Fjärrvärme står för stora delar av den uppvärmning av fastigheter som sker i Sverige och har länge ansetts vara kostnadseffektiv och miljövänlig. Detta är något som börjat ifrågasättas, vilket lett till att energibolag ständig letar efter sätt att effektivisera fjärrvärmenäten för att stärka fjärrvärmens marknadsposition. En teknik för att effektivisera fjärrvärmenäten som utvecklats på senare år är laststyrning. Tekniken ger energibolag möjlighet att optimera produktionen för att minska användningen av dyra och miljömässigt dåliga bränslen som exempelvis olja. Laststyrning bygger på faktumet att byggnader är tunga objekt som har goda möjligheter att lagra värme. När energibolag använder sig av laststyrning styr de effektuttaget i fastigheter som är anslutna till fjärrvärmenätet utifrån produktionens behov. Då laststyrning direkt påverkar värmetillförseln till de fastigheter som ansluts måste nya affärsmodeller utvecklas för att säkerställa att kundernas behov av fjärrvärme uppfylls. Syftet med detta examensarbete har varit att utveckla ett underlag till hur fallföretaget Luleå Energi AB (LEAB) kan ta fram en affärsmodell för laststyrning. LEAB utreder möjligheterna att införa laststyrning för att jämna ut de effekttoppar som uppstår i fjärrvärmenätet. Studiens syfte har uppnåtts genom att litteratur och genomförda intervjuer lett till framtagandet av en generell modell som innehåller de viktigaste punkterna i en affärsmodell för laststyrning. Slutsatserna i studien är framförallt riktade till fallföretaget LEAB men bör vara applicerbara av andra energibolag som planerar att införa laststyrning i sina fjärrvärmenät. Vidare bör studiens slutsatser även vara av intresse för läsare som söker ökad förståelse för fjärrvärme och laststyrning. LEAB rekommenderas använda den generella modell som presenteras i studien som underlag vid utvecklingen av en affärsmodell för laststyrning. Då både resultaten i denna studie och tidigare studier tyder på att om laststyrning implementeras på rätt sätt finns det goda möjligheter till mindre miljöpåverkan och ekonomiska vinster för både energibolag och deras kunder. / District heating accounts for a large part of the heating of real estate in Sweden and has long been considered cost-effective and environmentally friendly. But this is something that has begun to be questioned, which has led to the fact that energy companies are constantly looking for ways to streamline district heating networks to strengthen the district heating market position. One of the technologies for streamlining district heating networks developed in recent years is load control. The technology enables energy companies to optimize their production to reduce the use of expensive and environmentally bad fuels such as oil. The technology is because buildings are heavy objects, and therefore have a good heat storage capacity. When energy companies use load control they take control over properties substations and regulate the heat demand according to the production units’ demands. Since load control directly influences the heat supply to the properties that are connected, the district heating business models must be developed to ensure that customers' needs regarding district heating are met. The purpose of this study has been to develop a foundation for how the case company Luleå Energi AB (LEAB) can develop a business model for load control. LEAB wants to introduce load control in its district heating network to even out the peaks which occur in the district heating network. The purpose of this thesis has been achieved by the fact that literature combined with interviews resulted in a general model. The model contains the most important areas to be considered in a business model for load control. The results in this study are mainly aimed at LEAB, but should be able to be applied by other energy companies who plan to introduce load control in their district heating networks. Furthermore, the results of the study should also be of interest to readers seeking greater understanding about district heating and load control in general. The recommendation to LEAB is to use the general model presented in this thesis as a foundation for the development of a business model for load control. As both the results in this study and previous studies indicate that if load control is implemented properly, there are opportunities for less environmental impact from the heat production and financial gains and for both energy companies and their customers.

