi så effektivt som möjligt. Detta märks tydligt genom en ökning av egenproducerad värme från exempelvis solpaneler eller värmepumpar som uppvärmningssystem hos bebyggelser. I och med dessa förändrade kundkrav måste fjärrvärmetekniken designas om, vilket är orsaken till varför forskning pågår angående nästa generations fjärrvärme – lågtempererad fjärrvärme (LTFV). Umeå Energi är ett fjärrvärmeföretag som har uppmärksammat dessa förändrade kundkrav och behöver få kunskap om tekniken bakom LFTV samt hur det skulle kunna påverka deras befintliga distributionsnät. Syftet med detta examensarbete är därför att undersöka förutsättningarna kring en integrering av LTFV i delar av Umeå. I detta examensarbete beskrivs först tekniken bakom LTFV samt dess för- och nackdelar. Därefter dimensionerades en modell av ett sekundärt lågtempererat nät genom beräkningar av uppvärmningsbehov, tappvarmvattensbehov samt rörledningsdimensionering. För att göra nätdelen lågtempererad användes en värmeväxlare. Simuleringar utfördes sedan i programmet NetSim för att se hur detta nät påverkade det befintliga primära nätet hos Umeå Energi. Resultatet visade att det befintliga nätet inte påverkades i någon större grad. Nästa steg var att undersöka hur så kallade prosumenter påverkade dels det sekundära nätet men också det befintliga primära nätet hos Umeå Energi. En prosument kallas en kund som delvis är en konsument, som då köper värme från Umeå Energi, och delvis producerar egen värme via exempelvis värmepumpar. Genom att låta en sådan prosument lagra sin eventuella överskottsvärme i fjärrvärmenätet, och sedan köpa värme vid underskott av värme från egenproduktion kan då Umeå Energi möta de förändrade kundkraven. Framledningstemperaturen på vattnet, ca 60⁰C, som en prosument vill leverera till nätet underskrider temperaturerna på det befintliga nätet, vilket är ca 100⁰C men kan tidvis vara högre än det. Det är den största anledningen till varför prosumenter måste leverera sin spillvärme till ett lågtempererat nät. För att undersöka hur en prosument kan påverka nätet utformades en studie där delar av det spillvärme som Akademiska Hus erhåller levererades till nätet. Detta simulerades i NetSim utifrån olika säsongsfall och resultatet visade att en prosuments påverkan på nätet inte är märkbart. Under sommarmånaderna har dock fjärrvärmenätet värmeöverskott tack vare avfallsförbränning redan innan inkoppling av prosumenter och därför undersöktes möjligheterna till att använda säsonglagring i form av borrhålslager. Olika fall beräknades, och störst fokus lades på de spillvärmemängder som erhölls från Akademiska Hus samt den överskottsvärme som Umeå Energi själv erhåller från sin avfallsförbränning under sommaren. Resultatet visar att en investering av borrhålslager primärt inte kan ses som lönsamt för Umeå Energi. Dock kan de förändrade kundkraven, d.v.s. att låta prosumenter lagra överskottsvärme i nätet mötas i denna lösning och i och med detta är denna idé något som i längden kan generera ekonomisk vinst för företaget. Utifrån resultaten från denna analys framgår det att Umeå Energis befintliga distributionsnät klarar av en inkoppling av ett sekundärt lågtempererat nät samt framtida prosumenter. Detta betyder då att en integrering av LTFV skulle kunna leda till ekonomiska vinster för Umeå Energi.

