Bergvärme i kombination med solfångare

Bergvärme i kombination med solfångare En ekonomisk studie om lönsamheten hos ett kombisystem bestående av solfångare och bergvärmepump Gustav Larsson Civilingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå universitets tekniska högskola. (löpnr. som tilldelas)

Förord Detta examensarbete ingår som obligatorisk del i civilingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå Universitet. Arbetet har utförts på uppdrag av White Arkitekter AB, avd. projektledning och miljö i Göteborg. Jag vill tacka mina handledare för deras hjälp och stöd under arbetets gång: Lars Bäckström vid institutionen för Tillämpad Fysik och Elektroni vid Umeå Universitet och Peter Ylmén och Magnus Gustavsson på White Arkitekter AB. Jag vill även tacka familj och vänner för deras stöd och hjälp under de tyngre perioderna. Framförallt Marko Amovic är värd att nämnas för långa diskussioner långt in på natten. Umeå, 17:e November 2009 Gustav Larsson 2

I. Sammanfattning Syftet med projektet var att utvärdera befintlig teknik och undersöka om det är miljömässigt och ekonomiskt försvarbart att använda sig av tekniken att pumpa ner värme från solfångare i jorden under perioder då värmen finns i överskott för att sedan pumpa upp den igen med jordvärmepumpar då behovet är stort. En cylindrisk modell av ett bergvärmehål byggdes upp i Microsoft Excel där temperaturfördelningen i modellen simulerats numeriskt. Indata till modellen var uppvärmnings- och varmvattenbehovet för ett flerbostadshus och solfångardata från en väderstation tillhörande Institutionen för Tillämpad Fysik och Elektronik på Umeå Universitet. En LCC-analys (LifeCycleCost) tillämpades sedan på denna modell för att jämföra ett solfångarsystem med olika stor area solfångare med eluppvärmning och fjärrvärme. Analysen utfördes för två stycken hus: ett nybyggt med låg förbrukning och ett äldre hus med något högre förbrukning. Analysen visade att för det nya huset så är LCC-värdet för fjärrvärme ca 5% lägre än för det optimala solvärmesystemet och för det gamla huset var samma förhållande ca 20%. Slutsatsen blev att så länge det finns fjärrvärme inom ett rimligt avstånd från fastigheten så blir detta billigast. Då detta inte är fallet så blir en kombination av solfångare och bergvärme den billigaste lösningen. De optimala solfånarareorna för det nya och gamla huset beräknades till 16 m 2 respektive 26 m 2. Brister i modellen var att grundvattenflöde och termiska förluster i solfångardelen inte togs hänsyn till. Detta resultat bör därmed tas som ett underlag till en förstudie där dessa delar undersöks närmare. 3

II. Abstract The purpose of this thesis was to evaluate existing technology and determine if it is environmentally and financially profitable to use the technique to reload the ground with heat from solar heat panels during times when there is a surplus of solar heat to reuse the heat when the demand I bigger than the supply. A cylindrical model of a borehole was built in Microsoft Excel where the temperature distribution was numerically simulated. The input to the model was heating and hot water needs for an apartment building and data from a weather station that belongs to the institute of applied physics and electronics at Umeå University. A Life Cycle Cost analysis was applied to this model to compare a solar heat system, with different areas of solar panels, with district heating and electrical heating. The analysis was performed on two different types of houses: one new building with low energy consumption and an older building with higher energy consumption. The analysis showed that in the case with the new building, the LCC for district heating was 5 % lower than with the solar panel system. In the case with the old building the same ratio was 20 %. The conclusion was that as long as district heating is installed within a short distance from the building, this is the most economic option. When district heating is not installed nearby the cheapest option is a combo system with thermal energy together with solar power. The optimal solar heat collector area was 16 m 2 for the new building and 26 m 2 for the old building. There were some weaknesses in the model. These include the lack of groundwater flow and the thermal losses in the system. This result should thus be used as a basis for a feasibility study where data are more thoroughly validated. 4

Innehållsförteckning Förord...2 I. Sammanfattning...3 II. Abstract...4 1. Inledning...7 1.1 Bakgrund...7 1.2 Syfte...7 1.3 Avgränsningar...7 1.4 Metod...7 1.5 Sammanfattning av tidigare studier...8 2. Teknisk bakgrund...9 2.1 Solinstrålning...9 2.2 Solfångare... 13 2.3 Bergvärme... 14 2.4 Värmepump... 15 2.5 Bergets egenskaper... 18 2.6 Effekttillgång i energibrunn... 20 2.7 Termiskt responstest... 20 3. Metod... 21 3.1 Temperaturberäkning i mark... 21 3.2 Beräkning av värmefaktorn (COP)... 22 3.3 Byggnaders energibehov... 23 3.4 Villkor för simulering... 24 4. Ekonomiska förutsättningar... 25 4.1 LCC-metoden... 25 4.2 Antagna kostnader för ekonomiska beräkningar... 26 5. Resultat... 27 5.1 Simulering av borrhålsdjup... 27 5.2 Temperatur i energibrunn... 28 5.3 Grundare borrhål med solfångare?... 29 5.4 Beräkning av COP-faktor... 30 5.5 Kostnader... 32 5.6 LCC-beräkningar... 33 5.7 LCC-beräkningar med korrigerat borrhålsdjup... 35 5

5.8 LCC fördelning... 36 6. Känslighetsanalys... 37 6.1 Värmeledningsförmåga... 37 6.2 Bergets specifika värmekapacitet... 37 6.3 Temperaturskillnad i värmepump... 38 6.4 Solfångartyp... 39 7. Disskussion... 40 Brister i modellen... 41 8. Slutsatser och rekommendationer... 42 8.1 Fortsatt arbete... 42 9. Referenser... 43 10. Bilagor... 45 A. Bilaga 1 - Temperatur i berget... 45 10.1 Bilaga 3 Nusummefaktor... 53 6

