I detta avsnitt diskuteras resultaten av arbetet och även val av metod.
6.1 Energianvändning per kvadratmeter
Sett till energianvändningen per kvadratmeter 2018 innebär markvärmesystem anlagda på broar en större energianvändning än för anläggning på stråken på mark. Detta beror på att värmeförluster för konstruktioner som har en oskyddad undersida är betydligt högre än om systemet är anlagt på mark där undersidan är skyddad. Den låga användningen för november 2018 beror på att det var väldigt liten mängd nederbörd under den månaden om man jämför med ett normalår samt att medeltemperaturen för november överstiger temperaturen på vätskefilmen på plattan. I beräkningarna har vätskefilmen utgått från att hålla en temperatur på +0,56 °C, men denna månad var medeltemperaturen +0,7 °C.
I en artikel om design av lågtempererade markvärmesystem beskrivs energibehovet för ett system som regleras av lufttemperatur (Johnsson & Adl-Zarrabi, 2019). Energianvändningen per kvadratmeter varierade mellan 330–541 kWh/m2. Värdena i Tabell 3 förutom år 2020 faller inom detta intervall. Beräkningarna för systemet på Norra Ön utgår till stor del från lufttemperaturen vilket gör det rimligt att de hamnar inom intervallet från artikeln.
Ifall systemet inte hade använt sig av någon form att reglering eller styrning hade energianvändningen blivit väldigt hög. Utan styrning skulle systemet överstiga det rekommenderade energibehovsintervallet (350–500 kWh/m2) från Byggnadsstyrelsen (Byggnadsstyrelsen, 1976). Två av de tre åren som undersökts hamnar inom
energibehovsintervallet. År 2020 hamnar utanför på grund av det varma vädret.
Det är tydligt att det krävs relativt lite energi för att smälta snön medan det blir väldigt hög energianvändning för tomgångsdrift. För att koppla till metoden så antogs
markvärmesystemet ha en styrning där effekten reglerades ner till 20% av tomgångsflödet de dagar det ej var någon nederbörd. Reglering av markvärmesystem skiljer sig åt från
anläggning till anläggning beroende på vad som efterfrågas samt att regleringsmetoden var okänd. Dock är de framtagna värdena rimliga sett till intervallerna för dem befintliga markvärmeanläggningarna i Umeå. En anledning till att tomgången har så stor
energianvändning är också att systemet ska kunna leverera värme i samband med snöfall och inte efter. Om inte värme levereras direkt till ytan kan det uppstå en uppbyggnad av snö vilket inte är önskvärt. Det kan vara väldigt stor skillnad i energianvändning mellan driftlägen för markvärmesystem. Beroende på till exempel den geografiska placeringen av systemet, effektreglering och vädret det aktuella året så kan tomgångsenergin vara allt från 5–45 gånger större än snösmältningsenergin (ASHRAE, 2015). Det finns stor potential för att spara energi genom bland annat användning av ett effektivt reglersystem. Exempelvis i artikeln om lågtempererade markvärmesystem beskrivs det hur energianvändningen kan sänkas till 125–
172 kWh/m2 genom reglering efter daggpunkten (Johnsson & Adl-Zarrabi, 2019). Dock är det en avvägning som får göras då en sänkt energianvändning leder till mer timmar av is och snö på asfalten.
30
6.2 Total energianvändning
Markvärmesystemet tar upp en större yta på Norra Ön än vad det gör för broarna i anslutning till Norra Ön. Detta medför att den totala energianvändningen för stråken på Norra Ön (cykelstråk och centrala stråket) blir högre än för broarnas sammanlagda energianvändning.
Detta även fast broar har en större värmeförlust. Broarnas stora värmeförlust kan förklaras till att de är utsatta för vind. Värme avges till omgivande luft genom konduktion (Çengel, et al., 2017). Den varma luften i närheten av bron blir sedan ersatt av kallare luft till följd av konvektion. Detta gör att smältning av snö tar längre tid samtidigt som värmeflödesbehovet för tomgången blir högre.
