Det här verket har digitaliserats vid Göteborgs universitetsbibliotek och är fritt att använda. Alla tryckta texter är OCR-tolkade till maskinläsbar text. Det betyder att du kan söka och kopiera texten från dokumentet. Vissa äldre dokument med dåligt tryck kan vara svåra att OCR-tolka korrekt vilket medför att den OCR-tolkade texten kan innehålla fel och därför bör man visuellt jämföra med verkets bilder för att avgöra vad som är riktigt. Th is work has been digitized at Gothenburg University Library and is free to use. All printed texts have been OCR-processed and converted to machine readable text. Th is means that you can search and copy text from the document. Some early printed books are hard to OCR-process correctly and the text may contain errors, so one should always visually compare it with the ima- ges to determine what is correct. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 C M Rapport R119:1979 Flexibelt ackumulator­ system för vattenburen värme vid småhus Hilding Brosenius twniska wirreN ^ONtN 'SÄ Byggforskningen R119 :1979 FLEXIBELT ACKUMULATORSYSTEM FÖR VATTENBUREN VÄRME VID SMÅHUS Hilding Brosenius Denna rapport hänför sig till forskningsanslag 750491-6 från Statens råd för byggnadsforskning till institutionen för byggnadsekonomi och byggnadsorganisation, KTH, Stockholm. I Byggforskningsrådets rapportserie redovisar forskaren sitt anslagsprojekt. Publiceringen innebär inte att rådet tagit ställning till åsikter, slutsatser och resultat. R119 :1979 ISBN 91-540-3110-9 Statens råd för byggnadsforskning LiberTryck Stockholm 1979 957233 INNEHÅLL Al ALLMÄNNA SYNPUNKTER ..................... A2 "AKA"-SYSTEMET - AUTOMATIKSTYRT KONVER- TIBLELT ACKUMULATORSYSTEM ... T ... . A3 KAN EN "AKA-INSTALLATION" LÖNA SIG? . . . A4 TEKNISK DETALJBESKRIVNING AV AKA-SYSTEMET A5 AKA-SYSTEMETETS FUNKTION VID OLJEELDNING Föruppvärmning av pannan.............. Återuppladdning av ackumulatorn ........ Avkylning av värmepannan ............ .. A6 AKA-SYSTEMETS FUNKTION VID VEDELDNING . . A7 AKA-SYSTEMETS FUNKTION VID ANDRA TYPER AV FASTA BRÄNSLEN ....................... A8 AKA-SYSTEMETS FUNKTION VID EL-UPPVÄRMNING A9 AKA-SYSTEMETS FUNKTION VID SOLVÄRME­ UPPVÄRMNING ........................... A10 AKA-SYSTEMETS FUNKTION VID EVENTUELLA FEL All MÄTUTRUSTNING FÖR AKA-SYSTEMET I PROV­ HUS E.L.................................. Al2 MÄTRESULTAT FÖR AKA-SYSTEMET FRÅN PROVHUS Al3 DETALJREDOVISNING AV AKA-SYSTEMETS VERK­ NINGSGRAD ENLIGT PROVNINGAR I PROVHUSET a) Värmepannans energiinnehåll vid olika temperaturer ....................... b) Ackumulatorns energiinnehåll vid olika temperaturer ....................... c) Värmepannans egenförluster som funktion av temperatur och tid ! ........ d) Ackumulatorns egenförluster som funktion av temperatur och tid .............. e) Oljepannans resp. AKA-systemets verk­ ningsgrad ........................... Al4 AKA-SYSTEMETS EKONOMI. JÄMFÖRELSE MED ANDRA VÄRMESYSTEM ........ . , 5 15 18 24 27 30 31 33 35 37 37 39 41 42 49 56 57 64 70 74 77 85 5Flexibelt ackumulatorsystem för vattenburen värme vid småhus A_ 12__A1 lmänna_synpunkter I Sverige finns f.n. i runt tal 1.300.000 småhus, av vilka fortfarande närmare 900.000 hus uppvärmes med någon form av oljeeldning och ca 400.0(T0 hus med elvärme, i regel enligt system s.k. direktverkande elvärme. Nybyggda småhus har under senare år - med nedan angivna undantag - till stör­ sta delen försetts med system för direkt elvärme. Här föreliggande rapport avser en teknisk och ekonomisk redovisning för fullskaleprovningar av ett uppvärmningssystem för småhus, som avses att med hög verkningsgrad kunna tillämpas för både oljevärme, elvärme, vedeldningsvärme, solvärme och andra värmeformer. En meningsfull sådan redovisning är dock inte möjlig utan att först relativt ingående behandla bakgrun­ den till det enligt rapporten utvecklade värmesystemet. Mycket kort uttryckt kan dennä bakgrund sammanfattas så här: Författaren har sedan länge ansett det vara olyckligt och alltför riskfullt inför en svårbedömbar framtid att "lägga alla ägg i en korg", i det här fallet att utföra de flesta småhus med ett enbart för elvärmeenergi användbart värmesystem, direkt elvärme. Att man i vissa avseenden i hög grad varit på väg mot en utveckling enligt sistnämnda tendens kan illustreras av att i Stockholmsområdet år 1975-76 utfördes omkring 95 I av ny­ byggda småhus med system direkt elvärme. Författaren har därför sedan länge ätgumenterat för att småhusen i stället borde förses med ett möjligast flexibelt värmesystem, användbart för olika energiformer. I mycket koncentrerad form kan det väsentligaste i denna argumentering återges från en sammanfattning i tidskriften Byggmästaren 1970 nr 10 av författarens Byggforskningsrapport R 32/1970, "Energival vid småhusuppvärmning", varur må citeras: "Författaren hävdar bl.a. den uppfattningen att permanent- bebodda småhus bör utbyggas för ett flexibelt värmesystem med 6vattenburen värme som kan drivas både med elenergi och med andra energiformer." .... "Enligt en huvudtes i original­ skriften bör de (värmeanläggningarna) emellertid anordnas så att de av trygghetsskäl möjliggör uppvärmning också med andra energiformer, t.ex. olja, gas, fasta bränslen eller t.o.m. fjärrvärme, med andra ord att de utförts med hög grad av flexibilitet. Detta får dock inte öka nuvarande vare sig installations- eller driftkostnader för värmesystemet". Den "filosofi" som legat bakom dessa synpunkter har också presenterats i nyssnämnda byggforskningsrapport, varur må ytterligare citeras (viss understrykning nedan är dock gjord nu): "Den vid sidan av de relativt höga energikostnaderna allvarligaste nackdelen hos "direkt elvärme" är att detta system för all framtid - försåvitt inte omfattande och dyr­ bara ombyggnader av hela värmesystemet och delar av husstommen äger rum - låser resp. byggnad till en enda energiform och en enda energileverantör. Detta kan innebära riskmoment med hän­ syn till handelsavspärrningar, kraftransoneringar, aggregat- haverier (!:!), ledningsbrott m.m..... Ett flexibelt värme­ system med vattenburen värme, som kan uppvärmas både elektriskt och med andra energiformer, innebär inga jämförliga riskmoment. Tillgången till eldstad med skorsten vid värmeanläggningar för vattenburen värme med lokal förbränning av bränslen äi en tiygg hetsfaktor och har också en del andra fördelar ....". Jämför dock vad ovan sagts om motsvarande kostnader. Den nu åberopade "filosofin" har författaren senare sökt argumentera för i en rad andra artiklar i VVS och andra tidskrifter, ehuru länge utan synliga resultat. Det kan vara motiverat att här återge ännu ett sådant tidskriftscitat för att ytterligare klargöra idébakgrunden till det här rapporte­ rade forsknings- och utvecklingsarbetet. Citatet är hämtat från en artikel med rubriken "Flexibel småhusuppvärmning, ett sätt att spara energi", som är publicerad i septembernumret 1973 av VVS. Artikeln är följaktligen skriven minst ett par månader tidigare, med andra ord kort tid före 1973/74 åis 7"oljekris", och därur må citeras: "Det är framförallt två omständigheter som skapat far­ hågor inför framtiden, nämligen dels allvarliga varningsord om kärnkraftverkens miljörisker, och dels signalerna om pris­ höjningar och leveransnedskärningar från oljestaterna i Mel­ lanöstern" .... "Därför är det särskilt viktigt att småhuset redan från början får ett värmesystem som kan anpassas till den framtida utvecklingen under husets livslängd .... En lös­ ning förefaller vara att ge småhuset en "flexibel" uppvärm- ningsform ...." Det visade sig emellertid vid angiven tidpunkt (1973) vara ganska hopplöst att argumentera för ett ur framtida trygg- hetssynpunkt säkrare värmesystem, ett "flexibelt system", och den enbart för el användbara direkta elvärmen fortsatte minst tre år till sitt "segertåg" i både nybyggda och åtskilliga befintliga småhus. Det var först kring slutet av 1976 som mera genomgripande ändringar av praxis för värmesystem började göra sig gällande. Det framgår emellertid också av ovan citerade formu­ leringar, att författaren inte argumenterat mot elvärme som sådan - tvärtom inledes byggforskningsrapporten med konsta­ terandet "Framställningen i denna rapport utgår som en av­ görande förutsättning från att elektrisk uppvärmning av perma- nentbebodda småhus av vissa storleksklasser utgör ett helt nödvändigt alternativ, om särskilt de framtida energiproblemen överhuvudtaget skall kunna nöjaktigt lösas". Det är alltså inte gentemot elvärmen som sådan utan endast mot den ensidiga direktverkande elvärmen som den nyssnämnda "filosofin" riktar sig . Det kanske också bör framhållas att "filosofin” inte avsett att inrikta arbetet på undersökningar av och jämförelser mellan befintliga tekniska system. Den har i stället uttryckligen in­ riktats på att söka finna nya tekniska lösningar, som i möjligas­ te mån undviker de kända systemens nackdelar - eller åtminstone en del av dem. 8Däremot skall här medges, att författaren i sin BFR-rapport från 1970 givit uttryck för en viss skepticism betr. utbyggnaden av kärnkraften. I rapporten påpekas exempelvis att en del färska erfarenhetssiffror från USA "indikerar en avsevärd stegring av kärnkraftkostnaderna under senare tid”. I ett annat sammanhang betonas den osäkerhet som en någorlunda erfaren konstruktör all­ tid känner gentemot både kostnader och funktioner hos otillräck­ ligt prövade nya system: "Överraskningar är emellertid inte ute­ slutna, och det kan vara svårt att idag i alla avseenden förutse utvecklingen under så långa tider framåt, som motsvarar livs­ längden för husbyggnader och i dem anordnade uppvärmningssystem". Härav dras en slutsats, som kursiverats i 1970 års rapport: "Nu nämnda förhållanden understryker ytterligare angelägenheten ur konsumentens synpunkt av att utforma uppvärmningssystem så, att de utan ändringar eller ombyggnader kan på ett ekonomiskt sätt utnyttja olika,respektive under varje tidsperiod mest eko­ nomiska energiformer". Denna slutsats har varit i hög grad styrande för utform­ ningen av det värmesystem, som kommer att behandlas i denna rapport. I en del kretsar, där man länge ansett direkt elvärme försörjd med kärnkraft vara den självklara lösningen på små­ husens uppvärmningssystem, uppfattades helt naturligt den här citerade slutsatsen som uttryck för bristande förståelse för modern teknik. Den ganska återhållna skepticism gentemot kärn­ kraftens pålitlighet, som jag gav uttryck för redan i min BFR- rapport från 1970, har dock gång på gång accentuerats av olika skeenden. Ett sådant skeende, som fått en oväntad belysning av dags­ aktuella händelser när detta skrives (slutet av mars 1979), var den stora konferens betr. kärnkraftens säkerhet, som för några år sedan anordnades av Vattenfall med närvaro av olika inter­ nationella experter, bl.a. upphovsmannen själv till den kändas.k. Rasmussenrapporten. Enligt denna rapport, som vid konferensen 9åberopades med påtaglig vördnad och respekt, var sannolikheten för en större kärnkraftolycka otroligt liten; tyvärr har jag när detta skrives inte - som jag borde - tillgång till exakta siff­ ror, men enligt min minnesbild ansågs sannolikheten ifråga unge­ fär vara av storleksordningen en på miljonen under 1000 reaktor­ år. Oavsett vilken den riktiga siffran vore förundrade jag mig vid denna konferens mest över att både Rasmussen-rapporten och de som talade vid konferensen med sådan påtaglig grad av "själv­ säkerhet" ansåg sig kunna bedöma sannolikheterna av en olycka, när man i själva verket av naturliga skäl hade ringa statistiskt underlag för sina sannolikhetsbedömningar. Ändå har, såvitt jag som lekman på området uppfattat frågan, Rasmussen-rapporten länge för "kärnkraftsetablissemanget" fungerat som ett slags bibel i vad avser kärnkraftsäkerhet. Nu har det visat sig att en högst betydelsefull osäkerhetsfaktor vid reaktordrift inte alls på förhand analyserats och sålunda inte heller kunnat be­ aktas i Rasmussen-rapporten! "Överraskningar är emellertid inte uteslutna" skrev jag i min BFR-rapport från 1970. En sådan över­ raskning har tydligen nu inträffat. Den här omnämnda skepticismen gentemot förhandsvis dock alltid svårbedömbara frågor har emellertid inte inneburit något bestämt ställningstagande som sådant mot kärnkraftens tillämp­ ning. I stället var det den allmänna kännedomen redan på 1960- talet om oljetillgångarnas framtida knapphet, som initierade författarens intresse för sökande av lösningar för uppvärm- ningsanordningar vid småhus, som inte var beroende av en enda energiform. Om oljan "tar slut" är det ju nämligen svårt att inom rimlig framtid kunna finna andra realistiska ersättningar för oljeenergin än just kärnkraften. Men USA-olyckan förefaller extra skrämmande eftersom den inträffade vid ett alldeles nytt kraftverk. Man frågar sig vad som kan hända om några år när korrosionen hunnit försvaga ingående komponenter? Betydelsefullt för valet av uppvärmningsformer är emeller­ tid, att olyckans konsekvenser ökar kärnkraftens och därmed el­ energins kostnader. Författarens argumentering för ett flexibelt system för vattenburen värme väckte emellertid på sin tid - för att använda ett betydande understatement - avsevärt missnöje från ledande företrädare för direkt elvärme, framfört både i tidskrifts- 10 artiklar och på annat sätt. Det kan förefalla omotiverat att här erinra om detta, men i själva verket har motståndet från inflytelserika kretsar mot vattenburen värme, inbegripet vattenburen elvärme, utomordentligt kraftigt försenat både ut­ vecklingen av det värmesystem som omfattas av denna rapport och en mera allmän tillämpning av vattenburen individuell värme vid småhus. Inte minst har kostnadsrelationerna presen­ terats på sådant sätt, att vattenburen värme av byggarna upp­ fattats som ointressant. Denna inställning har varit rådande under en ganska lång följd av år, men det anmärkningsvärda är att relativt nyligen en markant omsvängning synes ha ägt rum. Detta framgår bl.a. av en intressant artikel i tidskriften WS-Forum nr 1 1979, där en undersökning gjorts av de större trähusfabrikernas val av uppvärmningssystem för nybyggda småhus. Denna undersöknings resultat framgår av följande citat ur tidskriftsartikeln: "Den direktverkande elvärmen har minskat kraftigt de två senaste åren i de nybyggda småhusen .... Främsta skälet till att andelen direktelvärmda småhus gått ner kraftigt torde vara att småhusfabrikanterna - men även konsumenterna - har lyssnat till argumenten för vattenburen värme. Denna förändring inne­ bär dock inte att elvärmen har försvunnit. Tvärtom tycks den väl hålla sin andel i de förtillverkade småhusen.... Vad som hänt är att man i mycket stor utsträckning övergått från direktverkande till vattenburen elvärme (elpanna)." De här återgivna undersökningsresultaten framstår som högst intressanta om man jämför dem med tendenserna bara ett par år tidigare. Då dominerade den direkta elvärmen i stora områden nästan totalt. Det förefaller som början till den radikala om­ svängningen från direktverkande till vattenburen elvärme på allvar började göra sig gällande fr.o.m. hösten 1976 - - dessförinnan hade nämligen de främsta företrädarna för direkt elvärme ett dominerande inflytande på åsiktsbildningen i denna speciella fråga och därmed också på valet av uppvärmningssystem. Undersökningsresultaten ifråga är emellertid intressanta även ur en annan synpunkt. Ett av de väsentligaste argumenten 11 för vattenburen värme är trygghetssynpunkten; vattenburen värme kan nämligen i motsats till direkt elvärme användas för distri­ bution av alla energiformer. En slutsats av den citerade under sökningen är emellertid att man ur trygghetssynpunkt hittills endast gått halvvägs. Ett värmesystem av typ vattenburen el­ värme med en elpanna som enda värmekälla är vid strömavbrott precis lika otryggt som system direkt elvärme - brytes ström­ tillförseln fungerar vattenburen elvärme lika litet som direkt elvärme. Skillnaden är dock den, att den vattenburna elvärmen - om tiden så medger - någorlunda enkelt låter sig kompletteras med anordningar för uppvärmning med andra energiformer. Vid hus med direkt elvärme är detta inte möjligt utan en genomgripande ombyggnad av hela värmesystemet - och därmed i regel också för­ enade stora ingrepp i själva byggnadsstommen. Enligt författarens mening har trygghetsfrågans betydelse alltför länge betänkligt underskattats. Man har i stort sett baserat sitt handlande på tesen "hittills har ju allt gatt bra . Men kommer det alltid att "gå bra"? En - låt vara geogra­ fiskt begränsad - påminnelse om de svårigheter som en enbart på elvärme baserad värmeförsörjning vid småhus kan vålla har årets snövinter i Skåne lämnat. Betydligt allvarligare konsekvenser kan det bli genom bortfall av centrala anläggningar av typ kärnkraftverk, fjärr­ värmeverk o.d. Vi är visserligen vana vid att hittills inga allvarligare störningar i sådana avseenden ägt rum, men anlägg­ ningarna ifråga är onekligen både känsliga och lockande mål för framtida sabotage- och terroraktioner i fredstid och krigshand­ lingar i krigstid. Kärnkraftanläggningarna representerar härvid­ lag en ny typ av "terroristmål", om vilka man hittills har otill­ räcklig erfarenhet. De av allt att döma mycket små tekniska riskerna vid kärnkraften vållar ju f.n. världsomfattande be­ tänkligheter - sabotage- och terroristhandlingar mot kraft- och fjärrvärmeverk förefaller i nutiden kunna vara betydligt sanno­ likare' änkärnkrafto lyckor. (Detta skrevs dock före kärnkraft­ olyckan i USA kring 1 april 1978.) 12 Konsekvenserna av en längre tids bortfall av större centrala anläggningar, som svarar för en hel bygds uppvärm­ ning, kan ju egentligen bli ganska skrämmande. Om ett sådant bortfall inträffar under en vinterperiod liknande den under vintern 1978/79 kan det bli mycket svårt att klara sönderfrys- ning av vattenförande ledningar m.m. i tusentals småhus, som endast uppvärmes via centralt producerad värme och som inte har reservanordningar för uppvärmningen. För att nu inte tala om problemen betr. själva boendeklimatet i Nu har vi hittills inte haft egentliga erfarenheter av energibortfall av nu antydd art och man har väl därför också hittills varit benägen att bortse från risken från dylika händelser. Detta hindrar dock inte att de kan inträffa i framtiden. De "bakgrundssynpunkter", som härovan anförts, har som redan antytts varit styrande för utvecklingen av det uppvärm- ningssystem som avses i denna rapport, men de utgör också en förklaring till att det dröjt så länge med utvecklingen av detta system. I själva verket har lång tid förflutit innan för prak­ tisk provning av systemet lämpat småhus stått till förfogande. Först våren 1975 öppnade sig en mera begränsad möjlighet för fullskaleprovning av det här aktuella systemet genom att en av mina elever vid KTH, som utfört examensarbete under min led­ ning inom ämnesområdet, numera civilingenjören Erik Lundström, doktorandstuderande vid institutionen för byggnadsekonomi och byggnadsorganisation vid KTH, 1975 skulle börja uppföra ett småhus som egen bostad. Han hade i samband med examensarbetet fattat intresse för det "flexibla värmesystemet". Huset ifråga har - till största delen av Erik Lundström själv - byggts under åren 1976-78 . Det av Erik Lundström uppförda småhuset, fig. 1 a-b, i fortsättningen benämt "Provhus E.L.", har ur en rad synpunkter visat sig mycket lämpligt för här aktuella provningar. Inte minst viktigt har dock varit Erik Lundströms positiva intresse att underkasta både sig själv och sin familj de obestridliga besvär - och också ett tekniskt och ekonomiskt personligt risktagande - 13 Fig. 1 a-b. Exteriör av egnahemsbyggnad för civilingenjör Erik Lund­ ström. Byggnaden har fungerat som provhus för värmesystemet enligt föreliggande rapport. Fig. la Exteriör från entrésidan, lb från gårdssidan. 14 FORRAD 1 © FORRAD 2 n D °n n u HOBBY/GARAGE cj -TQ KLÄDK. 1 c. Källarplan för Erik Lundströms egnahemsbyggnad och tillika provhus för föreliggande värmesystem. Fri takhöjd i garage och bredvidliggande pann­ rum 3,50 meter. 1. Ackumulator 2. 