Energieffektiva småhus - en studie av ett fristående enfamiljshus Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnad CAROLINA AAGAARD CHRISTIAN JOHANSSON Institutionen för Bygg- och miljöteknik Avdelningen för Byggnadsteknologi CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg 2006 Examensarbete 2006:27 EXAMENSARBETE 2006:27 Energieffektiva småhus - en studie av ett fristående enfamiljshus Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnad CAROLINA AAGAARD CHRISTIAN JOHANSSON Institutionen för Bygg- och miljöteknik Avdelningen för Byggnadsteknologi CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, 2006 Energieffektiva småhus - en studie av ett fristående enfamiljshus Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnad CAROLINA AAGAARD CHRISTIAN JOHANSSON © CAROLINA AAGAARD & CHRISTIAN JOHANSSON, 2006 Examensarbete 2006:27 Institutionen för Bygg- och miljöteknik Avdelningen för Byggnadsteknologi Chalmers tekniska högskola 412 96 Göteborg Telefon: 031-772 10 00 Omslag: Amhults Lekeby, NCC Boende 2006 Chalmers Reproservice/ Institutionen för Bygg- och miljöteknik Göteborg 2006 I Energy effective houses - a study of a detached family house Master’s Thesis in Civil Engineering CAROLINA AAGAARD CHRISTIAN JOHANSSON Department of Civil and Environmental Engineering Division of Building Technology Chalmers University of Technology ABSTRACT There is today a great potential to reduce the energy consumption of detached houses. This thesis considers a reference house which very nearly complies with the requirements of energy usage and insulation set by the Swedish ”Boverket”. However its insulation standard is somewhat below the current Swedish average. A survey performed by NCC has shown that there is a great interest in investing in energy- efficient houses. According to the survey, a majority of the home buyers are willing to accept a higher investment cost in order to get lower running expenses. The average Swedish 125 m2 house presently has a total energy consumption of 25 000 kWh per year (200 kWh/m2 year). Newly produced houses consume around 15-17 000 kWh/year (120-136 kWh/m2 year). The objective of this Master´s thesis has been to identify the various existing possibilities for lowering the energy need of average size detached houses. Earlier projects in Sweden have proved that it is possible to achieve a total energy consumption of approximately 70 kWh/m2 year. However, none of these are detached houses. In this Master´s thesis a reference house that currently is being produced is studied. The house is undergoing different changes in order to improve its energy properties and to eventually become a so-called passive house (i.e., a house without need for a traditional heating system). Using an energy-calculating programme, IDA Indoor Climate and Energy 3.0, the heating requirements are estimated and the thermal indoor climate for the different types of houses are simulated. The main focus of this work has been on the building envelope since the authors consider this to be the primary factor affecting the energy needs of a building. However, technical solutions such as exhaust air heat pumping and FTX-system have been studied in order to assess their influence on the need for bought energy for the building. To construct an energy-efficient building it is important to know how the different components of the building envelope affect the total energy need. By studying one component at a time the basis for a decision is obtained that makes the foundation for how the priorities need to be set when improving an existing type of house. The simulations show that the biggest savings for small houses built by NCC are achieved by improving the insulation of the walls and the windows. The current insulation of the ceiling joists is acceptable however there is room for improvements on the foundation construction. II By using the reference house with an exhaust air system as a starting point and then increasing the thickness of the insulation, improving the windows and replacing the ventilation system with an FTX-system, an energy reduction of almost 9000 kWh may be achieved. The house has thus complied to the definition of a ”passive house” according to the requirements set by this report. An efficient re-cycling of the exhaust air heat and a good building envelope are required to produce a “passive