Rapport fjärrvärme och fjärrkyla - Tfe - Umeå universitet

Umeå Universitet 23/03/2011 

Tillämpad Fysik och Elektronik 

Handledare: 

Åke Fransson 

Lars Bäckström 

Rapport fjärrvärme och fjärrkyla 

Av: 

Fredrik Kühn 

Kristoffer Arnqvist 

Mikael Granholm 

Ragnar Björkén



Sammanfattning 

Denna rapport är ett arbete att ta fram ett kompendium som sammanfattar grunderna i 

fjärrvärme och fjärrkyla. Kompendiet finns bifogat längst bak i rapporten, och rapporten 

behandlar endast arbetet kring kompendiet. Därför är kompendiet den delen en läsare kan 

finna mest intressant. 

Fjärrvärme är en gammal, pålitlig och miljövänlig värmekälla till uppvärmning och 

tappvatten. Systemen för fjärrvärme ser ofta lika ut, men produktionssätten kan variera. 

Fjärrkyla är kylning av områden från ett centralt produktionscentra. Fjärrkyla är inte lika 

vanligt idag som fjärrvärme, men potentialen ökar hela tiden parallellt med den högre 

levnadsstandarden i utvecklingsländer. 

Arbetet med rapporten är en del i kursen ”energilagringsteknik 7,5 hp” som ges av 

institutionen Tillämpad Fysik och Elektronik vid Umeå Universitet. Kursens syfte är att öka 

förståelsen för olika former av energilagringsteknik. 

Abstract 

This report concludes the procedure of creating a brochure to illustrate the basic concept of 

district heating and cooling. The brochure is attached at the end of the report. The report only 

covers the process of creating the brochure. Hence, the brochure might be the more interesting 

aspect for the reader. 

District heating is an old, reliable and environmentally friendly source of heat utilized in 

many ways. The systems for district heating are often the same although methods of 

production might vary. District cooling pertains to the method of cooling a district from a 

centralized production facility. Although district cooling is not as common today, it’s 

potential increases day by day along with the growing standard of living in developing 

countries. 

The creation of this brochure is part of the course “Energy storage technology 7,5hp” given 

by the institution for Applied Physics and Electronics at Umeå University. The purpose of this 

course is to broaden and expand the understanding and knowledge of different forms of 

energy storage techniques. 

Syfte 

Att få en fördjupad förståelse och kunskap om energilagring med och för fjärrvärme- och 

fjärrkylsystem. Rapportens resultat kommer att bestå av ett informationskompendium. 

Kompendiet kommer innehålla en inledande del som beskriver den invalda lagringsprincipen i 

ett större sammanhang, en beskrivning av teori och funktionssätt, en systembetraktelse som 

beskriver hur systemet ser ut kring denna form av lager samt exempel på installationer. 

2



Metod 

Arbetet kommer att delas upp i fjärrvärme respektive fjärrkyla för fördjupningens skull. 

Genom att i litteratur och artiklar inhämta fakta och information om respektive system 

kommer sedan en sammanfattning skapas. 

Fjärrvärme och fjärrkyla baseras idag i huvudsak på vatten som distributions- och 

produktionsmedel; av denna anledning finns en beskrivning med som behandlar de relevanta 

egenskaper av vatten som påverkar fjärrvärme och fjärrkyla mest. 

Fjärrvärmedelen kommer innehålla delar som behandlar dimensionering av 

ackumulatortankar för fjärrvärmedrift samt metoder för detta, planering av fjärrvärmenätet, 

hur värmen bevaras på bästa sätt i distributionsnätet, driftstrategier för kraftvärme gentemot 

värmeproduktion. För beskrivning av driftstrategier kommer två scenarier beskrivas, ett med 

driftstrategier för ett system uppbyggd för att enbart producera värme samt ett med 

driftstrategier för ett system uppbyggt för att producera både elektricitet och värme. 

Värmeväxlare kopplade till fjärrvärme, alltså t.ex. hur värmeväxlarna för vattnet vid pannan 

skiljer sig från värmeväxlarna installerade närmast konsumtionen kommer tas upp, relevanta 

aspekter kring ekonomi, miljö och hållbarhet kommer även att hanteras. 

Fjärrkylningsdelen kommer innehålla delar som behandlar tekniker för produktion av kyla 

med geografisk lämplighetsanalys, lagringstekniker och strategier, aspekter kring 

dimensionering, behovsanalys, framtidsutveckling och potential, implementeringsstrategier 

för kunder, miljöpåverkan och aspekter kring ekonomi. 

3



Resultat 

Arbetets resultat är bifogat. Det är ett kompendie. 

Diskussion 

De flesta mål som fastställdes har uppnåtts. Bland annat har det ej gjorts någon geografisk 

lämplighetsanalys för fjärrkyla. Det har heller inte skrivits om implementeringsstrategier för 

kunder. På grund av bristande tillgång på information har delen om fjärrkyla begränsats. 

Större delen av informationen som hittats har behandlat specifika komponenter eller mycket 

små system. 

Eftersom fjärrvärme är en etablerad teknik fanns det mer information om det. Dock saknas två 

delar ifrån målet: planering av fjärrvärmenätet och energianalys på distributionsnätet. Istället 

tillkommer ackumulatortankens roll vid planering av fjärrvärmeproduktion. 

