Fjärrvärmelast vid elavbrott Förstudie

Transkript

1 ISRN LUTMDN/TMHP--6/743 SE ISSN Fjärrvärmelast vid elavbrott Förstudie Patrick Ljunggren Avdelningen för Energihushållning Institutionen för Energivetenskaper Lunds Tekniska Högskola Lunds Universitet E.ON Värme Sverige AB

2

3 FJÄRRVÄRMELAST VID ELAVBROTT FÖRSTUDIE Patrick Ljunggren Oktober 26 Avdelningen för Energihushållning Institutionen för Energivetenskaper Lunds Tekniska Högskola Lunds Universitet E.ON Värme Sverige AB

4 Patrick Ljunggren 26 ISRN LUTMDN/TMHP--6/324--SE ISSN Lund 26

5 SAMMANFATTNING Driftsstörningar i våra energisystem kan få stora konsekvenser. Detta blev tydligt inte minst efter stormen Gudrun som i början av 25 härjade i Sverige. Alla typer av uppvärmningssystem påverkas vid ett elavbrott. Elvärme och värmepumpar kan inte fungera utan el men även andra energislag påverkas då cirkulationspumpar, reglerutrustning och brännare normalt inte längre fungerar. I svenska tätorter är många byggnader anslutna till fjärrvärme. Vid ett elavbrott stannar ventilen som reglerar fjärrvärmeflödet till radiatorvärmeväxlaren i sitt läge. Förutsatt att fjärrvärmeleverantören kan upprätthålla differenstrycket i nätet kommer då fjärrvärmevatten passera värmeväxlaren. Detta arbete klarlägger vad som sedan kommer att hända. Då pumpen inte fungerar minskar radiatorflödet kraftigt vilket dock får till följd att det kommer att värmas till en relativt hög temperatur i värmeväxlaren. En stor temperaturskillnad mellan fram- och returledning ger en god potential för självcirkulation som baseras på densitetsskillnaden mellan varmt och kallt vatten. Med hjälp av datorsimuleringar kunde konstateras att värmelasten i hög utsträckning kan bibehållas under ett elavbrott. Detta är möjligt, trots ett kraftigt minskat radiatorflöde, genom att skillnaden mellan inkommande och utgående temperaturer på vattnet i radiatorkretsen ökar kraftigt. Beräkningarna har verifierats genom ett antal praktiska försök. Två flerbostadshus, det ena byggt 1952 med 2 lägenheter fördelat på fyra våningar och det andra byggt 196 med 15 lägenheter och tio våningar, uppvisade resultat i enlighet med beräkningarna. Det första huset hade kvar ungefär 9 procent av värmelasten till radiatorsystemet vid nollgradig utetemperatur och 1 procent vid låg radiatorlast. I det andra huset fanns 93 procent av värmen kvar under försöket. Både dessa hus har radiatorsystem med relativt generösa rördimensioner. Det tredje mätobjektet består av två byggnader med en gemensam fjärrvärmecentral. Det har sju våningar och 143 lägenheter och är byggt Vid denna tid hade praxis beträffande val av dimensioner i radiatorsystem krympt avsevärt. Dessutom är detta ett ettrörssystem till skillnad från de två tidigare som är tvårörssystem. Varje lägenhet har en slinga med seriekopplade radiatorer. Värmelasten under avbrottsförsöket uppgick till drygt 5 procent. Det sista mätobjektet är ett småhus från Detta är ursprungligen byggt för självcirkulation och värmelasten kunde nästan helt bibehållas under avbrottsförsöket efter att termostaterna avlägsnats på ett par radiatorer som var kalla på grund av relativt kraftig solinstrålning. Sammanfattningsvis kunde konstateras, att en överraskande stor del av den totala värmelasten i flerbostadshus kan upprätthållas vid ett elavbrott.

6

7 SUMMARY Disturbances in energy systems can cause large consequences. This was highlighted when an unusually strong storm hit Sweden in 25. Virtually all kinds of space heating systems are affected by a breakdown in power supply. Electric heating and electrically driven heat pumps obviously cannot function without electricity but other energy sources are also affected when circulation pumps, control equipment and burners not are functioning. In densely built-up areas most buildings in Sweden are connected to district heating. If there is a power failure, the valve controlling the district heating flow to the space heating heat exchanger will stop in its current position. Provided that the district heating company can maintain the differential pressure in the network, district heating water will pass the heat exchanger. This work highlights further consequences: Since the pump is out of function, radiator circulation flow will decrease substantially which in turn will cause the water to be heated up to a relatively high temperature within the heat exchanger. A large temperature difference between supply and return pipe temperatures provides a good potential for natural circulation which is based on the difference in densities between hot and cold water. Computer simulations of such a situation indicated that that the heat load, to a great extent, could be maintained during a power failure. Although the explained sequence as such perhaps is not that surprising, the amount of heat supply being maintained was surprisingly big. These calculations were verified by a number of field experiments: Two multi-family houses displayed results in accordance with calculations: one four-storied house with 2 flats, built in 1952, and one ten-storied house with 15 flats, built in 196. The first-mentioned house kept about 9 per cent of the radiator heat load at C outdoor temperature and 1 per cent at low space heating load. The other house kept 93 per cent of the heat load. Both these houses are equipped with radiator systems with relatively generous pipe dimensions. The third object that was tested consists of two houses with a joint substation. It is a seven-storied house with 143 flats, built in At this time design practice regarding the choice of pipe dimensions in the radiator systems had decreased substantially. Moreover, the radiator system of this house is a one-pipe system, in contrast to the two previously mentioned ones that are two-pipe systems. Each flat has a circuit with radiators connected in series. The heat load during the failure test was slightly more than 5 per cent of the design load. The last object to be tested was a one-family house built in This was originally built for natural circulation and the heat load could almost completely be maintained during the test after removing the thermostatic valves from a couple of the radiators that were cold due to rather heavy insolation. Summarising, it could be established that a surprisingly big part of the heat load of most buildings was not affected by a failure in electric supply.

