Uppvärmningssystem vid nyproduktion av flerbostadshus

(1)

Karlstads universitet 651 88 Karlstad Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60 Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap

Miljö- och energisystem

Felicia Pettersson

Uppvärmningssystem vid

nyproduktion av flerbostadshus

En ekonomisk och miljömässig jämförelse mellan bergvärme, fjärrvärme eller en kombination av dem

Heating systems for multi-dwelling residential housing

An economic and environmental comparison between geothermal heating, district heating or a combination of the two

Examensarbete 22,5 hp

Högskoleingenjörsprogrammet i energi- och miljöteknik

Juni 2020

Handledare: Tim Andersson Examinator: Lena Brunzell

(2)

(3)

Sammanfattning

En byggnads värme- och varmvattenbehov utgör en stor del av dess totala energibehov. Vilket värmesystem som väljs blir därmed viktigt för att bli så ekonomiskt gynnsamt och

miljömässigt bra som möjligt. Två vanliga värmekällor för flerbostadshus är bergvärme och fjärrvärme eftersom bergvärmen har en låg driftkostnad medans fjärrvärmen finns tillgänglig i de flesta städer samtidigt som båda systemen har låg miljöpåverkan.

Syftet med studien är att koldioxidutsläpp på värmesystem ska vara så låga som möjligt till ett lågt pris. Målet med studien är därför att undersöka om ett kombinerat system bestående av bergvärme och fjärrvärme står sig ekonomiskt och miljömässigt bra i relation till ett

bergvärmesystem eller ett fjärrvärmesystem på fyra platser i Sverige, Halmstad, Karlstad, Östersund och Luleå. Anledningarna till de olika städerna är dels att byggnadens värmebehov kommer att variera men även eftersom berget levererar olika mycket värmeeffekt.

Beräkningarna sker för ett flerbostadshus med närmare 500 lägenheter ovanför ett uppvärmt garage med en total area på ungefär 26 500m2. Byggnadens energibehov och antalet

värmepumpar som behövdes beräknades över ett år i simuleringsprogrammet HPC2 och används sedan för att bygga upp en LCC-kalkyl och göra miljöberäkningar i Excel.

Resultatet från LCC-kalkylen visar att värmepumpsystemet är det mest ekonomiskt gynnsamma systemet följt av det kombinerade systemet och att fjärrvärmesystemet hade högst nuvärde i samtliga städer. Miljöpåverkan i Halmstad och Karlstad var lägst för

värmepumpsystemet följt av det kombinerade systemet och även här hade fjärrvärmesystemet högst miljöpåverkan. I Östersund har det kombinerade systemet lägst miljöpåverkan, följt av värmepumpsystemet och högst har fjärrvärmesystemet. I Luleå har fjärrvärmesystemet lägst miljöpåverkan, följt av det kombinerade systemet och värmepumpsystemet.

(4)

(5)

Abstract

A building's heating and warmwater needs make up a large part of its total energy needs and thus it becomes important which heating system is chosen to be economically favorable and environmentally sound as possible. Two common heat sources for multi-dwelling houses are geothermal heating and district heating, geothermal heating has a low operating cost while district heating is available in most Swedish cities, both having a low environmental impact.

The aim of the study is to investigate whether a combined system consisting of geothermal heating and district heating is performing well both economically and environmentally in relation to a geothermal heating system or a district heating system at four locations in Sweden, Halmstad, Karlstad, Östersund and Luleå. The reason for evaluating the different cities is that the building's heating needs will vary but also because the mountain delivers different heating effect. The calculations are made over a multi-dwelling house with almost 500 apartments above a heated garage with a total area of approximately 26,500 m2. The building's energy needs, and the number of heat pumps needed were calculated over one year in the HPC2 simulation program and it was then used to build up an LCC calculation to make environmental and financial calculations in Excel.

The result from the LCC calculation show that the heat pump system is the most

economically favorable system followed by the combined system and that the district heating system had the highest value in all cities. The environmental impact in Halmstad and Karlstad was the lowest for the heat pump system followed by the combined system, and even here, the district heating system had the highest environmental impact. In Östersund, the combined system has the lowest environmental impact, followed by the heat pump system and the district heating system had the highest environmental impact. In Luleå, the district heating system has the lowest environmental impact, followed by the combined system and highest was the heat pump system.

(6)

Förord

Det här examensarbete har redovisats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har därefter diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av det här arbetet har vid seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete.

Jag vill härmed tacka alla som hjälpt mig med mitt arbete. Ett stort tack till min handledare Tim Andersson vid Karlstads universitet och mina handledare Mikael Lindblom, Rickard Karlsson och Henrik Alfredsson samt resterande medarbetare hos Thermia för allt stöd och uppmuntran med mitt arbete.

Slutligen vill jag rikta ett stort tack till Anita Boström för goda råd.

(7)

Nomenklatur

a – Andel

DUT – dimensionerande utomhustemperatur E – energibehov

FJV – fjärrvärme

GWP – Global warming potential Hantal – Antal borrhål

Hdjup – Borrhålets djup I – Investeringskostnad K – Kostnad

M – miljöpåverkan P – pris

Q – Effekt S – säsong VP – värmepump

ÅMT – årsmedeltemperatur

(8)

Innehållsförteckning

1. INLEDNING ... 1

1.1 BAKGRUND... 1

1.2 BERGVÄRME ... 1

1.2.1 MILJÖPÅVERKAN ... 3

1.3 FJÄRRVÄRME ... 3

1.3.1 FJÄRRVÄRMENS MILJÖPÅVERKAN ... 4

1.4 KOMBINATION AV BERGVÄRME OCH FJÄRRVÄRME ... 5

1.5 BYGGNAD ... 5

1.6 SIMULERINGSPROGRAM HPC2 ... 5

1.7 LCC-KALKYL ... 5

1.8 SYFTE ... 6

1.9 MÅL ... 6

2 METOD ... 7

2.1 BYGGNAD ... 7

2.2 VÄRMEPUMPSYSTEMET ... 7

2.2.1 DIMENSIONERING ... 7

2.2.2 KOSTNADSBERÄKNING FÖRSTA ÅRET ... 8

2.2.3 LCC-KALKYL ... 9

2.2.4 MILJÖPÅVERKAN ... 9

2.2.5 KÄNSLIGHETSANALYS ... 9

2.3 FJÄRRVÄRMESYSTEMET ... 10

2.3.3 LCC-KALKYL ... 12

2.3.4 MILJÖ ... 12

2.4 KOMBINERAT SYSTEM ... 12

2.4.3 LCC-KALKYL ... 13

2.4.4 MILJÖ ... 13

2.5 JÄMFÖRELSE MELLAN TRE SYSTEM I OLIKA STÄDER ... 13

3. RESULTAT ... 14

3.1 BYGGNAD ... 14

3.2 VÄRMEPUMPSYSTEM ... 14

(9)

3.2.4 MILJÖ ... 17

3.3 FJÄRRVÄRMESYSTEM... 18

3.3.1 DIMENSIONERING FJÄRRVÄRMESYSTEM ... 18

3.3.3 LCC-KALKYL ... 19

3.3.4 MILJÖ ... 19

3.4 KOMBINERAT SYSTEM ... 20

3.4.3 LCC-KALKYL ... 21

3.4.4 MILJÖ ... 22

3.5 JÄMFÖRELSE MELLAN TRE SYSTEM I OLIKA STÄDER ... 23

3.5.1 HALMSTAD ... 23

3.5.2 KARLSTAD ... 24

3.5.3 ÖSTERSUND ... 25

3.5.4 LULEÅ ... 26

4. DISKUSSION ... 27

4.1 RESULTAT ... 27

4.2 METOD ... 28

4.3 EKONOMI ... 28

4.4 MILJÖ ... 29

4.5 FORTSATTA STUDIER ... 30

4.5.1 VÄRMEPUMPSYSTEM ... 30

4.5.2 FJÄRRVÄRMESYSTEM... 30

4.5.3 KOMBINERAT SYSTEM ... 30

SLUTSATS ... 31

REFERENSER ... 32

BILAGOR ... 35

(10)

1. Inledning

1.1 Bakgrund

I ett flerbostadshus går energianvändningen främst till uppvärmning och hushållsel (Nilsson 2016). Valet av energikälla vid nyproduktion av flerbostadshus har därför stor betydelse, inte endast på grund av ekonomin men även på grund av EUs förordning (Europeiska Unionen u.å) samt Sveriges mål att vara koldioxidneutrala tills år 2050. För bli koldioxidneutrala krävs en omställning till mer förnybar energi inom bland annat bostadssektorn (Sverige &

Naturvårdsverket 2013), i Sverige nyttjas ungefär 55% förnybar energi idag (Eurostat 2020).