01jevärmepanna 3. Elpanna 4. Oljetank 15 som installerandet i hans småhus av ett annorlunda värmesystem och en omfattande provningsverksamhet betr. detta skulle inne­ bära. I själva verket har erfarenheterna under den gångna tiden visat, att genomförda mycket varierande provningar skulle ha varit praktiskt taget helt omöjliga att genomföra om de måst utföras i ett av "vanliga" småhusägare bebott småhus. Provningarna har nu ytterligare underlättats av att ingenjör Lundström i sin egenskap av tekniker själv kunnat ut­ föra de behövliga mätningarna i "provhuset" och att han anskaf­ fat kompletterande och delvis avancerad mätutrustning (främst genom lån från olika KTH-institutioner), och därjämte på basis av provningsresultaten bidragit med många betydelsefulla upp­ slag för systemets ytterligare utveckling och förbättring. Erik Lundström har också genomfört den ingående analys av provningsresultaten och de omfattande beräkningar, som le­ gat till grund för avsnittet om systemets verkningsgrad i mom. A 13 av rapporten. A_2 . __"AKA'_'gsys temet"_g_Automatiks tyr t_Konver tibelt_Acku- mulatorsystem. De härovan angivna bakgrunds- tankegångarna har resulte­ rat i ett uppvärmningssystem, som t.v. givits arbetsnamnet "AKA-systemet" efter initialerna i en karaktäriserande benäm­ ning. I denna anger "Automatikstyrt" att systemets speciella energibesparande anordningar styrs automatiskt av ett enkelt elektriskt styrsystem. "Ackumulatorsystem" anger självfallet att en ackumulator är en väsentlig del av systemet. Benämning­ en "Konvertibelt" vill markera att ett väsentligt syfte med sy­ stemet har varit att utforma ett uppvärmningssystem för småhus, som utan egentliga ändringar är förmånligt anpassbart för alla tänkbara energiformer: olja, el, gas, kol, ved, solvärme, vind­ energi, värmeväxlarvärme från fjärrvärme, värmepumpvärme m.m. I en så svårbedömbar energi-framtid som den nuvarande har sådan flexibilitet ansetts särskilt angelägen och ur trygghetssynpunkt värdefull. Att här valts benämningen "Konvertibelt" i stället för det i svenskt språkbruk kanske vanligare "Flexibelt" beror på att den förra benämningen bättre överensstämmer med. det 16 internationellt mera gångbara "convertible". Benämningen "AKA-systemet" har därför ansetts som ett kortfattat men rätt väl karaktäriserande arbetsnamn på systemet och kommer därför fortsättningsvis att ofta användas. Eftersom en förståelig beskrivning av AKA-systemets detaljfunktion tyvärr måste bli ganska omfattande och därför rätt svåröverskådlig - beskrivningen blir betydligt mera kompli­ cerad än den faktiska funktionen - skall här först ges en kort­ fattad översikt över systemets viktigaste principer. En sådan har redan omnämnts: Värmesystemet skall vara an­ vändbart för värmeproduktion med alla normalt förekommande energiformer. Detta får i och för sig inte betyda att man i värmealstringsanläggningen ansamlar ett flertal olika aggregat, som vart och ett kan användas för viss energiform. Ett själv­ klart krav på värmeanläggningen måste nämligen vara att dess användbarhet för olika energiformer icke på ett oekonomiskt sätt ökar investeringskostnaderna. För att uppfylla nu nämnda krav utgörs den centrala en­ heten, "hjärtat”, i värmesystemet av en välisolerad vatten­ ackumulator om lämpligen ca 1000 liters volym, som kan upp­ värmas via de flesta förekommande energiformer och vars energi­ innehåll i sin tur distribueras till ett vattenradiatorsystem eller användes för uppvärmning av husets varmvattenberedare. Till denna ackumulator är i normalfallet ansluten en i övrigt enkelt utformad konventionell värmepanna, som kan vär­ mas med oljeeldning eller med ved eller med andra fasta bräns­ len. Till ackumulatorn kan också anslutas en ev. framtida sol­ värmeanläggning, och ackumulatorn kan också uppvärmas elektriskt med hjälp av i densamma anbragta elektriska insatspatroner. T.o.m. vindkraftenergi kan användas som tillskottsenergi via elpatroner för lågspänd ström. Eftersom ackumulatorn är mycket välisolerad och saknar anslutning till skorsten e.d. är den värmeenergi, som i någon form tillförts ackumulatorn, väl skyd­ dad från onyttiga förluster, varför tillnärmelsevis all till- förd energi kan nyttiggöras för uppvärmning av radiatorcirku- lationsvatten och varmvattenberedning. Dock avger den välisolerade ackumulatorbehållaren viss transmissionsvärme, men dessa värmeförluster kan i regel ut­ nyttjas som nyttig "basvärme", om ackumulatorn är placerad i uppvärmt utrymme. Eftersom ackumulatorn är både ljudlös, lukt­ lös och brandfri kan den nämligen placeras även i exempelvis bostadsutrymmen. Det är också karakteristiskt för föreliggande system att ackumulatorn är med en för flera skilda ändamål an­ vändbar cirkulationspump jämte ledningar förbunden med värme­ panna eller ev. solvärmesystem. Ackumulatorn kan därför pla­ ceras på visst avstånd från nämnda värmealstrare. Ackumulatorn kan vidare enligt AKA-systemet kompletteras med vissa i och för sig icke obligatoriska specialanordningar, som möjliggör särskilt hög verkningsgrad vid olje- eller fast- bränsleeldning. (Några av dessa anordningar ha patentsökts i bl.a. Sverige, USA och Canada - i USA ha dessa ansökningar f.ö. redan lett till godkända patent). Principen för den viktigaste av dessa specialanordningar kan sägas vara, att värmepannan hålles vid hög temperatur endast under de förhållandevis kort­ variga perioder, då ackumulatorn uppladdas med hett vatten, ca o-is ganger sa ’ men att värmepannan under de i genomsnitt/långa stillestånds- perioderna däremellan genom ett enkelt helautomatiskt för­ farande hålles vid låg temperatur obetydligt över rumstempera­ turen. Härigenom minskas de vid konventionella värmepannor ganska betydande onyttiga värmeförlusterna under de långvariga lågsäsongsperioder (vår, sommar, höst) då pannans nyttiga värmeproduktion är låg men panntemperaturen ändå måste hållas relativt hög. Detta minskar AKA-systemetes onyttiga värmeförluster. Sådana förluster minskas också vid oljeeldning genom att olje- brännaren enligt AKA-systemet vid uppladdning av ackumulatorn arbetar i långa, sammanhängande perioder utan de upprepade stopp och starter, som är karakteristiska för konventionella oljeeldningssystem. Den sammanlagda effekten av nu nämnda åt­ gärder, som kommer att beskrivas mera i detalj i det följande, 17 2 - L8 blir särskilt hög verkningsgrad både vid oljeeldning och fastbränsleeldning. AKA-systemet kan i första hand anses avsett för moderni­ sering eller konvertering av redan befintliga småhus med indi­ viduella oljeeldningssystem. F.n. finns omkring 900 000 sådana småhus i Sverige, och den husgruppen är därför den ojämförligt största och mest energi- och oljeslukande småhusgruppen. Vid ungefär 1/20 av dessa hus måste årligen befintliga oljepannor ersättas av nya anläggningar av något slag. Samtliga dessa hus har redan system för vattenburen värme. Detta utesluter inte att system för vattenburen värme och därmed ev. också AKA- systemet kan vara lämpliga även vid nybyggda småhus. A_ 3_.__Kan_en_ "AKA; ins tal la tion” _löna_ sig ?_-_En_över sikt. Installerandet av en ackumulator betyder i regel en in- vesteringsmerkostnad relativt ett värmesystem utan ackumulatorn. För att ackumulatorinstallationen skall löna sig måste den allt­ så medföra lägre driftkostnader eller andra fördelar eller bå­ dadera. I det följande skall några olika tillämpningsfall för AKA-systemet diskuteras. 1) Ett befintligt ("gammalt'') på konventionellt sätt olje- eldat småhus med måttlig isoleringsgrad antas förbruka 25 000 kWh/år för uppvärmning och varmvatten. Man vill inför en osäker energi-framtid öka värmesystemets flexibilitet och väljer att komplettera befintlig oljepanna med en 1000-liters ackumulator. Hur ändrar detta det befintliga värmesystemets årskostnader? Installationen av en sådan ackumulator inklusive s.k. AKA-tillsats antas kosta totalt 7 000:- kr, vilket vid en annuitet av 10 % (motsvarar 8 l ränta och 20 års amortering) ger en tillkommande årskostnad av 700:- kr/år. Genom instal­ lationen antas årsmedelverkningsgraden öka från 65 till 85 %. Detta motsvarar att årlig oljeförbrukning ändras från ca 3,8 •7 ’ _ 3 • till 2,9 irr/år, motsvarande en årlig besparing av 0,9 m /år. 3 Oljepriset antas idag (lågt räknat!) till 800:- kr/m men ökas genom inflation och prishöjningar med, säg, 7 I per år. 19 Man finner med dessa förutsättningar att medelpriset under en första 10-årsperiod då blir ca 1100:- kr/m3 eller för 0,9 m3 990:- kr/år. Denna besparing skall jämföras med ovannämnda in- vesteringsmerkostnad 700:- kr/år (som vid fasta lån blir o- förändrad i antal kronor räknat under hela amorteringsperioden). Installationen av ackumulatorn går alltså med angivna an­ taganden väl "ihop" redan under första 10-årsperioden. Under en andra 10-årsperiod (ackumulatorn har ungefär samma livslängd som ett radiatorsystem eller minst 30 år) blir med samma infla­ tions- eller prisökningsfaktor den eventuellt fortfarande till­ gängliga oljans medelpris för besparingsvolymen 0,9 m3/år = 2.170:- kr/år, vilket fortfarande skall jämföras med investe- ringsannuiteten 700:- kr/år. Man kan också omräkna ovanstående till jämn "siffermäs­ sig ekonomisk balans" mellan investering och oljebesparing. Man finner då under i övrigt oförändrade antaganden, att under en första 10-årsperiod "ekonomisk balans" erhålles vid en be­ spar ingsprocent genom ackumulatorn av 15 %. Eftersom verknings­ graden vid tillgång till en sådan kan väl beläggas ligga vid ca 85 % betyder 15 % besparing att en konventionell oljeeld- ningsanläggning utan ackumulator har en normal årsmedelverk- ningsgrad av 85 - 15 = ca 70 % . Tillgängliga uppgifter tyder dock på att detta är en ganska hög verkningsgrad för ordinära oljeeldningssys tem - som extremexempel kan erinras om att före­ trädare för "direkt elvärme" ofta i debatten åberopat den s.k. Ekerö-undersökningen om 160 hus, där årsmedelverkningsgraden för oljeeldade småhus angetts till 53 I, (se bl.a. VVS 12/1974). Nu behövs emellertid egentligen inte alls "ekonomisk ba­ lans" enligt ovanstående beräkning för att det skall vara för­ månligt att installera en ackumulator. Det finns en hel rad fak­ torer som därutöver verkar i för en ackumulatorinstallation för­ månlig riktning. En (mindre) sådan är att vid serietillverkning här antagna installationskostnad för en AKA-ackumulator i dagsläget troli­ gen kan avsevärt nedbringas. En annan är att i den ekonomiska balansen ej medräknats 20 de minskade servicekostnaderna och den längre livslängd för en oljebrännare som är en följd av den helt annorlunda brännar- funktionen vid användning av en AKA-ackumulator. I sistnämnda fall startar (tänder) en oljebrännare ungefär 1000 gånger per år medan den vid en konventionell panna startar 10-20.000 gång­ er per år. I genomsnitt motsvarar denna faktor en sannolik besparing genom AKA-ackumulatorn av storleksordningen 200. kr/år. En tredje faktor är att inflation och prisstegring på så­ väl eldningsolja som annan energi förmodligen kommer att bli ge­ nomsnittligt större än här antagna 7 % per år. Rent allmänt gäl­ ler ju av dessa skäl. att en investering ,som minskar framtida årskostnader, blir lönsammare för varje ar. Den ojämförligt viktigaste effekten av installationen av en AKA-ackumulator ligger dock på ett annat plan: ökad flexibi­ litet och ökad uppvärmningstrygghet. Det är mycket troligt att i en framtid en väsentlig del av uppvärmningen av våra småhus måste tillgodoses med fastbran- sleeldning (ved eller, som för några decennier sedan, koks). Som närmare belyses i efterföljande mom. À 6 möjliggör till gången till en AKA-ackumulator - förutom förbättrad verknings­ grad - högst väsentligt ökad bekvämlighet vid manuell eldning jämfört med eldning i konventionella värmepannor. Här kan näm­ nas, att förf. i en särskild utredning (dec. 1973) studerat vedenergins kostnader vid sådan eldning som blir aktuell vid ett ackumulatorsystem, och att mycket pekar på att nämnda kost­ nader pr kWh räknat blir avsevärt lägre än nuvarande oljepriser, Det är också troligt att solenergi i betydande utsträck­ ning snart måste tillvaratas som bidrag till husuppvärmning. En av de dyraste komponenterna vid solvärmesystem, som hittills brukat åberopas som en väsentlig förklaring till solväimens hittillsvarande bristande ekonomiska konkurrenskraft, är lag- ringsanordningen. Denna finns vid tillgång till en ackumulator i vad avser korttidslagring redan tillgänglig. Om uppvärmnings- behovet under sommarhalvåret tillgodoses med solvärme och under vinterhalvåret med ved- eller koksvärme (som också är en form 21 av lagrad solenergi), kan i vissa fall både olja och elenergi väsentligen undvaras. Även vid elvärme innebär tillgången till en ackumulator ekonomiska fördelar. Elvärme, som via elektriska insatselement (elpatroner) tillförts ackumulatorns vattenmassa, är där effek­ tivt skyddade från onyttiga värmeförluster genom skorstensdrag, och värmen kan helt komma huset tillgodo. Dessutom möjliggör vid tillgång till billigare nattkraft en ackumulator en bety­ dande magasinering av sådan billigare elenergi. Ett intressant sätt att i föreliggande fall (vid ursprung ligen oljeeldade småhus) utnyttja en ackumulator är vidare att driva värmeanläggningen med olika energiformer under olika peri oder. Nära tillhands ligger att driva anläggningen med elvärme under sommarhalvåret inklusive viss vår- och tidig höstp'eriod, då belastningen på elkraftproduktionen är begränsad. Ett bety­ dande problem vid ren elvärme är ju att tillgodose det starkt ökade effektbehovet under den relativt korta högvintern, då bå­ de elproduktionsapparat och ledningssystem är kortvarigt hårt belastade. Vid ren elvärme kan sådana kortvariga perioder med höga effektkrav på ett ogynnsamt sätt dimensionera särskilt lo­ kala distributionsledningssystem, som då under resten av året bli oekonomiskt utnyttjade - för att inte tala om dyrbara för­ stärkningar av befintliga nät när belastningen ökar genom nya tillskott av elvärme. Vid tillgång till en AKA-ackumulator kan i sådana fall den bekväma elvärmen användas under större delen av året, medan ved/koks-eldning (eller vid tillgång till olja oljeeldning) tillgripes under en kortvarig högeffektperiod. Genom den ökade bekvämlighet vid fastbränsleeldning, som tillgången till ett ackumulatorsystem erbjuder, kan manuell eldning göras mera att­ raktiv om den i första hand begränsas till nu nämnda reiativt korta perioder, samtidigt som elvärmen avlastas vid topplast. 2) Ett annat betydelsefullt tillämpningsfall represente­ ras av i inledningen till denna rapport nämnda nybyggda småhus, som f.n. i stor utsträckning förses med vattenburen värme men med elpanna som enda värmeproduktionsapparat. Författaren har 22 i samma inledning påpekat, att ur trygghetssynpunkt är nästan lika olyckligt att förse en större del av det nybyggda småhus­ beståndet med enbart med elpanna uppvärmda hus som det vore att förse det med enbart system direktverkande elvärme. Enligt här framlagt förslag bör nybyggda småhus - som i genomsnitt kan förväntas förbruka en betydligt mindre kvantitet uppvärmningsenergi än befintliga "gamla" småhus - i stället för elpanna (om ca 150 liter) förses med en ackumulator om ca 1000 liter. En sådan ackumulator kan betraktas som en förstorad elpan­ na - ackumulatorn innehåller nämligen i stort sett samma kompo­ nenter som en elpanna. Den ökade volymen vållar marginella mer­ kostnader, här antagna till 1000:- kr per enhet. Ur trygghetssynpunkt kompletteras emellertid ackumulatorn med en i första hand enbart för fastbränsleeldning utrustad kon­ ventionell värmepanna. Inklusive "AKA-tillsats", rökrör och in­ stallation samt volymökningen för elpannan antas merkostnaden för nu nämnda anläggning relativt enbart elpanna till 7.000:- kr, vilket vid 10 % annuitet ger en årlig merkostnad på investerings­ sidan av 700:- kr/år. Nu antas att värmepannan under den kallaste tiden under ca två månader eldas med fastbränsle, närmast ved. Här antas en­ ligt förut i denna rapport omnämnd utredning, att vedvärmen drar en kostnad av 7,5 öre/kWh. Då har hänsyn ej tagits till att i många fall kan användas lokalt vedavfall, diverse träavfall !ïum., som reducerar kostnaden för den direkt inköpta veden. För elenergin räknas med dagtaxan för elvärme i Stockholms­ området, f.n. inkl. fast avgift ca 20 öre/kWh. För den närmaste 10-årsperioden räknas liksom i tillämpningsfallet 1) att samtli­ ga energipriser på grund av inflation och prisökningar ökas med 7 \ per år. Man finner med dessa antaganden att vedenergin i medeltal under 10-årsperioden då skulle kosta 1,38 x 7,5 = 10,35 öre/kWh och elenergin 27,6 öre/kWh, differens sålunda 17,2 öre/kWh. För ett energisnålt nybyggt småhus antas totala årliga värmeenergiförbrukningen till 15.000 kWh. Enligt tillgängliga tabellverk förbrukas härav under de två månaderna Dec-Jan. för 23 både uppvärmning och varmvattenberedning i medeltal ca 27 % av årsförbrukningen eller 0,27 x 15.000 = 4050 kWh. Med angivna kWh-priser och differensen 17,2 öre/kWh mel­ lan dessa motsvarar detta kostnadsskillnaden 4.050 x 0,172 = = 697:- kr/år. Osäkra faktorer är här både den antagna infla- tionsprocenten av 7 % och vedprisets utveckling (se därom mera författarens utredning "Några reflexioner om vedbränsle", Dec. 1973) såväl som elprisets utveckling, men rimliga förut­ sättningar visar dock rent kostnadsmässigt, att investeringen av en fastbränslepanna i huvudsak kan intjänas genom lägre energikostnader under förutsättning att man accepterar manuell eldning under två "högeffektmånader". Enligt en i annat sammanhang redovisad anordning kan värme­ pannan anordnas så, att vid vedeldning erhålles en "braseffekt", som trevnadsmässigt torde kunna försvara det ökade manuella arbetet med vedeldning (som vid tillgång till ackumulator i hög grad underlättande skiljer sig från eldning av konventionell panna). "Braseffekten" innebär bl.a. från bostad synliga eldningsflammor. Fördelarna av angiven kombination relativt enbart elpanna är emellertid påtagliga: För konsumenten: Värmetrygghet även om både olja och elenergi faller bort. För elproducenten: Av­ lastning av toppeffektkrav under de två månader, då övriga krav på produktion och distribution av elkraft är som störst. I vissa fall kan naturligtvis också, när värmepanna finnes, komplettering ske till att också omfatta oljeeldning, men för nybyggnader ökar då investeringarna ofta över det ekonomiskt optimala. För distributionen av vattenburen värme till husets olika utrymmen vid bortfall av elkraft har utvecklats ett särskilt del­ vis patentsökt reservsystem, som beskrives i annat sammanhang. 24 A4. Teknisk detaljbeskrivning_av_AKA-systernet. I det följande redovisas utförandet av ackumulatorsyste­ met sådant det hittills utvecklats vid provanläggningen i "Provhus E.L." I fig. 2 är 1 en i stort sett konventionell olje- eller bränsleeldad värmepanna och 2 en ackumulator i form av en större välisolerad plåttank, vid Provhus E.L. med volymen 1030 liter. Tanken är försedd med en 12 cm tjock mineralullsisolering runtom. Ackumulatorn innehåller upptill en konventionell varm­ vattenberedare 20 (av förråds- eller genomströmningstyp, vid Provhus E.L. av den senare typen), och ackumulatorn matar också ett i stort sett konventionellt vattenradiatorsystem via hetvattenuttaget 15, shuntventilen 16, cirkulationspumpen 17 och radia torsystemet 18. Det nedkylda returvattnet från radiatorsy stemet återföres vid 19 till botten av ackumulatorn. Panna och ackumulator är förbundna med ett antal ledning­ ar, som något skiljer sig från konventionella systems. Konventio­ nellt brukar bottnarna i panna och med denna samverkande acku­ mulator vara förbundna med en ledning, och topparna vara för­ bundna med en annan ledning. Vid ackumulatorns uppladdning enligt sistnämnda system strömmar härvid kallare vatten från ackumulatorbotten till pannbotten, där det uppvärmes i pannan, varefter det upphettade vattnet från panntoppen återföres till toppen av ackumulatorn. Nackdelen med denna anordning är att den icke väl lämpar sig för oljeeldning emedan pannans eldstadsytor alltför mycket kyles av det tillförda kallare ackumulator-botten- vattnet. Därvid riskeras korroderande kondens av de svavelhal- tiga oljeeldningsgas erna mot de relativt kalla eldstadsytorna med åtföljande minskad livslängd för pannan. Enligt den i fig- 2 visade principen undvikes dessa risker. Returvattnet från ackumulatorn till värmepannan uttages dels från en ledning 5, som utgår från en punkt 5a ett stycke ovanför acku­ mulatorbotten., dels från en ledning 6, som utgår vid 6a från toppen av ackumulatorn. Det kallare bottenvattnet från ledningen 5 blandas i en automatisk och termiskt styrd blandningsventi1 7 med det hetare vatten som finns kvar i ackumulator toppen och som 25 JÏJ, JZ 2.6 sep* , v-^ 26 uttas därifrån genom ledningen 6. Blandningsventilen 7 är av den typ, som numera allmänt användes för automatisk reglering av uttagstemperaturen hos förbrukningsvarmvatten, t.ex. för att undvika skållningsrisk. En sådan ventil är trots automatiken (som styres termiskt) dels anmärkningsvärt prisbillig (kostar i dagsläget ca 65:-kr) och dels kan ventilen på en skala inställas för viss önskad blandningstemperatur, t.ex. 60°C. Detta förutsätter dock att ledningarna 5 och 6 matar blandningsventilen med vatten av resp. lägre och högre temperatur än den inställda blandningstempera- turen, ett villkor som normalt är uppfyllt här. Genom nu beskrivet förfarande tillföres värmepannan vid pågående ackumulatoruppladdning via uttagsledningarna 5 och 6, blandningsventilen 7 och "samlings-ledningen” 3a-3 matarvatten från ackumulatorn, som å ena sidan är tillräckligt hett för att undvika korroderande kondens av oljeeldningsgaserna mot eldstads- ytorna, men å andra sidan ändå ger temperaturutrymme i pannan för ackumulatorns uppladdning. Genom att den undre uttags ledningen 5 utgår från en punkt 5a ovanför ackumulatorbotten bildas på nivån under ledningen 5 en tillsvidare isolerad (separerad) "bottenficka” 24, vars vat­ teninnehåll inte deltar i under ackumulatoruppladdningen pågåen­ de vattencirkulation mellan panna och ackumulator. Denna botten­ ficka kan nämligen inte avtappas - dräncras - genom den från fickans överkant utgående ledningen 5. Bottenfickan 24 fylles under dygnets lopp successivt med det kallare returvattnet från husets radiatorsystem 18. Detta kallare vatten i bottenfickan blandar sig - på grund av olikheten i densitet mellan kallare och varmare vatten - ej med det hetare vattnet ovanför. Som senare skall visas utnyttjas detta kallare vatten i bottenfickan för att mellan ackumulatorns uppladdningsperioder kyla ner värmepan­ nan. Detta kallare vatten blir genom fickans avskildhet från upp- laddningscirkulationen panna-ackumulator kallare än om sådan "ficka" saknades. Emellertid är bottenfickan 24 också försedd skilt vattenuttag 9, som utgår direkt från botten av ackumulatorn. Genom sistnämnda uttag kan också med ett sär- av fickan och bottenfickan 27 avtappas förutsatt att uttagsledningen 9 är öppen. Nu är både bottenledningen 9 och de i en gemensam ledning 3 a förenade ledningarna 5 och 6 vardera försedda med en auto­ matiskt öppnings- eller stängbar ventil 22 resp. 21, lämpligen i form av magnetventiler. Här bör inskjutas, att både ledning­ arna 9 och 3a normalt kan utföras som ganska klena ledningar, vanligen 15 mm, varför magnetventilerna kan utföras som ganska prisbilliga ventiler. Magnetventilerna ifråga öppnas resp. stängs under styrning av termostater i ackumulator och värmepan­ na via en kopplingskrets med reläer, varom mera nedan. Vattencirkulationen mellan panna och ackumulator åstadkom­ mes med hjälp av en cirkulationspump 8. I ett särskilt förmån­ ligt utförande kan pumpen drivas av en trefas-motor och cirkula- tionsriktningen automatiskt omkastas genom byte mellan två fa­ ser under styrning av ett relä. Pumpen kan dock också utföras som en vanlig enfas villapump. Utöver systemets nu beskrivna "basutrustning" förses med ett antal för systemet specifika komplet , .. el- t.ex. solvarmesystem, eluppvärmning,7värmning fran snurra", förvärmesanordning kombinerad med "ekonomi varmvattenberedningen m.m. Dessa kompletteringar be re i ett senare sammanhang. A_5_. _AKA;systemets_funktion vid oljeeldning. I första hand kommer nedan att beskrivas systemets till- 1ämpning vid oljevärmesystem, speciellt anpassad till befintli­ ga ("gamla"] småhus med konventionella vattenradiatorsystem, vid vilka en ackumulator ersätter konventionella varmvattenberedare. Vid tillämpningen av AKA-systemet förekommer periodiskt en serie enkla men automatiska operationer, som tillsammans bildar ett slags "cirkelprocess", "heating cycle", som automatiskt uppre­ pas gång på gång. Denna process kan förefalla komplicerad jäm­ fört med konventionell oljeeldning men är i själva verket snara­ re enklare än t.ex. processen vid en automatisk hushållstvättma- skin, där en rad olika åtgärder automatiskt följer på varandra under styrning av en programmerad reläanordning. kan systemet teringar, lokal "vind­ ser" för skrives närma- 28 För att ge en överskådlig framställning av normalförlop­ pet av en sådan "heating cycle" har den grafiskt åskådliggjorts å bifogade Fig. 3 . I figuren har hett vatten betecknats med röd (alt. vertikalstreckad) ytmarkering, kallare vatten med blå (alt vit) och "biandvatten" med rött med inslag av blått, eller, vid ledningar, med både röd och blå 1injemarkering. Se sid. 29 och 25 Vid starten av en "heating cycle" antas att ackumulatortan­ ken i sin helhet är fylld med upphettat vatten, medan samtidigt värmepannan är kall (vid elller nära rumstemperatur), fig. 3 a. Ackumulatorn förutsättes runtom omgiven av kraftigt isolerings- skikt, t.ex. 10 cm mineralull, så att dess isoleringsförluster blir små. Ackumulatorn bör dock dessutom vara placerad i utrymme, som skall förses med viss "basvärme". I nybyggda hus kan det för detta ändamål vara värdefullt om ackumulatorn kan placeras i se­ parat utrymme i bostadsplanet - den kräver en golvyta av ca 1,0 x 1,0 meter. Detta är visserligen mera än för en ordinär elektrisk varmvattenberedare (0,60 x 0,60 meter), men det är ex­ empelvis långt mindre extra golvyta än t.ex. en ordinär invändig tillskottsisolering runt ytterväggarna, som brukar kräva 3-4 m. (varom nera i annat sammanhang). I "gamla" hus med källare - som vanligen själva erfordrar viss basvärme - kan ackumulatorn med fördel placeras i överbli­ vet källarutrymme. (Hur detta lämpligen kan utföras vid källare med trånga til1fartsgängar eller dörrar har behandlats i en sepa­ rat patentskrift, nr 78/04015-1). Den av en ackumulator med 10 cm mineralulisisolering avgivna och i och för sig obetydliga basvärmen kan på detta sätt nyttiggöras för husets behövliga uppvärmning med undantag för den varmaste tiden på sommaren, då basvärmen ifråga måste betraktas som onyttig värme. När vattenradiatorsystemet är igång matas det som förut nämnts med hett vatten från närheten av ackumulator toppen (vid 15), passerar shuntventilen 16 och radiatorsystemet 18, från vilket relativt avkylt returvatten avgår till botten av ackumu­ latorn vid 19. Detta returvatten är normalt alltid kallare och därmed tyngre än det ursprungligen heta ackumulatorvattnet, var­ för det underifrån tränger undan det hetare vattnet i riktning 29 30 uppåt och detta utan nämnvärd blandning mellan det kallare och det hetare vattnet. Teoretiskt kan det sägas, att vid radiator­ systemets returvattenmatning till ackumulatorbotten finns det alltid hett vatten kvar i ackumulatortoppen för matning av radia­ torsystemet (+ viss del till* v.v.-beredaren) ända tills att hela ackumulatorn^ blivit fylld med kallare radiatorcirkulations- vatten (så långt drivs dock inte denna process). Det sker allt­ så en lokal vattencirkulation ack.topp - radiatorsystem - ack.- -botten - ack.topp. Det sista ledet i denna "lokala cirkelpro­ cess" sker dock inte i form av vattenströmning genom en ledning utan genom att en "kallfront" underifrån sakta stiger upp genom ackumulatorn ända tills denna kallfront (ovanför undervarande kal­ lare vatten) når ackumulatorns övre delar. I utgångsläget, fig. 3 a » är alltså ackumulatorn helt fylld med hett vatten (röd, alt. vertikalstreckad markering) medan pan­ nan är kall (blå alt. vit dito). Ackumulatorn utgör nu visst antal timmar framåt husets enda värmekälla, matar ut hett vatten upptill och tar emot kallare nedtill. Det kallare vattnet fyller nedifrån ackumulatorn och avancerar med sin kallfront uppåt. Småningom når denna kallfront en termostat 11, fig- 2, som lämpligep är placerad strax under v.v.-beredaren. Detta betyder att större delen av ackumulatorns hetvatteninnehåll nu är avtap­ pat och att ackumulatorn nu snarast behöver "återuppladdas" med hett vatten. Värmesituationen i detta ögonblick framställes av fig. 2 b. När kallfronten passerar termostaten 11 aktiverar den­ na en elektrisk signal till systemets "manöverenhet" eller "styr­ enhet” (nedan förkortningsvis betecknad StE). Styrenheten består av f.n. fyra elektriska minireläer med förbindande elektriska ledningar, vilka reläer påverkas av syste­ mets aktiverande termostater - i det här fallet av termostaten ll- Styrenhetens reläer är jämte förbindande el-ledningar i Provhus E.L. monterade på en isolerande skärmplatta, som kan skyddas av en skyddslåda av ungefär en cigarrlådas storlek och som förutsättes vid större serieproduktion kunna framställas som s.k. tryckta kretsar + reläer. Föruppvärmning_ §v_värmepannan. Signalen från termostaten 11 i en "heating cycle" position 31 3 b, sätter nu igång en operation, som kan benämnas"föruppvärm­ ning av värmepannan". Pannan är nämligen än så länge kall. Skulle man i det läget starta dess oljebrännare för återuppladd- ning av pannan resp. ackumulatorn, så skulle de svavelhaltiga eldningsgaserna från oljebrännaren kondenseras mot de ännu kal­ la eldstadsväggarna och där enligt känd process vålla korrosion. Detta .bär förhindras om pannans livslängd vid oljeeldning ej skall försämras. (Se dock anm. å sid. 24). Enligt systemet utlöser i detta läge termostaten 11 via resp. relä dels öppnande av magnetventilen 22 i ledning 9, dels omkastar cirkulationsriktningen av pumpen 8 (se därom nedan) som därvid pumpar "kallt" vatten från botten av värmepannan till botten av ackumulatorn. Härvid suges kvarvarande hetvatten i Ackumulatortoppen tillbaka till toppen av värmepannan och fort­ sätter sedan att uppifrån fylla pannan med hett vatten. Det ut­ bildas alltså i värmepannan en "hetvattenfront", som rör sig nedåt i pannan. Vid en pumpkapacitet av t.ex. 20 minutliter och en pannvolym av, säg, 100 liter, har denna hetvattenfront - där het-vattnet ovanför fronten ej har tendens att blanda sig med kallvattnet under fronten - på några minuter, här ca 5 minuter, nått pannbotten. Här avkänns den nu förhöjda temperaturen av ter mostaten 14, som då utlöser en ny signal till styrenheten StE, (ej visad i fig. 2). Hela värmepannan är nu fylld med mer eller mindre hett vat ten med en temperatur, som med god marginal brukar överskrida kondensrisktemperaturen (ca 60°C). Samtidigt har ackumulatorbot­ ten fyllts med det från pannan undanträngda kallvattnet. Efter­ som ackumulatorns volym (ca looo liter) är avsevärt större än pannans, fylles ackumulatorn endast till ringa del med kallvatt­ net från pannan, närmare bestämt till den av pannvolymen bestäm­ da nivån i ackumulatorn, som motsvaras av utloppsledningen 5 och termostaten 12. Dessa är nämligen anordnade på sådan nivå, att ackumulatorns volym nedanför (under) dessa båda anordningar är lika stor som (eller för marginalsäkerhet något större än) hela vattenvolymen i värmepannan. Äteruppladdning av_ackumulatorn. 1 Betta-sTceHe", Tig- IT cVkan nu pannans oljebrännare utan kondensrisk starta och uppvärma pannan. Detta sker genom att sig nalen från termostaten 14 via ett relä i styrenheten StE först 32 kortvarigt stoppar pumpen 8 och sedan kastar om två av pumpmo­ torns tre faser och sålunda vänder på pumpriktningen. Tillika öppnas samtidigt magnetventilen 21 i ledningen 3a och stänges i stället magnetventilen 22 i ledningen 9 samt startas oljebrän- naren 10. Pumpen 8 suger nu, se fig. två vägar, nämligen dels kallare toruttaget 5, dels hetare vatten da vattenkvantiteterna blandas i blandningsventilen 7. Denna kan skala inställas så att den avger mellan de båda ledningarnas 5 oc ningstemperatur till kondenssäkr temperatur tillföres nu pannbott med t. ex. +80°C från panntoppen ningen 4, d.v.s. i detta exempel i pannan. 3 d, vatten från ackumulatorn vatten från det undre ackumula- . från det övre uttaget 6. De bå- den förutnämnda termiskt styrda genom enkel inställning på en biandvatten av önskad temperatur h 6. Normalt väljes denna bland- a ca 60°C. Biandvatten med denna en, uppvärmes i pannan och avgår till ackumulator toppen via led- med 20° temperaturförhöjning Temperaturförhöjningen ifråga regler hos pumpen 8 i relation till brännarkapaci citeten inreglerad till ca 15 minutliter - pumpkapacitet för en villavärmepump - så a temperaturförhöjning effekten 15 x 60 x 2 vilket ungefär motsvarar kapaciteten hos d narna för småhuspannor. Vid pumpkapacitete temperaturhöjning i pannan erhålles samma liter och 20° temperaturhöjning effekten 2 ka styrande kvantiteterna är alltså ganska vanliga värden vid oljeeldningssystem för as av pumpkapaciteten tete n. Anta s pumpkapa- en relativ t li ten vger pannan vid 20° 0 = 18 .000 kcal /tim, e vanligast e ol jebrän- n 20 minutl i ter o-ch 15 effekt; vid 20 minut- 4 .00 0 kca/t im. De oli- väl anpass ade till småhus. o Ackumulatorn tillföres alltså i detta skede uppifrån upp­ hettat vatten från pannan medan ackumulatorns kallare vatten un­ der blandning med toppvatten från ledningen 6 nedifrån suges in i pannan för att där uppvärmas. Resultatet blir att alltmer hett vatten tillföres ackumulatorns övre del och alltmer kallare vatten utsuges från dess undre del. Detta betyder att en "het­ vattenfront" utbildas, denna gång i ackumulatorn, vilken front avancerar nedåt i ackumulatorn. Efter några timmars gångtid på oljebrännaren har hetvatten- 33 fronten uppifrån nått ner till termostaten 12 vid toppen av ©1 3e. "bottenfickan" 24, se fig. 3d.. Ackumulatorvolymen under denna nivå är som förut framhållits minst lika stor som hela vatten­ volymen hos värmepannan. Förstnämnda volym är emellertid allt­ jämt fylld med relativt kallt returvatten från radiatorsys tem­ et, eftersom "hetvattenfronten" endast nått ner till nivån av termostaten 12. ^Y^YiDiD-g_§Y_Y§IÏ}egannan. När "hetvattenfronten" uppifrån når termostaten 12 inträ­ der återigen ett nytt skede i "heating cycle". Termostatens tem­ peratur ändras nu från kallt till varmt, och termostaten utlöser en ny signal till styreneheten StE oçh dess reläsystem. Denna signal inleder ett skede i "heating cycle", vilket kan benämnas "pannans avkylningsskede". På signal från styrenheten stänges nu magnetventilen 21 och dess ledning 3a, medan i stället den andra magnetventilen 22 öppnas. Pumpen 8 påverkas ej utan fortsätter att arbeta med oförändrad pumpningsriktning relativt närmast föregående skede - från ackumulatorbotten till pannbotten, se fig. 3d-e Styrenheten har samtidigt stoppat oljebrännaren 10. Som framgår av fig. 3d-esuger nu pumpen det kallare vatt­ net från ackumulatorns bottenficka 24 och pressar in det till botten av pannan. Det efter ackumulatorns uppladdning kvarvaran­ de hetvattnet i pannan pressas nu uppåt genom ledningen 4 - fort­ farande utan blandning med underifrån inströmmande kallare vat­ ten. Hetvattnet pressas sedan via ledningen 4 in i toppen av ackumulatorn och ersätter volymmässigt det kallare vatten, som sugs ut vid ackumulatorbotten. Detta skede fortgår tills hela värmepannan' underifrån fyllts med kallare vatten från ackumulatorfickan 24. Härvid når den un­ derifrån avancerande "kallfronten" i pannan upp till termostaten 13 och samtidigt har bottenfickan 24 i ackumulatorn tömts på sitt kallvatten och ersatts av uppifrån nedträngande hetvatten. Vid kall frontpassagen av termostat 13 ger termostaten ny signal till styrenheten, som nu stoppar pumpen 8 samt stänger magnetven­ tilen 22, fig. 3 é, (resp. 3 f). Det inses att hela ackumulatorn nu är fylld med hett vatten 3 - L8 34 och hela pannan med kallare vatten samtidigt som bägge magnet- ventilerna 21 och 22 är stängda och pumpen 8 stoppad. Detta be­ tyder i sin tur att systemet nu är exakt tillbaka till utgångs- skedet enligt fig. 3a. En ny "heating cycle" kan nu startas igen lika den här beskrivna och upprepas in infinitum (helt oberoende av dygnets växlingar). Mycket kort uttryckt är effekten av den att värme­ pannan under en större del av året befinner sig nära rumstempe­ ratur och att följaktligen dess värmeförluster reduceras till en obetydlighet - d.v.s. att värmesystemets nyttiga verknings­ grad blir hög och att värmepannan dessutom hela tiden får arbeta under ur korrosionssynpunkt gynnsamma temperaturförhållanden. Hur fungerar nu systemet i praktiken? Erfarenheten från den enligt BFR-anslaget utförda provanläggningen i Provhus E.L. visar att funktionen inte synes innebära några problem. Systemet går automatiskt igenom sina olika skeden lika automatiskt och enkelt som en automatisk tvättmaskin med dess olika program; i själva verket finner man att AKA-systemet och en modern auto­ matisk tvättmaskin har många maskinella likheter. De arbetar bå­ da med magnetventiler som öppnas och stängs under styrning av ett programmerbar t reläsystem, bada använder en cirkulationspump som omväxlande pumpar hett och kallt vatten etc. Det är dock in­ te en sådan tvättmaskin som inspirerat AKA-systemet utan likheten har upptäckts, i efterhand, men likheten har det intresset att man erfarenhetsmässigt vet att automatiska tvättmaskiner finns i hundratusental och att just ingen finner deras verkningssätt särskilt anmärkningsvärt eller osäkert. I själva verket är beskrivningen av AKA-s.ystemet betydligt krångligare än den faktiska funktionen. Analyserar man funktion­ en närmare så finner man att värmesystemet utöver det konventio­ nella radiatorsystemet har tre i egentlig mening rörliga delar, nämligen två magnetventiler och en cirkulationspump. Dessutom förekommer 4 termostater och en elektrisk styrenhet StE med 4 st. reläer. Magnetventilerna är normalt av dimensionen 15 mm, de arbet­ ar utan nämnvärt ensidigt vattentryck och kan därför egentligen 35 utföras enklare än de standardventiler för högre ensidiga tryck, som stått till buds vid provanläggningen. Magnetventiler av denna typ finns i 100.000-tal i olika hushållsapparater och kan betraktas som mycket driftsäkra. Den omkastbara cirkulationspumpen 8 kan möjligen innebära en driftsmässig osäkerhetsfaktor, men även den arbetar med mycket obetydliga tryckdifferenser och i provanläggningen har den hit­ tills fungerat perfekt. (Anm. Emellertid har man på senare år funnit att korrosionsrisken vid oljeeldning mot kall eldstadsyta ej är så allvarlig som man tidigare ansett. Beskriven förvärmning av värmepannan kan i så fall utgå och pumpningen utföras med enbart enkelriktad pump). Styrenheten StE, som består av små kompakta reläer med till­ hörande ledningsförbindningar och som i sin tur påverkas av sy­ stemets termostater, bör kunna utföras praktiskt taget "fool­ proof". Kostnaderna för nu nämnda anordningar, som kommer att detaljredovisas i ett särskilt avsnitt, synes uppgå till en gan­ ska liten del av den energibesparingsvinst som de möjliggör. Men säkerligen kan samtliga dessa anordningar i praktiken förbätt­ ras relativt den "första generationen", som nu är i funktion i provanläggningen i Provhus E.L. A_6.:__AKA;systemets_funktion_vid vedeldning. AKA-systemets bränsle- och energibesparande funktion på sätt ovan beskrivits vid oljeeldning är också tillämplig vid eldning med ved eller andra fasta bränslen ehuru vissa funktions- omställningar nu, måste ske manuellt och då lämpligen i anslut­ ning till den manuellt utförda bränslébeskickningen. Värmepannan bör enligt AKA-systemet självfallet utföras av typ som är användbar för både oljeeldning och eldning med fas­ ta bränslen. En huvudtanke vid AKA-systemet är ju nämligen att med minsta möjliga extra investeringar åstadkomma största möjliga uppvärmningstrygghet i en tid, då den framtida tillgången på oli­ ka energiformer är särskilt svår att förutse. Vid eldning med fasta bränslen är eldning med ved och liknande (träavfall, skogs- avfall, vissa pappersprodukter m.m.) den form av fastbränsleeld- ning, som i normalfallet ligger närmast tillhands. 36 Vedeldning behöver dock inte vara ett eldningssätt enbart för kristider. Erfarenheten visar att det vid många, kanske de flesta, småhus uppstår viss tillgång till olika former av ved­ produkter, och att de flesta småhusägare uppskattar möjligheten att med hjälp av tillfällig vedeldning med tillgängliga sådana bränslen göra inbesparingar av den dyrare utifrån inköpta olje- eller el-energin. Det intressanta vid AKA-systemet är då att vedeldning vid detta kan utföras både bekvämare och mera energi- besparande än konventionell vedeldning. Anledningen härtill är i huvudsak följande: Vid konventionell vedeldning måste eldningsintensiteten normalt anpassas till det samtidiga värmeuttaget till radiator­ system (och v.v.-beredning). Vid högt värmeuttag kan eldningen bedrivas med kraftigt drag, men vid lågt uttag måste draget stry­ pas, vilket vanligen sker med hjälp av en s.k. dragregulator. Särskilt vid .nedstrypt drag erhålles ofta en mindre tillfreds­ ställande förbränning, som påskyndar nedsotning av eldstadsytor- na, ibland också vållar tjärbildning och som försämrar verknings­ graden. Dessutom måste konventionell vedeldning vanligen överva­ kas under relativt lång tid per dygn. Vid AKA-systemet sker däremot vedeldningen under hela eld- ningsperioden med maximalt drag, s.k. "braseldning". Detta ger gynnsam förbränning och intensiv värmeutveckling med värmeöver­ skott under en stor del av eldningstiden. Överskottsvärmen lag­ ras i form av upphettat vatten i ackumulatorn och distribueras sedan därifrån lika helautomatiskt och bekvämt som vid oljevärme. Erfarenheten, bl.a. från Provhus E.L., visar att dylik "bras- ©.Idning" även under den kallaste årstiden normalt kan utföras med två påeldningar per dygn, medan under lågbelastning det ofta räcker med en braseldning var tredje eller fjärde dag. Ackumula­ torns värmebehållningsförmåga för t.ex. enbart varmvattenbered­ ning överstiger ofta fem dygn. Vid AKA-systemet ökas emellertid också vid vedeldning ener­ gibesparingen genom att värmepannan under icke eldningstid hål­ les nedkyld. Dock gäller relativt oljeeldning att bränslebeskick­ ning och vissa funktionsomställningar i motsats till vid oljeeld­ ning måste ske manuellt, vanligen samtidigt med bränslebeskick­ ningen . 