Systemlösningar för plus- eller passivhus
En studie med syftet att lösa energibehovet för ett specifikt hus.
System solutions for plus or passive-housing, a study with the purpose of solving the energy needs of a specific house.
Mikael Nordh Johansson Andreas Sköld
Fakultet för hälsa, natur och teknikvetenskap Byggnadsingenjör
22,5 HP Are Kjeang Malin Ohlin 2014-06-21
i
Sammanfattning
Huset som ligger till grund för detta arbete har som syfte att kunna komma in på marknaden som ett billigt men klimatsmart val. Huset ska kunna byggas vart som helst i Sverige och i resten av
Skandinavien på kort tid. Detta ställer krav på vad huset kan ha för värmesystem, då inte alla platser har förutsättningar för att använda till exempel bergvärme eller fjärrvärme. Därav används
värmesystem som är oberoende av omgivningen.
I arbetet "Systemlösningar för plus- eller passivhus" har en mängd beräkningar, en omfattande litteraturstudie och en multikriterieanalys gjorts. Detta för att ta reda på vilken systemlösning som skulle kunna vara bäst för detta specifika hus.
I arbetet jämförs hur vattenmantlade kaminer och värmepumpar fungerar i ett system tillsammans med solfångare. Studien innefattar även att ta reda på hur många solfångare och solceller som kan placeras på huset för att använda förnyelsebara källor i största möjliga utsträckning. Samt vilka val som är ekonomiskt smarta över en längre period och även hur miljön påverkas av dessa val.
Efter beräkningar och litteraturstudier valdes tre olika värmesystem;
Vattenmantlad vedkamin med solfångare
Vattenmantlad pelletskamin med solfångare
Luft/vatten värmepump med solfångare
Resultatet visade ekonomiska skillnader där den vedeldade kaminen var billigast, dock släpper den ut en del farliga gaser vid sin ofullständiga förbränning och kräver mycket uppmärksamhet. Den
vattenmantlade pelletskaminen blev dyrare då investeringskostnaden är högre än för vedkaminen och där den årliga bränsleförbrukningen för pellets är cirka dubbelt så hög gentemot veden. Till sin fördel har den ett enklare självmatande system vilket kräver mindre tid av brukaren. Den har även högre verkningsgrad än sin vedeldade motsvarighet och släpper därför ut mindre farliga gaser.
Värmepumpen visade sig vara dyrast och det är även den svåraste att miljöbedöma. Elen som
används är svår att förutse var den kommer från. Om källan är förnyelsebar kan det argumenteras att värmepumpen är det mest miljövänliga valet. Om den däremot kommer från marginalel ger den upphov till stora mängder växthusgaser i atmosfären. En fördel med värmepumpen är att den är enkel att använda då den till stor del sköter sig själv till skillnad från pelletskaminen och vedkaminen.
Slutsatsen blev att huset är vältänkt och klarar passivstandard i stora delar av Sverige. Huset uppfyllde dock inte kravet för plushus. En stor bidragande orsak till detta är husets taklutning. Att taket lutar mot norr innebär att antalet solcellsmoduler blir för få, vilket leder till för liten
elproduktion. Detta är det enda som skulle kunna ses som en stor brist eftersom det motverkar syftet med huset. Valet av typen av uppvärmning är endast vägledande och lämnas därför öppet för val.
Enligt de sista beräkningarna som gjordes ses vedkaminen som det bästa valet, vilket i stort beror på den stora skillnaden i pris över en längre period. Det styr dock inte valet för alla brukare.
ii
Abstract
The purpose of the house which is the basis of this report is to be able present itself on the market as a relatively cheap and at the same time a climate friendly choice. The house is supposed to be able to be built anywhere in Sweden and the rest of Scandinavia in a short period of time. This puts demand on what kind of heating system the house can have, since not all places have the geographic
advantage of being able to use geothermal or district heating. Therefore the heating system choices will only include those that are not limited by their geographic location. The house will be built in modules which only require the groundwork to be done before the house can be erected.
In this report "System solutions for plus or passive-housing" a comprehensive literature search has been conducted as well as a number of calculations. This has been done to find out which system solution would be most appropriate for this specific house.
After calculations and literature searches, three different systems was chosen;
Water-jacketed wood stove with solar panels
Water-jacketed pellet stove with solar panels
Air/water heat pump with solar panels
The results showed economic differences. The wood stove proved to be the cheapest, it does, however release some toxic gases during its incomplete material incineration and it also requires more of the user’s attention. The investment cost of the pellet stove is higher and the fuel cost proved to be around twice the amount, which led to a higher cost in total. The advantages of the pellet stove is that it is a self-feeding system which requires less of the user’s time and attention. It is also a more efficient machine and therefor emits less toxic gases. The heat pump proved to be the most expensive choice and also the more difficult choice to assess as to its environmental impact.
This due to the fact that it uses electricity as fuel. This electricity is hard to predict the source of. If the source is renewable it could be argued that the heat pump is the most environmental positive choice. If the source on the other hand is from coal or oil plants this will release large amounts of greenhouse gases into the atmosphere. The obvious positive aspect of the heating pump is its ability to run without the help of the user. Something that both the pellet and wood stoves need.
The house proved a few flaws in the thermal bridges that appear in the joints of the house. This could be solved by providing these joints with extra insulation which are otherwise only made of wood.
The conclusion is that this is well thought-out house which pass the definition of a passive house in most places in Sweden. It did now, however, pass the definition of a plus house. This due to the angle of the roof which led to a lesser amount of solar cells, which could not generate the amount of electricity needed to sell more electricity then what is needed to purchase. This is the only part of the house that can be seen as a truly big flaw, since this goes against the purpose of the house. The type of heating system has not been made as a definite conclusion, but is being left open for reader to decide. According to the last calculations made however, the wood stove proved the best choice, this is due to its cheap price over a long period of time. Something that does not prove decisive for all.
Innehåll
Sammanfattning ... i
Abstract ...ii
1. Inledning ... 1
1.1 Mål ... 2
1.2 Syfte ... 2
1.3 Problemformulering ... 2
2. Husets förutsättningar ... 3
3. Metod ... 5
3.1 Ekonomisk analys med LCC ... 5
3.2 Multikriterieanalys ... 6
4. VIP Energy ... 11
4.1 Inledning/teori ... 11
4.2 Metod VIP Energy beräkningar ... 11
4.3 Resultat VIP Energy beräkningar ... 11
4.3.1 Värmeförsörjning VIP Energy ... 11
4.3.2 Elförsörjning VIP Energy ... 12
5. Solfångare ... 13
5.1 Inledning/teori, hur fungerar solfångare? ... 13
5.2 Metod solfångare ... 14
5.2.1 Val av solfångare ... 14
5.2.2 Energiberäkning solfångare ... 15
5.2.3 Energiförluster solfångare ... 15
5.2.4 Multikriterieanalys ... 16
5.3 Resultat solfångare ... 18
5.3.1 Förlustberäkningar solfångare ... 18
5.3.2 Val av solfångare resultat ... 18
5.3.3 Multikriterieanalys ... 19
6 Vattenmantlad kamin ... 22
6.1 Inledning/teori ... 22
6.1.1 Vedeldning, miljöpåverkan ... 22
6.2 Metod vattenmantlad kamin ... 23
6.2.1 Val av vattenmantlad kamin ... 23
6.2.2 Energi och ekonomiberäkning ... 24
6.2.3 Ved och pelletseldning: hälsofarliga gaser ... 25
6.2.4 Primärenergi ... 26
6.2.5 Multikriterieanalys ... 27
6.3 Resultat vattenmantlad kamin ... 30
6.3.1 Miljöresultat ... 30
