MINSKADE DISTRIBUTIONSFÖRLUSTER MED DIFFUSIONSTÄTA FJÄRRVÄRMERÖR

Transkript

1 Forskning och Utveckling FOU 2003:93 MINSKADE DISTRIBUTIONSFÖRLUSTER MED DIFFUSIONSTÄTA FJÄRRVÄRMERÖR Maria Olsson, WSP Environmental

2 MINSKADE DISTRIBUTIONS- FÖRLUSTER MED DIFFUSIONSTÄTA FJÄRRVÄRMERÖR Maria Olsson WSP Environmental ISSN

3 I rapportserien publicerar projektledaren resultaten från sitt projekt. Publiceringen innebär inte att Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB tagit ställning till slutsatserna och resultaten Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB

4 Sammanfattning 2003:93: Minskade distributionsförluster med diffusionstäta fjärrvärmerör Denna studie visar besparingspotentialen om dagens polyuretan(pur)-isolerade fjärrvärmerör görs diffusionstäta och därigenom kan behålla sin initialt mycket goda isoleringsförmåga. Ett befintligt ledningsnät har legat till grund för beräkningarna. Förutsättningarna vid beräkningarna presenteras. Programmet EkoDim (version 1.0) har använts för att beräkna värmetransmissionsförluster och kostnader. Inverkan av årsmedeltemperatur ute och vilken drifttid man räknar på har studerats. Resultaten visar att det finns en besparingspotential med diffusionstäta rör i form av minskade värmeförluster. Besparingarna har också kvantifierats ekonomiskt och i form av minskade emissioner av CO, CO 2, SO 2 och NO x. Årsmedeltemperaturen har en begränsad inverkan på besparingspotentialen. Besparingarna som räknats fram för nätet i ett sydsvenskt klimat är i samma storleksordning som besparingarna man uppnår om man förlägger nätet i Norrland. Drifttiden å andra sidan är en faktor som betyder mycket för vilka resultat som uppnås. I det betraktade nätet skulle värmeförlusterna minska med MWh om man bara ser till de 30 första driftsåren. Detta innebär i en ekonomisk nuvärdesbetraktelse en besparing på kr och emissionerna av t ex CO 2 för att leverera samma mängd energi skulle minska med kg (beräknat utifrån dagens svenska produktionsmix). För 50 års drifttid blir motsvarande besparingar MWh, kr och kg CO 2. Besparingarna i form av minskade värmeförluster blir mycket små de första åren, men ökar efterhand. Eftersom besparingarna företrädesvis kommer sent i tiden riskerar merkostnaden för att investera i dyrare rör att bli större än intjäningspotentialen vid en strikt ekonomisk nuvärdesbetraktelse. I det studerade nätet får kostnaden för diffusionstäta rör maximalt vara 10 % högre än för vanliga rör om investeringen ska räknas hem på en avskrivningstid om 30 år. Denna priskänslighetsanalys är dock diskutabel. Dels är den tekniska livslängden för ett nät betydligt längre än 30 år, dels tar den ekonomiska betraktelsen inte hänsyn till miljövinsten i form av minskade emissioner per levererad MWh. Nyckelord: fjärrvärmedistribution, fjärrvärmerör, värmeförluster, värmetransmission, diffusion, diffusionstät, Ekodim, avskrivningstid, drifttid, nuvärde 1

5 Summary 2003:93: Reduced distribution heat losses with diffusion-tight district heating pipes This study shows the saving potential if ordinary polyurethane-insulated district heating pipes are made diffusion-tight, thereby keeping their initially very good insulating capacity when distributing hot water. An existing district heating network has constituted a basis for the calculations. The conditions for the calcualtions are presented. The program EkoDim (version 1.0) was used for calculation of transmission heat losses and related costs. The influence of yearly average outdoor temperature and operating time has been studied. The results show that there is a saving potential with diffusion-tight pipes in terms of transmission heat losses. The savings were also quantified economically and in terms of reduced CO, CO 2, SO 2 and NO x emissions. When comparing the saving potential for the network placed in southern and northern Swedish climate respectively, the difference in year average outdoor temperature shows a minor influence on the results. The pay-off time or the operating time accounted for is, however, a factor which strongly influences the results. In the considered network, transmission heat losses would decrease with approximately MWh with diffusion-tight pipes over the first 30 year period. In a present-cost perspective, the savings can be valued to SEK and a decrease of e.g. carbon dioxide emissions of kg can be obtained (based on the present Swedish fuel mix for production). For a 50 year period, the results become MWh, SEK and kg CO 2 saved. The savings are minor the first few years, but increase with time. Since savings above all become evident after some years, the excess cost for investment in more expensive pipes may approach the potential cost savings in a strict present-cost perspective. If pay-off time is set to 30 years, the excess cost for diffusion-tight pipes in the studied network must not exceed 10 % of the price of ordinary pipes. This price-sensitivity analysis does not take into account that the technical life-time of the network is much longer than 30 years, neither has the decreased emissions per delivered MWh been valued. Key-words: district heating distribution, district heating pipe, transmission heat losses, diffusion, diffusion tight, EkoDim, pay-off period, operating period, present value 2

6 SAMMANFATTNING SUMMARY INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 BAKGRUND 4 2 SYFTE 4 3 BERÄKNINGSFÖRUTSÄTTNINGAR EXEMPLET ARVID LINDMANSGATAN BERÄKNING AV VÄRMEFÖRLUSTER OCH KOSTNADER MED DATORPROGRAMMET EKODIM 7 4 RESULTAT VÄRMEFÖRLUSTER KOSTNADSBESPARING UTSLÄPP DIFFUSIONSTÄTA RAKRÖR MEN OTÄTADE SKARVAR, BÖJAR ETC DISKUSSION OM EFFEKTERNA AV DIFFUSIONSTÄTA RÖR OM OLIKA METODER ATT DIFFUSIONSTÄTA RÖR OCH MINSKA TRANSMISSIONSFÖRLUSTERNA ERFARENHETER AV EKODIM FÖRSLAG PÅ FORTSATTA STUDIER 18 6 REFERENSER 20 APPENDIX 1: FÖRTECKNING PÅ LÄNGDER AV RESPEKTIVE RÖRDIMENSION APPENDIX 2: GRUNDLÄGGANDE EKVATIONER APPENDIX 3: ANPASSADE BERÄKNINGAR FÖR FALLET DIFFUSIONSTÄTA RÖR 3