37 Vid Provhus E.L. har enbart vedeldning tillämpats såväl en längre period under förliden vinter som under vårperioden. Detta småhus har en uppvärmd volym som är ungefär 50 % större än för ett genomsnittligt småhus och uppvärmningskostnaden med elvärme med natt-taxa har beräknats till ca 3.500:- kr/år. Sedan övergång skett till vedeldning - vid huset ifråga har fun­ nits god tillgång till träavfall - har de dessförinnan högst be­ tungande värmekostnadsräkningarna reducerats till enbart hushålls- el för ca 400:- kr/år. Där tillgång finnes till billig eller ej sällan kostnadsfri ved kan därför mycket stora värmekostnadsbe­ sparingar göras samtidigt som arbetet härmed vid AKA-systemet vi­ sat sig föga besvärande - det har kunnat genomföras på "ledig tid" morgnar och kvällar. A_7_. _AKA^sys temets_funktion_vid andra typer_av fasta bränslen. När detta skrives har eldning med t.ex. koks icke hunnit provas. Kokseldning var ju före oljeeldningens genombrott i Sve­ rige den vanligaste metoden för småhusens uppvärmning. I den mån brist eller knapphet uppstår på eldningsolja och ev. också elener­ gi kan kokseldning måhända återinföras men med i stort sett samma ökade grad av bekvämlighet och energibesparing som ovan beskri­ vits vid vedeldning. A_8_. _AKA^systemets_funktion_vid el-ugpvärmning. Konventionella värmepannor 'för oljeeldning/fastbränsle-eld- ning kan som bekant förses med anslutningsmuffar för elektriska insatselement (elpatroner) i och för elektrisk uppvärmning av pannvattnet. Det torde dock vara nästan lika allmänt bekant att sådan form av elvärme är mycket oekonomisk i drift, eftersom en alltför stor del av den tillförda el-energin bor-tgår till ingen nytta via skorstensdraget eller via isoleringsförluster från pan­ nan . Vid AKA-systemet med förekomst av en ackumulator förekommer inte sådana förluster. Elpatronerna är i detta fall anbragta i ackumulatorn och uppvärmer direkt dess vatteninnehåll. Vid en acku­ mulator finns inga skorstensförluster, och isoleringsförlusterna är små på grund av den kraftiga ackumulatorisoleringen och kan dessutom normalt utnyttjas som nyttig basvärme eftersom ackumu­ latorn, som är luktfri och 1judstörningsfri, kan placeras i för uppvärmning avsett utrymme utan att vålla olägenheter. 38 Elpatronerna placeras vid ackumulatorn lämpligen i två olika nivåer, varvid på varje nivå i huvudsak endast uppvärmes den vattenmängd, som befinner sig ovanför resp. elpatron. I fig. 2 kan sålunda elpatronen 36 användas för uppvärmning av hela ackumulatorns vattenmassa, medan elpatronen 37 endast vär­ mer övre delen, t.ex. då enbart varmvattenuppvärmning erfordras. Elvärmen kan vid förekomst av bränsleeldad värmepanna vid behov kombineras med eller kompletteras med oljevärme eller vedeldnings- värme, medan omvänt t.ex. vedvärme för högbelastning kan komplet­ teras med elvärme vid låglast. Kombinationsmöjligheterna för att ernå gynnsammaste uppvärmningsekonomi är därför mycket stora. Elvärmen kan också vid tillgång till en större ackumulator med fördel utgöra komplement till solvärme, varom mera nedan. En speciell form av "elvärme" är antydd å fig. 2 med in­ satselementet 39, som vid behov kan införas genom en till ackumu­ latortanken ansvetsad rörmuff 38. Den är avsedd för eventuell omedelbar eller framtida anslutning till värmesystemet av vind- kraftproducerad energi. I de flesta fall, åtminstone inom när­ maste framtiden, är väl lokalt producerad vindkraftenergi inte ekonomisk, men det är en fördel om sådan kraft i lämpliga fall och vid lämplig tidpunkt kan installeras utan ändringar av be­ fintlig uppvärmningsanordning och utan nämnvärda initialinveste­ ringar . Sistnämnda investering är här - utöver den direkta vindkraft- produktionsanordningen - inskränkt -till en till ackumulatortan­ ken ansvetsad 2" rörmuff. Där vindförhållandena och energipriset så motiverar kan en lokal vindkraftgenerator anordnas, här lämp­ ligen tänkt som en bilgenerator för lågspänd elström, som matar en elektrisk "doppvärmare" 39. Det är känt att en vanlig invänd­ ning mot ekonomisk produktion av lokalt producerad elektrisk vindkraft är kostnaden för dess lagring och omvandling till vär­ meenergi. Vid AKA-systemet, där lagringstanken redan finns för andra ändamål, bortfaller i viss mån nu nämnda invändning. Provhuset E.L., där ursprungligen också en sådan vindkraft­ generator planerats provad i anslutning till befintlig ackumu­ lator, har ett för vindkraftproduktion ogynnsamt läge. Provning vid Provhus E.L. av sådant komplement till AKA-systemet har där­ för nu avskrivits. 39 Elektrisk ackumulerande vattenburen småhusuppvärmning är ju i och för sig ingen nyhet som är speciell för AKA-syste­ met; att den omnämnes här är närmast motiverat av en erinran om att även elvärme passar väl in i AKA-systemets flexibilitet, där så att säga "automatiskt" tillhandahålles en för eluppvärm­ ning värdefull magasineringsmöjlighet i form av en större vatten­ ackumulator. Särskilt vid det ofta förekommande fallet, att el- taxorna är väsentligt lägre nattetid möjliggör en större acku­ mulator - som tillika innehåller husets v.v.-beredare - magasi­ nering av billig elenergi under natten för senare användning under dagtid. Det brukar dock anföras från "direkt-elvärme"-hål1, att enbart en elvärmd v.v.-beredare är tillräcklig för magasinering av den billigare elektriska överskottsenergi nattetid, som med hänsyn till det lokala elledningsnätets kapacitet kan uttas från nätet. En större elenergimagasinerande ackumulator än de ca 300-400 liter, som erfordras för v.v.-magasinering , vore därför onödig. Detta resonemang har dock förbisett inverkan av just den flexibilitet för olika energiformer, som karaktäriserar AKA-sy- stemet. I en utredning i annat sammanhang kommer denna relativt komplicerade ekonomi-fråga att separat behandlas. A_91_AKA-systemets_funktion_vid solvärme^uppvärmning. En inte minst viktig motivering för förekomst av en acku­ mulator i ett småhus-uppvärmningssystem har varit att utnyttjan­ de av solvärme har ansetts som en nära nog självfallen energi­ produktionsform i ett framtida uppvärmningssystem. Vid solupp- värmningssystem är lagringen av i ett solfångarsystem alstrad värme en central och avgörande fråga. Vid AKA-systemet har lag­ ringen förutsatts begränsad till ett eller ett par dygn, och för sådan lagring erbjuder AKA-systemets normala ackumulatorvo­ lymer om 1000-1500 liter en ganska lämplig lagringskapacitet. Utöver konventionell solvärmelagring i sådana för korttids­ lagring avpassade ackumulatorer erbjuder AKA-systemet ett par speciella egenskaper, som här kommer att redovisas. 40 En för AKA-systerne t speciell anordning i samband med sol­ värmeuppvärmning är sättet att utbyta en ackumulatoruppvärmning från värmepannan mot soluppvärmning från ett solfångarsystem. Omkoppling mellan dessa båda uppvärmningssätt kan nämligen ske enbart genom omställning av en enda ventil, trevägsventilen 31 i fig. 2. Vid otillräcklig solvärme är ventilen 31 inställd så, att cirkul at ionspumpen 8 transporterar kallare vatten från acku­ mulatorbotten enbart till botten av värmepannan via inloppet 29 för uppvärmning via den bräasleeldade pannan. Vid tillräck­ lig solvärmeintensitet omställes däremot ventilen 31 i sitt andra läge och transporterar då ackumulatorvattnet via ledningen 40 till solfångarsystemet 41 eller en av solfångarsystemet upp­ värmd värmeväxlare 42 och därifrån vidare till ackumulatortoppen vid 43. Därifrån transporteras det sol- värmda vattnet vidare på två olika sätt. Innan detta beskrives bör dock nämnas, att trevägsventilen 31 vid lämplig solintensi­ tet också kan inställas i ett mellanläge, vid vilket värmepannan kan bringas att direkt samverka med och komplettera soluppvärm­ ningen om denna ensam icke är tillräcklig för avsett uppvärmnings- ändamål, Insläopet av solvärmt vatten vid 43 är såtillvida av speci­ ellt intresse att det möjliggör effektivt utnyttjande av sol­ värmt vatten av olika temperaturnivå. Vid riklig solvärmetillgång inställes solfångaraggregatet 41-42 att avge solvärme med hög temperatur. När sådant relativt hett solvärmt vatten införes vid 43 stiger det automatiskt uppåt och värmer vatten­ skiktet 44 kring v.v.-beredaren 20 (om detta skikt dessförinnan är tillräckligt "urladdat"). Är däremot det vid 43 inströmmande solvärmda vattnet kallare än vattenskiktet 44'men varmare än skiktet 45 laddar det upp sistnämnda skikt med värme genom ut­ bildning av en värmefront, som uppifrån utbreder sig nedåt genom vattenmassan 45. Denna sistnämnda kan då utnyttjas för radiator­ systemets uppvärmning. 41 Solvärmeuppvärmningen kan ytterligare kompletteras med elvärme från elementen 36, 37 i ett flertal kombinationer, var­ av här endast ett par kunnat exemplifieras. I samtliga fall är AKA-systemets speciella fördel, att den så att säga utan direkt kostnadsbelastning på solvärmeproduktionen tillhandahåller magasineringsbehållare med avsevärt stor vattenvolym. För uppnående av bästa verkningsgrad vid solvärmning är det välkänt att detta gynnas av låg utgångstempératur på det vatten, som skall soluppvärmas. Under tider då ackumulatorn av­ ses att utnyttjas för soluppvärmning kan därför låg begynnelse­ temperatur vid soluppvärmeladdningens början öka verkningsgraden. Vid AKA-systemet kan sådan låg temperatur hos ackumulatorns vat­ tenmassa kombineras med gynnsam värmeåtervinning för v.v-beredar- en genom anordningen 32-33-34 i fig. 2. Här är 33 inloppsled- ningen för friskvatten från vattenledningsnätet till varmvatten­ beredaren 20, vidare är 32 en värmeväxlare (t.ex. i form av kopparrörslinga e.d.), genom vilken det kalla friskvattnet från vattenledningsnätet passerar och därefter via ledningen 34 inpas- serar genom v.v.-beredaren. Det kalla friskvattnet kyler en del av vattenmassan i ackumulatorn men förvärms omvänt av denna innan det inträder i v.v.-beredaren. Härigenom ökas i sin tur v.v-bere- darens kapacitet. Huruvida anordning av en värmeväxlare enligt 32 är ekonomisk i det enskilda fallet är dock ännu ej klarlagt utan erfordrar ytterligare både experimentella och teoretiska undersökningar. ÇL.AKA^systernets_funktion_vid_fel på en_eller_flera §Y_^®§§_352!PP2??éIl^§f_éi 1 sr_yid_successiv utbyggnad_av systemet. Genom en mycket enkel tillsatsanordning kan AKA-systemet anordnas så, att samtliga dess komponenter (magnetventiler, termostater, styrenhet med reläer, cirkulationspump 8, bland- ningsventil 7 m.m.) kan få bli felaktiga utan att detta äventy­ rar uppvärmningssystemets direkta uppvärmningsfunktion. Uppvärm- ningseffekten som sådan kan alltså fortsätta - däremot reduce­ ras verkningsgraden till den för konventionella system vanliga. AKA-systemet förses för nu nämnda ändamål med en förbigångsled- ning 26, som genom omställning av en trevägsventil 27 bringar returvattnet från radiatorsystemet 18 att återgå till botten 42 av värmepannan vid 29 i stället för att återföras till ackumu­ latorbotten. Eftersom i sådant fall ventilerna 21 och 22 är stängda åstadkommes genom nu nämnda omkoppling en tvångscirku­ lation panna-ackumulator topp - radiatorsystem - panna, och detta med enbart husets ordinarie cirkulationspump 17 som drivkraft och tillika som den enda behövliga rörliga komponenten i det reducerade värmesystemet. Även v.v.-beredaren fungerar "automatiskt" i det sålunda reducerade värmesystemet. Vid nu angiven vattencirkulation kom­ mer nämligen det i värmepannan upphettade vattnet att .av tempe- raturskiktningsskäl enbart uppvärma den del av vattenmassan i ackumulatorn, som befinner sig ovanför hetvattenuttagsledningen 15. Den kommer därvid att effektivt uppvärma v.v.-beredaren samtidigt som radiatorsystemet matas med erforderligt hett vatten. AKA-systemet fungerar alltså även vid mycket omfattande - men att döma av hittills föreliggande driftserfarenheter högst osannolika - felaktigheter fortfarande som ett lika driftsäkert värmesystem som ett konventionellt system, och detta enbart ef­ ter manuell omställning av en enda ventil. Den nu beskrivna anordningen är av intresse ur ytterligare en synpunkt. Den möjliggör nämligen på ett relativt enkelt sätt successiv utbyggnad av ett AKA-system, varvid till en början utföres ett konventionellt verkande system inkl. förbigångsled- ningen 26, medan de energibesparande anordningarna enligt AKA- principen först tillfogas i ett senare skede. De kan lämpligen samman­ föras till ett "monteringsfärdigt paket", en "AKA-tillsats", markerad med 35 i /fig. 21. A_ ll^._Mätutrustning_f ör _AKA;systemet_ i_Provhus_E_. L. Det av civilingenjör Erik Lundström som egen bostad bygg­ da småhuset, i denna rapport förkortningsvis benämnt "Provhus E.L.", uppvärms via ett i och för sig konventionellt vattenra- diatorsystem. Dock är distributionsledningssystemet till skill­ nad från de flesta nyare värmesystem, som är dimensionerade för pumpcirkulation, här utförda så (med tvårörssystem), att de även möjliggör värmedistribtuion till hela radiatorsystemet via själv­ cirkulation (ttots att cirkulationspump också är installerad). Vid t.ex. vedeldning möjliggör därför uppvärmningssystemet full­ värdig uppvärmning även utan tillgång till el-energi. 43 Värmesystemets pannrum är däremot inte konventionellt utan i stället utformat som en ganska utpräglad forskningsan­ läggning. I själva verket har redan vid husets planering vissa utrymmen direkt anpassats till de delprojekt, som ingå i total­ projektet enligt BFR:s anslag. Pannrummet är med en större öpp­ ning direkt anslutet till ett större garageutrymme - 4,5 x 15 meter med 3,5 meter takhöjd. Detta garage bildar samtidigt källarvåning för några ovanförliggande bostadsrum, där delpro­ jekt D), Värmeåtervinning från ventilationsluft, avsetts att provas. I öppningen mellan pannrum och garage är anordnade gejd- rar av stålbalkar, som tillåter utförande av demonterbar brand- säker avskiljning mellan de båda utrymmena. Under hittills på­ gående provningar i pannrummet har dock garaget ännu inte ut­ nyttjats som sådant. Pannrumsplan, se Fig. 1 c, sid. 7b. Garaget har tillfartsöppning med höga portar, som tillåter intransport av tunga och höjdkrävande utrustning, t.ex. pannor, ackumulatortank m.m., och från garaget kan sådan utrustning be­ kvämt vidaretransporteras till det intilliggande pannrummet. Härigenom möjliggöres också utbyten av ursprungligen installera­ de uppvärmningsanordningar i den mån provningsresultaten för­ anlett sådana. Redan denna lokalutformning är otvivelaktigt ganska unik vid ett småhus och har varit av största betydelse för att underlätta provningsarbetet. Här bör tilläggas att ga­ ragebotten utsprängts något fördjupat för att bereda plats för den stenbädd, som från början planerats för delprojektet D). Värmeproduktionsanläggningen är delvis dubblerad och be­ står av tre bredvid varandra uppställda aggregat, se Bild 4. I mitten är anordnad en värmepanna av TeknoTerms tillverkning Euronom utan v.v.-beredare och avsedd för olje-- eller fastbräns- leeldning. Till höger om denna panna är anordnad en TeknoTerm elvärmd panna med v.v.-beredare och till vänster om mittelpan­ nan en välisolerad vattenackumulator om 1030 liter vattenvolym och tillika innehållande en v.v.-beredare av genomströmningstyp. De olika aggregaten är på sådant sätt anslutna till radia­ torsystemets rörsystem, att husuppvärmningen jämte v.v.-bered­ ning kan tillgodoses antingen av den elvärmda värmepannan ensam eller av bränsleeldningspannan i kombination med den elvärmda 44 Fig. 4. Interiör från pannrum i provhuset. Längst till höger elpanna, därefter Euronom oljeeldnings- och fast- bränsle-panna (utan v.v.-beredare) . I förgrunden "forskningsackumulator" med utanpåliggande mineral- ullsisolering utan beklädnad. (I fig. 5 visas nedan en normalt isolerad och inklädd ackumulator med.samma diameter, 800 mm). Framför ackumulatorn en på våg pla­ cerad oljetank av plast. Längst till vänster skri­ vare för olika temperaturregistreringar. Fig. 5. Normalutförande av ackumulatortank. 45 Fig. 6. Anordning av skrivare i pannrummet. Överst Honeywell 16-kanal-skrivare för temperaturintervallet -25UC till +75 C I mitten Honeywell 16-kanal-skrivare för 0 - 100 C för mät­ ning av ackumulatortemperaturer. Underst Philips 24-kanal höghastighetsskrivare för temeraturmätning i pannan. (4 ka­ naler betjänar var och en av 6 mätpunkter). Fig. 7. Detaljbilder av Honeywell-skrivarna 46 pannan eller slutligen av bränsleeldningspannan i kombination med ackumulatorn, vilken som nämnts också innehåller en v.v.-be­ redare. Genom den delvisa dubbleringen är det möjligt att t.ex. även vintertid bortkoppla bränsleeldningspanna och ackumulator vid ändringsarbeten utan att fördenskull husets uppvärmning äventyras. Anordningen möjliggör vidare jämförelser mellan upp­ värmning med högst skilda energiformer. Bränsleeldningspannan är vid kombination med den elvärm- da pannan med v.v.-beredare egentligen avsedd för vedeldning men kan vid kombination med ackumulatorn utan korrosionsrisk också användas för oljeeldning. Bränsleeldningspannan är vidare i provhuset försedd med två rökrör av rostfritt material, varav det ena är avsett som enda rökrör vid oljeeldning medan bägge rökrören gemensamt är avsedda som rökrör vid vedeldning, som kräver större rökrörsarea än oljeeldning. Både bränsleeldningspannan och den elvärmda pannan är via delvis skilda ledningar anslutna till gemensamt expansionskär1 på vinden. För att därvid undvika oönskad vattencirkulation mellan de båda pannorna är den ena expansionskär Isförbindningen avstängbar, vilket med hänsyn till gällande säkerhetsbestämmel­ ser möjliggjorts genom inbyggnad av vissa säkerhetsventiler. Bränsleeldningspannan var ursprungligen förbunden med acku­ mulatorn nedtill och upptill med 1 1/2" [40 mm) grova rörled­ ningar, detta för att vid strömavbrott möjliggöra självcirkula­ tion i förbindningen mellan dem. Detta har dock ur andra syn­ punkter befunnits mindre lämpligt; exempelvis visade det sig i efterhand att en beställd trevägsventil med dessa rördimensio­ ner enbart i materialkostnad kostade inte mindre än 450:- kronor. Förbindningen ifråga är numera ombyggd till 15 mm rördimensio­ ner, vilket förutsätter numera konventionell pumpcirkulation. Samtliga detaljkonstruktioner erhåller emellertid genom denna förändring väsentligt bättre och mera ekonomiskt utförande. Mätningarna vid systemet har omfattat ett ganska stort an­ tal data, främst syftande till bestämning av nyttiga verknings­ graden vid systemet men också för många andra ändamål. För mät­ ningarna ifråga har, delvis genom lån från olika institutioner vid KTH, anskaffats såväl registrerande skrivar instrument som en del andra mätanordningar enligt följande: (Jfr fig. 6-7). a) 1 st. Honeywell 16-kanals skrivare för temperaturmät­ ning inom intervallet 0 till 100°c med termoelement av koppar- constantan. Varje spe.ciell mätpunkt mäts med dessa skrivare var 4:e minut (24d:de sekund), d.v.s. -yy = 15 sekunder förfly­ ter mellan varje temperaturregistrering med instrumentet. b) 1 st. Honeywell 16-kanals skrivare lika a) men för tem­ peraturmätning inom intervallet -25 till +75°C. c) 1 st. Philips 24-kanals höghastighetsskrivare med mät- punktsavläsning av en enskild mätpunkt var 12:e sekund. Skrivaren a) mäter med fasta inkopplingar temperaturen på olika nivåer i ackumulatorn, varvid denna tänkts uppdelad i 12 lika "tjocka" skivor av vatten, och varvid en mätpunkt registre­ rar temperaturen i mittpunkten (i höjdled) av samtliga 12 ski­ vor utom den understa och den översta. De båda sistnämnda skivor­ na är uppdelade i två "halvskivor" (24-delar av hela ackumula­ torvolymen) med mätpunkt i resp. halvors höjdmittpunkter. Till­ sammans åtgår för denna typ av temperaturregistrering 14 mätpunk­ ter (kanaler), 10 st. i de tjockare skivorna och 4 i topp- och bottenskivor. Resterande 2 mätpunkter av skrivarens kapacitet har använts för referenspunkter i resp. toppen och botten av ackumulatorn (utvändigt men innanför isoleringsskiktet). Genom nu nämnda temperaturregistrering kan värmefördelning och temperaturfördelning såväl i tiden som rummet (i ackumula­ torns höjdled) kontinuerligt följas. Därigenom kan i sin tur ackumulatorns värmeinnehåll i olika skeden och dennas fördelning i höjdled med god noggrannhet registreras. Exempelvis kan i föregående beskrivning omnämnda "kallfronter" och "hetvatten­ fronter" i ackumulatorn direkt följas på skrivarens diagram. Vid värmeinnehållsberäkningar har förutsatts att temperaturen i en viss "skiva" är konstant i sidled. Vid normalt förekomman- de skiktning synes detta tillnärmelsevis vara fallet. J(Dock upp­ står vid starkare varmvattentappning, som ej varit aktuell vid verkningsgradsmätningarna, viss "omrörning" i ackumulatorns vat- x) Se mom. A 12 48 tenmassa). Skrivaren b) mäter olika för tillfället inkopplade mät­ punkter, t.ex. temperaturen av inkommande vatten till,resp. ut­ gående varmvatten från v.v.-beredaren ävensom av blandtappvatten från v.v.-beredaren, ytterligare av utgående hetvatten till ra­ diatorsystemet från ackumulatortoppen samt av radiatorreturvat- ten när detta återvänder till ackumulatorbotten m.m..Andra mät­ punkter kan gälla utomhustemperaturen, temperaturen i olika de­ lar av rörförbindningarna mellan ackumulator och värmepanna m.m. Skrivaren c) mäter temperaturfördelning i värmepannan, var vid pannan tänkts indelad i 6 lika tjocka "skivor" (horisontel­ la liksom vid ackumulatorn) och med mätpunkt i höjdmitt av var­ je sådan skiva. Temperaturerna i pannan ändras i vissa skeden så snabbt att skrivare av typerna a) - b) här är otillräckli­ ga för att tillräckligt detaljerat registrera temperaturändrings förloppen. Utöver nu nämnda flerkanalskrivare har utnyttjats ett an­ tal andra mätinstrument eller mätanordningar, t.ex : d) 1 st. 1-kanalmätare, ej_ skrivande, temperaturintervall 0 - 150°C med termoelement av koppar-constantan för mätning av rökgastemperaturen vid skorstenstopp, e) 1 st. 1-kanalmätare, ej skrivande, temperaturintervall 0 - 250°C med termoelement av järn-constantan, för rökgastem- peraturmätning i skorsten utom vid skorstenstopp, f) vattenflödesmätare för vattenströmningen från ackumu­ lator och värmepanna, g) elektrisk klocka för mätning av gångtider av oljebrän- nare, h) balansvåg, 0-25 kg, med böjlig slanganslutning från plastbehållare för eldningsolja till oljebrännare, för mätning av oljeåtgång till brännaren. 