fjärrvärmecentral och frånluftsvärmepump i kombination rapport 2012:11

Transkript

1 fjärrvärmecentral och frånluftsvärmepump i kombination rapport 2012:11

2

3 FJÄRRVÄRMECENTRAL OCH FRÅNLUFTSVÄRMEPUMP I KOMBINATION ANNA BOSS ISBN Svensk Fjärrvärme AB

4

5 FÖRORD I samband med diskussioner kring Svensk Fjärrvärmes tekniska rapport 2009:3 Kopplingsprinciper har det visat sig att det behövs mer underlag och kunskap om kopplingen mellan fjärrvärmecentralen och frånluftsvärmepumpen som ibland utgör en del i fjärrvärmesystemet. Här beskrivs olika tekniska lösningar och diskuteras under vilka förutsättningar det kan vara lämpligt att kombinera fjärrvärme och värmepump sett ur fastighetsägarens och fjärrvärmeleverantörens perspektiv med tanke på ekonomi och eventuella energibesparingar. Projektet har genomförts av Anna Boss på SP Energiteknik. En referensgrupp, som har varit knuten till projektet och bidragit med värdefull kunskap, har bestått av Gunnar Nilsson Göteborg Energi, Vinko Culjak Ystad Energi, Göran Bergström Skellefteå Kraft och Peter Larsson Norrenergi. Projektet ingår i forskningsprogrammet Fjärrsyn som finansieras av Energimyndigheten och fjärrvärmebranschen. Fjärrsyn ska stärka möjligheterna för fjärrvärme och fjärrkyla genom ökad kunskap om fjärrvärmens roll i klimatarbetet och för det hållbara samhället till exempel genom att bana väg för affärsmässiga lösningar och framtidens teknik. Bo Johansson Ordförande i Svensk Fjärrvärmes teknikråd Rapporten redovisar projektets resultat och slutsatser. Publicering innebär inte att Fjärrsyns styrelse eller Svensk Fjärrvärme har tagit ställning till innehållet. 5

6 SAMMANFATTNING För att minska mängden köpt energi och kostnader i byggnader kombineras ibland fjärrvärme med frånluftsvärmepump. Tidigare förekom det mest i större fastigheter, men på senare år har det också blivit vanligare i småhus. Kommande krav på köpt energi kan ytterligare påverka i den riktningen. I den här rapporten diskuteras först under vilka förutsättningar det kan vara lämpligt att kombinera, sett ur fastighetsägarens och fjärrvärmeleverantörens perspektiv med tanke på ekonomi och eventuella energibesparingar. Huvuddelen beskriver olika tekniska lösningar vid installation av både fjärrvärme och frånluftsvärmepump. Fördelar och nackdelar beskrivs för olika lösningar. Flerbostadshus och småhus har delats upp på varsitt kapitel då de ekonomiska förutsättningarna skiljer stort och påverkar valet. Påverkan på returtemperatur, årsvariation i last på fjärrvärmenätet, värmepumpens värmefaktor och lösningens komplexitet (nära kopplad till funktion och kostnader) är viktiga parametrar som diskuteras. Vilken lösning som är mest ekonomisk för fastighetsägaren beror mycket på de aktuella förutsättningarna, främst vad gäller energibehov och relationen mellan elpris och fjärrvärmepris. Vägledning kring det valet ges på slutet av kapitlen om flerbostadshus respektive småhus. 6

7 SUMMARY Aiming at lower energy use and lower cost in buildings, district heating is sometimes combined with exhaust air heat pump. Previously this was found mainly in large buildings, but in recent years it has become more frequent also in single-family houses. Coming requirements on delivered amount of energy might further influence towards this direction. In this report conditions during which combination can be useful is first discussed, from the point of view of the property owner and the district heating company, based on economy and possible energy savings. The main part of the report describes different technical solutions when combining district heating and exhaust air heat pump. Advantages and disadvantages of different solutions are given. Multi-family houses and single-family houses are treated in two separate chapters because their economic conditions are widely different. Influence on district heating return temperature, annual variation in load on district heating network, coefficient of performance of the heat pump and the complexity (closely linked to function and economy) of the solution are important parameters treated. The most economically viable solution for the property owner varies a lot depending on the current conditions, primarily concerning energy use and the relation between electricity price and district heating price. Guidance in this selection is given in the end of the chapters about multi-family houses and single-family houses respectively. 7