6.3.2 Ekonomiberäkningar och LCC resultat ... 31
7 Luft/vatten värmepump ... 35
7.1 Inledning/teori ... 35
7.2 Metod luft/vatten värmepump ... 35
7.2.1 Val av luft/vatten värmepump ... 36
7.2.2 LCC-beräkningar ... 37
7.2.2 COP-beräkningar ... 38
7.2.3 Miljöpåverkan värmepump ... 38
7.2.4 Multikriterieanalys ... 38
7.3 Resultat luft/vatten värmepump... 41
7.3.1 LCC-beräkningar resultat ... 41
7.3.2 Miljöpåverkan resultat ... 42
7.3.3 Multikriterieanalys beräkningar och val av luft/vatten värmepump ... 43
8 Solceller ... 46
8.1 Inledning/teori ... 46
8.1.1 Hur fungerar solceller? ... 46
8.1.2 Olika typer av solceller ... 47
8.2 Metod solceller ... 47
8.2.1 Beräkning av hushållsel ... 48
8.2.2 Val av solceller ... 49
8.2.3 Frakt av solceller - Miljöpåverkan ... 49
8.2.4 Energiberäkning indata och solstrålning ... 50
8.2.5 Multikriterieanalys solceller ... 51
8.3 Resultat solceller ... 54
8.3.1 Resultat miljöpåverkan - Frakt av solceller ... 54
8.3.2 Energiberäkningsresultat... 54
8.3.3 Multikriterieanalys beräkning och resultat ... 55
8.3.4 Val av solceller resultat ... 57
9 Systemlösningar ... 59
9.1 Inledning ... 59
9.1.1 Kombisystem: Solfångare och vattenmantlad kamin (vattenmantlad ved- eller pelletskamin) ... 59
9.1.2 Kombisystem: Solfångare och värmepump ... 60
9.1.2 Teori vid placering av solceller och solfångare... 61
9.2 Metod systemlösningar ... 62
9.2.2 Metod för placering av solceller och solfångare ... 62
9.2.3 Metod för sammanställning av system ... 62
9.2.3 Multikriterieanalys ... 63
9.3 Resultat systemlösningar ... 65
9.3.1 Placering av solceller och solfångare... 65
9.3.2 System sammanställning ... 66
9.3.3 Multikriterieanalys ... 67
10 Diskussion ... 70
10.1 Multikriterieanalys ... 70
10.2 Placering av solceller och solfångare ... 70
10.3 Analys av huset ... 71
10.4 Systemlösningar ... 72
11 Slutsats ... 73
11.1 Fortsatta studier ... 73
12. Tackord ... 74
Referenser ... 75 Bilagor ... I Bilaga 1 – Ritningar ... I Grundkonstruktion ... I Takkonstruktion ... II Bilaga 2 Distanser för solcells transport. ... III Bilaga 3 VIP Data... III Bilaga 4 Resultat från vattenmantlade kaminer, ekonomi beräkningar ... V Bilaga 5 Värmepumpar COP-lista ... VII Bilaga 6 Solfångare kWh per år ... IX Bilaga 7 solinstrålning ... XI Bilaga 8 Solfångarberäkning, hur mycket av behovet som täcks ... XI
Bilaga 9, ekonomiberäkningar vattenmantlade kaminer ... XIII Bilaga 10 systemsammanställning ... XIV 11. Bilaga för solcells beräkningar per m2 ... XVI 12. Bilaga för MKA, alla beräkningarna ... XVII Vattenmantlade kaminer ... XVII Luft/vatten värmepumpar ... XX Solfångare ... XXII Solceller ... XXII Systemet ... XXIV Bilaga 13: Värmeförluster solfångare. ... XXV
1
1. Inledning
Studien som presenteras i detta arbete är skriven som ett examensarbete vid Karlstads universitet.
Det är även där som litteraturstudie och simuleringar utförts. Handledare på Karlstads Universitet har varit Are Kjeang och examinator är Malin Olin. Extern handledare har varit Håkan Blixt VD, vid Jemmax AB vars kontor är beläget i Göteborg. Fabriken där husmodulerna tillverkas ligger i Litauen.
Rapporten är uppdelad i flera delar med separata kapitel för inledning, metod och resultat. I slutet av rapporten sammanställs alla resultat till ett slutresultat, som följs av en diskussion och slutsats för hela examensarbetet.
Bakgrunden till arbetet är att människor idag använder mer och mer energi[6]. Jordens ändliga resurser kommer ta slut innan behovet av energi kan täckas av förnyelsebara källor. Detta gör att jordens befolkning står inför en kris som måste lösas. Och detta är möjligt. Det behöver dock lösas på många olika sätt för att jordens befolkning ska ha en säkrad framtid inom energiförsörjningen, samt skapa ett bättre klimat för framtiden. Förnyelsebara energikällor skulle kunna användas för att täcka behovet av energi direkt i bostäderna. Att ha bostadshus som producerar den energi som förbrukas skulle kunna vara ett steg i rätt riktning. Det skulle lösa problemet på lokal nivå och energi i form av el och värme skulle kunna undvikas att transporteras till bostäder.
En del i detta examensarbete är att assistera ett företag vid en planerad byggnation av ett plushus.
Framförallt kommer husets energianvändning att stå i fokus. Huset som behandlas i arbetet är fram tagen av Håkan Blixt och kan ses i figur
11.
Ett plushus är ett hus vars syfte är att generera mer energi än vad det förbrukar[46]. Att bygga huset i passivstandard eller bättre är nästintill ett måste för att kunna hålla ner energiförbrukningen så att huset genererar mer energi än vad det förbrukar. Passivhusstandard innebär att ett hus har välisolerade väggar och bra ventilation för att
energiförbrukningen i huset ska bli så
låg som möjligt[3]. Husets uppvärmning består till stor del av personvärme och apparaturvärme i huset. Det innebär att det är negativt för huset att vara för stort, eftersom de interna värmekällorna inte kan värma upp huset i den utsträckning som krävs. Plushus är ofta dyra att bygga i jämförelse med standardhus. Detta är speciellt fallet i Sverige då det krävs en välisolerad konstruktion som använder sig av energieffektiva installationer för att hålla ner mängden av värme som strömmar ut genom väggar och ventilation. Detta gör över lag plushus mindre attraktiva då det tar många år innan ett sådant hus kan tjäna in dess dyra investeringskostnad.
1 Håkan Blixt VD Jemmax AB, [2014-03-03]
Figur 1: Husets utseende idag.1
2
1.1 Mål
Målet med arbetet är att analysera konstruktionen ur energisynpunkt och titta närmare på lösningar för värmesystem.
Arbetet ska även dimensionera mängd och placering av solceller/solfångare. Detta för att ge förslag på hur huset skulle kunna förbättras, ur ett ekonomiskt- och ekologiskt perspektiv.
1.2 Syfte
Syftet med arbetet är att utifrån förutsättningarna förbättra ett plushus ur både ett ekonomiskt och ekologiskt perspektiv och göra det mer attraktivt på marknaden. Syftet är att ta fram ett hus för de som är intresserade av att leva på mindre av jordens ändliga resurser utan att det sker på bekostnad av levnadsstandarden.
1.3 Problemformulering
Hur mycket av elbehovet kan täckas av solceller? Totalt och under vinterhalvåret, hur mycket behöver köpas in och hur mycket kan säljas?
Hur ska huset värmas upp på bästa sätt utifrån förutsättningarna som getts? Ur ett ekonomiskt-, ekologiskt perspektiv med husets energibehov i åtanke.
Är huset/byggnaden utformad på ett bra sätt ur energisynpunkt?
Utifrån husets förutsättningar, vart kan solceller och/eller solfångare placeras?
3
2. Husets förutsättningar
Väggarna som används till huset byggs i Litauen och skickas sedan som färdiga moduler till byggplatsen.
Väggarna kan göras i olika tjocklekar, väggtjockleken kan väljas mellan 200, 300, 400 eller 500 mm. I dagens läge byggs väggarna bara med en typ av isolerande material, neopor. Ett material som är likt EPS (expanderad styrencellplast) men enligt
företaget som säljer dem (Bakuze LT), är den isolerande effekten ca 20 % bättre. Framställningen ska även vara mer miljövänlig [12]. EPS är ett isolerande material som ofta används vid byggnation. Som figur 22 visar, kan risken för
köldbryggor minskas genom att det finns två stående och bärande pelare i varje modul med neopor mellan.
I figur 33 visas grunden som byggs enligt Kreativa hus ritningar, de består av ctenblock, EPS och betong. Cten är en typ av byggsystem för passivhus. Kantelementet eller L-elementet är den såkallade cten delen. Detta element är gjort så att väggen kan stå stadigt, och den består även av isolerande material för att hindra köldbryggor. Inre delen består av två lager EPS isolering med en betongdel vilande ovanpå för en stabil och välisolerad kontruktion. Det finns en större bild i bilaga 1 som visar vilka material grunden är gjord av.
Takkonstruktionen är också tagen från Kreativa hus. Det är en välisolerad taklösning och kontruktionslösning som visas i detalj i bilaga 1.
