Optimal dimensionering av ett radiatorsystem i ett

fjärrvärmesystem

Martin Karlsson

Civilingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå universitets Teknisk högskola. (löpnr. som tilldelas)

1

Sammanfattning På uppdrag av Energibyrån Nord har det i denna rapport undersökts vilket som är det mest kostnadseffektiva sättet att dimensionera ett radiatorsystem i ett fjärrvärmesystem. Fokusen har legat på fastigheter som tidigare har haft el-radiatorer som uppvärmningssystem, men konverterat till vattenburet systemet kopplat till fjärrvärme. Den analys som ligger till grund för resultatet bygger på en undersökning av sju utvalda fastigheter i Umeå Energis fjärrvärmenät. Fastigheterna som valts har installerat fjärrvärme mellan åren 2004 och 2006 och har dimensionerats av olika projektörer med olika metoder och skilda temperaturnivåer på radiatorsystemet. De temperaturnivåer som fastigheterna är dimensionerade efter är antingen högtemperatursystem, 70ºC på framledningen och 50ºC på returledningen, eller ett lågtemperatursystem, 60ºC på framledningen och 45ºC på returledningen. Högre temperatursystem innebär mindre radiatorer och billigare installationer, men också sämre avkylning av fjärrvärmevattnet. Metoder för beräkning av fastigheternas dimensionerande effektbehov har skett på olika sätt, både genom enkla schabloner men också genom mer avancerade databaserade beräkningsverktyg. Resultatet visar att för Umeå Energis framtida konverteringar från elvärme till fjärrvärme för småhus bör radiatorsystemen dimensioneras utifrån temperaturer på 70ºC på framledningen och 55ºC på returledningen. Denna rekommendation baseras på att dessa system är en ytterst liten del i Umeå Energis totala fjärrvärmenät och att stora ekonomiska besparingar finns i att installera radiatorsystem med höga temperaturer. De ekonomiska beräkningarna visar att i snitt kan en besparing på cirka 500 kronor per radiator göras, förutsatt att systemet dimensioneras utifrån ett högtemperatursystem. Resultatet visar också att det är minst lika bra med en dimensioneringsmetod som bygger på ett nyckeltal, exempelvis W/m2, som med de metoder som kräver mer avancerade beräkningar. Denna studie behandlar även framtagandet av en vetenskaplig och lättanvänd modell för dimensionering av radiatorsystem i byggnader som skall konvertera från direktel till ett vattenburet värmesystem. Denna modell skall i första hand baseras på mätta data av byggnadens energiförbrukning för att beräkna effektbehovet till uppvärmning. Utifrån det beräknade effektbehovet kan sedan radiatorsystemet utformas.

2

Optimal dimensioning of a radiator system in a district heating system Abstract Commissioned by Energibyrån Nord this report investigates which method of dimensioning a radiator system supplied by district heating system is most cost efficient. Focus is on buildings that will have their heating system converted from electrical heaters to a system with hot-water radiators. The result is based on an analysis of seven buildings in Umeå Energi´s district heating system. The buildings analyzed in this study got district heating installed between 2004-2006 and were dimensioned by different contractors and consulting firms using different types of methods and different temperatures for the radiator system. The radiators was dimensioned for different temperature levels. A so called “high- temperature-system”, with a supply flow temperature on 70ºC and a return flow temperature on 50ºC, or a “low-temperature-system” with a supply flow temperature on 60ºC and a return flow temperature on 45ºC. Higher temperature in the radiator system yields smaller radiators and are thus cheaper but the draw back is a lower cooling of the circulating water in the district heating system. The methods to estimate the dimensioning heating power demand for the buildings has been made in different ways, with both conventional models and more advanced computer based models. The result shows that the recommendation for Umeå Energi for their future work to convert single family buildings from using electrical heaters to hot water radiators, is to use a high temperature system with a supply temperature of 70ºC and a return temperature of 55ºC at the dimensioning load. This recommendation is based on the fact that these radiator systems are a small part of Umeå Energi´s total district heat system and large economic savings is possible by dimensioning the radiator system for higher temperatures. The savings from buying smaller radiators are larger than the losses generated by a higher return temperature in the district heating system. The economic calculations shows that the average saving for one radiator is 500 SEK, presume dimensioning for “high-temperature-system”. The result also shows that conventional models for dimensioning the effect needed to heat the building, for example W/m2, are as good as other more advanced models. This study also includes the construction of a scientific model for dimensioning a radiator system in buildings that will have their heating system converted as described above. This model is mainly based on measured data of the buildings’ energy which is used to determine the heating demand of the building.

3

Förord Detta examensarbete är ett 30 högskolepoängs arbete på civilingenjörsutbildningen i Energiteknik vid Umeå universitet. Examensarbetet har gjorts på uppdrag av Energibyrån Nord i Umeå. Tiden på Energibyrån har varit väldigt lärorik och något som jag definitivt kommer ta med mig vidare i arbetslivet. Jag vill framförallt tacka mina handledare, Ola Rubertsson på Energibyrån och Staffan Andersson på Tfe, Umeå universitet, som under hela arbetets gång varit ett ovärderligt stöd. Utöver dessa vill jag passa på att tacka Umeå Energi och då främst Egon Nyström och Bo Fredriksson för det mätdata jag inte kunnat vara utan, jag vill även tacka de fastighetsägare vars fastigheter jag använt i arbetet samt de projektörer som delgett mig erforderlig information. Jag vill även rikta ett stort tack till mina kollegor på Energibyrån som varit behjälplig när det behövts samt gjort varje dag på kontoret betydligt roligare. Sist men inte minst vill jag tacka min sambo för det stöd hon har givit mig under arbetets gång samt för den hårda korrekturläsningen av rapporten. Umeå, maj 2008 Martin Karlsson

4

Innehållsförteckning 1. Inledning................................................................................................... 6

1.1 Bakgrund......................................................................................................................... 6 1.2 Problemformulering ....................................................................................................... 6 1.3 Syfte ................................................................................................................................. 8 1.4 Avgränsningar ................................................................................................................ 8 1.5 Metod............................................................................................................................... 8

2. Teori ......................................................................................................... 9

2.1 Husets energianvändning ............................................................................................... 9 2.1.1 Värmebehov .............................................................................................................. 9 2.1.2 Hushållsel ................................................................................................................ 10 2.1.3 Nyckeltal för energianvändning .............................................................................. 11

2.2 Sekundärsystem i ett fjärrvärmenät........................................................................... 11 2.2.1 Avkylning ................................................................................................................ 12 2.2.2 Fjärrvärmecentralen................................................................................................. 12 2.2.3 Radiatorkrets – Dimensionering, reglerstrategier och injustering........................... 13 2.2.4 Överdimensionering ................................................................................................ 16

3. Data för fastigheter................................................................................. 17

3.1 Värmesystemet.............................................................................................................. 18 3.1.1 Värmeväxlaren ........................................................................................................ 18 3.1.2 Uppskattning av varmvatten.................................................................................... 19

3.2 Temperaturdata............................................................................................................ 21 3.3 Fjärrvärme- och elförbrukning ................................................................................... 21 3.4 Dimensioneringsgrunder för radiatorsystemen......................................................... 22

4. Analys av fastigheterna .......................................................................... 24

4.1 Förbrukning av hushållsel........................................................................................... 25 4.2 Verkligt effektbehov ..................................................................................................... 26 4.3 Delta T ........................................................................................................................... 36 4.4 Ekonomiska beräkningar ............................................................................................ 37 4.5 Nyckeltal........................................................................................................................ 39

5. Ny modell................................................................................................ 41

5.1 Den nya modellen ......................................................................................................... 41 5.1.1 Beräkning av effektbehov........................................................................................ 41

5.2 Jämförelser mellan modeller....................................................................................... 42 5.3 Känslighetsanalys ......................................................................................................... 43

5.3.1 Olika DUT (dimensionerande utomhustemperatur) ................................................ 43 5.3.2 Varmvattenuppskattningen...................................................................................... 44 5.3.3 Medelvärden i beräkningarna .................................................................................. 44

5.4 Uppbyggnad av ny modell ........................................................................................... 44 5.4.1 Effektmodell ............................................................................................................ 45 5.4.2 Uppbyggnad av radiatorsystemet ............................................................................ 46

5

6. Diskussion............................................................................................... 47 6.1 Analysen av de sju fastigheterna ................................................................................. 47 6.2 Ny modell....................................................................................................................... 49

7. Slutsatser och rekommendationer.......................................................... 50 Referenser.................................................................................................. 51

Litteratur............................................................................................................................. 51 Muntliga referenser............................................................................................................ 52 Internet................................................................................................................................ 52

Appendix 1 ................................................................................................. 53 Appendix 2 ................................................................................................. 54

6

1. Inledning

1.1 Bakgrund Ett fjärrvärmesystem(primärsystem) är ett system som ser till att förse stadsdelar eller städer med värme från ett gemensamt värmeledningssystem. Dessa system brukar beskrivas i tre så kallade delsystem, produktionsanläggningar, distributionssystem och abonnentcentraler. I produktionsanläggningarna omvandlas någon form av energiråvara till värme i form av hett vatten. Denna produktion sker i många fall i flera olika anläggningar. Från dessa anläggningar överförs sedan värmen till distributionsledningar som ser till att förse nätet med energi. Ute i systemet finns sedan abonnentcentraler där energi överförs från fjärrvärmesystemet till kundens värmesystem och tappvarmvattensystem. Idag är fjärrvärmesystem i de flesta fall kopplat till kraftvärmeverk som producerar både el och värme, vilket gör att fjärrvärmesystemen då fungerar som en kylfläns för energibolaget och där en högre avkylning bland annat medför möjlighet till ökat effektuttag av el och lägre distributionsförluster. De abonnentcentraler(fjärrvärmecentraler) som finns i dessa fjärrvärmesystem är uppbyggda på olika sätt utifrån kundens storlek och behov. I abonnentcentralerna finns vanligtvis två värmeväxlarblock som skall förse kundens system med energi. Detta system kallas det sekundära systemet. Den största delen i sekundära system är det som är kopplat till värmebehovet. Dessa består sedan i de flesta fall av radiatorsystem för distribution av värmen. Det är dessa radiatorsystem som skall belysas i denna undersökning där specifikt konverteringar från elvärmesystem till vattenburna värmesystem kopplat till fjärrvärme undersöks. Vid byggnation och installation av ett radiatorsystem krävs att man tar hänsyn till i huvudsak två saker. För det första så måste någon form av undersökning göras beträffande det effektbehov som kommer att krävas för att tillgodose byggnadens effektbehov för värme. För det andra så handlar det om att bestämma hur detta system skall dimensioneras, vilka temperaturnivåer systemet skall ha samt hur systemet skall vara uppbyggt. Båda dessa påverkar i slutändan kostnaderna för radiatorsystemen samt den avkylning som fjärrvärmevattnet får. För konverteringar till fjärrvärme finns här alltså ett sätt för energibolaget att styra hur dessa sekundära system dimensioneras och utifrån vilka förutsättningar driften skall skötas.

1.2 Problemformulering Konsultföretaget Energibyrån i Umeå har under flera år dimensionerat radiatorsystem för Umeå Energis räkning. Dimensioneringarna har gjorts för fastigheter som tidigare haft el-radiatorer som uppvärmningssystem men har konverterat till vattenburet systemet kopplat till fjärrvärme. Till en början fanns det flera projektörer som dimensionerade dessa radiatorsystem i det aktuella fjärrvärmenätet, alla med olika metoder och tillvägagångssätt för att utföra dimensioneringarna. Dimensioneringarna bestod av själva beräkningsmetoden för effektbehovet samt själva dimensioneringsgrunderna för systemet, temperaturer, antal radiatorer med mera. Eftersom dimensioneringa rna har utförts på olika sätt kan detta ha gett

7

både högre kostnader för installationen eller negativa effekter på avkylningen av fjärrvärmevattnet. Det finns en mängd villkor som måste uppfyllas för att ett optimalt radiatorsystem skall kunna byggas. Huvudvillkoren som måste uppfyllas är att fastighetsägaren skall få sitt värmebehov tillgodosett samt att energibolaget skall få en ekonomisk vinst av det. För att uppnå dessa villkor krävs att projektören gör en så bra dimensionering av värmesystemet som möjligt. Från och med den 1 januari 2006 infördes ett konverteringsstöd till ägare av småhus, flerbostadshus och bostadsanknutna lokaler med direktverkande el och oljeuppvärmning. Syftet med stödet är att stimulera användningen av förnybara energikällor både individuellt och regionalt. Genom att ansluta sig till fjärrvärme, installera värmepump eller biobränslepanna kan detta stöd sökas, detta enligt Energiläget 2006. Konverteringsstödet ansöks via länsstyrelsen och gäller fram till 30 december 2010. Umeå Energi har under de senaste åren gjort stora utbyggnader av fjärrvärmenätet vilket visar sig i de konverteringsansökningar som Boverket visar. Västerbotten är i toppen när det gäller beviljat konverteringsstöd enligt statistik från Boverket, se figur nedan.

Figur 1. Fördelning av beviljat konverteringsstöd för olika delar av landet Umeå Energi räknar med att konvertera 100-150 nya villor, radhus och småhus varje år fram till 2011, detta enligt Rubertsson (2008). Energibyrån har i någon form varit med under stora delar av de konverteringar från elvärme till vattenburet värmesystem som Umeå Energi under åren genomfört. Tankar har väckts kring det faktum att dessa radiatorsystem dimensionerats på så vitt skilda sätt. Dimensioneringarna har påverkat energibolagen rent ekonomiskt, i form av överdimensionerade system som varit dyra eller för små system som påverkat returtempen negativt. Men också det estetiska utseendet för byggnaden, då olika dimensioneringar till exempel ger olika storlekar på rör och radiatorerna. Dimensioneringarna gjort av de av de olika projektörerna har som redan nämnts skett på väldigt olika sätt, både genom enkla schabloner men också genom mer avancerade databaserade beräkningsverktyg.

8

1.3 Syfte Huvudsyftet med denna undersökning är att Energibyrån vill ha en mer vetenskaplig grund att stå på vid sina framtida dimensioneringar. Det vill säga, att finna det mest kostnadseffektiva sättet att dimensionera ett radiatorsystem i ett fjärrvärmesystem, med kriteriet att effektbehovet för fastigheten uppfylls. Detta med hänsyn till materialkostnad för radiatorsystemen och fjärrvärmens avkylning. Ytterligare ett syfte är att ta fram ett vetenskapligt och lättanvänt dimensioneringskriterium vid konvertering från direktel till vattenburet system.

1.4 Avgränsningar Analysen kommer endast att beröra fastigheter som är kopplade till Umeå Energis fjärrvärmenät. Anledningen till denna avgränsning är främst att kontakter mot tidigare projektörer och mätdata från energibolaget bedömdes som relativt lätt att få. Vidare när det gäller de fastigheter som analysen undersöker så valdes totalt sju fastigheter ut, vilket bedömdes som en lämplig mängd att analysera. Övriga avgränsningar förklaras under arbetets gång.