1. Inledning Detta projekt genomfördes i samarbete med White Arkitekter AB som ett examensarbete om 30hp på civilingenjörsprogrammet energiteknik TFE Umeå universitet. White Arkitekter AB är ett av Skandinaviens största arkitektkontor med ca 500 anställda. Huvudkontoret finns i Göteborg och underkontor finns i Stockholm, Malmö, Halmstad, Linköping, Örebro, Uppsala, Umeå, Köpenhamn och Naestved. Detta projekt genomfördes i samarbete med Peter Ylmén och Magnus Gustafsson på huvudkontoret i Göteborg. 1.1 Bakgrund Idag finns två olika sätt att ta tillvara solenergi på, solceller och solfångare. Den vanligaste typen av solceller är uppbyggd av en tunn bricka av kisel med lager av ledare som alstrar elenergi. En solfångare består av luftevakuerade glasrör med en medieledning som tar upp solenergins värme eller en enklare variant bestående av en flat absorbator som överför solvärmen till en värmebärare. Idag har man problem med att under en längre tid kunna lagra värmeenergin från solfångare. Solfångaren är mest effektiv på sommaren, men den årstiden är tyvärr den period då värmebehovet är som lägst. Idén med detta arbete är att utreda om solens energi kan lagras i berget för att sedan utvinnas med bergvärmepump på ett ekonomiskt fördelaktikt sätt. 1.2 Syfte Syftet med projektet är att utvärdera befintlig teknik och undersöka om det är miljömässigt och ekonomiskt försvarbart att använda sig av tekniken att pumpa ner värme från solfångare i jorden under perioder då värmen finns i överskott för att sedan pumpa upp den igen med jordvärmepumpar då behovet är stort. Följande frågeställningar ska redas ut och utvärderas: Är tekniken ekonomiskt och energimässigt försvarbar? På vilken typ av byggnader skulle detta system vara lämpligt? Vilka geologiska förhållanden är gynnsamma? Hur ska systemet utformas för ett optimalt resultat? Ett optimeringsprogram för systemet skall modelleras för att tillämpas på specifika byggnader med avseende på solfångararea, värmebehov, byggnadstyp och ekonomi. 1.3 Avgränsningar Analysen kommer ej innefatta energieffektiviserande åtgärder. Inga nya beräkningar av solinstrålningen kommer att utföras utan beräkningarna kommer att utgå från tidigare rapporter, främst (Kjellson 2004). Dimensioneringen sker under antagandet av att all värmetransport i marken sker genom värmeledning, dvs grundvattnets rörelser försummas. 1.4 Metod Det teoretiska arbetet har i huvudsak genomförts genom inventeringar och studier av tidigare undersökningar. Beräkningar och simuleringar har utförts numeriskt i Microsoft Excel. 7

Löpande kontakt har förts med handledare, både på White i Göteborg och på Umeå Universitet. 1.5 Sammanfattning av tidigare studier Resultatet av de studier som har utförts är att de enklaste och billigaste solfångarna har störst ekonomiska förutsättningar i kombination med bergvärmepump. Dock har inte en mer avancerad styrstrategi med glasade solfångare simulerats. Fältförsök har visat att det i små system kan vara svårt med driftuppföljning och att komplexiteten kan bidra till minskat utbyte.[2] 8

2. Teknisk bakgrund Detta avsnitt behandlar de olika delarna som krävs för att systemet ska fungera: Solinstrålning och solfångare Bergvärme och värmepumpar Bergets egenskaper 2.1 Solinstrålning Mot jorden infaller årligen 1500 miljoner TWh varav 750 miljoner TWh når jordytan. Världens, idag kända, ekonomiskt utvinnbara tillgångar av olja, gas samt uran för dagens typ av kärnreaktorer motsvarar den solstrålning som når jorden under några dagar. Mängden tillgängligt kol på jorden motsvaras av några veckors solinstrålning så soltillgången är inte en begränsande faktor. Figur 2.1 Solinstrålningen i Sverige [1] I de solrikaste områdena på jorden (t ex Sahara, Arizona) infaller maximalt 2200 kwh/m 2 år på horisontella ytor. Solinstrålningen i Sverige på horisontella ytor varierar mellan 800 kwh/m 2 år (norra Norrland) och 1000 kwh/m 2 år (Skåne) enligt figur 2.1. Instrålningen mot ett sluttande plan mot söder är mellan 15-25% högre än mot ett horisontellt plan. Den optimala instrålningsvinkeln ligger mellan 35-40 graders lutning (i Jönköping) enligt figur 2.2. 9

Figur 2.2 Solinstrålningen [kwh/m 2,år] beroende på vinkel mot horisontalplan och riktning mot väderstreck. (Jönköping, medel 1962-1990) [2] 2.1.1 Diffus/direkt instrålning I Sverige är andelen diffus instrålning relativt hög, något över 50%, jämfört med länder med mindre molnigt väder. Konventionella plana solfångare, såväl som solcellsanläggningar, tillgodogör sig både direkt och diffus instrålning jämfört med koncentrerande solfångare som bara kan koncentrera den direkta andelen. Under drifttiden av en konventionell solvärmeanläggning är den diffusa andelen omkring 25%. En uppdelning i diffus och direkt instrålning för de olika väderstrecken söder, öster/väster resp. norr (för mätningar i Jönköping), visar i figurerna 2.3-2.5 att det är den direkta instrålningen som framförallt är riktningsberoende och vinkelberoende. Mot söder finns ett relativt stort optimalt vinkelområde (30-45 ) medan för de andra riktningarna så minskar instrålningen från det horisontella planet för alla lutningsvinklar. Det allra lägsta värdet finns mot en nordligt riktad vertikal yta, där den direkta instrålningen är nära noll. [2] 10

Figur 2.3 Solinstrålningen mot södervända ytor uppdelat för olika vinklar mot horisontalplanet. (medel 1962-1990) (kwh/m 2,år)[2] Figur 2.4 Solinstrålningen mot öster-/västervända ytor uppdelat för olika vinklar mot horisontalplanet. (medel 1962-1990) (kwh/m 2,år)[2] 11

Figur 2.5 Solinstrålningen mot norrvända ytor uppdelat för olika vinklar mot horisontalplanet. (medel 1962-1990) (kwh/m 2,år)[2] 12

2.1.2 Års- och geografiska variationer Variationen i instrålningsnivåer ökar ju längre från ekvatorn man befinner sig. I Sverige har vi mycket stora variationer, eftersom vårt land är långt och norra delen befinner sig norr om polcirkeln. Ju längre norrut i Sverige dessto större är skillnaderna mellan sommar och vinter. Ett exempel på dessa variationer i Jönköping visas i figur 2.6. Figur 2.6 Fördelning av solinstrålningen över året för strålning mot det horisontella planet samt strålning mot en södervänd yta (45 )(medel 1962-1990) (kwh/m 2,år)[2] 2.2 Solfångare En solfångare träffas av en solstrålning med flödestätheten [W/m 2 ]. Strålningen kan sedan koncentreras med linser och speglar för att öka effekten per areaenhet. Den absorberade effekten per areaenhet ges då av ekvation 2.2. Där α är absorptionsfaktorn, ε är emissiviteten, c är reflektionsfaktorn, σ är Stefan-Boltzmanns konstant: 5,6705 10-8 [W/m 2 K 4 ][15], P är den användbara effekten för uppvärmning och de följande tre termerna är förluster genom strålning, ledning och konvektion. Om solfångaren är väl termiskt isolerad och vindskyddad kan konvektions- och ledningsförlusterna försummas och den termiska verkningsgraden beräknas enligt ekvation 2.3.[14] En värmebärare (vanligen glykolblandat vatten) i en sluten krets transporterar värmen från absorbatorn och värmeväxlaren till en varmvattenberedare eller en ackumulatortank. Det finns också 13 (2.2) (2.3)

