Avkylningens ekonomiska inverkan på lönsamheten vid byte av fjärrvärmekundcentral

Transkript

1 ISRN LUTMDN/TMHP-15/5325-SE ISSN Avkylningens ekonomiska inverkan på lönsamheten vid byte av fjärrvärmekundcentral Kajsa Nilsson Examensarbete på Civilingenjörsnivå Avdelningen för Energihushållning Institutionen för Energivetenskaper Lunds Tekniska Högskola Lunds Universitet

2 Avkylningens ekonomiska inverkan på lönsamheten vid byte av fjärrvärmekundcentral Kajsa Nilsson Januari 2015, Lund

3 Föreliggande examensarbete på civilingenjörsnivå har genomförts vid Avd. för Energihushållning, Inst. för Energivetenskaper, Lunds Universitet - LTH samt vid Alfa Laval i Lund. Handledare på Alfa Laval: Mårten Ahlm, Marketing Engineer Application Development; handledare på LU-LTH: universitetslektor Janusz Wollerstrand och biträdande lektor Kerstin Sernhed; examinator på LU- LTH: professor Jurek Pyrko. Projektet har genomförts i samarbete med Kraftringen i Lund och Lunds Kommuns Fastighets AB. Examensarbete på Civilingenjörsnivå ISRN LUTMDN/TMHP-15/5325-SE ISSN Kajsa Nilsson samt Energivetenskaper Energihushållning Institutionen för Energivetenskaper Lunds Universitet - Lunds Tekniska Högskola Box 118, Lund

4 Förord Denna studie är ett examensarbete omfattande 30 högskolepoäng utfört på Lunds Universitet Lunds Tekniska Högskola (LTH) på Institutionen för Energivetenskaper under hösten Examensarbetet utgör den avslutande delen av min civilingenjörsutbildning i Ekosystemteknik. Arbetet har utförts på uppdrag av Alfa Laval. Handledare för arbetet har varit Mårten Ahlm från Alfa Laval samt Janusz Wollerstrand från LTH och Kerstin Sernhed från LTH. Syftet med studien har varit att utreda hur en ökad avkylning påverkar den ekonomiska lönsamheten i att göra ett fullständigt utbyte av en fjärrvärmekundcentral. Målet med studien var att förstå vilken ekonomisk effekt som ökad avkylning kan få för fjärrvärmebolag och kund, samt relatera detta till hur den ekonomiska kalkylen för ett utbyte av kundcentral påverkas av den eventuella avkylningsökningen. Först och främst ett stort tack till mina handledare på LTH och Alfa Laval för värdefull vägledning och bra stöd. Tack även till Mats Olsson på LKF för stort engagemang och hjälp med datainsamling. På Kraftringen vill jag tacka Stefan Jonsson, Markus Falkvall, Henrik Börjesson och Lars-Göran Nilsson för hjälp med datainsamling, simuleringar och analys. Även tack till Anna Blomborg och Mats Persson på Alfa Laval för bra input. Tack till Rolf Jönsson, Per-Ola Helin samt ännu ett tack till Mats Persson för trevlig mottagande och engagemang vid mitt besök på Alfa Laval i Ronneby. Till sist vill jag framföra ett stort tack till min sambo Erik Dahlberg för ett enormt stöd, diskussion och vägledning. Lund Kajsa Nilsson I

5 Summary As a part of creating energy efficient district heating networks, this study examines the impact on energy efficiency by increasing the cooling performance in district heating substations, along with its economic profitability. A substation with poor cooling extracts less energy per unit volume of water. It thus has an overconsumption of flow in order to meet the consumers heat demand. The positive effects of increased cooling are particularly reduced heat losses in the district heating network, reduced need for pumping and a greater possibility for efficiency increase at heat production sites using flue gas condensation. There are three main approaches in order to increase the cooling performance of a district heating substation: adjusting the radiator circuit and hot water circulation, exchanging the substation, and/or optimizing the control and operation monitoring. In a case study, selected substations from the district heating network of Kraftringen in Lund were studied with the purpose of examining the economic profitability of increased cooling performance by replacing them with modern technology. To investigate if improved cooling is possible with exchanging the substation the causes of poor cooling was studied. The performance of a number of substations was analyzed and two were selected for further analysis. The selected substations technical lifetime was not considered to be over, but they had shown an overconsumption of flow. The substations current cooling performance was evaluated and the possible cooling improvement was put in relation to outdoor temperature. By using outdoor temperatures corrected for a normal year, the improvement was applied to a future scenario which resulted in an estimation of future cost savings. From the perspective of the district heating provider it was concluded that there is no economic profitability in replacing a substation when only considering the increased cooling, since the cost savings were only 0,10 SEK/m 3. However, the district heating provider and the owner of the substation might have different incentives to improve the cooling performance, thus decrease the flow. In Lund, the owner of the substation is the consumer, and the provider applies a fee based on the flow consumption of 3.50 SEK/m 3. With the fee in relation to the potentially saved flow by increased cooling, the saved costs become larger, but still not enough for the investment to be profitable within a foreseeable timeframe. The effect on the return temperature by lowering the hot water circulation temperature was also examined. The conclusion of this was that adjusting the secondary networks is more important than actually exchanging the substation in order to increase the cooling. II

6 The goal of the study was to increase the understanding of the profits of increased cooling for the district heating provider and the consumer. Further, also to relate how this affects the economic calculation for an exchange of a substation. The result from the case study implies that the economic benefit from exchanging the substation and increasing the cooling is not enough to motivate an exchange before the technical lifetime is over. It should be emphasized that other positive effects with increased cooling, such as increased production of electricity in combined heat and power plants and increased possibility to use waste heat, have not been included in the calculation. The results could also have been different for substations with other circumstances. Keywords: cooling performance, district heating, economic profitability, substation, return temperature III

7 Sammanfattning Som ett led i att energieffektivisera fjärrvärmenät undersöks i denna studie inverkan på energieffektiviteten av att öka avkylningen i kundcentraler och följaktligen dess ekonomiska inverkan. En kundcentral med sämre avkylning tar ut mindre energi per volymsenhet fjärrvärmevatten som passerar värmeväxlarna. Således har den en överkonsumtion av flöde för att tillgodose värmebehovet i fastigheten. En ökad avkylning medför framförallt minskade värmeförluster på fjärrvärmenätet, minskat behov av pumparbete samt ökad möjlighet till effekthöjning i produktion med rökgaskondensering. För att öka avkylningen i en kundcentral finns främst tre tillvägagångssätt: injustering av de sekundära radiator- och tappvarmvattensidorna, utbyte till en effektivare kundcentral, samt optimerad styrning och driftövervakning. I en fallstudie studerades utvalda kundcentraler inom Kraftringens fjärrvärmenät i Lund. Detta med syftet att utreda vilken ekonomisk lönsamhet ett totalt utbyte av en kundcentral har om avkylning ökar. För att utvärdera om en förbättrad avkylning är möjlig till följd av att byta kundcentralen gjordes en grundläggande utredning av felorsakerna till dålig avkylning. Ett antal kundcentraler diagnostiserades och två valdes ut för vidare analys. De utvalda kundcentralernas tekniska livslängd ansågs inte vara förbrukad, men de uppvisade en överkonsumtion av flöde. Kundcentralernas aktuella prestanda utvärderades och förbättringspotentialen vad gäller avkylning sattes i relation till utomhustemperaturen. Genom att utnyttja normalårskorrigerade utomhustemperaturer applicerades kundcentralernas förbättringspotential på ett framtida scenario vilket således även resulterade i en uppskattad kostnadsbesparing. Det konstaterades att det ur fjärrvärmebolagets perspektiv inte fanns något ekonomiskt incitament att investera i en ny kundcentral när endast den ökade avkylningen beaktas, då besparingspotentialen endast uppgick till 10 öre/m 3. Däremot kan fjärrvärmebolaget och kunden ha olika incitament till att öka avkylningen, och således minska flödet. I Lund är kunden ägare till kundcentralen och fjärrvärmebolaget tillämpar en flödesavgift på 3,50 kr/m 3, som därmed ger andra ekonomiska förutsättningar för kunden. Med flödesavgiften i förhållande till det potentiellt sparade flödet blir kostnadsbesparingen större, men inte heller tillräcklig för att investeringen ska bli lönsam inom en överskådlig framtid. Även inverkan på returtemperaturen av att sänka temperaturen på varmvattencirkulationen beräknades vilket resulterade i slutsatsen att det är IV

8 viktigare att injustera de sekundära sidorna och således minska returtemperaturen än att faktiskt byta kundcentralen för att öka avkylningen. Målet med studien var att öka förståelsen av vilken ekonomisk effekt som ökad avkylning kan få för fjärrvärmebolag samt kund. Vidare även relatera detta till hur den ekonomiska kalkylen för ett eventuellt utbyte av kundcentralen skulle påverkas. Resultatet från fallstudien visar att den ekonomiska besparing som kan göras med ett utbyte av en kundcentral baserat på ökad avkylning är alldeles för liten för att kunna motivera ett utbyte i förtid. Det ska då nämnas att andra positiva ekonomiska effekter som kan uppstå vid ett utbyte, så som ökad elproduktion i kraftvärmeverk samt ökad möjlighet till utnyttjande av spillvärme, inte har räknats med. Resultatet hade också kunnat vara annorlunda för kundcentraler med andra förutsättningar. Nyckelord: avkylning, ekonomisk lönsamhet, fjärrvärme, kundcentral, returtemperatur V

9 Innehållsförteckning Sida Summary... II Sammanfattning...IV Förkortningar och ordlista...ix 1 Introduktion Problembeskrivning Syfte och Mål Avgränsningar Teori Nyttan med låg returtemperatur för fjärrvärmeproduktion Distributionsnätet Temperaturerna på fjärrvärmenätet Kundcentraler Kopplingstyper Returtemperaturens beroende av de sekundära sidorna Dimensionering av kundcentraler Dimensionering av tappvarmvattensystemet Dimensionering av värmesystemet Styrning av kundcentraler Styrning av tappvarmvattensystemet Styrning av värmesystemet Fjärrvärmerelaterad termodynamik Värmeöverföring i kundcentralen Pumpenergi Värmeförluster på fjärrvärmenätet Rökgaskondensering Ekonomiska effekter Livscykelkostnadskalkyl VI

10 2.8 Felorsaker till dålig avkylning Diagnostisering av kundcentraler Metod Litteraturstudie Studiebesök Insamling av mätdata Applicerad metodik i fallstudie Metodik för att avgöra kundcentralers prestanda Metodik för att avgöra inverkan på distribution och produktion Metodik för ekonomisk analys Resultat Kundcentralens prestanda Utvalda kundcentraler Diagnostisering av utvalda kundcentraler Modellkontroll Undersökt dimensionering Uppskattad radiatoravkylning Uppskattat effektbehov för varmvattencirkulation Uppskattad prestanda vid varierande utomhustemperatur Påverkan på distribution och produktion Uppskattad påverkan på värmeförluster Uppskattad påverkan på pumparbete Uppskattad påverkan på rökgaskondensering Uppskattning av ekonomisk påverkan Framtida scenario Resulterande energibesparing Resulterande ekonomisk besparing Livscykelkostnadskalkyl Analys och diskussion Tillvägagångssätt för att öka avkylningen VII

11 6.2 Felkällor Slutsatser Fokus för framtida studier Referenser Bilaga... i Diagnostisering av kundcentraler... i Översikt temperaturgivare... viii VIII

12 Förkortningar och ordlista Avkylning Differensen mellan framlednings- och returtemperaturen över en kundcentral. Balanstemperatur Utomhustemperaturen då all intern och extern värmetillförsel motsvarar värmeförlusterna till omgivningen vid önskad inomhustemperatur (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 4). DUT Dimensionerande utomhustemperatur, en beräknad temperatur beroende av en fastighets utformning och geografiska läge som används för dimensionering av fastighetens värmeinstallation. DUT n baseras på extrema utomhustemperaturer som understigs en gång på n år där standard är n=30, 20, 10 respektive 5 år. (Värmeverksföreningen, 1994) Grädigkeit Temperaturskillnaden mellan den varma strömmens inloppstemperatur och den kalla strömmens utloppstemperatur för en motströmsvärmeväxlare (Frederiksen & Werner, 1993). Komfort Subjektiv tillfredsställelse av behaglighet (Sveby, 2009). I denna rapport kundcentralens förmåga att tillhandahålla termisk komfort vid rådande förhållande. Kundcentral En komplett anläggning för överföring av fjärrvärme till kundens sekundära system. Tidigare benämning har varit abonnentcentral eller fjärrvärmecentral. LCC Life cycle cost, livscykelkostnad. Totalkostnaden för en produkt under hela dess livslängd. Primärdata I denna rapport Kraftringens loggade data av temperaturer, flöden och effektuttag på primärsidan. Primärsida I denna rapport den sida av värmeväxlaren i en kundcentral som leder primärt fjärrvärmevatten. Sammanlagringseffekt Effekten av det finns en viss tidsfördröjning av delbelastningars effekttoppar. Den totala sammanlagrade effekttoppen är därmed lägre än summan av alla delbelastningars effekttoppar. Homogen för likartade belastningstyper, heterogen för olika belastningstyper. (Pyrko, 2004) IX

13 Sekundärdata I denna rapport LKF:s loggade data av sekundära och primära temperaturer samt öppningsläget på styrventilerna. Sekundärsida I denna rapport den sida av värmeväxlaren i en kundcentral som leder sekundärt vatten, dvs. det slutna radiatorsystemet samt tillopp av varmvatten och varmvattencirkulation. Uppvärmningsintervall Intervallet mellan balanstemperaturen och DUT. Värmelast Motsvarar aktuellt värmebehov. För fjärrvärmeverket beroende på både värmebehovet hos kunderna samt värmeförlusterna i fjärrvärmenätet. För kundcentralen beroende av värmebehovet för uppvärmning av fastigheten samt av tappvarmvattnet. X

14 1 Introduktion Här presenteras bakgrunden till studien i form av en kortfattande beskrivning av fjärrvärmesystem samt vikten av låg returtemperatur relaterat till tidigare studier inom området. Syftet och målet med studien beskrivs och följs av de övergripande avgränsningar som görs inom studien. Fjärrvärme är idag ett utbrett och väletablerat uppvärmningssätt i Sverige och runt hälften av Sveriges uppvärmningsbehov försörjs idag via fjärrvärme (Svensk Fjärrvärme, 2010a). Huvudsyftet med fjärrvärme är att förse kunden med värme som täcker dess uppvärmnings- och tappvarmvattenbehov. För överföringen av värme från fjärrvärmenätet till kundens värme- och tappvarmvattensystem, de så kallade sekundära systemen, används en kundcentral med en värmeväxlare för respektive system. Kundcentralerna, som tidigare kallats abonnentcentraler eller undercentraler, spelar en central roll för fjärrvärmesystemets energieffektivitet. Där leds varmt vatten från fjärrvärmeverket, den så kallade primära ledningen, genom respektive värmeväxlare och förser kunden med värme på den sekundära sidan utefter dess behov. En väl fungerande kundcentral är viktig för att hålla en rimlig komfortnivå för kunden och samtidigt erhålla ett energieffektivt fjärrvärmesystem. Som en del i att skapa ett energieffektivt fjärrvärmesystem krävs bra avkylning i kundcentralerna på fjärrvärmenätet. Med en bra avkylning kan mer energi erhållas från varje kubikmeter av primärvattnet jämfört med en sämre avkylning, dvs. flödesbehovet minskar. På så vis erhålls en lägre returtemperatur på det primära fjärrvärmevattnet. Temperaturnivåerna i svenska fjärrvärmenät varierar idag och returtemperaturerna för 157 svenska nät kan ses i Figur 1.1. Grön stapel i diagrammet visar vilken returtemperatur (och framledningstemperatur) som teoretisk kan erhållas med känd fjärrvärmeteknik. I jämförelse med uppnådda värden i de 157 näten kan det konstateras att det i många svenska fjärrvärmenät finns potential för att sänka returtemperaturen. 1

15 Figur 1.1 Årsmedelvärden för framlednings- och returtemperaturer i 157 svenska fjärrvärmenät i jämförelse med känd teknik för fjärrvärmekundcentraler (Petersson & Larsson, 2013). Med en lägre returtemperatur på fjärrvärmenätet följer en rad positiva effekter (Selinder & Walletun, 2009): Minskat pumparbete i fjärrvärmenätet. Minskade värmeförluster från returledningen. Ökat värmeutbyte vid rökgaskondensering i värmeverket. Ökat elutbyte vid elproduktionen i kraftvärmeverket. Ökad möjlighet att utnyttja spillvärme. Ur fjärrvärmebolagets perspektiv finns det därmed flera incitament till att försöka öka avkylningen i kundcentraler som idag genererar höga returtemperaturer. 1.1 Problembeskrivning Som en del i att skapa ett energieffektivt fjärrvärmenät behöver kundcentraler med dålig avkylning och således en överkonsumtion av flöde åtgärdas. En kundcentral är en relativt komplex anläggning och avkylningen påverkas av flertalet faktorer och komponenter. Olika felorsaker kräver olika åtgärder och i vissa fall kan ett fullständigt utbyte av kundcentralen vara en mer långsiktigt lösning. Lönsamheten av ett utbyte av kundcentral påverkas av olika faktorer. T.ex. av energieffektiviseringen som uppnås, av de kostnadsminskningar/vinster som uppnås genom ökad avkylning, de minskade underhållskostnaderna, samt minskad risk för 2

16 haveri som kan ge ekonomiska konsekvenser. Ekonomisk livslängd är ett begrepp som används i investeringskalkylering och innebär att investeringen bedöms vara företagsekonomiskt lönsam, medan teknisk livslängd talar om hur länge anläggningen faktiskt håller och går att använda med tillräcklig teknisk funktion. Även om den tekniska livslängden inte anses vara förbrukad för den enskilda kundcentralen kan ett fullständigt utbyte av kundcentral till modern teknik vara en aktuell åtgärd för att öka avkylningen i kundcentralen. För att det ska bli realitet bör åtgärden vars ekonomiskt lönsam samt att investeringen kan betala tillbaka sig inom en rimlig tid. Det kan också finnas andra skäl till ett utbyte, t.ex. utrymmesskäl (äldre kundcentraler är oftast mer skrymmande än moderna), minskad miljöpåverkan eller möjlighet till ökad driftövervakning och optimerad styrning. Den här studien fokuserar specifikt på den ekonomiska vinst som genereras genom minskat pumparbete i fjärrvärmenätet, förbättrade produktionsförutsättningar och minskade värmeförluster vid ett utbyte av kundcentralen om avkylningen förbättras. Hur kan man räkna på detta och hur stora blir vinsterna relaterat till det minskade flödet? Då dessa vinster ytterst är till nytta för fjärrvärmebolaget är det också viktigt att se över kundens incitament för utbyte av kundcentral. Det finns flertalet tidigare studier som fokuserar på ökad avkylning i kundcentraler och behovet av att systematiskt kunna effektivisera kundcentraler samt att skapa incitament för att vidta åtgärder. Ett antal av dessa studier har legat till grund för förståelsen kring problematiken med dålig avkylning inför detta arbetes fallstudie. En tidigare studie från 1995 om orsakerna till nedsatt avkylningsförmåga i kundcentraler av Lena Råberger följdes upp året efter tillsammans med Håkan Walletun (Råberger & Walletun, 1996). Ca 150 kundcentraler besiktigades varav 30 stycken, de flesta två-stegskopplade, granskades i detalj med mätningar och simuleringar. Arbetet resulterade slutligen i en arbetsmetodik för att förbättra befintliga kundcentraler som utgick från arbetsgången: diagnostisering ekonomisk analys förbättring. I diagnostisering ingick att undersöka kundcentralen så att inga felaktigheter förelåg. Därefter gjordes beräkningar på försmutningsgraden av värmeväxlarna på både tappvarmvattensidan och radiatorsidan utifrån aktuell grädigkeit, dvs. temperaturskillnaden mellan sekundär och primär returtemperatur, för respektive värmeväxlare vid normala förutsättningar. Efter denna diagnos av värmeväxlarnas prestanda genomfördes en ekonomisk beräkning av vilken besparing åtgärderna skulle kunna ge till följd av sänkt returtemperatur. Med samma utgångspunkt; behovet av incitament för kunden att investera i effektivisering av sin kundcentral, gjordes en vidare studie av Håkan Walletun 3

17 1999 (Walletun, 1999). Huvudsyftet med projektet var att utveckla och visa hur en underhållsmetodik kan införas i de dagliga rutinerna hos ett energiföretag för att effektivisera avkylningen i kundcentraler. Att se uppdraget som ett projekt och tillsätta en projektgrupp med ansvar för nulägesanalys, målsättning, framtagande av rutinmässiga kontroller samt uppföljning är enligt rapporten ett lämpligt tillvägagångssätt. I en vidare studie från 2003 studerade Håkan Walletun åter metoder för att snabbt identifiera kundcentraler med bristande funktion, denna gång tillsammans med Bernt Svensson (Walletun & Svensson, 2003). Två olika metodiker jämfördes, den ena metoden tillämpade värmelast och volymflöde och en regressionslinje för förhållandet mellan dessa parametrar för att upptäcka fel. Fördelen med denna metod var att den var enkel och att fel upptäcktes i relativt hög grad, i % av fallen. Bristerna i metoden ansågs bero på tillgången på mätdata i tillräckligt hög upplösning. Den andra metoden använde timmätvärden vilket möjliggjorde analys av nyckeltal vid olika lastsituationer vid olika tidpunkter och varierande utomhustemperaturer. Med denna metod upptäcktes fel i 90 % av fallen. En annan fördel var att felen kunde, i 50 % av fallen, upptäckas innan besök på plats. I flertalet rapporter genom åren kartläggs olika felorsaker till dålig avkylning i kundcentraler. År 2000 publicerades Avkylningen i ett Fjärrvärmesystem där det talas om fel som direkt märks på kundens komfort så som dålig reglering eller igensatta filter men som däremot inte påverkar avkylningen i kundcentralen (Walletun, 2000a). Fel som däremot påverkar avkylningen utan att påverka kundens komfort kan vara styrventiler som fastnat i något läge, försmutsad värmeväxlare, skötselfel i form av felaktiga börvärdesinställningar både vad gäller temperatur och flöde. Andra faktorer som tas upp som orsaker till dålig avkylning är historiska problem så som att kundcentralerna ofta överdimensionerades för att ta bort alla risker för brist på värme, eller att shuntar (blandningsventiler) eller kortslutningar inte togs bort vid inkopplandet av fjärrvärme i fastigheten och att de nu cirkulerar vatten som inte passerat någon avkylning. Även dålig injustering av fastighetens värmesystem läggs fram som en bidragande orsak till dålig avkylning. I en studie gjord år 2011 av Markus Alsbjer och Peter Wahlgren undersöktes prestandan i ett antal kundcentraler efter 10 år i drift (Alsbjer & Wahlgren, 2011). Där konstaterades det att prestandan överlag var bra på de då 10 år gamla kundcentralerna och den generella försämring som kunde utrönas var högre returtemperaturer från varmvattenvärmeväxlaren. Med detta misstänktes en antydan till försmutsning av värmeväxlaren. Efter intervjuer av flertalet personer inom fjärrvärmebranschen med ansvar för underhåll av kundcentraler kunde det 4

