The recent climate actions to reduce greenhouse gas (GHG) emissions have set the stage for decarbonizing the transportation sector through electrification, which has led to a surge in the deployment of battery electric vehicles (BEV). Trucks are no exception, which has led automakers to shift their focus toward producing Battery Electric Trucks (BET). While tail-pipe emissions are reduced drastically, certain aspects of BET prevent its widespread deployment, prominent of which is the range anxiety. The range of a BET is heavily impacted in cold weather as energy from traction batteries is also used to warm the battery pack and cabin, where 70% of cabin airflow at minimum is continually expelled through exhaust vents for proper ventilation. In this study, three heat recovery techniques were investigated with the objective of harnessing the waste heat from evacuating cabin air to reduce the heating energy consumption in a BET. One proposed technique employs the use of an air-to-air heat recovery system (AAHRS). Baseline experiments were conducted on a SCANIA test truck for benchmarking and to gather data on the performance of the installed HVAC system, which aided the prototyping stage of basic engineering design to ensure it is operable and safe. The prototype was modelled in CATIA, then fabricated and fitted to the test-truck. Validation experiments were done to evaluate the energy savings from the prototype in a climate chamber at various ambient temperature and fan speed settings. The study found a 20-53% reduction in the heat dissipated by the coolant with the implementation of AAHRS, which is beneficial in reducing the energy that need to be replenished by electric batteries for a BET. In contrast, the electrical power consumption increased 1.7-3.3 times higher than the baseline due to the additional power-consuming components, such as the exhaust blower and heat wheel motor. Moreover, the preheating effect from the heat wheel operation enabled the increase of HVAC air intake temperature by 7-28°C from ambient levels. Overall, the energy savings from integrating the AAHRS prototype was about 19-47% considering the coolant heat was produced from an electric heater as was simulated in the tests, whereas the range was estimated to reduce by17-39% if an automotive heat pump would instead deliver the heat into the cab heater core. Two other presented techniques operate on air-to-liquid heat recovery system (ALHRS), whereby each is envisioned to be coupled separately to a heat pump assisted integrated thermal management system (ITMS). One scheme recovers heat from the evacuating cabin air to raise the chiller coolant inlet temperature, whereas the other scheme proposes to adopt a multi-evaporation process in the concept liquid-cooled heat pump, wherein the evacuating cabin air serves as the direct heat source for the higher temperature-chiller. The two schemes were initially evaluated via vapor compression system performance analysis to have the potential to increase the condensation heat and condenser coolant outlet temperature with simultaneous increase in the coefficient of performance, which is beneficial in terms of available heat that can be dissipated into the downstream battery cold plates and cab heater core. As initial step towards assessment of the energy-saving potential of proposed ALHRS solutions, a simulation model of an adopted baseline ITMS concept was developed in this study using Engineering Equation Solver (EES) software, which then was validated against internal bench test results for a mock-up ITMS model. Results of initial validation test indicated an absolute error between the simulation outputs and bench test results of 8-14% for condensation heat, while it was below 7% for all the other relevant performance parameters. / De senaste klimatåtgärderna för att minska utsläppen av växthusgaser (GHG) har satt scenen för att minska koldioxidutsläppen inom transportsektorn genom elektrifiering, vilket har lett till en kraftig ökning av utbyggnaden av batterielektriska fordon (BEV). Lastbilar är inget undantag, vilket har fått biltillverkare att flytta fokus mot att producera batterielektriska lastbilar (BET). Medan utsläppen från avgasröret minskar drastiskt, förhindrar vissa aspekter av BET dess utbredda distribution, varav framträdande är räckviddsångesten. Räckvidden för en BET påverkas kraftigt i kallt väder eftersom energi från dragbatterier också används för att värma batteripaketet och kabinen, där minst 70% av kabinluftflödet kontinuerligt släpps ut genom avgasventiler för korrekt ventilation. I denna studie undersöktes tre värmeåtervinningstekniker med målet att utnyttja spillvärmen från evakuering av kabinluft för att minska värmeenergiförbrukning i en BET. En föreslagen teknik använder användning av ett luft-till-luft-värmeåtervinningssystem (AAHRS). Baslinjeexperiment utfördes på en SCANIA-testbil för benchmarking och för att samla in data om prestandan hos det installerade HVAC-systemet, vilket hjälpte prototypstadiet för grundläggande teknisk design för att säkerställa att det är funktionsdugligt och säkert. Prototypen modellerades i CATIA, tillverkades sedan och monterades på testbilen. Valideringsexperiment utfördes för att utvärdera energibesparingarna från prototypen i en klimatkammare under olika inställningar för omgivningstemperatur och fläkthastighet. Studien fann en 20-53% minskning av värmebelastningen med implementeringen av AAHRS, vilket är fördelaktigt för att minska energin som behöver fyllas på av elektriska batterier för en BET. Däremot ökade den elektriska strömförbrukningen 1.7-3.3 gånger högre än baslinjen på grund av ytterligare strömförbrukande komponenter, såsom avgasfläkten och värmehjulsmotorn. Dessutom möjliggjorde förvärmningseffekten från värmehjulsdrift ökningen av HVAC-luftintagstemperaturen med 7-28°C från omgivande nivåer. Sammantaget var energibesparingarna från att integrera AAHRS-prototypen cirka 19-47% med tanke på att kylvätskevärmen producerades från elektrisk värmare som simulerades i experimenten, medan detta intervall uppskattades minska ner till 17-39% om en bilvärmepump istället skulle leverera värmen till hyttvärmarkärnan. Två andra presenterade tekniker fungerar på luft-till-vätska värmeåtervinningssystem (ALHRS), där var och en är tänkt att kopplas separat till ett värmepumpassisterat integrerat värmehanteringssystem (ITMS). Det ena schemat återvinner värme från den evakuerande kabinluften för att höja kylvätskeinloppstemperaturen, medan det andra schemat föreslår att man antar en multiindunstningsprocess i konceptet vätskekyld värmepump, där den evakuerande kabinluften fungerar som den direkta värmekällan för kylaggregatet med högre temperatur. De två scheman utvärderades initialt via ångkompressionssystemets prestandaanalys för att ha potential att öka kondensationsvärmen och kondensorns kylvätskeutloppstemperatur med samtidig ökning av prestandakoefficienten, vilket är fördelaktigt när det gäller tillgänglig värme som kan avledas i nedströms batteriets kylplattor och hyttvärmarens kärna. Som ett första steg mot en bedömning av energibesparingspotentialen hos föreslagna ALHRS-lösningar utvecklades en simuleringsmodell av ett antaget baslinje-ITMS-koncept i denna studie med hjälp av Engineering Equation Solver (EES) -programvara, som sedan validerades mot interna bänktestresultat för en mock-up ITMS-modell. Resultaten av det inledande valideringstestet indikerade ett absolut fel mellan simuleringsutgångarna och provbänksresultaten på 8–14% för kondensationsvärme, medan det var under 7 % för alla andra relevanta prestandaparametrar.