Kompendiet är nedkortat för att inte få för stor omfattning. Kompendiet är uppdelat i två delar 

och vi har delat upp oss i två grupper och arbetat med en del vardera. 

Kompendiets svagaste punkt är att det handlar om mycket annat än om bara energilagring. 

Till exempel fjärrvärme beskrivs i helhet som system. 

Syftet var dels att vi skulle få förståelse för energilagring i fjärrvärme- och fjärrkylesystem, 

eftersom en litteraturstudie innehåller många döda spår har vi fått en bra bredd på kunskap 

inom området. 

4

Umeå Universitet 


Handledare: 

Åke Fransson 

Lars Bäckström 

Fjärrvärme och fjärrkyla 

Av: 

Fredrik Kühn 

Kristoffer Arnqvist 

Mikael Granholm 

Ragnar Björkén



Inledning 

Energilagring i alla dess former är vitalt för samhällets energisystem. Energianvändningen varierar 

stort under dygnets timmar. På natten är användningen låg, men på morgonen när samhället vaknar 

till liv ökar också energianvändningen. Framåt dagen nås en topp och i ett översiktligt perspektiv 

minskar användningen till natten och cirkeln är sluten. För att kunna möta det dagliga behovet av 

elektricitet och värme krävs någon form av buffert. Vattenkraftverken står avstängda på natten och 

vatten samlas i magasinen. På dagen då behovet är stort kan magasinen urladdas. För vattenkraften 

är bufferten magasinen. För fjärrvärmen är bufferten ackumulatortankar. För kyla kan man lagra snö 

från vintern till sommaren, då kylbehovet är stort. Utnyttjande av energilagring har många positiva 

effekter på energisystemet, fler exempel kommer beskrivas senare i kompendiet. 

De första fjärrvärmesystemen byggdes i USA under senare delen av 1800-talet. Det var ånga som 

agerade värmebärare och var mycket exklusivt. System för fjärrkyla är inte lika gammalt, men minst 

lika aktuellt nu. Fjärrvärme används mest i länder med ett stort uppvärmningsbehov, till exempel 

Kanada, Ryssland och Japan. Fjärrkylan är mer användbar där man istället har ett behov av kyla. 

För den intresserade läsaren av denna rapport rekommenderas vidare läsning i dessa texter: 

• ”Fjärrvärme- Teori, teknik och funktion” av Svend Fredriksen och Sven Werner. Uttömmande 

bok om fjärrvärme. 

• ”Dimensionering av en ackumulatortank för Umeå Universitets fjärrvärmesystem” av Johan 

Stenlund. Examensarbete på Umeå Universitet. 

• ”Värmedriven kyla” av Svensk Fjärrvärme 

• ”Säsongslagring av kyla i bergrum” av Per Johansson. Ett examensarbete vid Luleå 

Universitet. 

Detta kompendium är en del i kursen ”Energilagringsteknik” som ges av Umeå Universitet. 

Kompendiet är uppdelat i två delar; fjärrvärme och fjärrkyla. I respektive del görs en 

systembeskrivning, det finns avsnitt om teori och funktion, exempel på anläggningar och olika 

aspekter. Sist i kompendiet finns ett avsnitt om framtida potential för teknikerna. 

1



Innehållsförteckning 

Inledning .................................................................................................................................................. 1 

Fjärrvärme ............................................................................................................................................... 3 

Systembetraktelse ............................................................................................................................... 3 

Teori och funktion Fjärrvärme ............................................................................................................. 4 

Ackumulatortankar .......................................................................................................................... 4 

Ackumulatorbruk i kraftvärmeverk resp. värmeverk ...................................................................... 6 

Ackumulatortankens roll vid produktionsplanering av fjärrvärme ................................................. 7 

Abonnentcentraler .......................................................................................................................... 9 

Exempel på installation, Umeå Energis ackumulatortank ................................................................... 9 

Aspekter kring ekonomi, miljö, hållbarhet ........................................................................................ 10 

Ekonomi ......................................................................................................................................... 10 

Miljö ............................................................................................................................................... 10 

Hållbarhet ...................................................................................................................................... 10 

Fjärrkyla ................................................................................................................................................. 11 

Systembetraktelse ............................................................................................................................. 11 

Teori och funktion ............................................................................................................................. 11 

Produktion av kyla ......................................................................................................................... 11 

Frikyla ............................................................................................................................................ 12 

Distribution .................................................................................................................................... 13 

Lagring av kyla ............................................................................................................................... 14 

Aspekter kring ekonomi, miljö och hållbarhet .................................................................................. 17 

Framtida potential ................................................................................................................................. 17 

Referenslista ....................................................................................... Fel! Bokmärket är inte definierat. 

2



Fjärrvärme 

Systembetraktelse 

Fjärrvärmesystemet är uppbyggt kring tre viktiga komponenter. De komponenterna är 

produktionsanläggningar, distributionsledningar och abonnentcentraler. I Figur 1 kan man se dessa 

delar. 

Figur 1. I systemet finns producenter, ledningar och abonnenter. (1) 

I produktionsanläggningarna ska varmvatten produceras. Det kan ske genom flera olika lösningar. 

Detta är en av de stora fördelarna med fjärrvärme. En energieffektiviserande lösning på hur 

varmvattnet ska produceras är järnverket i Luleå. Där används brännbar spillgas från 

stålframställningen till att värma vatten till stadens fjärrvärmenät (2). 