1.5 Metod För att få en god grund för hur man på ett optimalt sätt skall dimensionera ett radiatorsystem så görs en analys av redan konverterade system. Utifrån dessa kan sedan vidare analyser göras och en ny modell för en optimal dimensionering kan skapas. Arbetet kan delas upp i totalt fyra delsteg:

1. Analys av utvalda fastigheter – Förbrukningsdata på fjärrvärme, elförbrukning, kallvattenförbrukning – Dimensioneringsgrunder för de olika radiatorsystemen 2. Verkligt effektbehov

Beräkning av verkligt effektbehov utifrån uppmätta data, jämförelse med det dimensionerade. I denna del ingår även en känslighetsanalys av framförallt de uppskattningar som är gjorda.

3. Ekonomiska beräkningar Utifrån energibolagets synvinkel, hur har de olika dimensioneringarna påverkat

ekonomin, både när det gäller installationen av radiatorsystemet och ekonomin gällande returtemperaturen på fjärrvärmenätet.

4. Framtagande av ny modell

Utifrån data från fastigheter finna ett samband för uppbyggnad av ny modell alternativt nyckeltal. Skall både kunna användas för att bestämma en fastighets dimensionerande effektbehov samt hur radiatorsystemet skall konstrueras.

9

2. Teori

2.1 Husets energianvändning En normalstor villa eller småhus använder årligen 20 000-25 000 kWh per år. Uppvärmningsbehovet antas stå för cirka 60 % av den totala energianvändningen. Resterande kommer från behovet av uppvärmning av tappvarmvatten (ca 20 %) samt hushållsel (ca 20 %), se Sandberg (2003).

2.1.1 Värmebehov Om man enbart ser på uppvärmningsbehovet så är förlusterna i en byggnad uppdelat i olika delar, se figur nedan.

Figur 2. Principskiss på de energiförluster som finns i ett hus. Av ovan nämnda räknas värmeförluster genom tak, väggar, dörrar, fönster och golv till transmissionsförluster och ventilationen till ventilationsförluster. För att upprätthålla önskad inomhustemperatur måste värme tillföras som kompenserar dessa förluster. Denna tillförsel sker inte endast genom värmesystemet utan genom ”gratisvärme” som bidrar till att tillgodose husets värmebehov. Med gratisvä rme menar man den värme som kommer från hushållsmaskiner, solvärme samt från personer som vistandes i byggnaderna. I och med den ökning av antalet elektriska apparater utgör gratisvärmen en ökande andel av den totala värmetillförseln. Bidraget från solen beror på var och hur byggnader ligger, samt byggnadens konstruktion. Personvärme bidrar även den till uppvärmning och rent överslagsmässigt brukar man säga att en person avger cirka 70 W i genomsnitt se Bergsten (2001).

Ventilation (15 %)

Fönster (35 %)

Tak (15 %)

Väggar och dörrar (20 %)

Golv och källare (15 %)

10

Den totala energianvändningen i ett hushåll kan variera väldigt mycket beroende på de boendes vanor och beteenden. När en dimensionering skall göras måste man ta hänsyn till vilka förhållanden som råder, vilken temperatur som fastighetsägaren kräver och så vidare. För att uppskatta energiförbrukningen för en byggnad kan man göra på två sätt. Antingen genom att med schabloner eller med något beräkningsverktyg få fram behovet, eller att helt enkelt mäta den verkliga användningen. Hur man beräknar det är helt beroende av på vilket sätt man skall använda sig av uppgifterna och självklart är det mest korrekta att använda sig av verkliga värden. Dock kräver detta att alla mätningar görs på ett sätt att mätfelen minimeras så mycket som möjligt. På marknaden finns flertalet datorbaserade program för att få fram det dimensionerande effektbehovet. Ofta kräver dessa mycket tid och är på många sätt oftast alldeles för detaljerade för att användas rent praktiskt. En utvärdering av datorbaserade beräkningsprogram gjord av Bergsten (2001) visar att det inte på något sätt är de mest avancerade modellerna som överensstämmer bäst med verkligheten. Denna utredning genomfördes på fem olika fastigheter med olika karakteristik och förutsättningar. Som tidigare nämnts görs dimensionering av ett värmesystem på en mängd olika sätt. Dimensioneringar av mindre system bygger ofta på enklare schabloner eller i vissa fall rena antaganden om effektbehov per kvadratmeter. En beräkningsmodell som bygger på schabloner som en radiatortillverkare rekommenderar kräver följande ingående data för beräkning av effektbehov per rum:

- Geografisk belägenhet för fastigheten - Rummets ytterväggar (löpmeter) - Rummets golvyta, är beroende av belägenhet i huset (m2) - Ytan på rummets fönster (2-glas eller 3-glas), fönsterdörrar samt ytterdörrar - Information om avvikande önskad inomhustemperatur från normalfallet 20ºC - Avvikande rumshöjd (2,4 m) - Byggnadsår

Utifrån dessa data samt schabloner som presenteras i Appendix 1 kan således husets/rummets dimensionerande effektbehov beräknas. Detta är alltså en metod att bestämma det dimensionerande effektbehov för en specifik fastighet utifrån rätt enkla schabloner. Oavsett metod krävs vissa ingående data gällande fastigheten för att kunna utföra beräkningarna såsom vilken inomhustemperatur som är önskad, vilken dimensionerande utomhustemperatur skall systemet klara av och så vidare. Om man istället tittar på större fastigheter och system så används ofta någon form av mer avancerade databaserade beräkningsprogram. Det finns flertalet program på marknaden som kräver mer eller mindre uppgifter om fastighetens klimatskal, ventilation, interna värmekällor mm.

2.1.2 Hushållsel Med hushållsel menas den el som inte används till uppvärmning av bostaden eller för varmvatten, till exempel belysning, disk, tvätt med mera. Ett typiskt värde på detta har tidigare varit 5000 kWh, men enligt Energimyndighetens rapport Energiläget 2006 skall ett

11

mer korrekt värde på detta nu vara 6 200 kWh. Hushållselen är något som varierar beroende på boendesituation och levandeförhållande.

2.1.3 Nyckeltal för energianvändning Nyckeltal i samband med energianvändning används ofta för statistik och vid jämförelser mellan byggnaders energibehov samt mellan användningen av olika energislag. Ett exempel på ett nyckeltal som Boverket tagit fram som helt enkelt visar den tillförda energimängden som används för uppvärmning, varmvattenberedning, kylning och drift av byggnader med mera. Nyckeltal mäts för respektive energislag och fördelas per m2 uppvärmd bruksarea (BRA(t)).

årtBRAmkWhindex ⋅)(/ 2 där - årkWhindex / total tillförd energi till byggnaden under ett år fördelat på

energislag – index el respektive fjärrvärme, olja, gas, kol, torv, ved, flis, pellets eller

övrigt – m2 temperaturreglerad bruksarea (BRA(t)) enligt Svensk standard 02

10 53 Detta gäller vid analyser som utförs i efterhand och ger ofta en god jämförelse av energiförbrukning mellan fastigheter. Det finns även nyckeltal som kan vara användbara vid bedömningar av effektbehov utifrån tidigare förbrukning. Ser man på småhus som skall byta uppvärmningssystem så är det ofta så att tidigare förbrukning finns i form av total energiförbrukning i kWh alternativt i någon form av volymsförbrukning, exempelvis olja (m3). För att sedan kunna beräkna de dimensionerande effektbehovet, krävs någon form av omräkningsfaktor. Detta effektbehov skall visa på hur stor effekt som krävs vid maximal last. Det finns ett sätt att utifrån nuvarande elanvändning få fram en schablonmässig uppskattning av värmeeffekten för en fastighet. Enligt Statens energimyndighets sammanställning över värmepumpar kan effektbehovet för uppvärmning grovt beräknas på det sättet att man drar ifrån hushållselen (ca 5000 kWh), dividerar med 7000 (en konstant) för att sedan multiplicera med 3.0 för södra Sverige, 2.7 för mellersta Sverige och 2.4 för norra Sverige. Detta är en tumregel som även kan användas på oljeförbrukningen i kubikmeter.

2.2 Sekundärsystem i ett fjärrvärmenät Fjärrvärmesystemens kundunderlag består idag mestadels av flerbostadshus samt offentliga lokaler, se Energiläget (2006). I och med att beslutet om att påbörja avvecklingen av kärnkraften har framförallt intresset, både politiskt och från samhället, att ansluta mer småhus till fjärrvärme ökat. Motivet till att ansluta fler småhus är dels att öka värmeunderlaget för kraftvärmeproduktion och dels att minska det svenska elberoendet. De flesta småhus som finns idag är dock byggda under främst 80- och 90-talet, vilka saknar vattenburen

12

centralvärme och därmed innebär dessa konverteringar ofta stora investeringskostnader, se Larsson (1999).

2.2.1 Avkylning För energibolag är det högst önskvärt att fjärrvärmevattnet har så god avkylning som möjligt. En låg temperatur på fjärrvärmereturen ger lägre kostnader i form av lägre distributionsförluster och bättre produktionsegenskaper, bland annat för rökgaskondensering, värmepumpar och spillvärme, se Ljunggren m.fl. (2005). Feldimensionerade sekundärnät brukar ofta förknippas med dålig avkylning vilket i klartext innebär höga returtemperaturer. Ofta är detta svårt att förbättra redan befintliga system då största orsaken till hur avkylningen styrs ligger i fjärrvärmecentralens funktion, som ofta ägs av fastighetsägaren. I dagsläget styrs cirka 61 % av den sålda svenska fjärrvärmen av så kallad flödestaxa, vilket innebär att kunder med sämre avkylning debiteras extra medan bättre avkylning ger en reducerad kostnad. Detta gör att det är mer intressant för en kund att kunna returnera en lägre temperatur till det primära systemet. Avkylningen av primärvattnet beror på en rad olika faktorer. En av de mest betydelsefulla faktorerna är temperaturnivåerna i sekundärkretsarna men samtidigt är den mest uppmärksammade faktorn de ingående komponenternas prestanda. Det har visat sig att många fjärrvärmecentraler ger en sämre avkylning av primärvattnet än vad man förutsätter vid dimensioneringen. I Sverige brukar man beräkna värmeväxlare med ett försmutsningstillägg, men i en del fall uppträder grav försmutsning så att kalkutfällningen på värmeväxlarytan accelereras, till exempel där regleringen av tappvarmvattentemperaturen är dålig, se Ljunggren m.fl. (2005). Detta är något som ej kommer diskuteras vidare i denna rapport då endast byggnaders uppvärmningssystem analyseras. För Umeå Energis fjärrvärmenät så skulle enligt Ödin (2007), en reducering av returtemperaturen innebära en besparing på 1,17 kr/MWh ºC. Att jämföra med andra utredningar Fortum, Stockholm 0,8 kr/MWh ºC, Göteborg Energi 1 kr/MWh ºC, se Ljunggren m.fl. (2005).

2.2.2 Fjärrvärmecentralen Fjärrvärmecentralen består framförallt av värmeväxlare men också av reglerutrustning och en form av säkerhetsutrustning. De centraler som är för småhus levereras ofta som färdiga enheter och är därmed ofta helt standardiserade. Det finns en del varianter på utformningen av en växlare men funktionen är väldigt enkel. Motflödesprincipen med två växlarblock är den vanligaste varianten i en vanlig villa, där en värmeväxlare är för värmesystemet och en för tappvarmvattensystemet. I figur 3 visas en principskiss av en så kallad parallellkopplad fjärrvärmecentral.

13

Figur 3. Principskiss över parallellkopplad fjärrvärmecentral, se Fjärrvärmecentralen – Kopplingsprinciper (2004) Eftersom dessa fjärrvärmecentraler innehar två växlarblock krävs det att var och en av dessa dimensioneras var för sig. Enligt Boverkets byggregler krävs att fjärrvärmecentralen skall kunna försörja ett varmvattensystem med minst 50ºC vatten vid tappstället. Rekommenderat är att varmvattnet bör ha en temperatur på 55ºC när det lämnar värmeväxlaren. Denna värmeväxlare dimensioneras utifrån den lägsta framledningstemperaturen på fjärrvärmevattnet, vanligen cirka 65ºC, se Fjärrvärmecentralen – Utförande och installation (2008). När det gäller värmeväxlaren som är kopplad till värmesystemet så dimensioneras den utifrån byggnadens värmeeffektbehov vid dimensionerande utomhustemperatur. Ofta finns det standardvarianter av värmeväxlare som skall klara en betydligt högre last än vad byggnaden kräver.

2.2.3 Radiatorkrets – Dimensionering, reglerstrategier och flödesreglering De värmesystem som är kopplade till fjärrvärmecentraler är oftast kopplade till ett radiatorsystem, det vill säga ett system med vattenburna element som förser fastigheten med värme. Vid dimensionering av dessa radiatorsystem måste dimensionerande temperaturerna för sekundärsystemet väljas. Rekommenderat för värmesystem i nya byggnader och den temperatur som vanligen fjärrvärmens fram- och returledning har, är en framledning på radiatorsystem på 60ºC och en returledning på 45ºC, se Fjärrvärmecentralen – Utförande och installation (2004). Tidigare användes ofta högtemperatursystem som var dimensionerade efter 80/60-temperaturer, framförallt då bränslet var olja eller ved. Dagens system som till exempel är kopplade till en värmepump klarar inte dessa temperaturer vilket gör att temperaturerna behöver ligga vid det rekommenderade, ett lågtemperatursystem.

14

Dock är det första steget vid konvertering från el till fjärrvärme att beräkna det dimensionerande effektbehovet. Efter att ha funnit ett dimensionerande effektbehov för den specifika fastigheten skall sedan själva utformningen av värmesystemet göras. Det handlar om att utifrån behovet för respektive rum hitta en radiator som passar in rent effektmässigt. Det som avgör effekten på en radiator är storlek och temperatur, där storleken oftast kan varieras i bredd, höjd och tjocklek. Eftersom man oftast placerar en radiator under ett fönster vet man inom vilket spann storleken kan vara. Fjärrvärmebolaget har också angivit vilket temperatursystem som radiatorsystem skall vara dimensionerat för. Det är alltså utifrån dessa förutsättningar som sedan systemet dimensioneras. Bland de flesta radiatortillverkare används följande formler för beräkning av avgiven effekt för en radiator. 11 )01139,027936,1(

log91848,09231,10 HtH ⋅−∆⋅⋅ (W/m) (1)

21 )02818,028110,1(log

76438,09662,11 HtH ⋅+∆⋅⋅ (W/m) (2)

22 )05057,029017,1(log

71525,06077,13 HtH ⋅+∆⋅⋅ (W/m) (3)

33 )05531,036684,1(log

93341,06183,20 HtH ⋅−∆⋅⋅ (W/m) (4) där H är höjden på radiatorn 11, 21, 22 och 33 innebär en viss typ av radiator med en viss tjocklek där en 11:a

är tunnast och en 33:a är den tjockaste logt∆ är den logaritmiska övertemperaturen som beskrivs enligt formel nedan

inner

innet

rt

tttttt

t

−−−

=∆ln

log (5)

där tt = tilloppstemperaturen på radiatorsystemet rt = retur temperaturen på radiatorsystemet innet = önskad inomhustemperatur Dessa formler är enligt Kemp (2007) framtagna enligt en europeisk standard, DIN 4703-3. En norm alla radiatortillverkare räknar sin värmeavgivning utifrån, för att få en rättvis jämförelse. Utifrån dimensionerande temperaturer kan således effekten beräknas. Det handlar således om att finna en radiator med tillräcklig effekt för att täcka effektbehovet men samtidigt anpassa storleken så placering på tänkt plats är möjlig. Går man sedan vidare och tittar på själva systemet som sådant så kan man säga att det finns två olika varianter av radiatorsystem, 1-rörs- och 2-rörssystem. I ett 1-rörssystem är radiatorerna seriekopplade vilket innebär att det vatten som har passerat genom den första radiatorn blandas med förbipasserande vatten. Detta resulterar i att det vatten som når till radiatorer senare på slingan har betydligt lägre temperatur, vilket gör att dessa kräver större ytor för att kunna avge samma effekt. Denna krets är inte speciellt vanlig i mindre fastigheter utan det är den konventionella varianten med 2-rörssystem som är det vanligaste.