system där man använder vatten som värmebärare och undviker frysrisk genom att dränera eller värma vattnet i systemet. Plana solfångare och vakuumrörsolfångare har olika definitioner på referensarea vid prestandaprovning varför värmeutbytet per m 2 referensarea inte är direkt jämförbart. De bästa vakuumrörsolfångarna kan ge högre värmeutbyte per tak- eller bruttoarea än plana solfångare, speciellt vid låg solinstrålning och låga omgivningstemperaturer, men kostar ofta lite mer. 2.2.1 Plana solfångare Plana solfångare består av en välisolerad låda med en bärande ramkonstruktion av t.ex. aluminium som täckts med en glas- eller en transparant plastskiva. I lådan ligger en plan absorbator med en selektiv ytbeläggning som omvandlar solinstrålningen till värme. 2.2.2 Vakuumrörsolfångare Vakuumrörsolfångare består av glasrör med vakuum som isolering. Sedan finns det i princip två varianter av vakuumrörsolfångare. Dels kan man använda en absorbator som i en plan solfångare, dels kan man använda en så kallad heat pipe. Då låter man ett medie förångas i röret för att sedan kondensera på en kyld värmeväxlare i rörets topp. Det inre glasröret eller absorbatorn är försedd med en selektiv ytbeläggning. [17] 2.2.3 Poolsolfångare Poolsolfångare är enkla oglasade solfångare med en absorbator i plast eller gummi. De har lika hög verkningsgrad som en glasad solfångare när det är en liten temperaturskillnad mellan absorbatorn och omgivningen, men verkningsgraden sjunker drastiskt när absorbatorn blir mycket varmare än omgivningen [16]. 2.3 Bergvärme Energibrunnar i berg kan användas för uppvärmning och för kylning, med eller utan värmepump. I Sverige installeras årligen 20 000 borrhålsvärmeväxlare med värmepump (2004) där det mest vanliga är enskilda brunnar för för uppvärmning av bostäder. 2.3.1 Borrhål (energibrunn) Det typiska borrhålet för en enskild brunn är mellan 60-200 meter djupt (beroende på berggrund, behov m.m). Man brukar räkna med att en energibrunn ger 20-40 W/meter aktivt borrhål vid kontinuerlig drift. Med aktivt borrhål menas höjden på grundvattenpelaren. I Sverige fylls borrhålet med grundvatten medan i ex USA fylls det ofta med någon form av lerblandning [9]. Borrhålet förses med ett foderrör i stål som sänks ner någon meter i berggrunden och tätas mot berget med cement. Toppen av foderröret förses med ett topplock som sluter tätt om foderröret och hindrar vatten från att läcka in eller ut [11]. 2.3.2 Kollektor Det finns olika sätt att utforma kollektorn i borrhålet där den vanligaste idag är en slang av plast med en u-formad krök i botten, ett så kallat U-rör (figur 2.6). U-rören kan vara enkla, dubbla eller trippla. Slangen är fylld med en blandning av alkohol och vatten (ca 70 % vatten och 30% alkohol) för att undvika frysning. Även koncentriska rör används (figur 2.6) men det är inte alls lika vanligt.[9] 14

Figur 2.6 Koncentriskt rör resp u-rör. 2.4 Värmepump En värmepump överför värme från ett lågtemperaturkälla till ett högtemperaturområde. Verkningsgraden för en värmepump, även kallat COP-faktorn (COP = coefficient of performence), ges av ekvation 2.4. (2.4) Där q 1 är den uttagna värmeeffekten, h 1 h 4 entalpinivåerna på köldbärarvätskan (se figur 2.7) och w t den tillförda kompressoreffekten (W) och Thot resp Tcold temperaturen före kompressor resp efter kompressor. [10] Ekvation 2.4 beräknar carnot-verkningsgraden, dvs den perfekta verkningsgraden. I praktiken kommer en effektivitetsfaktor in i ekvation 2.4 vilket resulterar i ekvation 2.5. Där är en verkningsgrad som för värmepumpar i bostäder ligger mellan 0,4 och 0,7. (2.5) 2.4.1 Funktion Kollektorn från energibrunnen överför bergvärme till förångaren. I förångaren växlas värmen till en cirkulerande ånga/vätska som kallas köldmedium. Köldmediumet leds in i kompressorn för att öka tryck och temperatur. Därefter leds mediet vidare till kondensorn där den nu varma gasen värmeväxlas med ett vattenburet system. I kondensorn övergår köldmediet till vätskefas och pumpas vidare genom en expansionsventil där tryck och temperatur på köldmediet sänks för att sedan ledas vidare tillbaka till förångaren. Förloppet visas i figur 2.7.[9] 15

Figur 2.7 Schematisk bild av en värmepump [10] 2.4.2 Energitillgång Energitillgången i ett bergvärmesystem beror på ett flertal faktorer, dels hos marken men även hos energibrunnens konstruktion och driftsförhållanden. De förhållanden som bestäms av konstruktören (driftsförhållanden, temperaturnivåer osv) är lätta att ta reda på medan markens egenskaper kan vara betydligt svårare att bestämma. Markens förmåga att transportera värme är mycket betydelsefull för energibrunnens effektivitet. Värmetransporten i berggrunden är i huvudsak beroende av berggrundens struktur och mineralsammansättning men även förekomsten av sprickor och grundvattnets rörelse spelar roll. Vilken bergart eller jordart som finns på den aktuella platsen kan man tar reda på genom att studera geologiska kartor ex figur 2.8. När bergarten är bestämd finns tabeller tillgängliga med information om bergartens termiska egenskaper. För att säkerställa att beräknad energi kan utvinnas ur energibrunnen borras ofta några meter extra för att vara på den säkra sidan. För större projekteringar rekommenderas att göra en djupare analys av bergets egenskaper genom exempelvis ett Termiskt Responstest enligt sektion 2.7. 16

Figur 2.8 Exempel på berggrundskartafrån SGUs karttjänst [13] 17

2.5 Bergets egenskaper De egenskaper hos berggrunden som är intressanta vid en bergvärmeetablering är: Värmeledningsförmågan Markens temperatur Grundvattnets rörelse i området 2.5.1 Värmeledningsförmåga Värmeledningsförmågan för en viss bergartstyp varierar inom ett visst intervall. I Sverige är de vanligaste bergarterna graniter och gnejser. För dessa bergarter är värmeledningsförmågan angivet i ett intervall som varierar med 30% runt medelvärdet, enligt figur 2.9-2.11, mest pga olika innehåll av kvarts. Berggrundens effektiva värmeledning påverkas även av vattenmättnad och grundvattenrörelser. [7] Figur 2.9 Värmeledningsförmågan ( hos magmatiska bergarter. [12] 18

Figur 2.10 Värmeledningsförmågan ( hos metamorfa bergarter. [12] Figur 2.11 Värmeledningsförmågan ( hos sedimentära bergarter. [12] Ur figur 2.9-2.11 kan utläsas att värmeledningen för granit ligger mellan 2,9-4,3 gnejs ligger mellan 3,5-4,3 medan 19

