Kalkylatorns metodik:
data, formler och källor

1. Så resonerar kalkylatorn

Kalkylatorn simulerar ett helt år, dag för dag (365 dagar), på den angivna platsen. För varje dag uppskattar den värme- och elbehovet samt produktionen från solceller och eventuell vindkraft, och kontrollerar hur BioGS-1.0, den elektriska lagringen och den termiska lagringen täcker skillnaden. Därefter dimensioneras anläggningen: antal BioGS-1.0-enheter, solcellseffekt, batterikapacitet och pufferns volym.

2. Klimatdata

Referensproduktion från solceller. Kalkylatorn hämtar från PVGIS avkastningen för 1 kWp med systemförluster på 14%. Avkastningen beräknas på horisontalplan och korrigeras sedan med de exponeringsfaktorer som beskrivs längre ned.

Klimatnormalisering (endast uppvärmning). Graddagarna för det typiska året (bas 20 °C) divideras med graddagarna för 2023, och kvoten, begränsad till mellan 0,8 och 1,3, multiplicerar värmeförlusten. Detta behövs eftersom 2023 var varmare än genomsnittet i stora delar av Italien och inte får leda till att uppvärmningen underskattas.

Höjdkorrigering. ERA5-temperaturen avser celler på cirka 30 km, vars medelhöjd kan skilja sig från platsens. Höjdskillnaden mellan cell och plats, multiplicerad med en gradient på 0,45 °C per 100 m, korrigerar temperaturen (korrigeringen begränsas till mellan -4 och +8 °C).

Italiensk klimatzon. För platser i Italien härleder proxyn klimatzonen (A-F, DPR 412/93) ur graddagarna för det typiska året.

3. Värmebehov

3.1 Uppvärmning av lokaler

Förenklad daglig balans, inspirerad av EN ISO 13790 och EN ISO 52016:

Q = max(0, H × 24 × (T inomhus − T utomhus) × klimatfaktor − η × (inre tillskott + solära tillskott))

• H: byggnadens specifika värmeförlust, i W/K = h_spec × yta × formfaktor × höjdfaktor.
• T inomhus: 20 °C, eller den måltemperatur som användaren har angett.
• Inre tillskott: 3 W per m² yta.
• Solära tillskott: daglig instrålning × 0,03 m² ekvivalent solarea per m² yta (fönster cirka 15% × solfaktor 0,6, med skuggning och orientering).
• η: utnyttjandefaktor för tillskotten, med parametern a = 4 (byggnad med medelstor tröghet).
• Höjdfaktor: medelhöjd / 2,7 m, begränsad till mellan 0,85 och 1,3.

Isoleringsnivå (h_spec i W/m²K, kalibrerad mot ett fristående hus på cirka 100 m² i två plan, med TABULA/EPISCOPE och italienska och europeiska lagkrav som referens):

Energiklass enligt APE (italiensk energideklaration; endast platser i Italien). Om den anges har den företräde framför isoleringsnivån. Klassen avser en referensbyggnad (DM 26/06/2015), därför är h_spec = 1,1 × kvoten mellan EPgl,nren för klassen och EPgl,nren för referensbyggnaden (mittpunkten i intervallet), därefter multiplicerad med en klimatzonsfaktor och begränsad till intervallet för isoleringsnivåerna.

Zonfaktorn tar hänsyn till att APE-referensbyggnaden har mindre stränga krav i de varma zonerna (U-värden 2019/2021, DM 26/06/2015).

Byggnadstyp (andel värmeförlorande klimatskal i förhållande till det fristående huset):

Deklarerad värmeförbrukning. Om användaren anger sin årliga värmeförbrukning har det värdet alltid företräde framför modellen och fördelas över dagarna med den fysikaliska modellens säsongsform.

3.2 Tappvarmvatten och hushållsapparater

• Tappvarmvatten: 50 liter per person och dag, värmt till 45 °C, jämnt fördelat över året. Temperaturhöjningen utgår från ledningsvattnets temperatur, approximerad med platsens årsmedeltemperatur för luften (begränsad till mellan 5 och 22 °C).
• Tvättmaskin och diskmaskin: 100 respektive 150 cykler per år och person, 15 respektive 10 ekvivalenta liter per cykel, med en genomsnittlig tvättemperatur på 50 °C. Man antar att vatten som förvärmts i pufferten är tillgängligt upp till 40 °C: denna andel är en termisk last, resten förblir elektrisk.
• Antal personer: om det inte anges antas 3 personer.

