2. Sammanfattning
En pågående ändring av prismodeller inom fjärrvärmebranschen väcker många frågor och
funderingar bland fjärrvärmens slutkunder. Hur kommer detta att påverka kostnaderna och hur skall
jag som kund agera? Genom att styra fyra olika fastigheters värmesystem enligt tre olika principer
och analysera uppmätta effekter har det visats möjligt att anpassa och begränsa effektuttaget med
bibehållen komfort. Detta genom att använda styrning av effekt istället för temperatur tillsammans
med en god modell av byggnaden som termisk system, väl grundad i termodynamikens lagar. En
reducering av prisgrundande effekt med 5 – 10 % har uppnåtts. När olikheter i prismodell och
mätmetoder vid debitering räknats in har detta resulterat i ett ekonomiskt utfall för de studerade
fastigheterna som innebär en kostnadsbesparing om 0 – 5 % jämfört med styrning enligt klassisk
reglering av framledningstemperatur.
Samspelet mellan effektbegränsning och prismodell är dock komplext och uppvisade i ett av fallen,
Vita Husen, på en höjning av prisgrundande effekt enligt effektsignaturen vid effektstyrning med
varmvattenprioritering. Detta kan till viss del förklaras av begränsad mätperiod med kalla nätter
men är föremål för vidare studier. Under arbetet har också en positiv inverkan kunnat iakttas i av-
kylningen av primärkretsens vatten då varmvattenprioritering varit aktiv, en sänkt returlednings-
temperatur med 10-20 °C.
Om målet med prismodellen är att styra konsumenten mot en för produktionen effektiv användning
av effekt kan de ekonomiska incitamenten som presenterats ovan tyckas vara relativt små. Frågan är
om inte ett annat val av modell där marginalkostnaden i produktionen speglas genom energipriset
hade varit både tydligare och enklare att förhålla sig till.
3. Förord
Detta examensarbete ingår som en del i min utbildning till ”Energispecialist byggnader” på KyH
Göteborg. En 2-årig kvalificerad yrkeshögskoleutbildning med inriktning mot byggnaders
energianvändning med speciellt fokus på byggnaden som system.
Jag vill ta tillfället att tacka min handledare Peter Gummérus och NordIQ Production som har ställt
upp med både LIA-plats (Lärande i Arbete) och resurser för detta examensarbete. Området
fjärrvärme kan i sammanhanget te sig väldigt smalt men har med hjälp av deras djupa kunskap och
erfarenhet bjudit på en stor bredd och helhetssyn långt utanför fjärrvärmecentralen.
Nol, Maj 2016
Richard Lindgren
5. Nomenklatur
Följande nomenklatur och definitioner används i rapporten.
Nomenklaturlista:
CP Värmekapacitivitet, J/kg·K
V Volym, m³
˙V Volymflöde, m³/s
Q Energi, J, kWh
˙Q Termisk effekt, W, J/s
TFram Framledningstemperatur, °C
TRetur Returledningstemperatur, °C
Grekiska bokstäver:
ρ Densitet, kg/m³
τ Tidskonstant, h
Definitioner:
Energi En egenskap hos objekt som varken kan skapas eller förstöras utan bara
överföras mellan objekt eller omvandlas mellan olika energiformer. Ett
kvantitativt mått på förmågan att medföra rörelse.
Termisk energi Den energi som är lagrad i de oregelbundna rörelserna hos atomerna i ett
objekt. Storleken är beroende på temperaturen och materialegenskapen
specifik värmekapacitivitet.
Effekt Momentan användning eller leverans av energi per sekund.
Dygnsmedeleffekt Använd energi under ett dygn uttryckt i kWh dividerat med 24 timmar.
Effektsignatur Den linje som enligt minsta kvadratmetoden bäst beskriver sambandet
mellan utetemperatur och behovet av effekt till värmesystemet.
Avkylning Temperaturdifferensen mellan inkommande och utgående på fjärrvärmens
primärkrets.
6. 1 Inledning
Inom fjärrvärmebranschen pågår just nu en omfattande förändring av prissättningen för
levererad fjärrvärme till kund, där man tidigare har haft en prismodell baserad på den för-
brukade energin samt en fast del. De nya prismodellerna är ett led i att anpassa prissättningen
efter de kostnader som är förknippade med energiproduktionen över året.
1.1 Syfte
Denna studie syftar till att utvärdera vilka möjligheter slutkunden har att påverka sitt effekt-
uttag och hur det slår ekonomiskt utifrån befintliga och kommande prismodeller. Tidigare
studier inom området effektbegränsning har begränsat sig till laststyrning utifrån ett
producentperspektiv [1][2].
1.2 Mål
Målet är att belysa och visa på att effekt i sin grundläggande definition är en storhet för den
momentana energianvändningen per sekund och bör behandlas därefter. Mätningarnas
avvikelse från verkligheten blir större ju längre tidsrymd som medelvärdet räknas för.
Storheten effekt går förlorad och beskriver allt mer storheten energi.
1.3 Avgränsning
Studien avgränsar sig till flerbostadshus där möjlighet finns att styra och mäta effekt för såväl
värme- som varmvattenproduktion till skillnad från anläggningar som enbart styr och mäter
framledningstemperturer.
De nya prismodeller som tas fram är oftast uppdelade i de tre huvudkomponenterna energi,
flöde och effekt. Möjligheterna att spara energi och att underhålla sin undercentral för att
säkerställa låga returtemperaturer är väl kända och ligger utanför denna studie som avgränsar
sig till påverkan av effekt.
För att säkerställa att inte inomhusklimatet förändras med avseende på rumstemperatur mäts
temperaturen i samtliga lägenheter utom i Brf Vimpeln 20 där endast ett fåtal givare finns
installerade. Rumsmedelvärde för temperaturen i fastigheten används som övergripande mått
på detta även om kontroll av temperaturfördelningen i fastigheten under de olika driftfallen
gjorts.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 2
7. 2 Teori
Sedan vattenburen centralvärme började
installeras på 40-talet [3] har principen för
hur systemet styrs för att upprätthålla önskad
innetemperatur varit densamma. Tempe-
raturen på det vatten som går till radiator-
systemet har, oftast med hjälp av en shunt-
ventil, styrts i förhållande till rådande ute-
temperatur så att varmare vatten skickas ut
när temperaturen sjunker ute. Temperaturen
på framledningen styrdes till en början
proportionellt mot rådande utetemperatur.
Ett exempel på denna typ av styrning ses i
Illustration 2.1. Denna automatisering av
värmesystemets styrning var något av en revolution jämfört med den manuella shuntning som
föregick den automatiska styrningen, för att inte tala om den ojämna temperatur som blev
följden av kakelugnen och de då ofta helt oisolerade väggarna.
I takt med ökande krav på inneklimatet stod det klart att förhållandet mellan utetemperatur
och behovet av temperatur på framledningen inte var ett linjärt förhållande. Av den anled-
ningen infördes olika kurvor och knäckningar för att kompensera för denna observerade icke-
linearitet. Förklaringarna till varför denna ”knäckning” behövs och hur den uppkomna kurvan
bör se ut är otaliga, men gemensamt för dem är att de saknar eller har dålig koppling till den
bakomliggande fysiken som dikterar effektavgivningen från radiatorsystemet till rummet och
vidare till omgivningen.
En av de viktigaste orsakerna till att dessa förklaringar missar poängen är att fel storhet mäts,
temperatur istället för effekt, dvs. energiflöde. Temperatur säger inte något om energiinnehåll
eller effekt, om vi inte samtidigt känner till flera andra parametrar så som specifik
värmekapacitet, densitet, flöde, temperaturdifferens, exempelvis mellan framledning och
retur. Vilka parametrar som behövs vid ett specifikt tillfälle beror på vilken frågeställning vi
söker svaret på, och var i systemet vi mäter.
Orsaken till att värmesystemet behövs är att byggnaden avger termisk energi när temperaturen
ute sjunker under den som råder inne. Detta sker via transmission genom ytterväggar och
fönster, konvektion av rumsluft genom drag och ventilation samt i viss mån värmestrålning.
För att upprätthålla en konstant temperatur inne måste alltså rummet tillföras lika mycket
energi som det avger per tidsenhet, dvs. effekt. När detta villkor är uppfyllt säger vi att
systemet är i termisk balans.
Den effekt som byggnaden tillförs genom ett vattenburet värmesystem beskrivs av
ekvation (2.1).
(2.1)
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 3
Illustration 2.1: Sigmagyr av Landis & Gyr
Q= ˙V∗Cp∗ρ∗(Tfram−TRetur )
8. Där Cp och ρ är konstanter som beskriver vattnets specifika värmekapacitet, dvs. den
energi som behöver tillföras för att höja ett kilogram av mediet en Kelvin, respektive densitet.
Därav följer att tillförd effekt är beroende av tre parametrar och inte bara framledningstem-
peraturen som en kurvstyrning reglerar efter. Genom att komplettera anläggningen med en
temperaturgivare på returledningen samt en flödesmätare kan den effekt som levereras till
byggnaden beräknas.
