Forskning och Utveckling | Värmegles 2006:29
fjärrvärmeanpassade småhus göteborg
avancerad fjärrvärmeanvändning i småhus
Under ledning av Heimo Zinko, ZW Energiteknik AB
DEMONSTRATIONSPROJEKT FJÄRRVÄRMEANPASSADE
SMÅHUS GÖTEBORG
Avancerad fjärrvärmeanvändning i småhus
Rapport │ Värmegles 2006:29
Heimo Zinko ZW Energiteknik AB
med bidrag av
Olof Ingulf Roger Svensson Göteborg Energi AB
ISSN 1401-9264
© 2007 Svensk Fjärrvärme AB Art nr 06-26
I rapporten redovisar projektledaren sina resultat och slutsatser.
Publicering innebär inte att Svensk Fjärrvärme AB eller styrgruppen för Värmegles Fjärrvärme tagit ställning till slutsatser och resultat.
Sammanfattning
I denna rapport beskrivs ett demonstrationsprojekt som Göteborg Energi genomför i samarbete med programmet ”Värmegles fjärrvärme”. Målsättning för projektet är att demonstrera ett antal nya tekniker som har potential för att användas i
fjärrvärmevärmda småhus och som idag inte är standard. En målsättning med projektet är att visa att man kan göra mera med fjärrvärme än att värma varmvatten och
bostadsytor, vilket innebär att man uppnår en ökad fjärrvärmeanvändning i områden med låg linjetäthet. Om man ökar linjetätheten, så minskar även de specifika
anslutningskostnaderna.
Projektets huvudsyfte är således att visa de möjligheter som står till buds för att öka fjärrvärmelasten i ett småhus. De åtgärder som har genomförts innefattas i en av de tre följande kategorierna:
Fjärrvärme ersätter elkraft
- Fjärrvärmedriven diskmaskin, tvättmaskin och torktumlare Fjärrvärme för ökad komfort i huset
- Fjärrvärmedriven luftkonditionering
Tillgång till en enkel värmekälla, som fjärrvärme, skapar nya behov - Fjärrvärmevärmt uterum och badtunna.
Ombyggnationen har genomförts under 2006 och de olika systemen har successivt installerats. I rapporten ges en översiktlig beskrivning av teknikerna och de första drifterfarenheterna.
Följande resultat från driften bör nämnas:
- Huset fick en kraftig komfortökning genom konvertering till fjärrvärme pga att den tidigare dimensioneringen av elradiatorer var något i underkant.
- Vitvarorna diskmaskin, tvättmaskin och torktumlare fungerar på samma enkla sätt som de tidigare eldrivna produkterna. Elbesparingen för dessa tre
tillämpningar är ca 670 kWh.
- I huset demonstreras också att fjärrvärmedriven luftkonditionering kan åstadkommas för småhus. Systemet måste dock utvecklas vidare för att uppnå lägre systemstorlek och pris.
- Övriga fjärrvärmetillämpningar som badtunna och växthus kan redan idag anses vara klara för användning.
- Totalt beräknas att ca 27000 kWh fjärrvärme används årligen för att ersätta tidigare använd 25000 kWh elenergi och ca 6700 kWh åtgår för nya
fjärrvärmetillämpningar. Den återstående elanvändningen efter konverteringen är ca 4100 kWh. Om de nytillkomna värmelasterna skulle produceras med el, så skulle ytterligare ca 6000 kWh el behöva användas.
Huset ska nu utvärderas under minst ett år och de olika teknikerna kommer att presenteras för allmänheten.
Innehållsförteckning
1. Inledning ...7
2. Bakgrund ...8
2.1. Tidigare utredning och övriga arbeten ... 8
2.1.1. Vitvaror... 8
2.1.2. Luftkonditionering och kylskåp... 9
2.1.3. Pool, badtunna växthus ... 9
2.1.4. Markvärme ... 9
2.2. Projektorganisation ... 10
3. Fjärrvärmehuset...12
3.1. Huset ... 12
3.2. Fjärrvärmeanslutning ... 13
3.3. Systemlösning ... 14
4. Värmesystemet ...16
5. Nya småhustekniker ...17
5.1. Disk- och tvättmaskin... 17
5.2. Torktumlare ... 19
5.3. Badtunna ... 20
5.4. Luftkonditionering ... 21
5.4.1. Absorptionskylmaskin ... 21
5.4.2. Kylkrets ... 24
5.4.3. Luftkonditionering... 24
5.5. Växthus ... 25
6. Energibalanser ...27
6.1. Enstaka kretsars värmelast ... 27
6.2. Energianvändning och miljökonsekvenser... 29
7. Drifterfarenheter...31
7.1. Konverteringen ... 31
7.2. Funktion av de nya teknikerna ... 32
8. Marknadsaspekter och ekonomi ...34
8.1. Marknadsaspekter ... 34
8.1.1. Vitvaror... 34
8.1.2. Luftkonditionering... 35
8.1.3. Växthus ... 35
8.1.4. Badtunna (eller pool)... 36
9. Slutsatser ... 37
10. Referenser... 38
Bilaga 1: Bilvärmning ... 39
Bilaga 2: Markvärme... 40
Bilaga 3: Marknadsinformation ... 42
1. Inledning
Sverige har tillsammans med sina grannländer Danmark och Finland en unik position inom Europa beträffande fjärrvärmemarknaden: Fjärrvärmens andel på den totala marknaden för energianvändning inom bostäder och service är med knappt 30 % mycket hög internationellt sett. Av sektorns värmebehov tillgodoser fjärrvärme ca 40
%. Eller med en annan formulering: Fjärrvärmen är så väl utbyggd att det är svårt att hitta nya marknader för värmeleveranser. Dessutom gör marknaden allt för att minska sin efterfrågan.
Svensk Fjärrvärme har därför mot denna marknad pekat ut ett tidigare försummat område som intressant för potentiell expansion: Småhusområden. Dessa områden med låg värmetäthet utgör självklart en speciell utmaning för fjärrvärmetillämpningar och har tidigare oftast avfärdats som ”omöjliga” för fjärrvärme. Men liksom på många andra områden håller tekniken på att utvecklas och marknaden att förändras.
Distributionstemperaturer minskar, ledningssystemet kostar mindre och paradoxalt nog finns det även värmeproduktion, t ex från avfall eller från kraftvärmesystem, som kan betraktas som spillvärme, d v s det finns kvittblivningsproblem för värmen. I ett särskilt program: ”Värmegles Fjärrvärme” [1] har frågan om värmedistribution till småhus belysts och analyserats ur olika synvinklar, lämplig teknik har tagits fram och lämpliga systemlösningar demonstrerats.
Men hur man än vrider och vänder på frågan så återkommer ett problem:
Värmebehovet i individuella småhus är helt enkelt begränsat och på sommaren i regel reducerat till varmvattenbehovet. Pågående energieffektiviseringskampanjer har dessutom reducerat effekt- och energibehovet så pass, att det behövs flödesrundgångar på sommaren för att upprätthålla temperaturen på ledningssystemet. En insikt är således att det särskilt under sommaren skulle behövas nya värmelaster som kan bidra till att hålla distributionsflödet på lämplig nivå. T ex skulle en utomhuspool för användning sommartid vara en bra tillämpning för fjärrvärme, eller en värmedriven luftkonditioneringsanläggning. Visserligen ökar dessa anläggningar energi-
användningen, men så länge alternativet är att i själva verket kyla bort spillvärme i en å eller ett kyltorn så finns väl inte några miljömässiga invändningar mot detta. En annan form av last kan hänföras till ersättning av elkraft. Om t ex den största delen av elektrisk energi som tillförs en tvättprocess kan ersättas med fjärrvärme, så smäller man åtminstone två flugor i en smäll: Man minskar elbehovet och ökar
fjärrvärmeanvändningen. Det sistnämnda exemplet har ett synnerligen högt miljövärde eftersom elen på marginalen antas härröra från kolkondens, dvs förorsakar stora CO2 utsläpp.
Programmet ”Värmegles Fjärrvärme” har därför föreslagit att demonstrera teknik som kan öka fjärrvärmeanvändningen i småhus. Göteborg Energi har gått i bräschen för detta och utrustat ett hus med all tänkbar utrustning där fjärrvärme antingen kan öka komforten eller ersätta el. I detta projekt är det inte frågan om lönsamhet och inte om massprodukter. Huvudsyftet är istället att visa att det går att göra så mycket mera med fjärrvärme än att värma vatten och utrymmen.
Kom och titta på huset i Göteborg! Du kommer då att upptäcka vad fjärrvärmen kan duga till även i småhus! Du kan då bilda dig en egen uppfattning om det som demonstrerats där skulle kunna bli allmän standard.
2. Bakgrund
Det som bör nämnas är att projektet inte var först ute med de i inledningen framförda tankegångarna beträffande ökad värmeanvändning. Särskilt vad gäller maskiner där det behövs varmvatten i processen, dvs tvätt- och diskmaskin, pågick många näraliggande aktiviteter för att använda varmvatten, t ex solvärmt sådant, istället för kallvatten som värms elektriskt. Diskmaskiner som har kall- och varmvattenanslutning finns på marknaden liksom även vissa tvättmaskiner. Vidare är ju absorptionstekniken för alstring av kyla, liksom solvärmt poolvatten, klassisk teknik. Fjärrvärmda
markytor som hålls snö- och isfri har åtminstone i Sverige använts sedan fjärrvärmens barndom. Att värma växthus och andra biutrymmen känns också naturligt. Men vi ska se nedan att det behövs vissa ansträngningar och visst nytänkande för att verkligen implementera tekniken i småhus. I en förstudie har vi utrett vilka tekniker som finns och hur mycket energi som går åt i de olika tillämpningarna (Walletun, Zinko, 2004 [2]). Steget därefter var att skrida till handling och installera utrustningen i ett demonstrationshus i Göteborg.
2.1. Tidigare utredning och övriga arbeten
2.1.1. Vitvaror
Redan på åttiotalet fanns det disk- och tvättmaskiner, som var anslutna till varmvatten, på marknaden. Solvärmetillämpningar har tidigt inbjudit till denna applikation. En detaljerad analys av energibesparingen är dock inte känd från dessa tider och varmvattenanslutningen fick ingen bred spridning utanför solvärmeanvändning. Det grundläggande problemet var att vattenförbrukningen i moderna maskiner är så liten att det använda vattnets energiinnehåll inte räcker till för att tillföra den nödvändiga energin som behövs för att värma tvätten respektive porslinet. På nittiotalet var det istället den holländska fjärrvärmeorganisationen EnergieNed som startade ett projekt där fjärrvärmeanslutna tvättmaskiner och torktumlare utvecklades och
demonstrerades (Hof, 1996 [3]). Försöken visade att det gick att spara en väsentlig del av elektrisk energi i dessa maskiner (ca 70 –75 %) men att den totala energiåtgången var ca 20 – 40 % större än de i elektriska motsvarigheterna (Zegers, 2000 [4]). Det lägre värdet gäller för torktumlaren. Strävan efter marknadsintroduktion stannade av.
En detaljerad analys av tvätt- och diskmaskiner genomfördes dock nyligen av Tomas Persson, SERC-EKOS, Dalarna Universitet [5] i syfte att lansera värmeanslutna maskiner för att öka solvärmeanvändningen sommartid. I denna studie, baserad på en annan typ av värmeväxlare, lyckades Persson visa att energianvändningen kunde reduceras med ca 10 % jmft med elektrisk uppvärmning. Detta kunde åstadkommas genom att använda sig av en koaxial/ spiralrörvärmeväxlare med 70°C ingångs- temperatur. Som en följd därav demonstrerade Tomas Persson detta i två prototyper [6]. Det är Tomas Perssons teknik inbyggd i två konventionella maskiner som kom till användning för disk- och tvättmaskin i demo-huset i Göteborg.
I torktumlaren är man dock tvungen att överföra värmen från vatten till luft, vilket kräver stora värmeväxlingsytor och en annan VVX-design än i disk- och
tvättmaskinerna. Tomas Perssons analys var att den holländska torktumlaren är lika effektiv som han själv kunde göra och en egen utveckling uteblev därför. I
göteborgshuset används istället en torktumlare utvecklad i Holland.
2.1.2. Luftkonditionering och kylskåp
Även värmedriven luftkonditionering och kyl- och frysskåp är principiellt av intresse för fjärrvärmemarknaden. Absorptionskylmaskiner används i många fjärrvärmesystem i Sverige och i utlandet. I tillämpningar över 500 kW kan absorptionskyla idag räknas som standardteknik (Zinko (2004) [7], Martin (2004) [8]). Det finns även teknik för mindre effekter ner till 30 kW på marknaden (Yasaki-information [9]). Tidigare har Yasaki tillhandahållit ännu mindre effekter (ner till 4,6 kW) men dessa ansågs vara för dyra och marknadsförs just nu inte. Återigen var det solvärmemarknaden som väckte intresse för absorptionskyla i liten skala och det pågår utveckling på olika håll. En utveckling sker i Sverige med ClimateWell [10]. Tekniken är baserad på triple-fas absorption av vatten i litiumklorid och fungerar som kombination av
absorptionsvärmepump och värmelager. En pilot-anläggning testatetes bl a hos Tekniska Verken i Linköping.
Vidare kan nämnas företaget SolarFrost (Österrike), som utvecklar en 2 kW-modul med COP nära 1 för anläggningar med effekter mellan 2 och 10 kW (SolarFrost [11]).
SolarFrost har även utvecklat kylmaskiner för kylskåp och frystillämpningar baserade på ammoniak/vatten. Det senaste av SolarFrosts projekt i raden av utvecklingsprojekt genomförs i samarbete med Fjärrvärme Wien med samma ändamål som vårt projekt.
Det pågår bl a också en utveckling av små absorptions- och adsorptionssystem för luftkonditionering i småhus vid Fackuniversitetet i Stuttgart (Eickert [12]) och vid Centrum för tillämpad energi ZAE i Garching (Schweigler [13]). Hittills är dock inga av dessa maskiner så pass utvecklade att de lämpar sig för demonstrationsdrift i småhuset i Göteborg.
De ovannämda kontakterna har dock hjälpt oss att hitta en teknik som var mogen att demonstreras. Ett österrikiskt solvärmeföretag har byggt flera projekt med
solvärmedriven absorptionskyla för luftkonditionering, vars teknik kan studeras på olika platser i Österrike och Serbien [14]. Tekniken utvecklades hos Ingenjörsbyrån Erich Podesser i Graz. Det är dennes teknik baserad på ammoniak/vatten-systemet med nominellt 6 kW, byggd av företaget Pink Energie- och Speichertechnik i Langenwang, Österrike, som nu demonstreras i vårt projekt.
2.1.3. Pool, badtunna växthus
Pooltillämpningar kräver ingen särskild förklaring. Solvärmda utomhuspooler för småhus tillhör de mest lönsamma solvärmetillämpningar som finns och
fjärrvärmevärmda offentliga simbad finns i många kommuner. Att värma små utomhuspooler med fjärrvärme är däremot inte så vanligt. I göteborgsprojektet har poolen ersatts med en större badtunna i pooldrift. Dvs tunnan hålls kontinuerligt tempererad över året och en kontinuerlig vattenbehandling sköter vattenkvaliteten.
Inte heller växthustillämpningar kräver någon speciell teknikutveckling. Problemet med denna tillämpning är snarare att värmebehovet finns under vinterhalvåret, och att växthuset inte bidrar till lasten sommartid. I göteborgshuset valdes golvvärme som uppvärmningsform.
2.1.4. Markvärme
Exempel på markvärme för snösmältning och isfrihållning på gator och torg finns i flera fjärrvärmekommuner. Mest känt är kanske exemplet från Västerås innerstad, där 150 000 m² vägar hålls snöfria genom uppvärmning från fjärrvärmereturen. Tekniken liknar den som används vid golvvärme, dvs rör förlagda i marken vars värme läcker ut för att hålla marken frostfri. Tekniken är beskriven i en doktorsavhandling från 1977 (Magnusson [15]). I ett examensarbete från år 2000 (Lundberg [16]) undersöktes avisning av Kallax landningsbana vid Luleå flygplats. I småhussammanhang är
snösmältning snarare en fråga om det meningsfulla med att öka energianvändningen vintertid. Men det finns säkert husägare som är beredda att betala det pris som denna service skulle innebära. Projektdelen markvärme ingår ej i projektet finansierat av Svensk Fjärrvärme utan genomförs som separat moment av Göteborg Energi (se bilaga 2).
Det bör också nämnas att den ursprungliga projektplanen även innehöll en etapp med fjärrvärmevärmda bilvärmare. I flera tekniska diskussioner försökte vi tillsammans med andra företag inom energi- respektive bilvärmningsbranschen hitta en lämplig lösning. Det finns lösningar på detta och en möjlig sådan framgår av bilaga 1. Men projektgruppen tyckte inte att tekniken var tillräckligt enkel för att kunna ingå i demonstrationsprojektet.