18 konstateras att de fel som oftast uppstod i kundcentralerna var problem med tappvarmvattentemperaturen eller läckage i packningar. Problemen med temperaturen på tappvarmvattnet grundade sig oftast i fel på regulatorn som bytts ut utan att felsökningar gjorts, vilket försvårar identifieringen av felorsaken. I lite enklare fall berodde problemen med varmvatten på en ventil som behövde motioneras eller att systemet behövde luftas. Orsaken till läckage verkade vara lite mer varierat men några anledningar som nämndes var: installationsfel, packningsproblem som uppstått under drifttiden eller kopplingsproblem. Mindre läckage påverkar dock inte avkylningsförmågan nämnvärt. En rapport publicerad 2013 av Stefan Petersson och Cilla Dahlberg Larsson belyser relationen mellan införande av flödesavgift för fjärrvärmekunder och sänkt returtemperatur (Petersson & Larsson, 2013). I resultaten från denna studie angavs att det efter 1-2 år efter införandet av flödesavgift syns en märkbar effekt på systemets returtemperatur. Initialt så åtgärdar kunden enkla bristfälligheter men det är först på längre sikt, 6-7 år, som en märkbar skillnad faktiskt sker vilket kan bero på att flödesavgiften ofta höjs efter några år. Underlaget för att analysera kundernas respons på flödesavgiften var dock för litet för att några generella slutsatser skulle kunna dras, men resultatet från studien visar att det kan finnas ett samband mellan kundens incitament till att effektivisera och faktisk förändringshastighet. Med intervjuer som underlag kunde det också konstateras att fjärrvärmebolagets informationsinsats var mycket betydelsefull för att driva på incitamentet för kunden och på sikt skapa en effekt på returtemperaturen. Intervjuer har gjorts av framgångsrika företag vad gäller att sänka returtemperaturen där det framhävs att det är viktigt att utvärdera åtgärder ur ett lönsamhetsperspektiv. Även här påtalades vikten att tillsätta personal för utredning, uppföljning, m.m., det vill säga samma sak som påtalades i Håkan Walletuns rapporter. 1.2 Syfte och Mål Syftet med studien är att utreda hur en ökad avkylning påverkar den ekonomiska lönsamheten i att göra ett fullständigt utbyte av en kundcentral. Målet med studien är att få en ökad förståelse av hur stor vinsten med ett utbyte av en kundcentral är med avseende på den förbättrade avkylning som kan erhållas samt vilken påverkan som detta kan ge. Detta uppnås genom en kartläggning av vilka större energivinster som uppstår genom en ökad avkylning i ett specifikt fjärrvärmenät och en utredning av vilka orsaker det finns till dålig avkylning i kundernas system. Den metod som används i studien beskrivs närmare i kapitel 3. Vidare appliceras detta i en fallstudie på två kundcentraler som idag genererar högre returtemperaturer i ett fjärrvärmebolags nät, före det att dess tekniska livslängd anses vara uppnådd, och 5

19 utvärderas gentemot att en kundcentral med modern teknik installeras. Appliceringen av metodiken i fallstudien beskrivs närmare i kapitel Avgränsningar En hel del avgränsningar görs i denna studie för att ligga inom tidsramarna för ett arbete på 30 hp. Framförallt studeras endast svenska fjärrvärmesystem och förhållanden. Någon jämförelse med systemlösningar i andra länder har inte gjorts. Resonemangen i denna rapport har utgångspunkt i funktionen hos kundcentraler för flerbostadshus då inga villor eller småhus har studerats. Studien är begränsad till att utvärdera en ökad avkylnings inverkan på den ekonomiska lönsamheten vid ett utbyte av en kundcentral. Andra faktorer som också påverkar den ekonomiska lönsamheten har inte beaktats i studien. Vidare har inte heller någon utvärdering av andra aspekter som påverkar valet av att byta en kundcentral genomförts i studien. Fallstudien involverar endast ett urval av fastigheter och där alla kundcentraler är av samma typ, i detta fall två-stegs värmeväxlare med indirekt kopplat värmesystem vilket det kan läsas mer om i avsnitt 2.3. Den sekundära värmesidan betjänar i denna studies urval endast radiatorkretsen. För sekundära värmesystem som involverar golvvärme, ventilation eller liknande görs ingen djupare funktionsbeskrivning. Åtgärder mot höga returtemperaturer på ett fjärrvärmenät kan på sikt ge en möjlighet att sänka både framlednings- och returtemperaturerna i nätet, alltså förskjuta temperaturskillnaden men fortfarande tillföra lika mycket värmeenergi till kunderna. I detta arbete tas ingen vidare hänsyn till den faktiska möjligheten att kunna sänka framledningstemperaturen, fokus läggs istället på de direkta effekter som en sänkt returtemperatur ger. Det ska dock nämnas att en sänkning av framledningstemperaturen är komplicerat och kräver dessutom att alla kundcentraler är dimensionerade för en lägre framledningstemperatur, vilket kan vara en motsägelsefull faktor för en potentiell sänkning. En vidare analys efter fysisk installation samt uppföljning av resultatet för kundcentralerna i fallstudien ligger inte inom ramen för denna studie men kan vara ett intressant uppslag för kommande examensarbeten. 6

20 2 Teori Här ges en introducerande beskrivning av fjärrvärme, följt av en något mer detaljerad beskrivning av kundcentralers utformning, dimensionering och styrning. Vikten av låg returtemperatur på fjärrvärmenätet beskrivs följt av, för studien, relevant termodynamik. Slutligen ges även en sammanställning av möjliga felorsaker i kundcentraler samt tillvägagångssätt för diagnostisering. I ett fjärrvärmesystem tas värmeenergi direkt från tillgängliga värmekällor och distribueras till kunderna där värmebehovet finns. I Sverige är det vanligast med högtempererade fjärrvärmesystem (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2014) där hett vatten pumpas från fjärrvärmeverket ut på distributionsnätet. Fjärrvärme kan också levereras med hjälp av ånga, men fokus i denna rapport är vattenburna fjärrvärmesystem. Vattnet leds till en lokal undercentral som överför värmeenergin på ett lokalt distributionsnät eller direkt till en kundcentral. En skiss över ett generellt fjärrvärmesystem kan ses i Figur 2.1. Principiellt leds hett vatten till kundcentraler med en viss framledningstemperatur, ett visst flöde och tryck som varierar under dygnet och året, beroende på värmebehovet. Flödet genom kundcentralen bestäms av kundcentralens styrventiler. Värmebehovet är som lägst under natten och som störst under morgon och kväll, likaså som lägst på sommaren och som högst på vinter, och framledningstemperaturen följer samma mönster. I kundcentralerna utvinns energi från fjärrvärmenätet genom värmeväxling med ett sekundärt radiator- eller tappvarmvattensystem. Det avkylda vattnet leds tillbaka till fjärrvärmeverket med en returtemperatur som framförallt beror på energiuttaget hos kunderna. Figur 2.1 Skiss över ett generellt fjärrvärmesystem (Elektra värme, 2014). 7

21 Fjärrvärmesystem har som huvudsyfte att uppfylla en viss värmekomfort för kunden, både vad gäller uppvärmning av inomhusmiljöer, såsom hem och kontor, samt av tappvarmvatten (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 2). Ur kundens perspektiv är fjärrvärme ett tryggt system avseende driftsäkerhet, komfortsäkerhet samt miljöeffektivitet. Då fjärrvärme kan ta tillvara på spillvärme och i stor utsträckning använder biobränslen vid produktionsanläggningen skapas ett energieffektivt samhälle jämfört med om alla fastigheter hade egen värmepanna. Likaså är fjärrvärme ett brandsäkert system då olje- eller gasanvändningen för uppvärmning i de anslutna fastigheterna elimineras. 2.1 Nyttan med låg returtemperatur för fjärrvärmeproduktion Grundtanken med fjärrvärme är att det ska produceras av lokala värme- och bränslekällor (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 2). Idag används sekundära energikällor som t.ex. överskottsvärme från kraftvärmeverk som primärt producerar elektricitet, överskottsvärme från industriella processer eller värme från avfallsförbränning. Primära energikällor är t.ex. förnybara bränslen i form av skogsvirke, halm, etc., samt geotermisk energi, men även fossila bränslen som används vid spetsproduktion och som reservbränsle. I framtiden kan även solvärme tänkas vara en primär energikälla för fjärrvärme. För att generera fjärrvärme används oftast renodlade värmepannor men ett vanligt sätt är också att använda ett så kallat kraftvärmeverk, som även producerar elektricitet. Grundprincipen för en värmepanna är att värmen som genereras i pannan, genom förbränning av lämplig energikälla, värmer upp cirkulerande vatten i tuber inne i pannan. Det heta vattnet leds därefter ut på fjärrvärmenätet. I ett kraftvärmeverk produceras primärt elektricitet genom att vattnet i tuberna värms upp till överhettad ånga som passerar genom en turbin. Turbinen driver en generator och producerar elektricitet. Överskottsvärmen leds ut på fjärrvärmenätet genom en eller två kondensorer. Beroende på uppbyggnaden kan en låg returtemperatur på fjärrvärmenätet medföra att en större andel av den producerade värmeenergin går till elutvinning. Detta är dock marginellt och istället har framledningstemperaturen ut från värmeverket större inverkan på elutbytet (Selinder & Walletun, 2009). Däremot påverkar returtemperaturen på fjärrvärmenätet i större utsträckning rökgaskondenseringen, vilket generellt används i alla modernare värmeverk. Värmeenergin i rökgaserna tas tillvara på genom att rökgaserna kyls av med den kalla returledningen från fjärrvärmenätet. Detta ökar väsentligt verkningsgraden för pannan och resulterar i ett minskat bränslebehov (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 6). Hur låg returtemperatur 8

22 utnyttjas i ett kraftvärmeverk kan däremot variera. Beroende på det aktuella elpriset kan det vara ekonomiskt fördelaktigt att utnyttja returflödet för rökgaskondensering istället för elproduktion under tidpunkter då elpriset är lägre. En låg returtemperatur öppnar också upp möjligheten att använda mer lågvärdig värme på fjärrvärmenätet, t.ex. spillvärme från industrier eller andra verksamheter Distributionsnätet Fjärrvärme distribueras i ledningar under marken och distributionstekniken har varierat genom åren. Förr byggdes ofta betongkulvertar där fram- och returledningen drogs, idag används välisolerade rörledningar som placeras direkt i marken. Generellt finns två system för rörledningar, singelrörsystemet eller twinrörsystemet. I ett singelrörsystem ligger fram- och returledningen i vars ett rör i ledningsgraven medan för ett twinrörsystem ligger de båda ledningarna inom samma isoleringsmaterial. Det gemensamma isoleringsmaterialet minskar både anläggningskostnader och värmeförluster från fjärrvärmenätet och används ofta för rörledningar av mindre dimensioner (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 5). Distributionspumpar vid fjärrvärmeverket cirkulerar vattnet och ser till att hålla trycket i framledningen på en tillräcklig nivå. För att möjliggöra bra reglering i kundcentralen behöver differenstrycket i den mest perifera kundcentralen alltid vara minst 0,1 MPa (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2014). I rörledningarna uppstår friktion mellan det varma vattnet och rörens yta, dvs. en del rörelseenergi övergår till värmeenergi, vilket leder till tryckfall och behöver kompenseras för av pumpen. För att hålla en tillräcklig trycknivå i hela fjärrvärmenätet används så kallade boosterpumpar i delar där distributionspumpens arbete inte räcker till. 2.2 Temperaturerna på fjärrvärmenätet Framledningstemperaturen på fjärrvärmenätet ut från fjärrvärmeverket består av två delar, dels en konstant bastemperatur och dels en dimensionerande utomhustemperatur. Bastemperaturen är den lägsta framledningstemperatur som behövs när värmelasten är låg, dvs. då det endast föreligger värmebehov för tappvarmvatten. Den dimensionerande utomhustemperaturen varierar beroende på utomhustemperaturen och förutspår därmed värmebehovet på fjärrvärmenätet. Brytpunkten sker när ingen radiatoruppvärmning längre behövs, utan framledningstemperaturen hålls konstant på bastemperaturen för att täcka tappvarmvattenbehovet. Returtemperaturen i sin tur som kommer tillbaka till fjärrvärmeverket beror på just framledningstemperaturen, men också på flöde, avkylningen i kundcentraler, rundgångar i distributionsnätet samt värmeförluster i nätet (Selinder & Walletun, 2009). 9

23 En förbättrad avkylning i ett existerande fjärrvärmenät, dvs. ett ökat delta T, ger fördelar som beskrivs i nämndes i kapitel 1. Vid en höjning av framledningstemperaturen alternativt en sänkning av returtemperaturen erhålls en ökad leveranskapacitet, dvs. ökat maximalt effektuttag i det befintliga systemet (Selinder & Walletun, 2009). För att förbättra prestandan på sekundärsidan behöver däremot inte delta T nödvändigtvis öka utan en förskjutning till lägre temperaturnivåer kan också ge en förbättrad prestanda, dvs. sänkning av både framlednings- och returtemperaturerna (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 9). Överlag är låg returtemperatur i ett fjärrvärmenät väsentligt för att på sikt skapa en möjlighet att sänka framledningstemperaturen i fjärrvärmenätet och därmed öka energieffektiviteten. Dock bestäms den lägsta möjliga framledningstemperaturen av de kundcentraler som kräver högst framledningstemperatur för att uppfylla kundens värmebehov, de avgör därmed temperaturnivån i fjärrvärmenätet. En effektivisering av en kundcentral ger ingen möjlighet till direkt minskning av framledningstemperaturen utan det krävs åtgärder i samtliga av de kundcentraler som kräver hög temperaturnivå (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 9). En annan aspekt som begränsar en sänkning av framledningstemperaturen är att temperaturen på tappvarmvattensidan alltid måste värmas till minst 55ºC för att undvika tillväxt av Legionella bakterier (Boverket, 2014). Vidare måste också övriga fjärrvärmesystemet vara designat för att klara en lägre framledningstemperatur, dvs. bl.a. pump- och rördimensionering. Diskussionen kring möjligheten att sänka framledningstemperaturen är komplicerad, t.ex. krävs då ett högre flöde men vilket kan överväga andra effekter. Därmed diskuteras detta inte vidare i denna rapport. 2.3 Kundcentraler En kundcentral för över värmeenergin från fjärrvärmenätet till kundens sekundära system, dvs. radiatorkretsen samt tappvarmvattnet, och är ett komplett aggregat med bl.a. värmeväxlare, reglerutrustning och säkerhetsutrustning. Design och konstruktion varierar mellan olika leverantörer, och fjärrvärmebolagen i Sverige ställer olika krav på inkopplingar, mätsträckor, ventiler och andra diverse specialkrav. Inom branschen ligger det mycket arbete bakom utveckling, standardisering och kvalitetssäkring av kundcentraler med syftet att få ner investerings- och installationskostnaderna, men samtidigt hålla en bra kvalitet på marknaden (Svensk Fjärrvärme, 2010b). En modern kundcentral kan ha smarta styrfunktioner för att optimera värmeutvinningen i fastigheten. För att kontinuerligt hålla uppsikt över prestandan kan kundcentralen även kommunicera via internet med serviceföretag som kan planera för service och underhåll (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 9). 10

24 En kundcentral kan vara utformad på olika vis men i denna rapport behandlas framförallt indirekt-anslutna två-stegskopplade kundcentraler, vilka beskrivs närmare i avsnitt Det sekundära tappvarmvattensystemet förser fastigheten med varmt vatten till tappningsställena. Generellt finns en varmvattencirkulation i fastigheten som håller varmvattnet nära tappningsstället samt håller temperaturen på rätt nivå för att undvika bakterietillväxt. Värmesystemet i sin tur förser kunden med en komfortabel inomhusmiljö, framförallt via radiatorkretsen men det kan även vara kopplat till golvvärme- eller ventilationssystem. Fjärrvärme utnyttjas året runt för uppvärmning av tappvarmvattensystemet medan för radiatorsystemet föreligger ett uppvärmningsbehov endast under de kallare perioderna av året. Radiatorsystemet verkar inom ett visst uppvärmningsintervall. Detta intervall är mellan DUT, dimensionerande utomhustemperatur, och så kallad balanstemperatur vilket kan ses i Figur 2.2. Balanstemperaturen är den utomhustemperatur då all intern och extern värmetillförsel, t.ex. värmeavgivning från elektriska apparater eller människor och solinstrålning, kompenserar för aktuella värmeförluster till omgivningen och en önskvärd inomhustemperatur erhålls utan extern värmekälla (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 4). Balanstemperaturen varierar med tiden beroende på aktuell värmetillförsel från källor som inte är reglerbara, men kan ligga runt exempelvis +17 C. I figuren anger den aktuella utomhustemperaturen x andelen av det dimensionerade uppvärmningsintervallet som utnyttjas vid tillfället. uppvärmningsintervall DUT x T balans Figur 2.2 Arbetsintervallet för radiatorvärmeväxlaren där x-axeln motsvarar utomhustemperaturen och x den aktuella utomhustemperaturen. En kundcentral kan verka antingen för en hel byggnad eller separat för varje våningsplan eller lägenhet. Beroende på tillverkarens utbud behöver inte den ena kundcentralen vara den andra lik. Förut användes ofta rörväxlare i kundcentraler men de har efterhand ersatts av plattvärmeväxlare som är effektivare ur både värmeöverförings- och reglersynpunkt (Svensk Fjärrvärme, 2010c). Plattvärmeväxlare kan vara antingen packningsförsedda eller lödda. Lödda plattvärmeväxlaren är vanligt att installera i Sverige idag, medan packningsförsedda är fördelaktig i fjärrvärmenät med sämre vattenkvalitet då de kan öppnas och 11

25 rengöras. För att minska investeringskostnad och leveranstid vill man ha kompakta och standardiserade enheter med enkla reglertekniska system. Krav som ställs på en kundcentral avseende dimensionering, utförande, installation, drift och underhåll beskrivs i den tekniska bestämmelsen F:101 utgiven av Svensk Fjärrvärme. Detta för att garantera att kundcentralen fungerar på bästa sätt samt att funktion och leveranssäkerhet uppfyller fjärrvärmeleverantörens och myndigheternas krav (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2014). I Figur 2.3 ses ett typiskt kopplingsschema för en två-stegskopplad kundcentral. Primärt fjärrvärmevatten passerar parallellt genom de två översta värmeväxlarna i figuren och flödet regleras av styrventiler, SV, som i detta fall är placerade efter respektive värmeväxlare. Reglercentralen, RC, kontrollerar temperaturerna med temperaturgivare på respektive sekundärsida och bestämmer därefter styrventilens läge. Den primära radiatorreturen passerar den förvärmande värmeväxlaren, dvs. den understa värmeväxlaren, i vilken den blandas med den primära tappvarmvattenreturen och tillsammans bildar den totala primära returtemperaturen. När en tappning sker utnyttjas värmen i den primära returen för att förvärma kallvattnet och den totala returtemperaturen sjunker. Funktionen av denna kopplingstyp beskrivs närmare i avsnitt Figur 2.3 Flödesschema för en typisk indirekt två-stegskopplad kundcentral med alla komponenter synliga (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2014). 12

26 2.3.1 Kopplingstyper Tappvarmvattensystemet är alltid ett separat system som skiljs från fjärrvärmenätet med en värmeväxlare och värms alltså upp indirekt, detta av hygieniska skäl. Generellt cirkulerar ständigt varmvatten i tappvarmvattensystemet vilket kallas varmvattencirkulation, VVC. Detta för att alltid hålla en jämn temperatur i varmvattenledningarna och undvika tillväxt av Legionella bakterier samt se till att varmvatten finns nära tappstället, vilket ses som ett grundläggande komfortkrav (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2009). På så vis behöver inte en större mängd avkylt vatten först tappas ur när tappningsstället inte öppnats på ett tag. Om kundcentralen är placerad nära kunden, dvs. i anslutning till lägenheten och inte i källaren, kan ett tomgångsflöde användas som varmhållningsfunktion istället för varmvattencirkulation. Då ställs ett ständigt lågt flöde in för det primära fjärrvärmevattnet genom värmeväxlaren, vilket håller värmeväxlaren varm. Så fort en tappningskran öppnas på den sekundära sidan regleras det primära flödet upp för att hålla tilloppstemperaturen på tappvarmvattnet på sitt börvärde. I värmesystemet däremot kan det antingen vara ett separat sekundärt system som är indirekt uppvärmt av fjärrvärmenätet via en värmeväxlare, eller så kan det vara ett direkt system. I ett direkt system leds fjärrvärmenätet, via en lokal undercentral, in i fastigheten och radiatorkretsen. Fördelen med ett direkt kopplat radiatorsystem är att man tar bort de temperaturförluster som sker vid värmeväxling. Det behövs inget expansionskärl då distributionsnätet kan ta hand om eventuella tryckförändringar. Däremot finns det risk för att fjärrvärmevatten läcker ut i större mängder om en koppling eller ventil går sönder jämfört med den begränsade vattenmängden i det indirekt uppvärmda radiatorsystemet. I en parallellkopplad kundcentral delas inkommande vatten upp på radiatorkretsen och på tappvarmvattenkretsen. Returtemperaturen ut från denna kundcentral är en blandning av de två enheternas returtemperaturer vilket illustreras i Figur 2.4. T fram Radiatorkrets VV tillopp VVX VVX VVC T retur Kallvatten Figur 2.4 Schematisk bild över en indirekt parallellkopplad kundcentral. 13