8 INNEHÅLL 1 INLEDNING BAKGRUND SYFTE MÅL 11 2 ATT KOMBINERA ELLER INTE FASTIGHETSÄGARENS PERSPEKTIV Energi Kostnader Energikrav FJÄRRVÄRMELEVERANTÖRENS PERSPEKTIV 13 3 GRUNDLÄGGANDE PRINCIPER FÖR KOMBINATION 15 4 KOMBINATIONER I FLERBOSTADSHUS BÅDE FJÄRRVÄRME OCH VÄRMEPUMP TILL BÅDE VÄRME OCH VARMVATTEN Värme och varmvatten med FV VP FV Värme med FV och VP parallellt samt varmvatten med FV VP FV Värme med FV och VP parallellt samt varmvatten i flera steg och ackumulering VÄRMEPUMP ENDAST TILL VÄRME Värme med parallellt FV/VP förvärmare och FV eftervärmare Värme med FV och VP parallellt Värme med VP före FV Värme med VP före FV och tvåstegskopplat varmvatten JÄMFÖRELSE AV KOPPLINGSPRINCIPER FÖR FLERBOSTADSHUS VÄGLEDNING FÖR VAL AV KOMBINATIONSLÖSNINGAR TILL FLERBOSTADSHUS 26 5 KOMBINATIONER I SMÅHUS BÅDE FJÄRRVÄRME OCH VÄRMEPUMP TILL BÅDE VÄRME OCH VARMVATTEN Dubbelmantlad varmvattenberedare kopplad till FV och VP Värme respektive varmvatten med FV och VP parallellt FJÄRRVÄRME ENDAST TILL VÄRME Värme med FV och VP parallellt och varmvatten med VP VÄRMEPUMP ENDAST TILL VÄRME 32 8

9 5.3.1 Värme med FV och VP parallellt och varmvatten med FV JÄMFÖRELSE AV KOPPLINGSPRINCIPER FÖR SMÅHUS VÄGLEDNING FÖR VAL AV KOMBINATIONSLÖSNINGAR TILL SMÅHUS 35 6 DISKUSSION 36 7 BETECKNINGAR OCH SYMBOLER 38 8 REFERENSER 39 9

10 1 INLEDNING 1.1 Bakgrund Det har blivit allt vanligare att fjärrvärme kompletteras med andra värmekällor, framför allt frånluftsvärmepumpar, i bostäder. Detta kan i många fall också bli nödvändigt för att nå kommande krav på lägre energianvändning eller köpt energi i nybyggda bostäder (BBR 19) (Boverket 2011). Branschen ställer krav på fjärrvärmecentraler i Svensk Fjärrvärmes tekniska bestämmelse F:101 Fjärrvärmecentralen Utförande och installation. Fjärrvärmecentraler för småhus är vanligen certifierade och uppfyller således vissa kvalitetskrav. Däremot påverkas funktionen och prestandan hos en fjärrvärmecentral vid kombination med andra värmekällor. En värmepump skulle i kombination med fjärrvärme kunna orsaka betydligt högre returtemperaturer i fjärrvärmenätet om de kopplas in på ett, ur fjärrvärmeperspektiv, felaktigt sätt. Rätt utformade kombinationer påverkar fjärrvärmenätet i mycket mindre skala. Kombinationer har tidigare analyserats och rekommendationer har givits i två rapporter från Svensk Fjärrvärme: Kopplingsprinciper för fjärrvärmecentral och frånluftsvärmepump FOU 2003:94 (Selinder et al. 2003) Fjärrvärmecentralen Kopplingsprinciper 2009:3 (2009) Den förstnämnda analyserar ett flertal sätt att koppla samman fjärrvärmecentral och frånluftsvärmepump och ger rekommendation om fyra varianter som kan vara lämpliga beroende på förutsättningar med hänsyn till returtemperatur och ekonomi. Dessa fyra gäller främst flerbostadshus. För småhus har en variant analyserats men rekommendation om lämplig variant saknas. Den senare rapporten samlar i ett kapitel tio olika kopplingsprinciper för fjärrvärmecentral och värmepump (inte specifikt frånluftsvärmepump), beskriver dessa och anger fördelar och nackdelar. Förutsättningar för kombination i allmänhet har ändrats och det förväntas ske ytterligare ändringar i riktning mot: Minskande värmebehov i byggnader Ökat intresse av kombination i småhus för att uppfylla Boverkets krav på energianvändning 10