2.2. Projektorganisation
För att få synpunkter på de ovannämnda teknikerna och frågor kring dessa organiserade programmet ”Värmegles Fjärrvärme” en projektgrupp med bl a uppgiften att hitta intressenter för ökat fjärrvärmeutnyttjande i småhus inom fjärrvärmebranschen. En referensgrupp bildades, dels i syfte att delta i ett
demonstrationsprogram, dels i syfte att bilda en samrådsgrupp för de olika tekniker som skulle demonstreras. Referensgruppen fungerade även som bollplank till projektgruppen som hade till uppgift att hitta lämpliga lösningar. Följande organisationer bidrog till att genomföra projektet:
Värmegles projektgrupp Heimo Zinko, ZW Energiteknik Håkan Walletun, ZW Energiteknik
Projektgruppens huvuduppgift var att hitta teknik som passar för demonstrationsändamål.
Värmegles referensgrupp
Ann-Sophie Borglund, Svensk Fjärrvärme
Martin Ek, Tekniska Verken i Linköping (projektledare, VLTV Margareta Eriksson, Falu Energi & Vatten
Henrik Feldhusen, Svensk Fjärrvärme Christer Forslund, Gävle Energi Mikael Gustafsson, Svensk Fjärrvärme
Lars-Ove Gustavsson, Tekniska Verken i Linköping Olof Ingulf, Göteborg Energi (projektledare Göteborg) Martin Magnusson, Växjö Energi
Stefan Nilsson, Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut Gunnar Nilsson, Göteborg Energi
Rolf Siwertz, Telge Energi Sören Ullberg, Sundsvall Energi
Referensgruppens sammansättning och storlek återspeglar det breda intresse som själva frågeställningen utgör och viljan att få lämplig teknik demonstrerad.
Själva demoprojektet genomfördes av Göteborg Energi AB i samarbete med Växjö Energi AB av följande teknikgrupp:
Göteborg och Växjö Energis teknikgrupp för demo-huset:
Olof Ingulf Roger Svensson Magnus Elfström Leif Johansson
Göran Mattsson, alla Göteborg Energi samt
Martin Magnusson, Växjö Energi.
För genomförandet av demonstrationsprojektet utkristalliserade följande lokalisering:
Demonstrationshuset Göteborg – Ljusstöparegatan 2
Genomförandet av projektet sker i samarbete mellan Göteborg Energi och Växjö Energi. Projektet påbörjades i januari 2006 och beräknas vara färdigt november 2006.
3. Fjärrvärmehuset
3.1. Huset
Det i Göteborg utvalda fjärrvärmehuset är en arkitektbyggd villa från 1960-talet på 250 m² uppvärmd yta och tomtstorlek på ca 850 m² (se Figur 3.1). Huset har hittills värmts med direktel och krävde således en komplett ombyggnad till vattenburen värme med fjärrvärme som värmekälla. Ägarens krav var naturligtvis att
ombyggnationen skulle bli så diskret som möjligt och att installationerna skulle smälta in i husets övriga miljö.
Figur 3.1: Demonstrationshuset i Göteborg. I förgrunden ses parkeringen som kan uppvärmas med markvärme
Ombyggnationen avsåg alltså inomhusinstallationer för alstring av värme i huset och garaget, installation av kylkretsen och kylfläktar i vissa rum, installation av
fjärrvärmevärmt sekundärvatten för disk- och tvättmaskinen samt torktumlaren.
Vidare installerades två glykolkretsar för lågtemperaturtillämpningarna växthus och badtunna, se nästa avsnitt. Som apparatrum för fjärrvärmecentralen fanns ett litet rum på ca 4 m² till förfogande där varmvattenberedaren var placerad. I detta rum fick hela driftpaketet placeras, dvs fjärrvärmecentralens sex värmeväxlare samt övrig utrustning såsom pumpar och mätarna (se Figur 3.2).
Figur 3.2: Apparatrum med värmeväxlarna till fem sekundärkretsar 2 - 6
3.2. Fjärrvärmeanslutning
Figur 3.3 Situationsplan FV-inkoppling med tomt
Huset är anslutet till fjärrvärme på två ställen. Den huvudsakliga anslutningspunkten FC förser huset och alla övriga sekundärkretsar med värme. Den totala
anslutningseffekten är ca 100 kW. Kylsystemet ansluts vid punkten KC. Ledningen kan stängas av när kylan inte behövs och framför allt om ägaren inte vill ha kvar kylsystemet.
3.3. Systemlösning
Som framgår av Figur 3.4 så består hela fjärrvärmecentralen för fjärrvärmehuset av sex sekundärkretsar. Uppifrån räknat visar figuren en direktansluten krets 1, som går till genera-torn i absorptionskylmaskinen. Vidare finns det sex parallella VV-kretsar:
Kylsystemkrets:
Krets 1: Värme till generatorn i kylmaskinen Värmesystemkretsar:
Krets 2: Glykolkrets till utomhuslastarna markvärme och växthus Krets 3: Varmvatten
Krets 4: Radiator
Krets 5: Vitvaror (kyl, disk, torktumlare) Krets 6: Badtunna (glykolkrets)
Figur 3.4: System-layout för fjärrvärmecentralen i demohuset Ljusstöpargatan 2 Ledningen till krets 1 - kylmaskinen - ansluts inte från apparatrummet utan dras direkt från FV-ledning på gatan till absorptionsmaskinens generator, som är en rörväxlare och klarar fjärrvärmetrycket. Anslutningseffekten är 10 kW.
Glykolkrets 2 använder två seriekopplade värmeväxlare och förser markvärme och växthus med tempererat vatten. En värmeväxlare för förvärmning tillför värme via FV-returledningen. Vid behov eftervärms mediet i glykolkretsen i den andra värmeväxlaren med värme från FV-framledningen. Meningen är att temperaturen i denna krets ska hållas på en låg nivå, t ex runt 30°C. Den totala anslutningseffekten är 15 kW.
Varmvattenkrets 3 och radiatorkrets 4 är konventionella kretsar, med nominell VV- temperatur på 55°C och nominell radiatortemperatur på 60/40°C. Det finns en kort VV-cirkulationsledning till VV-tappställen i husets bottenvåning.
En ny typ av krets är högtemperaturkrets 5 som förser tvätt- och diskmaskinerna liksom torktumlaren med värmevatten. Drifttemperaturen på fjärrvärmesidan är minst 80°C för dessa apparater som då räcker till för tvätt- och diskprogram på maximalt 60°C. 80°C motsvarar sommarens framledningstemperatur. Under övriga tider är FV- framledningstemperaturen högre och därmed även den maximala uppnåbara
temperaturen i tvättmaskin och torktumlare. När fjärrvärmetemperaturen inte räcker till kan ett eventuellt behov av högre tvättemperatur tillgodoses med elektrisk eftervärmning. Diskmaskinen klarar sig bra på en processtemperatur av 60°C.
Ytterligare en okonventionell krets för undercentralen är anslutningskrets 6 till badtunnan. En primär värmeväxlare används för att reducera tryck och temperatur för den värmeenergi som tillförs badvattnet via en glykolkrets. Det är meningen att badtunnan ska fungera som ett utomhusbad med kontinuerlig filtrering och
varmhållning. Detta sker i en mellanväxlare. Drifttemperaturen i mellankretsen är ca 40°C och badkretsens laddningstemperatur 30°C.
Hela demonstrationshusets anslutningseffekt för undercentralen blir ungefär 100 kW.
Hur mycket av den installerade effekten som verkligen behövs, ska den kommande driften visa.
4. Värmesystemet
Huset har fram till ombyggnaden våren 2006 uppvärmts av direktelvärme. Varmvatten har beretts i en el-beredare. Husets säkring var på 20 A motsvarande en
anslutningseffekt på 13 kW. Konverteringen har genomförts på ett diskret sätt med mestadels synliga förkromade rör. Hela den nya installationen harmonierar med husets eleganta utformning utan att kännas påtvingande eller som en nödlösning, se bildserie Figur 4.1. I biutrymmena används mest radiatorer, i de mera representativa och större utrymmen är konvektorer installerade som lätt smälter in i miljön med stora fönster och ljusöppningar och ger en jämn värmemiljö till de stora rummen.
Figur 4.1: Interiör med radiatorer och konvektorer
Även garaget uppvärms från samma värmesystem med hjälp av en ledning genom trädgården, se relationsritning Figur bilaga 2 - 1. Den totala värmeanvändningen för husvärme uppskattas till ca 25 MWh per år.