27 I en två-stegskopplad kundcentral tillkommer ytterligare en enhet, en värmeväxlare som verkar som förvärmare för tappvarmvattenkretsen vilket illustreras i Figur 2.5. På så vis kan ytterligare energi utvinnas från fjärrvärmenätet och returtemperaturen blir därmed lägre vid de tillfällen då en betydande tappning av varmvatten sker. Varmvattencirkulationen kopplas in efter förvärmaren, detta för att inte förlora värmeenergi till den utgående primära strömmen från radiatorsidan. T fram Radiatorkrets VV tillopp VVX VVX VVC VVX T retur Kallvatten Figur 2.5 Schematisk bild över en indirekt två-stegskopplad kundcentral Returtemperaturens beroende av de sekundära sidorna Det är viktigt att kundcentralens funktion och prestanda uppfyller kundens komfortkrav och att värmeöverföringen samtidigt sker på ett energieffektivt sätt. En bra avkylning ger en låg returtemperatur ut från kundcentralen. Vid dålig avkylning sker en överkonsumtion av flöde, alltså behövs ett större flöde av fjärrvärmevatten för ett visst energiuttag. Med en bra reglering av flödet som passerar kundcentralen erhålls också en bra komfort hos kunden. Den primära returtemperaturen beror i slutänden på de returtemperaturer som erhålls på de sekundära sidorna. Vid ett sommardriftfall föreligger endast en tappvarmvattenlast och den primära returtemperaturen beror då på temperaturen på varmvattencirkulationen samt eventuella tappningar. Vid ett vinterdriftfall beror den primära returtemperaturen även av returtemperaturen på radiatorsystemet. Vid högre radiatorlast, dvs. lägre utomhustemperatur, kan radiatorsystemet dominera inverkan på den primära returtemperaturen. Därmed är det viktigt att se över det sekundära radiatorsystemet så att det inte finns shuntar eller kortslutningar som orsakar att vatten cirkuleras utan att kylas av. Som regel ska allt vatten i den sekundära returledningen ha passerat någon form av avkylning. Även injustering av värmesystemet är nödvändigt för att inte förbruka onödig värmeenergi. 14

28 I en fastighet med flera våningar och varierande avstånd mellan radiatorer och kundcentralen är det lättast för vattnet att ta den väg med minst motstånd, alltså genom de närmsta radiatorerna. Det kan resultera i en stor temperaturskillnad mellan lägenheten längst bort och lägenheten närmst kundcentralen. Systemet kan justeras genom att reglera strypventiler i radiatorstammarna och på så vis erhålla ett jämnt flöde i alla radiatorer oavsett avståndet från kundcentralen. Detta jämnar ut temperaturfördelningen i fastigheten och skapar en behaglig inomhusmiljö för samtliga hushåll. Det finns olika beprövade metoder för injustering av radiatorsystem men beskrivs inte vidare i denna rapport. Grädigkeit är benämningen för den temperaturskillnad som kan erhållas mellan sekundär och primär returtemperatur, dvs. i den kalla änden, i en värmeväxlare vilken beskrivs närmare i avsnitt I ett högtempererat fjärrvärmenät med framledning på 100ºC och ett värmesystem designat för 60/40ºC bör man vid DUT erhålla en primär returtemperatur på 43ºC i radiatorvärmeväxlaren, dvs. en grädigkeit på 3ºC (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2014). Aktuell grädigkeit varierar med radiatorlasten och således utomhustemperaturen. Från en grädigkeit på 3 C vid DUT närmar den sig 0 C inom uppvärmningsintervallet, vilket kan ses i Figur 2.6 som är baserad på en simulering i ett befintligt beräkningsprogram i Matlab. Vid lägre effektuttag är det primära flödet långsammare vilket ger tid för en större värmeöverföring i den kalla änden och därmed en lägre grädigkeit. Enligt grafen i figuren antas detta ske linjärt till ca 8 C för att därefter uppskattningsvis bli konstant vid högre utomhustemperaturer, även om differensen närmar sig 0 C. Figur 2.6 Simulering av temperaturerna i en värmeväxlare från ett befintligt beräkningsprogram i Matlab. Gul linje är grädigkeit ökad med en faktor

29 2.4 Dimensionering av kundcentraler Dimensioneringen av kundcentralen är viktig för att erhålla en effektiv avkylning. En underdimensionering kan vid stora effektuttag ge ett högt flöde genom kundcentralen, detta för att fortfarande tillgodose värmebehovet, dvs. värmeväxlarens kapacitet överutnyttjas. Överutnyttjande av kapaciteten leder till dålig prestanda, dvs. minskad avkylning och därmed högre returtemperatur, samt att det kan orsaka ljudproblem i kundcentralen. Däremot ger en överdimensionering av värmeväxlaren bra returtemperatur. Primärflödet kyls av på större yta och flödet blir mindre, men tillgodoser fortfarande samma värmebehov. En överdimensionerad styrventil däremot ger sämre reglering, vilket till följd påverkar returtemperaturen och ventilens tekniska livslängd, men är inget som vidare utreds i detta arbete Dimensionering av tappvarmvattensystemet För tappvarmvattensystemet finns regler från Boverket som måste uppfyllas vilket ställer krav på kundcentralen. Den minsta tillåtna temperaturen på varmvattnet vid tappstället är 50ºC för att undvika tillväxt av Legionella bakterier (Boverket, 2014). Därför rekommenderas det att hålla C som framledningstemperatur på den sekundära sidan. Den maximalt tillåtna temperaturen vid tappstället är 60ºC för att undvika risk för skållning. Generellt dimensioneras tappvarmvattenväxlaren för att hålla 55ºC som tilloppstemperatur på sekundärsidan vid en primär framledningstemperatur på 65ºC, dvs. vid ett sommardriftfall. Om kallvattnet då håller 10ºC ska det vid en dimensionerande tappning erhållas en primär returtemperatur på under 22ºC (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2014). Tappvarmvattenväxlaren dimensioneras efter sommardriftfallet för att försäkra att temperaturen blir tillräckligt hög på varmvattnet även när framledningstemperaturen från fjärrvärmeverket är som lägst. Det är viss variation på de dimensionerande temperaturerna när man beaktar ackumulerande system som lagrar varmvatten eller lågtemperatursystem men är inget som vidare beaktas i detta arbete. Vid dimensionering av en värmeväxlare för tappvarmvatten används ett dimensionerande varmvattenbehov, dvs. ett flöde som beror på antalet hushåll eller antalet, samt typer av, tappningsställen som finns i fastigheten (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2014). Det har tidigt insetts att tappvarmvattenväxlaren inte behöver dimensioneras efter maximalt flöde som kan uppstå i fastigheten (dvs. alla kranar öppnade) eftersom sannolikheten att ett sådant flödesbehov uppstår är väldigt liten. Ju större fastigheten är, desto större är sammanlagringen av tappningar och det specifika effektbehovet för uppvärmning av tappvarmvatten minskar. Detta kan ses i Figur 2.7 där dimensionerande tappvarmvattenflöde är en funktion av antalet lägenheter i fastigheten. 16

30 Figur 2.7 Dimensionerande tappvarmvattenflöde som funktion av antal lägenheter (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2014) Dimensionering av värmesystemet Radiatorväxlaren dimensioneras för att klara av fastighetens värmeeffektbehov vid den extrema utomhustemperatur som infaller under ett dygn vart n:te år (Värmeverksföreningen, 1994). Därmed kan DUT variera beroende på om n=30, 20, 10 eller 5 år väljs samt beroende på den geografiska placeringen. I Lund är det vanligt att använda DUT runt -14 C. Vid den utomhustemperaturen ska aktuell grädigkeit, dvs. temperaturskillnaden mellan den sekundära och primära radiatorreturen, vara maximalt 3 C för att en ny värmeväxlare ska klassas som effektiv (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2014). Radiatorväxlaren dimensioneras efter vinterdriftfall, dvs. då som störst värmebehov föreligger och även den primära framledningstemperaturen från fjärrvärmeverket är som högst. Radiatorerna i fastigheten kan vara dimensionerade för olika temperaturnivåer vilket framförallt varierar med åldern på fastigheten. Förr var det vanligt att dimensionera radiatorerna för en framledningstemperatur på 80ºC och en returtemperatur på 60 C. Idag dimensioneras radiatorerna ofta för 60/40ºC. Många av de hus som förr hade en dimensionering efter 80/60 C kan idag köras med 60/40ºC då husen under åren har energieffektiviserat, framförallt i form av bättre fönster och isolering, men också i vissa fall med varmluftsåtervinning. 17

31 2.5 Styrning av kundcentraler En effektiv avkylning i kundcentralen är viktig för energieffektiviteten och likaså är det viktigt med en bra reglering för kundens komfort. Regleringen är som viktigast för tappvarmvattensystemet eftersom där sker snabba förändringar av flödesförbrukning. För radiatorsystemet med dess relativt konstanta cirkulationsflöde och långsamma lastförändringar är snarare en injusterad radiatorkrets viktigare för en komfortabel inomhusmiljö men effektiviteten i den primära avkylningen desto viktigare. Bra reglering innebär en bra, tillräckligt snabb men stabil styrning av temperaturerna på sekundärsidan och följaktligen en bra reglering av flödet på primärsidan för att erhålla en låg returtemperatur Styrning av tappvarmvattensystemet För tappvarmvattensystemet kan kravet på uppvärmning i värmeväxlaren plötsligt förändras när en kran öppnas. Många fastigheter har varmvattencirkulation som ser till att det ständigt finns varmt vatten nära vattentapparna i fastigheten. När en kran öppnas och varmvatten tappas kommer motsvarande mängd kallt vatten in i värmeväxlaren, värms upp och fylls på i varmvattenledningarna. Då krävs en snabb men också noggrann reglering av flödet av den primära framledningen så tillräckligt med värme överförs till det kalla vattnet på sekundärsidan. Detta utan att varmvattnets tilloppstemperatur fluktuerar kraftigt, vilket kan orsaka brister i kundens komfort. Den aktuella temperaturen på tappvarmvattnet ska alltså överensstämma med det inställda börvärdet. Då krävs en noggrann temperaturgivare med liten tidskonstant, dvs. att den ofta mäter och skickar det aktuella värdet till reglercentralen, samt en snabb reglercentral och ett snabbt ställdon. Temperaturgivaren, vanligtvis placerad i utloppet på sekundärsidan, skickar den aktuella temperaturen till reglercentralen som jämför det aktuella temperaturvärdet med börvärdet och skickar en reglersignal till ställdonet. Ställdonet reglerar storleksöppningen på styrventilen och således det primära flödet genom värmeväxlaren. Det finns olika svårigheter med snabb temperaturreglering. Med temperaturgivaren placerad i utloppet finns risk för att temperaturskiktning i utloppsledningen påverkar avläsningen. Detta innebär att temperaturen i ovandelen av utloppsledningen kan vara högre än i den nedre delen. Givaren kan då skicka en temperatursignal till reglercentralen som inte stämmer överens med medeltemperaturen i utloppet. En lösning på detta är t.ex. ett integrerat system som Alfa Laval har tagit fram till sina mindre modeller av kundcentraler. Där är baksidan av värmeväxlaren fylld med en gas som mycket snabbare och jämnare känner av medeltemperaturen i vattnet som passerat värmeväxlaren (Helin, 2014). Bra reglering är också viktigt för att minska kalkavlagringen i värmeväxlaren (Svensk 18

32 Fjärrvärmes Teknikråd, 2014). En pendlande temperatur som tidvis blir hög genom värmeväxlaren ökar kalkavlagringen som med tiden successivt byggs på. Det kan försämra värmeöverföringen och sätta igen värmeväxlare eller rörledningar Styrning av värmesystemet I ett värmesystem är snabb reglering inte lika viktigt som i tappvarmvattensystemet. Om den sekundära framledningstemperaturen på radiatorkretsen pendlar något över dygnet ger det ingen väsentlig skillnad på inomhustemperaturen hos kunden. Det ställer därmed inte lika höga krav på givare, reglercentral och ställdon. Till skillnad mot tappvarmvattensystemet är börvärdet för temperaturen på den sekundära framledningen i ett värmesystem oftast inte konstant utan beror på rådande effektbehov, dvs. utomhustemperaturen för tillfället samt fastighetens husdynamik. Husdynamiken bygger på fastighetens förmåga att bevara värme samt värmebehovet i fastigheten vilket är direkt beroende av utomhustemperaturen och övriga väderförhållande så som solinstrålning, vindavkylning etc. Även fastighetens isolering spelar roll för värmebehovet samt aktuella aktiviteter som avger värme så som användning av elektriska apparater. I de allra flesta kundcentraler används oftast en värmekurva för att reglera framledningstemperaturen på radiatorkretsen. I värmekurvan är framledningstemperaturen en funktion av utomhustemperaturen och den kan se olika ut för olika fastigheter. En optimal värmekurva bygger på att vid rådande utomhustemperatur väljs en viss framledningstemperatur på radiatorsystemet som håller inomhustemperaturen på en komfortabel nivå. Som regel bör valet av värmekurva regleras under drifttiden för att erhålla ett optimalt resultat. I styrsystemet används den faktiska utomhustemperaturen vilken kan dämpas med en faktor beroende på de senaste timmarnas utomhustemperatur. Då erhålls en beräknad temperatur som används för avläsning i värmekurvan. Returtemperaturen är ett resultat av den sekundära framledningstemperaturen och avkylningen i fastigheten, således beroende av utomhustemperaturen. Vid ökad framledningstemperatur ökar också avkylningen i radiatorsystemet då värmeavgivningen i radiatorerna ökar. Det är vanligt att göra en tidsinställning och således dra ner inomhustemperaturen på natten eller helgen på t.ex. kontor eller skolor. Energieffektiviteten i det kan dock diskuteras då det kan krävas mer energi att värma upp fastigheten igen än att hålla den på samma temperatur dygnet runt. 19

33 Den faktiska inomhustemperaturen i en referenslägenhet eller i respektive lägenhet kan vara en parameter som kan användas till att påverka börvärdesinställningen. Inomhustemperaturen mäts då med en givare via sladd eller trådlöst över internet. Andra funktioner som till exempel en vindgivare kan också kopplas in och reglera vilken värmekurva som ska användas, är det ingen vind används standardkurvan och om det blåser och vinden kyler av fastigheten bör värmekurvan höjas. I ett mer avancerat styrsystem kan flertalet andra parametrar, utöver utomhustemperaturen, läggas till som påverkar styrningen av den sekundära framledningstemperaturen i värmesystemet. Med t.ex. en maxeffektbegränsning kan börvärdet på den sekundära framledningstemperaturen dras ner och således minska värmeöverföringen över värmeväxlaren när den dimensionerade effekten överskrids (Persson, 2014). Om den dimensionerande effekten överskrids blir det som att använda en underdimensionerad värmeväxlare vilket påverkar returtemperaturen negativt då det skapas ett högt flöde genom värmeväxlaren. En returtemperaturbegränsning kan dra ner börvärdet för framledningstemperaturen på sekundärnätet om den önskvärda returtemperaturen överskrids. Med en returtemperaturdifferensbegränsning kan temperaturskillnaden mellan den primära och sekundära returledningen, grädigkeit, över värmeväxlaren begränsas till att maximalt uppnå 3 C. Även detta görs genom att minska börvärdet på den sekundära framledningen. Desto mindre flöde genom värmeväxlaren, desto mer närmar sig den primära returtemperaturen temperaturen på den sekundära sidan. 2.6 Fjärrvärmerelaterad termodynamik För att avgöra vad en effektivare avkylning kan ha för ekonomiska konsekvenser krävs teori kring de positiva effekter som en låg returtemperatur har på fjärrvärmenätets energieffektivitet. Det som framförallt påverkas av en lägre returtemperatur är minskade värmeförluster och minskat behov av pumpenergi på fjärrvärmenätet samt ökad energiutvinning vid rökgaskondensering i fjärrvärmeverket Värmeöverföring i kundcentralen Principen kring värmeöverföring är att värme går från varmt till kallt. I en värmeväxlare får en kall ström möta en varm ström på vars en sida om ett ledande material. Detta illustreras i Figur

34 Sekundär framledning Primär framledning Sekundär returledning Primär returledning Figur 2.8 BHE (brased heat exchanger) som illustrerar värmeöverföringen från den varma strömmen till den kalla (Alfa Laval, 2014). Den totala värmeöverföringskoefficienten, k, beror på värmeöverföringskoefficienten för respektive ström i värmeväxlarens båda sidor samt värmekonduktiviteten för materialet som separerar de två strömmarna. Den överförda effekten, Q, från den varma till den kalla strömmen i en motströmsvärmeväxlare kan beräknas med Ekvation 2.1 (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 9). Medeltemperaturdifferensen, T ln, baseras på temperaturskillnaderna i värmeväxlarens varma (T 1 ) respektive kalla (T 2 ) ände och beräknas med Ekvation 2.2. Q = k A T ln [kw] där: k = värmeöverföringskoefficient [W/m 2 K] A = area [m 2 ] Ekvation 2.1 T ln = T 1 T 2 ln ( T 1 T 2 ) där: T 1 = T varmin T kallut [K] T 2 = T varmut T kallin [K] [K] Ekvation

35 Vidare gäller även energiprincipen för värmeöverföringen i värmeväxlaren, dvs. att ingen energi kan skapas eller förstöras utan bara omvandlas från en form till en annan. Om värmeförlusterna till omgivningen försummas, upptas lika mycket energi i den kalla strömmen som avges från den varma strömmen, vilket beräknas med Ekvation 2.3. Massflödet, m, för respektive ström beräknas med Ekvation 2.4. { Q = m varm C pvarm T varm Q = m kall C pkall T kall där: C p = specifik värmekapacitet [kj/kg ] T varm = T varmin T varmut [ ] T kall = T kallut T kallin [ ] [kw] Ekvation 2.3 m = v ρ [kg/s] där: v = volymsflödet [m 3 /s] ρ = densiteten [kg/m 3 ] Ekvation Pumpenergi På grund av friktion mellan vattnet och rörets ytor omvandlas en del av rörelseenergin i vattnet till värmeenergi och därmed avtar trycket i rörledningarna med transportsträckan. Tryckfall sker även över kundcentraler och vid passage av ventiler och andra komponenter. För att tillräckligt högt differenstryck ska hållas hos de mest perifera kunderna behöver distributionspumpen övervinna tryckförlusterna i fjärrvärmenätet. Det största differenstrycket bör inte överstiga 0,6 MPa, detta för att undvika störande ljud och för att utrustningen inte ska ta skada, men den faktiska nivån bestäms av varje fjärrvärmeleverantör. Om tryckfallet avgränsas till att endast ske i rörledningar är differenstrycket beroende av rörmaterialets friktionsfaktor, längden på rörledningen och även flödet. Differenstrycket i ett cirkulärt rör med ett fullt turbulent flöde kan beräknas med förhållandet i Ekvation 2.5 (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 10). Friktionsfaktorn, λ, är beroende av grovheten på rörets inneryta samt den dimensionslösa flödeshastigheten, Reynoldstalet. Detta beroende kan avläsas i ett Moody-diagram och friktionsfaktorn för fjärrvärmerör är vanligtvis mellan 0,015 och 0,04. 22

36 8 λ L p = d 5 π 2 ρ m 2 [Pa] där: λ = friktionsfaktorn L = rörlängd [m] d = innerrör diameter [m] ρ = vätskans densitet [kg/m 3 ] m = massflödeshastigheten [kg/s] Ekvation 2.5 Det största trycket i systemet finns precis efter distributionspumpen. Till följd av friktionsförluster i nätet på fram- och returledningen samt tryckfallet över den mest perifera kundcentralen finns det lägsta trycket precis innan pumpen. Detta illustreras i Figur 2.9. Pumpens arbete kompenserar för de tryckförluster, p, som uppstår i fjärrvärmenätet. p Figur 2.9 Tryckfall i en förenklad ritning av fjärrvärmenätet med distributionspumpen markerad i mitten. Om avkylningen ökar i en kundcentral på fjärrvärmenätet, och därmed flödet genom denna kundcentral minskar, så kan distributionspumpen minska lite på sitt arbete. Till följd av minskat flöde kommer även den tryckenergi som omvandlas till värmeenergi via friktion att minska, vilket således ger ett minskat differenstryck. Med ett lägre differenstryck kan pumpen ytterligare minska lite på sitt arbete, men då differenstrycket fortfarande måste hållas på minst 0,1 MPa i den mest perifera kundcentralen är effekten av detta beroende på var kundcentralen är placerad i förhållande till distributionspumpen. 23

37 För att hålla ett visst differenstryck, p, vid ett visst flöde kan det ideala pumparbete, P, beräknas med Ekvation 2.6. Beroende på pumpens verkningsgrad behövs ett motsvarande faktiskt arbete, P P, som beräknas med Ekvation 2.7. P = p V [W] Ekvation 2.6 P P = p pump V [W] ɳ pump Ekvation 2.7 där: p pump = p fram + p retur + p minsta tryckskillnad [Pa] ɳ pump = pumpens verkningsgrad v = flödeshastighet [m 3 /s] Värmeförluster på fjärrvärmenätet Då temperaturen i rörledningarna på fjärrvärmenätet är högre än omgivningens temperatur sker alltid en viss värmeförlust. Värmeförlusterna på ett fjärrvärmenät kan däremot variera beroende på både ålder och typ av rörledningar i olika delar av nätet. De rörledningar som produceras idag har en effektivare isolering till skillnad från de rörledningar som användes vid uppbyggnaden av fjärrvärmenät förr. Värmeförluster uppstår inte bara i rörledningarna utan även i ventiler och övriga komponenter men vilket är svårt att uppskatta. För en isolerad rörledning är det värmekonduktiviteten för det specifika röret och den specifika isoleringen som beskriver den värme som kan transporteras genom materialskikten. Värmekonduktiviteten med enheten W/m K anger hur mycket energi som transporteras ut genom skiktet per längdenhet av röret och per grad temperaturskillnad över skiktet. Generellt blir ca 1-2 C av framledningstemperaturen värmeförlust innan den når kundcentralen (Frederiksen & Werner, 2013, kap. 5). Det gäller vinterdriftfall men under sommaren blir värmeförlusterna större då värmelasten är mindre. Då kan förlusten på framledningen mellan fjärrvärmeverket och kundcentralen uppgå till 5-10 C. Värmeförlusten är generellt något mindre från returledningen än från framledningen då dess temperaturskillnad till omgivningen är mindre Rökgaskondensering Vid rökgaskondensering i ett värmeverk förvärms returflödet genom att kondensera rökgaserna från förbränningen innan det leds till pannan för vidare uppvärmning. På så vis utvinns en stor andel värmeenergi från rökgaserna som annars hade gått till spillo. Det ökar verkningsgraden i pannan och en större andel av den 24