11 1.2 Syfte Projektets syfte är att värmepumpar hos fjärrvärmekonsumenter inte ska påverka fjärrvärmenätet på ett negativt sätt. Samtidigt ska kombinationen fungera tillfredsställande för konsumentens behov. Viktiga aspekter är hur kombinationen påverkar returtemperatur och variation i last på fjärrvärmenätet, påverkan på värmepumpens effektivitet och eventuellt varmvattenkvalitet. 1.3 Mål Projektets mål har varit att ge vägledning vid val av kopplingsprinciper när en byggnad använder både fjärrvärme och frånluftsvärmepump. Detta ska säkerställa att eventuell negativ påverkan på fjärrvärmenätet minimeras samtidigt som konsumentens behov tillfredsställs. Tidigare utredningar har uppdaterats med tanke på förändringar på marknaden, d.v.s. minskade värmebehov i byggnader och ökat intresse av kombination i småhus. Olika förutsättningar gäller för flerbostadshus och småhus. Riktlinjer har också getts baserat på olika förutsättningar såsom värme- och varmvattenbehov, energipriser och vilka lösningar som eventuellt finns i huset eller området sedan tidigare. Erfarenheter från olika fjärrvärmenät har varit mycket viktiga i arbetet genom referensgruppens medverkan. Gruppen bestod av: Gunnar Nilsson, Göteborg Energi Vinko Culjak, Ystad Energi Göran Bergström, Skellefteå Kraft Peter Larsson, Norrenergi Fokus har varit på grundläggande principer för hur kombinationen görs (parallellkoppling, värmeväxlare i flera steg, värmepump endast för värme etc.), och på grundläggande skillnader i förutsättningar. Diskussioner har också förts om hur förändringar i priser och krav kan tänkas påverka fastighetsägare i valet om och hur fjärrvärme och frånluftsvärmepump kombineras samt om hur fjärrvärmeleverantörer kan påverka vilka kombinationer som används. 11

12 2 ATT KOMBINERA ELLER INTE 2.1 Fastighetsägarens perspektiv Den första frågan en fastighetsägare bör ställa sig inför beslutet att installera både fjärrvärme och frånluftsvärmepump är förstås om man över huvud taget bör göra det. Kommer energianvändningen att minska? Kommer kostnaden att minska? Är det nödvändigt för att uppfylla krav på energianvändning? Är man beredd att sköta drift av ett mer komplicerat system? Energi Jämfört med att bara använda fjärrvärme minskar mängden köpt energi, men en del av den minskade fjärrvärmeenergin ersätts av el, som oftast är dyrare, har större primärenergianvändning och nästan alltid större klimatpåverkan. Det är alltså inte alls säkert att minskad mängd köpt energi betyder minskade kostnader och minskad miljöpåverkan Kostnader Att installera dubbla värmesystem kan vara dyrt, speciellt vid små värmebehov. Energikostnaden minskar kanske då mindre energi köps. Många fjärrvärmeleverantörer har förutom energipriset infört, eller planerar att införa, ett pris som baseras på maximalt uttagen effekt eller på returtemperatur. Då effekttopparna från fjärrvärme ofta inte minskar i samma grad som energimängden vid kombination med värmepump, blir kanske inte vinsten så stor som man först hade räknat med. Det blir också allt vanligare att fjärrvärmepriset differentieras mellan sommar och vinter, vilket minskar eller helt eliminerar vinsten vid användning av värmepump för varmvatten. En kombinerad värmelösning kräver också mer kompetens för injustering, drift och underhåll, vilket innebär ytterligare kostnader, antingen för driften eller för att systemet inte fungerar optimalt. I en del fall är kombinationen lönsam, i andra fall inte. Ibland kan det vara bättre att komplettera fjärrvärmen med värmeåtervinning genom värmeväxlare mellan frånluft och tilluft utan värmepump, FTX. 12

