Today, energy efficiency is an increasingly important question in which progress is accelerating. One of the high electricity demand energy users is public transport. In addition, passenger satisfaction with thermal comfort is an important parameter. Consequently, it is essential to consider thermal comfort in combination with the energy-saving measures of thermal-related functions. Unfortunately, there have not been a lot of investigations into improving the energy efficiency of the thermal-related functions on commuter trains, where most of the focus has been on traction energy. The first part consisted of a literature study to explore thermal-related functions, energy saving, and thermal comfort of commuter trains. At least three articles have utilized the methodology of evaluating energy measures in IDA ICE; however, none of them has considered door openings that are frequent on commuter trains. The literature study concluded which efficiency measures can be applicable for short-haul distance trains and typical approaches to evaluating thermal comfort. A commuter train is a complex and transient thermal environment, with passengers entering and leaving the train in short intervals, airflows, temperature fluctuations, and the train's movement. Simplifications of the model were made to simulate the average ambient conditions. To validate and adapt the IDA ICE model, experimental measurements were done during the winter season using a thermal camera, air speed, and temperature measurements. The model was validated through experimental measurements and data analysis. In addition, data analysis was used for evaluating some of the energy measures through available live and history-data of the train fleet. The energy efficiency measures, which are quantifiable, have been quantified using the simulation model in combination with the data-analysis. Three categories of energy-saving measures are proposed: easily implementable, medium, and measures that require physical changes of the train components. Parking mode has a lot of saving potential of 34 % of annual energy compared to baseline. With a reversible heat pump of 11 kW, heating energy saving of 43 %, and 40 % energy coverage could be obtained, with the potential for up to 100 % energy coverage but being in the category of hard to implement. Door opening reduction with a potential saving of 11 000 kWh per train in annual energy, as compared to the baseline simulated model, being in the category of easy to implement. Balancing temperature heating shutdown could save between 3 100 to 9 500 kWh per train. A setpoint temperature of 18°C could save 16.5 %, and a variable temperature setpoint curve was proposed with similar savings. Ventilation control was among those measures with the highest potential; recirculation, CO2 and temperature-controlled ventilation heating energy saving of 31 % was simulated. Thermal comfort was improved in the measures affecting thermal conditions. With a setpoint temperature of 18°C during winter and based on clothing values derived from the literature study, an improvement of thermal comfort was observed in the PMV scale for thermal comfort. With combined energy efficiency measures, the simulation results showed a reduction of heating energy of 59 %, and in addition the fan power consumption could be reduced in magnitude of up to 12 000 kWh per train and year. Finally, further suggestions on research within the area were proposed, mainly to make more long-time measurements and to improve the possibility of energy follow-up by improving the data channels and available information. / Idag är energieffektivitet en viktigare fråga där framstegen har accelererat. En av energiförbrukarna med hög efterfrågan på elektricitet är kollektivtrafiken. Passagerarnas tillfredsställelse av termisk komfort är en viktigt parameter. Följaktligen är det viktigt att analysera termisk komfort i kombination med energibesparingsåtgärder. Det har inte gjorts mycket tidigare forskning inom att förbättra energieffektivitet inom termiska funktionerna på pendeltåg i Sverige, främst har fokus varit på energi för framförandet av fordonen. Den första delen av projektet bestod av en litteraturstudie för att få en uppfattning av vilka typer av energibesparingsåtgärder som är lämpliga för kortdistanståg som också skiljer sig mycket från långdistanståg. Tre artiklar hittades som har använt IDA ICE för att utvärdera energiåtgärder på tåg, men ingen av dem har tagit hänsyn till dörräppningar som är väldigt frekventa på pendeltåg. Flera metoder undersöktes för att bedöma termisk komfort och för att bygga upp en modell och validera den. Ett pendeltåf är en komplex och transient termisk miljö, där passagerarna går in och lämnar tåget i relativt korta tidsintervall jämfört med långdistanståg. Men det ansågs fortfarande tillräckligt långa tidsintervall för att kunna använda PMV för att bedöma termisk komfort. Jämfört med en byggnad, så sker det stora temperatur-fluktuationer, variationer i antal passagerare, och en kontinuerlig förflyttning av tåget med nya omgivningsförhållanden. För att validera och anpassa IDA ICE-modellen gjordes experimentiella mätningar under vintersäsongen med hjälp av värmekamera, lufthastighetsmätning och temperaturmätning. Modellen kunde valideras med till exempel yttertemperaturer, energisignatur från dataanalys, och hur långt tid det tar för modellen att tappa temperaturen jämfördes med ett liknande tåg, X61. Dessutom användes dataanalys för att utvärdera några av energiåtgärderna. Energieffektivitetsåtgärdena som är kvantifierbara, har simulerats för hur mycket energibesparingspotential som finns. Tre kategorier av energibesparingsåtgärder föreslås, lätt genomförbara, medelsvåra, och svåra där fysiska förändringar av tågkomponenterna krävs. Parkeringsläge har stor energibesparingspotential på 34% av den årliga uppvärmningsenergin jämfört med bas-scenariot. Reversibel värmepump på 11 kW, har värmeenergibesparingspotential på 43% och 40% enegitäckning, med stor potential för upp till 100% energitäckning, men i kategorin svår att implementera. Manuellt öppningsbara dörrar på vintern har besparingspotential i värmeenergi på 11 000kWh per tåg, jämfört med bas-scenariot. Balanstemperatur har besparingspotential på 3100 till 9500 kWh per tåg. Börvärdetemperatur på 18 °C jämfört med 20°C kan spara 16.5% värmeenergi, samt så föreslogs en variabel temperaturkurva. Med en börvärdetemperatur på 18°C under vintern, baserat på bärden av isolering av kläder från litteraturstudien, observerades en föbättring av termiska komforten i PMV-skalan för termisk komfort. Med kombinerade energieffektivitetsåtgärder visade simuleringsresultaten en minskning av värmeenergi med 59%, och dessutom kunde fläktarnas energianvändning minskas i storleksordning om upp till 12 000 kWh per tåg och år. Slutligen föreslogs ytterligare förslag på forskning inom området, främst att göra fler långtidsmätningar och förbättra möjligheten till energiuppföljning genom att förbättra datakanalerna och tillgänglig information.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-336765 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Lidén, Jimmy |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2023:402 |
Page generated in 0.0033 seconds