3.3 Pool och växthus

• Pool: 200 kWh termiska per m³ och år, koncentrerade till sommarmånaderna, plus 20 kWh el per m³ och år för cirkulation och filtrering, jämnt fördelade över året.
• Växthus: fysikalisk beräkning dag för dag, kWh = U × yta × (T mål − T utomhus) × 24 / 1000, med U i W/m²K lika med 6,2 (enkelt skikt), 4,0 (dubbelt), 3,4 (styvt), enligt värden från Rutgers Cooperative Extension.
• Om den deklarerade förbrukningen redan omfattar pool eller växthus ändras inte den årliga totalen: modellen använder dem bara för att ge diagrammet rätt säsongsform.

4. Elbehov

• Basförbrukning: är den årliga elförbrukning som användaren har angett. Om den inte anges uppskattar kalkylatorn den: 300 kWh plus 900 kWh per person.
• Belysning: 8% av basförbrukningen omfördelas över dagarna i proportion till platsens faktiska mörkertimmar, beräknade med astronomisk formel utifrån latitud och dag på året (hanterar även midnattssol och polarnatt). Den dagliga faktorn begränsas till mellan 0,3 och 3. Den årliga totalen ändras inte.
• Elbil: 0,18 kWh per km, jämnt fördelat över hela året, om den inte redan ingår i den deklarerade förbrukningen.
• Luftkonditionering: endast om användaren anger att den finns och deklarerar den kylda ytan. Kylbehov = 0,035 kWh per m² kyld yta per kylgraddag (tröskel 26 °C), multiplicerat med platsens solfaktor och dividerat med ett SEER på 3,2.
• Poolcirkulation: se avsnitt 3.3.
• Jordbruksföretag: under månaderna maj-september tillkommer lasterna för pelletering och torkning (se avsnitt 7).

5. Solceller, vindkraft och lagring

Solceller. Den dagliga produktionen är PVGIS-avkastningen för 1 kWp multiplicerad med den installerade effekten och med en exponeringsfaktor:

Basavkastningen är PVGIS-värdet på horisontalplan och vinsten som beror på lutningen tillgodoräknas inte: det är ett försiktigt val som tenderar att underskatta produktionen från ett lutande tak med några procentenheter.

Om den tillgängliga ytan anges begränsas solcellseffekten till 1 kWp per 5 m².

Vindkraft. Det är ett frivilligt komplement: den installerade effekten fastställs av användaren. Avkastningen härleds inte från en historisk vindserie utan från tre vindkategorier för platsen.

Elektrisk lagring. Kapaciteten är den minsta som nollställer det årliga elunderskottet, med ett minimum på 5 kWh och ett maximum som motsvarar det lägsta av 60 kWh och två dagars genomsnittsförbrukning. Om gränsen nås anges det i resultatet.

6. BioGS-1.0 och daglig simulering

Produktdata som används i beräkningen (verkliga driftförhållanden):

BioGS-1.0 samproducerar alltid värme och el tillsammans, i ett fast förhållande: de två uteffekterna kan inte väljas oberoende av varandra.

Driftordning, för varje dag:

1. Solceller och vindkraft täcker elbehovet först.
2. Eventuellt förnybart överskott laddar först batteriet, upp till dess lediga kapacitet.
3. Det överskott som återstår omvandlas till värme, upp till dagens värmebehov och aldrig mer.
4. Den värme som fortfarande saknas produceras av BioGS-1.0. Samtidigt genererar enheten den tillhörande elen, som täcker det återstående elunderskottet. Antalet drifttimmar bestäms av värmebehovet (värmeprioritet) eller av elbehovet, om detta kräver fler timmar.
5. Ett eventuellt kvarvarande elunderskott laddas ur från batteriet och, om det inte räcker, återstår det som uttag från nätet.

Batteriet för sin laddningsnivå vidare från en dag till nästa (det är den enda punkten i beräkningen där dagarna inte är oberoende av varandra), med utgångspunkt i en stabil nivå som erhålls genom ett första genomlopp av året. Eftersom överskottet laddar batteriet först blir en mindre del värme och BioGS-1.0 arbetar några timmar mer.

Dimensionering.

