Högskolan på Åland. Serienummer 18/2015. Maskinteknik. Mariehamn 2015 ISSN

Transkript

1 Energiplanering för expansion av Mariehamns stad Pontus Rosén Michael Samuelsson Högskolan på Åland Serienummer 18/2015 Maskinteknik Mariehamn 2015 ISSN

2 Examensarbete Högskolan på Åland Utbildningsprogram: Författare: Arbetets namn: Handledare: Uppdragsgivare: Maskinteknik Rosén, Pontus & Samuelsson, Michael Energiplanering för expansion av Mariehamns stad Henriksson, Göran Mariehamns stad Abstrakt: Detta examensarbete har utförts på begäran av Mariehamns stad och har som syfte att utreda vilka miljövänliga värmeenergialternativ som finns att tillgå för ett planerat projekt år 2020 på en ö som heter Svinö. Bostadsområdet skall följa passivhusens byggkrav när det gäller värmeförbrukning och man vill därmed hitta miljövänligt värmealternativ för att försörja områdets värmebehov för att ge detta område en grön stämpel. Uppdragsgivaren önskar också att man skall speciellt undersöka värmepumpar som ett alternativ till ett värmesystem för området samtidigt som andra alternativ undersöks för jämförelse. Det är även ett önskemål att man undersöker milövänlig värme som ett kompletterande system till området. Efter denna undersökning skall man stå med ett alternativ som lämpar sig bäst i nuläget för detta område. Vi har i vår utredning kommit fram till att det bästa alternativet enligt våra metoder är ett pannsystem med solfångare som kompletterande värmesystem. Under sommaren kan man täcka hela värmebehovet med miljövänlig värme och samtidigt på vintern ha ett koldioxidneutralt alternativ när det behövs tilläggsvärme. Nyckelord (sökord): Energidimensionering, värmepumpar, pannsystem, solfångare Högskolans serienummer: ISSN: Språk: Sidantal: 18/ Svensk 72 Inlämningsdatum: Presentationsdatum: Datum för godkännande: 23/ / /

3 Degree Thesis Högskolan på Åland / Åland University of Applied Sciences Study program: Author: Title: Academic Supervisor: Technical Supervisor: Mechanical Engineering Rosén, Pontus & Samuelsson, Michael Energy Planning For Expansion of the Town Mariehamn Henriksson, Göran Mariehamns stad Abstract: This degree thesis has been made in response to a request from the Town of Mariehamns and its purpose is to investigate which environmentally friendly options there are to cover the heating requirements for a residential area project planned to be built on an island named Svinö. The houses of the residential area will follow the norms for passive houses when it comes to heating consumption. From the commissioner there is a special wish to investigate an alternative with heating pumps. There will be an investigation of another alternative to compare the heating pumps with. It will also be taken in to consideration to use complementary systems that might work well for this area. After the investigations there are supposed to be one alternative that is fit to be used for this residential area. In our investigation we have concluded that the best option, according to our methods, is a boiler system with solar panels as a complementary heating system. During the summer this alternative are supposed to cover the heating demands with renewable energy from the solar panels and during the winter with carbon dioxide neutral fuel for the boilers. Key words: Energy dimensioning, heat pump, boiler plant, solar energy Serial number: ISSN: Language: Number of pages: 18/ Swedish 72 Handed in: Date of presentation: Approved on: 23/ / /

4 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 INLEDNING Motiv för ämnesvalet Syfte med arbetet Frågeställningar och hypoteser Materialbeskrivning Bakgrund Avgränsningsmaterial Huvudmål Kompletterande system Avgränsningar Definitioner BAKGRUND Fall 1: Skärgårdsstaden Fall 2: Tvillingstaden Värmealternativ Fjärrvärme Närvärme Bränslen El-värme Solvärme Värmepump Bergvärme Havsvärme Sammanställning av metoder VÄRMEBEHOVSBERÄKNINGAR Värmebehov enligt passivhusdimensionering Areaförhållande fall 1 Skärgårdsstaden Areaförhållande fall 2 Tvillingstaden U-medel uträknat genom passivhusnormerna för Skärgårdsstaden U-medel uträknat enligt passivhusnormerna för Tvillingstaden U-medel för ett genomsnittligt hus Tappvatten - duschmetoden...18

5 3.8 Värmeförluster i rörledning Redovisning av metoder Värmeförluster fall 1 Skärgårdsstaden Värmeförluster fall 2: Tvillingstaden Värmebehovet och effektbehovet Fall 1: Skärgårdsstaden Värmebehov Effektbehov Värme och värmeeffektbehovet fall 2: Tvillingstaden Värmebehov Effektbehov FJÄRRVÄRME Mariehamns energi Anslutningsmöjligheter NÄRVÄRME Rörnät Dimensionering Kostnader Panntyper Pannanläggning Fördelar och nackdelar SJÖVÄRMEPUMP Fall 1: Skärgårdsstaden Sjövärme Fall 2: Tvillingstaden Fyra stycken värmepumpar modell 30HXC Tre stycken värmepumpar modell 30HXC Strömförbrukning värmepumpar Fördelar och nackdelar KOMPLETTERANDE VÄRMESYSTEM Solfångare Val av solfångare Dimensionering Verkningsgrad...40

6 7.1.4 Anslutning Avloppsvärmeväxlare Verkningsgrad Fall 1: Skärgårdsstaden Solfångare Avloppsvärmeväxlare Möjligheter avloppsvärmeväxlare Fall 2: Tvillingstaden Solfångare Avloppsvärmeväxlare ACKUMULATORTANK Dimensionering Skärgårdsstaden Dimensionering Tvillingstaden Ackumulatortank Kardonar Ackumulatortank dimensionerat för 63 C Fall 1 Skärgårdsstaden 63 C Fall 2 Tvillingstaden 63 C INVESTERINGAR OCH KOSTNADER Ackumulatortank Tillverkningspris Installationspris Pris ackumulatortank inklusive installation Kardonar Värmepumpar Driftkostnader Fall 1 skärgårdsstaden Investeringskalkyl Skärgårdsstaden Fall 2 Tvillingstaden Investeringskalkyl Tvillingstaden Närvärmeverk Investering anläggning Värmeprodukter AB Skärgårdsstaden Investering anläggning Kardonar Skärgårdsstaden Investering Anläggning Värmeprodukter AB Tvillingstaden Investering anläggning Kardonar Tvillingstaden...64

7 9.4 Solfångare Fall 1 Skärgårdsstaden Investeringskalkyl Skärgårdsstaden Fall 2 Tvillingstaden Investeringskalkyl Tvillingstaden Avloppsvärmeväxlare Fall 1 skärgårdsstaden Investeringskalkyl Skärgårdsstaden Fall 2 tvillingstaden SLUTSATS Utvärdering Utvecklingsmöjligheter...72 KÄLLFÖRTECKNING...74 BILAGOR...76

8 1 INLEDNING 1.1 Motiv för ämnesvalet Vi kom i kontakt med Ulf Simolin, miljöcontroller för Mariehamns stad. Han hade olika planer och projekt som han ville undersöka med fokus på miljövänlig energi. Detta intresserade oss då sökandet efter alternativa miljövänliga energialternativ för till exempel uppvärmning är väldigt aktuellt och speciellt attraktivt om resultatet inte endast blir miljövänligt utan även kostnadseffektivt. 1.2 Syfte med arbetet Syftet med detta arbete är att undersöka alternativa miljövänliga värmealternativ för uppvärmning förutom fjärrvärme, direktverkande el och elpatron på Svinö och därmed undersöka olika sorter värmesystem beroende av vilka möjligheter som finns att tillgå. Anläggningen skall täcka hela årsvärmebehovet och samtidigt vara ett lönsamt system. Huvuduppgiften är att undersöka om det är möjligt att installera värmepumpar som värmesystem för området. Vi har valt att undersöka andra alternativ också, för att sedan kunna jämföra dem i slutändan och se vilket som är lämpligast. Alla byggnader skall följa byggnormerna för passivhus, varför alla beräkningar har grundats på värden och definitioner för passivhus. Vi har även undersökt om tillämpade system så som solfångare och värmeåtervinningsmöjligheter är lämpligta alternativ. Passivhus är nya generationens energieffektiva hus. 1.3 Frågeställningar och hypoteser Vi fick till uppgift att utreda hur rimligt det är med dessa värmealternativ, vad installations, och produktkostnaderna blir, samt hur stort behov det finns. Blir systemet lönsamt med tiden. Vad finns det för alternativ på Svinö? 1) Energibehov o Vad blir värmebehovet för respektive fall? 1

9 o Hur ser värmeförlusterna ut för ett genomsnittligt hus? o Hur stor blir spetslasten? o Hur fördelar sig förbrukningen över året? 2) Sjövatten-värmepump. Detta är ett intressant alternativ då det finns tillgång till havsvatten. o Vad är den kallaste temperaturen i vattnet vid havsbotten under ett år? o Öppet eller slutet system? o Om slutet system, hur många meter kollektorslang behövs? Hur skall de förankras? o Är det kostnadseffektivt? o Är det genomförbart? 3) Fjärrvärme o Anslutningsmöjligheter? 4) Närvärmeverk o Är det lönsamt med en pannanläggning? o Vad för typ av panna är lämpligast? o Vilken typ av bränsle skall användas? 5) Solenergi o Hur stor del av värmebehovet kan avlastas med solfångare? o Hur stor yta behövs? o Vad blir investeringskostnaden respektive återbetalningstiden? 6) Ackumulatortank o Behövs det en ackumulatortank i systemet? o Hur volym behövs för att täcka en halv vinterdag? o Hur skall den dimensioneras? 7) Värmeåtervinning 2

10 o Kan en investering i avloppsvärmeväxlare löna sig? 1.4 Materialbeskrivning Vi har använt oss utav flera olika typer av källor: muntliga referenser samt skriftliga per mail Tidigare undersökningar gjorda av kommuner och företag för liknade exempel Artiklar sökta ur högskolans databas samt litteratur tilldelat av vår handledare och biblotek. Andra examensarbeten från högskolor och universitet på både högskoleingenjörs och masternivå. Egna uppskattningar och beräkningar Bakgrund Arbetet startades genom muntliga möten med Ulf Simolin, angående vad målet är och vilka visioner som är mest attraktiva för Svinö. När målet var satt, startades arbetet med en faktainsamling samtidigt som vi satt oss in i systemen mer ingripande för en djupare förståelse. Vi samlade även information av stadsarkitekten Sirkka Wegelius om hur stora de olika fallen förväntas att bli, så att vi därefter kunde dimensionera effekt/värmebehov Avgränsningsmaterial Vi diskuterade med ett antal fackmän med kunskap inom detta område. Vi fick till oss att täcka hela energibehovet för detta område med värmepump inte är aktuellt. Samtidigt hade vi en del kontakt med större värmepumpfirmor som har mycket industriella tillämpningar, de uttryckligen påstod att det inte skall vara något problem att täcka hela värmebehovet med värmepump. Med detta i tanke beslöt vi oss för att undersöka ett alternativ där vi har värmepumpar som primärsystem för att täcka hela energibehovet. Ett annat alternativ som vi har sett mycket i artiklar och rapporter är närvärmeverk, som i grund och botten är ett mindre fjärrvärmeverk. Vi utgick från att detta måste gå att tillämpa på samma sätt som vi har tänkt oss med värmepumpanläggningen men med ett miljövänligt bränsle. Vi har även undersökt förnyelsebar energi så som solfångare och även värmeåtervinning i form av spillvattenvärmeväxlare. 3

11 1.4.3 Huvudmål För att kunna be om förslag och lösningar från företag var vi först tvungna att räkna ut värmebehovet samt effekten för spetslasten till detta område. Eftersom det är två olika alternativ som det står emellan, var det även aktuellt att räkna ut värmebehovet för båda alternativen. Med rådgivning kom vi fram till att vi var tvungna att räkna ut ett U-medel (en värmegenomgångskoefficient för material) för båda fallen (Henriksson, 2015). Med ett U- medel kan man sedan räkna ut hur mycket effekt som går ut till omgivningen från huset beroende av temperaturskillnaden mellan uteluft och inneluft. Det kommer även att behöva kompletteras med ett areaförhållande då den yta vi räknar med enbart inkluderar effektiv golvyta. För att beräkna energibehovet finns det givna normer för passivhus, vad de max får använda för uppvärmning i kwh/m 2 och år. Om de inte följer dessa krav får de inte definieras som passivhus. Vi har använt oss utav dessa värden som passivhusbyggarna har definierat samt även deras normer för hur mycket energi som går åt till tappvatten. Tappvattnet är det som vi kallar grundlast. Grundlasten är den värmeenergi som alltid kommer behöva produceras oavsett årstid. Effektbehovet kommer alltså räknas ut med ett U-medel samt ett areaförhållande för att veta hur man skall dimensionera en anläggning för att täcka nödvändigt värmebehov även de kallaste dagarna på året. Värmebehovet kommer att räknas genom att dimensioneringsnormerna för uppvärmning av passivhus och med ett tillägg av tappvatten, med detta förväntar vi oss att veta hur stort värmebehov vi har över ett år samt kostnader och intäkter för dessa Kompletterande system För att ge detta område en energieffektiv stämpel ville vi även undersöka kompletteringsalternativ så som solenergi i form av plansolfångare. Vi ville även undersöka värmeåtervinning i form av avloppsvärmeväxlare för att ta tillbaka värme till systemet. Solfångare är ett alternativ vi har satt som mål att inkludera i arbetet, likaså avloppsvärmeväxlare, där varje del energi är en besparing för det primära systemet. 4

12 1.5 Avgränsningar Vi har valt att fokusera på de delar som ingår i vårt utbildningsprogram, dvs. Energi och inte byggnadskonstruktion eller geologiska frågor som berggrund, havsbotten samt mark. Under varje fråga under frågställningarna har vi därmed satt klara gränser som är följande: 1) Vi kommer att fokusera två olika alternativ, värmepumpar och värmepanna. Hur stor måste en anläggning bli för att uppfylla energibehovet? Vad kommer detta kosta i installation och material? 2) Finns det möjlighet för dragning av fjärrvärme? Eftersom denna fråga inte riktigt är besvarad kommer vi att undersöka hur trolig en eventuell anslutning till Mariehamns energi är. 3) Vi skall undersöka solenergi som en avlastning för primärsystemet under hela eller vissa tider av året. Vi kommer undersöka hur stor yta solfångare som är rimligt samt försöka uppskatta storlek och pris för ackumulatortank. Det kommer även att tas upp angående avloppsvärmeväxlare. 4) Vi kommer att göra investeringskalkyler och se om en investering är lönsam med tiden. 1.6 Definitioner I detta avsnitt beskrivs vanligt förekommande termer som används i arbetets gång. Värmepump En värmepump fungerar som en omvänd kyl, där vi har till exempel kallare luft på utsidan och önskar en högre inomhus. På utsidan finns det en förångare som innehåller köldmedium, detta köldmedium går sedan genom en kompressor som i sin tur komprimerar köldmediumet och på så sätt värmer upp det. Köldmediumet passerar där efter en kondensor som finns på insidan som avger sin värme till omgivningen inomhus. Sedan passarer köldmediumet en strypventil som sänker trycket och temperaturen och därmed kokpunkten så att köldmediumet går över till gasform igen. Efter strypventilen är köldmediumet till exempel -20 C kallt och på så sätt värmer utomhustemperaturen upp köldmediumet igen. (Wikipedia, 2015) Solfångare Det finns främst två olika typer av solfångare, vakuumrör samt plansolfångare, där vi har valt plansolfångare. Tillskillnad från solceller så är solfångare gjorda för att absorbera värmenergi från solen för att producera värme och inte 5

13 elektricitet. Solenergin lagras oftast med vatten t.ex. i en ackumulatortank. U-medel är en faktor som räknas ut genom ett förhållande mellan ett hus olika delar så som (tak, väggar, fönster, dörrar samt golv) samt deras värmegenomgångskoefficient, U. på så sätt får man ett U-värde för ett helt hus och inte enbart specifika delar av huset. (Dahl, 2010) Spetslast är den last som vårt system kommer att behöva täcka en minimal del av året, men lika så är det viktigt att den täcks. Spetslasten uppkommer vid den kallaste delen av året då värmebehovet är som störst. Systemet är därför dimensionerat för detta. Grundlast är den last vi alltid kommer att ha beroende av årstid. Denna last är främst tappvatten, d.v.s. duschvatten och dylikt. Värmeväxlare fungerar som så att den överför värme från ett medie till ett annat genom en kontaktyta. De används på väldigt många olika ställen där man inte vill att dessa medier skall blandas med varandra. COP (värmefaktor) (Coefficient Of Performance) är kort sagt ett index på hur står del värmeenergi man får ut gentemot tillförd elenergi, d.v.s. ett COP på 3 innebär att du får ut 3 gånger så mycket värmeenergi gentemot elenergi 1kW elenergi blir 3kW värmeenergi. (Wikipedia, 2015) 6

14 2 BAKGRUND Projektet handlar om två olika alternativ. Fall 1 heter skärgårdsstaden och är ett mindre alternativ med majoriteten fristående hus (egnahemshus) med en mindre befolkning. Fall 2 heter tvillingstaden. Detta alternativ är det största och det skall bli en kombination av både fristående hus och flerbostadshus. Svinö ligger väster om Mariehamn vid inloppet i västra hamnen. 2.1 Fall 1: Skärgårdsstaden I detta fall kommer det att röra sig om enskilda egnahemshus. Tanken är att det skall finnas en viss del egnahemshus med större tomt och bli ett mer idylliskt bostadsområde. Syftet är att kunna bosätta fler familjer i Mariehamn och ge dem samma alternativ som man kan få på landet. Det skall byggas på ett sådant sätt att det ser attraktivt ut och behålla en skärgårdskänsla samtidigt som man skapar flera nya boenden för att expandera Mariehamn. Det kommer att även att byggas en mindre servicebyggnad som eventuellt kommer att bli ett dagis/förskola för familjer med småbarn, så att de slipper röra sig ifrån bostadsområdet och kan ta sig själva fritt utan farlig trafik till och från dagis/förskolan (Se figur 1) (Wegelius, 2015). Figur 1 Skärgårdsstaden där de gula områdena är tänkt att bebyggas med högst 1-2 vånings egnahemshus, i den orangea cirkeln till höger skall det byggas ett flerbostadsområde 7