I Sverige står byggbranschen för en energianvändning som motsvarar omkring 40% av den totala energianvändningen. Av en byggnads energianvändning sker den största andelen under driftsfasen. För att förbättra byggnaders prestanda har fokus legat på att erhålla låga U-värden för klimatskalet, framför allt genom ökad isolering. Ett problem som finns är dock att byggnaders förväntade energiprestanda inte alltid stämmer överens med den uppmätta prestandan. En faktor som skulle kunna minska en byggnads energibehov är värmetrögheten. Vid framtagning av en byggnads förväntade energibehov ingår värmetrögheten i form av en tidskonstant, som beskriver byggnaders förmåga att klara av tillfälliga temperaturförändringar utomhus utan att inomhustemperaturen ändras avsevärt. Det har dock visat sig vara svår att bestämma värmetrögheten samt dess påverkan på energianvändningen. Allt eftersom nya tekniker utvecklas med nya typer av konstruktioner som frångår det traditionella är det av intresse att analysera hur en byggnads förväntade energibehov enligt de metoder som används idag stämmer överens med den uppmätta energianvändningen, samt om värmetrögheten kan vara en faktor som påverkar den uppmätta energianvändningen. Syftet med detta arbete har varit att analysera energianvändningen för byggnader med icke-traditionella väggstommar av massivträ, för att jämföra den förväntade energianvändningen mot den uppmätta med två av de metoder som finns idag. För att göra en jämförelse mellan teoretisk och uppmätt energianvändning har en fallstudie genomförts där två villor med samma typ av väggstommar har analyserats. Villornas förväntade energianvändning har tagits fram genom beräkningar samt simuleringsprogram. Att använda två olika tillvägagångssätt har givit möjlighet att jämföra olika verktyg för att bestämma en byggnads förväntade energianvändning. Resultatet från studien har som tidigare studier visat på en skillnad mellan förväntad och uppmätt energianvändning, där det visat sig vara en svårighet att applicera värmetrögheten i energiberäkningar med de metoder som används idag. För att bestämma värmetrögheten för olika dimensioner av det studerade väggelementet har ett experiment genomförts med syfte att mäta tidskonstanten. Experimentet har utförts i en klimatkammare där lådor med väggelementen som samtliga omslutande delar har testats. Resultatet har visat på att det faktiska värdet för tidskonstanten frångår de förväntade värden som tagits fram genom beräkningsmetoder, där värmetrögheten för det väggelement som utgör stommen för de studerade villorna är högre än vad som används i beräkningar idag. Detta har givit indikationer på att de metoder som används idag inte är tillräckligt anpassade för nya typer av väggstommar, vilket skulle kunna bidra till att det förväntade energibehovet inte stämmer överens med det faktiska. Studien har visat på en alternativ metod att bestämma värmetrögheten för ett väggelement, samt givit indikationer på att fler studier inom ämnet skulle behöva genomföras för att på ett bättre sätt koppla samt ta hänsyn till värmetrögheten i energiberäkningar. / The energy use in the construction industry's in Sweden corresponds to about 40% of the total energy consumption. The largest share of a building's energy use takes place during the operational phase. In order to improve the performance of buildings the focus has been on obtaining low U-values for the building envelope, primarily through increased insulation. However, there is a problem that the expected energy performance of buildings does not always correspond to the measured performance. A factor that could reduce a building's energy needs is thermal inertia. When producing a building's expected energy needs, the thermal inertia is included in the form of a time constant, which describes the ability of buildings to cope with temporary temperature changes outside without the indoor temperature changing significantly. However, it has proven to be difficult to determine thermal inertia and its impact on energy use. As new technologies are developed with new types of constructions that depart from the traditional, it is of interest to analyze how a building's expected energy needs according to the methods used today match the measured energy use, and whether thermal inertia can be a factor that affects the measured energy use. The purpose of this work has been to analyze the energy use of buildings with non-traditional solid wood wall frames, to compare the expected energy use against the measured, using two of the methods available today. The comparison between theoretical and measured energy use  has been done through a case study, where two villas with the same type of wall frames have been analysed. The villas' expected energy use has been developed through calculations and simulation programs. Using two different approaches has provided the opportunity to compare different tools to determine a building's expected energy use. The results of the study have, like previous studies, shown a difference between expected and measured energy use, where it has proven to be a difficulty to apply thermal inertia in energy calculations with the methods used today. In order to determine the thermal inertia for different dimensions of the studied wall element, an experiment has been carried out with the aim of measuring the time constant. The experiment has been carried out in a climate chamber where boxes with the wall elements as all enclosing parts have been tested. The result has shown that the actual value of the time constant deviates from the expected values obtained through calculation methods, where the thermal inertia of the wall element that forms the frame of the studied villas is higher than what is used in calculations today. The study has shown an alternative method for determining the thermal inertia of a wall element, as well as giving indications that more studies in the subject would need to be done in order to in a better way connect and take thermal inertia into account in energy calculations.