• BioGS-1.0-enheter: det minsta antal för vilket de nödvändiga drifttimmarna inte överstiger 24 någon dag på året, med batteriet dimensionerat för det antalet enheter.
• Solceller: den minsta effekt som, med batteri inom autonomigränsen, nollställer det årliga elunderskottet (tolerans 0,05 kWh/år), sökt genom bisektion. Kalkylatorn anger också den dag på året som avgör denna dimensionering.
• Puffer: volymen härleds ur den största dagliga tidsförskjutningen mellan värmeproduktion och värmeefterfrågan. Man använder en typisk timprofil för värmeefterfrågan: 30% mellan midnatt och 6, 15% mellan 6 och 9, 15% mellan 9 och 18, 40% mellan 18 och midnatt. Solcellsöverskottet koncentreras mellan 11 och 15; BioGS-1.0 kör en enda sammanhängande cykel, med starttid vald för att minimera tidsförskjutningen. Litrarna räknas fram med en temperaturskillnad på 25 °C och 1,163 Wh per liter och per °C.

7. Jordbruksföretag: från biomassa till pellets

Den jordbruksinriktade vägen bedömer om företagets rester räcker för att driva BioGS-1.0.

• Omvandling till motsvarande pellets: torrmassa = mängd × (1 − fukthalt); pellets = torrmassa / 0,9, multiplicerad med ett processutbyte på 95% (malning plus pelletering). Om biomassan redan är pellets är utbytet 1.
• Malning: flis 11 kWh/t (finkrossning); vedträ och grenar 30 kWh/t (flisning plus finkrossning).
• Press: kapacitet på 15 kg/h per installerad kW (66,7 kWh/t), 6 nettoarbetstimmar per dag, den minsta kommersiella storleken bland 3, 4, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22, 30, 37, 45, 55 och 75 kW som slutför kampanjen.
• Kampanj: torkning och pelletering under månaderna maj-september, när energiöverskottet är som störst.
• Torkning: ned till 14% fukthalt, med 1 kWh värme per kg avdunstat vatten. Användaren väljer om värmen från BioGS-1.0 ska användas (läggs till värmebehovet) eller naturlig torkning. Torkens fläktar tar 3% av värmen.
• Skal och kärnor: färdiga att använda, utan malning. De torkas bara om de överstiger 10% fukthalt. De får utgöra högst 40% av det totala bränslet (teknisk begränsning för BioGS-1.0).
• Blandning: först används de egna resterna (vid 2,4 kg/h) tills de är slut, därefter inköpt certifierad pellets A1 eller A2 (vid 2,2 kg/h) för återstående timmar. Kalkylatorn anger också hur stor del av timmarna som täcks av resterna.

Källor för processdata: Forest Research UK (2011), "Wood pellets production"; MDPI Sustainability 17(1):140 (2024); MDPI Energies 16(13):4894 (2023); TCPEL, guiden "Biomass Hammer Mill".

8. Biomassa, biochar och CO₂

Värdet är en potential för infångning och inte en certifierad koldioxidkredit. Ingen permanensfaktor för kolet tillämpas: den läggs till när ytterligare analyser finns tillgängliga.

9. Resultatets tillförlitlighet

Kalkylatorn anger en tillförlitlighetsnivå utifrån tre verkliga uppgifter: elförbrukning, värmeförbrukning och exakt adress (med gata eller gatunummer).

10. Modellens begränsningar

• det är en preliminär uppskattning, inte en utförandeprojektering;
• driftordningen är daglig, inte timvis; timprofilen används bara för att dimensionera pufferten;
• klimatet är det från 2023, normaliserat för uppvärmning, inte en prognos;
• vinden är en genomsnittlig avkastning per kategori, inte en historisk serie;
• ledningsvattnets temperatur approximeras med luftens årsmedeltemperatur;
• värmebehovet beror på kvaliteten på de uppgifter som lämnats om byggnaden;
• CO₂-infångningen är en potential utan permanensfaktor.

11. Referenser

PVGIS (JRC, Europeiska kommissionen);
ERA5 (Copernicus Climate Change Service, ECMWF);
Open-Meteo;
OpenStreetMap (Nominatim, Photon);
EN ISO 13790 och EN ISO 52016;
DM 26/06/2015 (energiklassificering);
DPR 412/93 (klimatzoner);
TABULA/EPISCOPE;
Rutgers Cooperative Extension (växthustäckningar).