15 2.2 Fall 2: Tvillingstaden Tvillingstaden är ett större alternativ bostadsmässigt. Det huvudsakliga syftet är att kunna etablera mer människor i Mariehamn och därmed på Åland. Detta alternativ är mestadels lägenhetshus och en viss del egnahemshus. Det är en kombination för att kunna attrahera både yngre människor och familjer. Det kommer att röra sig upp till totalt m 2 effektiv bostadsyta. Det kommer även byggas servicebyggnader som kommer eventuellt att bli dagis, mataffär eller dylikt. Ett dagis/förskola ger familjer en frihet då barn själva kan ta sig säkert från hem till dagis och tillbaka utan att behöva korsa farlig trafik (se figur 2) (Wegelius, 2015). Figur 2 Tvillingstaden, de gula områdena är som tidigare gjort för egnahemshus med max 2 våningar, de orangefärgade områdena är tänkt för flerbostadshus upp till 6 våningar 8

16 2.3 Värmealternativ På Åland finns det möjlighet till flera olika värmealternativ. Eftersom bostadsförhållandena skiljer sig mycket beroende på var man bor kan det röra sig om olika alternativ. Man har till exempel satsat på fjärrvärme i mer tätbebyggda områden på kortare avstånd till värmeverket och utanför Mariehamn är det mer vanligt med egenförsörjande värmeproduktion. Det finns vissa närvärmeverk ute på landsbygden. Men majoriteten uppskattas att vara biobränsle-/oljeeldade egnahemspannor. De som fortfarande har nattelavtal kör med elpatron och värmer varmvatten på natten Fjärrvärme Fjärrvärme är väldigt populärt i Norden, så även på Åland. Fjärrvärme har många fördelar då värmepriset är oftast jämt förhållandevis från år till år. Fjärrvärme är som effektivast där man kan ansluta den till tätbebyggda områden och väldigt ineffektiv på mer glesbebyggda områden pga. värmeförluster. Fjärrvärme har en investeringskostnad som är en anslutningsavgift, och man måste köpa en värmeväxlare som man har lokalt hemma hos sig. Det attraktiva är det stablila lägre energipriset Närvärme Närvärme är ett bra alternativ för bostadsområden eller mer tätbebyggda områden som ligger avskilt från fjärrvärmeverket. Det grundar sig på samma princip som fjärrvärme men finns då bara lokalt och inte för längre distribution. Det går ut på att man har en panna som passar värmebehovet, oftast då i en panncentral med en ackumulatortank. Denna panna kan vara helt automatiserad med självmatning av bränsle och dylikt som asktömning. De vanligaste är främst torv samt pellets, då de ger en jämn förbränning samt är koldioxidneutral Bränslen Pellets är ett billigt effektivt bränsle som är tillverkat av olika biprodukter från skogsindustrin som pressas ihop av tillexempel spån. De är energieffektiva samt koldioxidneutrala vilket gör dem attraktiva på marknaden. Det finns även oljeeldade pannor främst för hushåll med låg användning och där man kanske har en spetslast då oljeeldad är flexibel och snabbare än de flesta andra bränslen. 9

17 Oljan kan variera väldigt mycket i pris, olja är inte koldioxidneutral och innehåller andra föroreningar som tillexempel svavel. Man kan använda sig utav spån men då oftast som i form av pellets. Det mest energismarta alternativet är för hushåll som har egen skog, där man kan använda en vedeldad panna. Det finns lokala skogsindustrier på Åland som kan tillförse anläggningar med biobränslen El-värme El-värme kommer i olika former, som direktverkande el (i form av el-element) eller som el patron (i varmvattenberedare). Där använder man sig utav elektricitet från elnätet för värmning av vatten eller element för skapa värme. Detta är dyrt eftersom elektricitet är dyrare än värme. Elpriset kan också svänga mycket över året vilket innebär att kostnaden för hushållet kan variera stort från år till år. Elenergi är en renare energiform, som är svår att utvinna. På så sätt är det inte en hållbar idé att använda elektricitet för att framställa lägre energi så som värmeenergi Solvärme Solvärme i form av solfångare är ett lämpligt alternativ i nuläget då verkningsgraden har blivit bättre. Det är svårt att få en lönsam värmeproduktion enbart av solvärme, men den kan användas för att komplettera värmeproduktionen. Garantin på plansolfångare är väldigt hög, cirka år. Återbetalningstiden ligger runt uppskattade 10 år enligt tillverkare, vilket ofta gör det till en lönsam idé att tillämpa. All energi som man får ut av denna anläggning är gratis och avlastar den primära energikällan. Under den varmare delen av halvåret räknar man med att täcka upp till 100 % av värmebehovet med en sådan anläggning. Plansolfångarsystemet kopplas ihop med samma system som det primära, dvs. det värmer upp samma vatten i samma ackumulatortankar. Det primära systemet får gå in som spetskälla då det behövs kompletterande värme Värmepump Värmepumpar är lönsamma då de använder solens lagrade energi i olika medier för att göra nyttig värme till hushållet. De har relativt höga verkningsgrader som är hur mycket värme man får ut av den ström man matar in. De har oftast en relativt hög investeringskostnad men kan vara lönsamma i längden. Man kan dessutom inte bara använda dem för att 10

18 utvinna värme ur ett medium utan det går även att använda dem i motsatt ordning på sommaren för att kyla hushåll. Då de får en högre COP upp till 500 %. (Wikipedia, 2015) Bergvärme Bergvärme är ett vanligt alternativ och då värmen är väldigt jämn djupt i berget får man en jämn effektiv värmeproduktion. Det är dyrt att installera men passar sig för hushåll som har en begränsad tomt. I detta fall är området lokaliserat på en ö. Man har gjort en riskbedömning att det finns en stor risk för sjövatten inträngning i borrhålen. Det finns även begränsat utrymme och det skulle kräva ett kluster av borrhål för att täcka värmebehovet Havsvärme Havsvärme är mer sällsynt eftersom det kräver en stor yta på havsbotten där man lägger ut kollektorslangar som innehåller ett medium som inte fryser, oftast en vattenglykolblandning. Havsvärmen förs över från havet till mediet. En sådan anläggning måste vara sluten i havsmiljöer då saltet leder till korrosion. Fördelen med havsvärme till skillnad från luft är att temperaturen är stabil och sjunker inte under 0 C på vinterhalvåret som luften. På så sätt kan man få ut mera värme från pumpen och täcka energibehovet även på vinterhalvåret Sammanställning av metoder Praktiskt sett är det bara värmepump och biobränslepanna som är konkurrenskraftigt nog för Svinö, då området ligger utanför fjärrvärmeverkets system. Solfångare kommer att tillämpas i båda fallen då de fungerar med de olika primära systemen. Solfångare är ett väldigt miljövänligt alternativ för förnyelsebar energi samt energieffektivt då en sådan anläggning betalar för sig själv med tiden. För solvärme kan man få investeringsbidrag av bland annat EU och på sätt får man redan ett startkapital på en solfångaranläggning. För detta fall gäller det främst sjövärme och pellets för pannan, då olja och gas inte är önskvärda fast att den stundvis kan vara mer kostnadseffektiva, pga. miljömål. De metoder som kommer att undersökas är följande: Sjövärmepump Närvärme (pannanläggning) Solvärme Avloppsvärmeväxlare 11

19 3 VÄRMEBEHOVSBERÄKNINGAR För att veta hur stort behovet är för detta område i de olika fallen behövs det ett antal olika faktorer och beräkningar. Genom att studera normerna för dimensionering av passivhus hittar man kraven för högsta värmebehovet per kvadratmeter effektiv bostadsyta och år. Det finns även dimensionerat hur stor del av detta värmebehov som ytterligare kan förvandlas till tappvattenbehov i genomsnitt för hushåll över ett år. Detta ger en uppskattning hur stort behovet är i genomsnitt över ett år för alla hushåll. Det är inte det ända som behövs för att dimensionera systemet, det behövs även ett effektbehov för att veta hur stort behovet kan bli stundvis vid olika utomhustemperaturer och med en högre tappvattenförbrukning. Detta görs med ett uträknat U-medel och ett areaförhållande samt en uppskattad metod för tappvattenförbrukningen. Eftersom det rör sig om två olika fall har det gjorts beräkningar för respektive. Grunden är den samma med förutsättningarna olika. 3.1 Värmebehov enligt passivhusdimensionering Enligt passivhusnormerna är energibehovet d.v.s. uppvärmningsbehovet dimensionerat enligt följande (Chalmers, 2014) (Petersson, 2010): För flerbostadshus För fristående hus Tappvattenbehov 45 kwh/m 2 och år 55 kwh/m 2 och år 40 % av uppvärmningsbehovet I dessa dimensioneringsnormer utgår man ifrån att den påtvingade ventilationen som är grundprincipen med passivhus är inräknad. Dimensioneringen är gjord för klimatzon 3 som sträcker sig till samma nivå som Åland (se figur 3). 12

20 Figur 3 Visar klimatzonerna i Sverige där man kan uppskatta att Åland ligger i klimatzon 3 då de ligger i samma nivå (Boverket, 2015) 3.2 Areaförhållande fall 1 Skärgårdsstaden Vi har nu endast en given bostadsyta (se tabell 7), därför behöver man uppskatta hur stor övrig area det ingår i en kvadratmeter bostadsyta. Man kan anta att för varje kvadratmeter bostadsyta är det även en kvadratmeter takyta. Därmed är ytan dubbelt så stor. Därefter tillkommer även ytterväggar det är dock inte varje kvadratmeter golvyta som har en yttervägg. Därför användes förhållanden från ett tidigare arbete (Dahl, 2010) för ett normaltstort hus. Med hjälp av dess areor kunde ett förhållande mellan övrig area och golvarean räknas ut på följande sätt (se ekvation 1): (Henriksson, 2015) Tak-Area: 240 m 2 Vägg-Area 170 m 2 Grund-Area 179 m 2 Fönster-Area: 22 m 2 13

21 Ekvation 1 För areaförhållandet för ett genomsnittligt hus i fall 1 Denna faktor används sedan i beräkningar av det totala effektbehovet samt värmeförluster. Värmeförlusterna som försvinner med konvektion genom väggar, tak, grund, fönster osv räknas ut med hjälp av U-medel (kapitel 3.4;3.5;3.6), för hushållen. Det ger oss ett linjärt samband för hur stora förlusterna blir i detta fall för hushållen beroende av temperaturskillnaden mellan innetemperatur och utetemperatur enligt ekvation 2 (figur 4), innetemperaturen är satt som konstant 20 C. Detta är generellt effekt per kvadratmeter effektiv bostadsyta. Temperaturerna är tagna från (ÅSUB, 2015) för år 2013 (tabell 2 och 3). Ekvation 2 Värmeförluster per golvarea med tillägget areaförhållande 3.3 Areaförhållande fall 2 Tvillingstaden Areaförhållandet skiljer sig en del från fall 1. Eftersom den tidigare tilläggsfaktorn för husets area är gjort för enskilt hus, stämmer inte detta överrens med ett flerbostadshus. I ett lägenhetshus har inte alla lägenheter fyra ytterväggar utan delar vägg med andra lägenheter eller trapphus. Taket likaså, endast de lägenheterna i toppen har tak utåt, samt det motsatta för lägenheter i botten. De lägenheter som befinner sig i mellanvåningar kommer att få en självvärmning av andra lägenheter t.ex. från golv, någon vägg och tak. Genom att ta hela bostadsytan för ett lägenhetshus genom antal våningar får man ut arean för grunden. I detta fall uppskattas även taket att vara platt och därmed samma yta som grunden. Varje våning är uppskattad att vara cirka tre meter hög inräknat med golv. Längden på huset räknades ut genom uppskatta huset att vara kvadratiskt. På så sätt kan man använda sig av kvadratroten och få ut längden för de olika flerbostadshusen (se tabell 1). Arean av en yttervägg blir höjden multiplicerat med längden av väggen. På samma sätt som i fall 1 för ett hus tas den totala arean dividerat med grundarean (se ekvation 3), dvs: 14

22 Ekvation 3 Areaförhållandet för fall 2 Tabell 1 Visar Areor för vissa bostadsdelar samt uppskattat höjd (Wegelius, 2015) Bo.del Total area m 2 Våningar Golvarea m 2 Höjd m Längd m Vägg Area m 2 Förhåll. A ,3 B ,5 B ,8 C ,2 D ,5 E ,6 F ,5 G ,9 H ,3 I ,4 I ,7 J ,3 K ,3 L ,3 L ,2 L ,5 medel 2,6 3.4 U-medel uträknat genom passivhusnormerna för Skärgårdsstaden Från dimensioneringsnormerna för passivhus kan man räkna ut ett U-medel för båda fallen. I fall 1 är det småhus (egnahemshus) och dimensioneringsnormen är då 55 kwh/m 2 och år. Inomhustemperaturen är bestämt till 20 C, med hjälp av medeltemperaturen för varje månad på Åland (ÅSUB, 2015) kan man då räkna ut temperaturskillnaden. Därefter kan man använda antal dagar i varje månad för att räkna ut ett U-medel genom att justera ett U- värde tills det passar in enligt dimensioneringsnormerna (ekvation 4). U-värdet är justerat tills det att summan för alla dessa månader med den givna medeltemperaturen och antal dagarna skall bli enligt dimensioneringsnormen. Därefter delas detta U-värde med areaförhållandet då vi får ett U-medel för ett helt hus. Temperaturer och värmebehovet visas i tabell 2. [ ] + Ekvation 4 Visar anpassat dimensioneringsbehov för passivhus där man har justerat U-värdet för att få samma som i normerna per kvadratmeter bostadsyta 15

23 Tabell 2 Visar medeltemperaturer på Åland mellan samt uträknade energibehovet för varje enskild månad där summan skall vara enligt dimensioneringsnormerna för egnahemshus. Månad Energibehov Jan-Dec 7,0 6,0 6,1 Per månad Jan -2,4-1,7-3, Wh/m 2 feb -8-4, Wh/m 2 mar -0,6 2,2-4, Wh/m 2 apr 5,3 3,6 2, Wh/m 2 Maj 9,5 9,3 11, Wh/m 2 Jun 15,4 12,2 14, Wh/m 2 Jul 19,1 16,5 15, Wh/m 2 Aug 16,6 15,7 16, Wh/m 2 Sep 13,1 11,9 12, Wh/m 2 Okt 7,9 6,2 7, Wh/m 2 Nov 5,6 4 4, Wh/m 2 Dec 2,6-3,3 2, Wh/m 2 Summa Wh/m 2 Dimensionering 55 kwh/m 2 Skärgårdsstaden T inne 20 C U golvyta 0,44 W/(m 2 * C) Area förhåll. 3,16 U-medel 0,14 W/(m 2 * C) 3.5 U-medel uträknat enligt passivhusnormerna för Tvillingstaden För tvillingstaden är U-medel uträknat på samma sätt. Det som skiljer är dimensioneringsnormerna som är 45 kwh/m 2 och år samt ett annat areaförhållande som är uträknat i tidigare kapitel (se tabell 3). 16

24 Tabell 3 Visar medeltemperaturerna på Åland mellan och energibehovet under dessa månader uträknat med ekvation 4 Månad 2011 C 2012 C 2013 C Energibehov Jan-Dec 7,0 6,0 6,1 per månad Jan -2,4-1,7-3, Wh/m 2 feb -8-4, Wh/m 2 mar -0,6 2,2-4, Wh/m 2 apr 5,3 3,6 2, Wh/m 2 Maj 9,5 9,3 11, Wh/m 2 Jun 15,4 12,2 14, Wh/m 2 Jul 19,1 16,5 15, Wh/m 2 Aug 16,6 15,7 16,4 991 Wh/m 2 Sep 13,1 11,9 12, Wh/m 2 Okt 7,9 6,2 7, Wh/m 2 Nov 5,6 4 4, Wh/m 2 Dec 2,6-3,3 2, Wh/m 2 Sum Wh/m 2 Dimensionering 45 kwh/m 2 Tvillingstaden T inne 20 C U golvyta 0,37 W/(m 2 * C) Area förhåll. 2,6 U-medel 0,14 W/(m 2 * C) I de båda fallen räknar man ut hur stort ett U-medel skulle bli om allt skulle gå som förlust genom golvytan. Eftersom detta inte är fallet använder man sig utav areaförhållandet för att få ett U-medel anpassat till hela fastighetens delar. 3.6 U-medel för ett genomsnittligt hus U-medel för ett genomsnittligt hus räknades ut genom att studera exempel för ett normaltstort hus från ett tidigare ex-jobb (Dahl, 2010). Eftersom detta var gjort för ett normalt hus, var det en del saker som skiljde sig. Bostadsytan är ungefär den samma som genomsnittet i detta fall, (utgående från att alla hus är lika stora). U-värden finns givna hos passivhustillverkarna för varje del av ett passivhus, genom att ta ytorna på varje del och passivhusens U-värden kan man uppskatta ett U-medel (se ekvation 5) (Kreutzer, 2015). 17

25 U-värde tak 0,07 Area: 240m 2 U-värde vägg 0,08 Area: 170m 2 U-värde grund 0,09 Area: 179 m 2 U-värde fönster 0,71 Area: 22 m 2 [ ] [ ] Ekvation 5 U-medel (Dahl, 2010) Detta U-medel är uträknat för ett genomsnittligt hus, genom att ta antal hus genom totala bostadsytan (se tabell 7) och sedan jämfört det med boytan i ett tidigare arbete, och konstaterat att de är lika stora. Det skall dock tilläggas att detta skiljer sig för flerbostadshus då högst troligen ett U-medel är bättre ur effektperspektiv (alltså U-medel är lägre). Men eftersom detta är en dimensioneringsberäkning så antar vi i detta fall dimensionerings U-medel för en tillräcklig dimensionering. 3.7 Tappvatten - duschmetoden I detta arbete har man valt att använda en metod för att uppskatta max tappvattenuttag. Metoden går ut på att använda ett känt duschmunstyckes flöde och sedan uppskatta hur stor effekt som krävs för att värma vattnet till duschvattentemperatur från grundvattentemperatur. Man har valt denna metod för att den är mest praktisk i detta arbete då man inte har tillgång till liknande mätdata. Man uppskattar att en tredjedel av hushållen kan tänkas duscha på morgonen och de resterande två tredjedelarna förväntas att antingen inte duscha eller göra det utspritt under olika tidpunker under dagen. Där med kan man uppskatta att de flesta duschar emellan 05:30 08:00 d.v.s. två och en halv timme. Man säger att genomsnittduschen rör sig om cirka 10 minuters tid och man antar att hushållen duschar utspritt under dessa timmar. Man har även utgått efter antal hushåll och inte antal invånare, då det uppskattas att vara en dusch per hushåll. 18