Om samma förutsättningar avseende utetemperatur och internt genererad värme råder var-
aktigt har vi ett s.k. stationärt tillstånd och kan då enkelt hålla rumstemperaturen konstant.
Detta är något som aldrig inträffar i verkligheten och som en följd av att alla delar i systemet
har en viss tröghet på grund av sin värmelagrande förmåga kommer detta att resultera i en
ostabil rumstemperatur oavsett hur noggrant vi mäter temperaturer och flöden.
Den varierande rumstemperaturen medför att vi ibland kommer att ha varmare inne än vad vi
önskar och andra gånger kallare. Vi behöver således höja börvärdet för rumstemperaturen, inte
bara för att undvika klagomål från boende men också på grund av det faktum att människor
upplever det kallare över lag då temperaturen svänger upp och ner än då temperaturen hålls
jämn och stabil. Detta leder till en höjd medeltemperatur inne och därigenom större
värmeförluster genom klimatskalet.
I ett försök att motverka en del av dessa svängningar har det med åren sålts och installerats en
stor bredd av olika tekniska lösningar så som termostatventiler, injusteringventiler, difftrycks-
regulatorer, returtemperaturbegränsare. Flera av dessa är självverkande och har ingen vetskap
om systembehovet eller de övergripande behoven. I bästa fall kan de göra sig en lokal bild av
en parameter, vilket ofta inte är tillräckligt för att dra klara slutsatser. Effekterna av självver-
kande styrningar fortplantar sig systemet och kan orsaka problem i andra delar av anläggning-
en som är mycket svåra att diagnosticera och avhjälpa. För vidare diskussion om termostater
se kapitel 7.
En jämn temperaturstyrning leder alltså till en lägre energianvändning och bättre komfort. För
att uppnå detta behövs en mer ingående modell av byggnaden som termiskt system där hänsyn
tas till de dynamiska effekterna, dvs. hur värmen fördelas och transporteras tidsmässigt som
följd av varierande förutsättningar i klimatet.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 4
9. Vid en hastig förändring av förutsättningarna, exempelvis snabbt fallande utetemperatur eller
stopp av värmesystemet kommer temperaturen i rumsluften att sjunka för att till slut nå ett
nytt jämviktsläge. I fallet med stopp av värmesystemet kommer rumstemperaturen att bli den-
samma som utomhus och tiden som detta tar är beroende på hur byggnaden är konstruerad,
val av isolering och byggmaterial. Ett mått på denna inbyggda tröghet är tidkonstanten τ som
beskriver hur lång tid det tar innan 63% av den slutliga förändringen har inträffat. Illustration
2.2 visar förloppet då värmetillförseln upphör för en fastighet med tidskonstanten 10 timmar
när utetemperaturen är -15 °C. Temperaturen inne (röd kurva) sjunker först snabbt för att
sedan närma sig utomhustemperaturen. Grön kurva visar 63 % av förändringen vilken korsas
av temperaturkurvan när10 timmar passerat.
Denna tidskonstant är egentligen en sammanlagring av flera tidskonstanter som är kopplade
till rumsluften, ventilationen, radiatorsystemet, inventarier, innerväggar och ytterväggar. En
effekt av trögheten är att effektbehovet inte inträffar omedelbart då temperaturen sjunker ute.
Genom att ta med tidskonstanten i modellen kan en mer korrekt bedömning av effektbehovet
göras vilket, då rätt storlek fastställts, innebär en jämnare styrning och rumstemperatur.
2.1 Energi
Energi är en kvantitet i likhet med volym. När vi mäter volymen i liter eller m³ så mäter vi
energi i enheten Joule (J) eller wattsekunder (Ws). Då joule är en mycket liten enhet i
sammanhanget värmesystem i byggnader använder vi oftast enheten kilowattimme (kWh),
eller till och med megawattimme (MWh).
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 5
Illustration 2.2: Tidskonstantens påverkan vid avkylning
10. 2.2 Effekt
Effekt är definitionsmässigt användningstakten av energi (J) i ett givet ögonblick, och grund-
enheten för det är joule per sekund (J/s). En mer vanlig enhet för effekt är watt (W) där 1 W är
detsamma som 1 J/s. Egenheten med enheten watt är den att den döljer för oss att det är fråga
om en användningstakt till skillnad från andra förändringstakter så som l/s, km/h, l/km. Häri
ligger nog en stor del av svaret på varför det upplevs svårt att hålla isär energi och effekt för
den ovane. Saken blir inte lättare av att energi och effekt är tämligen abstrakta storheter som
vi har svårt att känna eller skapa oss uppfattning om.
2.3 Medeleffekt
Vad är ett ögonblick, eller momentan? Effekten definieras som gränsvärdet då tiden går mot
noll för energianvändningen eller förändringen av energi under en mätperiod dividerat med
tiden.
(2.2)
Då vi inte kan mäta något under en tid av 0 s måste vi bestämma oss för en tidsrymd att mäta
under. För alla praktiska tillämpningar gällande byggnaders värmesystem kan 1 s anses vara
momentant och spegla verkligheten väl förutsatt att att mina mätsensorer kan leverera säkra
mätdata fort nog. Troligen skulle även 1 minut eller också 1 timme vara tillräckligt i de flesta
fall. Den valda mätperiodens längd fungerar som en medelvärdesbildning och påverkar däri-
genom det resultat som fås fram. Medelvärdesbildningen filtrerar bort detaljerna i händelse-
förloppet och ger ett mätvärde närmre mitten av skalan och döljer transienta förlopp.
Begreppet medeleffekt ska visa sig vara viktig då vi senare utvärderar de olika prismodeller-
nas beräkning av just medeleffekt över olika tidsintervall.
2.4 Effektsignatur
En av grunderna till prissättning av effekt är den så kallade effektsignaturen (av vissa energi-
bolag felaktigt benämnt energisignatur) som bygger på det faktum att effektbehovet för en
byggnads värmesystem är linjärt beroende av utetemperaturen givet att vi har en konstant
temperatur inne, dvs. behovet är linjärt beroende av temperaturskillnaden. Överlagrad på detta
effektbehov ligger effekt för beredning av tappvarmvatten.
Detta linjära förhållande gäller på det stora hela men påverkas av vissa delsystem. Temper-
aturstyrd ventilation ger med sitt lägre luftflöde vid låga temperaturer en dämpning av det
faktiska effektbehovet och kröker därigenom linjen. Likaså visar det sig att funktioner som
varmvattenprioritering trots sitt oberoende av utetemperatur kan ha en inverkan på effekt-
signaturen då varaktigheten är större i den varmare delen av spektret och därmed har större
inverkan på den linjära regression som görs för att ta fram effektsignaturen.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 6
˙Q=lim
Δ t→0
(
ΔQ
Δt
)
11. Det framförs ibland argument som motsätter sig att effektsignaturen skulle vara linjär med
hänvisning till att den inte tar tar med dynamiken. Detta är i viss mån en korrekt iakttagelse så
till vida att effektsignaturen inte är behovsanpassad med avseende på dynamik. Två mät-
punkter för samma utetemperatur kan och ska alltså skilja i effekt beroende på utetempe-
raturens trend vid det aktuella mättillfället när dynamiken räknas med i husmodellen, men de
samlade mätningarna följer trots detta samma regressionslinje. Det som skiljer mellan
behovsanpassad och direktkopplad effektsignatur är hur tätt samlade runt linjen mätningarna
är, där en stor spridning snarast är ett gott tecken förutsatt att en god behovsmodell är
implementerad.
2.5 Styr- och regler
Anläggningarna i denna studie är utrustade med fjärrvärmecentraler av modell Xpert från
Nordiq som baserar sig på styrning istället för reglering av systemet.
Reglering är en sökprocess där ett styrvärde, utsignal, söks som när den skickas till den aktu-
ella processen uppfyller ett givet målvärde. Detta görs genom att ett mätvärde jämförs med
det satta målvärdet för att få fram reglerfelet. Detta reglerfel blir sedan grundande för fram-
räkningen av en ny styrsignal genom parametrarna förstärkning (P), integral (I) och derivering
(D). Denna princip, ofta kallad PID-reglering efter förkortningarna av dess parametrar, är en
sluten styrning med återkoppling som bygger på att processen som skall regleras är linjär av
första ordningen och symmetrisk. De processer som styrs i ett värmesystem är varken linjära
eller symmetriska då processen endast reglerar aktivt i en riktning, värmer eller kyler, medan
passiv återgång tillämpas i andra riktningen.
Den regleringen som är implementerad i Xpert-centralerna är en öppen styrning utan åter-
koppling, där erforderlig utsignal till styrventilen tas fram ur ventilkaraktäristiken efter det att
erforderligt Kv-värde räknats fram baserat på effektbehov samt tillgängligt drivtryck över
primärventilen. Detta tillvägagångssätt ger en lugnare styrning av ventilen som inte över-
raskas av de dynamiska effekterna i värmeväxlaren och pendlingarna i primärsystemets
drivtryck.