8

9 INNEHÅLL INLEDNING 1 BAKGRUND 1 PROBLEMSTÄLLNING 1 SYFTE 2 METOD 2 BEGRÄNSNINGAR 2 ERKÄNNANDEN 2 INTRODUKTION TILL ÄMNET 3 TIDIGARE ARBETE 5 VÄRME VID ELAVBROTT BERÄKNINGAR OCH FÄLTFÖRSÖK 7 SJÄLVCIRKULATION 7 DATORMODELLERING 1 PRAKTISKA FÖRSÖK 13 TESTOBJEKT CEDERGATAN 7 14 TESTOBJEKT STADIONGATAN TESTOBJEKT LUGNA GATAN 4-46/STORGATAN TESTOBJEKT KJELLSGATAN 7 22 JÄMFÖRELSE MELLAN SIMULERINGAR OCH FÄLTFÖRSÖK 23 AVSÄTTNING AV FJÄRRVÄRME 24 SLUTSATSER OCH FORTSATTA STUDIER 25 SLUTSATSER 25 FORTSATTA STUDIER 25 REFERENSER 27

10

11 NOMENKLATUR Variabler Δ : Differens p : Tryck, Pa ρ : Densitet, kg/m 3 g : Tyngdacceleration, 9,81 m/s 2 h : Drivhöjd, m k : Motståndskoefficient, bar/(l/s) 2 m : Massflöde, kg/s k v : Flödeskapacitet, (l/s)/bar 1/2 Q : Värmeflöde, kw c p : Värmekapacitivitet, J/kgK T : Temperatur, C Index själv f r s p : Självcirkulation : Fram(ledning) : Retur(ledning) : Sekundärsida (radiatorsida) : Primärsida (fjärrvärmesida) Förkortningar DUT : Dimensionerande utetemperatur FC : Fjärrvärmecentral

12

13 INLEDNING BAKGRUND Fjärrvärmenätet i Malmö försörjer i stort sett hela staden med värme året runt. Till nätet är bostäder, industrier samt offentliga och kommersiella byggnader anslutna med olika krav på leveranssäkerhet. Leveranssäkerheten kan betraktas som mycket hög och kunderna upplever få oplanerade driftstörningar. Vid störda driftfall som exempelvis ett större elavbrott har emellertid kännedomen om hur kundanläggningar i fjärrvärmesystem beter sig varit liten, vilket är anledningen till att detta projekt kommit till stånd. Efter stormen Gudrun 25, då många människor drabbades av långvariga elavbrott med konsekvenser bland annat för uppvärmningen, är det angeläget att kartlägga konsekvenserna för fjärrvärmeleveranserna. I produktionsanläggningarna i Malmö finns reservkraft vilket gör det möjligt att driva produktion och distribution av värme vidare under ett elavbrott. För elsystemet finns även möjligheten att vid ett elavbrott isolera Malmö från stamnätet och upprätthålla elproduktionen, så kallad ö-drift. Detta innebär dock att det i kraftvärmeanläggningarna Sysav och Heleneholmsverket måste finns möjlighet att kyla spillvärme mot fjärrvärmenätet. Hos kunderna finns däremot generellt inga backupsystem. För kunder med störningskänslig verksamhet, till exempel sjukhus, finns dock utrustning för att hantera elförsörjningen under sådana omständigheter. Alla värmesystem är på något vis beroende av el, till exempel till cirkulationspumpar, men det är sannolikt att fjärrvärmeanslutna byggnader i någon mån kan ta emot värme. Förutsättningarna för detta beror bland annat på om viss självcirkulation kan uppstå i radiatorsystemet. PROBLEMSTÄLLNING Vid ett elavbrott i hela eller stora delar av Malmö skulle problem kunna uppstå med att upprätthålla värmeleveransen. Frågan är hur fjärrvärmecentraler och uppvärmningssystem uppträder vid elavbrott och hur mycket värme olika kategorier av kunder kan ta emot under ett elavbrott vid olika driftsfall. Problemet kan ses ur olika perspektiv och därmed med olika tänkbara önskemål beträffande avbrottssäkerhet: Önskemål ur E.ON:s perspektiv - Att upprätthålla värmeleveranser till samtliga kunder i så stor utsträckning som möjligt, i synnerhet mer kritiska kunder som exempelvis sjukhus, vårdhem och vissa industrier. - Att upprätthålla produktion av el i mottrycksanläggningar vid ö-drift - Att undvika skador på utrustning och system 1

14 Önskemål ur kundens perspektiv - Att driva verksamhet vidare vid elavbrott - Att bibehålla komforten inomhus - Att undvika skador på system och utrustning Önskemål ur samhällssynpunkt - Att ha kännedom om huruvida exempelvis vårdhem måste evakueras I denna förstudie avses främst att undersöka hur vissa fjärrvärmeanslutna byggnadstyper beter sig vid ett elavbrott. SYFTE Syftet med förstudien är att undersöka konsekvenserna för värmeleveranserna i Malmös fjärrvärmenät vid ett större elavbrott genom att studera hur mycket värme olika typer av byggnader kan ta emot. I förlängningen är målet med arbetet att uppskatta förutsättningarna för hela fjärrvärmenätet att ta emot fjärrvärme vid ett elavbrott samt att relativt enkelt kunna uppskatta förutsättningarna hos en specifik byggnad. Arbetet ska fokusera på nuläget, det vill säga konsekvenser med dagens system och dess förutsättningar. Som ett resultat kan möjligheter till förbättringar diskuteras. METOD Inledningsvis har arbetet med förstudien utgjorts av en litteraturstudie kring ämnet leveranssäkerhet för värme och el. Ett antal fältförsök har genomförts i några olika typer av byggnader. Vid sidan av försöken har datorsimuleringar genomförts. Dessa har stämts av mot fältförsöken i syfte att skapa en bra modell för att kunna studera fler driftsfall. BEGRÄNSNINGAR Detta arbete undersöker vad som händer i fjärrvärmeanslutna byggnader vid ett elavbrott och behandlar inte hur produktionen och distributionen av fjärrvärme påverkas vid ett elavbrott. Inte heller tappvarmvattensystemen i byggnaderna berörs i detta arbete. De skulle kunna utgöra ytterligare värmeunderlag men det finns samtidigt problem med skållningsrisken. ERKÄNNANDEN Arbetet med förstudien har finansierats av E.ON Värme Sverige AB. Jag vill rikta ett stort tack till Harald Andersson på E.ON som tagit initiativ till projektet och till Janusz Wollerstrand på institutionen för Energivetenskaper på LTH som har fungerat som min handledare. Ett stort tack även till Egon Lange på MKB Fastighet AB som visat stort intresse för projektet och möjliggjort praktiska försök i MKB:s byggnader. Till försökens genomförande har också Ulf Djurhag på ÅF infrastruktur bidragit. Några personer har även fungerat som en referensgrupp till projektet: Jan Berglund på Svensk Fjärrvärme, Mikael Toll på Energimyndigheten samt Björn Dahlroth på Kommunförbundet i Stockholm. Ett tack till dessa personer. 2

