Currently the housing sector accounts for about 40 percent of societies total energy consumption. New methods of constructing houses can greatly reduce the use of energy for modern homes but measures must also be taken to make existing buildings more energy effective. One method of doing so is by so called weather optimization of the buildings heating system. This means that the level of heating is based on detailed information about the weather instead of solely the temperature, which is the case for the majority of buildings today.  The aim of this report is to evaluate these systems from a real estate owner perspective. This is done by studying a commercially available system and a locally developed system for weather optimization in order to evaluate how they operate, their benefits and the level of competence needed to implement them.

Riksbyggen, one of Sweden’s largest real estate companies, are planning to build a new residential area outside Uppsala, Sweden. Adjacent to the houses in the area, Riksbyggen are considering installing a 137 kWp photovoltaic (PV) system to supply the residents with renewable energy. In the first part of this study, the proposed PV system is analyzed based on benefits and profitability for the residents, using the software HOMER. Possibilities for including 3 kWp roof-mounted PV systems with varying azimuth as a complement to the larger system are evaluated. In the second part, options for implementing an Energy Management System (EMS) with battery storage or load shifting in the distribution grid using MATLAB. The system uses forecasting of PV generation, electricity prices and electricity demand to optimize the system control strategies. The results from the study indicate that installation of the 137 kWp PV system could lead to reduced average electricity costs of 21,1 % for the residents. If the system is completed with roof-mounted PV modules of varying azimuth for 12 % of the households in the area, the average electricity cost is reduced by 29,4 %in total. Implementing an EMS with energy storage in the distribution grid was not found to be an economically viable option, mainly due to high energy storage costs. The system control strategies can be improved by using forecasting. The economic benefits of load shifting for a single household were found to be too low to give incentive for system investment.

Syftet med förstudien var att undersöka vilka parametrar som kommer ha inflytande på en regulator i ett nytt koncept för prognosstyrning av byggnaders värmesystem, och om möjligt även undersöka hur mycket inflytande de har. Påverkande parametrar är t ex utetemperatur, sol, vind, nederbörd och internvärme i samverkan med byggnaders huströghet, dvs. värmelagringsförmåga. Målet var att ta fram dels en specifikation, som beskrev olika driftfall, och dels ett designförslag på en möjlig webbaserad sida i ett av företaget Regins HMI-system (användarverktyg). Användargränssnittet till designförslaget skulle vara enkelt och tydligt att förstå, samt ha en tydlig koppling till energibesparing.Förstudien ”Innovativt koncept för prognosstyrning av byggnaders värmesystem” skulle ligga till grund för en utveckling av företaget AB Regin´s produktsortiment – resultatet av specifikationen och designförslaget kommer senare implementeras i en fungerande produkt, som skall innehålla både prognosstyrning och val av komfort.Prognosstyrning har funnits sedan 1980-talet och det som ursprungligen skulle uppnås med detta var ett jämnare inomhusklimat. För att spara ännu mer energi kan prognosstyrning kombineras med en komfortratt, men då kommer det behövas en större acceptans från brukarna för en något kallare temperatur inomhus vintertid och en något varmare temperatur sommartid. För att möta dagens krav och EU:s mål med en minskad energianvändning borde detta nya koncept – med möjlighet att även påverka komforten inomhus – ligga rätt i tiden.För att genomföra undersökningarna har en litteraturstudie och en simulering gjorts. För detta krävdes en referensbyggnad och då har företagets eget kontor i Kållered använts. Resultatet visar att utetemperatur, solinstrålning och internvärme har en stor betydelse för prognosstyrning. Även vinden påverkar (främst ventilationsanläggningen), men med rätt utförande på denna borde den vara marginell. Sol och nederbörd på fasad har också en marginell påverkan, då de flesta moderna hus är välisolerade. / Program: Energiingenjör