Denna styrning är implementerad både på värme- och tappvarmvatten. För att uppfylla kraven
på SP-märkning är funktionen varmvattenberedningen försedd med en PI-reglering lik den
som normalt förekommer i tappvarmvattensystem. Denna fungerar i normaldrift som en extra
säkerhet i händelse av fel på exempelvis givare.
2.6 Varmvattenprioritering – Primitering
Primitering är en funktion som kombinerar varmvattenprioritering, med limitering eller
begränsning. Det kan förklaras som en dynamisk effektbegränsning där systemets totala
effektbegränsning beror av utetemperaturen och rumstemperaturen. Den totalt uttagna
effekten utgörs av effektbehovet i värmekretsen plus varmvatten.
Styrningen av varmvattenproduktion i samverkan med värmesystemet genom effektlån styrs i
huvudsak av tre parametrar.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 7
12. • Dimensionerande VV effekt
• Tillåten medeleffekt VV
• Lägsta dynamiska rumstemperatur
Den dimensionerande effekten för varmvatten utgör det högsta uttag som tillåts för varm-
vatten och medges när behovet uppkommer oavsett andra effektbegränsningar. Detta
garanterar att systemet kan leverera den mängd varmvatten som är projekterat . Ett dynamiskt
effekttak som är beroende av utetemperaturen räknas fram genom att ovanpå den effekt som
behövs till värmesystemet lägga en tillåten medeleffekt för varmvatten (den sluttande delen av
röda kurvan i Illustration 2.3). När varmvattenberedningen kräver högre effekt än den tillåtna
medeleffekten görs ett effektlån av värmesystemet, först när detta inte räcker tillåts effekten
överskrida det dynamiska effekttaket. Storleken på medgivet lån från värmesystem styrs med
hjälp av att sätta en lägsta tillåten rumstemperatur och räkna ut skillnaden mellan balans-
värmen för normal rumstemperatur och denna dynamiska temperatur. Om detta effektlån
tillåts under en längre tid kommer rumstemperaturen alltså sjunka mot denna lägsta rums-
temperatur, och därigenom garantera en minimikomfort. Då trögheterna i fastigheten dämpar
dröjer det många timmar av konstant lån innan någon mätbar påverkan av rumstemperaturen
sker.
En ytterligare aspekt som förhindrar sjunkande rumstemperatur är att användningen av varm-
vatten i viss mån sammanfaller med övrig internt genererad värme så som matlagning och
användande av hushållsel i övrigt. Detta samband kan påvisas genom att studera rums-
temperatur och varmvattenanvändning över dygnet.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 8
Illustration 2.3: Dynamisk effektbegränsning – Primitiering
13. Rätt inställd har således denna funktion en förutsättning att jämna ut de observerade dygns-
variationerna i rumstemperaturen som är relaterade till verksamheten i fastigheterna.
Illustration 2.3 visar grafiskt denna begränsningsfunktion där den röda linjen visar den dyna-
miska effektgräns som gäller för totaleffekten i värmecentralen. Vid den i illustrationen
aktuella temperaturen, 12,3 °C, tillåts 50 kW + 68 kW effektlån för varmvattenproduktion.
Skulle behovet bli större tillåts varmvattenproduktionen att bryta effektbegränsningen 118 kW
för att säkerställa temperaturen på varmvattnet.
Även om begreppet effektlån använts ovan så är det lite missvisande då systemet aldrig
betalar tillbaka den lånade effekten utan istället låter den lånade energin kvittas mot internt
genererad värme.
2.7 Produktionseffektivitet
Ett av de skäl som framhålls som viktigt när fjärrvärmeproducenterna ombildar sin prismodell
är, utöver att spegla produktionskostnaderna, att ge incitament för kunderna att optimera sina
fjärrvärmecentraler och värmesystem så att distributions- och produktionsförluster i primär-
systemet kan hållas låga. Detta är naturligtvis en viktig fråga för producenten som därmed
minskar sina omkostnader, men samtidigt presenteras debiteringen av effekt som en möjlighet
för slutkunden att påverka sina värmekostnader, helt enkelt att äga sitt eget problem.
Viktiga parametrar för att hålla en god driftsekonomi i fjärrvärmedistributionen är låga tempe-
raturer, såväl på tillopps- som returledning, låga flöden med god avkylning i kundanlägg-
ningen. Dessa är alla sådana man haft ögonen på en längre tid och som faller utanför denna
rapports ramar.
Det som nu kommer som en nyhet i prismodellerna är just fokuseringen på effekt och hur
fördelning av kundens effektuttag över tid påverkar driftkostnaderna samt primärsystemets
dimensionering och reservkapacitet. Vilken upplösning på tid som är intressant i detta
sammanhanget är lite otydligt specificerat från branschens sida. Samtidigt som branschen
pratar om ”morgontoppen” som en utmaning framhålls att effekttoppar med en varaktighet på
en timme och däromkring är för korta för att påverka produktionen.
Att låta en enskild timma avgöra effektpriset ställer också högre mätdatakrav
(varje enskild timma måste kvalitetssäkras), samt kan leda mot att kunden gör
mycket kortsiktiga och oförutsägbara åtgärder för att slippa effekttoppen, vilket
gör effektintäkten volatil och oförutsägbar.
[4] 1 kap, punkt 4.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 9
14. 3 Modell
Grunden för all analys är en god modell av systemet i fråga, och inom ramen för denna
rapport kan den delas upp i två delar. Dels den fysikaliska modellen av byggnaden som
energisystem, men också den ekonomiska modell som vi är satta att följa. Även om båda
påverkar utgången av vår analys skiljer sig den fysikaliska i det att en mer eller mindre
detaljerad modell kan väljas.
3.1 Fysikalisk
Det finns i grunden två metoder att angripa problemet med värmereglering av byggnaden,
temperaturstyrning och effektstyrning, som främst skiljer sig i den tekniska utrustning och
mätning som krävs. Effektstyrning kräver några fler komponenter i systemet för att kunna
mäta effekt, närmare bestämt värmemängdsmätare.
Valet av detaljnivå på modellen är främst avhängigt på mjukvaran i styrsystemet vilket också
med den digitala teknikens framtåg gjort det allt mer tillgängligt med mer avancerad styrning.
Tabell 3.1 Visar en uppställning av de vanligaste byggstenarna i de olika styrningarna och
dess modeller.
Temperaturstyrning Effektstyrning
1 Styrning av framledningstemperatur efter
rådande utetemperatur
Styrning av levererad effekt efter rådande
utetemperatur
2 Styr efter en dämpad utetemperatur Styr efter en dynamisk modell av
byggnaden
3 Reglera framledningen med
rumsreferensgivare
Ta med den termiska trögheten i
byggstommen genom rumsreferensgivare
4 Begränsa effekten med ett effekttak
(möjligen utetemperaturkompenserad)
Effektbegränsning som funktion av
utetemperatur
5 Begränsa uttagen effekt genom effektlån
från värmesystemet vid
varmvattenproduktion
Tabell 3.1: Modellkomponenter
Det visar sig att de olika arbetssätten temperatur- och effektstyrning har snarlika byggstenar
på de olika detaljnivåerna men som även om de försöker adressera samma fysikaliska
fenomen skiljer sig åt i resultat och prestanda beroende på de skilda indata som finns att tillgå.
Temperaturstyrning kan exempelvis inte ge några svar om energi och effekt, och får
därigenom svårt att veta hur mycket effekt som lånas eller hur mycket energi som behöver
tillföras efter en effektbegränsning eller förändrad utetemperatur.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 10
15. Utöver de nivåer som presenterats ovan kan nämnas ytterligare två, styrning enbart på rums-
temperatur och prognosstyrning av utetemperatur. Medan rumstemperaturstyrning kan reagera
först när rumstemperaturen börjat avvika från sitt börvärde försöker prognosstyrningen att
reglera efter något som ännu inte hänt.
Då det i slutändan är inneklimatet vi syftar till att reglera, där rumstemperaturen är en viktig
faktor, framstår det logiskt att styra just efter denna. Baksidan är dock att vi blundar för den
påverkan som klimatskalet redan utsatts för och som i sinom tid kommer att inverka på inne-
klimatet. Det blir helt enkelt en allt för långsam reglering med plötsliga effektpådrag för att
motverka en sjunkande rumstemperatur.
Om vi bortser från att en prognos är just en prognos och inte fakta kvarstår ändå att den
informationen är av sådan art att den ännu inte har inträffat, alltså inte haft möjlighet att
påverka systemet. Det är lite som att svänga före korsningen för att det sannolikt kommer en
längre fram. Inte ens om vi med säkerhet vet att det kommer en korsning om 500 m ger det
oss bättre styrning.
