ANSÖKAN OM FORSKNINGSSTÖD Datum 2012-10-12 Dnr Projektnr 1 (8) Sökande Företag/organisation Organisationsnummer Kungliga Tekniska Högskolan 202100-3054 Institution/avdelning Postgiro/Bankgiro/Bankkonto Energiteknik/Tillämpad Termodynamik och Kylteknik PG: 1 56 53-9/BG: 895-9223 Postadress Brinellvägen 68 Postnummer Ort Länskod Kommunkod Land 100 44 Stockholm 01 80 Sverige Projektledare (förnamn, efternamn) Björn Palm Telefon 08 790 74 60 08 20 41 61 E-postadress bjorn.palm@energy.kth.se Eventuell medsökande (ange organisation) Fax Webbplats www.energy.kth.se Projektet Ansökan avser nytt projekt Fortsättning på tidigare projekt, ange projektnummer: Projekttitel (på svenska) Värmeåtervinning ur byggnaders avloppsvatten med värmepump Projekttitel (på engelska) Drain water heat recovery in buildings with the use of heat pump Sammanfattning (på svenska). Sammanfattningen skall omfatta max 250 ord och skall skrivas både på svenska och på engelska. Sammanfattningen skall skrivas så att den i ämnet oinvigde med lätthet förstår projektets innehåll och syfte. Målen som Sverige har satt upp med stöd i Europaparlamentets och rådets direktiv 2010/31/EU om byggnaders energiprestanda är att från och med den 31 december 2020 ska alla nya byggnader vara nära noll-energibyggnader, dessutom skall nya byggnader som används och ägs av offentliga myndigheter ska uppfylla samma kriterier redan 31 december 2018. Utöver detta är medlemsstaterna skyldiga att se till att befintliga byggnader som genomgår större renoveringar, t.ex. stambyte, skall motsvara de minimikrav som finns för byggnaders energiprestanda. Dessa krav sammantaget innebär att traditionella metoder att reducera energianvändningen i de allra flesta fall inte räcker för att nå de nivåer som krävs, särskilt inte för nära-nollenergibyggnader. En viktig del av lösningen för att nå EU målen kan vara att återvinna värme ur avloppsvattnet eftersom i många svenska byggnader står avloppsförlusten normalt för en signifikant del av den totala årliga värmeanvändningen. I detta projekt avser vi att genom utökade scenarioanalyser undersöka om det är möjligt att få en bättre utnyttjandegrad och därmed högre återvinningsgrad och förbättrade ekonomiska förutsättningar genom STEM038 ver.n-1.1, 2005-09-14 Sekretariatet EFFSYS+ Institutionen för Energiteknik Avdelningen Tillämpad termodynamik och kylteknik Kungliga Tekniska Högskolan 100 44 Stockholm Besöksadress Brinellvägen 68 Telefax 08-204161 E-post effsysplus@energy.kth.se
Datum 2 (8) att kombinera en avloppsvärmeväxlare med en värmepump. Hypotesen är att genom att återvinna värmen till byggnadens värmesystem kan man få en större utnyttjandetid. Målet med projektet är att undersöka hur värmeenergin i avloppet kan återvinnas med hjälp av värmepump inom befintliga byggnader. Tanken med detta är att skapa en djupare förståelse hur dessa systems funktion och prestanda utvecklas över tid samt hur de ekonomiska förutsättningarna ser ut för denna typ av installation. Sammanfattning på engelska enligt ovan (max 250 ord). Sweden have put up goals with the support of the European Parliament and Council Directive 2010/31/EU on energy performance in buildings that from until 31 December 2020, all new buildings must be nearly zero-energy buildings, in addition, new buildings occupied and owned by public agencies must meet the same criteria already by 31 December 2018. Member States are also obliged to ensure that existing buildings undergoing major renovations, must meet the minimum requirements of the Energy Performance. These requirements means that traditional methods of reducing energy use in most cases are not sufficient to reach the levels required, particularly for near-zero energy buildings. An important part of the solution to achieve the EU targets may be to recover heat from drain pipe wastewater, this because in many Swedish buildings the heat loss in the drain pipes usually account for significant portion of the annual energy use. In this project, we intend to expanded sjcenario analyzes to examine whether it is possible to obtain a better utilization and thus higher efficiency and improved economic