Utnyttjande av fjärrvärmereturen för uppvärmning av bostäder

Umeå universitet 2005-05-25 Tillämpad fysik och elektronik I samarbete med Umeå energi Utnyttjande av fjärrvärmereturen för uppvärmning av bostäder Examensarbete i energiteknik, 20 poäng Daniel Hedman Civilingenjörsprogrammet i energiteknik Handledare: Sture Sikström, Umeå energi Anders Lundin, Umeå universitet

Sammanfattning Vid Umeå universitet har tidigare U Ottosson et al. [2003:1, 2] genomfört en studie där möjligheten att utnyttja fjärrvärmereturen till att förse bostäder med värme och varmvatten har studerats. Den här studien utgör en fortsättning på deras arbete genom att en installation i en fastighet genomförts och konsekvenserna av att där utnyttja fjärrvärmereturen som värmekälla har utvärderats. Vidare har systemkonsekvenserna av en sänkt returtemperatur studerats samt hur en framtida anslutning av fastigheter till fjärrvärmereturen kan komma att se ut. I den studerade centralen har fjärrvärmereturen fungerat som en förvärmare av vattnet i radiatorkretsen och tappvarmvattenkretsen som sedan, efter behov, spetsvärmts med prima fjärrvärme. Mätning av den överförda effekten i centralen har genomförts under perioden 21/2 till 21/4 2005. Resultatet visar på goda förutsättningar för att kunna ta till vara på ytterliggare värme från fjärrvärmereturen och under den studerade mätperioden täcktes 38,6 % av fastighetens värme- och tappvarmvattenbehov av fjärrvärmereturen. Täckningsgraden är starkt beroende av den tillgängliga, inkommande, returtemperaturen och eftersom denna temperatur inte hållit samma höga nivå i den studerade centralen som den Ottosson et al. antagit i deras studie, så har inte heller resultatet givit en lika hög täckningsgrad. Returtemperaturen har kunnat sänkas med, i genomsnitt, 3,9 C och behovet av prima fjärrvärmeflöde har kunnat minskas med 34 % i jämförelse med tidigare år. Studien visar även på att det finns stora besparingar att göra i produktionsanläggningarna om returtemperaturen kan sänkas. För den antagna produktionsbilden år 2008 beräknas en sänkning av temperaturen hos fjärrvärmereturen, från 50 C till 45 C, medföra en möjlig besparing på 3,9 miljoner kronor för samtliga av Umeå energis produktionsanläggningar. Det är främst i rökgaskondenseringen samt i värmepumparna som besparingen sker, men även värmeförlusterna och behovet av pumpenergi minskar. Den framtida användningen av fjärrvärmereturen har studerats genom att ett område i Umeå, Rödäng, bestående av 334 hushåll, antas anslutas till fjärrvärmenätet via en blockcentral som tar en del av värmebehovet från fjärrvärmereturen. Genom att ansluta området på så sätt kan både kostnaden för anslutningen minskas samt en sänkt returtemperatur möjliggöras. Vid en anslutning av hela området beräknas installationskostnaden kunna minskas med 7 250 kronor per fastighet samt att en årlig besparing på 107 000 kronor möjliggörs i produktionsanläggningarna. 2

Abstract At Umeå University U Ottosson et al [2003:1, 2] have previously conducted a study on the possibility to use the return flow from the district heating system to heat houses and supply them with hot water. This study continues that work by modifying a district heating sub station to be able to extract heat from the return flow of the district heating system and then study the consequences. A second subject for this study has been how the production units will react to a lowered return temperature from the district heating system and finally the study includes a future possibility of how to connect houses to the return flow of the district heating system. In the modified sub station the return flow of the district heating system is used to pre heat the radiator flow and the hot water flow which, if necessary, gets additional heat from the first-rate district heat. From February 21 to April 21 2005 the heat transfer was logged for the sub station and the result shows that there is a good possibility to take parts of the needed heat supply for the house from the return flow of the district heat. During the logged period the results showed that 38,6 % of the houses total heat supply could be covered by the return flow. How much of the needed heat supply that the return flow can cover is highly dependent on the temperature of the incoming return flow. Since the temperature of the incoming return flow at the studied sub station did not hold as high temperature as the temperature that Ottosson et al assumed in their study, the resulting amount of heat supplied by the return flow has not reached the same level as Ottossons study shows. The modification of the sub station has resulted in a average lowering of the temperature of the return flow with 3,9 C and a reduced need in first-rate district heat flow with 34 %, compared to the same period previous year. The study also shows that a lowered temperature of the return flow leads to a substantial decrease in production costs. For the assumed production system of the year 2008 a decreased temperature of the return flow from 50 C to 45 C will lead to a possible decrease in production costs of 3,9 million Swedish kronor for the production facilities in Umeå. The reduction of the production costs can mainly be connected with the condensers of the smoke heat, but also with the heat pumps, the lowered general heat losses and the reduced amount of required pump energy. The studied example of a possible future use of the return flow consists of the assumption that a residential area in Umeå, called Rödäng, consisting of 334 households, connects to the return flow in a common sub station. By the use of such a common sub station, the study shows that both the costs for connecting the residential area to the district heat network will be reduced and that it also will leads to a lowered temperature for the return flow. Connecting the area in this way will lead to a calculated reduction of the installation cost with 7 250 Swedish kronor per house and a possible, annual, reduction of the production costs with 107 000 Swedish kronor. 3

Innehållsförteckning 1 BAKGRUND... 6 1.1 Problemformulering och syfte... 6 2 TEORI... 7 2.1 Exempel på tidigare studier inom området... 7 3 INTRODUKTION TILL DENNA STUDIE... 10 4 DEN MODIFIERADE CENTRALEN... 11 4.1 Modifieringens syfte... 11 4.2 Val av fastighet... 11 4.3 Val av nivå på returtemperaturen vid dimensionering... 13 4.4 Dimensionering av värmeväxlare... 15 4.5 Val av mätutrustning... 17 4.5.1 Flödesmätning... 17 4.5.2 Temperaturmätning... 17 5 REDOVISNING AV MÄTRESULTAT... 18 5.1 Mätprocessen... 18 5.2 Resultat av temperaturmätningen... 19 5.2.1 Utvärdering av antaganden gjorda vid dimensioneringen... 19 5.2.2 Varmvattenförbrukningen... 19 5.2.3 Returtemperaturen... 20 5.2.4 Temperaturer i radiatorkretsen... 21 5.2.5 Jämförelse mellan inkommande retur och total retur... 22 5.3 Beräknad effektfördelning... 24 5.3.1 Diskussion kring effektfördelningen... 28 5.4 Minskat flödesbehov... 29 6 SYSTEMKONSEKVENSER... 30 6.1 Inledning... 30 6.2 Nulägesbeskrivning... 30 6.3 2008 års produktionsbild... 32 6.4 Olika produktionsenheters inverkan på produktionskostnaderna... 33 6.4.1 Värmepumparna... 34 6.4.2 Rökgaskondensering... 34 6.4.3 Kraftvärmeproduktionen... 36 6.4.4 Värmeförluster och pumpkostnader... 37 6.4.5 Leveranskapacitet... 37 6.5 Besparingsberäkning... 38 6.5.1 Värmepumparna... 39 6.5.2 Rökgaskondenseringen... 39 6.5.3 Kraftvärmeproduktionen... 40 6.5.4 Värmeförluster... 40 6.5.5 Pumpkostnader... 41 6.5.6 Minskat prima flödesbehov... 41 6.6 Sammanställning av besparingsberäkningarna... 42 4