The high energy use in the European building stock is attributable to the large share of old buildings with poor energy performance. Energy renovation of buildings is therefore vital in the work towards energy efficiency and reduced environmental impact in the EU. Yet, the strategies and energy system implications of this work have not been made clear, and the rate of building renovation is currently very low. The aim of this thesis is to investigate the economic and environmental aspects of energy renovation strategies, with two main objectives: Renovation of Swedish district heated multi-family houses, including life-cycle cost and environmental analysis and impact on the local energy system; Renovation of European residential and office buildings, including life-cycle cost and environmental analysis and influence of climatic conditions. Buildings typical for the respective regions and the period of construction 1945-1970 were simulated, in order to determine the feasibility and energy saving potential of energy renovation measures in European climates. A variety of systems for heating, cooling and ventilation were studied, as well as solar energy systems, with focus on heat pumps, district heating, low-temperature heating systems and air heat recovery. Compared to normal building renovation, energy renovation can often reduce the life-cycle costs and environmental impact. In renovation of typical European office buildings, as well as Southern European multi-family houses, more ambitious renovation levels can also be more profitable. Exhaust air heat pumps can be cost-effective complements in district heated multi-family houses, while ventilation with heat recovery is more expensive but also more likely to reduce the primary energy use. From a system perspective, simple exhaust ventilation can reduce the primary energy use in the district-heating plant as much as an exhaust air heat pump, due to the lower electricity use. / Byggnadssektorn står för omkring 40 % av den totala energianvändningen i EU. Den höga energianvändningen i Europeiska byggnader kan till stor del tillskrivas den stora andelen gamla byggnader med dålig energiprestanda. Energirenovering av byggnader, eller energieffektivisering genom renovering, kan därför anses utgöra en central del i arbetet mot EU:s klimat- och energimål för år 2030. Trots detta är det ännu inte helt klarlagt vilka strategier som ska tillämpas för att uppnå detta och hur det påverkar energisystemet, och i nuläget är renoveringstakten fortfarande väldigt låg. Målet med denna avhandling är att undersöka ekonomiska och miljömässiga aspekter av strategier för energirenovering, såväl byggnadsskalsåtgärder som aktiva system, för typiska bostads- och kontorsbyggnader i Sverige och i andra Europeiska regioner. Mer specifikt har arbetet följande två inriktningar: Renovering av svenska, fjärrvärmevärmda flerfamiljshus, inklusive livscykelkostnadsanalys och livscykelmiljöanalys samt påverkan på det lokala energisystemet; Renovering av Europeiska bostads- och kontorsbyggnader, inklusive livscykelkostnadsanalys och livscykelmiljöanalys samt påverkan av klimatförutsättningar. Byggnader typiska för respektive region och byggnadsperioden 1945-1970 modellerades och användes i simuleringar för att fastställa den övergripande möjligheten och energibesparingspotentialen för olika renoveringsåtgärder i Europeiska klimat. En rad system för värme, kyla och ventilation studeras, samt solenergisystem, med fokus på värmepumpar, fjärrvärme, lågtemperaturvärmesystem och värmeåtervinning ur frånluft. Jämfört med renovering av byggnader utan energieffektiviseringsåtgärder kan energirenovering i många fall minska såväl livscykelkostnaden som miljöpåverkan. Vid renovering av typiska Europeiska kontorsbyggnader lönar det sig mer att renovera ner till ett uppvärmningsbehov på 25 kWh/(m²∙år) än 45 kWh/(m²∙år), då den minskade kostnaden för köpt energi väger upp den ökade kostnaden för isolering. För flerfamiljshus i södra Europa kan mer ambitiösa mål gällande värmebehov också vara lönsamma, medan en mer måttlig nivå är lämplig för småhus. Solvärme- eller solelsystem kan användas för att minska byggnaders miljöpåverkan. Utan subventioner eller inmatningstariff för överskottsel kan det bli svårt att få lönsamhet i dessa system för kontorsbyggnader i Nord- och Centraleuropa samt för småhus. För flerfamiljshus kan solenergisystem dock sänka den totala livscykelkostnaden, såväl i södra som i norra Europa. Värmeåtervinning och lågtemperaturvärmesystem visade sig båda ha större inverkan i kallare klimat. Lågtemperaturvärmesystem förbättrar värmefaktorn för värmepumpar, i synnerhet när uppvärmningsbehovet är stort i förhållande till varmvattenbehovet. Vid renovering av byggnader med vattenburna radiatorer kan konvertering till tilluftsradiatorer sänka framledningstemperaturen i värmesystemet. I svenska flerfamiljshus kan frånluftsvärmepump vara ett kostnadseffektivt komplement till fjärrvärme, medan från- och tilluftsventilation med värmeåtervinning är dyrare men mer sannolikt att ge en minskad primärenergianvändning. I ett systemperspektiv kan frånluftsventilation utan värmeåtervinning minska primärenergianvändningen i fjärrvärmeverket lika mycket som en frånluftsvärmepump, tack vare den lägre elanvändningen. / <p>QC 20170509</p> / iNSPiRe