15 INTRODUKTION TILL ÄMNET Att värma byggnader för att få en acceptabel inomhustemperatur är nödvändigt på de allra flesta platser i världen, i synnerhet i Sverige. Detta är något som de flesta av oss tar för givet, men ibland blir vi påminda om hur beroende vi är av att våra energisystem fungerar. Konsekvenserna av stormen Gudrun i början av 25 var omfattande för stora delar av samhället. Dock var väderleken relativt mild och konsekvenserna för uppvärmningen var små. Samtidigt belyste detta elberoendet i vårt samhälle, inte minst hos våra uppvärmningssystem. Det är inte bara elvärme som är beroende av el utan så gott som samtliga uppvärmningssystem använder el på något vis: till pumpdrift, reglerutrustning och för drift av pannor och brännare. I maj 26 hölls ett seminarium på initiativ av Malmö stad, Starta Malmö, där elförsörjningstryggheten i Malmö diskuterades. Bland annat framfördes att uppvärmningen bedöms vara det största problemet i kommunen vid ett elavbrott [15]. På vissa platser finns stationär reservkraft, exempelvis i Stadshuset, Universitetssjukhuset MAS och i pumpstationer för vatten och avlopp. Det finns även mobila elverk som är avsedda för bland annat vårdboenden och IT-drift. Just inom vård och omsorg anses värmen utgöra ett stort problem. Vid ett avbrott avser man att inledningsvis förtäta boenden men vårdtagare befaras ganska omgående att behöva flyttas till alternativa boenden. För skol- och förskoleverksamheter gäller att dessa stänger ganska omgående, speciellt vintertid. En rapport från Totalförsvarets Forskningsinstitut, FOI, [6], behandlar strategier för elförsörjningens beredskaps- och säkerhetsarbete. I arbetet har man bedömt vilka gränser som gäller för acceptabla störningar inom olika områden. För exempelvis vård och omsorg har man satt denna gräns till sex timmar och för värme och el till hushåll till 24 timmar. I dessa bedömningar ingår flera faktorer, däribland värme. Det konstateras att uppvärmning inte kan fungera utan reservkraft till pumpar. Dock behandlas inte detta vidare inom ramen för det arbetet. Möjligheten till att leverera fjärrvärme vid ett elavbrott beror på ett flertal faktorer. För det första måste fjärrvärmebolaget kunna upprätthålla värmeproduktionen och differenstrycket i nätet, det vill säga fjärrvärmevattnet måste kunna pumpas runt. För E.ON:s del så har man reservkraft för att uppfylla detta. Problemet är istället huruvida man kan bli av med värmen i nätet. Två av de större anläggningarna som levererar värme till fjärrvärmenätet, Sysav och Heleneholmsverket är kraftvärmeverk, det vill säga anläggningar som producerar både el och värme. Kraftvärmeverk kan ha möjlighet att köras som kondenskraftverk, alltså endast för elproduktion, genom att kyla bort spillvärmen, antingen i ett anslutande vattendrag eller i ett kyltorn. På Sysav och Helenholmsverket finns inte denna möjlighet utan elproduktionen är helt beroende av att man kan avsätta spillvärmen från elproduktionen i fjärrvärmenätet. Vid ett större elavbrott är det önskvärt att kunna fortsätta driften av anläggningarna genom så kallad ö-drift. Genom ö-drift kan lokala produktionsanläggningar utnyttjas vilket kan vara mycket värdefullt vid ett omfattande elavbrott. På så sätt kan ett 3

16 mindre elnät upprättas, avskilt från stamnätet. Vid ett nationellt sammanbrott utgör ö-drift en viktig del för återstarten av stamnätet. Det ställs emellertid stora krav på frekvenshållning och möjlighet till start mot spänningslöst nät hos kraftverk för att kunna upprätta ö-drift. Svenska Kraftnät bedriver arbete för att öka antalet platser i Sverige med möjlighet till ö- drift fick dåvarande Sydkraft i uppdrag av Svenska Kraftnät att utreda förutsättningarna för att etablera ö-nätsdrift i Malmö [9]. Det konstaterades att det är genomförbart att driva Malmö som ett ö-nät. En viktig faktor för att lyckas är dock att det finns avsättning av spillvärmen till fjärrvärmenätet vid den aktuella tidpunkten. En förutsättning för att kunna leverera fjärrvärme vid ett elavbrott, förutom att kunna upprätthålla differenstrycket i nätet, är att de anslutna byggnaderna kan ta emot värmen. Vattnet som strömmar i radiatorkretsen värms i fjärrvärmecentralens värmeväxlare. Primärventilen som reglerar fjärrvärmeflödet till värmeväxlaren påverkas av ett elmotordrivet ställdon. Om elförsörjningen till ställdonet försvinner stannar det i sitt läge, förutsatt att detta inte drivs till stängning av en fjäder, så kallad fjäderåtergång. Detta förekommer dock endast för reglerventiler för tappvarmvatten som ibland utförs på detta sätt för att förhindra risken för skållning på grund av övervärmt tappvarmvatten. En stängd reglerventil förhindrar helt att värme överförs till kunden, men en ventil som stannar i sitt läge medger att samma primärflöde fortsätter att passera värmeväxlaren (förutsatt att inte differenstrycket i fjärrvärmenätet förändras). Om vi förutsätter att vi har primärflöde genom värmeväxlaren, kan då värmet överföras till vattnet i radiatorkretsen? Radiatorflödet strömmar med hjälp av den uppfordringshöjd som cirkulationspumpen ger. Vid ett elavbrott kommer pumpen naturligtvis inte att fungera och frågan är då om ett visst flöde kommer att uppstå på grund av självcirkulation. Drivkraften för självcirkulation är densitetsskillnaden mellan varmare och kallare vatten. Om fjärrvärmevatten flödar genom värmeväxlaren så finns teoretiskt förutsättningar för självcirkulation av radiatorflödet. Hur stor denna blir beror bland annat på hur stor densitetsskillnaden blir och hur stort friktionsmotståndet är i systemet. I mycket gamla system bör möjligheterna vara goda då de är dimensionerade för självcirkulation. Sedan pumpar började användas i uppvärmningssystem har dock rördimensionerna minskat kraftigt, vilket ger större friktionsmotstånd och därmed sämre förutsättningar. 4

17 TIDIGARE ARBETE Frågeställningar kring leveranssäkerhet av värme har behandlats i viss omfattning av olika författare. Det finns en hel del litteratur kring leveranssäkerhet av el, men beträffande värme så har studier främst kommit fram på senare tid. Det finns ett arbete som har sammanställts av Svenska värmeverkens ekonomiska förening (VÄRMEK) på uppdrag av Energimyndigheten som heter Sårbarhet hos fjärrvärmeförsörjning med tonvikt på känslighet för elavbrott [3]. Rapporten beskriver situationen i Stockholm som består av flera olika fjärrvärmenät med en stor blandning av produktionsanläggningar. Det finns bland annat ett avsnitt som resonerar kring potentialen för självcirkulation, med slutsatsen att det bör finnas möjlighet till viss självcirkulation som, genom att stänga av delar av radiatorsystemet, kan värma delar av en byggnad. Dock understryks vikten av att göra praktiska försök. Energimyndigheten har gett ut en rapport som heter Kommunernas värmeberedskap. Förberedelser och lösningar för värmeförsörjning i kris [1] Ehrlén, L, Växjö Energi AB, samtal [2]. I denna påpekas att radiatorsystem för några decennier sedan utformades för självcirkulation men att detta numera förhindras genom generellt klenare dimensioner och kraftig ventilstrypning. Det konstateras att för att kunna leverera fjärrvärme krävs elförsörjning till cirkulationspump och helst även till styr- och reglercentral. Länsstyrelsen i Stockholms län har gett ut en promemoria som heter Säkerheten i Stockholms läns Fjärrvärmenät [11]. Den beskriver ett pågående arbete. Enkätsvar från länets fjärrvärmeföretag ligger till grund för rapporten. En, för denna studie, viktig avgränsning i undersökningen är att den endast avser produktion och distribution av fjärrvärme. Den redovisar inte hur värme tas emot och hanteras av kunden. Däremot påpekas att det är ett grundläggande villkor för att kunna ta emot fjärrvärme att cirkulationspumpar och styr- och reglerutrustning har elförsörjning. I spåren av stormen Gudrun har det kommit ut ett flertal rapporter från Energimyndigheten. I Stormen Gudrun och uppvärmningen [4] diskuteras erfarenheter från elavbrott med inriktning på uppvärmning av byggnader. Även denna rapport påpekar att det finns goda skäl att undersöka självcirkulation genom praktiska försök. Generellt hade man inga problem med fjärrvärmen i samband med Gudrun eftersom nästan alla större orter i de drabbade områdena inte hade några längre elavbrott. Dock lyfts fram att man har erfarenheter från ett elavbrott i Kista som visade att självcirkulationen blev större än vad man trodde var möjligt i hus med moderna radiatorsystem med klena rördimensioner. Hos Växjö Energi AB kunde man i samband med Gudrun emellertid notera tecken på viss självcirkulation [1]. I ett närvärmesystem gick pannan och distributionen vidare med reservkraft. Av den normala lasten av storleksordningen 1,5-2 MW fanns 5 kw kvar under avbrottet. Två kunder, med en gemensam last av 3 kw, hade dock egen reservkraft. 5

18 6

19 VÄRME VID ELAVBROTT BERÄKNINGAR OCH FÄLTFÖRSÖK Detta kapitel går närmare in på hur stor självcirkulation, och överförd effekt, som uppstår i olika typer av byggnader. Först studeras ett enklare exempel, därefter mer avancerade beräkningar, och resultaten från ett antal praktiska försök. SJÄLVCIRKULATION När centralvärmesystem började bli vanliga i flerbostadshus i början av förra seklet konstruerades dessa för självcirkulation. Drivkraften uppstår på grund av densitetsskillnaden mellan det kalla vattnet i returledningen och det varma vattnet i framledningen. Då radiatorflödet värms i värmeväxlaren blir det lättare och stiger uppåt medan vattnet som avger värme i radiatorerna kyls av och faller nedåt. Detta illustreras av Figur 1 nedan. Radiator +(termostat)ventil h Radiatorvärmeväxlare Fjärrvärmeflöde Radiatorflöde Reglerventil Pump T f, ρ f T r, ρ r Figur 1 Principen för självcirkulationen i en fjärrvärmeansluten byggnad. Drivkraften är proportionell mot drivhöjden, h, det vill säga skillnaden mellan värmaren (fjärrvärmecentralen) och systemets högsta punkt, vilket illustreras av ekvation (1): ( ρ ρ ) Δ p = g h (1) själv r f Självcirkulationen ger relativt små drivkrafter varför man dimensionerade sådana system för grova rördimensioner för att minimera friktionsförlusterna i systemen. Den krets i systemet som är mest avlägsen från värmaren är den krets som ur hydraulisk synvinkel är sämst placerad. Med hänsyn till denna valdes rördimensioner för att självcirkulationen skulle bli tillräcklig. Det krävdes också noggrannhet vid dimensioneringen för att minimera förluster som exempelvis onödiga krökar. Om dimensionering av radiatorsystem, både för själv- 7

20 cirkulation och med pump kan man läsa om i referenserna [5] och [13]. De större rördimensionerna gör självcirkulationssystem dyrare att installera. Samtidigt är installation och drift av pumpar relativt billigt och det anses vara enklare att få en god flödesfördelning i dessa system varför man idag nästan uteslutande har pumpdrivna system. Under de senaste 5 åren har man byggt system för pumpdrift. Den relativt låga driftskostnaden för pumpen har resulterat i att rördimensionerna i hus byggda under de senaste 35 åren är betydligt mindre än i äldre hus. Med dessa förutsättningar i åtanke kan man undra hur stor självcirkulationen kan bli i ett modernt radiatorsystem. Även för ett äldre radiatorsystem finns det anledning att fundera över förutsättningarna då man idag får räkna med betydande tryckfall i komponenter som inte fanns då systemen konstruerades såsom värmeväxlare, termostatiska radiatorventiler och injusteringsventiler. I Sårbarhet hos fjärrvärmeförsörjning med tonvikt på känslighet för elavbrott [3] görs en grov uppskattning av hur stor självcirkulationen kan bli. Under vissa antaganden om byggnadens höjd och tryckfallet i systemet uppskattas att man skulle kunna få ungefär 22 procent av designflödet och därmed ungefär 25 procent av maxeffekten. På så sätt borde åtminstone översta våningen kunna värmas tillfredsställande. Till sist påpekas att man framför allt bör testa enskilda fall för att se vad som händer. Låt oss betrakta ett enkelt räkneexempel: Anta ett flerbostadshus med 2 lägenheter och en drivhöjd på tio meter. Det tillgängliga drivtrycket ges av ekvation (1) för olika fram- och returtemperaturer. Låt oss vidare anta att tryckfallet i radiatorsystemet uppgår till,3 bar. Normalt ligger tryckfallet i ett radiatorsystem kring,15-1 bar [1]. Vanligt är att man dimensionerar rör för att tryckfallet inte ska överstiga 1 Pa per meter eller en hastighet på 1,5 m/s [1]. Det är i regel värmeväxlaren som utgör det största tryckfallet i systemet. I hydrauliska system gäller, vid turbulent rörströmning, att tryckfallet är en funktion av flödet i kvadrat enligt Δ p = k m 2 m Δ p = kv 2 (2) Konstanten k kan betraktas som systemets flödesmotståndskoefficient medan det vanligt förekommande k v -värdet anger systemets flödeskapacitet. Låt oss anta att vårt hus är dimensionerat för 1 kw vid T DUT, dimensionerande utetemperatur, och att radiatorsystemet är ett 8/6 C-system, det vill säga temperaturfallet är tjugo grader vid T DUT. Radiatorflödet kan då beräknas enligt ekvation (3): (,, ) Q = m c T T m (3) r s p s f s r s Flödet blir under dessa antaganden 1,2 l/s. Med ekvation (2) kan nu k eller k v för systemet bestämmas. I detta exempel antas alltså att strömningsmotståndet i systemet är konstant vilket naturligtvis är en förenkling (i verkligheten kommer arbetande termostatventiler att förändra motståndet). Samma ekvation ger oss nu radiatorflödet vid självcirkulation där drivtrycket beräknas enligt ekvation (1). Drivtrycket är beroende av både fram- och 8

21 returledningstemperaturerna och därför har radiatorflödet vid självcirkulation i procent av det normala flödet ritats i Figur 2 som funktion av avkylningen i radiatorkretsen vid olika framledningstemperaturer. Avkylningen varierar mellan 1 och 5 C vilket kan tyckas högt, men det är rimligt då ett minskat radiatorflöde och oförändrat primärflöde kommer att leda till en högre framledningstemperatur och en högre avkylning än vid normal drift. Figuren visar att flödet vid självcirkulation hamnar kring procent av flödet vid pumpdrift. 3% 25% 2% mr/mr, 15% 1% 5% Tf = 8 Tf = 7 Tf = 6 Tf = 5 % ΔT Figur 2 Radiatorflöde vid självcirkulation relativt vid pumpdrift som funktion av avkylning i radiatorkretsen vid olika framledningstemperaturer. Det kan tyckas rimligt att anta att den relativa avgivna effekten i radiatorsystemet bör bli lika stor som det relativa flödet, men så behöver inte bli fallet. Det är som sagt rimligt att förvänta sig en högre avkylning i systemet. Figur 3 nedan visar radiatoreffekten vid självcirkulation i procent av den normala effekten som funktion av avkylningen i radiatorkretsen vid olika framledningstemperaturer. Den avgivna effekten antar i diagrammet vitt skilda värden för olika temperaturfall. Man kan dock konstatera att det bör finnas potential för en relativt hög värmeavgivning. Vid nollgradig väderlek bör huset behöva ungefär 5 procent av den maximala effekten, om då framledningstemperaturen och avkylningen blir höga (7-8 C respektive ca 4 C) ser man att den effekten (relativt maxeffekten) hamnar just kring 5 procent, eller 1 procent av det aktuella driftsfallet. 9

22 1% Q/Q 8% 6% 4% Tf = 8 Tf = 7 Tf = 6 Tf = 5 2% % ΔT Figur 3 Radiatoreffekt vid självcirkulation relativt vid pumpdrift som funktion av avkylning i radiatorkretsen vid olika framledningstemperaturer. I exemplet gjordes några antaganden om systemets effektbehov, drivhöjd och tryckfall. Genom att variera dessa parametrar inom rimliga områden kan dock konstateras att resultatet påverkas relativt lite. I nästa avsnitt görs en mer ingående analys av potentialen för självcirkulation. DATORMODELLERING Elavbrott i en fjärrvärmeansluten byggnad har simulerats med hjälp av en datormodell. Med en bra modell kan man efterlikna verkligheten och göra parametervariationer som kompletterar praktiska försök. Till exempel kan olika driftsfall (utetemperaturer) för en viss byggnad studeras. Beräkningarna är gjorda med programvaran Simulink. Modellen är sammansatt av mindre modeller av de olika komponenterna i systemet, såsom värmeväxlare, reglerutrustning, rörsystem, radiatorer, ventiler, byggnad etc. Dessa modeller har i varierande former tidigare använts framgångsrikt på institutionen för att simulera fjärrvärmesystem, och har beskrivits utförligt av många författare, se exempelvis [7], [8] och [12]. Modellen består av en fjärrvärmecentral och ett radiatorsystem och är dynamisk vilket gör att hela tidsförloppet kan följas vid ett avbrott. Man kan efter önskemål anpassa tryckfallen och drivhöjden i systemet, två av de parametrar som bestämmer självcirkulationens storlek. Radiatorsystemet är uppbyggt av fyra stammar med tre våningar vardera, totalt tolv enheter som vardera består av en radiator med termostatventil och en huskropp. Enheterna är hydrauliskt sammanbundna vilket ger möjlighet att studera flödesfördelningen och spridningen i inomhustemperatur vid längre elavbrott. 1

23 I Figur 4 nedan visas resultatet av en simulering av ett elavbrott i en byggnad av den typen som beskrevs i kapitel, det vill säga 2 lägenheter, 1 m drivhöjd och ett tryckfall på,3 bar. Vid denna simulering var utetemperaturen -1 C. 1 8 Temperatur [ C] T p,f T p,r T s,f T s,r T u 2 1 Flöde [l/s] 1 m s Q 5 Q = 73,9 kw Q = 81,9 kw Tid Effekt [kw] Figur 4 Simulering av byggnad med 2 lägenheter vid -1 C. Avbrottet inträffar vid tiden i diagrammet. Ganska omgående sjunker cirkulationsflödet från 1,2 l/s till ca,25 l/s vilket får till följd att temperaturen fram till radiatorerna stiger kraftigt, från 57 C till 85 C. Den höga framledningstemperaturen och det låga flödet får till följd att avkylningen i radiatorerna stiger kraftigt, från 8 C till 6 C. Konsekvensen av det minskade flödet och den ökade avkylningen är att den överförda effekten endast sjunker till ungefär 9 procent av den normala, från knappt 82 kw till knappt 74 kw, under elavbrottet. Anledningen till att den sekundära framledningstemperaturen och den primära returtemperaturen minskar något under försökets gång, efter att ha stigit kraftigt i början, förklaras av att radiatorflödet ökar något när självcirkulationen kommit igång (vilket dock kan vara svårt att utläsa i diagrammet). I Figur 5 visas ett annat driftsfall, utetemperaturen är här C. Skillnaden här är att primärflödet håller en lägre temperatur samt att primärventilen har en mindre öppningsgrad än vid det förra driftsfallet. Följaktligen stiger inte den sekundära framledningstemperaturen i samma utsträckning som i det förra fallet vilket i sin tur leder till ett något lägre själv- 11

24 cirkulationsflöde. I detta driftsfall är dock effekten initialt lägre och minskningen under avbrottet blir lägre, effekten under avbrottet uppgår till 95 procent av den normala, knappt 5 kw jämfört med drygt 52 kw. 1 T p,f T p,r T s,f T s,r T u 8 Temperatur [ C] Flöde [l/s] 2 1 Q = 52,3 kw m s Q = 49,8 kw Q 1 5 Effekt [kw] Tid Figur 5 Simulering av byggnad med 2 lägenheter vid C. Till sist ser vi i Figur 6 resultatet då utetemperaturen är 1 C. Radiatorframledningstemperatur, avkylning och radiatorflöde blir lägre än i föregående fall men avbrottseffekten blir nästan 11 procent av den normala, alltså högre under avbrottet. 12

25 1 T p,f T p,r T s,f T s,r T u 8 Temperatur [ C] Flöde [l/s] 2 1 Q = 21,7 kw m s Q Q = 23,6 kw 1 5 Effekt [kw] Tid Figur 6 Simulering av byggnad med 2 lägenheter vid 1 C. Gemensamt för samtliga tre simuleringar är att fördelningen i värmesystemet är tämligen jämn. I de två fall då effekten sjunker något under avbrottet (-1 och C), kan man notera att de minst gynnsamt placerade lägenheterna/enheterna i modellen, de som befinner sig långt bort från fjärrvärmecentralen och högt upp, får ett något lägre flöde. Skillnaden är dock liten och de mer gynnsamt placerade lägenheterna får inte mer värme tack vare fungerande termostatventiler. Återigen kan det konstateras att rimliga variationer av tryckfall och drivhöjd i radiatorsystemet inte påverkar resultatet i någon större utsträckning. Vi kommer att återkomma till detta längre fram, speciellt vid modellering av ettrörssystem. PRAKTISKA FÖRSÖK Praktiska försök har genomförts på fyra olika bostadshus i Malmö, varav tre är flerbostadshus och ett är ett småhus. Flerbostadshusen ägs av MKB Fastighet AB medan villan ägs av en privatperson. Vid försöken har elförsörjningen till radiatorkretsens cirkulationspump brutits samt ställdonet till radiatorkretsens primärventil har frusits i sitt läge. Testen utfördes i huvudsak under mars och början av april i slutet av den långa vintern 26. Genom att före och under försöket stänga av primärflödet till tappvarmvattenkretsen under korta stunder (ca en minut för att inte störa hyresgästerna) kunde primärflödet enbart till radiatorkretsen läsas av från E.ON:s integreringsverk i fjärrvärmecentralen. För temperaturmätning placerades utanpåliggande Pt1-givare på både primär och sekundär fram- och returledning. Dessa 13

26 temperaturer registrerades med en datalogger och flöde och effekt i radiatorkretsen kunde med hjälp av en enkel energibalans beräknas enligt: ( ) ( ) Q m c T T m c T T m Q (4) r = p p p, f p, r = s p s, f s, r s, r Genom detta tillvägagångssätt var inte installation av flödesmätare nödvändig, något som hade tagit mer arbete och tid i anspråk. För att få en uppskattning av storleken på eventuell självcirkulation var det angeläget att hinna med att genomföra försöken medan det fortfarande var relativt kallt ute. Testobjekt Cedergatan 7 Det första huset som testades är ett bostadshus från 1952 med 2 lägenheter, beläget på Cedergatan. Huset har tre våningar plus lägenheter på vindsvåningen. Radiatorsystemet är ett så kallat tvårörssystem vilket innebär att alla radiatorer är parallellkopplade. Detta är den vanligaste typen av radiatorsystem. Fjärrvärmegruppen vid LTH har tidigare använt huset som mätobjekt för studier av bland annat val av kopplingsprincip i fjärrvärmecentralen och nattsänkning [14]. Första avbrottstestet utfördes den 1 mars 26 och upprepades fyra dagar senare. De båda testen gav snarlika resultat. I Figur 7 visas resultatet från mätningen i fjärrvärmecentralen vid det andra testet. Strax före kl infaller elavbrottet. Händelseförloppet påminner mycket om det simuleringarna gav. Då pumpen stannar minskar radiatorflödet kraftigt vilket får till följd att framledningstemperaturen till radiatorerna snabbt stiger för att närma sig den primära framledningstemperaturen. En del av effekten försvinner snabbt för att efterhand återgå till 9 procent av sin ursprungliga nivå, nästan 33 kw jämfört med 36,5 kw. Radiatorflödet minskar som väntat kraftigt efter pumpstoppet (till knappt 2 procent av normalflödet) men effekten återhämtas genom den kraftigt ökade avkylningen i radiatorsystemet. Före försökets start är avkylningen ungefär 9 C medan den vid fullt utvecklad självcirkulation är 5 C. Likt simuleringarna minskar den sekundära framledningstemperaturen något under försökets gång i och med att självcirkulationsflödet ökar något och radiatorreturtemperaturen sjunker. 14

27 1 8 Temperatur [ C] T p,f T p,r T s,f T s,r T u Flöde [l/s] Q = 36,5 kw m s Q Q = 32,8 kw Effekt [kw] Tid Figur 7 Avbrottstest på Cedergatan. Elförsörjningen till pump och reglering bryts strax före kl och återupptas strax efter Utetemperaturen ligger kring C. Man skulle kunna befara att värmen vid självcirkulation inte fördelar sig tillfredsställande utan att de stammar som ligger närmast fjärrvärmecentralen skulle få det mesta av flödet. Vid det andra mättillfället hade därför så kallade filmburksloggrar placerats på några av stamledningarna i källaren för att studera hur värmen fördelas i byggnaden. Resultatet från mätningen på stammarna visas i Figur 8. Figuren visar att temperaturfronten, som registrerades vid fjärrvärmecentralen, fortplantar sig vidare i huset. Även om inte flödet i stammarna är känt, så visar detta att värmen bör fördela sig relativt väl i huset. Under försöket fick vi även möjlighet att komma in i en lägenhet på tredje våningen, som var belägen relativt långt ifrån fjärrvärmecentralen, och känna på radiatorerna. Det kunde konstateras att dessa var heta. 15

28 9 8 7 T f,stam1 Temperatur [ C] T r,stam1 T f,stam2 T r,stam2 T f,stam3 T r,stam3 T f,stam4 T r,stam Tid Figur 8 Avbrottstest på Cedergatan. Figuren visar fram- respektive returledningstemperaturer (uppmätt i källaren) på fyra av stammarna i huset. Den 23 maj genomfördes ytterligare ett test på Cedergatan för att undersöka vad som händer vid låg radiatorlast. Försöket visas i Figur 9 nedan. Vid detta tillfälle låg utetemperaturen kring 15 C och avkylningen i radiatorkretsen då pumpen var i drift var endast knappt 2 C. Resultatet blev som väntat att den sekundära framledningstemperaturen blev lägre än vid de tidigare försöken vilket i sin tur innebar ett lägre självcirkulationsflöde. Då radiatorlasten alltså var mycket låg vid detta tillfälle blev resultatet trots allt att ganska exakt 1 procent av den ursprungliga lasten uppnåddes vid avbrottsförsöket, drygt 1 kw. 16

29 8 Temperatur [ C] T p,f T p,r T s,f T s,r T u Flöde [l/s] Q = 1,3 kw m s Q Q =1,1 kw Effekt [kw] Tid Figur 9 Avbrottstest på Cedergatan. Elförsörjningen till pump och reglering bryts strax efter kl. 8.3 och återupptas strax före Utetemperaturen ligger kring 15 C. Sammanfattningsvis kan man säga att självcirkulationen i detta testobjekt fungerar mycket väl. Nästan lika stor värmelast överförs i fjärrvärmecentralen vid ett elavbrott som vid normal drift. Det ska dock påpekas att rördimensionerna i radiatorsystemet får betraktas som relativt grova vilket underlättar för självcirkulation. Testobjekt Stadiongatan 61 Bostadshuset på Stadiongatan är byggt 196 och har 15 lägenheter fördelat på nio våningar. Det finns även en bottenvåning med olika lokaler, bland annat ett dagis. Likt huset på Cedergatan har detta ett tvårörssystem med relativt grova dimensioner. Den största skillnaden utgörs av att detta är ett större och högre hus. Figur 1 visar avbrottsförsöket som genomfördes den 23 mars. Försöket påminner i stort om försöket på Cedergatan och värmelasten uppgår till ungefär 93 procent av dess storlek vid normal drift, drygt 47 kw jämfört med knappt 51 kw. 17