2.5.2 Marktemperatur Mängden energi som kan utvinnas beror också på temperaturen i berget. Temperaturen varierar mycket från norr till söder. På 100 meters djup är temperaturen längst i norr ca 3 grader medan temperaturen på samma djup i skåne är ca 10 grader. Temperaturen på detta djup stämmer bra överens med medeltemperaturen vid markytan utom längst i norr där snön isolerar på vintern så att det är något varmare i berget än vid markytan. 2.5.3 Grundvattenrörelser Grundvattenrörelser i marken kan leda till att värmetransporten till borrhålet ökar och att borrhålstemperaturen blir högre. Möjligheten till grundvattenrörelser är starkt beroende av de lokala förhållandena i borrhålets omedelbara närhet. Kännedom om dessa förhållanden saknas nästan alltid och kräver kostsamma undersökningar för att fastställas. Eventuella grundvattenrörelser förbättrar systemets prestanda (i vissa fall avsevärt). [2] 2.6 Effekttillgång i energibrunn Effekttillgången, [W], i en energibrunn ges av 2.6. [10] (2.6) Där k: värmeledningskoefficienten i berget (W/m,K) L: brunnsdjupet (m) D: brunnens diameter (m) T: Temperaturskillnaden mellan markens medeltemperatur och temperaturen i kanten på energibrunnen (värmebärarvätskans temperatur). Ekvation 2.6 gäller då all energitransport sker genom brunnsväggen i radiell riktning, d.v.s. ingen energitransport uppåt eller neråt. 2.7 Termiskt responstest Vid större etableringar bör berggrunden undersökas för att få ett bättre driftförhållande. Ett termiskt responstest utförs genom att med hjälp av ett testborrhål, försett med aktuell kollektortyp, bestämma marken och energibrunnens effektivitet på den aktuella platsen. Mätningarna utförs genom att energibrunnens kollektorslangar kopplas genom en slinga med cirkulationspump, en elektrisk värmare och en temperaturgivare för ingående och utgående temperatur till borrhålet. Värmebäraren i slangarna får sedan cirkulera ca 50 gånger medan temperaturerna loggas samt den tillförda värmeeffekten. Utifrån dessa data kan bergrundens effektiva värmeledning samt temperaturförluster bestämmas. Värmeledningen i berget bestämms genom hur temperaturen i borrhålet ökar (ju snabbare ökning dessto sämre värmeledningsförmåga) och temperaturförlusterna mellan värmebärare och bergvägg bestämms utifrån temperaturnivån i borrhålet. [7] 20

3. Metod En modell av ett bervärmehål byggdes upp i Microsoft Excel för numerisk beräkning av temperaturen i hålet. Indata till modellen är antagna förbrunkningar (enligt avsnitt 3.3) samt solfångartemperaturer uppmätta på institutionen för Tillämpad Fysik och Elektroniks väderstation på Umeå Universitet. Modellen tar inte med grundvattnets rörelser. 3.1 Temperaturberäkning i mark Modellen är uppbygd i 7 segment som en cylinder med flera lager enligt figur 3.1. Värden för de olika segmenten redovisas i tabell 3.1. Figur 3.1 De 4 innersta segmenten av modellen. Tabell 3.1 Specifikationer för modellen. Segment Värmeledning radie Villkor [W/m,K] [m] 1 80* 0,07 konvektiv värmeledning mellan vatten och berg [W/m 2,K] 2 3,5 1 3 3,5 3 4 3,5 7 5 3,5 15 6 3,5 25 7 3,5 40 Konstant temperatur 5,5 C Temperaturen i det innersta segmentet vid tidpunkt i beräknas enligt 3.1. (3.1) Där P är den upptagna (eller avgivna) effekten och är den termiska resistansen mellan segment 1 och 2. Den termiska resistansen beräknas enligt 3.4. (3.4) 21

där och är radien (m) från centrum av borrhålet till respektive segments masscentrum, H är hålets djup (m) och k är bergets värmeledningsförmåga (W/m,K). I efterföljande segment, j, vid dag i beräknas temperaturen enligt 3.2. (3.2) Där Δt är tidssteget *s+, m är massan *kg+ och är den specifika värmekapaciteten [kj/kg,k]. Ekvation 2.7 kan förenklas genom att sätta och Vilket ger 3.3. 3.2 Beräkning av värmefaktorn (COP) I simuleringarna har en värmepump av modell Nibe Fighter 1125 6kw resp. 15kW använts med COPfaktorer enligt tabell 3.2. Tabell 3.2 COP-faktorer för värmepumparna.[22] NIBE FIGHTER 1125 6kW NIBE FIGHTER 1125 15kW temp.område COP temp.område COP 0/35 4,7 0/35 4,8 0/50 3,2 0/50 3,3 (3.3) Tempområde 0/35 betyder COP-faktor vid köldbärare in / värmebärare ut vid 0/35 C. 22

3.3 Byggnaders energibehov De ekonomiska simuleringarna har utförts för två olika byggnader: ett äldre hus (~1960) och ett nybyggt hus (2005). De båda husen har förbrukningar enligt tabell 3.3. Tabell 3.3 Årlig energiförbrukning i det gamla huset och det nya huset[18] Post Gammalt hus Nytt hus (kwh/m 2 ) (kwh/m 2 ) Värme 150 40 Tappvarmvatten 40 25 Fastighetsel 10 25 Hushållsel 25 25 Totalt 210 115 Varmvatten används i bostäder året om. Energiförbrukningen till varmvatten är ofta lite lägre sommartid än vintertid. På vintern går det åt mer energi att värma vattnet på vintern beroende på att kallvattnet då är några grader kallare. I detta fall antas dock varmvattenförbrukningen vara konstant över året. Värmebehovet för bostäder följer utetemperaturen vilket innebär att behovet är stort på vintern och litet, eller obefintligt, på sommaren. Årsbehovet för de aktuella husen illustreras i figur 3.2. Behovsprofilen har hämtats från uppmätta värden i en befintlig byggnad och anpassats med hjälp av värden från tabell 3.3 och tabell 3.4. 14000 12000 10000 8000 6000 4000 Gammalt hus (kwh) Nytt hus (kwh) 2000 0 jan feb mar apr maj jun jul aug sep okt nov dec Figur 3.2 Värmebehovets variation över året för ett gammalt respektive nytt hus. 23

3.4 Villkor för simulering Systemet i simuleringarna är det enklast tänkbara. Solfångare är placerade på taket till huset med en lutning på 45 i sydlig riktning. Värmepumpar för de olika husen, enligt avsnitt 3.2, är kopplad till ett system av energibrunnar. Systemet är uppbyggt så att värme kan flöda fritt från solfångare till energibrunn likväl som till värmepump för uppvärmning av varmvatten. Ingen hänsyn är tagen till termisk påverkan mellan energibrunnar, värmeförluster när värmen pumpas ner i marken, värmeförluster vid värmeväxling av solvärme, dygnsvariationer. Uppvärmningen av husen sker genom golvvärme så utloppstemperaturen blir 35 C medan tappvarmvattnet värms till 50 C. Eftersom COP-faktorn är högre vid golvvärme så prioriteras bergvärmen till uppvärmning medan solvärmen, som i detta fall är förlustfri, i första hand går till tappvarmvatten. Systemet är dimensionerat till 65% av maxeffekten i energibrunnen. Det som inte värmepumpen och solfångarna klarar att värma värms med en elpatron i värmepumpen. Eventuellt överskott från solfångarna pumpas ner i energibrunnen för att på så sätt höja temperaturen och därmed COP-faktorn. 24