På 50–60-talet var det vanligt att sätta in en oljepanna i flerbostadshusen, det var det

dominerande uppvärmningssättet men efter oljekrisen på 70-talet ökade oljepriset och allt fler vände sig till alternativa värmesystem som till exempel vedpannor eller fjärrvärme. På 90- talet infördes koldioxidskatt och då tog utvecklingen fart. Fjärrvärmesystemen blev mer tillgängliga och tillförlitliga och började ta över efter oljepannorna (Dzebo & Nykvist u.å).

Fjärrvärmen är därmed den vanligaste energikällan för att täcka flerbostadshusens värmebehov och har sedan 90-talet inte behövt konkurrera mot någon annan värmekälla.

Under de senaste åren har värmepumparna kommit in på marknaden och konkurrerar mot fjärrvärmen. Värmepumparna med sitt höga COP är billiga i drift till skillnad från

fjärrvärmen. Både fjärrvärmen och värmepumparna har betydligt lägre driftkostnad än oljepannorna och de är betydligt mycket enklare att sköta än en ved- eller pelletspanna.

(Åberg m.fl. 2020)

1.2 Bergvärme

Den vanligaste marknaden för en värmepump är villor men de börjar allt mer komma in på flerbostadsmarknaden (Åberg m.fl. 2020). En värmepump använder sig i grund och botten av solens energi. Bergvärme är vanligt eftersom bergets temperatur inte varierar så mycket över året och bidrar på så sett med en stabil värmetillförsel. Beroende på vart en bergvärmepump geografiskt befinner sig kommer borrhålet att kunna leverera olika energi eftersom bergets temperatur är ungefär samma som platsens årsmedeltemperatur.

För att nyttja bergvärme krävs först att ett hål borras ned i marken, hålet brukar vara 100m- 250m djupt men med dagens teknik kan det till och med borras ned till 300m. I borrhålet finns en sluten krets med en kylvätska som vanligen består av glykol, etanol eller vanlig sprit, den vätskan kallas för brine. Helst når borrhålet grundvatten med ett högt flöde för en effektiv värmeväxling, då bergets temperatur är ungefär samma som årsmedeltemperaturen, ÅMT, och kan värma upp den kalla brinevätskan som cirkulerar i borrhålet (1) se Figur 1. I

förångaren värmeväxlas brinekretsen och ned i borrhålet åker kall brinevätska som värms upp en aning av grundvattenflödet. Brinevätskan värmer således kylkretsen i förångaren (2).

Värmepumpens kylkrets består av flera delar, se figur 1. Kylkretsen är ett slutet system som innehåller ett köldmedie. I förångaren (2) övergår köldmediet till gas som transporteras genom en kompressor (3) där trycket ökar, det innebär att även temperaturen ökar och kan därmed värmeväxlas mot radiator- och tappvattensystemet i kondensorn (4). I kondensorn kondenserar köldmediet till vätska innan det når expansionsventilen (5). Expansionsventilen är en mekaniskt styrd ventil som sänker trycket och därmed koktemperaturen i kylkretsen som går vidare och värmeväxlas i förångaren (2) mot brinekretsen. Den mekaniska

(11)

Figur 1 Värmepumpen och dess delar (Thermia u.å)

Mega XL är en bergvärmepump från Thermia som är speciellt anpassad för fastigheter och har en maxeffekt på 88 kW som arbetar mellan 10 växlar. Växlarna kontrollerar kompressorns varvtal istället för att stänga av och starta igen som en on/off kompressor. Att sänka varvtalen medför att köldmediet i kylkretsen transporteras långsammare och att pumparna jobbar mindre, det sliter mindre på kompressorn som arbetar mellan 1500-6000 rpm. Mega XL har en hetgasväxlare som tar ut ett litet flöde av ångan vid kompressorn och värmeväxlar den direkt mot varmvattenberedaren för att på bästa sätt utnyttja värmen till att producera större volymer av varmare tappvarmvatten. Den kan kopplas samman upp till 16 stycken

värmepumpar per central (Thermia 2020).

På sommaren har berget en lägre temperatur än luften, då kan den lägre temperaturen från borrhålet värmeväxlas rakt mot radiatorsystemet och den levererar då passiv kyla. Samtidigt åker varmare brinevätska ned i borrhålet och kan värma upp borrhål som har frusit under vintern och inte hunnit tina. Vid passiv kyla arbetar endast cirkulationspumparna, det innebär en ekonomisk fördel eftersom kompressorn står still och inte behöver el (Thermia u.å).

Tappvarmvattnet behöver överstiga en temperatur på 50°C för att undvika bakterier som legionella (Boverket 2017) och för att inte behöva överdimensionera systemet med för många värmepumpar, vilket kan bli en dyr installation, räcker det vanligtvis att installera en elpatron på varmvattenberedaren för att spetsvärma under de kallaste dagarna.

Det största problemet med bergvärme är borrhålen eftersom de för större fastigheter kräver stora ytor, de bör placeras minst 20 meter mellan varandra för att uppnå störst effektivitet och för att inte kyla ned marken. Vanligtvis borras det i L-formation för att spara plats (Åberg m.fl. 2020). På flera platser i Sverige, vanligtvis södra delen av landet, består marken av ett sedimentärt material vilket omöjliggör borrning för bergvärme (Erlström m.fl. 2016).

Borrhålen står ofta för ungefär hälften av installationskostnaden och under de första sex meterna ned i berget används ett dyrare foderrör. Om det är längre än sex meter ned till berggrunden från borrhålets start används foderröret en längre sträcka, då kan det istället vara mer ekonomiskt att borra djupare eller nyttja mer el. Hur långt ned det är till berggrunden finns inte dokumenterat, så om inte den som borrar vet så måste det först testas. Det kallas ett TRT-test och görs när ett hål ska borras på ett helt nytt ställe, eller om ett stort system ska installeras och kräver många borrhål för att undersöka flödet och därmed se om det behövs fler eller färre borrhål. (Nilsson 2020)

(12)

1.2.1 Miljöpåverkan

En bergvärmepumps miljöpåverkan beror till stor del av köldmediet i kylkretsen, brinevätskan i köldbärarkretsen samt elen och dess ursprung. Köldmediekretsen och brinekretsen är båda slutna system som töms under ordnade förhållanden.

Av värmepumpens utsläpp avgör elen en betydande del, om kunden inte gör ett aktivt val av 100% förnybara energikällor så levereras en elmix som består av det som blir över när andra kunder valt förnybara källor (Vattenfall u.å). Både kärnkraft och vattenkraft står för ungefär 40% vardera av Sverige elförbrukning (Kan m.fl. 2020) och vindkraft står för ungefär 10%

(Energimyndigheten 2018).

1.3 Fjärrvärme

Fjärrvärme används i nästan 90% av alla flerbostadshus, ofta i kombination av värmepumpar (Euroheat & power 2020). 2017 bestod 13% av all energianvändning i Sverige av fjärrvärme (Energimyndigheten 2019) och idag finns det ungefär 500 fjärrvärmesystem i Sverige (Werner 2017).

Första fjärrvärmeanläggningen i Sverige grundades i Karlstad 1948 där en ombyggnad från ett el-kraftverk till ett kraftvärmeverk gjordes. Ett kraftvärmeverk är ett kombinerat kraft- och värmeverk som huvudsakligen producerar el, värmen som tillkommer skickas ut på

fjärrvärmenätet (Rydegran 2019). Det medför att bränslet kan nyttjas till 80-90 procent jämfört med ett kraftverk som kyler bort värmen och endast producerar elektricitet (Werner 2017).

Anledningarna till varför fjärrvärmen är så populär är många. Värmeverken eller

värmekraftverken använder vanligen biobränslen som är bra för klimatet, det är också en säker och stabil produkt som inte lider av särskilt många störningar när värmen levereras (Werner 2017). Ett värmeverk kan leverera energi till en hel stad och bränslet består främst av trä som blir över från skogsindustrierna som grenar, stubbar och sågspån men även spillvärme från industrier eller avfall. Värmeverket ligger vanligtvis placerat utanför städerna och har rökgasrening, därmed minskas andelen rökgaser i städerna jämfört med vad som skulle ha producerats om alla byggnader använde sig av biobränsle (Jämtkraft u.å).