15

Anledningen till att man använder sig av 1-rörssystem är att det reducerar kostnader för rördragning. Detta är vanligast då entreprenören har möjligheten att välja värmesystemets utformning och i slutändan ej behöver ansvara för drift- och komfortproblem som ibland kan förekomma, se Nyberg (2003). En annan anledning till att 1-rörssystem ibland används är att det ofta är lättare att reglera in. Ser man till ett 2-rörssystem så kan det anta följande utformning:

Figur 4. Principskiss för ett 2-rörsradiatorsystem, se Fjärrvärmecentraler - Kopplingsprinciper Vattenburen värme kräver normalt en mycket större insats vid såväl dimens ionering som injustering för att uppnå en god funktion, jämfört med till exempel installation av elvärmesystem. Det gäller såväl konstantflödessystem som system med flödesreglering. Det finns två olika ”skolor” när det gäller dimensionering och injustering av vattenburna system, högflödessystem och lågflödessystem, se Ruud (2003). Båda har sina för- och nackdelar. Högflödessystem Högflödessystem arbetar med förhållandevis höga flöden och låga temperaturdifferenser. De används vanligen i konstantflödessystem. Det man kan säga om dessa system är att de är relativt känsliga för korrekt dimensionering av radiatorsystemet och mindre känsliga för injusteringen av flödet. Dessa system har sämre flexibilitet när det gäller framtida förändringar i värmebehov eller värmekälla men en fördel är den att de är relativt stabila och okänsliga för störningar, se Ruud (2003) I högflödessystem används oftast en cirkulationspump som drivs med en och samma hastighet. Dessa system är det mest etablerade sättet för dimensionering och injustering. Enligt BBR, Boverkets byggnormer för fjärrvärmesystem rekommenderas vid nybyggnation av vattenburna värmesystem just högflödessystem och då med dimensionerande vattentemperaturerna för sekundärsystemet på 55ºC in och 45ºC ut, se Ruud (2003). Dessa är rekommendationer och kan förbises om man ser på större fjärrvärmenät, Rubertsson (2008) Lågflödessystem Lågflödessystem är relativt okänsliga för korrekt dimensionering av radiatorer och är mer gynnsamma vid eventuella förändringar av effektbehovet, vid till exempel energieffektiviseringar eller liknande. Dessa system kräver dock antingen en hög framledningstemperatur på sekundärsystemet eller stor överdimensionering av detsamma, se Ruud (2003)

16

När sedan radiatorsystemet är installerat handla r det om att justera in det för att få ett så effektivt och väl fungerande system som möjligt. Vatten tar alltid den lättaste vägen genom ett värmesystem vilket innebär att det över varje radiator måste vara lika stort motstånd oavsett vart den ligger i systemet. För att åstadkomma rätt motstånd över varje enhet stryper man in radiatorer efter ett beräknat värde, så kallat Kv-värde. Vilket Kv-värde som ventilen på radiatorn skall ha bestäms av vilket flöde som skall råda samt vilket tryckfall som skall vara över radiatorn. Det uttryck som används för att bestämma Kv-värdet visas nedan, se.

PQ

K v ∆⋅

=1002

(6)

där Q = flöde i m3 /h P∆ = tryckfall i kiloPascal

2.2.4 Överdimensionering Enligt många inom branschen, Rubertsson (2008), Andersson (1993), överdimensioneras många radiatorsystem, både små och stora. Frågan är vad anledningen till denna ofta rätt höga överdimensionering är. Man kan ofta härleda det till att detta görs för att ”vara på den säkra sidan”. Man vill ha säkerhetsmarginaler för att täcka eventuella extremfall i då främst utomhustemperaturer, men också beräkningsfel och installationsavvikelser. Enligt Andersson (1993) så är ett överdimensionerat system betydligt lättare att efterjustera. I de fall då systemen inte fungerar till belåtenhet, såsom ojämna temperaturer, störande ljud och dålig termostatfunktion. Detta beror ofta på att radiatorns effektkurva ligger mycket nära toppen, vilket då innebär att om man vill öka flödet genom radiatorn för att få ut mer effekt så måste flödet ökas betydligt. Om man istället, som visas i figuren nedan, överdimensionerar radiatorn och samtidigt sänker flödet, finns betydligt större efterjusteringsmöjligheter.

Figur 5. Nominella flödet som en funktion av relativa effekten hos en radiator, se Andersson (1993) De fördelar som finns med att överdimensionera är att lägre flöden kan användas vilket ofta medför mindre oljud och bättre termostatfunktioner. Frågan är om det är försvarbart att överdimensionera 40-50% för att få en bättre funktion och efterjusteringsmöjligheter men som då medför mellan 25-30% högre radiatorkostnader, se Andersson (1993).

17

3. Data för fastigheter För att kunna göra en analys av dimensioneringar som har gjorts krävdes en grundlig genomgång av fastigheten. Detta fodrade relativt mycket hjälp från fastighetsägaren och tillgång till en mängd data och synpunkter från denne. För att på bästa sätt använda fastigheter som verkligen är intressanta gjordes detta så noggrant som möjligt. Urvalet har tagits fram tillsammans med Ola Rubertsson, där grundtanken var att få fram ett så brett urval av fastigheter som möjligt. Fastigheter valdes som dimensionerats utifrån olika grunder och utifrån två olika temperaturnivåer i radiatorsystemet. Följande fastigheter valdes ut. Tabell 1. Utvalda fastigheter för analysen. Adress Område Typ av hus Installation av fjärrvärme Systemtyp Smultronvägen Böleäng Småhus 2004-04-29 70-50 system Tallvägen Sofiehem Småhus 2004-10-25 70-50 system Björnbärsvägen Böleäng Småhus 2005-10-25 60-45 system Dansvägen Holmsund Småhus 2006-09-12 60-45 system Krusbärsvägen A Böleäng Radhus 2006-10-23 60-45 system Krusbärsvägen B Böleäng Radhus(gavel) 2006-11-14 60-45 system Törnskatevägen Mariehem Småhus 2006-10-04 60-45 system Fastigheterna namnges inte efter sin fullständiga adress i denna rapport. För att på ett enklare sätt få kontroll på de saker som var intressanta för analysen gjordes hembesök till samtliga fastigheter och intervju av samtliga kunder där följande uppgifter samlades in:

- Antal boende - Ritningar på fastigheten - Tidigare total energiförbrukning (el) - Elförbrukning sedan installation av fjärrvärme - Uppgifter om ändrad användning av hushållsmaskiner med mera - Från fastighetsägaren upplevd skillnad eller annan ändrad levnadsstandard - Varmvattenförbrukning - Andra källor som bidrar till uppvärmningsbehovet (kakelugn eller liknande) - Förändringar/förbättringar av klimatskalet sedan installation - Kontroll radiatorer utifrån dimensionering - Inställningar VVX, kurvlutning, ändringar sedan installation. - Inomhustemperatur

Då alla frågor i slutändan inte var intressanta följer här ett par saker som bedömdes eventuellt vara väsentliga för energiförbrukningen. Smultronvägen Fick installerat fjärrvärme 2004-04-29. Det bodde då det totalt fyra personer i fastigheten, men denna siffra har reducerats till 3 i början av 2007. Har installerat elgolvvärme på två av husets toaletter, totalt 21 m2. Fastigheten har källare som på sommaren alltid upplevs som kall och fuktig. Har alltid fjärrvärmen igång på sommaren för att just förhindra att källaren blir så rå och fuktig. Tallvägen Installerade under sommaren 2006 elgolvvärme i ett uterum, ungerfärlig yta på 18 m2.

18

Björnbärsvägen Denna fastighetsägare innehar ett växthus som tidigt på vårkanten tas i bruk och där en värmefläkt ser till att växthuset håller tillräcklig hög temperatur. I övrigt finns elektrisk golvvärme installerad men enligt fastighetsägaren är denna aldrig påslagen. Dansvägen Har dagbarn på vardagarna. Krusbärsvägen A Detta radhus har grannar på båda sidor. I samband med installationen av fjärrvärme passade dessa fastighetsägare på att renovera en toalett och bytte då ut en radiator till vattenburen golvvärme istället. Fastigheten har relativt få men stora radiatorer. Krusbärsvägen B Som ovan är detta också ett radhus men här handlar det om ett gavelhus. Även denna har relativt få men stora radiatorer, i övrigt inget anmärkningsvärt som påverkar energiförbrukningen. Törnskatevägen Fastighetsägaren har under de senaste tre- fyra åren hyrt ut ett rum till studenter som pendlat och som varit i behov av ett enklare boende på veckorna. Dock hävdar denne att det inte bör ha påverkat energiförbrukningen i någon större grad. Överlag på samtliga fastigheter ligger inomhustemperaturen på mellan 20-21 ºC förutom en fastighet, Törnskatevägen, där fastighetsägaren har en inomhustemperatur på cirka 18ºC.

3.1 Värmesystemet I detta kapitel förklaras analysen av de testade fastigheterna samt mer ingående hur just dessa system är uppbyggda.

3.1.1 Värmeväxlaren Den villavärmeväxlare som sitter installerad på alla de sju fastigheter som har analyserats är av modellen Gemina. Denna är av typen med två växlare där den ena växlaren värmer fastighetens varmvatten och den andra ser till att tillgodose värmesystemet. Växlaren till värmesystemet har en dimensionerande effekt på 18 kW och växlaren till varmvattnet 30 kW, Schelin (2008). Dessa båda värmeväxlarblock har dock gemensam avläsning vilket innebär att för att kunna dra slutsatser måste en approximering gällande tappvarmvattenförbrukning alternativt värmeförbrukningen göras. Eftersom undersökningens syfte bygger på en analys av värmesystemet så approximeras varmvattnet. Det innebär att värmeförbrukningen också kommer uppskattas. I värmeväxlaren sitter en styrenhet som skall se till att rätt mängd värme distribueras ut i systemet. De värmeväxlare som sitter i de fastigheter som analyserats styrs av en utomhusgivare och är monterad så att den inte kan utsättas för direkt sol, vanligen på huskroppens norrsida. Styrenheten levererar en viss temperatur ut på systemet utifrån en viss utomhustemperatur. I figur 6 visas den från leverantören framtagna styrkurvan.

19

Figur 6. Olika styrkurvor för utgående temperaturer på sekundärsystem som en funktion av utomhustemperaturen, se Danfoss ECL Comfort 100M, Bruksanvisning och installation För närvarande är det rekommenderat för Umeås fjärrvärmenät att utifrån hur radiatorsystemen är dimensionerade använda sig av en styrkurva som ligger på mellan 0,7-0,8. Det betyder att för en utomhustemperatur på 0ºC, levererar värmeväxlaren en temperatur ut på värmesystemet på cirka 40ºC. Vilket enligt Rubertsson (2008) är ett erfarenhetsvärde som fungerar i de flesta hus. Det är inget som säger att denna inställning kommer att göra att det enskilda värmesystemet kommer att fungera på ett optimalt sätt. Den ena fastigheten är inte den andra lik så anpassningar i efterhand efter en installation måste i de flesta fall göras. På styrenheten finns det en möjlighet att genom en enkel justering parallellförflytta denna kurva för att höja effekten på systemet. Detta kan vara aktuellt till exempel vid blåsigt väder då utomhusgivaren endast anger lufttemperaturen och inte tar hänsyn till vindavkylningen. Lutningen på kurvan blir densamma men allmänt högre temperatur lämnar värmeväxlaren. Ett tidur kan installeras på styrenheten som gör det möjligt att variera inomhustemperaturen över dygnet. I övrigt är värmeväxlaren väldigt enkel i funktionen och ställer låga krav på installatören gällande själva installationen, då den från fabrik kommer färdig och endast kräver en enkel montering.

3.1.2 Uppskattning av varmvatten Uppskattningen av varmvattenförbrukningen kan ske på olika sätt men generellt kan man säga att förbrukningen är väldigt beroende av en fastighets boendesituation. Ett sätt att uppskatta varmvattenförbrukningen var att beakta den fjärrvärme som fastigheterna utnyttjade under sommaren. Detta baseras på antagandet att förbrukningen av fjärrvärme mellan 15 juni och 15 augusti endast var för varmvattenberedning. Dock visade det sig att denna approximation ej stämde speciellt väl då fem av fastigheterna visade på onormalt hög

20

varmvattenförbrukning. En av dessa visade till och med på högre varmvattenförbrukning än den totala vattenförbrukningen. Av denna anledning förkastades denna metod. Istället användes en schablonmetod. Enligt Adalberth (2007) så står varmvattenförbrukningen för 40 % av den totala vattenanvändningen. Då värden på fastigheternas vattenförbrukning är känd kan således varmvattenförbrukningen beräknas på följande sätt,

totvv VV ⋅= 4,0 3m (7)

3600

TcVQ pvv

vv

∆⋅⋅= kWh (8)

Med antagandet att temperaturdifferensen mellan kallvattnet och varmvattnet är 50ºC och ett cp på KKgKJ ⋅/18,4 . Utifrån detta och uppgifterna om fastigheternas totala vattenkonsumtion kunde sedan ett medel över året tas fram. Nedan följer en tabell över de olika fastigheternas varmvattenförbrukning utifrån givna data och approximationer. Tabell 2. Total vattenförbrukning i m3 och total varmvattenförbrukning i m3 samt energiförbrukning för varmvatten per år.