7 1 Bakgrund Denna rapport har tillkommit med stöd av Svensk Fjärrvärme. Idén till studien tillkom i samband med det högskoleforskningsprojekt som författaren tidigare avslutat rörande fysikaliska processer som inverkar på fjärrvärmerörens långsiktiga isolerförmåga [1]. Ett praktiskt tillämpningsexempel som visade på hur denna kunskap kunde utnyttjas vore en god komplettering till de mer teoretiska resultaten. Författaren vände sig till Göteborg Energi för att få nyttja ett typiskt ledningsnät som beräkningsexempel. Projektidén fick stöd hos Göteborg Energi, inte minst för att man såg en intressant vinkling där långsiktiga besparingspotentialer i någon mån ställs mot en direkt investeringskostnad. Rapporten ger inte lösningen på hur man ska motivera långsiktiga investeringar, men den ger förhoppningsvis substans till att ta sig an den diskussionen oftare vid planeringsprocessen. Referensgrupp har utgjorts av Gunnar Nilsson, Göteborg Energi; Lennart Hansson, Göteborg Energi; Ralf Johanson, Fortum Värme och Rolf Jacobsson, Sydkraft. 2 Syfte Minskade värmeförluster från fjärrvärmerören kan ge sänkta kostnader på distributionssidan och kan också värderas som en miljövinst då mindre andel energi behöver produceras för att erhålla likvärdig nytta. Det finns olika tänkbara lösningar på hur man uppnår minskade värmeförluster. En lösning är att ge fjärrvärmerören en tjockare isolering. Detta medför visserligen en högre investeringskostnad på grund av högre material-, frakt- och läggningskostnader, men kan ändå ge en långsiktig besparing på grund av den långa drifttiden som man räknar med för ledningssystemet. Ett annat alternativ är att använda effektivare isolering med lägre värmekonduktivitet. På så sätt skulle besparingar kunna uppnås utan att rördimensionerna behöver öka. Fram till dags dato har mycket utvecklingsarbete lagts ned på att optimera polyuretanskummets egenskaper, däribland just isolerförmågan. För fortsatt utveckling på fjärrvärmerörssidan riktas nu snarare blickarna mot möjligheterna med nya material eller rörkonstruktioner. Denna studie vill visa besparingspotentialen om dagens polyuretan(pur)-isolerade rör görs diffusionstäta och därigenom kan behålla sin initialt mycket goda isoleringsförmåga. Ett befintligt ledningsnät har legat till grund för beräkningarna. Redan idag erbjuds flexibla rör på marknaden som är diffusionstätade, liksom har en typ av rakrör med diffusionstätning precis börjat marknadsföras. Principen går ut på att impermeabelt skikt, en metallfolie, appliceras i gränsskiktet mellan isolering och hölje. Tekonologin är relativt ny och en utveckling är säkert att vänta inom detta 4

8 område. Klart är dock att en sådan applicering erbjuder vissa produktionstekniska svårigheter vid geometriskt mer komplicerade detaljer. I studien jämförs därför fallet med helt tätt nät med fallet med diffusionstäta rakrör, men otäta böjar och T- stycken i ledningsnätet. 5

9 3 Beräkningsförutsättningar 3.1 Exemplet Arvid Lindmansgatan För att åskådliggöra besparingspotentialen med diffusionstäta rör för en fjärrvärmeleverantör, har beräkningsexempel baserade på ett ledningsnät i ett flerbostadsområde i Göteborg legat till grund. Figur 1 Fig. 1 Nätet Arvid Lindmansgatan i stadsdelen Tolered på Hisingen, Göteborg The district heating network Arvid Lindmansgatan in the district Tolered, Göteborg. Linjetätheten är 4,5 MWh/m. Den debiterade energimängden uppgick år 2001 till 20,5 GWh och den debiterade effekten för nätet uppgick till 10 MW. Nätet lades och rören (enkelrör) består av PUR-isolerade stålrör med PEH-hölje. Ledningslängd: 4160 m. Längderna av de olika dimensionerna på rör redovisas i Appendix 1. 6

10 Marken där rören går utgörs huvudsakligen av ett översta lager av fyllnadsmaterial underlagrat av lera. Nätets rördimensioner, längder och temperaturer ligger till grund för beräkningarna. Rörens pris och isolerprestanda har emellertid anpassats för att överensstämma med rör som finns på marknaden idag. 3.2 Beräkning av värmeförluster och kostnader med datorprogrammet EkoDim Datorprogrammet EkoDim (version 1.0) 1 som tillhandahålls via Svensk Fjärrvärme har nyttjats vid beräkning av värmeförluster och kostnader. Så här fungerar EkoDim i korthet: Programmet beräknar transmissionsförlusterna för en rörtyp (enkel- eller dubbelrör) under en viss angiven tidsperiod eller så kan det jämföra prestanda och kostnader mellan två rörtyper i drift under en angiven tidsperiod. För att beräkna effekterna på ett helt fjärrvärmenät görs beräkningar för varje ingående rördimension och därefter får man själv summera delresultaten för de olika ingående rörkomponenterna med hänsyn till deras respektive längd i nätet. Indata på rör, läggningsförhållanden och temperaturer matas in, i de flesta fall finns valmenyer där man kan välja mellan olika standardvärden. Därtill anges drifttid, energipris och kalkylränta. I EkoDim tas hänsyn till att rörens isolerprestanda varierar med tiden till följd av gasdiffusion i PUR-isoleringen. Årsvis beräkning av cellgasinnehållet utförs som sedan omräknas till värmeledningsförmåga hos isoleringen. Utifrån detta resultat beräknas varje år under drifttiden en genomsnittlig värmetransmission från varmvattnet via rörkonstruktionen till omgivningen. Vid kostnadsberäkningarna jämförs värmetransmissionen hos rören varje år och en besparing (eller merkostnad) räknas fram. Denna omräknas till ett nuvärde, det vill säga besparingen omräknas till dagens penningvärde med hänsyn givet till inflation. Besparingarna summeras och jämförs sedan med eventuella skillnader i investeringskostnad för rören. Appendix 3 visar några av de grundläggande ekvationerna vid dessa olika beräkningar. 1 EkoDim version 1.0 är utvecklat av Chalmers tekniska högskola år 2001 med finansiering inom ramen för Svensk Fjärrvärmes FoU-program. År 2002 kom en ny version kallad EkoDim 2.0. Programmet inklusive manual samt rapporten EkoDim beräkningsprogram. Lönar det sig att isolera mera? [2] återfinns under 7