5. Nya småhustekniker
5.1. Disk- och tvättmaskin
Disk- och tvättmaskinens värmesystem är konstruerat av Tomas Persson, vid den tiden doktorand på SERC. Ursprungligen var planerna att utveckla tekniken som ett
samarbetsprojekt med Asko-Cylinda AB, men företaget drog sig ur samarbetet eftersom man blev tveksam beträffande marknaden för fjärrvärmedrivna småmaskiner (fjärrvärmedrivna maskiner för den professionella disk- och tvättmarknaden finns dock). Hjärtat i Thomas Perssons [6] utveckling är en mycket kompakt
koaxialrörvärmeväxlare (se Figur 5.1) som gick att bygga in i diskmaskinens diskutrymme respektive i tvättmaskinens apparatdel utan att inkräkta på apparatdimensionerna.
Figur 5.1: Värmeväxlarkonstruktionen. Det yttre röret är delvis borttaget och man ser den spiralformiga spalten för det (sekundärsidiga) fjärrvärmeflödet [6].
Värmeväxlaren utmärker sig genom ett högt K-värde, vilket gör att man trots begränsad värmeväxlaryta kan uppnå relativt låga temperaturdifferenser. Den primärsidiga spiralformiga spalten för uppvärmningsvattnet är ca 1,5 mm djup. Med denna konstruktion kan ett flöde på ca 0,02 till 0,03 liter per sek fjärrvärmevatten överföra värme till disk- resp tvättprocessen. På insidan av röret strömmar själva processvattnet (flödet ca 0,6 l/sek). Den initiala värmeöverföringseffekten i ett värmeväxlarrör av 1,4 m längd och yttre diameter 28 mm vid ∆T = 60°C är 5 kW.
Effekten sjunker dock allteftersom processvatten inne i maskinen värms upp. När temperaturdifferensen blir för liten och ytterligare värme behövs, stannar
fjärrvärmeflödet och maskinens elektronik kopplar över till elektrisk eftervärmning.
Av Figur 5.2 framgår schematiskt inkopplingen av värmeväxlaren till maskinerna. I diskmaskinen är värmeväxlarröret installerat mellan interncirkulationspump och sprayarm inne i diskutrymmet, Figur 5.3a. I tvättmaskinen är värmeväxlaren installerad i maskinens övre teknikutrymme, se Figur 5.3b. Figur 5.3a visar diskmaskinen installerad i demohusets kök. Fotot med tvättmaskinen är taget vid prepareringen hos SERC. Vid SERC testades och simulerades även maskinerna och jämfördes med konventionella elektriskt drivna apparater. Det visade sig att vid 70°C sekundär drivtemperatur och 60°C processtemperatur kunde all elkraft till
uppvärmningen av disk- eller tvättprocessen ersättas med energi från fjärrvärme- vattnet. Den elanvändning som återstår är för cirkulationspumparna. Vid högre
tvättemperaturer än 60°C behövs dock motsvarande högre FV-temperaturer (FV fram- temperatur = processtemperatur + 10°C).
Figur 5.2: Schema över inkoppling av värmeväxlare i disk- och tvättmaskinen [6].
Figur 5.3: a) Diskmaskin Asko-Cylinda DM32 och b) tvättmaskin Asko Cylinda WM 33A. Man ser värmeväxlarkonstruktionen i båda maskinerna (det böjda röret i båda bilderna).
Följande förbrukning för en standardtest vid 60°C erhölls för maskinerna enligt simuleringar i [6], se (Tabell 5.1):
Tabell 5.1:
Diskmaskin Tvättmaskin
kWh kWh
El 0,13 0,24
Fjärrvärme 1,05 0,81
5.2. Torktumlare
Torktumlaren härrör från ett nederländskt demoprojektet [4]. Den hade där varit i drift i ca 5 år och fungerat enligt förväntningarna, med något högre energiförbrukning än den elektriska motsvarigheten. Torktumlaren har överlåtits för demoändamål till det svenska projektet.
En schematisk ritning framgår av avbildning Figur 5.4.
Figur 5.4: Fjärrvärmedriven kondenserande torktumlare enligt nederländsk konstruktion
Figur 5.5: Torktumlaren Miele Comfortline utvecklad i Holland
Maskinen är baserad på Mieles toppmodell Comfortline T667C. Nominell kapacitet är 5 kg tvätt. Precis som för tvätt- och diskmaskinerna behövs en värmeväxlare för att överföra energi från fjärrvärme till torkprocessen. För att anpassa utrustningen till
fjärrvärmetemperaturer var man tvungen att förstora kondensorn och cirkulations- fläkterna för såväl torkningsluften som kylningsluften. Som uppbackning och för eventuella toppeffekter finns utrustningen för elektrisk torkning kvar i maskinen.
Fjärrvärme ansluts via en magnetventil. Figur 5.5 visar tumlaren i samband med inkopplingen i tvättrummet.
Följande specifikationer gäller enligt [4] , se Tabell 5.2:
Tabell 5.2: Tekniska specifikationer för en fjärrvärmeansluten torktumlare (MieleT559C-FV) i en torkcykel.(enligt standardtest för skåptorrt linne):
5.3. Badtunna
Spa-badtunnan typ Crown II är en produkt från Folkpool och är tänkt att användas för kontinuerlig drift. Spa-badet är välisolerat och har inbyggt ozonfilter samt vattenfilter för att samma vattnet ska kunna användas under längre tid. Enligt uppgift från leverantören bör vattnet förnyas var tredje månad. Badet har ca 2 m diameter och höjden är 90 cm. Badet rymmer ca 1100 l vatten.
Figur 5.6: Spa-tunna Folkpool Crown II med upplyft övertäckning.
När badet inte används täcks tunnan över med en isoleringsmatta, se Figur 5.6.
Tunnans väggar är isolerade med påsprutad polyuretan. Badet är utrustat med 21 jet- munstycken och i normaldrift värms det med en elektrisk värmare på 2 kW. Badets
El kWh 0,77
Värme kWh 4,2
Torktid min 120
DH-flöde l/sek 0,03
∆T DH – vatten (TDH= 70°C) °C 19
egen cirkulationskrets är dock specialutrustad med en anslutning för fjärrvärmevattnet som prioriteras framför eldrift. Drifttemperatur i glykolkretsen är 32 – 36°C, vilket är den temperatur som också finns i tunnan. Spa-tunnan är installerad intill husets östra gavel och ansluts via en ledning som går runt huset genom trädgården och via en sekundär värmeväxlare. Anledningen till den sekundära värmeväxlaren är att det finns nivåskillnad mellan husets apparatrum och östra sida. Spa-systemets egen
cirkulationspump cirkulerar till slut vattnet i en öppen tertiärkrets. Värmeeffekten på fjärrvärmeväxlaren är ca 10 kW Figur 5.7. Badtunnan är dock mycket bra isolerad och den kontinuerliga drifteffekten uppskattas vara omkring 100 W.
Figur 5.7: Anslutning av badtunnan till fjärrvärme via värmeväxlare. Jämför värmeväxlarens storlek med storleken på den elektriska värmaren (stora vita boxen) med samma effekt.
5.4. Luftkonditionering
Den värmedrivna luftkonditioneringsanläggningen använder en absorptionskylmaskin med ammoniak/vatten som arbetspar. Ett lämpligt effektområde för
demonstrationshuset beräknades till 4 – 6 kW. I avsaknad av kommersiella maskiner i denna storlek föll valet på en maskin där flera referenser fanns att tillgå. Maskinen baseras på en design av Ingenjörsbyrå Erich Podesser [17] och tillverkades av företaget Pink Energie- und Speichertechnik i Österrike.
5.4.1. Absorptionskylmaskin
Drivenergin i en absorptionskylmaskin levereras alltså från fjärrvärme.
Absorptionskylmaskinens uppgift är att omvandla en del av denna värme till kyla.
Normalt för maskiner av den storleken är att de använder fallfilmsvärmeväxlare för värmeöverföringen i processer där samtidigt en fasseparering inträffar.
Fallfilmsväxlaren behöver dock viss längd för att fungera effektivt. Problemet blir då att designa värmeväxlarna så effektivt som möjligt så att de håller sig inom rimliga dimensioner. Ytterligare ett problem är att köldmediet ammoniak är hälsovådligt vid inandning, vilket innebär att det är viktigt med bra ventilation om läckage skulle uppträda. På grund av ammoniaklukten upptäcker man dock lätt minsta läckage i
sådana koncentrationer där de ännu inte är farliga. För att undvika olika problem som kan hänföras till ammoniakhantering i slutna rum har projektledningen i ett tidigt skede beslutat att placera kylmaskinen utomhus.
