El och värmesystem 48

I Sverige står småhusen för 45 % av energiåtgången för uppvärmning, medan

flerbostadshusen står för 28 %. I småhusen används även mer icke förnyelsebar energi än i flerbostadshusen. I driftskedet förbrukas 85 % av den totala energianvändningen under byggnadens livslängd.

Det finns idag cirka 2 miljoner enfamiljshus i Sverige. Ungefär 500 000 av dessa värms upp med direktverkande el. Övriga värms med ett vattenburet system.

Genomsnittsvillan använder 25 000 kWh per år. Denna energi delas upp i 5 000 kWh hushållsel, 5 000 kWh till varmvatten och 15 000 kWh till uppvärmning.

I ett hållbart samhälle ska förnyelsebara energikällor användas och de ska ingå i ett kretslopp. Förnyelsebara energikällor är biobränslen, sol, vind och vatten.

Värmepumpar och spillvärme kan också användas. Värmepumpar tar värme från naturen. Biobränslen kan användas direkt till uppvärmning eller till att genera el i kraftvärmeverk. Solenergin kan utnyttjas i solfångare som ger värme eller i solceller som producerar el. Vind- och vattenkraft producerar el. Elen från de förnyelsebara källorna kan i sin tur omvandlas till värme. Energikällorna kan utnyttjas både storskaligt i till exempel vindkraftparker, värmeverk, vattenkraftsanläggningar och småskaligt med till exempel solfångare på det egna taket och eget vindkraftverk. Förnyelsebara energikällor som ger värme är, som nämnts ovan:

• Biobränsle • Värmepumpar • Solfångare

• El från förnybara källor

Här kommer inte fjärrvärme att beskrivas eftersom platsen för typhuset inte är bestämt. Fjärrvärme finns i många tätbebyggda områden.

Förnybara energikällor som ger el är: • Vattenkraft

• Vindkraft • Solceller

• Biobränsleeldade kraftvärmeverk [3, 4, 5]

2.9.2.1 Eldning med biobränsle

Biobränslen, med undantag för torv, bidrar inte till växthuseffekten eftersom den mängd koldioxid som frigörs vid förbränningen åter binds när nya träd och växter växer upp. Detta är en stor fördel för hälsa och miljö. En förutsättning är att det odlas samma mängd biomassa som eldas upp. Däremot kan förbränningen orsaka

luftföroreningar. Det släpps ut partiklar och flyktiga kolväten som har negativ påverkan på hälsan. I rökgaserna finns också svaveloxider och kväveoxider som orsakar försurning och övergödning. Det är främst småskalig förbränning som leder till höga värden av föroreningar i luften. Förbränning och rening håller inte alltid samma kvalitet i småskalig som vid storskalig förbränning i till exempel värmeverk.

Utsläppen sker också lokalt vid enskilda förbränningsanläggningar som kan orsaka problem i tätbebyggda områden.

Biobränslen innehåller också tungmetaller så som kvicksilver, kadmium och bly. De flesta tungmetallerna finns i askan efter förbränning. I askan finns också mineraler och näringsämnen. När skogs- och åkerbränslen tas bort från skogen försvinner växtnäringsämnen från marken. För att sluta kretsloppet ska restprodukterna från trädbränslen återföras till marken genom att sprida ut askan och låta avverkningsrester ligga kvar. Askan innehåller de flesta ämnen som förts bort. Kväve och kvicksilver försvinner dock vid förbränningen. Askans sammansättning av ämnen varierar beroende på var ifrån den kommer. Eftersom askan är basisk förhindrar den

försurning. Återföring av aska måste ske på ett riktigt sätt för att inte orsaka skador på mark.

Biobränslen utgörs av: • Trädbränslen • Agrara bränslen • Torvbränsle

• Avlutar och tallbeckolja • Brännbart avfall

Trädbränslena är toppar, grenar, gallringsvirke med mera från träd och skog. Av dessa fås ved, pellets, briketter, flis, bark och spån. Agrara bränslen fås från jordbruket och utgörs bland annat av energiskog, energigräs, halm och spannmål. Torvbränsle besår av torv. Avlutar och tallbeckolja är biprodukter inom massaindustrin. Avlutar bildas när pappersmassa tillverkas genom att koka träflis.

Jämfört med användning av olja kräver biobränsle mer tillsyn och skötsel.