Sett till den totala energianvändningen enligt väderdata åren 2018–2020 har april och oktober låga värden då dessa månader är ”övergångsmånader” till sommaren. Värden för dessa kan skilja sig åt beroende på hur snöfall vid plusgrader beaktas. I detta arbete togs ett medelvärde för den relativa fuktigheten och som då gav ett värde för temperaturen. Dessa blev +2,4 °C 2018, +2,6 °C 2019 och +3,0 °C 2020. Nederbörd i form av snö kan falla vid varmare
temperaturer än de framtagna värdena men det kräver då en låg relativ luftfuktighet som mest förekommer under sommaren. Ett alternativt tillvägagångssätt för den relativa luftfuktigheten hade varit att utgå från flera temperaturer och inte bara en. Genom att vara mer dynamisk för denna parameter och till exempel accepterat snöfall både upp till +1,5 °C vid 100 % relativ fuktigheten och +4 °C vid 60 % relativ fuktighet hade förmodligen energiåtgången för snösmältning och tomgång varit något annorlunda.
Åren 2018, 2019 och 2020 valdes eftersom dessa år har haft väldigt olika väder vilket ansågs intressant. År 2018 hade den kallaste medeltemperaturen under perioden januari-april och oktober-december samt lägst nederbörd. Vädret i beräkningarna år 2019 har varit väldigt likt ett normalår (år 1991–2020). Medeltemperaturen är i stort sett lika med normalåret med något hög nederbörd. År 2020 var betydligt varmare och hade mer nederbörd än ett normalår. Att dessa år valdes för beräkningarna gav en bra spridning på hur marksystemet står sig mellan olika år och väder. Det vore lämpligt om observationsdata från ett större intervall, till exempel 10 år samlats för att ge en mer övergripande bild över energianvändningen.
Sett till beräkning av fuktkvoten enligt Ekvation 13 gällande daggpunktstemperaturen hade ett alternativt tillvägagångssätt varit att använda observationsdata från SMHI. Det skulle förmodligen ge andra värden som i sin tur har en påverkan på det totala värmeflödet 𝑞𝑜. Även antagandet om den dimensionerade effekten på systemet har en påverkan på slutresultatet. En högre dimensionerad effekt möjliggör att värmeflödesbehovet för snösmältningen uppnås fortare. För områden där snö förväntas driva samman eller speciellt snörika områden kan det vara lämpligt att ha en högre dimensionerad effekt, ca 60 W/m2(Byggnadsstyrelsen, 1976).
Däremot kanske det kan leda till högre tomgångsenergianvändning. I en artikel om
implementering av elektrisk markvärme för snösmältning vid en flygplats designades plattor för en effekt mellan 109,8–491,5 W/m2med ett snitt på 265,1 W/m2 (Malakooti, et al., 2020).
Jämfört med detta kan de antagna dimensionerade effekterna för systemet antas vara något högt med tanke på snittet. Däremot är de inom intervallet och kan antas vara rimliga.
31
6.3 Driftkostnader
Den årliga driftkostnaden blev 5,0 Mkr 2018 och 5,4 Mkr 2019. Snittkostnaden på 289 kr/m² 2018 är relativt högt om det jämförs med befintliga system i Umeå (ca 240
kr/m²). Dock eftersom en stor del av systemet skulle kunna anläggas på broar så ökar det kostnaden. Sett till arean så befinner sig ca 36 % av detta markvärmesystem på broar vilket har en mycket högre värmeförlust än markanlagd markvärme. Detta medför att del blir en högre driftkostnad då energianvändningen är högre. Den årliga driftkostnaden år 2020 blev betydligt mindre än de övriga åren. Detta beror på att detta år var väldigt varmt som tidigare diskuterats.
Effektavgiften utgår från den abonnerade effekten från den största anläggningen i Umeå. Om hela Norra Ön anlagts med markvärme skulle det förmodligen bli den största anläggningen i Umeå. Det kanske hade inneburit att den abonnerade effekten skulle vara större än vad som har tagits med i beräkningarna för detta arbete. Gällande drift- och tillsynskostnader samt energiavgiften kan det vara att dessa förändras i framtiden som kan medföra lägre eller större kostnader.
6.4 Felkällor
Observationsdatan hade gett mer exakta värden om timvärdet för alla parametrar hade använts. Men då timvärde för nederbördsdatan saknades gick det inte att räkna med timvärden.
Det hade varit fördelaktigt om all väderdata hämtats från samma mätstation, alternativt att väderdata mätts för platsen där markvärmesystemet skulle kunna anläggas.
Om observationsdata för molnighet hade varit tillgänglig så hade detta medfört mer exakta temperaturvärden enligt Ekvation 9.
För vissa dagar saknades det även helt observationsdata för vissa parametrar som medförde att de inte gick att ta med i beräkningarna. Detta medför att energianvändningen en månad kan vara lägre än vad den egentligen ska vara.
32