Distributionsledningarna är den delen av systemet som ska föra fjärrvärmen till kunden. 

Distributionsledningarna är i huvudsak nedgrävda rör som är fyllda med varmvatten. Varmvattnet 

från produktionsanläggningarna används inte i ledningsnätet, utan där finns en separat vätska. 

Värmen från varmvattnet från produktionsanläggningarna överförs med en värmeväxlare till ett 

annat ledningsnät. Det ledningsnätet är returledningar. Distributionsledningarna kan vara kopplade 

till en ackumulatortank som tjänar många syften i systemet. 

Från ackumulatortanken och distributionsanläggningarna leds vattnet vidare till ännu en 

värmeväxlare, som sitter i abonnentcentralens system. Det systemet är uppbyggt för att uppfylla 

kundens behov. 

3



Teori och funktion Fjärrvärme 

Ackumulatortankar 

Ackumulering av varmvatten i ledningsnätet behöver kompletteras med en ackumulatortank. 

Ackumulatortankar ger många fördelar för fjärrvärmesystemet. Dessa fördelar är bland annat: 

• Varmvatten kan produceras då behovet är lågt och sedan användas då behovet är högt. Det 

ger en jämnare energiproduktion. 

• Billigare bränsle kan användas eftersom lasten inte måste produceras under kort tid. 

• Det ger färre start/stopp för produktionspannan. 

• Ackumulatortanken ger en energibuffert om produktionsanläggningen måste stänga. 

• Variationer i uttaget klaras lättare av. 

• Ackumulatortanken kan fungera som tryckhållare för ledningsnätet. 

Tankens totala volym är inte samma som effektiv volym. Det finns alltid ett gasfyllt område högst upp 

i tanken som fungerar som expansionsvolym. Det ska fungera som säkerhetsmekanism mot 

överladdning. Längst ner i tanken, ovanför i- och urladdningsmunstycke, finns en volym som ska vara 

utan temperaturförändringar. Det ökar tankens hållbarhet. 

Skiktning 

I ackumulatortanken lagras inte bara det uppvärmda vattnet från produktionsanläggningen. Där finns 

också svalare returvatten. Eftersom kallt vatten har högre densitet än varmt vatten kommer det 

uppstå skiktning. En bra skiktning minskar förluster i exergi, det vill säga att vattnets temperatur i 

ackumulatortankens höjdled inte jämnar ut sig. I Figur 2 visas hur det kan se ut. 

Figur 2. Bilden hur skiktning i ackumulatortank kan se ut för två scenarion. (3) 

I högra delen av Figur 2 är tanken nästan fulladdad. Om inga uttag görs kommer vattnet kylas. Både på 

grund av omgivningen, men även på grund av temperaturskillnaden i tanken. Skiktningslagret 

kommer då växa. 

4



Dimensionering av ackumulatortank 

Då en ackumulatortank ska implementeras i ett fjärrvärmesystem måste först dess storlek 

bestämmas. Det är dimensionering av en ackumulatortank. Tankens optimala volym kan variera med 

flera olika parametrar. Det kan vara behovslast, alltså värmeuttaget av samlade kunder och förluster, 

tillvägagångssätt för värmeproduktion, begränsningar. En begränsning är till exempel att tanken inte 

kan vara större än 50 000 kubikmeter, för då krävs så tjocka tankväggar vid bottnen att lösningen blir 

opraktisk och dyr (3). 

Ett sätt att dimensionera ackumulatortanken är att jämföra toppar och dalar i värmelasten. 

Värmelasten kommer att variera under till exempel ett dygn. Under dagen är lasten hög, men 

minskar under natten. Om man beräknar energin i topparna och dalarna kan med det som underlag 

ta fram vilket energiinnehåll som är lämpligt att lagra. 

En annan metod är att först optimera driften utan ackumulatortank. Om man sedan implementerar 

en ackumulatortank i systemet kommer man få en vinst. Genom att testa olika sorters tankar kan 

man optimera vinsten. Ungefär denna metod har använts av Johan Stenlund i artikeln 

”Dimensionering av en ackumulatortank för Umeå Energis fjärrvärmesystem”. 

5



Ackumulatorbruk i kraftvärmeverk resp. värmeverk (4) 

Vid ekonomisk optimering av ett korttidslager i ett fjärrvärmesystem måste primärt skiljas på 

värmeverk, kraftvärmeverk och värmepumpverk. 

Värmeverkets ekonomi är normalt mindre beroende av temperaturen på levererad energi än 

elkraftproducerande enheter. Värmeverket är däremot ofta känsligt för effekttoppar, dessa kan 

innebära att mindre kostnadseffektiva enheters produktion måste tillgripas, d.v.s. dyrare bränsle 

eller pannor med sämre verkningsgrad. 

I ett värmeverk förbättras ekonomin i det genom att mindre produktionsenheter med hjälp av en 

ackumulator klarar förekommande effektvariationer. Om en högre temperatur än den maximala för 

en trycklös ackumulator behövs, urladdas ackumulatorn genom pannan eller så att de bägge 

vattenflödena från pannan resp. från ackumulatorn blandas till önskad temperatur. 

Vid ett kraftvärmeverk kommer andra överväganden än vad som gäller för värmeverket att bilda 

ekonomiska kriterier för driften. Värmeleverans och elleverans är genom fysikaliska lagar kopplade 

till varandra. Grundläggande för elleverans är en värmelast, som i ett mottrycksverk utgörs av 

fjärrvärmenätet. Mottrycksturbin med kallkondensatmöjlighet är i detta avseende friare i valet 

mellan elproduktion och värmeproduktion. 