13 2.1.3 Energikrav Boverket ställer krav på högsta tillåten energianvändning i nybyggda hus. Kraven skiljer mellan elvärmda hus (t.ex. värmepump) och hus med annat uppvärmningssätt än elvärme (t.ex. fjärrvärme). Krav som kommer att gälla fullt ut från januari 2013 enligt BBR 19 (Boverket 2011) har för bostäder sammanställts i Tabell 1. Dessa data gäller köpt energi och innefattar energi för uppvärmning, varmvatten och ev. kyla samt fastighetsenergi för drift av pumpar etc. i värmesystem. Tabell 1. Gränser för energianvändning enligt Boverkets byggregler, BBR 19. Klimatzon Bostäder med elvärme [kwh/(m 2 A temp år)] Bostäder med annan uppvärmning än elvärme [kwh/(m 2 A temp år)] I (norra Sverige) II (mellersta Sverige) III (södra Sverige) Som elvärmt räknas ett hus om installerad eleffekt för uppvärmning är större än 10 W/m 2 A temp (uppvärmd area). Därmed kan en byggnad med värmepump med relativt låg effekt kombinerad med fjärrvärme räkna energianvändning enligt det högre gränsvärdet även om en väsentlig andel är el och på så sätt lättare klara kraven än med bara antingen värmepump eller fjärrvärme. Diskussioner kring reglerna pågår och en förändring kan göra att förutsättningarna för kombination blir annorlunda. Som exempel har föreningen Sveriges centrum för nollenergihus gett ut en definition av nollenergihus, passivhus och minienergihus (Sveriges centrum för nollenergihus 2012) med högre krav än de Boverket anger och där el och fjärrvärme bedöms annorlunda. Där används termen elvärmd bara för renodlade elvärmda system (inkl. värmepump). Gränsvärdena för icke elvärmda byggnader är dubbelt så höga som de för elvärmda. För kombinerade värmekällor räknas istället en total energianvändning där el viktas med en faktor 2,5 och fjärrvärme med en faktor 0,8. Skulle en sådan modell användas för att bedöma kombination av fjärrvärme och frånluftsvärmepump är det inte alls säkert att kombinationen skulle ge bättre resultat än renodlad fjärrvärme eller värmepump. 2.2 Fjärrvärmeleverantörens perspektiv För fjärrvärmeleverantören är det inte alltid lönsamt att dra fram ledningar till ett nytt område där värmepumpar installeras. Det är viktigt att väga installationskostnader mot den mängd energi som får säljas. I ett längre perspektiv bör man också väga in i pris och prismodell hur detta påverkar kundernas val av tekniska lösningar, både i nya och befintliga byggnader. När det gäller nybyggnadsområden kan det vara till hjälp 13

14 att följa utvecklingen av kravspecifikationer för att bedöma investeringar och vad som kan väntas i området framöver. Oavsett om fjärrvärmecentralen kombineras med andra värmekällor eller inte är det viktigt att den uppfyller gällande krav för prestanda, säkerhet etc., vilka beskrivs bl.a. i Svensk Fjärrvärmes tekniska bestämmelse F:101 Fjärrvärmecentralen utförande och installation (Svensk Fjärrvärme 2008). 14