Denna studie har undersökt om förvärmning av luft är en bra metod för att undvika frostbildning i motströmsplattvärmeväxlare i luftbehandlingsaggregat. Frostbildning i värmeväxlare för ventilation är ett problem i kalla klimat och sänker den återvunna energimängden när potentialen för energiåtervinning är som högst.   Tidigare forskning i området har utförts för att bland annat: 1) Definiera säkra förhållanden utan frostbildning i värmeväxlare med laminär luftströmning.  2) Jämföra olika frostkontrollstrategier. 3) Analysera frostbildningens egenskaper och effekt på värmeväxlare i ventilation. Att forskningen inte är entydig för vilken frostkontrollstrategi som är bäst belyser vikten av detta arbete.   I en fallstudie kvantifieras empiriska värmeöverföringskoefficienter som används i en analytisk modell som förutspår energianvändningen för luftvärmning under olika driftfall för ett luftbehandlingsaggregat. Värmeöverföringskoefficienterna tas fram genom mätningar i ett luftbehandlingsaggregat lokaliserat i ett flerbostadshus. Mätobjektet har ett installerat värmebatteri före värmeväxlaren vilket värmer inkommande uteluft till konstant lufttemperatur.  Tillverkaren proklamerar att det sker turbulent luftströmning i den studerade värmeväxlaren. Vid olika lufthastigheter ändras värmeöverföringskoefficienten mer vid turbulent strömning än vid laminär strömning. Att olika lufthastigheter har betydlig inverkan på värmeöverföringskoefficienten överensstämmer med resultatet från mätningarna. Effektiviteten av den aktuella styrningen av förvärmaren har granskats och brister har upptäckts. En ny optimerad styrning föreslås för frostfri drift och minimerad energianvändning. Den optimerade styrningen jämförs sedan med en vanlig avfrostningsmetod och utförs med hjälp av flödesbalansstatistik från ett aggregat med sektionsavfrostningsstyrning. Resultatet visar att förvärmning av luft för frostfri drift använder mindre energi än vid sektionsavfrostningsstyrning.  Den föreslagna styrningen innebär att bypass-spjället öppnas då förvärmaren går på full effekt. Detta för att förhindra påfrostning vid extrema utetemperaturer, då förvärmaren inte ger tillräcklig effekt för att undvika påfrostning. Den föreslagna styrningen regleras utifrån daggpunkten, temperaturen på tilluften innan värmeväxlaren och temperaturen på avluften. Den framtagna värmeöverföringskoefficienten i studien tar inte i beaktning ökad koefficient under fuktiga förhållanden då daggpunkten i frånluften är över fryspunkten och det sker kondens. En framtida studie kan hitta värmeöverföringskoefficienter som förutspår yttemperaturen under kondensutfällning då daggpunkten är över 0°C vilket ger medel för att ta fram en ännu mera energieffektiv styrning. Detta kan utföras genom mätning i ett luftbehandlingsaggregat med hög temperaturverkningsgrad placerat i en fuktig miljö. / This study has analysed if preheating of air is a good method to prevent frost formation in a counter flow plate heat exchanger used in Air Handling Units. Frosting in heat exchangers used in AHU-systems is a problem in cold climates and lowers the energy recovery when its potential is the highest.   Previous research has been done to 1) Define safe operating conditions without frost formation in heat exchangers with laminar flow. 2) Compare different frost control strategies. 3) Analyse frost formation properties and its effects on heat exchangers in AHU-systems. That the research is not unambiguous for which frost control method is the best highlights the importance of this work. Empirical heat transfer coefficients are quantified in this study and are used in the creation of an analytical model of a counter flow heat exchanger that predicts the energy use for heating the air at different operating modes. The heat transfer coefficients are produced by measurements in an AHU-systems located in an apartment building. The AHU has an installed air heater before the heat exchanger which heats the outdoor inlet air to constant temperature.   The manufacturer of the AHU-system proclaims turbulent flow in the heat exchanger. Change of airflow has greater impact on the heat transfer coefficients during turbulent flow compared to laminar flow conditions. This is also derived from the results of the measurements. The effectiveness of the current control system is analyzed, and flaws are discovered. A new control system is therefore proposed for frost free operation and higher energy efficiency. The proposed control system is compared to a frequently used frost control system which uses bypass-dampers to redirect the inlet air to the reheater, to let the warm air stream melt formed frost on the warm air side. This comparison is accomplished by analyzing the usage of the bypass-dampers during different outdoor temperatures in a comparable AHU-system that have the mentioned frost control method. The results show that preheating of inlet air for frost free operation uses less energy than usage of the bypass-dampers to melt formed frost on the warm air side. The proposed control system needs the bypass-dampers to be used when the preheater is on full operation to prevent frost formation at extreme outdoor temperatures when the preheating may not be enough. The proposed control system is regulated by the dewpoint and the temperatures of the exhaust air stream and the supply air stream. The derived heat transfer coefficient that is used to predict the plate-temperature take no account for condensation on the warm air side during humid conditions when the dew point is above the freezing point. Future studies can derive the heat transfer coefficient during condensation which will improve the prediction of the plate-temperature. This would make the system more energy efficient during humid air conditions. This can be done by measurements in an AHU-system with high temperature efficiency placed in a humid environment.