38 bränsleenergi som användes tas tillvara på. Under år 2013 bestod 9 % av den tillförda energin till fjärrvärmeproduktion i Sverige av energi från rökgaskondensering (Svensk Fjärrvärme, 2013). En större temperaturdifferens erhålls i kondensorn med en lägre returtemperatur på fjärrvärmenätet och således kan mer värmeenergi utvinnas ur rökgaserna. Effektökningen, till följd av lägre returtemperatur, är olika stor beroende på vilket bränsle som används. I Figur 2.10 finns en sammanställning av effektökningen i procent av pannans effekt som en funktion av returtemperaturen för några olika bränsletyper. Sammanställning är gjord av Fagersta Energetics AB på befintliga anläggningar och är hämtad ut beskrivningen för LAVA-kalkylen (Selinder & Walletun, 2009). Figur 2.10 Exempel på effektökning i procent av panneffekten vid varierande primär returtemperatur baserat på befintliga anläggningar (Selinder & Walletun, 2009). 25

39 2.7 Ekonomiska effekter En bra avkylning i en kundcentral ger ekonomiska fördelar enligt de positiva effekter med minskad returtemperatur som tidigare beskrivits. Vilket i sin tur leder till miljömässiga fördelar tack vare minskat energibehov. Med en bra avkylning ökar effektuttaget och därmed leveranskapaciteten för fjärrvärmenätet, det behövs då mindre volym för att tillföra samma mängd värmeenergi. Det finns inga speciella nackdelar av att sänka returtemperaturen, men sommartid kan det eventuellt uppstå låga flöden i perifera delar av nätet, vilket kan ge problem med att hålla en tillräcklig temperatur på varmvattnet (Walletun, 2000b). De direkta ekonomiska effekterna av en lägre returtemperatur beror på vilken marginalkostnad som fjärrvärmeverket har för produktionen av fjärrvärmen. Marginalkostnaderna beror på uppbyggnaden av verket, t.ex. möjligheten till rökgaskondensering, samt vilket bränsle som används och kostnaden utav det. Alltså är produktionsmixen viktig för att analysera vad för effekt en lägre returtemperatur har på det specifika fjärrvärmenätet. De potentiella ekonomiska besparingar som ett fjärrvärmebolag kan erhålla vid en sänkning av returtemperaturen är direkt relaterade till sparad energi. För kunden förändras däremot inte effektuttaget till följd av en effektivare avkylning eftersom värmebehovet är detsamma, dvs. så länge inga ändringar gjorts på de sekundära sidorna. Om kunden är ägare av kundcentralen kan fjärrvärmeleverantören tillämpa en flödesavgift för att skapa incitament hos kunden för att effektivisera sin avkylning. En ökad avkylning ger ett minskat flöde och således en minskad flödesavgift för kunden. Flödesavgiften är vanligtvis baserad på att kunder med en överkonsumtion av flöde debiteras en flödesavgift, medan kunder med bra avkylning erhåller en bonus Livscykelkostnadskalkyl För att beräkna lönsamheten med en investering, i detta fall en ny kundcentral, kan olika ekonomiska modeller användas. Livscykelkostnadskalkyl, LCC, är en variant av nuvärdesmetoden eller kapitalvärdesmetoden som omvandlar kommande kostnader eller besparingar under investeringens livslängd till dagens värde (Energimyndigheten, 2011). En LCC-beräkning är av intresse då drift och underhållskostnader utgör en större del av kostnaderna över livstiden. Den grundläggande metodiken för en LCC-beräkning är att summera investeringskostnaden med totala drift- och underhållskostnader som skalats ner till dagens värde med hjälp av en nusummefaktor eller nuvärdesfaktor. Nuvärdesfaktorn används för att räkna ut nuvärdet av ett engångsbelopp medan nusummefaktorn 26

40 räknar ut nuvärdet av ett årligen återkommande belopp. Faktorerna beräknas enligt Ekvation 2.8 respektive Ekvation 2.9. Kalkylräntan utrycker avkastningskrav eller ränta för långivaren på investerat kapital och bestäms generellt utifrån tre kriterier: faktiska kostnader för kapital, avkastning på alternativa investeringar samt risker med investeringen. Ju högre kalkylränta, desto mindre är framtida besparingar värda. Kalkylperioden baseras istället på den förväntade tekniska livslängden, den ekonomiska livslängden eller förutspådd brukstid. nuvärdesfaktor = 1 nusummefaktor = 1 (1 + r k) n (1 + r k ) n Ekvation 2.8 r k Ekvation 2.9 där: r k = kalkylräntan [%] n = kalkylperiod [år] 2.8 Felorsaker till dålig avkylning Då komponenterna i en kundcentral är många finns det också många möjliga orsaker till dålig avkylning i en kundcentral. För radiator- respektive tappvarmvattensystemet finns på båda sidor ett varierande antal temperaturgivare, en reglercentral, ett ställdon och en styrventil. Övriga komponenter är pump för radiatorsystemet respektive för varmvattencirkulationen. På radiatorsidan finns ett expansionskärl i indirekta system. Vidare finns säkerhetsventiler, manometer, termometrar, packningar, kopplingar, påfyllningsventil, backventil för kallvatten, smutsfilter och förbigång (Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, 2009) vilka kan ses i kopplingsschemat i Figur 2.3. Kundens komfort och/eller avkylningen kan påverkas av felaktigheter i någon av dessa komponenter. Nedan presenteras de felorsaker som betraktas som vanligt förekommande under förutsättning att kundcentralen är korrekt inkopplad, med indirekt kopplat radiatorsystem: Styrventilen Ventilen har fastnat i ett läge och regleringen sker därför inte korrekt. Alternativt kan inte ventilen sluta helt tätt, vilket orsakar ett lågt primärflöde genom värmeväxlaren även när inget värmebehov föreligger och således ingen avkylning sker. Styrventilen kan vara undereller överdimensionerad vilket utöver sämre avkylning skapar en sämre reglering av temperaturen på den sekundära sidan. Ventilen kan behöva motioneras eller bytas ut. 27

41 Värmeväxlaren Värmeväxlarytorna har försmutsats med tiden vilket ger sämre överföring av värme. Värmeväxlaren kan vara underdimensionerad vilket liksom försmutsning kräver ett högre flöde för att tillgodose värmebehovet. Överdimensionering ger istället sämre reglering. Värmeväxlaren kan därmed behöva rengöras alternativt bytas ut. Börvärdesinställningar Felaktiga inställningar som ger felaktiga framledningstemperaturer på de sekundära sidorna. Det kan till exempel bero på en hög värmekurva på radiatorsystemet vilket i sin tur ger hög sekundär returtemperatur och följaktligen hög primär returtemperatur. Regulatorn Regleringen sker felaktigt av okänd orsak och orsakar sämre komfort och försämrad returtemperatur. Regulatorn kan behöva bytas ut. Regulatorparametrar kan vara slumpmässigt valda och inställda därefter, vilket också orsakar en sämre reglering. Ställdon Ett långsamt ställdon tillsammans med en effektiv värmeväxlaryta ger långsam reglering och orsakar sämre komfort. Långsam reglering orsakar likväl dålig avkylning till följd av fluktuerande sekundär framledningstemperatur. Ställdonet kan ha låst sig i ett läge vilket ger samma effekt som om styrventilen låst sig. Givare Utomhusgivare, inomhusgivare eller tappvarmvattengivare kan vara defekta eller felaktigt placerade vilket orsakar felaktig reglering av temperaturerna på sekundärsidan och således en sämre avkylning. Injustering av sekundär värmesida Dålig/obefintlig injustering av radiatorsidan orsakar ojämn temperaturfördelningen i fastigheten, sämre radiatoravkylning och därmed också sämre avkylning i kundcentralen. Shuntar och kortslutningar Gamla installationer orsakar att en del vatten inte kyls av i radiatorkretsen och leds direkt tillbaka till värmeväxlaren och orsakar sämre avkylning i kundcentralen. Allt vatten i radiatorkretsen behöver passera någon form av avkylning. Dålig regleringen i form av börvärdesinställningar, ventilfunktion, etc. är en generellt vanlig anledning till sämre avkylning. Injusteringen av det sekundära radiatorsystemet är en ännu viktigare faktor än regleringen, men ligger utanför kundcentralens systemgräns. Som tidigare nämnt så under låga utomhustemperaturer är returtemperaturen från radiatorsidan av störst inverkan på den totala primära returtemperaturen från kundcentralen. Det är därmed oerhört viktigt med ett korrekt injusterat sekundärnät där avkylningen i fastigheten är bra och utan några shuntar och kopplingar som orsakar flöde med hög temperatur tillbaka till värmeväxlaren. Försmutsning av värmeväxlare uppfattas som ett mindre aktuellt problem i jämförelse med injusteringen då det generellt är av liten grad och därmed inte har någon stor inverkan på returtemperaturen. 28

42 2.9 Diagnostisering av kundcentraler En diagnostisering görs för att utvärdera en kundcentrals skick samt behov av injusteringar och åtgärder. Diagnostisering bör slutligen resultera i: inga felaktigheter i utrustningen; börvärden korrekt inställda; kännedom om försmutsningsgrad av respektive värmeväxlare samt känd injusteringsmetod för det sekundära värmesystemet (Råberger & Walletun, 1996). Genom att titta på en kundcentrals överkonsumtion av flöde kan en första indikation erhållas av att en diagnostisering är av intresse. Överkonsumtionen erhålls när den aktuella flödeskonsumtionen sätts i relation till returtemperaturen på övriga fjärrvärmenätet vid ett visst effektuttag. Vidare kan den övergripande prestandan för kundcentralen identifieras genom att studera loggade temperaturer, effektuttag och flöden på både primär- och sekundärsidorna. Med hjälp av dagens driftövervakningssystem, som kan vara dygns-, tim- eller minutavlästa mätvärden, kan en snabb återkoppling erhållas när fel uppstår i en kundcentral. Det är lättare att identifiera orsaken jämfört med om endast månadsavläsningar finns tillgängliga, vilket var vanligare förr. Med timavläsningar erhålls möjligheten att studera effektuttaget hos kunden under olika delar av dygnet vilket ger möjlighet att snabbt identifiera problemet (Walletun, 1999). Med driftövervakningen är det också enkelt att avgöra om felet ligger i tappvarmvattensystemet eller radiatorsystemet. För en fullständig diagnos behövs indata från de sekundära sidorna av en kundcentral, men det är vanligt att fjärrvärmebolagen endast har primärdata tillgänglig. Idag finns internetbaserade program som kan köpas med kundcentralen och som kan avläsa både primära och sekundära temperaturer och vidare analysera funktionen i kundcentralen samt larma när det sker en avvikelse. Driften av kundcentralen kan då ofta styras från annat håll eller om fysisk åtgärd behöver göras kan detta planeras och tidsoptimeras utifrån analysen av data. För att studera hur radiatorsystemet respektive varmvattencirkulationen fungerar var för sig och hur de påverkar den primära returtemperaturen kan ett enklare funktionstest genomföras där styrventilerna systematiskt stängs och temperaturerna på de olika strömmarna kan då studeras. Eventuellt läckage genom styrventil, felaktig reglering eller försmutsad värmeväxlare kan misstänkas med resultatet av ett sådant funktionstest. Detta görs under natten då det vanligtvis inte förekommer några störande tappningar av varmvatten som påverkar returtemperaturen. Då styrventilen till en sekundärsida stängs av under en tid erhålls den primära returtemperaturen från den andra sekundära sidan som den totala primära 29

43 returtemperaturen. Temperaturen på primärflödet ska då närma sig den sekundära sidans returtemperatur utefter den möjliga grädigkeit vid aktuellt effektuttag. Med ett driftövervakningssystem som har tillgång till både primär- och sekundärdata skulle felorsakerna beskrivna i avsnitt 2.8 kunna identifieras. Flöden och temperaturer kan plottas med tiden och användas för analys av kundcentralens funktion vilket beskrivs kort nedan och vilket utnyttjas vidare i fallstudien. Styrventilen Om ventilen fastnat i ett visst läge är det primära flödet genom värmeväxlaren konstant och varierar inte efter värmebehovet. Vid ett totalt öppet läge är temperaturen på sekundärsidan generellt extremt förhöjd. Då varmvattentappningarna varierar kan det ge kraftiga variationer på tilloppstemperaturen av varmvatten. På radiatorsidan är det sekundära flödet mer konstant vilket också resulterar i att ett konstant primärt flöde ger en ständigt högre/lägre sekundär framledningstemperatur På så vis påverkas både komforten och den primära returtemperaturen. Värmeväxlaren Flödet på den primära sidan är högt i förhållande till tillförd effekt. Vad gäller försmutsad värmeväxlaryta kan detta vara svårt att direkt upptäcka då flödet normalt har ökat successivt med tiden men skulle kunna identifieras med ett funktionstest. Börvärdesinställningar Framledningstemperaturerna på den sekundära sidan stämmer inte med de generellt önskvärda börvärdet på tappvarmvatten- respektive värmesidan och om det inte är regleringsfel i form av kraftigt varierande temperaturer kan det bero på felinställning. Regulatorn Felaktig reglering syns tydligt då den sekundära framledningen fluktuerar med tiden. Ställdon En låsning av ställdonet ger samma effekt som om styrventilen låst sig. Ställdonet kan också vara långsamt vilket syns på en långsam och fluktuerande reglering av styrventilen. Givare Om en sekundär temperatur är lägre än på den motsvarande primära sidan ges en felaktig avläsning av en av temperaturgivarna, vilket enkelt kan visualiseras vid ett funktionstest. Injustering av sekundär värmesida/shuntar och kortslutningar En dåligt injusterad radiatorsida eller shuntar och kortslutningar som orsakar höga temperaturer tillbaka till kundcentralen är inget som upptäcks med ett driftövervakningssystem utan bör ses över före en installation av fjärrvärme eller före en optimering av kundcentralen men kan följaktligen misstänkas av dålig avkylning i sekundärkretsen. 30

44 3 Metod Här presenteras de grundläggande moment som används för genomförandet av studien. Syftet med denna studie är att utreda den ekonomiska lönsamheten till följd av ökad avkylning vid ett fullständigt utbyte av en kundcentral på fjärrvärmenätet. Således syftar studien till att uppskatta om det är ekonomiskt lönsamt att ersätta en kundcentral före det att dess tekniska livslängd anses vara uppnådd, med hänsyn till den ökade avkylningen. För att utföra en verklighetsanpassad studie baserades arbetet på en fallstudie. Därmed utvärderades metodiken direkt genom att appliceras på existerande kundcentraler som hade en överkonsumtion av flöde. De enskilda kundcentralernas prestanda analyserades och var till underlag för studien. 3.1 Litteraturstudie De positiva effekter som låg returtemperatur på fjärrvärmenätet kan ge har varit viktiga för initieringen av studien. Genom studering av den grundläggande läroboken District Heating and Cooling av Svend Frederiksen och Sven Werner (Frederiksen & Werner, 2013), tillsammans med en del tidigare studier inom ämnet fastställdes dessa effekter. För att vidare utröna vad som reglerar returtemperaturen från en kundcentral och vad som också generellt orsakar dålig avkylning har ett antal rapporter inom ämnet studerats. För att sammanställa de vanligaste felorsakerna till dålig avkylning så användes ett antal genomgående studier som var år gamla. De behandlade därmed inte driftövervakningssystem i någon större utsträckning, eftersom detta har utvecklats under senare år. 3.2 Studiebesök Ett studiebesök gjordes hos Alfa Laval i Ronneby för att få större inblick i hur driftövervakningssystem kan användas för att identifiera felorsaker. I Ronneby sker en del av Alfa Lavals tillverkning av kundcentraler. Där erhölls möjligheten att med Mats Persson, Manager Large District Heating Systems på Alfa Laval, diskutera Alfa Lavals driftövervakningssystem IQHeat, ett internetbaserat verktyg som tillåter kontinuerlig övervakning av prestandan i den enskilda kundcentralen. Studiebesökets övergripande syfte var att skapa en fördjupad förståelse kring låg returtemperatur på fjärrvärmenätet, funktionen av en kundcentral och identifiering av felorsaker. I detta var även Rolf Jönsson, Product Manager District Heating Systems, och Per-Ola Helin, Laboratory Manager, på Alfa Laval tillgängliga för intervju och diskussion. Erfarenheterna från detta studiebesök användes som grund vid beskrivning av kundcentralers generella uppbyggnad och funktion. 31

45 3.3 Insamling av mätdata Mätdata till fallstudien samlades in från LKF och Kraftringen. Av Kraftringen tillhandahölls loggad primärdata för de utvalda kundcentralerna så som effekuttag, flöde, framlednings- och returtemperatur. Detta medan LKF tillhandahöll sekundärdata för radiator- och tappvarmvattensystemet i form av loggade temperaturer på de olika strömmarna. Som ett första steg i urvalet av kundcentraler till fallstudien togs en lista fram över LKF:s kundcentraler med mätdata över flöde och total avkylning. Listan erhölls från Kraftringen och redovisade överkonsumtionen av flöde för respektive kundcentral i jämförelse med om den enskilda kundcentralen hade samma avkylning som medelvärdet för LKF:s nät. Urvalet av kundcentraler till vidare analys baserades på Kraftringens lista samt kompletterande information från LKF angående loggad data, ålder, kopplingstyp samt injustering och uppbyggnad av sekundärsystemet för respektive kundcentral. För att förenkla studien studerades endast kundcentraler med indirekt tvåstegskoppling samt enkla sekundära radiatorsystem. Således valdes de kundcentraler bort som inkluderar sekundära värmesystem med ventilation, ackumulatortank eller liknande. Med månatliga uppgifter från Kraftringen analyserades medelavkylningen samt flödet i förhållande till effektuttaget för respektive kundcentral. En låg avkylning och en hög flödes/effektuttags-kvot (Q/W-kvot) tyder på en föreliggande förbättringspotential. Ett lämpligt antal kundcentraler valdes ut till vidare analys baserat på Kraftringens uppgifter tillsammans med uppgift om tillgänglighet av loggad sekundärdata från LKF. En första diagnostisering av kundcentralernas prestanda, dvs. en nulägesanalys av kundcentralernas avkylning, gjordes med insamlad mätdata. Därefter analyserades kundcentralernas nuvarande funktion med ett funktionstest där styrventilen för respektive sekundärt system stängdes under en viss tidsperiod. Vidare uppskattades hur avkylningen, och därmed returtemperaturen, i respektive kundcentral kunde förbättras vid varierande radiatorlast genom ett utbyte av kundcentralen. För att uppskatta den ökade avkylningens ekonomiska påverkan för fjärrvärmebolaget beaktades dess inverkan på värmeförluster och pumpenergi i fjärrvärmenätet samt rökgaskondensering vid fjärrvärmeproduktion. För att kunna skala upp inverkan och således avgöra dess ekonomiska påverkan applicerades resultatet på ett möjligt framtida scenario. Tillvägagångssättet beskrivs mer detaljerat i kapitel 4. 32

46 4 Applicerad metodik i fallstudie Här presenteras den metodik som har använts och utvecklats för att kunna utvärdera den ekonomiska lönsamhet som potentiellt kan erhållas till följd av ökad avkylning vid utbyte av en kundcentral. För att undersöka vilken ekonomisk effekt som avkylningsprestandan kan ha i en kundcentral kan olika metoder användas. Ett tillvägagångssätt hade kunnat vara att genomföra en grundligare litteraturstudie och använda resultat från tidigare beräkningar och simulering samt komplettera med intervjuer av fjärrvärmebolag och fastighetsägare i kombination med enkätundersökning. Ett annat alternativ som tillämpades i denna studie var att genomföra en fallstudie. Då varje kundcentral har en individuell prestanda, och då en ökad avkylning i en kundcentral inte ger samma effekt på flödeskonsumtionen i en annan, ger en fallstudie ett mer korrekt resultat för den enskilda kundcentralen. Detta jämfört med den grova uppskattning som skulle följa från användning av tidigare studiers resultat och intervjuer. Den främsta nackdelen med att göra en fallstudie är att generaliserbarheten minskar och resultatet behöver inte vara applicerbart på andra kundcentraler. 4.1 Metodik för att avgöra kundcentralers prestanda A. Diagnostisering av kundcentraler För att kunna överskåda kundcentralernas generella funktion plottades LKF:s loggade sekundärdata som funktion av tiden. I respektive kundcentrals graf visualiserades avkylningen för radiatorsystemet samt varmvattencirkulationen. Där utlästes den primära returtemperaturens förhållande till de sekundära systemen. I diagrammen utmärkte varmvattentappningar sig då den primära returtemperaturen drastiskt sjönk när förvärmaren aktiverades, och primärströmmen värmeväxlades mot inkommande kallvatten. För att avkylningen för radiatorsystemet samt varmvattencirkulationen skulle kunna anlyseras var det viktigt att undvika perioder då varmvattentappningar sker. Som ett funktionstest stängdes styrventilerna av för de sekundära systemen, med hjälp av en programmerad funktion i LKF:s driftdator (detta hade även kunnat genomföras manuellt). Funktionstestet genomfördes nattetid för att undvika störande varmvattentappningar, men ett alternativ var att genomföra funktionstestet dagtid under en tid då sannolikheten för tappningar var generellt låg. 33

47 I detta fall gjordes funktionstestet enligt följande tidsintervall: 1. Tappvarmvattensidans styrventil stängd i 30 minuter. 2. Båda styrventilerna stängda i 30 minuter. 3. Radiatorsidans styrventil stängd i 30 minuter. För en väl fungerande kundcentral ska den primära returtemperaturen reagera enligt nedan på de olika stängningarna: 1. När styrventilen för tappvarmvattensidan hålls stängd bör den primära returtemperaturen närma sig returtemperaturen på den sekundära radiatorsidan. Beroende på det aktuella effektuttaget varierar den grädigkeit som bör uppvisas, maximalt 3ºC, vilket beskrevs i avsnitt Med det i åtanke kan möjligheten att förbättra aktuell grädigkeit uppskattas. 2. När båda styrventilerna är avstängda bör alla temperaturer som loggas i systemet minska till följd av värmeförluster till omgivningen då ingen värmeväxling sker. 3. När tappvarmvattensidans styrventil öppnas igen men radiatorsidans styrventil behålls stängd bör den primära returtemperaturen direkt öka mot varmvattencirkulationens temperatur. Om den primära returtemperturen är högre eller lägre än den borde vara i det aktuella tidsintervallet kan eventuell försmutsning av värmeväxlarna misstänkas eller läckage i styrventilerna upptäckas. B. Modellantagande En modell för hur kundcentralen beter sig under olika förutsättningar behövs för att senare kunna approximera kundcentralens prestanda. Då förutsattes tappvarmvattenlasten vara konstant över året. Temperaturen på inkommande kallvatten och likaså utnyttjandet av tappvarmvatten kan variera något över året, men överlag bedöms antagandet vara godtagbart. Radiatorlasten däremot antogs vara linjärt beroende av utomhustemperaturen inom kundcentralens aktuella uppvärmningsintervall, vilket innebär att den radiatoreffekt som tas ut vid en specifik utomhustemperatur enkelt kan beräknas enligt Ekvation 4.1. radiatoreffektutnyttjande = (T balans T ute ) (T balans T DUT ) [%] Ekvation