Omfattningen av arbete och utrymmesbehov varierar beroende på typ av biobränsle. De nedan beskrivna typerna av biobränsle är lämpliga för småskalig användning. [4, 5, 69, 75]

Ved

Ved är det idag vanligaste biobränslet som används i villor. Träden fälls i slutet på hösten eller i början av vintern då virket innehåller lägst fukthalt. Den kapas och klyvs på våren. Veden ska sedan torka under minst en vår- eller sommarsäsong. Den ska förvaras under tak och luftigt så att fukt kan torka ut. Veden ska tas in två till tre veckor innan användning för att den ska vara torr. Torr ved ger bättre förbränning med mer värme och mindre utsläpp än nyhuggen ved. Användarens tillgång till ved med till exempel egen skog påverkar lönsamheten, men även köpt är det ett billigt bränsle jämfört med pellets, el och olja. [5, 69, 75]

Pellets

Pellets är förädlat och tillverkas på ett antal olika ställen runt om i Sverige. Det görs av trärester såsom sågspån, kutterspån och bark som kommer från sågverk och annan industri. Pellets är format som stavar med en diameter på 6-12 mm, se Figur 24. Pellets är det biobränsle som kräver minst arbetsinsats och släpper ut den minsta mängden av skadliga ämnen vid förbränning. Jämfört med ved är pellets torrare och mer homogen. Det medför att förbränningen blir jämnare. Transportkostnaderna blir lägre eftersom pellets har en lägre fukthalt. Bränslet har ett högt energiinnehåll. Det

går även att automatisera eldningen, vilket medför att användaren inte behöver ha så stora kunskaper i hur eldning utförs på ett riktigt sätt. Pellets kräver ett

förvaringsutrymme inomhus eller utomhus. Förrådet ska vara under tak, men behöver inte vara uppvärmt. I förrådet förvaras pellets i silo eller i förpackningar. [5, 69, 75]

Figur 24. Pellets [77]

Förbränningsanläggningar för enskilt bruk

Förbränningsanordningarna kan vara luftmantlade och då avge värme till luften, eller vattenmantlade och kopplade till en ackumulatortank. Vattnet cirkulerar i ett

vattenburet värmesystem. Tilluften till förbränningsanordningen kan tas utifrån genom en tilluftskanal så att inte redan uppvärmd rumsluft används. I byggnader med självdragsventilation är det speciellt lämpligt att utföra det så för att förhindra baksug. Värmeanläggningen kan bestå av en ved- eller pelletspanna kopplad till en

ackumulatortank. Det ger en effektivare förbränning.

Nya miljögodkända förbränningsanordningar, med eller utan ackumulatortank, har mycket bättre verkningsgrad och mindre utsläpp än gamla förbränningsanordningar, se Tabell 4. En märkning är den nordiska miljömärkningen Svanen och en annan märkning görs av Sveriges Provnings- och forskningsinstitut SP. Utsläppen per energienhet blir med en icke miljögodkänd panna större än i fjärrvärmeanläggningar och förbränning i oljepanna. I dagsläget utgörs de flesta pannorna i Sverige av icke miljögodkända pannor. Det finns därför stora möjligheter till förbättringar. Det är främst förbränningsanordningens verkningsgrad och förbränningsegenskaper som påverkar mängden utsläpp och innehåll av skadliga ämnen. Skötsel och kvaliteten på bränslen är också faktorer som påverkar. [4, 5, 6, 69]

Uppvärmningskälla Verkningsgrad Gammal vedpanna 40-70 % Ny vedpanna 80-90 % Öppen spis 5-15 % Spisinsats 50-70 % Kakelugn 50-70 % Modern kakelugn 70-90 % Braskamin 50-80 % Pelletsbrännare 80 % Pelletskamin 70-80 % Pelletspanna 90 %

Tabell 4. Verkningsgraden för olika uppvärmningskällor. [5]

Vedpanna:En värmepanna placeras centralt i byggnaden och förser den med värme

som miljögodkända och icke miljögodkända. De bör kopplas till en ackumulatortank för att förbränningen ska bli så effektiv som möjligt. [5, 75]

Pelletspanna: En pelletspanna kan ha ett inbyggt förråd som rymmer pellets som

vintertid räcker i några dygn. Pellets kan också matas från ett externt förråd inomhus eller utomhus. Liksom för vedpannor bör de anslutas till en ackumulatortank. Askan behöver regelbundet tas bort från pelletspannan. Det kan ske manuellt eller som i vissa pannor, automatiskt. I moderna pelletspannor är brännaren konstruerad så att bränslet utnyttjas så effektivt som möjligt. Om pelletspannan dimensioneras efter värmebehovet vintertid blir verkningsgraden sommartid sämre. Under de varmare årstiderna är det endast tappvarmvattnet som behöver värmas. En bra lösning är då att komplettera pelletspannan med solfångare som står för uppvärmningen av

varmvattnet under sommaren. Om pelletspannans effekt är mer än 60 kW måste den placeras i ett eget pannrum och därmed vara en egen brandcell. Är den däremot under 60 kW finns inte dessa krav. [5, 12, 69]