Schemat för absorptionsprocessen framgår av Figur 5.8 enligt [17]. Diagram (b) är ritat på ett sådant sätt att processens högtrycksdel sammanfaller med den övre delen i bilden över ventilerna. I absorbator A absorberas köldmediet ammoniak i vatten varvid energi frigörs, som måste kylas bort. Temperaturen är omkring 35 - 40°C och trycket 5 bar. Den ammoniakrika lösningen pumpas sedan via en värmeväxlare till generator G där själva drivprocessen äger rum. Här tillförs fjärrvärme för att förånga ammoniak och åter driva ut den ur vattnet. Temperaturen ligger på minst 80°C medan trycket har stigit till ca 12 bar. Den ammoniakfattiga lösningen förs via värmeväxlaren WFHE tillbaka till absorbatorn. Ammoniakångan leds vidare till en kondensator C vars uppgift är att kondensera ammoniaken. Även här frigörs (kondensations-) värme som måste kylas bort. En typisk kondensationstemperatur är återigen ca 35 - 40°C.
Därefter dekomprimeras ammoniakvätskan in i förångaren E och bildar ånga vid låg temperatur, ca 5°C, och lågt tryck, 5 bar. För att klara av förångningen måste man dock tillföra värme som tas från köldkretsen. Genom att kyla av den vätska som ska kylas, överförs värme till förångningsprocessen. Ångan leds vidare till absorbatorn för absorption
Figur 5.8: Schema för absorptionsprocessen enligt Podesser [17].
och cykeln är sluten. Vad som behövs är dock en vätskepump för
ammoniak/vattenlösningen som måste klara upp till 10 bars tryckdifferens. Pumpen måste naturligtvis, som allt annat material, också klara den frätande ammoniaken.
Energiflödesdiagrammet (a) i Fel! Hittar inte referenskälla.Figur 5.8 åskådliggör vad som händer med energin: 1 del fjärrvärme i generatorn och 0,6 delar värme från förångaren (kylprocessen) generar 1,6 delar värme som måste kylas bort av en yttre kylkrets, t ex i ett kyltorn eller en kylare. Detta inne-bär att själva kyleffekten är 0,6 delar och COP = 0,6. Nominellt ska maskinen kunna producera 6 kW kyla vid 80°C generatortemperatur och 28/33°C kyltornstemperatur. Vid test i Österrike uppnåddes
Fjärrvärme
Huskyla
Spillvärme
Fjärrvärme
Huskyla Kyltorn
Kyltorn
Fjärrvärme
Huskyla
Spillvärme
Fjärrvärme
Huskyla Kyltorn
Kyltorn
som medelvärde 5,6 kW vid 81°C generatortemperatur och 31°C kyltemperatur med en COP på 0,75. En systemritning över hela kylsystemet finns i Figur 5.13.
Figur 5.9 visar kylmaskininstallationen på demo-husets norra fasad.
Figur 5.9: Absorptionskylmaskin monterad på husets norra fasad. Det högra skåpet utgör själva kylmaskinen, det vänstra skåpet innehåller cirkulations-pumpar och köldbärarematning.
Figur 5.10: Fabriksfoto av absorptionskylmaskinen (höger bild).
De tre höga rören från höger till vänster är fallfilmväxlarna: Generator, absorbator och kondensator; rörspiralen i mitten utgör förångaren. Plattvärmeväxlaren för värme- återvinningen syns också tydligt, liksom en membranpump i botten som pumpar den ammoniakrika lösningen mellan absorbator och generator. En nyckelkomponent som inte syns tydligt sitter i vänstra nedre hörnet av kylmaskinskåpet, nämligen en flödesregulator av simmartyp (Figur 5.11) som styr returflödet mellan generator och absorbator.
Figur 5.11: Mekanisk simmarventil för reglering av ammoniak flödet mellan generator och absorbator
5.4.2. Kylkrets
Absorptionskylmaskinen behöver en kylmedelskylare som klarar av bortkylning av den till maskinen tillförda drivenergin och av värme som motsvarar husets kylbehov (se schema Figur 5.13). Vår specifikation för absorptionskylmaskinen var
ursprungligen 28/33°C som kyltemperatur. Detta skulle tillåta full kyleffekt med en vanlig luftkylare vid lufttemperaturer upp till 25°C. En luftkylare från Carrier med kyleffekt 12 kW arbetar dock med kylkretstemperaturer 30,8°C in och 33°C ut, dvs högre medeltemperatur än förutsett. Problemet är att vi då kan förvänta oss en viss reduktion av kyleffekten, vilket också visades vid testen i Österrike. Företaget Podesser föreslår istället användning av ett kyltorn med våt kylning, vilket skulle få ner kyltemperaturen till omkring 28°C med väsentligt förbättrad kyleffekt som resultat. Beslut om detta har dock inte fattats än.
5.4.3. Luftkonditionering
Kyleffekten är dimensionerad till 4 kW. Som framgår av Figur 5.13 alstras kyla med hjälp av två fläktkonvektorer, typ Vasatherm (Figur 5.12).
Figur 5.12: Fläktkonvektor för kylning typ Vasatherm FH 65-50.
Konvektorerna placeras på balkar i husets övre hall. Konvektorerna dimensionerades för att kunna alstra kyla med lågt flöde för att gå så tysta som möjligt. Den lägsta ljudnivån är 35 Dba i effektläge 2 x 1.6 kW. Pga den öppna planlösningen sprids kylan även till de centrala delarna i bottenvåningen. Nominell köldbärartemperatur är 12/16°C. Vid dessa temperaturer förväntas att kondensation kan undvikas och ett jämt inomhusklimat uppnås.
Figur 5.13: Det kompletta kylsystemet med absorptionskylmaskin, luftkonditioneringssystem och kylkrets.
5.5. Växthus
Ett litet växthus med funktion som ett vinterträdgård värms vintertid med golvvärme.
Växthusets yta är ca 2m x 3m och dimensioneras för ca 1,25 kW. Växthuset är försett med lågenergiglas och ska värmas med golvvärme från Uponor. Rördimension är Ø 20 mm. Rörens totallängd är 35 m med centrumavstånd 22,5 cm. Rören ligger ca 50 mm ingjutna i betonggolv. Växthuset har ingång både från huset och från trädgården.
Figur 5.14 visar växthusets golvplatta med ingjuten golvvärme och Figur 5.16 det färdigtbyggda växthuset.
Figur 5.14:
Husets
söderfasad med golvvärmeplatta för växthuset.
Figur 5.15: Golvvärmessytemt i växthuset, system Uponor Meltaway.
Figur 5.15 visar golvplattan försedd med Uponors Meltaway-Pex rör. Enligt planerna ska växthusets temperatur kunna styras allt efter användning mellan 10°C som grundtemperatur och upp till 20°C när det ska användas som uterum. Växthusethuset är av typ Emmaboda-Planitherm, Futur och använder isolerglas fyllt med Argon.
Fönstren som har ett K-värde av
1,1 W/(m² K) levererades av Siliconglassystem Sweden AB.
Figur 5.16: Växthuset är tänkt som som ett triveselrum och vinterträdgård. (Spatunnan ligger runt hörnet).
6. Energibalanser
I förstudien [2] har vi uppskattat den energiförbrukning som de olika
fjärrvärmeteknikerna för småhus kan innebära, till en viss del som ersättning för elektrisk energi, och även till en viss del som ökad energianvändning, i alla fall dock som ökad fjärrvärmelast. I avsaknad av en utvärdering gör vi i detta avsnitt en uträkning för demohuset i Göteborg.
6.1. Enstaka kretsars värmelast
I Tabell 6.1 sammanfattas på årsbasis energianvändningen för de olika delsystemen.
Tabellen inkluderar även ”normallasterna” värme och varmvatten. Värmebehovet är framräknat för ett modernt eluppvärmt småhus enligt gradtalmetoden baserat på en balanstemperatur av 14°C (klimat Stockholm 1986). Varmvattenbehovet är antaget till 8 kWh/dygn, en siffra som måste verifieras. De övriga lasterna kommenteras nedan.
Diskmaskin, tvättmaskin och torktumlare
Dessa maskiner är inkopplade på krets 4 med en nominell drifttemperatur på 80°C.
Pga små rördimensioner behövs en cirkulationspump som drar 100 W och den sammanlagda drifttiden är 600 h, ungefär jämnt fördelad över de tre apparaterna.
Cirkulationspumpen antas endast gå igång när minst en av maskinerna körs. Antalet cykler är enligt konsumentverkets standardtestmetoder. Totalt används i dessa tre apparater årligen 730 kWh värme och 140 kWh el. Elanvändningen för
cirkulationskretsen är 60 kWh.
Badtunnan
Badtunnan är inkopplad som krets 6 tertiärt med egen cirkulations- och filterpump.
