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
A case study of the reduction of district heating energy consumption in a residential building in Örebro (Sweden)
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]

One of the major challenges to be faced in the energy supply sector is related to the requirement of matching the demand side. This is especially the case for the countries characterized by a high share of renewable energy sources. Among the renewable energy sources the use of wind power and photovoltaics has a priority. For instance, in the European Union, these renewable energies shall account for about 20 % of the gross final energy consumption by 2020 and 60 % by 2050 [1]. These renewable sources are commonly known to be highly intermittent, i.e. they fluctuate depending on the weather conditions. As a consequence, relevant drawbacks, such as a low efficiency at the generation stage, are encountered. The current solution that make utilities be able compensate for this intermittency relies mainly on fossil fuels, meaning high operating costs and high environmental impact.

It is thus evident that in order to increase the share of renewables the energy infrastructure should be characterized by a higher degree of flexibility. Flexibility is defined as a measure to keep the balance between generation and consumption of energy. In particular, heating supply and demand are considered flexible when generation and consumption can be controlled. This thesis work aims at exploring the potential of the thermal mass of residential buildings as flexible storage for heat energy. The indoor thermal comfort is considered as a key parameter when it comes to the optimization of the system. 

Specifically, this report presents an analysis of different applications that can be implemented to reduce the existing district heating energy consumption of a residential building in Örebro (Sweden). Different perspectives were considered to find an optimal operation, both from a utility and a customer’s point of view. On one hand, the utility could offer substantial energy consumption reduction by optimizing the district heating supply temperature schedule. On the other hand, an improvement on the insulation of the building could be implemented by the customer’s side. In this thesis work, a performance simulation based on the thermal mass of the building and a 3D model visualization tool were developed. The space heating demand in a residential building supplied by district heating was considered. EnergyPlus was the selected tool to implement the model for the analysis of the energy performance of the building. Input information, such as different internal schedules for the building, internal gains and a concrete radiator system were collected by the company Power2U and later analyzed for this case-study. By means of a sensitivity analysis, it was found that by improving different technical indicators for the envelope of the building, such as the U-value for the windows, the thickness of the outer wall or its conductivity and insulation capability, a relevant amount of energy was saved. Still, the model shows that varying the temperature at which the utility supplies heat, offers larger savings from both a technical and an economical perspective. In this way, a preliminary assessment for the most optimal scenario to reduce the heating consumption by taking advantage from the heat stored in the thermal mass of the building was shown.

Abstract [sv]

En av de stora utmaningarna inom energiförsörjningssektorn är relaterad till kravet på att matcha efterfrågesidan. Detta är särskilt fallet för de länder som kännetecknas av en hög andel förnybara energikällor. Bland de förnybara energikällorna har användningen av vindkraft och fotovoltaics en prioritet. Till exempel i Europeiska unionen ska dessa förnybara energikällor stå för cirka 20% av den slutliga energiförbrukningen 2020 och 60% till 2050 [1]. Dessa förnybara källor är allmänt kända för att vara mycket intermittenta, dvs de fluktuerar beroende på väderförhållandena. Till följd härav uppstår relevanta nackdelar, såsom en låg effektivitet vid genereringstiden. Den nuvarande lösningen som gör att verktyg kan kompensera för denna intermittens beror främst på fossila bränslen, vilket innebär höga driftskostnader och hög miljöpåverkan.

Det är således uppenbart att för att öka andelen förnybara energikällor bör energiinfrastrukturen präglas av en högre grad av flexibilitet. Flexibilitet definieras som en åtgärd för att hålla balansen mellan generation och energiförbrukning. I synnerhet värmeförsörjning och efterfrågan anses flexibla när generering och konsumtion kan kontrolleras. Arbetet med detta arbete syftar till att undersöka potentialen hos bostadsbyggnadens termiska massa som flexibel lagring för värmeenergi. Termisk komfort inomhus anses vara en nyckelparameter när det gäller optimering av systemet.

Specifikt presenterar denna rapport en analys av olika tillämpningar som kan genomföras för att minska den befintliga fjärrvärmeenergiförbrukningen hos en bostadsbyggnad i Örebro (Sverige). Olika perspektiv ansågs kunna hitta en optimal operation, både från ett verktyg och en kunds synvinkel. Å ena sidan kan verktyget erbjuda betydande minskning av energiförbrukningen genom att optimera fjärrvärmeförsörjningstemperaturschemat. Å andra sidan kunde en förbättring av byggnadens isolering genomföras av kundens sida. I det här avhandlingsarbetet utvecklades en prestationssimulering baserad på byggnadens termiska massa och ett 3D-visualiseringsverktyg. Efterfrågan på rymmeuppvärmning i en bostadsbyggnad som levererades av fjärrvärme beaktades. EnergyPlus var det utvalda verktyget för att genomföra modellen för analys av byggnadens energiprestanda. Inputinformation, såsom olika interna scheman för byggnaden, interna vinster och ett konkret radiatorsystem samlades in av företaget Power2U och analyserades senare för denna fallstudie. Genom en känslighetsanalys visade man att genom att förbättra olika tekniska indikatorer för byggnadens hölje, såsom U-värdet för fönstren, tjockleken på ytterväggen eller dess ledningsförmåga och isoleringsförmåga, en relevant mängd energi sparades. Modellen visar dock att varierande temperatur vid vilken verktyget levererar värme, erbjuder större besparingar både från ett tekniskt och ekonomiskt perspektiv. På detta sätt visades en preliminär bedömning av det mest optimala scenariot för att minska värmeförbrukningen genom att utnyttja värmen lagrad i byggnadens termiska massa.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 99
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-245028OAI: oai:DiVA.org:kth-245028DiVA, id: diva2:1293530
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-03-05 Created: 2019-03-05 Last updated: 2019-03-05Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(5093 kB)34 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5093 kBChecksum SHA-512
dafdb72bed17c19adfe08e107f45279e5f14f8d565b0d7d3a517c72d50202117aca9ea734a74b23e3bd9c3c48aa640b4fda96ab4cbbe2a68a4e5ae16dc9e675e
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 34 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: 60 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