conditions by combining a wastewater heat exchanger with a heat pump. The hypothesis is that by recovering the heat to the building's heating system, you can get a greater utilization time. The goal is to investigate how heat in wastewater can be recovered through the heat pump in buildings. The idea behind this is to create a deeper understanding of how the system performance evolve over time and how the economics look like for this type of installation. Enskilt projekt Datum för projektstart Forskningsprogram, ange vilket: EFFSYS+ 2012-12-01 2013-05-31 Totalt sökt belopp 510 000 kr Tidpunkt då projektet beräknas vara genomfört
Datum 3 (8) Motivering; Energi-/miljö-/näringslivsrelevans, max 250 ord. Ange koppling till resultat från tidigare genomfört program eller projekt. Målen som Sverige har satt upp med stöd i Europaparlamentets och rådets direktiv 2010/31/EU om byggnaders energiprestanda är att från och med den 31 december 2020 ska alla nya byggnader vara nära noll-energibyggnader, dessutom skall nya byggnader som används och ägs av offentliga myndigheter ska uppfylla samma kriterier redan 31 december 2018. Utöver detta är medlemsstaterna skyldiga att se till att befintliga byggnader som genomgår större renoveringar, t.ex. stambyte, skall motsvara de minimikrav som finns för byggnaders energiprestanda. Dessa krav sammantaget innebär att traditionella metoder att reducera energianvändningen i de allra flesta fall inte räcker för att nå de nivåer som krävs, särskilt inte för nära-nollenergibyggnader. En viktig del av lösningen för att nå EU målen är att återvinna värme ur avloppsvattnet. Idag finns några systemlösningar för att återvinna värme ur avloppsvatten genom att direktväxla mot inkommande tappkallvatten. Dessa system har i undersökningar visat sig ha begränsad effektivitet, Exempelvis Comparing domestic water heating technologies av Chantelle M. et. al. som har undersökt effektiviteten hos olika typer av avloppsvärmeväxlare. Den studien visar att i ca 50 % av värmen i avloppet kan återvinnas genom värmeväxling av avloppsvattnet mot inkommande kallvatten för ett bostadshus. I VVS forum nr. 6/7 2009 presenteras man en installation där man återvinner ca 1/3 av varmvattenbehovet genom samma typ av installation. Nackdelen med systemlösningen som används i undersökningarna ovan är att utnyttjandetiden blir låg och därmed blir den totala återvinningsgraden även den låg beroende på att matchningen mellan värmebehov och tillgänglig energi i avloppet inte är god. Bakgrund; vad har gjorts tidigare?, vad är nytt i detta projekt?, forskargruppens verksamhet?, samarbeten? etc, max 1 A4-sida Energianvändning till uppvärmning i befintlig bebyggelse står för en ansenlig dela av den totala använda energin i Sverige. Fokuset på att byggnader skall vara energieffektiva ökas för varje år, tidigare har man framförallt ställt krav på energiprestanda vid nybyggnation. Eftersom stor del av de byggnader som kommer att finnas om 50 år byggdes vid en tid då möjligheten och intresset för att bygga energieffektivt var ringa så är det av stort intresse att finna metoder för att förbättra energieffektiviteten i dessa byggnader. Värmeförlusten i svenska byggnader kan delas upp på tre kategorier: 1. Transmissionsförluster (värmeförluster genom byggnadens skal) 2. Ventilationsförluster (värmeförluster genom ventilationssystem och läckage) 3. Avloppsförluster (värmeförluster genom byggnadens avloppssystem) I många svenska byggnader står normalt avloppsförlusten för en signifikant del av den totala årliga värmeanvändningen. Stora delar av värmeenergi som används till varmvatten försvinner som förluster i byggnadens avloppssystem, även spolvatten till toaletter som uppvärmts av rumsluften och uppvärmt vatten till tvättmaskiner och diskmaskiner bidrar till avloppsförlusterna. Många tidigare utredningar har tittat på effektivitet på ventilation, fläktar, värmepumpar och hur dessa påverkar byggnadens energiprestanda. Några få utredningar har tittat på möjligheten att återvinna värme ur avloppet, dessa har uteslutande tittat på systemlösningar där man förvärmer tappvarmvatten med värmen i avloppet.