Kraftvärmeverkets ekonomi påverkas av elproduktionen. Elproduktionens beroende av värmelast gör 

en värmeackumulator intressant i det att värme och elproduktion delvis kan frikopplas från varandra. 

Laddning av ackumulatorn kan exempelvis tillgripas för att tillfälligt öka värmelasten. Den 

ekonomiska kalkylen för en ackumulator måste beakta följande driftfall: 

• Fjärrvärmenätets värmebehov bestämmer mängden elenergi som kan produceras. 

• Kraftvärmeverkets elproduktion är starkt beroende av temperaturen på fjärrvärmevattnet, 

retur- såväl som framledningstemperatur. Ju lägre temperaturer – främst 

framledningstemperaturen - desto större elproduktion. 

• Ackumulatorn utnyttjas som värmesänka vid brist på värmelast då elbehovet är som störst. 

Resten av dygnet levereras sedan den producerade värmen medan elproduktionen går med 

låglast. 

• Värme kan produceras vid överskott på värmelast mot ackumulatorn under natten. Vid 

toppbelastning inkopplas sedan turbinens kallkondenseringsdel medan värme levereras från 

ackumulatorn. 

• Om inte kallkondenseringsmöjlighet föreligger kan med temperaturerna lönsamma 

variationer åstadkommas. Under natten produceras värme med temperaturen 98°C, värmen 

lagras i ackumulatorn. Under dagtid produceras el med minimal temperatur på 

fjärrvärmevattnet från turbinkondensorn, vilket medelst blandning med vattnet från 

ackumulatorn ger önskad framledningstemperatur. 

6



Ackumulatortankens roll vid produktionsplanering av fjärrvärme (5) 

Produktionen i ett fjärrvärme system kan göras i olika typer av anläggningar. I kraftvärmeverk 

produceras både värme och el med fossila bränslen eller biobränslen. Värmeverk producerar värme 

med fossila bränslen eller biobränsle. I värmepumpar och elpannor produceras värme med el. 

Eftersom framställning av fjärrvärme är förenat med höga kostnader är det intressant för 

energibolagen att optimera produktionen. 

Med produktionsplanering menas normalt planering för de närmast kommande dygnen. Syftet är att 

minimera de rörliga produktionskostnaderna och bestämma hur respektive anläggning ska 

producera. Intäkten från producerad el i kraftvärmeverk ses ofta som ett sätt att minska 

produktionskostnaden för värmen. 

Vid produktionsplanering utgår man ofta från en väderprognos för att först skapa en prognos för 

värmebehovet. Därefter allokeras produktion i de olika anläggningarna för att uppfylla behovet. 

Historiskt sett har planeringen gjorts mer eller mindre manuellt. Allokering av produktion görs då 

utifrån enkla kostnadsberäkningar i form av brytprisdiagram eller körordningstabeller. 

För god regleringskapacitet och för att undvika spetslastkörning används ackumulatortankar vid drift 

av fjärrvärme. Ackumulatortanken kopplas på systemet efter värmekällan och lagrar där varmt 

vatten som tas ut vid behov. Systemet illustreras av Figur 3. 

Figur 3. Illustration av ackumulatortankens roll i fjärrvärmesystemet. (6) 

7



Vid övergången från ett system utan ackumulator till drift med ackumulator integrerad i 

fjärrvärmesystemet skall ackumulatorn i första hand utjämna driften av produktionsenheterna så att 

driften av enheterna blir jämn. Enda undantaget är när driften varierar starkt under dygnet eller 

veckan. En viss säkerhetsreserv skall alltid föreligga, dock får denna funktion inte överdrivas 

gentemot strävan att producera värme till lägsta kostnad. Man får inte glömma att också 

miljöbelastning är en kostnad som måste tas hänsyn till vid planering av driften. 

Intermittent drift 

Man försöker undvika intermittent drift, med många start och stopp vid drift av ett värmeverk. 

Denna typ av drift är dels slitsam för både personal och utrustning och dels även otillfredsställande 

med hänsyn till miljöbelastningar om det gäller normala pannor. Kostnaden för el styr den 

intermittenta driften av elpannor. Däremot skall ett minimalt antal start och stopp erhållas när man 

arbetar med pannorna. Är belastningssituationen så att en panna ej kan hållas i kontinuerlig drift är 

det normalt lämpligt att lägga pannan på lägsta möjliga last vid vilken emissionsvärdena är 

godtagbara samtidigt som verkningsgraden är god. Lägsta möjliga last väljs för att möjliggöra en så 

lång gångtid som möjligt och därmed minimera antalet starter. 

Reglerad drift 

Det är fördelaktigt under årstider vid vilka idriftvarande enheter tillsammans med ackumulatorn 

täcker erforderligt värmebehov att i princip styra anläggningen mot full ackumulator på måndag 

morgon. Undantag från denna regel kan vara; förväntade väderomslag eller inplanerade 

underhållsstopp på någon enhet. Denna långsamma reglering av driften resulterar i gynnsamma 

emissionsvärden, god verkningsgrad samt minimalt slitage på anläggning. 