15 3 GRUNDLÄGGANDE PRINCIPER FÖR KOMBINATION Det finns olika grundläggande strategier för vad fjärrvärme och frånluftsvärmepump används till när de kombineras: Andra val är: Både fjärrvärme och värmepump till både värme och varmvatten Värmepump enbart till värme Fjärrvärme enbart till värme Med eller utan värmelager (för värmepump) Värmepump och fjärrvärme parallellkopplat, seriekopplat eller i flera steg Fjärrvärme som brukar användas som spets o Kompletterar värmepumpen när den är otillräckligt o Ersätter värmepumpen (som stängs av) när den är otillräcklig Ibland dimensioneras fjärrvärmeanslutningen för att kunna ta hela effektbehovet, även om den bara är avsedd att spetsa värmepumpen; detta för ökad driftsäkerhet ifall värmepumpen inte fungerar. Både värmepumpar och fjärrvärme är generellt effektivare vid lägre temperatur. Det finns därför inte ett enkelt och bra sätt att koppla dem i serie i en viss ordningsföljd. En skillnad mellan förutsättningarna är att fjärrvärmecentralen har en given framledningstemperatur från nätet (som visserligen varierar med årstid) och upp till den nivån kan leverera värme utan minskad effektivitet. Att minimera returtemperaturen (öka avkylningen) är betydligt viktigare. En värmepump är istället känsligare för ökad framledningstemperatur och det är bättre att hålla en mindre temperaturskillnad mellan fram och retur till värmepumpen. 15

16 4 KOMBINATIONER I FLERBOSTADSHUS Här följer beskrivning av några exempel på kopplingsprinciper som används i flerbostadshus. Observera att det inte ska tolkas som en rekommendation att en viss lösning återges. I slutet av kapitlet sammanfattas fördelar och nackdelar med de olika varianterna. Vägledning till vad som kan vara lämpligt och vad man bör tänka på ges baserat på förutsättningar. 4.1 Både fjärrvärme och värmepump till både värme och varmvatten Om värmepumpen ska användas tillsammans med fjärrvärme för både värme och varmvatten ger en genomtänkt och relativt komplicerad inkoppling en bättre funktion för fjärrvärmenät och värmepump. Detta behöver vägas mot investeringskostnad och hur komplicerad drift och underhåll blir. 16

17 4.1.1 Värme och varmvatten med FV VP FV En variant som undersöktes i (Selinder et al. 2003) är den som visas i Figur 1. Värme och varmvattensystemen är i detta fall parallellkopplade. Fjärrvärme används som förvärmning och eftervärmning medan värmepumpen, för värmesystemet via värmelager, används som värmekälla i ett mellansteg mellan de två fjärrvärmeväxlarna. Värmepumpen används i första hand och ventilerna för fjärrvärme öppnas när värmepumpen inte räcker till för inställd effekt och temperatur. Den här kopplingsprincipen höjer inte returtemperaturen till fjärrvärmenätet p.g.a. att uppvärmningen sker i tre steg. För fjärrvärmeleverantören minskar leveranserna under hela året och kan bli obefintliga sommartid. Värmepumpen har förutsättningar för god värmefaktor då den inte arbetar mot den högsta temperaturnivån. Eftersom tappvarmvattnet inte lagras i en förrådsberedare ökas inte risken för bakterietillväxt. Det som talar emot lösningen är att den innehåller många komponenter och därmed innebär hög investering. Dock är den ändå inte speciellt komplicerad eftersom värmepump och fjärrvärme i stort sett kan styras oberoende av varandra. Eftersom investeringskostnaden riskerar att bli hög kan den här lösningen i första hand rekommenderas där energianvändning och energikostnad är höga, så att man har möjlighet att spara in startkostnaden. Den kan också vara användbar för en äldre byggnad där det finns befintliga komponenter som kan återanvändas på ett lämpligt sätt. Att använda värmepump för både värme och varmvatten lönar sig bäst där skillnaden mellan el- och fjärrvärmepris är liten. FV VV VP ACK KV FV Figur 1. Värme och varmvatten parallellt, båda producerade i tre steg med fjärrvärme som för- och eftervärmare samt värmepump i ett mellansteg. 17

