Lönsamhet och teknik för solvärmesystem i anslutning till fjärrvärme.

UMEÅ UNIVERSITET Examensarbete Institutionen för Tillämpad fysik och elektronik 2006-06-09 Lönsamhet och teknik för solvärmesystem i anslutning till fjärrvärme. Profitability and technic for thermal solar panels connected to district heating. Stefan Jonsson Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik vid Umeå universitets tekniska högskola. (löpnr. Som tilldelas)

Förord Denna examensarbete ingår som obligatorisk del i civilingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå Universitet. Examensarbetet har utförts på företaget Aquasol AB i Örebro, tillverkare av planglasade solfångare. Efter slutfört examensarbete vill jag rikta ett varmt tack till: - Samtliga personal på Aquasol AB som bidragit med kunskap och en mycket trivsam arbetsmiljö. Speciellt tack till min handledare Marcus Axinge. - Örebro Bostäder AB som bidragit med information, tillträde samt driftdata till 5 stycken storskaliga solvärmeanläggningar. Speciellt tack till Anders Strömberg. - Kvinnersta Naturbruksgymnasium genom Svante Lenkel för ett givande studiebesök. - Gunnar Lennermo, Energianalys AB för hjälp med energianalys av driftdata. - Anders Åstrand, handledare på Umeå Universitet. Jag vill speciellt tacka min syster Linda för oändlig support i alla lägen, inte minst genom fem veckors madrassboende, samt familj och vänner som alltid finns där när det behövs. Örebro maj 2006 Stefan Jonsson 2

Abstract The company Aquasol AB has been manufacturing solar collectors, for the production of thermal energy, since 1989. The company has supplied solar collectors to five larger installations in Örebro and the surrounding, where solar collectors together with district heating provide heat to residential buildings. The aim of this project is to evaluate the technology, the profitability and how to dimension these installations. There are three alternate solutions on how to construct these systems. 1. Direct connection from solar panels via a heat exchanger to the district heating pipe. When the sun produces more energy than needed in the residental buildings, the heat is sold to the owner of the district heating. 2. The solar panels are connected via a heat exchanger to an accumulator. The energy in the accumulator is connected via heat exchangers to the pipes for comfort heat and hot water. The solar panels are dimensioned to supply all heat nececarry in the buildings during summertime. 3. Direct connection from solar panels via a heat exchanger to the hot water pipe in the buildings. The solar collectors are dimensioned to supply all instantanious use of energy during summertime. In ordinary operation the installation at Apelvägen 49 (No 3 solution) produces 538 kwh/m 2 per year. The installations at Varbergagatan 235, Krukmakaregatan 29 and Lertagsgatan 53 (No 2 solutions) produces 422 kwh/m 2, 341 kwh/m 2 and 495 kwh/m 2 per year. The installation at Kvinnersta Naturbruksgymnasium (No 1 solution) produces 251 kwh/m 2 per year. Most energy is produced from solution No 3 and the least from solution No 1. The explanation for this is the different temperatures were the solar energy is exchanged. A low temperature gains high energy production and a high temperture reduces the energy production. The profit of a new installation depends on the investment, the energy production and the price of energy from district heating. An investment of 5500 SKr/m 2 solar panel, estimated energy production 425 kwh/m 2, government susbidies and the price 0.61 SKr/m 2 for district heating, becomes profit in 20 years. If the price is 0.80 SKr/kWh, the installation becomes profitable in 14 years. 3

Sammanfattning Företaget Aquasol AB tillverkar av planglasade solfångare sedan 1989. Företaget har bidragit med solfångare till fem stycken större projekt i Örebro med omnejd, där solvärme tillsammans med fjärrvärme förser flerbostadshus med värme. I detta projekt har tekniken, dimensioneringen samt lönsamheten i dessa anläggningar utvärderats. Det finns tre olika alternativ när solvärme installeras i kombination med solvärme. - En Primäranläggning ansluts rakt på värmekulverten via en värmeväxlare och ett delflöde. Denna metod blir en variant där värme köps/säljs mot fjärrvärmeleverantören. - En Sekundäranläggning Maximi producerar solvärme till en ackumulatortank. Från ackumulatortanken förbrukas energin till värme och varmvatten via värmeväxlare. - En Sekundäranläggning Minimi ansluter solvärmen direkt via en värmeväxlare till inkommande kallvatten. Solvärmen förvärmer inkommande kallvatten till varmvattenproduktion momentant. Anläggningen på Apelvägen 49 är en Sekundäranläggning Minimi och har en årlig energiproduktion vid ordinarie drift på 538 kwh/m 2. Anläggningarna Varbergagatan 235, Krukmakaregatan 29 och Lertagsgatan 53 är Sekundäranläggningar Maximi. Dessa levererar vid ordinarie drift 422, 341 och 495 kwh/m 2 per år. Anläggningen på Kvinnersta Naturbruksgymnasium är en Primäranläggning och har som bäst producerat 251 kwh/m 2 år. Avgörande för energiproduktionen för en solvärmeanläggning är vilken temperatur den arbetar mot. En Sekundäranläggning Minimi arbetar mot låga temperaturer i inkommande kallvatten, vilket ger en hög energiproduktion. En Primäranläggning arbetar mot höga temperaturer i fjärrvärmekulverten, vilket genererar en lägre energiproduktion. Besparing på producerad solvärme sker i form av minskad mängd köpt fjärrvärme. Med ett ökat pris på fjärrvärme stiger lönsamheten för dessa system. Med en investeringskostnad på 5500 kr/m 2 solfångare, en årlig energiproduktion på 425 kwh/m 2, fjärrvärmepriset 61 öre/kwh samt erhållet solvärmebidrag, blir en investering lönsam på 20 år. Med ett fjärrvärmepris på 80 öre/kwh blir motsvarande investering lönsam på 14 år. 4