Kökspanna: Kökspannor är vattenmantlade pannor som eldas med ved och är

placerade i kök. De har kokplattor och ibland även bakugn. Kökspannorna kombinerar matlagning och uppvärmning. Det finns olika typer där skillnaden beror på vilken funktion som prioriteras – matlagning eller uppvärmning. Efterfrågan på kökspannor har under de senaste åren ökat. I energieffektiva hus med en liten energiförbrukning behövs inget pannrum om en kökspanna installeras. Det finns några kökspannor som klarar miljökraven. [5]

Vedspis: Vedspisar används i likhet med kökspannor till både matlagning och

uppvärmning. Förr var de gjorda i gjutjärn. De moderna är ofta gjorda i plåt. De vedspisar som är gjorda av plåt och gjutjärn kräver regelbunden eldning medan vedspisar i täljsten och tegel lagrar värmen bättre och kan avge den under en längre tidsperiod. I dem behöver det eldas cirka två gånger per dag. För att det under sommaren inte ska bli för varmt vid matlagning installeras ofta en gas- eller elspis som under perioder får komplettera vedspisen. Matlagning vid en miljögodkänd vedspis som eldas på ett riktigt sätt är miljövänligt. [5]

Bakugn: Bakugnar kan vara inbyggda i vedspisar och kökspannor eller vara separata.

Det finns moderna bakugnar där en efterbrännkammare är placerad ovanför bakugnen. I efterbrännkammaren sker en sekundärförbränning. En sådan modern bakugn är vanligtvis i täljsten, men förekommer även i tegel. På markanden finns också hela enheter med både bakugn och vedspis. En sådan enhet kan stå för den största delen av uppvärmningen av ett hus om den placeras i mitten av byggnaden. [5]

Kakelugn: Kakelugnen är en svensk uppfinning som utvecklades på 1700-talet.

Kakelugnar är gjorda av tunga värmelagrande material och rökgaskanalerna är långa och har stor värmeöverföringsyta där den varma luften kan avge värme till

kakelugnens massa. Värmeöverföringsytan blir stor på grund av att rökgaskanalerna först går upp, sedan ner och åter upp där röken försvinner ut via skorstenen.

Kakelugnar tillverkades förr i tegel och lerbruk. Även dagens moderna kakelugnar kan vara gjorda i tegel. De tillverkas också i täljsten, olivinsten och eldfast gjutmassa som alla tre har högre värmelagrande förmåga än tegel. Vissa kakelugnar har en efterbränningskammare. Tilluften kan tas via en tilluftkanal utifrån för att

förstärkas. Kakelugnen kan också placeras på ett fundament. Det finns både nytillverkade och gamla kakelugnar på marknaden. [5, 69]

Luftmantlade kakelugnar: Luftmantlade kakelugnar tar in kall luft från golvnivå

genom luftkanaler och för ut varm luft i en övre del. På så sätt värms ett kallt rum fortare upp. Luftkanalerna kan ofta stängas så att de värmelagrande materialen i kakelugnen istället värms upp och värme avges till rummet genom strålning. [5]

Vattenmantlade kakelugnar: Vattenmantlade kakelugnar kopplas till det vattenburna

värmesystemet. De har en inbyggd värmeväxlare som växlar cirka 30 % av värmen till en slinga med vatten. Detta vatten förs till en ackumulatortank och kan värma varmvattnet och/eller radiatorer. För att det uppvärmda vattnet ska föras till

ackumulatortanken kan det behövas en eldriven pump. Självcirkulation är också ett möjligt sätt. I ett energisnålt hus kan en vattenmantlad kakelugn tillgodose den största delen av värmebehovet.