18 4.1.2 Värme med FV och VP parallellt samt varmvatten med FV VP FV Ett liknande alternativ som ovan visas i Figur 2 (Selinder et al. 2003). Som i föregående exempel används fjärrvärme för att för- och eftervärma varmvatten medan värmepump används till en mellannivå. Värmepumpen arbetar inte mot ackumulatortank här men använder en slingberedartank för varmvatten. På värmesidan skiljer lösningarna sig åt genom att fjärrvärme och värmepump här används parallellt. Även här används värmepumpen i första hand och styrventilerna för fjärrvärme öppnar när effekt- och temperaturbehov inte uppfylls av enbart värmepumpen. Fjärrvärmens returtemperatur påverkas normalt inte negativt av värmepumpen. Det förutsätter att värmepumpen kan leverera tillräckligt hög temperatur för byggnadens värmesystem så att inte fjärrvärmeväxlaren behöver kompensera med en högre temperatur. Leveranserna för fjärrvärmebolaget minskar här på samma sätt som i föregående lösning. Värmepumpens värmefaktor blir antagligen något lägre med den här kopplingsprincipen än den föregående, då värmepumpen behöver leverera högre temperatur till värmesystemet. Jämfört med föregående lösning kräver den här färre komponenter, en ackumulatortank och en värmeväxlare mindre. Enligt (Selinder et al. 2003) är dock regleringen något mer komplicerad. Kopplingsprincipen har fördelar vid ungefär samma förutsättningar som den föregående, när skillnaden mellan el- och fjärrvärmepris är liten. Eftersom mängden komponenter är mindre blir investeringen mindre när inga befintliga komponenter är installerade sedan tidigare. VV FV VP KV FV Figur 2. Varmvatten producerat i tre steg med fjärrvärme som för- och eftervärmare samt värmepump i ett mellansteg. Värme med fjärrvärme och värmepump parallellt. 18

19 Värme med FV och VP parallellt samt varmvatten i flera steg och ackumulering Flera av deltagarna i referensgruppen har i sina fjärrvärmenät en lösning från JM i samarbete med IVT och SWEP, som illustreras i Figur 3. På värmesidan är kopplingsprincipen i stort sett likadan som den föregående, d.v.s. parallellkopplad. Värmepump används i första hand och fjärrvärme används när värmepumpen inte ger tillräcklig framledningstemperatur. På varmvattensidan är den betydligt mer komplicerad. Där finns en slingberedare där vatten värms från värmepumpskretsen, fjärrvärmeväxlare i två steg samt ackumulator på varmvattensidan. Kopplingarna mellan dessa är många. Värmepumpen används när temperaturen i slingberedaren ligger under C. Fjärrvärmen kompletterar kapaciteten och höjer temperaturen. Den första fjärrvärmeväxlaren används i grunden delvis före eller parallellt med slingberedaren från värmepump. Den tar in en blandning av kallvatten och vatten från botten av ackumulatortanken. Slingberedaren tar in en blandning av kallvatten, vatten från varmvattencirkulation, vatten från ackumulatortanken och i vissa fall vatten från den första fjärrvärmeväxlaren. Detta inträffar när temperaturen hos blandningen från ackumulatortanken och kallvatten understiger ett börvärde (t.ex C). Till den andra fjärrvärmeväxlaren blandas vatten från den första fjärrvärmeväxlaren, slingberedaren och vvc. Det varmvatten som inte används direkt lagras i ackumulatortanken. Den här lösningen är den mest komplicerade som beskrivs i den här rapporten, med många och svåröverblickbara kopplingar på varmvattensidan. Det bekräftar också de referensgruppsdeltagare som har erfarenhet av den i sina nät. Med noggrann injustering och underhåll finns förutsättningar för god funktion. De många komponenterna och den komplicerade regleringen kan dock ge en hög investeringskostnad och komplicerat/kostsamt underhåll samt risk att det inte fungerar som tänkt. Returtemperaturen till fjärrvärmenätet kan bli något högre än i de två föregående lösningarna p.g.a. att värmepumpen och den första fjärrvärmeväxlaren på varmvattensidan är delvis parallella och att ett delflöde från ackumulatortanken tas in i den växlaren. Fjärrvärmeleveranserna minskar mest under sommarhalvåret då värmepumpen kan täcka det mesta av värmebehovet. Dock behöver fjärrvärme antagligen användas även sommartid för att ge tillräcklig temperatur till varmvatten. Värmepumpen bör ha goda förutsättningar till hög värmefaktor då den inte arbetar mot den högsta varmvattentemperaturen. Konstruktionen med ackumulering av varmvatten kan ge förhöjd risk för bakterietillväxt. 19

20 FV VV VVC VP ACK KV Figur 3. Varmvatten producerat i flera steg med fjärrvärme och värmepump samt ackumulering. Värme med fjärrvärme och värmepump parallellt. FV 20