Innehållsförteckning 1 BAKGRUND... 7 2 SYFTE... 7 3 BEGRÄNSNINGAR... 7 4 INLEDNING... 8 4.1 DAGENS ENERGISITUATION... 8 4.2 SVERIGES ENERGIPOLITIK... 9 4.3 SOLVÄRME... 12 4.4 FJÄRRVÄRME... 14 4.5 VÄRMEBEHOV... 16 5 INKOPPLING AV SOLVÄRME MOT FJÄRRVÄRME... 17 5.1 FJÄRRVÄRMENÄTET MED UNDERCENTRALER... 17 5.2 TEKNIK INKOPPLING SOLVÄRME: TRE LÖSNINGAR... 18 5.2.1 Primäranläggning... 18 5.2.2 Sekundäranläggning Minimi alternativet... 18 5.2.3 Sekundäranläggning Maximi alternativet... 18 5.3 VEDERTAGNA TEKNIKLÖSNINGAR... 19 5.3.1 Förvärmning av rör på solvärmeslingan... 19 5.3.2 Nivåstyrd inmatning av solvärme i ackumulatortank... 20 5.3.3 Temperaturreglering vid värmeväxling ackumulatortank till kallvatten... 20 5.3.4 Levererad energi... 21 5.4 ENSKILDA KOMPONENTER... 22 5.4.1 Solfångare... 22 5.4.2 Ackumulatortank... 22 5.4.3 Drivpaketet... 23 5.4.4 Expansionskärl... 23 5.4.5 Köldmedium/frostskydd... 23 5.4.6 Luftavskiljare... 23 5.4.7 Värmeväxlare... 23 6 DIMENSIONERING AV SOLVÄRME... 24 6.1 BERÄKNING AV VÄRMEBEHOV: TRE VARIANTER... 24 6.1.1 Alternativ 1: Förbrukad mängd kallvatten och varmvatten... 24 6.1.2 Alternativ 2: Förbrukning av köpt fjärrvärme... 25 6.1.3 Alternativ 3: Förbrukning varmvatten enskilt hushåll... 25 6.2 DIMENSIONERING SOLVÄRME EFTER VÄRMEBEHOV... 26 6.2.1 Solfångarnas prestanda... 27 6.2.2 Solvärmesystemets energitillskott... 28 6.3 DIMENSIONERING ACKUMULATORTANK... 29 6.4 DIMENSIONERING AV TRYCKEXPANSIONSKÄRL... 30 7 PÅVERKANDE FAKTORER VID NYINSTALLATION... 31 7.1 BEGRÄNSNINGAR FÖR NYTT SYSTEM... 31 7.1.1 Utrymme... 31 7.1.2 Belastningar... 31 7.1.3 Framledningstemperatur... 31 7.2 PÅVERKAN FJÄRRVÄRMENÄT... 32 7.2.1 Minskning av försåld värme... 32 7.2.2 Påverkan på returtemperaturen på fjärrvärmenät... 32 7.2.3 Störningar på nät... 32 8 UTVÄRDERADE SOLVÄRMEANLÄGGNINGAR I DRIFT... 33 8.1 VARBERGAGATAN... 34 5

8.2 KRUKMAKAREGATAN... 35 8.3 LERTAGSGATAN... 36 8.4 APELVÄGEN... 37 8.5 KVINNERSTA NATURBRUKSGYMNASIUM... 38 9 EKONOMI... 39 9.1 KOSTNADSFÖRDELNING NY ANLÄGGNING... 39 9.1.1 Förundersökning... 39 9.1.2 Kostnader material... 39 9.1.3 Kostnader montage... 39 9.2 ENERGIPRISET FÖR FJÄRRVÄRME... 40 9.2.1 Bränslepris och skatter... 40 9.2.2 Pris till kund... 41 9.2.3 Fjärrvärmeprisets utveckling... 41 9.3 NUVÄRDES ANALYS... 43 10 LÖNSAMHET FÖR DENNA TEKNIK... 44 10.1 INVESTERINGSKOSTNAD... 44 10.2 EKONOMISK KALKYL... 44 10.3 KOSTNADSBESPARING UTVÄRDERADE ANLÄGGNINGAR... 47 11 DISKUSSION & SLUTSATSER... 48 11.1 UTVÄRDERADE ANLÄGGNINGAR... 48 11.2 LÖNSAMHET... 48 11.3 UTVECKLING FJÄRRVÄRME... 49 12 KÄLLFÖRTECKNING... 50 13 BILAGA 1: DRIFTDATA KVINNERSTA NATURBRUKSGYMNASIUM.... 52 14 BILAGA 2: UTVÄRDERING SOLVÄRMEANLÄGGNINGAR ÖREBRO BOSTÄDER AB.... 53 6

1 Bakgrund Företaget Aquasol AB är har byggt plana solfångare sedan 1989 och är idag en av de främsta producenterna av planglasade solfångare i Sverige. Sedan starten har företaget deltagit i drygt 10-talet projekt där solvärme anslutits i kombination med fjärrvärme för att förse flerbostadshus med värme. Fyra av dessa anläggningarna installerades åt Örebro Bostäder AB, Örebros kommunala bostadsbolag, under tidsperioden 1997-1999. En anläggning installerades på Kvinnersta Naturbruksgymnasium år 2001. Efter installationen av dessa anläggningar har ingen uppföljning utförts för att avgöra driftsprestanda samt funktionalitet. För att öka kunskapen i storskaliga solvärmeanläggningar i kombination med fjärrvärme, samt utreda befintliga anläggningars prestanda, utfördes detta examensarbete. 2 Syfte Syftet i detta examensarbete är att utreda tekniken samt lönsamheten då solvärme i kombination med fjärrvärme förser flerbostadshus med dess värmebehov. Med en god kunskap i området ökas möjligheterna att erbjuda en bra service samt högkvalitativa produkter för kund i framtiden för Aquasol AB. För att utreda tekniken, prestandan samt funktionen har fem stycken befintliga anläggningar i Örebro med omnejd använts som referensobjekt. Anläggningarna har besökts för att dokumentera och utvärdera systemens funktionalitet. Tillgänglig driftsdata har utvärderats för att i framtiden stå som grund vid dimensionering samt lönsamhetskalkyler. 3 Begränsningar Dessa typer av installationer är relativt nya och under utveckling, vilket medför att tillgången på litteratur i ämnet är begränsat. Detta medför att grunden i denna rapport grundar sig på besök på ett begränsat antal anläggningar. Någon fördjupning av tekniken vid produktion av fjärrvärme har ej utförts i denna rapport. Analysen av fjärrvärme är begränsad till tekniken i undercentraler samt de faktorer som berör priset på fjärrvärme. Utvärderingarna av driftdata från de befintliga anläggningarna har begränsats till en resultatrapport. Någon djupare analys av resultaten har ej utförts på grund av bristande information om rådande omständigheter under driftperioden. Den ekonomiska analysen av befintliga anläggningar är begränsad till den totala besparingen. Lönsamheten har ej gått att utreda då investeringspriset av anläggningarna varit okänt. 7

4 Inledning 4.1 Dagens Energisituation Jordens klimat är och kommer alltid vara under förändring. Det senaste århundradet har dock en klar skillnad registrerats i förhållande till det tidigare stabila klimatet. Jordens medeltemperatur har under 1900-talet ökat med 0,6 grader [1]. Den troliga förklaringen till detta är de drastiskt ökade utsläppen av växthusgaser. Majoriteten av dessa utsläpp kommer från energi producerad från de fossila bränslena naturgas, olja och kol. Dessa energikällor har länge ansetts finnas i obegränsad tillgång samt vara ett kostnadseffektivt bränsle. Dagens situation tyder på andra förutsättningar. Kol och naturgas finns fortfarande i stora mängder och kommer fortsättningsvis vara en viktig energikälla. Oljan däremot har i dagsläget passerat gränsen där använd olja överstiger nyfunna oljetäkter. Kombinationen av klimatpåverkan samt oljans begränsning har de senaste årtiondena börjat få konsekvenser. Fakta som länge har förutspåtts och påvisats av forskare verkar till sist börja accepteras. Världens politiker med majoritet i I-länderna har börjat agera och program för att främja en hållbar utveckling upprättas. Politiska beslut är oerhört viktiga då den stora majoriteten, världens befolkning, oftast medvetet eller omedvetet styrs av dessa. Även om individens egen uppfattning och kunskap sagt precis samma sak en längre tid. Besluten verifierar individens värderingar vilket ofta leder till ett större engagemang och medvetenhet. Ett långt och målinriktat arbete för att upplysa världens befolkning om dagens energisituation börjar ge resultat. Individens kunskap och intresse i energifrågor märks inte minst på solenergins dagsaktuella status. Från att ha varit värmekälla där mestadels entusiaster investerat har nu solvärmen börjat sälja sig själv. Solvärme är och blir bara mer lönsamt när energipriserna ökar. 8