De fönster som finns i konstruktionen är
passivhusanpassade treglasfönster med ett U-värde på 0,8 W/m2,K [62]. Fönstret är framtaget av Passive House Institute ett företag som är inriktad på effektivisering och konstruktion av passivhus och passivhusanpassade byggdelar[63]. Fönstren byggs i Litauen i närheten av fabriken, vilket är gynnsamt vad gäller transport, kostnad och leveranstid.
Ventilationen som är förutsatt i huset är ett FTX-system som heter Paul Climos F200[64], detta är ett system med en värmeåtervinningsgrad på 91 %. Det är passivhusanpassat och är även det certifierat av Passive House Institute.
Förutsättningarna för huset är att det ska kunna byggas på så många olika platser om möjligt, därför har bergvärme och fjärrvärme tagits bort som alternativ för uppvärmning. Dessa alternativ är goda
2 Håkan Blixt VD Jemmax AB [2014-03-21]
3 Håkan Blixt VD Jemmax AB [2014-03-21]
Figur 22 – En genomskärning som visar hur väggarna är uppbyggda. En modul består av neoporblock med OSB-skivor på vardera sida.
Den bärande delen är de två pelare som syns vilket minskar risken för köldbryggor. CC- avståndet på modulerna är 1200 mm.
Figur 33 – En bild på grunden enligt kreativahus.se. En större bild med mer detaljer och förklaringar finns i bilagor.
4
miljöval, dock kan de inte tillämpas på alla platser i Sverige och Norden. De tre alternativ för uppvärmning som har valts är: solfångare, luft/vatten värmepump och vattenmantlad ved- /pelletskamin. Dessa ska enskilt eller kombinerat kunna täcka behovet av värme under hela året.
5
3. Metod
För att ta reda på husets el-, värme- och vattenbehov krävs först en utredning av huset. Detta gjordes med programmet VIP Energy som är ett program för beräkning av energiprestanda för byggnader.
Sedan togs fyra alternativ fram för hur behovet skulle täckas:
Solfångare
Vattenmantlad kamin
Luft/vatten värmepump
Solceller
I dessa fyra punkter tas flera olika alternativ fram för att se vad som bäst passar ett hus med passivhusstandard. De fyra punkterna ovan har en egen del i arbetet där introduktion, metod och resultat presenteras för varje alternativ. Det kommer tillslut att bli en kombination av dessa värmesystem som står för husets värmeförsörjning. Solcellerna och solfångarna kommer bestå eftersom de är den stora bidragande delen till att huset blir just ett plushus. Däremot är
värmepumpen och den vattenmantlade kaminen inte direkt nödvändiga. Dessa system ska endast förse huset med det värmebehov som solen inte täcker.
I metoddelen presenteras hur de mer generella beräkningarna gått till. Beräkningar för
Livscykelkostnad (LCC) och Multikriterieanalys(MKA) som kommer presenteras i kapitel 3.1 och 3.2.
är delar i kommande kapitel. För enkelhetens skull har de placerats i början av arbetet för att senare finnas med som delar i resultatberäkningar i kommande kapitel.
3.1 Ekonomisk analys med LCC
En LCC (livscykelkostnad), är ett sätt att räkna ut hur mycket en specifik vara kommer att kosta över ett antal år, vanligast 30år. Detta har valts att göra för vattenmantlade kaminer och för
värmepumparna. Beräkningar har gjorts för att kunna göra en ekonomisk jämförelse mellan de två systemen och kommer finnas med i respektive resultatdel. En LCC-beräkning innefattar 5 delar:
Investering, driftkostnad, underhåll, reinvestering och returvärde.
En LCC beräkning utförs i tre olika fall, ett normalfall, ett extremfall högt och ett extremfall lågt. Vid extremfall hög är räntan lite lägre, inflationen lite högre och prisändringen är högre jämfört med normalfallet. Vid extremfall låg är räntan högre, inflationen låg och prisändringen är noll (se tabell 1).
Dessa beräkningar har gjorts för att se vilket systemval som är säkrast för framtiden. Det är omöjligt att veta exakt hur ränta, inflation och prisändring kommer att se ut för de kommande åren. LCC beräkning är ett sätt att ta fram kostnader utifrån möjliga framtida förutsättningar[13].
6
Tabell 1: Siffror som används i LCC beräkningarna för ränta, inflation och prisändring.
Normal Extremvärde hög
Extremvärde låg
Ränta
0,05 0,04 0,08Inflation
0,02 0,03 0,01Prisförändring
0,01 0,03 0Beräkningsmetoden för en LCC är att summera alla kostnader som blir över 30 år:
LCCtot = Investeringskostnad + driftkostnad + underhåll + reinvestering - returvärde
Metoden som används för LCC-beräkningarna kallas nuvärdesmetoden. Här beräknas ett nuvärde för varje år som adderas för att få den totala kostnaden. Den totala kostnaden för alla år beräknas som lånade pengar. Därför påverkas detta nuvärde som beräknas för varje år av ränta, inflation och prisförändring. Pengarna som inte använts finns sparade på ett konto som ger avkastning varje år.
Formeln för beräkningarna är följande: [13]
𝑁 =
𝑇(1+𝑖)𝑛∗(1+𝑝)𝑛(1+𝑟)𝑛 (1)
N = Nuvärde
T = Investering om n år i = Inflation
p = Prisförändring r = Ränta
n = Antal år
3.2 Multikriterieanalys
Valen av produkterna och systemen har grundats utifrån en typ av multikriterieanalys (MKA), där främst tre olika kategorier har stått i fokus när valen gjorts. Det är miljö, funktion och ekonomi. Med hjälp av kategorierna har en poängsättning och viktning gjorts för produkterna och systemen utifrån vad som anses vara viktigt.
Metoden som har använts är linjär additiv metod. Den metoden är den vanligaste av MKA-
metoderna. Linjär additiv metod innebär att kriterierna som tas fram poängsätts och fördelas i ett viktningssystem. Med detta menas hur stor betydelse ett visst kriterium har i det stora hela. Med hjälp av viktningssystemet och poängsättningen fås sedan en slutgiltig bedömning av produkten och systemen.
Kriterierna, i(i=1…n-kriterier) tilldelas en viss poäng R. Därefter tilldelas kriterierna en vikt (betydelse) W. Detta innebär att kriterierna bedöms efter hur viktiga de är i förhållande till varandra (andra kriterier). När detta gjorts utförs en beräkning med formeln nedan:
7
𝑆𝑙𝑢𝑡𝑏𝑒𝑡𝑦𝑔 = ∑𝑛𝑖=1𝑊𝑖∗ 𝑅𝑖 (2)
De kriterier som valts sätts in ekvationen och därefter rankas kriterierna vilket leder till att en
”vinnare” kan bestämmas. Denna metod har vissa problem där det främst är viktningen som är svår att bedöma. Eftersom det inte finns några direktiv eller allmänna värden blir bedömningen av poängen och viktningen subjektiv[11].
Tillvägagångssätt för MKA-metoden, linjär additiv metod.
För att bestämma vilka kriterier som anses viktiga att ha med i analysen bör det reflekteras över vilka miljö- och funktionsaspekter som är viktiga att ta hänsyn till. När kriterierna är valda skapas en tabell där en bedömning av både poäng och viktning gjorts för samtliga kriterium. Detta måste göras för att kunna genomföra linjär additiv analysmetod.
1. Bestäm vilket/vilka
kriterium/kriterier som ska tas med.
4. Bestäm nyckeltalet (väg in den ekonomiska aspekten).
2. Bestäm vikt och poäng för varje kriterium.
3. Utför MKA-beräkning samt sammanställ och rangordna beräkningarna.
5. Analysera och välj produkt/system.
8
Kriterierna presenteras kort först, därefter kommer en beskrivning om hur poängsättningen är fördelad för varje kriterium. I samband med poängsättningen görs även en bedömning av hur viktiga kriterierna är enligt oss. Där ligger en ingenjörsmässig bedömning till grund för viktning. Inom varje aspekt fördelas ”100 vikt-procent” ut på kriterierna som ingår i de olika miljö- och
funktionsaspekterna[33].
Varje delmoment i rapporten har olika kriterier och poängsättning. Dessa kommer att redovisas separat i respektive del.
MKA-Beräkning
Beräkningarna sker med hjälp av ekvation 2:
𝑆𝑙𝑢𝑡𝑏𝑒𝑡𝑦𝑔 = ∑𝑛𝑖=1𝑊𝑖∗ 𝑅𝑖
Ex:
Tabell 2: Beräkningarna av miljökriterierna, tabellen visar poäng, vikt och slutbetyg för samtliga kriterium.
Miljökriterier Poäng vikt slutbetyg
Utsläpp växthusgaser 0 0,5 0
Utsläpp försurande ämnen 5 0,3 1,5
Primärenergi 5 0,2 1
Summa 2,5
Tabell 3: Beräkningarna av funktionskriterierna, tabellen visar poäng, vikt och slutbetyg för samtliga kriterium.
Funktionskriterier Poäng vikt slutbetyg
Livslängd 0 0,3 0
Effekt -5 0,3 -1,5
Verkningsgrad 5 0,3 1,5
Bekvämlighet -5 0,1 -0,5
Summa -0,5
Tabell 4: Slutbetyg som en produkt får genom att addera miljö och funktionskriterierna.
Slutgiltigt betyg Miljökriterier Funktionskriterier
2 2,5 -0,5
Sammanställning:
Efter alla beräkningar har gjorts, sammanställs och rangordnas resultaten.
9
Sammanställning: Rangordning:
Tabell 6: Sammanställning av slutbetygen.
Slutbetyg
Alt 1 2
Alt 2 8
Alt 3 2
Alt 4 5
Alt 5 8,5
Alt 6 10
Ekonomin:
För att koppla ihop alla aspekter, miljö- och funktionskriterierna(slutbetyg) med kostnaderna görs en beräkning av nyckeltalet. Nyckeltalet beräknas enligt nedan[33]:
𝑆𝑙𝑢𝑡𝑏𝑒𝑡𝑦𝑔2
𝐾𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑𝑒𝑛= 𝑁𝑦𝑐𝑘𝑒𝑙𝑡𝑎𝑙 (3)
𝐾𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑𝑒𝑛 = 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 + 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑝𝑎𝑘𝑒𝑡 + 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑 + 𝑖𝑠𝑜𝑙𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠 𝑠𝑘𝑖𝑣𝑜𝑟 + 𝑏𝑟ä𝑛𝑠𝑙𝑒𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑𝑒𝑛/å𝑟 (se tabell X och Y) [tkr]
𝑆𝑙𝑢𝑡𝑏𝑒𝑡𝑦𝑔 = 𝑆𝑙𝑢𝑡𝑏𝑒𝑡𝑦𝑔𝑒𝑡 𝑠𝑜𝑚 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑐𝑘 𝑣𝑖𝑑 𝑏𝑒𝑟ä𝑘𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛 𝑁𝑦𝑐𝑘𝑒𝑙𝑡𝑎𝑙
= 𝐸𝑛 𝑠𝑎𝑚𝑚𝑎𝑛𝑣ä𝑔𝑛𝑖𝑛𝑔 𝑎𝑣 𝑠𝑎𝑚𝑡𝑙𝑖𝑔𝑎 𝑎𝑠𝑝𝑒𝑘𝑡𝑒𝑟(𝑚𝑖𝑙𝑗ö, 𝑓𝑢𝑛𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑜𝑐ℎ 𝑒𝑘𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖) [𝑠𝑙𝑢𝑡𝑏𝑒𝑡𝑦𝑔2⁄𝑡𝑘𝑟]
Ex:
Beräkningarna av nyckeltal sammanställs och rangordnas:
Tabell 7:Slutbetyget kvadreras för att få ett nytt tal som sedan delas med kostnaden i tkr(tusen kronor), detta ger nyckeltalet. Sammanställning av nyckeltalen.
Ranking slutbetyg Alt slutbetyg2 Kostnad (tkr) Nyckeltal
1 6 100 42,0 2,38
2 5 72,25 42,5 1,70
3 2 64 26,2 2,44
4 4 25 22,4 1,12
5 1 4 29,0 0,14
5 3 4 23,4 0,17
Tabell 5: Rangordning av slutbetygen.
Ranking Alt Slutbetyg
1 Alt 6 10
2 Alt 5 8,5
3 Alt 2 8
4 Alt 4 5
5 Alt 1 2
5 Alt 3 2
10 Rangordning nyckeltal:
Tabell 8: Rangordning av nyckeltalet.
Rankning nyckeltal alt Nyckeltal
1 2 2,44
2 6 2,38
3 5 1,70
4 4 1,12
5 3 0,17
6 1 0,14
Analys:
Nyckeltalen som fås är inte bestämmande utan bör vara vägledande. En granskning/analys av slutbetygen, kostnaderna och nyckeltalen bör göras för att valet ska bli mer korrekt.
Ex:
Med hjälp av diagrammen kan en analys göras och produkten som är mest lämpad väljas.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
1 2 3 4 5 6
Nyckeltal
Figur 5: Nyckeltalet för varje alternativ
0 2 4 6 8 10 12
1 2 3 4 5 6
Slutbetyg
Figur 4 Slutbetyget för varje alternativ.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
1 2 3 4 5 6
Kostnad (tkr)
Figur 6 Kostnaden för varje alternativ.
11
4. VIP Energy
4.1 Inledning/teori
VIP Energy är ett simuleringsprogram där man lägger in alla delarna av ett hus; väggar, tak, grund och kompletterar detta med fönster, dörrar och köldbryggor. Detta görs för att skapa en bild över hur husets energianvändning ser ut. VIP ger sedan en detaljerad lista över vart energin tar vägen och hur stort värmebehovet blir för huset.
Programmet beräknar också mängden el som behövs för att driva pumpar och fläktar.
4.2 Metod VIP Energy beräkningar
I metoden har byggnaden som Håkan Blixt planerar att bygga blivit inplacerad i VIP. Storlek, tjocklek, U-värde, täthet och köldbryggor har lagts in för varje byggnadsdel. En sammanfattning av de större byggdelarna finns i tabell 9. I bilaga 3 med VIP data finns mer information om köldbryggor,
ventilation, klimatdata, tappvarmvatten och ett driftschema.
Tabell 9. Indata som har lags in i VIP för att skapa en modell av huset. Med denna information kan programmet beräkna värme och elbehov för huset.
Konstruktionsdel U-värde Otäthetsfaktor Area
W/m2, K l/s, m2 m2
Tak (Tak) 0,089 0,3 88
Yttervägg (Väderstreck**) 0,101 0,3 194,4
Grund (PPM 0-1) 0,09 0,1 45
Grund (PPM 1-6) 0,074 0,1 53
Fönster (Väderstreck**) 0,85 0,3 36,1
Dörr (Väderstreck**) 0,6 0,3 1,9
Mellanbjälklag(inner) 0,119 0,3 74
*) Ytterligare indata: Huset har beräknas på att 3 personer bor i det.
**) I VIP Energy anges vilket väderstreck byggdelarna är riktade mot.
4.3 Resultat VIP Energy beräkningar
4.3.1 Värmeförsörjning VIP Energy
Tabell 10 är en samling av data från VIP som ger ett resultat i form av värmeförsörjning. Detta är behovet som måste täckas för huset ska hålla minst 21 grader.
12
Tabell 10: Samling av data från VIP Energy som ger husets värmeförsörjningsbehov.
Resultatet från VIP:s beräkningar ger ett behov på 7207 kWh per år. Det är detta behov som måste täckas av någon form av värmekälla.
Behovet på 7207 kWh är den mängd energi som krävs för att värma huset och tappvarmvattnet.
4.3.2 Elförsörjning VIP Energy
Vad gäller elförsörjning beräknar VIP Energy endast energi från fläktar och pumpar. Hushållselen kommer att beräknas i kapitlet solceller för att se hur mycket de kan täcka.
Tabell 11. Tabell över mängden kWh el som pumpar och fläktar använder i huset varje månad.
Karlstad Elförsörjning Januari 58
Februari 53 Mars 59 April 57 Maj 58 Juni 57 Juli 59 Augusti 58 September 58 Oktober 58 November 57 December 59 Total: 692
Resultatet från VIPs beräkningar ger ett elbehov på 692 kWh per år.