På uppdrag av JAADAB AB har en undersökning huruvida prognosstyrning kan användas för att effektivt reglera värme i en byggnad samt spara energi och ge jämnare innetemperatur genom att använda SMHIs öppna API. I uppdraget ingick även att skapa en modell för att kunna implementera detta i en befintlig byggnad med okända där exakt kännedom om byggandens konstruktion och egenskaper saknas.   Arbetet inleddes med en teoristudie gällande byggnadens värmeöverföring samt hur vädret påverkar detta samt där det framgår att byggnaden kan tillgodogöra sig tillförd energi från solinstrålning samt att vind leder till ökade förluster via transmission, ventilation samt läckage.  En studie gjordes även gällande prognosstyrning som ledde fram till en väderkompenserad ekvivalent temperatur.   Modellen skapades sedan först teoretiskt innan den programmerades med ett koncept där byggnaden beskrivs via parametrar gällande utformning och material där bedömningar kan göras i de fall där exakt kunskap saknas. Modellen använde sedan dessa parametrar och SMHIs API för beräkningar gällande byggandens värmebalans under de nästkommande två dygnen och ta fram en ekvivalent temperatur som ersätter utetemperaturen som ingående temperatur till styrsystemet. Beräkningar gällande vind finns förberedda men är inte inkluderade då inget tillräckligt pålitligt samband mellan vindhastighet och förluster kunde fastställas innan simuleringsstart.    Modellen simulerades för en lätt och en tung byggnadskonstruktion via en DUC där utetemperaturen given av SMHI samt den ekvivalenta temperaturen loggades under fyra dygn.   Resultatet av simuleringen visade att medeltemperaturen var högre i båda fallen för den ekvivalenta temperaturen.  Gällande den tunga byggnadskonstruktionen var topptemperaturen lägre och bottentemperaturen högre för den ekvivalenta temperaturen. Gällande den lätta byggnadskonstruktionen var både topp och bottentemperaturen lägre för den ekvivalenta temperaturen. Arbetet visar tecken på att energibesparingar kan göras men kan inte fastställa att detta kan göras på lång sikt på grund av den korta testperioden som medför att ett begränsat antal förhållanden testats.   Förbättringsförslag finns lämnade via mera komplexa beräkningar gällande byggnadens värmeöverföring och påverkan av närmiljö samt flera och längre simuleringar. Förslag på framtida arbeten har lämnats gällande slutförande av vindberäkningar, ytterligare simuleringar, test på verklig byggnad och adderandet av en självlärande loop. / On behalf of JAADAB AB, a study has been conducted on whether forecast control can be used to effectively regulate heat in a building to save energy and provide a more even indoor temperature by using SMHI's open API. The assignment also included creating a model to be able to implement this in an existing building where details regarding the construction and properties of the building are unknown. The work began with a theoretical study regarding the building's heat transfer and how the weather affects the heat transfer where it appears that the building can utilize the supplied energy from solar radiation and that wind leads to increased losses via transmission, ventilation and leakage. A study was also done regarding forecast control which led to a weather-compensated equivalent temperature. The model was then first created theoretically before it was programmed with a concept where the building is described via parameters regarding design and materials where assessments can be made in cases where exact knowledge of the values is lacking. The model then used the submitted parameters and SMHI's API for calculations regarding the construction's heat balance during the next two days to produce an equivalent temperature that replaces the outdoor temperature as the input temperature to the control system. Calculations regarding wind are prepared but are not included as no sufficiently reliable connection between wind speed and losses could be established before the start of the simulation. The model was simulated for a light and a heavy building construction via the use of a DUC where the outdoor temperature was given by SMHI and the equivalent temperature were logged for four days. The result of the simulation showed that the average temperature was higher in both cases for the equivalent temperature. Regarding the heavy building construction, the highest temperature was lower and the bottom temperature higher for the equivalent temperature. Regarding the lightweight building construction, both the top and bottom temperatures were lower for the equivalent temperature. The work shows signs that energy savings can be made but it cannot be established that this can be done in the long term due to the short test period which means that a limited number of conditions have been tested. Suggestions for improvement have been submitted via more complex calculations regarding the building's heat transfer and impact on the local environment around the building as well as several further simulations with over more extended periods of time. Suggestions for future work have been submitted regarding the completion of wind calculations, additional simulations, tests on real building and the addition of a self-learning loop.