För att möta problem med ökande klimatförändringar kan fjärrvärmen ha en betydande roll ur både en svensk och en internationell kontext. Samtidigt står svenska fjärrvärmebolag inför betydande utmaningar då värmepumpar blir ett allt vanligare val för att möta uppvärmnings- och tappvarmvattenbehovet, tillgången till avfall och biomassa som bränsle förutspås bli mer begränsad och byggnaders uppvärmningsbehov blir allt lägre. För att fjärrvärme ska fortsätta vara ett konkurrenskraftigt och hållbart alternativ för att möta uppvärmnings- och tappvarmvattenbehovet har konceptet fjärde generationens fjärrvärme (4GDH) tagits fram. 4GDH karaktäriseras av lägre nättemperaturer, fler förnybara energikällor för fjärrvärmeproduktion samt ökad integrering med andra delar av energisystemet. I detta examensarbete har dels möjligheter med att arbeta mot 4GDH i Borlänge Energis fjärrvärmenät undersökts och dels har potentialen med att uppnå ett hållbart energisystem genom att konvertera existerande svenska fjärrvärmenät till 4GDH undersökts. Examensarbetets fokus har primärt legat på den aspekt av 4GDH som innebär lägre nättemperaturer.  Beräkningar på Borlänges fjärrvärmenät visar att det finns fördelar med att sänka nättemperaturen i form av (1) ökad elproduktion i kraftvärmeverk (KVV), (2) effektivare rökgaskondensering samt (3) mindre värmeförluster. Störst kostnadsbesparingar och undvikta CO2-utsläpp erhålls genom effektivare rökgaskondensering följt av minskade värmeförluster. Den ökade elproduktionen i KVV medförde små kostnadsbesparingar och undvikta CO2-utsläpp i förhållande till tidigare nämnda faktorer. Simulering av Borlänges fjärrvärmenät i dagsläget och med 4GDH visade på att 4GDH skulle kunna leda till att en stor mängd drifttimmar undviks i Borlänge Energis avfallseldade hetvattenpanna samtidigt som fjärrvärmesystemet blir oberoende av fossila bränslen. Detta innebär stora undvikta CO2-utsläpp men grundat i att avfallsförbränning är en tjänst som fjärrvärmebolag får betalt för i dagsläget leder det totalt sett till en ökade bränslekostnader för Borlänge Energi.   Vid analys av kunder i Borlänges fjärrvärmenät valdes fem fastigheter ut som till stor del uppfyllde framtagna kriterier för att en fastighet skulle lämpa sig väl för 4GDH. Av dessa var tre fastigheter planerade byggnationer och två befintliga fastigheter. Av de presenterade tekniska lösningarna fanns endast tydlig ekonomisk lönsamhet, miljönytta och teknisk möjlighet i ett av fallen, där majoriteten av fastighetens fjärrvärmebehov kunde täckas av returvärme tack vare låga temperaturkrav. I två andra fall kunde ekonomisk lönsamhet och miljönytta konstateras men dessa krävde investeringar av externa aktörer för att tekniskt möjliggöras. I de övriga två fallen begränsades den ekonomiska lönsamheten och tekniska möjligheten av ett begränsat flöde i närliggande returledningar som föreslogs användas som framledning för lösningarna.  De långsiktiga fördelarna med 4GDH indikerade att det är ett angreppssätt man på sikt bör jobba vidare med i Borlänge eftersom det kan bidra till att uppfylla kommunala miljömål. Samtidigt visade de studerade kundfallen att det finns tydliga hinder för implementering av 4GDH trots att fastigheter bedöms väl lämpade för att nyttja lågtempererad fjärrvärme. Således drogs slutsatsen att 4GDH främst bör implementeras i form av större sekundärnät vilket kräver samordning av ett flertal aktörer och långsiktig planering. För att stödja Borlänge Energis arbete mot 4GDH togs en handlingsplan fram med rekommenderade åtgärder i dagsläget, på fem till tio års sikt och på längre än tio års sikt.  För att avgöra potentialen med 4GDH i svenska fjärrvärmenät generellt nyttjades resultat från beräkningar och simuleringar av Borlänges fjärrvärmenät för att simulera fyra typiska svenska fjärrvärmenät med olika produktionsmixar. Simuleringarna visade på att 4GDH i samtliga fall ledde till kostnadsbesparingar och undvikta CO2-utsläpp samtidigt som tillförseltryggheten ökade. Simuleringarna indikerade på att fjärrvärmenät där restvärme eller biomassa är de primära energikällorna främst drar fördel med 4GDH i form av minskade bränslekostnader medan fjärrvärmenät där avfall eller fossila bränslen är primära energikällor drar större fördel i form av undvikta CO2-utsläpp.  Resultaten från detta examensarbete visade att potentialen för att uppnå ett hållbart energisystem genom att konvertera svenska fjärrvärmenät till 4GDH är god. Beroende på vilken typ av svenskt fjärrvärmenät det är bör policys och styrmedel anpassas för att gynna en utveckling mot 4GDH, extra betydande är detta i fjärrvärmenät där avfallsförbränning står för en betydande del av fjärrvärmetillförsel. Generellt kan arbete mot 4GDH påbörjas på ett förhållandevis likvärdigt vis i svenska fjärrvärmenät, därför presenteras en generell metodik för hur svenska fjärrvärmebolag kan initiera en omställning mot 4GDH. / To face the emerging climate crisis, district heating could play an important role both in Sweden and internationally. Meanwhile, Swedish district heating companies are facing major challenges as heat pumps become more common to meet the heating and domestic hot water demand in buildings, the availability of waste and biomass as fuel is predicted to be limited and the heating demand of buildings is reducing. In order for district heating to maintain a competitive and sustainable alternative to meet the heating and domestic hot water demand in buildings, the concept of the fourth generation of district heating (4GDH) has been created. 