Datum 4 (8) På KTH Energiteknik har två projekt 1 genomförts, ett kandidatexamensprojekt och ett sistaårsprojekt, där inledande undersökningar utförts för att undersöka möjligheterna med ett värmepumpsbaserat värmeåtervinningssystem för avloppsvärme i byggnader. En avancerad testanläggning har byggts på Inst. för Energiteknik där tester av scenariotester för avloppsvärmeväxlare kopplade till värmepump kan utföras. Bjurling och Ngo gjorde en litteraturstudie och byggde första versionen av testanläggningen som medgav tester på en vertikal in line värmeväxlare. Slutsatsen från deras arbete var att återvinning med en stående värmeväxlare fungerar och att återvinningsgraden var upp till 60 % vid vissa driftfall. Litteraturstudien visade att väldigt lite var gjort med avloppsåtervinning i byggnader med värmepump. Johansson et. al tog över där Bjurling och Ngo avslutade och skapade andra versionen av testanläggningen som medgav scenariomätningar på en hel anläggning med värmepump och värmelast. Den viktigaste slutsatsen från Johansson et. al projektet var att vid ett scenario baserat på Energimyndighetens undersökning om vattenanvändning i bostäder så kunde 68 % av tillgänglig energimängd i avloppet återvinnas. Svagheten i de tidigare projekten är att de undersökningar och analyser som gjorts saknar analyser med scenarion och avloppsflödesmönster som liknar det verkliga fallet. I detta projekt avser vi därför att genom verklighetsbaserade scenarioanalyser undersöka om det är möjligt att få en bättre utnyttjandegrad och därmed hög återvinning genom att kombinera en avloppsvärmeväxlare med en värmepump. Hypotesen är att genom att återvinna värmen till byggnadens värmesystem (radiatorer, ventilation och tappvarmvatten) kan man få en större utnyttjandetid med tanke på att behovet i värmesystemet under större delen av året vida överstiger förlusterna i byggnadens avloppssystem. Vi avser att använda oss av vertikala värmeväxlare som enkelt kan skäras in i stående avloppsstammar i befintliga byggnader. Detta torde leda till enkel installation och mindre försmutsning av värmeväxlarytan över tid. Långtidseffekter på värmeväxlaren är dock viktiga att undersöka för att få en bild av hur funktionen är hos denna typ av återvinningssystem över tid och hur försmutsning och brukarbeteende påverkar systemdesign. Kännedom om systemprestandan medger att man kan utföra ekonomiska kalkyler som pekar på systemlösningens lönsamhet. KTH Energiteknik/ Tillämpad termodynamik & Kylteknik bedriver ledande forskning inom kylteknik, värmepumpar och energianvändning i byggnader. Detta projekt är tänkt att genomföras av forskningsgruppen inom Upp & Vent, en forskningsgrupp som besitter djup kunskap inom värmepumpsteknik och byggnaders energianvändning. Mål; Ange enkla, tydliga och mätbara mål i exempelvis kwh, max 250 ord. Målet med projektet är att undersöka hur värmeenergin i avloppet kan återvinnas med hjälp av värmepump inom befintliga byggnader. Tanken med detta är att skapa en djupare förståelse hur dessa systems funktion och prestanda utvecklas över tid samt hur de ekonomiska förutsättningarna ser ut för denna typ av installation. Kortfattat i punktform kan projektets mål sammanfattas enligt: Validera prestanda av en testanläggning i fingerad flerbostadshusmiljö. Rangordna och validera återvinningsgrad hos avloppsvärmeväxlare. 1 KTH KEX 2011 Bjurling F., Ngo P., Energiåtervinning ut avloppsvatten KTH HK 2011 Johansson E., Källmark A., Persson T., Svärdsjö D., Wastewater Heat Recovery
Datum 5 (8) Arbeta fram analyser av tidspåverkande parametrar som försmutsning och brukarbeteende. Undersöka och presentera ekonomiska parametrar relaterade till denna typ av installation. Producera två vetenskapliga artiklar. Den samlade kunskapsmassan från projektet skall utformas så att den kan förmedlas till samhället, minska befintlig byggnadsbestånds energianvändning och därmed dess miljöpåverkan.