Pumparna i mellankretsen och spa-kretsen antas dra 100 W under 8760 h, dvs 870 kWh/år. Förnyelse av badvattnet antas ske 6 ggr per år och konsumerar 240 kWh värme. För kontinuerlig varmhållning räknar vi för badet med en genomsnittlig värmeförlust på 10 W/K, resulterande i ett värmebehov på ca 2680 kWh. Det resulterande värmebehovet uppskattas således till 2930 kWh per år.
Luftkonditionering
I vår uppskattning räknar vi med en COP på 0,6. Vi antar en maximal kyleffekt på 4 kW och genomsnittlig effekt på 1,14 kW under 750 h. Beräknat behov är då 855 kWh kyla motsvarande 1425 kWh fjärrvärme som drivenergi. Fläkt och pumpar drar sammanlagt ytterligare 400 W el, vilket ger ett elbehov på 342 kWh. Vi uppskattar fördelningen till 200 kWh för process-el (lösningspump, luftkylare) och 142 kWh för cirkulations-el (distribution av kyla).
Växthus
En lågtemperaturkrets på 35°C försörjer systemet. En cirkulationspump på genomsnittligt 30 W används i cirkulationskretsen.
Växthuset är i drift i huvudsak från december till april, men grundvärme tillförs när temperaturen är under 10°C. Vid trivselanvändning ökas temperaturen till 20°C.
Nominell uppvärmningseffekt är 1,25 kW. Den totala årliga energiförbrukningen uppskattas till 2360 kWh. En cirkulationspump på 30 W används under drygt 4000 h, vilket medför en elanvändning på 120 kWh.
Tabell 6.1: Beräknad årsförbrukning för de olika fjärrvärmelasterna - göteborghuset
Kommentarer till Tabell 6.1:
- Inbesparad el är den elenergi som inte längre används pga fjärrvärmeanvändningen, dvs tidigare energianvändning minus eventuell resterande el i pumpar, fläktar eller som elspetsning.
- Negativt värde på inbesparad el motsvarar ökad eller ny elanvändning.
Last
Värme per användning
El per användning
Installerad värmeeffekt
Driftsätt/
antal
Tidigare elanvändning
Ny värme- användning
Drifttid
cirkulation Drift-temp
Besparad el
kWh kWh kW kwh kWh kWh kWh h °C kWh
Värme 14°C 10 Normalår 20000 20000 240 6000 60/40 19760
Hushållsel Uppskattat 3000 2133 0
Varmvatten 35 Standard 3000 3000 175 8760 55 2825
Diskmaskin 1,05 0,13 5,5 220 231 29 70 211
Tvättmaskin 0,81 0,24 5,5 200 162 48 70 142
Torktumlare 4,2 0,77 2,1 80 336 62 70 316
Luftkonditionering, COP 0,6.
Pumpar+fläkt 400 W 9 Normalår 1425 242 100 750 80 -342
Markvärme 80 11,5 10 800 20 70 40 -20
Växthus Normaldrift 2360 100 3000 40 -100
Garage 8°C Normaldrift 3180 3180 60/40 3180
Badtunna 40 10
Normaldrift + 6
laddningar 2930 870 8760 38 -870
Summa 29180 34424 2513 1565 25102
Ny elanvändning process cirkulation
600 60
Garaget
Den totala drifttiden för uppvärmning av garaget till 8°C uppskattas till 4500 timmar.
Garagets värmebehov blir då till 3180 kWh, som då tillkommer som värmelast till husets radiatorkrets.
6.2. Energianvändning och miljökonsekvenser
Före ombyggnaden till fjärrvärme uppmättes husets årliga värmeanvändning för uppvärmning av huset, garaget och varmvatten till ca 26000 kWh, vilket är väl verifierat genom elfakturorna de senaste åren, om man värderar hushållsel till 3000 kWh (inklusive disk, tvätt och torktumlare). Totalt resulterar detta i en
energianvändning (före konverteringen) av ca 29 000 kWh per år. I detta är även inkluderat elanvändningen för disk- och tvättmaskin samt torktumlare som beräknas vara 867 kWh enligt konsumentverkets teststandarder.
En analys av Tabell 6.1 gör klart att de nya värmelasterna ökar den totala
energianvändningen sammanlagt med ca 9000 kWh jämfört med tidigare. Det uppstår dock en väsentlig minskning av elbehovet, efter att huset har konverterats till
fjärrvärme. Det stora antalet värmekretsar kräver ett elbehov för cirkulationspumparna på ca 1565 kWh. Det är främst badtunnan med sina två cirkulationspumpar och helårsdrift som svarar för hälften av ökningen av driftel. Vidare behövs det ca 380 kWh el för processerna i disk- och tvättmaskin, torktumlare och kylmaskin. I nettot ökar då elanvändningen för driften med ca 1000 kWh.
Figur 6.1: Jämförelse mellan tidigare och ny energianvändning i göteborgshuset Å andra sidan inbesparar vi ca 27000 kWh el för uppvärmning av huset, garaget och varmvatten. Nettobesparingen pga ökat elbehov för cirkulation av el blir då 25100 kWh.
Totalt beräknas alltså att ca 27000 kWh fjärrvärme används årligen för att ersätta tidigare elenergi och ca 6000 kWh åtgår för nya fjärrvärmetillämpningar. Den
återstående elanvändningen är ca 4000 kWh efter konverteringen. Om de nytillkomna
Energianvändning - Demohuset Göteborg
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec
Månad
kWh
Ny värme Ny el Tidigare el
värmelastarna skulle produceras med el, så skulle ytterligare ca 6000 kWh el behöva användas.
Denna eleffektivisering innebär en väsentlig minskning av CO2 – utsläppen, alltså upp till ca 20 ton CO2 per år för en enstaka villa [18 Werner], om vi antar att elen skulle ha producerats med kolkondens och fjärrvärmen härrör från naturgas i ett
kraftvärmeverk. Vi kan således konstatera att hela projektet innebär en markant miljövinst. Om vi jämför energifördelningen i de båda kurvorna ”Ny värme” och
”Tidigare el” i Figur 6.1, så ser vi också att de nya lasterna innebär högre flöden, särskilt även under sommaren. Det innebär i praktiken att mera energi distribueras genom samma ledningsnät och att den relativa värmeförlusten minskar. Flödes- ökningen under sommaren är av särskild betydelse eftersom den bidrar till att fjärrvärmevattnet rör sig bättre i ledningarna och inte hinner svalna så mycket.
Det kan också vara intressant att analysera miljövinsten avseende
primärenergianvändningen i fjärrvärmehuset, före och efter konverteringen. Om vi utgår ifrån att elen har producerats med kolkondens (verkningsgrad 0,33), skulle det ha behövts ca 87 MWh primärenergi (kol) för elproduktionen för att förse huset med el och värme. Efter konverteringen skulle då behovet på kolbaserad energi ha minskat till 12,4 MWh. Om fjärrvärmen vidare antas produceras med den befintliga
bränslemixen i Göteborgs fjärrvärmenät, så härrör ca en tredjedel från naturgas i kraftvärmeverk och resten är värme från spillvärmekällor och avfallsförbränning.
Primärbränsleanvändningen för den använda fjärrvärmen på 33600 kWh (verkningsgrad 0,85) är således ca 12000 kWh (naturgas). Totalt är då primärenergianvändningen ca 24400 kWh.
Vi kan alternativt också räkna med att elen produceras i Ryaverkets nya
kraftvärmeverk med naturgas. 43,5 % av den tillförda energin blir 4100 kWh el och 49
% blir värme. Således behövs det 9480 kWh naturgas för att producera all el och 4600 kWh värme. Vi antar återigen att den resterande värmen produceras till en tredjedel med naturgas och till två tredjedelar med spillvärme. Naturgasbehovet är i detta fall ca 10300 kWh. Det totala naturgasbehovet är då 19780 kWh, dvs drygt 20000 kWh. Före konverteringen skulle det istället ha behövts användas ca 60000 kWh naturgas för att täcka husets elbehov.
Hur man än räknar, så har konverteringen från elanvändning till fjärrvärme medfört en väsentlig besparing av fossil primärenergi och reduktion av koldioxidutsläppen.
7. Drifterfarenheter
7.1. Konverteringen
Huset har fått en reell ansikts- och komfortlyftning pga konverteringen från elvärme till fjärrvärme. Själva konverteringen av värmesystemet var snabbt och friktionsfritt genomfört av företagen Lokal-Byggen CSN och IBE-Svets AB, Göteborg. Det husinterna ledningssystemet är diskret och flyter ihop med inredningen, så att man knappast kan se att värmedistributionsledningarna har installerats i efterhand (Figur 4.1). Ledningarna till luftkonditioneringens kylfläktar var svårare att dra och kylfläktarna är förhållandevis stora, men pga av rummets utförande så blev efterutrustningen inte störande utan kompletterar takreglarna (Figur 5.12).