Ungefär 60 % av den totala energianvändningen för uppvärmning (inklusive varmvatten) i Sverige går åt till att värma upp flerbostäder och lokaler, vilket ger en indikation på att det finns potential att minska energianvändningen ytterligare genom att hitta alternativa metoder för styr- och reglering av befintliga värmesystem. En viktig faktor oberoende av vilken metod som används är att veta byggnadens dynamiska egenskaper. Det finns en rad olika metoder på marknaden för att kunna minska energianvändningen och en del av dem är välbeprövande medan andra fortfarande är på forskningsnivå. Den beprövade metoden är prognosstyrning vilket också utvärderades vidare i examensarbetet genom en studie av tidigare utförda arbeten inom området. En gemensam och viktig faktor för att kunna spara energi för uppvärmning i byggnader är att veta byggnadens tidskonstant, även kallad värmetröghet. För att påvisa dess betydelse utfördes simuleringar i ett program som heter TEKNOsim som är utvecklat av Chalmers tekniska högskola. Resultatet från simuleringarna som utfördes för 6 olika scenarier visade att den stora faktorn som påverkade byggnaden var internvärmen från belysning, apparater och personer. En yttre påverkande faktor som också hade betydelse var solavskärmning för fönsterna vilket gav en jämnare rumstemperatur. Då simuleringarna anpassades till två olika driftfall för ventilationssystemet till ”kontorstid” och ”utanför kontorstid” höll sig rumstemperaturen inom ramen för högsta och lägsta temperatur under tiden då kontoret var bemannat. En annan metod som användes var en litteraturstudie för arbeten inom området prognosstyrning. För de arbeten som valdes ut undersöktes två olika leverantörer som är marknadsledande i Sverige, eGain och Kabona. I snitt visade resultaten en besparing på 10–15% för uppvärmningskostnaderna men den individuella spridningen för eGains prognosstyrning var stor. Vissa fastigheter hade ingen besparing alls medan andra hade en besparing på 26%. Den stora spridningen berodde antagligen på att det nya systemet endast varit igång i 6 månader då studiens utfördes, vilket är för kort tid för att få några tillförlitliga resultat. För Kabonas tjänst Ecopilot var resultaten mer jämna.

The aim of this essay is to investigate how forecast control can affect the energy consumption and the top effects for heating compared to the traditional control system in facilities with different building structures. In 2013 were the energy consumption 80 TWh for the heating and domestic hot water in resident buildings and facilities. This corresponds to 55 % of the total energy consumption within the building sector and facilities represent 28 % of the buildings. This indicates that there is room for efficiency for the heating systems in facilities.Demands from new directives for stricter energy consumptions for buildings are going to be established in the Swedish regulations and 19:th of June 2018 were the new amending directives published which need to be established in the Swedish regulations latest 10 March 2020. The demands on the buildings is pushed further and further. It is getting more difficult to reach the requirements from BBR and even more difficult to reach the requirements from environmental certifications like Miljöbyggnad. Therefore, it is important with detailed solutions that is able to lower the energy consumptions for the heating systems.A reference building has been used and created in the simulation software IDA ICE with three different building constructions to compare forecast control against the traditional control system. One with a large U-value and low amount of thermal mass, one with a smaller U-value and a low amount of thermal mass and one with a smaller U-value and a high amount of thermal mass.The centrally controlled forecast control is tested against the traditional controlled system for each building structure. Traditional controlled systems in facilities is normally using thermostatic valves, due to the lack of sustainability and the lack of maintenance the control systems are also tested without the thermostatic valves.The results for the forecast control indicate on an increase for the energy saving by 3.4 % without the thermostatic valves and an increase by 2.7 % with the thermostatic valves. The top effects can be improved with forecast control by 33 % without thermostatic valves and by 15 % with thermostatic valves. These improvements were made for the building construction with high amount of thermal mass. It is possible to argue for benefits with forecast control if it is installed in a heavy constructed building with regard to the decreased top effects. It is more difficult to argue for the benefits with regard to the energy consumption. Large benefits were found with in local control, especially for buildings with large U-value and low amount of thermal mass. The result indicated on an improvement of 30 % for the traditional control with thermostatic valves and of 28 % for the forecast control with thermostatic valves compared to the scenario without the thermostatic valves.Knowledge about the building characteristics has a significance for the choice of control system. According to the results forecast control may be a benefit with regard to the top effects if it is a heavy building construction. Regarding the energy consumption is the best strategy to carefully adjust and maintain the current traditional control system. / Denna rapport har i avsikt att undersöka hur energianvändningen och värmeeffekterna för uppvärmning påverkas med prognosstyrning i jämförelse med traditionell styrning av värmesystem i lokaler av olika byggnadskonstruktioner. 2013 var energianvändningen 80 TWh för uppvärmning och tappvarmvatten i hushåll och lokalbyggnader. Detta motsvarade då 55 % av den totala energianvändningen inom sektorn där lokaler representerar 28 % av byggnaderna. Med andra ord finns det utrymme för effektivisering av uppvärmningen i lokaler.Krav från direktiv om skärpt energianvändning av byggnader måste införas i svenska regler. Den 19 juni 2018 publicerades nya ändringsdirektiv som måste vara införda i svenska regler senast den 10 mars 2020. Kraven på byggnader blir allt hårdare för att uppnå kraven som ställs från BBR och så även för att uppnå miljöcertifieringar som miljöbyggnad. Det blir alltså allt viktigare att hitta detaljlösningar som kan minska på energianvändningen på byggnader.För att ställa prognosstyrning mot traditionell styrning har en referensbyggnad använts. Den har byggts upp i simuleringsverktyget IDA ICE med tre olika byggnadskonstruktioner. Ett med både högt U-värde och liten termisk massa (originalkonstruktion), en med lägre U-värde men fortfarande liten termisk massa (lätt konstruktion) och en med lägre U-värde och mycket termisk massa (tung konstruktion).Den centralt styrda prognosstyrningen prövades sedan mot den traditionella styrningen för respektive byggnadskonstruktion. Med traditionell styrning används vanligtvis termosstatventiler i lokaler men då hållbarheten på dessa är låg vilket också underhållet av dessa kan vara, prövas även båda strategierna utan termostatventiler också.Resultatet visar att prognosstyrningen förbättrar energianvändningen som mest med 3.4 % i det fallet termostatventiler inte används och 2.7 % i det fallet termostatventiler används. Effekttopparna kan förbättras med 33 % utan termostatventiler och 15 % med termostatventiler. Dessa förbättringar genererades med den tunga konstruktionen. En tung konstruktion kan visa på fördelar med prognosstyrning med avseende på lägre effekttoppar. Utifrån resultaten går det däremot inte att se några fördelar med avseende på energianvändningen.Stora fördelar kunde däremot gå att se med lokal reglering med termostatventiler, vilket var särskilt gynnsamt för byggnader med högt U-värde och låg termisk massa. Resultatet visade då på en förbättring med 30 % för den traditionella styrningen och 28 % för prognosstyrningen när jämförelse med om de inte användes.En god förståelse av byggnadsstommens karaktär har en betydande roll för valet av reglersystem. Prognosstyrning kan vara fördelaktigt med avseende på toppeffekterna, framför allt med den tunga konstruktionen i resultatet. För att minska på energianvändningen är det dock troligtvis viktigast att se över och injustera det befintliga systemet på både central som lokal nivå.