11 U-värde (mw/m K) vanligt rör diff.tätt rör Årsvisa besparingar (MWh/m) (kr nuvärde /m) o.s.v. Tid (år) Figur 2 Fig. 2 Illustration av principen för besparingsberäkning i EkoDim Illustration of the principle for calculating the saving potential between an ordinary district heating pipe and a diffusion-tight pipe in EkoDim (yearly reduced heat losses and costs in present value). I programmet finns inte möjlighet att välja diffusionstäta rör, utan indata har anpassats så att fiktivt diffusionstäta rör erhållits. Detta har inneburit vissa förenklingar i beräkningarna. Förfarandet beskrivs närmare i Appendix 2. Indata vid beräkningarna: Följande indata, till stor del baserade på nätet Arvid Lindmansgatan, har använts i beräkningarna: Rörtyp enkelrörssystem DN DN 40 DN 300 Serie serie 2 eller 3 Läggningsdjup 0,6 m Avstånd mellan rör 0,2-0,25 m (varierar med rördimension, förinställt i EkoDim) Markens värmekonduktivitet 1,5 W/m K 8

12 Tillverkningssätt standardtillverkning 2 PUR:ens värmekonduktivitet 0,029 mw/m K (avser initialt värde för nytillverkat rör) Cyklopentanandel 25 % Mantelrörstjocklek 2,5-7,8 mm (förinställt i EkoDim, följer SS-EN253 för standardtillverkade rör) Drifttemperaturer (årsmedel) framledning: 85ºC / returledning: 45ºC Utetemperatur 7ºC (årsmedeltemperatur) Drifttid 30 år Kalkylränta 8 % Energiprisutveckling 0 % (d v s energipriset följer inflationen) Energipris 0,40 kr/kwh För att simulera diffusionstäta rör har värden på PUR:ens värmekonduktivitet, cyklopentanandelen och mantelrörstjockleken anpassats (se Appendix 2). Beräkningar har även gjorts för årsmedeltemperaturer ute på 5 och på 3ºC, vilket bl a motsvarar medeltemperaturen på orterna Jönköping respektive Sundsvall. Det är inte orimligt att anta en livslängd på rören som överskrider de 30 år som tekniska normer föreskriver. Göteborg Energi har t ex en avskrivningstid på 33 år på nätet och räknar med en teknisk livlängd på 50 år. Resultatet när man räknar på 50 års livslängd presenteras därför också som jämförelse, liksom resultatet vid 15 års drifttid vilket visar den möjliga besparingen vid en mycket kort avskrivningstid. Kalkylräntan och energiprisutvecklingen är två osäkra faktorer som självklart också inverkar på resultatet. Spekulationer i kalkylräntan har undvikits; endast ett scenario med en ränteutveckling på 8 % har valts. Ekonomiska konjunkturer brukar anses svänga i storleksordningen femårsperioder. Över en 30-årsperiod (eller längre) kan man därför anse att effekten av konjunkturer dämpas och en medelnivå bör tillämpas. Den valda ränteutvecklingsnivån ligger något högre än dagens ränteläge på ca 5 %, då dagens nivå får anses ligga relativt lågt. Energipriset har satts som försäljningspris mot kund; värmeförlusterna värderas sålunda som förlorad potentiell inkomst. Energipriset anses kunna ligga fast, då fjärrvärmeproduktionen karakteriseras av stor flexibilitet när det gäller val av 2 Som alt. till standardtillverkning kan conti-tillverkning väljas 9

13 energikälla. Energipolitiska beslut kan både utnyttjas och pareras; därför anses utsikterna för att bibehålla nuvarande prisnivå relativt goda. För att få fram effekten på hela det aktuella fjärrvärmenätet har resultaten för de olika rördimensionerna som räknats fram i EkoDim summerats med hänsyn till deras respektive längd i nätet. Dessa längder framgår av Appendix 1. 10

14 4 Resultat Figur 3 illustrerar skillnaden i värmetransmission mellan ett vanligt och ett diffusionstätt DN80-rör sett över en 30-årsperiod. vanligt diffusionstätt Figur 3 Fig. 3 U-värdet som funktion av tiden för ett vanligt respektive ett diffusionstätt fjärrvärmerör DN 80/200. U-value as function of time for an ordinary district heating pipe DN 80/200 and a diffusion-tight pipe of the same dimension. U-värdet eller värmetransmissionskoefficienten talar om hur mycket värme som försvinner genom transmission, per meter, ur de markförlagda fjärrvärmerören vid en grads temperaturskillnad varmvatten ute. Aktuella värmeförluster för en rörsträcka i ett nät fås genom att multiplicera U-värdet [W/m C] med längden på ledningen [m] och med temperaturskillnaden varmvatten utomhusluft [ C]. Omräkning till [MWh] etc. kan sedan ske. 11