4.2 Sveriges energipolitik Historik För att förstå vilka styrmedel som används idag blickar vi tillbaka 30 år i tiden. På 1970-talet bestod Sveriges energiproduktion till nästan 80% av olja [2]. Ett kraftigt beroende som blev en ekonomisk börda när oljekrisen startade på sent 1970-tal. Insikten om Sveriges bräckliga system för energiproduktion, i grunden baserat på import av olja, uppdagades och krafttag krävdes omgående. Subventioner i form av driftsstöd infördes för att konvertera bränslet i värmeverk från olja till kol och biobränslen. Samtidigt gavs subventioner för att effektivisera och minimera uppvärmningen i bostäder och lokaler. Parallellt med detta byggdes kärnkraften upp och ersatte industrin och uppvärmningssektorns beroende av olja med svenskproducerad el. Det målmedvetna arbetet att få bort oljan, med stora investeringar baserade på subventioner i form av driftsstöd fick problem med start 1985 när priset på olja började sjunka. Dyra kapitalkostnader för höga investeringar var beroende av en garanterad minsta inkomst. När priset på olja och el understeg denna gräns blev de på nytt attraktiva. Regeringen försökte motverka denna utveckling med höjda skatter på olja. Men oljepriset sjönk för mycket och för länge för att detta skulle fungera. Resultatet blev att svensk industri förlorade sin konkurrenskraft och avstannade. 1993 infördes differentierade skatter med skattelättnader för industrin med syftet att få igång den svenska industrin igen. Under denna tid fortsatte stödet för biobränsle för att inte helt avstanna utvecklingen. Men istället för driftstöd infördes ett investeringsstöd för att minska osäkerheten vid investeringstillfället. Detta i kombination med hög beskattning på olja har gjort biobränslen inom fjärrvärmeproduktion konkurrenskraftiga igen. Systemet med ett investeringsstöd fungerade inte för vindkraften. Vindkraften har ingen driftskostnad, utan en stor investeringskostnad. Konkurrenskraften för vindkraft ökar i takt med att lånen avskrivs. Resultatet av detta blev utformningen av de gröna el-certifikaten. För att få bukt på växthuseffekten infördes handel med utsläppsrätter med start 2005. Nu gällande utsläppshandel avser endast utsläppsrätter baserade på koldioxidutsläpp. Tillgängliga styrmedel. [3] Sveriges energipolitik har i ett historiskt perspektiv använt olika former av styrmedel för att uppnå önskat resultat. Vedertagna styrmedel som har använts är skatter, subventioner, avgifter och marknadsbaserade styrkrafter. För att förstå innebörden följer en kort beskrivning. - Skatter: Traditionsenligt styrmedel med syfte att ge inkomst till statskassan (fiskala skatter) eller styra mot ett uppsatt mål. - Subventioner: Syftet med subventioner är försörjnings- och näringspolitiska argument samt miljöhänsyn. Motivet kan vara att stödja inhemsk produktion eller att stödja drift och uppförande av ny teknik till förnybar energiproduktion. - Avgifter: En avgift medför ingen inkomst till staten utan omfördelar endast pengar mellan producenter och konsumenter. Ett exempel är kväveoxidavgiften, där en avgift betalas för utsläppen som därefter betalas tillbaka baserat på mängden producerad energi. 9

- Marknadsbaserade styrinstrument: Kan beskrivas som avgifter som prissätts efter företagets individuella egenskaper jämfört med övriga marknaden. Exempel på marknadsbaserade styrmedel är el-certifikaten och utsläppsrätterna. Aktuella styrmedel idag. [3] Skatter I Sverige får en produkt endast beskattas en gång. En skatt måste vara konkurrensneutral och kostnadseffektiv samt ligga inom EU:s normer. Dagsaktuella skatter i Sverige är: 1-2. Energiskatt och koldioxidskatt på bränslen: a) Skatt på mineraloljeprodukter sker i grunden enligt överenskommelsen i mineraloljedirektivet. I Sverige är skatten på energi styrd individuellt medan skatten på koldioxid baseras på kolinnehållet i bränslet. Detta skiljer sig från direktivet som har dessa som en gemensam skatt. b) Skatt på naturgas, kol och petroleumkoks bestäms med nationella skatter. c) Energiskatt på råtallolja. Råtallolja är det enda beskattade biobränslet i Sverige. Detta för att undvika brist av råtallolja i den kemiska industrin, där det är en viktig produkt. 3. Svavelskatt: Skatt baserad på svavelmängden i olja, kol, torv och produkter som innehåller olja. Skatten regleras nationellt. 4. Energiskatt på elektrisk kraft: En skatt som regleras nationellt och tillfaller konsumenten av el. 5. Skatt på termisk effekt: En skatt som betalas av kärnkraftsproducenterna baserad på den termiska effekten i kärnkraftsreaktorerna. (6.) Kväveoxidskatt: Är egentligen en avgift. Energiproducenten betalar en avgift för utsläppt kväveoxid vid energiproduktion. Avgiften tillfaller en pott som återbetalas till energiproducenterna efter producerad MWh energi. I dagens energipolitik är värme obeskattad medan de bränslen som används kan beskattas. För Sveriges kraftvärmeproduktion innebär dessa skatter att: - Den el som produceras i kraftvärme är belagd med en energiskatt som betalas av konsumenten. Eftersom beskattning endast får förekomma en gång innebär detta att bränslet för elproduktionen inte kan beskattas. - Bränslet som används vid värmeproduktionen beskattas med full koldioxidskatt och med halva energiskatten. Marknadsmässiga styrmedel El-certifikat Grundidén med el-certifikat är att gynna elproduktionen från förnyelsebar energi. För varje producerad MWh från förnyelsebar energi genereras företaget ett el-certifikat. Elkonsumenterna är skyldiga att använda en viss kvot förnyelsebar energi, dvs. el-certifikat, för att undvika en straffavgift. Kvoten för elkonsumtionen med förnybar energi är år 2005 10,4 % och kommer successivt att öka för att år 2010 vara 16,9 %. [4] Som förnyelsebara energikällor räknas idag vindkraft, solkraft, geotermisk energi, biobränslen, vågkraft och vattenkraft under vissa kriterier [5]. Som biobränslen räknas avfall, torv, biogas samt övriga biobränslen. De övriga biobränslena är primära skogsbränslen (tex. 10