En stor del av Sveriges energianvändning går till bostäder och lokaler. Ur en nationell synvinkel är energieffektiviseringar i befintliga byggnader därför en potentiellt viktig del för att kunna nå de satta klimatmålen till år 2020. I ett traditionellt styr- och reglersystem styrs framledningstemperaturen i ett vätskeburet värmesystem efter en kurva som beror på utomhustemperaturen. En del nya styr- och reglersystem tar även hänsyn till andra parametrar, såsom byggnaders värmetröghet och lokala väderprognoser. Ett exempel på ett sådant system är Ecopilot, utvecklat av Kabona. Nuvarande kunskap angående hur stor energibesparing som styr- och reglersystem med prognosstyrning och styrning som utnyttjar byggnadens värmetröghet ger upphov till består till största del av referensfall som jämför byggnaders energianvändning före och efter installationen. I detta examensarbete undersöktes hur energianvändning och inomhusklimat påverkades av prognosstyrning och styrning som utnyttjar byggnaders värmetröghet. Mätningar utfördes på två kontorsbyggnader vid namn Fräsaren 10 och Fräsaren 11. Båda byggnaderna är belägna i Sundbyberg och har Kabona Ecopilot installerat. Mätdata loggades genom redan utsatta givare och en enklare form av validering av dessa gjordes. I Fräsaren 10 och Fräsaren 11 jämfördes Ecopilot i normal drift med driftfallet då prognosstyrningsfunktionen stängdes av i Ecopilot. Även ett tredje driftfall undersöktes i Fräsaren 10. Under detta driftfall stängdes Ecopilot av och framledningstemperaturen styrdes med hjälp av reglerkurvor. I luftbehandlingsaggregaten sattes tilluftstemperaturens börvärde, till 19-20 °C. Varje driftfall hade en mätperiod på minst 14 dagar. Energisignaturer användes för att jämföra energianvändningen och en osäkerhetsanalys av de anpassade linjerna gjordes. En egen modell för att undersöka toppbelastningar i radiatorsystemet, VS1, i Fräsaren 10 togs fram. Även en modell för att undersöka hur temperaturen varierat inomhus mellan de olika mätperioderna togs fram. Energisignaturer för radiatorsystemen VS1 och VS2 i Fräsaren 10 visade på att likvärdiga energisignaturer kunde fås för samtliga av de undersökta driftfallen under det temperaturintervall som undersöktes. Energisignaturer för värmeanvändning i luftbehandlingsaggregatet, LB2601, visade på att en konstant tillufttemperatur på 19 °C som användes då Ecopilot var avstängd, kunde ge en högre värmeanvändning jämfört med fallen då Ecopilot var i normal drift och då Ecopilot hade sin prognosstyrning avstängd. Från jämförelse mellan fallen då Ecopilot var i normal drift och då Ecopilots prognosstyrning var avstängd kunde inga substantiella skillnader hittas mellan energisignaturerna. Det betyder dock inte att prognosstyrningen inte ger upphov till energibesparingar, utan att eventuella energibesparingarna var för små relativt mätningarnas osäkerhet vid en konfidensnivå på 65 % eller 95 %. Osäkerheten kan minskas om mätningar utförs över en längre tidsperiod än som var möjligt under detta examensarbete. Värmetoppbelastningar som undersöktes i radiatorsystemet i VS1 Fräsaren 10 visade inte på att några signifikanta skillnader mellan antalet uppmätta värmeeffekttoppar under de olika mätperioderna. Det förekom dock en viss indikation att det kan leda till fler värmeeffekttoppar om prognosstyrningen stängs av i Ecopilot. För att få ett mer tillförlitligt resultat behöver mätningar göras under en längre tidsperiod. Inomhustemperaturen undersöktes i Fräsaren 10 och Fräsaren 11. I Fräsaren 10 uppgick medeltemperatur till 21,5 °C för fallen då Ecopilot var i normal drift och då prognosstyrningen var avstängd. Då Ecopilot var avstängd var medeltemperaturen 22,1 °C. Under mätperioderna uppmättes en variation som understeg ± 1 °C från medelvärdet för respektive mätperiod. Baserat på resultaten presenterade i detta examensarbete antaganden angående hur stor besparing av värme som Ecopilot ger upphov till revideras. Att jämföra energianvändning före och efter installation av styrsystem såsom Ecopilot kan ge en dålig bild av hur stor del av energibesparingen som orsakats av Ecopilot, speciellt om reglerkurvorna i det gamla systemet var dåligt intrimmade.