21 4.2 Värmepump endast till värme Enklare och billigare inkopplingar kan väljas om värmepumpen bara används till värme och inte till varmvatten. Då blir nyttjandetiden av värmepumpen kortare medan fjärrvärmeleveranserna sommartid kvarstår. Variationerna över året i levererad fjärrvärmeeffekt minskar därmed Värme med parallellt FV/VP förvärmare och FV eftervärmare Ett sätt att kombinera fjärrvärme och värmepump bara för värme visas i Figur 4 Värmepumpen används som primär energikälla och kompletteras när den är otillräcklig med fjärrvärme. I ett första steg används fjärrvärme och värmepump parallellt. En andra värmeväxlare används för eftervärmning med fjärrvärme. Returtemperaturen till fjärrvärmenätet riskerar att påverkas negativt när värmepumpen tar ett delflöde från fjärrvärmeförvärmaren. Positivt för fjärrvärmeleverantören är att variationer mellan laster sommar- och vintertid minskar genom att man levererar varmvatten året runt. Eftersom värmepumpen är kopplad till den lägsta temperaturnivån får den förutsättningar för hög värmefaktor. Kopplingsprincipen är enkel och innebär lägre investeringskostnad i jämförelse med de två föregående då värmepumpen inte används till varmvatten. Den här kopplingsprincipen har fördelar när fjärrvärmepriset, speciellt sommartid, är betydligt lägre än elpriset. Är elpriset högt är det också extra viktigt att värmepumpen kan ge en hög värmefaktor. FV VP Figur 4. Värmepump endast till värme. Värmepump parallellt med fjärrvärme i ett första steg och en andra fjärrvärmeväxlare som eftervärmare. 21

22 4.2.2 Värme med FV och VP parallellt En något förenklad variant av ovanstående princip fås om eftervärmaren elimineras så att bara en fjärrvärmeväxlare används parallellt med värmepumpen, Figur 5. Fjärrvärmereturen riskerar då inte att höjas såvida värmepumpen inte kan ge tillräcklig temperatur till värmesystemet. Värmepumpen ger däremot en lägre värmefaktor då den får arbeta mot högre temperatur. I ett lågtemperatursystem (golvvärme eller lågtemperaturradiatorer) bör den här lösningen fungera bra då både fjärrvärmeväxlare och värmepump får arbeta mot låga temperaturer. I övrigt ger den fastighetsägaren fördelar under liknande förutsättningar som ovanstående, när fjärrvärmepriset är betydligt lägre än elpriset. FV VP Figur 5. Värmepump endast till värme. Fjärrvärme och värmepump parallellkopplade. 22

23 4.2.3 Värme med VP före FV I rapporten (Selinder et al. 2003) diskuteras en annan förenklad variant av ovanstående princip 4.2.1, där den första fjärrvärmeväxlaren saknas och istället har ersatts av en rörbit för att ta ett delflöde genom värmepumpen och ett delflöde förbi, Figur 6. En del av vattnet i värmesystemet värms alltså först av värmepumpen. Resten går förbi och dessa båda delflöden eftervärms av fjärrvärme. Den varianten innebär en förhöjd returtemperatur och är på det sättet mindre lämplig ur fjärrvärmeperspektiv. Fördelar är förutsättningar för hög värmefaktor samt förstås att principen är enkel och innebär en lägre investeringskostnad. Om varmvattenbehovet är stort i förhållande till värmebehovet får den försämrade avkylningen på värmesidan mindre betydelse och lösningen skulle möjligen kunna vara acceptabel. FV VP Figur 6. Värmepump endast till värme. Värmepump i serie före fjärrvärme. 23