49 A_1 2_1_Mätresul ta t_ för _AKA: Systeme t_ fr ån_Provhus_E_.L . Med hjälp av den i föregående avsnitt A 11 beskrivna mätutrustningen har hittills en rad mätningar utförts vid värme- anläggningen i provhuset, och sådana mätningar avses att fort­ sättas åtskillig tid framåt. Resultatet av dessa mätningar kom­ mer lämpligen att avrapporteras mera i detalj i Erik Lundströms rapport för sin del av forskningsanslaget, eftersom Lundström - om än i samråd med mig - själv genomfört praktiskt taget alla de direkta mätningarna. Undertecknads rapport kan i detta avse­ ende därför inskränkas till en kort sammanställning av några av de viktigaste provningsresultaten. Rent allmänt har hittillsvarande provningar avsett att un­ dersöka driftsäkerhet och funktion hos det ovan beskrivna AKA- systemet, att studera AKA-systemets funktion vid användning av vedeldning och el-uppvärmning, att med stöd av provningarna ut­ finna förbättringar av systemets konstruktiva utförande, att un­ dersöka inverkan av en rad speciella faktorer t.ex. avseende tem­ peraturförhållandena i skorstenen och dess inverkan på verknings­ graden, att studera systemets varmvattenberedning i avseende på temperatur och kapacitet m.m. Den mest dominerande provnings- uppgiften har dock hittills varit att undersöka verkningsgraden hos systemet vid oljeeldning. Vid diskussioner om det nya AKA-systemet har från en del kritiker anförts att det i dagens läge inte vore särskilt menings­ fullt att ägna en betydande del av forskningsprojektet åt en en­ ergiform, som inte länge till kunde förväntas stå till förfogande. Innan de olika provningsresultaten kortfattat redovisas bör därför oljeeldningens tillämpbarhet något beröras - även om en huvudtanke vid AKA-systemet varit just att göra uppvärmningen oberoende av tillgängen pa en enda speciell energiform. Först bör då framhållas att AKA-systemet för oljeeldning kanske främst måste anses inriktat på renoveringen av uppvärm- ningssystemen vid befintliga småhus med dessas än så länge stora bestånd av individuella oljeeldningsanläggningar. Vid dessa hus är isoleringsstandarden ofta relativt låg, tätheten vanligen 4 - L8 50 sämre än vad som motsvarar dagens krav och energiåtgången för 3 uppvärmningen följaktligen relativt stor, t.ex. 4-5 m olja per år. Detta hindrar inte att AKA-systemet på grund av sin stora flexibilitet kan vara motiverat även vid nybyggen. Härvidlag bör också beaktas, att energipriset vid hög verkningsgrad på en individuell oljevärmeanläggning trots den senare tidens stora prisstegringar fortfarande kan ställa sig förmånligare än t.ex. elvärmeenergi. Sålunda kan med efterföljande data för oljeeldningsenergi kWh-priset för individuell oljeeldning beräknas enligt nedan: 3 Pris för eldningsolja (Stockholmstrakten) 800:- kr/m Uppnåbar årsmedelverkningsgrad vid AKA-syst. 85 % Energiinnehåll i eldningsolja, brutto 8.700 kcal/liter 1 kWh = 860 kcal Energikostnad pr kWh 800 x 100 x 860 8700x0,85x1000 9,3 öre/kWh Detta, 9,3 öre/kWh, är alltså vid AKA-systemet husäga­ rens rörliga energikostnad per kWh. Som jämförelse kan nämnas att energipriset för elvärmeenergi utan natt-taxa redan idag i syd- och mellansverige ligger kring 15-20 öre/kWh. Oljeener- gin är alltså idag (april 1979) med AKA-systemets höga verk­ ningsgrad ofta fortfarande endast ungefär hälften så dyr som elenergi. Detta betyder omvänt, att en individuell oljeeldnings- anläggning enligt AKA-systemet ofta kan i sin helhet avskri­ vas före sin normala avskrivningstid enbart med hjälp av de lägre energipriserna vid oljeeldning - "tar oljan slut" kan alltså den egentliga oljeeldningsanläggningen då redan vara avskriven. Härtill kommer emellertid vid AKA-systemet - genom dess tillämpbarhet för olika energiformer - att mera tillfäl­ lig vedeldning, soluppvärmning, utnyttjande av billig elekt­ risk överskottsenergi nattetid m.m. kan avsevärt reducera energikostnaden för ren oljeuppvärmning. 51 Det brukar också anges i energidiskussionen att individu­ ell oljeeldning numera spelat ut sin roll och bör ersättas av prisbilligare fjärrvärme i sådana fall där elvärme inte ansetts ifrågakomma. Man har då betr. fjärrvärme ofta åberopat verk- ningsgradssiffror kring 85 % e.d. medan den individuella olje­ eldningen,ansetts ligga kring 60-65 %. Vid småhusområden är dock verkningsgrader för fjärrvärme kring 85 % helt orealistiska på grund av de avsevärda distribu- tions ledningsförlusterna i ledningsnätet till gles småhusbebygg­ else. Vid ordinär sådan bebyggelse ligger ledningsförlusterna oftast kring 30-35 %, vartill kommer de ofrånkomliga förlusterna i resp. fjärrvärmeverk. Omvänt är dock de vid fjärrvärmeverken använda tjockoljorna betydligt billigare än de vid småhusupp­ värmningen använda tunna eldningsoljorna. Omräknat till netto energipris per kWh blir energikostnaderna framme hos konsumen­ ten ungefär desamma vid fjärrvärme och vid individuell oljevärme med AKA-systemets antagna verkningsgrad kring 85 %. Härtill kommer dock vid fjärrvärme det vid småhusområden mycket dyra ledningssystemet. Fjärrvärmeuppvärmning vid småhus är därför ingalunda så överlägsen individuell oljeuppvärmning som det ibland kan framskymta i diskussionen. 52 Av ovannämnda skäl har samtidigt den faktiska verkningsgra­ den vid AKA-systemet med oljeeldning varit av stor betydelse och därför ägnats särskild uppmärksamhet vid provningarna. Årsmedelverkningsgraden kan vid AKA-systemet på grund av dettas konstruktion med god noggrannhet beräknas på basis av re­ lativt kortvariga mätningar. Man behöver nämligen egentligen endast mäta den effektiva värmemängd, som erfordras för att lad­ da upp ackumulatorn under en "heating cycle" och jämföra denna med lätt mätbar tillförd värmemängd. Värme som en gång tillförts ackumulatorn i form av upphet­ tat vatten kan nämligen som i sin helhet nyttiggörbar energi tillföras byggnaden för radiatorsystemets och v.v.-systemets uppvärmning. Ackumulatorns enda förluster utåt är dess isole- ringsförluster, men eftersom ackumulatorn själv är luktfri och 1judstörningsfri har den förutsatts normalt placerad i utrymme, som skall uppvärmas. Eftersom ackumulatorns isoleringsförluster genom utstrålad värme (av genomsnittliga storleksordningen 100 - 120 kcal/tim) under så gott som hela året endast utgör en mindre del av värmeåtgången i ackumulatorn omgivande placeringsutrymme, kan dessa förluster normalt utnyttjas som "basvärme" i detta ut­ rymme. Det är endast under en del av sommaren som dessa förlus­ ter - vars storlek f.ö. genom vissa åtgärder kan minimeras under lågbelastning stid - erhåller karaktären av "onyttig värme". Man kan med tämligen god noggrannhet beräkna storleken av denna sist­ nämnda onyttiga värme från ackumulatorn till något mindre än 1 % av totala årsvärmeförbrukningen. Vid kalla somrar kan t.o.m. den obetydliga basvärmen från ackumulatorn nyttiggöras även under sommarsäsongen. Med beaktande av ovanstående synpunkter kan nyttiga årsme- delverkningsgraden beräknas om man känner värmebehovet för en nor­ mal "heating cycle". Vid provhuset har mätning härav - som uppre­ pats i flera mätningsomgångar - skett på följande sätt: Utgångspunkt för mätningen har varit en "urladdad" acku­ mulator och en oljeeldningspanna, som på i avsnitt A S beskrivet sätt nedkylts till närheten av rumstemperatur. Ackumulatorns vär­ meinnehåll i detta utgångsläge har bestämts genom att multipli- cera de av en skrivare registrerade torns förutnämnda "vattenskivor" med tet och summera produkterna för hela Denna bei äkniiig hai geiiomiO:'Ls av resp. skivors värmekapacitet har nets densitet inte är 1,000 utan var för beräkningen har därför använts d kaliska tabellverk, som anger de den gistrerade temperaturerna i resp. sk (värmekapaciviteten) varierar och ha beilvärden. Det finns emellertid and skall återkommas. Sedan utgångsvärdena bestämts genomgår ackumulatorn i av­ snitt A S beskriven uppladdning, varefter värmepannan åter ned- kyles till utgångsläget enligt AKA-systemets förut beskrivna prin­ ciper. Under mätperioden är all belastning på ackumulatorn av­ kopplad, d.v.s. radiatorsystemet är avstängt och ingen v.v.-tapp­ ning förekommer. Sedan temperaturerna inom ackumulatorn efter en kort stund stabiliserats mätes ånyo med skrivaren de olika "ski­ vornas" nya temperaturer, och ackumulatorns nya värnvfcinnehåll be­ räknas på samma sätt som förut. Skillnaden gentemot utgångsläget representerar - före vissa korrektioner - den nyttiga värmemängd, som lagrats i ackumulatorn. Under värmeuppladdningen mätes oljeförbrukningen med den på Bild 4 synliga utrustningen. Eldningsoljan är för­ varad i en plastdunk, som står på en balansvåg och som med böjli­ ga slangar är förbunden med o 1jebrännaren. Den förbrukade olje- mängden kan alltså mätas genom vägning.av oljedunken före och efter uppladdning. Oljans energiinnehåll har beräknats genom att multiplicera uppbränd kvantitet med värmevärdet 10,2 Meal per kg olja. Åtminstone för en grovkalkyl skulle verkningsgraden nu kun­ na bestämmas för en "heating cycle” - årsförbrukningen utgör sum­ man av oljeförbrukningen under ett större antal sådana "heating cycles", där verkningsgraden (vid oförändrad brännarfunktion) är i princip densamma vid varje uppladdning. Vid en noggrann kalkyl 53 temperaturerna i ackumula- resp. skivors värmekapaci- ackumulatorn. noggrant. Vid beräkningen exempelvis beaktats att vatt- ierar med temperaturen - ens i tetsvärden enligt fysi- siteter som motsvarar de re- ivor. Även specifika värmen r införts med sina resp. ta­ ra variabler, vartill senare 54 måste emellertid ytterligare vissa korrektioner beaktas. En sådan korrektion avser att under uppladdningen viss hetvattenmängd’ undantränges till expansionskärlet. Det är vik­ tigt att denna värmemängd kommer husets uppvärmning tillgodo, och expansionskärlet skall därför placeras så, att dess värmeinne­ håll alltid kommer husuppvärmningen tillgodo. En mera svårbestämd korrektion avser att man visserligen noggrant känner de förutnämnda "vattenskivornas'.' volymer, tempe­ raturer, densitet och spec, värme vid olika temperaturer, men man känner ej exakt hur stor del av övriga upphettade massor, som magasinerar värme och som hämtat denna värme från den för­ brända och uppvägda o 1jekvanti teten. Dessa massor är främst de delar av plåttankmaterialet, som angränsar till vattenmassan i ackumulatorn och som upphettas av detta, vidare delar av närmast intill plåttanken anliggande isoleringsmaterial och ännu mera svårbestämt isolerade ledningar mellan ackumulator och värmepan­ na med ventiler m.m. Sistnämnda korrektion är nästan omöjlig att exakt beräkna. Den har i stället med betydande noggrannhet kunnat beräknas ge­ nom alternativ elektrisk uppvärmning av ackumulatorn. Elvärmen har tillförts ackumulatorn genom de i densamma anordnade elpatro- nerna, och energiförbrukningen har samtidigt kunnat mätas med en direkt för ackumulatoruppvärmningen avsedd elmätare. Genom att elektriskt uppvärma ackumulatorn till samma nivå. som vid ol- jevärmeuppladdningen kan mycket noggrant beräknas ackumulatorns verkliga värmekapacitet inklusive kapaciteten hos plåttank, iso­ lering, anslutna ledningsdetaljer m.m., vilka data sedan kan an­ vändas för beräkning av verkningsgraden vid oljeeldningsuppvärm- ning . Korrektion måste slutligen enligt motsvarande principer utföras för värmeinnehållet i värmepannan efter avslutad heating cycle, men här gäller det relativt små värmekvantiteter. Slutli­ gen har på basis av gjorda isoleringsförlustmätningar från acku­ mulatorn korrigering skett för vissa olikheter i tid för vissa mätningsav läsningar. En mera detaljerad redovisning för nu nämnda mätningar kom- 55 mer att lämnas av Erik Lundström i hans specialrapport från verkningsgradsmätningarna. Enligt de härovan översiktligt be­ skrivna principerna har emellertid nyttiga verkningsgraden för den senaste utvecklingsfromen av AKA-systemet under en komplett heating cycle kunnat beräknas till 86 % före "sommaravdraget”, vilket sistnämnda enligt ovan utgör ca 1 %. Mätningarna av inverkande faktorer på verkningsgraden har givetvis upprepats. Verkningsgraden enligt ovan anger alltså den totala energi­ mängden i bränslet, som tillförts ackumulatorn och som går att tillvarata som nyttig värme, allt uttryckt i procent av bränslets teoretiska totala energiinnehåll. Den enda rimligen kvarvarande faktor, som kan ändra årsme- delverkningsgraden, är ändringar i oljebrännarens och värmepan­ nans (inkl. skorstenens) effektivitet. Vid konventionella system försämras onekligen verkningsgraden en hel del mellan t.ex. ren­ göringar av oljebrännaren o.d. Dessa ändringar är emellertid vid AKA-systemet synbarligen små och i varje fall betydligt mindre än vid konventionell oljeeldning, eftersom förbränningen i förra fallet sker i låmga perioder och utan de ständiga starter av ol- jebrännaren, som förekommer vid konventionella brännare på sätt tidigare (sid 17) redan omnämnts. Mätningarna vid provhusanläggningen har också omfattat un­ dersökningar av rökgastemperaturen i skorstenen. Dessa har givit indikationer hur nyttiga verkningsgraden vid oljeeldning i kombi­ nation med en ackumulator enligt AKA-systemet skulle kunna ytter­ ligare förbättras, men för redogörelse härför kan hänvisas till Erik Lundströms speciella rapport. En aman mätning har vidare genomförts betr. skillnaden i verkningsgrad mellan konventionell oljeeldning med ständiga star­ ter av oljebrännaren och de långvariga eldningsperioder, som är möjliga vid AKA-systemet. Skillnaderna ha hittills beräknats till totalt med vissa tidspåverkningar 4,5 % . I fortsättningen planeras att på liknande sätt söka mäta också verkningsgraden vid ved- och kanske kokseldning, där osä­ kerheter i bränslets energiinnehåll dock kan vålla vissa osäker­ hetsproblem . 56 A_13^_Petaljredovisning_av_AKA3SYstemets_verknings- grad_enl igt_grövningar _i_grovhus_E_LL . Allmänt. För att kunna mäta verkningsgraden för i föregående avsnitt beskrivna värmesystem har med stöd av anslag från BFR i rubr. "provhus" utförts en provanläggning. Anläggning­ en består av en "ackumulator", dvs en välisolerad vatten­ tank, här med drygt 1000 liters volym, och en till denna an­ sluten konventionell värmepanna för olje- eller fastbränsle- eldning. Temperaturmätningar har utförts på panna och acku­ mulatortank under kontinuerlig drift. Provanläggningen har försett huset med både tappvarmvatten och värme till hus­ uppvärmningen. Huset har under provningarna bebotts av en familj bestående av två vuxna och två barn. Parallellt med provanläggningen är en elvärmepanna installerad för att möjliggöra värmning av huset när provanläggningen måste hållas avstängd bl.a. för bestämning av vissa utgångsvärden. För att kunna mäta verkningsgraden vid provanläggningen måste fyra funktioner först bestämmas. Dessa äro: a\ Värmepannans energiinnehåll vid olika temperaturer b) . Ackumulatorns energiinnehåll vid olika temperaturer c) . Värmepannans egenförluster som funktion av tempera­ tur och tid d) Ackumulatortankens egenförluster som funktion av temperatur och tid. Vid verkningsgradsberäkningarna fungerar ackumulator­ tanken som "energimätare". Genom att mäta ackumulatorvattnets temperaturändring och med ovanstående fyra funktioner kända kan verkningsgraden för olika delar av värmesystemet och för systemet i sin helhet bestämmas. Mätningsutrustningen för de olika mätningarna är redan i huvudsak beskriven under avsnitt A 11. Vissa kompletteringar kommer dock i det följande att anges. 57 §l_Y§T™§E§!}!}§Il§_2I>2f!liiDi}§!}§ll_Yi.d_olika_temperaturer Den i provhuset installerade värmepannan är en s.k. allbränslepanna för olje- eller vedeldning m.m. av fabrikat Euronom V 30 UB (utan varmvattenberedare), nr 10066, till­ verkningsår 1975, installerad 1977, se Fig. 4 o 8 . Pannans vattenvolym är 96 liter och eldstaden rymmer en fastbränsle- volym av 75 liter. Pannkroppen är isolerad med ca 50 mm mineralullsmatta, och pannvikten utan vatten är 210 kg. Den vid provningarna använda oljebrännaren är av fab­ rikat Electro-Oil Inter nr 11 med 0,6 gallons munstycke. Tillverkningsår 1975. Till pannan är anslutet ett rökrör med en innerdiameter av 100 mm., dragen från pannan till skorstenstoppen. Rök­ kanalens höjd är 7,4 m räknat från toppen av pannan. Pannvattnets_energiinnehåll. Första steget i beräk­ ningen av värmepannans energiinnehåll är att bestämma pan­ nans vattenvolym. Den bestämdes genom vattenpåfyllning till topputloppet till 96 liter. Eftersom den för temperaturmät­ ningarna använda Philips-skrivaren har möjlighet att registre­ ra sex olika mätpunkter delades den totala vattenvolymen upp i sex horisontella "skivor", var och en med volymen 16 liter. Höj dutsträckningen av de olika "skivorna" kunde enkelt fast­ ställas genom successiv vattenpåfyllning av pannan. I varje "skivas" medelpunkt i höjdled limmades därefter en tempera­ turgivare av koppar-konstantan fast utanpå pannkroppen under pannans isoleringsskikt. Givaren ger med god noggrann­ het den momentana temperaturen av innanförvarande vatten­ skiva, eftersom temperaturfallet genom den väl värmeledande plåtmanteln innanför pannisoleringen kan betraktas som för­ svinnande jämfört med motsvarande vattenskivas temperatur. Då pannans vattenfyllda horisontalsektion varierar utefter höjden blir vertikalavståndet mellan mätpunkterna i de volymmässigt lika stora "vattenskivorna" varierande, se fig. 9. 58 Sektion med vedeldning Fig. 8. Huvudmått £ör vid provningarna använd olje-allbränsle- panna fnÄTT FSÄU RAflSOS u/ooeeKAfor Fig. 9. Uppdelning av värmepannans vattenvolym i "vattenskivor" 59 När temperaturen är uppmätt och känd i sex olika punkter av värmepannans vattenmassa kan ett representa­ tivt medelvärde för pannvattnets temperatur beräknas vid valfri tidpunkt. Beräkningsmetoden förutsätter att vatten­ temperaturen inte varierar i horisontalled. Vid stationära förhållanden har genom särskilda mätningar verifierats att så med försumbara avvikelser är förhållandet. Med känd volym och känd temperatur för de olika mät­ punkterna kan energiinnehållet i värmepannan i princip be­ räknas. Härvid måste emellertid vid en noggrannare beräk­ ning observeras, att vattnets densitet varierar med tem­ peraturen - den kan alltså inte införas i beräkningarna med värdet 1,00. Likaså varierar dess specifika värme (dess värmekapacivitet) med temperaturen. För att kunna genomföra beräkningarna av pannvattnets energiinnehåll vid olika temperaturer har därför med ut­ nyttjande av fysikaliska tabellverk upprättats kurvor över både värmekapacivitetens och densitetens variation med temperaturen, se resp. fig. 10 och fig. 11. Dessa värden påverkas ytterligare av om vattnet är "naturligt vatten" eller "avluftat vatten" - vid ett värme­ system bortgår efter upphettning bl.a. vattnets syreinnehåll och vattnet övergår till "avluftat vatten". Det är värden för sådant vatten som angivits i kurvorna i fig. 10 och 11. Man observerar av kurvorna att värmekapaciviteten inom temperaturintervallet 0-100° C varierar mellan 0,998 och 1,007 eller med närmare 1 medan densiteten inom samma temperaturintervall varierar mellan ca 0,958 och 1,00 eller med nära 5 % . För att underlätta beräkningarna har också ett dia­ gram upprättats som anger produkten av densitet (5 och värmekapacivitet cp, se fig. 12 Pannkroppens_energiinnehåll. i pannans vattenvolym lagrar även vattnets värmemagasin skall därför Förutom energiinnehållet pannkroppen energi. Pann- ökas med värmemagasinet 60 VÄRMEKAPACIVITETFig. 10 FÖR LUFTAT VATTEN Fig. 11. DENSITET, Ç , FÖR LUFTAT VATTEN 61 PRODUKTEN AV VÄRMEKAPACIVITET OCH DENSITET C Ç VID LUFTAT VATTEN Fig. 12 62 i den del av pannans järnmaterial, som omsluter det upp­ värmda vattnet och följer dettas temperaturförändringar. Att exakt beräkna denna del av järnmaterialet vid provan­ läggningen har inte varit möjligt, utan härvidlag har be­ räkningen måst baseras på en rimlig uppskattning. Ett mindre fel i uppskattningen av denna del av järnmaterialet har dock rätt liten inverkan på resultatet, eftersom järnmate­ rialets värmekapacivitet (ca 0,11) är liten relativt vatt­ nets (ca 1,00). I efterföljande beräkning har antagits att av pannans totalvikt, 210 kg (tillverkarens uppgift), 150 kg utgör vikten av den järnmantel ("stålmantel"), som omsluter pann- vattnet. Denna järnmassa motsvarar appr. 150 x 0,11 = 16 liter vatten (ift-c^ järn = m.Cp vatten). Summan av vattnets värmekapacitet och nyssnämnda del av pannan motsvarar totalt den materialmängd, som vid upp­ hettning lagrar och vid avsvalning avger värme, och den har här omräknats till kvantitet vatten, här benämnd "ekvi­ valenta vattenvolymen" eller "ekvivalenta vattenvärdet". För den aktuella värmepannan är detta värde alltså för en helt vattenfylld panna = 96 + 16 = 112 liter. Värmepannans energiinnehåll vid viss medeltemperatur T j kan därför fortsättningsvis beräknas ur formeln p-med ö = V p-med T-p-med 1,163 10 kWh där p-med pannans energiinnehåll vid medeltemperatur- en T , p-med pannans ekvivalenta vattenvolym (112 liter) = pannvattnets medeltemperatur ç C, = produkten av vattnets densitet och värmekapa- ivitet vid temperaturen Tp_mec[ 1,163 . 