7 FRAMTIDA ANVÄNDNING... 43 7.1 Inledning... 43 7.2 Den studerade blockcentralen... 44 7.3 Kostnadsfördelning... 45 7.4 Kostnadsberäkningar för området Rödäng... 46 7.4.1 Alternativ 1. 203 fastigheter, halva området... 46 7.4.2 Alternativ 2. 334 fastigheter, hela området... 48 7.4.3 Centralen på Historiegränd... 49 7.5 Sammanfattning av den framtida användningen... 49 8 DISKUSSION... 50 8.1 Centralen på Historiegränd och Ottossons studie... 50 8.2 Besparingen av att utnyttja fjärrvärmereturen... 51 8.3 Den framtida användningen av fjärrvärmereturen... 52 9 SLUTSATS... 54 10 AVSLUTNING... 55 11 KÄLLFÖRTECKNING... 56 11.1 Litteratur... 56 11.2 Samtal... 56 11.3 Umeå energi... 56 11.4 Internet... 56 APPENDIX A... 57 1) Dimensioneringsberäkningar för centralen på Historiegränd... 57 2) Sommarfallet... 59 3) Sammanfattning av dimensioneringen... 59 APPENDIX B... 60 5

1 Bakgrund Under åren 2002-2003 genomförde Ottosson et. al. [2003:2] en simuleringsstudie med rubriken Utnyttjande av fjärrvärmereturen för uppvärmning av bostäder. Där gjordes beräkningar på hur stor del av en fastighets värme- och tappvarmvattenbehov som kan täckas av fjärrvärmereturen. I den simulerade centralen utnyttjades fjärrvärmereturen till att förvärma vattnet i fastighetens radiatorkrets som sedan, efter behov, fick spetsvärmas med prima fjärrvärme. Fjärrvärmereturen användes också till förvärmning av tappvarmvatten. Studien visade på en lovande potential både för fastigheter med uttalade lågtemperatursystem och med mer traditionella uppvärmningssystem. 1.1 Problemformulering och syfte Denna studie är en fortsättning på den studie som Ottosson et. al. [2003:2] gemomförde och behandlar de praktiska konsekvenserna av att använda fjärrvärmereturen till att i första hand värma bostäder. Studien har tre huvudfrågeställningar: 1. Hur fungerar utnyttjandet av fjärrvärmereturen i en faktisk byggnad? 2. Vilka systemkonsekvenser får en anslutning till fjärrvärmereturen? 3. Hur kan en framtida anslutning till fjärrvärmereturen i Umeå se ut? För att besvara fråga 1 har en fastighet valts ut där abonnentcentralen modifierades för att kunna nyttja fjärrvärmereturen. Mätning av hur centralen fungerar har skett under vårvintern 2005 och erfarenheter, mätresultat samt analys redovisas nedan. För att besvara fråga 2 har produktionen och distributionen av fjärrvärme studerats utifrån hur dessa påverkas av en sänkt returtemperatur. För att besvara fråga 3 har ett bostadsområde som håller på att anslutas till fjärrvärmenätet i Umeå studerats och en bedömning har gjorts över vilka möjligheterna är att ansluta bostadsområdet till fjärrvärmereturen. 6

2 Teori 2.1 Exempel på tidigare studier inom området I Ottossons et. al. [2003:1] förstudie Flexibla lösningar för fjärrvärme, undersöktes möjligheterna att ansluta ett bostadsområde till fjärrvärmens returledning. I en uppföljande studie, Utnyttjande av fjärrvärmereturen för uppvärmning av bostäder [Ottosson 2003:2] utvecklades simuleringsmodellen och Ottossons studie är grunden för den här studien och sammanfattas därför mer ingående. Fortsättningsvis kommer Ottossons et al. arbete att refereras till som endast Ottossons. Det har dock ingått fler personer än Ottosson i arbetsgruppen. Ottosson har simulerat en blockcentral och dess anslutna fastigheter med hjälp av programvaran TRNSYS 1. Beräkningar har gjorts för olika dimensionerade uppvärmningssystem samt för olika ingående returtemperaturer och studien visade på en god potential för sänkning av returtemperaturen i fjärrvärmenätet. Som referensområde valde Ottosson [2003:2] ett bostadsområde i Umeå, Böleäng. Området i fråga är relativt tättbebyggt och består av ca 100 normalstora villor byggda i slutet av 60- och början av 70-talet. I närheten av bostadsområdet går en av fjärrvärmenätets huvudledningar, som försörjer en större industri (Volvo lastvagnar) samt ett bostadsområde i Röbäck med värme. Temperaturer i fjärrvärmesystemet är hämtade ur programvaran GRADES Heating, där Umeå energis hela fjärrvärmenät finns inlagt. I stället för att ansluta fastigheterna direkt till fjärrvärmenätet valde Ottosson att koppla samman dem i ett lokalt distributionsnät med en blockcentral, se figur 2.1. En blockcentral ger större flexibilitet vid förändring av yttre förutsättningar. Ottosson ger exemplet att om fjärrvärmenätets returtemperatur blir betydligt lägre i framtiden än vad den är i dag, så är det rationellare att vidta åtgärder på ett ställe än i varje enskild fastighet. Distributionen efter blockcentralen sker i ett 4-rörssystem där två rör förser fastigheterna med värme och två rör cirkulerar tappvarmvattnet. Figur 2.1 En förenklad bild över hur fastigheter kan kopplas till fjärrvärmenätet via en blockcentral. Enligt [Ottosson 2003:2]. 1 TRNSYS A Transient System Simulation Program Huvudansvaret för programmet ligger hos Solar Energy Laboratory i Madison, Wisconsin, USA, och har utvecklats till att kunna tillämpas vid simulering av en mängd olika system, som exempelvis solvärme, fjärrvärme, värmelagring, fastighetsuppvärmning, luftkonditionering och kylning. 7