Halmstad och Karlstad har avfallsförbränning i sina kraftvärmeverk. Avfallsförbränning innebär att hushållsavfallet förbränns (sopor.nu 2018). Nästan hälften av allt hushållsavfall sorteras bort, bland annat metaller, farligt avfall och batterier. Resterande avfall förbränns och avfallet som kvarstår efter förbränning är aska och slagg som deponeras eller används som utfyllnadsmaterial vid vägarbeten (Avfall Sverige 2020). För att en anläggning ska få bränna avfall måste den uppfylla stränga krav på bland annat rökgasrening (Sieurin 2020).

(13)

Från värmeverket går varmt vatten i fodrade rör ut till alla byggnader på nätet och in i huset till en fjärrvärmecentral, se Figur 2. I fjärrvärmecentralen värmeväxlas det varma vattnet mot radiatorsystemet och mot tappvattensystemet och ut går ett kallare flöde tillbaka till

värmeverket (Jämtkraft u.å).

Figur 2 Fjärrvärmenätet (Energimarknadsbyrå 2020)

Fjärrvärmenäten utgör naturliga monopol där kommuner många gånger står som ägare av fjärrvärmebolagen, det innebär att kommunägda byggnader vanligtvis använder fjärrvärme som uppvärmningssystem. Fjärrvärmebolagen behöver alltså inte konkurrera mot varandra utan mot andra uppvärmningsalternativ som kan vara billigare (Energimarknadsbyrå 2020).

Fjärrvärmepriset är i många fall avgörande om kunden väljer fjärrvärme eller inte och det omfattar tre olika komponenter, en energiavgift, en effektavgift och en fast avgift.

Energiavgiften är en säsongsbaserad kostnad för att täcka värmebehovet över vinter, höst/vår och sommar. Enligt Werner (2019) beror energiavgiften till stor del på hur tillgängligt ett billigt bränsle är. Effektavgiften sker månadsvis och baseras på effekten som

fjärrvärmecentralen behöver för att leverera värmebehovet. Den fasta avgiften är en månadsavgift för att ha tillgång till nätet (Hedenström 2020).

1.3.1 Fjärrvärmens miljöpåverkan

Fjärrvärmens miljöpåverkan beror till stor del av vilket bränsle som eldas för att utvinna värme. Vid avfallsförbränning är det plast som står för de högsta växthusgasutsläppen, nästan hälften och därför är det viktigt att även plasten sorteras bort utöver det farliga avfallet och metallerna (Löfström 2019). Eftersom hälften av allt avfall sorteras bort och inte går till förbränning importeras avfall till Sverige från andra länder. Av det importerade avfallet som förbränns i svenska värmeverk kommer majoriteten från Norge och Storbritannien (Hagelin 2020).

Fjärrvärmens miljöpåverkan bedöms efter hur mycket koldioxid som släpps ut och beror på vad som eldats, vanligtvis eldas biobränslen men när temperaturen sjunker och värmebehoven ökar eldas även olja. Bränslet som Halmstads fjärrvärme använder sig av är främst avfall eller spillvärme från industrier (hem u.å). I Karlstad eldas främst trädbränslen följt av sopor och vid behov av extra värme tillförs spillvärme från Stora Enso eller så stöd-eldas olja

(Hedenström 2020a). I Östersund eldas främst torv och träflis med stödeldning av olja och biogas vid behov (Jämtkraft 2020a). I Luleå eldas biobränslen och bio-olja och stödeldar med gas (Luleå energi 2020).

(14)

1.4 Kombination av bergvärme och fjärrvärme

Fjärrvärmen finns i de flesta städerna i Sverige men mer sällan på landsbygden, det kan bli ett problem om det inte finns ett nät i närheten att ansluta till. Swing-Gustafsson m.fl ( 2018) undersökte lönsamheten i att bygga ut fjärrvärmesystemet jämfört med att installera

värmepumpar i byggnader utanför ett befintligt fjärrvärmenät och det visade sig då vara mer lönsamt med värmepumpar.

För att nå ännu lägre miljövärden och komma ned i lägre driftkostnader föreslog Levihn (2017) att det kunde vara bättre att kombinera en värmepump med fjärrvärme när det föreligger ett högt energipris. Är det ett högt energipris kan en värmepump bli lönsam till skillnad från att spetsa fjärrvärmen med direktverkande el. Det är då även fördelaktigt om värmepumpen har ett högt COP. Levihn testade modellen över ett och ett halvt år och kom fram till att driftkostnaden sänktes men poängterade dock vikten i att en skiftning av

elproduktion kan ske om det är ett kraftvärmeverk. Om fjärrvärmebehovet minskar skulle det innebära en förlust av förnybar el som produceras i ett kraftvärmeverk och bör därför

utvärderas noga.

1.5 Byggnad

För ett flerbostadshus är den genomsnittliga energianvändningen 135 kWh/m2 för

uppvärmning och varmvatten under året men det kommer att variera beroende på hur gammal byggnaden är eftersom ett äldre hus vanligtvis har ett högre energibehov. Var byggnaden är placerad har även det stor betydelse på energibehovet, då en byggnad i norr vanligen har ett högre energibehov än i söder (Energimyndigheten 2017a).

1.6 Simuleringsprogram HPC2

För att dimensionera ett värmepumpsystem med Thermias värmepumpar används det online- baserade simuleringsprogrammet HPC2 där en simulering sker över ett år. Klimatdata

kommer från Meteronom och baseras på data från 1961-1999 och genom att lägga in en plats och vilken byggnadstyp som används, uppskattar programmet byggnadens värmebehov.

Programmet kan då beräkna hur mycket av det som värmepumpen kan leverera samt hur mycket el värmepumpen kräver. Från klimatdata beräknar även programmet hur mycket borrhålen levererar, hur många som behövs samt vilket djup de bör ha.

1.7 LCC-kalkyl

För att få en objektiv bild av kostnaden på ett nytt värmesystem är det många delar som omfattas. Sett till hela produktens livslängd består vanligtvis inte investeringskostnaden för produkten för den större delen av nuvärdet utan det är energikostnaden som är den stora delen. För att räkna på det här kan en livscykelkostnad, LCC, ställas upp. LCC-kalkylen baseras på nuvärdesmetoden och används genom att räkna om framtida utgifter och intäkter till nuvärde, alltså ett värde idag (Energimyndigheten 2017b). Lönsamheten beräknas genom att summera betalningarnas nuvärde och målet är att få ett så lågt nuvärde som möjligt för att investeringen ska bli så lönsam som möjligt. Problemet med en LCC-kalkyl är svårigheten med hur bland annat elpriser och liknande förändras över tid och bör därför kompletteras av en känslighetsanalys (Beiron 2018).

Enligt Konsumenternas Energimarknadsbyrå (2020) så har elpriserna hittills under året varit låga till följd av mycket nederbörd samt goda vindförhållanden men över fler år är det mer osäkert. Mer el samtidigt som krav på allt mer förnyelsebara energikällor uppskattas i framtiden och det kan komma att medföra högre priser på vintern men lägre på sommaren.

(15)

1.8 Syfte

Valet av värmesystem har stor betydelse för byggnadens årliga kostnad och utsläpp av koldioxid. I takt med att Sverige ställer om till en koldioxidneutral energiförsörjning har just bergvärme och fjärrvärme låga koldioxidutsläpp samtidigt som värmepumpar har en låg driftkostnad och fjärrvärme finns tillgängligt i de flesta städerna.

1.9 Mål

Målet med studien är att utreda vilka ekonomiska och miljömässiga skillnader ett kombinerat system bestående av bergvärme och fjärrvärme har jämfört med två referensfall som består av endast bergvärme eller endast fjärrvärme på olika geografiska platser i Sverige.

(16)

2 Metod

I studien undersöktes först vilka ekonomiska och miljömässiga skillnader ett

värmepumpsystem, ett fjärrvärmesystem och ett kombinerat system har i fyra olika städer.

Det gjordes genom att dimensionera systemen, beräkna de årliga kostnaderna och ställa upp en LCC-kalkyl samt en miljöberäkning i Excel. Slutligen jämförs de tre systemen mot varandra.