24 4.2.4 Värme med VP före FV och tvåstegskopplat varmvatten En liknande princip men med tvåstegskoppling för varmvattensidans fjärrvärmeväxlare, Figur 7, finns i en fastighet bland Norrenergis kunder enligt referensgruppens Peter Larsson. På värmesidan är lösningen likadan som i föregående exempel. Tvåstegskopplingen innebär att fjärrvärmesidans retur från värmedelen används för att förvärma inkommande kallvatten i den första delen av fjärrvärmeväxlaren. Varmvattnet värms sedan till rätt temperatur i den andra delen av värmeväxlaren, där också vatten från vvc-kretsen kommer in. Förvärmningen av kallvattnet gör att returen från värmedelen, och därmed den totala returen till fjärrvärmenätet, sänks. Värmepumpens värmefaktor är god som i föregående lösning. Den aktuella fastigheten rymmer lägenheter och en restaurang och har därmed ett stort varmvattenbehov. Andelen värme från värmepumpen är i det här fallet också liten (<25 %). Detta gör värmepumpens påverkan på returtemperaturen liten. Därför har principen där bedömts som en god lösning. FV VV VVC KV FV VP Figur 7. Värmepump endast till värme. Värmepump i serie före fjärrvärme. Fjärrvärme tvåstegskopplad från värme till varmvatten. 24

25 4.3 Jämförelse av kopplingsprinciper för flerbostadshus De kopplingsprinciper som beskrivits i avsnitt har bedömts med avseende på hur de påverkar: Returtemperaturen till fjärrvärmenätet Mängden energi som fjärrvärmebolaget får leverera och hur lasten varierar över året Värmepumpens värmefaktor Varmvatten eventuell ökad risk för fel temperatur, instabil temperatur eller bakterietillväxt Hur komplicerad kopplingsprincipen är och om den innehåller många komponenter, vilket påverkar investeringskostnad och praktisk drift En sammanställning av bedömningen visas i Tabell 2. Jämförelse har inte gjorts mot ren fjärrvärmelösning eller någon annan fast referens, utan de olika principerna har jämförts mot varandra för de olika parametrarna. En relativt bra lösning har värderats med +, en sämre med - och en medelmåttig med 0. Plus- eller minustecken i parantes betyder att det kan finnas en tendens åt ena hållet beroende på förutsättningar. Bedömningen kan inte summeras till en total vinnare då olika tendenser är olika starka och olika faktorer har olika relativ betydelse beroende på aktuella förutsättningar (se vidare i följande avsnitt). Tabell 2. Jämförelse av kopplingsprinciper för flerbostadshus (+ bra, - dåligt). Princip (numrering enligt kapitel) FV-VP-FV/FV-VP- FV Returtemp. FVleverans VP värmefaktor Varmvatten Enkel FV&VP/FV-VP-FV FV&VP/FV,VP, ack (+) FV&VP-FV/FV (-) (+) FV&VP/FV VP-FV/FV VP-FV/FV (2-stegs) (+) 25

26 4.4 Vägledning för val av kombinationslösningar till flerbostadshus Tabell 3 ger vägledning utifrån förutsättningar avseende energipris, typ av byggnad och om det redan finns ett värmesystem samt hur behoven av värme och varmvatten ser ut. Beskrivningarna av förutsättningar och kombinationer av dem är förenklingar och de givna förslagen måste ses som en vägledning kring vad man bör tänka på, men där det finns gränsfall och fall där någon annan lösning är lämpligare på grund av andra faktorer. Tabell 3. Vägledning för val av kopplingsprinciper i flerbostadshus beroende på förutsättningar. Energipris Befintligt system? (nytt/gammalt ) Värme- och varmvattenbehov Förslag Liten skillnad mellan el och FV Ja, en del för ombyggnad användbar utrustning finns Stor fastighet / stort värme- och varmvattenbehov FV och VP till både värme och VV. Princip (FV-VP- FV/FV-VP-FV). Liten skillnad mellan el och FV Ny byggnad Genomsnittligt värme- och varmvattenbehov / kostnad FV och VP till både värme och VV. Princip (FV&VP/FV-VP-FV). FV-pris betydligt lägre än elpris Ja, en del för ombyggnad användbar utrustning finns Stor fastighet / stort värme- och varmvattenbehov VP endast till värme. Princip (FV&VP-FV/FV). FV-pris betydligt lägre än elpris Ny byggnad Stort varmvattenbehov i förhållande till värmebehov VP endast till värme. Princip (FV&VP/FV) eller (VP-FV/FV(2- stegs)). 26