Det enda rummet som verkligen har påverkats av installationen är före detta
tvättstugan som har blivit ett apparatrum fyllt med driftutrustning (Figur 3.2). En del av rummet har dock avdelats för att vara den nya tvättstugan.
Figur 7.1: Markarbeten i trädgården
Större ingrepp behövde dock göras i trädgården, där ledningar till garaget, växthuset, spa och kylanläggningen krävde en del grävarbeten (Figur 7.1). Markarbeten
genomfördes av
Mark&EnergiByggarna i Göteborg AB: Stora och tunga stenläggningar försvårade grävarbetena på många håll. Tomten är till största delen anlagd på fast och sluttande granit vilket medförde ganska så grunda ledningsinstallationer. Åtkomligheten till trädgården var begränsad varför de flesta apparaterna och arbetsmaskinerna (minigrävare) fick lyftas in med bilkran (se Figur 7.2).
Men tomten blev återställd och efter utrullning av en ny gräsmatta syntes knappast något av grävarbetena.
Figur 7.2: Leveranser av utrustning till Ljusstöparegatan 2
7.2. Funktion av de nya teknikerna
Denna rapport hänför sig till projektläge november 2006. Vid denna tidpunkt fanns i första hand drifterfarenheter från vitvarorna. Diskmaskin och tvättmaskin fungerade utan anmärkning från inkopplingstidpunkten. Diskmaskinens processtemperatur var till en början runt ca 55°C, vilket användarna tyckte var lite för lågt. Efter justeringen av sekundärkretsens temperatur kunde dock vattentemperaturen lyftas till ca 65°C.
Tvättmaskinen fungerade vid alla temperaturprogram. Elektrisk eftervärmning sker när fjärrvärmetemperaturen inte räcker till. Användarna tyckte till och med att tvättprocessen i den nya maskinen går lite fortare.
Torktumlaren tog lite längre tid att få i drift. Huvudanledningen var en bruksanvisning på holländska vilket gjorde att maskinens funktionssätt i en början var oklart. Efter att ha fått tag på en tysk bruksanvisning kunde dock torktumlaren tas i drift och den fungerar enligt förväntningarna.
I stort sett kan man säga att de fjärrvärmedrivna vitvarorna fungerar precis som deras elektriska motpart. Ett problem är måhända att det inte finns indikation på om maskinerna går på el eller på fjärrvärme och att användaren därför har svårt att kontrollera, vilket driftsätt som används just för tillfälle. Energiutvärderingen för de olika maskinerna har inte påbörjats än, men planeras komma igång vid årets slut.
Luftkonditioneringen
Luftkonditioneringen har inte kommit igång i skrivande stund. Anledning är försenad leverans av kylmediekylaren. Därmed kunde inte heller effekten av kyldistributionen i huset utvärderas.
Badtunnan
Badtunnans uppvärmning sker kontinuerligt vid en temperatur runt 30°C. Eftersom tunnan är välisolerad så är jämviktseffekten, när den inte används, mycket låg. En uppskattning resulterar i en värmeförlust av ca 10 W/K. Vattenrening och ozonfilter gör att vatten förväntas hålla hög kvalitet under lång tid och att antalet årliga vattenbyten är begränsade. Tunnans energianvändning ska utvärderas den närmaste tiden.
Figur 7.3: Badtunnan har just tagits i drift
Växthuset
Växthusets värmesystem har körts igång vid relativt höga utetemperaturer. Det är tänkt att hålla en låg temperatur, omkring 10°C, när det inte används som uteplats och drygt 20°C vid användning. Temperaturen kan styras inifrån huset. Kombinationen varmt golv och värmeglas ger ett behagligt inneklimat. Problem med överhettning kan uppstå på sommaren, men det finns både ventilationslucka och utedörr till trädgården med vars hjälp temperaturen bör kunna regleras. Detaljkunskaper beträffande lämpliga plantor och deras skötsel kommer att utvecklas med tiden (se Figur 5.16).
8. Marknadsaspekter och ekonomi
8.1. Marknadsaspekter
Onekligen finns i det här demonstrerade fjärrvärmehuset intressanta aspekter som inbjuder till en marknadsintroduktion och därmed bredare användning. En del åtgärder kan betraktas som konvertering från elanvändning till värmeanvändning och kan således karakteriseras som energieffektiviseringsåtgärder. Andra delar är mera av typen lyxkonsumtion, vars användning bör ses som en ökning av levnadsstandarden. I vilken mån dessa ska få en bredare användning bör avgöras av användaren med hänsyn till eventuella miljöpolitiska restriktioner.
8.1.1. Vitvaror
En första kategori utgör vitvaror. Vitvarorna disk- och tvättmaskiner kan anses vara så pass spridda att de flesta människor har tillgång till dem. Enligt statistik från SCB [19]
är det dock endast ca 74 % av alla personer över 16 år som har tillgång till egen tvättmaskin och 60 % till egen diskmaskin. Om man vidare antar antalet samboende över 16 år i samma lägenhet till 2, så borde det finnas ca 2,1 miljoner diskmaskiner och 2,7 miljoner tvättmaskiner i Sverige. Beträffande fördelningen mellan småhus och flerbostadshus antar vi att disk- och tvättmaskiner är något högre representerade i småhus men något mindre vanliga i flerbostadslägenheter. Vi uppskattar således fördelningen av diskmaskiner till ca 1,3 miljoner i småhus och 0,8 miljoner i
flerbostadslägenheter. Beträffande tvättmaskiner så tycker vi att det är rimligt att anta att 90 % av småhusen har tvättmaskin. Detta innebär ca 1,9 miljoner tvättmaskiner i småhus och 0,8 miljoner i flerbostadsfastigheternas lägenheter. Därtill kommer de gemensamma tvättmaskinerna i bostadshusens tvättstugor, uppskattningsvis 200 000, vilket ger en total potential på ca 2,9 miljoner tvättmaskiner. Dessa siffror är ca 0,6 miljoner resp 1,0 miljon högre än vad som anges i IVAs rapport ”Energianvändning i bebyggelsen för disk- resp tvättmaskiner” [20], men vi antar att våra siffror är rimliga.
Torkskåp och torktumlare är däremot inte så utbredda, de ingår knappast i lägenhets- utrustningen, men väl i gemensamma tvättstugor och uppskattningsvis i 30 % av alla småhus, totalt alltså runt 0,8 miljoner enheter.
En grov uppskattning skulle alltså vara att det finns en betydande potential för fjärr- värmedrivna disk- och tvättmaskiner. Låt oss, för att förenkla diskussionen, anta att bådadera kan installeras i 400 000 fjärrvärmeanslutna småhus. Vidare ansluts i fjärrvärmeanslutna flerfamiljsbostäder (70 % av lägenheterna värms med fjärrvärme) ca 500 000 disk- resp tvättmaskiner. Eftersom det handlar om moderna maskiner är fjärrvärmepotentialen för båda maskinerna sammanlagt (400 kWh per maskinpar och år) runt 360 GWh/år.
Beträffande torktumlaren är villamarknaden och tvättstugor i flerfamiljsbostäder den största marknaden, uppskattningsvis totalt ca 500 000 maskiner i fjärrvärmeområden.
Med en fjärrvärmeanvändning av 330 kWh per enhet blir det en potentiell fjärrvärmemarknad på 165 GWh/år.
Om vi antar att livstiden på en maskin är tio år, så ersätts dessa maskiner alltså med 10
% per år. Varje år borde alltså 90 000 tvätt- resp 90 000 diskmaskiner kunna levereras till den svenska marknaden. Om vi vidare antar att denna är knappt 10 % av den europeiska fjärrvärmemarknaden, så borde det finnas en millionmarknad för fjärrvärmedrivna disk- och tvättmaskiner i Europa, vilket väl kunde motivera en utvecklingssatsning av vitvaruindustrin. Marknaden för övriga värmesystem, såsom pelletsvärme och solvärme, tillkommer. Härmed ska det uppmuntras till
informationsinsatser och samtal mellan fjärrvärmebranschen och vitvaruindustrin.
Maskinerna blir något dyrare än motsvarande elektriska produkt, eftersom de innehåller både elektriskt element (som hittills) och fjärrvärmeväxlare. Besparingen ligger i elanvändningen och i miljögärningen (ca 200 – 300 kg minskat CO2-utsläpp årligen per maskin), vilket säkert intresserar många kunder (rimligtvis borde också inköpt värme vara billigare än inköpt el).
Av vad som framgår ovan så är i Sverige den totala potentialen för vitvaror, som de flesta människor bör kunna använda sig av, ca 0,5 TWh/år. Denna marknadsandel kan åstadkommas enbart genom en omfördelning av produktinriktningen från
elanvändning till fjärrvärmeanvändning och innebär inte en ökning av energianvänd- ningen. Marknadspotentialen innebär samtidigt en minskning av elanvändning med ca 0,4 TWh årligen. Det är således nationalekonomiskt motiverat att satsa på tekniken.
8.1.2. Luftkonditionering
I det här sammanhanget är vi endast intresserade av luftkonditioneringstillämpningar för småhus. I flerfamiljshus och i kontorshus finns det en given användning för fjärrvärmedriven absorptionskyla alstrad av aggregat större än 30 kW och det finns för detta kommersiella produkter på marknaden, vilket dock inte behandlas här.
För småhustillämpningar utgår vi ifrån en potentiell marknad av 400 000 småhus som vi i denna studie uppskattar som fjärrvärmeanslutna. Med hänsyn till det svenska klimatet är luftkonditionering inget måste. De genomsnittliga utetemperaturerna i södra Sverige uppgår som bäst till ca 17°C, vilket innebär att ett genomtänkt luftcirkulationssystem med frikyla och inlagring av nattkyla i byggnadsstommen eller/och golvbjälklagen borde kunna garantera drägligt inneklimat sommartid. Men de flesta småhus är inte byggda på detta sätt, utan lätt konstruktion föredras av
kostnadsskäl, vilket kan innebära värmeproblem vissa varma sommardagar, som nyss i juli 2006. Vi utgår ifrån att en eller annan då önskade sig en luftkonditionering.
Moderna elektriska luftvärmepumpar, som redan finns i ca 5 % av alla småhus, erbjuder denna komfort. Vi bedömer, att en del av småhusägarna skulle ha passat på och installera ett absorptionsaggregat, om möjligheten funnits. Vi känner idag inte till en lågtemperaturdriven kylmaskin som är billigare än ca 200 000 SEK. Vår
bedömning är dock att ett luftkonditioneringssystem baserat på absorptionskyla vid massproduktion inte behöver kosta mer än 40 000 SEK och att det vid detta pris säkert finns en viss marknad, uppskattningsvis några tusen styck per år upp till några
tiotusen. Det är särskilt småhusägare med solvärmesystem som också är intresserade av produkten och som kan hjälpa till med marknadsintroduktionen. Energimässigt är marknaden alltså begränsad (100 000 installerade maskiner motsvarar ca 50 – 100 GWh, beroende på COP och husets behov). Men i samband med kraftvärmesystem utgör detta ett välkommet tillskott som sommarvärmelast.
8.1.3. Växthus
Växthuset i den valda formen som uterum och appendix till vardagsrummet är en produkt som många småhusägare drömmer om. Det här valda utförandet med
värmeglas är något exklusivt, men det finns produkter i storleksordningen mellan 2000 och 10000 SEK/m² på marknaden. Att förse växthuset med någon form av fjärrvärme, antingen radiator-, konvektor- eller golvvärme är lätt genomförbart och på inget sätt förknippat med väsentliga kostnader. Avgörande är främst husägarens initiativ och prioritering beträffande investeringar. Motsvarande teknik för såväl växthus som värmeutrustning tillhör dagens standard.
8.1.4. Badtunna (eller pool)
Badtunnan har karaktär av en livsstilsprodukt som många småhusägare kan tänka skaffa sig. Fördelen jämfört med en utomhuspool är uppenbar: Badtunnan kräver mindre plats, behöver mindre vatten, kan skötas lättare och erbjuder avkoppling i kroppsvarmt vatten under hela året och särskilt vintertid (poolen erbjuder däremot svalka och motion mest under sommaren). Tunnan utgör snarare ett instrument för socialt omgänge än en friskvårdskomponent.
Det driftsätt som är planerat i demohuset i Göteborg är helårsdrift och är relativt energikrävande: Vi uppskattar behovet till ca 3000 kWh värme och 900 kWh el per år.
Om värmen kommer från en miljövänlig värmekälla finns ingen invändning mot denna utökade värmeanvändning. Däremot kan det finnas en invändning mot den kontinuerliga driften som kräver en hel del el (ca 900 kWh per år i vårt exempel). Här måste en avvägning göras mellan hygien, friskvård och miljöhänsyn. Det finns inget enkelt svar på detta, troligtvis kommer marknaden själv att ha svaret.
Eftersom det handlar om en livsstilsprodukt så kommer en husägare som har råd med driftkostnaderna att skaffa sig tunnan oavsett energikostnad eller miljöskatt. Den fortsatta utvecklingen kommer sedan att se till att anläggningen blir så effektiv som möjlig. Jämfört med situationen idag så kommer vi säkert att se en ökad användning av tunnan och därmed ökad energianvändning. Nackdelen är att tunnan drar energi både sommar och vinter (enligt information från en tillverkare används tunnan väsentligt oftare under vintern än under sommarhalvåret).
Marknadspotentialen som vi ser liknar i omfattning den av luftkonditionerings- systemet, dvs några tusen per år till att börja med. Eftersom priset redan idag är väsentligt lägre än luftkonditioneringens, så borde tunnan relativt snabbt komma att kunna utvecklas till en fjärrvärmeprodukt. Fjärrvärmebranschen borde ta initiativet och hjälpa till med effektivisering av användningen. Med energimärkning och
rekommenderade driftrutiner borde man kunna se till att endast energieffektiva system används.
9. Slutsatser
Demonstrationsvillan i Göteborg har fått en väsentlig ansikts- och komfortlyftning genom att konverteras från elvärme till fjärrvärme.
Den konventionella konverteringen från elvärme till fjärrvärme har genomförts på ett så diskret sätt som möjligt, vilket innebär att konverteringsåtgärderna inomhus knappast går att skilja från utförandet vid nybyggnation. Genom konverteringen ersätter ca 27000 kWh ny fjärrvärme ca 25000 kWh el per år.
En viktig konverteringsmöjlighet utgör vitvarorna diskmaskin, tvättmaskin och torktumlare. Fjärrvärmeanslutna maskiner kan spara ca 700 - 800 kWh el per år i ett genomsnittshushåll. Dessa maskiner är i princip enkla att åstadkomma och skulle kunna produceras idag. Målgrupp är fjärrvärmeanslutning i såväl villor som
lägenheter. Det behövs dock en diskussion med vitvarubranschen för att övertyga den om marknaden och fjärrvärmebranschens intresse.
Huset har vidare fått en väsentlig komfortökning genom installation av
fjärrvärmegenererad absorptionskyla. För kylproduktionen behövs det årligen ca 1400 kWh fjärrvärme och ca 300 kWh el. Ett system baserat på kompressorkyla skulle istället behöva ca 600 kWh el för samma kyleffekt.
I huset har man också installerat produkter som avser nya marknader för fjärrvärme:
Badtunna och växthus. För båda systemen används glykolbaserad
lågtemperaturvärmedistribution. Systemen bör utformas enligt det individuella behovet, men det finns inga hinder att erbjuda dessa till kunder som så önskar.
Tvärtom, fjärrvärmebolagen skulle kunna erbjuda denna utrustning som tilläggstjänster och se till att utrustningen används så effektiv som möjlig.
Utrustningen medför dock även en viss ökad elförbrukning för cirkulationspumpar.
Värmeanvändningen beräknas uppgår till ca 5000 kWh i dessa två system.
För demonstrations- och utvärderingsändamål har husets sekundära tekniksystem försetts med sex cirkulationskretsar. Detta medför en hel del cirkulationsarbete som kan förenklas i framtida tillämpningar. Totalt beräknas elanvändningen för nya cirkulationskretsar på 1500 kWh per år.
Målet med projektet ”det fjärrvärmeanpassade huset” är att visa på fjärrvärmens möjligheter. Vid sidan om konvertering av elvärme till fjärrvärme är det meningsfullt med konvertering av disk- och tvättmaskiner samt torktumlare till fjärrvärme, i princip överallt där fjärrvärme finns. Vidare har människor ett ökat behov av komfort och om några år kanske det inte räcker med att enbart sälja fjärrvärme för uppvärmning.
Fjärrvärmebranschen visar med projektet på Ljustöparegatan i Göteborg att det finns goda möjligheter att använda fjärrvärme för några tillämpningar utöver det vanliga, som luftkonditionering, spa och växthus.
Andra tänkbara tillämpningar - som ej demonstrerades i detta projekt - är pool, bastu, bilvärmare och markvärme. Lönsamheten på fjärrvärmedistribution till småhus kunde väsentligt förbättras om somliga av dessa tillämpningar - demonstrerade eller
odemonstrerade - realiserades.