Adress Tot vattenförbrukning

(m3) Varmvattenförbrukning

(m3) Varmvattenförbrukning

(kWh/år) Smultronvägen 140 56 3 251 Tallvägen 70 28 1 626 Björnbärsvägen 138 55 3 205 Dansvägen 110 44 2 554 Krusbärsvägen A 150 60 3 483 Krusbärsvägen B 123 49 2 856 Törnskatevägen 68 27 1 579 Dock måste det beaktas att varmvattenanvändningen varierar över året. I en studie av 35 byggnader i Göteborg gjorde Aronsson (1996) en tabell över säsongsvariationer i tappvarmvattenanvändningen enligt tabell nedan, se Adalberth (2007). Tabell 3. Varmvattnets variation över året. Månad Varmvattnets avvikelse från medel Januari 1,14 Februari 1,17 Mars 1,14 April 1,1 Maj 0,9 Juni 0,85 Juli 0,7 Augusti 0,75 September 0,95 Oktober 1,1 November 1,14 December 1,16

21

Utifrån dessa data kunde sedan ett dygnsmedel av förbrukningen för varmvatten tas fram som vidare användes i analysen. Uppskattningen att det inte är någon skillnad mellan den relativa förbrukningen av varmvatten för Umeå jämfört med Göteborg görs.

3.2 Temperaturdata För att kunna göra analysen utifrån verkliga förhållanden krävdes temperaturdata för de platser där de olika fastigheterna ligger. De data som användes var från väderstationen som institutionen för tillämpad fysik och elektronik har. Temperaturerna är loggade på universitetsområdet och antagandet gjordes att temperaturen vid de sju testfastigheterna var samma. Temperaturerna var medelvärden för varje timme som sedan omgjordes till medelvärden på dygnsbasis.

3.3 Fjärrvärme- och elförbrukning Fjärrvärmeavläsningen för Umeå energis nät sker genom fjärravläsning där det finns möjlighet att få mätvärden för varje timme. De mätvärden som var aktuella för denna undersökning var momentana värden i form av effektuttag i kW och flöde i m3/h samt för varje dygn en total energianvändning. Enligt Egon Nyström på Umeå Energi kunde dock inte avläsningen av fjärrvärmen ske från dag ett på de flesta fastigheter. Detta beror på att mätarna monteras innan kabelnätet och de så kallade DUCarna(dataundercentral) för fjärravläsningen var färdigställda. I och med detta har antagandet för förbrukningen under dessa perioder gjorts. Dock används endast detta då total energianvändning under ett helår görs. Genom att använda de mätvärden som visade det momentana effektuttaget, en medeleffekt beräknat för var timme, samt flödet kan temperaturdifferensen mellan inkommande och utgående fjärrvärme beräknas med följande samband

pcmP

T⋅

=∆&

(9)

Detta kan sedan användas för att jämföra de olika fastigheterna. Eftersom det, speciellt under sommarmånaderna, finns timmar/dagar då det inte är någon förbrukning av fjärrvärme har två månader borttagits. Även övrigt mätdata från fjärrvärmen då det uppkommit timmar utan förbrukning har även dessa borttagits. Vid beräkningen av T∆ är all förbrukning av fjärrvärme medräknat. Med andra ord både förbrukningen för uppvärmningssystemet samt varmvattenanvändningen. Eftersom det endast är intressant att se på vilken avkylning det ena eller andra systemet gav krävs ingen kunskap om vilka temperaturer som fjärrvärmen har innan värmeväxlaren. Vad beträffar elförbrukningen så har mätdatat från tidiga år en lång tid mellan avläsningarna. I de fall det en längre tid mellan avläsningarna har förbrukningen antagits vara konstant över året. I och med nuvarande fjärravläsning är mätvärden från 2007 och framåt kompletta. Eftersom fjärrvärmen i samtliga fastigheter är installerade före 2007 så representeras elförbrukningen av hushållselen och i de fall det finns elgolvvärme även det. Utifrån detta

22

finns då möjlighet att dra av detta års värde för att få ut tidigare års värmeförbrukning under antagandet att förbrukningen av hushållsel ej varierar mellan åren.

3.4 Dimensioneringsgrunder för radiatorsystemen Eftersom de utvalda fastigheterna har dimensionerats med olika metoder beroende på vilken entreprenör eller konsult som genomfört dem kontaktades dessa för att få ta del av deras underlag. Projektörerna var mer och mindre villiga att dela med sig av fullständiga förklaringar gällande dimensioneringarna. Nedan följer dock en förklaring av dimensioneringarna för samliga fastigheter Björnbärsvägen och Smultronvägen Dessa har på enklaste sätt dimensionerats utifrån ett schablonvärde på watt per kvadratmeter. Det värde som använts är 55 W/m2 och bygger enligt Andersson I. (2007) på tidigare erfarenheter. För att sedan kunna placera ut radiatorernas storlekar för att både passa in rent estetiskt samt effektmässigt, har dessa anpassats efter fönsterstorlek och andra önskemål från fastighetsägaren. Denna metod för dimensionering kräver väldigt få data från fastigheten, endast en enklare ritning med mått på ytan på fastigheten samt ett kortare besök för att kontrollera höjder på radiatorer med mera. Krusbärsvägen A och Krusbärsvägen B Denna dimensionering bygger på mer indata där fastighetens utseende till större del tagits hänsyn till. Enligt Hortlund B. (2007) bygger projekteringen på en modell kallad ”Epecon Radical VVS-dimensionering”. Detta är en modell som en radiatortillverkare, Epecon, tagit fram. De U-värden som ligger till grund för denna modell bygger på framtagna schabloner som gäller för golv, tak, väggar, fönster och dörrar och antar följande värden, enligt tabell 4. Tabell 4. Ingående U-värden för transmissionsberäkningar med modellen ”Epecon Radical VVS-dimensionering” och gäller Krusbärsvägen A och B Byggnadsdel U-värde (W/m2 C) Tak 0,2 Golv (platta på mark) 0,3 Yttervägg 0,25 Fönster (2-glas) 2,5 Altandörr 3 Ytterdörr 2 Enligt projektören är dessa U-värden så kallade ”normalvärden” där en mängd konstruktionstyper inräknas. I tabell 5 visas ett utdrag från resultatet gällande en av fastigheterna. Tabell 5. Effektberäkning på ett av rummen på Krusbärsvägen A.

23

Törnskatevägen och Tallvägen Dessa två fastigheter har dimensionerats utifrån en egen modell från projektören, enligt Johansson H. (2007). I en av dessa dimensioneringar är hänsyn taget till förluster i ventilation. Båda fastigheterna är beräknade med ett påslag på den dimensionerande effekten på mellan 5-10 % för respektive rum och radiator. Enligt Rubertsson (2007) blev Tallvägen initialt underdimensionerad vilket resulterade i att fler radiatorer installerades. De U-värden som ligger till grund för denna modell bygger på framtagna schabloner som gäller för golv, tak, väggar, fönster och dörrar och antar följande värden. Tabell 6. Ingående U-värden för transmissionsberäkningar för Törnskatevägen och Tallvägen Byggnadsdel U-värde (W/m2 C) Tak 0,2-0,35 Golv 0,4 Yttervägg 0,25 Fönster 1,75-1,9 Altandörr 1,75 Ytterdörr 1,25 Dansvägen Enligt Ring N. (2007) bygger denna projektering på den ovan nämnda dimensioneringen av Törnskatevägen och Tallvägen. Dock med ett villkor att radiatorerna i ett rum skall leverera minst 40 W/m2. Om man tittar på tiden som dessa olika projektörer lagt ner på respektive objekt så skiljer sig det avsevärt, speciellt rent beräkningsmässigt. Oavsett vilken metod som används när dimensionering av systemet görs så måste värmesystemet sedan anpassas till hur fastigheten är disponerad. I alla dessa modeller ses varje rum som en enskild enhet där en eller flera radiatorer skall tillgodose det behov som är beräknat. Om man sedan skall ta hänsyn till det estetiska samt till utrymmet måste radiatorerna också anpassas efter det. Detta medför i de flesta fall att en radiator med större effekt ofta monteras in, vilket då medför att effekten på hela systemet ofta är något överdimensionerat. I tabellen nedan visas de effekter som de olika modellerna beräknat samt vilka effekter som installerats. Tabell 7. Dimensionerande effekt, installerad radiatoreffekt på de analyserade fastigheterna samt vilken dimensioneringmetod som använts. Adress Dim radeffekt (W) Installerad radeffekt (W) Dim metod Smultronvägen 9 625 14 005 Beräkning Tallvägen 13 075 19 302 Beräkning Björnbärsvägen 6 710 6 940 Schablon Dansvägen 7 318 7 654 Beräkning Krusbärsvägen A 7 976 8 436 Beräkning Krusbärsvägen B 7 976 6 743 Beräkning Törnskatevägen Ingen uppgift 13 251 Schablon Det är alltså vid den dimensionerande utomhustemperatur som effekterna gäller. Två av fastigheterna, Krusbärsvägen A och B, har en dimensionerande utomhustemperatur på -30ºC, medan resterande har -23ºC. Dessa två fastigheter har även beräknats utifrån en inomhustemperatur på 22ºC att jämföra med övriga som beräknats utifrån en inomhustemperatur på 20ºC.

24

4. Analys av fastigheterna Utifrån mätdata från el- och fjärrvärmeförbrukningen följer här en sammanställning av fastigheternas totala energiförbrukning för 2003-2007. I appendix ett visas sammanställningen i tabellform

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

En

erg

iförb

rukn

ing

(kW

h)

Dansv. Krusbärsv. A Krusbärsv. B Björnbärsv.

2003

2004

2005

2006

2007

Installerat fjv

Figur 7. Den totala energiförbrukningen från 2003-2007 samt markering av det år installationen av fjärrvärme är gjord för fyra av fastigheterna

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

En

erg

iförb

rukn

ing

(kW

h)

Törnskatev. Tallv. Smultronv.

2003

2004

2005

2006

2007

Installerat fjv

Figur 8. Den totala energiförbrukningen från 2003-2007 samt markering av det år installationen av fjärrvärme är gjord för tre av fastigheterna Dessa figurer ger endast en fingervisning om förändringar över åren, då ingen normalårskorrigering är gjord. Det man kan säga är dock att fem av fastigheterna visar på en trend som tyder på en lägre förbrukning av energi sedan installationen av fjärrvärme. Den enda fastigheten som visar på en betydligt större förbrukning på senare år är Tallvägen. Detta kan förklaras av att denne fastighetsägare har efter installationen av fjärrvärme speciellt ökat temperaturen i ett garage.

25

4.1 Förbrukning av hushållsel Förbrukningen av hushållsel före installationen av fjärrvärme är svår att uppskatta då avläsningen av användningen var på den totala energianvändningen. Nedan visas en figur över förbrukningen av hushållsel år 2007 för de analyserade fastigheterna.

0100020003000400050006000700080009000

10000

Smultr

onvä

gen

Tallvä

gen

Björnb

ärsvä

gen

Dansvä

gen

Krusb

ärsvä

gen A

Krusb

ärsvä

gen B

Törns

katev

ägen

Fö

rbr.

hu

sh.e

l (kW

h)

Figur 9. Tabellen visar elförbrukning för år 2007 för de analyserade fastigheterna. Som framgår av tabellen varierar elförbrukningen relativt mycket mellan fastigheterna, vilket kommer analyseras vidare senare i rapporten. Noterbart kan vara att genomsnittet för en villa i Sverige 2006 var 6200 kWh/år (Energiläget 2006). En annan uppgift om fastigheternas användning av hushållsel är att den skall motsvara 20 % av den totala energiförbrukningen, se kapitel 2.1. För att göra en jämförelse av detta beräknas hushållselens andel av den totala energianvändningen för de analyserade fastigheterna. Tabell 8. Andelen hushållsel av den totala energiförbrukningen under 2007 för samtliga sju fastigheter Adress Procent Smultronvägen 28,3 % Tallvägen 7,5 % Björnbärsvägen 30,8% Dansvägen 30,8% Krusbärsvägen A 16,1% Krusbärsvägen B 27,9% Törnskatevägen 20,8% Snitt 23,2% Som synes i tabellen skiljer sig förbrukningen av hushållsel väldigt mycket och inga direkta slutsatser kan göras med hänsyn till vetskapen om fastighetens boendesituation.

26

4.2 Verkligt effektbehov För att erhålla ett ”verkligt” effektuttag för respektive fastighet användes sambandet mellan utomhustemperaturen och momentan effekt. För att förenkla hanteringen av mätdata beräknades utifrån de timdata som loggats medelvärden per månad. Det som är intressant utifrån dessa data är vilken den verkliga effekten är vid dimensionerande utomhustemperaturer. Denna kan jämföras med den dimensionerande och installerade radiatoreffekten vid samma temperatur för att se hur väl fastigheten är dimensionerad och installerad. Det är även intressant att se vilken total maximal effekt fastigheten kräver, både från värmesystemet och hushållselen tillsammans, vid just de dimensionerande temperaturerna. Tanken med att utifrån mätdata beräkna verkligt effektbehov grundar sig på en förenklad beskrivning av en byggnads energibalans. Där effekterna från värmelagring kan försummas om effekterna representerar medelvärden för en tidsperiod som är längre än byggnadens tidskonstant.

solphelvärmeui PPPPTTF +++=− )( (10) där F = Förlustfaktor för huset, summa transmission och ventilation iT = Inomhustemperaturen uT = Utomhustemperatur värmeP = Effekten som tillförs genom värmesystem helP = Effekten som tillförs genom hushållsel pP = Effekten som tillförs genom personvärmen

solP = Effekten som tillförs genom solen Av ekvation (10) framgår att byggnadens förlustfaktor F, kan bestämmas från en linjär regression om de tillförda effekterna är kända och inomhustemperaturen är konstant. Förlustfaktorn F utgör då den linjära anpassningens riktningskoefficient då summan av alla effekter i höger led av ekvation (10), plottas mot utomhustemperaturen. Om någon av de ingående effekterna är konstanta så påverkas ej värdet på F som erhålls genom den linjära anpassningen. Av de effekter som ingår är bidraget från solen och personvärme de svåraste faktorerna att experimentellt bestämma. Om data vä ljs från den mörka delen av året, det vill säga vintermånaderna från oktober till och med mars, kan solP antas vara försumbar då solens bidrag är relativt litet under denna period. Personvärmen, pP , kan också approximativt antas vara konstant under perioden och ger dessutom ett relativt litet bidrag till den totala uppvärmningen. I och med detta kan högerledet förenklas med att endast påverkas av värmeP och helP för en uppskattning av förlustfaktorn, F.

27

För att utifrån mätdata få fram värmeP krävs som tidigare nämnts en uppskattning av varmvattenförbrukningen. Detta för att fjärrvärmeförbrukningen innehåller både energin för uppvärmning och för tappvarmvatten. Med tillgång till mätdata för den totala förbrukningen av el och fjärrvärme, samt utomhustemperaturen för respektive månad under 2007 och 2008 kan värmeP och helP plottas mot utomhustemperaturen. Medelvärden för utomhustemperaturen, Tu, för de aktuella månaderna redovisa i tabellen nedan Tabell 9. Medeltemperaturen i Umeå under de kalla månaderna från januari 2007 till mars 2008. Månad Temperatur (ºC) Jan -07 – 5,2 Feb -07 – 9,4 Mar -07 0,4 Okt -07 6,1 Nov -07 – 1,2 Dec -07 0,2 Jan -08 – 1,9 Feb -08 – 1,5 Mars -08 – 2,6 I figur 10 är de mätta effekterna värmeP och helP samt summan av dessa, Ptot , plottade mot utomhustemperaturen tillsammans med en linjär regression av värmeP och totP samt resultatet av respektive anpassning för ett av husen.