4GDH is characterized by lower temperatures in the district heating network, more renewable energy sources used for heat production and increased integration with other parts of the energy system. In this master thesis, the possibilities with working towards 4GDH in Borlänge Energi’s district heating network has been evaluated. Also, the potential of achieving a sustainable energy system by converting existing Swedish district heating networks to 4GDH has been examined. The focus of the master thesis has primarily been on the aspect of 4GDH considering lower network temperatures.  Calculations show benefits with lower temperatures in Borlänge Energi’s district heating network such as (1) increasing electricity production in the combined heat and power plant (CHP), (2) more efficient flue gas condensation and (3) decreased heat losses. The largest reductions of costs and CO2 emissions are obtained from more efficient flue gas condensation followed by decreased heat losses. The increased electricity production in the CHP plant resulted in smaller reductions of costs and CO2 emissions compared to the above-mentioned factors. Simulations of a scenario where 4GDH is fully implemented in Borlänge, shows that 4GDH could lead to a lot of operating hours being avoided in the waste-fuelled hot water boiler and the district heating network being independent of fossil fuels. This means significant reductions of CO2 emissions but due to that waste incineration is a service that district heating companies gets paid for the total costs of fuel are increased.   When analysing customers in Borlänge Energi’s district heating network, five buildings were selected that largely fulfilled presented criterions for a building to suit well in a 4GDH system. Of these five buildings, three were planned buildings and two were existing. Of the presented technical solutions, there were only economic and environmental benefits with few technical barriers in one case. In this case, the heating and domestic hot water demand could mainly be covered by return heat owing to low temperature requirements. In two other cases, the economic and environmental benefits depended heavily on investments by external actors to be technically feasible. In the remaining two cases, the economic benefits and the technical feasibility was limited due to a limited flow in nearby return pipes which were proposed to be used as supply pipe to the buildings.  The long-term benefits with 4GDH indicated that it is an approach that should be continued with in Borlänge in the long term as it can contribute to reaching municipal environmental targets. However, the studied customer cases showed significant barriers to implementing 4GDH, although the buildings were assessed to be suited well for using low-tempered district heating. Thus, it was concluded that 4GDH should mainly be implemented by building larger low-tempered secondary networks. This requires coordination of multiple actors and long-term planning. To support Borlänge Energi’s work towards 4GDH, an action plan was presented with recommended measures today, in five to ten years’ time and in more than ten years’ time.  To generalize the results from Borlänge on a national level, the results from calculations and simulations of Borlänge Energi’s district heating network were used to simulate four typical Swedish district heating networks with different production mixes. The simulations showed that 4GDH in all cases led to reductions of costs and CO2 emissions and increased security of supply. The simulations indicated that district heating networks where residual heat or biomass is predominantly used mainly benefits from 4GDH through cost reductions, while district heating networks where waste or fossil fuels are predominantly used mainly benefits from 4GDH through reduced CO2 emissions.  The results of this thesis shows that the potential of achieving sustainable energy systems by converting Swedish district heating networks to 4GDH is high. Depending on the characteristics of the district heating network, policies and instruments should be adjusted to support a development towards 4GDH. This is especially important in district heating networks where waste incineration is a major source of the district heating supply. However, work towards 4GDH could generally be initiated in a relatively similar way in Swedish district heating networks. Therefore, a general method for initiating a transition towards 4GDH was presented

This project presents a feasibility study and an investigation of the potential for low temperature district heating system in Västerås. The investigation treats integrations possibilities for 4GDH (4th Generation District Heating) in Kungsängens area in Västerås, which is undergoing a large-scale building-up and construction.  