The high energy use in the European building stock is attributable to the large share of old buildings with poor energy performance. Energy renovation of buildings is therefore vital in the work towards energy efficiency and reduced environmental impact in the EU. Yet, the strategies and energy system implications of this work have not been made clear, and the rate of building renovation is currently very low. The aim of this thesis is to investigate the economic and environmental aspects of energy renovation strategies, with two main objectives: Renovation of Swedish district heated multi-family houses, including life-cycle cost and environmental analysis and impact on the local energy system; Renovation of European residential and office buildings, including life-cycle cost and environmental analysis and influence of climatic conditions. Buildings typical for the respective regions and the period of construction 1945-1970 were simulated, in order to determine the feasibility and energy saving potential of energy renovation measures in European climates. A variety of systems for heating, cooling and ventilation were studied, as well as solar energy systems, with focus on heat pumps, district heating, low-temperature heating systems and air heat recovery. Compared to normal building renovation, energy renovation can often reduce the life-cycle costs and environmental impact. In renovation of typical European office buildings, as well as Southern European multi-family houses, more ambitious renovation levels can also be more profitable. Exhaust air heat pumps can be cost-effective complements in district heated multi-family houses, while ventilation with heat recovery is more expensive but also more likely to reduce the primary energy use. From a system perspective, simple exhaust ventilation can reduce the primary energy use in the district-heating plant as much as an exhaust air heat pump, due to the lower electricity use. / Byggnadssektorn står för omkring 40 % av den totala energianvändningen i EU. Den höga energianvändningen i Europeiska byggnader kan till stor del tillskrivas den stora andelen gamla byggnader med dålig energiprestanda. Energirenovering av byggnader, eller energieffektivisering genom renovering, kan därför anses utgöra en central del i arbetet mot EU:s klimat- och energimål för år 2030. Trots detta är det ännu inte helt klarlagt vilka strategier som ska tillämpas för att uppnå detta och hur det påverkar energisystemet, och i nuläget är renoveringstakten fortfarande väldigt låg. Målet med denna avhandling är att undersöka ekonomiska och miljömässiga aspekter av strategier för energirenovering, såväl byggnadsskalsåtgärder som aktiva system, för typiska bostads- och kontorsbyggnader i Sverige och i andra Europeiska regioner. Mer specifikt har arbetet följande två inriktningar: Renovering av svenska, fjärrvärmevärmda flerfamiljshus, inklusive livscykelkostnadsanalys och livscykelmiljöanalys samt påverkan på det lokala energisystemet; Renovering av Europeiska bostads- och kontorsbyggnader, inklusive livscykelkostnadsanalys och livscykelmiljöanalys samt påverkan av klimatförutsättningar. Byggnader typiska för respektive region och byggnadsperioden 1945-1970 modellerades och användes i simuleringar för att fastställa den övergripande möjligheten och energibesparingspotentialen för olika renoveringsåtgärder i Europeiska klimat. En rad system för värme, kyla och ventilation studeras, samt solenergisystem, med fokus på värmepumpar, fjärrvärme, lågtemperaturvärmesystem och värmeåtervinning ur frånluft. Jämfört med renovering av byggnader utan energieffektiviseringsåtgärder kan energirenovering i många fall minska såväl livscykelkostnaden som miljöpåverkan. Vid renovering av typiska Europeiska kontorsbyggnader lönar det sig mer att renovera ner till ett uppvärmningsbehov på 25 kWh/(m²∙år) än 45 kWh/(m²∙år), då den minskade kostnaden för köpt energi väger upp den ökade kostnaden för isolering. För flerfamiljshus i södra Europa kan mer ambitiösa mål gällande värmebehov också vara lönsamma, medan en mer måttlig nivå är lämplig för småhus. Solvärme- eller solelsystem kan användas för att minska byggnaders miljöpåverkan. Utan subventioner eller inmatningstariff för överskottsel kan det bli svårt att få lönsamhet i dessa system för kontorsbyggnader i Nord- och Centraleuropa samt för småhus. För flerfamiljshus kan solenergisystem dock sänka den totala livscykelkostnaden, såväl i södra som i norra Europa. Värmeåtervinning och lågtemperaturvärmesystem visade sig båda ha större inverkan i kallare klimat. Lågtemperaturvärmesystem förbättrar värmefaktorn för värmepumpar, i synnerhet när uppvärmningsbehovet är stort i förhållande till varmvattenbehovet. Vid renovering av byggnader med vattenburna radiatorer kan konvertering till tilluftsradiatorer sänka framledningstemperaturen i värmesystemet. I svenska flerfamiljshus kan frånluftsvärmepump vara ett kostnadseffektivt komplement till fjärrvärme, medan från- och tilluftsventilation med värmeåtervinning är dyrare men mer sannolikt att ge en minskad primärenergianvändning. I ett systemperspektiv kan frånluftsventilation utan värmeåtervinning minska primärenergianvändningen i fjärrvärmeverket lika mycket som en frånluftsvärmepump, tack vare den lägre elanvändningen. / iNSPiRe

The building sector is responsible for 36% of the energy usage and 39 % of all CO2- emissions in European union (EU). Therefore, it is of great interest to investigate how the building sector can become more energy efficient and lower the environmental impact. It is reported that 80-90 % of a building’s total energy usage occurs during the operational phase. The energy usage is mainly due to lightning, technical equipment and the heating, cooling and ventilation system (HVAC-system). During the last century the energy efficiency in lightning developed significantly meaning the energy used in the HVAC-system becomes increasingly significant. As EU aim to increase the energy efficiency and the ratio of renewable energy in the grid, one can assume that the importance of other phases in the HVAC system lifecycle will be increasingly interesting as for example the manufacturing process and material usage which can be evaluated through life cycle assessment (LCA).This thesis presents a comparison between the environmental impacts of a hybrid ventilation (HV) system and a mechanical ventilation system with heat recovery (MVHR) system through a LCA perspective designed for an office building in Lystrup, Denmark. The office building in Lystrup, Denmark was chosen as the HV system is implemented there. The HV system consists of an automated natural ventilation (NV) system and a mechanical exhaust air ventilation (MEV) system. The environmental impact from the NV was provided through environmental products declarations provided by the company dimensioning the NV system. The data was lacking for the MEV system and that system was therefore dimensioned and evaluated through LCA. The mechanical ventilation system chosen for comparison is a mechanical ventilation system with heat recovery (MVHR) decided by the commissioner of the project, Sweco AB. The MVHR system was dimensioned as well. The project was significantly affected by lack of data resulting in many assumptions. The system boundary of the life cycle was set to cradle to grave excluding the energy usage of producing the ventilation components. The assumed lifetime is 25 years. Gabi Education software was used for calculating the LCA results. The impact categories chosen are global warming potential (GWP), ozone depletion potential (ODP), acidification potential (AP), eutrophication potential (EP), photochemical ozone depletion potential (PODP), abiotic depletion potential (ADP) elements and ADP fossil which are used in the EN15804 standard when conducting LCA for construction components. The CML2001-IA 2001 IA method was used for the life cycle impact assessment in the LCA software which also is recommended according to EN15804.The LCA results were compared between the systems and interpreted through contribution analysis were the result was divided in the following categories; Energy usage (use phase), transportation, material usage (including raw material extraction and material processing) and end of life treatment. The two systems score similarly on all environmental impacts categories except for the global warming potential (GWP) and the abiotic depletion potential (ADP) fossil were the MVHR system scores approximately 3 times higher than the HV system. The MVHR system consumes approximately 3 times more energy during the use phase. The contribution analysis showed that the energy usage (use phase) dominated the contribution in almost all environmental impact categories. Further, the environmental impact caused by the material usage was compared between the MVHR - and HV system and the MVHR system scored higher in all categories except ADP elements.The conclusion drawn from this report is that the HV system is better if one looks to GWP and ADP fossil. The HV contributes less to climate change which is an important environmental concern. Further, the energy usage during use phase contributed most to environmental impacts for both the MVHR - and HV system. The environmental impact of the material usage is less for the HV - compared with the MVHR system. / Byggnadssektorn står för 36 % av energianvändningen och 39 % av alla koldioxidutsläpp i Europeiska unionen (EU). Därför är det av stort intresse att undersöka hur byggsektorn kan bli mer energieffektiv och undersöka hur dess miljöpåverkan kan minskas. Det rapporteras att 80–90 % av en byggnads totala energianvändningen inträffar under driftsfasen. Energianvändningen beror främst på belysning och värme-, kyla- och ventilationssystemet (VVS-systemet). Under det sista århundradet har energieffektiviteten gällande belysning förbättrats avsevärt, vilket innebär att betydelsen för energianvändningen till VVS-systemet ökat. Eftersom EU strävar efter att öka energieffektiviteten och mängden förnybar energi i elnätet kan man anta att betydelsen av andra faser i VVS-systemets livscykel kommer att bli allt mer intressant, till exempel tillverkningsprocessen och materialanvändningen vilket kan utvärderas genom livscykelanalys (LCA).   Denna rapport jämför miljöpåverkan från ett hybridventilationssystem (HV) med ett mekaniskt ventilationssystem med värmeåtervinningssystem (FTX-system) ur ett LCA-perspektiv. Studien utförs på kontorsbyggnad i Lystrup, Danmark. Kontorsbyggnaden i Lystrup valdes eftersom ett HV-systemet är implementerat där. HV-systemet består av ett automatiserat naturligt ventilationssystem (NV) och ett mekaniskt frånluftsventilationssystem (F-system). Miljöpåverkan från det NV-systemet tillhandahölls ur miljöproduktdeklarationer (EPD:er) som dimensioneringsföretaget tillhandahöll. Uppgifterna saknades för F-systemet och därför dimensionerades det förhand för att sedan utvärderades genom LCA. Hv-systemet jämfördes mot ett FTX system vilket bestämdes av uppdragsgivaren på företaget Sweco AB. FTX-systemet dimensionerades också förhand för att sedan utvärderas genom LCA. Livscykelns systemgräns sattes till från ”vagga-till-grav” exklusive energianvändningen för att producera ventilationskomponenterna då denna data saknades. Den antagna livslängden för ventilationssystemen är 25 år. LCA programvaran Gabi Education användes för att beräkna LCA resultaten. De miljöpåverkanskategorier som undersökts i den här studien är: global uppvärmningspotentialen, ozonuttunnande potential, försurningspotential, eutrofieringspotential, fotokemisk ozonuttunningspotential, abiotisk utarmningspotential (material) och abiotisk utarmningspotential (fossila bränslekällor) vilka skall användas enligt EN15804-standarden då LCA:er utförs på byggkomponenter. CML2001-IA metoden användes som livscykelkonsekvensbedömningen LCA-programvaran, vilket också rekommenderas enligt EN15804.   LCA-resultaten jämfördes mellan systemen och tolkades genom en bidragsanalys där resultatet delades in i följande kategorier: Energianvändningen (användningsfas), transport, materialanvändning (inklusive råvaruutvinning och materialbearbetning) och slutanvändningsfasen för komponenterna. De två systemen var likvärdiga i de flest miljöpåverkanskategorier utom den globala uppvärmningen potential och abiotiska utarmning potential fossil där FTX-systemet bidrog med ungefär 3 gånger så hög potentiell påverkan än det HV-systemet. FTX-systemet förbrukar ungefär 3 gånger mer energi under användningsfasen. Bidragsanalysen visade att energianvändningen (under användningsfasen) var den dominerade faktorn i nästan alla kategorier av miljöpåverkan. Utöver denna analysen jämfördes miljöpåverkan orsakad av materialanvändningen mellan FTX - och HV-systemet, där FTX-systemet fick högre poäng i alla kategorier utom i abiotiska utarmnings potential (material).   Slutsatsen från den här studien är att det HV-systemet är bättre om man ser till global uppvärmningspotential och abiotisk utarmningspotential fossil. Det HV-system har alltså mindre potential till att bidra till klimatförändringar och mindre potential att utarma fossila bränslekällor. Enligt den här studien är energianvändningen under användningsfasen den faktor som bidrar mest till miljöpåverkanskategorierna för både FTX - och det HV-systemet. Miljöpåverkan orsakad av materialåtgången är mindre för det HV-systemet än FTX systemet.