Datum 6 (8) Genomförande, max 250 ord. Följande aktiviteter planeras i projektet: Undersökning av kunskapsläget 1. Litteratursökning och marknadsundersökning av tillgängliga komponenter. Undersökningar för att sammanställa utförda studier som kan ge relevant information till projektet. Information som kommer att sökas är utredningar gällande energimängd i avlopp, regler för temperaturnivåer och även en undersökning av vilka system och komponenter som finns tillgängliga på marknaden idag. Scenarioanalys 2. Testanläggning och analys. En testanläggning har byggts på KTH Energiteknik där avloppsvärmeväxlares prestanda kan utvärderas tillsammans med värmepump. Denna anläggning används för att göra scenarioanalyserna som skall påvisa effektivitetsparametrar associerade med avloppsåtervinning. 3. Långtidsstudier av prestanda. Den kontinuerliga datainsamlingen ger möjlighet att utvärdera återvinningssystemets prestanda över tid vid olika scenarion, vilket är kanske den mest intressanta informationen för denna typ av installation. Återvinningsgradens prestanda över tid påverkar den ekonomiska investeringen och det torde vara den mest intressanta informationen för en fastighetsägare som står inför ett investeringsbeslut. Studier av hur en avloppsvärmeväxlare försmutsas över tid i ett verkligt fall kommer även det att analyseras. Ekonomiska analyser 4. Framarbeta ekonomiskt underlag. För att fastighetsägare skall kunna ta rätt beslut när man bestämmer hur och var man skall investera vid underhåll och förädling av byggnaden behövs kunskap om ekonomin i denna typ av åtgärd. Denna kunskap arbetas fram i projektet. Information 5. Projektets resultat har föga inverkan på nationell nivå om inte dess resultat kan kommuniceras ut till en bredare nyttjandekrets än de i projektet aktiva aktörer. Det är därför av yttersta vikt att resultaten sprids genom publicering i nationella tidskrifter relevanta för projektet (t.ex. Energi & Miljö) och även internationell spridning av resultaten avses genom publicering i internationella vetenskapliga tidskrifter.