8



Abonnentcentraler 

Värmelasten på fjärrvärmesystemet bestäms av kunderna. Det kan vara industriella processer, 

markvärme, privatpersoner. Abonnentcentralen är till för att säkert kunna tillgodose dessa med 

varmvatten. Huvudkomponenten är värmeväxlare som växlar ledningsnätets vattens värme till 

kundens nät. Ledningsnätets vatten är ofta färgat grönt med en fluorescerande substans som heter 

pyranin, för att enklare kunna upptäcka läckor. 

I abonnentcentralerna finns det några grundläggande inkopplingsscheman. Det varierar hur många 

värmeväxlare som finns. I typfallet finns kopplingar till tappvarmvatten och till radiatorkrets. Om det 

finns en värmeväxlare i radiatorkretsen kallas den indirekt ansluten, annars direkt anslutning. Om det 

finns en värmeväxlare i tappvarmvattnet kallas det öppet, annars kallas det slutet. I Figur 4 ses fyra 

kopplingsscheman. 

Figur 4. Kombinationsmöjligheter för abonnentcentralers inkoppling 

Ovan i kedjan för fjärrvärmevatten finns ofta gruppcentraler. Många andra lösningar och 

komponenter finns även. Den hängivne läsaren om abonnentcentraler lämnas här till annat material i 

ämnet. 

Exempel på installation, Umeå Energis ackumulatortank (3) 

Den installerade ackumulatorn vid Ålidhem drivs av Umeå Energi. Den är inkopplad mellan pannor 

och shuntpump på ett sätt som erbjuder urladdningmöjlighet enligt olika strategier. Ackumulatorn 

skall dels urladdas direkt mot nätet, vilket innebär blandning med flödena från övriga pannor, dels 

skall ackumulatorn kunna urladdas genom pannorna. Det senare alternativet är aktuellt vid 

spetskörning dvs. tillsatsvärmning av urladdningsvattnet. Ackumulatorn urladdas genom pannorna 

vid strömbortfall till fjärrvärmepumparna i Ålidhem varvid en nödkylning erhålls. 

För att undvika exergiförlust vid blandning av temperaturskikten är den nedre dysan, som står på 

bottenplåten, konstruerad så att vattnet tillförs symmetriskt först till en vertikalt anordnad diffusor, i 

vilken eventuell rotation effektivt dämpas. Efter denna länkas vattnet om till en radial diffusor dvs. 

9



radiellt ut mellan två plåtar, vilka är utformade så att bästa möjliga strömningsprofil erhålls och låg 

radiell utströmningshastighet uppnås. Efter det att vattnet lämnar dysan fortsätter det av sig själv ut 

mot tankens väggar med i stort sett försumbar hastighet. 

Den övre dysan skall uppfylla samma krav som den nedre samtidigt som mycket stora volymer ånga 

skall kunna avledas. Dessutom får lokalt höga hastigheter ej förekomma. Kokning vid urladdning 

skulle kunna förorsakas av en trycksänkning pga. hastighetsökning. Urladdningskapaciteten skulle 

därmed allvarligt begränsas. 

Ackumulatorn är byggd 45m hög med avsedd maximal driftnivå 44.80m och minimal nivå 41.90m för 

att förhindra kokning i nätet även om framledningstemperaturen är 120 grader C. Volymen är på 

20340m 3 . 

Aspekter kring ekonomi, miljö, hållbarhet 

Ekonomi 

Främsta drivkraften till fjärrvärme är de ekonomiska fördelarna. Det är ett effektivt system för 

uppvärmning. En fördel ligger i att det är billigare att ha en stor panna som producerar en viss effekt, 

än att ha många små som producerar motsvarande effekt. Driften av den stora pannan kan 

optimeras av experter och höjer pannans verkningsgrad. Fjärrvärme är ofta knutet till industri eller 

annan verksamhet som ger spillvärme. Sådan värme är ofta billig och konkurrenskraftig. 

Miljö (7) 

Fjärrvärme är en miljövänlig energikälla. Största delen av fjärrvärmen kommer från biobränslen, 

alltså förnyelsebara ämnen. Andra stora källor som används för att producera fjärrvärme är 

spillvärme, värmepumpar och avfall. Figur 5 Visar hur fördelningen av bränslen inom fjärrvärme sett ut 

fram till och med 2001. 

Figur 5. Fördelning av bränslen i fjärrvärmeproduktion 

Hållbarhet (7) 

Riksdagen har antagit sexton miljömål. Dessa miljömål är uppsatta för att alla nivåer i samhället ska 

kunna arbeta miljövänligt. Fjärrvärmen kan sägas stödja nio av dessa sexton miljömål. Fjärrvärme är 

en hållbar lösning för att täcka varmvattensbehov i samhället. 

10



Fjärrkyla 

Systembetraktelse 

Stora fördelar fås genom att kyla byggnader centralt, nedan i Figur 6 syns ett typiskt system där en 

fjärrkyleanläggning jobbar mot ett nät med kunder anslutna. Kunderna värmeväxlar in värme till 

nätet som sedan transporterar värmen till en kylanläggning, här kyls vattnet. Efter kylningen är det 

lämpligt med någon typ av buffert, sedan är vattnet redo att pumpas ut igen för att ta upp mer 

värme. 

Figur 6. Principskiss för fjärrkyla (8) 

Teori och funktion 

Produktion av kyla 

Det finns olika sätt att producera kyla och vissa är lättare att implementera än andra. Det man typiskt 

pratar om är produktion via kompressionsvärmepumpar, absorptionsvärmepump och frikyla. 