I det här sammanhanget kan frågan uppstå om det ändå inte är så att man behöver sänka farten
inför en kurva eller korsning, och så är det ju. Frågan är då varför? Det handlar i det fallet
snarare om en dimensioneringsfråga (bilen klarar inte hålla väggreppet) än om en energi-
optimeringsfråga. Möjligen kan denna aspekt komma att spela in där tillgängligheten på effekt
är begränsande, så som i fallet med värmepumpar, där avvikelsen inte kan tillåtas bli större än
nödvändigt för att undvika dyrare tillskottsenergi i form av exempelvis el.
I detta avseendet utgör både rumstemperaturstyrning och prognosstyrning extremfall åt var
sitt håll när det gäller tiden vi rör oss i med vår modell, dåtid—nutid—framtid.
3.2 Ekonomisk
När det kommer till prissättning av effekt kan befintliga prismodeller delas in i kategorier
utgående från två parametrar. Den första parametern har att göra med vilken tidbas som valts
för beräkning av medelvärde på uttagen effekt. I praktiken används idag uteslutande dygns-
medelvärde samt olika varianter av årsmedelvärde också kallat abonnerad effekt eller kate-
gorital.
Den andra parametern som styr kategoriseringen är hur denna prisgrundande effekt tas fram.
Här är spridningen bland prismodellerna större och omfattar allt från ett beräknat medelvärde
av de högsta uppmätta dygnsmedelvärdena, vanligen 3 – 5, under en 12-månaders period, till
att göra en extrapolering av effektsignaturen ner till dimensionerande utetemperatur (DUT).
Det finns också exempel på några prismodeller som sätter effekten till högsta uttagna effekt
vid fjärrvärmeleveransens brytpunkt, något som inträffar vid en utetemperatur omkring 0 –
5 °C. I övrigt skiljer det också i val av period, kalenderår, löpande 12-månadsperiod,
innevarande månad eller föregående månad.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 11
16. De prismodeller som är aktuella för de studerade fastigheterna sammanfattas i Tabell 3.2
Tidbas Fastställande av effekt
Mölndal Energi Dygnsmedel Högsta uppmätta, rullande
12-mån
Vattenfall Dygnsmedel Abonnerad effekt, förväntad
effekt vid DUT
Norrenergi Dygnsmedel E-sign vid -13 °C, mätt okt –
apr föregående säsong
Varberg Energi Årsmedelvärde Årsenergi/2200h
Tabell 3.2: Prismodeller
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 12
17. 4 Utformning av studien
I projektet har fyra fastigheter valts för utvärdering av olika effektstyrningsstrategier och dess
möjligheter att påverka fastighetens effektuttag och hur det förhåller sig olika prismodeller.
Fastigheterna som valts ut har alla det gemensamt att såväl värme som varmvatten kan styras
och loggas, med avseende på effekt och temperaturer. Sinsemellan skiljer sig fastigheterna i
antal lägenheter, typ av fastighet och geografisk placering. Anläggningarna skiljer sig också i
vilken kopplingsprincip som tillämpats i fjärrvärmecentralen, parallellkoppling eller tvåstråks-
koppling.
4.1 Styrstrategier
Testerna är uppdelade i tre testperioder (Etapp I – Etapp III) om vardera ca två veckor där
undercentralen ställs in för styrning enligt en av tre styrmetoder med loggning av givardata
och energimätningar. Då testerna syftar till att utvärdera besparingar som kan göras med de
olika styrningarna körs en klassisk kurvstyrning som första etapp, vilket kommer att utgöra ett
basfall för den senare analysen. Då Primitering bygger på en effektstyrning förläggs det testet
sist.
1. Kurvstyrning
2. Effektstyrning av värmesystemet – SoftControl
3. Styrning av effekt till varmvatten i samspel med värmesystemet – Primitering
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 13
18. 4.2 Brf Domartornet
Brf Domartornet Fullblodsgatan 1 – 7,
Ponnygatan 2 – 8,
Mölndal
Byggår 1966
Antal Area
Lägenheter 174 11 852 m²
Lokaler 2 455 m²
Fjärrvärmebolag Mölndal Energi AB
DUC Nordiq Xpert
Ventilation Mekanisk frånluft med tryckstyrda fläktar.
Temperaturkompenserad.
Radiatorsystem Tischelmann-system (3-rörs) utan
termostatkroppar monterade.
Kopplingsprincip i FC Två-stråkskoppling implementerad med två
plattvärmeväxlare.
Tabell 4.1: Brf Domartornet
Bostadsrättsföreningen Domartornet 1 äger och förvaltar 3 bostadsbyggnader uppförda 1966.
Föreningen registrerades 2007 och har sedan de förvärvade fastigheten genomfört en rad
energieffektiviserande åtgärder. Utöver åtgärder i klimatskalet så som tilläggsisolering av
vindar, energirenovering av fönster, renovering av tvättstugor, har styrsystemet för värme och
ventilation byts ut.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 14
19. 4.3 Pinnmons Samfällighet
Pinnmons Samfällighet Morängatan 9 – 77,
Varberg
Byggår 1993
Antal Area
Lägenheter 32 Ca 3500 m²
Fjärrvärmebolag Varberg Energi AB
DUC Nordiq Xpert
Ventilation Mekanisk frånluft
Radiatorsystem Nedgrävd 2-rörskulvert med 1-rörssystem i
fastigheterna. Ansluten via balanseringsventil.
Radiatorsystemen i husen ägs av respektive
fastighetsägare, därav ingen säker uppgift om
termostater.
Kopplingsprincip i FC Parallellkoppling.
Tabell 4.2: Pinnmons Samfällighet
Pinnmons samfällighet äger och förvaltar undercentral för fjärrvärme samt kulvertsystem för
distribution av värme och varmvatten till 32 fastigheter på Morängatan i Varberg. Fastig-
heterna består av en blandning av parhus och radhus byggda 1993.
Under studiens gång har föreningen genomfört en enkätundersökning inför en kommande
balansering av värmesystemet då de har haft stor spridning mellan de olika fastigheterna och
problem att hålla tillräcklig värme i några fastigheter. I denna enkät har bland annat framkom-
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 15
20. mit att det under åren uppdagats diverse fel i värmesystemet så som felkopplade radiator-
slingor i enskilda hus. Dessa är åtgärdade men påminner om att liknande fel möjligen kvarstår
oupptäckta i delar av systemet.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 16
21. 4.4 Brf Vimpeln 20
Brf Vimpeln 20 Klippgatan 20 A-C, 22
Solna
Byggår 1963 – 65
Antal Area
Lägenheter 100 6 913 m²
Lokaler 3 m²
Fjärrvärmebolag Norrenergi AB
DUC Nordiq Xpert
Ventilation
Radiatorsystem 2-rörssystem med bytta termostater på gammal
ventil.
Kopplingsprincip i FC Parallellkoppling
Tabell 4.3: Brf Vimpeln 20
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 17
22. 4.5 Brf Vita Husen
Brf Vita Husen Vallavägen 159 – 229,
Haninge
Byggår 1966-68, 1988-90
Antal Area
Lägenheter 225 m²
Lokaler 1 m²
Fjärrvärmebolag Vattenfall
DUC Nordiq Xpert
Radiatorsystem Nyligen bytta radiatorventiler med monterad
termostat. Markkulvert till nya huskropparna.
Kopplingsprincip i FC Parallellkoppling
Tabell 4.4: Brf Vita Husen
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 18
23. 4.6 Etapp I – Kurvstyrning
Förarbetet inför Etapp I inleddes med att lära känna de olika fastigheterna, byggår, typ av
fastighet, storlek, historisk förbrukning och temperaturförlopp. Utmaningen inför denna etapp
har bestått i att på kort tid ta fram en representativ styrkurva, så som den hade kunnat se ut för
fastigheten med en klassisk DUC. En styrkurva har tagits fram genom historisk loggning av
temperaturer vid olika utetemperatur vilket har gett den grundläggande formen på kurvan.
Den känsligaste delen handlar sedan om rätt parallellförskjutning av kurvan så att rumstempe-
raturen håller sig över lägsta accepterade, klagomuren.
I detta arbetar tiden mot oss då det tar tid dels för huset att inta en eventuell ny temperatur och
därtill en tid innan klagomål uppstår. För att bedöma rätt temperatur har utgångspunkten varit
historiskt rådande rumstemperatur, då inga övriga ingrepp gjorts i värmesystemet som skulle
föranleda en ändrad värmefördelning i byggnaden.
Här skiljer sig Vimpeln 20 ut sig så till vida att den aktuella fastigheten under hösten 2015 har
styrts med kurvstyrning en sammanhängande period då det varit problem med avvikande
rumstemperaturer. Av den anledningen fanns redan en väl fungerande styrkurva att använda
under Etapp I.
4.7 Etapp II – Effektstyrning av värmesystem
Att driftsätta en anläggning med effektstyrning i en fjärrvärmecentral utrustad med
SoftControl-styrning innebär att ta fram en effektsignatur utifrån historisk förbrukning, oftast
med hjälp av statistik inhämtad från fjärrvärmeleverantörens förbrukningsdata. Denna effekt-
signatur som tas fram genom linjär regression av uppmätta dygnsmedelvärden delas sedan
upp i en del som beskriver de förluster byggnaden har genom transmission och den andra dess
ventilationsförluster.