De system som Ottosson [2003:2] simulerat är: ~ Två golvvärmesystem; ett med en framledningstemperatur på 40 C och med en returledningstemperatur på 30 C (brukligt vid konvertering) samt ett med en framledningstemperatur på 35 C och returledningstemperatur på 25 C (nybyggnation). ~ Tre olika radiatorsystem; ett högtemperatursystem (80 C/60 C), ett 60 C/40 C-system samt ett lågtemperatursystem (45 C/35 C). Simuleringen gjordes för perioden 1/1 till 18/5 1989 och resultaten redovisas i tabell 2.1. Medeltemperaturen i huvudnätets framledning för den simulerade perioden var 92,3 C och medeltemperaturen för returledningen var 47,6 C. Den simulerade varmvattenkretsen antogs följa en generaliserad tappningsprofil, utan hänsyn till helger, ledigheter eller årstidsberoende. En normal familj antogs här förbruka 200 liter varmvatten per dygn. Tabell 2.1 En sammanställning av resultaten från Ottossons [2003:2] simuleringar av olika värmesystem. Tabellen visar den totala returtemperaturen för systemet då fjärrvärmereturen används till att förvärma radiatorkretsen och tappvarmvattnet, samt den resulterande temperatursänkningen och hur stor del av det totala värmebehovet (inklusive tappvarmvatten) som beräknas täckas av returen. Värmesystem Returtemperatur från blockcentralen Resulterande temperatursänkning Del av totalt värmebehov som täcks av returen C C % Golv 35/25 38,5 9,1 85 Golv 40/30 39,4 8,3 85 Rad 45/35 40,6 7,0 85 Rad 60/40 41,8 5,8 85 Rad 80/60 45,9 1,8 42 Simuleringen visade att den modifierade blockcentralen gav en sänkning av returtemperaturen med 8-9 C vid anslutning av hus med golvvärmesystem (40/30 eller 35/25) och en sänkning med 6-7 C vid anslutning av hus med radiatorsystem (60/40 eller 45/35), under den studerade perioden. För de simulerade systemen täcktes det totala energibehovet till ca 85 % av returen. Undantaget var ett strikt 80/60-system där endast 42 % av det totala energibehovet kunde täckas av returen. För två av de studerade systemen; ett golvvärmesystem (40/30) samt ett radiatorsystem (60/40) studerade Ottosson effekten av en sänkning respektive höjning av temperaturen på det inkommande returflödet med 5 C. För 60/40-systemet visade denna känslighetsanalys att även med en lägre ingående returtemperatur (5 C lägre, alltså 42,6 C) kunde en stor del (76 %) av energibehovet (inklusive tappvarmvatten) tillgodoses genom värmeväxling mot fjärrvärmens returledning. Ottosson rekommenderar avslutningsvis att ett eller flera flerfamiljshus ansluts till fjärrvärmenätet enligt huvudprinciperna i den simulerade blockcentralen. Blockcentralen, såväl som enskilda fastigheter, bör förses med mätutrustning för att en utvärdering ska kunna göras. 8

O Sandbergs och H Johanssons rapport Årsmedelkylningen 2 i Umeås FV-system [1988] innehåller en sammanställning av årsmedelkylningen under 1987 i olika områden av Umeås fjärrvärmesystem. 1987 varierade årsmedelkylningen från 32 C (Volvo Lastvagnar) till 56 C (Ålidhem). I genomsnitt var årsmedelkylningen i nätet 44,7 C. Kommentar: Utbyggnad och effektivisering av både produktionen och fjärrvärmenätet har troligen förändrat årsmedelkylningen, men studien ger ändå en fingervisning om vilka områden som har en bättre årsmedelkylning och vilka områden som har en sämre, även för år 2005. Stora förändringar i nätet, som påverkar avkylningen, har skett genom utbyggnad i nätets utkanter och områden där ingen större nyetablering av fjärrvärme skett sedan 1987 kan rimligtvis antas ha samma avkylning i dag. Ålidhemsområdet är ett område där inga större förändringar har skett sedan 1987. I förstudien Inverkan på returtemperaturen vid ackumulering av tappvarmvatten i abonnentcentraler [Sikström 1989] påvisas möjliga besparingar som följd av en lägre primär returtemperatur. Sikström använder sig av Umeås fjärrvärmenät och resultatet blir att en sänkning av returen med 1 C kan resultera i en besparing på 0,5-1 kr/(totalt levererad MWh värme), utifrån 1989 års prisnivå. Av detta kan 0,1 kr härledas till minskade värmeförluster och 0,08 kr till minskat energibehov i pumpar. Sikström studerar hur olika produktionsdelar påverkas av en sänkt returtemperatur och det största bidraget till besparingen visar sig komma från den förbättrade värmefaktorn hos värmepumparna som beräknas kunna bidra med 1,16 kr för varje levererad MWh värme från värmepumparna och grad sänkt returtemperatur. Hur stor andel av den totala besparingen på 0,5 1 kr som Sikströms resultat visar på, beror på hur mycket värme som produceras i värmepumparna. Fjärrvärmeföreningen, FVF, sammanställde i juni 2000 en publikation, Avkylningen i ett fjärrvärmesystem [FVF 2000], där fjärrvärmeföreningens då kända kunskap angående avkylningen i ett fjärrvärmesystem finns sammanställd. Syftet med rapporten var att upplysa om de besparingar som går att göra genom att effektivisera fjärrvärmeanvändningen. Rapporten visar på de konsekvenser som en sänkning av fjärrvärmereturen medför. Även konsekvenserna av en sänkt framledning beaktas. Rapporten visar på att stora besparingar är möjliga att göra samt att det inte finns några direkta nackdelar med att sänka temperaturen på returledningen eller att förändra framledningstemperaturen. Tillsammans med rapporten finns även en framtagen värderingsmetod samt ett beräkningsprogram för att kunna uppskatta storleken på en möjlig besparing i ett specifikt fjärrvärmesystem. 2 Årsmedelkylning är ett mått på hur väl fjärrvärmevattnet kyls av i nätet under ett år. Detta kan användas som ett mått på hur väl ett område eller en central tillvaratar fjärrvärmen. En god årsmedelkylning medför en lägre returtemperatur från området samt ett mindre flödesbehov vilket är att föredra. 9

3 Introduktion till denna studie Utifrån de frågeställningar som återfinns i avsnitt 1.1 har denna studie delats in i tre delar som täcker de olika frågeställningarna. I avsnitt 4 återfinns arbetet kring att modifiera en fjärrvärmecentral till att använda fjärrvärmereturen och i avsnitt 5 redovisas de resultat som mätningen i den modifierade centralen visar på. I avsnitt 6 behandlas de systemkonsekvenser som en sänkt returtemperatur för med sig utifrån de olika produktionsanläggningarna. För att få mer relevanta värden på konsekvenserna utgår studien i detta avsnitt ifrån hur produktionsbilden antas se ut år 2008. Avslutningsvis studeras i avsnitt 7 hur en framtida användning av fjärrvärmereturen kan se ut. Här antas att ett område i Umeå, Rödäng, konverteras från att värmas av direktverkande el till att värmas av fjärrvärme via en modifierad blockcentral som tar en del av värmebehovet från fjärrvärmereturen. 10