grot), biprodukter från skogsindustrin (t ex bark, flis, spån, tallolja), förädlade biobränslen (t.ex. pellets) och agrara bränslen (t ex salix) [4]. Handel med utsläppsrätter Handel med utsläppsrätter är ett globalt styrmedel för att uppnå minskade utsläpp av växthusgaser. Till en början gäller utsläppshandeln endast kolidioxid. Ett ton utsläppt koldioxid motsvarar en handelsrätt där antalet handelsrätter begränsas för varje företag. Krävs fler handelsrätter måste de inhandlas samt att företaget beläggs med en straffavgift. Genom att köpa in utsläppsavgifter kan staten styra kostnaden för utsläppsrätterna och gynna satsningar där ny teknik blir mest lönsam. Sverige har enligt EU:s direktiv, baserat på Kyoto protokollet från 1993, ett åtagande på +4 %, vilket innebär att utsläppen får öka 4 % från år 1990 till 2010.[6] Subventioner Bidrag för solvärme För solvärmeanläggningar finns sedan den 1 juni 2000 ett engångsbidrag att ansöka om vid installation. Bidraget gäller till anläggningar för tappvarmvatten och/eller uppvärmning och under vissa kvalitetskrav. Solfångarna måste ha godkänts vid ett inledande prestandatest för P-märkningen av SP (Sveriges Provnings och forskningsinstituts) eller av likvärdigt utländskt organ. För varje kwh per kvadratmeter och år solfångaren levererar ges ett bidrag på 2,50 kr. Bidraget begränsas till ett maxbelopp enligt följande: - 7500 kr/lägenhet i småhus - 5000 kr/lägenhet i flerbostadshus - 5000 kr/bostadsanknuten lokal För flerbostadshus gäller även att bidraget maximalt får vara 25 % av den faktiska kostnaden för installationen. Med detta menas materiella kostnader samt installationskostnader. För flerbostadshus måste även fastighetsägaren kunna intyga att besparingen med bidraget kommer de boende till godo. [7] Utöver dessa styrmedel finns det givetvis ytterligare för att styra Sveriges energipolitik. Bland annat konverteringsbidrag för att gå från olje- respektive elberoende i småhus. Dessa behandlas inte något djupare. 11

4.3 Solvärme Var och när lyser solen? Betraktarens position på jorden avgör när solen lyser och vilken position den har på himlen. Det tar cirka 24 h för jorden att rotera ett varv runt sin egen jordaxel, vilket benämns som ett dygn. Enligt definition av vädersträcken står solen rakt i söderläge mitt på dagen när avståndet till solen är som kortast under dygnet. Jordens egenrotation ger alltså upphov till en varierad solinstrålningen under dagens 24 timmar. På grund av jordaxelns lutning mot jordens rotationsplan runt solen varierar avståndet till solen över årets dagar. På sommarhalvåret är jordaxeln lutad mot solen vilket medför ett kontinuerligt kortare avstånd jämfört med vintern, vilket genererar ett varmare klimat på sommarhalvåret. Lutningen på jordaxeln innebär även att solens höjd på himlen varierar beroende på om axeln är lutad mot solen (sommar) eller ifrån (vinter). Detta medför att på sommaren kommer solen stå högre på himlen under dygnet jämfört med på vintern. Dessa variationer av jordens position till solen medför att solinstrålningen varierar över Sveriges långa land. I Sveriges södra delar är solinstrålningen cirka 1000 kwh / år och kvadratmeter, medan de norra delarna av Sverige endast uppnår en total solinstrålning på cirka 800 kwh / år och kvadratmeter. [8] Värmelagring För att utnyttja solens energitillskott kan solvärmen utnyttjas momentant (direkt) alternativt lagras i en ackumulatortank. Då energibehovet varierar över dygnet är det lämpligt att lagra solvärmen för att öka systemets effektivitet. Energilagring, alternativt ackumulering av energi, sker bäst i en isolerad ackumulatortank. Det är viktigt med en rejäl isolering för att solvärmen inte ska gå till spillo som värmeförluster. Mediet i tanken består vanligtvis av vatten. Dagens teknik för värmelagring inom solvärme innefattar endast lagring av energi under kortare tidsperioder, från energilagring över ett dygn till några veckor. Anledningen till detta är en fråga om utrymme samt kostnad. För att lagra energi länge krävs ett större värmelager vilket även genererar högre kostnader för ackumulatortanken. Optimalt vore givetvis att lagra all solens energitillskott under sommaren för att använda den under vintern. Olika tekniker för detta finns under forskning men kommer inte behandlas i denna rapport. Som exempel kan nämnas energilagring i stora bergrum under jorden. Enkelt sagt är energilagring ett måste för att utnyttja solen värmetillskott. Solen tillför värme när vi som minst behöver den. Solen sekundär värmekälla Då solinstrålningen varierar över året innebär detta att solvärmen inte kan täcka hela energibehovet över året. Detta medför att solvärmen kräver en primär värmekälla som alltid finns tillgänglig att producera energi när solen inte gör detta. En primär värmekälla står för den största delen av uppvärmningen under året. Den primära värmekällan som används i utvärderade anläggningar i denna rapport är fjärrvärme. 12

Enkel beskrivning av ett solvärmesystem Ett värmesystem där solvärme används som en värmekälla beskrivs enkelt i figur 1. På taket sitter solfångaren placerad och tar upp solvärmens gratisenergi som strålar in. Köldmediet i solfångarna absorberar värmen och den transporteras till en värmeväxlare som överför värmen till ett energilager. Värmeväxlaren kan antingen vara en extern plattvärmeväxlare eller sitta inbyggd i ackumulatortanken. Köldmediet pumpas runt i systemet av en cirkulationspump, som startar och stoppas efter signal av en reglersignal. Reglercentralen startar cirkulationspumpen när temperaturen i solfångarna är högre än mediet i energilagret. Ackumulatortanken är hela energisystemets hjärta där allt värmeutbyte sker. Mediet i tanken är allt som oftast så kallat dövatten. Med detta menas att vattnet finns i ett slutet system, ofta i kombination med vattnet i värmesystemet (radiatorer), och aldrig är i kontakt med dricksvattnet. Dövattnet används aldrig utan är alltid kvar i sitt interna system. I energilagret finns utöver värmeväxlaren från solen en värmeväxlare för uppvärmning av kallvatten till tappvarmvatten. Det finns uttag i botten och toppen av tanken för tillopp samt retur av en primär värmekälla. I toppen på tanken finns ofta en el-patron som extra spetsvärme. Figur 1. Systemöversikt hushåll med solvärme. 13