15 4.1 Värmeförluster I grundfallet, vid 30 års drifttid, fås värmetransmissionsförluster enligt följande: Värmeförluster genom transmission (MWh) Vanliga rör Diff.täta rör Skillnad 30 år MWh Ovanstående värmeförluster baseras på ett klimat med en medeltemperatur av 7 ºC. Dessa värmeförlusterna motsvarar ca 5% av den levererade värmemängden. Värmeförlusterna vid 5 respektive 3 ºC medeltemperatur har också beräknats som en jämförelse: Värmeförluster genom transmission (MWh) (30 år drifttid) Vanliga rör Diff.täta rör Skillnad 7 C MWh 5 C MWh 3 C MWh Vid 50 års drifttid fås följande värmeförluster: Värmeförluster genom transmission (MWh) (50 år drifttid) Vanliga rör Diff.täta rör Skillnad 7 C MWh 3 C MWh 12

16 4.2 Kostnadsbesparing Kostnadsbesparingen till följd av minskade transmissionsförluster vid distributionen har beräknats för grundfallet (30 års drifttid). Besparingarna vid 15 års respektive 50 års drifttid har också beräknats: Besparingar p g a minskade värmeförluster med diffusionstäta rör (nuvärde) 15 års drifttid kr 30 års drifttid kr 50 års drifttid kr Besparingarna ovan är baserade på att energiprisutvecklingen för fjärrvärmen antas följa inflationen. Med en positiv energiprisutveckling blir dock besparingarna större. Besparingen till följd av minskade värmeförluster om man använder diffusionstäta rör har jämförts med den totala investeringskostnaden. Investeringkostnaden som fås i programmet baseras på Svensk Fjärrvärmes Kulvertkostnadskatalog 1997 [3] medan rörkostnaden har uppskattats av Göteborg Energi. Investeringskostnad för nätet (kr) Totalt Varav rör Besparingspotential (nuvärde, kr) 30 års drift vid 7 C års drift vid 7 C Utsläpp Om mindre värmeenergi åtgår per levererad MWh innebär det också mindre utsläpp per levererad MWh. Följande beräkning av emissioner baseras på den genomsnittliga svenska bränslemixen per producerad värmeenhet fjärrvärme (2002). 13

17 Minskade utsläpp med diffusionstäta rör (kg) a CO 2 NO x SO 2 CO Drifttid 30 år Drifttid 50 år a) Resultatet baseras på beräkning av värmeförluster vid medeltemperaturen ute = 5 C. 4.4 Diffusionstäta rakrör men otätade skarvar, böjar etc. I det aktuella nätet finns 187 st 90º-böjar och 36 st T-stycken. Enligt tidigare resonemang bedöms det något mindre sannolikt att böjar och T-stycken kan komma fram på marknaden i diffusionstätt utförande jämfört med raka rör. Nedan följer ett räkneexempel som visar inverkan av otäta komponeneter i nätet. Rörlängden hos dessa komponenter har beräknats utifrån att de har en utsträckning av 1,6 m respektive 1,1 m i varje riktning, vilket i nätet Arvid Lindmansgatan motsvarar 717 m av den totala ledningslängden. Inte heller skarvar på raksträckorna bedöms få diffusionstätt utförande, varför tillkommer drygt 80 m otätad ledningssträcka. Effekten av gasdiffusion i otätade delar kommer att göra sig märkbar även en bit in i PUR-skummet hos de diffusionstäta, raka rören. Detta ges hänsyn i beräkningarna genom att den otätade ledningslängden ökas med ytterligare 5 %. Den totala längden rör som påverkas av diffusion förhåller sig då som 840 m av den totala ledningslängden på 4160 m. Med komponenter som inte är diffusionstäta i ledningsnätet blir de insparade transmissionsförlusterna 20 % lägre: Minskade värmeförluster i nät med komponenter som inte är diff.täta (drifttid 30 år) Nät med icke diffusionstäta T-stycken, böjar och skarvar Jfr: minskade förluster med helt diffusionstätt ledningsnät MWh MWh 14

18 5 Diskussion 5.1 Om effekterna av diffusionstäta rör De resultat som presenterades i avsnitt 4.1 visar att medeltemperaturen har en relativt liten inverkan på besparingspotentialen med diffusionstäta rör i nätet. Vilken drifttid man ansätter har dock stor inverkan på besparingarna, vilket visades i 4.2. Detta illustreras i figur 4 och Besparing (kr) C 5 C 3 C Medeltemperatur ( C) Figur 4 Fig. 4 Nuvärde av minskade transmissionsförluster i det diffusionstäta nätet under 30 år beräknat vid olika klimat (årsmedeltempertur ute). Savings, calculated as present costs in SEK, due to decreased heat transmission losses in the diffusion-tight district heating network over 30 years when operating in different climates (yearly average outdoor temperature). 15

19 Besparing (kr) Figur 5 Fig år 30 år 50 år Drifttid (år) Nuvärde av minskade transmissionsförluster med helt diffusionstätt nät beräknat vid olika drifttider. Savings (present costs in SEK) obtained with a diffusion-tight district heating network at operating periods of 15, 30 and 50 years. Då transmissionsförlusterna för vanliga rör ökar med tiden, se Fig. 2, blir skillnaden mellan diffusionstäta rör och vanliga rör i ledningsnätet alltmer påtaglig ju längre drifttid man räknar med. Besparingen i rena pengar, sett till nuvärdet, får dock inte samma genomslag då en besparing långt fram i tiden är mindre värd än en besparing som kommer nära i tiden (förutsatt att inflation råder). Vid en direkt nuvärdesbetraktelse kan man räkna fram att rörkostnaden för diffusionstäta rör får vara maximalt 10 % högre 3 än kostnaden för vanliga rör, om man jämför investeringen med besparingarna i det aktuella nätet under en avskrivningstid på 30 år. Som tidigare påpekats överstiger den förväntade tekniska livslängden betydligt 30 år. Under hela den resterande driftperioden föreligger en tydlig skillnad i värmetransmissionsförluster mellan täta och vanliga rör. Som ett exempel redovisades besparingarna under 50 års drift; i detta fall uppgår de till 15 % av rörkostnaden sett i nuvärde. När det gäller utsläppsreduktionen har vidare ingen omräkning till nuvärde gjorts. Hur man ska värdera utsläpp, nu och i framtiden, är en svår fråga. Idag saknas samhälleliga riktlinjer eller andra entydiga värderingsgrunder för utsläpp. Värdering av framtida utsläpp kommer att påverkas av vilka förväntningar vi sätter på energipoliti- 3 Om marknaden endast kan erbjuda diffusionstäta rakrör blir priskänsligheten något större. 16