I detta stadiet saknas ofta tillförlitlig data på luftomsättningen och ventilationsförlusterna får
därför uppskattas utifrån vilken typ av ventilation som är installerad. Detta antagande fin-
justeras sedan med ledning av loggningar av temperaturförlopp ute och inne så att inne-
klimatet frikopplas från påverkan från utomhustemperaturen.
För att ta hänsyn till den i underlaget överlagrade tappvarmvatteneffekten samt internt
genererade värmen fastigheten behöver ytterligare en parameter tas fram, egenuppvärmning.
Då mätningar ofta saknas av såväl historisk tappvarmvattenförbrukning samt internt
genererad värme tas denna fram empiriskt med hjälp av ett trådlöst referensgivarsystem för
mätning av lägenheternas rumstemperatur. Den faktiska effekten som genereras internt är
naturligtvis tidsberoende men då mätning av exempelvis inkommande elförbrukning inte
finns att tillgå antas effekten vara jämnt fördelad över dygnet.
Då samtliga fastigheter i studien sedan tidigare varit i drift med SoftControl-styrning
medförde det en enkel och pålitlig övergång till Etapp II.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 19
24. Under övergången till Etapp II visade sig dock svårigheterna med att arbeta med psykologiska
element, också kallat människor. Då Etapp II skulle inledas för Pinnmon stack plötsligt
flöden och temperaturer iväg utan förklaring med avvikande rumstemperaturer som följd. Det
visade sig senare att styrelsen skickat ut information om att man anlitat en entreprenör för att
kontrollera inställningen av injusteringsventilerna i de olika fastigheterna inför den kom-
mande balansering av värmesystemet. Trots att endast avläsning av ventilinställning utfördes
så fick det drastiska följder i systemet. Den troligaste förklaringen till detta är husägare som i
samband med informationsutskicket blev påminda om att man tidigare ändrat på sin
injusteringsventil och nu försökte återställa den igen. Den obalans som följde medförde att
Pinnmon helt togs ur försöken då mätningar därifrån blev allt för osäkra.
4.8 Etapp III – Effektstyrning med varmvattenprioritering
Underlag för att bestämma lämpliga parametrar för Primitering saknas oftast helt och får tas
från mätningar i DUC:en efter en tids normaldrift. Detta eftersom varje fastighet uppvisar
stora skillnader i tappvarmvattenanvändning över dygnet beroende på konstruktion av rör-
system och kulvertsystem för varmvatten och VVC, samt de boendes brukarvanor.
I denna studie har parametrar för Primitering inledningsvis satts konservativt för att under de
första dagarna successivt justeras för en kraftigare begränsning. Utifrån korttidsloggningar har
tröskelvärdet för lån satts för att erhålla en funktion med lån över de timmar på dygnet då
större tappningar sker. Storleken på detta lån har sedan anpassats genom att ändra lägsta rums-
börvärdet.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 20
25. Som exempel på inställning kan nämnas Domartornet, Illustration 4.1, där dimensionerande
varmvatteneffekten är 200 kW och tröskelvärdet före Primitering sattes till 50 kW. Detta
resulterade i att effektlån sker under ca 20% av dygnets timmar.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 21
Illustration 4.1: Kumulativ fördelning av varmvatteneffekt
26. 5 Resultat
Insamlade mätdata har bearbetats och analyserats med programspråket R i den integrerade
utvecklingsmiljön Rstudio. Detta tillvägagångssätt ger enkel och direkt tillgång till samtliga
mätdata med möjlighet att utvärdera olika parametrars inverkan på övriga mätdata. Gradvis
varmare väder under mätperioden medförde att de senare testfaserna i större grad saknar
mätningar för kallare väderlek och därigenom ger en något mer osäker bild av effektkurvan. I
samtliga grafer där effektsignaturen avbildas är också konfidensintervallet för 0,95 inritat.
Mätningarna har gjorts för varje timme och utifrån dessa data har sedan dygnsmedelvärden
räknats ut för mätvärden som faller under samma kalenderdygn. En sammanställning av
resultaten för de olika fastigheterna återfinns i Bilaga 4.
5.1 Medelvärdesbildning
En jämförelse mellan mätningar av effekt som timmedelvärde och dygnsmedelvärde visar att
det längre tidsperspektivet missgynnar slutkunden då enskilda effektbegränsningar av betyd-
ande magnitud inte ges samma tyngd. Vid den regression som används för att ta fram en effe-
ktsignatur passar man in en linje enligt minsta kvadratmetoden, vilket innebär att hitta den
räta linje som minimerar summan av avvikelsernas kvadrat (längs y-axeln). I detta ges mät-
punkter som ligger längre från regressionslinjen större tyngd, det är just dessa mätpunkter
som medelvärdesbildas bort.
Hur mycket detta påverkar effektsignaturen är också beroende på vilken styrmetod som an-
vänds, där den klassiska kurvstyrningen uppvisar minst påverkan. Trolig orsak till detta är
olika frekvensfördelning beroende på styrmetod, dvs. hur de faktiska mätpunkterna faller i
förhållande till regressionslinjen.
För Vita Husen där Vattenfall tillämpar dygnsmedeleffekten enligt effektsignaturen vid -14 °C
innebär det en rekommenderad abonnerad effekt på 875 kW att jämföra med 840 kW om
timmedelvärde skulle tillämpats. En ökning med 4 %. Illustration 5.1 visar hur effekt-
signaturerna på Vita Husen skiljer sig för timmedelvärden (rött) och dygnsmedelvärden (gult)
i de olika driftsfallen. Svart markering visar dimensionerande utetemperatur (DUT) för
Haninge. I detta fallet kan ses hur de två medelvärdesbildningarna pivoterar runt 0 °C.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 22
27. 5.2 Effektsignatur
För att jämföra och bedöma de olika åtgärdernas inverkan på effekttaxa och kostnaderna
förknippade med dessa har en Nils Holgersson-resa gjorts för fastigheterna. I denna jäm-
förelse tänker man sig att de olika fastigheterna flyttas i landet för att se hur besparings-
åtgärderna skulle falla ut under olika prismodeller. Effektsignaturer för fastigheterna vid
styrning enligt de olika styrstrategierna återfinns i Bilaga 1, där även jämförelser görs mellan
tim- och dygnsmedelvärden.
Vattenfall och Norrenergi använder båda extrapolering av effektsignaturen, Norrenergi till
-13 °C och Vattenfall till -14 °C för fallet Haninge. Vattenfall använder denna effekt som
utgångspunkt för deras rekommenderade nivå av abonnerad effekt.
Övriga bolag baserar sin effekttaxa direkt på uppmätta energivärden. Högsta uppmätta dygns-
energi för Mölndal Energi och uppmätt årsenergi för Varberg Energi.
För att göra dessa prismodeller jämförbara har en prisgrundande effekt, eller effekttariff tagits
fram med hjälp av historisk årsanvändning för fallet med Varberg Energi. I fallet med Mölndal
Energi har en högsta dygnsenergi uppskattats utifrån effektsignaturen för -15 °C vid drift med
kurvstyrning. Denna effekt är föremål för variationer i kallaste utetemperatur mellan olika år
samt hur väl den inställda kurvan men visar sig vid en kontroll gentemot fakturering för
Domartornet falla inom någon procent av faktiska värden.
Varberg Energis andel för effekt räknas ut som årsenergin i kWh delat med 2200 och alla
besparingar här beror enbart på energibesparingar vilka leder till ett antagande av energi-
besparing med effektstyrning för Etapp II då faktiska säsongsmätningar för de olika fastig-
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 23
Illustration 5.1: Effektsignatur med tim- och dygnsmedelvärden
28. heterna saknas. Baserat på erfarenheter från besparingar gjorda vid installationer av effekt-
styrning antas en energibesparing på 10% för värmesystemet vid införandet av effektstyrning
gentemot styrning av framledningstemperatur.
Med denna bakgrund ges en jämförelse i Tabell 5.1 som visar på möjliga besparingar baserade
på dygnsvärden.
Kapitel 5.1 visar att möjligheterna för slutkunden att påverka sina kostnader med avseende på
effekt i flera av styrfallen varit större om denna varit baserad på timmedelvärden. Det ekono-
miska utfallet av en effektbegränsning beror starkt på hur stor andel av kostnaderna som är
effektbaserad. Hur denna fördelning ser ut beror till största delen på prismodellen, men också
på geografisk placering, byggnads- och systemtekniska lösningar samt brukarvanor.
Kostnadsandelen för effekt varierar kraftigt mellan prismodeller men också mellan olika
fastigheter och blir därför svår att generalisera. Ett försök har gjorts att ta fram uppgifter på
andelen effektkostnad via fjärrvärmebolagens uppskattning av fördelning. Där sådan saknats
har ett försök gjorts att räkna ut storleksordningen utifrån den fastighet som verkligen
befinner sig i det aktuella fjärrvärmenätet.