26 Man har använt ett flöde genom duschmunstycket på 10 l/min (Bauhaus, 2015) samt att man värmer vattnet från 5 C grundvatten till 38 C duschvatten. Då man blandar varmt vatten med kallt grundvatten till 38 C vatten. Cp vatten = 4.19 kj/ C*kg mflöde = 0,17 kg/s ΔT = 33 C Enligt ekvation 6 beräknas effekten för duschandet om alla invånare skulle göra detta samtidigt och sedan delas detta med uppskattningarna som är följande: 1/3 av hushållen En dusch per hushåll (d.v.s. toalett innehållande dusch) Max 10 min Under en utsprid period av 150 min (2.5 timmar) Ekvation 6 Visar beräkningen av effekten för duschandet 3.8 Värmeförluster i rörledning Man har gjort en förundersökning för området och sett ungefär hur långt fjärrvärmenät som krävs, vilket är cirka 3800 meter (Wegelius, 2015). Detta är meningen att vara en dubbelrörig kulvert, d.v.s. man har både fram och returledning i samma kulvert. För att beräkna värmeförlusterna i kulverten tog man först reda på vad man hade för värmegenomgångskoefficient i isoleringsmaterialet, i detta fall är den 0,027 W/m* C (Lambda values, 2015). Det gjordes även en egen uppskattning av dimensioneneringen av rören samt isoleringsmaterialet. Den data som har använts för beräkning är följande: Framledning temperatur 85 C Returledning temperatur 60 C Rörlängd (l) 3800 meter Värmegenomgångskoefficient( λ) 0,027 W/m C Isoleringstjocklek 100 mm Rördiameter 150 mm 19

27 Man har räknat att omgivningstemperaturen är som lägst 0 C då ledningarna grävs ner på ett djup där man slipper kälen i marken. När temperaturen stiger över 0 C i luften antas marktemperaturen att bli den samma med tiden. I ekvation 7 räknas värmeförlusterna ut i kw för hela rörlångden beroende av omgivningstemperaturen. Temperaturerna i tabell 4 är tagna från ÅSUB men man har ändrat temperaturen till 0 C där man har minusgrader. Ekvation 7 För värmeförlusterna i hela rörledningen där radien för respektive del är räknat från rörets centrum (Alvarez, 2006) Tabell 4 Beräkning av värmeförluster i rörledningen beroende av uppskattad marktemperatur Värmeförluster i rörledning Månad Tomg. Förlust kw Jan 0 91,5 feb 0 91,5 mar 0 91,5 apr 2,9 89,7 Maj 11,7 84,1 Jun 14,8 82,2 Jul 15,9 81,5 Aug 16,4 81,1 Sep 12,4 83,7 Okt 7,5 86,8 Nov 4,5 88,7 Dec 2,9 89,7 3.9 Redovisning av metoder De två olika U-medelmetoderna som är uträknade i tidigare kapitel grundar sig på olika förutsättningar. Det U-medel uträknat genom att anpassa ett U-värde så att värmebehovet för ett år skulle passa in enligt dimensioneringsnormerna ger ett högre U-medel än för motsvarande enligt ett hus olika delar. Detta är främst för att dimensioneringsnormerna är 20

28 ett uppvärmningsmaximum för att få definieras som ett passivhus, medan de U-värden tagna för husets olika delar är optimerade värden för nuvarande passivhus. Därmed kommer det U-medel som är uträknat enligt dimensioneringsnormerna att användas vid effektberäkningarna i rapporten. Som tappvattenvärmebehov har vi använt oss utav dimensioneringsreglerna som säger att det skall vara cirka 40 % av totala uppvärmningsbehovet för ett passivhus. När det gäller effektbehovet för tappvatten kommer duschmetoden att användas Värmeförluster fall 1 Skärgårdsstaden Areaförhållandet skiljer sig i de olika fallen storleksmässigt där areaförhållandet är större i fall 1 än fall 2. Dock skiljer sig U-medel från varandra också, där U-medelvärdet är större i fall 2 än i fall 1(se tabell 5 & figur 4). Tabell 5 Konvektion i fall ett vid olika utetemperaturer där värmeförlusterna är uträknade med ekvation 2, med en innetemperatur på 20 C, Temperaturerna tagna från ÅSUB (ÅSUB, 2015) Värmeförluster genom konvektion Månad Temp C P W/m^2 Jan -3,7 8,5 feb -8 10,1 mar -4,7 8,9 apr 2,9 6,1 Maj 11,7 3,0 Jun 14,8 1,9 Jul 15,9 1,5 Aug 16,4 1,3 Sep 12,4 2,7 Okt 7,5 4,5 Nov 4,5 5,6 Dec 2,9 6,1 21

29 Effekt W/m^2 12,5 10,5 8,5 6,5 4,5 2,5 0, Utetemperatur C Värmeförluster W/m^2 Figur 4 Visar grafiskt hur värmeförlusterna genom konvektion från tabell 2 för fall Värmeförluster fall 2: Tvillingstaden Som nämnt tidigare har fall 2 ett lägre areaförhållande men ett högre U-medel, som medför en svag höjning i värmeförluster gentemot fall 1. I detta fall är det en blandning mellan egnahemshus samt flerbostadshus och därför har man tagit ett medelvärde av de olika U- medel från fall 1 samt fall 2 (se tabell 6 & figur 5). Tabell 6 Visar konvektionen uträknat med ekvation 2 beroende av utetempraturen med en innetemperatur 20 C för fall 2, temperaturerna tagna från ÅSUB (ÅSUB, 2015) Värmeförluster genom konvektion Månad Temp C P W/m^2 Jan -3,7 8,6 feb -8 10,2 mar -4,7 9,0 apr 2,9 6,2 Maj 11,7 3,0 Jun 14,8 1,9 Jul 15,9 1,5 Aug 16,4 1,3 Sep 12,4 2,8 Okt 7,5 4,6 Nov 4,5 5,6 Dec 2,9 6,2 22

30 12,5 10,5 Effekt W/m 2 8,5 6,5 4,5 2,5 0, Utetemperatur C Värmeförluster Figur 5 Grafiskt samband mellan värmeförluster genom konvektion enligt tabell 3 beroende av utetempraturen 3.12 Värmebehovet och effektbehovet Fall 1: Skärgårdsstaden Denna rubrik innehåller värmebehovet och effektbehovet för fall 1 skärgårdsstaden Värmebehov För att räkna ut energibehovet under ett helt år användes dimensioneringsnormerna för enskilda hus (egnahemshus) då andelen flerbostadshus är en minoritet i det här fallet där e dimensionering är värmebehovet för ett passivhus i kwh/m 2 effektiv bostadsyta och år (se ekvation 8 & tabell 7). Tabell 7 Visar bostadsyta och antal hushåll samt invånare i fall 1 (Wegelius, 2015) Hushåll Invånare 470 St St. Bostadsvåningsyta m 2 Serviceyta 1000 m 2 Bostadsyta totalt m 2 Ekvation 8 Värmebehovet för fall 1 uträknat med dimensioneringsnormerna (Petersson, 2010) 23

31 Detta är enbart energibehovet för uppvärmningen av bostadsytan över ett helt år, för tappvatten läggs ytterligare 40 % till vilket ger ett totalt energibehov på 6,6 TWh/år. Detta ger en bild över hur mycket värme som behövs under ett år. Främst används detta för att se hur mycket bränsle/elektricitet som krävs för att täcka detta. På så sätt ger det även en uppfattning av vad värmen kommer att kosta för abonnenten för att täcka driftkostnaderna och samtidigt ge en rimlig återbetalningstid Effektbehov Effektbehovet räknades ut med hjälp av U-medel och temperaturskillnaden enligt ekvation 9 nedan. På så sätt ser man hur effektbehovet varierar med utetemperaturen därmed lasten för systemet med en innetemperatur 20 C. Detta krävs då man dimensionera ett system som skall klara av lasten även vid kalla utetemperaturer, som stundvis kan uppkomma under vinterhalvåret. Ekvation 9 Visar värmeförlusterna genom konvektion med areaförhållandet som tilläggsfaktor Effekten och spetslasten med inräknat tappvatten är beräknat enligt ekvation 6 under kapitel 3.7 (Tabell 8). Tabell 8 Effektbehovet som högst, uppskattningsvis på morgonen utgående från olika avgränsningar enligt kapitel 3.7 Tappvatten Spetslast Skärgårdsstaden 10 l/min 0,17 kg/s ΔT 33 C duschtid 10 min Cpvatten 4,19 kj/ Ckg Effekt per dusch 23,0 kw Effekt dusch alla hushåll kw Effekt tappvatten 240,7 kw Den totala effekten med spetslast som behövs vid olika utetemperaturer är sammanställda i tabell 9 och figur 6. 24

32 kw Tabell 9 Effektbehovet vid olika utetemperaturer för fall 1, där summan av ekvation 6 och 9 visas som effektbehovet, samt uppvärmningsbehovet för 12 timmar inklusive 2.5 timmars tappvattenbehov Temp C Konvektion totalt kw Max tappvatten kw Total effekt kw Värmebehov 12h kwh , , , , , , , Total effekt [kw] Max tappvatten [kw] Temperatur C Figur 6 Grafisk överblick för det totala effektbehovet i fall 1, med den totala lasten (effekten), samt det maximala tappvattenbehovet från tabell Värme och värmeeffektbehovet fall 2: Tvillingstaden I detta avsnitt går man in på hur stort värme-/effektbehovet är för det större alternativet fall 2 tvillingstaden. 25

33 Värmebehov Energibehovet är uträknat genom ett medelvärde av lägenheternas och de fristående husens dimensioneringsnormer, 50 kwh/m 2 och år (e dimensionering )( se tabell & ekvation10). Tabell 10 visar arean samt bostäder för fall 2 (Wegelius, 2015) Hushåll fristående 300 St. Iinvånare 1200 St. Bostadslägenheter 1650 St. Invånare 3100 St. Bostadsvåningsyta m 2 Serviceyta 3600 m 2 Bostadsyta totalt m 2 Ekvation 10 Energibehovet för fall 2 Detta är enbart energibehovet för uppvärmningen av bostadsytan över ett helt år. För tappvatten läggs ytterligare 40 % till vilket ger ett totalt energibehov på 13,1 TWh/år. (Chalmers, 2014) Effektbehov Med en medelareafaktor på 2,6 och en innetemperatur på 20 C räknades effektbehovet för fall 2 ut på samma sätt som i fall 1 enligt ekvation 11. Ekvation 11 Effektbehovet för fall 2 inräknat med areaförhållandet Grundlasten som i detta fall är tappvatten räknas ut enligt kapitel 3.7 där det räknades ut genom duschandet och antal hushåll under en uppskattad tidsperiod (se tabell 11). Högsta effektbehovet med maximalt tappvattenuttag samt rörförluster vid olika utomhustemperaturer redovisas i Tabell 12 samt Figur 7. 26

34 Effekt kw Tabell 12 Effektbehovet för fall 2 beroende av utetemperaturen där effektbehovet är summan av ekvation 9 och 10, värmebehovet för 12 timmar inklusive tappvattenbehovet i 2.5 timmar Temp C Tabell 11 Uträknat tappvattenbehov som spetslast på morgonen enligt kapitel 3.7 Total konvektion kw Tappvatten spetslast tvillingstaden 10 l/min 0,17 kg/s ΔT 33 C Tid Cpvatten Effekt per dusch Effekt totalt dusch alla hushåll Effekt tappvatten Max tapvpatten kw 10 min 4,19 kj/ Ckg 23,0 kw kw 998,6 kw Total effekt kw Värmebehov 12 h kwh Max tappvatten [kw] Total effekt [kw] Utetemperatur ⁰C Figur 7 Det totala effektbehovet beroende av utetemperaturen samt maximalt tappvattenuttag 27

35 4 FJÄRRVÄRME Fjärrvärme är en effektiv lösning för områden som finns i närheten av ett fjärrvärmenät. Man använder då lokalt en biobränslepanna eller liknande system för att främst värma vatten till fjärrvärme. Fjärrvärmeverk kan även vara kraftverk där man har ångproduktion för att driva en ångturbin som syfte att producera elektricitet. Biprodukten av en sådan anläggning är värme som i sin tur kan användas för fjärrvärmeproduktion genom att ta värmen från avloppsångan på turbinen och värma vatten för distribution. 4.1 Mariehamns energi I samarbete med de åländska skogsindustrierna Carl Rundberg Ab och Ålands Skogsägarförbund Al. bildades ett gemensamt ägt bolag, Mariehamns Bioenergi Ab, med avsikten att öka andelen biobränslebaserad fjärrvärmeproduktion. Den första pannan med 5 MW effekt byggdes och togs i drift år År 2008 togs nästa anläggning i drift, ett kraftvärmeverk med 9 MW värmeeffekt och 2 MW eleffekt (Mariehamns Energi, 2015). I maj 2011 fusionerades Mariehamns Energi Ab med Ålands Energi Ab, som tidigare hette Ålands Kraftverksaktiebolag. Det gemensamma bolaget fick firmanamnet Mariehamns Energi Ab (Mariehamns Energi, 2015). Värmeanskaffningen är till ca 85 % baserad på biobränslen såsom träflis och träpellets, medan ca 15 % produceras med tung brännolja. I slutet av år 2014 var 847 kundanläggningar anslutna till Mariehamns Energi Ab:s fjärrvärmenät och den levererade värmeenergin uppgick år 2014 till MWh. (Mariehamns Energi, 2015) Anslutningsmöjligheter En anslutning till fjärrvärmenätet ser i detta skede inte ut som ett alternativ då Mariehamns Energi har själva sagt att det inte ser ut att vara rimligt med tanke på rördragning och avstånd till Svinö från den närmaste kulverten (Fredriksson, 2014). I framtiden kanske det kommer att ändra sig. Det är inte omöjligt att man har en annan åsikt och förutsättningar år 2020 när området planeras att bygga. Men i nuläget har man i detta arbete helt tagit avstånd till att beräkna eventuell rördragnings och anslutningskostnader till Mariehamns energis fjärrvärmenät. 28

36 5 NÄRVÄRME Som närvärmeverk är det tänkt att det skall byggas en pannanläggning som i sin tur skall distribuera ut värme över ett rörnät till abonnenten. Detta rörnät kommer att vara slutet och innehålla en returledning. Abonnenterna kommer i sin tur att ta ut värmen från nätet med hjälp av en värmeväxlare på deras sida som för över värmen till deras färskvatten. På så sätt liknar det väldigt mycket ett fjärrvärmenät. Det finns olika panntyper med olika fördelar samt olika sätt att placera dem på. I vissa fall kanske det lönar sig att placera mindre pannor lokalt vid vissa områden för att minimera rördragning och värmeförluster. I tätbebyggelse lönar det sig kanske att bygga en stor panncentral centralt och där från att distribuera ut värme. Man har tagit in offerter och tekniska specifikationer från två olika företag, Värmeprodukter AB samt Kardonar (se bilaga 2 och 3). 5.1 Rörnät Rörnätet som planerats för de båda fallen på Svinö blir ungefär lika långa, då oavsett alternativ så blir bebyggelsen lika utspritt. Längden på nätet blir cirka 3800 m (Wegelius, 2015). Nätet består av två rör som går i samma kulvert, en framledning och en returledning. Kulverten är välisolerad för att undvika större värmeförluster till omgivningen. Då det är vatten med relativt höga temperaturer som går i ledningarna är isoleringen viktig för att få små värmeförluster. Temperaturerna i rören ligger normalt mellan C i framledningen och som lägst 50 C i returledningen. Temperaturen i framledning hålls gärna låg då man får lägre värmeförluster med lägre temperatur. Kulverten grävs även ner i marken för att ge ytterligare isolering. Nedgrävningen av kulverten kan med fördel ske i samband med andra grävningsarbeten för gatuområde, t.ex. avloppsdragning och vattenledningar. 5.2 Dimensionering En vanlig och effektiv modell på fjärvärmenätet är dubbelrör. De är både lättare att lägga och har mindre värmeförluster än enkelrör. Generellt sett ger klenare dimensioner av rören och lägre framledningstemperatur mindre värmeförluster. Men dimensioneringen måste 29

37 ändå ske så att värmebehovet kan tillgodoses alla dagar om året. Effekten på fjärvärmenätet beror av flödet och framledningstemperatur. Det är trycket som i sin tur påverkar flödet. Själva rörnätet som går ut ifrån pannan är av största behövda dimension och kallas för stamledning. De rör som sedan går in till abonnenter i form av höghus eller hus kallas service ledningar och är av betydligt klenare dimension. Alla denna serviceledning är som små avtappningsledningar från det stora stamnätet. (Holmström, ) 5.3 Kostnader Pris enligt Mariehamns stad för fjärvärmenät är sagt att bli (Wegelius, 2015). Alla övriga kostnader för pannsystemen kommer ifrån de offerter som finns i bilaga 2 och Panntyper När det kommer till panntyper är det pelletspannor som har varit det främsta alternativet. Dessa drivs på pellets vilket är ett ur miljösynpunkt relativt bra bränsle. Pellets räknas som koldioxidneutralt då koldioxiden som släpps ut vid förbränning är samma mängd koldioxid som tagit upp av trädet under dess uppväxt. Regleringen sker smidigt över hela belastningsområdet för en pelletspanna vilket är viktigt då man med tillhörande solfångaranläggning kan ha väldigt lågt effektbehov stundvis från pannan. När effekten är väldigt låg så kan man köra med underhållsglöd på pannan vilket ger en låg effekt men pannan kan ändå enkelt öka belastningen vid behov. Pelletspannor är på så sätt väldigt lämpligt tillsammans med en stor solfångaranläggning. Det som kan hända vid lägre belastning på pelletspannorna är att utsläppen av kolmonoxid och oförbrända kolväten ökar. Detta är dock väldigt beroende på val av panna och dess verknings grad. Hög verkningsgrad på både hög och låg last leder till mindre utsläpp. Därför är valet av pellets panna viktigt då det är så pass stora mängder pellets som kommer att eldas i detta fall. Pellets innehåller inget svavel vilket är bra för miljön., Askan som blir från pelletsen vid eldning kan därför användas vid t.ex. gödsling då den är basisk och innehåller fosfor, kalium, kalcium och magnesium. 30