20 ken, vilken teknisk utveckling vi kan vänta inom bränsle-/produktionssidan, på eventuella nya miljöforskningsrön samt på den allmänna opinionen. Förändringar inom dessa områden kommer att påverka såväl direkta kostnader som goodwill och kanske helt ändra bränslevalet. Så länge energiproduktionen alstrar någon form av oönskade emissioner innebär dock varje förlorad MWh någon form av värdeförlust utöver förlorad debitering för energileverantören. Det aktuella nätet är ett relativt effektivt nät. Värmeförlusterna utgör endast ca 5 % av den levererade värmemängden. I mer värmeglesa områden, vilket idag ofta kommer ifråga vid utbyggnad av nya fjärrvärmenät, kommer effekterna av minskade värmeförluster att bli mer betydelsefulla. 5.2 Om olika metoder att diffusionstäta rör och minska transmissionsförlusterna En diskussion fördes i inledningen om möjligheterna att diffusionstäta rör och att en lösning där att man applicerar en metallfolie mellan isolering och hölje vid produktionen redan börjat tillämpas. Detta förfarande är emellertid komplicerat vid produktionen av böjar o dyl. Effekten av att ledningsnätet innehåller en mängd rördelar som inte är diffusionstäta har visats. En diffusionstät ytbehandling vore det enklaste sättet att kringgå de produktionstekniska problem som folien ger upphov till. Utan att gå vidare in på möjliga material bör man dock observera de nackdelar som en sådan lösning kan innebära. Dels hamnar tätskiktet i ett utsatt läge med risk för mekanisk nötning eller annan påverkan som kan äventyra tätheten. Därtill vill författaren påpeka en erfarenhet från sin tidigare forskning [1], nämligen att stora mängder av PURskummets primära isolergas sannolikt kommer att lösa sig i polyetenhöljet. Gasens värmeisolerande effekt i PUR-skummet går därmed förlorad, medan dess närvaro i polyetenhöljet inte kommer att ge nämnvärd effekt på värmetransmissionen. Följden blir att en viss försämring av isolerförmågan hos rörkonstruktionen kommer att märkas på sikt. Utifrån ovanstående resonemang rekommenderas att den som funderar på en ytbehandling överväger invändig applicering. Ett annat sätt att minska transmissionsförlusterna från fjärrvärmerör vid distributionen, som inte nämndes i inledningen, är att optimera konfigurationen av rör vid läggning, att optimera fördelningen av isolering kring rören eller att optimera placeringen av flera mediarör i en och samma rörkonstruktion, se t ex [4] och [5]. Alla dessa lösningar inbegriper dock en rörkonstruktion som fortfarande kommer att ha en besparingspotential om den diffusionstätas. 5.3 Erfarenheter av EkoDim Nedan följer erfarenheter som erhållits användning av EkoDim (version 1.0): 17

21 Programmet är Windows-baserat, kräver ingen särskild programvara och är lätt att ladda ner från nätet. Programmet är lätthanterligt och tydligt när man ska mata in ingångsvärden och i presentationen av beräkningsresultat. I programmet ingår en tydlig, lättläst användarmanual som kan öppnas på skärmen eller skrivas ut. Programmets beräkningsmodeller med tillhörande teoretisk bakgrund redogörs för i en separat rapport. För den som intresserar sig för resultaten i mycket korta tidsperspektiv bör man vara observant på att redovisade U-värden, värmeförluster och besparingar ibland avser fullgjort år och ibland avser en tidpunkt mitt i året. Detta framgår inte tydligt i program eller rapport. I längre tidsperspektiv på flera år har eventuella feltolkningar försumbar inverkan. Vid användningen av version 1.1 framkom fel vid beräkningen av medel-u-värde. Har man varit inne och ändrat mantelrörstjockleken från förinställt värde är det inte säkert att denna ändring sparats när man öppnar upp beräkningsfallet på nytt efter att fallet sparats på datorn. Överföring av utdata måste göras för hand; tillgång till särskild utdatafil saknas och kopiering av värdena på skärmen är inte möjlig. En del ingångsdata tilldelas förhandsinställda värden i programmet; egna val medges inte. Möjligheten att välja diffusionstäta rör finns t ex inte. I EkoDim version 2.0 har beräkningsfelet korrigerats och man ges större frihet i val av ingångsdata. 5.4 Förslag på fortsatta studier Följande frågor har inte beaktats i denna studie, men skulle komplettera resultaten som presenterats: - Vilka emissioner ger diffusionstätningen av fjärrvärmerör upphov till? Miljövinsten i form av minskade emissioner per levererad MWh med diffusionstäta rör bör ställas mot de emissioner som tätningen av rören ger upphov till. - Ge förslag på värdering av de olika emissionerna som kan konkretisera effekterna av minskade utsläpp, t ex i ekonomiska termer. - Hur stor är sannolikheten för att fjärrvärmeproduktionen kommer att generera de emissioner som vi räknar med idag? Ny teknologi och övergång till andra energikällor ( bränslen ) kan komma att radikalt förändra emissionerna för fjärrvärme- 18

