header-pattern-bg

Lågtempererad fjärrvärme hållbar lösning på framtidens värmebehov

I sin nyligen publicerade avhandling vidareutvecklar Helge Averfalk konceptet fjärde generationens fjärrvärme – ett begrepp myntat av professor Sven Werner redan år 2008 och en av de framgångar som har bidragit till att Högskolan i Halmstad ligger i täten för den europeiska fjärrvärmeforskningen.

Att låta fjärrvärmenätet hålla en lägre temperatur kan ge en rad olika fördelar, främst vid värmeproduktion, men även då värmen levereras till kunden.

 

Helge Averfalk, universitetslektor i energiteknik

Helge Averfalk disputerade vid Lunds universitet men är verksam vid Högskolan i Halmstad. Hans forskning handlar om lågtempererad fjärrvärme, det vill säga fjärrvärmeproduktion och fjärrvärmeleveranser där lägre temperaturer används än vad som i dag är standard.

– Att låta fjärrvärmenätet hålla en lägre temperatur kan ge en rad olika fördelar, främst vid värmeproduktion, men även då värmen levereras till kunden. Lägre temperatur kan till exempel leda till mindre värmeförlust, säger Helge Averfalk och förklarar:

– I dagens konventionella fjärrvärmesystem används två rör – ett rör där det varma vattnet skickas ut till kunden och ett där det avkylda vattnet returneras till fjärrvärmeverket. Hos kunden finns vanligtvis en värmeväxlare som överför värmen från vattnet i fjärrvärmesystemet till det vatten som finns i byggnadens system. I många delar av fjärrvärmesystemet är funktionen fullgod, men tyvärr finns det en rad olika problem med det nuvarande systemet. Ofta är temperaturen på det vatten som returneras till fjärrvärmeverket högre än nödvändigt, vilket påverkar hela systemets funktion negativt, och kan i förlängningen leda till högre kostnader för kunden.

Porträtt av man. Foto

Helge Averfalk disputerade vid Lunds universitet men är verksam vid Högskolan i Halmstad.

Tre rör bättre än två

Det finns flera möjliga orsaker till att returvattnet håller högre temperatur än önskvärt. En av de vanligaste anledningarna är att vattnet inte kyls ned tillräckligt mycket hos kunden. Detta är extra vanligt under årets varmare månader, då behovet av värme inte är lika stort.

– För att det alltid ska finnas varmt vatten hos kunden måste varmvatten cirkulera i systemet. Det betyder att vattnet värms upp i fjärrvärmeverket, matas ut till kunden och återcirkuleras utan att värmen används. Det här händer huvudsakligen på sommaren. Genom att lägga till ett tredje rör i systemet är det möjligt att separera cirkulationsflödet från returflödet. Då kan systemet i stället cirkulera varmt vatten i nätet utan att blanda det med avkylt vatten, vilket medger lägre systemtemperaturer och därmed bättre systemfunktion, säger Helge Averfalk.

Lägenhetscentraler och större värmeöverförande yta – två sätt att sänka temperaturen

I flerbostadshus som värms upp av fjärrvärme finns det traditionellt en fjärrvärmecentral centralt i byggnaden, där värme överförs till husets ledningar.

– Min forskning indikerar att byte av gemensamma fjärrvärmecentraler till individuella lägenhetscentraler potentiellt medger lägre temperaturkrav från systemet genom att flerbostadshusens system för varmvattencirkulation kan byggas bort. Med de tre föreslagna förändringarna, tre rör, lägenhetscentraler och större värmeöverförande yta, visar min forskning att den genomsnittliga årsmedeltemperaturen i fjärrvärmenätet kan sänkas med upp till tio grader, berättar Helge Averfalk, och fortsätter:

– Temperaturerna i dagens fjärrvärmesystem regleras indirekt av Boverkets byggregler genom temperaturkrav på tappvarmvatten med anledning av risken för tillväxt av legionellabakterier. Tappvarmvatten som innehåller sådana bakterier kan orsaka legionärssjuka, en svår form av lunginflammation. För bakterietillväxt krävs rätt temperatur, stillastående volymer, tid samt tillgång till näring. Ett sätt att undvika bakterietillväxt är att undvika temperaturintervallet för tillväxt, ett kriterium som uppfylls med varmvattencirkulation. Om systemet i stället utformas med lägenhetscentraler kan tappvarmvattnet beredas momentant i nära anslutning till tappstället. På så sätt undviks stora volymer i systemet och tiden minimeras, och risken för tillväxt av legionella minimeras. På sikt är det tänkbart att byggreglerna formuleras med lägre temperaturkrav då risken för legionella kan byggas bort med lägenhetscentraler.

Information om avhandlingen

Avhandlingens titel: Low-temperature District Heating: Various Aspects of Fourth-generation Systemslänk till annan webbplats

Avhandlingen lades fram vid Lunds universitet den 11 december 2019.