4 Den modifierade centralen 4.1 Modifieringens syfte Den vanligaste fjärrvärmecentralen i Sverige är av en tvåstegskopplad variant som innehåller tre värmeväxlare. Fjärrvärmen överförs här till varmvattenkretsen i två steg, via en förvärmeväxlare och en eftervärmeväxlare, medan radiatorkretsen endast värms i en värmeväxlare [Frederiksen och Werner 1993]. Tanken bakom Ottossons modifierade central är att fjärrvärmereturen i den ska utnyttjas till att förvärma radiatorkretsen och därmed minska behovet av prima fjärrvärme samt sänka temperaturen hos fjärrvärmereturen [Ottosson 2003:2]. Beroende av hur hög temperaturen är hos den tillgängliga fjärrvärmereturen varierar andelen av värmebehovet som kan täckas av fjärrvärmereturen. Eftersom radiatorkretsen här värms i två steg fås en väldigt flexibel central där radiatorkretsen tar största möjliga del av sitt värmebehov från fjärrvärmereturen, samtidigt som den kan spetsvärmas med prima fjärrvärme vid behov. 4.2 Val av fastighet För att studera hur utnyttjandet av fjärrvärmereturen fungerar i en faktisk byggnad valdes en befintlig fjärrvärmecentral ut och modifierades enligt Ottossons [2003:2] modell. Vid valet av fastighet gjorde Sikström [2004] en inventering av vilka befintliga fastigheter, i Umeå, som var lämpliga att modifiera. Dessa bedömdes sedan utifrån följande kriterier: ~ Storleken på rummet som fjärrvärmecentralen placeras i. ~ Möjlighet att installera ytterliggare en värmeväxlare. ~ Möjlighet att göra nya rördragningar och installera mätutrustning. ~ Möjlighet att komma in med en ny ledning från fjärrvärmereturen. ~ Rördimensioner på in- och utgående fjärrvärmeledning. ~ Befintliga värmeväxlares skick och ålder. I inledningen av den här studien valdes, utifrån dessa kriterier, en fastighet ut på Historiegränd, i Ålidhemsområdet. Centralen levererar värme och varmvatten till 158 studentlägenheter på Historiegränd 2, 4 och 6. Av dessa finns 98 lägenheter i så kallade studentkorridorer med en genomsnittlig bostadsyta på drygt 20 m 2 per lägenhet. De övriga lägenheterna har två eller tre rum och kök. Värmesystemet i fastigheten har inte renoverats sedan det byggdes 1969. Under 1990-talet byggdes ytterliggare en våning till på Historiegränd 6, dock utan att abonnentcentralen behövde bytas [Bostaden i Umeå AB 2004]. Den befintliga centralen var placerad i ett väl tilltaget rum där värmeväxlarna var centralt placerade med gott om plats på båda sidor. Goda möjligheter fanns också för att dra in ytterliggare en ledning från det primära fjärrvärmereturen. Rördimensionerna på befintlig inoch returledning var också tilltagna så att det var möjligt att klara ett ökat returflöde. Eftersom den befintliga centralen var från 1969 beslutade Sikström och Andersson [2004] att hela centralen borde bytas ut, vilket också fastighetsägaren godkände. Det väl tilltagna rummet möjliggjorde att den modifierade centralen kunde installeras vid sidan av den gamla centralen med en kort omväxlingstid till följd. Detta var ett måste eftersom installationen gjordes under uppvärmningssäsongen i februari 2005. 11

Sekundärnätet, i fastigheten, är ett 4-rörssystem där två rör cirkulerar värme i radiatorkretsen och de andra två distribuerar tappvarmvattnet. Radiatorkretsen är dimensionerat som ett 80/60-system, dvs. med en framledningstemperatur på 80 C vid den dimensionerande utomhustemperaturen, DUT 3, och en returtemperatur på 60 C vid samma utomhustemperatur. Eftersom systemet är överdimensionerat, vilket inte är ovanligt för ett 80/60-system [Frederiksen och Werner 1993], går det, i dagsläget, inte ut en högre framledningstemperatur än 57 C och därför kan systemet i stället anses vara ett 60/40-system. Tillgänglig värmeeffekt i lägenheterna varieras genom att framledningstemperaturen sänks vid en högre utomhustemperatur och under mätperioden 21/2 till 21/4 varierade radiatorkretsens framledningstemperatur mellan 57 C och 30 C beroende av utomhustemperaturen. Radiatorkretsens returtemperatur varierade under samma period mellan 38 C och 28 C. Varmvattenkretsen håller en framledningstemperatur på ca 50 C vilket är 5 C under Fjärrvärmeföreningens rekommenderade varmvattentemperatur för att hindra tillväxt av Legionellabakterier [FVF 2000]. För att det inte ska ske någon tillväxt av Legionellabakterier genomförs, i denna central, en temperaturhöjning av varmvattentemperaturen mellan 04:00 och 04:30 till 60 C. I figur 4.1 framgår hur centralen såg ut innan modifieringen. Figur 4.1 Den valda centralen på Historiegränd, innan modifieringen. Till höger står expansionskärlet och i mitten av bilden syns cirkulationspumparna och bakom dem skymtas de två rörvärmeväxlarna. På väggen till vänster sitter varmvattencirkulationspumpen och på gavelväggen längst in finns de inkommande och utgående fjärrvärmeledningarna. 3 DUT, den dimensionerande utomhustemperaturen, är den utomhustemperatur vid vilken en fastighets värmesystem dimensioneras för att klara av att hålla inomhustemperaturen vid en viss nivå. DUT varierar beroende av det geografiska läget. 12

4.3 Val av nivå på returtemperaturen vid dimensionering För att kunna dimensionera värmeväxlarna måste temperaturen på den inkommande returen till den aktuella centralen bestämmas. Tyvärr loggar inte Umeå energi mätvärden på returtemperaturen i olika delar av nätet, utan endast i den punkt på kvarteret Graniten, vid Ålidhemsverket, där samtliga returer samlas innan de går in i värmeverket. Det är alltså inte möjligt att undersöka hur temperaturen varierat i en specifik returledning ute i nätet. För den valda fastigheten kommer den returledning som kopplas in från den norra delen av Ålidhemsområdet och från Tunnelbacken [Umeå energi 2004]. Se kartbild i appendix B.1. Enligt Sandberg och Johansson [1988] hade Ålidhem och Tunnelbacken den högsta årsmedelkylningen i Umeå under kalenderåret 1987, 56 C. Detta kan jämföras med årsmedelkylningen från t.ex. Landstinget som 1987 endast var 35 C. Det är givetvis inte möjligt att applicera dessa data direkt på år 2005, men det visar att Ålidhem/Tunnelbacken är ett område som historiskt haft hög medelavkylning och därmed också låg returtemperatur. Det har heller inte gjorts någon större utbyggnad av fjärrvärmen i området som kunnat påverka avkylningen. Eftersom returtemperaturen vid Graniten är en blandning av, bland annat, returen från Ålidhem/Tunnelbacken och Landstinget gjordes det initialt i denna studie, utifrån Sandberg och Johanssons studie ett antagande att returtemperaturen från Ålidhem/Tunnelbacken är lägre än den totala returtemperaturen vid Graniten. Detta antagande bekräftades senare av mätningarna i centralen på Historiegränd, se avsnitt 5.2.5. Umeå energis lagrade värden på hur returtemperaturen, vid Graniten, varierade från mitten av december 2003 till februari 2004 framgår av figur 4.2. Vid fryspunkten ligger returtemperaturen på drygt 40 C och vid låga utomhustemperaturer, ca -20 C, ca 55 C. Trenden för den här perioden visar att returtemperaturen vid Graniten troligen skulle stiga ytterliggare vid lägre utomhustemperaturer och ligga kring 60 C vid den dimensionerande utomhustemperaturen, DUT. Detta är dock den sammantagna returen som kommer från hela nätet. Värt att poängtera här är att den totala årsmedelkylningen i nätet för denna period är 44,6 C, vilket endast skiljer sig 0,1 C från den årsmedelkylning som Sandberg och Johansson [1988] redovisar för år 1987 som då var 44,7 C. 13