4.4 Fjärrvärme Fjärrvärme som förbrukas idag i de svenska fjärrvärmenäten kommer i huvudsak från förbränning i kraftvärmeverk alternativt värmeverk, spillvatten från industrin i avkylningsprocesser samt från värmepumpar. I värmeverken är huvudsyftet att producera värme medan ett kraftvärmeverk har den primära uppgiften att producera elkraft. Ett kraftvärmeverk består av en eldhärd som överhettar en behållare med vatten till vattenånga. I toppen av behållaren leds vattenångan ut och in i en turbin. Vattenångans tryck bidrar till att turbinen börjar snurra. På sitter en generator ansluten som producerar elektricitet. Efter turbinen passerar ångan genom en värmeväxlare som kyler ner ångan. Det är i värmeväxlarens sekundära sida som fjärrvärmen produceras. Efter denna process går vattnet in i behållaren för uppvärmning igen och processen fortsätter. I ett värmeverk är processen något enklare. Här värmer en eldhärd endast upp luft som passerar genom pannan. Luften leds därefter genom en luft-vatten värmeväxlare där fjärrvärmen produceras. Fjärrvärme ett resurseffektivt uppvärmningssätt Fjärrvärme är ett resurseffektivt uppvärmningssätt där lågkvalitativt bränsle (second hand bränsle), ej kvalitativt för produktion av el och högre temperaturer, används för att generera värme. Detta innebär att ett bränsle i systemet används efter energiinnehåll, vilket genererar ett minskat behov av högkvalitativt bränsle för produktion av el. Omvänt medför detta att de bränslen med högt energiinnehåll används till att producera energi av högre kvalitet. Elektricitet kan sägas ha en högre energikvalitet än värme. Enkelt förklarat så kan värme relativt enkelt produceras av elektricitet, medan det är ett mer komplicerat tillvägagångssätt för att göra elektricitet av värme, även om det går. De bränslen som används för fjärrvärmeproduktion idag ger följande möjligheter till el och värmeproduktion: - Naturgas; 50 % el, 40 % värme, 10 % förluster - Kol/olja/flis; 30 % el, 60 % värme, 10 % förluster - Avfall; 20 % el, 70 % värme, 10 % förluster - Kolkondens; 40 % el, 60 % förluster Genom att använda bränslena efter denna princip blir fjärrvärmeproduktionen mer resurseffektiv och konkurrenskraftig. [9] Härkomst av producerad fjärrvärme Sedan i början av 1970-talet har utvecklingen av fjärrvärme varit kontinuerligt växande i Sverige. Fördelningen av bränslet/ energikällan som har producerat fjärrvärmen har dock förändrats radikalt under dessa 35 år. I 1970-talets början producerades fjärrvärmen till cirka 95 % med pannor eldade på olja [2]. Oljan var det klart billigaste bränslet i dessa dagar och ett naturlig val för energiproduktionen till fjärrvärme. När oljekrisen uppstod i slutet av 1970- talet hamnade Sverige i en ekonomisk fälla. Oljan var dyr men till stor del det enda utbyggda sättet att leverera fjärrvärme genom. 14

Med en kraftig energipolitik har bränslena som använts för fjärrvärmeproduktion förändrats rejält. Utvecklingen av använda bränslen illustreras i figur 2. Fördelning av bränslen till produktion av fjärrvärme i Sverige Energi [TWh] 60 50 40 30 20 Spillvärme Värmepumpar Elpannor Biobränslen Energikol inkl hyttgas Naturgas inkl gasol Olja 10 0 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 Årtal Figur 2: Härkomst av fjärrvärme i Sverige 2005 [2]. I figuren syns en klar omfördelning av bränslen som använts till energiproduktionen. Oljan reducerades kraftigt under 1980-talet för att från början av 1990-talet ligga stabilt med ett tillskott på 5-10 TWh per år. Kolet fungerade under 1980- och 1990-talet som ett övergångsbränsle när oljan skulle bort och biobränslena in. Idag förbrukas kol motsvarande ungefär 4 TWh värme. År 2004 levererades fjärrvärme motsvarande 47,8 TWh. Producerad elkraft netto från kraftvärmeverk uppgick under detta år till 6,0 TWh, vilket ger ett totalt energiproduktion på 53,8 TWh. Energiinnehållet i använda bränslen uppgick till 60,0 TWh, vilket vittnar om en effektiv förbränning.[2] Av energiproduktionen bidrar biobränslen med cirka 30 TWh per år, där trädbränsle är det klart dominerande med en andel på cirka 31 %. De övriga biobränslen som används är avfall, torv, RT-flis och tallbecksolja. Efter biobränslen är avfall, industriell spillvärme samt värmepumpar de största producenterna av fjärrvärme, med vardera en andel på cirka 10 %. De fossila bränslena olja, kol och naturgas bidrar tillsammans med cirka 20 % av det totala bränsleförbrukningen.[2] 15

4.5 Värmebehov Det värmebehov som finns i ett hushåll består av varmvatten samt värme för en behaglig inomhustemperatur. Varmvatten Tappvarmvatten är behovet av varmt vatten i kranar och i duschar. Önskad temperatur i varmvattenledningarna är cirka 55 C. Tappvarmvattenbehovet är relativt konstant över året med ett något minskat behov på sommaren. Hur mycket förbrukningen är och när den sker varierar med individen eller familjens vanor. Ett hushåll med barn och ungdomar förbrukar något mer varmvatten än genomsnittet och medan hushåll med äldre förbrukar något mindre. Generellt kan sägas att förbrukningen har sina toppar på morgonen, vid lunch samt på kvällen, de tillfällen då ofta duschning samt diskning sker. Värme Behovet av värme för att ha en komfortabel inomhustemperatur varierar med årstiderna. Uppvärmningsbehovet ökar naturligt vintertid och är nästintill obefintligt på sommaren. Då Sverige är ett relativt långt land sträckt i syd nordlig riktning varierar värmebehovet över landet en del. I norr behövs det mer energi för att hålla hushållen varma än det gör i söder. En komfortabel inomhustemperatur ligger på cirka 21 C. I figur 3 beskrivs energibehovet samt solvärmetillskottet över årets tolv månader i en villa. Det totala uppvärmningsbehovet är på 19000 kwh, varav 15000 kwh är värme och 4000 kwh varmvatten. Solinstrålningen är 1000 kwh/ m 2 år och solpanelerna levererar 440 kwh/ m 2 år. I detta fall är 8,6 m 2 solfångare installerat. Energibehov [kwh] 3000 2500 2000 1500 1000 500 Värmebehov fördelat över ett år 15000 kwh 4000 kwh Totalt Sol 8,6 m2 Sol 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Månad Figur 3: Fördelning av ett värmebehovet över året. 15000 kwh till värme och 4000 kwh för varmvatten. Tillskottet från 8,6 m2 solpanel finns även med. Figuren ger en god uppfattning om värmebehovets fördelning samt solvärmens möjligheter att bidra med solvärme över ett år. I detta fall visas solvärmetillskottet i form av en planglasad solfångare. 16