48 Således kunde totalt effektuttag jämföras med radiatorlast och tappvarmvattenlast utifrån loggad primärdata. Modellantagandets överrensstämmande med verkligheten kunde uppskattas genom att använda data för mer än ett år där effektlasterna sorterades efter stigande utomhustemperatur och plottades i en graf. Denna modell är vad studien bygger på och därav är kontrollen av modellantagandet viktigt. C. Undersökning av dimensionering Om modellantagandet, att tappvarmvattenlasten är konstant över året, är godtagbart kan den radiatoreffekt som bör installeras vid DUT lösas ut från de dygnsmedelvärden av loggad primärdata som användes vid modellantagandet. En linjär regression av effektuttagen görs på den linjära ekvationen y = A + B x, där: y = aktuellt totalt effektuttag A = total tappvarmvattenlast B = dimensionerad radiatorlast x = procentuellt radiatoreffektutnyttjande Således itererades data baserat på loggad utomhustemperatur med hjälp av Solverfunktionen i Microsoft Excel och på så vis erhölls den dimensionerande radiatorlasten ifrån den linjära regressionen. Från den linjära regressionen kunde en varians från verkligt loggat effektuttag konstateras vilket gav en indikation på anpassningens förhållande till verkligheten. Vad gäller dimensionering av tappvarmvattenväxlaren jämfördes den aktuella installerade effekten med redovisade värden i den tekniska bestämmelsen F:101 av Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, vilka beror på antalet lägenheter och kan ses i Figur 2.7. Den tappvarmvatteneffekt som behövs per lägenhet avtar när antalet lägenheter i fastigheten ökar, detta till följd av sammanlagringseffekten. D. Uppskattning av radiatoravkylning För att kunna jämföra den tekniskt möjliga grädigkeit på radiatorsidan med aktuell prestanda för kundcentralen behövs en generell returtemperaturkurva för radiatorkretsen. Ett mått på den aktuella avkylningen i radiatorkretsen vid varierande utomhustemperatur erhölls med loggad sekundärdata. Radiatoravkylningen, dvs. sekundär radiatorreturtempertur subtraherat från sekundär framledningstemperatur, linjäranpassades och antogs öka med minskande utomhustemperatur. Däremot fanns vetskapen om att avkylningen troligtvis varierar över dygnet beroende på husdynamiken, som förklarades i avsnitt 2.5.2, samt om utomhustemperaturen är på väg upp eller ner och således om fastigheten 35

49 behöver mer intern värme eller om den avger värme. Genom att kombinera, den av LKF givna, värmekurvan (sekundära framledningstemperaturkurvan) med den linjäranpassade radiatoravkylningen erhölls en returtemperaturkurva för radiatorkretsen som funktion av utomhustemperaturen. Med denna uppskalning av radiatoravkylningen erhölls en uppskattning om radiatorkretsens beteende vid utomhustemperaturer som det saknades loggningar för, t.ex. avkylningen i radiatorkretsen vid fullt effektutnyttjande. Utifrån den uppskattade returtemperaturkurvan kunde även den möjliga grädigkeit som kan erhållas med modern teknik bestämmas vid varierande effektuttag. Detta öppnade upp möjligheten att senare jämföra den tekniskt möjliga grädigkeit med den uppskattade aktuella grädigkeit för kundcentralens radiatorvärmeväxlare. E. Uppskattning av varmvattencirkulationen För att uppskatta tappvarmvattensidans inverkan på den totala returtemperaturen behövs sekundärdata. Då loggad sekundärdata vanligtvis inte finns tillgänglig i större utsträckning utnyttjades istället primärdata under antagandet om att effektuttaget på tappvarmvattensidan är relativt konstant över året. Därmed bortsågs det ifrån eventuella varmvattentappningars inverkan på returtemperaturen. Tappningarna förutsattes endast ha en positiv inverkan, dvs. sänkning av den totala returtemperaturen, och studien genomfördes med endast hänsyn till varmvattencirkulationens inverkan på den totala returtemperaturen. Varmvattencirkulationen studerades från loggad primärdata under sommaren då ingen radiatorlast förelåg, samt nattetid då inga tappningar skedde. På så vis erhölls den primära returtemperatur som varmvattencirkulationen ger, vilken antogs vara konstant över året oavsett vad framledningstemperaturen är. Detta antagande ansågs vara godtagbart då den primära framledningstemperaturen generellt är som lägst under sommaren vilket orsakar ett högre flöde genom värmeväxlaren för att överföra samma mängd energi. Således ges längre tid för värmeöverföringen vid högre framledningstemperaturer och möjlighet för den primära returtemperaturen att komma ner till samma nivå som under sommaren. F. Uppskattning av prestandan som funktion av utomhustemperaturen För att utreda förbättringspotentialen i kundcentralen vad gäller ökad avkylning behövs en uppskattning av den aktuella prestandan för att jämföras med vad som är tekniskt möjligt. Eftersom tappvarmvattenlasten antogs vara konstant över året medan radiatorlasten ökar med sjunkande utomhustemperatur, uppskattades prestandan som en funktion av utomhustemperaturen. Detta för att kunna applicera 36

50 prestandan på olika scenario med varierande utomhustemperatur samt för att överskådligt kunna kartlägga kundcentralens förbättringspotential. Den aktuella primära radiatorreturtemperaturen, vid olika utomhustemperaturer uppskattades från loggad primärdata där det totala flödet, m tot, totala effektuttaget, Q tot, totala primära framledningstemperaturen, T fram_primär, respektive returtemperaturen samt utomhustemperaturen erhölls. Detta med antagandet att ingen värmeförlust sker vid värmeväxlingen. Data valdes ut för nätter då ingen varmvattentappning skedde. Radiatoreffektuttaget, Q rad, vid de aktuella utomhustemperaturerna uppskattades då med hjälp av Ekvation 4.1, och således även det på tappvarmvattensidan, Q VVC, då det totala effektuttaget är känt enligt Ekvation 4.2. Q VVC = Q tot Q rad Ekvation 4.2 Följaktligen beräknades det primära massflödet för tappvarmvattensidan, m VVC, med Ekvation 4.3 och på så vis erhölls även massflödet på radiatorsidan, m rad, när det totala flödet var känt enligt Ekvation 4.4, där C p är den specifika värmekapaciteten för vattnet. m VVC = Q VVC C p (T fram_primär T VVC_primär) Ekvation 4.3 m rad = m tot m VVC Ekvation 4.4 När det primära massflödet och effektuttaget på radiatorsidan samt den primära framledningstemperaturen var kända, erhölls den aktuella returtemperaturen på radiatorsidan, T rad.retur_primär, från Ekvation 4.5. Q rad T rad.retur_primär = T fram_primär C p m rad Ekvation 4.5 Med den aktuella returtemperaturen given och vetskapen om vilken grädigkeit som skulle kunna uppnås med modern teknik vid olika utomhustemperaturer erhölls en potentiell primär radiatorreturtemperatur som åsyftade förbättringspotentialen i radiatorvärmeväxlaren. Förändringar på övriga flöden och temperaturen kunde 37

51 således beräknas då effektuttaget förblir detsamma. Detta gjordes för ett antal loggningar vid närliggande utomhustemperaturer och vägdes ihop till ett medelvärde för respektive parameter. Resultatet för de olika strömmarna vid flertalet utomhustemperaturer plottades vilket gav en visualisering av den nuvarande prestandan och förbättringspotentialen i kundcentralen. För att skapa en jämförelse med vikten av att injustera sekundärsystemen gjordes en likadan beräkning fast där även temperaturen på varmvattencirkulationen drogs ner. 4.2 Metodik för att avgöra inverkan på distribution och produktion Utan modeller eller simuleringsprogram kan det vara en svår uppgift att avgöra avkylningens inverkan på distribution och produktion. Svensk Fjärrvärme har tagit fram ett beräkningsverktyg, en så kallad LAVA-kalkyl. Kalkylen kan utnyttjas för att beräkna påverkan på distribution samt produktion till följd av förändrad frameller returledningstemperatur på fjärrvärmenätet. Detta verktyg måste implementeras specifikt för varje fjärrvärmenät men kan sedan användas för att uppskatta vad en ökad avkylning har för påverkan på bland annat värmeförluster, pumpenergi och rökgaskondensering. I Kraftringens fall fanns ingen sammanställd LAVA-kalkyl att tillgå under studien utan de använde sig istället av beräkningsprogrammet Netsim för simulering av olika driftparametrar på distributionsnätet. Netsim är utvecklat av Vitec Energy och är ett beräkningsprogram för fjärrvärme- och fjärrkylanät. Kraftringens Netsim-modell var uppbyggd för Lunds fjärrvärmenät och tog inte hänsyn till andra sammankopplade nät utanför Lunds stadskärna. A. Uppskattning av påverkan på värmeförluster För att uppskatta en ökad avkylnings inverkan på värmeförlusterna på fjärrvärmenätet simulerades olika driftfall avseende utomhustemperaturen i Netsim. Varje kundcentral hade då ett visst effektuttag baserat på historisk data. För varje driftfall gjordes två simuleringar där hela fjärrvärmenätets returtemperatur varieras. De värmeförluster som antogs kunna sparas vid ökad avkylning beräknades med hjälp av skillnaden på värmeförlusterna vid de två olika simuleringarna, för respektive driftfall. För att skala ner de sparade värmeförlusterna till den enskilda kundcentralen beräknades kundcentralens andel på nätet utifrån aktuella effektuttag. En möjlig besparing av värmeförluster erhölls genom att applicera resultatet på den möjliga avkylningsökning som tidigare uppskattats för den enskilda kundcentralen. 38

52 B. Uppskattning av påverkan på pumparbete För att uppskatta en ökad avkylnings inverkan på pumparbete behöver minskat flöde samt tryckhöjning till följd av ökad avkylning vara kända. Även i detta fall användes Netsim med simulering av samma driftfall som för värmeförlusterna. Endast påverkan på distributionspumpen vid Gunnesboverket beräknades medan pumpar vid övriga värmeverk (Ångkraftverket och Södra verket) i Lund försummades då de endast stod för någon procentandel. Simulering i Netsim gjordes vid två olika returtemperaturer för respektive driftfall, precis som med värmeförlusterna, varifrån distributionspumpens totala tryckhöjning i fjärrvärmenätet samt det totala flödet genom pumpen erhölls. För att beräkna den minskade pumpenergin till följd av ökad avkylning i en enskild kundcentral antogs en verkningsgrad för pumpens arbete och applicerades på kundcentralens effektandel på nätet. Beroende på var kundcentralen befinner sig på nätet kan ökad avkylning ge olika möjligheter för pumpen att minska på sin tryckhöjning, detta eftersom tillräckligt differenstryck måste hållas vid den mest perifera kundcentralen. Denna inverkan är inget som det togs hänsyn till i simuleringen med Netsim. C. Uppskattning av påverkan på rökgaskondensering För uppskattning av vilken påverkan en lägre returtemperatur har på rökgaskondenseringen utnyttjades vetskapen om att effektökningen kan uppskattas till en viss procentandel av värmepannans totala effekt. Detta beroende på hur stor den ökade avkylningen är samt beroende på vilken bränsletyp som används, enligt Figur Effektökningen uppskattades genom avläsning i grafen vid aktuell returtemperatur och för aktuell bränslemix. Den sparade bränsleenergin beräknades därefter genom uppskattning av pannans effekt samt antalet fullasttimmar utifrån ett prognostiserat varaktighetsdiagram för Örtoftaverket år För att applicera denna besparing på den enskilda kundcentralen utnyttjades dess effektandel på fjärrvärmenätet som erhölls från Netsim. 4.3 Metodik för ekonomisk analys A. Applicering på scenario För att uppskatta vad en ökad avkylning i den enskilda kundcentralen kan ha för utslag över tid så skapades ett normalårs-scenario. För varje månad antogs den normalårsmedeltemperatur utomhus, enligt normalårskorrigerade värden från SMHI. För respektive utomhustemperatur avlästes den möjliga prestanda som tidigare uppskattades för kundcentralen. På så vis kunde den möjliga besparingen av flöde, och i förlängningen påverkan på energianvändningen på fjärrvärmenätet och i värmeproduktionen, skalas upp för en längre period. De energibesparingar 39

53 som erhållits omvandlades till kostnadsbesparingar genom att applicera det på värme-produktionens uppskattade marginalkostnad samt ett uppskattat elpris. Även ett scenario gjordes där marginalkostnaden och elpriset skalades upp till avsevärt högre nivåer, detta för att se hur stor inverkan dessa parametrar hade på resultatet. B. Livscykelkostnadskalkyl För att avgöra vilken inverkan den ökade avkylningen i kundcentralen har på den ekonomiska lönsamheten för ett utbyte av kundcentralen uppskattades investeringsoch installationskostnaderna för en typisk installation och jämfördes med de kostnadsbesparingar som kunde åstadkommas över en vald tidsperiod. I en fullständig livscykelkostnadsanalys ska även andra aspekter tas med, vilket beskrevs i avsnitt Då denna studie endast fokuserar på inverkan av ökad avkylning resulterar detta alltså i en begränsad livscykelkostnadskalkyl. För att påvisa en eventuell ekonomisk lönsamhet av ett utbyte av kundcentralen valdes en kalkylränta för investeringen, detta utifrån den kalkylränta som Kraftringen normalt använder. Även en kalkylperiod valdes och denna för en uppskattad realistisk ekonomisk livslängd. Därmed gjordes en begränsad livscykelkostnadskalkyl, med endast avseende ökad avkylning. Då Kraftringen inte är ägare till kundcentralerna i sitt fjärrvärmenät har de ingen rådighet över när kundcentraler ska bytas ut. Dock tillämpar de en flödesavgift för kunderna som har till syfte att utgöra ett incitament för att arbeta mot en bättre avkylning. Kundens ekonomiska lönsamhet med ett utbyte av kundcentral, till följd av förbättrad avkylning och därmed minskad flödesavgift, räknades också fram genom en begränsad livscykelkostnadskalkyl. En känslighetsanalys av parametervalet gjordes för att se avgöra om valet av kalkylperiod och kalkylränta hade en större inverkan på resultatet. Detta genom att variera parametrarna och studera utfallet. 40

54 5 Resultat Här presenteras det resultat som erhålls i fallstudien. Den enskilda kundcentralens prestanda vid varierande utomhustemperatur utnyttjas vid en uppskalning till potentiella årliga kostnadsbesparingar med en ökad avkylning hos kundcentralen. Ett antal kundcentraler valdes ut för att exemplifiera hur en ökad avkylning kan inverka på ekonomisk lönsamhet vid ett utbyte av kundcentralen mot modern teknik. Av sex utvalda kundcentraler fullföljde två analysen. Nedan presenteras resultatet och ytterligare antaganden, för att vidare diskuteras i kapitel Kundcentralens prestanda Utvalda kundcentraler För ett första urval av LKF:s kundcentraler studerades Kraftringens överkonsumtionslistor från september Därefter studerades LKF:s loggade sekundärdata för respektive kundcentral som var aktuell för studien. Det kunde då konstateras att sekundärdata inte fanns loggat i den mängd som var önskvärt, dvs. under minst en uppvärmningssäsong. Om dessa data funnits tillgängliga hade den kunnat användas till att studera den enskilda kundcentralens prestanda vid varierande utomhustemperatur. Eftersom Kraftringens loggar sträcker sig längre bakåt i tiden konstaterades det att primärdata fick användas istället. Därmed fanns dock ingen möjlighet att studera tappvarmvattensystemets prestanda i någon större utsträckning eftersom det utan sekundärdata skulle ge för många okända faktorer. Därmed involverades enbart varmvattencirkulationens inverkan på returtemperaturen i studien och varmvattentappningarnas inverkan bortsågs ifrån. Fem kundcentraler valdes ut till fallstudien bland det fåtal kundcentraler där loggad sekundärdata fanns för ca en månad bakåt i tiden vid tidpunkten för urvalet. Alla fem kundcentraler fanns i fastigheter i centrala Lund, av typen två-stegskopplade med indirekt anslutet värmesystem samt att de flesta var tillverkade och installerade under mitten av 1980-talet. De utvalda kundcentralerna visade sig ha ganska låga effektuttag, och loggningar gjordes även för en kundcentral med något större effektuttag och som föll inom urvalskriterierna, kundcentral #6. För kundcentraler med låga effektuttag har överkonsumtionen av flöde mindre inverkan på hela fjärrvärmenätets returtemperatur och därför var en större kundcentral av intresse att studera. Information angående dimensionering, antal lägenheter samt uppvärmningsyta för respektive utvald kundcentral kan ses i Tabell

55 Samtliga varmvattenvärmeväxlare är dimensionerade för temperaturintervallet 65-25/5-50. Alla radiatorvärmeväxlare, förutom #5 (100-65/60-80), är dimensionerade för temperaturintervallet / Tabell 5.1 Översiktlig information för respektive kundcentral i fallstudien. Kundcentral #1 #2 #3 #4 #5 #6 Installationsår VVX-typ Lödda Lödda Lödda Dim. rad-vvx (kw) Dim. VV-VVX (L/s) Packningsförsedd Lödda Packningsförsedd ,0 1,5 1,3-1,0 - Antal lgh Uppvärmd yta (m 2 ) (+ 7 lokaler) 770 (+ 773) Det hade inte tidigare förekommit någon grundläggande utvärdering av kundcentralernas prestanda. De ansågs tillfredsställa kundernas värmebehov. Styrventilerna hade däremot tidigare ansetts uttjänta och var nu utbytta på alla kundcentraler, utom kundcentral #4. Även om kundcentralerna uppfyllde sin primära funktion hade de figurerat som kundcentraler med överkonsumtion av flöde i Kraftringens datasystem. LKF hade inte tidigare övervägt ett utbyte av kundcentralerna då det inte hade haft incitament till att grundligare se över dem. Med tanke på kundcentralernas ålder är det däremot inte en omöjlighet att ett sådant scenario skulle kunna inträffa om några år. För att då ligga steget före utvärderas den ekonomiska lönsamheten som ett utbyte eventuellt skulle kunna föra med sig till följd av ökad avkylning. Fokus valdes därefter att läggas på kundcentral #1 av tre anledningar: den hade enligt Kraftringen en flödesöverkonsumtion på 12 % under oktober 2014, den uppvisade potential till ökad avkylning i funktionstestet, samt uppskattningen av dess radiatoravkylning ansågs rimlig. De andra kundcentralerna föll bort av följande anledningar: Vad gäller kundcentral #3 och #5 var inte överkonsumtionen av flöde så stor som först misstänkt, samt i funktionstestet uppvisade de relativt bra funktion. För kundcentral #2 ansågs den uppskattade radiatoravkylningen inte vara pålitlig då den var väldigt mycket större än normalt, det misstänktes ligga en stor besparingspotential i det sekundära radiatorsystemet. Kundcentral #4 uppvisade en godtagbar uppskattning av radiatoravkylning men däremot fanns inte de installerade effekterna att avläsa någonstans och kundcentralen uteslöts därmed. 42

56 Temperatur ( C) Senare uppstod samma problem med kundcentral #6, som valdes ut till studien som en kundcentral med större värmelast, men då togs en metod fram för hur radiatoreffekten kunde uppskattas vilken beskrevs i avsnitt 4.1 Vid det laget var kundcentral #4 redan borttagen ur studien. Kundcentral #6 hade under oktober 2014 en överkonsumtion av flöde på 9 %. Kundcentral #1 befinner sig i ett mindre förrådshus som ligger intill fastigheten som den verkar för. Fastigheten består i själva verket av tre mindre tvåvåningshus med totalt 12 lägenheter. Kundcentral #6 befinner sig i ett källarförråd och dess sekundära nät verkar för 75 lägenheter i ett antal tvåvånings-lägenhetslängor. Vid initieringen av denna studie var tanken att studera kundcentraler av en ungefärlig ålder på 15 år, men hos LKF var de aktuella kundcentralerna uppåt 30 år gamla. Detta antyder att en investering av en kundcentral inte behöver vara ett större risktagande vad gäller den tekniska livslängden. Detta konstaterande har dock inte jämförts med förutsättningarna hos andra fastighetsägare Diagnostisering av utvalda kundcentraler För att kunna göra en övergripande utvärdering av den enskilda kundcentralens funktion gjordes plottar av sekundärdata från LKF för utvald tidsperiod för de utvalda kundcentral #1 och kundcentral #6. För kundcentral #1 visualiseras loggad sekundärdata för tappvarmvattensidan i Figur 5.1 samt för radiatorsidan i Figur 5.2 under en tidsperiod om tre dagar Primär fram Primär retur Styrventil VV VV fram VVC Utegivare Figur 5.1 Loggad sekundärdata för tappvarmvattensidan för kundcentral #1. 43

57 Temperatur ( C) Då kallvatten passerade den förvärmande värmeväxlaren, och tog tillvara på den värmeenergi som fanns i den utgående primära strömmen, sjönk returtemperaturen rejält, vilket kan ses i Figur 5.1. Att varmvattencirkulationen låg på ungefär samma temperatur som tilloppet på varmvattnet indikerar att något var felaktigt då VVCtemperaturen bör ligga runt 50 C. Möjliga anledningar till detta kan vara en felaktig temperaturgivare, ett för stort VVC-flöde då varmvattnet hann cirkuleras innan det hann kylas av, alternativt att VVC-flödet var direkt tillbakakopplat till värmeväxlaren och inte ledde ut i fastigheten Primär fram Primär retur Rad fram Rad retur Utegivare Figur 5.2 Loggad sekundärdata för radiatorsidan för kundcentral #1. Den primära returtemperaturen låg avsevärt högre än radiatorkretsens returtemperatur, vilket kan ses i Figur 5.2. En förklaring kan vara att vid aktuell loggning var utomhustemperatur relativt hög och VVC-lasten kan ha haft större procentuell inverkan på returtemperaturen. Även dålig reglering eller försmutsning av värmeväxlaren kan vara en förklaring till varför den primära returtemperaturen skiljer sig väsentligt från radiatorreturtemperaturen. För kundcentral #6 visualiseras loggad sekundärdata för tappvarmvattensidan i Figur 5.3 samt för radiatorsidan i Figur