The study is conducted for the company Mälarenergi AB. The advantages of 4GDH technology are identified and analyzed, where energy effectiveness and economic benefits aspects were concluded. Problems with existing technology and higher cooling demand expectations drive 4GDH to be an interesting and necessary technology in the future. Four Different integration solutions between old and new networks are presented, analyzed and discussed. Quantitative analysis conducted where initial cost for the four technical solutions were estimated and compared. The results show that low temperature district heating could lead to reduction in the initial cost for the network by using PEX instead of steel as pipe material. The results show also that one solution using heat exchanger as exchange stations has the lowest cost between the four solutions. The results show that the cost for the retention flow that is linked with 4GDH stands for 20%-30% of the total cost. The importance of the retention flow pipe is investigated using two physical models in OpenModelica and Excel, where simulations were conducted. It is concluded that it is possible to provide Kungsängen area with low temperature district heating without having the retention flow pipe. Three parameters were identified to be critical which are, geographical placement of the consumers, pattern variation for the heat demand and heat systems installed inside consumer’s buildings. The results show also that it might be critical to have a variate and optimized supply temperature for the area, depending on the demand. The simulations of a fictive area that could present a future heat demand for Kungsängen area shows that a temperature of 55°C is satisfying during winter season where the demand is high and a temperature between 60-65°C must be available during spring/autumn seasons and specially during summer. The variation depends directly on the temperature drop through the supply pipes to the consumers. The temperature drop is directly linked with water velocity inside the pipes. The losses increase during summer nights when the heat demand is low which lead to low water velocities.

This master thesis aims to develop an assessment tool for decision-making regarding future establishment of low-temperature district heating (LTDH). The tool is created as an indicator system on behalf of Södertörns Fjärrvärme AB (SFAB). SFAB is currently responsible for the distribution of high-temperature district heating (HTDH) to customers in the municipalities of Huddinge, Botkyrka, and Salem. The indicator system is designed to, in a first assessment step, examine the conditions that a delimited area has for conversion to lower system temperatures to be possible. Each indicator is quantified and graded. When using the system, a weighted final judgement is generated which indicates whether an area is suitable for LTDH or not. Furthermore, the purpose of this thesis is to also evaluate the tool by applying it to various areas within SFAB. This enables analysis and discussion regarding the tool's function in a real context. The development of the indicator system is the main result of the study. It consists of four indicators that take the following aspects into account: qualitative conditions (KA), conditions on the customer side (AA), the economic benefit (CRG), and the system condition (STA). The results from the implementation show that one out of five case-areas have good potential to be converted to LTDH, while the remaining cases fall below the limit for what is considered acceptable. No area from this project ends up over 75% of the maximum score, which would indicate very good potential. To validate the indicators, Pearson's correlation coefficient was calculated. The results show that there is a negligible to a weak correlation between all indicators, except KA & STA which has a strong correlation. For an HTDH area to be relevant for conversion to LTDH, the qualitative context of the area should be suitable, and the secondary side should be able to be supplied with lower temperatures. Furthermore, there should be an opportunity for increased system capacity and finally, a conversion should be economically beneficial. The application of the indicator system is an efficient and uncomplicated approach that makes it possible to identify areas that have the potential to develop district heating in a more sustainable direction. It is also possible for stakeholders to subsequently modify the indicator system if desired. In the longer term, the indicator system is an incentive for new business opportunities, increased energy efficiency, and increased economic benefits.

District heating plays a major part of the energy system used for heat supply in Sweden. The starting point of this parameter study have been to investigate the possibilities to provide the area Tullkammarkajen with efficient district heating supply in help of low temperature residual heat and waste heat from a nearby industry. The area is located in the city center of Halmstad and is currently in its planning phase. Facilities and apartments are planned to be built.The study is based on three different parameters: type of system, system temperatures and energy demand. The different type of systems that is analyzed is conventional districtheating, low-temperature district heating with a heat pump as a complement as well as low-temperature district heating with the primary network’s feed line as a complement. Further comparison was made between these parameters, both from an energy wise perspective as well as from an economic perspective.The underlying idea to this study has been to obtain an energy efficient solution that at the same time suits the principle of sustainable development. However, it can clearly be seen in the presented results that it is more profitable to use more conventional methods that are not adapted to sustainable development, based on today’s market. Thus, the question becomes whether the future of innovative solutions or economical funds should be prioritized.