5 Inkoppling av solvärme mot fjärrvärme 5.1 Fjärrvärmenätet med undercentraler Fjärrvärmenätets utgångspunkt är där värmeverket eller kraftvärmeverket är placerat. Beroende på hur statsarkitekturen ser ut förgrenar sig nätet ut till stadens bostadsområden. Nätet består av en kulvert som transporterar ut varmvatten och en returledning där det förbrukade nu avkylda vattnet leds tillbaka. Beroende på hur mycket värme som ska ledas ut dimensioneras kulvertens diameter upp i storlek. Vid större kraftverk innebär detta en stor diametern på kulverten i stamledningen och eventuellt flera parallella kulvertar för att klara av utförseln av värme. Från kraftvärmeverket i Örebro går fem parallella kulvertar med en diameter på 70 cm ut och förser staden med värme. Maximala produktionen i detta kraftverk är på vintern ca 450 MW värme och 60 MW elektricitet [10]. Beroende på årstiden är temperaturen på vattnet som lämnar kraftvärmeverket i värmekulverten olika. På vinterhalvåret ligger framledningstemperaturen på omkring 100 C och sommartid på ca 75 C [10]. Detta för att värmeförlusterna ökar vintertid. Ett längre avstånd kraftvärmeverket till slutkund innebär även det högre förluster och kräver en högre utgångstemperatur för att kunna garantera tappvatten på 60 C. I större nät förbrukas värmen allt som oftast via en undercentral. Detta innebär att värmen på fjärrvärmenätet förbrukas i en gemensam punkt i stället för att varje hushåll skulle ha sin egen värmeväxlare och ta värme från nätet. På detta vis görs fjärrvärmenätet mindre komplext och lättare att kontrollera. Med flera regleringar blir ett system mer komplext vilket kan generera fler störningar på nätet. Hur värmen tas till vara på i undercentralen finns det en rad olika lösningar på beroende på omständigheterna i värmesystemet på aktuell plats. Principen i samtliga är att de överför värme till varmvatten samt värme via ett antal värmeväxlare. De solvärmeanläggningar som utvärderats i denna rapport har samtliga en 2-stegskoppling som grund i undercentralen. Se figur 4. Denna typ använder tre värmeväxlare för att tillgodose värmebehovet till undercentralen. Fjärrvärmen går primärt in i två värmeväxlare som reglerar varmvatten och värmen i huset. Returen från värmeväxlaren som används till värme förvärmer varmvattnet. 2-stegskopplingen är den vanligast förekommande och använder returen från radiatorvärmaren till att förvärma varmvattnet [11]. Figur 4: Systemskiss på undercentral med 2-stegskoppling. 17

5.2 Teknik inkoppling solvärme: tre lösningar Vid inkoppling av solvärme till hushåll som värms med fjärrvärme finns inga självskrivna lösningar, utan de rådande omständigheterna i befintligt system avgör konstruktionen. Genom att generalisera lösningarna går de flesta att placera in i något av de tre alternativen i figur 5. 5.2.1 Primäranläggning I detta system är solvärmen kopplad direkt på fjärrvärmenätets kulvert och levererar solvärme via en värmeväxlare. Detta ger en relativt enkel lösning med mindre reglering och styrning. En lösning på detta är att ta en del av returvattnet i fjärrvärmekulverten och värma upp och skicka tillbaks in på framledningen. Denna anläggning kan i princip byggas hur stor som helst, då överskottet av producerad värme säljs till fjärrvärmebolaget. 5.2.2 Sekundäranläggning Minimi alternativet Denna lösning dimensioneras för att tillgodose varmvattenbehovet samt förlusterna i varmvattencirkulationen momentant när solen lyser som mest på dagen sommartid. I denna teknik förvärmer solvärmen inkommande kallvatten momentant och systemet kräver ingen lagringsvolym. Räcker solvärmen inte till att höja varmvattnet till önskad temperatur kommer fjärrvärmen att göra detta. Fjärrvärmen är i denna anläggning den primära och solvärmen den sekundära värmekällan. Då ingen lagringsvolym finns i systemet är det viktigt att solvärmen inte överdimensioneras, vilket kan medföra höga temperaturer med onödiga påfrestningar som följd. Som riktvärde för denna dimensionering är att ytan solfångare per 100 m 2 boyta inte bör överstiga 1,5 m 2. 5.2.3 Sekundäranläggning Maximi alternativet Denna lösning dimensioneras för att tillgodose upp till hela behovet av varmvatten och förlusterna i varmvattencirkulation samt värmebehovet under sommarmånaderna. Denna lösning, likt Sekundäranläggning - Minimi, förvärmer inkommande kallvattnet. För att tillgodose samtliga värmebehov sommartid behövs normalt cirka 3 m 2 solfångare per 100m 2 boyta. Systemet behöver en ackumulatortank på cirka 100l per m 2 solfångare för att lagra producerad energi på dagen för att tillgodose hela dygnets energibehov. Figur 5: Aktuella inkopplingar av solvärme där fjärrvärme används till uppvärmning. 18

5.3 Vedertagna tekniklösningar 5.3.1 Förvärmning av rör på solvärmeslingan Syftet med förvärmning av rören på solsidan är att undvika att köldmediets temperatur är lägre än vattnet i ackumulatortanken vid drift. En lägre temperatur i köldmediet medför att ackumulatortanken laddas ur istället för upp. Förvärmning kan ske med två olika lösningar. 5.3.1.1 Alternativ 1 Förvärmning av rör på solvärmeslingan sker med hjälp av en värmeväxlare. Systemet består av fyra temperaturgivare (T1-T4), två cirkulationspumpar (CP1-CP2), en värmeväxlare (VVX) samt en reglercentral (RC) enligt figur 6. Figur 6: Systemskiss förvärmning med värmeväxlare. Systemet styrs enligt följande: a. När temperaturen T1-T2 T diff startar cirkulationspump 1 (CP1), Rekommenderat värde är T diff = 1. CP1 stoppas när T1-T2 T diff. Rekommenderat värde är T diff = 3. b. När temperaturen T4-T3 T diff startar cirkulationspump 2 (CP2). Rekommenderat värde är T diff = 5. CP2 stoppas när T4-T3 T diff. Rekommenderat värde är T diff = 3. Enkelt förklarat skiljs 2 system med olika medier av värmeväxlaren. På solsidan cirkulerar en glykolblandning och i värmelagret cirkulerar dövatten. Värmeväxling från solen till ackumulatortanken sker när båda cirkulationspumparna är i drift. 5.3.1.2 Alternativ 2 Förvärmning av solvärmeslingan sker med en 3-vägs motorstyrd shuntventil. Denna lösning består av tre temperaturgivare (T1-T3), en cirkulationspump (CP), en 3-vägs motorstyrd shuntventil (SV) samt en reglercentral (RC) enligt figur 7. 19