2.1 Byggnad

I simuleringen har en byggnad använts som fortfarande är i planeringsfasen och är därmed ännu inte är byggd, därmed baserades energibehovet på erfarenhetsvärlden. Fastigheten avser nyproduktion bestående av 6 byggnader och inkluderar ett uppvärmt garage. Fortsättningsvis i arbetet benämna detta byggnad. Byggnaden består av närmare 500 lägenheter och har en sammanlagd area på cirka 26 500m2, se bilaga 1 och 2. För att jämföra med olika energibehov är samma byggnad tänkt att placeras på fyra olika geografiska platser i Sverige där

årsmedeltemperaturen, ÅMT, och den dimensionerande utetemperaturen, DUT, skiljer sig åt, se Tabell 1.

Tabell 1 Årsmedeltemperatur och dimensionerande utetemperatur för alla städer

Stad ÅMT [°C] DUT [°C]

Halmstad 7,1 -14

Karlstad 5,4 -20,6

Östersund 2,7 -25,6

Luleå 1,8 -28,8

För att förenkla beräkningarna kommer byggnaden ha två undercentraler som täcker hälften av byggnadens värmebehov vardera. Det innebär även mindre platsåtgång eftersom det är i undercentralerna som värmepumparna och fjärrvärmecentralen är placerade.

För att beräkna det totala värmebehovet användes simuleringsprogrammet HPC2 och enligt Thermia fastställs energibehovet till tappvarmvattnet till 30 kWh/m2,år och ventilationen fastställs vara 0,35 l/s,m2 med en värmeåtervinning på 80% (Lindblom 2020).

2.2 Värmepumpsystemet 2.2.1 Dimensionering

För att inte behöva överdimensionera systemet levererar inte värmepumpen all energi, utan den tar hjälp av en elpatron eller elpanna som spetsvärmer de tillfällen som inte värmepumpen kan leverera det som behövs. Beroende på hur många värmepumpar som användes i modellen behövs olika andelar el, ael, för att klara energibehovet vilket beräknas i HPC2.

Antalet borrhål och dess djup var beroende på hur många värmepumpar, 1-5 stycken, som används och beräknas med HPC2.

(17)

2.2.2 Kostnadsberäkning första året

Kostnaden av arbetet för borrhålet, B (kr/m) beräknades med (1) (Björk m.fl. 2013).

𝐵 = (1 − 6.34 ∗ 10⁻⁵∗ 𝐻_{𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙}) ∗ (158.53 + 3.38 ∗ 10⁻⁴∗ 𝐻_{𝑑𝑗𝑢𝑝}² ) (1)

Där Hantal beskriver antalet borrhål och Hdjup beskriver borrhålens djup.

För att beräkna hela kostnaden, Kborrning, för borrhålen användes enligt Björk m.fl. (2013) ekvation (2).

𝐾_{𝑏𝑜𝑟𝑟𝑛𝑖𝑛𝑔} = 𝐵 ∗ 𝐻_{𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙} ∗ 𝐻_{𝑑𝑗𝑢𝑝} (2)

Grundinstallationen för en värmepump är 1 000 000 kr (Nilsson M. 2020), för att bestämma installationskostnaden, Kinstallation, för flera värmepumpar användes ekvation (3).

𝐾𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝐾_𝐺∗ 𝑉^0,8 (3)

Där KG beskriver grundinstallationskostnaden.

Kostnaden för en Mega XL, KVP, är 170 000 kr (Lindblom 2020). Den totala investeringskostnaden beräknades med (4).

𝐼_𝑉𝑃 = 𝐾_𝑉𝑃+ 𝐾_{𝑏𝑜𝑟𝑟𝑛𝑖𝑛𝑔}+ 𝐾𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 (4)

Arbetet för installationen av värmepumpen och kostnaden för värmepumpen var densamma oavsett var i landet den befann sig. Det som skiljde sig i beräkningarna är storleken och därmed priset på elpatron/elpanna som installeras. Den totala investeringskostnaden beräknas med (5).

𝐼_𝑡𝑜𝑡 = 𝐼_𝑉𝑃 + 𝐼𝑒𝑙𝑝𝑎𝑡𝑟𝑜𝑛/𝑒𝑙𝑝𝑎𝑛𝑛𝑎 (5)

Där Ielpatron/elpanna är investeringskostnaden för att köpa en elpatron eller elpanna. Priserna för elpatronen eller elpannan beskrivs i Tabell 2 (Värmebaronen u.å).

Tabell 2 Elpatronen/elpannans kostnad

Effekt [kW] Investeringskostnad elpatron [kr] Investeringskostnad elpanna [kr]

6 – 9 2 500

9 – 13 11 200

14 – 20 15 000

26 – 50 20 000

Mängden el som värmepumpen kräver, EVP, beräknades med (6).

𝐸_𝑉𝑃 =^𝐸^𝑡𝑜𝑡

𝐶𝑂𝑃 (6)

Där Etot står för det totala energibehovet i kWh.

(18)

Den sammanlagda årliga driftkostnaden för energibehovet, Kdrift beräknades med (7).

𝐾_{𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡}= (𝐸_𝑉𝑃 + 𝐸𝑒𝑙𝑝𝑎𝑟𝑡𝑜𝑛/𝑒𝑙𝑝𝑎𝑛𝑛𝑎) ∗ 𝑃_𝑒𝑙 (7)

Där EVP är energibehovet som värmepumpen har, Eelpatron/elpanna är energibehovet som elpatronen har och Pel är är elpriset som beskrivs i Tabell 3 för de fyra olika städerna.

Tabell 3 Elpriser i olika städer

Stad Elpris [kr/kWh]

Halmstad 0,45

Karlstad 0,5

Östersund 0,35

Luleå 0,55

2.2.3 LCC-kalkyl

LCC-kalkylen beräknades över 80 år eftersom det enligt Thermia är livslängden på borrhålen.

I LCC-kalkylen beräknades även investering av tre värmepumpar då värmepumparna enligt Thermia har en livslängd på ungefär 20 år (Lindblom 2020).

Nuvärdet, N, beräknas enligt Beiron (2018) med (8)

𝑁_𝑛 = ∑ ^𝑇

(1+𝑟−𝑝)^𝑛 (8)

Där T beskriver vad som betalas, till exempel investering eller driftkostnad, år n, r beskriver realränta och p beskriver prisändringen på produkten över 80 år. Prisändringen på elkostnaden uppskattades till 1% (Konsumenternas Energimarknadsbyrå 2020) och realräntan

uppskattades till 5% (Beiron 2018). De olika nuvärdena summerades för det totala nuvärdet (9).

𝑁_𝑡𝑜𝑡 = ∑ 𝑁_𝑛 (9)

2.2.4 Miljöpåverkan

Svensk elmix har ett växthusgasvärde, GWP, på 47 g CO2-eq/kWh (Energimyndigheten 2015). Miljöpåverkan, GWP, för elen beräknadess med (10).

𝐺𝑊𝑃 = 𝐸_𝑒𝑙∗ 𝑀_𝑒𝑙 (10)

Där Mel är elens miljöpåverkan och Eel beskriver hur mycket el som krävs för att täcka energibehovet.

2.2.5 Känslighetsanalys

I känslighetsanalysen för borrhålskostnaden jämfördes olika djup och antal borrhål. I känslighetsanalysen för LCC-kalkylen varierades prisändringen och realräntan med en procentenhet.

(19)

2.3 Fjärrvärmesystemet 2.3.1 Dimensionering

Byggnadens energibehov beräknades på samma sätt som för värmepumpsystemet.

Fjärrvärmen levererade all värme utan någon spetsvärmning och uppskattades ha en verkningsgrad på 100% (Lindblom 2020).

Fjärrvärmepriserna beroende på säsong för Halmstad (hem 2020a), Karlstad (Hedenström 2020), Östersund (Jämtkraft 2020b) och Luleå (Luleå energi 2020a) samt dess

anslutningsavgift, Kanslutning, till fjärrvärmenätet finns i Tabell 4.

Tabell 4 Fjärrvärmepriser för olika säsonger och fjärrvärmens anslutningsavgift i de olika städerna

Stad Pris sommar

[kr/MWh]

Pris höst/vår [kr/MWh]

Pris vinter [kr/MWh]

Anslutning [kr]

Halmstad 220 330 690 52 000

Karlstad 140 480 650 55 000

Östersund 330 330 370 46 000

Luleå 150 190 310 84 000

Antal dagar som varje säsong sträcker sig över under ett år beskrivs i Tabell 5.