28

Smultronvägen

y = -0,2144x + 4,394y = -0,1979x + 3,2794

-2

0

2

4

6

8

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

Tute (C)

Eff

ekt

(kW

)

PvPelPtot

Figur 10. Verklig effekt för värmesystemet, för el samt den totala effekten som funktion av utomhustemperaturen för Smultronvägen Som framgår av figuren ovan är eleffekten, elP , i stort sett oberoende av utomhus-temperaturen. Genom att addera den till vP fås den totala effekten, den streckade övre kurvan. Den totala effekten totP , värmeP + elP , som tillförts huset antar det linjära sambandet som framgår av figur 10. Skärningen av x-axeln ger uppskattning av inomhustemperaturen för fastigheten och riktningskoefficienten utgör en uppskattning av husets förlustfaktor, F. Genom att extrapolera kurvan totP upp till dimensionerande utomhustemperatur, DUT, i detta fall -23ºC kan det dimensionerande effektbehovet uppskattas för nuvarande inomhustemperatur. Men med tillgång till förlustfaktorn kan det dimensionerande effektbehovet erhållas för valfri inomhustemperatur. För Smultronvägen blir resultatet för effektbehovet vid DUT samt inomhustemperaturen följande.

9325, =verkligtotP W

CT uppskattadi °= 20, Den erhållna inomhustemperaturen är en uppskattning, då till exempel en konstant personvärme inte påverkar det erhållna värdet på F. Detta innebär en parallellförflyttning av

totP -kurvan uppåt och därmed en högre inomhustemperatur. För hushållselen, som var relativt konstant, har det antagits att hela elförbrukningen bidrar till uppvärmningen. Om så inte är fallet, men andelen är konstant, påverkas på samma sätt inte det erhållna värdet på F men däremot erhålls en överskattning av inomhustemperaturen. På samma sätt kan den effekt som värmesystemet bidragit med analyseras. Skärningen mellan den linjära anpassningen av vP och x-axeln motsvarar den så kallade balanstemperaturen, som

29

motsvarar den utomhustemperatur då inget tillskott behövs från värmesystemet för att hålla önskad inomhustemperatur. Effektavgivningen från värmesystemet verkligvP , vid DUT blir då

7831, =verkligvP W Resultatet av den beräknade verkliga effekten för värmesystemet kan jämföras med det dimensionerande från projekteringen på 15 620 W och den installerade effekten på radiatorerna på 14 005 W. Detta tyder på att systemet är kraftigt överdimensionerat. Den uppskattade inomhustemperaturen verkar stämma väl överens med den temperatur fastighetsägaren påstod sig ha i normala fall. Tallvägen

y = -0,4438x + 10,05y = -0,4283x + 9,4705

-5

0

5

10

15

20

-15 -5 5 15 25

Tute (C)

Eff

ekt (

kW)

Pv

Pel

Ptot

Figur 11. Verklig effekt för värmesystemet, för el samt den totala effekten som funktion av utomhustemperaturen för Tallvägen På samma sätt som för Smultronvägen fås resultatet för Tallvägen.

20257, =verkligtotP W

CT uppskattadi °= 5,22,

19321, =verkligvP W Resultatet av den beräknade verkliga effekten för värmesystemet kan jämföras med den dimensionerande effekten från projektören på 13 075 W och den installerade effekten för radiatorsystemet på 19 302 W. Den uppskattade inomhustemperaturen som enligt figur 9 ligger på cirka 22,5ºC stämmer inte speciellt väl med det fastighetsägaren hävdar. Denne påstår att det i normala fall är cirka 20ºC i fastigheten.

30

Björnbärsvägen

y = -0,1181x + 2,0504

y = -0,173x + 3,0937

-1

0

1

2

3

4

5

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

Tute (C)

Eff

ekt

(kW

)

PelPv

Ptot

Figur 12. Verklig effekt för värmesystemet, för el samt den totala effekten som funktion av utomhustemperaturen för Björnbärsvägen För Björnbärsvägen fås

7073, =verkligtotP W

CT uppskattadi °= 18,

4767, =verkligvP W Resultatet av den beräknade verkliga effekten för värmesystemet kan jämföras med den dimensionerande effekten från projektören på 6 710 W och den installerade effekten för radiatorsystemet på 6 940 W. Som framgår av figur 12 är elförbrukningen ej konstant. Fastigheten har installerat elgolvvärme men enligt fastighetsägaren används ej denna. Tydligt i detta fall är dock att elförbrukningen är beroende av utomhustemperaturen. Beträffande uppskattad inomhustemperatur så visar det på en temperatur på cirka 18ºC, vilket även här misstämmer med vad fastighetsägaren hävdar. Enligt denne skall den normala inomhustemperaturen snarare vara 20ºC.

31

Dansvägen

y = -0,1645x + 3,2603

y = -0,1559x + 2,3109

-1

0

1

2

3

4

5

6

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

Tute (C)

Effe

kt (k

W)

PelPvPtot

Figur 13. Verklig effekt för värmesystemet, för el samt den totala effekten som funktion av utomhustemperaturen för Dansvägen För Dansvägen fås

7044, =verkligtotP W

CT uppskattadi °= 20,

5897, =verkligvP W Resultatet av den beräknade verkliga effekten för värmesystemet kan jämföras med den dimensionerande effekten från projektören på 7 318 W och den installerade effekten för radiatorsystemet på 7 654 W. Som framgår av figur 13 är balanstemperaturen betydligt lägre för denna fastighet än tidigare nämnda. Anledningen är att denna fastighet har relativt hög elförbrukning. Huruvida antagandet i detta fall gällande att all el bidrar till uppvärmning kan diskuteras.

32

Krusbärsvägen A

y = -0,1189x + 2,1818

y = -0,1222x + 2,5471

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

-5 0 5 10 15 20 25

Tute (C)

Eff

ekt (

kW)

Ptot

Pel

Pv

Figur 14. Verklig effekt för värmesystemet, för el samt den totala effekten som funktion av utomhustemperaturen för Krusbärsvägen A För Krusbärsvägen A fås

6213, =verkligtotP W

CT uppskattadi °= 21,

5749, =verkligvP W Resultatet av den beräknade verkliga effekten för värmesystemet kan jämföras med den dimensionerande effekten från projektören på 7 976 W och den installerade effekten för radiatorsystemet på 8 436 W. Uppskattade inomhustemperaturen stämmer väl överens med det fastighetsägaren påstår sig ha i normalfallet.

33

Krusbärsvägen B

y = -0,0926x + 2,0051

y = -0,0907x + 1,4279

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

-5 0 5 10 15 20 25

Utomhustemperatur (C)

Eff

ekt

(kW

)

PvPelPtot

Figur 15. Verklig effekt för värmesystemet, för el samt den totala effekten som funktion av utomhustemperaturen för Krusbärsvägen B För Krusbärsvägen B fås

4783, =verkligtotP W

CT uppskattadi °= 22,

4149, =verkligvP W Resultatet av den beräknade verkliga effekten för värmesystemet kan jämföras med den dimensionerande effekten från projektören på 7 976 W och den installerade effekten för radiatorsystemet på 6 743 W. Uppskattade inomhustemperaturen stämmer väl överens med det fastighetsägaren påstår sig ha i normalfallet.

34

Törnskatevägen

y = -0,2359x + 5,1208

y = -0,1873x + 4,1624

-5

0

5

10

-20 -10 0 10 20 30

Tute (C)

Eff

ekt (

kW)

Pv

PelPtot

Figur 16. Verklig effekt för värmesystemet, för el samt den totala effekten som funktion av utomhustemperaturen för Törnskatevägen För Törnskatevägen fås

10547, =verkligtotP W

CT uppskattadi °= 22,

8470, =verkligvP W Resultatet av den beräknade verkliga effekten för värmesystemet kan jämföras med den installerade effekten för radiatorsystemet på 13 251 W. Detta tyder på att värmesystemet är kraftigt överdimensionerat. Beträffande den uppskattade inomhustemperaturen stämmer den inte speciellt väl med det fastighetsägaren i normalfallet verkar ha. Denne påstår att inomhustemperaturen snarare är 18-19ºC. Nedan följer en sammanställning av de dimensionerande effekterna samt de beräknade effekterna från värmesystemet. Tabell 10. Dimensionerande effektbehov, installerad radiatoreffekt samt det verkliga effektuttaget från värmesystemet och beräknat maximalt effektbehov vid dimensionerande utomhustemperatur (DUT).

Adress Beräknad dim

effekt (W) Installerad

radeffekt (W)

Utnyttjad effekt radsyst,

Pv,verkligt (W)

Beräknat max värmebehov, Ptot,verkligt (W)

Smultronvägen 9 625 14 005 7 831 9 325 Tallvägen 13 075 19 302 19 321 20 257 Björnbärsvägen 6 710 6 940 4 767 7 073 Dansvägen 7 318 7 654 5 897 7 044 Krusbärsvägen A 7 976 8 436 5 749 6 213 Krusbärsvägen B 7 976 6 743 4 149 4 783 Törnskatevägen - 13 251 8 470 10 547

35

Två av fastigheterna har vid dimensionering använt -30ºC som dimensionerande utomhustemperatur, DUT, till skillnad från övriga som dimensionerats utifrån ett DUT på – 23ºC. I beräkningen av verkligt effektuttag från värmesystemet är det dessa olika DUT som använts. I figur 17 återges detta rent grafisk.

0

5000

10000

15000

20000

25000

Smultr

onväg

en

Tallvä

gen

Björnb

ärsväg

en

Dansvä

gen

Krusbä

rsväg

en A

Krusbä

rsväge

n B

Törns

katevä

gen

Eff

ekt

(W)

Dimensionerande effektUtnyttjad effekt radiatorsystemet

Installerad radiatoreffektBeräknat maximalt värmebehov

Figur 17. Sammanställning av dimensionerande, installerad och utnyttjad radiatoreffekt samt beräknat maximalt värmebehov för de sju fastigheterna Krusbärsvägen A och B vilka har dimensionerats utifrån ett lägre DUT, skiljer sig inte jämförelsevis mycket med de andra fastigheterna, då med avseende på skillnader mellan dimensionerad och verklig effekt.

Om jämförelser görs utifrån vilken metod som är gjord vid dimensioneringarna visar det att de två fastigheter som dimensionerats utifrån en schablon på watt per kvadratmeter stämmer minst lika väl med den beräknade verkliga effekten som de vars metoder varit mer avancerade. Tallvägen avviker från övriga när det gäller att den dimensionerande effekten är betydligt lägre än både verklig effekt och installerad radiatoreffekt. Anledningen till detta är att hela systemet underdimensionerades till en början och flera nya radiatorer installerades. Sex av sju analyserade fastigheter är enligt analysen överdimensionerade. I tabell 11 ses värmesystemens överdimensionering.

36

Tabell 11. Överdimensionering, installerad radiatoreffekt mot verklig effekt, för de analyserade fastigheterna

Adress Överdimensionering (installerad/verklig)

Smultronvägen 79 % Tallvägen 0 % Björnbärsvägen 46 % Dansvägen 30 % Krusbärsvägen A 47 % Krusbärsvägen B 63 % Törnskatevägen 56 %

Den verkliga effekten i tabellen ovan är den effekt som representeras av värmesystemet och den installerade effekten är radiatorsystemets totala effekt vid dimensionerande temperaturer. Antagandet vid den dimensioneringen är att värmesystemet skall klara ett effektbehov utifrån en inomhustemperatur på 20oC. Övriga bidrag i form av solenergi, personvärme och bidraget från hushållsel antas ofta motsvara cirka 2-3oC. Det innebär att värmesystemet endast behöver bidra med 17-18oC för att hushållet skall uppnå en önskad inomhustemperatur på 20oC. Detta medför att värmesystemet redan där är överdimensionerat.

4.3 Delta T Den avkylning av fjärrvärmen som sker i värmeväxlaren kan beräknas för samtliga fastigheter utifrån ekvation (9) och givna mätdata. Till skillnad från tidigare analys medräknas i detta fall även den effekt som krävs för uppvärmning av varmvatten. För att inte få med de stora variationerna av effektförbrukningen över sommaren medräknas inte de tre sommarmånaderna juni, juli och augusti. Under denna period är det oftast stora momentana uttag som beror av plötslig varmvattenförbrukning som ger stora utslag. Tabell 12. Temperaturfallet på fjärrvärmevattnet över växlaren för de analyserade fastigheterna Adre ss Delta T (ºC) Smultronvägen 42,4 Tallvägen 49,8 Björnbärsvägen 55,9 Dansvägen 49,3 Krusbärsvägen A 57 Krusbärsvägen B 59,1 Törnskatevägen 49,5 Som tabellen ovan visar så är skillnaden mellan den fastighet som har den högsta avkylningen och den med lägsta rätt så stor, 16,7 ºC. Som visats tidigare är det de två fastigheterna på Smultronvägen och Tallvägen som dimensionerats utifrån ett högre temperatursystem på sekundärsidan, vilket rent tekniskt bör innebära att dessa skall ha en lägre avkylning. Medelvärdet på dessa två blir 46,1 ºC att jämföra med dem som dimensionerats utifrån ett lågtemperaturssystem, 60/45, som har ett medelvärde på 54,2 ºC. Det man också kan se i tabellen ovan är att det två fastigheter som är radhus visar på de två högsta delta T-värdena. Detta kan förklaras med att det i dessa fastigheter sitter få men relativt stora radiatorer. I kapitel 3.1.2 redogjordes fastigheternas varmvattenförbrukning. Andelen energi för varmvatten i förhållande till det totala energibehovet varierar mellan fastigheterna. Inga

37

direkta samband mellan avkylningen och andelen varmvatten kunde dock finnas vilket framgår vid en jämförelse mellan resultaten i tabell 11 (kapitel 4.2) samt tabell 12.