22 produktionen. Svensk fjärrvärmeproduktion har t ex reducerat andelen olja från 90 % till 10 % under en tidsperiod på 20 år. - Hur stora blir effekterna av diffusionstäta rör i ett värmeglest nät? Finns det tydliga incitament att satsa på dyrare rör här? - Jämför storleksordningen på de besparingar som här beräknats genom minskad värmetransmission med andra möjligheter till minskade energiförluster vid distributionen. När det gäller programmet EkoDim vill författaren slutligen ge följande förslag på ytterligare förbättringar: - Skapa utdatafiler som användaren kan spara över till annat program för vidare behandling. - Ge möjligheten att lägga in ett diffusionstätt rör för jämförelse med ett vanligt rör. - Eventuellt skulle också effekten av andra faktorer som kan påverka isolerförmågan på sikt, såsom temperaturer och mekaniska belastningar, kunna läggas till beräkningarna. 19

23 6 Referenser [1] Olsson, M (2001): Long-Term Thermal Performance of Polyurethane-Insulated District Heating Pipes, Chalmers tekniska högskola. [2] Jarfelt, U (2002): EkoDim beräkningsprogram. Lönar det sig att isolera mera? Svensk Fjärrvärme FoU 2002:69. [3] Kulvertkostnadskatalogen Svensk Fjärrvärme 1997:10. [4] Jarfelt, U (2002): Jämförelse mellan dubbelrör och enkelrör. Svensk Fjärrvärme FoU 2002:79. [5] Jonsson, E (2001): Värmeförluster från fjärrvärmenät i småhusområden Inverkan av rörgeometri och dimensioneringskriterier, Lunds Tekniska högskola 20

24 Appendix 1 Fördelning av olika rördimensioner i nätet Dimension Serie Längd [m] DN DN DN DN DN DN DN DN DN totalt 4159 m 1

25 Appendix 2 Simulering av diffusionstäta rör i EkoDim I EkoDim har såväl mantelrör som PUR-isolering på förhand definierats med en viss permeabilitet. Det finns ingen möjlighet att göra beräkningar utifrån en helt diffusionstät rörkonstruktion. Diffusionshastigheten av PUR:ens cellgaser beräknas utifrån cellgasernas koncentrationsskillnad samt utifrån permeabiliteten och den tjocklek som angivits för isolering och mantelrör (se ekvation 1 i Appendix 3). En nära nog diffusionstät rörkonstruktion för varje studerad rörtyp har konstruerats fram genom att anpassa indata för cyklopentaninnehåll, PUR:ens värmekonduktivitet och mantelrörets tjocklek så att: U-värdet (värmetransmissionskoefficienten) ska variera så lite som möjligt under den studerade drifttiden; detta bedöms enkelt genom att studera den resulterande kurvan för hur U-värdet varierar med tiden medel-u-värdet för tidsperioden ska motsvara U-värdet hos ett nytillverkat rör där diffusionen ännu inte hunnit starta; detta U-värde avläses ur resultaten vid simuleringen av det icke diffusionstäta röret vid tiden 0 (noll). Vid jämförelse mellan ett vanligt rör och ett teoretiskt konstruerat diffusionstätt rör i EkoDim måste man vara medveten om att initiala skillnader i isolerprestanda kommer att ge ett större utslag på besparingarna än skillnader långt fram i tiden. Detta har också beaktats vid anpassningen av indata för att uppnå diffusionstätt rör. Felen som ovanstående förfarande trots allt kan ha fört med sig har i olika delar kontrollerats och bedöms maximalt kunna uppgå till ett par procent av redovisade resultat. 1

26 Appendix 3 1 Grundläggande ekvationer vid beräkningarna i EkoDim [2] Gasdiffusion () c t t gas e p t p / 0 = ; T R A P V d t gas c = (ekv 1) p partialtryck av en gas (Pa) p 0 partialtryck vid t = 0 (Pa) t tid (s) d mantelrörets tjocklek (m) V isoleringsmaterialets volym(m 3 ) P permeabilitetskoefficient (mol/(m s Pa)) A mantelrörets area (m 2 ) R gaskonstanten = 8,314 (Pa m 3 /(mol K)) T temperatur (K) Värmekonduktiviteten för en gasblandning + = = = n i i i n i i i gasblandning y y λ λ λ (ekv 2) λ värmekonduktivetet (W/(m K)) y i andel av gas i (-) Värmeförluster från två enkelrör förlagda i mark (ekv 3) där = ln 2 ln 1 4 T T T D H r r r H q i i g g total λ λ λ π U värmetransmissionskoeff. (W/(m K)) q total värmeförlust, tot. konstr. (W/m) + = T T T q U total

27 T 1 temperatur framledning (K) T 2 temperatur returledning (K) T 0 temperatur markyta (K) λ g värmekonduktivetet, mark (W/(m K)) λ i värmekonduktivetet, isol. (W/(m K)) H avstånd rörmitt - markyta (m) r 0 mantelrörets ytterradie (m) r i medierörets ytterradie (m) D halva avst. rörmitt rörmitt(m) Nuvärde av framtida besparing (minskad värmeförlust) n röralt.1 röralt.2 ( Q ( t) Q ( t ) E e B( t) = total total ) r (ekv 4) T1 + T2 där Q total = U ( t) T (Wh/m) B(t) årlig besparing (kr/m) e energiprisförändring (%) r kalkylränta (%) n tid (år) E energipris (kr/wh) 4