Tabell 5 dagar säsongerna sträcker sig över

Stad Sommarsäsong

[dagar]

Vintersäsong [dagar]

Höst/vår-säsong [dagar]

Halmstad 90 123 123

Karlstad 90 92 184

Östersund 123 121 122

Luleå 123 121 122

Kostnaden för fjärrvärmens energibehov beräknades genom (11).

𝐾_𝐹𝐽𝑉 = 𝐸 ∗ (𝑃_{𝑠𝑜𝑚𝑚𝑎𝑟}∗ 𝑆_{𝑠𝑜𝑚𝑚𝑎𝑟}+ 𝑃_{𝑣𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟}∗ 𝑆_{𝑣𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟}+ 𝑃_{𝑣å𝑟/ℎö𝑠𝑡}∗ 𝑆_{𝑣å𝑟/ℎö𝑠𝑡}) (11)

Där P står för fjärrvärmepriset och S står för antal dagar som säsongen sträcker sig över.

Installations-, material- och arbetskostnader för att installera fjärrvärme är angivet i Tabell 6 (Nilsson M. 2020).

Tabell 6 Installation, material och arbetskostnader för installation av fjärrvärme

För installation Kostnad [kr]

Installation från vägg till byggnad 150 000

Material 100 000

Arbete 350 000

(20)

Investeringskostnaden för installationen blir då summan av dessa genom ekvation (12) och utgör samma beräkningsvärde i samtliga städer.

𝐼𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝐾𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 + 𝐾_{𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙}+ 𝐾_{𝑎𝑟𝑏𝑒𝑡𝑒} (12)

I Halmstad (hem 2020a) och i Karlstad (Hedenström 2020) betalas varje månad en fast avgift utöver fjärrvärmepriset vilket inte betalas i Östersund och Luleå, se Tabell 7.

Tabell 7 Fast avgift Halmstad och Karlstad

Stad Fast avgift [kr]

Halmstad 3 995

Karlstad 3 700

Effektavgiften beräknades och berodde på hur stor andel fjärrvärme som användes.

Effektpriserna för Karlstad (Hedenström 2020), Östersund (Jämtkraft 2020b) och Luleå (Luleå energi 2020a) redovisas i Tabell 8,Tabell 9 och Tabell 10. Effektpriset i Halmstad var konstant 410 kr/kW,år (hem 2020a).

Tabell 8 Effektpriser i Karlstad

Effekt Karlsatd [kW] Pris [kr/kW,år]

3 – 31 1 150

31 – 110 960

111 – 250 820

251 – 420 710

Tabell 9 Effektpriser i Östersund

Effekt Östersund [kW] Pris [kr/kW,år]

0 – 30 970

31 – 125 870

126 – 300 830

301 – 800 610

Tabell 10 Effektpriser i Luleå

Effekt Luleå [kW] Pris [kr/kWh,år]

5 – 25 520 * Q

26 – 50 490 * Q + 750

51 – 100 460 * Q + 2 250

101 – 250 430 * Q + 5 250

251 – 500 370 * Q + 20 250

Effektkostnaden, KQ, beräknades med (13).

𝐾_𝑄 = 𝑄 ∗ 𝑃_𝑄 (13)

Där Q beskriver effekten och PQ beskriver effektavgiften.

(21)

För att beräkna den årliga driftkostnaden för fjärrvärmen används (14).

𝐾_{𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖} = 𝐾_𝐹𝐽𝑉+ 𝐾_{𝑎𝑛𝑠𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔}+ 𝐾_𝑄+ 𝐾𝑓𝑎𝑠𝑡 𝑎𝑣𝑔𝑖𝑓𝑡 (14)

Prisändring på fjärrvärmen för Halmstad (hem 2020b), Karlstad (Karlstads Energi 2020), Östersund (Jämtkraft 2019) och Luleå (Luleå energi 2020b) redovisas i Tabell 11 och realräntan uppskattades till 5% (Beiron 2018).

Tabell 11 Prisändring på fjärrvärmepriset

Stad Prisändring fjärrvärme [%]

Halmstad 2

Karlstad 1

Östersund 2

Luleå 3

LCC-kalkylen beräknades över 80 år eftersom det enligt Thermia är livslängden på borrhålen (Lindblom 2020). I LCC-kalkylen beräknades investeringar av två fjärrvärmecentraler

eftersom fjärrvärmecentralens livslängd antogs vara 30 år. LCC-kalkylen för fjärrvärmen beräknas med (8) och (9).

2.3.4 Miljö

Fjärrvärmens miljöpåverkan består till stor del av vilket bränsle som används, bränslets utsläpp i de olika städerna beskrivs i Tabell 12.

Tabell 12 Fjärrvärmens miljöpåverkan

Stad Miljöpåverkan [g CO2/kWh]

Halmstad 101

Karlstad 42

Östersund 29

Luleå 13

Fjärrvärmens miljöpåverkan, GWP, beräknas med ekvation (15).

𝐺𝑊𝑃 = 𝐸_𝐹𝐽𝑉∗ 𝑀_𝐹𝐽𝑉 (15)

Där EFJV beskriver energibehovet fjärrvärmen ska täcka och MFJV beskriver miljöpåverkan som fjärrvärmens bränsleutsläpp har.

2.4 Kombinerat system 2.4.1 Dimensionering

I det kombinerade systemet levererade inte värmepumpen all energi och tog hjälp av fjärrvärme som spetsvärme. Andelen fjärrvärme, aFJV, som krävs och antal borrhål och dess djup beräknas i HPC2.

(22)

För att beräkna borrhålens kostnad används återigen (1) och (2). Investeringskostnaden

beräknas med (4) där kostnaden för installationen beräknas med (3). Elpriserna är samma som i Tabell 3 och beräknas med (7) men här utan Eelpatron/elpanna.

Fjärrvärmepriset beräknas med (11) men multiplicerar den andelen som fjärrvärmen tar aFJV, dvs med (16).

𝑃_𝐹 = 𝐸 ∗ 𝑎_𝐹𝐽𝑉 ∗ (𝑃_{𝑠𝑜𝑚𝑚𝑎𝑟}∗ 𝑆_{𝑠𝑜𝑚𝑚𝑎𝑟} + 𝑃_{𝑣𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟}∗ 𝑆_{𝑣𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟} + 𝑃_{ℎö𝑠𝑡/𝑣å𝑟}∗ 𝑆_{ℎö𝑠𝑡/𝑣å𝑟}) (16)

Energikostnaden för det kombinerade systemet beräknas med (17)

𝐾_{𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖} = 𝐾_𝐸𝐿+ 𝐾_𝐹𝐽𝑉 (17)

Den totala investeringskostnaden beräknas då med (18)

𝐼_{𝑘𝑜𝑏𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡} = 𝐼_𝑉𝑃+ 𝐼_𝐹𝐽𝑉 (18)

LCC-kalkylen beräknades över 80 år eftersom det enligt Thermia är livslängden på borrhålen.

I LCC-kalkylen beräknades även investering av tre värmepumpar då värmepumparna enligt Thermia har en livslängd på ungefär 20 år (Lindblom 2020). Investering av två

fjärrvärmecentraler beräknades även efter som de antas ha en livslängd på 30 år.

LCC-kalkylen för fjärrvärmen beräknas med (8) och (9).

2.4.4 Miljö

Elens miljöpåverkan är 47 g CO2-eq/kWh och fjärrvärmens miljöpåverkan beskrivs i Tabell 12. Miljöpåverkan för det kombinerade systemet beräknades med (19)

𝐺𝑊𝑃 = 𝐸_𝑒𝑙 ∗ 𝑀_𝑒𝑙 + 𝐸_𝐹𝐽𝑉 ∗ 𝑀_𝐹𝐽𝑉 (19)

2.5 Jämförelse mellan tre system i olika städer

För att bestämma vilket av de tre systemen som är mest fördelaktiga används två nyckeltal, Mkr/kWh och ton CO2-eq/kWh. Det är främst kostnaden som avgör vilket system som är mest gynnsamt och miljön är det som slutligen avgör om det inte skiljer mycket mellan kostnaderna.