60,0 50,0 40,0 temperatur, C 30,0 20,0 10,0 0,0-10,0-20,0 12 dec 20 dec 27 dec 4 jan 11 jan 19 jan 26 jan datum Figur 4.2 Utetemperaturen samt fjärrvärmens returtemperatur vid Graniten från mitten av december 2003 till februari 2004. [Umeå energi 2004]. Den övre kurvan är returtemperaturen och den undre är utomhustemperaturen. Enligt data hämtade från Umeå energis databas sjunker returtemperaturen under den resterande delen av året 2004 aldrig nämnvärt under 40 C. Sommartid stiger den istället över 80 C eftersom framledningstemperaturen då hålls uppe av fjärrkyleproduktionens absorptionskylmaskin som behöver en hög fjärrvärmetemperatur för att producera kyla. Ute i nätet nyttjas dock fjärrvärmen endast till värmning av tappvarmvatten, vilket ger en hög returtemperatur. Mer om detta i avsnitt 6.2. Utifrån dessa data, Sandberg och Johanssons [1988] studie och i samråd med Umeå energis ansvariga för fjärrvärmenätet antogs en dimensionerande temperatur på den inkommande returen till 50 C vid den aktuella platsen. Det som talar för en högre returtemperatur är de data som redovisas i figur 4.2. Det som talar för en lägre returtemperatur är Ålidhem/Tunnelbackens goda avkylning, såtillvida att den har stått sig sedan 1987. 3 feb 10 feb 18 feb 25 feb 14

4.4 Dimensionering av värmeväxlare Utifrån valet av fastighet dimensionerades hela centralen utifrån de förutsättningar som anges i Fjärrvärmeföreningens Fjärrvärmecentralen råd och anvisningar för anslutning till fjärrvärmesystem [FVF 2000], samt det kopplingsschema som återfinns hos Ottosson [2003:2], se figur 4.3. Nedan följer en sammanfattning av den dimensionering som återfinns, mer utförlig, i appendix A. I tabell 4.1 förklaras de använda beteckningarna i figur 4.3 som kommer att refereras till senare i studien. FV in FV ut M retur sommarkoppling Sekvensstyrning Retur-in T R T FV M R Returin T 4 T 6 T retur T 1 T R' M rad vvx2 vvx3 vvx1 vvx4 T vv Figur 4.3 Kopplingsschema för centralen på Historiegränd. Schemat utgår från det kopplingsschema som Ottosson [2003:2] tagit fram, men med de förändringar som omnämns i texten. T 5 T kv T f T 3 T r vvc T vvc vv kv Rad ut Rad in Tabell 4.1 Teckenförklaring till figur 4.3. FV in FV ut T 1 T 3 T 4 T 5 T 6 T retur T R T R T FV T f T r T kv T vv vvx1 vvx2 Vvx3 Vvx4 Vvc M R M retur M rad Förklaring Inkommande prima FV Resulterande retur Inkommande retur Primär temp efter vvx1 Sekundär temp efter vvx1 Primär temp efter vvx2 Sekundär temp efter vvx3 Primär temp innan vvx3 Primär returtemp, total retur Inkommande returtemperatur Primär temp efter vvx4 Primär temp inkommande FV Radiatorkretsens framledningstemperatur Radiatorkretsens returledningstemperatur Inkommande kallvattentemp Utgående varmvattentemp Spetsvärmare radiatorsidan Spetsvärmare varmvatten Förvärmare varmvattensidan Förvärmare för radiatorsidan Varmvattencirkulation Massflöde inkommande retur Massflöde retur, totalt Sekundärt massflöde genom radiatorerna 15

Sommarkopplingen i figur 4.3 används sommartid för att enbart nyttja returen till att förvärma tappvarmvattnet eftersom det inte är önskvärt att då även värma radiatorkretsen. Mer om sommarkopplingen finns i Appendix A.2. Ottosson valde att föra samman både T 1 och T 4 till fjärrvärmereturen före vvx4. Efter samråd med Sikström och Andersson [2004] beslutades dock att detta knappast är lönsamt om T R håller den satta nivån (50 C), eftersom det är troligt att T 4 då är lägre än T R. Se vidare i avsnitt 5.2.1. Att T 1 är lägre än T R är mer osäkert och därför bör möjligheten för en alternativ dragning finnas så att T 1 kan nyttjas till att höja T R. Av utrymmesskäl är det dock svårt att lyckas med den rördragningen och i centralen på Historiegränd görs därför inte denna. Både T 1 och T 4 ansluter alltså direkt till vvx3 i försöksanläggningen, som i figur 4.3. Umeå energi lagrar data på all effektförbrukning, alla flöden och alla framledningstemperaturer till varje konsument och de data som lagrats för fastigheten på Historiegränd under vintern 2003/2004 visar att fastighetens effektbehov vid DUT kan antas vara ca 300 kw [Umeå energi 2004]. Enligt anvisningar i Fjärrvärmecentralen [FVF 1996] ska varmvattenbehovet dimensioneras vid ett flöde på 1,58 kg/s för 158 lägenheter vilket ger ett effektbehov för varmvattenberedning på ca 300 kw. Dimensioneringen gjordes utifrån de rekommendationer som återfinns i Fjärrvärmecentralen [FVF 1996] samt hos Fredriksen och Werner [1993]. Storlekarna på värmeväxlarna valdes så att vvx1, vvx2 och vvx3 dimensionerades som en konventionell tvåstegskopplad abonnentcentral, detta för att kunna säkerställa funktionen även efter en eventuell bortkoppling av vvx4. Vvx1 dimensionerades alltså för att klara hela värmebehovet på radiatorsidan, P 1 = 300 kw. Det finns inga föreskrifter om hur den totala värmeöverföringsytan för varmvattenberedningen ska fördelas mellan vvx2 och vvx3, dock väljs dessa i praktiken oftast lika stora [Fredriksen 1993]. Eftersom det primära flödet genom vvx3 kommer att bli avsevärt mycket större än det primära flödet genom vvx2 valdes dock här en annan fördelning. Vid dimensioneringen visade det sig att förskjutningen begränsades av tillgänglig temperatur (T 6 ) till vvx3, samt regler [FVF 1996] för temperaturen på varmvattnet. Detta resulterade i en fördelning där maximal överförd effekt i vvx2, P 2, sattes till 100 kw och i vvx3 sattes P 3 till 200 kw. För vvx4 finns inga bestämmelser utan den dimensionerades för att kunna utnyttja fjärrvärmereturen maximalt vid DUT. Möjlig överförd effekt begränsas av tillgänglig primär temperatur, T R, samt till vilken temperatur, T R, som denna kan sänkas. Inkommande flöde, M R, begränsas av hur stort det sammanlagda flödet som den totala returledningen maximalt klarar av, utan att tryckfallet blir för högt. För centralen på Historiegränd går gränsen för det totala returflödet kring 20 m 3 /h [Andersson 2004] vilket skulle medföra att det inkommande returflödet inte bör sättas till mer än ca 15 m 3 /h vid dimensioneringen för att inte det, tillsammans med det prima flödet, ska ge ett för stort tryckfall. Det inkommande returflödet sattes utifrån detta till maximalt 15 m 3 /h. Alternativt kan flödet antas vara lika stort som radiatorflödet, M rad, eftersom önskad temperaturändring på båda sidor är jämförbara. För ett 60/40-system med ett värmebehov på 300 kw blir radiatorflödet 3,58 kg/s (12,9 m 3 /h). Under mätperioden fanns dock ett reglertekniskt fel på sekundärsidan vilket gjorde att radiatorflödet hölls konstant vid ett lägre flöde, 10 m 3 /h. Ottosson [2003:2] har däremot satt det inkommande returflödet till 2,5 gånger radiatorflödet, men ett inkommande flöde som är 2,5 gånger större än 10 m 3 /h (25 m 3 /h) skulle medföra ett alltför stort tryckfall i den totala returledningen men bara en mindre ökning i avgiven effekt. Därför följer denna studie inte Ottossons val av inkommande returflöde vilket påverkar resultatet med avseende på hur stor avkylningen blir, eftersom ett större flöde medför en lägre avkylning vid samma effektuttag. Antas att T R är 50 C vid DUT bör radiatorkretsens returtemperatur T r kunna värmas från 40 C till 48 C (T 3 ) vilket ger en temperaturhöjning för sekundärsidan på 8 C. Vid ett dimensionerande radiatorflöde på 3,58 kg/s medför detta att den dimensionerande effekten, P 4, för vvx4 blir 120 kw.