Med fördelning av kostnad enligt Tabell 5.2 fås ett ekonomiskt utfall enligt Tabell 5.3 som
visar på att en ekonomisk besparing om max 4,4 % är möjligt att uppnå i de aktuella jämförel-
serna.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 24
Tabell 5.1: Förändring av prisgrundande effekt baserad på dygnsmedelvärden
Mölndal Energi Norrenergi Varberg Energi Vattenfall
kW Förändr. kW Förändr. kW Förändr. kW Förändr.
Domartornet
Etapp I 426 410 333 418
Etapp II 394 -7,5% 376 -8,2% 308 -7,5% 385 -7,8%
Etapp III 395 -7,2% 375 -8,5% 385 -7,8%
Vimpeln 20
Etapp I 233 223 273 228
Etapp II 208 -10,5% 198 -11,0% 252 -7,5% 203 -10,7%
Etapp III 227 -2,5% 215 -3,4% 221 -2,9%
Vita Husen
Etapp I 840 802 1255 821
Etapp II 803 -4,4% 766 -4,5% 1160 -7,5% 784 -4,5%
Etapp III 892 6,2% 841 4,9% 866 5,6%
Tabell 5.2: Kostnadsandel effekt
Effektandel Källa
Mölndal Energi 10% Beräknat för Domartornet
Norrenergi 40% Uppgift från producent
Varberg Energi 10% Beräknat för Pinnmon
Vattenfall 40% Uppgift från producent
29. 5.3 Primitering
Illustration 5.2 visar en loggning av momentana effekter med 10 sekunders upplösning för
Vita Husen med Primitering. Här ses hur begränsningen av totaleffekten (blått) sker genom att
effekten dras ner för värmesystemet (gult) när effekten för varmvattenproduktion överstiger
den tillåtna medeleffekten. Begränsningen av den totala effekten, här 600 kW är dynamisk
och beror av utetemperaturen.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 25
Illustration 5.2: Primitering Vita Husen
Tabell 5.4: Kostnadsandel som utgörs av effekt
Effektandel Källa
Mölndal Energi 10% Beräknat för Domartornet
Norrenergi 40% Uppgift från producent
Varberg Energi 10% Beräknat för Pinnmon
Vattenfall 40% Uppgift från producent
Tabell 5.3: Förändring av totalkostnad
Mölndal Energi Norrenergi Varberg Energi Vattenfall
kW Förändr. kW Förändr. kW Förändr. kW Förändr.
Domartornet
Etapp I 426 410 333 418
Etapp II 394 -0,8% 376 -3,3% 308 -0,8% 385 -3,1%
Etapp III 395 -0,7% 375 -3,4% 385 -3,1%
Vimpeln 20
Etapp I 233 223 273 228
Etapp II 208 -1,0% 198 -4,4% 252 -0,8% 203 -4,3%
Etapp III 227 -0,2% 215 -3,4% 221 -1,2%
Vita Husen
Etapp I 840 802 1255 821
Etapp II 803 -0,4% 766 -1,8% 1160 -0,8% 784 -1,8%
Etapp III 892 0,6% 841 2,0% 866 2,2%
30. Effektlånets storlek och varaktighet som funktion av tiden för Vita Husen visas i Illustration
5.3. Där en sammanräkning visar att 24 443 kWh lånats under perioden, 2016-02-10 –
2016-4-11. Utslaget över samma tidsperiod motsvarar det en besparing av energi med
399 kWh/dygn och en sänkning av medeleffekten med 17 kW. För uträkning samt övriga
fastigheter se Bilaga 2.
5.4 Rumstemperatur
En kontroll av rumstemperatur visar att ingen negativ inverkan har skett vid effektstyrning
och varmvattenprioritering. Rumstemperaturen har däremot blivit stabilare samtidigt som den
har stigit något mot det uppsatta rumsbörvärdet, se Bilaga 3. Vimpeln 20 har uppvisat
problem med datainsamling och uppdatering av rumsmedelvärden vilket har försvårat
uppföljningen.
Uppdateringsproblematiken visar sig som frysta värden med en stegvis temperaturgraf från
DUC:en som följd. Kontroller gentemot referensgivarsystemets egen webbtjänst har dock
gjort det möjligt att följa upp i mer detalj hur temperaturen har utvecklats i fastigheten och
säkerställa att temperaturen hållits på en stabil nivå.
5.5 Avkylning
Mer ingående effektreglering så som primitering visar sig vara konservativ, inte bara med
uttagen effekt utan också det så dyrbara flödet under årets mest krävande timmar. När
varmvattenberedningen kräver effekt och därmed större flöde stryps samtidigt flödet för
värmesystemets värmeväxlare. Detta ger inte bara ett jämnare flödesuttag på servisen utan
också en sänkt returtemperatur, vilka båda är gynnsamma ur ett producentperspektiv.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 26
Illustration 5.3: Effektlån
31. Illustration 5.4 visar den primära returtemperaturen hämtad från värmemängdsmätaren på
Domartornet som en funktion av utetemperatur samt effektlån. För en given utetemperatur
kan en tydlig sänkning av returtemperaturen ses då det samtidigt pågår ett effektlån, i storleks-
ordningen 10 °C.
Den låga påverkan vid varm väderlek beror på att det då inte finns tillräckligt med effekt att
låna av värmesystemet. Att diagrammet visar liten inverkan under 0 °C är en effekt av att
dessa låga temperaturer endast inträffade nattetid under den aktuella mätperioden när inget
varmvattenbehov förekom.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 27
Illustration 5.4: Varmvattenprioriteringens inverkan på returtemperaturen
32. 6 Slutsats
Av mätningarna som gjorts visar det sig att slutkunden har viss möjlighet att påverka sina
kostnader för effekt även om de besparingar som görs främst berör energi. Flera faktorer så
som mätning av dygnsenergi kontra momentan effekt samt kostnadsandelen för effekt i pris-
modellen begränsar också besparingspotentialen i kronor och ören starkt. Prismodellens ut-
formning påverkar också valet av en lämplig styrstrategi. Tre av fyra energibolag i denna
studien tillämpar prissättningar där prisgrundande effekten sätts vid låga utetemperaturer,
oftast DUT. För Haninge har dygnsmedeltemperaturen understigit -10 °C endast 4 dygn sedan
oktober 2012 med -12 °C som absolut lägsta uppmätta värde, ändå används -14 °C som
dimensionerande dygnsmedeltemperatur.
I förarbetet inför studien har några få energibolag figurerat där man valt att sätta debiterings-
grundande effekt vid brytpunkten för fjärrvärmenätet, dvs. där leveransen går från flödes-
reglerat fall till temperaturreglerat [5]. Denna punkt är av ekonomiskt intresse även för konsu-
menter då stora delar av värmesäsongen tillbringas här och en besparing i detta område ger
stort ekonomiskt utfall. I denna regionen är också kurvstyrningen oftast sämst anpassad då det
är här klagomålen trillar in med påföljd att kurvan justeras uppåt för att ”lösa” problemet. Den
behovsanpassade styrning som sker med SoftControl och Primitering visar goda resultat i
detta område där mycket energi annars spills åt kråkorna.
Vid användandet av högsta uppmätta effekt som prisgrund är det som kund inte gynnsamt att
försöka vara konservativ med effektuttaget då det i detta läget endast handlar om att minimera
de högsta topparna. Denna metod att ta ut kostnader för effekt ger därför inga incitament för
kunden att agera och verkligen påverka sin användning. Den resulterande strategin blir helt
enkelt att sätta ett absolut effekttak, vars nivå blir en övning i riskbedömning. Hur lågt kan
denna begränsning sättas utan att inverka allt för negativt på inneklimatet och hyresgästernas
nöjdhet. Lite som att balansera riskerna i sin aktieportfölj. Därtill kan läggas att effektbegräns-
ningar av det slaget tenderar att vara en begränsning av momentan effekt vilket gör det svårt
att sätta en nivå på denna då det som faktiskt debiteras efter är dygnsmedeleffekt.
Fjärrvärme är ett stort och komplex system med många kopplingar och beroenden mellan
producent och kund. En optimerad drift och funktion av ett sådant system kräver ett samarbete
där bägge parter kan få ut ett mervärde. Med en god prismodell kan producenten få betalt för
sina omkostnader samtidigt som kunderna får utrymme att göra meningsfulla förändringar i
styrutrustning och förbrukningsmönster som syns på utgiftskontot. Grunden till ett sådant
samarbete ligger i ömsesidigt förtroende. Om en satsning ska göras behöver bägge parter
kunna se att det finns en varaktighet, så väl i teknik som i prissättning. Dagens prissättningar
som snarare upplevs som ett sätt att säkra inkomster och förhindra att kunder ”duckar” för
debitering eller går ”bakom ryggen” med alternativa energikällor gynnar inte detta förtroende.