Datum 7 (8) Kostnader Projektets totala kostnad Projektets totala kostnader per år % av heltid KALENDERÅR 2013 Lönekostnader 951 000 951 000 Laboratoriekostnad Datorkostnad 25 000 25 000 Utrustning 50 000 50 000 Material 100 000 100 000 Resor 50 000 50 000 Övriga kostnader Ev förvaltningskostnader 99 000 99 000 SUMMA 1 275 000 1 275 000 Finansiering inkl. samfinansiärer Andel i kronor och procent av projektets totala kostnader/år. Specificera bidrag som natura respektive kontanta. FINANSIÄR År 2013 År År År År Total (%) Energimyndigheten/ Effsys 510 000 40 White Arkitekter AB Natura 150 000 12 Stockholms Stad FSK Natura 100 000 8 Akademiska Hus Natura 100 000 8 Olov Lindgren Byggare AB Natura 100 000 8 Sapa Natura 100 000 8 PQR Consult AB Natura 60 000 5 Nibe AB Natura 60 000 5 VVS Företagen Natura 55 000 4 Ahlsell AB Natura 40 000 3 SUMMA 1 275 000 Detta projekt är i sin helhet i vissa delar lika med ansökan till annan myndighet, ange vilken: Sökt stöd för dyr utrustning (Vetenskapsrådet, Wallenbergsstiftelsen e.d.) Gäller endast högskola. Namn på doktorand Jörgen Wallin Namn på doktorand Namn på doktorand Namn på doktorand Övriga samarbetspartners (ange organisation och namn) Resultatredovisning (ange här om resultatet kommer att redovisas på något ytterligare sätt än det obligatoriska, se information). Projektets resultat har föga inverkan på nationell nivå om inte dess resultat kan kommuniceras ut till en bredare nyttjandekrets än de i projektet aktiva aktörer. Det är därför av yttersta vikt att resultaten sprids genom publicering i nationella tidskrifter relevanta för projektet (t.ex. Energi & Miljö) och även internationell spridning av resultaten avses genom publicering i internationella vetenskapliga tidskrifter
ID Task Name Duration Start Finish 1 2 Undersökning av kunskapsläget 25 days Mon 12-12-03 Fri 13-01-04 3 4 Scenarioanalys 55 days Mon 13-01-07 Fri 13-03-22 5 Testanläggningsarbete 31 days Mon 13-01-07 Mon 13-02-18 6 Tester av prestanda 55 days Mon 13-01-07 Fri 13-03-22 7 8 Ekonomiska analyser och beräkningar 25 days Mon 13-03-25 Fri 13-04-26 9 10 Information 25 days Mon 13-04-29 Fri 13-05-31 '12 Dec 03 '12 Dec 10 '12 Dec 17 '12 Dec 24 '12 Dec 31 '13 Jan 07 '13 Jan 14 '13 Jan 21 '13 Jan 28 '13 Feb 04 '13 Feb 11 '13 Feb 18 '13 Feb 25 '13 Mar 04 '13 Mar 11 '13 Mar 18 '13 Mar 25 '13 Apr 01 '13 Apr 08 '13 Apr 15 '13 Apr 22 '13 Apr 29 '13 May 06 '13 May 13 '13 May 20 '13 May 27 S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S S M T W T F S Project: Gnatt EffsysAvloppsvärmepum Date: Mon 12-10-22 Task Split Progress Milestone Summary Project Summary External Tasks External Milestone Deadline Page 1
Jörgen Wallin Subject: FW: Forskningsprojekt Original Message From: Gunnar Kempe [mailto:gunnar.kempe@stockholm.se] Sent: den 22 oktober 2012 6:47 To: Jörgen Wallin Subject: Re: Forskningsprojekt Hej Jörgen! Stockholms fastighetskontor kommer delta i forskningsprojektet gällande värmeåtervinning från avloppsvatten med våra erfarenheter av ämnet, utredningar och tid. Vi kommer delta i möten som är planerade men inte i alla 15 som ert förslag redovisar. Med vänlig hälsning, Gunnar Kempe Skickat från min iphone 1
effs Resurseffektiva kyl och värmepumpssystem Avsiktsförklaring deltagande i forskningsprojekt Värmeåtervinning ur byggnaders avloppsvatten med värmepump Företag: VVS Företagen Beskrivning av deltagande: Företaget, enligt ovan, deltar i forskningsprojektet enligt rubrik ovan med personer, egna och/eller gemensamma utredningar och eventuellt material och utrustning för användning inom ramen för ovanstående projekt. Avsatt resurs för projektet: Företaget, enligt ovan, avser avsätta timmar för personal för egen tid, samt material eller utrustning motsvarande 55 000 SEK. För VVS Företagen (datum/namn) -Z~on~ ~O Rolf Kling