(23)

3. Resultat

Resultatet visar skillnader mellan systemen i de olika städerna till följd av dimensionering, kostnadsberäkning första året, LCC-kalkyl och miljö. Slutligen jämförs de olika systemen mot varandra i de olika städerna.

3.1 Byggnad

Byggnadens värmebehov vid de olika städerna redovisas i Tabell 13.

Tabell 13 Energibehovet i de olika städerna

Stad Värmebehov [MWh/år]

Halmstad 900

Karlstad 1 100

Östersund 1 300

Luleå 1 600

3.2 Värmepumpsystem 3.2.1 Dimensionering

Antalet borrhål samt djup som krävs för antalet värmepumpar i de olika städerna beskrivs i Tabell 14.

Tabell 14 Antal borrhål samt dess djup som krävs för olika antal värmepumpar i de olika städerna.

1 VP 2 VP 3 VP 4 VP 5 VP

Stad Antal BH [st]

/djup [m]

Antal BH [st]

/djup [m]

Antal BH [st]

/djup [m]

Antal BH [st]

/djup [m]

Antal BH [st]

/djup [m]

Halmstad 8/240 14/250

Karlstad 8/240 14/250 19/240

Östersund 11/240 20/240 28/240 33/250

Luleå 22/240 31/240 38/250 39/250

Andelen el som levereras från elpatron/elpanna beskrivs i Tabell 15.

Tabell 15 andel som elpatron/elpanna levererar

Andel el tar Halmstad [%] Karlstad [%] Östersund [%] Luleå [%]

1 VP 40 40 60

2 VP 10 10 30 40

3 VP 1 10 20

4 VP 2 5

5 VP 2

(24)

Investeringskostnader för att köpa och installera värmepumpar samt elpatron som spets- värmer beskrivs i Figur 3. Kostnaden varierar från strax över 1 Mkr för en värmepump till 2,9 Mkr för fem värmepumpar. Till följd av ett högre energibehov är investeringskostnaden i Luleå och Östersund ungefär 0,1 Mkr högre än i Halmstad och Karlstad eftersom en större elpatron eller elpanna behövs

Figur 3 Investeringskostnad för antalet värmepumpar

Kostnaden för antalet borrhål varierade från 0,7 Mkr till 3,5 Mkr och ökade mest i Luleå.

Halmstad och Karlstad har liknande kostnader för 1-2 värmepumpar, se Figur 4.

Figur 4 Borrhålens kostnad

(25)

De årliga driftkostnaderna för värmepumpsystemet redovisas i Figur 5 där energikostnaden är högst i Östersund och Luleå på strax över 0,5 Mkr. Lägst är energikostnaden i Halmstad där den varierar mellan 0,2 Mkr och 0,1 Mkr.

Figur 5 Energikostnaden för värmepump och elpatron/elpanna

LCC-kalkylen över tidsperioden 80 år beskrivs för de olika städerna i Figur 6, där det högsta nuvärdet befinns i Luleå och varierar mellan 27 Mkr och 21 Mkr. Efter det kommer Östersund där nuvärdet varierar mellan 25 Mkr och 17 Mkr. I Karlstad varierar nuvärdet mellan strax under 15 Mkr och 11 Mkr och i Halmstad varierar nuvärdet mellan 10 Mkr och 12 Mkr till följd av överdimensionering.

Figur 6 LCC-kalkyl över 80 år för värmepumpsystemen

(26)

3.2.4 Miljö

Elens miljöpåverkan är som högst för en värmepump i Östersund på nästan 45 ton CO2-eq/år och lägst i Karlstad för tre värmepumpar där utsläppen ligger strax över 10 ton CO2-eq/år, se Figur 7.

Figur 7 Växthusgasutsläpp för elen i värmepumpsystemet

Meterkostnaden på borrhålen beror till stor del av djupet på borrhålet. Det skiljer mellan 3 – 6 kr/m när det blir fyra gånger fler borrhål, se Figur 8.

Figur 8 Prisskillnad för borrhålen till följd av djupet och mängden borrhål

(27)

För värmepumpsystemet ökar nuvärdespriset med ungefär 10% om prisändringen ökar, nuvärdet sänks med ungefär 8% om prisändringen sänks. Om realräntan ökar, minskar nuvärdessumman med 10% och om realräntan sänks så ökar nuvärdessumman med 13%, se Figur 9.

Figur 9 Känslighetsanalys LCC-kalkyl 80 år

3.3 Fjärrvärmesystem

3.3.1 Dimensionering fjärrvärmesystem

Fjärrvärmen täcker 100% av värme- och varmvattenbehovet.

Installationskostnaden för fjärrvärmen är 600 000kr. Den årliga driftkostnaden för

fjärrvärmen beskrivs i Figur 10 där den är högst i Östersund på över 0,7 Mkr/år och lägst i Halmstad och Luleå där den ligger på ungefär 0,5 Mkr/år.

Figur 10 Årlig energikostnad för fjärrvärmesystemet

(28)

På LCC-kalkylen över 80 år för fjärrvärmesystemet har Östersund och Luleå högst nuvärde på ungefär 42 Mkr. Halmstad har ett nuvärde på strax under 30 Mkr och lägsta nuvärdet befinns i Karlstad på strax över 25 Mkr, se Figur 11.

Figur 11 LCC-kalkyl över 80 i de olika städerna för fjärrvärmesystemet

3.3.4 Miljö

Fjärrvärmens miljöpåverkan är som högst i Halmstad på strax över 90 ton CO2-eq/år och lägst i Luleå på 20 ton CO2-eq/år. Karlstad och Östersund ligger båda på strax under 40 CO2-eq/år, se Figur 12.

Figur 12 Fjärrvärmesystemets miljöpåverkan

(29)

För fjärrvärmen ökar nuvärdespriset med 20% om prisändringen ökar och nuvärdeskostnaden sänks med 15% om prisändringen minskar. Nuvärdeskostnaden sänks med 15% om realräntan ökar och nuvärdeskostnaden ökar med 20% om realräntan minskar, se Figur 13.

Figur 13 Känslighetsanalys fjärrvärmesystem

3.4 Kombinerat system 3.4.1 Dimensionering

Antal borrhål och dess djup är detsamma som för värmepumpsystemet och kan ses i tabell 14.

Andelen fjärrvärme som krävs är densamma som andelen el som krävs i värmepumpsystemet och ses i tabell 15.

De årliga driftkostnaderna till följd av antalet värmepumpar i de olika städerna redovisas i Figur 14 där den högsta energikostnaden befinns i Karlstad för en värmepump på nästan 0,6 Mkr/år. Lägst energikostnad har Halmstad för tre värmepumpar på 0,15 Mkr/år.

Figur 14 energikostnaden för det kombinerade systemet

(30)

Kostnaden för att borra varierar beroende på antalet borrhål samt deras djup och beskrivs i Figur 15. Borrhålskostnaden för en värmepump ligger ungefär lika i samtliga städer mellan 0,5 Mkr till 1 Mkr. Högst kostnad för att borra har Luleå för fem värmepumpar på 3,4 Mkr och lägst kostnad för att borra har Halmstad.

Figur 15 Kostnaden för borrning för det kombinerade systemet i de olika städerna beroende på antal värmepumpar

På LCC-kalkylen över 80 år för det kombinerade systemet har Östersund högst nuvärde som varierar mellan 33 Mkr och 18 Mkr följt av Luleå vars nuvärde varierar mellan 30 Mkr och 22 Mkr. Karlstads nuvärde varierar mellan 23 Mkr och strax över 15 Mkr och lägsta nuvärdet har Halmstad som varierar mellan 20 Mkr och 15 Mkr, se Figur 16.

Figur 16 LCC-kalkyl över 80 år för det kombinerade systemet i de olika städerna

(31)

3.4.4 Miljö

Miljöpåverkan för det kombinerade systemet är högst för en värmepump i Halmstad på nästan 50 ton CO2-eq/år och lägst i Karlstad för fyra värmepumpar på 15 ton CO2-eq/år, se Figur 17.

Figur 17 Miljöpåverkan från det kombinerade systemet för antalet värmepumpar i de olika städerna

För det kombinerade systemet ökar nuvärdespriset med ungefär 10% om prisändringen ökar och nuvärdeskostnaden sänks med 7% om prisändringen minskar. Nuvärdeskostnaden sänks med 10% om realräntan ökar och nuvärdeskostnaden ökar med 12% om realräntan minskar, se Figur 18.