De tidigare prismodellerna med en fast avgift och samma energipris hela året är mycket riktigt
en olämplig modell som inte alls tar hänsyn till de olika produktionsanläggningarnas kostna-
der eller miljöpåverkan. När prismodellerna ändå skall göras om varför då inte använda
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 28
33. energianvändning och differentierade priser för detta ändamål? Om producentledet vill att
kunden skall anpassa sin användning för optimerad produktion och leverans, varför väljs då
inte något kunden kan påverka i betydande grad nämligen energianvändningen? Det är ju
energin som dikterar hur mycket olja eller naturgas som behöver användas i de dyrare
spetslastanläggningarna.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 29
34. 7 Diskussion
Placeringen av mätperioden för varmvattenprioritering sist i ordningen gav goda förutsätt-
ningar för en bra injustering med små transienta övergångsförlopp. Dock innebar den tids-
mässiga placeringen att temperaturen ute var högre och innefattade färre kalla temperaturer.
Detta gav en större osäkerhet i extrapoleringen av regressionen för effektsignaturen. Med
bakgrund i hur den aktuella varmvattenprioriteringen fungerar med ett effektlån som är
oberoende av utetemperaturen är det rimligt att resultaten mätt i dygnsmedelvärden närmar
sig timmedelvärden när en hel mätserie över en värmesäsong beaktas.
Ju mer ingående ett system studeras desto fler effekter och länkar upptäcks, så också i denna
studie där data för 40-50 parametrar och 3500 – 4000 timvisa observationer för varje anlägg-
ning inhämtats.
Så har det exempelvis visat sig att det i minst en av fastigheterna, Vita Husen, föreligger en
negativ inverkan av termostater på radiatorerna. Detta beror inte som annars gärna framhålls
på gamla och dåligt fungerande termostatkroppar eller radiatorventiler, då båda dessa är ny-
bytta och balansering av radiatorsystemet är utförd. Det är istället så att framledningstempe-
raturen påverkar termostaten genom negativ återkoppling, stor nog att orsaka lägre rums-
temperatur vid kallare väderlek eller annars höga effektbehov. Den observerade inverkan kan
endast förklaras som påverkan av termostaterna då det uppmätta radiatorflödet samtidigt
sjunker när framledningstemperaturen stiger. Termostaten faller alltså inte bara till korta
genom sin enkla reglerprincip, P-regulator, men också genom att den helt enkelt inte mäter
rumstemperaturen utan en felaktig temperatur. Nu när mätningar av temperaturdata blivit
lättillgänglig kan det vara på sin plats att validera radiatortermostaternas funktion som en del
av värmesystemet i sin helhet ute i verkligheten under faktiska förhållanden. Fungerar dessa
komponenter som projekteringen avsåg eller är deras funktion en seglivad förhoppning?
Problemen med mätdata för Vimpeln 20 belyser hur viktigt det är med korrekta och tillförlit-
liga källor. Hade systemet med sina mätproblem i detta läge styrts efter innetemperatur skulle
allt ha skenat iväg då återkopplingen, mätvärdet, i detta fall fryses vid ett fast värde.
Användandet av effektsignatur för att fastställa högsta troliga effekt leder också till potentiella
möjligheter att medvetet påverka lutningen på effektsignaturen, inte bara genom effekt- och
energibesparingar utan också genom ökat uttag vid varmare väderlek. Även om detta upplevs
långsökt och oekonomiskt idag så får det nog tas med i beräkningarna då energi är betydligt
billigare på sommaren samtidigt som energibolagen arbetar för att energi skall utgöra en allt
mindre andel av kostnadskakan.
Något som nämns om i samband med fjärrvärme är försmutsning av värmeväxlarna som
resulterar i sämre överföringskoefficient. Detta medför ett större flödesbehov för samma
effekt och en sämre avkylning i primärkretsen. Hur det ser ut med försmutsningen i växlar-
beståndet är dock mer okänt. Detta på grund av att varken producent eller kund har tillgång
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 30
35. till mätningar som på ett tillförlitligt sätt kan diagnostisera problemet. Det krävs helt enkelt en
mätning av temperaturer på kalla sidan av växlarna, något som nästan utan undantag måste
göras genom att på beställning åka ut och mäta på plats.
En styrstrategi som av tidsskäl inte rymdes i studien berör möjligheten att effektbegränsa
värmesystemet genom sänkning av rumsbörvärdet styrt via tidskanal. Intresse för denna styr-
strategi har sin grund i prismodeller där en höglasttaxa tillämpas på energipriset under valda
timmar på dygnet då behoven är extra stora [6]. En begränsning av effekten under dessa
timmar ger ett minskat inköp av energi efter den dyrare taxan vilket påverkar energi-
kostnaderna.
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 31
36. 8 Index
Illustrationer
Illustration 2.1: Sigmagyr av Landis & Gyr...............................................................................3
Illustration 2.2: Tidskonstantens påverkan vid avkylning..........................................................5
Illustration 2.3: Dynamisk effektbegränsning – Primitiering.....................................................8
Illustration 4.1: Kumulativ fördelning av varmvatteneffekt.....................................................21
Illustration 5.1: Effektsignatur med tim- och dygnsmedelvärden.............................................23
Illustration 5.2: Primitering Vita Husen....................................................................................25
Illustration 5.3: Effektlån..........................................................................................................26
Illustration 5.4: Varmvattenprioriteringens inverkan på returtemperaturen..............................27
Tabellindex
Tabell 3.1: Modellkomponenter................................................................................................10
Tabell 3.2: Prismodeller............................................................................................................12
Tabell 4.1: Brf Domartornet......................................................................................................14
Tabell 4.2: Pinnmons Samfällighet...........................................................................................15
Tabell 4.3: Brf Vimpeln 20........................................................................................................17
Tabell 4.4: Brf Vita Husen.........................................................................................................18
Tabell 5.1: Förändring av prisgrundande effekt baserad på dygnsmedelvärden.......................24
Tabell 5.2: Kostnadsandel effekt...............................................................................................24
Tabell 5.3: Förändring av totalkostnad......................................................................................25
Tabell 5.4: Kostnadsandel som utgörs av effekt.......................................................................25
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 32
37. 9 Referenser
1: Patrik Myrendal, Jonas Olgemar, Fjärrstyrning av fjärrvärmeventiler, 2010
2: Erik Wallin, Utvärdering av Laststyrning av fjärrvärme hos Umeå Energi, 2011
3: Anna Larsdotter, Centralvärme, Populär Historia, http://www.popularhistoria.se/da-
nu/2012/11/centralvarme/, 2012
4: Daniel Stridman mfl, Lilla Prismodellboken, Fjärrvärmens Affärsmodeller, 2012
5: Södertörns Fjärrvärme AB, Abonnemangseffekt, Södertörns Fjärrvärme AB,
https://sfab.se/Fjarrvarme/Priser/Foretag/Abonnemangseffekt/,
6: Norrenergi, Fjärrvärmepris - Energidelen, Norrenergi, http://www.norrenergi.se/norrenergi-
dig/bostadsrattsforeningar/priser-och-avtal/energidelen/, 2015
Effektbegränsning i fjärrvärmesystem 33
38. 10 Bilagor
Bilaga 1 - Effektsignaturer
Effektsignaturer för de tre testfaserna framtagna med linjär regression. Först för timmedelvärden (hMEAN)
och sedan dygnsmedelvärden (dMEAN).
(intercept) - Effekbehov (kW) vid 0° C.
hMEAN_UTE.GT1 - Ändring i effekbehov (kW) per grad ändring av utomhustemperaturen.
Domartornet
Effektsignaturer för värmesystemet exklusive varmvatten.
effektAnalys(Domartornet, "hMEAN_VS1.effekt", "h")
## Etapp I Etapp II Etapp III
## (Intercept) 208.606833 176.956826 139.646204
## hMEAN_UTE.GT1 -5.492581 -6.708382 -8.013425
effektAnalys(Domartornet, "dMEAN_VS1.effekt", "d")
## Etapp I Etapp II Etapp III
## (Intercept) 208.524432 177.392565 148.353296
## dMEAN_UTE.GT1 -5.476776 -6.999167 -9.693938
Effektsignatur för hela fjärrvärmecentralen med mätvärden från primär-sidans värmemängdsmätare.
effektAnalys(Domartornet, "dMEAN_FC.VM.effekt", "d")
## Etapp I Etapp II Etapp III
## (Intercept) 301.493295 260.401705 240.29962
## dMEAN_UTE.GT1 -8.271222 -8.930106 -10.35829
Vita Husen
Effektsignaturer för värmesystemet exklusive varmvatten.
effektAnalys(VitaHusen, "hMEAN_VS1.effekt", "h")
## Etapp I Etapp II Etapp III
## (Intercept) 438.10742 401.9517 384.55745
## hMEAN_UTE.GT1 -18.65029 -17.2117 -21.35163
effektAnalys(VitaHusen, "dMEAN_VS1.effekt", "d")
## Etapp I Etapp II Etapp III
## (Intercept) 438.14902 404.61476 391.9732
## dMEAN_UTE.GT1 -18.68367 -18.46922 -24.7410
Beräknad effekt utifrån mätt effekt för värmesystem och varmvatten.