10 3 = omräkningsfaktor från kcal till kWh. Ett diagram över värmepannans energiinnehåll i enlig­ het med den här angivna formeln som funktion av dess medel­ temperatur har upprättats enligt fig. 13. 63 Fig. 13. VÄRMEPANNANS ENERGIINNEHÅLL SOM FUNKTION AV TEM­ PERATUREN Tp_med ENERGIINNEHÅLL E„ kWh TEMP 64 Egentligen borde man också ta hänsyn till den volym­ ändring, som pannan genomgår vid temperaturändringar. Man finner emellertid att denna volymändring, som kan beräknas till 36 . 10~6 volymsenheter per grads temperaturändring, endast motsvarar ca 3 promille av pannvolymen. Detta är en term av andra storleksordningen och har i föreliggande fall ansetts försumbar. I ovanstående formel har pannans energiinnehåll be­ räknats med 0°C som referenspunkt eller m.a.o. energinivån antagits = 0 vid 0°C. b)-Accumulatorns_energ iinnehåll_vid_olika_temperatur er Den i provhuset installerade ackumulatorn, F ig. 14, är av svetsad 3 mm stålplåt i form av en cylinder med 800 mm diameter och 2086 mm höjd (utvändiga mått). Tanken är för­ sedd med en demonterbar manlucka med 500 mm diameter, till vilken en varmvattenberedare av genomströmningstyp är an­ sluten. Ackumulatortanken har inklusive utbuktningen invid manluckan en teoretisk volym av 1030 liter. Cylinderns om- slutningsyta är 6,24 m och tankens platmaterial har en volym av 19 liter, vilket motsvarar en vikt av 148 kg, rör­ anslutningar och inre förstyvningar oräknade. Isolering av tank och tillhörande rörledningar har utförts på platsen. Isoleringen av tankens omslutningsytor är utförd med 120 mm mineralull utan utvändig beklädnad. Teoretiskt k-värde för denna isolering är 0,37 W/m2 °C. I toppen av ackumulator­ tanken är inmonterad en batteriberedare för tappvarmvatten, och i botten två elpatroner med en effekt av 6,3 kW vardera. Ackumulatortanken har utöver sin funktion som acku­ mulator i värmesystemet också utnyttjats som "energimätare." Genom att följa temperatu.rändringar i ackumulatorns vatten­ massa kan man beräkna av ackumulatorn upptagen resp. angiven energimängd. Detta förutsätter att energiinnehållet är känt som funktion av temperaturen. För beräkning av vattenmassans medeltemperatur har ackumulatortanken på liknande sätt som vid värmepannan in­ delats i, här 12 stycken, horisontella "skivor", som var 65 -td Fig. 14. Huvudmått £ör vid provningarna använd ackumulator Msrp. l^ck. •+■ 4- B l c t- t> F « * H- A I *■ ' «T J ^ i k. A. jk 3/v L V i/x <5- Nt V kJ v/ » ^ ftft- ft Fig. 15. Uppdelning av ackumulatorns vattenvolym i "vattenskivor,T 5 - L8 66 och en motsvarar 1/12 av totala tankvolymen. I varje skivas medelpunkt i höjdled fastlimmas en temperaturgivare av koppar-constantan utanpå tankplåten. För att få en bättre uppfattning om temperaturen i toppen resp. botten av ackumulatorn delades skiva 1 och skiva 12 på mitten (i höjd­ led) i två "halvskivor". Även samtliga fyra "halvskivor" försågs med en pålimmad temperaturgivare i resp. medelpunk­ ter. De totalt 14 skivorna ha betecknats med bokstäverna A-N räknat uppifrån. Dessutom limmades en givare fast i centrum av tankens lock och en givare i centrum av tank­ botten för att ge upplysning om tanktemperaturernas rand­ värden . Placeringen av de 16 mätpunkterna på ackumulatorn, mätpunktssymboler vid den skrivare som registrerar acku­ mulatorskivornas temperaturer samt beteckningar på de olika "skivorna" framgår av Fig. 15 . Beräkningen förutsätter liksom vid värmepannan att vattentemperaturen inte nämn­ värt varierar i horisontalled [sidled). För att kontrollera sistnämnda förhållande har "termo- elementfickor" i form av i ena änden avtätade rör av olika längd insvetsats på en och samma nivå i ackumulatorn. Fyra olika långa och därmed olika långt in i vattenmassan in­ trängande "termoelementfickor" ha anbragts, varigenom temperaturen kunnat uppmätas i vattenmassan på samma höjd- nivå men på olika avstånd från tankens centrum. Dessa mät­ ningar ha visat den sålunda undersökta "vattenskivan" även under pågående ackumulatoruppladdning med ett undantag haft samma temperatur i samtliga mätta punkter på samma höjdnivå. Undantaget var den yttersta mätpunkten, alltså.den som representerades av den på tankplåten pålimmade givaren. Denna givare visade ca 0,3 °C lägre temperatur än de inuti vattenmassan befintliga mätpunkterna. Den obetydliga av- vikningen var emellertid fullt naturlig med tanke på tem­ peraturfallet mellan in- och utsida av ackumulatorplåten samt värmeförlusterna genom ackumulatorns isoleringshölje. 67 Exempel på temperaturmätningar med Honeywell-skrivaren ansluten till ackumulatorns 16 mätpunkter visas i fig. 16 De sexton kurverna har i orginalet fyra olika färger, lila, röd, svart och blå och för varje färg fyra olika symboltecken, +. 0, V och V. Totalt registreras därigenom 16 olika var för sig identifierbara temperaturvärden. Fig. 16 visar karakteristiskt temperaturförlopp under en uppladdning av ackumulatortanken. De olika "vattenskivornas" medeltemperaturer kan med utgående från skrivarens registreringar nu bestämma, dels före och dels efter en ackumulatoruppladdning och där­ med också hela ackumulatorns medeltemperatur resp. totala energiinnehåll före och efter en uppladdning. Liksom för värmepannan har energiinnehållet hos ackumulatorn beräknats med 0 C_ som referenspunkt. Energinivån i ackumulatorn är alltså 0 vid 0°C. Skillnaden mellan ackumulatorns energiinnehåll före och efter uppladdningen skall därefter jämföras med den till värmepannan tillförda bruttoenergin, t.ex. viss kvanti­ tet eldningsolja, för att erhålla systemets verkningsgrad. Vid beräkningen av ackumulatorns medeltemperatur har de olika mätpunkternas individuella temperaturer samman­ ställts i en tabell enligt följande exempel: Mät­ punkt A + B + C + D 0 E 0 F 0 G 0 H A I A J A K A L V M V N V Medel Temp. Temp. I denna tabell innehåller rubrikhuvudet beteckningar­ na för de olika vattenskivorna, och därefter den översta horisontella raden värdena för ackumulatorns uppladdning och den undre raden värdena efter en uppladdning. 68 FIG. 16. EXEMPEL PA TEMPERATURMÄTNINGAR MED HONEYWELL- SKRIVAREN ANSLUTEN TILL ACKUMULATORNS 16 MÄT­ PUNKTER. DE SEXTON KURVORNA HAR I ORIGINALET OLIKA FÄRGER, LILA, RÖD, SVART OCH BL SAMT FYRA SYMBOLER +, 0,9 OCH V. FIGUREN VISAR ETT KARAKTERISTISKT TEMPERATURFÖRLOPP UNDER EN UPPLADDNING AV ACKUMULATORTANKEN 30 DEGREES CENTIGRADE; ° ° - o EQ PO 70 /j\ I £0 I 30 ~ 40 DEGREES CENTIGRADE 50 60 70 80- Upp- 69 Vertikalkolumnen A (+) innehåller temperaturerna före och efter uppladdningen för den översta "halvskivan" utgö­ rande 1/24 av totala volymen. Sedan följer mätpunkt för mätpunkt i ordning uppifrån och ned, där N är nedersta "halvskivan". I sista vertikalkolumnen, "Medel", införes de båda erhållna medeltemperaturerna enligt + C + D + E + F + G + H+ I+ J + K + L +J^ ) a-me3 12 De sålunda beräknade båda medeltemperaturerna utgör medeltemperaturen i ackumulatorns vattenmassa före resp. efter en uppladdning. Ackumulatorns energiinnehåll vid en given temperatur kan sedan i princip beräknas på samma sätt som för värmepan­ nan. En speciell svårighet när det gäller ackumulatorn har dock varit att uppskatta såväl den riktiga volymen av acku­ mulatorns vattenmassa som "vattenvärdet" av omgivande plåt­ hölje och isolering. Ackumulatorn vid provanläggningen har nämligen - för att möjliggöra vissa ändringsarbeten som följd av successivt erhållna provningsresultat - en från en "normalackumulator" ganska kraftigt avvikande utformning. Bl.a. förekommer borttagbar gavel för varmvattenberedaren, och vidare har av särskilda skäl anslutits mycket grovdimen- sionerade anslutnings ledningar., som inte kommer att förekom­ ma normalt. Riktig storlek av alla dessa oregelbundna "ut- språng" från ackumulatortanken av olika slag kan inte geo­ metriskt preciseras. För att erhålla riktiga värden på hur nu nämnda ore­ gelbundenheter inverkar på storleken av ackumulatorns ekvi­ valenta vattenvärde" har utnyttjats ackumulatorns normalt anordnade elektriska uppvärmningsanordning. Den vid prov­ huset använda ackumulatorn är vid sin botten försedd med två elvärmepatroner med en total effekt av 12,6 kW. Energi­ alstringen från dessa kan noggrant mätas med en elektrisk kWh-mätare. Genom att uppvärma ackumulatorn jämte tillhö­ rande anordningar elektriskt och i samband därmed avläsa temperaturstegringen i de olika "vattenskivorna" och jämfö­ ra temperaturstegringen i medeltal för hela tanken med förbrukad mängd elenergi, har ackumulatorns totala acku- muleringskapacitet, dess "vattenvärde", kunnat mätas utan någon volym- eller viktbestämning. Denna "ekvivalenta ackumulatorvolym" eller "ekviva­ lenta vattenvärde" har bestäms till 1.102 liter genom två olika el-uppladdningar. Beräkningarna härav, som i och för sig kräver beaktande av ett flertal speciella faktorer, är emellertid relativt omständlig och har därför här be­ räknats i en särskild bilaga. 70 Sedan sålunda ackumulatorns ekvivalenta vattenvärde och dess medeltemperatur för visst fall beräknats, kan acku­ mulatorns energiinnehåll beräknas enligt samma principer som för värmepannan, i detta fall enligt formeln V .T -, . v a a-med » £>, Cp. 1,163. 10' kWh där E = ackumulatorns energiinnehåll vid medeltemperatu- 3. ren T _ j a-med V = ackumulatorns ekvivalenta vattenvolym (1.102 liter) a a-med = ackumulatorvattnets medeltemperatur <•>. Cp = produkten av vattnets densitet och värmekapaci- vitet vid temperaturen Ta_me(p se fig- 12 1,163 . 10~3 = onräkningsfaktor från kcal till kWh Med utgångspunkt från ovan redovisade beräkningar har ett diagram uppritats enligt fig. 17 , där energiinnehål­ let i ackumulatorn direkt kan avläsas som funktion av medel­ temperaturen i ackumulatorns vattenmassa. Som förut nämnts är därvid energiinnehållet ("energinivån") beräknad med 0 C som referenspunkt, där ackumulatorns energinivå sålunda är = 0 . c} Värmepannans _egenförlus ter_ som_funktipp_ay_ÏË5- peratur_och_tid. När en värmepanna uppladdar en ackumulator så åtgår den pannan tillförda värmeenergin - t.ex. från en oljebrän- 71 E«. www FIG. 17. ACKUMULATORNS ENERGIINNEHÅLL. SOM FUNKTION AV TEMPE­ RATUREN Ta_med TEMPERATUR T a-mc 72 nare - inte enbart till att höja temperaturen i värmepanna och ackumulator, utan den åtgår också till att täcka pan­ nans och ackumulatorns värmeförluster utåt under uppladd- ningsperioden på grund av strålning, transmission och ven­ tilation. I den mån dessa förluster inte kan utnyttjas som nyttig uppvärmningsenergi utgör de onyttiga förluster, men oavsett om de är onyttiga eller kan tillgodogöras för husuppvärmningen måste man känna storleken av dessa förlus­ ter för att kunna beräkna både värmepannans och ackumula­ torns eller värmesystemets verkningsgrad. Värmepannans ifrågavarande egenförluster vid här aktu­ ella temperaturförhållanden kan enklast och säkrast mätas genom att värmepannan först medelst oljebrännaren upphet­ tas till ca 85° temperatur och därefter får avsvalna utan något värmeuttag till vare sig tappvarmvatten, radiatorer eller ackumulator. Temperatursänkningen i värmepannans vat­ tenmassa utgör då ett mått på pannans värmeförluster genom strålning, transmission och drag-förluster genom pannan. Avsvalningskurvor har erhållits genom mätning av pan­ nans temperatur i sex punkter med den kontinuerligt (var 12:te sekund per punkt) registrerande Philips-skrivaren under avsvalningstiden. Förfarandet har upprepats ett fler­ tal gånger med likartat resultat.Fig. 18 visar de sex avsval ningskurvorna från en sådan mätning. Man observerar att en av kurvorna, som avser pannans bottensektion, visar en betyd ligt snabbare avsvalning än de övriga, och att för fyra av pannsektionerna mätvärdena praktiskt taget sammanfaller. Den för de vidare beräkningarna använda avsvalningskur van utgörs av medelvärdet av de i fig. 18 visade. Den har dock ej separat uppritats i fig. 18. För de vidare beräkningarna har det befunnits lämpli­ gast att uttrycka avsvalningskurvan som en matematisk funk­ tion, vilket på grund av kurvans form i och för sig är möjligt med avsevärd noggrannhet. Den krökta avsvalningskurvan kan nämligen genom lämp- 73 FIG. 18. AVSVALNINGSKURVOR FRÄN PHILIPS-SKRIVAREN FÖR DE SEX MÄTPUNKTERNA I VÄRMEPANNAN 74 ligt koefficientval väl anpassas till den allmänna funktio­ nen för en enkelkrökt kurva enligt uttrycket p-med k! + V k3.t där p-med 1 = värmepannans medeltemperatur konstant = pannrummets temperatur k0 = konstant = maximal temperaturdifferens mellan värmepanna och pannrum i startögonblicket kj = konstant, mått på krökningen av avsvalningskurvan t = avsvalningstid i timmar från startögonblicket Bästa anpassning till denna avsvalningskurva har er­ hållits med funktionen -0,071 t p-med 24,4 + 28,96 . e gällande för panntemperaturer över 25 C. Sedan avsvalningskurvan på detta sätt med god anpass­ ning till det verkliga förloppet matematiskt formulerats, kan avsvalningshastigheten vid en viss temperatur på värme­ pannans vattenmassa enkelt erhållas genom derivering av den matematiska kurvan. Derivatan med avseende på tiden t ger avsvalningskurvans lutning, d.v.s. avsvalningshastighe­ ten (i °C per timme) och därmed också pannförlusterna per timme vid valfri panntemperatur. En derivering av ovanstående ekv. ger: dTp-med _ . fT ïït V U p-med 24,4) = - 0,071. (Tmed-24,4)p-mec En kurva kan nu uppritas enligt sistnämnda uttryck, som visar ögenförlusterna från pannan i kW som funktion av pannans medeltemperatur, se fig. 19 âl_Ackumulatçrns_egenförluster_som_funktion_av temperatur och_tid. Ackumulatorns egenförluster har beräknats på samma sätt som för värmepannan. Ackumulatorn har alltså upphettats till 75 FIG. 19. EGENFÖRLUSTER FRÄN VÄRMEPANNA SOM FUNKTION AV PANNMEDELTEMPERATUREN Tp_med VÄRMEPANNANS EGENFÖRLUSTER KW TEMPERATUR ^P-ffled 76 en medeltemperatur av 80-85°C och därefter fått självsval- na utan någon som helst belastning av värmesystem eller tappvarmvatten. Temperatursänkningen i ackumulatorns vatten­ massa per tidsenhet är då ett mått på ackumulatorns trans­ missions- och strålningsförluster (några ventilationsförlus­ ter som vid värmepannan är här ej aktuella). Mätningar av avsvalningsförloppet har upprepats ett antal gånger med likartat resultat. Det exempel som här re­ dovisats och som baserats på de 14 mätpunkternas individuel­ la temperaturer vid varje tidpunkt har baserats på ett av- svalningsförlopp som pågått under inte mindre än 44 dygn för avsvalning av ackumulatorn från 80°C till sluttemperatur 19°C Avsvalningskurvan för ackumulatorn som beskriver acku­ mulatorns temperatur som funktion av avsvalningstiden har därefter på motsvarande sätt som vid värmepannan uttryckts som en matematisk funktion för enkelkrökta kurvor enligt formeln T a -med där T , ackumulatortankens medeltemperatura-med k-^ = konstant = pannrummets temperatur = konstant = maximal temperaturdifferens mellan ackumulator och pannrum i startögonblicket t konstant, mått på krökningen av avsvalningskurvan avsvalningstid i timmar från startögonblicket Bästa anpassning till denna funktion erhölls med funktionen -med 23 + 56,15 -0,0065 t ;ällande för ackumulatortemperaturer över 24 C. Genom att dérivera funktionen med avseende på tiden er- hålles en ny funktion, som beskriver avsvalningskurvans lut­ ning som funktion av viss temperatur hos ackumulatorn . Med hjälp av denna derivata kan transmissionsförlusterna etc. be­ stämmas för valfri ackumulatortemperatur enligt 77 dTa-med dt k7 . (T -, - k. ) 3 ^ a-med 1J En kui'va har också uppritats enligt sistnämnda uttryck, som alltså visar egenförlusterna från ackumulatorn som funk­ tion av ackumulatorns medeltemperatur, se fig. 20 . Det förtjänar påpekas, att denna kurva skenbart ser ut som en rät linje. I verkligheten är dock denna kurva svagt krökt. (Om koefficienten k_ vore = 0 i stället för - 0,0065 skulle kurvan ha varit en exakt rät linje). el_QLJEPANNANS_RESP1_AKA;SYSTEMETS_VERKNING SGRAD. Sedan ovan under a) - d) redovisade funktioner nu be­ räknats, nämligen värmepannans och ackumulatorns energiinne­ håll som funktion av deras resp. medeltemperaturer samt värmepannans och ackumulatorns egna värmeförluster som funktion av medeltemperatur och uppladdningstid, kan verk­ ningsgraden för både oljepanna ensam (i princip även för fastbränsleeldad panna) och för det kompletta värmesystemet relativt enkelt beräknas. Det förtjänar redan här påpekas, att man vid förelig­ gande system haft en ganska unik möjlighet att noggrant mä­ ta resp. verkningsgrader - och som följdverkan även syste­ mets årsmedelverkningsgrad - nämligen genom att den elekt­ riskt uppvärmningsbara ackumulatorn här utnyttjats som "energimätare" med avläsningar på en vanlig elektrisk kWh- mätare som faktisk bas för verkningsgradsbestämningarna. Vid oljeeldning erfordras självfallet dessutom bestämning av förbrukad oljemängd, men den kan vägas med god noggrann­ het . Innan de olika beräkningarna redovisas bör lämpligen redogöras för principen för verkningsgradsbestämningen. Vid oljeeldning tillföres till värmepannan viss brutto-energi­ mängd i form av vid oljeförbränningen förbrukad mängd eld­ ningsolja. Denna mängd kan fastställas genom vägning före och efter en uppladdning av den oljedunk, som förser oljebränna- 78 FIG. 20. EGENFÖRLUSTER FRÄN ACKUMULATOR SOM FUNKTION AV ACKUMULATORMEDELTEMPERATUREN Ta^med ACKUMULATORNS EGENFÖRLUSTER KW TEMPERATUR a-med 79 ren med olja. Eftersom uppladdningen av den relativt stora ackumulatorn erfordrar förbränning av en tämligen stor olje- mängd, kan uppmätningen av tillförd oljeenergi genom vägning utföras med ganska god noggrannhet. Viss osäkerhetskälla är dock den använda oljans brutto- innehåll av energi per viktsenhet, men den har på basis av uppgifter från bl.a. oljeleverantören beräknats till 3 10,2 . 10 kcal/kg olja. Denna siffra har ansetts vara be­ räknad i någon överkant och sålunda i ogynnsam riktning i vad avser beräkning av verkningsgraden. Utöver förbränning av eldningsolja tillföres värmesyste­ met viss energimängd via den elektriska cirkulationspump, som ombesörjer vattencirkulationen mellan panna och ackumu­ lator. Enligt pumpfabrikanten överför pumpen mellan 70 och 110 watt till cirkulationsvattnet vid drift. Här har räknats med ett medelvärde av 90 watt som energibidrag från cirkula- tionspumpen. Den totalt till värmesystemet under en ackumulatorupp­ laddning tillförda energin åtgår till fem olika energiförbruk­ ningar: a) Ökning (ev. minskning) av värmepannans energiin­ nehåll b) Ökning av ackumulatorns energiinnehåll c) Täckan­ de av värmepannans egenförluster (strålning, transmission, skorstensventilation m.m.) under uppladdningstiden d) Täck­ ande av ackumulatorns egenförluster under uppladdningstiden (huvudsakligen transmission) e) Energitillförsel till ex- pansionsvatten, som avgär från ackumulatorn till expansions- kärlet. Alla dessa energiförbrukningar (utom e), som beräknas nedan), kan med stöd av i det föregående genomförda generel­ la beräkningar nu fastställas vid en enskild ackumulatorupp­ laddning. Ett flertal sådana uppladdningar har genomförts med likartade resultat. Den tillförda bruttoenergin multipli­ cerad med den sökta verkningsgraden skall vara lika med sum­ man av samtliga energiförbrukningar. Nedan redovisas sifferberäkningarna vid en représenta- 80 tiv uppladdningscykel, som alltså i detta fall gäller olje­ eldning av värmepannan. Det principiella förfarandet är dock tillämpligt också vid fastbränsleeldning, ehuru det då är svårare att med någon exakthet bestämma mängden till­ förd förbränningsenergi. Tillförd energimängd : Förbränd oljemängd 3,805 kg Tillförd oljeenergi: 3,805 . 10,2. 10^. 1,163. 10^ = 45,137 kWh Förbränningsperiodens längd 142 minuter = 2,37 timmar Från elpumpen tillförd energi 2,37 . 0,090 = 0,213 kWh Totalt tillförd energimängd 45,137 + 0,213 = 45,350 kWh "Förbrukad" energimängd : Energiändring_i_värmepanna: (I detta fall en ökning under hel uppladdningscykel) Temperaturmedelvärde av 6 mätpunkter: före uppladdn. 35,68°C " " : efter " 44,50°C Energiinnehåll i panna före uppl. (enl. fig. 13): 4,57 kWh " " efter " ( " " "): 5,70 kWh Energiökning i värmepanna: 5,70 - 4,57 = +1,13 kWh Här bör påpekas, att energiändringen i värmepannan ef­ ter en uppladdning gäller hela laddningscykeln, alltså inklu­ sive pannans avkylning med kallt bottenvatten från ackumula­ torn enligt den i mom. A 5 beskrivna principen för ackumula­ torsystemet. Värmepannans medeltemperatur kan därvid både ök­ as och minskas under en komplett laddningscykel, beroende på pannans utgångstemperatur, resp. på temperaturen av radiator- returvattnet i botten av ackumulatorn,som sedan tillföres värmepannan. Vid föreliggande mätning har under uppladdnings- cykeln skett en viss ökning av värmepannans medeltemperatur. I ovanstående redovisning har vid beräkning av energi­ innehållet i pannan vid resp. medeltemperaturer före och ef­ ter uppladdningscykeln för att förtydliga beräkningsprinci- pen utgåtts från de tidigare härovan framräknade diagrammen. Man ser t.ex. från diagrammet i fig. 13, att mot medeltempe- 81 raturen i värmepannan 35,68°C (eller ca 36°) svarar ett energiinnehåll i pannan av ca 4,6 kWh. Diagrammet medger allt­ så på sin höjd en nogrannhet av en decimal. Vid föreliggan­ de beräkningar har dock i verkligheten använts de framräkna- de noggrannare siffervärden, som ligger bakom de uppritade diagrammen. Detta gäller även efterföljande beräkningar. losrsï§3^ring_i_ackumulatorn^ Temperaturmedelvärde av 14 mätpunkter: före uppladdn. 