Det finns även vattenmantlade kakelugnar med en inbyggd ackumulatortank. Fördelen med den inbyggda ackumulatortanken är att kakelugnen kan kopplas direkt till det befintliga värmesystemet och på så sätt värma exempelvis radiatorer, golvvärme eller varmvattenberedare. [5, 78]

Vedkamin: Vedkaminer kombineras ofta med en annan värmekälla och fungerar som

spetsvärme. De är mindre än kakelugnar och behöver ingen förstärkning av bjälklaget. De är gjorda i metall, mineraliskt material eller en kombination av dessa. Som nämnts tidigare har mineraliska material till exempel täljsten bättre värmelagringsförmåga än metall. En vedkamin i metall kräver regelbunden eldning och ger huvudsakligen värme under tiden som det eldas i den. Den blir snabbare varm och kyls ner snabbare efter att elden slocknat. En vedkamin i till exempel täljsten bevarar värmen i

materialet en längre tid och värmetoppen försvinner så att värmen blir jämnare. Det förekommer vattenmantlade vedkaminer. En luftmantlad vedkamin kallas braskamin. [5, 69]

Braskamin: Braskaminen har dubbla väggar. Mellan dessa väggar värms rumsluft

upp som tagits vid golvet och för ut den med hjälp av fläktar i dess övre del. Tilluften till förbränningen kan tas utifrån. Braskaminer klädda med kakel kallas för

kakelkamin. [5]

Pelletskamin: Kaminen kan svara för cirka 70 % av ett hus uppvärmningsbehov om

planlösningen är öppen och kaminen placeras centralt. Något separat pannrum krävs inte. Pelletskaminer kan vara luftmantlade eller vattenmantlade. Luftmantlade kaminer har en eldstad som rymmer cirka ett dygns förbrukning under vintern. De är försedda med en varvtalsreglerad fläkt och bränslet matas på automatiskt. Den kan också kopplas till en rumstermostat som känner av rumstemperaturen och på så sätt styr pelletskaminen. En vattenmantlad pelletskamin kan också vara automatiserad. Den värmer huset genom strålning, konvektion (den cirkulerande luften) och genom uppvärmning av vatten som förs till ackumulatortanken. Utsläppen blir mindre vid eldning i en pelletskamin än i en braskamin. Förbränningen är mer kontrollerad och automatiserad. Figur 25 nedan visar en pelletskamin och dess olika delar. [5, 69]

Figur 25. Pelletskamin i genomskärning. 1=Pelletsförråd, 2= Påfyllnadslucka 3=Matningsskruv 4=Asklåda 5=Förbränningsluftfläkt 6=Varmluftfläkt 7=Värmeväxlare 8=Brännare [69]

Kombikamin: Kombikamin kan eldas med både pellets och ved. [69]

Spisinsatser: Spisinsatser sätts in i öppna spisar för att förbättra verkningsgraden. De

är vanligtvis luftmantlade och gjorda i metall. Om det inte finns en öppen spis att bygga en spisinsats i, kan en ny eldstad med spisinsats byggas. På marknaden förekommer dessa som byggsatser och kallas murspisar. [5]

2.9.2.2 Värmepumpar

Värmepumpar för villor tar värme med låg temperatur från frånluft, uteluft, berg, ytjord eller vatten, tillför energi och får ut värme med hög temperatur som överförs till värmesystemet i huset. I kretsen cirkulerar ett köldmedium. Det köldmedium som användes förr var freoner som lett till en nedbrytning av ozonskiktet. De köldmedier som används idag, så kallade mjuka freoner, bryter inte ner ozonskiktet, men de förstärker växthuseffekten. Det förekommer utveckling av köldmedier till

villavärmepumpar som varken påverkar ozonskiktet eller växthuseffekten negativt. Värmepumparna tar upp värme i förångaren och köldmediet övergår till ångform. Det leds till en kompressor där ångan komprimeras. Det ökade trycket medför att

temperaturen ökar. I kondensatorn återgår den till flytande form samtidigt som värme avges till husets uppvärmningssystem. Köldmediet leds vidare till en strypventil där temperaturen minskar. För att driva värmepumpen behövs energi. Det vanligaste är att de drivs med el, men det förekommer också bränsledrivna motorer där bränslet kan bestå av biobränsle.

En värmepumps värmefaktor anger förhållandet mellan energi som erhålls av systemet och energi som tillförs. Värmefaktorn är alltid större än ett och bör vara större än tre för att vara motiverad ur energisynpunkt. Det beror på att elen som tillförs är tre gånger mer resursförbrukande än ett bränsle, eftersom verkningsgraden för el som produceras med bränsle är 30 %. Om en värmepump har en värmefaktor tre innebär det att en tredjedel el tillsätts och två tredjedelar erhålls som gratis värme. Ju

högre temperatur det är på värmekällan och ju mindre temperaturvariationerna är desto bättre.

Värmepumpar finns i olika storlekar som kan producera olika stor mängd värme. Stora värmepumpar kan täcka husets hela effektbehov, medan mindre värmepumpar bör kompletteras med annan värmekälla, till exempel en kamin. Buller från

värmepumpar kan vara ett problem.