1
39. effektAnalys(VitaHusen, "dMEAN_FC.effekt..ber.", "d")
## Etapp I Etapp II Etapp III
## (Intercept) 556.38426 525.19596 512.42467
## dMEAN_UTE.GT1 -18.91361 -18.50829 -25.34964
Vimpeln 20
Effektsignaturer för värmesystemet exklusive varmvatten.
effektAnalys(Vimpeln, "hMEAN_VS1.effekt", "h")
## Etapp I Etapp II Etapp III
## (Intercept) 122.111014 97.631320 104.319774
## hMEAN_UTE.GT1 -5.032691 -4.850114 -4.598996
effektAnalys(Vimpeln, "dMEAN_VS1.effekt", "d")
## Etapp I Etapp II Etapp III
## (Intercept) 121.850818 98.094548 103.569314
## dMEAN_UTE.GT1 -5.068828 -5.071438 -6.115148
Beräknad effekt utifrån mätt effekt för värmesystem och varmvatten.
effektAnalys(Vimpeln, "dMEAN_FC.effekt..ber.", "d")
## Etapp I Etapp II Etapp III
## (Intercept) 157.535726 133.276036 137.932951
## dMEAN_UTE.GT1 -4.979838 -5.015832 -5.918143
2
40. Grafisk effektsignatur
200
300
400
−10 −5 0 5 10
Utetemperatur
TotaleffektFC
Fas
Etapp I
Etapp II
Etapp III
Domartornet
300
400
500
600
700
800
−10 −5 0 5
Utetemperatur
TotaleffektFC
Fas
Etapp I
Etapp II
Etapp III
Vita Husen
3
41. 150
200
−15 −10 −5 0 5
Utetemperatur
TotaleffektFC
Fas
Etapp I
Etapp II
Etapp III
Vimpeln 20
Nedanstående graf visar uppmätta timmedelvärden för utomhustemperaturen under Vita Husens
primiterings-fas sorterat efter timme på dygnet. Här framgår tydligt hur de lägsta temperaturerna endast
inträffat kvälls- och nattetid då ingen varmvattentappning sker och därigenom ger en skenbart sämre
prestanda med vridning av effektkurvan medurs. Rimligtvis minskar denna avvikelse då en hel säsong tas
i beaktan.
−5
0
5
10
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Tid på dygnet
Utetemperatur
Vita Husen
4
42. Bilaga 2 - Primitering
Lånad effekt från värmesystemet har räknats ut för varje timme baserat på differensen mellan beräknat
effektbehov och faktiskt levererad effekt. Genom att summera dessa har lånad energi för perioden kunnat
räknas fram. Denna har sedan räknats om till en ekvivalent medeleffektsänkning.
Vita Husen
vh <- subset(VitaHusen, Fas == "Etapp III")
dt <- max(vh$Tid) - min(vh$Tid)
Q_vh <- sum(vh$effektlån)
Q_dygn <- Q_vh / as.numeric(dt)
Qp <- Q_dygn / 24
Under Etapp III har 24443 kWh lånats av värmesystemet vilket i medeltal motsvarar 399 kWh/dygn och
17 kW i medeleffekt över perioden 2016-02-10 00:59:59 – 2016-04-11 07:59:59.
vh_hcoef <- coef(lm(hMEAN_FC.effekt..ber. ~ hMEAN_UTE.GT1, VitaHusen))
vh_dcoef <- coef(lm(dMEAN_FC.effekt..ber. ~ dMEAN_UTE.GT1, VitaHusen))
Effekt vid -14 °C baserat på timmedelvärde: 840 kW.
Effekt vid -14 °C baserat på dygnsmedelvärde: 875 kW.
Domartornet
DT <- subset(Domartornet, Fas == "Etapp III")
dt <- max(DT$Tid) - min(DT$Tid)
Q_dt_DT <- sum(DT$effektlån)
Q_dygn_dt <- Q_dt_DT / as.numeric(dt)
Qp_dt <- Q_dygn_dt / 24
Under Etapp III har 2132 kWh lånats av värmesystemet vilket i medeltal motsvarar 68 kWh/dygn och 3
kW i medeleffekt över perioden 2016-03-08 00:59:59 – 2016-04-08 07:59:59.
Vimpeln 20
Vp <- subset(Vimpeln, Fas == "Etapp III")
dt <- max(Vp$Tid) - min(Vp$Tid)
Q_dt_Vp <- sum(Vp$effektlån)
Q_dygn_Vp <- Q_dt_Vp / as.numeric(dt)
Qp_Vp <- Q_dygn_Vp / 24
Under Etapp III har 1373 kWh lånats av värmesystemet vilket i medeltal motsvarar 52 kWh/dygn och 2
kW i medeleffekt över perioden 2016-02-10 00:59:59 – 2016-03-07 07:59:59.
5
44. Bilaga 3 - Rumstemperaturpåverkan
Genom att studera rumstemperaturen som låddiagram för de olika drivfallen kan konstateras att ingen
negativ inverkan har skett. Lådan i diagrammet beskriver omfånget från 25:e till 75:e percentilen, dvs 50
% av tiden befinner sig temperaturen inom lådans intervall. Utlöparna visar minsta och högsta mätta
värde, dock högst 1,5 gånger lådans intervall. Mätpunkter utanför räknas som utliggare och markeras
med en punkt. Röd linje markerar önskad rumstemperatur.
Etapp II och III visar på en mer stabil och samlad rumstemperatur med undantag för Domartornet som
fick en uppskjuten Etapp III pga tekniska problem med en returtemperaturgivare. Detta resulterade i
förhållandevis fler soliga dagar som bidrog till större spridning av rumstemperaturen.
21.0
21.5
Etapp I Etapp II Etapp III
Fas
Rumstemperatur
Domartornet
7
46. Bilaga 4 - Sammanställning
En sammanställning av grafer för de olika fastigheterna som visar de viktigaste effekterna av respektive
styrstrategi. Mätdata insamlade utanför de olika testfaserna är klassificerade som NA.
• Etapp I - Kurvstyrning
• Etapp II - Effektstyrning
• Etapp III - Effektstyrning med varmvattenprioritering
De fyra graferna för varje fastighet visar:
1. Jämförelse av effektsignatur beräknat på timmedelvärde (röd) mot dygnsmedelvärde (gul)
2. Rumsmedeltemperatur timme för timme
3. Effektsignatur per styrstrategi
4. Effektlån som funktion av tid
Vita Husen
Etapp I Etapp II
Etapp III NA
250
500
750
250
500
750
−10 0 10 −10 0 10
Utetemperatur
EffektFCBeräknat
VitaHusen
200
400
600
800
−10 0 10
Utetemperatur
TotaleffektFC
Fas
Etapp I
Etapp II
Etapp III
Vita Husen
21.2
21.6
22.0
feb mar apr
Tid
Rumsmedeltemperatur
Fas
Etapp I
Etapp II
Etapp III
Vita Husen
0
50
100
150
feb 15 mar 01 mar 15 apr 01
Tid
Effektlån
Vita Husen effektlån
9
47. Domartornet
Etapp I Etapp II
Etapp III NA
0
200
400
0
200
400
−10 0 10 −10 0 10
Utetemperatur
EffektFCmätt
Domartornet
0
100
200
300
400
500
−10 0 10
Utetemperatur
TotaleffektFC
Fas
Etapp I
Etapp II
Etapp III
Domartornet
21.0
21.5
feb mar apr
Tid
Rumsmedeltemperatur
Fas
Etapp I
Etapp II
Etapp III
Domartornet
0
10
20
30
40
50
mar 07 mar 14 mar 21 mar 28 apr 04
Tid
Effektlån
Domartornet effektlån
Vimpeln 20
Etapp I Etapp II
Etapp III NA
0
100
200
0
100
200
−10 0 10 −10 0 10
Utetemperatur
EffektFCBeräknat
Vimpeln 20
100
150
200
250
−10 0
Utetemperatur
TotaleffektFC
Fas
Etapp I
Etapp II
Etapp III
Vimpeln 20
21.6
22.0
22.4
22.8
jan 15 feb 01feb 15mar 01
Tid
Rumsmedeltemperatur
Fas
Etapp I
Etapp II
Etapp III
Vimpeln 20
0
5
10
feb 15 feb 22 feb 29 mar 07
Tid
Effektlån
Vimpeln 20 effektlån
10
48. Pinnmon
Etapp I NA
50
100
−10 0 10 −10 0 10
Utetemperatur
EffektFCBeräknat
Pinnmon
60
80
100
120
−10 −5 0 5
Utetemperatur
TotaleffektFC
Fas
Etapp I
Pinnmon
21
22
23
24
jan 15 feb 01 feb 15 mar 01
Tid
Rumsmedeltemperatur
Fas
Etapp I
Pinnmon
11