4. Ekonomiska förutsättningar Avsnitt 4 behandlar de ekonomiska förutsättningarna för modellen. Främst behandlas den använda investeringskalkylen, LCC-metoden, samt investeringskostnader och energipriser. 4.1 LCC-metoden LCC står för livscykelkostnad (Life Cycle Cost). Livscykelkostnaden är totalkostnaden för en viss utrustning under hela dess livslängd, från installation till att den tas ur bruk. Vid inköp av energikrävande produkter är det viktigt att inte bara titta på vilken produkt som är billigast vid inköpet utan även vilken produkt som har lägst energikostnader och är billigast att underhålla. Energikostnaderna under produktens livslängd spelar nästan alltid större roll för de totala kostnaderna än vad investeringskostnaderna gör. Viktigaste komponenterna De viktigaste komponenterna vid beräkning av LCC är: Energikostnader under produktens livslängd. Investeringskostnader för produkten. Underhållskostnader för produkten under dess livslängd. Energi- och underhållskostnaderna kommer att variera under årens lopp. Det är svårt att förutsäga hur stora variationerna blir så för en enkel beräkning kan kostnaderna för elenergi och underhåll antas vara lika stora varje år. Energi- och underhållskostnaderna under produktens livslängd beräknas om till dagens pengavärde med hjälp av den så kallade nuvärdesfaktorn som återfinns i tabell 10.1. Då kan alla kostnader jämföras med varandra, investerings- energi- och underhållskostnad. Att beräkna LCC Livscykelkostnaden beräknas enligt: där (4.1) (4.2) (4.3) För dessa LCC-beräkningar har ett program använts från Energymyndigheten.[25] 25

4.2 Antagna kostnader för ekonomiska beräkningar Systemkostnader Kostnader för de olika delarna i systemet redovisas i tabell 4.1. Tabell 4.1 Investeringskostnad för de olika delarna i systemet.[19][20][21][26] Komponent Värmepump Kollektorpaket* Borrning I jord (inklusive foderrör) 625 kr/meter I berg 150 kr/meter Solfångare 2400 kr/m 2 Cirkulationspump 1600 kr Arbete 450 kr /timme Elpanna 26870 Inköpspris olika beroende på önskad effekt olika beroende på hålets djup. 5000-10000 kr * Kollektorpaket innehåller: Dubbellindad PEM40 PN8 med fabriksvetsad returböj i botten, Sänkvikt, Borrhålstopp och köldbärarsprit.[19] Energikostnader Energikostnader är hämtade från Umeå Energi [23]. Priser gäller förutsatt ej reducerad energiskatt. Tabell 4.2 visar elpriset och tabell 4.3 fjärrvärmepriset. I beräkningarna används elpriset vid ett 1:års avtal. Tabell 4.2 Elpriser från Umeå Energi. Elpris (exkl Avtalslängd skatt/moms) Pris inkl skatt och Energiskatt moms Årsavgift (inkl moms) [öre/kwh] [öre/kwh] [öre/kwh] [kr/år] 1 år 45,9 28,2 92,6 225 2 år 48,2 28,2 95,9 225 3 år 49,9 28,2 97,6 225 Tabell 4.3 Priser för fjärrvärme. Installationspriser och energipriserfrån Umeå Energi. Del Pris Varav arbetskostnad Installation [kr] 50000 20800 Fjärrvärmeledning 12000 5500 Rörligt pris [öre/kwh] 58,8 Fast pris [kr/år] 3380 26

Effekt [W] 5. Resultat För att ta fram det billigaste investeringsalternativet måste det räknas fram ett borrhålsdjup för de båda husen. Efter det så räknas temperaturen i borrhålen fram under de första 25 åren i dirft och därmed också COP-faktorerna. Med detta data räknas sedan energiförbrukningen ut och tillsammans med investeringskostnaderna så används dessa värden i LCC-analysen för att bestämma billigaste systemet. 5.1 Simulering av borrhålsdjup För dimensionering av bergvärmesystemet behövs borrhålsdjupet relativt effektbehovet räknas ut. Borrhålet för de olika husen har simulerats enligt ekvation 2.6 och visas i figur 5.1. För simuleringen gäller: ΔT=5 C och k= 3,5 W/m,K. 25 000 20 000 Effekt beroende på brunnsdjup 15 000 10 000 y = 10,526x R² = 0,9939 5 000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 Brunnsdjup (m) Figur 5.1 Effektuttaget som en funktion av energibrunnens djup Trendlinjen används för att dimensionera brunnsdjupet enligt ekvation i figur 5.1. I detta fall har borrhålet dimensioneras för 65% av maxeffekten. Tabell 5.1 Effektbehovet vid håldimensionering 65% av Maxeffekt [kw] Nytt hus 3,7 Gammalt hus 13,0 Effektuttaget ur energibrunnen följer sambandet enligt ekvation 5.1. (5.1) där h är brunnens djup. Effekter ur tabell 5.1 motsvarar ett håldjup för det gamla huset på 6 hål á 207 meter och för det nya huset 2 hål á 175 meter. 27

5.2 Temperatur i energibrunn De termiska simuleringarna är utförda med en värmeledningsförmåga på 3 W/m K, C p för berggrunden på 800 J/kg K, densitet för berget på 2700 kg/m 3. Temperaturskillnaden mellan brunnstemperaturen och berget sattes till 5 grader. Data från solfångare är tagna från TFE s väderstation på teknikhusets tak på Umeå Universitet. Temperaturen vid olika avstånd från centrum av energibrunnen med ett rent bergvärmesystem samt med 25 m 2 solfångare pålagt visas i figur 5.2 och 5.3. I fallet med solfångare inkopplat i bergvärmesystemet blir topparna något högre på sommaren eftersom det är då solvärmen pumpas ner och detta gör att medeltemperaturen för borrhålet höjs med ca 0,3 C. Figur 5.2 Temperaturen i borrhålet under de 25 första åren vid olika avstånd från borrhålet för ett bergvärmehål vid nomal drift 28

Figur 5.3 Temperaturen i borrhålet under de 25 första åren vid olika avstånd från borrhålet för ett bergvärmehål och 25 m 2 solfångare. Temperaturen i berget närmast hålet avtar någon grad första åren för att sedan plana ut. Temperaturen under året är vågformad med en sänka under vinterhalvåret för att sedan öka igen under sommaren då hålet återhämtar sig vid minskat uttag. Ju mer solfångare som är inkopplade på systemet dessto större blir återladdningen under sommarhalvåret och därmed ökar medeltemperaturen i hålet. Temperaturfördelningar för de båda husen för solfångarareor från 0 till 50 m 2 finns redovisade i bilaga 1. 5.3 Grundare borrhål med solfångare? Tabell 5.2a och 5.2b visar hur djupa energibrunnarna måste vara för att få samma temperatur i brunnen efter 1 år med olika stor area solfångare. Tabell 5.2a Det erfoderliga djupet vid olika stor area solfångareför det gamla huset Area solfångare Djup för att få samma % av ursprungligt djup temperatur som utan solfångare [m2] [m] 0 207 100,0% 15 204,5 99,4% 25 203 98,4% 40 200,5 97,0% 50 199 96,0% Tabell 5.2b Det erfoderliga djupet vid olika stor area solfångareför det nya huset 29

area solfångare [m2] djup för att få samma temperatur som utan solfångare [m] 0 175 100% 15 168 96% 25 163 93% 40 155 89% 50 150 86% % av ursprungligt djup Resultatet blir att med återladdning med solfångare då det finns överskott av solenergi gör att hålet går att borras grundare. Denna effekt är större på det nya huset (upp till 14% grundare) än det gamla huset (4 %). 5.4 Beräkning av COP-faktor COP-faktorn beräknas med hjälp av ekvation 2.5 och tabell 3.2. (2.5) erkningsgraden visas i tabell 5.3. Tabell 5.3 Verkningsgraden för de olika driftsfallen modell område verkningsgrad NIBE FIGHTER 1125 6kW 0/35 0,54 NIBE FIGHTER 1125 6kW 0/50 0,50 NIBE FIGHTER 1125 15kW 0/35 0,55 NIBE FIGHTER 1125 15kW 0/50 0,52 COP-faktorn varierar under året när temperaturen i hålet ändras. Grafisk representation av detta visas i figur 5.4 och 5.5. 30