Uteluftsvärmepumpar tar värme från uteluften. Uteluft är tillgängligt överallt, men temperaturen är lägst när värmebehovet är som störst. Det gör att mer el behöver tillföras till värmepumpen under vintern då elsystemet har den högsta belastningen. Det finns luft-luftvärmepumpar, som överför värmen till luften eller luft-

vattenvärmepumpar som överför värmen till det vattenburna värmesystemet. Ytjordvärmepumpar har plaströr som grävs ner cirka en meter under markytan och läggs i slingor med en meters mellanrum. Tomten behöver ha en tillräcklig storlek för att en ytjordvärmepump ska kunna installeras. Temperaturvariationerna är mindre i ytjorden än i uteluften och därför ger de bättre drift.

Sjövärmepumpar tar den lågtempererade värmen från sjöbotten där slangar läggs på liknande sätt som för ytjordvärmepumpar. Bergvärmepumpar tar värme från 60-170 m djupa borrhål i berget.

Frånluftsvärmepumpar kan installeras i byggnader med mekanisk ventilation. Det pågår även en utveckling av frånluftsvärmepumpar för självdragsventilation. Det är värmen i frånluften som utnyttjas. Frånluftens temperatur är förhållandevis konstant och hög. Däremot är ventilationsflödet ofta för litet för att en frånluftsvärmepump ska kunna stå för byggnadens hela värmebehov. De används främst för att värma

tappvarmvatten och en del av vattnet i radiatorerna. Frånluftsvärmepumpar har en viss ljudnivå som varierar mellan olika modeller. De har en storlek som en vanlig

garderob. [4, 5, 6, 74]

2.9.2.3 Solenergi

Den globala solinstrålningen sägs motsvara en energimängd som är 15 000-20 000 gånger större än den totala energianvändningen på hela jorden. Den oändliga och miljövänliga källan solen måste utnyttjas mycket mer än vad som görs idag. Dessutom är källan helt gratis. Solvärme kan täcka en stor del av uppvärmnings- och

varmvattenbehovet i bostäder. Under somrarna har Sverige en lika stor solinstrålning som Medelhavsområdet eftersom vi har så långa dagar. Över hela året är skillnaden dock stor. Mycket forskning pågår inom området för att finna nya lösningar för uppvärmning och elproduktion i hus. Det gäller att kunna ta vara på solens enorma energi och utnyttja den på rätt sätt.

Solen kan utnyttjas på flera olika sätt för att få ut värme och elektricitet. Solfångare används för att erhålla värme medan solceller används för att producera elektricitet. Termisk solvärme är en teknik där en solfångare värmer ett medium, till exempel vatten eller luft. Passiv solvärme innebär att den infallande, direkta solinstrålningen magasineras i huskroppen i en tung stomme och avlämnar under natten den värme

som lagrats. Om passiv solenergi utnyttjas är det viktigt att ha ett överskuggande tak eller markiser för att inomhustemperaturen inte ska bli för hög på sommaren. [29, 79]

Solfångare

En nackdel med solenergi är att den flödar som mest när det är som varmast, vilket gör att solenergin inte kan utnyttjas för uppvärmning året om här i Norden. Däremot behöver vi varmvatten året om, och då är solenergi en bra källa under de soligare sex till nio månaderna. En bra solfångaranläggning kan bidra med 400 kWh per m2 solfångare och år. I en energisnål, modern villa kan 25-30 % av energibehovet täckas via solfångare.

Bäst effekt får solfångaren om den är orienterad mellan sydost och sydväst. Lutningen mot horisontalplanet bör vara 25-60 grader. Det är självklart viktigt att inte

solfångarna skuggas. Om solfångarna utsätts för skuggning ger de ingen värme alls. Solfångarna bör placeras ganska högt upp mot nock. Detta minskar snö- och

regnbelastningen. Om solfångarna endast ska användas till tappvarmvatten behövs cirka 4-6 m2 solfångaryta, medan uppvärmning kräver 8-15 m2.

Solfångare kan delas in i tre olika typer, nämligen plana solfångare,

vakuumsolfångare och koncentrerade solfångare. De koncentrerade solfångarna passar inte bra i det svenska klimatet eftersom de enbart kan utnyttja direkt solljus och inte diffust.

Den plana solfångaren är vanligast i Sverige. Den består ovanifrån av ett klart glas som skyddar absorbatorn. Genom absorbatorn cirkulerar det värmeupptagande mediet, vilket gör den till en av de viktigaste komponenterna i solfångaren. Mediet är i allmänhet en vatten- och glykolblandning som tål temperaturer under 0°C. Under absorbatorn placeras en folie för att skydda denna mot damm och under folien finns