Byggnader i Sverige står för en stor del av landets totala energianvändning och det är därför viktigt att man försöker hitta energieffektiviseringar kring detta område. Ibland kan det vara enklare än man tror att komma på billiga energibesparande lösningar. En självklar sak är att termodynamikens andra lag även gäller avlopp. Eftersom avlopp i hus är öppna system, exponerade mot bistra uteklimatet genom hål eller små skorstenar i taket och det kommunala avloppsystemet, så borde det rimligtvis försvinna värmeenergi från huset även där. Man kan tänka sig att det sker kallras på vintern eller ett luftflöde som drar igenom husets avloppssystem. Detta drag borde kyla ner avloppsystemet. Vi kunde konstatera med hjälp av luftflödesmätare att detta drag på grund av skorstenseffekter ofta är riktat så att det kommer in kall luft från det kommunala avloppssystemet och ut igenom avluftningen på taket. Durgo är ett företag som tillverkar avluftningsventiler. Avluftningsventilen fungerar som så att den bara tar in luft när det blir undertryck i avloppet. Därmed kommer det inte ut någon illaluktande luft från avloppet vilket gör att man kan ha avluftningen installerad inomhus exempelvis på en vind. Om man sätter en avluftningsventil istället för att ha en öppen genomföring via taket sätter man stopp för det drag som kommer från kommunens avloppsnät. Därmed blir det minskad avkylning vid kall väderlek i husets avloppsledningar. Avloppsledningar i hus kan ofta vara oisolerade, även om de kan befinna sig i mer eller mindre isolerade utrymmen så kyler de ner konstruktionen och närliggande rum. Syftet med detta examensarbete är att ta reda på om det går att spara energi med en avluftningsventil. Vi bygger en experimentanläggning för att simulera energiåtgången. Experimentanläggningen består av två isolerade tankar, en luftad med avluftningsventil, den andra med öppen skorsten. Sen gör vi två olika typer av experiment där vi mäter temperaturen i tankarna. Första sättet tittar vi på hur snabbt vatten avkyls i två isolerade tankar där ena tanken är ventilerad som om det vore ett traditionellt avluftat avloppssystem och den andra tanken är ventilerad med en avluftningsventil. Andra sättet jämför vi hur mycket energi det går att upprätthålla en viss temperatur i dessa isolerade tankar. På så sätt kan vi enkelt se om det finns skillnader mellan de olika systemen. Vårt förväntade resultat var att man skulle spara energi om man använde sig av en avluftningsventil. Efter att vi gjort våra experiment kunde man se att vår hypotes mycket väl stämde överens med verkligheten. Vårt experiment visar att ju kallare det är utomhus desto större energibesparing gör man med en avluftningsventil. Energibesparingen kan bli runt 13 kWh per meter avloppsrör och år vilket skulle kunna motsvara 1-2 % per år av den totala uppvärmningskostnaden i ett hus beroende på hur många meter man har. I ett flerbostadshus med 84 lägenheter med 45 % effektgrad av värmeåtervinningen från spillvatten blir energisbesparingen ca 10 000 kWh/år då spillvattentemperaturen höjs med en grad. En avluftningsventil är en mycket billig investering och har dessutom flera andra fördelar än att man sparar energi. Dock måste man tillse att den monteras på rätt sätt så den inte läcker ut avloppsgas. / Buildings in Sweden account for a large proportion of the country’s total energy consumption and it is therefore important to try and find energy efficiencies around this area. Sometimes it can be easier than you think to get cheap energy saving solutions. One obvious thing is that the second law of thermodynamics also applies for sewerage. Because the sewage in houses are open systems, exposed to the harsh outdoor climate through holes or small chimneys on the roof and the municipal sewer system, then it should be reasonable that heat energy disappears from the house too. One could imagine that there are cold drafts in the winter or an airflow that pulls through the building's drainage system. This flow should cool down the drains. We could conclude with the aid of an airflow meter that these flows because of the chimney effects often are directed so that cool air flows from the municipal sewage system and out through the vent on the roof. Durgo is a company that manufactures air admittance valves. This valve works so that it only takes in air when under pressure in the sewer system. Thus, it will not print any foul air from the sewer which means that you can have the vent installed indoors, for example in an attic. If you put an air admittance valve instead of having an opening through the roof you put a stop to this airflow. Thus it becomes reduced cooling during cold weather in sewer systems. Drainage pipes in houses are often uninsulated, although they can be in more or less isolated areas and could cool down the construction and nearby rooms. The purpose of this thesis is to find out if it is possible to save energy with an air admittance valve. We built an experimental facility to simulate the energy consumption. The experimental facility consists of two insulated tanks, aerated with an air admittance valve, the other with an open chimney. Then we make two different types of experiments in which we measure the temperature in the tanks. First way, we look at how quickly the water is cooled down in two insulated tanks where one tank is vented as if it were a traditional vented sewer system and the second tank is ventilated with an air admittance valve. Second way, we compare how much energy it is possible to maintain at a certain temperature in the insulated tanks. In this way, we can easily see if there are differences between the various systems. Our expected results were that youwould save energy if you used an air admittance valve. After we made our experiments we could see that our hypothesis very well matched reality. Our experiment shows that the colder it is outside, the greater energy savings you do with an air admittance valve. Energy savings can be around 13 kWh per meter sewer pipe and year, which could equate to 1-2% per year of the total heating cost of a house depending on how many meters you have. In an apartment building with 84 apartments with 45% power level of heat recovery from waste water, the energy saving will be about 10 000 kWh / year because the waste water temperature becomes one degree higher. An air admittance valve is a very cheap investment and it offers several benefits beyond saving energy. However, one must ensure that it is installed properly so it does not leak emission.