Figur 7: Systemskiss förvärmning med shuntventil c. När temperaturen T1-T2 T diff startar cirkulationspumpen (CP). Rekommenderat värde är T diff = 1. CP stoppas när T1-T2 T diff. Rekommenderat värde är T diff = 3. d. När temperaturen T3-T1 T diff öppnas shuntventilen till ackumulatortanken och tanken börjar laddas med solvärme. Rekommenderat värde är T diff = 3. När T3-T1 T diff stängs shuntventilen mot ackumulatortanken. Rekommenderat värde är T diff = 1. I detta system sker värmeväxlingen till ackumulatortanken via en värmeväxlare i ackumulatortanken. Vilken väg köldmediet cirkuleras styrs av shuntventilen, vars läge styrs av köldmediets temperatur (T3) innan shuntventilen. 5.3.2 Nivåstyrd inmatning av solvärme i ackumulatortank För att öka effektiviteten i en ackumulatortank bör skiktning i tanken eftersträvas. Genom att reglera var solvärmen leds in i tanken efter värmeväxling kan skiktningen förbättras. Detta utförs vanligtvis med en 3-vägs motorstyrd shuntventil (SV) som är temperaturstyrd. Se figur 8. Temperaturen på köldmediet, T1, jämförs med förställda värden i reglercentralen, som därefter styr shuntventilens position. Vatten som överstiger en uppsatt gränsvärde leds in i toppen på tanken. Figur 8: Nivåstyrd inmatning av solvärme i ackumulatortank. 5.3.3 Temperaturreglering vid värmeväxling ackumulatortank till kallvatten För att öka verkningsgraden vid värmeväxling är det viktigt att få stora temperaturdifferenser på mediet mellan in och utlopp. En låg temperatur T1 är önskvärd för att optimera ackumulatortankens drift mot solvärmen. Samtidigt måste en given temperatur ut, T2, på kallvattnet säkerställas. Genom att registrera dessa temperaturer kan en tvåvägs shuntventil (SV) via en reglercentral (RC) styra dessa temperaturer för optimal drift. Se figur 9. 20

Figur 9: Temperaturreglering vid värmeväxling till kallvatten 5.3.4 Levererad energi Energitillskottet från solen mäts med två temperaturgivare och en flödesmätare, se figur 10. Dessa är anslutna där in och utloppet sker av inkommande kallvatten. Förluster i värmeväxlare och energilager (ackumulatortank) uppstår före denna mätning, vilket innebär uppmätt producerad energi gäller för hela systemet och inte för solfångarna. Skulle enbart levererad solvärme från solfångaren mätas skulle flöde och temperaturer mätas i direkt anslutning till denna. Figur 10: Mätning av solvärmesystemets energitillskott. 21

5.4 Enskilda komponenter 5.4.1 Solfångare Solfångaren är där solens värme genom solstrålning tas tillvara. Solfångarens huvudkomponent är absorbatorn. Det är denna som träffas av den instrålande solen och överför värmen till köldmediet i systemet. Hur absorbatorn ser ut varierar med modell och typ av solfångare. De tre varianter som finns av solfångare på marknaden idag är: - Lågtempererade solfångare eller pool-solfångare - Planglasade solfångare - Vakuumrör solfångare 5.4.1.1 Pool solfångare Pool-solfångaren består endast av en matta av parallellt kopplade rör där vatten cirkulerar och värms upp. Materialet i mattan är vanligtvis en plast som beständigt mot direkt solljus. Konstruktionen är väldigt enkel och priset är lågt. Solfångaren levererar endast låga temperaturer beroende på sin enkla och oisolerade konstruktion. Främsta användningsområdet är för uppvärmning av pooler. 5.4.1.2 Planglasad solfångare En planglasad solfångare kan beskrivas som en låda isolerad i fem riktningar och med en glasruta i den sjätte riktningen. Se figur 11. I lådan ligger absorbatorn som tar upp solens ljus i form av kortvågig frekvens. Solstrålningen värmer upp absorbatorn som överför värmen till ett köldmedium. För att minska reflektionen på glasrutan är den antireflexbehandlad. Absorbatorn är behandlad med ett selektivt ytskikt, vilket minskar värmestrålningen till luften och därmed minskar värmeförlusterna. 5.4.1.3 Vakuumrör Denna solfångare består av flera parallellt anslutna vakuumrör. Ett vakuumrör består av ett glasrör som innesluter absorbatorn. Glasröret sluts tätt och töms därefter på luft, vilket innebär att absorbatorn befinner sig i ett vakuum. Detta innebär att värmeförlusterna från absorbatorn minimeras. Utformningen av vakuumrör, främst genom absorbatorn, finns i flera olika varianter. Figur 11: Genomskärning på en planglasad solfångare. 5.4.2 Ackumulatortank En ackumulatortank är en behållare fylld med vatten för att lagra energi i. Temperaturen på vattnet avgör hur mycket energi som finns lagrat i tanken, varmt vatten innebär mycket energi i tanken. För att bevara värmen i tanken bör den vara isolerad med mineralull eller liknade. Konstruktionen på tanken kan variera efter önskemål beroende på volym. Beroende på 22

fabrikat finns värmeväxlaren där solvärmen tillförs inbyggd i tanken via en så kallad solslinga. 5.4.3 Drivpaketet Drivpaketet består av en cirkulationspump som slås till och från på signal från en reglercentral. Reglercentralens uppgift är att ge signaler till cirkulationspumpen när den ska vara i drift. Normal driftläge för cirkulationspumpen är när temperaturen i solfångaren är högre än temperaturen i ackumulatortanken, alternativt dit solens värme ska växlas. Normalt sätts även en temperaturdifferens på 5 C för att säkerställa att köldmediet är varmare än vattnet i ackumulatortanken, då det kan kylas på vägen mellan solfångaren och tanken. 5.4.4 Expansionskärl Ett expansionskärl fyller syftet att ta upp volymökningar vid höga temperaturer i ett medium. Detta minimerar risken för onödiga påfrestningar och sprängrisk genom övertryck i systemet. I ett solvärmesystem finns ett expansionskärl för köldmediet i solvärmekretsen samt eventuellt ett expansionskärl för ackumulatortanken, beroende på om tanken är öppen eller trycksatt. En trycksatt ackumulatortank kräver ett expansionskärl. 5.4.5 Köldmedium Köldmediet transporterar absorberad värme från solen ner till ackumulatortanken. Som köldmedium i solfångarna används vanligtvis propylenglykol. Propylenglykol har låg fryspunkt för att undvika frysning och sprängrisk på vintern, samt hög kokpunkt, för att i mesta mån undvika att partiell förångning uppstår. 5.4.6 Luftavskiljare I större system sätts luftavskiljare in i systemet för att avlägsna oönskade luftbubblor i köldmediet. Luftbubblorna försämrar cirkulationen i solfångarna samt sänker de termiska egenskaperna, vilket försämrar prestandan i systemet. När mediet kommer in i avskiljarens kammare bromsas flödeshastigheten upp betydligt, vilket gör att större luftbubblor flyter upp till toppen av kammaren. Mindre bubblor fastnar i ett uppsamlings/avlägsningsfilter på grund av att kapillärkrafter. Bubblorna slås samman och blir tillslut stora nog och stiger upp till kammarens topp. I toppen sitter en automatisk alternativt manuell avluftningsventil som avlägsnar luften ur kammaren. 5.4.7 Värmeväxlare Syftet med värmeväxlaren är att flytta värme från ett medium till ett annat. Den vanligaste varianten är en plattvärmeväxlare, bestående av ett antal plattor där två medier flyter igenom. För att optimera värmeväxlingen ska de två medierna rinna mot varandra. I ackumulatortankar byggda för solvärme är det vanligt förekommande att värmeväxlaren är inbyggd i tanken. 23