Figur 5.4 COP-faktorns variation under året vid fallet utan solfångare Figur 5.5 COP-faktorns variation över året vid fallet med 50 m 2 solfångare COP-faktorn stiger lite under sommarhalvåret då uttaget ur energibrunnen minskar. Dessto mer solfångare som är anslutet till systemet dessto högre blir COP-faktorn under sommaren. 31

5.5 Kostnader För LCC-beräkningarna behövs investeringskostnaderna för de olika systemen. Tabell 5.4-5.5 visar investeringskostnad för det nya och det gamla huset vid de olika systemalternativen. Tabell 5.4 Kostnad för investering för det nya huset System Investeringskostnad [kr] 50 m 2 + bergvärme 212 600 25 m 2 +bergvärme 152 600 Bergvärme 91 000 Fjärrvärme 62 000 Eluppvärmning 26 870 32

Tabell 5.5 Kostnad för investering för det gamla huset System Investeringskostnad [kr] 50 m 2 + bergvärme 516 900 25 m 2 +bergvärme 456 900 Bergvärme 395 300 Fjärrvärme 62 000 Eluppvärmning 26 870 Ur tabell 5.4 och 5.5 kan utläsas att fjärrvärmeinvesteringen är billigare än bergvärmeinvesteringen som i sin tur är billigare än bergvärme/solvärme-investeringen. 5.6 LCC-beräkningar I LCC-beräkningarna är livslängden på systemet satt till 25 år och kalkylräntan 6% och energipriser enligt tabell 4.2 och 4.3. Underhållskostnaden är satt till 1% av investeringskostnaden. 5.6.1 Nytt hus Tabell 5.6 visar de beräknade LCC för de olika systemen. Dessa LCC-värden representeras grafiskt i figur 5.2. Tabell 5.6 LCC för de olika investeringarnaför det nya huset System LCC [kr] 50 m 2 + bergvärme 437 326 25 m 2 +bergvärme 384 204 16 m 2 +bergvärme (optimal) 375 456 Bergvärme 403 510 Fjärrvärme 357 423 Eluppvärmning 428 890 33

Kr 500 000 450 000 400 000 350 000 300 000 250 000 200 000 150 000 100 000 50 000 0 Figur 5.6 En grafisk representation av LCC-värdena för de olika investeringarna för det nya huset Ur tabellen kan utläsas att fjärrväresystemet är billigast medan det solfångarsystem med optimal solfångararea är ca. 5 % dyrare. 5.6.2 Gammalt hus Tabell 5.7 visar de beräknade LCC för de olika systemen. Dessa representeras grafiskt i figur 5.3. Tabell 5.7 LCC för de olika investeringarnaför det gamla huset System LCC [kr] 50 m 2 + bergvärme 1 069 151 26 m 2 +bergvärme (optimalt) 1 028 407 25 m 2 +bergvärme 1 029 121 Bergvärme 1 076 150 Fjärrvärme 827 212 Eluppvärmning 1 185 771 34

Kr 1 400 000 1 200 000 1 000 000 800 000 600 000 400 000 200 000 0 Figur 5.7 En grafisk representation av LCC-värdena för de olika investeringarna för det gamla huset För det gamla huset blir fjärrvärmesystemet billigast medan det solfångarsystem med optimal solfångararea blir nästan 25 % dyrare. För båda fallen med det nya respektive det gamla huset visar simuleringarna på att det mest fördelaktiga systemet är ett rent fjärrvärmesystem. 5.7 LCC-beräkningar med korrigerat borrhålsdjup LCC-beräkningar har utförts för de båda husen vid 50 m 2 respektive den optimala solfångararean (16 m 2 för nytt hus och 26 m 2 för gammalt) och korrigerat borrhålsdjup enligt avsnitt 5.3. Dessa visas i tabell 5.8 där de jämförs med motsvarande LCC-värden utan korrigerat djup. Ur tabellen kan utläsas att det blir några procent billigare att borra ett grundare hål. Ju större solfångarsystem dessto billigare blir det att korta ner borrhålen. Tabell 5.8 LCC-värdet för de grundare hålen jämfört med de ursprungliga System LCC [kr] % skillnad 50 m 2 +bergvärme nytt hus (grundare hål) 429 033-2 50 m 2 +bergvärme nytt hus 437 326 16 m 2 +bergvärme nytt hus (grundare hål) 373 159-1 16 m 2 +bergvärme nytt hus 375 456 50 m 2 +bergvärme gammalt hus (grundare hål) 1 050 625-2 50 m 2 +bergvärme gammalt hus 1 069 151 26 m 2 +bergvärme gammalt hus (grundare hål) 1 025 187 0 26 m 2 +bergvärme gammalt hus 1 028 407 35

5.8 LCC fördelning Exempel på hur LCC för systemen fördelar sig illustreras i figur 5.8 och 5.9 Figur 5.8 LCC för systemet för det gamla huset med bergvärme och 26 m 2 solfångare. Figur 5.9 LCC för systemet för det gamla huset med bergvärme. Ur figur 5.8 och 5.9 kan utläsas att ju större andel solfångare i systemet dessto större del av totalkostnaden utgörs av investeringskostnad och dessto mindre av energikostnad. 36

6. Känslighetsanalys För att undersöka hur de olika alternativens livscykelkostnader påverkas vid ändringar av de ingående parametrarna har känslighetsanalyser utförts.. De variabler som varierats är: Värmeledningsförmågan Bergets specifika värmekapacitet Temperaturskillnaden mellan köldbärarvätska och borrhål Vakuumrörsolfångare istället för platta solfångare Genomgående för känslighetsanalysen är att solfångararean sätts till de optimala värdet (16 m 2 för det nya huset och 26 m 2 för det gamla huset). Övriga värden enligt sektion 5.2 och 5.5. 6.1 Värmeledningsförmåga Värmeledningsförmågan varieras mellan 1,5 W/m K till 6,0 W/m K. Nytt hus Förändringen i LCC för det nya huset vid variation av värmeledningsförmåga hos berget redovisas i tabell 6.1. Tabell 6.1 LCC vid olika värmeledningsförmågor för det nya huset Värmeledningsförmåga LCC %-skillnad [W/m K] 1,5 342 897 0,4 3 (referens) 341 418 index 4,5 340 873-0,2 6 340 601-0,2 Gammalt hus Förändringen i LCC för det gamla huset vid variation av värmeledningsförmåga hos berget redovisas i tabell 6.2 Tabell 6.2 LCC vid olika värmeledningsförmågor för det gamla huset Värmeledningsförmåga LCC %-skillnad 1,5 1 034 822 0,6 3 (referens) 1 028 407 index 4,5 1 027 069-0,1 6 1 026 004-0,2 Värmeledningsförmågan påverkar inte resultatet nämnvärt. LCC höjs en del med minskad värmeledningsförmåga och minskar med ökad värmeledningsförmåga. 6.2 Bergets specifika värmekapacitet Den specifika värmekapaciteten varieras mellan 500 J/kg K till 1100 J/kg K. 37