För att tillgodose framtidens växande behov av energi och samtidigt bidra till en långsiktigt hållbar energitillförsel krävs resurs- och energieffektivisering inom flera sektorer. Inte minst inom industrin som år 2016 stod för mer än 50 procent av det globala energibehovet. Tillvaratagandet av befintliga resurser såsom spillvärme från tryckluftsproduktion är en möjlig effektiviseringsåtgärd. Till grund för examensarbetet ligger ett önskemål från koncernen Sandvik AB att utreda besparingspotential och kostnader för reinvestering i en av industrins kompressorcentraler, Götvalsverket. Reinvesteringen avser två nya kompressorer vars spillvärme integreras i industrins befintliga närvärmesystem och möjliggör för minskade resurs- och energikostnader samt utsläpp av CO2. Arbetet syftar till att analysera olika kompressorlösningar utifrån ett ekonomiskt och miljömässig perspektiv. Detta görs med hjälp av insamlad data, känslighetsanalyser och lönsamhetskalkyler med tillhörande LCC. Målet är att kunna besvara olika frågeställningar rörande total investeringskostnad, energi- och resursbesparing samt utsläppsreducering. Två fall av produktion undersöks, dels vid drift enligt Götvalsverkets befintliga produktionstid och dels med en optimerad drifttid för kompressorenheterna. En litteraturstudie har också genomförts där flera studier visar att tryckluft är ett dyrt alternativ för energiproduktion och att implementering av effektiviseringsåtgärder, däribland återvinning av spillvärme, därför kan vara väl grundade investeringar. Även andra fördelar kan kopplas till energieffektivisering, exempelvis förbättrad produktion och arbetsmiljö för anställda. Resultatet av arbetet visade att särskilt ett kompressoralternativ stod ut från de övriga ur både en ekonomisk- och miljömässig synpunkt. Detta alternativ erbjöd inte den billigaste investeringen men däremot var mängden återvunnen värme så pass mycket större än för andra alternativ, att energibesparingen minskade återbetalningstiden drastiskt. Tillvaratagande av befintliga resurser som spillvärme, tillsammans med industrins minskade energianvändning, anses vara en nödvändighet för att kunna säkerställa välmående hos både människor, djur och natur i framtiden. / In order to meet the growing demand for energy in the future, while contributing to a long-term sustainable energy supply, resource and energy efficiency measures are required within several sectors. In 2016 the industry sector accounted for more than 50 percent of the global power demand. The use of existing resources, such as waste heat from compressed air production, is a possible efficiency measure.  Behind this thesis work is a request from the Sandvik AB Group to estimate savings potential and reinvestment costs in one of the industry's compressor centers, Götvalsverket. The reinvestment refers to two new compressors whose waste heat is integrated into the industry's existing district heating system and allows for reduced resource and energy costs as well as a reduction of CO2-emissions.  This work aims to investigate different compressor alternatives from an economic- and environmental perspective. This is done using collected data, a sensitivity analysis and profitability calculations with an attached LCC-analysis. The aim is to answer various questions regarding total investment cost, energy and resource saving as well as emission reduction. Two cases in production are investigated. The first according to the existing operation hours in Götvalsverket and the second case with an optimized operating time for the compressor units.  A literature review has also been conducted where several studies show that compressed air is an expensive alternative to energy production and that implementation of efficiency measures, including waste heat recovery, can be well-founded investments. Other benefits can also be linked to energy efficiency, such as improved production and an improved work environment for employees.  The result of the work showed that one alternative in particular stood out from the other compressor solutions, both from an economic and environmental point of view. This option did not offer the cheapest investment but the amount of recovered waste heat was much larger than for the other alternatives and therefore, energy savings reduced the payback period drastically.  The utilizing of existing resources such as waste heat, together with the industry sector’s reduced energy consumption, is considered a necessity in order to ensure the well-being of people, animals and nature in the future.

SammanfattningIntroduktion: Sedan år 2000 har antalet byggnader i Sverige ökat kraftigt. Enligt Statiska centralbyrån (SCB) fanns över 5 miljoner bostäder i Sverige i slutet av år 2021. Av dessa bostäder är cirka 42 % villor, 51 % flerbostadshus och resterande är lägenheter i specialbostäder. Energiförbrukningen i småhus har ökat med cirka 22% sedan 1970-talet, främst på grund av ökad användning av cirkulationspumpar, golvvärme och ventilation. Detta har resulterat i ökad miljöpåverkan från byggsektorn. Effektivisering av ventilationssystem har varit ett fokusområde under lång tid, eftersom användningsfasen av ventilationssystemen har visat sig ha hög energianvändning och stor miljöpåverkan. En studie visar att VVS-systemen påverkar miljön både vid tillverknings- och användningsfasen. Dessutom har nya lågenergihus en högre miljöpåverkan i byggfasen på grund av användningen av mer material för att minska driftanvändningen. Valet av ventilationssystem är avgörande för villor, eftersom ett effektivt ventilationssystem inte bara förbättrar inomhusluften utan också minskar risken för hälsoproblem som kan uppstå vid otillräcklig ventilation. Nyckelord: Livscykelkostnad, LCC, Ventilationssystem, Självdragssystem, FTX-system, VIP-Energy, Från- och tilluftssystem, Värmeåtervinning. Syfte: Syftet med examensarbetet är att visa att valet av ventilationssystem har betydelse för minskad klimatpåverkan vid tillverknings- och användningsfasen under 30 års tid. Mål: Målet är att ta fram vilket av självdragsventilation och från- och tilluftssystem med värmeåtervinning som är mest ekonomiskt och ger lägst klimatpåverkan baserat på ett livscykelperspektiv på ett småhus under en kalkylperiod på 30 år. Frågeställningar: Vilken av självdrag och FTX är mest effektivt med tanke på energiförbrukningen under tillverknings- och användningsfasen?Hur påverkar självdrag respektive FTX-systemet uppvärmningskostnaderna för ett småhus under förutsättning att uppvärmningen sker med fjärrvärme?Vilket av de två ventilationssystemen är mest ekonomisk lönsamt enligt en jämförande LCC, baserad på ett småhus med en kalkylperiod på 30 