28 Rapportförteckning Samtliga rapporter kan beställas hos Svensk Fjärrvärmes Förlagsservice. Telefon: , Telefax: , Nr Titel Författare Publicerad FORSKNING OCH UTVECKLING RAPPORTER 1 Inventering av skador på befintliga skarvar med CFC-blåsta respektive CFC-fria fogskum Hans Torstensson 2 Tryckväxlare Status hösten 1995 Bror-Arne Gustafson Lena Olsson 3 Bevakning av internationell fjärrvärmeforskning Sture Andersson Gunnar Nilsson maj-96 maj-96 maj-96 4 Epoxirelining av fjärrvärmerör Jarl Nilsson sep-96 5 Effektivisering av konventionella fjärrvärmecentraler (abonnentcentraler) 6 Auktorisation av montörer för montage av skarvhylsor och isolering Former och utvärdering Lena Råberger Håkan Walletun Lars-Åke Cronholm 7 Direkt markförlagda böjar i fjärrvärmeledningar Jan Molin Gunnar Bergström 8 Medierör av plast i fjärrvärmesystem Håkan Walletun Heimo Zinko 9 Metodutveckling för mätning av värmekonduktiviteten i kulvertisolering av polyuretanskum Lars-Åke Cronholm Hans Torstensson okt-96 okt-96 dec-96 dec-96 dec Dynamiska värmelaster från fiktiva värmebehov Sven Werner mars Torkning av tvätt i fastighetstvättstugor med fjärrvärme H. Andersson J. Ahlgren 12 Omgivningsförhållandenas betydelse vid val av strategi för Sture Andersson ombyggnad och underhåll av fjärrvärmenät. Insamlingsfasen Jan Molin Carmen Pletikos 13 Svensk statlig fjärrvärmeforskning Mikael Henriksson Sven Werner maj-99 dec-97 dec Korrosionsrisker vid användning av stål- och plaströr i fjärrvärmesystem en litteraturstudie 15 Värme- och masstransport i mantelrör till ledningar för fjärrkyla och fjärrvärme 16 Utvärdering av fuktinträngning och gasdiffusion hos gamla kulvertrör Hisings-Backa Peeter Tarkpea Daniel Eriksson Bengt Sundén Ulf Jarfelt dec-97 dec-97 dec Kulvertförläggning med befintliga massor Jan Molin Gunnar Bergström Stefan Nilsson dec Värmeåtervinning och produktion av frikyla två sätt att öka Peter Margen dec-97 marknaden för fjärrvärmedrivna absorptionskylmaskiner 19 Projekt och Resultat Anders Tvärne mars

29 Nr Titel Författare Publicerad 20 Analys av befintliga fjärrkylakunders kylbehov Stefan Aronsson Per-Erik Nilsson mars Statusrapport Trycklösa Hetvattenackumulatorer 22 Round Robin test av isolerförmågan hos fjärrvärmerör Mats Lindberg Leif Breitholtz Ulf Jarfelt maj-98 maj Mätvärdesinsamling från inspektionsbrunnar i fjärrvärmesystem Håkan Walletun juni Fjärrvärmerörens isolertekniska långtidsegenskaper Ulf Jarfelt Olle Ramnäs juni Termisk undersökning av koppling av köldbärarkretsar till fjärrkylanät Erik Jonson juni Reparation utan uppgrävning av skarvar på fjärrvärmerör Jarl Nilsson Tommy Gudmundson juni Effektivisering av fjärrvärmecentraler metodik, nyckeltal och användning av driftövervakningssystem Håkan Walletun apr Fjärrkyla. Teknik och kunskapsläge 1998 Paul Westin juli Fjärrkyla systemstudie Martin Forsén Per-Åke Franck Mari Gustafsson Per-Erik Nilsson 30 Nya material för fjärrvärmerör. Förstudie/litteraturstudie Jan Ahlgren Linda Berlin Morgan Fröling Magdalena Svanström juli-98 dec Optimalt val av värmemätarens flödesgivare Janusz Wollerstrand maj Miljöanpassning/återanvändning av polyuretanisolerade fjärrvärmerör Morgan Fröling dec Övervakning av fjärrvärmenät med fiberoptik Marja Englund maj Undersökning av golvvärmesystem med PEX-rör Lars Ehrlén apr Undersökning av funktionen hos tillsatser för fjärrvärmevatten Tuija Kaunisto maj-99 Leena Carpén 36 Kartläggning av utvecklingsläget för ultraljudsflödesmätare Jerker Delsing nov Förbättring av fjärrvärmecentraler med sekundärnät Lennart Eriksson Håkan Walletun 38 Ändgavlar på fjärrvärmerör Gunnar Bergström Stefan Nilsson 39 Användning av lågtemperaturfjärrvärme Lennart Eriksson Jochen Dahm Heimo Zinko maj-99 sept-99 sept Tätning av skarvar i fjärrvärmerör med hjälp av material som sväller i kontakt med vatten Rolf Sjöblom Henrik Bjurström Lars-Åke Cronholm nov

30 Nr Titel Författare Publicerad 41 Underlag för riskbedömning och val av strategi för underhåll och förnyelse av fjärrvärmeledningar Sture Andersson Jan Molin Carmen Pletikos dec Metoder att nå lägre returtemperatur med värmeväxlardimensionering och injusteringsmetoder. Tillämpning på två fastigheter i Borås. 43 Vidhäftning mellan PUR-isolering och medierör. Har blästring av medieröret någon effekt? 44 Mindre lokala produktionscentraler för kyla med optimal värmeåtervinningsgrad i fjärrvärmesystemen Stefan Petersson Ulf Jarfelt Peter Margen mars-00 juni-00 juni Fullskaleförsök med friktionsminskande additiv i Herning, Danmark Flemming Hammer Martin Hellsten feb Nedbrytningen av syrereducerande medel i fjärrvärmenät Henrik Bjurström okt Energimarknad i förändring Utveckling, aktörer och strategier Fredrik Lagergren nov Strömförsörjning till värmemätare Henrik Bjurström nov Tensider i fjärrkylenät Förstudie Marcus Lager nov Svensk sammanfattning av AGFWs slutrapport Neuartige Wärmeverteilung Heimo Zinko jan Vattenläckage genom otät mantelrörsskarv Gunnar Bergström Stefan Nilsson Sven-Erik Sällberg 52 Direktförlagda böjar i fjärrvärmeledningar Påkänningar och skadegränser Gunnar Bergström Stefan Nilsson jan-01 jan Korrosionsmätningar i PEX-system i Landskrona och Enköping Anders Thorén feb Sammanlagring och värmeförluster i närvärmenät Jochen Dahm feb-01 Jan-Olof Dalenbäck 55 Tryckväxlare för fjärrkyla Lars Eliasson mars Beslutsunderlag i svenska energiföretag Peter Svahn sept Skarvtätning baserad på svällande material Henrik Bjurström Pal Kalbantner Lars-Åke Cronholm 58 Täthet hos skarvar vid återfyllning med befintliga massor Gunnar Bergström Stefan Nilsson 59 Analys av trerörssystem för kombinerad distribution av fjärrvärme och fjärrkyla Sven-Erik Sällberg Guaxiao Yao 60 Miljöbelastning från läggning av fjärrvärmerör Morgan Fröling Magdalena Svanström 61 Korrosionsskydd av en trycklös varmvattenackumulator Leif Nilsson med kvävgasteknik fjärrvärmeverket i Falkenberg 62 Tappvarmvattenreglering i P-märkta fjärrvärmecentraler för Tommy Persson villor Utvärdering och förslag till förbättring okt-01 okt-01 dec-01 jan-02 jan-02 jan