Karlstad
Trans- mission
Luft- läckage
Ventilation Spill- vatten
Sol genom fönster
Återvinning ventilation
Process- energi rumsluft
Värme- försörj- ning
Jan 1296 153 855 355 51 745 344 1307
Feb 1169 143 783 321 279 675 310 963
Mars 1216 141 822 355 950 668 344 485
April 991 111 698 343 1081 496 333 324
Maj 801 84 586 355 1272 322 344 306
Juni 585 57 462 343 1071 195 333 292
Juli 473 42 388 355 1143 119 344 302
Aug 513 45 399 355 1163 132 344 302
Sep 705 68 517 343 1044 271 333 292
Okt 862 86 593 355 433 460 344 423
Nov 1007 107 679 343 65 587 333 940
Dec 1251 143 839 355 28 730 344 1272
Total: 10869 1183 7619 4179 8580 5401 4047 7207
13
5. Solfångare
5.1 Inledning/teori, hur fungerar solfångare?
Solfångare värmer vatten genom att ”fånga” solens värme och värma upp vätskan som själva modulen innehåller. Ett system med solfångare kväver en ackumulatortank och beroende på dess storlek kan effekten öka eller minska. Enligt svensksolenergi.se borde man ha en cirka 50-100 liter stor ackumulatortank per kvadratmeter solfångare. Annars är risken stor att tanken blir full och att solfångaren inte utnyttjar sin fulla kapacitet [32]. Däremot om man har en för stor tank som inte är tillräckligt bra isolerad blir värmeförlusterna stora då denna värme läcker ut. Risken för förluster i värme kan också uppkomma då ackumulatortanken är placerad för långt ifrån själva solfångarna.
Detta gör dels att inköpet av rör till vattenledningen blir dyr och dels går värme förlorad under vattentransporten från solfångaren till tanken.
Det finns olika typer av solfångare, i den här studien har tre olika solfångare valts som är av två olika typer. Den vanligaste typen idag är de plana solfångarna. De har ett ytskikt av skyddsglas för att skydda det underliggande värmeabsorberande skiktet. Här värms vatten eller olja upp i kopparrör som kan vara s-formade eller raka beroende på konstruktionen[77][1]. På undersidan sitter ett isolerande skikt för att hålla värmen även under lägre
temperaturer. De plana solfångarna är hållbara. Det negativa är att de släpper ut förhållandevis mycket värme och de har en låg effektivitet då solen lyser från sidan.
Den andra typen som valts är vakuumsolfångaren. Här används ett vakuumrör i glas, i detta vakuumrör finns en superabsorberande yta som värmer upp ett kopparrör innehållande vätska[4].
Efter detta blir processen likt det av en värmepump. Vätskan stiger nu i gasform till toppen av röret och detta kan liknas vid en kompressor. Här avger gasen dess värme till husets
värmesystem och kondenseras sedan ner i röret där processen börjar om. Detta betyder att solens värme får gasen att komprimera och bli varmare, alltså en värmepump som inte behöver el. Det finns en
hel del fördelar med
vakuumsystemet, den ena är att den fungerar bra under vinterhalvåret eftersom kopparröret blir väl isolerat av vacuumet. En annan positiv effekt är att glasen är runda och reflekterar därför bort mindre solljus jämfört med vad en traditionell plan solfångare skulle göra vid lägre horisontalvinklar. Det negativa är priset, ett system kostar omkring dubbelt så mycket som sin plana motsvarighet.
Det argumenteras att vacuumsolfångaren kan ge upp till dubbelt så många kWh per m². Detta betyder att den kan producera tillräckligt mycket energi på mindre yta[29].
Figur 7: Visar den plana solfångaren. Solfångaren består av ett värmeabsorberande skikt i mitten, under detta ligger ett isolerande skikt. Detta skyddas längst upp med skyddsglas.
Figur 9 Bild på en vakuumsolfångare
Figur 8. Genomskärning av ett vakuumsolfångarrör.
14
5.2 Metod solfångare
Som givet av VIP-beräkningar i kapitel 4 ska ett värmebehov på 7207 kWh täckas. Det är fördelaktigt om behovet täcks till så stor del som möjligt av solfångare eftersom detta är en förnyelsebar
energikälla. Problemet är att husets förutsättningar begränsar antalet solfångare och solceller. Det andra problemet är att detta inte är en optimal värmekälla under vintermånaderna.
Metoddelen för solfångare börjar med en presentation av vilka solfångare som valts för detta arbete.
Sedan visas hur beräkningar gjorts för energiberäkning på solfångarna, vilka formler som har använts och var formlerna kommer från. Efter det görs beräkningar på förluster i själva rören från solfångare till ackumulatortank. Även formlerna som beskriver hur stora energiförlusterna blir för denna
transport finns med. Sist finns indata för kapitlets multikriterieanalys. Här visas vilka kriterier som ger mest poäng vid bedömning av olika solfångare. Detta görs för att se vilken solfångare som enligt analysen är mest lämpad.
5.2.1 Val av solfångare
Under metoden för solfångare har en litteraturstudie gjorts för att hitta olika typer av solfångare.
Valen av solfångarna är baserade på vad ett oberoende testföretag, i detta fall SP (Sveriges tekniska forskningsinstitut) har gett för utlåtanden[83]. Utifrån dessa utlåtanden har tre solfångare valts. De som valdes var Svesol Premium[84], Lesol 5 AR[48] och Euronom Exosol LBC15[27]. Solfångarna är av två olika modeller, plana solfångare och vakuumsolfångare. Svesol premium och Lesol 5 AR är plana solfångare medan Euronom Exosol LBC15 är en vacuumsolfångare. Vid litteraturstudien valdes tre paket som hade en modularea på cirka 10 m2. Ett antagande gjordes vid denna punkt att detta skulle räcka för att täcka en stor del av behovet.
Tabell 12. De olika solfångarna som behandlas i detta arbete och kort information om dem.
Märke Kvm
(aperturyta)
kWh/år Pris kr Livslängd (minst) år
Modularea Kvm
Pris med tillbehör Svesol premium 9,5 (4st) 48084 39 0005 30 10,48 39 000
Lesol 5 ar 7,95(5st) 41006 31 8007 30 8,95 45 809
euronom – exosol LBC15
5,79(4st) 4360 52 0008 30 10,64 64 000
4 Sveriges tekniska forskningsinstitut. Utlåtande- beräknat årsutbyte för EURO L20 AR(Svesol premium). [2014-03-27]. [82]
5 Svesol. Prislista. [2014-03-27]. [85]
6 Sveriges tekniska forskningsinstitut. Utlåtande- beräknat årsutbyte för Lesol 5 AR. [2014-03-27]. [81]
7 Nila Energi. Standardsystem Lesol 5 AR. [2014-03-27]. [55]
8 Euronom. Konsumentprislista. [2014-03-27]. [28]
15 5.2.2 Energiberäkning solfångare
Tabell 13 används som indata vid beräkningar av solfångare. Tabellen visar hur stor strålningen är under de olika månaderna i Karlstad enligt SMHI [71][70]. Denna tabell har tagits fram för tre olika städer. Detta gjordes för att kunna förutse hur platsen påverkar solfångarnas kapacitet att värma huset (se bilaga 7 instrålning för alla tre städers instrålning).
Tabell 13. Solens strålning i Karlstad och hur mycket av den totala instrålningen som sker varje månad. Källa: SMHI
Månader Karlstad Karlstad
Strålning kWh/m² sol i procentandelar
Januari 10,9 1,1
Februari 29,4 2,9
Mars 71,7 7,1
April 113,2 11,2
Maj 160,9 15,9
Juni 182,7 18,1
Juli 173 17,1
Augusti 133,5 13,2
September 78,6 7,8
Oktober 36 3,6
November 13,8 1,4
December 7,2 0,7
Tot. 1010,9 100
Med denna information används indata från de olika solfångarna som valts där ett system ger en viss mängd kWh per år vid testförhållanden(STC). Som exempel skulle ett solfångarsystem som ger 1000kWh per år ge 18,1% av den mängden i juni. Detta eftersom strålningen är 18,1% av årets instrålning under juni månad, vilken ger beräkningen: 1000 x 0,181 = 181 kWh i juni.
Vid denna punkt i metoden valdes att inte utöka mängden solfångare i ett försök att täcka större mängder av behovet. Anledningen var att det totala behovet under de varma månaderna täcks redan, och mycket av den värme som genereras av solfångarna skulle gå förlorad. En mindre area valdes inte heller då behovet i vår- och höstmånaderna fortfarande kunde täckas till stor del. Resultat för detta kan ses i delen 5.3.2.