6 Dimensionering av solvärme 6.1 Beräkning av värmebehov: Tre varianter För att dimensionera solvärmeanläggningen optimalt ska anläggningen täcka systemets värmebehov under önskad tid. För att detta ska vara möjligt måste tilltänkt objekts värmebehov kartläggas för att avgöra hur mycket solvärmen kan bidra med. Beroende på lösning av solvärmeanläggning som ska installeras skiljer sig detta förfarande något. För en primäranläggning finns det i princip inga begränsningar för hur mycket solvärme som ska produceras då överskottet kan säljas till fjärrvärmeleverantören. För att dimensionera sekundäranläggningarna är det däremot viktigt att beräkna hur stort värmebehovet är på sommarhalvåret när anläggningarna ska fungera optimalt. Detta behov består främst av tappvatten samt tappvattencirkulation plus eventuellt lite värme. Det finns ingen anledning att överdimensionera sekundäranläggning, vilket endast genererar ökade värmeförluster då värmen ej kan tas tillvara. Detta medför även ökade kostnader och en minskad lönsamhet för investeringen. Vid större anläggningar är det en tidsödande process om varje enskilt hushålls värmebehov till varmvatten skulle beräknas på exakta grunder. I stället görs det en mer uppskattad beräkning för att avgöra det årliga behovet. Finns det befintliga driftsdata som kan ge information om förbrukningen och inkommande kallvattens temperatur är det bra. Tänkbara mätdata som kan finnas tillgängliga i många fall när fjärrvärme används är: - Köpt och förbrukad fjärrvärme per månad - Förbrukad mängd varmvatten per månad - Förbrukad mängd kallvatten per månad - Inkommande kallvatten temperatur Dessa driftdata ökar noggrannheten avsevärt i en kalkyl på värmebehovet. Nedan följer tre olika tillvägagångssätt för att beräkna värmebehovet. Resultatet av dessa bör ge ett likvärdigt resultat. 6.1.1 Alternativ 1: Förbrukad mängd kallvatten och varmvatten Som utgångspunkt beräknas ett uppskattat kallvattenbehov efter hur stor boyta som finns i hushållen där solvärmen ska installeras. Kallvattenproduktionen beräknas enligt ekv.1. KV = A V ekv.1 boyta där KV är kallvattenförbrukningen i kubikmeter [m 3 ], A är hushållens totala boyta i kvadratmeter [m 2 ] och V är volymförbrukningen av kallvatten per kvadratmeter boyta [m 3 /m 2 ]. Värdet på V ligger vanligtvis omkring 2 m 3 /m 2. Utvärderade anläggningar i rapporten har värden i intervallet 1,84-2,02 m 3 per m 2 boyta. För ytterligare info, se Bilaga 2. När kallvattenförbrukningen är känd kan varmvattenförbrukningen procentsats av kallvattenförbrukningen uppskattas enligt ekv.2. VV = KV a ekv.2 Där VV är förbrukad volym varmvatten [m 3 ] och a är procentsatsen varmvatten av kallvatten. Värdet på a bestäms genom uppskattning baserad på tidigare erfarenheter av driftsdata. 24

Utvärderade anläggningar i denna rapport har ett värde på a i intervallet 0,30 0,41 och ett värde på VV i intervallet 0,50 0,77 m 3 /m 2 boyta. För ytterligare info, se Bilaga 2. När volymen förbrukat varmvatten är känd kan värmeförbrukningen Q som åtgår till värmebehovet för varmvatten plus varmvattencirkulation till slutkund beräknas enligt ekv.3. Q förbrukning = c VV T ekv.3 p där c p är specifika värmekapaciteten för vattnet, VV är volymen förbrukat varmvatten och T är temperaturskillnaden på inkommande kallvatten och avgett varmvatten. Normalvärden för inkommande kallvatten är 5-8 C och avgivet varmvatten runt 60 C, vilket medför ett T på cirka 55 C. Då varmvattenförbrukningen är jämt fördelad över årets månader kan det totala energibehovet för tappvarmvatten för en sommarmånad antas vara Q förbrukning /12. Denna värmeförbrukning för tappvatten bör överensstämma relativt bra med köpt fjärrvärme under månaderna juni, juli och augusti, då dessa månaders värmebehov kan antas vara försumbart. 6.1.2 Alternativ 2: Förbrukning av köpt fjärrvärme Finns uppgifter tillgängliga på hur mycket fjärrvärme som använts under året går en uppskattad beräkning att göra utefter dessa. Uppköpt fjärrvärme har används till uppvärmning, varmvatten samt varmvattencirkulation. Genom att använda fördelningen av värmebehovet över året från tidigare erfarenheter, kan sommarmånadernas värmebehov beräknas. Fördelningen av värmebehovet under ett år beskrivs i tabell 1. Tabell 1: Fördelning på totalt värmebehov i form av uppvärmning, tappvatten och tappvattencirkulation över ett år. 1 Månad Jan Feb Mars April Maj Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dec Tot Andel 141 124 116 90 65 32 28 27 46 80 114 138 1000 I månaderna juni, juli och augusti kan värmebehovet antas bestå av endast varmvatten och varmvattencirkulation. Den genomsnittliga förbrukningen av fjärrvärme var 2004 i Sveriges flerbostadshus 163 kwh fjärrvärme per m 2 boyta [12]. Utvärderade anläggningar i denna rapport har en förbrukning av fjärrvärme i intervallet 169 204 kwh / m 2. För ytterligare info, se Bilaga 2. 6.1.3 Alternativ 3: Förbrukning varmvatten enskilt hushåll Det alternativ som ger bäst överensstämmelse med verkligheten är att kartlägga varje enskilt hushålls varmvattenförbrukning över dygnet. I detta fall kan varmvattenförbrukningen beräknas med hjälp av tabell 2, vilket ger dagliga varmvattenförbrukning i ett enskilt hushåll [8]. Tabell 2: Genomsnittlig tappvarmvattenförbrukning vid dagligsysslor. Tvätta händerna 2-4 Liter Tvätta håret 8-12 En dusch 30-60 Fullt badkar 130-160 Disk (per dag) 14-17 1 Baserat på driftdata för fjärrvärmebehov på undercentral på Apelvägen 49, Örebro. 25