38 I offerten från Värmeprodukter AB är det värt att notera oljepannan som är tillagd för spetslasten. 5.5 Pannanläggning Pannanläggningen från Kadonar och Värmeprodukter AB levereras med komplett regler och övervakningsutrustning. Anläggningen kan på så sätt fjärstyras men går i huvudsak på automatik. Det levereras även en dieselgenerator som back-up för elproduktion i storlek av 134 kva samt med en 7 h dagtank från alternativet av Kardonar (se bilaga 3). Askan i pannan transporteras bort med skruvtransportör. Tömning av aska sker några gånger per år från en 2000 liters askbehållare som är placerad i anslutning med panncentrallen men utanför panncentrallsbyggnaden. Sammanfattningen om vad som har valts som pannalternativ i detta arbete är följande: 2 MW pelletseldad panna+ 2 MW oljeeldad panna (Värmeprodukter AB Bilaga 2) 2,5 MW + 1,5MW biopanna (pellets) (Kardonar Bilaga 3) 5.6 Fördelar och nackdelar Neutralt ur miljösynpunkt Kombineras bra med andra värme alternativ, som tex solvärme. Låga utsläpp av miljöskadliga ämnen Relativt okänsligt för svängningar i pris. Pelletsen produceras inom landet. Stor förvaring av bränsle kräver stort utrymme. Pelletsen skapar även kolmonoxid vilket kan innebära en säkerhetsrisk. Pellets är känsligt för fukt. 31

39 6 SJÖVÄRMEPUMP Värmepumparna har blivit ett populärt alternativ för uppvärmning av hushåll genom åren (Statens energimyndighet, 2015) (se figur 8). De tar värme från olika medier men i detta fall är tanken att värmen skall tas ifrån havsvattnet. Då temperaturen sällan sjunker under 4 grader innebär det att temperaturskillnaden mellan köldmediumet och kylmediumet (vattnet) är större vid kalla perioder än för en luftvärmepump, där temperaturen när det är som kallast kan sjunka till 20 C eller lägre. Om man har till exempel 5 C in i pumpen på den kalla sidan så kommer det bli en temperatursänkning från 5 C till cirka 3 C. Det innebär att för mellanvärmeväxlaren kommer det in cirka 3 C och ut kommer 1 0 C vatten, vilket innebär risk för att det bildas is i utloppet. Pumparna har reglering som känner av temperaturerna vid in-/ och utflöden så att den kan justera ner lasten ifall detta skulle uppträda. (Ryhre, 2015) Figur 8 försäljningen av värmepumpar över ett antal år 32

40 Vid så låga temperaturer kan det inte ske ett större energiutbyte då köldmediumet befinner sig runt samma temperatur. Får man ingen temperaturväxling tillsförs ingen värme och därmed ingen värmeeffekt. Man vill inte blanda in smutsigt vatten eller vatten innehållande salter i en maskin eller process då det ger upphov till igensättning i form av avlagringar, tillväxter av alger och dylikt. Därför vill man använda ett slutet system i form av en kollektorslang. Kollektorslangen kommer att behöva förankras i havsbotten eller grävas ned. Att gräva ner en kollektorslang innebär ett stort arbete då man föredrar en förankring vilket sätter ett krav på ankringsförbud för yrkes-/ och fritidsbåtar i området. I kollektorslangarna är det en glykol-vattenblandning på cirka 15 % glykol, denna blandning fryser då inte direkt under 0 C utan kommer att klara av lägre temperaturer. Sjunker temperaturen för mycket i kollektorslangen kan det bildas is på slangen och på så sätt ger den en flytkraft som kan innebära att slangen flyter upp samtidigt som att man får en sämre värmeöverföring från vattnet till köldmediumet då is isolerar (Ryhre, 2015). I detta arbete har man valt att samarbeta med företaget Carrier AB och tittat på två olika modeller som företaget har att erbjuda. En större modell 30HXC310 samt en mindre modell 30HXC230 (se bilaga 1). Max temperaturen som de här värmepumparna kan ge ut är 63 C och lägsta havstemperaturen som de kan arbeta med i full last är 5 C. De kan arbeta i lägre havstemperaturer men vid lägre last, detta sköts av värmepumpens reglering (Ryhre, 2015). Medeltemperaturen är uträknad från ett visst antal mätningar på havsbotten i ett område inte så långt bort från den aktuella platsen (se tabell 13 samt figur 9). (Pennanen, 2014) Eftersom det är en varierande havstemperatur har vi olika fall för pumparna, där ett är om havstemperaturen är 5 C och det andra och havstemperaturen är 7 C. Carrier AB har simulerat olika driftfall vid 5 C samt 7 C (se Bilaga 1). 33

41 Tabell 13 Mätdata tagna ovan botten i Korrvik i samband med reningsverket. havstemperatur C 1 meter ovan botten Korrvik Medel 5,8 2,5 4,7 17,5 6,3 7,36 Figur 9 visar vart mätningarna är gjorda samt i förhållande till den aktuella platsen Svinö 34

42 6.1 Fall 1: Skärgårdsstaden Skärgårdsstaden är det minsta alternativet av dessa två när det gäller värme-/ och värmeeffektbehovet. Toppeffekten vid -20 C är 1900 kw och detta behov är tänkt att produceras med hjälp av värmepumpar som tar sin värmeenergi från havsvattnet. Pumpsystemet har ett slutet system i form av kollektorslangar som är tänkt att vara förankrade på havsbotten (Ryhre, 2015). Sjövärmen kommer att överföras genom en värmeväxlare till ett närvärmenät. Närvärmenätet som är nämnt tidigare under punkt 3.7 är cirka 3800 meter långt. Sjövärmen är tänkt att värma inkommande vatten till en eller flera ackumulatortankar Sjövärme Effekten som skall täckas är 1900 kw. Detta är tänkt att uppfyllas med hjälp av två likadana värmepumpar modell 30HXC230. Varje enskild värmepump ligger runt 800 kw i toppeffekt. Anledningen till att två värmepumpar kommer att användas är att toppeffekten kommer behöva täckas en så liten del av året. Hade man istället valt en större pump runt cirka 1600 kw, skulle detta ge en dålig verkningsgrad då den kommer gå på så låg last resterande delen av året. På detta sätt kan man helt stänga av en pump när det är låg last och låta en pump ta upp en högre effekt och på så sätt få en högre verkningsgrad och COP. För fallet med 5 C kommer det att kräva en eleffekt på cirka 303 kw för att driva kompressorn och detta kommer att ge ut en värmeeffekt på 796 kw för varje pump. Detta ger ett COP på 2,63 vilket kommer att öka då havstemperaturen ökar. Med tanke på att detta värde är uppskattat för den kallaste perioden på året så är det ett godtagbart COP. Vid havstemperatur med 7 C kommer det att krävas en eleffekt på cirka 304 kw vilket kommer att ge i sin tur en värmeffekt på cirka 847 kw per pump, och ge ett COP på 2,79 (Se bilaga 1 för drift och data). 6.2 Fall 2: Tvillingstaden I detta större fall 2, står det mellan om man skall bygga ett system av fyra pumpar av samma storlek som i fall 1, eller om man skall sätta in större pumpar och ett mindre antal. Fördelen med flera mindre pumpar är att man kan dela upp lasten effektivare och ge en högre last till kanske tre pumpar och ha en avstängd och liknande. Det kan även vara en 35

43 fördel med flera stycken om det behövs göras service på en pump om man har flera i systemet för att ge en redundans. Det andra alternativet är att sätta in tre stycken värmepumpar på storleken av 1,1 1,0 MW. Detta kommer bli en liten underdimensionering enligt beräkningarna Fyra stycken värmepumpar modell 30HXC230 Här gäller samma driftfall som i det mindre fallet modell 30HXC260 (se bilaga 1), där vi istället för två pumpar kommer att dimensionera med fyra stycken för att täcka behovet. Effektbehovet kommer att ligga runt cirka 3700 kw vid -20 C. Fyra stycken värmepumpar i ett system kommer att täcka cirka 3200 kw. Men eftersom detta är en relativt kort period på året kommer det inte krävas fyra stycken pumpar mer än när det är som kallast. Mellan - 15 C och -10 C kommer det redan kunna täckas med tre stycken pumpar med hög last och bra verkningsgrad. Toppeffekten för tappvattnet kommer att befinna sig runt cirka 1000 kw och kommer teoretiskt kunna täckas av en pump. Se bilaga 1 för drift och data Tre stycken värmepumpar modell 30HXC310 Vid alternativet med tre stycken större värmepumpar modell 30HXC310 kommer detta ge en toppeffekt på cirka 3100 kw vid en ingående temperatur på kalla sidan med 5 C. Scenariot är gjort för en utgående temperatur på runt 63 C med en eleffekt till kompressorn på 389 kw och en utgående värmeeffekt på cirka 1055 kw per pumpenhet. Detta ger ett COP på cirka 2.71 (Se bilaga 1 för drift och data). I ett fall med högre havstemperatur och cirka 7 C på kallasidan, ger det en effektökning och ett högre COP. Totala toppvärmeffekten ligger runt cirka 3800 kw för tre stycken pumpenheter. Individuellt ligger de runt 1130 kw med en eleffekt på cirka 397 kw, Vilket ger ett följande COP på 2,84. Det visar sig tydligt att ju kallare in temperaturen är på den kalla sidan desto sämre COP får man i processen. 5 C är ett scenario som är det kallaste som pumpen kan arbeta i full last. Vid lägre havstemperaturer kommer kollektorslangens medie att sjunka under 0 C och därefter finns det risk för isbildning. I alla fallen är systemen lite underdimensionerade för de kallaste perioderna då ackumulatortankarna förväntas att ta upp en stor del av spetslasten. 36

44 6.3 Strömförbrukning värmepumpar Stora värmepumpenheter har stora elmotorer som driver skruvkompressorer. Dessa elmotorer ger vid uppstart upphov till stora startströmmar vilket leder till bekymmer om de är direktkopplade in på ett nät som flera abonnenter befinner sig i. Om startströmmarna är för stora för nätet kommer det att ske ett strömavbrott för mindre abonnenter i nätet. Systemet är dimensionerat för trefas och 400V samt 50 Hz. Eftersom pumparna varierar i storlek varierar även startströmmarna. Pumparna är forsedda med mjukstart genom frekvensstyrning som innebär att de varvar upp under en längre tidsperiod. Med mjukstart är startströmmen betydligt mindre än vid direktstart. Max driftström för 30HXC260 är 566 A. Max startström utan mjukstart är 1603 A. Max startström med mjukstart är 987 A. Max driftström för 30HXC345 är 754 A. Max startström utan mjukstart är 1792 A. Max startström med mjukstart är 1176 A. Rekommenderad säkring för 30HXC260 är A (kraftmatning till krets A och B). Rekommenderad säkring för 30HXC345 är A (kraftmatning till krets A och B). Alla pumpar ligger på en så hög startström att det troligtvis kommer att behövs investeras i en transformator för att det inte skall påfresta nätet för mycket. Att investera i en eller flera transformatorer är högst troligen ett krav för att kunna driva denna anläggning säkert. I större områden är det vanligt att det finns transformatorstationer placerade där man tar in högspänning direkt lokalt för att slippa förluster i ledningar. På så sätt transformeras högspänningen ner till normal spänning för hushåll etc. I ett sådant fall kan man kombinera denna station med pumparnas transformator och därmed skapa ett gemensamt system. 6.4 Fördelar och nackdelar Låga driftskostnader Liten arbetsinsats Inget underhåll i form av sotning och att ta ut aska 37

45 Inga lokala utsläpp Enligt avtal kan man köpa enbart grön el från vatten och vindkraft av Vattenfall Avancerad teknik kräver högt kunnande vid driftsstörningar Kräver el, där av varierar kostnaden med elpriset. Höga investeringskostnader 38

46 7 KOMPLETTERANDE VÄRMESYSTEM Som kompletterande värmesystem räknas de system som inte skall täcka 100 % av årsbehovet. Men under vissa perioder av året såsom sommaren kan de mycket väl täcka hela behovet som då främst är tappvattenförbrukningen. Som kompletterande system har vi undersökt en solfångaranläggning närmare och även återvinning av spillvatten i form av avloppsvattenvärmeväxlare. Det som skiljer dessa system från de primära är att man inte behöver tillföra någon energi in i processen mer än avloppsvatten samt sol för solfångarna. En till sak som utmärker dessa system är att de även har en väldigt hög investeringskostnad gentemot intäkter och överskott som man får ut av dem genom åren. De har en relativt lång ekonomisk livslängd och kommer där med tiden att löna sig. När det gäller solfångares investering finns det bidrag att söka från både EU och inrikes ( Europeiska kommissionen, 2008). 7.1 Solfångare Principen för en solfångare är att koncentrera strålningen från solljuset för att använda den till uppvärmning. En vätskeblandning eller luft kan användas som medium i solfångaren för att transportera värmen. De plana solfångarna består av en absorptionsplåt som värms upp av solens strålning. Inne i absorptionsplåten går det en rörslinga som det bärande mediet kan flöda igenom och värmas upp för att sedan via värmeväxlare avge värmen till ett system med t.ex. radiatorer som i sin tur kan värma upp ett rum. Vakuumsolfångarna består av ett antal vakuumrör. De är byggda av två rör som har vakuum emellan sig. Det yttre röret är transparent och släpper in soltrålningen till det inre röret som absorberar energin och värmer upp det värmebärande mediet Val av solfångare Vid val av solfångare till anläggningen på Svinö har man valt att i detta arbete att undersöka plansolfångare. Dessa har en lång garantitid, upp till år, vilket innebär att det i stort sätt alltid genererar en besparing under sin garantitid. Detta gör solfångarna till en relativt säker investering även fast investeringskostnaden är hög. I jämförelse har 39

47 vakuumrör en 5 års garanti. Livstiden för en plansolfångare anses också vara längre än för motsvarande vakuumsolfångare. En annan fördel med plansolfångare är att de enkelt kan integreras i taket då de har en god isolationsförmåga. Så plansolfångaren blir en del av taket istället för att man bygger den uppe på taket. Detta ger en viss besparing av takmaterial, t.ex. takpannor. I detta fall kommer vi dock troligen inte att kunna dra nytta av detta då vårt förslag är att man bygger en solfångarpark istället för att man placerar solfångare på samtliga flerbostadshus. En solfångarpark är lämplig då vi som i detta fall inte känner till hur möjligheten kommer vara att placera solfångarna på taken. Detta med tanke på efterfrågan gentemot möjlig takarea Dimensionering Vid dimensionering av solfångare har vi strävat efter att kunna täcka tappvattenbehovet under sommarmånaderna, alltså då solfångarna producerar som mest värme. Detta medför att pannorna inte alls behöver gå under sommarmånaderna, då varken uppvärmning av bostäder eller tappvatten krävs av pannorna. Genom att dimensionera på detta sätt kommer solfångarna alltid att utnyttjas maximalt då det aldrig produceras värme som inte kan nyttjas. Den värme som produceras från solfångarna men inte kan användas för stunden tas till vara på med hjälp av ackumulatortankarna och kan på så sätt användas på t.ex. natten eller molnigare dagar Verkningsgrad Det finns en rad faktorer som påverkar verkningsgraden för solfångare. En av de största är infallsvinkel av solljuset på solfångaren. De plana solfångarna påverkas mer än vakuumsolfångarna beroende av infallsvinkeln. Givetvis är det betydande att man beaktar i vilken vinkel man placerar solfångarna, oavsett vilken modell man använder. Det man kan fundera lite extra på när det gäller montaget är att solfångare inte nödvändigtvis måste placeras med bästa infallsvinkeln mot solen då solen potentiellt kan ge den största produktionen. Det kan vara fördelaktigt att istället ha vinkeln optimerad så att solen vid lägre strålning ändå ger god produktion. Detta gör att man kan få en topproduktion som är lägre, men istället utvinna värme under en längre tid på året och på så sätt en större total produktion. Med ackumulatortankar blir denna anpassning dock av mindre betydelse men fortfarande betydande. Verkningsgraden varierar med solstrålarnas infallsvinkel vilket också ger en variation i energiproduktionen för solfångarna. Därför 40

