Search

As an energy-efficient alternative in cold climate countries such as Sweden, low-temperature heating (LTH) technology has shown promising advantages and shortcuts to contribute to the efficiency of heat supply, as well as to the overall sustainability of building performance. The goal of this thesis is to contribute to the development of methodologies and modeling tools to support sustainable retrofitting in the Swedish housing stock. A combination of three integrated modeling techniques was developed. The main focus of this work was implementing LTH in retrofitting practice. The principle of the developed methods can be regarded as a top-down approach, underpinning the general definition of LTH and sustainability criteria. It was found that a preliminary compilation and investigation of the building typology could simplify the retrofitting decision-making. Also, 36–54% of final energy savings could be achieved in studied housing archetypes by effective energy retrofitting. Combining LTH radiators with ventilation heat recovery showed the largest contributions. Below 30 W/m2 (12 W/ m3) heating demand, both radiators (ventilation radiators and baseboard radiator) could work as LTH. These reduced supply temperatures further improved the COP of air-source heat pumps by approximately 12% - 18%. For retrofitting of conventional radiators, there was no concrete evidence to support Type 22 having higher thermal efficiency than Type 21, for the Swedish climate and heating seasons. The achievements and full potential of implementing LTH in retrofitting were found to require not only efficient radiators, but also a well-designed package – insulation, piping, pumping and energy supply system - that suited the current heating demand of the building, given the local climate condition. However, it should also be highlighted that retrofitting incorporating all evaluated measures would not always yield higher long-term economic profits among different archetypes. It is important to find the trade-off between cost-effectiveness and energy savings in similar archetypes - instead of using a “one size fits all” types of solution. For conventional retrofit measures, such as insulations of building envelopes, it was necessary to evaluate the embodied energy during the whole retrofitting process. Den ökande relativa energianvändningen i bostadsbyggnader i stadsmiljö har lett till högre krav på energieffektivit och hållbar omvandling av redan existerande bostadsbyggnader. En viktig förutsättning för att genomföra en sådan omvandling är att först utveckla metoder för hur effektiva beslut om renovering ska ske, samt att utveckla teknik för hållbar renovering. Lågtemperatursuppvärmning (LTH) har visat sig ha fördelar som ett hållbart och energieffektivt alternativ i länder med kallt klimat som Sverige. Metoden bidra till ökad effektivitet för uppvärmning och minskade energibehov för byggnadskomplexet. Det saknas fortfarande flera steg för hur man ska utforma modelleringsverktyg och utveckla kostnadseffektiva metoder för beslutsfattning och implementering av LTH i redan existerande byggnader. Dessutom försvårar avsaknaden av dessa verktyg och metoder genomförandet av kritiska utvärderingar av renoveringsalternativ utifrån hållbarhets- och effektivitetssynpunkt med huvudfokus på energibesparingspotential, miljöpåverkan och nöjdhet hos de boende. Dessa frågor undersöks i denna avhandling i samband med renovering av existerande bostadsbyggnader i Sverige. Målet är att bidra till utvecklingen av metoder och modelleringsverktyg för hållbar renovering. Under arbetet utvecklades tre modelleringskoncept som integrerats med varandra och som svarar för olika steg i renoveringsmodelleringen. Huvudfokus i arbetet var att göra LTH till en del av vår renoveringspraxis. De renoveringsalternativ som studerats i arbetet inkluderar renovering av klimatskalet för att minska energibehovet samt implementering av LTH-radiatorer och där påvisa deras fördelar för valt primärenergisystem. Analysen omfattar även den sammantagna effekten av och de ömsesidiga beroenden som föreligger mellan olika renoveringsåtgärder. Här utvecklade metoder kan sägas följa en ”uppifrån och ner” strategi och stärker LTH som ett uppvärmningsalternativ som uppfyller hållbarhetskriterier. Avhandlingen visar att effektiv renovering av energisystem kan minska det slutliga energibehovet med 36-54 % i de studerade byggnadstyperna. Kombinationen av LTH-radiatorer med värmeåtervinning från ventilation gav de allra största positiva bidragen. LTH-radiatorerna (ventilationsradiatorer och värmelister) fungerade som lågtemperatursuppvärmning vid uppvärmningsbehov under 30 W/m2 (12 W/ m3) och som ultra-lågtemperaturuppvärmning vid uppvärmningsbehov under 10 W/m2 (4 W/ m3). De låga framledningstemperaturer som leds till LTH-radiatorer bidrar dessutom till att öka COP (värmefaktorn) för luftvärmepumpar med 12 – 18 %, jämfört med traditionella radiatorer med lika stor värmeavgivande area. Något konkret stöd fanns inte för att Typ 22-radiatorer (dubbel konvektionsplåt) skulle ha högre värmeeffektivitet än Typ 21-radiatorer (enkel konvektionsplåt) för svenska klimatetförhållanden. Ökat antal konvektorplåtar visade sig alltså inte nödvändigtvis leda till ökad värmeeffektivitet. Tröskelvärdet för när Typ 11-radiatorer (enkel panel) presterar sämre än den mest effektiva radiatortypen, Typ 21-radiatorer (dubbel panel) som även har bättre exergiprestanda, visade sig vara ett värmebehov av 480 W/rum. För att uppnå full potential för LTH-radiatorer som renoveringsalternativ visade det sig utöver mer effektiva radiatorer även behövas ett välutformat system av rör, pumpar och energitillförsel, anpassade till byggnadens värmebehov före renovering vid rådande klimat. Renovering som inkluderar alla möjliga alternativ leder inte alltid till högre långsiktig ekonomisk avkastning. Det är viktigt att finna en balans mellan kostnadseffektivitet och energibesparing för likande byggnadstyper, i stället för att utveckla en enda lösning som ska passa överallt. För traditionella renoveringsalternativ, så som isolering, var det nödvändigt att utvärdera den inbäddade energin under hela renoveringsprocessen. Stor risk för överskattad hållbarhet föreligger om man inte beaktar detta. QC 20160929 D6559