år?Vilket av ventilationssystemen orsakar störst klimatpåverkan? Metod: Metoden är en fallstudie där VIP-Energy används för att visa byggnadens energiförbrukning timme för timme under ett helt år. En LCC-beräkning utförs för att bestämma kostnaden för ventilationssystemet under dess livslängd, inklusive uppskattade underhållskostnader och nyinvesteringar. Slutsats: Baserat på energiförbrukningen under tillverknings- och användningsfasen är det mer effektivt att använda självdrag istället för ett FTX-system. Självdrag med vedeldning har ett lägre fjärrvärmebehov jämfört med FTX-systemet och ger därmed lägre årliga uppvärmningskostnader. Över en 30-årsperiod har självdragssystemet en lägre total livscykelkostnad än FTX-systemet. FTX-systemet har en högre elförbrukning och därmed en större påverkan på klimatet än självdragssystemet. / AbstractIntroduction: Since the year 2000, the number of buildings in Sweden has seen a significant increase. According to the Statistics Sweden (SCB), there were over 5 million dwellings in Sweden at the end of 2021. Out of these dwellings, approximately 42% are single-family houses, 51% are multi-family buildings, and the remaining is apartments in specialized housing. The energy consumption in single-family houses has increased by around 22% since the 1970’s, primarily due to the increased use of circulation pumps, underfloor heating, and ventilation. This has resulted in an increased environmental impact from the construction sector. Efficiency improvements in ventilation systems have been a longstanding focus due to the high energy consumption and significant environmental impact associated with their operational phase. A study reveals that HVAC systems impact the environment both during the manufacturing and the operational phases. Furthermore, new low-energy buildings have a higher environmental footprint during the construction phase due to the increased use of materials aimed at reducing operational energy consumption. The choice of a ventilation system is crucial for homes, as an efficient ventilation system not only improves indoor air quality but also reduces the risk of health problems that can arise from inadequate ventilation. Keywords: Life Cycle Cost, LCC, Ventilation System, Self-Exhaust Ventilation, Supply and Exhaust Ventilation, VIP-Energy, Supply and Exhaust Air System, Heat Recovery. Purpose: The purpose of the thesis is to demonstrate that the choice of ventilation system has a significant impact on reducing environmental emissions during the manufacturing and operational phases over a 30-year period. Goal: The objective is to determine which of self-exhaust ventilation and supply and exhaust ventilation with heat recovery is the most cost-effective and has the lowest climate impact based on a life-cycle perspective for a single-family building over a calculation period of 30 years.Questions: Which of self-exhaust ventilation and supply and exhaust ventilation is the most efficient in terms of energy consumption during the manufacturing and usage phases?How do self-exhaust ventilation and supply and exhaust ventilation affect the heating costs for a single-family building assuming that heating is provided through district heating?Which of the two ventilation systems is most economically viable according to a comparative Life Cycle Cost (LCC) analysis, based on a single-family building with a calculation period of 30 years?Which of the two ventilation systems causes the greatest climate impact?

Detta projekt har som syfte att analysera en kommande renovering av en kontorsbyggnad i Boden under Fortifikationsverkets ägo. Projektet använder sig av programvarorna IDA Indoor Climate and Energy och Revit för att simulera byggnaden som den kommer att se ut efter att renoveringen är utförd. På detta sätt kan Fortifikationsverket utvärdera den utförda renoveringen med referensvärden tillhandahållna av detta projekt. Projektet introducerar läsaren till Revit samt simuleringsprogrammet IDA ICE och visar hur energianvändning kan simuleras för byggnader man önskar renovera. Ritningar, en energibesiktning av huset och uppmätta värden för tidigare år utgör underlaget för simuleringen och där värden inte finns tillgängliga görs antaganden. Den stundande renoveringen består av ett nytt ventilationssystem och strikta riktlinjer satta av Fortifikationsverket följs då renovering utförs. Renoveringen kommer att beröra tätning av byggnaden, sänkning av rumstemperaturer, effektivisering av belysning samt installation av effektivare fläktar, kylaggregat och värmeväxlare. Projektet finner att den stundande renoveringen sänker byggnadens årliga energianvändning med ca 31 %, uppvärmning och elförbrukning ingår i denna energianvändning och sänks med ca 29 % respektive 33 %. Byggnadens årliga uppvärmning och elförbrukning efter renovering fås till 409 009 kWh respektive 446 905 kWh. Av renoveringens olika åtgärder finner projektet att värmeåtervinning i ventilationssystemet hade överlägset störst verkan på uppvärmningen. Angående elförbrukningen hade effektivare belysning och effektivare fläktar störst verkan. / The purpose of this project is to analyze an upcoming renovation of an office building in Boden, owned by Fortifikationsverket. The project makes use of the software IDA Indoor Climate and Energy and Revit to simulate the building as it will function after completed renovation. This way Fortifikationsverket has a reference value to use when evaluating the actual performance of the building. The project introduces the reader to Revit as well as to the simulation program IDA ICE and shows how energy consumption may be simulated when one wishes to renovate a building. Drawings, an energy report and measured energy consumption act as the basis for the simulation and where values are not available assumptions are made. The upcoming renovation consists of a new HVAC system and rules set forth by Fortifikationsverket which are to be followed when a building under their regime is renovated. These rules consists of reducing air leakage, lowering room temperature and installing more effective lightning, fans, heat exchangers and air cooling. The project finds that the upcoming renovation lowers the yearly energy consumption of the building by approximately 31 %, heating and electricity are included in this energy consumption and are lowered by approximately 29 % and 33 % respectively. The yearly use of heating and electricity is found to be 409 009 kWh and 446 905 kWh respectively. Of the various measures taken by the renovation the heat recovery is found to be the most effective. The electricity consumption was lowered most by more effective lightning and fans.