Ett annat sätt att sänka temperaturerna i fjärrvärmenätet är genom att öka storleken på den värmeöverförande ytan i värmeväxlaren. Det finns i dag en viss praxis för hur stora de ytor som överför värmen mellan fjärrvärmenätet och bostaden ska vara, men Helge Averfalk menar att det finns vinster med göra dem större:

– Genom att använda större värmeöverförande ytor i värmeväxlarna går det att pressa ihop temperaturskillnaden mellan de två flöden som går in i växlarna. När temperaturskillnaden mellan det varma vattnet som kommer från fjärrvärmenätet och det avkylda vattnet som kommer från bostadens system är mindre, kan varmvattnet hålla en lägre temperatur utan att det påverkar temperaturen i kundens bostad eller på hens varmvatten.

Stora outnyttjade värmeresurser

Genom att sänka temperaturen i fjärrvärmenätet förbättras möjligheterna att utnyttja andra värmekällor än de traditionella. Värmetillförsel sker traditionellt genom förbränning, i Sverige oftast av biobränsle eller avfall. I bränslet finns vatten som kokas bort då det eldas, och på det sättet genereras energirik vattenånga som följer med rökgaserna ut ur skorstenen. Genom att kyla ner rökgaserna kondenseras ångan och värmen kan tas omhand i fjärrvärmeproduktionen. Processen kallas för rökgaskondensering.

– Genom rökgaskondensering kan en del värme som annars går förlorad i form av förångat vatten återvinnas. När det vatten som återvänder till fjärrvärmeverket håller lägre temperatur kan värmeåtervinning från rökgaskondensering bli ännu mer effektiv, och då ökar också lönsamheten, säger Helge Averfalk.

Att verka sida vid sida med en legendar

Det var i mötet med professor Sven Werner som Helge Averfalks intresse för fjärrvärme väcktes.

– Jag var student på Högskolans energiingenjörsprogram (i dag Ingenjör i hållbar energi, reds. anm.) mellan år 2009 och år 2012, och då läste jag en kurs i fjärrvärmeteknik för Sven Werner. Det var då som jag fick upp ögonen för fjärrvärmen. I dag är jag kursansvarig för kursen i fjärrvärmeteknik, och från årsskiftet är jag också programansvarig för Ingenjör i hållbar energi, säger Helge Averfalk.

Under Helge Averfalks avhandlingsarbete var Sven Werner huvudhandledare. Sven Werner utsågs till professor i energiteknik vid Högskolan i Halmstad år 2009 och har arbetat hela sitt professionella liv med fjärrvärme. Han är ett välkänt och aktat namn inom forskningsområdet och ligger bakom många av de innovationer som utgör dagens fjärrvärmesystem.

– Många av de tankar och idéer som min forskning bygger på har väckts i samtal med Sven. Vi har haft ett nära samarbete som har varit väldigt givande, säger Helge Averfalk.

Lägre temperaturer öppnar också upp för att använda andra sorters värme, till exempel restvärme från industrier, köpcentrum och tunnelbanestationer. Restvärmen håller ofta för låg temperatur för att kunna användas i dagens fjärrvärmesystem.

– Det finns otaliga exempel på restvärme som går till spillo på grund av att den håller för låg temperatur. Om vi sänker temperaturen i fjärrvärmenäten hade vi kunnat råda bot på det. Att ta vara på restvärme är både kostnadseffektivt och samhällsnyttigt. Värmen kostar i princip ingenting, och det krävs ingen extra energi för att värma upp våra byggnader. På det sättet kan koldioxidutsläppen minimeras och kunderna kan erbjudas billig uppvärmning, säger Helge Averfalk och fortsätter:

– En annan outnyttjad värmekälla är geotermisk värme. I marken finns gott om varmt vatten, men ofta håller det för låg temperatur för att vara användbart i dagens fjärrvärmenät. Också här kan lågtempererad fjärrvärme vara lösningen. Genom att konstruera ett system som är anpassat för lägre temperaturer får vi tillgång till stora mängder värme.

Jag har arbetat med det här i ganska många år nu, men jag har fortfarande många frågor som jag vill ha svar på.

 

Helge Averfalk, universitetslektor i energiteknik

Ranagård i Halmstad – bostadsområde och testbädd

Helge Averfalks trerörssystem för lågtempererad fjärrvärme kommer att implementeras i delar av den nya stadsdelen Ranagård i de västra delarna av Halmstad. Helge Averfalk arbetar i projektet tillsammans med universitetslektor Heidi Norrström, Halmstad Energi och Miljö (HEM) och Malmö universitet. Högskolan i Halmstad står för två delar av forskningsprojektet: att identifiera och kartlägga hinder som kan uppstå vid införandet av nya tekniska lösningar, samt att kvalitetssäkra den nya fjärrvärmetekniken för att se till att den verkligen implementeras fullt ut.

– Det händer mycket spännande just nu. Utöver Ranagård har vi flera andra projekt på gång, både på EU-nivå och nationellt. I framtiden hoppas jag på att kunna fortsätta vara en del av utvecklingen mot lågtemperaturnät. Jag har arbetat med det här i ganska många år nu, men jag har fortfarande många frågor som jag vill ha svar på, avslutar Helge Averfalk.

Text: CHRISTA AMNELL
Bild: iSTOCK och MAGNUS KARLSSON