Sweden is undergoing energy transition to become a zero-carbon economy with electricity production aims at 100% from renewable resources by 2040. Sweden also has a national goal to have fossil-free vehicle fleet by 2030. The increasing share of intermittent renewable resources creates growth in mismatches between electricity supply and demand. Demand flexibility provides solution to imbalances in power system where the prosumers can regulate their energy consumption. Demand response (DR) mechanism could be beneficial to power gird stability. Electric heat pumps serve as a pool of flexible load meanwhile the thermal inertia of the residential buildings serves as thermal energy storage. In this thesis, a techno-economic analysis of demand flexibility from heat pumps for residential buildings located in central Örebro is carried out with assistance of building energy simulations. This thesis aims to improve the intelligence of this existing buildings by comprehending the size of thermal inertia availability according to different heat demand, building envelope materials, ventilation systems, weather conditions and user behaviors. Two multi-family residential buildings, Klockarängsvägen and Pärllöken, are selected for case study and compared in terms of thermal inertia and avoided peak power fees in avoided peak power fee from flexible heat pump loads. Both buildings use heat pumps for space heating and domestic hot water supply. Electricity billings are subscribed to power tariff scheme, which makes peak power shifting more profitable. On the coldest day scenario when the ambient temperature is -20°C, Pärllöken’s indoor temperature drops from 21°C to 19.1°C if heat pump is turned off for an hour. Klockarängsvägen’s indoor temperature drops from 21°C to 16.6°C if heat pump is turned off for an hour. At the lowest indoor temperature setpoint of 18°C, Pärllöken demonstrates a maximum power-shift capacity of 25 kW and heatshift capacity of 75 kWh on the coldest day. That of Klockarängsvägen is a maximum power-shift capacity of 20 kW and heat-shift capacity of 20 kWh. With larger building thermal inertia and more power-shift capacity, Pärllöken is undoubtedly the winner thanks to concrete wall materials, heavier building thermal mass, balanced ventilation, heat recovery system, and higher window class. In economic analysis, based on the proposed energy models, two control strategy options in Pärllöken are considered. Economic analysis focuses on winter season from October to March. Option 1 operates heat pump in variable capacity control mode at part load capacity. Option 2 operates in fixed capacity on/off -4- control. In winter season, Pärllöken saves 1 646 SEK in Option 1 and 2 273 SEK in Option 2. Klockarängsvägen only considers Option 1 for economic analysis, which results in 20 948 SEK avoided peak power fee. Option 2 for Klockarängsvägen exceeds indoor temperature setpoint very quickly mainly due to poorer building envelope insulation in which conserves lower thermal inertia. / Sverige genomgår en energitransformation för att bli en fossilfri ekonomi som siktar på att ha en elproduktion från 100% förnybara resurser år 2040. Sverige har också ett nationellt mål att ha en fossilfri fordonsflotta till 2030. Den ökande andelen av intermittenta förnybara resurser bidrar till ökning av obalans mellan produktion och efterfråga av elektricitet. Efterfrågeflexibilitet ger en lösning på problemet med obalanser i energisystemet där prosumenter kan reglera sin energiförbrukning. Efterfrågeflexibilitet kan vara fördelaktigt för kraft- och nätstabilitet. Elektriska värmepumpar kan agera som en stor flexibel last samtidigt som fastighetens termiska tröghet fungerar som värmeenergilagring. I denna avhandling utförs en teknisk-ekonomisk analys av efterfrågeflexibilitet från värmepumpar för två bostadshus beläget i centrala Örebro med hjälp av energisimuleringar av fastigheten. Genom denna avhandling syftar författaren på att höja intelligensen av de befintliga fastigheterna genom att undersöka storleken av den termiska trögheten som finns tillgänglig med avseende på olika värmescenario, byggnadsmaterial, ventilationssystem, väderförhållanden och användarbeteenden. Två flerfamiljshus, Klockarängsvägen och Pärllöken, väljs för jämförelse med avseende på den termisk tröghet som bidrar mest till efterfrågeflexibiliteten. De två utvalda fastigheterna använder värmepumpar för värme och varmvatten. Båda fastigheterna faktureras enligt effektabonnemang, vilket gör effektutjämning mer lönsamt. I det kallaste scenariot, när