Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Optimization and Control of Heat Loads in Buildings
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

District heating is considered an environmentally friendly, efficient and cost-effective way of providingheat to buildings but even so, the industry will be facing several challenges in the upcoming years. Acombination of higher operating costs, growing demand, competition from alternative heatingtechnologies, national and international climate and energy goals and the need for transparency towardscustomers places high requirements on many thermal energy suppliers. One path to try to meet many ofthe demands is to introduce heat load control in the shape of thermal inertia in buildings as a short-termthermal energy storage. Several pilot tests have been performed in the matter but no study regardinglarge scale implementation and effects on the network has been performed. Adding to this, severaldifferent thermal energy suppliers are developing similar technologies alongside each other but there iscurrently no documentation on different approaches on the matter.Stockholm Exergi, a thermal energy supplier in Stockholm, have just started a project regarding heatload control and wanted deeper understanding in the matter. The overall purpose of this thesis hastherefore been to evaluate how heat load control could be performed successfully by Stockholm Exergito continue to promote competitive and sustainable delivery of district heat. This was done throughanalysis of other heat load control projects which resulted in eight key performance indicators. Thesewere; revenue, costs, fuel mix, greenhouse gas emissions, customer satisfaction, energy demand,available capacity and peak load. The key performance indicators were used to evaluate one ongoingtest run of heat load control performed by Stockholm Exergi to determine the profitability of theapproach. The test consisted of a control period of three hours in four buildings. The base of the studyconsists of a literature study and interviews performed both internally and externally.From the data analysis it was concluded that the energy savings due to heat load control were between13-19% for the individual buildings. The average total energy saving compared the entire day was 15.8%and the average total energy saving during the control period was 57.3%. It could also be concluded thatthe average total available capacity for all four buildings due to heat load control was 410 kWhcorresponding to 20.34Wh/m2 floor area.With the current price agreements, it was found that customers could save 0.145% on their monthly billdue to this reduction. For Stockholm Exergi, cost savings took the shape of avoided fuel costs and thetotal average cost savings were during the control period 0.072% with heat pumps as marginalproduction. Due to lack of data it was not possible to calculate other costs. The avoided GHG emissionsdue to the reduction in generation was 3.4 kg CO2-equivalents. During the control, the indoortemperature was reduced by a maximum of 0.587⁰C but no residents in the test buildings complainedabout bad indoor conditions.It was concluded that the current method and process for heat load control at Stockholm Exergi showsimilar results as other heat load control projects. Even though it is too soon to know for certain, it wasalso found that it has the potential to be economically, socially and ecologically successful in large scale.The thesis also concluded a list of recommendations for the future development of the heat load controlproject within Stockholm Exergi that would contribute to increase the probability of a successfulimplementation.Lastly, it was found that Stockholm Exergi is in the forefront of the development of heat load controlon large scale and are therefore in a position of trial and error where caution is paramount.

Abstract [sv]

Fjärrvärme anses vara ett miljövänligt, effektivt och ekonomiskt lönsamt sätt att tillhandahålla värmetill byggnader men fjärrvärmeindustrin kommer ändå att stå inför flera utmaningar under de kommandeåren. En kombination av högre driftskostnader, ökad efterfrågan, konkurrens från alternativauppvärmningstekniker, nationella och internationella klimat- och energimål samt behovet av öppenhetgentemot slutanvändarna ställer höga krav på många fjärrvärmeleverantörer. Ett sätt att försöka mötadessa krav är att införa värmelastkontroll i form av termisk tröghet i byggnader som en kortsiktigvärmeenergilagring i fjärrvärmenätet. Flera pilot tester har gjorts inom området men ingen studierörande storskalig implementering och effekter på nätverket har utförts. Vidare utvecklar flera olikafjärrvärmeleverantörer liknande tekniker parallellt med varandra, men det finns för närvarande ingendokumentation gällande de olika metoderna.Stockholm Exergi, en fjärrvärmeleverantör i Stockholm, har nyligen påbörjat ett projekt inomvärmelastkontroll och har önskat djupare förståelse inom ämnet. Det övergripande syftet med dennaavhandling har därför varit att utvärdera hur kontroll av värmelasten kan genomföras framgångsrikt avStockholms Exergi för att fortsätta främja konkurrenskraftig och hållbar leverans av fjärrvärme.Detta gjordes genom analys av andra projekt rörande värmelastkontroll vilket resulterade i åtta nyckeltal.Dessa var; vinster, kostnader, bränslemix, växthusgasutsläpp, kundnöjdhet, energibehov, tillgängligkapacitet och toppbelastning. Dessa användes för att utvärdera en pågående testkörning avvärmelastkontroll i Stockholms Exergis fjärrvärmenät för att bestämma lönsamheten med metoden.Testkörningen gjordes i fyra byggnader under en kontrollperiod på tre timmar. Avhandlingen hade singrund i en omfattande litteraturstudie och interna samt externa intervjuer.Från dataanalysen drogs slutsatsen att energibesparingen var mellan 13–19% för de enskildabyggnaderna. Den genomsnittliga totala energibesparingen jämfört hela dagen var 15,8% och dengenomsnittliga totala energibesparingen under kontrollperioden var 57,3%. Den genomsnittliga totalatillgängliga kapaciteten på grund av värmelastkontroll blev därigenom 410 kWh vilket motsvarade 20,34Wh/m2 golvyta.Med de nuvarande prisöverenskommelserna konstaterades det att kunderna kunde spara 0,145% på sinmånatliga faktura på grund av denna minskning. För Stockholm Exergi fanns kostnadsbesparingar iform av undvikna bränslekostnader för spetsproduktion. Den genomsnittliga besparingen för undviknabränslekostnader var under kontrollperioden 0,072% med värmepumpar som marginalproduktion. Ingaandra kostnader kunde beräknas på grund av begränsad data. De undvikna växthusgasutsläppen på grundav denna minskning var 3,4 kg CO2-ekvivalenter. Under kontrollen reducerades innertemperaturen somhögst med 0,587 °C men inga boende klagade över försämrade inomhusförhållanden.En slutsats var att den nuvarande metoden och processen för kontroll av värmelasten utförd avStockholms Exergi visar liknande resultat som andra projekt inom samma område. Det kunde ävenfastställas att det har god potential att vara ekonomiskt, socialt och ekologiskt framgångsrikt i stor skalai framtiden. Avhandlingen fastställde också en lista med rekommendationer för den framtidautvecklingen av värmelastkontroll inom Stockholms Exergi. Dessa rekommendationer ska bidra tillökad sannolikhet för en framgångsrik implementering.Slutligen konstaterades det att Stockholms Exergi ligger i spetsen för utvecklingen av värmelastkontrolli stor skala. Detta innebär att de är i en position där det gäller att försiktigt och långsamt prova sig fram.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 114
Series
TRITA-ITM-EX ; 2018:490
Keywords [en]
district heating, peak shaving, capacity control, smart heating, demand side management
Keywords [sv]
fjärrvärme, toppkapning, effektstyrning, värmestyrning, efterfrågesidahantering
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-232344OAI: oai:DiVA.org:kth-232344DiVA, id: diva2:1233869
Supervisors
Examiners
Available from: 2018-07-20 Created: 2018-07-20 Last updated: 2018-07-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2880 kB)9 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2880 kBChecksum SHA-512
fd9f0928c362ce7c4956fecd47c68ad17309937413b05bd519891e3e1f787ce5b916083c496ecc2909d799d2bc3f3d48ee26cde97732286ea85ab84f675a39fd
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 9 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 14 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf