Projekt 12449 – Avslutat Energieffektiva lågtemperatursystem i byggnader - Etapp 2
Fördjupningsmaterial
Slutrapport
Sammanfattning
Forskning vid KTH. Projektet avser arbete fram till doktorsexamen.
Europeiska unionen planerar att kraftigt minska energiförbrukningen under de närmaste decennierna. Målet är att skapa hållbara samhällen som på nära sikt blir energineutrala. För att bidra till att uppnå detta utmanande mål föreslås här effektiva värmesystem (rumsvärmare) tillsammans med värmepumpar.
Huvudsyftet med forskningen och detta arbete var att förbättra termiska effektiviteten hos vattenburna rumsvärmare. Målet var att förbättra den befintliga värmöverföringen i rumsvärmarna så att lägre framledingstemperaturer kan användas. Detta resulterar i förbättrad värmefaktorn hos värmepumpar och även i minskat utsläpp av växthusgaser. Syftet var även att undersöka hur mycket framledningstemperaturen kunde sänkas utan att minska den upplevda termiska komforten.
Både numeriska och analytiska beräkningar har används i arbetet. Beräkningar och simuleringar har visat att det är fullt möjligt att täcka värmeförluster från byggnader med föreslagna lågtemperatursystem. Vidare framgår att föreslagna lågtemperatursystem kan avge samma värmeeffekt som konventionella radiatorsystem, men vid en betydligt lägre framledningstemperatur. Följaktligen blir värmefaktorn högre i motsvarande grad hos värmepumparna i föreslagna system. Studier har även visat att termiska komforten är god trots lägre framledningstemperaturer. För att undvika eventuella dragproblem i rum föreslås att förvärmd tilluft riktas mot kalla glasytor. Detta neutraliserar effektivt eventuella dragproblem. Resultat som presenteras i detta arbete belyser tydligt vikten av påtvingad konvektion och höga temperaturgradienter vid värmeöverföring. Stora insatser i detta arbete har därför lagts på att hitta metoder för att effektivt utnyttja detta. Resultaten visar att värmeavgivningen från radiatorer avsevärt förbättras genom en väl genomtänkt forcering av tilluften över radiatorytor. Det visas också att det är fullt möjligt att kombinera befintliga radiatorsystemen med effektiva luftvärmare. En betydlig sänkning av framledningstemperaturen kan även åstadkommas i denna kombination utan att värmeavgivningen från systemen minskar. Man kan av detta dra slutsatsen att termiska verkningsgraden avsevärt förbättras genom att använda förslagen lågtemperaturteknik jämfört med befintliga värmesystem. Slutligen kan man också konstatera att en bredare användning av föreslagna värmesystemen i vårt samhälle skulle minska värmeförluster i fjärrvärmenät, förbättra värmefaktorn hos värmepumpar och därmed sannolikt också minska koldioxidutsläppen.
Inom ramen för projektet har även en licentiatuppsats framlagts. Syftet med licentiatuppsatsen var att utvärdera nya byggnader med lågtempererade värmesystem utifrån energiförbrukning och termisk komfort samt att diskutera energibesparingar och inomhusluftens kvalitet. Resultaten visar att undersökta byggnader med låg framledningstemperatur till rumsvärmare klarar svenska energikrav enligt BBR (Boverkets byggregler) och ger god termisk komfort. Genom att införa variabelt ventilationsflöde istället för konstant flöde, det vill säga minska ventilationsluften från 0,35 l/s till 0,10 l/s per kvadratmeter under 10 timmar, erhölls upp till 23 % energibesparing för uppvärmning av ventilationsluft . Däremot var inomhusluftens kvalitet då inte helt godtagbar då koncentrationen av VOC (flyktiga organiska ämnen) var något över acceptabel nivå under cirka en timme. För att skapa acceptabel luftkvalitet inomhus under dygnets alla timmar minskades därför lågflödesperioden (0,10 l/s per kvadratmeter) till 8 timmar och lades till den period de boende i huvudsak befann sig utanför bostaden (kontorstid). Detta gav 20 % i energibesparing för uppvärmning av ventilationsluft. Resultaten från denna studie ligger i linje med Europeiska unionens 20-20-20 mål att öka energieffektiviteten i byggnader med 20 % till år 2020.
Slutredovisningen utgörs av (1) doktorsavhandlingen "Technical solutions for low-temperature heat emission in buildings", Adnan Ploskic, KTH, (34 sidor och 6 vetenskapliga artiklar) och (2) licentiatuppsatsen "Energy and Indoor Environment in New Buildings with Low-Temperature Heating System", Arefeh Hesaraki, KTH (21 sidor och 5 vetenskapliga artiklar).
Europeiska unionen planerar att kraftigt minska energiförbrukningen under de närmaste decennierna. Målet är att skapa hållbara samhällen som på nära sikt blir energineutrala. För att bidra till att uppnå detta utmanande mål föreslås här effektiva värmesystem (rumsvärmare) tillsammans med värmepumpar.
Huvudsyftet med forskningen och detta arbete var att förbättra termiska effektiviteten hos vattenburna rumsvärmare. Målet var att förbättra den befintliga värmöverföringen i rumsvärmarna så att lägre framledingstemperaturer kan användas. Detta resulterar i förbättrad värmefaktorn hos värmepumpar och även i minskat utsläpp av växthusgaser. Syftet var även att undersöka hur mycket framledningstemperaturen kunde sänkas utan att minska den upplevda termiska komforten.
Både numeriska och analytiska beräkningar har används i arbetet. Beräkningar och simuleringar har visat att det är fullt möjligt att täcka värmeförluster från byggnader med föreslagna lågtemperatursystem. Vidare framgår att föreslagna lågtemperatursystem kan avge samma värmeeffekt som konventionella radiatorsystem, men vid en betydligt lägre framledningstemperatur. Följaktligen blir värmefaktorn högre i motsvarande grad hos värmepumparna i föreslagna system. Studier har även visat att termiska komforten är god trots lägre framledningstemperaturer. För att undvika eventuella dragproblem i rum föreslås att förvärmd tilluft riktas mot kalla glasytor. Detta neutraliserar effektivt eventuella dragproblem. Resultat som presenteras i detta arbete belyser tydligt vikten av påtvingad konvektion och höga temperaturgradienter vid värmeöverföring. Stora insatser i detta arbete har därför lagts på att hitta metoder för att effektivt utnyttja detta. Resultaten visar att värmeavgivningen från radiatorer avsevärt förbättras genom en väl genomtänkt forcering av tilluften över radiatorytor. Det visas också att det är fullt möjligt att kombinera befintliga radiatorsystemen med effektiva luftvärmare. En betydlig sänkning av framledningstemperaturen kan även åstadkommas i denna kombination utan att värmeavgivningen från systemen minskar. Man kan av detta dra slutsatsen att termiska verkningsgraden avsevärt förbättras genom att använda förslagen lågtemperaturteknik jämfört med befintliga värmesystem. Slutligen kan man också konstatera att en bredare användning av föreslagna värmesystemen i vårt samhälle skulle minska värmeförluster i fjärrvärmenät, förbättra värmefaktorn hos värmepumpar och därmed sannolikt också minska koldioxidutsläppen.
Inom ramen för projektet har även en licentiatuppsats framlagts. Syftet med licentiatuppsatsen var att utvärdera nya byggnader med lågtempererade värmesystem utifrån energiförbrukning och termisk komfort samt att diskutera energibesparingar och inomhusluftens kvalitet. Resultaten visar att undersökta byggnader med låg framledningstemperatur till rumsvärmare klarar svenska energikrav enligt BBR (Boverkets byggregler) och ger god termisk komfort. Genom att införa variabelt ventilationsflöde istället för konstant flöde, det vill säga minska ventilationsluften från 0,35 l/s till 0,10 l/s per kvadratmeter under 10 timmar, erhölls upp till 23 % energibesparing för uppvärmning av ventilationsluft . Däremot var inomhusluftens kvalitet då inte helt godtagbar då koncentrationen av VOC (flyktiga organiska ämnen) var något över acceptabel nivå under cirka en timme. För att skapa acceptabel luftkvalitet inomhus under dygnets alla timmar minskades därför lågflödesperioden (0,10 l/s per kvadratmeter) till 8 timmar och lades till den period de boende i huvudsak befann sig utanför bostaden (kontorstid). Detta gav 20 % i energibesparing för uppvärmning av ventilationsluft. Resultaten från denna studie ligger i linje med Europeiska unionens 20-20-20 mål att öka energieffektiviteten i byggnader med 20 % till år 2020.
Slutredovisningen utgörs av (1) doktorsavhandlingen "Technical solutions for low-temperature heat emission in buildings", Adnan Ploskic, KTH, (34 sidor och 6 vetenskapliga artiklar) och (2) licentiatuppsatsen "Energy and Indoor Environment in New Buildings with Low-Temperature Heating System", Arefeh Hesaraki, KTH (21 sidor och 5 vetenskapliga artiklar).
Projektansvarig
- NCC Construction Sverige AB
Projektledare
- Sture Holmberg sture.holmberg@byv.kth.se