48 önskar man att ställa vinkeln så att det ger en högre verkningsgrad höst-/vår-tid, d.v.s. en vinkel runt 60 så den mer vinkelrät mot solen de årstider solen är lägre. På sommaren får man så mycket energi utav solen att de inte behöver vara helt vinkelräta mot solen med en lägre vinkel. Det finns även inställbara solfångare med motordrivna ställ som man kan justera vinkeln med beroende av årstid. (SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut och Svensk Solenergi, 2010) Vinden och omgivningens temperatur är faktorer som försämrar verkningsgraden för en solfångare, i större grad för en plansolfångare än för en vakuumsolfångare, då vakuumet ger en god isolering som gör att de påverkas mindre av omgivande temperatur och vind. Vid planering kan det därför vara lämpligt att i mån av möjlighet försöka hitta en placering av solfångarparken som ligger i lä eller åtminstone inte i områdets mest vind utsatta plats. Det är lättare att rengöra plansolfångare än vakuumrör, samma sak när det gäller snöröjning Anslutning Anslutning av solfångarparken sker med störst effektivitet när man kan ansluta enligt retur/retur principen till fjärvärmenätet. Det innebär att vattnet som skall värmas i fjärrvärmenätet hämtas/levereras, från/till retur sidan på fjärvärmenätet. Detta ger bästa möjliga produktionsmöjlighet av värme för solfångarna då de tar vatten av den lägsta temperaturen för hela systemet, vilket möjliggör största möjliga temperaturhöjningen. Denna anslutningsvariant är dock inte alltid lämplig beroende på vad man har för pannanläggning Enklaste och bästa alternativet när det kommer till regleringen är även det att ansluta retur/retur, till skillnad från retur-framledning. Det som komplicerar regleringen i returframledning är att pannan måste regleras så att den inte ger ut en för stor effekt, vilket leder till att solfångaranläggningen inte kommer kunna tillföra lika mycket effekt då den måste upp i en högre temperatur innan den kan börja leverera till framledningssidan av fjärvärmenätet. Samtidigt måste pannan ändå ge tillräckligt stor effekt för att allas värmebehov skall kunna tillgodoses efter det har passerat solfångaranläggningen. Dessutom är temperaturen som kommer in till solfångaranläggningen högre i retur-framlednings principen än för retur/retur (se figur 10). 41

49 Retur-framledningsprincipen gör att temperaturhöjningen över solfångaranläggningen inte blir lika stor vilket är negativt för solfångarnas effekt, samtidigt som regleringen är mera komplicerad. Därför är retur/retur principen att föredra. (Svensk fjärrvärme, 2009) (Lennermo, 2015) Figur 10 Schematisk bild över hur ett retur/retur-system ser ut i praktiken 7.2 Avloppsvärmeväxlare Avloppsvärmeväxlare är en enkel teknologi men en väldigt användbar tillämpning. Syftet är att få tillbaka en viss del av den energi som redan är tillsatt i varmvattnet från de andra systemen. Den gör detta genom att monteras som ett rör. Utanpå detta rör leds kallvatten in genom en spiral, på så sätt överförs värmen från avloppsvattnet till kallvattnet utan någon kontakt eller beblandning (Se figur 11). Tekniken i en avloppsvärmeväxlare är simpel och har inga rörliga delar som kan gå sönder med tiden, de även görs i koppar och rostar inte. De kräver ingen extra tillförd energi utan genom sker enbart konvektion. Avloppsvärmeväxlare kan användas på olika sätt, de kan användas för att värma det kalla färskvattnet in i en varmvattenberedare eller tillexempel förvärma kallvattnet som går in i en värmväxlare om man har till exempel fjärrvärme. Man kan även använda denna värmeenergi för att värma kalla sidan på en sjövärmepump 42

50 . Figur 11 avloppsvärmeväxlare (Ekologiska Byggvaruhuset, 2015) Verkningsgrad Verkningsgraden för en värmeväxlare varierar kraftigt från fall till fall och rör sig om %. Detta är lovande då det minst kan röra sig om 1/5 av återvinning av spillenergi och upp till mer än 1/2 vid högsta verkningsgraden (ståendes se figur 12) (Rörmontage, 2015). Figur 12 installerad och isolerad avloppsvärmeväxlare (Rörmontage, 2015) 43

51 7.3 Fall 1: Skärgårdsstaden Solfångare Investeringen och produktionen av solfångarparken till detta fall är beräknat utifrån offerten för fall 2 tvillingstaden från Kardonar. Dock har man skalat ner denna anläggning procentuellt för att passa till fall 1 skärgårdsstaden. Nedskalningen är gjort med tappvattenproduktion för fall 1 genom tappvattenproduktion för fall 2. Detta ger sedan en faktor som har multiplicerats med värmeproduktionen och investeringen. Solfångararean i detta fall kommer att bli ungefär hälften av den arean som är beräknad att byggas i Fall 2 Tvillingstaden. Produktionen värme är beroende utav solfångararean, investeringen beror till störst del av mängden solfångare. Så genom att minska investeringskostnaden och produktionen procentuellt för att passa in till skärgårdsstaden, bedömer man detta som en möjlig lösning. (Se bilaga 3) Avloppsvärmeväxlare Eftersom det är mestadels fristående hus i detta fall är det lättare att dimensionera. Det är uppskattningsvis dimensionerat att det skall vara en avloppsvärmeväxlare per hushåll och där med blir det uppskattningsvis lätt att dimensionera och räkna ut investeringskostnaderna. Tillverkaren säger att återbetalningstiden rör sig runt 7 8 år antagligen beräknat med högsta verkningsgraden, den tid som sparar in investeringen på sparad värmeenergi genom återvinning. Om man inte har plats med en stående avloppsvärmeväxlare då de måste monteras under avloppsnivån, finns det liggande värmeväxlare som ett alternativ Möjligheter avloppsvärmeväxlare Enligt tillverkarens lägsta angivna verkningsgrad vid några mätningar är återbetalningstiden 21 år. Vid en verkningsgrad på cirka 40 % kommer detta då ge en återbetalningstid på cirka 10 år. Tillverkaren som anger en återbetalningstid på cirka 8 år har högst troligen räknat ut detta genom att använda den högsta verkningsgraden emellan % (se tabell 14). 44

52 Tabell 14 Data för avloppsvärmeväxlare i fall 1 beräknat med payback-metoden Avloppsvärmeväxlare Värmeväxlare 1000 /st. Hushåll 470 St. Investering /st. Min verkningsgrad 0,2 Tappvatten kwh Återvinning kwh Besparing /år Återbetalningstid 21 år 7.4 Fall 2: Tvillingstaden Solfångare Till tvillingstaden är pris och värmeproduktion på solfångaranläggningen från Kardonar. Tvillingstaden är en stor bebyggelse som troligen kommer växa till sig under en längre tidsperiod vad det gäller invånare. Detta medför att till en början så kommer troligen inte lika stora effekter krävas till området. Detta till skillnad från pannorna som byggs och direkt finns tillgängliga till området med stor effekt. Även om den inte behövs så kan solfångarparken byggas ut i etapper i takt med att värmebehovet ökar. Man kan t.ex. inleda med att installera 1700 m 2 solfångare, och sedan ytliggare 1700 m 2 i två steg senare när behovet har ökat. Utbyggningarna bör göras är då solfångaranläggnigen inte längre klarar att täcka behovet för tappvarmvatten till orten sommartid. (Se bilaga 3) Avloppsvärmeväxlare I detta fall är det lite svårare att uppskatta hur man skall dimensionera antalet värmeväxlare. Man har 300 fristående hushåll samt cirka 100 lägenhetshus (Wegelius, 2015). Det är dimensionerat som så att en värmeväxlare skall installeras i varje fristående byggnad. För lägenhetshusen tillämpas avloppsvärmeväxlarna bäst seriekopplade. Man dimensionerar dem så att de sätts en efter varje våning i samma stam, där med en efter toppvåningen och sedan efter varje våning ner till källaren. Det är uppskattningsvis ett medel på fyra våningar i varje lägenhetshus och därmed fyra värmeväxlare. Det rekommenderas att de skall installeras där man har fri sikt eller åtminstående möjlighet att se dem, då det är underlättar att inspektera för läckage i framtiden (Rörmontage, 2015). 45

53 Möjligheter avloppsvärmeväxlare I Tvillingstaden är det dimensionerat med ett medel på fyra värmeväxlare per flerbostadshus. Det kommer högst troligen behöva specialtillverkas andra dimensioner för en sådan värmeväxlare, då de främst är gjorda med en innerdiameter på 100 mm för normala hushåll. Det är även en tanke att återbetalningstiden är lite optimistisk då investeringskostnaden på en större modell värmväxlare kommer att kosta mera, samt att det är nu räknat att den kommer att kunna minst ta upp 20 % av ett helt lägenhetshus tappvatten. Återbetalningen kommer att ta upp till max 16 år enligt payback metoden, då det är beräknat med den sämsta givna verkningsgraden upptagen under mätningar för denna värmeväxlare (se tabell 15). Tabell 15 Data för avloppsvärmeväxlare i fall 2 med payback metoden Avloppsvärmeväxlare Värmeväxlare 1000 /st. Hushåll 300 st. Lägenhetshus 100 st. Investering Verkningsgrad 0,2 Tappvatten Återvinning Besparing Återbetalningstid kwh kwh /år 15,6 år 46

54 8 ACKUMULATORTANK En ackumulatortank är gjord för att lagra (ackumulera) energi i form av vatten vid en högre temperatur. Man önskar att använda sig utav ackumulatortankar i ett system då det ger en tröghet i systemet. Har man ett system direktkopplat till abonnenten utan ackumulatortankar kommer det behövas stora effekter dygnet runt då man måste producera värmeenergi så fort det behövs. Med en ackumulatortank kan man periodvis värma upp dessa tankar med varmvatten så att när abonnenten behöver varmvatten tas det från ackumulatortankarna och sedan kan systemet värma upp nytt vatten under en längre period. Man har tre skikt i en ackumulator, där botten är den kalla sidan och toppen den varma sidan, i mitten finns mellanskiktet. Man önskar att det skall ske en skiktning då det ökar ackumulatorns verkningsgrad samtidigt som man inte vill att den skall bli för stor då vattnet är för kallt för att användas. Har man för högt flöde förstör man skiktningen, därför försöker man sprida ut flödet i tanken så att det inte bildar för stora strömmar (Ekeborg & Svenningsson, 2015) Vanliga sätt att dimensionera ackumulatortankar för enskilda småhus och fastigheter är att använda sig utav liter per effektiv bostadsyta (Löfgren) för att täcka värmebehovet i ett hushåll. I detta fall kommer det att innebära stora volymer och utrymme samt investeringar för att det skall uppfyllas liter per effektiv bostadyta är en dimensionering för vanliga hushåll som inte kan tillämpas i detta fall av två orsaker. Den första orsaken är att en effektiv kvadratmeter bostadsyta för ett vanligt hus har högre värmebehov än för motsvarande för ett passivhus. Den andra anledningen är att denna generalisering högst troligen fungerar enbart för enskilda egnahemshus möjligtvis mindre flerbostadshus, men vid större fall kommer det att ge ofantliga dimensioner. Genom att istället beräkna till exempel hur stor volym det behöver vara för att lagra energi tillräckligt för att täcka värmebehovet under en vinterdag, kan man se hur stor maximal aktiv volym det kan behövas för att täcka hela behovet. En ackumulatortank behöver högst troligen inte behöva kunna täcka hela behovet då den främst skall vara till för att motverka spetslastbehovet och ge en bättre arbetsgång för primärsystemet. Har man dimensionerat en tillräckligt stor ackumulatortank behövs det eventuellt inte det primära systemet dimensioneras för -20 C vid hög last (hög tappvattenförbrukning). Det innebär att man kan spara in på anläggningen och dimensionera den mindre än vad som är gjort vid -20 C. 47

55 Med ekvation 12 nedan kan man räkna ut hur stor aktiv volym man behöver i en eller flera ackumulatortank(ar) beroende på hur stort behov man har. Den aktiva volymen är den effektiva volymen man kan använda för energilagring. En ackumulatortank har en viss dödvolym utöver denna som inte kan fyllas helt (Ek, 2005) Ekvation 12 för beräkning av den aktiva volymen i en ackumulator beroende av energibehovet (Tallus, 2015) Q = Energi [kwh] ρ = densiteten för vatten [ kg/m 3 ] C p vatten = specifik värmekapacitet för vatten [kj/kg C] ΔT = temperaturdifferens mellan in och ut vatten [ C] Man uppskattar att halva årsbehovet är mellan 1 dec 28 feb och därmed tar man antal dagar (89 dagar) i dessa månader och delar med halva energibehovet för ett år. Då får man ett uppskattat värde för hur stort behovet är en genomsnittlig vinterdag. Med hjälp av detta räknades det hur stor volym som behövs för en halv vinterdag, d.v.s. 12 timmar. (Dannström, 2014) Ackumulatortankvolymen är beräknad med en intemperatur på 50 C och en uttemperatur på 85 C, en mindre temperaturskillnad kräver en större ackumulatorvolym för att ackumulera motsvarande energimängd. Även fast man kan räkna ut den aktiva volymen lämnar det fortfarande frågor om hur man skall dimensionera en ackumulator storlekmässigt. När man pratar om storleken på en ackumulatortank är det underförstått att det är cylindrisk form. Man pratar då om H/D förhållande, d.v.s. höjden (H) som ett förhållande av diametern (D). Man säger att H/D = 1 ger ett minimum när det gäller hur stor yta som krävs gentemot volym, och allt större ger mer volym förhållandevis till markytan (Fredriksen & Werner, 2014). 48

56 När det gäller konvektion till omgivningen sägs H/D = 0.5 vara ett optimum (Tallus, 2015). Dessutom ger ett lägre H/D mindre påfrestningar på konstruktionen då det bildas vattenpelare som ger upphov till tryck i botten på tanken. Där med ger ett större H/D även en större volym gentemot area, samt högre tryck i botten i form av tryckspänningar. Samtidigt vill man dimensionera H/D- förhållandet väl för att minska gränsskitet i tanken. Gränsskiktets storlek minskar när H/D ökar, vilket medför att mängden nyttig energi i ackumulatorn ökar. Det finns en dimension som anses vara optimalt för en trycklös ackumulatortank vilket är ett H/D-förhållande mellan 1,5 2,0. (Fredriksen & Werner, 2014) För att räkna ut hur dimensioneringen skall göras har man i detta fall använt sig utav dimensionen H/D = 2, vilket ger ett förhållande enligt ekvation 13. Ekvation 13 beräkning för dimensionen där höjden är satt som är ett förhållande av diametern Det skall dock tilläggas att dimensionen inte inkluderar godstjockleken för tanken eller isoleringen runt tanken. Dimensionerna kommer därmed bli större som färdig tank än vad som är uträknat i detta arbete. När inte en pump och turbinlösning används går det bra att sänka trycket med ventiler och höja det med pumpar (se Figur 13). Urladdning sker genom att urladdningspumpen (1) kör och höjer trycket från ackumulatorn mot framledningen på värmeverket och samtidigt är urladdningsventilen (4) öppen. När laddning av ackumulatorn sker är laddningsventilen (2) öppen och laddningspumpen (3) kör för att höja trycket från ackumulatorn till returledningen. (Fredriksen & Werner, 2014) 49

57 Figur 13 Enkel schematisk figur över inkoppling av en trycklös ackumulatortank i ett värmenät om man inte kan dimensionera ackumulatortanken så att den når upp till trycket i returledningen (höjden) (Tallus, 2015) 8.1 Dimensionering Skärgårdsstaden För fall 1 med ett behov på cirka 6622 MWh per år är det sagt att halva detta behov är mellan 1 dec 28 feb. Detta ger kwh ackumulerad värme och en aktiv ackumulatorvolym på 437 m 3 (ekvation 12 och Tabell 16) beräknat för snittet av en halv vinterdag. Denna ackumulatortank täcker med de här dimensionerna nästan hela behovet under 12 timmar vid -15 C inklusive max tappvattenbehov under 2,5 timmar som är tillsammans kwh (se tabell 9 kapitel ). 50

58 Tabell 16 Uträknade värde för en ackumulatortank medräknat dimensioner samt pris Ackumulatortank skärgårdsstaden Behov 12h vinterdag kwh Energi i fulladdad tank kj Densitet vatten 1000 kg/m^3 Cp vatten 4,19 kj/(kg C T framledning 85 C T retur 50 C V aktiv 437 m^3 Diameter (D) 6,5 m Höjd (H) 13 m D blir 6,5 meter och höjden 13 meter enligt H/D = 2 enligt ekvation 13. Spetslasten för tappvatteneffekten i detta fall är 240,7 kw. Effekten är uppskattad att ske under en 2,5 timmars period enligt kapitel 3.7. Detta ger oss ett värmebehov på cirka: Detta energibehov för spetslasten av tappvatten tas upp effektivt av ackumulatortanken. 8.2 Dimensionering Tvillingstaden För fall två är det räknat på samma sätt som i fall 1 men med ett årligt behov på MWh. Det ger kwh ackumulerad värme för att täcka 12 timmar under en genomsnittlig vinterdag och en tank med en aktiv volym på 864 m 3 (ekvation 12 & tabell 17). Denna ackumulatortank kommer att kunna täcka nästan 12 timmars värmebehov vid - 20 C och ett max tappvattenbehov under 2,5 timmar som är tillsammans kwh (se tabell 12 kapitel ). Tabell 17 Uträknade volymen och dimensioner för ackumulatortank som skall täcka 12 timmar under en genomsnittlig vinterdag Ackumulatortank Tvillingstaden Behov 12h vinterdag kwh Energi i fulladdad tank 1,3E+08 kj Densitet vatten 1000 kg/m^3 Cp vatten 4,19 kj/kg C T ut 85 C T in 50 C V aktiv 864 m^3 Diameter (D) 8,2 meter Höjd (H) 16,4 meter 51

59 Spetslasten för tappvatteneffekten i detta fall är cirka 1000 kw. Effekten är uppskattad att ske under en 2,5 timmars period enligt kapitel 3.7. Detta ger oss ett värmebehov på cirka: Detta energibehov för spetslasten av tappvatten kan försörjas med hjälp av ackumulatortanken. 8.3 Ackumulatortank Kardonar Enligt offerten från Kardonar (Bilaga 3) är systemet beräknat med en ackumulatortank av storleken 500 m 3 för fall 2. Detta ger då en ackumulerad värmeenergi enligt ekvation 12: Detta ackumulerar tillräckligt med värme för att täcka värmebehovet för tappvattnet samt värmen vid en utetemperatur 0 C i 12 timmar där värmebehovet är ( kwh vid 0 C, se tabell 12 kapitel ). Vi anpassade ackumulatortanken från Kardonar linjärt för att anpassa till fall 1 Skärgårdsstaden genom att jämföra totala värmebehovet för fall 1 genom fall 2 d.v.s. Denna faktor multipliceras med ackumulatorvolymen för fall 2 (500 m 3 ) som då ger en volym på cirka 253 m 3. På samma sätt kan man räkna ut värmeinnehållet om man utgår ifrån samma parametrar (se ekvation 12). Om man jämför detta med tidigare uträknat spetslast för tappvatten i fall 1, ser vi att denna tank med god marginal klarar att ta upp tappvattenlasten som är 602 kwh. Denna tank klarar även som i motsvarande för fall 2, ge ut värme i nästan 12 timmar med en utetemperatur som ligger näst intill 0 C ( kwh vid 0 C se tabell 9 kapitel ) 52

60 8.4 Ackumulatortank dimensionerat för 63 C När det gäller värmepumparna kan de som högst i detta fall ge ut 63 C. Det innebär att man måste även dimensionera ackumulatortanken efter detta för att de teoretiskt skall kunna täcka samma värmebehov. Vid dimensionering för 85 C har man utgått från att kunna ackumulera behovet för 12 timmar en genomsnittlig kall vinterdag uträknat genom värmebehovet. Gör man på samma sätt med en temperatur på 63 C i ackumulatortanken kommer det att ge en ökad volym samt investeringskostnader Fall 1 Skärgårdsstaden 63 C Enligt ekvation 12 räknades volymen ut som i tidigare fall, och dimensionerna räknades ut genom ekvation 13. Man ser klart i tabell 18 att en lägre temperatur ger en större aktiv volym i ackumulatortanken. Tabell 18 visar behovet för en halv genomsnittlig vinterdag samt storleken för en ackumulatortank dimensionerad för 63 C Ackumulatortank skärgårdsstaden Behov 12h vinterdag kwh Energi i fulladdad tank kj Densitet vatten 1000 kg/m^3 Cp vatten 4,19 kj/(kg C T framledning 63 C T retur 50 C V aktiv 1176 m^3 Diameter 9,1 m Höjd 18 m 53

61 8.4.2 Fall 2 Tvillingstaden 63 C Samma sak som i fall 1 gjordes för fall 2, där man med ekvation 12 räknade ut volymen enligt värmebehovet för en genomsnittlig halv vinterdag och därefter räknas dimensionerna ut för ackumulatortankens dimensioner. Som bevisas i tabell 19 ser man att volymen ökar drastiskt från 864 m 3 vid en framtemperatur på 85 C till en volym på 2327m 3 för en framtemperatur på 63 C. Tabell 19 visar ackumulatortank uträknad för en genomsnittlig kall vinterdag innehållande 12 timmar med en temperatur 63 C Ackumulatortank Tvillingstaden Behov 12 vinterdag kwh Energi i fulladdad tank 1,3E+08 kj Densitet vatten 1000 kg/m^3 Cp vatten 4,19 kj/kg C T ut 63 C T in 50 C V aktiv 2327 m^3 Diameter 11,4 meter Höjd 22,8 meter 54

62 9 INVESTERINGAR OCH KOSTNADER I detta kapitel pressenteras en sammanfattning av alla investeringar, utgifter samt intäkter för diverse system. En återbetalningsmetod som används är Payback-metoden vilket är en enkel metod för att bara uppskatta ungefär hur lång tid det tar tills systemet blir lönsamt. Där T är återbetalningstiden, G investeringen och a är årligt överskott. Det kommer även att göras investeringsberäkningar enligt nuvärdesmetoden som är ett bättre sätt att räkna ut investeringar som sträcker sig en längre tidsperiod genom att använda Mariehamns stads egen kalkylränta. På detta sätt ser man lönsamheten i en investering. Det har räknats med två olika återbetalningsperioder där en är en period på 10 år och en annan är en period på 20 år. Efter denna tidsperiod ses anläggningen fortfarande som helt brukbar och borde kunna fortsätta att vara i drift många år framöver. God service och allmän skötsel av en anläggning ger den mycket längre livslängd än för motsvarande med dålig service och skötsel. Kalkylräntan som används är 4,5 % och investeringsfaktorerna är tagna från bilaga 4. Det genomsnittliga priset som man kan ta ut för värmen till abonnenten är justerat så det precis skall täcka investeringen efter 20 år eller 10 år, d.v.s. det är ett minimum och ett högre pris än detta kommer medföra tidigare lönsamhet för systemet. 9.1 Ackumulatortank I denna rubrik undersöks två olika metoder att uppskatta priset för en ackumulatortank i de olika fallen Tillverkningspris För att uppskatta vad priset blir för tillverkning av en ackumulatortank av dessa storlekar finns det ett tidigare arbete som är gjort för att dimensionera en ackumulatortank för spillvärmen från ett förädlingsverk i Kiruna. 55

63 Det finns en framtagen ekvation nedan (se figur 14), som är gjord genom att studera tidigare projekt gjorda i Sverige och vad dessa tankar kostar att tillverka gentemot volymen. Med hjälp av KPI (konsumentprisindex) och ett stålprisindex anpassades priserna till när detta arbete var gjort. För att validera att den anapassade kurvan stämde kollade man upp en tank som var byggd 2009 av storleken m 3 och den kostade 25 Mkr vilken stämde överrens med den framtagna grafen. Det byggdes även en ackumulatortank av storleken 8000 m i Hofors som kostade 7.6 Mkr att bygga med all kringutrustning, vilken nästan var halva av totala kostnaden på 15,6 Mkr där installationen tillkom. (Skogfält, 2010) Figur 14 Ackumulatortankkostnader enligt (Skogfält, 2010) där installationskostnader inte ingår Denna ekvation fungerar inte i vårt fall då det visas att tankar mindre än cirka 8000 m 3 skulle ge en negativ tillverkningskostnad. Genom att skapa en egen ekvation om man antar att förhållandet istället är linjärt (Skogfält, 2010) mellan m 3 får man istället följande: Om en tank på 8000 m 3 kostar cirka 9,5 Mkr och att det antas vara ett linjärt samband, kan man räkna ut räta linjens ekvation där den skär y-axeln vid 0. K-värdet blir. Med detta kan man räkna ut priset för ackumulatortankarna som blir i fall ett med volymen 437 m 3 0,52 Mkr och i fall två med en tank på 864 m 3 1,1 Mkr. 56

64 9.1.2 Installationspris Installationskostnaden är uppskattad genom en metod från samma arbete angående dimensionering av ackumulatortankar. Här har man tittat på vad det kostade att installera ackumulatortankarna i fyra olika projekt av större tankar. Efter det har man gjort en linjär trendlinje för att kunna allmänt uppskatta för olika fall. I detta fall fungerar det inte då denna ekvation skulle ge en installationskostnad på cirka 6 Mkr för en tank med volymen 0 m 3 (se figur 15). Men man har däremot sett att installationskostnaden tenderar till att bli lika mycket som tillverkningskostnaden. I detta fall skulle det då ge en totalkostnad på 1,1 Mkr i fall 1 och 2,2 Mkr i fall 2. (Skogfält, 2010) Figur 15 Installationskostnader för ackumulatortank och kringutrustning enligt (Skogfält, 2010) Pris ackumulatortank inklusive installation Kardonar Enligt prisuppgifter för en ackumulatortank på 500 m 3 från företaget Kardonar kostar den cirka 250 k inklusive installation (Mattsson, 2015). För att jämföra med de andra uträknade ackumulatortankarna i tidigare kapitel, kostar ackumulatortanken från Kardonar det dubbla för motsvarande volym. Man kan då konstatera att det är svårt att uppskatta kostnaden för ackumulatortankarna som är uträknade och borde då istället utgå ifrån Kardonars alternativ. Den har mindre volym och täcker upp ett mindre värmebehov, men anses vara tillräcklig enligt Kardonars erfarenhet. 57

65 Därmed kommer ackumulatortanken från Kardonar att användas i fall 1 som den nerskalade versionen. Man har där använt förhållandet från kapitel 8.3 och multiplicerat med ackumulatortanksvolymen och då gav det 253 m 3, samma sak gjordes med priset som ger halva kostnaden gentemot fall 2, om man antar att pris gentemot volym är ett linjärt samband. 9.2 Värmepumpar I vårt fall har man valt att se på två olika sorters värmepumpar från företaget Carrier AB. En modell som heter 30HXC230 ger cirka 800 kw värmeeffekt och en annan större modell som heter 30HXC310 ger cirka 1100 kw värmeeffekt (se Bilaga 1). Värmepumpar är en speciell installation pga. stora maximala startströmmar som gör att det kommer behövas installeras transformatorer för den höga strömmen för att motverka dessa. Detta ger en hög investeringskostnad utöver värmepumpsystemet samt en eltariff för industri. En transformator har även förluster som i sin tur ger en ytterligare driftkostnad. Kravet är att man måste ha mjukstart på värmepumparna då med frekvensreglering av drivmotorn för skruvkompressorn. Observera att i priset ingår inte transformatorer eller installation av kollektorslangar (Ryhre, 2015). Kollektorslangarnas längd för respektive fall är följande: Fall 1Skärgårdsstaden 80 km Fall 2 Tvillingstaden 145 km I dessa fall kommer den andra metoden att användas för att uppskatta priset för ackumulatortankarna då de har mycket större volymer än för motsvarande pannanläggning. Det innebär att priset kommer att anpassas linjärt med volymen för tankarna. I bilaga 1 finns inte priset för kollektorslang med. Priset är taget från en 500 meter kollektorslang och sedan anpassat till längden för i de två olika fallen. Detta ger en uppskattning för vad priset kommer att bli. Priset för en 500 meters kollektorslang är cirka 761 med dagens valutavärde (Rörprodukter, 2015) Driftkostnader Driftkostnaderna är främst elavgifter. Elavgifterna kommer att gå enligt högspänningstarifferna för Mariehamns elnät för år Anslutningsavgiften är 9204 i fast pris och utöver det tillkommer årliga fasta avgifter på 5 088,4 plus 106,23 /kw/år 58

66 ink/ moms. Utöver detta är det normal taxa beroende på årstid och dygn men ett snitt ger en elöverföringsavgift 0,0223 /kwh samt en vanlig elavgift på 0,0591 /kwh. Det skall tilläggas att det inte har gjorts någon känslighetsanalys i detta fall, utan man försummar det och antar att elpriserna skall hålla sig förhållandevis stabila framöver Fall 1 skärgårdsstaden I fall 1 är pumparna dimensionerade för att kunna täcka värmebehovet med högt tappvattenuttag vid -20 C. Den slutliga siffran hamnade runt cirka 1800 kw och därmed tillämpas bäst två av den mindre typen pumpar (800 kw). Kostnaden per pumpenehet är Investeringskalkyl Skärgårdsstaden Eleffekten räknas ut genom att använda COP. Då man har ett COP på 2,9 innebär det att man förbrukar nästan en tredjedel av värmeeffekten som eleffekt. På så sätt får man reda på hur stor eleffekt som behövs. Med ett energibehov på MWh ger det oss ett elbehov på 2404 MWh. Med detta har man fått genomsnittliga utgifter till /år. Detta är inklusive det man tjänar in per år med solfångaranläggningen. Investeringskostnaden för hela anläggningen exklusive transformator, blir I detta ingår värmepumparna, solfångare och tillhörande ackumulatortank (1176 m 3 ) samt 80 km kollektorslang, kulvertläggning (3800 m) samt installationskostnader och optimering för anläggningen dessutom priset för rörsystemet. Efter 20 år med en kalkylränta på 4,5 % samt ett genomsnittligt värmepris på 68 /MWh är investeringen lönsam (se figur 16). För motsvarande efter 10 år så krävs det att man tar ut ett genomsnittligt värmepris på 94 /MWh (Se bilaga 5). 59

67 kostnad Investering årliga driftkostnader Årliga intäkter överskott tid år Figur 16 Nuvärdesmetoden för värmpumpar i fallet skärgårdsstaden, där man har räknat med en 20 årig återbetalningstid Fall 2 Tvillingstaden För Tvillingstaden som är det största alternativet är det den större modellen värmepump som är alternativet. Effektbehovet som skall täckas som mest då beräknat som tidigare vid - 20 C samt ett högt tappvattenuttag rimligast på morgonen samt kvällstider uppnår 3700 kw. De större alternativen värmepumpar ligger runt 1100 kw värmeffekt vid uppskattad motsvarad havstemperatur runt cirka 7 C. Uttemperaturen på den varma sidan är beräknad att bli 63 C. För att täcka detta behov är lösningen tre stycken värmepumpar Investeringskalkyl Tvillingstaden Driftkostnaderna inklusive det man sparar in med solfångarna per år blir /år. Utöver detta beräknas investeringen att bli Detta inkluderar solfångare, ackumulatortank (2327 m 3 ) och värmepumpar kollektorslang på 145 km, kulvertläggning (3800 m) samt installation av anläggningen och optimering. Transformator ingår inte i priset. Energibehovet beräknas att bli MWh/år och där med ett uppskattat totalt elbehov på 4678 MWh/år med ett COP på cirka 2,9. Investering blir lönsam efter 20 år om man har en kalkylränta på 4,5 % samt ett genomsnittligt värmepris på 64 /MWh (se figur 17). För motsvarande efter 10 år behövs ett genomsnittligt värmepris på 89 /MWh. 60

68 kostnad (Se bilaga 5) Investering årliga driftkostnader Årliga intäkter Överskott tid år Figur 17 Återbetalningstid enligt nuvärdesmetoden där man ser beroende av minsta genomsnittliga värmepris om investering lönar sig om 20 år 9.3 Närvärmeverk Närvärmeverket planeras att drivas med pellets som bränsle. Anledningen till att pellets är det främsta alternativet för att det är ett enkelt bränsle att hantera, det finns många leverantörer i Finland och Sverige, till och med lokalt på Åland. Prisuppgifterna som är använt för beräkningarna av bränslekostnaderna för ett år är tagna från ett svenskt företag i Laxå. Priset är för bulkpellets med storleken 8 mm. Anledningen till att priset inte kommer från ett mer lokalt företag på Åland är för att det inte har gått att fått tag på specifikt pris från de lokala pelletsföretagen. Eftersom det rör sig om så stora mängder pellets är det bulkpellets det rör sig om och i detta fall ger det ett rabatterat pris och gratis fraktkostnad om man köper större kvantiter. Man får ut i genomsnitt cirka 4,7-4,8 MWh energi utav ett ton pellets. På så vis kan man räkna ut hur stora kvantiter det behövs för att täcka årsbehovet för respektive fall. Priset för ett ton pellets är i detta läget 277 /ton Investering anläggning Värmeprodukter AB Skärgårdsstaden I Värmeprodukter AB:s anläggning ingår det en pannanläggning. Extra tillagt i detta pris är en solfångaranläggning samt ackumulatortank (253 m 3 ) inklusive installation och kulvertläggning (3800 m). Totala investeringen blir och blir lönsam sett över 61

69 kostnad en period på 20 år med en kalkylränta på 4,5 % samt ett genomsnittligt värmepris på 70 /MWh (se figur 18). För en ekonomisk livslängd på cirka 10 år kommer det att behövas ett genomsnittligt värmepris på cirka 80 /MWh (se bilaga 6) Investering årliga driftkostnader Årliga intäkter överskott tid år Figur 18 visar återbetalningstiden efter 20 år enligt nuvärdesmetoden, där man har justerat det genomsnittliga priset enligt minimum för lönsamhet Investering anläggning Kardonar Skärgårdsstaden Kardonars anläggning ingår allt d.v.s. panncentral, ackumulatortank, solfångare kulvertläggning samt installation och driftoptimering av detta, kommer att kosta Med en kalkylränta på cirka 4.5 % och med en ekonomisk livslängd på 20 år kommer investeringen att bli lönsam med ett genomsnittligt värmepris på cirka 73 /MWh (se figur 19). För motsvarande med en ekonomisk livslängd på cirka 10 år behövs det ett genomsnittligt pris på cirka 85 /MWh (se bilaga 7). 62

70 Tid [År] Investering totalt Intäkter Utgifter Överskott Figur 19 visar lönsamheten i investeringen efter 20 år enligt nuvärdesmetoden Investering Anläggning Värmeprodukter AB Tvillingstaden I anläggningen från Värmeprodukter AB är panncentralen inräknad i totala investeringen exklusive installation. Solfångaranläggningen tillagt från det enskilda fallet inklusive installation men utan ackumulatortankar. Ackumulatortank (500 m 3 ) lades till från prisuppgifterna enligt Kardonar som är inklusive installation, kulvertläggning är även medtaget i investeringen (3800 m). Totala investeringspriset blir då Med en kalkylränta på 4,5 % och en uppskattad ekonomisk livslängd på 20 år blir investeringen lönsam med ett genomsnittligt värmepris på 66 /MWh (se figur 20). För motsvarande men 10 års ekonomisk livslängd behövs ett genomsnittligt värmepris på cirka 75 /MWh (se bilaga 6). 63

71 kostnad tid år Investering årliga driftkostnader överskott Figur 20 investeringens återbetalningstid efter 20 år enligt nuvärdesmetoden Investering anläggning Kardonar Tvillingstaden I Kardonars alternativ ingår allt i en anläggning det vill säga panncentral, solfångare med ackumulatortankar, kulvertläggning samt installation och optimering. Med en total investeringskostnad och med en kalkylränta på cirka 4,5 % blir anläggningen lönsam om man ser att ekonomiska livslängden blir minst 20 år med ett genomsnittligt värmepris på cirka 68 /MWh (se figur 21). Om man räknar med att den ekenomiska livslängden högst kommer att bli 10 år måste man ta ut ett värmepris på cirka 77 /KWh (se bilaga 7). 64

72 Tid [År] Investering totalt Intäkter Utgifter Överskott Skrotvärde Figur 21 Investeringens lönsamhet efter 20 år enligt nuvärdesmetoden för anläggning i fall 2 från Kardonar 9.4 Solfångare Fall 1 Skärgårdsstaden Skärgårdsstaden är det mindre alternativet beräknat med en investeringskostnad på cirka 770 k för en solfångaranläggning samt en beräknad värmeproduktion på cirka 942 MWh Investeringskalkyl Skärgårdsstaden Anläggning kommer att vara lönsam efter 20 år beräknat med ett genomsnittligt värmepris till abonnenten på cirka 60 /MWh (se figur 22). För en ekonomisk livslängd samt lönsamhet för 10 år krävs det att man tar ett genomsnittligt värmepris på cirka 94 /MWh. Enligt paybackmetoden kommer återbetalningstiden för anläggningen att befinna sig runt cirka 13 år (se bilaga 8). 65