46,93°C " " : efter " 77,14° Energiinnehåll i ackumulator (enl.fig.17) före " 59,413 kWh " " " " " efter " 96,433 " Energiökning i ackumulator: 96,433 - 59,413 = +37,020 kWh Värmegannans_egenförluster_under uggl.addningstiden: Under pågående ackumulatoruppladdning förlorar värme­ pannan transmissions- och andra egenförluster, som varierar med pannans medeltemperatur. Om pannan från ackumulatorn underifrån tillföres "matarvatten" med +60°C temperatur och, efter uppvärmning i pannan, avger detta med +80°C, så blir pannans medeltemperatur under uppladdningsperioden = 4—S.° = + 7 0°C . Enligt fig. 19 blir då pannans egenförluster 0,410 kWh per timme (0,410 kW). Under hela uppladdningsperioden, 2,37 timmar, blir alltså värmepannans egenförluster = = 2,37 . 0,410 = +0,972 kWh. Ackumulatorns_egenförluster_under_uggladdningstiden : Ackumulatorn hade enligt ovan vid starten av den här uppmätta uppladdningen en medeltemperatur av 46,93°C och vid avslutad uppladdning medeltemperaturen 77,14°C. Acku­ mulatorns medeltemperatur under uppladdningsperioden är så­ lunda = 62,04°C . Ackumulatorns egenförluster per timme blir då enligt fig. 20 0,320 kW. Under hela uppladdningsperioden, -2,37 tim., blir alltså ackumulatorns egenförluster = 2,37 . 0,320 = = + 0,758 kWh. 6 - L8 82 Här bör uppmärksammas, att den använda "forsknings- ackumulatorn" enligt fig. 4 har betydligt större transmissi- onsförluster än en "normal" ackumulator (av typen enligt fig. 5). Detta beror dels på att mineralullsisoleringen inte är inklädd med någon tät beklädnad, dels på att forsknings- ackumulatorn på grund av sina utbytbara anslutningsdelar har en betydligt större transmissionsyta än en normal acku­ mulator av typen enligt fig. 5. För en normal ackumulator blir transmissions!örlusterna i medeltal av storleksordning­ en 120-150 watt. Energitillförsel_till_avgående_expansionsvatten: Under en uppladdningsperiod avgår viss vattenmängd till befintligt expansionskärl. Expansionsavgången sker från vär­ mepannans topp, vilket innebär att expansionsvattnet lämnar systemet med pannvattnets utloppstemparatur, ca 80°C. Expan- sionsvattnet skall därvid uppvärmas från ackumulatorns medel­ temperatur före uppladdning, 46,93°C, till ca 80°C. Den utträngda expansionsvolymen motsvaras av ackumula­ torvattnets minskade mass-innehåll: Massa före uppladdning: (1.102 liter) . " efter " : V ( " ) . Enligt diagrammet i fig. 11 (och bakomvarande exaktare siffror) erhålles då: Expansionsvolym = 1.102 . (0,9890 - 0,9735) = 17,08 dm3 Vid beräkning av härför erforderlig energimängd måste beaktas skillnaden mellan det utträngda expansionsvattnets densitet f och värmekapacivitet c^ före resp. efter uppladd­ ningen. Energimängden Eg beräknas därför appr. enligt E = 17,08 . (80 . ?c - 47 . $> c ) . 1,163. 10"3 exP > P(80) p (47) = 17,08 . (80 . 0,9740 - 47 . 0,9878) . 1,163. 10~3 = 0,626 kWh > (46,93) K> (77,14) 33 9!jepannans_förbränningsverkningsgrad : Vi har nu för föreliggande mätningsomgång tillgång till samtliga de värmeförbrukningar (utom rökgasförluster o.d.), vartill den vid provningen förbrända eldningsoljan lämnat energi, och vi kan därmed att börja med beräkna olje­ pannans verkningsgrad: Summa beräknade värmeförbrukningar för värmepannans energiökning, ackumulatorns energiökning, värmepannans egen­ förluster, ackumulatorns egenförluster och expansionskärlets värmeförbrukning = = 1,13 + 37,02 + 0,972 + 0,758 + 0,626 = 40,506 kWh Tillförd energimängd är enligt ovan: +45.350 kWh Oljepannans verkningsgrad = 45*350 = 0,893 (89 l) (ev. olje-brännarens) ■^^ZSZ2iemets_verkningsgrad : Med angivna siffror 'kan nu AKA-systemets nyttiga verk­ ningsgrad enkelt beräknas genom att man från summa energiför­ brukningar 40,506 kWh borträknar för uppvärmningsändamål "onyttig" energi. Dessa avgående energiposter beror delvis på hur värmesystemet är anordnat. Normalt bör förutsättas att ackumulatorn är placerad i uppvärmt utrymme (den är själv ljudlös, luktlös, brandfri etc.), så att dess i och för sig normalt små egenförluster (betydligt mindre än "forskningsackumulatorns" enligt fig. 4) kan utnyttjas som basvärme för resp. utrymme. Härvidlag bör dock borträknas basförlusterna under t.ex. 2 sommarmånader, då nämnda basförluster normalt inte kan utnyttjas (men som vid dessa perioder också kan genom enkel omställning av sy­ stemet radikalt minskas). Denna korrektion medför en mycket liten ändring av totala verkningsgraden. Även expansionskär let bör helst placeras inom uppvärmt utrymme, så att dess energiinnehåll kan nyttiggöras vid ex- pansionsvattnets avsvalning. Vid åtminstone nya anläggningar innebär detta ingen större svårighet. 84 Det kan däremot diskuteras i vad mån kvarvarande ener­ gi i värmepannan kan utnyttjas. Otvivelaktigt kan den utnytt­ jas för uppvärmning av det utrymme, i vilket pannan är pla­ cerad, men om detta leder till onödig övertemperatur i så­ dant utrymme eller om värme försvinner ut med skorstensdra- get är denna energi åtminstone delvis onyttig. I sämsta fall, om samtliga ovan nämnda värmemängder utom basförlusterna från ackumulatorn anses förlorade, så blir AKA-systemets verkningsgrad under en uppladdningscykel = - 40, 506 - 1,130 - 0,972 - 0,626 = 37,7 78 = Q 833 (ca 83 %) 45,350 45,350 —î---- 1-------- Vid ett mera normalt fall, där dock endast hälften av värmepannans kvarvarande värme kommer till nytta men där expansionskärlet anordnats i uppvärmt utrymme, blir verk­ ningsgraden 40,506 - 0,5. (1,15 + 0,972) _ 39,455 _ „ g y r g y %-v 45,350 45,350 --5------- --------- - I gynnsammaste fall, om värmepannans egenförluster helt kan utnyttjas för nyttig uppvärmning av kringvarande utrymme blir AKA-systemets verkningsgrad densamma som pan­ nans verkningsgrad, sålunda 0,893 eller ca 89 % Av här redovisade siffror följer, att systemets hit­ tills enbart behandlade momentana verkningsgrad under en laddningscykel t.o.m. kan bli högre än angivna 89 %, om för ackumulatoruppladdningen kan komma till användning något pannsystem e.d., som ger högre förbränningsverkningsgrad än den vid föreliggande provhus använda konventionella pannan och oljebrännaren. Nu är det vid en konventionell oljepanna stor skillnad, mycket stor skillnad, mellan pannans momentana verkningsgrad och värmesystemets årsmedelverkningsgrad, framförallt emedan en konventionell panna undergår stora energiförluster under brännarens långa stilleståndsperioder under lågsäsong, vår, sommar, höst. Det är bl.a. sistnämnda förluster (förutom de som vållas av en konventionell pannas korta brinnperioder vid oljeeldning), som till allra största delen undgås vid AKA-systemet, eftersom värmepannan före stilleståndsperioder- 85 na avtappas pâ större delen av sitt värmeinnehåll. Den totala värmeförbrukningen vid AKA-systemet utgöres vidare i verkligheten av en summa av energiåtgångarna för ett större antal ackumulatoruppladdningar - för ett genom­ snittligt småhus kanske av storleksordningen 600 uppladd­ ningar per år. Vid varje sådan uppladdning är verkningsgra­ den i stort densamma och av den storlek, som härovan redovi­ sats vid en enstaka uppladdning. Av det sagda följer, att även värmesystemets årsmedel- verkningsgrad blir mycket nära densamma som för en enskild uppladdning. Sammanfattningsvis kan därför årsmedelverknings- graden anges till ett värde mellan ungefärliga gränserna 83 l och 89 % beroende på hur panna m.m. är placerade och hur mycket av deras förluster, som kan komma till användning som "nyttig" värme. Hög verkningsgrad betyder i sin tur - vid oljeeldning - minskad oljeförbrukning, vilket i dagens läge torde mer än uppväga mer investeringen för den behövliga ackumulatoranlägg­ ningen. (Oavsett att oljan betalas med utländsk men investe­ ringen med inhemsk valuta). Den höga verkningsgraden för här beskrivet system be­ tyder också, att ett individuellt värmesystem med alla det­ tas fördelar för den enskilde ur trygghetssynpunkt inte, som ofta påståtts^behöver (i vad avser småhus) förbruka mera energi (olja) än sådana system som t.ex. fjärrvärme. I verk­ ligheten gäller därvidlag det rent motsatta förhållandet. A_ lé^AKA^sys temet s_ ekonomi _. _ Jämförelse med_andra_värmesys tenu En ekonomisk analys av AKA-systemet och en kostanads- jämförelse med andra värmesystem för småhus har med skri­ velse av den 16 januari 1979 ingivits till BFR i form av en 15-sidig utredning. Energikostnaderna varierar emeller­ tid f.n. snabbt, och en ny kostnadsutredning avses därför att genomföras så snart någon slags stablisering av de just nu alltför svårbedömbara prisrelationerna ägt rum. 7 - L8 O RI G IN AL k o s t N oo 0 O csl $ o tö CXj K) ^--N LO o fx. /■—\ oo /—\ cr» 1 1 1 1 i 1 1 1 nN V, $ b c, p Vi v; \ /\ fO r*\ rv> Ci'. S «V O cnJ X r» 40 c>. tv I W I L, ug ro O O VS t* c/ ÖOc , ocö G oo->G 'O S P (O oo o p Dj G :G w> 3 vä ts) $ Q R r- o'i> oV fl 0 s tjx- H è VSrL> tö ro N Q ro O W 5 0pO >°x S VS r> > Q v** c; Vi c*. Cf-% cV 6 -? w Ci { V vi »Xi 0 o 2: 0 (O s O _c *^H i Ö b Cix Ls (Vs b jv DO G G «G fr C3^ r; /v 0 P G V< tv( «N 5 I £ x9 xc £ tx 0 Q> \ v; \ti\ 3 Oq O ** I »o IV ? I o w o/\ n 6^ o ol t . 0 9 •i S \,x . % 0* c.OÙV ^ * N r5 & *o Ä a v-»*A> 1 £ * CÎ v) £ .7 vig O r^v 0 5 o IL ' ix V9 > ■v 0 " V b ô v s ^ Ti V~> \J \ •s Jo V> •t U•H£ 0 CO g ro § 'o 1 § ovS> s &ro ro §ro go \ é **> S 4 l —L $ fx i £\ o D »O si i Ox I § t-X i 0 cs ►3 I t \Ö0 (o l é, Iö 8«5 1 i i / i 1 * &1 1 ! 1 oorr»O vi» l*bvS cH Ni 4- -f- tO G C 0 p 0 0 > p p li Q <0 vi Vi 0 £ \ 0 oa o S i. O £ (>x Ti Vi K t fr» X ö o 6 t» o Lä W> L. \. o ö 6 6 .« « i « I E rv H •H P P G m3 > G G tO do 0 «cd 0 •« +-> G OJ *-» Ai > cd ODD 0 •• G ËDÊ (UD 0- 4~» I +-» 4-» x > >, G g co • to G cd I > ^ 5) D 0 O P M3 (OD WH C h 0 cd cd :cd 0 E *h > G M3 « G :0 cd g 4h G h e c :G G 0 I O e g* X> 0 G G 0 cd DO P G G 0 O0 tO G *“5 p, +j g ocd :cd G P rQ 000 -H*;?£ O :0 rP -H U O •» cd cd Gii p 0 P ■p m3 0 G 0 E > E .H :cd • to > r-H 0 r—t U P 0 G P 0 •h :cd P G to r* cd p G 0 M3 0 0 G 0 g 'H G DD 0 PU tO O P ! «O • CO to

0 >•H G . . 0 :G G 34 > G O «O 0 0 P -H •»—> G cd G rH O *H P O PDr^ G G 0 G -H G rH HD i 0 0 G rHtic G 0 + 10 Dl 0 I P . P > IG • (O > G 0 to G 0 0 G P G *H :G O G o 3=) CO 0 TM M3 rH 0 O Ë + G G G C {X G I 0 P,rH G 0 0 _G TM . m3 rH > 0 O G G ° :G^ Sä M3 P o to m3 M3 0 rH oc3 0 ^ E 0-X G • G O M DOO 'S to G P m3 P G5 P to •H O ^1 s pP G ro + »ro tO G O D4 >hD £53 S Du •H :G G) P so lv ä: 89 KOSTNADSJÄMFÖRELSER "AKA-SYSTEMET" MED ANDRA VÄRMESYSTEM Beräkningsförutsättningar : Efterföljande beräkningar har genomförts för "genomsnitts- hus" av befintlig typ med måttlig isoleringsgrad och en beräknad årsförbrukning av 15.000 kWh för uppvärmning, 5.000 kWh för v.v.-beredning. BRÄNSLEKOSTNADER: Oljeeldning : 1 liter eldningsolja 1 innehåller 8.700 kcal = 8:^° = 10,1 kWh oÖU 1 kWh = 860 kcal Oljekostnad 0-^ öre/m3 = 70.500 öre/m3 efter prishöjning 15/11 Netto-verkningsgrad = 'n L °v Netto bränslekostnad pr kWh vid oljeeldning = ----- ---------- 70.500 6,98 10,1 x 1000 x V öre/kWh = ---------- = ---- öre/kWh L 10.100 x n 1 Härav beräknas olje-bränsle-kostnaden vid följande verkningsgrader : = 0,60 (60 %) Oljekostnad ' 11,63 öre/kWh 0,65 " 10,74 tt 0,70 " 9,97 »1 0,75 " 9,31 »t 0,80 " 8,73 tt 0,85 " 8,21 11 Oljeeldad fjärrvärme: Kalorikostnad för fjärrvärme antas baserad på oljepriset 545:- kr/m = oljebolagens listpris för lågsvavlig eldningsolja 4. För fjärrvärmeverk antas rabatt 100:- kr/m3. Nettokost­ nad sålunda 445:- kr/m3. Vid en antagen verkningsgrad framme hos konsumenten av 60 % (95 % i fjärrvärmeverket,«35 % 1edningsförluster), erhål- les kalorikostnaden 44500/10100x0,60 = 7,34 öre/kWh Elvärme : Elvärmens kWh-kostnader ha baserats på Stockholms priser, som synes vara ungefär desamma som för södra och mellersta Sverige. För Stockholm finns två tillämpliga elvärmeta- 8 - L8 (90 riffer, "dubbeltariff" och "långtidstariff". För elvärme i villor anges "dubbeltariffen" vara den ojämförligt van­ ligaste, varför denna tillämpats vid beräkningarna. Dubbeltariff : Fast kostnad för villa 180:— kr/år KWh-kostnad: kl. 07 - 21 18 öre/kWh (varav 3 öre skatt) kl. 21 - 07 9 Långtidstariff : Fast kostnad för villa 210:- kr/år KWh-kostnad: Hela dygnet 16 öre/kWh Elvärmens kWh-kostnad i medeltal pr dygn har beräknats enligt "dubbe1 tar iffen" och påverkas av hur stor del av elvärme­ energin, som tas ut nattetid resp. dagtid, vilket i sin tur påverkas av tillgänglig ackumulering svolym : a) Direkt elvärme_med 300;liters_v^v1-beredare: Hela v.v.-värmen antas här producerad i v.v.-beredaren nattetid, medan uppvärmningsenergin antas producerad jämnt fördelad över dygnet. Den fasta avgiften, 180:-, an­ tas jämnt fördelad på totalt förbrukade 20.000 kWh, allt­ så 18000/20000 = 0,9 öre/kWh. KWh-kostnad för uppvärmningsel: 14 tim. å 18,9 öre = 264 öre 10 tim, a 9,9 " = 99 " 24 tim = 363 " Medelpris 363/24 = = 15,15 öre/kWh KWh-kostnad för v.v.-beredning : Medelpris 9,9 öre/kWh nattetid b) Vattenburen elvärme_via_elvärmepanna_ + _300_liter_viy ..-beredare: KWh-kostnaderna bli desamma som i fall a), alltså 15,15 öre för uppvärmningsenergi och 9,9 öre/kWh för v .v.-beredning. c} Vattenburen elvärme via_elvärmd_ackumulator: I detta fall produceras hela v.v-energin, 5000 kWh, nattetid och lagras i ackumulatorn men därutöver också 5000 kWh uppvärmningsenergi nattetid. Resten av uppvärmningsenergin förutsättes dock jämnt fördelad över dygnet, eftersom el- ledningskapaciteten normalt inte räcker till ytterligare nattackumulering. 91 KWh-kostnaderna bli för detta fall 9,9 öre/kWh för 10.000 kWh och 15,15 öre/kWh för överskjutande energimängd. Vid solvärmeackumulering måste dock viss ackumulatorkapa­ citet reserveras för solvärmelagring varvid kapaciteten för natt-elvärmelagring i motsvarande mån minskas. 92 INVESTERINGAR: Vid beräkning av erforderliga investeringar har utgåtts från att resp. hus redan är försett med ett ordinärt vattenra­ diator system, som uppvärms med en oljepanna med oljebrännare, och vidare att det blivit eller snart blir aktuellt att byta ut oljepannan, medan radiatorsystemet är intakt. Beräkningen av investeringskostnader gäller då den enskilde konsumentens behov av nyinvesteringar för de olika värmesystem, som studerats. Värmesystemen ifråga ha upptagits i kolumn a) i kostnadssam- manställningen, konsumentens erforderliga investeringar i ko­ lumn b). I en ytterligare kolumn c) har upptagits samhällets nyinvesteringar som följd av konsumentens. Det är nämligen uppen­ bart att om ett större antal husägare, som tidigare använt indi­ viduell oljeeldning, därefter övergår till elvärme, så måste el- produktionsapparaten (kraftverk, ledningsnät) kunna leverera ett motsvarande mått ökat antal kW elkraft. Dess investeringar ha enligt nedan angivna grunder beräknats och upptagits i kol. c). Elvärmens (vilket också gäller t.ex. fjärrvärmen) investe­ ringar täcks emellertid i princip av ökade kWh-priser för konsu­ menten, som ingår i de årliga energikostnaderna. De samhälleliga investeringarna enligt kol. c) drabbar därför ej konsumenten i form av investeringskostnader (ränta, amortering), men de ha i kostnadssammanställningen särskilt upptagits för att påvisa den totala investeringen, d.v.s. bindningen av kapital, som de olika värmesystemen erfordrar. Konsumentens egna investeringar ha för enkelhetens skull generellt beräknats vålla årskostnader = 105 av investeringen på sätt upptagits i kol. d) i kostnadssammanställningen. Detta är givetvis en stark förenkling, men på just nu föreliggande stadium disponerar förf. inte underlag för en mera preciserad beräkning. En noggrannare beräkning av den enskilde konsumen­ tens investeringar för olika värmesystem är nämligen just huvud­ ämnet för förf:s undersökningar under vintermånaderna 78/79. De investeringsbelopp, som upptagits i sammanställningens kol. b) kan därför f.n. endast betraktas som approximativa uppskattning­ ar. De är förmodligen inte ens dagsaktuella, men strävan har varit att inbördes avväga kostnadsuppgifterna möjligast balanse­ rat, så att den inbördes storleksordningen blir rimlig. I enlighet med det sagda ha investeringsbeloppen uppskat tats sålunda: Ersättande av oljepanna med brännare med ny sådan 7.500 Beloppet avses innefatta panna och brännare av konventionell typ inkl. montering. Kostnads- sammanställningen visar att detta är en mycket tung kostnadspost. I den mån ny panna kombineras med ackumulator kan ifrågasättas om inte pannan skulle kunna utföras betydligt enklare än f.n. marknadsförda "flaggskepp" för pannfabrikerna och pannan i stället utföras som ett slags till­ behör för den för alla energiformer användbara ackumulatorkomponenten, som då i stället för­ vandlas till värmesystemets centrala komponent? Ackumulatortank med v.v.-beredare och isolering men excl. el-patroner och excl. "AKA-tillsats" 4.000 "AKA-tillsats". Vid den senaste utformningen av "AKA- systemet", beskriven i den amerikanska p.ans. men ännu ej i den svenska, kan ackumulatorn mon­ teras tillsammans med värmepannan helt oberoen­ de av den automatik, som ingår i "AKA-tillsatsen". Man kan därför utnyttja ackumulatorns magasine- ringseffekt (t.ex. för natt-el, vedeldning, sol­ värmelagring m.m.) utan att "ta risken” att koppla in den enérgibesparande AKA-automatiken. Den sistnämnda kan därför i ett ev> senare sta­ dium anskaffas som en tillvals-komponent för att spara energi och delvis automatisera ackumu­ latorsystemets funktion. "AKA-tillsatsen" be­ står av elektrisk styrenhet, två magnetventiler, en mindre cirkulationspump för intern cirkula­ tion inom ackumulatorsystemet och en termisk ventil, och kan levereras som en tillkopplingsbar enhet. Uppskattad kostnad f.n. 1.500 Ackumulator försedd med AKA-tillsats 5.500 o 2Solfangarsystem med 10 m solfångare enl. system HB-L, värmeväxlare och intern cirkulationspump samt erforderliga plastledningar 4.000 Både jag och min solvärme-medarbetare Lögdberg tror att detta pris är fullt realistiskt men vill inte före en slutlig provning tidigt i vår lova för mycket. Systemet avviker radikalt från t.ex. TeknoTerms och liknande slutna system. o 2Solfangarsystem med 12 m solfångare, i övrigt lika 4.500 Ersättande av vattenradiator system med elradiatorer och elektrisk v.v .-beredare inkl montering, uppskattat 9.000 Ersättande av oljepanna med brännare av el-panna med 300 liters v.v.-beredare inkl. montering 5.000 Ersättande av oljepanna med brännare av vedpanna + ackumulator + AKA-tillsats 10.000 94 Ersättande av oljepanna med brännare av elvärmd ackumulator med v.v.