58 Temperatur ( C) Temperatur ( C) Primär fram Primär retur Styrventil VV VV fram VVC Utegivare Figur 5.3 Loggad sekundärdata för tappvarmvattensidan för kundcentral #6. För kundcentral #6 kan en mer realistisk temperaturskillnad ses mellan tilloppet på varmvattnet och varmvattencirkulationen i Figur 5.3 än för kundcentral #1. Differensen hade däremot kunnat vara större och det misstänks att varmvattencirkulationens höga nivå påverkar returtemperaturen. Loggningarna för kundcentral #6 gjordes under en kallare period jämfört med för kundcentral # Primär fram Primär retur Rad fram Rad retur Utegivare Figur 5.4 Loggad sekundärdata för radiatorsidan för kundcentral #6. 45

59 Temperatur ( C) Med de aktuella loggningsperioderna i åtanke kan det i Figur 5.4 ses att den totala primära returtemperaturen för kundcentral #6 låg avsevärt närmre radiatorkretsens returtemperatur än vad som konstaterades för kundcentral #1. Liknande utredning gjordes även för kundcentral #2-#5 och finns tillgängligt i Bilagan. Funktionstest För att avgöra kundcentralernas prestanda utöver den generella diagnostiseringen gjordes ett funktionstest i form av att respektive styrventil stängdes under ett tidsintervall och sekundärdata loggades. Detta tidsintervall lades nattetid för att minska risken för att en varmvattentappning skulle ske under testet, vilket hade orsaka ytterligare avkylning av returtemperaturen. I funktionstesten användes 30 minuters intervall enligt beskrivningen som gjordes i avsnitt 4.1, detta med start kl under tre nätter i november 2014 för kundcentral #1-#5. Resultatet från funktionstestet för kundcentral #1 kan ses i Figur 5.5 och Figur 5.6 för tappvarmvattensidan respektive radiatorsidan. De övriga funktionstesten kan ses i Bilagan. Inget funktionstest utfördes för kundcentral #6 på grund av begränsning av tidsramen på studien, men det förutsätts att här finns utrymme för en ökad avkylning från radiatorsidan då en överkonsumtion av flöde tidigare identifierats :00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 Primär fram Primär retur Styrventil VV VV fram VVC Utegivare Figur 5.5 Plottat funktionstest för tappvarmvattensidan för kundcentral #1. I Figur 5.5 kan det ses att temperaturen på både tillopp av varmvatten samt, med en viss fördröjning, även temperaturen på varmvattencirkulationen sjönk för kundcentral #1 när styrventilen till tappvarmvattensidan stängdes. Fördröjningen 46

60 Temperatur ( C) tydde på att varmvattencirkulationen gick ut i fastigheten och inte var direkt kopplad tillbaka på ledningen. Samtidigt sjönk den primära returtemperaturen mot den primära radiatorreturen som kan ses i Figur 5.6, vilket bekräftade att den höga returtemperaturen till stor del berodde på att VVC-lasten har varit dominerande :00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 Primär fram Primär retur Rad fram Rad retur Styrventil rad Utegivare Figur 5.6 Plottat funktionstest för radiatorsidan för kundcentral #1. I Figur 5.6 kan det ses att den primära returtemperaturen för kundcentral #1 närmade sig den sekundära radiatorreturen men att det ändå skiljde någon grad vilket var mer än vad aktuell grädigkeit borde vara vid ett sådant effektuttag Modellkontroll För kundcentral #1 och #6 gjordes en kontroll av antagandet att tappvarmvattenlasten är konstant över året, medan radiatorlasten ökar linjärt med minskande utomhustemperatur. Detta antagande ligger till grund för den modell av systemet som studien bygger på. Loggat totalt effektuttag från primärdata användes samt radiatorlasten beräknades med hjälp av aktuell utomhustemperatur. I Figur 5.7 respektive Figur 5.8 kan loggat effektuttag för 407 dagar ses som dygnsmedelvärde för kundcentral #1 respektive kundcentral #6. Effektuttagen är sorterade efter stigande utomhustemperatur. Det kan ses att effektuttaget fluktuerade kraftigt mellan de olika dagarna, men kunde över tid approximeras till att vara konstant. 47

61 Effektuttag (kw) Effektuttag (kw) Antal dagar Total effektlast Radiatorlast Varmvattenlast Figur 5.7 Effektuttaget per dygn för kundcentral #1 sorterat efter utomhustemperaturen vid de aktuella dagarna Antal dagar Total effektlast Radiatorlast Varmvattenlast Figur 5.8 Effektuttaget per dygn för kundcentral #6 sorterat efter utomhustemperaturen vid de aktuella dagarna. 48

62 5.1.4 Undersökt dimensionering Under besök vid kundcentralerna avlästes den nuvarande dimensioneringen på värmeväxlarna i de fall som de fanns utmärkta. För kundcentral #4 och #6 fanns inte de dimensionerade effekterna utmärkta och inte heller angivna i produktbladet för respektive kundcentral. För kundcentral #4 gjordes ingen vidare analys i det avseendet då den inte deltog vidare i fallstudien. Däremot för kundcentral #6 gjordes en linjär regression av totalt effektuttag och med hjälp av modellantagandet ovan beräknades en dimensionerad radiatoreffekt med 2,5 % varians. Samma sak gjordes för kundcentral #1 där resultatet låg nära den dimensionerade radiatoreffekt som avlästes på värmeväxlaren och hade en varians på 4,8 %. Generellt för tappvarmvattensystemets värmeväxlare var det angivna dimensionerade flödet stort i jämförelse med dagens riktlinjer för dimensionering. Idag utnyttjas vetskapen om sammanlagring av tappvarmvattenflöden i flerbostadshus till att dra ner det dimensionerande tappvarmvattenbehovet och på så vis kunna installera en mindre värmeväxlare. De uppskattade behoven av installerad effekt på respektive sekundärsida i de två kundcentralerna #1 och #6 kan ses i Tabell 5.2 där de jämförs med nuvarande installerad effekt för kundcentral #1. Tabell 5.2 Installerad effekt för kundcentral #1 och #6 jämfört med uppskattat behov. Kundcentral #1 #6 Nuvarande dim. rad-vvx Uppskattad dim. rad-vvx Nuvarande dim. VV-VVX Uppskattad dim. VV-VVX 38 kw - 40 kw 368 kw 1 L/s - 0,33 L/s 0,76 L/s Uppskattad radiatoravkylning Avkylningen i den sekundära radiatorkretsen antogs öka linjärt med utomhustemperaturen, men även andra parametrar så som solinstrålning och aktiviteter i fastigheten kan påverka avkylningen. En linjär anpassning gjordes av loggad sekundärdata för kundcentral #1 och #6. För kundcentral #1 togs avstickande värden bort för att få en mer korrekt kurva vilken kan avläsas i Figur 5.9. För kundcentral #6 så var det svårare att linjäranpassa avkylningen och kurvan valdes att baseras på endast en del av de loggade värdena, vilket kan ses i Figur Svart kurva motsvarar alla loggade värden, medan grå kurva motsvarar de värden som användes till den linjära anpassningen. 49

63 Temperatur ( C) Temperatur ( C) y = -0,6444x + 13,429 R² = 0, Utomhustemperatur ( C) loggad avkylning loggad avkylning till uppskalning Figur 5.9 Linjär anpassning av loggad avkylning vid varierande utomhustemperatur för kundcentral # y = -0,8189x + 15,491 R² = 0, Utomhustemperatur ( C) loggad avkylning loggad avkylning till uppskalning Figur 5.10 Linjär anpassning av loggad avkylning vid varierande utomhustemperatur för kundcentral #6. En approximerad radiatoravkylning vid fullt effektutnyttjande erhölls genom att skala upp tillgänglig sekundärdata för kundcentral #1 och #6 med hjälp av den linjära ekvationen som kan ses i Figur 5.9 respektive Figur Den approximerade radiatoravkylningen för de båda kundcentralerna kan utläsas i Figur 5.11 och Figur 5.12 som differensen mellan framledningskurvan och den approximerade radiatorreturtemperaturen. 50

64 Temperatur ( C) Temperatur ( C) Utomhustemperatur ( C) Framledning radiator Möjlig grädigkeit Prognostiserad radiatorretur Figur 5.11 Prognostiserad radiatoravkylning samt möjlig primär radiatorreturtemperatur vid varierande utomhustemperatur för kundcentral # Utomhustemperatur ( C) Framledning radiator Möjlig primär radiatorretur Prognostiserad retur radiator Figur 5.12 Prognostiserad radiatoravkylning samt möjlig primär radiatorreturtemperatur vid varierande utomhustemperatur för kundcentral #6. Den prognostiserade radiatorreturen i Figur 5.11 samt Figur 5.12 är baserade på aktuell framledningskurva samt linjäranpassad radiatoravkylning. De är beroende av den aktuella framledningskurvan på radiatorsystemet som i respektive diagram 51

65 är given av LKF och sträcker sig inom uppvärmningsintervallet -14 C till +20 C. Den möjliga primära radiatorreturtemperatur som kan uppnås i kundcentralerna kan ses i respektive figur, detta beräknat från den grädigkeit som bör uppstå vid aktuellt effektuttag i en modern värmeväxlare. Returtemperaturen på radiatorsystem ska inte minska med sjunkande utomhustemperatur som den gör speciellt i Figur Dock bygger uppskalningen av radiatoravkylningen på förutsättningen att inomhustemperaturen är konstant inom uppvärmningssäsongen vilket inte behöver vara fallet i verkligheten. Den resulterande radiatoravkylning som erhålls vid 100 % effektutnyttjande respektive avkylningen per grad förändrad utomhustemperatur inom aktuellt uppvärmningsintervall kan ses i Tabell 5.3. Tabell 5.3 Uppskattade radiatoravkylning för respektive kundcentral utifrån loggad mätdata under oktober Kundcentral #1 #6 Radiatoravkylning per grad utomhustemperatur ( C) Radiatoravkylning vid 100 % effektutnyttjande ( C) 0,75 0,90 22,5 27, Uppskattat effektbehov för varmvattencirkulation Den primära returtemperaturen på tappvarmvattensidan uppskattades ifrån loggad primärdata under nattetid i juli månad 2014 då ingen tappning skedde. Likaså uppskattades det generella effektuttaget för varmvattencirkulationen. Ifrån loggad sekundärdata från november 2014 uppskattades också generell temperatur på varmvattencirkulationen. Resultatet finns sammanställt i Tabell 5.4, det ska påpekas att mätnoggrannheten hos temperaturgivarna på primär- eller sekundärsidan har stor inverkan på mätning av små temperaturdifferenser, vilket det är frågan om här. Tabell 5.4 Uppskattade temperaturer på primär- och sekundärsida av varmvattencirkulationen samt dess generella effektuttag. Kundcentral #1 #6 Primär returtemp. VVC ( C) Effektuttag (kw) Effektuttag per lägenhet (kw/lgh) Uppskattad VVC-temp. ( C) 53,8 57,8 2,2 19,5 0,18 0,26 55,7 58,0 52

66 Temperatur ( C) Uppskattad prestanda vid varierande utomhustemperatur Respektive kundcentrals nuvarande prestanda undersöktes vid olika utomhustemperaturer och jämfördes med den möjliga grädigkeit som kan uppnås på radiatorvärmeväxlaren med modern teknik. Således erhölls den totala returtemperatur som är möjlig vid olika utomhustemperaturer, detta representerar Fall 1 senare i rapporten. För kundcentral #1 och #6 kan resultatet ses i Figur 5.13 respektive Figur Heldragna linjer baserades på loggad primärdata samt gjorda antagande, medan prickade linjer är en uppskalning av dessa värden. 110,0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Utomhustemperatur ( C) sekundär rad.framtemp. nuvarande primär rad.returtemp. primär framtemp. möjlig total returtemp. sekundär rad.returtemp. möjlig primär rad.returtemp. nuvarande total returtemp. Figur 5.13 Sammanställning av prestandan för kundcentral #1 vid varierande utomhustemperatur för Fall 1. Resulterande flödesbesparing ses i Tabell 5.9. I Figur 5.13 kan det ses att skillnaden mellan den nuvarande totala returtemperaturen och den möjligt totala returtemperaturen inte är särskilt stor för kundcentral #1. Detta då endast värmeöverföringen i radiatorväxlaren förbättrats. 53

67 Temperatur ( C) Utomhustemperatur ( C) sekundär rad.framtemp. sekundär rad.returtemp. nuvarande primär rad.returtemp. möjlig primär rad.returtemp. primär framtemp. nuvarande total returtemp. möjlig total returtemp. Figur 5.14 Sammanställning av prestandan för kundcentral #6 vid varierande utomhustemperatur för Fall 1. Resulterande flödesbesparing ses i Tabell I Figur 5.14 är skillnaden mellan nuvarande och möjligt total returtemperatur större än för kundcentral #6 men fortfarande inte markant. För att jämföra vilken inverkan en ökad avkylning har till följd av optimerad sekundärsida, utöver ökad avkylning genom ett utbyte av radiatorväxlaren, antogs att den primära returtemperaturen på tappvarmvattensidan kunde sänkas till 51 C för både kundcentral #1 och #6 genom injustering av varmvatten-cirkulationen. Kombinationen av dessa två åtgärder gav en total primär retur-temperatur vid olika utomhustemperaturer, som representerar Fall 2 senare i rapporten. Resultatet kan ses i Figur 5.15 och Figur 5.16 för respektive kund-central. Direkt kan man säga att injusteringen av varmvattencirkulationen sänker returtemperaturen vid högre utomhustemperaturer, dvs. lägre radiatorlast. 54

68 Temperatur ( C) 110,0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Utomhustemperatur ( C) sekundär rad.framtemp. nuvarande primär rad.returtemp. primär framtemp. möjlig total returtemp. sekundär rad.returtemp. möjlig primär rad.returtemp. nuvarande total returtemp. Figur 5.15 Sammanställning av prestandan för kundcentral #1 vid varierande utomhustemperatur för Fall 2. Resulterande flödesbesparing ses i Tabell I Figur 5.15 kan det ses att skillnaden mellan nuvarande och möjligt total returtemperatur ökar i Fall 2 jämfört med Fall 1 och den möjligt ökade avkylningen framförallt blir större under varmare perioder. Detta eftersom varmvattencirkulationen då har större procentuell inverkan på den totala returtemperaturen. 55

69 Temperatur ( C) sekundär rad.framtemp. nuvarande primär rad.returtemp. primär framtemp. möjlig total returtemp. Utomhustemperatur ( C) sekundär rad.returtemp. möjlig primär rad.returtemp. nuvarande total returtemp. Figur 5.16 Sammanställning av prestandan för kundcentral #6 vid varierande utomhustemperatur för Fall 2. Resulterande flödesbesparing ses i Tabell I Figur 5.16 kan det ses att i Fall 2 för kundcentral #6 ökar avkylningen avsevärt. 5.2 Påverkan på distribution och produktion Uppskattad påverkan på värmeförluster Genom beräkningar i simuleringsprogrammet Netsim erhölls de minskade värmeförlusterna på fjärrvärmenätet per grad ökad avkylning i respektive kundcentral. Resultatet kan ses i Tabell 5.5 och är baserat på effektuttagsandelarna på fjärrvärmenätet för kundcentral #1 och #6 som erhölls från Netsim, 0,02 % respektive 0,16 %. I tabellen kan även de minskade värmeförlusternas procentuella andel av kundcentralens totala upphov till värmeförluster ses. Att de är samma för de båda kundcentralerna följer av att deras effektandel på nätet utnyttjades vid beräkning av värmeförlusterna från den enskilda kundcentralen. 56

70 Tabell 5.5 Uppskattad minskning av värmeförluster per grad ökad avkylning samt procentuellt jämfört med totala värmeförluster för kundcentral #1 respektive #6, framtaget med Netsim. Tute Minskade värmeförluster Kundcentral #1 Kundcentral #6 ( C) (kw/ C) % av % av (kw/ C) effektuttag effektuttag -10 0,01 2 % 0,10 2 % 0 0,02 3 % 0,12 3 % 5 0,01 2 % 0,10 2 % 10 0,01 3 % 0,10 3 % 15 0,02 3 % 0,11 3 % Uppskattad påverkan på pumparbete Med beräkningar i simuleringsprogrammet Netsim, samt en uppskattad verkningsgrad på 75 % för distributionspumpen (Selinder & Walletun, 2009), erhölls det minskade behovet av pumpenergi på fjärrvärmenätet per grad ökad avkylning i respektive kundcentral. Resultatet kan ses i Tabell 5.6. I tabellen kan även den procentuella andelen av kundcentralens totala pumpbehov ses. Tabell 5.6 Uppskattad minskad pumpenergi per grad ökad avkylning samt procentuellt jämfört med total pumpenergi för kundcentral #1 respektive #6, framtaget med Netsim. Tute Minskat pumparbete Kundcentral #1 Kundcentral #6 ( C) (kw/ C) % av % av (kw/ C) effektuttag effektuttag -10 0,003 7 % 0,02 7 % 0 0,002 7 % 0,02 7 % 5 0,002 8 % 0,01 8 % 10 0, % 0,01 10 % 15 0, % 0,01 16 % Uppskattad påverkan på rökgaskondensering En ökad avkylnings inverkan på rökgaskondensering studerades endast för Örtofta kraftvärmeverk, detta efter uppgifter från Kraftringen om att Örtoftaverket står för största delen av värmeproduktionen på fjärrvärmenätet. Därmed har inverkan på övriga värmeverk försummats. Effektökningen i Örtoftaverket, medfört av den ökade avkylningen i respektive kundcentral, uppskattades. Detta med hjälp av effektökningen i procent av panneffekten till följd av sänkt retur-temperatur som kan ses i Figur Bränslemixen i Örtoftaverket antogs bestå av framförallt träflis eller torv, baserat på uppgift från Kraftringen. Således approximerades en 57

71 procentuell effektökning per grad ökad avkylning, resultatet kan ses i Tabell 5.7 vid aktuella temperaturintervall. För beräkning av kundcentralens inverkan på rökgaskondenseringen användes den effektandel som tidigare bestämdes med hjälp av Netsim. Detta under antagandet att Örtoftaverket endast förser Lund med fjärrvärme då effektandelen var baserad på Lund. Det antagandet var dock inte helt sant, då även Lommas och Eslövs fjärrvärmenät är kopplade till Örtoftaverket. Tabell 5.7 Uppskattad effektökning i procent av panneffekten, baserat på Figur Effektökning i % av panneffekten per grad ökad avkylning ,1 % ,3 % 5.3 Uppskattning av ekonomisk påverkan Framtida scenario För att avgöra den ekonomiska effekt ett utbyte av en kundcentral kan ha i framtiden ställdes ett scenario upp. För att skapa ett möjligt framtida scenario utnyttjades normalårskorrigerade utomhustemperaturer i Lund för respektive månad, enligt Tabell 5.8. De normalårskorrigerade temperaturerna var baserade på mätdata från och sammanställda för två olika mätstationer i Lund. Den potentiellt förbättrade avkylning som kan erhållas vid ett utbyte av kundcentral, enligt Figur Figur 5.16, applicerades således på detta scenario och de resulterande energibesparingarna kan ses i avsnitt Returtempintervall ( C) Tabell 5.8 Normalårskorrigerade medelutomhustemperaturer (SMHI, 2014). Månad Medelutomhustemperatur ( C) Jan -0,7 Feb -0,6 Mar 1,9 Apr 6,0 Maj 11,3 Jun 15,3 Jul 16,7 Aug 16,5 Sep 13,0 Okt 9,2 Nov 4,6 Dec 1,2 58

72 5.3.2 Resulterande energibesparing Med hjälp av den påverkan på värmeförluster, pumparbete och rökgaskondensering som tidigare bestämdes i avsnitt 5.2 applicerades den möjliga sänkning av returtemperaturen som erhölls i Figur 5.13 respektive Figur 5.14, dvs. från det tidigare beskrivna Fall 1, på det givna scenariot. I Fall 1 ökar avkylningen i värmeväxlaren på radiatorsidan, medan avkylningen på tappvarmvattensidan hålls konstant. De resulterande energibesparingar som då beräknas kan ses i Tabell 5.9 och Tabell 5.10 för respektive kundcentral. Tabell 5.9 Sammanställning av resulterande besparingar för kundcentral #1 vid Fall 1 för givet framtida scenario. Ökad avkylning ( C) Avkyl. ökning (%) Flöde Värmeförluster (kwh) Pumparbete (kwh) Rökgaskondensering (kwh) (m 3 ) Jan 1,3 2,9 % Feb 1,3 2,9 % Mar 1,2 2,9 % Apr 1,1 3,3 % Maj 0,8 3,0 % Jun 0, Jul 0, Aug 0, Sep 0,5 2,3 % Okt 1,4 4,5 % Nov 1,0 2,7 % Dec 1,3 3,0 % Totalt (per år) Årlig andel (%) - 3,2 % 1,1 % 4,3 % - 59

73 Tabell 5.10 Sammanställning av resulterande besparingar för kundcentral #6 vid Fall 1 för givet framtida scenario. Ökad avkylning ( C) Avkyl. ökning (%) Flöde Värmeförluster (kwh) Pumparbete (kwh) Rökgaskondensering (kwh) (m 3 ) Jan 3,8 7,9 % Feb 3,8 8,0 % Mar 3,6 8,3 % Apr 2,4 6,3 % Maj 1,1 3,6 % Jun 0, Jul 0, Aug 0, Sep 0,6 2,4 % Okt 2,0 6,2 % Nov 2,4 5,8 % Dec 3,9 8,8 % Totalt (per år) Årlig andel (%) - 6,8 % 2,4 % 10,6 % - Det kan från Tabell 5.9 och Tabell 5.10 konstateras att de generellt fanns större potentiell besparing av energi för kundcentral #6 än kundcentral #1. Det överensstämmer med tidigare konstaterande att det fanns större potential till ökad avkylning för kundcentral #6 och således även större flödesbesparing. Även den möjliga sänkning av returtemperaturen för respektive kundcentral för Fall 2 som erhölls ur Figur 5.15 och Figur 5.16 applicerades på det givna scenariot. De resulterande energibesparingarna kan ses i Tabell 5.11 respektive Tabell