Nytt hus Förändringen i LCC-värde för det nya huset vid variation av den specifika värmekapaciteten hos berget redovisas i tabell 6.3 Tabell 6.3 LCC vid olika C p för det nya huset Cp LCC %-skillnad 500 341 512 0,03 800 341 418 index 1100 341 347-0,02 Gammalt hus Förändringen i LCC för det gamla huset vid variation av den specifika värmekapaciteten hos berget redovisas i tabell 6.4 Tabell 6.4 LCC vid olika C p för det gamla huset Cp LCC %-skillnad 500 1 018 818-0,9 800 1 028 407 index 1100 1 028 880 0,1 Den specifika värmekapaciteten påverkar inte resultatet speciellt mycket (<1%). En tendens är att ju lägre C p dessto högre LCC. 6.3 Temperaturskillnad i värmepump Temperaturskillnaden mellan köldbärarvätska och borrhål varieras mellan 3 och 7 grader. Nytt hus Förändringen i LCC för det gamla huset vid variation av temperaturskillnaden redovisas i tabell 6.5. Tabell 6.5 LCC-värdet vid olika ΔT för det nya huset delta T LCC %-skillnad 3 336 422-1,5 5 341 418 index 7 346 969 1,6 38

Gammalt hus Förändringen i LCC för det gamla huset vid variation av temperaturskillnaden redovisas i tabell 6.6. Tabell 6.6 LCC-värdet vid olika ΔT för det gamla huset delta T LCC %-skillnad 3 1 012 308-1,6 5 1 028 407 index 7 1 047 382 1,8 Temperaturskillnaden mellan köldbärare och borrhål för beräkning av COP-faktorn spelar en betydande roll. Tendensen är att LCC minskar med minskad temperaturdifferens. 6.4 Solfångartyp Vid byte till vakuumrörsolfångare antas att solfångaren levererar dubbelt så mycket energi per kvadratmeter och kostar dubbelt så mycket. Nytt hus Tabell 6.7 visar LCC vid byte till vakuumrörsolfångare (samma area) för det nya huset. Tabell 6.7 LCC vid olika typer av solfångare för det nya huset Typ av solfångare LCC %-skillnad Platta solfångare 341 418 index Vakuumrör 360 081 5,5 Gammalt hus Tabell 6.8 visar LCC vid byte till vakuumrörsolfångare (samma area) för det gamla huset. Tabell 6.8 LCC vid olika typer av solfångare för det gamla huset Typ av solfångare LCC %-skillnad Platta solfångare 1 028 407 index Vakuumrör 1 062 206 3,3 Byte av solfångartyp ändrar LCC avsevärt. Behålls samma solfångararea ökar LCC med mellan 3 och 6%. 39

7. Disskussion I denna sektion disskuteras de olika delarna av resultatet samt känslighetsanalysen. Resultatet visar att fjärrvärme är billigast då man använder sig av LCC-metoden. Grundvatten Grundvattnets påverkan har inte tagits med i simuleringarna. Detta är främst eftersom de hydrologiska förhållandena kan skilja sig avsevärt mellan olika platser inom ett begränsat område. Vid en större etablering bör, som tidigare nämnts, utförliga undersökningar av markens sammansättning och grundvattensituation utföras. För ett rent bergvärmesystem kommer grundvattnet tillföra energi och på så sätt öka temperaturen i hålet. Ju mer grundvatten som strömmar dessto mer varmt vatten tillförs och kallt vatten förs bort. Vid ett energilager däremot så kan grundvattenströmningar ha motsatt effekt, dvs sänka temperaturen i hålet då grundvattnet är kallare än det av solfångare uppvärmda hålet. Några sådana simuleringar har dock inte utförts i detta arbete. LCC-analys Energiförbrukningen ökar marginellt från det första året till det tredje för att sedan plana ut och vara relativt konstant. Skillnaden i förbrukning ligger i storleksordningen 1%. LCC-analysen bygger på konstant energiförbrukning vilket inte är fallet här. Dock har LCC-analysen använts ändå eftersom skillnaden i energianvändning är så liten. För det nya huset så ligger LCC för solfångarsystemen under kostnaden för elsystemet för lägre solfångarareor. När solfångararean börjar närma sig 50 m 2 blir det billigare att satsa på eluppvärmning. Detta är förmodligen eftersom det inte går att tillgodogöra sig den överskottsvärme som produceras på ett tillräckligt kostnadseffektivt sätt. Investeringskostnaden för solfångarna kan inte väga upp för minskningen i energikostnad. Om systemet byggt så att solvärmen används för att höja förångartemperaturen för att på så sätt minska temperaturdifferensen och därmed höja COPfaktorn kan LCC bli lägre. Investeringen för fjärrvärme är en bidragande orsak att LCC blir lägre. Detta kan dock ändras om det är långt till närmsta fjärrvärmekulvert för att koppla in sig. I vissa fall finns inte ens ett fjärrvärmenät tillgängligt och då blir sol- och bergvärmesystem bästa lösningen. Borrhålsdjup LCC sjunker marginellt med ökande solfångar-area med grundare hål. Energikostnaden ökar lite med detta tillvägagångssätt men vägs upp av den minskade investeringskostnaden. COP-faktor Vid beräkningarna har en teoretisk COP-faktor beräknats med utgångspunkt från uppgifter från tillverkaren. COP-faktorn har beräknats med en konstant temperaturskillnad på 5 grader mellan borrhålet och köldbärarvätskan. Detta kan vara svårt att styra så exakt. Cirkulationspump Cirkulationspumpen till solfångarna är är satt till en konstant effekt på 50 W oberoende av antal kvadratmeter solfångare. Vid återladdning av mark kan denna öka lite men inga tillfredställande data hittades så ett konstant värde valdes. Enförbrkningen på denna, de dagar den används, är 1,2 kwh 40