-beredare och 2 st. el- patroner 5.000:- Samhälleliga_investeringar. För varje oljeeldningsanläggning för 20.000 kWh/år, som ändras till direkt eller vattenburen elvärme, erfordras uppen­ barligen en ökad produktion av elektrisk energi med 20.000 kWh per år. Detta betyder ofrånkomligen, sett i ett allmännare sam­ manhang, att de samhälleliga investeringarna i kraftverk och el-ledningsnät ökar med den andel, som motsvaras av 20.000 kWh energimängd. I verkligheten ökar de mera, eftersom bostads- uppvärmningen också kräver ökad effekt under högbelastnings- tid vintertid. För att klara toppbelastningen vintertid krävs alltså insättande av mera elproducerande maskiner än vad som enbart krävs för att vid jämn årsbelastning producera 20.000 kWh. Här bortses dock t.v. från effektens investeringsökningar. Erforderligt tillskott i elvärmeenergi kan numera endast levereras via kärnkraft eller oljebaserad värmekraft - vatten­ kraften är för kvalificerad för elvärmeenergi. Ett kärnkraftverk om 1000 MW = 106 kW anses kunna levere­ ra elenergi under ca 6000 timmar pr år, alltså totalt 6 x 109 kWh per år För småhusuppvärmning med 20.000 kärnkraftverk till q 6 x 10 20.000 kWh pr hus räcker alltså ett 3 x 109 = 300 000 småhus Ett nytt kärnkraftverk om 1000 MW anses idag kräva inves­ teringar för 5 milliarder, ett belopp som dock synes alltjämt växa om däri också inräknas framtida avfallsförvaringskostnader o.d. Erforderlig investering pr småhus blir alltså qS x 10y 300.000 1,67 x 10 4 = 16.700:- kr (Oräknat extra investeringar för att klara den rena elvärmens toppeffekt). Härtill kommer investeringar för att överföra den ökade energin och effekten från kraftverk till konsument. Enligt upp­ gift så långt tillbaka som 1970 från dåvarande tekniske direk­ tören i Sydkraft kan denna investering då_ beräknas till i medeltal 720 kr pr överförd effekt i kW (på storkraftnät och för lokaldistribution). Aivändes denna siffra fortfarande (1978) motsvarar den 10 x 720 = 7.200:- kr/hus, om sammanlag- rat effektbehov beräknas till 10 kW pr hus. (Kanske något högt) Ytterligare tillkommer sedvanligt tillägg till kraftverks- kostnaderna av 15 % för aggregathaverier och andra fel = 0,15 x 16.700 = 2.500:- kr. 95 Totala samhälleliga investeringar för varje småhus som överföres från oljevärme till elvärme blir med nämnda siffror: 16.700 + 7.200 + 2.500 = 26.400:- kr/småhus Kostnaden ifråga synes mycket hög men torde ändå vara be­ räknad i underkant, eftersom den inte tar hänsyn till de extra investeringar, som erfordras för att täcka elvärmda småhusnes ökade effektbehov under högvintern. Investeringsbeloppet ifrå­ ga förklarar emellertid också de höga energiutgifterna för elvärme (kol. h i sammanställningen). Kraftverksinvesteringarna bli dock avsevärt mindre om elenergin i stället alstras i oljebaserade kraftverk, men då blir i stället oljeåtgången mycket hög på grund av särskilt kon­ denskraftverkens låga nyttiga verkningsgrad (33-35 % framme hos detaljkonsumenten). Alltfortfarande produceras en avsevärd del av totala el­ produktionen i oljekondensverk. Förf. har i en artikel i tid­ skriften ERA (nr 1, 1975) visat, att"så länge elproduktion i sådana kondensverk måste tillhandahållas för att täcka efter­ frågan på el...så länge måste energikostnaderna (och även ol­ jeåtgången) för den tillkommande elvärmen vid jämförelse med energikostnaderna för oljeuppvärmning beräknas på basis av energikostnaderna vid oljeeldade kondenskraftverk med dessas låga termiska verkningsgrad". Detta påstående är, som visas i samma artikel, i sin tur baserat på att av olika användningar av elenergi så är det endast elvärme ene r.g in, som i någon större skala kan utbytas mot annan energiform (t.ex. oljeeldningsener- gi). Påståendet har verifierats av flera författare i tidn. VVS. Trots utbyggnaden av kärnkraften gäller fortfarande att en avsevärd elkraftproduktion sker vid oljeeldade kondenskraft­ verk. Inklusive överföringsförluster är verkningsgraden för så­ dan elproduktion högst ca 35 Ï, mera troligt ca 33 %. Det bety­ der att elvärmen under nyssnämnda förutsättningar fortfarande kräver en mycket betydande förbrukning av eldningsolja, vid kraftverken dock av typen tjockolja i st. för tunn eldningsolja vid individuella oljepannor. I kostnadssammanställningen har i en särskild kolumn, kol. i, angivits oljeåtgången pr jämförelsehus räknat vid de olika jämförda värmesystemen. För olika värmesystem som förbru­ kar elvärme har på grund av det nyss anförda angivits oljeåt­ gången (oavsett om den utgöres av tunnolja eller tjockolja) för två olika alternativ, nämligen dels om elvärmeenergin pro­ duceras i kärnkraftverk (då oljeförbrukningen blir = 0) och dels om den produceras i oljekondenskraftverk. I det sistnämnda fallet blir, som framgår av kol. i, totala oljeförbrukningen pe: hus räknat betydligt större vid elvärme än vid individuell olje­ värme. Detta förbises gärna i den vanliga debatten. Dock bör därvid observeras att kondenskraftverkens tjockoljor är rätt av­ sevärt billigare än tunnoljorna, men trots detta blir även kost naderna för den förbrukade oljan lägre vid direktförbränning i individuella oljepannor än än vid elvärme via kondenskraftverk. 96 I kostnadssammanställningen har de enligt ovan beräknade samhälleliga investeringarna för elkraftverk och ledningsnät angivits i kol. c. Vid värmesystem, som endast delvis använ­ der elenergi, blir dessa kostnader givetvis mindre och har i kol. c proportionerats i relation till andelen använd elenergi. Av kostnadssammanställningen framgår att de totala inves­ teringarna (enligt summan av värdena i kol. b) och c)) är avse­ värt större än vid individuella olje-system, vilket lätt glöms bort när investeringarna för den enskilde är så små - för dem innefattar de nästan endast elradiatorer och deras lokala led­ ningar. De samhälleliga investeringarna för elvärmen drabbar den enskilde i form av högre årskostnader, men för den enskilde är vanligen höga investeringskostnader mera kännbara (om de ej kan täckas av gynnsamma lån). De samhälleliga investeringarna för oljevärme m.m. har i kostnadssammanställningen satts =0.1 princip ökas även dessa investeringar när oljeförbrukningen ökar (för distributions­ kedjan, lagerhållning m.m.), men i föreliggande fall handlar det vid oljevärmesystem om utbyte av ett system med sämre verk­ ningsgrad mot ett oljevärmesystem med högre sådan. De samhälle­ liga investeringarna kommer då snarare att minskas än ökas men har i kol. c) satts = 0. SUMMA ÅRSKOSTNADER. I kolumnerna k) och m) i kostnadssammanställningen har an­ givits två ibland olika totala årskostnader. Kol. k) anger summan av kostnaderna i kol. d), e) och h). Av dessa delkostnader har de årliga kostnaderna på grund av den enskilde konsumentens investeringar t.v. schematiskt beräknats som 10 % av resp. investering (excl. de samhälleliga investe­ ringarna.') enligt kol. d). Kostnaderna för service har likaled­ es schematiskt angivits till 100:- kr/år för elvärme och till 300: kr/år för system i vilka oljevärme utnyttjas. Ett mellan- värde har tillämpats för system 13), kr. 200:-, där vedvärme använts i st. för oljevärme. Helt naturligt är de angivna ser­ vicekostnaderna högst schematiska och behöver preciseras bättre. I kolumn m) har de i kol. k) angivna totalkostnaderna i vissa fall ökats med vissa tillägg. Dessa ha samband med att vid elvärme energikostnaderna med säkerhet är större än för års­ genomsnittet vid effekttopparna under högvintern. Kol. k) är dock beräknad enbart på basis av genomsnittseffekten. Vid indi­ viduella oljevärmesystem, vid vedeldning o.d. gäller inte mot­ svarande - kapaciteten hos anläggningarna är normalt tillräcklig och det ökade effektuttaget sker enbart genom ökad bränsletill­ försel, som ingår i de totalt antagna 20.000 kWh. För att med hänsyn till effekttopparna erhålla någorlunda rättvisande jämförelse har vid de system, vari elvärme ingår, ett kostnadstillägg skett för beräknade merkostnader för bl.a. ökade investeringar utöver genomsnittsvärdena för att elvärmen skall kunna täcka effekttopparna. 97 KOMMENTARER TILL KOSTNADSSAMMANSTÄLLNINGEN : Som redan framhållits under avsnittet "Investeringar" är den bifogade bilagan "Kostnadssammanställning" tillsvidare endast att betrakta som en "ram" för de fortsatta kostnadsun- dersökningarna, varför den inte gör anspråk på att än så länge vara rättvisande. Särskilt kostnaderna i kol. b), "Abonentens nyinvestering" måste ytterligare undersökas, men strävan har varit att de olika värmesystemnes inbördes relationer likväl skall någorlunda stämma. Som visst underlag för beräkningarna harjfrämst utnyttjats artikeln "Vad göra när oljepannan tar slut" i ERA nr 8, 1974. Denna är alltså inte aktuell men viss pris­ korrektion har skett relativt artikeln. I övrigt bör dess upp­ läggning väga rätt tungt, eftersom den är utarbetad på uppdrag av Sydkraft och FERA av en expertgrupp från Bergman & Co, Hugo Theorells Ingenjörsbyrå och Sven Tyrén AB. Bränslekostnaderna är däremot baserade på dagsaktuella noteringar, och eftersom dessa kostnader i allmänhet dominerar relativt investeringskostnaderna (sådana de beräknats i samman­ ställningen) synes kostnadssammanställningen böra ge åtminstone viss överblick över de olika värmesystemens relativa kostnadsläge. Som i annat sammanhang nämnts avser emellertid förf. att använ­ da de kommande månaderna att bättre beräkna de olika kostnaderna. För egen del har förf. gjort följande reflexioner: Den närmast tillhands liggande åtgärden när oljepannan vid ett oljeeldat hus börjar ta slut är att byta panna och ol- jebrännare mot nya sådana, system 1) i kostnadssammanställning­ en, för vilket kostnaden här upptagits till 7.500:- kr. Denna utbyteskostnad väger tungt i samtliga tillämpningsfall. En na­ turlig reflexion är därför att det vore önskvärt vid sådana kombinationer, där oljepanna ingår, att få fram en enkel panna, som möjliggör oljeeldning och eldning med fasta bränslen, men som är betydligt enklare än de eleganta pannor, med vilka pann- fabrikanterna söker konkurrera utseendemässigt. Vid kombina­ tion med en ackumulator bör i stället denna bli den dominerande komponenten, främst genom dess stora flexibilitet. Icke desto mindre resulterar direkt utbyte av oljepanna + 98 brännare (system 1)) i ett av de betr. årskostnaderna billigaste systemen, enligt kol. m) med beräknad årskostnad 3.040:- kr. Därvid har förutsatts att oljepannans verkningsgrad genom utby­ tet ökas från förutvarande 60 % till nya 70 \ (års)verkningsgrad. System 1) har dock framförallt den nackdelen, att systemet är beroende av framtida någorlunda gynnsamma oljepriser och fortsatt tillgång till olja. Dessutom är oljeåtgången, trots för­ bättrad verkningsgrad, fortfarande relativt hög, enligt kol. i) 2.820 liter per år. Vidare möjliggör detta utförande inte maga­ sinering av solvärme från solfångare och inte heller av billi­ gare natt-el; en konventionell oljepanna lämpar sig dessutom inte alls för någorlunda ekonomisk eluppvärmning. De båda följande värmesystemen i kostnadssamanfattningen, 2) och 3), avse båda övergång till elvärme, därav system 2) över­ gång till "direkt elvärme" med elektriska radiatorer och system 3) övergång till vattenburen elvärme, producerad i elpanna. En övergång till elradiatorer förutsätter normalt att hela det befintliga värmesystemet inkl. vattenradiatorer med ledningar borttages och ersättes med elradiatorer och elekt­ riska ledningar samt med elvärmd v .v.-beredare. I den nyssnämn­ da artikeln "Vad göra när oljepannan tar slut?" har ett sådant systembyte ansetts kosta 5500-6500 kronor. Incl. v.y.-beredare tror jag att detta var en alltför låg kostnad redan 1974. Här har jag antagit kostnaden till 9.000:- men tror själv att även detta pris är för lågt relativt de uppskattade investe­ ringarna för de andra värmesystemen. Kostnaden har emellertid avsiktligt valts i beräknad "underkant". Intressant är stem pr år, 4.150:- stemen, givetvis ber naden har emellertid kostnad vid all elvä avses att nöjaktigt distributionssidan a ger den medeleffekt utan detta tillägg 1 bland de jämförda sy att trots detta totalkostnaden för detta sy- kr, ligger högst bland alla de jämförda sy- oende av de höga elpriserna. I totalkost- inlagts en på visst sätt beräknad tilläggs- rme, här beräknad till 380:- kr/år, som täcka merkostnaderna på kraftverks- och v att toppeffekten vid elvärme vida översti- under året, som bestämmer el-taxorna. Även igger dock totalkostnaden för system 2) högst stemen. 99 Betydligt lägre investering torde erfordras vid byte till vattenburen elvärme, system 3). Då kan hela radiatorsys temet be­ hållas medan oljepannan bytes mot elpanna försedd med v.v.-bere­ dare. Investeringen härför har uppskattats till 5.000:- Däremot blir energikostnaderna i princip ungefär desamma som för system "direkt elvärme" och slutliga årskostnaden stannar vid 3.750:- Denna årskostnad är dock också större än för samtliga övriga värmesystem utom system 2). Trots elvärmens ringa grad av flexibilitet skulle sålunda enligt sammanställningen såväl "direkt el" som "vattenburen el" ställa sig dyrare än både oljevärme och övriga studerade system. I samtliga de följande värmesystemen, 4) - 14), har för­ utsatts en vattenackumulator om 1000 liter som tilläggskomponent. Härigenom ökas investeringskostnaderna; i sammanställningen har antagits + 4000:- för enbart en ackumulator med v.v.-bere­ dare, 5.000:- för en ackumulator med elektriska värmepatroner, och ytterligare + 1.500:- för s.k. "AKA-tillsats" enligt tidi­ gare i denna skrift definierat utförande. Genom tillkomst av en ackumulator ökas verkningsgraden vid oljeeldning, erhålles möjlighet att lagra viss kvantitet el från den billiga natt­ taxan till dagtid, vidare möjlighet till så pass förenklad ved­ eldning (där ved står till lämpligt förfogande) att vedeld­ ning blir ett tämligen bekvämt och därför realistiskt alterna­ tiv. Dessutom möjliggör ackumulatorn "billig" solvärme. Systemen 4) — 14) med eller utan "AKA-tillsats" behandlar olika kombinationer mellan oljevärme, elvärme, vedvärme och sol­ värme i avsikt att söka belysa vad som ev. kan vinnas genom de olika kombinationerna. Vad som omedelbart faller i ögonen är att de ojämförligt lägsta årskostnaderna uppnås för kombinationer, där oljepannan ännu inte utbytts men där andra åtgärder företagits, t.ex. som forberecM.se för blivande systembyte, (systemen 6) och 7)).En extra billig olje/fast-bränsle panna efterlyses alltså; Den är av särskild betydelse för att utan större investeringar för va­ re sig aboment eller samhälle klara effekttopparna. 100 En jämförelse mellan systemen 4) och 5) (ny oljepanna + ackumulator utan och med AKA-tillsats) dels inbördes och dels med övriga värmesystem visar ungefär samma totalkostnad för bäg­ ge systemen 4) och 5), nämligen 3.310:- resp. 3.240:- kr/år. Systemet 5) med "AKA-tillsats" har alltså endast obetydligt lägre årskostnad än system 4) utan sådan tillsats. Den högre verkningsgraden genom AKÄ-tillsatsen (85 l) motverkas nämligen till viss del av den högre investeringen (+1.500:-). Nu har i detta fall tillkomsten av "AKA-systemet" ur­ sprungligen initierats mindre av kostnadsskäl än för att uppnå minimerad oljeförbrukning. Av kostnadssammanställningen framgår att system 5) med AKA-tillsats har nära 1000 liter mindre olje­ förbrukning per år än nu vanliga oljepannor (system Q)). I den allmänna energidebatten har det länge betonats, att individuel­ la pannor saknar framtid och - även vid småhus - bör ersättas av fjärrvärme (eller elvärme), betr. fjärrvärme främst därför att fjärrvärme ansågs ge lägre oljeförbrukning än individuella olj epannor. Med AKA-systemets höga verkningsgrad (och fjärrvärmens re­ aliter låga verkningsgrad vid rena småhusområden) gäller detta ej. Kvantitativt (mätt i antalet förbrukade liter olja) är tvärt­ om oljeförbrukningen lägre vid individuella oljepannor med AKA- tillsats ( q = 85 °j), 2.320 liter/år, än vid oljeeldade fjärr­ värmeverk (slutlig verkningsgrad vid småhusområden ca 60 °s), ca 3.300 liter/år. Även kostnadsmässigt hävdar sig än så länge oljekostnaden vid individuella oljepannor med AKA-tillsats ganska väl gentemot fjärrvärme (se Beräkningsförutsättningar, sid. 1, kostnad pr kWh 8,21 öre för tunnoljor vid AKA-systemet, 7,34 öre pr kWh vid fjärrvärmeverkens tjockoljor). Nu är totala årskostnaden för system 5), oljepanna + acku­ mulator och AKA-tillsats, enligt kol. m) = 3.240:- kr/år och sålunda fortfarande högre än för system 1), oljepanna utan acku­ mulator, kr 3.040. Detta skulle kunna synas tala emot AKA-syste­ met. Här bör dock observeras att system 5) med AKA-systemet och ackumulator genom sin större flexibilitet möjliggör dels fram­ tid® besparingar (utnyttjande av billig natt-el, solvärmelag­ ring, bekväm vedeldning m.m.), dels lägre oljeförbrukning än system 1) med enbart direktbyte av oljepannan etc. Flexibilité- 101 ten vid AKA-systemet innebär dessutom en långt högre grad av trygghet gentemot framtida ändringar av energitillgång och en­ ergipriser. Besparingarna behöver inte heller begränsas till "framtida” på sätt några av de efterföljande exemplen i kostnads- sammanställningen antyder. Detta gäller alldeles särskilt om abonnenten har tillgång till avfallsved utan egentlig kostnad - vilket rätt ofta är fal­ let. Med ackumulator och AKA-tillsats kan eldning av sådan ved ske så pass bekvämt och så koncentrerat till enbart lämpliga tider, att ved-eldningen blir realistiskt användbar även för husägare som annars är vana vid automatiska system. (Enbart ved­ eldning har under tre vintermånader provats vid Erik Lundströms "provhus"). Systemen 9) och 10) anger kostnaderna för två sådana alter­ nativ med resp. 20 \ och 50 % av energibehovet täckt genom ved­ eldning, medan resten tillgodoses av automatisk oljeeldning. Totala årskostnaden minskas i dessa fall till resp. 2.915:- och 2.420:- kr. Härvidlag bör bl.a. det framtida trygghetsvärdet att kunna för uppvärmningsändamål utnyttja s.k. "Energiskogar" beaktas. För en majoritet av småhusägare måste man emellertid för­ utsätta, att ved har viss .kostnad. Vid en av förf. 1973 genom­ förd utredning med antagande att gällande massavedspriser också kunde anses tillämpliga som brännvedspriser, visade det sig att ved-energin då skulle kosta något mindre än 2/3 av dåvarande pris på eldningsoljans energi. I system 14), vartill skall åter- kommas, har i analogi härmed beräknats årskostnaderna för ett alternativ med 70 % ved-energi och 30 % solenergi, där den förstnämnda antagits ha kostnaden 2/3 av oljeenergin och den sistnämnda ha driftkostnaderna 0. Totala årskostnaderna blir i detta alternativ 2.525:- kr., vilket är det lägsta av samtliga alternativ bortsett från alt. 10) med 50 I "gratis" ved. Solenergi. De höga energikostnaderna för i första hand el-energi men i andra hand också för olje-energi orsakar att system, där solenergi utnyttjas för del av värmebehovet, har teoretisk möjlighet att avsevärt sänka bränslekostnaderna. Å andra sidan har därvidlag i stället investeringskostnaderna 102 ökat totala årskostnaderna så pass, att solvärmen ännu inte varit konkurrenskraftig relativt el- eller oljeenergi. Om de i "Beräkningsförutsättningarna" omnämnda preliminära prov­ ningarna av förf:s och en medarbetares solfångare bekräftas (senast i mars 1979), så kan emellertid av tre skäl dessa sol­ fångare resultera i anmärkningsvärt billig solvärme: 1) Verkningsgraden kan bli påtagligt hög, inemot 70 l. 2) Solfångarna bli synnerligen prisbilliga med utförande enligt helt annan princip än f.n. kommersiellt gängse solfångare. 3) Magasineringssystemet jämte reglerings- och cirkula- tionssystem, ackumulatorn med AKA-tillsats, ingår re­ dan i systemet och behöver inte separat belasta sol­ värmekostnaden . Av nu nämnda skäl har en kostnadsuppskattning av det nya 0 2 solfangar- och solvärmesystemet till 4.000:- kr för 10 m sol- kollektor och 4.500:- kr för 12 m inte ansetts helt orealis­ tisk (i kostnadsuppskattningen ingår rimliga affärspålägg) . Producerad nyttig solvärmeenergi har antagits till ca 400 kWh 2pr m" solfångare och ar. Med dessa förutsättningar har beräknats årskostnaderna för olika kombinationer av oljevärme, vedvärme, elvärme och solvärme enligt värmesystemen 7), 8), 12) och 14). De angivna kombinationerna ha valts relativt slumpmässigt för ätt något be­ lysa hur årskostnaderna påverkas genom kombination av AKA- reglerat ackumulatorsystem och viss rimlig mängd solvärme. Man ser av kostnadssammanställningen, att trots de rela­ tivt lågt antagna investeringskostnaderna vid solvärmesystemet enligt system HB, så ökar ändå i allmänhet årskostnaderna f.n. genom införande av solvärme. Exempelvis är system 8) med olje­ värme + solvärme (kr. 3.315:-) dyrare än motsvarande system 5) utan solvärme (kr. 3.240:-). Däremot är system 12) med elvärmd ackumulator och solvärme något litet billigare (kr. 3.390:-) än system 11) utan solvärme (kr. 3.485:-). Detta beror på att här den mycket dyra el-energin minskats genom delvis utnyttjan­ de av solvärme. Besparingen genom solvärme av energikostnader är alltså enligt system 12) något större än den av solvärmen ökade investeringen. 103 Trots att utnyttjande av solvärmeenergi än så länge vanligen ökar totala årskostnaderna tror jag att relativt få människor i dagens debattsituation.vill vid nyinstallationer avhända sig framtida möjligheter att utnyttja solvärme enbart på grund av mindre ökningar i investeringarna. Solvärmen är redan så etablerad som framtida nödvändighet, att små kost­ nadsskillnader mellan system som bekvämt möjliggör solvärme och sådana som inte gör det knappast kommer att fälla avgöran­ det till de förras nackdel. Övriga energipriser kan ju dessutom f.n. snabbt ändras. Man ser vidare att de billigaste elvärmesystemen 11) och 12) (3.485:- resp. 3.390:- kr) fortfarande är dyrare än olje- värmesystem enligt t.ex. systemen 4) och 5) (3.310:- resp. 3.240:- kr). Då har ändå inte beaktats att oljevärmesystemet 5) möjliggör både oljevärmning, vedeldning etc., medan elvärme­ systemen endast möjliggör elvärme (ev. + solvärme). Tryggheten via de flexiblare oljevärmesystemen med tanke på en osäker energiframtid är alltså större än de billigaste elvärmesys te­ mens. Man ser också att samtliga de på kostnadssammanställningen upptagna elvärmesystemen (nr 2), 3),.11) och 12)) har högre total årskostnad än de mera flexibla olje-ved-solvärmesystemen. Allt detta synes vara fakta, som inte är så allmänt kän­ da av husägarna och som därför borde föras ut i energidebatten. Till vad nu anförts om kostnader kommer som en väsentlig faktor också oljeförbrukningen vid de olika systemen. Den ojäm­ förligt lägsta oljeåtgången (1160, 1860 och 1980 liter/år) vi­ sar de ackumulatorförsedda system (7-10), som möjliggör delvis uppvärmning både med olja och med andra energiformer. Därnäst kommer ett par ackumulatorförsedda system (4-5) med enbart olje­ eldning (2.320 och 2.640 liter). Högsta oljeförbrukningen enligt sammanställningen (3.300 liter) äger rum vid de befintliga en­ bart oljeeldade pannorna. Teoretiska oljeförbrukningen 0 förekommer vid de huvudsak­ ligen elektriskt värmda systemen (2-3 och 11-14), men även vid dessa kan delvis mycket stor oljeförbrukning äga rum (1130 - 5.650 liter/år), nämligen om den erforderliga el-energin, som f.n. ofta är fallet under långa tider, produceras via oljekondens- kraftverk (se kol. i) i sammanställningen). Denna rapport hänför sig till forskningsanslag 750491-6 från Statens råd för byggnadsforskning till institutionen för byggnads­ ekonomi ocb byggnadsorganisation, KTH, Stockholm. R119:1979 ISBN 91-540-3110-9 Statens råd för byggnadsforskning, Stockholm Art.nr: 6700019 Abonnemangsgrupp: W. Installationer Distribution: Svensk Byggtjänst, Box 7853 103 99 Stockholm Cirkapris: 35 kr exkl moms