4.5 Val av mätutrustning För att kunna utvärdera centralens funktion är det av stor vikt att ha korrekta mätvärden på temperaturer och flöden. 4.5.1 Flödesmätning För att kunna mäta effektuttaget i en konventionell tvåstegskopplad central mäts flödet och temperaturen i den totala returledningen, samt temperaturen i den inkommande, prima, fjärrvärmeledningen. Utifrån detta kan sedan värmeförbrukningen integreras fram [FVF 1996]. Denna värmeförbrukning ligger sedan till grund för producentens debitering av kunden. Eftersom det i den modifierade centralen kommer in två separata flöden, medan det endast går ut ett så komplicerar detta debiteringen. Det går inte att särskilja exakt hur mycket värme som tas ut från fjärrvärmereturen och hur mycket som tas från den prima fjärrvärmen. Här uppstår ett problem om värme från fjärrvärmereturen skulle debiteras till ett lägre pris än värme från den prima fjärrvärmen. Sätts prisnivån lika för de två flödena blir problemet i stället att motivera kunden att nyttja fjärrvärmereturen i sin central eftersom det då endast medför ytterliggare investeringskostnader samt högre driftskostnader. I den försökscentral som installerats på Historiegränd valdes att behålla samma prissättning på de två flödena, men att dela på investeringskostnaderna för att fastighetsägaren skulle gå med på installationen. Mätningen av värmeförbrukningen sker här genom att flödet genom de två inkommande ledningarna mäts, alltså både den prima fjärrvärmen och den inkommande returen. Värmeförbrukningen är proportionell mot dessa flöden, temperaturskillnaderna mellan de inkommande flödena och den gemensamma returen samt den specifika värmekapaciteten 4. Värmeförbrukningen kan integreras fram med hjälp av dessa flöden samt de uppmätta temperaturskillnaderna mellan de inkommande flödena och den gemensamma returen. Detta ger ett bra värde på fördelningen mellan den värme som tas från den prima fjärrvärmen och den värme som tas från returen, men det stämmer inte helt. Avvikelsen från den korrekta fördelningen går endast att uppskatta men är troligen inte mer än någon procent. Vid en storskalig anslutning till fjärrvärmereturen bör dock olika sätt att debitera på studeras och utvärderas för att möjliggöra bästa möjliga ekonomiska förutsättningar både för producent och för konsument. För att kunna mäta hur stor del av värmebehovet på radiatorsidan som täcks av vvx4 måste även det primära flödet genom vvx1 (M rad ) mätas. 4.5.2 Temperaturmätning Fjärrvärmeföreningen [1996:13] menar att temperaturmätning i fjärrvärmecentraler vanligtvis sker med dykgivare eller anliggningsgivare. För större system (över 100 kw) rekommenderas att dykgivare används. Anliggningsgivare rekommenderas för mindre system, alternativt för långsamma förlopp som t.ex. värmereglering eller när rördimensionen inte är tillräcklig för dykrör. Vissa temperaturer på varmvattensidan kan det dock vara klokt att mäta med dykgivare eftersom det där handlar om snabbare temperaturförändringar än på radiatorsidan. Eftersom anliggningsgivare är enklare att montera är dessa billigare och används därför för alla temperaturmätningar i detta projekt. Med god isolering antas att det mätfel som uppstår pga. temperaturförändring i rörledningen är försumbart. För Umeå energis debiteringsmätning används dykgivare och eftersom debiteringsmätningen sker separat från den mätning som redovisas i denna rapport används den som referens och ses även som en möjlighet till att kontrollera noggrannheten i mätningen. 4 Ett ämnes specifika värmekapacitet är den värmemängd vilken behöver tillföras ett kilo av ämnet för att höja dess temperatur en grad [Alvarez 1990]. I dessa beräkningar är den satt konstant till 4,19 kj/kgk. 17