Figur 18 känslighetsanalys kombinerat system

(32)

3.5 Jämförelse mellan tre system i olika städer 3.5.1 Halmstad

I Halmstad är de lägsta nuvärdeskostnaderna för en LCC-kalkyl på 80 år 10 Mkr för 1 värmepump i värmepumpsystemet, 15 Mkr för 3 värmepumpar i det kombinerade systemet och 29 Mkr för fjärrvärmesystemet, se Figur 19. Lägst GWP har värmepumpsystemet på 26 ton CO2-eq/år följt av det ombinerade systemet med ett GWP på 43 CO2-eq/år. Högst GWP har fjärrvärmesystemet på 92 CO2-eq/år, se Figur 20. Ett värmepumpsystem med en

värmepump har därmed bäst värden både ekonomiskt och miljömässigt sett över 80 år.

Figur 19 ekonomisk jämförelse mellan systemen i Halmstad

Figur 20 Jämförelse miljöpåverkan Halmstad

(33)

3.5.2 Karlstad

I Karlstad är de lägsta nuvärdeskostnaderna för en LCC-kalkyl på 80 år 11 Mkr för 3 värmepumpar i värmepumpsystemet, för det kombinerade systemet med 3 och 4

värmepumpar har det ett nuvärde på strax över 15 Mkr. Fjärrvärmesystemet har det högsta nuvärdet på 27 Mkr, se Figur 21 och det näst högsta GWP värdet på 39 ton CO2-eq/år. Både värmepumpsystemet och det kombinerade systemet har ett GWP värde på 17 ton CO2-eq/år, se Figur 22. Eftersom det kombinerade systemet har ett mycket högre nuvärde än

värmepumpsystemet då är det 3 värmepumpar med el-spets som har bäst värden.

Figur 21 ekonomisk jämförelse mellan de olika systemen i Karlstad

Figur 22 jämförelse miljöpåverkan Karlstad

(34)

3.5.3 Östersund

I Östersund är de lägsta nuvärdena för en LCC-kalkyl på 80 år lägst för 4 värmepumpar i värmepumpsystemet på 17 Mkr, det kombinerade systemet med 4 värmepumpar har ett nuvärde på 18 Mkr och fjärrvärmens nuvärde ligger högst på 42 Mkr, se Figur 23. GWP för det kombinerade systemet är lägst på 12 ton CO2-eq/år följt av värmesystemet på 24 ton CO2- eq/år, högst GWP har fjärrvärmen även här på 39 ton CO2-eq/år, se Figur 24. Eftersom det inte skiljer mycket mellan nuvärdet för värmepumpsystemet och det kombinerade systemet men är stor skillnad i miljöpåverkan har det kombinerade systemet med fyra värmepumpar bäst värden.

Figur 23 Ekonomisk jämförelse mellan de olika systemen i Östersund

Figur 24 jämförelse miljöpåverkan Östersund

(35)

3.5.4 Luleå

I Luleå är de lägsta nuvärdena för LCC-kalkylen över 80 år på 21 Mkr för

värmepumpsystemet följt av det kombinerade systemet bestående av 5 värmepumpar med ett nuvärde på 22 Mkr. Fjärrvärmens nuvärde är det högsta på strax över 42 Mkr, se Figur 25.

Samma system är det som har lägst GWP på 20 ton CO2-eq/år. Det kombinerade systemet har ett GWP på 21 ton CO2-eq/år och värmepumpsystemet har högst GWP på 24 ton CO2-eq/år, se Figur 26. Det system med bäst värden blir då det kombinerade systemet med fem

värmepumpar.

Figur 25 Ekonomisk jämförelse mellan de olika systemen i Luleå

Figur 26 jämförelse miljöpåverkan Luleå

(36)

4. Diskussion

4.1 Resultat

I Halmstad är en värmepump per central bäst ur ett ekonomiskt och miljömässigt perspektiv då systemet har lägst nuvärde och GWP. I Karlstad är två värmepumpar per central att föredra eftersom även det har lägst nuvärde men även eftersom det inte skiljer sig särskilt mycket på miljösidan. I Östersund blir det kombinerade systemet med fyra värmepumpar per central det med mest fördelaktiga värden, eftersom det inte skiljer sig mycket mellan ekonomin men skiljer sig mycket på miljöfronten. I Luleå skiljer sig inte nuvärdet så mycket för

värmepumpsystemet eller det kombinerade systemet men värmepumpsystemet har högst utsläpp, därför är det kombinerade systemet med fyra värmepumpar per central mest värd ur miljösynpunkt.

Det innebär att utifrån ekonomiska aspekter är det kombinerade systemet inte lönsamt i varken Halmstad eller Karlstad. I både Östersund och Luleå skiljer sig det kombinerade systemet inte mycket från värmepumpsystemet men är lite högre.

Utifrån miljön så är inte det kombinerade systemet gynnsamt i varken Halmstad eller Karlstad men i Östersund är det kombinerade systemet det bästa. I Luleå skiljer sig inte GWP värdena särskilt mycket mellan det kombinerade systemet och fjärrvärmesystemet men

fjärrvärmesystemet är lägst.

Utifrån både ekonomi och miljö så är det kombinerade systemet fortfarande inte fördelaktig i varken Halmstad eller Karlstad men i Östersund och Luleå är det kombinerade systemet fördelaktigt.

Eftersom byggnaden inte finns idag så är dess värme- och varmvattenbehov uppskattade på erfarenhetsvärlden, om noggrannare eller verkliga indata används för byggnaden kan resultaten se annorlunda ut.

Levihn (2017) bevisade i en studie på över ett och et halvt år att med ett högt elpris var en kombination av bergvärme och fjärrvärme lönsamt. När studien sträcker sig över 80 år blir de större skillnad eftersom driftkostnaden för fjärrvärmen är högre än för värmepumparna.

Känslighetsanalysen över LCC-kalkylen för värmepumpsystemet och det kombinerade systemet baseras på det bästa nuvärdet från referensfallet. Oavsett antalet värmepumpar som används i beräkningarna så varierar nuvärdena ungefär lika mycket när prisändringen och realräntan ändras. Genom att endast fokusera på ett nuvärde, det lägsta från värmepump- eller fjärrvärmesystemet, minskas antalet staplar och figuren blir enklare att förstå.

(37)

4.2 Metod

Erlström m.fl. (2016) beskriver svårigheter i att borra på flera platser i Sverige till följd av dess berggrund. Det spelade stor roll i valet av stad för den geografiska placeringen av byggnaden och är anledningen till varför inte en stad längre söderut valdes.

Värmepumpsystemet levererar inte 100% av värmebehovet för att inte behöva överdimensioneras, utan stöd-värms med hjälp av el. Det blir missvisande eftersom

fjärrvärmen levererar 100% av värmebehovet och behöver därför att överdimensioneras. För att få en så jämn jämförelse borde även fjärrvärmesystemet att spetsas med elvärme.

Kostnadsekvationen för installation av bergvärme har förenklats. Att installera en värmepump kostar 1 Mkr, men att endast ta den kostnaden och multiplicera den med antal värmepumpar som används blir fel då installationskostnaden bör avta i relation till antalet värmepumpar som sammankopplas. Då det inte finns tillgång till den ekvation installationsföretagen

använder gjordens en version av det där det är antalet värmepumpar som avtar, detta eftersom grundinstallationen på en värmepump är 1 miljon kr.

I Luleå undersöks två till fem värmepumpar till skillnad från de andra städerna där en till fyra värmepumpar undersöks, eftersom det krävdes stora mängder av tillstasvärme för endast en värmepump i Luleå. Det var därmed av större intresse att undersöka när fler värmepumpar tillsattes. Att undersöka fem värmepumpar hade varit intressant även i Östersund då nuvärdet från LCC-kalkyen sjunker vid större antal värmepumpar. Om fem värmepumpar hade

undersökt i Östersund kanske brytpunkten för ekonomin kunde uppnås och därmed gett ett tydligare resultat.

Fjärrvärmenätet består av rörledningar som sträcker sig under marken över hela staden, ofta ganska långa sträckor. Det här medför ofrånkomliga värmeförluster men minskas eftersom rören isoleras väl.