Kompressionsvärmepumpar (9) 

Kompressionsvärmepumpen är den vanligaste metoden som används idag för att genererar kyla från 

två olika temperaturkällor. 

Principen av kompressionsvärmepumpen är lik den hos ett kylskåp. 

Ett köldmedium som klarar låga temperaturer utan att gå över i fast fas cirkulerar i ett slutet system. 

Först passerar mediet en strypventil som sänker både tryck och temperatur markant; efter 

strypventilen går mediet in i en förångare som finns placerad i den miljö man vill ta energi ifrån 

(alltså den plats man vill sänka temperaturen i), där mediet alltså förångas och övergången från 

vätskefas till gasfas genererar ett stort energiupptag. 

Efter att mediet förångats leds det vidare till en kompressor som höjer trycket och temperaturen 

markant, varefter det leds in i en kondensor som sitter placerad i den miljö man vill ge värme (alltså 

där man vill att temperaturen skall höjas) där ångan kondenserar och fasövergången återigen ger 

upphov till en stor energiöverföring. Efter kondensorn leds mediet återigen in i strypventilen och 

cirkeln är sluten. 

Denna metod kräver alltså ett temperaturintervall mellan förångarmiljön och kondensormiljön. Det 

behöver inte nödvändigtvis vara en direkt värmeväxling till luften utan kan lika gärna vara 

11



värmeväxling mot ett annat slutet system av vätska, t.ex. vatten. Energin som måste tillföras för att 

pumpa runt mediet kommer oftast från el, men kompressorn kan lika gärna drivas av något annat 

bränsle. 

Absorptionsvärmepumpar (10) 

En absorptionsvärmepumps process liknar den hos en kompressionsvärmepump då den också nyttjar 

en förångningscykel. Fördelen med absorptionsvärmepumpen är att den kan nyttja spillvärme från 

olika processer för att generera kyla. 

Principen hos en absorptionsvärmepump ser ut så här: En ämneskombination används i 

absorptionsvärmepumpen som består av ett köldmedium och ett lösningsmedel. 

Först leds enbart köldmediet genom en strypventil som sänker trycket, varefter det leds in i en 

förångare i anslutning till den miljö man vill kyla. I förångaren kokas vattnet (under lågt tryck) och 

den vattenånga som då bildats förs sedan vidare in i absorbatorn där koncentrerat lösningsmedel 

löses med vattenångan som frigör ångbildningsenergi och lösningsenergi i form av värme. Denna 

värme måste kylas bort separat. 

Från absorbatorn pumpas trycket upp och ämnesblandningen leds in i kokaren (där högt tryck råder) 

där man kan nyttja spillvärme eller någon annan källa till värme för att koka blandningen och därmed 

separera köldmediet från lösningsmedlet igen. Från kokaren leds köldmediets ånga vidare till 

kondensatorn (även där råder högt tryck) där den kondenserar (kondensatorn måste också kylas 

separat) och lösningsmedlet leds tillbaka till absorbatorn så att lösningskoncentrationen höjs. 

Köldmediet går därefter igenom strypventilen igen och cirkeln är sluten. 

Frikyla (11) 

Frikyla baseras på nyttjandet av naturliga temperaturkällor, t.ex. djupa sjöar, hav, berggrund eller 

jordytan. 

Naturliga vattenförekomster 

Om man nyttjar vattendrag eller sjöar till kylning ligger vatten med temperaturen 4°C närmast botten 

då den temperaturen ger högst densitet för vatten. Detta resulterar i att man inte behöver en 

värmepump för att förädla energin och man kan direkt utföra en värmeväxling mellan det system 

som genererar värme och frikylekällan. T.ex. kan en ledning dras längs botten på vattentäkten och 

sedan tillbaka till det system som skall kylas, med en pump som cirkulerar kylmediet. 

12



Bergvärme 

Principen bygger på att man borrar ned till en bergtäkt och drar en ledning ner genom borrhålet som 

med ett cirkulerande kylmedium transporterar värme till berggrunden från systemet som kräver 

kylning. Vid nyttjandet av berggrund som frikylekälla kan det gynnas av en värmepump som förädlar 

energin och ger en större temperaturgradient över hela systemet. 

Snölager (12) (13) 

Frikylekällor kan utgöras av snö och is som förekommer naturligt. Ett alternativ för nordliga 

breddgrader med kalla vintrar är att samla snö under vintern. Denna snö kan användas under 

sommaren som en frikylekälla. För att lagra snön samlas den i speciella gropar och sedan täcks dessa 

med isolerande material. 

Snön duschas med vatten från toppen som rinner igenom och tar vara på den smältvärme som 

vatten har genom att avge sin egen värme till snön, och därefter samlas upp i ett avlopp i botten av 

snögropen. 

Efter att vattnet samlats upp så filtreras det för grus, olja och föroreningar och värmeväxlas mot det 

system som kräver kylning. Efter värmeväxlingen duschas vattnet på nytt över snöhögen för att avge 

den energi det tagit upp. 

Distribution 

Att distribuera kyla kan göras på flera sätt beroende på vad för avstånd man behöver transportera 

över. 