74 Tabell 5.11 Sammanställning av resulterande besparingar för kundcentral #1 vid Fall 2 för givet framtida scenario. Ökad avkylning ( C) Avkyl. ökning (%) Flöde Värmeförluster (kwh) Pumparbete (kwh) Rökgaskondensering (kwh) (m 3 ) Jan 2,1 4,6 % Feb 2,1 4,6 % Mar 2,1 5,2 % Apr 2,6 7,6 % Maj 3,2 11,5 % Jun 3,0 17,7 % Jul 3,0 22,2 % Aug 3,0 21,2% Sep 3,1 13,4 % Okt 3,3 10,5 % Nov 2,3 6,5 % Dec 2,1 4,9 % Totalt (per år) Årlig andel (%) - 8,5 % 3,0 % 9,8 % - Tabell 5.12 Sammanställning av resulterande besparingar för kundcentral #6 vid Fall 2 för givet framtida scenario. Flöde Ökad avkylning ( C) Avkyl. ökning (%) Värmeförluster (kwh) Pumparbete (kwh) Rökgaskondensering (kwh) (m 3 ) Jan 5,3 10,9 % Feb 5,3 11,0 % Mar 5,4 12,3 % Apr 5,0 13,3 % Maj 6,3 20,5 % Jun 6,7 35,9 % Jul 6,8 48,1 % Aug 6,8 45,4 % Sep 6,5 25,0 % Okt 6,0 18,2 % Nov 4,5 11,0% Dec 5,5 12,4 % Totalt (per år) Årlig andel (%) - 15,6% 6,9 % 22,8 % - 61

75 Precis som tidigare konstaterades var besparingspotentialen större för båda kundcentralerna i Fall 2. Procentuellt var den potentiella energibesparingen större för pumparbetet än för värmeförlusterna. Detta kan bero på att inverkan på värmeförlusterna endast sker på returledningen och inte på framledningen, medan för pumpen gäller det minskade flödet för hela transportsträckan Resulterande ekonomisk besparing Med de energibesparingar som sammanställdes i Tabell 5.9 till Tabell 5.12 beräknades den resulterande ekonomiska besparingen för respektive kundcentral för både Fall 1 och 2. Läsaren ombeds notera att skillnaden i energibesparing, och således kostnadsbesparing, mellan Fall 2 och Fall 1 inte har med ett fysiskt utbyte av kundcentralen att göra utan beror på injustering av den sekundära sidan. Fall 2 ger istället en uppfattning om de kostnadsbesparingar som kan följa av en enkel injustering av varmvattencirkulationen. För Örtofta kraftvärmeverk uppskattades marginalkostnaden för värmeproduktionen till 22 kr/mwh enligt uppgift från Kraftringen. Detta baserades på november 2014, men antogs kunna appliceras på hela året. Den låga marginalkostnaden beror på att Örtoftaverket primärt producerar elektricitet och intäkterna för elproduktionen till stor del täcker kostnader för värmeproduktionen. Därmed kommer marginalkostnaden för värmeproduktionen att variera med elpriset. Marginalkostnaden tillämpades på de energibesparingar som medförde besparing av värmeproduktion, dvs. värmeförluster och rökgas-kondensering. För minskad pumpenergi tillämpades medelvärdet av de två senaste årens elpris, 0,37 kr/kwh (Nord Pool Spot, 2014) samt tillkomst av 2015 års energiskatt på 0,5öre/kWh för industrier. Beräkningarna där angiven marginalkostnad samt uppskattat elpris används kallas för Scenario A. Då det fanns osäkerheter vad gällde bestämningen av marginalkostnaden samt elpriset gjordes även ett Scenario B för att avgöra dess inverkan på resultatet. I Scenario B ökades marginalkostnaden med en faktor 10 och elpriset ökades med en faktor 2. Att marginalkostnaden tilläts öka med en faktor 10 berodde på att det ansågs vara en rimlig nivå om inte intäkterna från elproduktionen hade vägts in vid bestämning av marginalkostanden i Scenario A. Däremot ansågs det inte vara rimligt att elpriset ökades med en sådan faktor, även en fördubbling ansågs vara i överkant men används för att illustrerar dess inverkan. De resulterande totala kostnadsbesparingar som fjärrvärmebolaget kan erhålla till följd av den ökade avkylningen i Fall 1 och Fall 2 för kundcentral #1 och #6 kan ses i Tabell 5.13 för Scenario A, respektive Tabell 5.14 för Scenario B. Detta tillsammans med kostnadsbesparing i förhållande till sparat flöde. Den aktuella 62

76 sammansättningen av de totala kostnaderna som presenteras i tabellen kan ses i Tabell 5.15 för respektive fall och scenario. Tabell 5.13 Totala kostnadsbesparingar samt förhållandet till sparat flöde, för kundcentral #1 och #6 i Fall1 och 2 vid Scenario A. Totala kostnadsbesparingar till följd av ökad avkylning (kr/år) Kundcentral #1 Kundcentral #6 Fall 1 - A Fall 2 - A ,09 kr/m 3 0,11 kr/m 3 Enligt resultatet i Tabell 5.13 kan det direkt konstateras att de kostnadsbesparingar som kan göras enligt Scenario A är små, både i Fall 1 och i Fall 2. Totalt motsvarar det ungefär 10öre per kubikmeter sparat flöde. Tabell 5.14 Totala kostnadsbesparingar samt förhållandet till sparat flöde, för kundcentral #1 och #6 i Fall1 och 2 vid Scenario B. Totala kostnadsbesparingar till följd av ökad avkylning (kr/år) Kundcentral #1 Kundcentral #6 Fall 1 - B Fall 2 - B ,58 kr/m 3 0,69 kr/m 3 När både marginalkostnaden och elpriset skalas upp till betydligt högre nivåer i Scenario B ökar också kostnadsbesparingarna, vilket kan ses i Tabell Kostnadsbesparingen per kubikmeter sparat flöde ökar med en faktor > 6. Tabell 5.15 Sammansättningen av kostnadsbesparingarna i Tabell 5.13 och Tabell Sammansättning av kostnadsbesparingar Fall 1 Fall 2 Kundcentral #1 Kundcentral #6 Scenario A Scenario B Scenario A Scenario B Värmeförluster 25 % 41 % 23 % 38 % Pumparbete 50 % 16 % 50 % 17 % Rökgaskond. 26 % 43 % 27 % 45 % Värmeförluster 29 % 46 % 30 % 47 % Pumparbete 45 % 14 % 46 % 15 % Rökgaskond. 25 % 40 % 24 % 39 % 63

77 I Tabell 5.15 kan det ses att sammansättningen av kostnadsbesparingarna varierar från Scenario A till Scenario B. Detta beror på att marginalkostanden och elpriset ändrades med olika faktorer. Sammansättningen är däremot ungefär samma för Fall 1 och Fall 2 för respektive kundcentral inom samma scenario. Om hela nätet skulle öka sin avkylning i samma utsträckning som kundcentral #6, enligt Tabell 5.10, skulle kostnaderna för värmeproduktionen och pumparbetet kunna minska enligt Tabell Detta förutsatt att kundcentralerna sen innan ligger på samma nivå som kundcentral #6. Tabell 5.16 Sparade årliga kostnader enligt Fall 1 och Fall 2 om hela nätet ökar avkylningen som kundcentral #6. Sparad produktionskostnad (kr/år) Sparad elkostnad (kr/år) Totalt (kr/år) Värmeförlustekondensering Rökgas- Pumparbete Fall 1 - A Fall 1 - B Fall 2 - A Fall 2 - B Med resultatet i Tabell 5.16 kan det konstateras att de årliga kostnadsbesparingarna blir betydligt större om samma förbättring sker i hela nätet jämfört med endast i den enskilda kundcentralen. Enligt uppgift från Kraftringen debiteras deras kunder 3,50 kr/m 3 i flödesavgift. Som en jämförelse mot resultatet i Tabell 5.13 och Tabell 5.14 beräknades den kostnadsbesparing som flödesbesparingen ger i Fall 1 respektive Fall 2, där resultatet kan ses i Tabell Tabell 5.17 Potentiellt sparad kostnad för respektive kundcentral i Fall 1 och Fall 2 då flödeskostnaden antas vara 3,50 kr/m 3. Sparad flödeskostnad till följd av ökad avkylning (kr/år) Kundcentral #1 Kundcentral #6 Fall Fall

78 5.3.4 Livscykelkostnadskalkyl De sparade kostnaderna för respektive kundcentral jämfördes med investeringsoch installationskostnaderna för en ny kundcentral. Enligt uppgift från Kraftringen kostar en ny kundcentral med korrekt dimensionering enligt Tabell För livscykelkostnadskalkylen tillämpades Kraftringens generella kalkylränta på 9 % samt en kalkylperiod på 10 år, vilket ansågs vara en rimlig överskådlig framtid och alltså antogs vara en realistisk ekonomisk livslängd, därmed finns inget restvärde kvar för kundcentralen efter perioden. Alternativet hade varit att använda den tekniska livslängden för kundcentralen, men då den kan tänkas uppgå i ca 30 år antogs detta inte vara en realistisk tid att göra en kalkyl på. 30 år framåt i tiden är det osäkert vad det finns för värmebehov och vilka förutsättningar som förändrats för fastigheten. Tabell 5.18 Kraftringens ungefärliga investerings- och installationskostnader för kundcentraler av dimensionering enligt kundcentral #1 och #6. Grundinvestering (kr) Kundcentral #1 Kundcentral #6 Investeringskostnad Installationskostnad Dagens kostnad för investeringen av en ny kundcentral när framtida årliga besparingar till följd av ökad avkylning inkluderades kallas här för LCC-kostnad, även om en total LCC-kostnad annars ska involvera alla ekonomiska aspekter. Ingen hänsyn togs till driftskostnader, risker, etc. Resultatet kan ses som skillnaden mellan nollalternativet, dvs. inget utbyte av kundcentralen, och ett utbyte av kundcentralen mot modern teknik. Detta med avseende på ökad avkylning ur fjärrvärmebolagets perspektiv, när energibesparing på fjärrvärmenätet och i värmeproduktionen erhålls. Resultatet presenteras i Tabell Tabell 5.19 LCC-kostnad m.a.p. ökad avkylning beräknad utifrån grundinvestering samt besparade kostnader enligt Fall 1 och 2, samt Scenario A och B för kundcentral #1 och #6. LCC-kostnad (kr) Kundcentral #1 Kundcentral #6 Fall 1 - A Fall 1 - B Fall 2 - A Fall 2 - B

79 För att investeringen ska vara lönsam inom kalkylperioden skulle LCC-kostnaden, i detta fall, vara under 0 kr. Detta eftersom investeringen jämfördes med nollalternativet, dvs. inget utbyte av kundcentralen. Det kan direkt ses från resultatet i Tabell 5.19 att så inte är fallet ur fjärrvärmebolagets perspektiv. För att se vad investeringen kan ha för LCC-kostnad för fastighetsägaren LKF användes det sparade flöde som kunde erhållas med en ökad avkylning och den sparade flödesavgiften applicerades som en framtida årlig besparing. Resultatet kan ses i Tabell Tabell 5.20 LCC-kostnad m.a.p. ökad avkylning beräknad utifrån grundinvestering och sparad flödesavgift enligt Fall 1 och Fall 2 för kundcentral #1 och #6. LCC-kostnad (kr) Kundcentral #1 Kundcentral #6 Fall Fall Ur kundens perspektiv blev LCC-kostnaden mindre än för fjärrvärmebolaget, men inte heller då var investeringen lönsam inom kalkylperioden. Detta kan ses då resultatet i Tabell 5.20 ligger långt över 0 kr. Känslighetsanalys För att avgöra hur valet av kalkylperiod och kalkylränta inverkade på resultatet gjordes en känslighetsanalys för LCC-kostnaden genom att variera de två parametrarna. Detta gjordes endast för Fall 1 då det är fallet som påverkas av ett utbyte av kundcentralen. Kalkylperioden ändrades till 30 år (uppskattad teknisk livslängd) medan Kraftringens kalkylränta på 9 % behölls. Därefter ändrades kalkylräntan till 5 % för att visa inverkan på resultatet om de framtida kostnadsbesparingarna var mer värda. Samtidigt behölls den ekonomiska livslängden på 10 år. Resultatet för fjärrvärmebolaget kan ses i Tabell 5.21, samt för kunden i Tabell

80 Tabell 5.21 LCC-kostnad m.a.p. ökad avkylning beräknad utifrån grundinvestering samt besparade kostnader enligt Fall 1 samt Scenario A och B för kundcentral #1 och #6 då kalkylperiod och kalkylränta varieras. Fall 1 - A Fall 1 - B LCC-kostnad (kr) Kundcentral #1 Kundcentral #6 30 år, 9 % år, 5 % år, 9 % år, 5 % Tabell 5.22 LCC-kostnad m.a.p. ökad avkylning beräknad utifrån grundinvestering och sparad flödesavgift enligt Fall 1 för kundcentral #1 och #6 då kalkylperiod och kalkylränta varieras. Fall 1 LCC-kostnad (kr) Kundcentral #1 Kundcentral #6 30 år, 9 % år, 5 % Genom att jämföra resultatet i Tabell 5.21 från känslighetsanalysen med resultatet i Tabell 5.19 kan det konstateras att en förändring av kalkylräntan eller kalkylperioden inte ger en stor skillnad på resultatet av de potentiella kostnadsbesparingarna för fjärrvärmebolaget. Det samma gäller för kunden om resultatet i Tabell 5.22 jämförs med Tabell

81 6 Analys och diskussion Här analyseras och diskuteras resultatet från fallstudien ur ett realitetsperspektiv. Tre tillvägagångssätt för att öka avkylningen i en kundcentral konstateras samt att de främsta felkällorna i studien tas upp. För de två kundcentraler som genomgått analysen av den ekonomiska lönsamheten att byta ut dem mot modern teknik, kan det konstateras att resultatet skiljer sig åt. Det finns för kundcentral #6 en större potential till ökad avkylning än för kundcentral #1. Då värmelasten för kundcental #6 är större än för kundcentral #1 resulterar den ökade avkylningen även i en större flödesminskning. Av detta följer att de möjliga kostnadsbesparingar som kan erhållas utifrån flödesminskningar är större för kundcentral #6 än kundcentral #1, även om skillnaderna är små. Urval och diagnostisering Det första urvalet av kundcentraler baserades på överkonsumtionsdata uppmätt under september månad. Det insågs i slutet av studien att överkonsumtionen i september inte behövde vara representativ för resten av året, detta eftersom radiatorlasten normalt är låg under den perioden och tappvarmvattenlasten dominerar. Det visade sig vid diagnostiseringen att temperaturen på varmvattencirkulationen låg på en onödigt hög nivå och att detta skulle kunna vara en anledning till överkonsumtionen av flöde. Uppfattningen blev att LKF:s kundcentraler överlag presterar bra, men när detta upptäcktes fanns inget utrymme inom arbetets tidsram att göra om urvalet. Med funktionstestet förutspåddes dock en viss besparingspotential vad gäller att minska den grädigkeit som uppstod över radiatorvärmeväxlaren. Därför fick LKF:s kundcentraler genomgå en fortsatt analys. Modellantagande och dimensionering Modellantagandet att tappvarmvattenlasten är konstant över året och radiatorlasten ökar linjärt med avtagande utomhustemperatur antogs vara godtagbart utifrån Figur 5.7 och Figur 5.8. I graferna varierade tappvarmvattenlasten relativt kraftigt från dag till dag, men detta förhållande antogs jämna ut sig när ett antal dagar studerades. Även bestämningen av radiatorvärmeväxlarens dimensionering antogs godtagbart då de resultat som itererades fram ifrån primärdata för kundcentral #1 och kundcentral #6 hade en varians på endast 4,8 % respektive 2,5 %. Radiatoravkylning och varmvattencirkulation Uppskalningen av radiatoravkylningen är en osäkerhetsfaktor för resultatet då de loggade temperaturerna är beroende av om solen värmde upp eller vinden kylde av fastigheten när loggningarna gjordes. Dessa inverkningar är dessutom som störst 68

82 under vår och höst. Likväl har fastighetens förmåga att bevara värmeenergin inverkan på resultatet. Med den linjära uppskalningen antogs denna faktor övervinnas då loggningar från flertalet dagar med varierande förhållande användes. Den resulterande radiatoravkylningen för kundcentral #6 är betydligt osäkrare än för kundcentral #1 med tanke på dess fluktuerande beteende samt att uppskalningen av radiatoravkylningen vid fullt effektutnyttjande var hög. Då kundcentral #6 förser fler antal hushåll med värme än kundcentral #1, men i liknande byggnader, innebär det fler ytterväggar som avger värme, samt längre transportsträckor mellan fastigheterna. På så vis kan värmeförlusterna tänkas vara större för kundcentral #6. Även loggningarnas tidsintervall för sekundärdata har varit större för kundcentral #6 än för kundcentral #1 vilket gett sämre upplösning på graferna. En annan osäkerhetsfaktor för resultatet är antagandet om att varmvattencirkulationen har ett konstant beteende. Ett konstant effektuttag året om känns relevant även om avkylningen misstänks öka lite vintertid. Frågan är om reglering är så pass bra att den primära returtemperaturen även vid högre framledningstemperaturer når ner till samma nivå som under sommartid, då den uppskattades. Prestanda Det kan generellt konstateras att kundcentral #6 har större besparingspotential än kundcentral #1, både vad gäller Fall 1 och Fall 2. Skillnaden mellan den nuvarande och den möjliga totala returtemperatur är med andra ord större för kundcentral #6 vilket konstateras genom att studera Figur 5.13 till Figur Självfallet finns en viss osäkerhet kring resultatet då de heldragna linjerna är baserade på medelvärden och bygger på antagandet att husdynamikens variation övervinns. Likväl bygger också resultatet på att antagandet om att varmvattencirkulationens beteende är konstant. Resultatet antas ge en uppfattning om storleksordningen på den potentiella avkylningsökning som skulle kunna erhållas med ett utbyte av kundcentralen. De prickade linjerna är uppskalning av de loggade värdena, anpassade för att matcha kundcentralens övergripande funktion, och är därmed en väldigt grov uppskattning av kundcentralens prestanda vid högre eller lägre temperaturer. Värmeförluster, pumparbete och rökgaskondensering De uppskattade besparingarna av värmeförluster samt pumparbete i fjärrvärmenätet när kundcentral #1 eller kundcentral #6 ökar sin avkylning är inte helt linjära mot utomhustemperaturen. En förklaring till detta kan vara att vid simuleringarna vid olika utomhustemperaturer har dels framledningstemperaturen men även returtemperaturen legat på olika nivåer. Det kan ha orsakat en större besparing i vissa fall och en mindre besparing i andra, men det antas att resultatet ändå ger en 69

83 godtycklig uppskattning om storleksordningen på de potentiellt sparade värmeförlusterna och pumparbete. En nackdel med användandet av Netsim är att returtemperaturen inte går att variera över tid och därmed är resultatet ett momentant värde. Likväl går returtemperaturen inte att ändra hos den individuella kundcentralen utan hela nätet måste tilldelas samma returtemperatur. Därmed föreligger ytterligare en viss osäkerhet i resultatet. Vid beräkning av möjlig ökad rökgaskondensering vid värmeproduktionen studerades endast Örtofta kraftvärmeverk. Detta utifrån ett uppskattat varaktighetsdiagram från Kraftringen för värmeproduktionen år 2015 vilket antogs representera ett normalår. Detta även om Kraftringens produktionsmix förutspås ändras i framtiden med nya värmeåtervinningsprojekt samt att värmebehovet varierar från år till år. Resultatet blir en uppskattning om storleksordningen på returtemperaturens inverkan på rökgaskondenseringen, dels då rökgaskondensering även sker i några av Kraftringens övriga anläggningar, dels då beräkningarna är gjorda på att rökgaskondensering i Örtoftaverket sker under alla drifttimmar. För att förenkla de ekonomiska beräkningarna antogs det ökade effektuttaget i kraftvärmeverkets panna inte ersätter någon annan produktion, t.ex. dyr spetsproduktion vid topplast. Istället antas det endast ge en effektökning i verket. Detta antogs vara ett korrekt resonemang utifrån att en ökad avkylning endast görs i en enskild kundcentral, men om en ökad avkylning skulle erhållas i ett större antal kundcentraler skulle detta antagande kunna vara en stor felkälla i resultatet. Scenario och besparingar Scenariot som ställs upp, dvs. att utomhustemperaturen för varje månad under ett normalår inträffar, antas vara ett bra sätt att framställa den potentiella avkylningsökningen i framtiden. På så vis skalas besparingarna upp för en tid framöver. Den resulterande energibesparingen per år blir väldigt liten för de båda kundcentralerna i Fall 1, för att i Fall 2 bli något större. Då ska det noteras att det i Fall 2 inte handlar om ett utbyte av kundcentralen utan endast en injustering av varmvattencirkulationen. Både marginalkostnaden för värmeproduktion samt elpriset kan tänkas öka i framtiden och framförallt variera över året, men är i Scenario A approximerat till att vara konstant över året. Likväl är de parametrarna konstanta i Scenario B, men där kraftigt uppskalade för att avgöra dess inverkan på resultatet. Kostnaderna som sparas in är därmed ungefärliga, men uppvisar inom vilken storleksordning man kan förvänta sig en kostnadsbesparing. Om däremot hela nätet skulle öka sin avkylning likt kundcentral #6 skulle det medföra en större årlig kostnadsbesparing för fjärrvärmebolagets del. 70