5.2.3 Energiförluster solfångare
För att beräkna hur stora förlusterna blir i rören som går från solfångaren till ackumulatortanken har ekvation 4 använts[89].
Längden på rören är mätt utifrån husmodellen och diametern på röret är taget från installationsguide för Svesol[86].
𝑄 =
2∗𝜋∗𝐷𝑡∗𝑘∗1,16∗𝑆ln(𝑑𝑦/𝑑𝑖) (4)
16 𝑄 = 𝑉ä𝑟𝑚𝑒𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡 𝑝𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑟ö𝑟 (𝑊 𝑚⁄ ) 𝐷𝑡 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠
(𝑠𝑘𝑖𝑙𝑙𝑛𝑎𝑑𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑙𝑙𝑎𝑛 𝐷𝑟𝑖𝑓𝑡𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒𝑛(𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑒𝑛 𝑖 𝑟ö𝑟𝑒𝑡) 𝑜𝑐ℎ 𝑙ä𝑔𝑠𝑡𝑎 𝑜𝑚𝑔𝑖𝑣𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟) 𝑘 = 𝑖𝑠𝑜𝑙𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑣ä𝑟𝑚𝑒𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑒𝑡 (𝑊 𝑚⁄ ℃)
1,16 = 𝐾𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡 (𝑘𝑊ℎ 𝑚⁄ 3,℃)
𝑑𝑦 = 𝐼𝑠𝑜𝑙𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑦𝑡𝑡𝑒𝑟𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 (𝑚𝑚) 𝑑𝑖 = 𝐼𝑠𝑜𝑙𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑖𝑛𝑛𝑒𝑟𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 (𝑚𝑚)
𝑆 = 𝑆ä𝑘𝑒𝑟ℎ𝑒𝑡𝑠𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 (1,2 𝑖𝑛𝑜𝑚ℎ𝑢𝑠 − 1,5 𝑢𝑡𝑜𝑚ℎ𝑢𝑠)
Totala energiförlusten:
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑛 = 𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑛 ∗ 𝑠𝑜𝑙𝑡𝑖𝑚𝑚𝑎𝑟 (5)
5.2.4 Multikriterieanalys
Metoden för utförandet av multikriterieanalysen följer enligt kapitel 3.2.
För att grunda valet av vilka solfångare som bör väljas har en multikriterieanalys använts. Valen har gjorts utifrån tre aspekter; miljö, funktion och ekonomi. För att bestämma vilka kriterier som anses viktiga att ha med i analysen bör det reflekteras över vilka miljö- och funktionsaspekter som är viktiga att ta hänsyn till. När kriterierna är valda skapas en tabell där en bedömning av både poäng och viktning gjorts för samtliga kriterium. Vilket måste göras för att kunna genomföra linjär additiv analysmetod.
För solfångare har följande kriterier valts:
Funktion;
Livslängd
Energi (kWh/m2 (modularea), år)
Aperturyta (m2 (aperturarea)/modul)
Miljö:
För solfångarna har miljöaspekten antagits som samma för samtliga produkter och därför inte tagits med i bedömningen. Utsläpp från solfångarna sker under tillverkningsprocessen men kan försummas tack vare deras långa livslängd och för att de inte har några utsläpp under drifttiden. Det behövs dock el till cirkulationspumpen under drifttiden men det försummas i detta fall.
17 Funktion:
Livslängd
Livslängden på produkten är av stor vikt och bör alltid betraktas när valen ska göras. För att bedömningen av livslängden ska bli korrekt bör de faktorer som kan påverka livslängden negativt utföras på korrekt sätt. Negativa effekter kan vara t.ex. installation. Då livslängden för solfångarna är relativt lång viktas detta kriterium lite lägre än vad kriteriet Energi gör. Livslängden är fortfarande viktig men energin anses något viktigare i detta fall.
Livslängdens vikt=0,3 (30 %)
Energi
Energin som solfångarna genererar är av stor vikt och viktas i detta fall högst. Desto mer energi solfångarna kan generera, ju mer ”gratis” energi kan huset få.
Vilket bidrar till att husets uppvärmningsbehov minskar. Ett stort bidrag från solfångarna är positivt både ur ett ekonomiskt- samt miljöperspektiv, då solenergin är förnyelsebar.
Energins vikt 0,6 (60 %)
Aperturyta
Eftersom husets förutsättningar inte är optimala blir det extra viktigt att ha en stor aperturyta per modul.
Visserligen har detta kriterium viktats lägst men har ändå en viktig del i att generera mer energi från solfångarna.
Aperturytans vikt=0,1 (10 %)
Tabell 14: Poängsättning för solfångarnas livslängd.
Poäng Livslängd 10 >30
5 20-30 0 10 till 20 -5 <10
Tabell 15: Poängsättning för mängden värmeenergi som solfångarna ger för varje m2 modularea.
Poäng Energi
(kWh/m2 modularea, år)
10 >500
5 450-500
0 400-450
-5 <400
Tabell 16: Poängsättning för solfångarmoduls apparaturyta.
Poäng Aperturyta
(m2 (aperturyta)/modul) 10 >2,5
5 2-2,5 0 1,5-2 -5 <1,5
18 Ekonomi:
När den ekonomiska aspekten ska vägas in görs beräkningarna med ekvation 3. Det som tas fram med ekvation 3 är ett så kallat nyckeltal som väger in samtliga aspekter (miljö, funktion och ekonomi). Det som tas med i den ekonomiska aspekten är inköpskostnaderna + material- och tillbehörskostnaderna.
Analys:
Nyckeltalen som fås är inte bestämmande utan bör vara vägledande. En analys görs genom att studera diagrammen över kostnader, nyckeltal och slutbetyg för produkterna. Detta genomförs innan det slutgiltiga valet fastställs.
5.3 Resultat solfångare
I resultat för solfångare presenteras först beräkningarna på förlusterna som visar hur mycket energi en solfångare generellt förlorar vid transport av vätska från solfångare till ackumulatortank. Sedan presenteras beräkningar på alla solfångare och hur mycket energi var och en ger under året. Efter detta kommer multikriterieanalysens resultat som efter analys visar vilken solfångare som fick mest poäng. Sist ses vilken solfångare som var bäst enligt satta mål och en tabell som visar hur mycket energi huset använder av den värmeenergi som den valda solfångaren ger.
5.3.1 Förlustberäkningar solfångare
Beräkningarna är gjorda med hjälp av ekvation 4 och 5. För beräkningarna se bilaga 13.
Karlstad:
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑛 = 𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑛 × 𝑠𝑜𝑙𝑡𝑖𝑚𝑚𝑎𝑟 = 161,1 𝑊 ∗ 1801 ℎ å𝑟⁄ = 290 141,1 𝑊ℎ å𝑟⁄
= 290,14 𝑘𝑊ℎ å𝑟⁄ Luleå:
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑛 = 𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑛 × 𝑠𝑜𝑙𝑡𝑖𝑚𝑚𝑎𝑟 = 161,1 𝑊 ∗ 1771 ℎ å𝑟⁄ = 285 308,1 𝑊ℎ å𝑟⁄
= 285,31 𝑘𝑊ℎ å𝑟⁄ Malmö:
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑛 = 𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑛 × 𝑠𝑜𝑙𝑡𝑖𝑚𝑚𝑎𝑟 = 161,1 𝑊 ∗ 1592 ℎ å𝑟⁄ = 256 471,2 𝑊ℎ å𝑟⁄
= 256,47 𝑘𝑊ℎ å𝑟⁄
5.3.2 Val av solfångare resultat
I tabell 17 kan resultatet för varje solfångare med förluster ses (Se bilaga 6 för data från Malmö och Luleå). Totalsumman av varje modell i tabell 17 är baserad på en omräkning av SP:s värde minus rörförlusterna. Vid omräkningen av värde har verkningsgraden tagits fram för modellerna sen multiplicerats med kWh/m2 (1011 i Karlstad).
19
Tabell 17. Hur många kWh värme solfångarna ger varje månad under året i Karlstad. AP betyder aperturyta, vilket är ytan som används för att fånga värme från solen. M står för modularea, storleken på hela modulen.