Vattenburet (14) 

Typisk distribution för fjärrkyla är idag ett trycksatt system med vatten som kylmedium som 

cirkulerar mot det kylproducerande systemet såväl som det värmeproducerande systemet. Vatten 

har en hög specifik värmekapacitet och en hög densitet vilket är fördelaktigt. 

I vissa sammanhang kan ett isslurry-system nyttjas där man alltså har en blandning av is och vatten. 

Detta ger möjlighet till att nyttja smältvärmen för is till kylning också. 

Det finns olika sätt att använda ett isslurry-system. Ett sätt är att man har en lagringstank där is och 

vatten blandas; tillsammans med ett salt sänks fryspunkten på vattnet och en pump drar sedan 

vätska från lagringstankens botten och undviker att dra in is då denna flyter högst upp i tanken. Detta 

genererar då lägre temperaturer än 0 grader Celsius. 

Ett isslurry-system kan också nyttja en distribution där man kan pumpa både is och vatten 

tillsammans, men detta kräver större pumpar, bättre ventiler, avlägsning av alla avsmalningar i 

pumpsystemet samt tidsbestämd drift för att undvika ispluggar. 

13



Luftburet (14) 

Luft är ett annat medium som kan användas för distribution av kyla, men det är betydligt mer 

begränsande i avstånd och kräver mycket större mängder arbete och volym i stora system. Det är 

dock fördelaktigt då det är lätt att integrera i t.ex. hushåll där luft finns naturligt i byggnaden, likväl 

som att läckor inte är destruktiva för systemet. 

Lagring av kyla 

Tidsaspekt på energilagring (15) 

Beroende på hur kylsystemet är uppbyggt kan det vara bra att bygga en energibuffert. De kan t.ex. 

vara i form av antingen en ackumulatortank, akvifär eller ett snölager. Vad som är lämpligast beror 

till stor del på vilket tidsintervall och vilken energimängd man vill lagra. 

Dygnslagring och veckolagring kan vara aktuell då kunderna använder mest kyla under veckodagarna. 

Då kan man antingen ta till vara på producerad kyleffekt under natten eller dessutom ta till vara på 

kyla producerad under helgen. Detta ger ett jämnare kyluttag från kylanordningen. 

Förutsättningar för säsongslagring är bland annat att det geografiska läget har ett klimat med 

periodvis låg temperatur, detta medför att kyla i stort sett är gratis vid vissa delar av året. Kylan går 

sedan att lagra till sommarhalvåret då den behövs. Det krävs dock stora volymer eftersom att man 

arbetar mot ett årsbehov. 

14



Lagring i olika tankar (15) (16) 

Problem kan uppstå vid lagring av kyla i en tank. Det rör sig ofta om ett snävt temperaturspann, 5- 

15°C. Detta ger låg densitetsskillnad. För att säkerställa skiktning måste speciella metoder användas. 

Nedan visas några lösningar. 

I Figur 7 visas en vanlig tank. Speciella inlopp och utlopp används för att se till att vattnet flödar 

laminärt. Laminärt flöde är viktigt för att upprätthålla skiktningen och undvika blandning av varmt 

och kallt vatten. 

Figur 7. Skiktad tank för CTES 

Ett annat koncept är att seriekoppla tankar, i Figur 8 visas en Labyrinttank. Fördelen är att man lättare 

kan erhålla uppdelning av vattnet. Man kan även få stor frihet över tankens utformning vilket kan ge 

stor lagringsvolym per yta mot omgivningen. Risk finns för kortslutning och döda zoner men även att 

vattnet blandas inom lagringszonerna. 

Figur 8. Seriekopplade tankar för CTES 

15



Ett parallellkopplat system visas i Figur 9. Det liknar till stor del ett seriekopplat. Här har dock risken 

för kortslutning bytts ut mot ett avancerat styrsystem vilket kan öka investeringskostnaden. 

Figur 9. Parallellkopplade tankar för CTES 

Lagring i bergrum (17) (15) 

För svenska förhållanden kan lagring av kyla under jord vara fördelaktigt då marktemperaturen vid 

djup går mot årsmedeltemperaturen. Årsmedeltemperaturen varierar mellan 0-7°C i stordelen av 

Sverige (18). Konstruktioner som är intressanta är dels bergrum, särskilt om de redan finns byggda i 

området. Samma princip som en skiktad ackumulatortank kan då användas fast med en mer 

fördelaktig omgivningstemperatur. 

En ytterligare möjlighet med bergrum är inlagring i form av snö eller is, detta skulle ge ytterst små 

förluster när en temperaturgradient byggts upp i marken. Beräkningar på lager mellan 50000- 

150000m 3 visar en förlust på 1,5-2,5% per säsong när lagret varit igång i tre säsonger. 

Om markförhållandena är rätt så kan akvifärer användas. En viktig aspekt är då om det finns 

genomströmning av vatten i lagret. Om det finns stor vattengenomströmning så liknar lagret 

naturliga vattenförekomster (se sida 12) och lämpar sig mer för uttag än lagring. Om det inte finns 

någon nämnbar genomströmning så kan systemet liknas med bergvärme (se sida 13). 

16



Aspekter kring ekonomi, miljö och hållbarhet 

Med en lokaliserad produktion på storskalig nivå kan man alltså spara mycket energi gentemot om 

varje konsument skulle nyttja en egen liten kylmaskin. Detta i sin tur ger upphov till lägre elkostnader 

och ett billigt alternativ för kyla. 