4.4 Ekonomiska beräkningar För att kunna göra bedömningen huruvida det rent ekonomiskt lönar sig att dimensionera på det ena eller det andra sättet beräknas kostnaderna för respektive temperatursystem. För att sedan jämföra mot vad en bättre avkylning gör rent ekonomiskt. I Umeå påverkar skillnader i kostnaderna för konvertering endast fjärrvärmebolaget då dessa ger ett och samma pris till kunden, oavsett radiatorns storlek. I den ekonomiska analysen har endast kostnaden för radiatorerna tagits med i installationskostnaden. Ingen hänsyn är heller tagen till ändrade dimensioner på rör. De priser som använts vid jämförelsen är tagna från en radiatortillverkare, se prislista Purjos hemsida. Genom att utnyttja vetskapen om verklig installerad radiatoreffekt och tillhörande dimensionerande sekundärtemperaturer samt de samband som presenterades i kapitel 2.2.3, kan ett nytt system dimensioneras utifrån andra dimensionerande temperaturer. Det ”nya” systemet anpassas så exakt som möjligt för varje radiator både när det gäller effekt och utseende. I tabellen nedan visas en jämförelse av kostnader för det installerade systemet, 60/45-systemet, samt det ”nya” beräknade systemet, 70/55, för Dansvägen. Tabell 13. En jämförelse av kostnader för det installerade 60/45-systemet på Dansvägen med beräknad dimensionering utifrån ett 70/55-system

Radiatorer 60/45 Effekt rad

60/45 Pris Radiatorer 70/55 Effekt rad

70/55 Pris 21-510 625 1 711 11-410 553 891 22-516 1 262 2 710 11-516 1 129 1 477 21-510 625 1 711 11-510 676 1 002 21-404 209 778 11-404 229 532 21-510 625 1 711 11-510 676 1 002 21-504 250 924 11-504 282 576 11-507 333 841 11-507 494 841 11-510 476 1 002 11-410 553 891 11-510 476 1 002 11-410 553 891 11-510 476 1 002 11-410 553 891 21-510 625 1 711 11-510 676 1 002 11-407 242 684 11-405 286 551 33-510 1 115 2 763 21-510 1 135 1 711 22-504 315 1 006 11-504 357 576

Totalt: 7 654 W 19 556 kr 8 154 W 12 834 kr

Dimensionering av dessa radiatorer är i båda fallen framtagna för en önskad inomhustemperatur på 20ºC. Som synes i tabellen är radiatorkostnaden 6 722 kr lägre eller reducerat med 34 % för det ”nya” systemet som dimensionerats utifrån högre temperaturer.

38

På samma sätt gjordes på resterande analyserade fastigheter som hade dimensionerande temperaturer som Dansvägen. En sammanställning över samtliga fem fastigheter visas nedan. Tabell 14. Kostnader för radiatorsystemen för två olika temperatursystem

Adress Kostnad 60/45-

system Kostnad 70/55-

system Besparing vid 70/55-

system Dansvägen 19 556 12 834 6 722 Björnbärsvägen 16 296 12 877 3 419 Krusbärsvägen A 21 494 14 411 7 083 Krusbärsvägen B 16 491 11 767 4 724 Törnskatevägen 34 440 19 598 14 842 Genomsnitt: 21 655 14 297 7 358 Anledningen till att Törnskatevägen visar på stora skillnader i totalkostnad kan ha bero på att denna fastighe t har så många som 19 radiatorer. Nedan visas därför ett snittpris per radiator för varje form av system. Tabell 15. Kostnader per radiator för två olika temperatursystem beräknat på fem analyserade fastigheter.

Adress Kostnad per rad 60/45 Kostnad per rad 70/55 Besparing vid 70/55-

system Dansvägen 1 397 917 480 Björnbärsvägen 1 019 805 214 Krusbärsvägen A 1 791 1 201 590 Krusbärsvägen B 1 832 1 307 525 Törnskatevägen 1 813 1 031 781 Genomsnitt: 1 570 1 052 518 Ser man på tabell 14 och 15 så visar det på att man i genomsnitt sparar 7 358 kronor per system eller 518 kronor per radiator då de dimensionerats utifrån ett högre temperatursystem. Enligt det som tidigare visats gällande den avkylning som de analyserade fastigheterna har så kan ett överslag göras, på vilken påverkan en annan dimensionering skulle ha medfört. Den maximala skillnaden i delta T över de analyserade växlarna är cirka 16 OC. Antagandet görs att denna maximala avkylning är skillnaden mellan de olika temperatursystemen, att ett system som är dimensionerats utifrån låga temperaturer ger en 16 graders bättre avkylning av fjärrvärmen. Som en tidigare undersökning visar så ger en grads högre avkylning en besparing på 1.17 kr/MWh för Umeå Energis fjärrvärmenät, se Öden (2007). Antagandet görs att Umeå Energi kommer konvertera 450 stycken nya fastigheter mellan åren 2009-2011, med en genomsnittlig energianvändning från fjärrvärme på cirka 15 000 kWh per år. Detta ger en årlig besparing för det lägre temperatursystemet på

=°⋅°⋅⋅= )(16)/(17.1)(450)(15 CCMWhkrrfastigheteMWhBesparing 126 360 kr Om man sedan jämför detta med att systemet istället dimensionerats utifrån ett 70/55-system med de beräknade kostnaderna i tabell 14 så blir minskningen i investeringskostnaden för 450 fastigheter. Minskad investeringskostnad =⋅= )(450)/(7358 rfastighetefastighetbesparing 3 311 100 kr

39

En jämförelse mellan dessa två olika åtgärder, visar att den årliga besparingen motsvarar en årlig avkastning på lite under 4 % på den minskade investeringskostnaden. I beräkningen av besparingen från en sänkt returtemperatur, har denna antagits vara 16 °C, vilket troligen är en kraftig överskattning. För radiatorkretsen är det rimligt att anta att en höjning av den sekundära returtemperaturen med 10 °C, från 45 till 55 °C, ej ger en höjning av den primära returtemperaturen på mer än cirka 10 °C. Baserat på detta faktum och den låga avkastningen så är rekommendationen att välja ett högtemperatursystem om 70/55 vid konvertering.

4.5 Nyckeltal Som tidigare nämnts sker vissa dimensioneringar av effektbehovet utifrån nyckeltal som exempelvis watt per kvadratmeter. Därför kan det vara intressant att se på olika nyckeltal för de analyserade fastigheterna. I tabell 16 visas den effekt per kvadratmeter som fastigheterna verkligen kräver vid den dimensionerande utomhustemperaturen samt dess byggår och huruvida fastigheten har källare. Dessa värden kommer från tidigare visat verkligt effektbehov i kapitel 4.2 och är ett resultat från den extrapoleringen av mätdata. Nyckeltalet syftar till den maximala last som värmesystemet kräver för att upprätthålla den önskade inomhustemperaturen utifrån den dimensionerande utomhustemperaturen. Tabell 16. De analyserade fastigheternas effektbehov per kvadratmeter utifrån verklig förbrukning samt huruvida fastigheten har källare, vilket år den byggdes och antal boende. Adress Watt per kvadratmeter Källare Byggår Antal boende Smultronvägen 45 Ja 1970 3 Tallvägen 50 Ja 1971 1 Björnbärsvägen 39 Nej 1977 1 Dansvägen 33 Nej 1977 2 Krusbärsvägen A 39 Nej 1978 2 Krusbärsvägen B 40 Nej 1978 2 Törnskatevägen 30 Ja 1970 1 I tabellen ovan är den yta som beräkningen är gjord på den så kallade temperaturreglerade bruksarean (BRA(t)) enligt Svensk standard 02 10 53. Som framgår av tabellen ovan har de hushåll med källare en betydligt högre effekt per kvadratmeter. Dessa visar också på ett tidigare byggår, men det är inget som anses påverka i speciell hög grad. Genomsnittet för ett hus med källare är 42 W/m2 och de utan källare 38 W/m2. Törnskatevägen drar dock ner genomsnittet för fastigheter med källare betydligt. Denna låga effektförbrukning kan härledas till de låga temperaturer fastighetsägaren har i en del av fastigheten. Ett sätt att uppskatta hushållselen är att se på kopplingen mellan förbrukad hushållsel och antalet boende. Den hushållsel som visas i tabell 17 är den totala för 2007. Tabell 17. Förbrukning av hushållsel samt antalet boende för de olika fastigheterna. Adress Hushållsel (kWh) Antal boende

Smultronvägen 8 638 3

Tallvägen 5 072 1

Björnbärsvägen 8 787 1

Dansvägen 7 735 2

Krusbärsvägen A 3 033 2

Krusbärsvägen B 3 869 2

Törnskatevägen 5 751 1

40

Hushållselen innehåller här även förbrukningen för eluppvärmda golvytor där detta finns installerat. Utifrån tabellen ovan kan inte speciellt stora slutsatser dras då variationerna är väldigt stora och inget samband med antalet boende och förbrukningen går att göra. Det enda som man kan sägas om resultatet är att de två fastigheter som visar på lägsta förbrukningen Krusbärsvägen A och B, är radhus med då kanske lägre förbrukning av till exempel eventuella utomhusrelaterade eluttag såsom motorvärmare etc. Vid hembesöket i fastigheterna gjordes övriga iakttagelser såsom levandeförhållanden och liknande som kan påverka den totala förbrukningen. Utifrån dessa kan sedan en egen analys göras utifrån de resultat som visas ovan. – Den elgolvvärme som är installerad på Smultronvägen bidrar till den relativt höga förbrukningen av el hos dem. Avvikelsen är 40 % över det genomsnittliga på samtliga analyserade fastigheter. – Björnbärsvägen är ett relativt litet hushåll med endast en äldre dam i hushållet. Bedömningen här är att fastighetsägaren ej använder onormalt mycket hushållsapparater. Dock finns det ett växthus som under våren har viss uppvärmning i form av ett el-element. Detta anses vara det som gör att denna fastighet har en högre förbrukning av el. – Fastigheten Dansvägen har större delen av året 3-4 dagbarn hos sig på dagtid. Detta kan tyda på att förbrukningen av hushållsel är över det normala. Man kan se att förbrukningen över året på samtliga fastigheter i genomsnitt är 6 126 kWh, vilket kan jämföras med det tidigare nämnda medelförbrukningen för småhus i Sverige, 6 200 kWh. Ett annat nyckeltal som används vid framförallt statistiska analyser av total energiförbrukning är kWh/m2och år. Tabell 18. Total energiförbrukning per kvadratmeter och år för de sju analyserade fastigheter. Adress kWh/ m2 och år Smultronvägen 186,6 Tallvägen 161,8 Björnbärsvägen 179,4 Dansvägen 141,2 Krusbärsvägen A 128,9 Krusbärsvägen B 133,4 Törnskatevägen 114,4 De mätdata som används är från 2007 års totala förbrukning och inkluderar all energiförbrukning för hushållsel, varmvatten och uppvärmning. Som tidigare nämnts så beror de höga värdena hos Björnbärsvägen på dennes växthus som både vattnas och värms under våren.

41

5. Ny modell

5.1 Den nya modellen Det som krävs för en korrekt dimensionering är att på ett så exakt sätt som möjligt få fram husets dimensionerande effektbehov och baserat på detta bestämma hur sekundärsystemet ska vara utformat. För exis terande byggnader föreslås därför att dimensioneringen i första hand bör baseras på mätta data av byggnadens energiförbrukning i enlighet med den analys som genomförts av de genomförda dimensioneringarna. Den grundläggande tanken bakom den nya modellen är således att basera dimensioneringen på det verkliga huset som det står där idag och inte utifrån schabloner och beräkningsmodeller som bygger på antaganden om fastighetens utformning. Metod avser således konvertering av existerande byggnader och är inte användbar på nybyggda hus.

5.1.1 Beräkning av effektbehov I dag används som tidigare diskuterats ett stort antal metoder, från enkla schabloner till mer avancerade beräkningsmodeller för att beräkna effektbehovet. Den genomförda analysen av de sju hushållen visar att de metoder som rent tidsmässigt krävt minst är minst lika bra som metoderna som varit mer ingående och tagit mer tid. Med bra menas i detta fall hur väl dimensioneringen överensstämmer med det beräknade effektbehovet som grundas på verkligt mätdata. Med tillgång till totalt köpt energi från årets mörka månader då solens bidrag är litet kan en god uppskattning erhållas av husets dimensionerande effektbehov. I den här genomförda analysen har det funnits tillgång till både el- och fjärrvärmeförbrukning. För framtida konverteringar kommer genom den utveckling som skett då det gäller fjärravlästa elmätare också att finnas tillgång till mätningar av den totala förbrukningen av el. För att kunna genomföra en dimensionering enligt den föreslagna metoden krävs följande:

1. En sammanställning av data från elförbrukning, total vattenförbrukning samt utomhustemperatur. För att rent praktiskt kunna handskas med mätdata beräknas medelförbrukningen per månad.

2. Om inte tillgång finns till data för varmvattenförbrukningen, uppskattas energiåtgången för uppvärmning av varmvatten utifrån antagandet att 40 % av den totala vattenförbrukningen är varmvatten. Förbrukningen av varmvatten anpassas utifrån tidigare nämnda fördelning över året, se kapitel 3.1.2 tabell 3. Denna förbrukning subtraheras sedan från den totala energiförbrukningen.

3. Utifrån ekvation (10) kan sedan en linjär anpassning göras av den totala energiförbrukningen mot utomhustemperaturen. Skärningen av x-axeln ger en uppskattning av inomhustemperaturen för fastigheten och riktningskoefficienten utgör en uppskattning av husets förlustfaktor, F.

4. Genom att extrapolera kurvan upp till dimensionerande utomhustemperatur, DUT, kan det dimensionerande effektbehovet uppskattas för nuvarande inomhustemperatur. När förlustfaktorn är känd kan den dimensionerande effekten erhållas för valfri dimensionerande utomhustemperatur samt önskad inomhustemperatur.

Effekten visar alltså total effektförbrukning inklusive hushållsel. Det finns en del sätt att gå vidare med hur värmesystemet sedan skall dimensioneras. Som analysen av fastigheterna visar samt det tidigare diskuterade kring överdimensionering, föredras det om fastigheten är

42

till viss del överdimensionerad. Ett sätt att dimensionera själva värmesystemet med en viss överdimensionering är att använda det totala effektbehovet inklusive hushållsel. Det innebär att värmesystemet då är överdimensionerat med det som hushållselen bidrar för uppvärmning. Om förbrukad hushållsel ej skall medtagas i total effektförbrukning kan medelvärdet för hushållselen antas till 6200 kWh/år. Genom att anta konstant förbrukning över året blir medeleffekt 707 W. Detta ger en parallellförflyttning av den linjäranpassade kurvan där den dimensionerande temperaturen för uppvärmningen då ger ett lägre effektbehov. Viktigt vid denna dimensionering är att se utifrån vilken inomhustemperatur som effekten gäller. Oftast försöker man lägga inomhustemperaturen på kring 20ºC. Modellen skall kunna anpassas så inomhustemperatur kan bestämmas samt att den ger en möjlighet att beräkna den maximala effekten för värmesystemet utifrån önskad inomhustemperaturer och önskad dimensionerande utomhustemperaturer, DUT.