30 9 8 7 Temperatur [ C] T p,f T p,r T s,f T s,r T u Flöde [l/s] Q = 5,8 kw m r Q Q = 47,2 kw Effekt [kw] Tid Figur 1 Avbrottstest på Stadiongatan. Elförsörjningen till pump och reglering bryts strax efter kl och återupptas strax efter Utetemperaturen ligger på drygt 5 C. Fjärrvärmecentralen är placerad ungefär i mitten av huset. På de två mest avlägsna stammarna, det vill säga i respektive ände av huset, loggades temperaturen. Resultatet visas i Figur 11. Man kan konstatera att temperaturfronten inte har nått längst bort i husets ändar. Dessvärre är det svårt att i detta fall uttala sig om värmefördelningen i huset. 18

31 9 8 7 T f,väst T r,väst T f,öst T r,öst 6 Temperatur [ C] Tid Figur 11 Avbrottstest på Stadiongatan. Figuren visar fram- respektive returledningstemperaturer (uppmätt i källaren) på de två mest avlägsna stammarna i huset (relativt fjärrvärmecentralen som är belägen i mitten av huset). Testobjekt Lugna gatan 4-46/Storgatan 4-18 Mätobjektet på Lugna gatan är byggt 1979 och består av två huskroppar som försörjs från en gemensam fjärrvärmecentral som är belägen i det ena huset. Totalt finns 143 lägenheter och husen har sju våningar. Som många andra flerbostadshus som är byggda under andra halvan av 196-talet och under 197-talet så har fastigheten ett så kallat ettrörssystem i radiatorkretsen. Det innebär att en slinga med seriekopplade radiatorer försörjer en (i detta fall) eller flera lägenheter. På så sätt blandas returflödet från en radiator med framledningsflödet till nästa radiator. I övrigt är dock systemet parallellkopplat. Rördimensionerna i det här systemet är, i likhet med andra radiatorsystem från den här tiden och framåt, relativt små. Kombinationen flera huskroppar med gemensam fjärrvärmecentral, ettrörssystem och små rördimensioner innebär radiatorkretsar med höga tryckfall. Detta mätobjekt bör således ha sämre förutsättningar för självcirkulation jämfört med de två föregående mätobjekten. Testet genomfördes den 6 april och resultatet från mätningarna i fjärrvärmecentralen visas i Figur 12 nedan. Temperaturförloppen påminner om de tidigare försöken men radiatorflödet blev lägre med följd att värmelasten minskade till 51 procent, från 226 kw till 115 kw. 19

32 9 8 7 Temperatur [ C] T p,f T p,r T s,f T s,r T u 1 Flöde [l/s] Q = 226 kw m s Q Q = 115 kw Effekt [kw] Tid Figur 12 Avbrottstest på Lugna gatan. Elförsörjningen till pump och reglering bryts strax efter kl. 8.3 och återupptas strax före 12. Figur 13 nedan visar en översiktlig bild av fastigheten på Lugna gatan. De streckade linjerna indikerar den distributionsledning som går från fjärrvärmecentralen, genom det garage som ligger under gården, och in i hus nummer 2. Beskrivningarna närmast, mitten och längst bort används sedan i Figur 14 för att indikera var i huset de stammar ligger där temperaturen har uppmätts. Det fanns inte möjlighet att placera givare på alla stammar under försöket varför de stammar som vi under försöket för hand kunde känna var mycket heta har indikerats med texten hett i figuren. Det ska även nämnas att vi under försöket fick möjlighet att känna på radiatorerna i en lägenhet på sjätte våningen längst bort i hus 1. Det visade sig att radiatorn i köket, som ligger först på den radiatorslinga som löper genom lägenheten, var varm medan övriga var svala. 2

33 längst bort mitten längst bort mitten Hus 2 närmast Hus 1 hett hett hett hett FC Figur 13 Fastigheten på Lugna gatan. De streckade linjerna indikerar distributionen från fjärrvärmecentralen till hus nummer 2. Beskrivningarna närmast, mitten och längst bort används i Figur 14 nedan för att indikera vilka stammar som haft temperaturmätning. Det kunde för hand noteras att vissa stammar var heta vilket indikeras med hett. Två av loggrarna placerades av misstag olämpligt då det visade sig att de satt på stammar som i själva verket gick till radiatorer i olika källarutrymmen. Dessa flyttades under försökets gång till lämpligare ställen och indikeras i Figur 14 som flyttad. Att cirkulationen inte kom igång i dessa källarstammar bekräftar att självcirkulation inte kan uppstå om den varma ledningen i en slinga går nedåt. 21

34 8 7 Temperatur [ C] Hus 1, mitten Hus 1, längst bort Hus 2, närmast (flyttad) Hus 2, mitten Hus 2, längst bort (flyttad) Tid Figur 14 Avbrottstest på Lugna gatan. Figuren visar framledningstemperaturer (uppmätt i källaren) på några av stammarna i de två husen. Beteckningarna anger stammarnas placering i huset enligt Figur 13. Sammanfattningsvis kan man konstatera att det som väntat blev lägre självcirkulation på Lugna gatan jämfört med de två tidigare systemen. Värmelasten uppgick ungefär till 5 procent vilket dock får betraktas som ett relativt bra resultat med avseende på avbrottssäkerhet. Det tycks vara så att värmen fördelar sig något ojämnt i husen. Vissa stammar får god cirkulation medan andra verkar stå stilla. Testobjekt Kjellsgatan 7 Det sista mätobjektet är ett småhus på Kjellsgatan som är byggt Denna typ av hus bör också ha sämre förutsättningar för självcirkulation på grund av den relativt låga drivhöjden. Detta objekt har dock i sammanhanget ganska gynnsamma förutsättningar då det från början är byggt för självcirkulation. Dessutom har det såväl källare, där fjärrvärmecentralen är placerad, som övervåning, det vill säga relativt hög drivhöjd. Radiatorsystemet är ett tvårörssystem. Figur 15 visar resultatet av försöket som genomfördes den 5 april. 22

