District Heating for Residential Areas with Single-Family Housing -with Special Emphasis on Domestic Hot Water Comfort

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Konceptet fjärrvärme inbegriper central värmeproduktion från vilken värme distribueras ut till de enskilda förbrukarna via ett rörsystem. Ett grundläggande krav, med hänsyn till fjärrvärmens konkurrenskraft, är att vinsten som görs i den storskaliga värmeproduktionen, jämfört med lokal värmeproduktion, överstiger kostnaderna för värmedistributionen. Distributionskostnaderna per levererad kWh ökar desto lägre värmetätheten i ett område är, detta innebär att den potentiella konkurrensfördelen för fjärrvärme normalt är större i områden med t.ex. flerfamiljshus än i småhusområden. Trots detta faktum har de svenska fjärrvärmebolagens intresse för expansion i småhusområden ökat under de senaste åren. Detta är bland annat en följd av den redan höga marknadsandelen i områden med hög värmetäthet, större ekonomiska incitament för att investera i kombinerad värme- och kraftproduktion samt av insikten att fjärrvärme kan bidra till ett uppfyllande av de svenska åtagandena enligt Kyoto Protokollet. Denna avhandling fokuserar på fjärrvärme i småhusområden med särskilt fokus på tappvarmvattenkomfort. Det sistnämnda kan ibland vara svårt att säkerställa under tider på året när det ej råder uppvärmningsbehov. Undersökningarna är huvudsakligen teoretiska och framförallt baserade på dynamiska simuleringar och finita element beräkningar. Laboratorieprovningar, fältmätningar samt enkäter riktade till fjärrvärmebolag användes i viss omfattning för att empiriskt verifiera resultaten samt för att ge en praktisk tolkning av dem. Fyra vanligt förekommande problem i fjärvärmesystem i småhusområden är: dålig avkylning av fjärrvärmevattnet, höga specifika värmeförluster, otillfredsställande tappvarmvattenkomfort sommartid samt höga specifika investeringskostnader. Samtliga dessa ämnen behandlas, direkt eller indirekt, i detta arbete. Vid modellering av konventionella fjärrvärmesystem studeras i avhandlingen moderna 2-rörssystem med indirekt anslutning av de husinterna uppvärmningssystemen och tappvarmvattenberedning av genomströmningstyp. Bland annat följande ämnen studeras: termostatiska ventiler för säkerställande av en acceptabel framledningstemperatur sommartid, design och funktion av tappvarmvattenregulatorer samt dimensionering av fjärrvärmerör. Vidare identifieras t.ex. önskvärda egenskaper för termostatiska ventiler och deras inverkan på temperaturnivån i husinterna tappvarmvattensystem. Baserat på en teoretisk modell av bakterietillväxt, uppskattas även omfattningen av tillväxt i ett tappvarmvattensystem med bristfällig funktion. Vidare beräknas värmeförluster från en ny typ av fjärrvärmekulvert som har potential att reducera anläggningskostnader. Fjärrvärmekulverten består av ett 4-rörssystem med medierör av PEX (tvärbunden polyeten) inuti EPS (expanderad polystyren) block som fungerar både som isolering och som mekaniskt skydd av medierören. Beräkningar och fältmätningar visar att värmeförlusterna från EPS-PEX kulverten är ca hälften av dem från motsvarande 4-rörssystem bestående av två konventionella twinrör. I 4-rörssystem råder samma behov av tappvarmvattencirkulation som i husinterna tappvarmvattensystem i större fastigheter. I områden med låg värmetäthet är det nödvändigt med en hög marknadsandel för att i möjligaste mån undvika höga specifika investeringskostnader och värmeförluster. Med detta i åtanke genomfördes en enkätundersökning bland ett stort antal fjärrvärmeföretag för att identifiera marknadsstrategier som idag används i småhusområden. Ett huvudresultat från undersökningen var att företagen generellt sett har bristande information om inkomst, ålder och andra sociala faktorer om de potentiella kunderna. Sådan information kan utgöra en grund för att bedöma kundernas preferenser och skulle därmed kunna bidra till utvecklandet av effektivare marknadsföringsmetoder.