5 Redovisning av mätresultat 5.1 Mätprocessen För att utvärdera centralen på Historiegränd placeras 13 temperaturgivare och 3 flödesgivare i centralen och kopplas till två mätloggrar som avläser värdet på respektive givare med ett mätintervall på 6 sekunder. Ett medelvärde av dessa lagras varje minut och dessa kan senare hämtas ut från loggern. Till loggrarna finns en mjukvara för insamling och bearbetning av data som kallas Winlog. Valet av mätintervall påverkas främst av två parametrar. Dels av hur fort förändringar sker i de uppmätta storheterna, men även av mängden data som loggrarna klarar av att lagra innan minnet blir fullt, eftersom detta påverkar hur ofta loggrarna måste tömmas. Vid mätstart visade det sig även att ett problem uppstod med flödesmätningen av den inkommande returen, då den flödesmätare som användes avger en puls för varje 25 liter som passerar. Ett alltför kort mätintervall (under 30 sekunder) medför relativt stora svängningar i mätresultatet. Exempelvis för ett flöde på ca 15 m 3 /h (250 l/min), där det i regel registreras 5 pulser/30 sek, hinner det ibland passera 6 pulser under mätintervallet, utan att flödet egentligen har förändrats. I mätresultatet blir då konsekvensen att flödet verkar ha ökat med 25 liter/30 sek utan att det faktiskt har gjort det. De temperaturgivare som användes vid mätningen har ett mätintervall på -40 C till 120 C. Dessvärre visade det sig att osäkerheten vid höga temperaturer gjorde att mätningen av inkommande prima fjärrvärme ibland slog över och registrerade ett maxvärde (120 C) i stället för det egentliga värdet. Detta medförde att vissa redovisade värden på effektuttag behövde korrigeras något för att motverka detta fel. Eftersom en korrigering av mätvärdena inte var möjlig att göra i WinLog, har detta gjorts i Excel, där ett medelvärde tagits av värdena före och efter överslaget som sedan använts vid beräkningarna istället för det registrerade värdet (120 C). För att kontrollera hur stor inverkan denna korrigering har på resultatet jämfördes den korrigerade medeltemperaturen på framledningen under mars 2005 med Umeå energis lagrade värde för samma period. Skillnaden däremellan visade sig vara mindre än 1 % av det totala effektuttaget och därmed anses korrigeringen vara tillfredsställande. Ett kortare mätintervall skulle medföra att detta överslag sker mindre frekvent, men det skulle även leda till större svängningar, som beskrevs ovan. Utifrån dessa två problem valdes mätintervallet till 6 sekunder där ett medelvärde lagras för varje minut. Detta mätintervall medförde att de överslag som förekom kunde korrigeras bort, enligt ovan beskrivna princip, samt att svängningarna i mätresultatet jämnades ut. Ytterliggare ett mätproblem uppdagades efter en tids mätning när det visade sig att temperaturen T Retur, efter vvx3, ibland höll en högre temperatur än T 6, som mäts innan vvx3. Detta hände när det inte tappades något varmvatten, alltså när det inte fanns något flöde på sekundärsidan av vvx3, vilket borde ha medfört att T 6 och T Retur haft samma värde. Förklaringen till detta visade sig vara att flödet från den inkommande returen, M R, och det flöde från vvx2, som värmt vvc-kretsen, inte hunnit blanda sig tillräckligt innan temperaturen T 6 mättes och innehöll därför en temperaturgradient. Temperaturgradienten uppstod eftersom temperaturen T 4, från vvx2, var högre än temperaturen T R samtidigt som flödet, M R, var avsevärt mycket större än flödet från vvx2. När problemet visade sig flyttades givaren för T 6 något, vilket minskade missvisningen, men det var inte möjligt att eliminera den helt. På grund av detta visar mätresultaten ibland på en negativ överförd effekt i vvx3, när det egentligen inte skedde någon värmeöverförning alls, bortsett från förluster. Eftersom detta inte inträffade ofta under mätperioden påverkar det inte resultatet nämnvärt, men det är förklaringen till varför den överförda effekten i vvx3 ibland är negativ, som till exempel i figur 5.12. 18

5.2 Resultat av temperaturmätningen 5.2.1 Utvärdering av antaganden gjorda vid dimensioneringen Vid dimensioneringen i avsnitt 4.4 antogs att T 1 och T 4 inte höll en tillräckligt hög temperatur för att kunna nyttjas till att värma den inkommande returen. Under perioden 21/2 till 21/3 visade mätningarna att T 4 höll en medeltemperatur på 45 C vilket var ca 3 C högre än medeltemperaturen på T R under samma period. Se figur 5.1. 46 T4 Temperatur, C 44 42 T1 40 Inkommande returtemperatur 38 22 feb 25 feb 28 feb 3 mar 6 mar 9 mar 12 mar 15 mar 18 mar 21 mar Figur 5.1 Dygnsmedelvärden för temperaturerna T 1, T 4 och T R för perioden 21/2 till 21/3 2005. Mätvärdena är hämtade från mätningen vid Historiegränd. T 1 ligger hela tiden något över T R, vilket inte är oväntat eftersom T R begränsar hur hög T 3 kan bli som i sin tur begränsar hur låg T 1 kan bli. T 4 visar dock inget beroende av T R vilket inte är oväntat eftersom T 4 främst beror av varmvattenflödet. Slutsatsen blir här att för centralen på Historiegränd skulle T 4 kunna höja T R något, men eftersom det prima flödet genom vvx2 är så mycket mindre än flödet (M R ) genom vvx4 skulle detta bidrag vara högst marginellt. En framtida möjlighet skulle kunna vara att nyttja T 4 till att värma T R i en modifierad central om det visar sig att T R är alltför låg. Att använda T 1 till att värma T R kan, utifrån dessa mätningar inte anses vara lönsamt. 5.2.2 Varmvattenförbrukningen För fastigheten på Historiegränd mäts varmvattenförbrukningen med hjälp av en analog flödesmätare och under mätperioden gjordes ett antal avläsningar av denna som visade på ett relativt konstant varmvattensbehov på ca 20 m 3 /dygn. Fördelat på de 158 lägenheterna ger detta ett behov på 128 liter/dygn och lägenhet. Jämfört med Ottossons [2003:2] antagna varmvattenbehov på 200 liter/dygn för en normal familj är varmvattenförbrukningen vid Historiegränd relativt sett mycket högre eftersom det här handlar om hushåll med 1 till 2 personer per lägenhet i jämförelse med en normal familj, som bör kunna antas vara två vuxna och två barn, även om Ottosson inte preciserat detta. Detta bör medföra en avvikelse mellan resultaten från Historiegränd och Ottossons resultat eftersom ett större varmvattenbehov medför ett större behov av prima fjärrvärme och därmed en lägre täckningsgrad för fjärrvärmereturen. 19

5.2.3 Returtemperaturen Mätningarna på Historiegränd startade i mitten av februari och pågick till slutet av april. Under fyra veckor, från den 21 februari till den 21 mars 2005, varierade utomhustemperaturen enligt den understa kurvan i figur 5.2. Denna period kan ses som en vårvintermånad där temperaturen varierar mellan -21 C och 6,3 C med en medeltemperatur på -7,6 C. Hur den inkommande returen varierade under denna period framgår även ur figur 5.2, likaså skillnaden mellan den inkommande returen och den totala returen, den så kallade avkylningen. Avkylningen varierar mellan drygt 10 C och 1 C, mest beroende av tidpunkten under dygnet samt aktuellt varmvattenflöde. Under vårvintermånaden var avkylningen i genomsnitt 5,3 C. Temp C 75 Retur Max 52,9 C Avg 41,7 C Min 32,4 C Utetemp C 100 50 75 25 Avkylning Max 10,1 C Avg 5,3 C Min 1 C 50 0 25-25 Utomhustemperatur Max 6,34 C Avg -7,6 C Min -21 C 0-50 2005-02-21 00:00:00 2005-02-28 00:00:00 2005-03-07 00:00:00 2005-03-14 00:00:00-25 2005-03-21 00:00:00 Figur 5.2 Temperaturvariationer hos T R, T ute, samt avkylningen i centralen på Historiegränd under perioden 21/2 till 21/3 2005. Avkylningen är skillnaden mellan den inkommande returen och den totala returen. Observera att utomhustemperaturen är kopplad till den högra y-axeln medan retur och avkylning är kopplade till den vänstra. 20