5.2 Jämförelser mellan modeller I slutet av kapitel 2.1.3 presenteras en ytterligare modell (STEM) eller snarare ett nyckeltal för hur effektbehovet på ett enkelt sätt kan beräknas utifrån tidigare elförbrukning. Denna metod har inte använts vid dimensioneringen av någon av de studerade fastigheterna. För de undersökta fastigheterna finns det totalförbrukning av energi, både el och fjärrvärme för år 2003-2007. Enligt modellen kan det dimensionerande effektbehovet beräknas enligt

4.27000

)5000()(⋅

−=

kWhHushållseltotrukningEnergiförbvEffektbeho

där faktorn 2.4 kommer från att de analyserade fastigheterna är belägna i norra Sverige och 7000 är en konstant för detta nyckeltal. Detta gäller alltså för dimensioneringen av effektbehovet för värmesystemet. Totala energiförbrukningen är framräknat som ett medelvärde för dessa fem åren. Denna modell jämförs nedan med det beräknade maximala värmebehovet (inklusive hushållsel), verkliga effektbehovet för värmesystemet samt med den nya modellen. Tabell 19. Beräknat effektbehov med Stem-modellen, den verkliga effekten för de analyserade fastigheterna både utifrån det totala värmebehovet samt det från radiatorsystemet samt den nya modellen

Adress

Effektbehov med STEM-modell för

2007 (W)

Beräknat max värmebehov

(W)

Utnyttjad effekt

radsyst (W)

Ny modell exkl.

hushållsel (W) Smultronvägen 11 777 9 325 7 831 8 617 Tallvägen 15 429 20 257 19 321 19 549 Björnbärsvägen 9 083 7 073 4 767 6 365 Dansvägen 7 633 7 044 5 897 6 336 Krusbärsvägen A 5 414 6 213 5 749 5 505 Krusbärsvägen B 3 894 4 783 4 149 4 075 Törnskatevägen 9 659 10 547 8 470 9 839 Som synes i tabellen ovan stämmer inte STEM-modellen speciellt väl med de resultat som verkliga data visar på. Framförallt för fastigheterna med relativt låg förbrukning. Detta kan bero på att dessa inte har så hög förbrukning för hushållsel som modellen anger, 5 000 kWh.

43

5.3 Känslighetsanalys För att testa hur stor påverkan vissa ingående variabler har på olika analyser i studien görs en känslighetsanalys på vissa delar av den.

5.3.1 Olika DUT (dimensionerande utomhustemperatur) Den dimensionerande utomhustemperaturen för de analyserade fastigheterna har visats sig vara olika för olika dimensioneringar, antingen -23ºC eller -30ºC, detta trots att fastigheterna alltså alla ligger inom samma geografiska zon. Genom att använda de beräkningar som presenterats tidigare gällande beräkning av verkligt effektbehov, kan en analys göras på hur den dimensionerande utomhustemperaturen påverkar det dimensionerande behovet. Denna analys görs på de fem fastigheter som dimensionerats utifrån ett DUT på -23ºC med ett nytt DUT på -30ºC. Effekten som analysen visar är den effekt huset skulle behöva från värmesystemet vid den utomhustemperaturen. Detta förutsatt att fastigheten har samma bidrag för uppvärmningen från hushållsel och annat, oavsett utomhustemperatur. I tabellen nedan visas en jämförelse mellan den maximala effekt dessa olika DUT kräver av värmesystemet samt den installerade radiatoreffekten på dessa system. Tabell 20. Verklig effekt på fem av de analyserade fastigheterna med DUT -23ºC och -30ºC samt den installerade effekten på systemet

Adress Verklig effekt DUT

– 23ºC (W) Verklig effekt DUT

– 30ºC (W) Installerad effekt (W) Smultronvägen 7 831 9 216 14 005 Tallvägen 19 321 22 320 19 302 Björnbärsvägen 4 767 5 593 6 940 Dansvägen 5 897 6 988 7 654 Törnskatevägen 8 515 9 781 13 251 Enligt tabellen ovan kan man se att en förändrad DUT från -23ºC till -30ºC påverkar dessa fem fastigheter med ca 15-17%. Bortsett från Tallvägen så även fast DUT nu är väldigt låg så uppgår fortfarande inte den effekt som systemet kräver den installerade effekten. För att få en uppskattning av vad detta system verkligen klarar kan man istället beräkna verkligt DUT. Detta är utifrån de förutsättningar som huset har just nu och främst den inomhustemperatur som fastigheten haft. Tabell 21. Verklig utomhustemperatur som radiatorsystemen för de analyserade fastigheterna klarar för att täcka värmebehovet Adress Verkligt DUT (ºC) Smultronvägen -54 Tallvägen -23 Björnbärsvägen -41 Dansvägen -34 Krusbärsvägen A -53 Krusbärsvägen B -59 Törnskatevägen -49 Även detta visar på att värmesystemen är överdimensionerade och att de flesta systemen inte kommer komma i närheten av maximal last.

44

5.3.2 Varmvattenuppskattningen I analysen har det antagits att 40 % av fastigheternas totala vattenförbrukning består av varmvatten. För att kontrollera hur en felaktighet i detta antagande påverkar effektbehovet görs ett test med annan fördelning. Det visar sig att en förändring på 10 % av andelen varmvatten påverkar det verkliga effektuttaget vid maximal last enligt följande tabell. Tabell 22. Förändring av verkligt effektuttag vid 10 % förändring av andelen varmvatten av den totala vattenanvändningen Adress Förändring av verkligt effektuttag (%) Smultronvägen 1,3 Tallvägen 0,3 Björnbärsvägen 2,3 Dansvägen 1,4 Krusbärsvägen A 1,3 Krusbärsvägen B 8,8 Törnskatevägen 0,6 Enligt tabellen ovan kan man se att denna förändring ej har speciellt stor inverkan på det verkliga effektbehovet. Den enda som sticker ut lite är Krusbärsvägen B som är en fastighet med jämförelsevis låg maximal effektlast jämfört med de andra men samtidigt så är fastighetens vattenanvändning relativt hög.

5.3.3 Medelvärden i beräkningarna I analysen av fastigheterna samt i den nya modellen används medelvärden baserade på månadsdata för förbrukning och utomhustemperatur. För att göra en jämförelse testas fastigheternas verkliga värmeeffekt och utomhustemperaturer utifrån dygnsmedelvärden. Detta jämförs sedan med den redan beräknade värmeeffekten utifrån månadsmedelvärden. Tabell 23. Jämförelse mellan månadsmedelvärden och dygnsmedelvärden för verklig värmeeffekt

Adress Verklig värmeeffekt för

månadsvärden Verklig värmeeffekt med

dygnsvärden Procentuell

skillnad Smultronvägen 7 831 7 660 2,2 % Tallvägen 19 321 20 071 3,9 % Björnbärsvägen 4 767 4 593 3,7 % Dansvägen 5 897 5 739 2,7 % Krusbärsvägen A 5 749 5 754 0,1 % Krusbärsvägen B 4 149 4 322 4,2 % Törnskatevägen 8 470 8 653 2,2 % Som framgår av tabellen är skillnaden mellan dygnsvärden och månadsvärden ej speciellt stora.

5.4 Uppbyggnad av ny modell I kapitel 5.1 förklarades hur det dimensionerande effektbehovet kan uppskattas utifrån mätta data. Genom dessa förutsättningar kan en databaserad enkel modell konstrueras, där först effektbehovet beräknas och sedan hur radiatorsystemet skall dimensioneras.

45

5.4.1 Effektmodell Nedan visas ett exempel på hur en enkel excelbaserad modell beräknar det dimensionerande effektbehov. Ingående värden är från Smultronvägen. Tabell 24. Exempel på enkel modell för beräkning av effektbehovet för Smultronvägen

Månad Energiförbr. (kwh/månad)

Energiförbr. (kwh/dygn)

Vv:s avvikelse fr. medel

Förbruk. vv (kWh/dygn)

Energiförbr. exkl vv

Medeleffekt (kW)

Medeleffekt exkl hushållsel(kW)

Januari 3 997,3 128,9 1,14 9,1 119,8 5,0 4,3

Februari 4 339,7 155,0 1,17 9,4 145,6 6,1 5,4

Mars 2 986,3 96,3 1,14 9,1 87,2 3,6 2,9

Oktober 2 279,3 73,5 1,1 8,8 64,7 2,7 2,0

November 3 172,3 102,3 1,14 9,1 93,2 3,9 3,2

December 3 510,9 113,3 1,16 9,3 104,0 4,3 3,6

Indata

Total yta för uppvärmning (m2) 175

DUT -23

Önskad inomhustemp 20

Vattenförbr.

Förbrukning kv (kbm) 140 Andel vv av tot vattenförbr. 0,4

Kv temp (ºC) 10

Vv temp (ºC) 55

Cp 4180

Energi för vv (kWh/dygn) 8,0

Hushållsel

Tot hushållsel (kWh/år) 6200

Tot hushållsel (kWh/dygn) 16,99

Månad Medeltemp

Januari – 5,2

Februari – 9,4

Mars 0,4

Oktober 6,1

November – 1,2

December 0,0 Beräkningar med hushållsel Beräkningar exkl. hushållsel

Totalt effektbehov ex vv (kW) 8,9 Totalt effektbehov ex vv (kW) 8,87

Lutning (Förlustfaktor) – 0,21 Lutning (Förlustfaktor) – 0,21

Y-axelns skärningspunkt 3,93 Y-axelns skärningspunkt 3,23

Beräknad inomhustemp 18,34 Beräknad inomhustemp 15,04

M vid nuv. inomhustemp(Y=kx+M) 3,93 M vid nuv. inomhustemp(Y=kx+M) 3,23

M vid önskad inomhustemp(Y=kx+M) 4,29 M vid önskad inomhustemp(Y=kx+M) 4,29

Effekt vid nuvarande förutsättn. (kW) 8,87 Effekt vid nuvarande förutsättn. (kW) 8,16

Effekt vid önsk. inomhustemp (kW) 9,22 Effekt vid önsk. inomhustemp (kW) 9,22

Effekt per m2 vid nuv. föruts. (W/m2) 52,69 Effekt per m2 vid nuv. föruts. (W/m2) 46,61

Effekt per m2 vid önskad inomhustemp (W/m2) 50,66 Effekt per m2 vid önskad inomhustemp (W/m2) 52,69

Det gråmarkerade är de mätdata och indata som modellen kräver. Dessa beräkningar visar att den effekt som Smultronvägen kräver är 8 870 W utifrån följande nuvarande förutsättningar enligt nedan.

• Dimensionerande utomhustemperatur -23ºC • Inomhustemperatur 18,3ºC • All hushållsel bidrar till uppvärmningen • 40 % av total vattenförbrukning är varmvatten • Förbrukningen kallvatten 140 m3 /år • Samma förutsättningar beträffande klimatskal och så vidare som vid mätningarna

Det gäller sedan att bedöma hur mycket av denna effekt som värmesystemet skall bidra med, för att sedan kunna göra en korrekt dimensionering av systemet. Som nämnts tidigare är en

46

möjlig väg att dimensionera vä rmesystemet utifrån ovan framtagna effekt. Överdimensionering motsvaras då av det bidrag hushållselen ger för uppvärmning. I tabell 24 finns även beräkningar av effektbehovet vid önskad inomhustemperatur. Förlustfaktorn, riktningskoefficienten, blir densamma om samma antaganden om konstant tillskott av både hushållsel samt personvärme antas. Vid en önskad inomhustemperatur på 20ºC och med övriga förutsättningar som förklarats ovan, blir det dimensionerande effektbehovet 9 229 W för Smultronvägen. I modellen kan även beräkningar göras där hushållselen ej medtas i det totala effektbehovet för uppvärmningen. Hushållselen i detta fall antas vara det medelvärdet från Energiläget 2006, 6 200 kWh. Om information finns hur mycket den verkliga förbrukningen är kan detta föras in modellen.

5.4.2 Uppbyggnad av radiatorsystemet Nästa steg i modellen blir att dimensionera radiatorsystemet. Modellen som presenterades i föregående kapitel visar vilken total effekt som fastigheten kräver utifrån givna förutsättningar. Problemet blir sedan att försöka fördela ut denna effekt på själva radiatorsystemet. Följande frågor anses som viktiga vid denna uppbyggnad av system.

• Vilka rum och ytor som skall vara uppvärmda • Antalet radiatorer som skall installeras i respektive rum • Den totala effekten på samtliga radiatorer skall vara lika eller högre än det

dimensionerande • För respektive radiatorplacering, vilken storlek på radiator kan rymmas • Vilka dimensionerande temperaturer skall systemet ha

De frågor som nämns ovan tar för exempel inte hänsyn till var en radiator är placerad i huset, eller om den skall sitta i ett rum med flera ytterväggar eller mitt i huset. Tanken är att endast den uppvärmda ytan i till exempel ett rum skall påverka storleken på radiatorn eller radiatorerna. Självklart kommer de ingående temperaturerna de också kommer att påverka storleken på radiatorerna men i denna modell kommer ingen hänsyn tas till huruvida det finns stora fönster, dörrar eller dylikt i rummen som kan öka förlusterna i dessa. Genom att beräkna den totala ytan som skall förses med värme i fastigheten kan ett nyckeltal i form av effekt per kvadratmeter bestämmas. Detta nyckeltal kan sedan användas för att bestämma vad respektive radiator skall dimensioneras efter. Vidare skall modellen bestämma en optimal storlek på en radiator för den specifika placeringen. Radiatorn skall anpassas rent estetisk med intervall för storlek och självklart anpassas rent effektmässigt för att tillgodose den tänkta uppvärmningsytans behov. Samtliga radiatorer skall sedan tillgodose huset totala effektbehov vid givna förutsättningar. En viktig del i konstrueringen av denna modell är att den skall vara användarvänlig, gärna utgå från ett så enkel program som möjligt, exempelvis Microsoft Office-Excel. I modellen skall tidigare förklarade indata ge ett resultat som visar på hur värmesystemet skall dimensioneras. Den nya modellen som beskrivits kommer inte vidare konstrueras rent programmeringsmässigt, både på grund av att inget lämpligt användarvänligt program hittats samt för att det rent tidsmässigt inte finns utrymme under denna studie.

47

6. Diskussion Nedan diskuteras de olika antaganden som ligger till grund för analysen av fastigheterna. Viss resultatdiskussion samt diskussion kring den nya modellen. En del av diskussionen kring resultatet har redan behandlats i föregående kapitel men nedan görs detta mer ingående. Mätdata som använts för beräkningarna i analysen är tagna från Umeå Energis mätdatabas. Dessa mätdata har mätfel, dock är det svårt att uppskatta hur stor påverkan detta har haft på resultatet. För att vara mer vetenskaplig grundande skulle fler fastigheter analyserats under samma förhållanden men dimensionerade på olika sätt med samma yttre förhållanden och så vidare.