Karlstad Svesol Premium Lesol 5 ar euronom – exosol LBC15
Ap: 9,5 m2; M: 10,47 m2
Ap: 7,95 m2; M: 8,95 m2
Ap: 5,79 m2; M: 10,64 m2
januari kWh 38 39 42
februari kWh 109 103 111
mars kWh 276 252 271
april kWh 440 397 427
maj kWh 626 564 607
juni kWh 712 642 691
juli kWh 673 607 653
augusti kWh 512 465 500
september kWh 302 277 298
oktober kWh 136 128 137
november kWh 50 50 53
december kWh 22 25 27
Totalt: kWh/år 3896 3548 3816
5.3.3 Multikriterieanalys
MKA-beräkningar
Tabell 18: Vilken produkt som hör till vilket alternativ.
Alt 1 Euronom Alt 2 Lesol 5AR Alt 3 Svesol Premium
MKA-beräkningarna av slutbetygen utförs med ekvation 2 och samtliga uträkningar hittas i bilaga 12.
Här nedan visas en sammanställning och rangordning av resultaten.
Sammanställning (slutbetyg): Rangordning (Slutbetyg):
Tabell 20: Sammanställningen av slutbetygen för solfångarna.
Alt slutbetyg
1 2,5
2 6
3 6,5
Tabell 19: Rangordningen av slutbetygen för solfångarna.
Rangordning alt slutbetyg
1 3 6,5
2 2 6
3 1 2,5
20 Ekonomi:
Nedan visas sammanställningen och rangordningen av resultatet för nyckeltalet.
Sammanställning:
Tabell 21: Sammanställning av nyckeltalen för solfångare.
Rangordning (slutbetyg)
Alt slutbetyg2 kostnader tkr/modul
Nyckeltal
1 3 42,25 9,75 4,3
2 2 36 9,16 3,9
3 1 6,25 16 0,39
Rangordning:
Tabell 22: Rangordningen av nyckeltalen för solfångare.
Rangordning (nyckeltal)
alt Nyckeltal
1 3 4,3
2 2 3,9
3 1 0,39
Analys:
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
1 2 3
Nyckeltal
Figur 10 Diagrammet visar nyckeltalen för de olika alternativen i stapelform, för att underlätta valet av produkt.
0 1 2 3 4 5 6 7
1 2 3
Slutbetyg
Figur 11 Diagrammet visar slutbetygen för de olika
alternativen i stapelform, för att underlätta valet av produkt.
21
Alternativ 3 fick både högst slutbetyg och nyckeltal. Kostnaden är lite högre än det billigaste alternativet men solfångaren som väljs är ändå alternativ 3 (Svesol Premium).
Svesol premium var enligt beräkningar den bästa solfångaren för detta hus. I tabell 23 visas hur mycket solfångaren ger under olika månader i Karlstad samt vad behovet är för huset om det är beläget i Karlstad. Se bilaga 8 för data från alla tre städer Karlstad, Luleå och Malmö.
Tabell 23. Visar vilka månader som fångaren kan täcka hela behovet av värme. Varje månads bidrag till husets värme kan också ses.
Svesol-Karlstad
Månad Värmebehov Solfångarbidrag Behov av extra energi
kWh kWh kWh
januari 1307 38 1268
februari 963 109 854
mars 485 276 209
april 324 440 0
maj 306 626 0
juni 292 712 0
juli 302 673 0
augusti 302 512 0
september 292 302 0
oktober 423 136 287
november 940 50 890
december 1272 22 1250
Tot. 7207 4759
Resultatet av kapitlet på solfångare ger ett uppvärmningsbehov av extra energi i huset på 4759 kWh.
Detta är ett behov som ska täckas av en vattenmantlad kamin eller en värmepump.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
1 2 3
Kostnader (tkr/modul)
Figur 12 Diagrammet visar kostnaderna för de olika alternativen i stapelform, för att underlätta valet av produkt.
22
6 Vattenmantlad kamin 6.1 Inledning/teori
Vattenmantlade kaminer används av flera anledningar. Det är ett bra sätt att värma luften i huset.
Värmen går även till att värma varmvattnet som sedan värmer hela huset via vattenburna radiatorer.
En attraktiv fördel är mysfaktorn.
En vattenmantlad kamin har en enkel funktion. Den värmer vätska som leds nära kaminen och sedan förs till en
ackumulatortank där vätskan värmeväxlas.
Om det är vatten för användning lagras det för senare bruk. En kamin av denna sort kan enkelt användas tillsammans med
solfångare. Under sommaren behöver kaminen inte eldas för att få varmvatten utan det sköter solfångaren. Under vintern kan inte solfångaren ta upp lika mycket sol för att täcka behovet av vatten. Då används kaminen dels för att ta hand om
varmvattenbehovet men även för att värma rumsluften. En vattenmantlad kamin ger värme till både rumsluft och till vattnet i huset.
6.1.1 Vedeldning, miljöpåverkan
Att elda med pellets eller ved kan ses som koldioxidneutralt då den koldioxid som släpps ut vid förbränning tas upp av träden igen och det blir ett kretslopp av denna process[10]. Endast den koldioxid som trädet bundit själv under sin livstid släpps ut i atmosfären. Detta till skillnad från att gräva upp olja och kol ur marken som introducerar nya mängder koldioxid och andra gaser i atmosfären. Det är dock inte ofarligt att elda med ved eller pellets då fler farliga gaser än koldioxid släpps ut vid förbränningen. Detta kan störa människor som bor i närheten eller människorna som själv bor i bostaden[20]. Enligt miljöbalken 2:a kapitel har varje person som eldar eget ansvar för de gaser som släpps ut vid eldning och att luftföroreningen ska bli så liten som möjligt. Det är därför den egna personens ansvar att skorstenen är hög nog och att rökgaserna har tillräckligt hög temperatur.
Då får gaserna hög hastighet när de lämnar skorstenen vilket för bort dem från närliggande bostäder.
Vid förbränning släpps flera hälsofarliga gaser ut i luften, såsom bensen, polycykliska aromatiska kolväten (PAH) och små partiklar. Dessa gaser släpps ut även vid noggrann och nära fullständig förbränning. Gaserna kan ge upphov till andningssvårigheter och cancer. Vid dålig förbränning skapas även rökgaser som kolmonoxid, kolväten och sot. Gaser som har potentiell energi utnyttjas inte. Det är därför viktigt att ha en panna med hög verkningsgrad och en panna som är anpassad för
årsbehovet. En panna som värmer mer än vad som krävs eller en panna som använder mycket bränsle utan att generera lika mycket värme, är dåliga investeringar både ekonomiskt och
miljömässigt. Det är därför bra att kombinera ved- eller pelletssystem med solfångare för att slippa Figur 13 Såhär kan man värma huset med en vattenmantlad kamin samt att det finns flera komplement till den.
23
elda under de varma månaderna på året och således hålla ner utsläppsmängden och även kostnaderna.
Även om förbränningen har många negativa aspekter är det ändå betydligt bättre än flera av de alternativ som finns. Den marginalel som köps idag är till stor del en kombination av olja och kol. Olja och kol bidrar till stora utsläpp av koldioxid i atmosfären jämfört med de koldioxidneutrala valen.
Diagram 4 som är tagen från Energimyndigheten visar hur mycket koldioxid ekvivalent utsläpp som direktverkande el från marginalel ger upphov till. Här visas tydligt skillnaden mellan de
koldioxidneutrala pellets- och vedkaminerna jämfört med andra val av uppvärmning.
6.2 Metod vattenmantlad kamin
I metod för vattenmantlade kaminer presenteras först vilka kaminer som valts i en tabell med detaljer om varje typ. Sedan följer energi och ekonomiberäkningar där indata och ekvationer för energiberäkningarna kan ses. Därefter kommer en tabell som visar vilka farliga gaser som släpps ut vid olika typer av förbränning. Detta används som indata vid beräkningar av farliga gaser. Sedan presenteras hur primärenergiberäkningar görs och vilka omvandlingsfaktorer som används vid denna beräkning. Sist kommer en lista av tabeller med poängsättningen som används till indata för
multikriterieanalysen.
6.2.1 Val av vattenmantlad kamin
I metoden för vattenmantlade kaminer gjordes en litteraturstudie och sex olika vattenmantlade kaminer valdes. Två gjutjärn, två stål och två pelletskaminer. Detta för att undersöka vilken
Figur 14: Bild från Energimyndigheten där mängden koldioxid som släpps ut per kWh kan ses för den värme som huset förbrukar för de olika typerna av uppvärmning. De streckade pelarna visar koldioxidneutrala val. Källa:
Energimyndigheten [66].