Några viktiga ekonomiska punkter att utgå från när man överväger en energibuffert från (15): 

• Finns det en begränsande högsta effekt i kylproduktionen? 

• Är det största kylbehovet mycket större än medelbehovet? 

• Finns det tidpunkter då det är billigare att producera kyla? 

• Behövs en backup om kylproduktionen skulle avstanna? 

• Finns ett utrymme lämpligt för lagring? 

Det finns flera fördelar med fjärrkyla i framtiden, bl.a. används enbart vatten vilket tar bort behovet 

av freoner och andra miljöfarliga kylmedium som används idag. Nyttjas fjärrkyla så innebär det att 

produktionens buller flyttas utanför konsumentens område och därför blir det tystare och 

behagligare hos konsumenten. 

Framtida potential 

Allt eftersom klimatet blir varmare och levnadsstandarden höjs världen över så kommer kylning bli 

mer relevant. Kyla används för komfort, lagring av mat, industri och mycket annat. Detta ger upphov 

till ett ökande behov av kyla i framtiden och fjärrkyla är där ett effektivt sätt att ansluta stora grupper 

med kylbehov. Såväl industrier som villaområden kan anslutas till samma kylnät och detta möjliggör 

en kylproduktion utanför de områden som berörs; detta i sin gör att stora anläggningar med effektiva 

produktionssystem kan etableras. 

Med fjärrkyla ligger inte ansvaret för utrustningen hos konsumenten vilket gör att service och 

underhåll blir mindre för konsumenten. Allt eftersom elektronik och teknik avancerar använder vi 

fler och fler apparater som kräver energi. Även om de enbart förbrukar elenergi så producerar nästan 

alla elmotorer värme, t.ex. datorer, TV-apparater etc. Denna teknikutveckling kommer ge ett större 

kylbehov i framtiden. 

Fjärrvärme kommer att spela en viktig roll även i framtiden för samhällens energibehov. Dock finns 

det inte samma potential hos fjärrvärmen om man jämför med fjärrkylan, då den redan är etablerad 

och kraftigt exploaterad. Dock finns det stor potential för de svenska kärnkraftverken att leverera 

fjärrvärme. Anledningen till att de inte redan används till fjärrvärme är att man inte vill bygga in sig i 

ett fjärrvärmesystem där kärnkraft är en komponent. 

17



Referenser 

1. SEVAB Strängnäs Energi AB. SEVAB hemsida. [Online] [Citat: den 17 Mars 2011.] 

http://www.sevab.com/Privat/Fjarrvarme/Om-fjarrvarme/. 

2. Luleå Energi AB. Luleå Energi hemsida. [Online] [Citat: den 17 Mars 2011.] 

http://www.luleaenergi.se/sv-SE/Fjarrvarme/?menuID=27. 

3. Stenlund, Johan. Dimensionering av en ackumulatortank för Umeå Energis 

fjärrvärmesystem. Umeå : u.n., 2005. 

4. Hedbäck, Anders J. W. Värmelager i ståltank och beskrivning för ackumulator till Umeå 

energi. 1990. 

5. Kvarnström, Johan, Dotzauer, Erik och Dahlquist, Erik. Produktions- och 

distributionsplanering av fjärrvärme. 

6. Dalkia. Dalkia hemsida. [Online] 2009. [Citat: den 18 Mars 2009.] 

http://www.dalkianordic.com/sv/tjanster/energy-solutions/fjarrvarme/. 

7. Svensk Fjärrvärme. Svensk Fjärrvärme. Svensk Fjärrvärme hemsida. [Online] [Citat: den 

21 Mars 2009.] http://www.fjarrvarme.se/pdf/fjarrvarmen-och-miljon.pdf. 

8. Chu, Tsen-Che. Research on the potential of district cooling and energy savings in 

Wuhan, China. 2009. 

9. Hassmyr, Leif. Kylmaskin/Värmepump. den 27 Mars 2001. 

10. Rydstrand, Magnus. Värmedriven kyla. Stockholm : KTH, 2004. 

11. Marklund, Rickard. VärmePumpsForum. [Online] den 14 Juni 2006. [Citat: den 18 

Mars 2011.] 

http://www.varmepumpsforum.com/faq/index.php?action=artikel&cat=3&id=35&artlang=sv. 

12. Snowpower AB. Snowpower AB hemsida. [Online] [Citat: den 22 Mars 2011.] 

http://www.snowpower.se/sundsvalls-kylanlaggning.asp. 

13. Skogsberg, Kjell. Seasonal Snow Storage for Cooling Applications. Luleå : LTU, 2001. 

14. Svensk Fjärrvärme. Effektivare distribution av fjärrkyla. 2004. 

15. Dincer, Ibrahim och Rosen, Mark A. Thermal Energy Storage Systems and 

Applications 2nd ed. UK : Wiley, 2011. 

16. Beckmann, G och Gilli, P. V. Thermal Energy Storage. Wien, New York : Springer- 

Verlag, 2002. 

17. Johansson, Per. Säsongslagring av kyla i bergrum. Luleå : LTU, 1999. 

18



18. SMHI. Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut. SMHI hemsida. [Online] den 

7 Juli 2009. [Citat: den 17 Mars 2009.] 

http://www.smhi.se/klimatdata/meteorologi/temperatur/1.3973. 

19

Rapport fjärrvärme och fjärrkyla - Tfe - Umeå universitet

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?