6.1 Analysen av de sju fastigheterna Resultatet av analysen visar framförallt på tre saker.

• Det totala fjärrvärmesystemets avkylning påverkas inte nämnvärt av de dimensionerande temperaturerna i mindre sekundärsystem

• Ekonomiska fördelar finns med att dimensionera radiatorsystem med högre dimensionerande temperaturer

• Dimensionering av mindre radiatorsystem kräver inte avancerade metoder Som resultatet visar beträffande avkylningen av de sju fastigheterna så är skillnaden i avkylning mellan olika dimensioneringstemperaturer ej speciellt stor. Ett högre temperatursystem bör ge en sämre avkylning, vilket analysen visar. Det skiljer cirka 16ºC mellan den fastighet som visar på bäst avkylning och den som visar på sämst avkylning. Ser man till hela fjärrvärmesystemet så är de analyserade fastigheterna en väldigt liten del av den totala energiförbrukningen. Detta medför att den avkylning som mindre fjärrvärmecentraler har, ej påverkar den totala avkylningen i speciellt stor utsträckning. Det innebär att de ekonomiska fördelarna med att dimensionera utifrån ett högre temperatursystem väger över, jämfört med att få bättre avkylning. Kostnaderna i samband med en konvertering antogs i resultatet endast bero på radiatorpriserna, vilket kan vara felaktigt då det är fler faktorer såsom andra dimensioner på rör med mera som har betydelse. De kommande konverteringarna för Umeå Energi antas fram till 2011 vara cirka 450 till antalet, se kapitel 4.4. Antagandet om att dessa fastigheter har en energianvändning från fjärrvärme på 15 MWh per år, ger en total förbrukning på 9 GWh/år. Med dagens fjärrvärmeproduktion skulle dessa representera mindre än 1 % av Umeå Energis totala fjärrvärmeunderlag, se Umeå Energis hemsida. Detta innebär att, påverkan från avkylningen i dessa abonnentcentraler ej har så stor inverkan på den totala energianvändningen i nätet. Detta stärker de resultat som visas i de ekonomiska beräkningarna i kapitel 4.4 där en besparing på cirka 3 miljoner i mindre kostnadskrävande radiatorer. I de ekonomiska beräkningarna har det endast tagits hänsyn till vilken maximal skillnad i avkylning som skiljer de olika temperatursystemen. En egen bedömning skulle vara att denna temperaturskillnad snarare är närmare 10 ºC än det beräknade på 16 ºC. Hur ett högre temperatursystem påverkar fjärrvärmesystemet avseende flödesbehov och förluster är inte vidare undersökt i denna analys. De metoder som är använda vid dimensioneringen av radiatorsystemen för de analyserade fastigheterna visar inte på någon större skillnad i noggrannhet, men detta beror också på

48

vilken metod som använts. Anledningen kan vara att de schabloner på U-värden som använts i de mer avancerade modellerna är minst lika osäkra som de nyckeltal på watt per kvadratmeter som använts i en modell. Beträffande det beräknade nyckeltalet för fastigheterna så verkar dem ligga i ett relativt tätt intervall. Anledningen kan vara att det är relativt lika av hus från ungefär samma tidsålder. Det är fastigheter med källare som har en högre effekt per kvadratmeter, vilket man också kunde förvänta sig då dessa ofta på sommaren har ett visst behov av värme för att kunna upprätthålla önskat inomhusklimat. När mätdata analyserades i syfte att försöka bestämma en lämplig metod för att uppskatta varmvattenanvändningen, så noterades en intressant sak. De fastigheter som innehar källare visar på en betydligt högre förbrukning under sommarmånaderna jämfört med övriga fastigheter. Endast en av dessa fastigheter hävdar att det under sommaren varit värme på i denna del av huset. Antingen beror detta på att övriga fastigheter med källare ändå har uppvärmning, trots det fastighetsägaren påstår, eller så beror det på värmeväxlarens placering. Värmeväxlaren kan ha en större förlust på grund av att den är placerad i en källare. Denna ”förlust” bidrar till uppvärmningen och är därmed högre om den är placerad i en källare. Om jämförelser dras mellan förväntad inomhustemperatur och den temperatur som fastighetsägaren i normala falla anser sig ha i fastigheten så misstämmer detta i vissa fall. Anledningen kan vara att det tillskott till uppvärmning i form av sol- och personvärme som antagits försumbara för valda mätperioder trots allt har haft betydelse. Detta gäller för fastigheter som enligt beräkningar verkar ha lägre inomhustemperatur än det verkliga. Ser man istället på fastigheter som enligt beräkningar verkar ha högre inomhustemperaturer än verklig upplevd inomhustemperatur så kan detta bero på det antagandet att all hushållsel bidrar till uppvärmning. Detta kan misstämma då till exempel fastigheten på vintern har motorvärmare till bil eller annat som inte bidrar till uppvärmningen. De dimensioneringar som de olika projektörerna genomfört är varierande med avseende på noggrannhet i indata. Analysen visar att detta inte påverkat det beräknade resultatet i någon högre grad. När nyckeltalet, effekt per kvadratmeter, för respektive fastighet beräknas visar det ett genomsnittligt värde inom ett relativt litet intervall. Smultronvägen samt Törnskatevägen är två fastigheter där nyckeltalet skiljer sig jämfört med de andra. Anledningen till detta kan vara att, skillnaderna i beräknad jämfört med verklig upplevd inomhustemperatur skiljer sig relativt mycket. Som tidigare nämnts så är en överdimensionering att föredra för att injustera systemet. Dock kan man alltid fråga sig om detta är ekonomiskt försvarbart då överdimensionerade system innebär högre installationskostnader. Resultatet från analysen beträffande överdimensioneringen visar på varierande nivåer mellan fastigheterna. Anledningen verkar inte bero på metod för dimensionering. Snarare beror detta på beräkningarnas antaganden för respektive fastighet, vid antingen projektörens dimensionering eller vid beräkning av verkligt värmeeffektbehov i denna analys. De två fastigheter som är dimensionerat utifrån DUT, dimensionerande utomhustemperatur, på - 30ºC antas redan vara överdimensionerat. Det beror på att denna låga temperatur sällan eller aldrig kommer att vara aktuell i Umeå. Det resultat som visar total energiförbrukning från 2003-2007, se kapitel 4, har ej normalårskorrigerats med avseende på utomhustemperaturen. Ett antagande som kan vara ett felaktigt sätt att visa på jämförelser mellan total energiförbrukning från år till år, då skillnader i utomhustemperatur med största sannolikhet har varierat. Dessa resultat har inte vidare

49

analyserats utan syftade till att ge läsaren en översiktlig bild av energiförbrukningen för de analyserade fastigheterna.

6.2 Ny modell För att uppskatta det dimensionerande effektbehovet för en byggnad är det mest korrekta sättet att använda verkligt data. Den nya modellen, som beskrivits i kapitel 5.4, för dimensionering och uppbyggnad av systemet har vissa antaganden som diskuteras nedan. Varmvattenförbrukningen Enligt resultatet från analysen är uppskattningen av varmvattnet endast av mindre betydelse. Anledningen är att den påverkan en avvikande förbrukning endast påverkar det totala effektbehovet nämnvärt. Antagandet att 40 % av den totala vattenförbrukningen är varmvatten anses dock som en god approximation utifrån tidigare undersökningar. Sol- och personvärme Antagandet gällande bidraget från solvärme anses för klimatet som råder i Umeå som ett korrekt antagande. Skall metoden användas för fastigheter belägna på mer sydliga breddgrader kan mätperioden korrigeras till att endast innefatta 4-5 av årets kalla månader. I dessa småhus antas personvärmen vara försumbar vilket också anses som ett korrekt antagande utifrån gällande förutsättningar. Överdimensionering Tanken med den nya modellen är att värmesystemet vid en konvertering skall överdimensioneras med det hushållselen bidrar med till uppvärmning. Detta antagande kan visa sig misstämma, speciellt hos fastigheter med antingen väldigt låg eller hög förbrukning av hushållsel. En idé kan vara att anta förbrukningen av hushållsel till exempelvis 6200 kWh/år. För att sedan subtrahera detta från det totala effektbehovet exklusive varmvatten, vilket ger ett verkligt effektbehov för det tänkta värmesystemet. För att detta system sedan skall ha en överdimensionering kan sedan ett påslag på förslagsvis 20-30 % göras på det totala värmeeffektbehovet. Om den modell som är framtagen hade använts på de sju analyserade fastigheterna hade detta tillvägagångssätt givit ett medelvärde på överdimensioneringen på 20 %. Enligt tidigare undersökningar, Andersson (1993), samt resultatet från analysen i detta arbete, så kan denna överdimensionering anses vara väl låg. Det resultatet också visar är att det skiljer relativt mycket mellan fastigheterna, vilket gör att denna uppskattning är svår att göra. Schablon för systemuppbyggnad Huvudargumentet för modellen är att inte använda schabloner för uppskattning av effektbehovet. Dock föreslås det i modellen en schablon för utveckling av radiatorsystemets uppbyggnad. I modellen är tanken att ett nyckeltal som visar effekten per kvadratmeter skall antas. När den totala effekten för hela fastigheten har bestämts, skall effekten fördelas ut på systemets radiatorer. Det är i detta skede som en schablon på något sätt krävs. Mer avancerade schabloner som tar hänsyn till mer än bara ytan kan användas. Exempel kan vara att istället bygga schablonen på meter yttervägg med något övrigt villkor som gäller för övriga rum.

50

7. Slutsatser och rekommendationer Denna studie visar att, för de små värmesystem som skall konverteras i Umeå Energis fjärrvärmenät inom ett par år, skulle en försämrad avkylning ej påverka den totala avkylningen för hela fjärrvärmesystemet i speciellt hög grad. För Umeå Energis framtida konverteringar från elvärme till fjärrvärme för småhus, skulle rekommendationen vara att dessa radiatorsystem dimensioneras utifrån temperaturer på 70ºC på framledningen och 55ºC på returledningen. Att jämföra med dagens dimensionerande temperaturer på 60/45. Förändringen skulle leda till en betydligt lägre installationskostnad för konverteringen men skulle inte påverka den totala avkylningen av fjärrvärmenätet i speciellt stor utsträckning. Dock gäller detta endast för konverteringar i ett fjärrvärmeområde, då det avviker från Boverkets rekommenderade temperaturer, som är 55/45. Denna temperaturnivå är framförallt anpassad för om byte av värmeproducerare skall göras. Att till exempel byta från fjärrvärme till en värmepump, är ett 70/55-system ej lämpligt, Rubertsson (2008). Övrigt resultat som presenteras visar bland annat på att, dimensioneringarna av effektbehovet på de analyserade fastigheterna är utförda med olika metoder. När utfallet utvärderas och beräkningar görs på den verkliga effekten så skiljer sig dock inte resultatet åt i någon större utsträckning mellan de använda metoderna . Detta tyder på att de schablonmässiga metoderna är mer kostnadseffektiva och gav minst lika gott resultat som de mer avancerade. För framtiden är rekommendationen att basera dimensioneringen på verkliga mätdata för att erhålla en så korrekt uppskattning som möjligt av en fastighets effektbehov enligt föreslagen metodik. En fortsättning på detta arbete skulle kunna vara att implementera den enkla effektberäkningsmetod som presenterades i kapitel 5.4.1 samt de tankar som presenterades i kapitel 5.4.2, till en databaserad modell för att om möjligt uppnå en optimal dimensionering av ett radiatorsystem.

51

Referenser

Litteratur Adalberth K., Wahlström Å. (2007), Energibesiktning av byggnader – flerbostadshus och lokaler, SIS Förlag AB, ISBN 91-7162-687-5 Bergsten B. (2001), Energiberäkningsprogram för byggnader – en jämförelse utifrån funktions- och användaraspekter, EFFEKTIV, ISBN 91-7848-581-6 Bohnstedt, S., Hedström J., Jacobson K., Raab U., m.fl. (2006), Energiläget 2006, Energimyndigheten Forskning och utveckling 2005:137, ISSN 1401-9264 Frederiksen S., Werner S. (1993), Fjärrvärme – teori, teknik och funktion, Studentlitteratur, ISBN 91-44-38011-9 Johnsson J., Walletun H. (2005), Grundläggande faktorer för lyckosamma avkylningsprojekt, Svensk Fjärrvärme Larsson G. (1999), Dynamik i fjärrvärmesystem, Chalmers tekniska högskola, ISBN 91-7197-814-3 Ljunggren P., Wollerstrand J. (2005), Optimal radiatorreglering för att nå låg fjärrvärmereturtemperatur, Svensk Fjärrvärme Forskning och utveckling 2005:142 Nyberg B., Petersson S. (2003), Funktion hos 1-rörs radiatorsystem – avkylning, komfort och stabilitet, Svensk fjärrvärme Forskning och utveckling, ISSN 1402-5191 Ruud S. (2003), Reglerstrategier och beteendets inverkan på energianvändningen i bostäder, EFFEKTIV, ISBN 91-7848-968-7 Sandberg, M. (2003), Konvertering av elvärmda småhus – en översikt av olika utformningar för uppvärmningssystem, EFFEKTIV, 91-7848-951-2 Ödin C. (2007), Driftsekonomiska vinster med en sänkning av fjärrvärmereturen, Examensarbete för Civilingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå universitets tekniska högskola ECL Comfort 100M – Bruksanvisning och Installation, Danfoss Värmeportal Fjärrvärmecentralen – Kopplingsprinciper, Svensk Fjärrvärme Rapport 2004:3, ISSN 1401-9264 Fjärrvärmecentralen – Utförande och installation – Tekniska bestämmelser, Svensk Fjärrvärme F:101, ISSN 1401-9264 Villavärmepumpar – Energimyndighetens sammanställning över värmepumpar för småhus, Statens energimyndighet ET21:2002

52

Muntliga referenser Andersson, Ingemar, NVS Hortlund, Berndt, Mecad Johansson, Hans, WSP Umeå Kemp, Mikael, Rettig Heating AB Nyström, Egon, Umeå Energi Ring, Nicklas, Energibyrån Nord Rubertsson, Ola, Energibyrån Nord Schelin, Roland, Danfoss

Internet Andersson T. (1993), Konsten att styra radiatorsystem, Artikel i VVS-forum 10/11 1993, 2007-08-30

http://www.kt-klimatteknologi.se/artiklar/Radiatorsystem/Radiatorsystem/konsten.htm

http://www.purmo.se http://www.umeaenergi.se

53

Appendix 1

54

Appendix 2

Adress År El Varav

hushållsel Värme Totalt Andel hush.el

av totalt

Dansvägen 2003 27262 7735 19527 27262 28 %

2004 26832 7735 19097 26832 29 %

2005 24299 7735 16564 24299 32 %

2006 19984 7735 7095 27079 29 %

2007 7722 7722 17378 25100 31 %

Smultronvägen 2003 39351 9192 0 39351 23 %

2004 22093 9192 13366 35459 26 %

2005 9161 9161 24196 33357 27 %

2006 9185 9185 23730 32915 28 %

2007 9230 9230 23423 32653 28 %

Krusbärsvägen A 2003 20792 3033 17759 20792 15 %

2004 20239 3033 17206 20239 15 %

2005 19055 3033 16022 19055 16 %

2006 14388 3033 4693 19080 16 %

2007 3033 3033 15790 18823 16 %

Krusbärsvägen B 2003 16356 3869 12487 16356 24 %

2004 16356 3869 12487 16356 24 %

2005 16356 3869 12487 16356 24 %

2006 14173 3869 2036 16210 24 %

2007 3869 3869 10006 13875 28 %

Björnbärsvägen 2003 31491 31491 0 %

2004 28025 28025 0 %

2005 18261 4012 22273 0 %

2006 9745 9745 14465 24210 40 %

2007 6750 6750 15140 21890 31 %

Törnskatevägen 2003 33171 33171 0 %

2004 33979 33979 0 %

2005 27209 27209 0 %

2006 23204 9288 32492 0 %

2007 6774 25818 32592 21 %

Tallvägen 2003 50000 50000

2004 34664 10537 45201

2005 4186 4186 51351 55537 8 %

2006 4272 4272 53042 57314 7 %

2007 4680 4680 57530 62210 8 %