73 Investering Intäkter Tid år Figur 22 Lönsamhet för solfångare i fall 1 för enbart solfångare efter 20 år enligt nuvärdesmetoden Fall 2 Tvillingstaden Tvillingstaden har en anläggning dimensionerad för att ge cirka 2000 MWh per år. Investeringskostnaden är 1,61M (se bilaga 3) Investeringskalkyl Tvillingstaden Trots det höga investeringspriset kan man säga att efter 20 år ekonomisk livsläng lönar det sig att investera i denna anläggning, beräknat att man har ett genomsnittligt värmepris på cirka 61 /MWh (se figur 23). För 10 år krävs det ett genomsnittligt värmepris på cirka 95 /MWh. Se bilaga 8. 66

74 Investering Inktäkter Tid år Figur 23 lönsamheten i investering av solfångare efter 20 år enligt nuvärdesmetoden 9.5 Avloppsvärmeväxlare Investeringen för avloppsvärmeväxlarna är beräknade ur hushållets synvinkel då de är gjorda enligt priset som abonnenten får betala för sin värme. Skulle man istället vilja se hur lönsamt det är från producentens synvinkel skulle man då istället använda det som en besparing på driftkostnaderna för de olika alternativen och fallen. Man har även tänkt att alla bostadsägare vill ha en avloppsvärmeväxlare. I verkligheten måste inte detta vara fallet, utan ett visst antal bostadsägare kanske inte är intresserade av denna lösning Fall 1 skärgårdsstaden Som tidigare visat är priset cirka 1000 per värmeväxlare. Antalet kommer att ligga omkring en avloppsvärmeväxlare per enskillda hushåll Investeringskalkyl Skärgårdsstaden Investeringen är gjort beräknad på en verkningsgrad på cirka 30 %. Med en kalkylränta på 4.5% är investeringen lönsamt över 20 år och lite tidigare men inte så tidigt som 10 år, med ett genomsnittligt värmepris på 63 /MWh (se figur 24). För att investeringen skall vara lönsam efter 10 år måste värmepriset genomsnittligt höjas till minst 98 /MWh. Enligt paybackmetoden med en verkningsgrad på 30 % blir återbetalningstiden 12 år (Se bilaga 9). 67

75 Investering Tid år Figur 24 Nuvärdesmetoden för avloppsvärmeväxlare i Fall 1 Skärgårdsstaden Fall 2 tvillingstaden I tvillingstaden uppskattas det installeras cirka 700 st totalt Investeringskalkyl För att denna investering skall bli lönsam över 20 år krävs det att man kräver ett värmepris på minst 47 /MWh beräknat med en kalkylränta på 4,5 % (se figur 25). Med samma kalkylränta men med en beräknad tidsperiod på 10 år kräver att det tas ut ett genomsnittligt pris på minst 74 /MWh för att investeringen skall ses som lönsam. Enligt paybackmetoden så är återbetalningstiden cirka 8 år för denna investering. Se bilaga Investering Överskott/intäkt Tid år Figur 25 Nuvärdesmetoden beräknat med 20 års återbetalningstid för Tvillingstaden 68

76 10 SLUTSATS När det kommer till solfångaranläggningen är det en lönsam investering, men en långsiktig sådan. Investeringskostnaden är väldigt hög vilket innebär att det är mycket pengar som skall betalas innan anläggningen står klar. Det tar sedan dessutom ett flertal år innan den höga investeringen har betalat av sig. Å andra sidan så har solfångarna väldigt lång garantitid, vilket gör att investeringen känns mindre riskfylld. Dessutom bör anläggnigen betala av sig innan garantitiden löper ut, vilket gör investeringen till ett attraktivt alternativ, problemet är bara att kunna hitta en finansiering för investeringskostnaden. Alternativet är att man kan bygga till solfångararea längs med tiden istället för att bygga hela direkt. Detta möjliggör även att investeringskostnaden kan spridas ut under ett större tidsspann, vilket eventuellet kan möjliggöra en investering trots att kapitalet skulle vara något lägre än önskat. Solfångaranläggningen är för övrigt en väldigt miljövänlig investering, vilket skulle vara en av det stora målet med denna förundersökning. Det är under tillverkningen, transporten och installationen av solfångaranläggnigen som miljöföroreningar kan släppas ut, men under drift är solfångarna både tysta och helt utan utsläpp. Det är i huvudsak investeringskostnaden som talar mot solfångaranläggningar även om de till sist i slutändan är lönsamma. En sak som gäller med solfångarna är att de påverkas inte av stigande priser på diverse bränslen, utan tvärtom blir solfångarna mera lönsam med stigande bränslepriser. Solfångarna har väldigt låga underhållskostnader och behov. De kan behöva tvättas ett par gånger per år för att behålla sin värmeupptagningsförmåga som försämras om panelerna blir smutsiga. Det är också viktigt att kommentera att trots vi har beräkningar som högst är 20 år för solfångarna så fortsätter de högst troligen att producera värme en längre tid än så. Det finns exempel på solfångaranläggningar från 70-talet som fortfarande är i drift än idag. 69

77 I offerterna från båda företagen har man väldigt god verkningsgrad över hela effektområdet. Enligt specifikation varierar Kardonars pannverkningsgrad med 88-94% beroende av effektuttaget och för Värmeprodukters AB pannverkningsgrad mellan 90-91%. Pannornas effektuttag regleras steglöst vilket är en fördel även om pannornas verkningsgrad varierar väldigt lite beroende på effektuttaget. Det är endast vid mycket låga effektuttag (under 15-25% som verkningsgraden kan sjunka) med då det finns en ackumulatortank i systemet så kommer pannorna inte behöva köras på låg belastning, utan kan istället köras på hög belastning och leverera behövd energi till nätet samtidigt som de laddar ackumulatorn. Man kan om man vill göra mindre ombyggnationer på pannorna så att man kan elda spannmål och liknande om det skulle bli mer attraktivt i framtiden. I det stora hela är båda pannorna ett bra alternativ. De har mycket god verkningsgrad, drivs på ett koldioxidneutralt bränsle och de kombineras mycket bra tillsammans med solfångaranläggningen. Värmepumparna är ett komplicerat alternativ. Det attraktiva med värmepumpar är att de är individuellt effektiva och när de har som sämst verkningsgrad är det fortfarande nästan bara en tredjedel eleffekt som behövs för att producera värmen. De tre största bekymren som finns med denna anläggning är följande: Höga startströmmar som innebär en investering i en eller flera transformatorer vilket i sin tur ger en ytterligare investeringskostnad (förväntas att bli mycket större). Låg uttemperatur på 63 C, detta innebär praktiskt att det blir svårt att värma vatten till 60 C hos abonnenten då kravet att inte riskera att få legionella bakterier i tappvattnet är dimensionerat till 60 C (Boverket, 2000). Installation av kollektorslang. Det kommer ytterligare ge en hög investeringskostnad samt även ett problem hur man skall placera de långa slangarna, och om man kan spärra av ett sådant stort område för ankringsförbud. Som det ser ut nu är det svårt för ett värmepumpsystem att konkurera med ett färdigt pannsystem enligt offerter från Kardonar och Värmeprodukter AB. Vi rekommenderar från dessa undersökningar pannsystemet från Kardonar där vi har priset för ett helt system (solfångare, ackumulatortank, kulvert etc.) inklusive alla kring system 70

78 samt installation och driftsättning, med enbart pelletspannor. Bestämmer man sig för ett alternativ från Värmeprodukter AB skulle vi rekommendera att skrota idén om att ha en oljepanna som backup och istället ha en pellets. Solfångare har vi utgått ifrån att finnas med i alla alternativen och ingår i alla kalkyler. Avloppsvärmeväxlarna har en längre återbetalningstid. Dock är den uträknad med en utav de sämre verkningsgraderna. Vi tror att det är ett bra system att inkludera i ett område som vill ha en mer miljövänlig stämpel. Då de återvinner energi som annars skall gå till spillo tycker vi att det är logiskt att försöka ta vara på den. Det man får tänka på är att vi har utgått ifrån att alla vill ha en avloppsvärmeväxlare, men i verkligheten kommer det högst troligen att bli så att alla inte ser varför man skall investera i en avloppsvärmeväxlare. Det är ett bekymmer när det kommer till de fristående husen där det blir svårt att montera stående avloppsvärmeväxlare då de måste vara under avloppsnivå. Det finns även liggande avloppsvärmeväxlare som är lättare att tillämpa i dessa fall, liggande värmeväxlare ger dock en sämre maximal verkningsgrad Utvärdering Man kan tycka att effekt- och värmebehovsberäkningarna inte är så noggrant uträknade då de räknades ut genom passivhus normernas kravspecifikationer. Det verkar som det är sättet som man dimensionerar system generellt. Frågan är om dessa normer kommer att vara samma om fem år. Vissa företag har redan mer skärpta mål på vad ett värmebehov skall vara. Med detta i tanke så är kanske inte det uträknade behovet i detta fall helt korrekt år 2020 utan kommer eventuellt vara mindre. Angående effektberäkningarna är de gjorda enligt anpassning av U-värden till dimensioneringsnormerna. Det är svårt i nuläget att veta exakt hur stort varje hus eller lägenhetshus kommer att vara och deras area förhållanden. Därför är det bästa vi kunde göra i nuläget var att räkna ut ett areaförhållande för de olika fallen. Där vi använde oss utav ett genomsnittligt hus i fall 1 och uppskattade bostäderna genom ytorna och antal våningar i fall 2. Det blir inte exakt men så nära man kan komma i detta skede. Effektbehovet är uträknat med bestämt U-medel samt den extra tappvattenlasten uträknat med duschmetoden. Vi tror att denna metod stämmer bra in och det har visat sig i 71

79 beräkningarna att variationer i tappvattenförbrukningen kan ske även vid de kallaste temperaturerna och ackumulatortanken kan fortfarande ta upp denna effekt. Dock skall man förövrigt tänka på att ackumulatortankarna kommer att kunna ta upp hög spetslast och därför kanske man inte behöver dimensionera upp en anläggning för att täcka denna. Anläggningen måste vara så stor att man klarar att ladda ackumulatortankarna enligt önskemål. Nu när det finns offerter ingående en större panna samt en mindre panna kan man justera lasten lättare efter energibehovet och på så sätt göra processen mer effektiv. Rörsystemet kommer också ge en ackumulerande effekt, då den innehåller en hel del vattenvolym. Vi vet inga dimensioner på rören där av har det inte gjorts några beräkningar av denna volym. Ackumulatortankarna räknades ut genom ett tidigare mastersarbete från Umeå universitet i fallet med värmepumpar, då vi var tvungna att räkna ut en större ackumulatorvolym för 63 C. I de andra fallen har vi använt oss utav Kardonars ackumulatortank som är gjord för fall 2. I fall 1 har vi procentuellt justerat ner denna tank för att täcka behovet. Detta ser ut att vara det lämpligaste sättet i detta fall då vi har justerat ackumulatortankarna mycket från fall till fall. Därför har vi inte besvärat företag med offerter angående pris utan har antagit att man kan göra ett linjärt samband mellan volym och pris. När det gäller EU-bidrag så finns det att söka ut just för solfångaranläggningar där man kan få cirka 0,26 /kwh med ett maxbelopp av per projekt. ( Europeiska kommissionen, 2008) 10.2 Utvecklingsmöjligheter Det man skulle kunna titta närmare på om man gärna vill ha värmepumpar som ett alternativ i framtiden är att mer noggrant undersöka hur och vart man kan placera kollektorslangarna, skall man dra dem i ett sträck och kanske behöva flera cirkulationspumpar för att hålla en tillräcklig cirkulation? Samt man kunde undersöka om det finns värmepumpar som kan leverera högre uttemperatur än de som vi har med i denna rapport. 72

80 Man kan eventuellt undersöka om det finns möjlighet att sätta solfångare på hus/fastighetstaken istället för att bygga en solfångarpark som i detta fall. Hur man skall ansluta dessa till ett gemensamt system etc. Man kan undersöka om det finns fler värmeåtervinningsalternativ att tillgå, eller till och med vattenåtervinning i miljösynpunkt, som till exempel spola toaletter med spillvatten från handfat etc. Man kan försöka hitta andra system som är ett möjligt alternativ för ett område som detta. Man kan till sist göra mer uppdaterade beräkningar där man tillämpar ackumulatorn och ser hur den kommer påverka spetslasten under vinterhalvåret. 73

81 KÄLLFÖRTECKNING Europeiska kommissionen. (2008, november 5). Competition. Retrieved 2015, from Europa: Lambda values. (2015). Retrieved 2015, from Logstor: Heating-and-Cooling/LOGSTOR-Lab/Pages/Lambda-values.aspx Alvarez, H. (2006). Energiteknik (Vol. Del 1). Lund: Studentlitteratur. Bauhaus. (2015). Duschmunstycke. Retrieved 2015, from Bauhaus: Boverket. (2000, Januari). Har du legionellabakterier i dina vattenledningar? Retrieved 2015, from Boverket: kterier_i_dina_vattenledningar.pdf Boverket. (2015). Boverkets byggregler. Retrieved 2015, from Nibe: Chalmers. (2014). Passivhusbyggare. Göteborg: Chalmers. Dahl, A. (2010). Husets Energiförbrukning. Mariehamn: Högskolan På Åland. Dannström, G. (2014). Bitr. byggnadsinspektör Mariehamns stad. (M. Samuelsson, Interviewer) Ek, B. (2005). Dimensioner av Ackumulatortank vid Lulekraft AB. Ekeborg, T., & Svenningsson, P. (2015). Ackumulatorsystem vid kraftvärmeanläggningar. Vattenfal. Ekologiska Byggvaruhuset. (2015). Avloppsvärmeväxlare-värmeåtervinning ur duschvattnet. Retrieved 2015, from ekologiska byggvaruhuset: Fredriksen, S., & Werner, S. (2014). Fjärrvärme och Fjärrkyla. Lund: Studentlitteratur AB. Fredriksson, T. (2014, November). Fjärrvärmechef. (P. R. Samuelsson, Interviewer) Henriksson, G. (2015). Överlärare Maskinteknik. (M. Samuelsson, Interviewer) Holmström, P. ( ). Tryck/Temperatur. Retrieved 2015, from Svensk Fjärrvärme: Kreutzer, S. (2015, feb). VD Certifierad Passivhusexpert, Intressegrupp passivhus. (M. S. Rosén, Interviewer) Lennermo, G. (2015). Konstaktperson Energianalys AB. (P. Rosén, Interviewer) 74

82 Löfgren, B.-E. (n.d.). Hur stor skall en ackumulatortank vara? Retrieved 2015, from novator: Mariehamns Energi. (2015). Fjärrvärme. Retrieved 2015, from Mariehamns energi: Mattsson, P. (2015, Maj 11). Försäljning, plannering, VD. (P. Rosén, Interviewer) Pennanen, S. (2014). Ålands Vatten & Miljöprovtagning, Fältprotokoll. Mariehamn: Ålands Vatten & Miljöprovtagning. Petersson, B.-Å. (2010). Tillämpad byggteknik. Studentlitteratur. Ryhre, J. (2015). Carrier AB försäljning HVAC. (M. Samuelsson, Interviewer) Rörmontage. (2015). MM växlaren. Retrieved 2015, from Rörmontage: pdf Rörprodukter. (2015). Kollektorslang. Retrieved 2015, from Rörprodukter: Skogfält, M. (2010, 1 17). Dimensionering av ackumulatortank vid LKABs förädlingsverk i Kiruna. Umeå: Umeå universitet. SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut och Svensk Solenergi. (2010). Solvärme system. SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut och Svensk Solenergi. Statens energimyndighet. (2015). värmepumparnas roll på uppvärmningsmarknaden. Retrieved 2015, from Energimyndigheten: Svensk fjärrvärme. (2009). fjärrvärmecentralen. Retrieved 2015, from Svensk fjärrvärme: C3 Tallus, E. (2015). Dimensionering av ackumulatortank. Umeå: Umeå Unviversitet. Wegelius, S. (2015). Arkitet Svinö. (P. R. Samuelsson, Interviewer) Wikipedia. (2015). Coefficient of performance. Retrieved 2015, from Wikipedia: Wikipedia. (2015). Värmepump. Retrieved 2015, from Wikipedia: ÅSUB. (2015). väderleksförhållande. Retrieved 2015, from ASUB: MI/MI001.px/?rxid=f63da70a -b7a7-40d9-ae11-72e21089fdfd 75

83 BILAGOR Under detta kapitel finns data och offerter samt övrigt underlag för rapporten. BILAGA 0 Allmänna bilagor om Svinö BILAGA 1 Teknisk data och specifikation för värmepumpar från Carrier AB BILAGA 2 Teknisk data från värmeprodukter för pannsystem BILAGA 3 Teknisk data från Kardonar för pannsystem BILAGA 4 Kalkyltabeller för kalkylränta BILAGA 5 Investeringskalkyl för värmepumpsystem BILAGA 6 Investeringskalkyler för pannsystem från värmeprodukter AB BILAGA 7 Investeringskalkyler för pannsystem från Kardonar BILAGA 8 Investeringskalkyl för solfångare BILAGA 9 Investeringskalkyl för avloppsvärmeväxlare 76

84 BILAGA 0 Skärgårdstaden 1

85 Tvillingstaden 2

86 Bilaga 1: Carrier AB Mjukvara Vätskekylarval Version 4.53 (16-JAN-2013) - Copyright , Carrier Corp. * Projekt Datum :19:59 Plats Företagsnamn Kontaktnamn CARRIER referens Jan Ryhre * Produkt 30HXC230-PH3opt150 Serie 30HXC Phase3 Option150 (HighCondensing) Total effekt 488 kw Tillförd effekt 252 kw Kompressorns eleffekt 252 kw EER 1,94 Antal effektsteg 8 Minsta steg 14 % Köldmedie R134a Expansionsventil EXV * Förångare Ethylene Glycol 15 % Utgående temperatur 2 C Delta T. 3 K Ingående temperatur 5 C Flöde 39,8 L/s Förångarens tryckfall 66 kpa Försmuts. faktor 0,044 m²-k/kw Max vattentryck 1000 kpa * Kondensor Vätska Vatten Ingående temperatur 50 C Delta T. 10 K Utgående temperatur 60 C Flöde 17,4 L/s Tryckfall 6 kpa 1