84 När kostnadsbesparingarna istället beräknades ur kundens perspektiv, vilket är det mest korrekta att göra i detta fall eftersom kunden är ägare till kundcentralen i Lund, tillämpades den flödesavgift som Kraftringen använder. Med en flödesavgift på 3,50 kr/m 3 så är kostnadsbesparingen väsentligt större än den besparing som kan ses för Kraftringen i både Scenario A och B på ca 10 respektive 65 öre/m 3. Livscykelkostnadskalkyl I en vanlig LCC-kalkyl kan två alternativ jämföras, men i detta fall jämfördes investeringen mot nollalternativet, dvs. att den nuvarande kundcentralen behålls. Den LCC-kostnad som beräknades motsvarar vad investeringen kostar i dagsläget och bör vara under 0 kr för att investeringen ska vara lönsam inom kalkylperioden. En kalkylperiod på 10 år användes, vilket antas vara en realistisk ekonomisk livslängd, tillsammans med Kraftringens generella kalkylränta på 9 % vid beräkning av LCC-kostnaden för de olika fallen och scenarierna. Enligt resultatet i Tabell 5.19 samt Tabell 5.20 är det inte ekonomiskt lönsamt, med endast avseende på ökad avkylning, att byta de studerade kundcentralerna varken ur fjärrvärmebolaget eller ur kundens perspektiv. Detta även för Scenario B då marginalkostnaden och elpriset ökats kraftigt. En känslighetsanalys gjorde för LCC-kostnadsberäkningen genom att öka den kalkylperioden och minska kalkylräntan. Detta gav dock inget större utslag och investeringen kunde fortfarande inte klassas som lönsam. 6.1 Tillvägagångssätt för att öka avkylningen Sammanfattningsvis kan man säga att avkylningen i en kundcentral kan förbättras med tre olika tillvägagångssätt: 1. Injustering radiator/varmvattencirkulation 2. Dimensionering/ny värmeväxlare 3. Styrning/driftoptimering Det första tillvägagångssättet, injustering av radiatorkrets och/eller varmvattencirkulation, bör göras innan de andra tillvägagångssätten tillämpas. Returtemperaturen är direkt beroende av de returtemperaturer som uppstår på de sekundära sidorna. Just injusteringen av radiatorkretsen har från tidigare studier och erfarenhet i branschen konstaterats vara oerhört viktigt för returtemperaturen. Utifrån den begränsade erfarenhet som erhållits genom denna studie är uppfattningen att injustering av sekundära radiatorsystem är vanligt att göra, eller 71

85 åtminstone finns vetskapen om att det bör göras. Däremot är injustering av tappvarmvattensidan inte lika vanligt. Även om värmelasten till varmvattencirkulationen inte är lika stor som radiatorlasten under uppvärmningsperioden, tyder resultatet i denna studie på att det är av vikt att erhålla en bra temperatur även på varmvattencirkulationen. Cirkulationsflödet kan optimeras alternativt tilloppstemperaturen på varmvattnet justeras, för att hålla varmvattencirkulationen på ca 50 C. Ifrån resultatet i studien konstaterades det att de totala kostnadsbesparingarna på ett år mer än dubblades i Fall 2 där, utöver en ökad avkylning på radiatorkretsen, varmvattencirkulationen injusterades till att hålla några grader lägre temperatur på den primära returen. Även om det handlar om mindre summor för den enskilda kundcentralen tyder det på att det totalt i nätet kan ligga en besparingspotential i att injustera varmvattencirkulationen. Det andra tillvägagångssättet är i huvudfokus i detta arbete då avkylningen i en kundcentral kan förbättras genom installation av en ny värmeväxlare alternativt en ny dimensionering av värmeväxlare. En felaktig dimensionering ger, som tidigare nämnts i teorin, en dålig avkylning alternativt en dålig reglering. Med en ny värmeväxlare kan man tänkas förbättra avkylning både i form av korrekt dimensionering men också genom att övervinna eventuell försmutsning av värmeväxlarplattorna. Med modern teknik kan också värmeöverföringen samt regleringen optimeras. I denna studie är detta applicerat på radiatorvärmeväxlaren och enligt resultatet finns det en viss besparingspotential vad gäller ökad avkylning och minskad kostnad. Däremot kan det konstateras att besparingspotentialen inte är tillräckligt stor för att investeringen av en ny kundcentral ska vara lönsam inom 10 år. Styrning/driftoptimering av kundcentralen är det tredje tillvägagångssättet för att öka avkylningen i kundcentralen. Driftövervakningssystem ger tillgång till kontinuerlig övervakning av kundcentralens prestanda och orsaker som påverkar returtemperaturen kan enklare och snabbare identifieras. Här kan felaktigt börvärde på varmvattencirkulationen eller radiatorkretsens värmekurva upptäckas. Lägre temperaturer på de sekundära sidorna skulle direkt kunna optimera energianvändningen och därmed ge minskade energikostnader. Med hjälp av inställningar som en maxeffektbegränsning, returtemperaturbegränsning eller returtemperaturdifferensbegränsning kan returtemperaturen direkt optimeras utan att det krävs en fysisk åtgärd. Vidare kan även driften optimeras genom att använda t.ex. vindgivare eller inomhustemperaturgivare som reglerar radiatorkurvan utefter de aktuella förhållandena. Det optimerar returtemperaturen på radiatorkretsen och således även den primära returtemperaturen. Genom ett sådant övervakningssystem kan också en effektivare injustering av den värmekurva som används i radiatorsystemet göras. På så vis kan ofta returtemperaturen sänkas ytterligare. 72

86 6.2 Felkällor Resultatet i studien är baserat på flertalet antagningar och förenklingar och det föreligger därmed en viss osäkerhet om dess överensstämmande med verkligheten. Framförallt föreligger osäkerheter kring kundcentralens nuvarande prestanda, vilka hade kunnat minimeras om loggad sekundärdata hade funnits tillgänglig i större utsträckning. Som tidigare diskuterats antogs varmvattencirkulationens beteende vara konstant över året samt att uppskalningen av radiatoravkylningen var osäker och då framförallt för kundcentral #6. Temperaturgivarnas tillförlitlighet kan ifrågasättas utefter resultatet från funktionstestet samt vid jämförelse mellan loggningar från primär- och sekundärdata. Om temperaturgivarna inte har stämt helt i förhållande till varandra kan det ha haft en stor inverkan på resultatet. En annan osäkerhet ligger i den utomhustemperatur som använts för bestämning av kundcentralens nuvarande prestanda. Då primärdata fick användas för studien skedde ingen loggning av utomhustemperaturen vid respektive fastighet. Istället användes Kraftringens temperaturgivare som var placerad i Värpinge i Lund. Därmed kan den faktiska utomhustemperaturen, som kundcentralens radiatorsystem har styrt efter, skilja sig från Kraftringens loggningar. Då Netsim använts för bestämning av den ökade avkylningens inverkan på värmeförluster och pumparbete föreligger också en viss osäkerhet till resultatet. Framförallt bygger inte modellen på samma förutsättningar som den övriga studien vad gäller temperaturnivå i nätet samt effektuttag hos kundcentralen. Netsim har ändå förutsatts ge en uppfattning om storleksordningen och det exakta resultatet ska ses som en grov uppskattning. Även avkylningens inverkan på rökgaskondenseringen i Örtoftaverket är en kraftig förenkling och uppskattning. Vidare applicerades kundcentralens effektandel från Netsim, som endast studerar Lunds fjärrvärmenät, även på Örtoftaverket men i verkligheten kan denna effektandel vara betydligt lägre. Vidare har även marginalkostnaden för värmeproduktionen i Örtoftaverket samt elpriset varit baserade på uppskattningar och representerar inga exakta kostander. Det har heller inte inkluderats andra positiva effekter av sänkt returtemperatur t.ex. som att det kan öka elproduktionen i kraftvärmeverket och därmed ge en intäkt, eller att mer av den värme som produceras kan säljas, dvs. att leveranskapaciteten ökar. Resultatet förutsätts därmed indikera en storleksordning av de kostnadsbesparingar som skulle kunna uppnås. 73

87 7 Slutsatser Här ges en avslutande slutsats för fallstudien, följt av ett kort sammanställt förslag kring framtida satsningar. Genom fallstudien har det visat sig att den ekonomiska vinsten som kan erhållas genom ökad avkylning inte i sig motiverar ett utbyte av en kundcentral i förtid. Det har genom fallstudien även indikerats att det finns ytterligare avkylningspotential att hämta genom att göra förändringar på de sekundära sidorna, som inte har med själva kundcentralen att göra. Med tanke på de osäkerheter som föreligger i studien ska resultatet ses som en uppskattning om vilken ekonomisk lönsamhet ett utbyte av kundcentralen kan ha. Dessutom finns det andra faktorer som påverkar lönsamheten av ett utbyte, så som att det kan medföra förändrade underhållskostnader eller minska risken för haveri. Hade kundcentralen bytts ut mot modern teknik hade också en smartare styrning kunnat appliceras vilket hade medfört en större garanti för en lägre returtemperatur. Genom att endast studera en ökad avkylnings inverkan på den ekonomiska lönsamheten har resultatet begränsats och det kan tänkas att om dessa andra faktorer vägts in hade utvärderingen kunnat få ett annorlunda resultat. Om samma avkylningsökning som i kundcentral #6 gjordes för hela nätet handlar det om en större årlig besparing för fjärrvärmebolaget, men det skulle kräva stora investeringskostnader. Däremot konstaterades det att en sänkning av temperaturen på varmvattencirkulationen för kundcentral #6 mer än dubblade den kostnadsbesparing som endast en ny radiatorväxlare gav. Med det i åtanke kan det vara aktuellt i framtiden att satsa på informationskampanjer om injustering av varmvattencirkulationen. Vidare har studien också visat att den ekonomiska vinst som Kraftringen gör för varje kubikmeter sparat flöde inte motsvarar det ekonomiska incitament som kunderna erhåller genom flödesavgiften, som är mycket större. För att skapa ett incitament hos kunden är det rimligt att sätta en relativt hög flödesavgift. Med ett avgift-/bonussystem skulle incitamentet misstänkas öka ytterligare då kunden dessutom har möjlighet att tjäna motsvarande. Eventuellt skulle flödesavgiften i ett sådant system även kunna vara högre för att driva på optimeringen av avkylningen hos kundcentralerna på fjärrvärmenätet. Ett resultat från studien är också den metodik som togs fram och applicerades i fallstudien. Metodiken som uppskattar prestanda på kundcentraler samt vinster av att öka avkylningen i fjärrvärmenätet kan tillämpas på andra kundcentraler i andra 74

88 fjärrvärmenät. Resultatet i fallstudien är inte direkt generaliserbart då det endast bygger på analysen av två kundcentraler, men det kan misstänkas att det för många kundcentraler föreligger ett liknande behov av injustering av de sekundära sidorna före alternativet att göra ett totalutbyte av kundcentralen. Genom att tillämpa den metodik som tagits fram kan en sådan analys göras även för andra kundcentraler. För att erhålla ett mer tillförlitligt resultat i studien borde mer arbete ha lagts bakom urvalet av kundcentraler. I efterhand kan det konstateras att även samarbetsmöjligheter med andra fastighetsbolag borde ha undersökts. För ett bättre urval kan det tänkas vara lämpligare att jämföra kundcentralernas överkonsumtion av flöde med hela fjärrvärmenätets medelavkylning istället för LKF:s medelavkylning som har visat sig överlag vara bra. Det hade tidigare kunnat ge tidigare inblick i att de utvalda kundcentralerna inte var så stora flödesförbrukare i sammanhanget. 7.1 Fokus för framtida studier För att erhålla ett mer tillförlitligt resultat av den ekonomiska lönsamheten att byta ut en kundcentral före dess tekniska livslängd kan anses vara över, behöver fler aspekter och faktorer vägas in i utvärderingen än endast den ökade avkylningen. T.ex. skulle förbättringspotentialen av returtemperaturen genom optimerad styrning kunna studeras för att avgöra vikten av att installera modern teknik. Med samma utgångspunkt som denna studie, att öka avkylningen, kan studier göras för att analysera den ekonomiska lönsamheten med att byta ut delar av kundcentralen. T.ex. endast plattpaket eller styrventiler. Resultatet hade kunnat jämföras med denna studies resultat som är baserad på kostnaden av ett totalt utbyte av kundcentralen. Vidare fallstudier om varmvattencirkulationens inverkan på ökad avkylning hade kunnat fördjupa förståelsen kring dess betydelse och således eventuellt skapa incitament för att göra satsningar inom detta område. 75

89 8 Referenser Här presenteras de referenser som använts i rapporten. Alfa Laval, Single-pass BHE. Tillhandahållen av: Alfa Laval. Alsbjer, M. & Wahlgren, P., Fjärrvärmecentraler 10år - håller de måttet?, Stockholm: Svensk Fjärrvärme AB. Boverket, Boverkets byggregler, BBR21, 6:62 Installationer för tappvatten, Karlskrona: Boverket. Elektra värme, Så fungerar fjärrvärme. [Online] Available at: [Använd ]. Energimyndigheten, Livscykelkostnad, LCC. [Online] Available at: [Använd ]. Frederiksen, S. & Werner, S., Fjärrvärme. Lund: Studentlitteratur. Frederiksen, S. & Werner, S., District Heating and Cooling. Lund: Studentlitteratur AB. Helin, P.-O., Alfa Laval, Ronneby [Intervju] ( ). Nord Pool Spot, Elspot prices. [Online] Available at: Market-data1/Elspot/Area-Prices/ALL1/Monthly/?view=table [Använd ]. Persson, M., Alfa Laval, Ronneby [Intervju] ( ). Petersson, S. & Larsson, C. D., Samband mellan flödespremie och returtemperatur, Stockholm: Svensk Fjärrvärme AB. Pyrko, J., Eleffekthushållning i byggnader. 11 föreläsningar. Lund: LU-LTH Energivetenskaper. 76

90 Råberger, L. & Walletun, H., Effektivisering av koventionella fjärrvärmecentraler (abonnentcentraler), Stockholm: Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB. Selinder, P. & Walletun, H., Modell för värdering av ändrade driftförutsättningar i fjärrvärmenät, Stockholm: Svensk Fjärrvärmes Teknikråd. SMHI, Dataserier med normalvärden för perioden [Online] Available at: [Använd ]. Sveby, Byggnaders energianvändning - ordlista, Stockholm: u.n. Svensk Fjärrvärme, 2010a. Vanliga frågor om fjärrvärme. [Online] Available at: [Använd ]. Svensk Fjärrvärme, 2010b. Centraler. [Online] Available at: Kundsystem/ [Använd ]. Svensk Fjärrvärme, 2010c. Fjärrvärmecentralen. [Online] Available at: Kundsystem/Fjarrvarmecentralen/ [Använd ]. Svensk Fjärrvärme, Tillförd energi. [Online] Available at: [Använd ]. Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, Certifiering av fjärrvärmecentraler, Tekniska bestämmelser F:103-7, Stockholm: Svensk Fjärrvärme AB. Svensk Fjärrvärmes Teknikråd, Fjärrvärmecentralen - Utförande och installation, Tekniska bestämmelser F:101, Stockholm: Svensk Fjärrvärmes Teknikråd. 77

91 Walletun, H., Effektivisering av fjärrvärmecentraler - metodik, nyckeltal och användning av driftövervakningssystem, Stockholm: Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB. Walletun, H., 2000a. Avkylningen i ett fjärrvärmesystem, del 1, Stockholm: Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB. Walletun, H., 2000b. Avkylningen i ett fjärrvärmesystem, del 2, Stockholm: Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB. Walletun, H. & Svensson, B., "Black-box" undersökning av fjärrvärmecentraler, Stockholm: Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB. Värmeverksföreningen, VÄRMEVÄXLARE - Handbok för värmeväxlare i fjärrvärmesystem, Stockholm: Värmeverksföreningen. 78

92 Bilaga Här finns kompletterande grafer till rapporten, samt en översikt för temperaturgivarna i kundcentralerna följt av förstoring av resultatgraferna vad gäller prestandan i de undersökta kundcentralerna. Diagnostisering av kundcentraler Nedan presenteras de plottar av loggad sekundärdata för kundcentral #2-#5 som ej visats i rapporten. För respektive kundcentral finns det en plot med loggad sekundärdata över ett antal dagar i oktober 2014 samt en plot över funktionstester några timmar en natt i november Kundcentral #2 I Figur A ligger den primära returtemperaturen avsevärt högre än den sekundära radiatorreturen för kundcentral #2. Det kan tyda på förbättringspotential vad gäller avkylning alternativt drar temperaturen på varmvattencirkulationen upp den primära returtemperaturen vid det låga radiatoreffektuttag som sker under perioden. Ingen loggning finns för varmvattencirkulationen men vid momentan avläsning angav givaren 52 C, vilket är en godtagbar avkylning från ca 60 C. Här finns antagligen inget större utrymme för att sänka flödet på varmvattencirkulationen då temperaturen bör ligga på 50 C. Ingen loggning finns heller för utomhustemperaturen, men den återspeglas i framledningstemperaturen på radiatorkretsen. I funktionstestet i Figur B kan det ses att när styrventilen till tappvarmvattnet stängs sjunker den primära returtemperaturen under den sekundära radiatorreturen vilket är termodynamiskt omöjligt och därmed föreligger något givarfel. Likväl när styrventilen till radiatorkretsen är stängd och den för tappvarmvattnet åter öppnas borde den primära returtemperaturen sticka upp mot temperaturen på varmvattentilloppet. Istället ligger den primära returtemperaturen betydligt lägre vilket också kan tyda på givarfel alternativt dålig värmeöverföring. i

93 Temperatur ( C) Temperatur ( C) Primär fram Primär retur Rad fram Rad retur Styrventil VV VV fram Figur A Loggad sekundärdata för kundcentral # :00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 Primär fram Primär retur Rad fram Rad retur Styrventil rad Styrventil VV VV fram Figur B Plottat funktionstest för tappvarmvattensidan för kundcentral #2. ii

94 Temperatur ( C) Kundcentral #3 För kundcentral #3 kan det i Figur C ses att varmvattencirkulationen håller en bra temperatur på strax över 50 C och det sker en betydlig avkylning från temperaturen på tilloppet. Däremot är temperaturen på varmvattentilloppet något fluktuerande vid tappningar och kan tyda på långsam reglering. Den primära returtemperaturen ligger en bit över den sekundära radiatorreturtemperaturen men då det är lågt radiatoreffektuttag vid tillfället kan det tänkas vara rimligt. I Figur D ses att den primära returtemperaturen ligger någon grad över den sekundära radiatorreturtemperaturen. Denna grädigkeit skulle möjligtvis kunna vara ännu mindre med tanke på det låga radiatoreffektuttaget vid tillfället. När styrventilen för tappvarmvatten öppnas igen stiger den primära returtemperaturen tillfälligt mot tilloppstemperaturen på varmvattnet för att sedan sjunka mot varmvattencirkulationen Primär fram Primär retur Rad fram Rad retur VV fram VVC Utegivare Figur C Loggad sekundärdata för kundcentral #3. iii

95 Temperatur ( C) :00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 Primär fram Primär retur Rad fram Rad retur Styrventil rad VV fram VVC Styrventil VV Utegivare Figur D Plottat funktionstest för tappvarmvattensidan för kundcentral #3. Kundcentral #4 För kundcentral #4 kan det i Figur E konstateras att temperaturen på varmvattencirkulationen hade kunnat sänkas ett antal grader genom att dra ner cirkulationsflödet alternativt sänka tilloppstemperaturen på varmvattnet. Även den totala returtemperaturen ligger avsevärt mycket över den sekundära radiatorreturtemperaturen. Vid jämförelse med de övriga kundcentralerna är det inte troligt att den stora temperaturskillnaden enbart beror på lågt radiatoreffektuttag vid tillfället. Ifrån funktionstestet i Figur F misstänks det att något är felaktigt då den primära returtemperaturen sjunker, men är fortfarande långt ifrån den sekundära radiatorreturen. Det kan möjligtvis bero på en felaktig temperaturgivare eller försmutsning av värmeväxlare men när beteendet studeras vid tillfället när båda styrventilerna är stängda kan läckande styrventil misstänkas. Den primära returtemperaturen stiger när den egentligen borde sjunka. Kundcentral #4 är den enda av de utvalda kundcentralerna där styrventilerna inte tidigare har blivit utbytta. iv

96 Temperatur ( C) Temperatur ( C) Primär fram Primär retur Rad fram Rad retur VVC VV fram Styrventil VV Utegivare Figur E Loggad sekundärdata för kundcentral # :00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 Primär fram Primär retur Radiator fram Radiator retur Styrventil rad VVC VV fram Styrventil VV Utegivare Figur F Plottat funktionstest för tappvarmvattensidan för kundcentral #4. v

97 Temperatur ( C) Kundcentral #5 I Figur G ligger tilloppet av varmvatten samt varmvattencirkulationen på bra temperaturnivåer. Det kan dock konstateras att regleringen av tilloppstemperaturen vid tappningar är något långsam och det återspeglas i varmvattencirkulationen. Tilloppstemperaturen ligger ändå på en nivå för bra komfort samt undvikande av bakterietillväxt. Den primära returtemperaturen ligger under temperaturen på den sekundära radiatorframledningen vilket verkar lovande för avkylningen. I funktionstestet i Figur H ser funktionen bra ut för kundcentral #5, då styrventilen för tappvarmvattnet är stängd närmar den primära returtemperaturen sig den sekundära radiatorreturtemperarturen. När båda styrventilerna är stängda sjunker alla temperaturer. När styrventilen för tappvarmvattnet åter öppnas stiger den primära returtemperaturen igen mot temperaturen på varmvattencirkulationen Primär fram Primär retur Radtemp fram Radtemp retur Styrventil vv VV fram VVC Utegivare Figur G Loggad sekundärdata för kundcentral #5. vi

98 Temperatur ( C) :00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 Primär fram Primär retur Radtemp fram Radtemp retur Styrventil rad Styrventil vv VV fram VVC Utegivare Figur H Plottat funktionstest för tappvarmvattensidan för kundcentral #5. vii

99 Översikt temperaturgivare I Figur I ses en översikt över flödesschemat för kundcentral #6. De övriga undersökta kundcentralerna är av samma kopplingstyp och i figuren kan det ses var de olika temperaturgivarna sitter, vilket kan underlätta förståelsen för de plottar som finns över sekundärdata samt funktionstest. I Tabell A ges en förklaring till benämningarna av givarna. Figur I Print-screen från översikten i LKF:s datasystem, flödesschemat kundcentral #6. Tabell A Förklaring till benämning av givarna i Figur I. Benämning av givare Del av system Förklaring GT11 Primär fram 5600 Primär GT41 Primär retur GT11 Rad_fram GT41 Rad_retur 5601 Radiator SV21 Styrventil rad GT31 Utomhustemp. GT11 VV_tillopp GT41 VVC 5201 Varmvatten SV21 Styrventil 1 VV SV22 Styrventil 2 VV viii