35 Temperatur [ C] T p,f T p,r T s,f T s,r T u Flöde [l/s] Q = 3,3 kw m s Q = 3,2 kw Q Effekt [kw] Tid Figur 15 Avbrottstest på Kjellsgatan. Elförsörjningen till pump och reglering bryts strax före kl. 9.3 och återupptas vid 11. Utetemperaturen ligger på drygt 5 C. Under ganska lång tid ligger effekten på drygt en tredjedel av den ursprungliga. Då vi misstänkte att termostatventilerna till de relativt stora radiatorerna i vardagsrummet stängde på grund av ganska kraftig solinstrålning skruvade vi av dessa strax före kl Efter detta tilltog självcirkulationen ganska kraftigt och värmeeffekten närmade sig den ursprungliga nivån på drygt 3 kw. Detta småhus torde klara sig väl vid ett elavbrott men för att få en heltäckande bild av egenskaperna hos fjärrvärmeanslutna småhus skulle moderna system med liten drivhöjd, exempelvis enplanshus, behöva testas. JÄMFÖRELSE MELLAN SIMULERINGAR OCH FÄLTFÖRSÖK För att en datormodell ska kunna användas för att studera olika byggnader och driftsfall måste denna naturligtvis överensstämma med verkligheten. Som vi tidigare kunde se stämde avbrottsförsöken i byggnaden på Cedergatan mycket väl överens med resultaten från simuleringar. Försöket på Stadiongatan underströk detta då det visade sig att radiatorsystemets drivhöjd inte har så stor inverkan på självcirkulationen som man kanske kunde tro. Resultatet på Lugna gatan, att ungefär 5 procent av värmelasten är kvar vid elavbrott, är emellertid lite svårare att förklara med hjälp av simuleringar. Om man i modellen ökar strömningsmotståndet i radiatorsystemet för att efterlikna detta system visar det sig att det inte alls ger en så kraftig reduktion av självcirkulationen. Det verkar därför som att modellen måste förbättras för att bättre beskriva verkligheten. Försöket på Lugna gatan visade att vissa 23

36 stammar verkade fungera väl medan andra inte alls fick någon cirkulation. Datormodellen bör därför försöka göras mer detaljerad. Med hänsyn till att värmeförlusterna i systemet kan bli ganska stora vid små flöden kan vissa stammar få sämre förutsättningar för självcirkulation. Andra problem som kan tänkas uppstå är att värmefronten i en byggnad med stora horisontella avstånd i systemet kan ha problem med att komma ut i huset. Då pumptrycket försvinner måste värmefronten hinna fram till en stam för att det ska kunna bli cirkulation i den. Om vattnet står stilla sker endast värmetransport genom ledning, något som fungerar dåligt i vatten. Möjligtvis kan rörmaterialet efterhand leda tillräckligt med värme för att självcirkulationen ska kunna starta, under förutsättning att inte värmeförlusterna är för stora. En annan mekanism som bör undersökas är att luft lättare löses ut ur vatten vid höga temperaturer. Under fältförsöken förekom ett klagomål från en hyresgäst. Detta kom flera dagar efter försöket och gällde att radiatorerna var kalla, vilket berodde på att det var mycket luft i dem. Lägenheten var belägen högst upp och längst bort från fjärrvärmecentralen i byggnaden på Cedergatan. Om luft löses ut i ett system innebär detta att genomströmningsarean vid en luftbubbla minskar och således ökar strömningsmotståndet. I ett system med klena rördimensioner kan effekten av detta bli ännu kraftigare. AVSÄTTNING AV FJÄRRVÄRME Studien visar att det definitivt finns möjlighet för många kunder i fjärrvärmenätet att ta emot värme vid ett elavbrott. En mer noggrann kartläggning av olika byggnadstyper och driftsfall återstår dock. Med avseende på möjligheter till ö-drift finns det emellertid ytterligare möjligheter att få avsättning för spillvärme från elproduktion. För att kunna utjämna värmelasten i fjärrvärmenätet finns på Heleneholmsverket fyra ackumulatorer som tillsammans uppgår till 45 MWh värme. Dessa kan laddas, eller urladdas, med en hastighet av 8 MWh värme per timme. Sedan har själva fjärrvärmenätet i sig en ackumuleringskapacitet som uppskattas vara av ungefär samma storlek. Det bör dock påpekas att ackumulatorerna redan kan vara laddade då en störd driftsituation inträffar. Analysen av möjligheterna till självcirkulation visar att det bör gå bra att höja framledningstemperaturen i nätet under ett elavbrott. På så vis kan framledningstemperaturen i radiatorsystemen höjas vilket främjar självcirkulationen. Dessutom gör den höjda temperaturen att värmeförlusterna i nätet ökar. 24

37 SLUTSATSER OCH FORTSATTA STUDIER I detta kapitel sammanfattas resultaten av förstudien, följt av målsättningar och förslag inför det fortsatta arbetet med detta projekt. SLUTSATSER Det finns sannolikt goda möjligheter för många typer av byggnader att ta emot ansenliga mängder fjärrvärme vid ett elavbrott. Av de fyra studerade byggnaderna kunde tre ta emot närmare 1 procent av radiatorvärmelasten under elavbrottet. Gemensamt för dessa är att de har radiatorsystem med relativt generösa rördimensioner samt att de består av en enda huskropp. Resultaten från dessa försök motsvarar i huvudsak vad som kunde förväntas från datorsimuleringar. Det fjärde studerade huset har ett ettrörssystem med klena rördimensioner samt två huskroppar som försörjs från en gemensam fjärrvärmecentral och hade ungefär 5 procent värmelast under avbrottsförsöket. I detta system blev emellertid effekten lägre än vad som kunde förväntas utifrån simuleringar. Det är sannolikt att andra effekter än enbart större strömningsmotstånd inverkar som hämmande för självcirkulationen. Dock får 5 procent värmelast vid ett elavbrott betraktas som relativt bra. Några generella hinder för självcirkulation tycks inte föreligga. Så kallad fjäderåtergång av reglerventiler, som är relativt vanligt i tappvarmvattensystem, används inte i radiatorsystem. Försöket i småhuset visar att det finns möjligheter att förbättra förutsättningarna för självcirkulation. Då termostaterna skruvades av från ett par radiatorer som var kalla, blev resultatet att värmeeffekten fördubblades. Det kan vara viktigt att tänka på, att även om utetemperaturen är låg så kan solinstrålningen mitt på dagen vara så kraftig att termostatventiler stänger helt. Vid långvariga avbrott kan radiatorventiler i bekymmersamma hus utgöra ett sätt att styra effekten till en begränsad del av huset. Det förutsätter dock att man kan samla boende i denna del. FORTSATTA STUDIER I det fortsatta arbetet med detta projekt ska fler praktiska försök och simuleringar av olika byggnader ge en tydlig bild av hur olika byggnadstyper beter sig vid ett elavbrott vid olika driftsfall. Genom detta kan även den totala värmelasten i Malmös fjärrvärmenät vid ett elavbrott uppskattas. Intressanta mätobjekt är exempelvis fler byggnader med moderna radiatorsystem, både ett- och tvårörssystem, byggnader med lokaler och moderna småhus. Egenskaperna hos exempelvis skolor och vårdhem är intressanta om man kan visa på goda förutsättningar för självcirkulation då det bland annat påverkar hur man dimensionerar för värmestugor och eventuella evakueringar. Datormodellen bör förbättras. Värmefronten kan ha problem med att komma ut i en byggnad med stora avstånd i systemet. Då pumptrycket försvinner måste värmefronten kunna komma fram till en stam för att det ska kunna bli cirkulation i den. Värmeledningen i 25