31 Nr Titel Författare Publicerad 63 Experimentell undersökning av böjar vid kallförläggning av fjärrvärmerör Sture Andersson Nils Olsson jan Förändring av fjärrvärmenäts flödesbehov Håkan Walletun jan-02 Daniel Lundh 65 Framtemperatur vid värmegles fjärrvärme Tord Sivertsson mars-02 Sven Werner 66 Fjärravläsning med signaler genom rörnät förstudie Lars Ljung mars-02 Rolf Sjöblom 67 Fukttransport i skarvskum Gunnar Bergström april-02 Stefan Nilsson Sven-Erik Sällberg 68 Round Robin test II av isolerförmågan hos fjärrvärmerör Ture Nordenswan april EkoDim beräkningsprogram Ulf Jarfelt juni Felidentifiering i FC med flygfoton Förstudie Patrik Selinder juni-02 Håkan Walletun 71 Digitala läckdetekteringssystem Jan Andersson aug Utvändigt skydd hos fjärrvärmerörsskarvar Gunnar Bergström sept-02 Stefan Nilsson Sven-Erik Sällberg 73 Fuktdiffusion i plaströrsystem Heimo Zinko sept-02 Gunnar Bergström Stefan Nilsson Ulf Jarfelt 74 Nuläge värmegles fjärrvärme Lennart Larsson sept-02 Sofie Andersson Sven Werner 75 Tappvarmvattensystem egenskaper, dimensionering och komfort Janusz Wollerstrand sept Teknisk och ekonomisk jämförelse mellan 1- och 2-stegskopplade fjärrvärmecentraler Håkan Walletun okt Isocyanatexponering vid svetsning av fjärrvärmerör Gunnar Bergström Lisa Lindqvist Stefan Nilsson 78 Förbättringspotential i sekundärnät Lennart Eriksson Stefan Petersson Håkan Walletun okt-02 okt Jämförelse mellan dubbel- och enkelrör Ulf Jarfelt dec Utvändig korrosion på fjärrvärmerör Göran Sund dec Varmvattenkomfort sommartid i småhus Tommy Persson dec Miljöbelastning från produktion av fjärrvärmerör Morgan Fröling Camilla Holmgren dec Samverkande produktions- och distributionsmodeller John Johnsson Ola Rossing 84 Användning av aska vid förläggning av fjärrvärmeledningar - Rolf Sjöblom förstudie 85 Marginaler i fjärrvärmesystem Patrik Selinder Heimo Zinko feb-03 feb-03 mars Flödesutjämnande körstrategi Gunnar Larsson april Black-Box -undersökning av fjärrvärmecentraler Håkan Walletun Bernt Svensson juni

32 Nr Titel Författare Publicerad 88 Långtidsegenskaper hos lågflödesinjusterade radiatorsystem Stefan Petersson aug-03 Sven Werner 89 Rationellt byggande av fjärrvärmeledningar Tommy Gudmundson sep Total Kontra utförandeentreprenad Tommy Gudmundson sep Tryckväxlare för fjärrkyla Teknik och funktion Bror-Arne Gustafson sep Kylning av kylmaskiners kondensorer med fjärrkyla i livsmedelsbutiker Caroline Haglund Stignor sep Minskade distributionsförluster med diffusionstäta fjärrvärmerör Maria Olsson okt-03 FORSKNING OCH UTVECKLING ORIENTERING 1 Fjärrkyla: Behov av forskning och utveckling Sven Werner jan-98 2 Utvärdering av fjärrkyla i Västerås. Uppföljning av Värmeforsk rapport nr 534. Mätvärdesinsamling för perioden 23/5 30/ Symposium om Fjärrvärmeforskning på Ullinge Wärdshus i Eksjö kommun, december Utvärdering av fjärrkyla i Västerås. Uppföljning av Värmeforsk rapport nr 534. Mätvärdesinsamling för period 2. 1/1 31/ Metodutveckling för mätning av värmekonduktiviteten i kulvertisolering av polyuretanskum 6 Optimering av fjärrvärmevattens framledningstemperatur i mindre fjärrvärmesystem Lars Lindgren Conny Nikolaisen Lennart Thörnqvist Conny Nikolaisen Lars-Åke Cronholm Hans Torstensson Ilkka Keppo Pekka Ahtila jan-98 jan-98 juli-98 sept-99 jan

33 Svenska Fjärrvärmeföreningens Service AB och Statens Energimyndighet bedriver forskningsprogram inom området fjärrvärme hetvattenteknik och fjärrkyla. SVENSKA FJÄRRVÄRMEFÖRENINGENS SERVICE AB STOCKHOLM Besöksadress: Olof Palmes Gata 31, 6 tr Telefon , Telefax Förlagsservice, beställning av trycksaker: Telefon , Telefax