24
ekonomisk och ekologisk skillnad det är mellan stålkaminer med vedeldning, gjutjärnskaminer med vedeldning och pelletskaminer. Alla priser i tabell 24 är utan moms.
Tabell 24: Olika vattenmantlade kaminer som behandlas i rapporten.
Märke Verkningsgrad
%
Effekt mot luft
Effekt mot vatten
Pris Typ Livslängd
Belaqua - stålsidor9
82 5kW 5kW 14625 kr Stål, ved ca 15 år
Nordic Kamina 12w10
70 2,5kW 9,5kW 11500 kr Gjutjärn,
ved
mer än 30 år
Falun aqua11 81 4kW 4kW 9000 kr Stål, ved ca 15 år
HFB-243 Olive12 74 3kW 6,8kW 7800 kr Gjutjärn,
ved
mer än 30 år
HR-10013 >90 4kW 10kW 26400 kr Stål,
pellets
ca 15 år
Artel Class.IdroL14
94 3kW 10,5kW 26000 kr Stål,
pellets
ca 15 år
* För alla priser tillkommer installationspaket för cirka 6800kr (enligt kaminkungen.se koppling mot ackumulatortank[42])
* För alla priser tillkommer isoleringsskivor för cirka 1000kr (enligt kaminkungen.se installations tips, pris från karles.se[44])
* Installationskostnaden kan variera kraftigt, men efter att installationspaket köpts krävs endast själva arbetet vilket kan antas till cirka 5000kr (enligt karles.se cirka 600kr/timme och det kan ta en arbetsdag)
Livslängden på kaminerna har bestämts med hjälp av kontakter från horseflamenorden.com och effekta.se, båda är återförsäljare av kaminer.
6.2.2 Energi och ekonomiberäkning
För att se vilken kamin som är bäst ur ett ekonomiskt perspektiv beräknas hur mycket energi som fås med hjälp av verkningsgrad, årsbehov och värmevärdet för pellets/ved. Beräkningarna är utförda enligt ekvationen nedan:
Å𝑟𝑠𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣 𝑖 𝑘𝑊ℎ 𝑉ä𝑟𝑚𝑒𝑣ä𝑟𝑑𝑒 𝑖 𝑘𝑊ℎ
𝑉𝑒𝑟𝑘𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑔𝑟𝑎𝑑
⁄ = 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑛 𝑝𝑒𝑙𝑙𝑒𝑡𝑠 𝑒𝑙𝑙𝑒𝑟 𝑣𝑒𝑑 𝑠𝑜𝑚 𝑘𝑟ä𝑣𝑠 (6)
9 Kaminkungen. Vattenmantlad Belaqua. [2014-03-27] [40]
10 Kaminkungen. Vattenmantlad nordic Kamina 12 kW. [2014-04-07] [41]
11 Kaminexperten. Falun Aqua. [2014-03-27] [39]
12 Horse flame Norden AB. Med vattenlmantel/HFB-243 olive. [2014-04-14] [36]
13 Kardonar Bioenergy Solutions AB. Vattenmantlade pelletskaminer. [2014-04-02] [43]
14 Biovärmebutiken. Artel Class. IdroL. [2014-04-02] [15]
25 Indata:
Värmevärde pellets = 4,8 MWh/ton [79][2]
Värmevärde ved = 4,3 MWh/ton [88][58]
Årsbehov efter solfångare = 4758 kWh (Karlstad), 7435 kWh (Luleå), 3701 kWh (Malmö) Pris pellets: 3kr/kg enligt energi och klimatrådgivningen vid köp av pall [23].
Pris ved: 1,2kr/kg enligt energi och klimatrådgivningen [24].
LCC beräkning
Efter detta gjordes en LCC beräkning. Metod för detta kan ses i kapitel 3.1 där begrepp som LCC och nuvärdesmetod finns förklarade. Indata för dessa beräkningar har tagits från tabell 24 för livslängd, inköpspris och installation. Indata för årskostnad har tagits från energiberäkningar i 6.3.2.
Resultat av LCC beräkningar kan ses i resultatdelen för detta kapitel, 6.3.3.
6.2.3 Ved och pelletseldning: hälsofarliga gaser
Även om olja släpper ut mer koldioxid blir förbränningen mer fullständig än den förbränningen som sker när ved och pellets eldas. Detta leder till att mindre hälsofarliga gaser släpps ut vid
oljeförbränning, men skillnaden i koldioxid är hög och väger inte upp det mindre utsläppet av hälsofarliga gaser. Vetskapen om vilka gaser som släpps ut vid ved och pelletsförbränning är ändå viktig att notera för att i största möjliga mån förhindras. I tabell 25 nedan listas vilka gaser som släpps ut vid vilket typ av förbränning. I detta arbete används endast miljögodkända vedkaminer och
pelletskaminer, båda med ackumulatortank.
26
Tabell 25 har använts som indata för att sammanställa kaminernas utsläpp av hälsofarliga gaser.
Pellets- och vedkaminernas mängd av utsläpp är satt i relation till utsläppen från oljeeldning. Denna sammanställning presenteras i resultatdelen för vattenmantlade kaminer.
6.2.4 Primärenergi
Primärenergi är ett sätt att mäta hur stor resursförbrukning (användning av naturresurser) ett material eller en produkt ger upphov till. Primärenergi är mängden energi som läggs till på
exempelvis trä innan den förbränns. Om pellets är varan som eldas räknas primärenergin genom att lägga till energin som används vid framställning av pellets. Pellets har 1,57 i omvandlingsfaktor innan det blir primärenergi. Det innebär att det krävs 1,57 kWh för att skapa 1 kWh pellets (1 kWh vid förbränning). Det används alltså 1,57 kWh primärenergi för att skapa 1 kWh pellets (1 kWh vid förbränning). Ved har en lägre omvandlingsfaktor eftersom det krävs färre steg innan det används i kaminen.
Primärenergiberäkningar har utförts med syftet att se den ekologiska effekten som pellets och vedkaminer har i jämförelse med värmepumpar. Indata för beräkningar togs ifrån Svenska
miljöinstitutets "Vägledning till metodval vid beräkning av påverkan från förändrad energianvändning på de svenska miljömålen"[10].
Indata vid primärenergiberäkning:
Pellets omvandlingsfaktor = 1,57 Ved omvandlingsfaktor = 1,43
Tabell 25: Hälsofarliga gaser som förbränning i ved- och pellet kaminer ger vid förbränning, även olja kan ses som kontrast. Källa: Naturvårdverket.[50]
27 6.2.5 Multikriterieanalys
Metoden för utförandet av multikriterieanalysen följer enligt kapitel 3.2.
För att grunda valet av vilken vattenmantlad kamin som bör väljas har en multikriterieanalys använts.
Valen har gjorts utifrån tre aspekter; miljö, funktion och ekonomi. För att bestämma vilka kriterier som anses viktiga att ha med i analysen bör det reflekteras över vilka miljö- och funktionsaspekter som är viktiga att ta hänsyn till. När kriterierna är valda skapas en tabell där en bedömning av både poäng och viktning gjorts för samtliga kriterium. Det måste göras för att kunna genomföra linjär additiv analysmetod.
För de vattenmantlade kaminerna har följande kriterier valts:
Miljöaspekter:
Primärenergi
Utsläpp av växthusgaser
Utsläpp av försurande ämnen
Funktionsaspekter:
Livslängd
Effekt(kW till vatten i %)
Verkningsgrad
Bekvämlighet
Miljö:
Miljökriterierna är baserade på vad som beräknats på i arbetet och poängen baseras på de olika produkternas värden inom dessa aspekter.
Primärenergi:
För att få helhetsbilden av hur mycket energi det går åt för en viss produkt bör primärenergin räknas. Med primärenergi menas hur mycket energi som går åt under hela processen från utvinning till den används i huset.
Primärenergin ger en bild av den totala
energianvändningen[49]. En stor utvinning för att få energi kan skapa en negativ effekt för miljön. Trots detta viktas primärenergi lägst av miljökriterierna.
Primärenergins vikt= 0,2 (20 %)
Tabell 26: Poängsättning för primärenergi.
Poäng Primärenergi (kWh/år) 10 <6000
5 6000-7000 0 7000-8000 -5 >8000