4.3 Ekonomi

I en LCC-kalkyl beräknas ett nuvärdespris, det vill säga, de framtida utgifterna omvandlas till en kostnad idag. Kalkylen beror på vilken prisändring som antas ske samt vilken ränta som kan förväntas. Det innebär att om prisändringen är underskattad så kommer nuvärdet att ökas eller om realräntan är lägre kommer nuvärdet att sjunka. Prisändringen på fjärrvärmen är antagna och kommer från företagen själva vilket bör finnas med i åtanke om val görs utifrån en LCC-kalkyl.

Utöver prisändringen beror LCC-kalkylen till stor del på energipriset. Fjärrvärmepriserna varierar mycket från kommun till kommun och beror till stor del på vad bränslet består av samt hur lättillgängligt det är att få fram. Elpriset beror till stor del av kunden eftersom den kan välja mellan en grön el som har bättre miljövärden men är lite dyrare, eller den svenska elmixen som är den kunden automatiskt blir tilldelad om inga aktiva val görs. Elpriset

kommer variera i framtiden och är oförsägbart hur mycket eftersom det i år sänks men kan gå upp senare. Desto mer förnybar energi som används desto mer osäkert blir elpriset.

(38)

Energikostnaderna för värmepumpsystemet sänks när antalet värmepumpar ökar. Det sker eftersom energikostnaden inte tar hänsyn till investeringen av fler värmepumpar utan endast hur mycket energi som krävs. Sett till två egna system bestående av en bergvärmepump och ett system med en elpatron/elpanna behöver båda systemen lika mycket energi för att klara byggnadens värmebehov men beroende på bergvärmepumpens COP får den får energi från berget. Den energin behöver inte kunden betala för, bortsett från borrhålet, som den hade gjort om den hade haft en elpatron/elpanna som kräver 100% el.

Både värmepumpen och fjärrvärmecentralen kommer sannolikt behöva repareras under årens gång men har inte inkluderats i beräkningarna eftersom det är olika från fall till fall.

Livslängden på både fjärrvärmecentralen och värmepumpen är antagna till 30 respektive 20 år. Det kan skilja sig en del, ibland kortare och ibland längre. Om en stor reparation behöver göras i slutet på produktens livstid, kanske efter 25 år på fjärrvärmecentralen eller 17 år på värmepumpen, kan det istället vara mer lönsamt att köpa en helt ny produkt.

Resultatet från borrhålsekvationen varierar mycket beroende på vilket djup som borras och förändras inte mycket beroende på hur många borrhål som kommer att användas. Det är stor skillnad kostnadsmässigt om borrhålet är 100m eller 260m. Eftersom det här antas borra väldigt djupt kommer därför kostnaden för borrhålet bli dyrare. Anledningen till de djupa borrhålen är för att leverera rätt mängd energi som beräknats i HPC2.

Installationskostnaderna för värmepumpar har baserats på företaget Assemblys prislista i Karlstad. Installationskostnaderna för fjärrvärmen baseras på Assemblys prislista i

Kristinehamn. Det innebär att det kan finnas andra företag som installerar för både högre och lägre priser, priset kan även skilja sig beroende på vilken stad produkterna ska installeras i eller till följd av andra försvårande omständigheter som gör att ytterligare kostnader måste tilläggas.

På grund av det kallare klimatet har Luleå och Östersund högre värmebehov för byggnaderna än Karlstad och Halmstad. Berget kan till följd av detta inte leverera den effekten som behövs för att värma byggnaden. Det medför att allt fler borrhål krävs i Luleå och Östersund än vad som krävs i de sydligare städerna. Eftersom borrhålen står för nästan hälften av

investeringskostnaden för en bergvärmepump blir det alltså ett högre pris per kWh för att borra i de nordligare städerna än i de sydliga.

4.4 Miljö

Utsläppen från de olika systemen är förenklade och fokuserar endast på energin som systemen kräver. För att närma sig verkliga värden och därmed nå mer korrekta svar bör en

livscykelanalys ställas upp. För bergvärmen bör det tas upp om värmepumpens alla

komponenter samt eventuell markpåvekan från borrhålet. Fjärrvärmen bör inkludera de olika komponenterna som behövs samt rördragningen som fjärrvärmenätet bidrar till under marken.

Fjärrvärmens miljöpåverkan beror främst på vilket bränsle som används och när de använder dem. När det är kallt ute och värmebehovet är stor så används mer olja, det innebär att miljöpåverkan som fjärrvärmen har beror till stor del på klimatet det året. Ett kallare år används mer olja och ett varmare år kan mindre olja användas. Sedan beror det även på när värmeverken börjar elda med olja. Är det redan innan det övergår till minusgrader kommer miljövärdena bli sämre.

(39)

Avfallsförbränning medför både för- och nackdelar, vid förbränningen är plasten det som ger störst utsläpp av växthusgaser. Det är viktigt att sortera bort så mycket plast som möjligt i form av sopsortering men all plast som inte kan återvinnas måste hanteras på något sätt. När plasten förbränns i Sverige kan åtminstone energin från värmen tas till vara på genom fjärrvärmen, i andra länder bränns bara plasten alternativt hamnar i haven.

Problemet är att svenskarna sopsorterar mycket väl och därmed får fjärrvärmeverken inte in tillräckligt med bränsle, lösningen är att köpa in andra länders avfall. Problemen med att förbränna andra länders avfall är att de eventuellt inte har lika höga krav på produkternas innehåll eller inte sopsorterar i lika hög utsträckning som Sverige och det kan i sin tur

medföra att farligare avfall eldas lokalt. I Sverige har vi dock väl utvecklad rökgasrening som filtrerar bort det mesta.

Anledningen till att miljöpåverkan är så hög för en värmepump är att den kräver mycket el via elpatronen, dvs 100% el. Värmepumpen kräver lika mycket el men där nyttjas istället en värmeeffekt från marken. Beroende på värmepumpens COP behöver därför inte

värmepumpen lika mycket el som elpatronen för att leverera samma mängd.

4.5 Fortsatta studier

4.5.1 Värmepumpsystem

Den här studien har inte tagit hänsyn till service, reparationer eller kompressorbyten på värmepumparna och kan därför behövas undersökas ytterligare. Vidare studier över antalet värmepumpar som används och andelen el som krävs är av intresse.

4.5.2 Fjärrvärmesystem

Den här studien undersökte endast då fjärrvärmen levererar 100% av energibehovet. Att även undersöka när fjärrvärmen levererar samma procentsats som värmepump- och det

kombinerade systemet kan därför vara av intresse och bör studeras ytterligare. Även att inkludera positiva och negativa aspekter med ett kraftvärmeverk.

4.5.3 Kombinerat system

Om värmen till fjärrvärmenätet kommer från ett kraftvärmeverk producerar de även el, det skulle därför vara av intresse att vidare undersöka följderna av hur elproduktion påverkas av att mindre fjärrvärme används.

(40)

Slutsats

Tre system har undersökts i fyra olika städer, Halmstad, Karlstad, Östersund och Luleå. De tre systemen innefattar ett värmepumpsystem, ett fjärrvärmesystem och ett kombinerat system som består av både bergvärme och fjärrvärme där värmepumpar primärt täcker energibehovet och tar hjälp av fjärrvärme när behovet inte uppnås. Dessa system fördelas på två

undercentraler och har jämförts ur ekonomiska och miljömässiga perspektiv genom en LCC- kalkyl på 80 år och genom att beräkna deras miljöpåverkan i ton CO2-eq/år i fyra olika städer.

Gemensamt för de fyra städerna är att värmepumpsystemet har lägst nuvärde och fjärrvärmesystemet har högst. I varken Halmstad eller Karlstad har en kombination av bergvärme och fjärrvärme några ekonomiska eller miljömässiga fördelar utan

värmepumpsystemet är det mest fördelaktiga. I Halmstad bör byggnaden ha 1 värmepump per central, det vill säga 2 värmepumpar till hela byggnaden och i Karlstad 3 värmepumpar per central, därmed 6 värmepumpar för hela byggnaden.

I både Östersund och Luleå har det kombinerade systemet bäst miljömässiga och ekonomiska egenskaper, därmed bör byggnaden i Östersund ha 4 värmepumpar i kombination av 2%

fjärrvärme per central, alltså 8 värmepumpar i kombination av fjärrvärme för hela byggnaden.

I Luleå bör byggnaden ha 5 värmepumpar i kombination av 2% fjärrvärme per central och därmed 10 värmepumpar i kombination av fjärrvärme för hela byggnaden.