omgivningstemperaturen är -20°C, faller Pärllökens inomhustemperatur från 21°C till 19,1°C och Klockarängsvägens inomhustemperatur sjunker till 16,6°C om värmetillförseln stängs av i en timme. Under det lägsta börvärdet för inomhustemperatur på 18°C visar Pärllöken en maximal effektförskjutningskapacitet på 25 kW och för Klockarängsvägen-byggnader 20 kW. Med hänsyn till fastighetens termiska tröghet är Pärllöken utan tvekan vinnaren på grund av betong som väggsmaterial, högre termisk massa, balanserad ventilation, värmeåtervinningssystem och högre energiklass på fönsterglasen. Ovanstående skäl gör att Pärllökens termiska tidskonstant är minst tre gånger längre innan temperaturen når det lägsta börvärdet på 18°C, jämfört med Klockarängsvägen. Detta ger att Pärllöken har en högre förskjutningskapacitet av värme på 75 kWh jämfört med Klockarängsvägens maximala förskjutningskapacitet på 20 kWh. I en ekonomisk analys, baserat på författarens framtagna energimodeller, beaktas två styrstrategier i Pärllöken. Den ekonomiska analysen fokuserar på vintersäsongen från oktober till mars. Alternativ 1 driver värmepumpen med partiell kapacitet enligt reglerbar effekt. Alternativ 2 stänger av värmepumpen helt. Under vintersäsongen sparar Pärllöken 1 646 SEK med Alternativ 1 och 2 273 SEK med Alternativ 2. Klockarängsvägen använder sig endast av Alternativ 1 för en ekonomisk analys, vilket resulterar i en kostnadsbesparing på 20 948 SEK. En förstudie med värmepump i kombination med andra förnybara tekniker så som solceller på Klockarängsvägen genomförs för att undersöka potentialen av energibesparing. Kombinationen ger dock inte en positiv effekt på grund av den låga solinstrålningen under vintertid.

District heating plays a major role in the Swedish energy system. It is deemed a renewable energy source and is the main provider for multi-family dwellings with 90 %. Although the district heating fuel mix consists of majority renewables, a share of 5 % is provided from fossil fuels. To reduce fossil fuel usage and eradicate CO2-emissions from the district heating system new solutions are sought after. In this project, the potential for shortterm thermal energy storage in buildings is investigated. This concept is referred to as customer flexibility. Demand flexibility is created in the district heating system (DHS) by varying the indoor temperature in 50 multi-family dwellings with maximum 1◦C, without jeopardizing the thermal comfort for the tenants. The flexible load makes it possible to store energy shortterm in the building’ envelope. Consequently, heat load curves are evened in production. This leads to a reduction of the peak load in the DHS. Peaks are associated with high costs and environmental impact. Therefore, the potential benefits of customer flexibility are reduced peak production, fuel costs, and CO2-emissions, depending on the fuel mix in the DHS. The project objective is to examine the techno-economic potential of customer flexibility in a specific DHS. The case study is made in a DHS owned by the company Vattenfall, located in the Stockholm area. To evaluate the potential benefits of implementing the concept, seven key performance indicators are chosen. They are peak power, peak fuel usage, produced volume, total fuel cost, fuel cost per produced MWh, climate footprint, and primary energy. Moreover, an in-house optimization model is used to simulate multiple scenarios of the district heating DHS. Different sets of assumptions about the available flexibility in the DHS and the thermal characteristics of the buildings are made. Customer flexibility is modeled as virtual heat storage that can be charged up or down depending on the speed and size of the available storage at a specific outdoor temperature. Simulation results give a maximum peak power reduction of 10.9 % and annual fuel cost reduction between 0.9-3.6 % depending on the scenario. The results found are comparable to values found in similar studies. However, the environmental key performance indicators generated an increase in CO2-emissions and primary energy compared to the baseline scenarios. The result would have looked different if fossil fuels were used in peak production instead of biofuels. The master thesis also aimed to validate assumptions and parameters made in the input data to the optimization model. This was achieved by using results attained from a pilot in the specific DHS. Therefore results generated from the simulations are deemed accurate and confirm that customer flexibility leads to reduced peak production and DHS optimization. / Se filen