5.2.4 Temperaturer i radiatorkretsen De dimensionerande temperaturerna för radiatorkretsen antogs till 60 C för framledningen och 40 C för returledningen. Det dimensionerande fallet är vid DUT, -26 C, och mätningarna i centralen på Historiegränd visar på att temperaturerna i radiatorkretsen bör kunna uppfylla dessa, vid dimensioneringen, satta värdena. Även om inte utomhustemperaturen gått ner ändå till -26 C under mätperioden framgår det av figur 5.3 att framledningstemperaturen är ca 56 C och returtemperaturen ca 37 C vid -21 C. Figur 5.3 visar även på ett samband mellan den inkommande returtemperaturen och temperaturerna i radiatorkretsen. Vid en stigande utomhustemperatur sjunker samtliga temperaturer samtidigt som skillnaden mellan dem minskar. 60 55 50 Radiatorframledning Inkommande retur Radiatorreturledning Temperatur, C 45 40 35 30 25 20-21 -17-13 -9-5 -1 3 7 11 Utomhustemperatur, C Figur 5.3 Temperaturer i radiatorkretsen och i inkommande retur som funktion av utomhustemperaturen. Data är hämtade från mätningen vid Historiegränd. Att den inkommande returtemperaturen sjunker vid stigande utomhustemperatur på ett liknande sätt som sker i radiatorkretsen är inte oväntat. En högre framledningstemperatur i radiatorkretsen kräver en högre prima fjärrvärmetemperatur vilket, i sin tur, resulterar i en högre temperatur hos fjärrvärmereturen från de konventionella centralerna. Observera att det endast krävs en inkommande returtemperatur som ligger ca 5 C högre än vad den gör i figur 5.3 för att den ska komma i nivå med framledningstemperaturen i radiatorkretsen. Detta skulle medföra att en avsevärt mycket större del av värmebehovet i radiatorkretsen kan tas från den inkommande returen vilket i sin tur leder till en högre täckningsgrad. 21

5.2.5 Jämförelse mellan inkommande retur och total retur Figur 5.4 visar den uppmätta, inkommande, returtemperaturen till centralen på Historiegränd och hur den beror av utomhustemperaturen under vårvintermånaden 2005. Värdena är ett medelvärde taget under 30 minuter vid olika utomhustemperaturer och därför skiljer sig returtemperaturen i figur 5.4 sig något från returtemperaturen i figur 5.1 eftersom det i figur 5.1 handlar om dygnsmedelvärden på temperaturen. Den undre kurvan i figur 5.4 är den inkommande returen (T R ) till centralen på Historiegränd. Denna får representera den totala returen från Ålidhemsområdet eftersom centralen på Historiegränd är en av de centraler som ligger närmast Ålidhemsverket och därmed påverkas returtemperaturen av avkylningen från, i stort sett, hela Ålidhemsområdet. Värdena har anpassats till en trendlinje som visar på ett samband mellan temperaturen hos den inkommande returen och utomhustemperaturen. Skulle denna trendlinje dras ut till utomhustemperaturer ända ner emot DUT (-26 C) skulle den inkommande returen stiga till en temperatur väl över 50 C. Vid dimensioneringen antogs att den inkommande returen höll en temperatur på ca 50 C vid DUT. Det antagande som gjordes vid dimensioneringen verkar alltså vara rimligt, alternativt att den dimensionerade temperaturen sattes något lågt. 60 Returtemperatur, C 55 50 45 40 Total retur till Ålidhemsverket 35 Total retur från Ålidhemsområdet, vid Historiegränd 30-21 -18-15 -12-9 -6-3 0 3 6 Utomhustemperatur, C Figur 5.4 Temperaturer på den inkommande returtemperaturen vid Historiegränd (T R ) och vid Ålidhemsverket, som funktion av utomhustemperaturen under perioden 21/2 till 21/3 2005. Två trendlinjer har infogats för att visa på tendenser i temperaturförändringen. Data är hämtat från mätningen vid Historiegränd (T R ) samt från Umeå energi [2005]. T R får här representera fjärrvärmereturen från Ålidhemsområdet. I figur 5.4 framgår även hur den totala returen till Ålidhemsverket varierade under samma vårvintermånad 2005. Temperaturen hos den totala returen påverkas dels av avkylningen på Ålidhemsområdet, men även av avkylningen i de andra områdena i nätet. I figuren kan man klart se att Ålidhemsområdet har en högre medelavkylning än övriga områden, vars fjärrvärmeretur levereras till Ålidhemsverket, eftersom kurvan för Ålidhemsområdet ligger 4 C till 9 C under den totala returens temperatur. Detta visar även på att den studie kring medelavkylningen i Umeås fjärrvärmenät som Sandberg [1988] gjorde fortfarande har relevans med avseende på Ålidhemsområdet. 22

Under vårvintermånaden 2005 visar mätningarna att avkylningen på Ålidhemsområdet var ca 60 C, vilket är att jämföra med Sandbergs resultat, 56 C under hela 1987. På grund av den lägre utomhustemperaturen under vårvintermånaden 2005 (i snitt -7,6 C, se tidigare), jämfört med årsmedeltemperaturen för Umeå (3 C [SMHI 2005]), bör avkylningen vara högre under vårvintermånaden 2005 än vad den är för hela året 2005. Även detta stöder slutsatsen att Sandbergs [1988] resultat angående avkylningen på Ålidhemsområdet fortfarande är relevant. Detta medför att en höjning av den inkommande returtemperaturen i figur 5.3 skulle vara möjlig, om centralen befann sig i ett annat område av Umeås fjärrvärmesystem. Där skulle det även vara möjligt att täcka en avsevärt mycket större del av värmebehovet för radiatorkretsen och tappvarmvattnet. Sett över ett dygn varierar avkylningen för Ålidhemsområdet mer än avkylningen i nätet i stort. Av figur 5.5 framgår att under natten håller den inkommande returtemperaturen till Historiegränd nästan samma temperatur som den totalt returen till Ålidhemsverket. Dagtid, däremot, är avkylningen större på Ålidhemsområdet vilket leder till en lägre returtemperatur vid Historiegränd, jämfört med den totala. 60,0 55,0 Total retur Ålidhem 50,0 Temperatur, C 45,0 40,0 Historiegränd 35,0 30,0 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:10 18:10 21:10 Tid på dygnet under perioden 20/2 till 20/3 Figur 5.5 Dygnsvariation hos den inkommande returtemperaturen (T R ) vid Historiegränd samt totalt vid Ålidhemsverket. Data är hämtade från mätningen vid Historiegränd samt från Umeå energi [2005]. Dygnsvariationen i avkylningen beror troligen på att det finns gott om studentlägenheter på Ålidhemsområdet som medför en högre varmvattenförbrukning än vad som är normalt för ett bostadsområde. En högre varmvattenförbrukning medför en större avkylning pga. den låga, inkommande, kallvattentemperaturen till centralerna [FVF 1996]. 23