vilket oftast är mycket mindre än den totala elförbrukningen under dagen så denna felkälla bedöms inte ge något signifikant bidrag till slutresultatet. Solfångare Simuleringarna har utgått ifrån väderdata från institutionen för Tillämpad Fysik och Elektroniks väderstation på Umeå Universitet. Styrningen av dessa solfångare är inte optimerad på något sätt men har ändå valts för att få ett verkligt exempel på hur det kan se ut. Byte av solfångare till vakuumrörsolfångare kan höja prestandan i systemet. I känslighetsanalysen ökar LCC-kostnaden vid byte av solfångare men eftersom ingen driftstatistik finns så läggs inte för stor vikt vid detta. Känslighetsanalys Känslighetsanalysen antyder att det som spelar störst roll för slutresultatet är temperaturdifferensen i COP-beräkningarna. Ju mindre differens dessto högre effektivitet hos värmepumpen. Värmeledningsförmågan i marken påverkar inte resultatet så mycket men vid en etablering är det svårt att få välja precis i vilken typ av mark hålet ska borras. Det kan vara tänkbart att energipriser och investeringskostnader har inverkan på LCC men dessa har inte undersökts i detta arbete. LCC fördelning Det kan vara läge att studera hur LCC fördelar sig på olika poster, såsom investering och energikostnad, om man tillexempel vill minska sin energiförbrukning. Genomgående gäller att ju större area solfångare dessto större bli investeringsposten och energikostnadsposten minskar. Brister i modellen Det finns vissa brister i modellen varav vissa tidigare nämnts. Däribland grundvattenrörelser som är väldigt svårt att modellera i Microsoft Excel. Den största osäkerheten i modellen är dock hur solvärmen används. I modellen används den primärt för varmvatten, sedan för uppvärmning och i sista hand för att återladda hålet. Ett alternativ kan vara att använda solvärmen till att förvärma värmebärarvätskan innan förångaren för att på så sätt bättra på driftsförhållanden för värmepumpen. Detta skulle kunna kombineras med systemet i detta arbete för att få en bättre driftsituation beroende på temperaturnivåer och behov. Förluster i modellen är också försummade. Utbytet mellan solvärme och tappvarmvatte/uppvämning är satt som 1:1. Detta antagande stämmer inte utan det är så klart förluster i systemet. 41

8. Slutsatser och rekommendationer Analysen visar att för det nya huset så är LCC för fjärrvärme ca 5% lägre än för det optimala solvärmesystemet och för det gamla huset är samma förhållande ca 20%. Slutsatsen blir att så länge det finns fjärrvärme inom ett rimligt avstånd från fastigheten så blir detta billigast. Då detta inte är fallet så blir en kombination av solfångare och bergvärme den billigaste lösningen. De optimala solfånarareorna för det nya och gamla huset beräknades till 16 m 2 respektive 26 m 2. 8.1 Fortsatt arbete För att utveckla denna modell bör det tittas mycket på styrningen av solfångarsystemet beroende på behov och temperaturnivåer. Även COP-faktorerna för systemet bör undersökas djupare för att få ett bättre resultat. Förlusterna i systemet bör identifieras och tas hänsyn till. 42

9. Referenser [1] Wall Göran (1997),. Fysiska resurser, Kompendium om livskraftiga energisystem, http://www.exergy.se/ftp/nfr.pdf, 13/2-2009 [2] Kjellson Elisabeth (2004),. Solvärme i bostäder med analys av kombinationen solfångare och bergvärmepump, ISBN 91-88722-32-5, Lunds Tekniska Högskola. [3] Platell Peter (2003)., Saving Exergy rather than Energy., LOWTE AB http://www.energypulse.net/centers/article/article_display.cfm?a_id=518., 23/2-09 [4] Exergibyrån (2009)., Energi och Exergi., http://www.exergi.se/filosofi.html., 23/2-09 [5] Loberg Bengt (1999)., Geologi Material, processer och Sveriges berggrund., ISBN 91-7297-635-7 [6]Grip Harald, Rodhe Allan (1994)., Vattnets väg från regn till bäck., ISBN 91-7382-724X [7] Termiskt Responstest att ta reda på energibrunnens effektivitet (2002)., Publicerad i Energi & Miljö nr 3/2002 [8] Borrhålet och dess funktion (2000)., Publicerad i Energi och Miljö nr 1/2000 [9] Mårtensson Hans (2007)., Värmepump i villan., ISBN 978-91-534-2873-2 [10] Çengel Yunus A, Boles Michael A.(2002), Thermodynamics an engineering approach, 4:e upplagan. ISBN 0-07-238332-1 [11] Fakta om energibrunn (2004)., Svenska Värmepump Föreningen., http://www.geotec.se/upload/cms/file/svep_energibrunn.pdf., 10/3-09 [12] Sundberg Jan (1991)., Termiska egenskaper i jord och berg., Statens geotekniska institut, Information 12, Linköping [13] SGUs publika karttjänster Berggrunden (2009)., http://maps.sgu.se/sguinternetmaps/berg/default.htm., 11/3-09 [14] Beckman Olof, Grimvall Göran, Kjöllerström Bengt, Sundström Tage (2005)., Energilära grundläggande termodynamik., ISBN 91-47-05218-X., s.274-278 [15] Nordling Carl, Österman Jonny (1999)., Physics Handbook for science and engineering 6th edition., ISBN 91-44-00823-6 [16] Andrén Lars (2004)., Solvärmeboken., ISBN 91-534-2592-8 [17] Jönsson Bengt (1991)., Vakuumsolfångare: förstudie., ISBN 91-540-5312-9 [18] Abel Enno, Elmroth Arne (2006)., Byggnaden som system., ISBN: 91-540-5974-1 [19] Bylunds VVS, http://www.mamut.net/bylundsvvs/, 3/10-09 [20] Sigrowebbutik, http://www.sigro.se/es_shop/produkter/pumpar/cirkulationspump.html, 3/10-09 [21] Cirotech AB, http://www.cirotech.se/plana-solfangare-for-solvarme.htm, 3/10-09 43

[22] Nibe AB, http://www.nibe.se/produkter/bergvarmepumpar/sortimentslista/fighter-1125, 3/10-09 [23] Umeå Energi, http://www.umeaenergi.se/el/privat/teckna-elavtal.ept, 3/10-09 [24] Inflation i Sverige 1831-2008, Statistiska Centralbyrån, http://www.scb.se/pages/tableandchart 33831.aspx, 14/11-09 [25] Beräkna LCC, Energimyndigheten, http://www.energimyndigheten.se/sv/foretag/energieffektivisering-i-foretag/stall-krav-vidinkop/livscykelkostnad/berakna-lcc/, 16/11-09 [26] Elpannor och Elpatroner, VVS-butiken, http://www.vvsbutiken.nu/elpannor_och_elpatroner.htm, 16/11-09 44

10. Bilagor A. Bilaga 1 - Temperatur i berget A.a Nytt hus Figur A.1-A.6 visar temperaturen i marken på olika avstånd från cetrum i energibrunnarna tillhörande det nya huset. Figur A.1 visar temperaturen i berget under de första 25 åren vid fallet med 0 m 2 solfångare. 45

Figur A.2 visar temperaturen i berget under de första 25 åren vid fallet med 10 m 2 solfångare. Figur A.3 visar temperaturen i berget under de första 25 åren vid fallet med 20 m 2 solfångare. 46

Figur A.4 visar temperaturen i berget under de första 25 åren vid fallet med 30 m 2 solfångare. Figur A.5 visar temperaturen i berget under de första 25 åren vid fallet med 40 m 2 solfångare. 47