87 Försmuts. faktor 0,018 m²-k/kw Max vattentryck 1000 kpa T.H.R. (värmeeffekt) 727 kw * Antal kompressorer 3 Kompressortyp screw Kompressorhastighet 49 r/s Startutrustning typ direct * Volt/Fas/Hertz Effektfaktor (max power) 0,87 Fullastström 512 A (U nom.) Maximal startström 1549 A Spänningsgränser 360/440 V * Driftsvikt 4602,0 kg Köldmediefyllning 178 kg Längd/Bredd/Höjd 3923,5 mm 1015 mm 2060 mm OBS! (00306) Option 5 needed * Full-load and Part-load calculation 1 The Unit capacity is the Gross Unit capacity. 2 The Unit kw input includes Compressor and Fan (when Fan). 3 The Unit C.O.P. is the Unit capacity divided by the Unit kw input. 2

88 Mjukvara Vätskekylarval Version 4.53 (16-JAN-2013) - Copyright , Carrier Corp. * Projekt Datum :20:14 Plats Företagsnamn Kontaktnamn CARRIER referens Jan Ryhre * Produkt 30HXC260-PH3opt150 Serie 30HXC Phase3 Option150 (HighCondensing) Total effekt 539 kw Tillförd effekt 285 kw Kompressorns eleffekt 285 kw EER 1,89 Antal effektsteg 8 Minsta steg 14 % Köldmedie R134a Expansionsventil EXV * Förångare Ethylene Glycol 15 % Utgående temperatur 2 C Delta T. 3 K Ingående temperatur 5 C Flöde 44 L/s Förångarens tryckfall 67 kpa Försmuts. faktor 0,044 m²-k/kw Max vattentryck 1000 kpa 3

89 * Kondensor Vätska Vatten Ingående temperatur 50 C Delta T. 10 K Utgående temperatur 60 C Flöde 19,3 L/s Tryckfall 8 kpa Försmuts. faktor 0,018 m²-k/kw Max vattentryck 1000 kpa T.H.R. (värmeeffekt) 810 kw * Antal kompressorer 3 Kompressortyp screw Kompressorhastighet 49 r/s Startutrustning typ direct * Volt/Fas/Hertz Effektfaktor (max power) 0,87 Fullastström 566 A (U nom.) Maximal startström 1603 A Spänningsgränser 360/440 V * Driftsvikt 4656,0 kg Köldmediefyllning 192 kg Längd/Bredd/Höjd 3923,5 mm 1015 mm 2060 mm OBS! (00306) Option 5 needed * Full-load and Part-load calculation 1 The Unit capacity is the Gross Unit capacity. 2 The Unit kw input includes Compressor and Fan (when Fan). 3 The Unit C.O.P. is the Unit capacity divided by the Unit kw input. 4

90 Mjukvara Vätskekylarval Version 4.53 (16-JAN-2013) - Copyright , Carrier Corp. * Projekt Datum :22:11 Plats Företagsnamn Kontaktnamn CARRIER referens Jan Ryhre * Produkt 30HXC310-PH3opt150 Serie 30HXC Phase3 Option150 (HighCondensing) Total effekt 664 kw Tillförd effekt 350 kw Kompressorns eleffekt 350 kw EER 1,9 Antal effektsteg 10 Minsta steg 10 % Köldmedie R134a Expansionsventil EXV * Förångare Ethylene Glycol 15 % Utgående temperatur 2 C Delta T. 3 K Ingående temperatur 5 C Flöde 54 L/s Förångarens tryckfall 74 kpa Försmuts. faktor 0,044 m²-k/kw Max vattentryck 1000 kpa 5

91 * Kondensor Vätska Vatten Ingående temperatur 50 C Delta T. 10 K Utgående temperatur 60 C Flöde 23,8 L/s Tryckfall 9 kpa Försmuts. faktor 0,018 m²-k/kw Max vattentryck 1000 kpa T.H.R. (värmeeffekt) 996 kw * Antal kompressorer 4 Kompressortyp screw Kompressorhastighet 49 r/s Startutrustning typ direct * Volt/Fas/Hertz Effektfaktor (max power) 0,87 Fullastström 700 A (U nom.) Maximal startström 1737 A Spänningsgränser 360/440 V * Driftsvikt 5477,0 kg Köldmediefyllning 215 kg Längd/Bredd/Höjd 4533 mm 1015 mm 2112 mm OBS! (00306) Option 5 needed * Full-load and Part-load calculation 1 The Unit capacity is the Gross Unit capacity. 2 The Unit kw input includes Compressor and Fan (when Fan). 3 The Unit C.O.P. is the Unit capacity divided by the Unit kw input. 6

92 1

93 2

94 3

95 4

96 5

97 6

98 7

99 8

100 Bilaga 2: Värmeprodukter Er ref: Åland Pontus Rosén Michael Samuelsson 2000 kw pellets och 2000 kw olja (Material leverans) Inledning Värmeprodukter som är ett familjeägt bolag som ingår i Armatec gruppen med huvudkontor i Västra Frölunda och filialkontor i Örebro och Växjö. Värmeprodukters verksamhetsområde är inom energisektorn där Värmeprodukter representerar i Europa kända Italienska varumärken bl.a. D Alessandro: Fastbränslepannor i storleken 100 kw till 4 MW för pellets, träflis, briketter, sågspån m.m. I denna offert erbjuder vi en pannleverans med en beprövad pannkonstruktion från D` Alessandro. Styrskåp och programmering från svensk leverantör, övrig utrustning kommer från kända och beprövade tillverkare bl.a. Armatec. Värmeprodukter har en gedigen erfarenhet i förbränningsteknik och konstruktion av förbränningsanläggningar. Vi har inom vår organisation en gedigen kompetens att planera och genomföra komplexa projekt med förbränningsanläggningar och sedan också, genom vår serviceorganisation, ta ansvaret för service och underhåll av anläggningen. 1

101 Offerten omfattar i huvudsak följande: Material leverans pelletspanna på 2000 kw och en oljepanna på 2000 kw. Oljepannan är en backup för pelletspannan, och monteras i befintligt pannrum. o Styrskåp BioReg 3. o Säkerhetsskåp för oljepannan. o Rökgasrening. o Rökgasfläkt. o Rökgaskanal. o Skorsten o Silo o Oljetank för backup pannan o Projektering och driftsättning. o Dokumentation och märkning enligt vår standard. o Montage av skorsten 2

102 Leveransvillkor och tider Leveranstider: Leveransvillkor: Leveransbestämmelser: Offertens giltighet: Leverans ort Efter överenskommelse Fritt vårt lager NLM-02 med tillägg VP dagar Mariehamn Betalning Betalningsvillkor: Betalningsplan 30 dagar netto. 30 % vid order 60 % vid leverans av centralen. 10 % vid godkänd slutbesiktning, dock senast 30 dagar efter driftsättning Pris SEK: SEK (Tremiljoner sexhundra tusen kronor) exkl. moms Värmeprodukter AB Robert Skönvall 3

103 SPECIFIKATION över Material leveransen TEKNISKA FÖRUTSÄTTNINGAR Pelletspanna Varmvattenpanna 2000 kw. Konstruktionstryck: Säkerhetstemperatur: 3 bar. 110 ºC. Drifttemperatur : ºC. Returtemperatur till panna min 60 ºC Returtemperatur från nät min 50 ºC Drifttryck: ca 1,5 bar (Slutet system) Reglerområde % med garantivärde från 25 %. Bränsle Pellets enligt SS grupp 1 Strömart För motorer 3 fas 400 alt 1 fas 230 Volt 50 Hz direktstart. Manöver 230 volt med nolla. Oljepanna Varmvattenpanna 2000 kw. Drifttryck max: centralen) Säkerhetstemperatur: Drifttemperatur max: Drifttryck: 6 bar.(3 bar för systemet i 110 ºC. 90 ºC. ca 1,5 bar (Slutet system) 4

104 Brännare 2 steg. Brännarens placering: Frontmonterad. Tändmedium: Elektrisk. Bränsle EO 1. Strömart För motorer 3 fas 400 alt 1 fas 230 Volt 50 Hz direktstart. Manöver 230 volt med nolla. OFFERTENS OMFATTNING Pelletspanna 1 st. D Allesandro fastbränslepanna CS-2000 effekt 2000 kw, för biopellets klass 1 SS187120, Pannan är utrustad med följande: Automatisk sotblåsning av konvektionstuber med tryckluft. Keramisk brännkammarinsats. Undermatad stoker (bränsleinmatning) Automatisk askutmatning. Stokerförråd med nivå givare och bakbrandsskydd. Frekvensstyrd stokerinmatningsskruv. Frekvensstyrd primärluftsfläkt. Frekvensstyrd sekundärluftsfläkt. Styr-, Regler- och övervakningsutrustning för anslutning till BioReg 3 Liggande tuber med retadrar i konvektionsdelen. 5

105 6

106 Sotning 1 st. Kompressor till sotblåsning. Sotredskap för manuell sotning ingår. 7

107 Rökgasrening 1 st. Multicyklon i stål fabrikat 1 st. Stoftsluss JM 20 Rökgasfläkt 1 st. JM, frekvensstyrd via undertrycksregulator försedd med inspektionslucka, navtätning och kylskiva samt utrustad med helkapslad, kortsluten 3-fasmotor, 400V, motorhylla med spännlinjaler, vibrationsdämpare, remdrift, remskydd och vibrationsstos av aluminiserad glasfiberväv för fläktens in och utlopp. 8

108 Askhantering 3 st. Askskruvar från pannan. 2 st. Askskruvar från panna och cyklon till askbehållare på utsidan av huset. 1 st. Askbehållare 2000 l, som placeras på utsidan av huset. Oljepanna 1 st. Varmvattenpanna med en effekt på 2000 kw vid eldning med eldningsolja EO 1. Fabrikat Ferroli Prextherm RSW Pannan levereras påbyggd styrpanel Sotning Sotredskap för manuell sotning ingår. 9

109 Brännare 1 st. Oljebrännare Weishaupt 2.000kw Bränsleföråd 1 st XB 189 Skorsten och rökgaskanal Skorsten 2 st. Sektionsskorsten ca. 15m monteras i pellets silon Pumpar 1 st. TPE /2, 40 m, 88 m3/h 2 st Magna , flöde 42m3/h, Expansionskärl och tryckstyrning 1 st. Expansionskärl AT8353 s.k. öppet kärl med pump och en volym på ca 300 liter. Säkerhetsutrustning 2 st. Säkerhetsutrustning enligt gällande normer, bestående av följande: 1 st. Ångsamlingsrör AT st. Säkerhetsventiler öppningstryck 3 bar DN xx AT Utblåsningsledningarna från säkerhetsventilerna dras till utsidan av vägg och förses med en skyddsplåt. 1 st. Nivåvakt som typ fabrikat AT 8315-NT. 1 st. Högtrycks övervakning AT st. Manometer AT 8305A st. Kontroll manometerventil AT st. Automatisk avluftningsventil AT 8050B st. Avtappningsventil AT st. Flödesvakt AT 8315 (endast för oljepannan) 10

110 Styrskåp 1 st. Styrskåp Bioreg 3. All programmering och konstruktion av styrskåpet utförs i Sverige. Komplett effektreglering med separat styrning av varje motor (stoker, primär, sekundärluft och rökgasfläkt). Dubbel arkitektur för säkerhetskrets. 1 st. PLC fabrikat ABB alt. Eaton 2 st. Motorer för inmatningsskruvar mellan silo och stokerbehållare. 1 st. Motor för stokerskruv, frekvensstyrd. 1 st. Motor för primärluftsfläkt, frekvensstyrd. 1 st. Motor för sekundärluftsfläkt, frekvensstyrd. 1 st. Motor för rökgasfläkt, frekvensstyrd. 3 st. Motorer för askskruvar från pannan. 2 st. Motorer för askskruvar från panna och cyklon till askbehållare på utsidan av huset. 1 st. Motor för stoftsluss. Sotblåsning. 4 st. Ingångar för temperaturgivare. Batteribackup för tillfälliga strömavbrott (upp till 15 sek). Färgskärm på skåpets utsida. O2 reglering. Fyra digitala larm, med larmhistorik. Ingångar för nivå i stokerbehållare. Larmsändare. 2 st. Ingångar för låg nivå i silo. Ingång för pulsgivare stokerskruv. 11

111 Säkerhetsskåp 1 st. Säkerhetsskåp för oljepannan. All programmering och konstruktion av styrskåpet utförs i Sverige. Skåpet har ingångar för larm från oljepannan och utgång till Bioreg 3 skåpet Övrig styr, regler- och övervakningsutrustning Givare till BioReg 3 styrskåp 1 st. Givarsats består av: 2 st. Låg nivågivare i silo 2 st. Nivågivare i stokerbehållaren 1 st. Maxtermostat panna (manuell återställning) 1 st. Undertrycksgivare MF-PD 1 st. Kopplingssats till undertrycksgivare 1 st. O2 givare 1 st. Termostat hög temp stoker. 1 st. Maxtemp stoker (manuell återställning) 1 st. Övertrycksvakt eldstad MTV st. Rotationsvakt rökgasfläkt. 1 st. Tempgivare panna (reglering). 2 st. Tempgivare returledning. 1 st. Nödkylningsventil med termostat 1 st. Tempgivare rökgas. 1 st. Pulsgivare stokerskruv. 12

112 Montage arbeten och driftsättning Arbete som utförs av Värmeprodukters personal på arbetsplatsen Övrigt Provdrift Montage av skorsten på silon Provning och injustering. Utbildning Vi förutsätter att provning och injustering kan ske över hela lastområdet i samband med ingångkörningen. Kostnader för senare fullastprov och injustering debiteras extra. Medverkan under eventuell provdriften ingår inte. Utbildning av driftpersonal Garantier Utbildning av driftpersonal i samband med igångkörningen. Vi förutsätter att personalen har kunskaper enligt AFS 2002:1 (Skötsel av pannor). För levererad utrustnings goda och säkra funktion samt angivna prestanda lämnas 2 års garanti räknat från igångkörningsdagen. Garantin gäller inte för driftstörningar som kan avhjälpas med rutinskötsel, inte heller för. förbrukningsmaterial såsom förslitningsdelar i eldstaden, pumptätningar, lampor, m.m. För att garantin skall gälla måste dokumenterade servicebesök vara gjorda. Kontroller efter färdig intrimning debiteras extra. 13

113 Servicebesök Servicebesök under garantitiden ingår inte. Dokumentation 2 ex. Skötselinstruktioner och kopplingsschema på svenska. I undantagsfall kan någon komponentinstruktion vara på annat språk. Alla säkerhetsinstruktioner är på svenska. Dokumentationen levereras enligt vår standard. 1 ex Skötselinstruktioner levereras på CD skiva. Ritningar Ritningar utförs enligt vår standard. Vi levererar följande ritningar; El scheman. Uppställningsritningar Flödesschema. Komponentmärkning Kontroll Märkning utförs enligt vår standard. För myndighetskontroll utförs all dokumentation av oss som rör vår leverans. Handlingar och beräkningar gällande vår leverans granskas och godkänns av Inspecta innan leverans till Er. Centralen är delvis säkerhetsbesiktigad av Inspecta innan leverans till Er. 14

114 CE märkning Alla offererade komponenter är CE märkta. Vi använder Inspecta för granskning av alla våra tillverkningsritningar, el ritningar, drift och skötselinstruktioner och CE märkning. Kran och transport förbehåll Larmsändare Ljudgarantier Vi förutsätter att körbar väg finns för kran och lastbil fram till uppställningsplatsen. Kranen skall kunna ställas upp med krancentrum max 9 m från fundament eller central. Vidare förutsätts att kranen kan ställas upp så att inga mellanförflyttningar behövs. Samt att inte några extra markförstärkningar behövs för kran eller lastbil. Larmsändare för överföring av larm till driftpersonal ingår. Förväntade värden invändigt i pannhuset 84 db (A). Utvändigt 100 m från pannhuset 40 db (A). Ljudmätning ingår inte. Företagshemligheter Vi anser inte att denna offert innehåller några speciella företagshemligheter eller några tekniska lösningar som faller under Lagen om skydd för företagshemligheter. 15

115 Förbränningsvärden vid eldning med träpellets enligt SS Grupp 1 Förväntade värden Max rökgastemperatur nysotad panna Last 100% 190 ºC Last 50% 155 ºC Last 25% 120 ºC Tillgänglighetsgrad >98 % Pannverkningsgrad nysotad panna Last 100% >91 % Last 50% >91 % Last 25% >90 % O2 genomsnittlig Last 100% 7-8 % Last 50% 8-10 % Last 25% % CO Last 100% <150 mg/nm3 vid 13 % CO2 motsvarar < 60 mg/mj Last 50% <150 mg/nm3 vid 13 % CO2 Last 25% <300 mg/nm3 vid 13 % CO2 NOx <250 mg/nm3 vid 13 % CO2 Stoft <100 mg/nm3 vid 13 % CO2 16

116 Bilaga 3: Kardonar 1

117 2

118 3

119 4

120 5

121 6

122 7

123 Bilaga 4: Kalkylräntetabeller I A-tabellen är kalkylräntefaktorn för ett engångsbelopp efter ett visst antal år, i vårt fall så är det för att veta vad skrotvärdet om 20 år är värt idag. 1

124 I tabell B får man ut en faktor om du har ett återkommande belopp varje år, som i vårt fall överskottet som är differensen mellan intäkterna och driftkostnaderna. 2

125 Bilaga 5: Investeringskalkyler värmepumpar

126

127 Bilaga 6: Investeringskalkyler närvärme värmeprodukter AB

128

129 Bilaga 7: Investeringskalkyler närvärme Kardonar

130

131 Bilaga 8: Investeringskalkyler solfångare

132