house”. On cold days a heat battery in the air inlet will accommodate for extra heating needs. To start with, the reference house is equipped with an exhaust air system. If it is supplied with a heat pump a decrease of 30 % of the total bought energy is obtained. If instead, the exhaust air system is replaced by a FTX-system, the decrease in bought energy will be 22-25 %. Connecting an exhaust air heat pump thus gives a larger energy cut than a FTX-system. This is because the heat pump, in addition to contributing with heat to the heat system, also contributes with energy to the hot tap water. The FTX-system however, has the advantage of providing a more stable indoor climate. The energy saving with an FTX-system can be approximately 4000 kWh/year and with an exhaust air heat pump approximately 5600 kWh/year. A number of sensitivity analyses have been performed within this project. Among other things they show that the energy need in a house with controlled inlet and exhaust air flow may increase with 500 kWh if the air tightness is decreased. The simulations have shown that it is possible to achieve a comfortable indoor temperature in all the compared houses with the help of sun screening and airing. Calculations of cold bridges have shown that these contribute to up to 10 % of the total transmission losses. The major losses arise around the edge beam and the joints between the windows and the house skeleton. Key words: energy-effective detached houses, energy consumption, heat requirements, energy calculations, IDA, heating, thermal climate, cold bridges, passive house III Energieffektiva småhus - en studie av ett fristående enfamiljshus Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnad CAROLINA AAGAARD CHRISTIAN JOHANSSON Institutionen för Bygg- och miljöteknik Avdelningen för Byggnadsteknologi Chalmers Tekniska Högskola SAMMANFATTNING Det finns idag en stor potential att minska energianvändningen för småhus. I detta examensarbete har ett referenshus som produceras idag studerats. Huset uppfyller precis Boverkets krav för energihushållning och värmeisolering och har en något lägre isoleringsstandard än det svenska genomsnittet i dagsläget. Det finns ett stort intresse att investera i energieffektiva småhus visar en enkätundersökning som NCC låtit göra. De flesta småhusköparna är, enligt undersökningen, beredda att betala en högre investeringskostnad för att istället erhålla en lägre driftkostnad. I Sverige använder idag en genomsnittlig villa på 125 kvadratmeter 25 000 kWh per år (200 kWh/m2 år) i total energianvändning, nyproducerade hus använder cirka 15-17 000 kWh/år (120-136 kWh/m2 år). Syftet med examensarbetet har varit att visa vilka möjligheter det finna att sänka värmebehovet i ett småhus. Tidigare projekt i Sverige, som Lindås- och Glumslövhusen, har visat att det går att komma ner i en total energi- användning på cirka 70 kWh/m2 år. Dock är dessa inga friliggande småhus. I examensarbetet analyseras ”referenshuset” och förbättras genom olika åtgärder till att bli allt bättre energimässigt. Genom förbättringarna blir huset till slut bli ett passivhus, det vill säga ett hus utan traditionellt uppvärmningssystem. Med hjälp av energiberäkningsprogrammet IDA Klimat och Energi 3.0 beräknas värmebehovet och det termiska inomhusklimatet för de olika hustyperna simuleras. Tyngdpunkten har i arbetet legat på klimatskalet eftersom författarna anser att det är den primära delen för att få ner energibehovet i en byggnad. Dock har tekniska lösningar såsom frånluftsvärmepump och FTX-system studerats för att se hur dessa påverkar behovet av köpt energi till byggnaden. För att bygga en energisnål byggnad är det viktigt att veta hur klimatskalets olika delar påverkar det totala värmebehovet. Genom att studera en konstruktionsdel i taget erhålls ett beslutsunderlag som ligger till grund för hur prioriteringsordningen bör ligga när en befintlig hustyp förbättras. Simuleringarna visar att de största besparingarna för NCC:s småhus görs genom att förbättra väggar och fönster. Isoleringen i takbjälklaget är idag tillfredställande, men för grunden kan förbättringar göras. Genom att utgå från referenshuset med frånluftssystem och sedan öka isolertjocklekar, förbättra fönstren och byta ventilationssystem till ett FTX-system kan en energibesparning på nästan 9000 kWh erhållas. Huset har då nått passivhus- definitionen, enligt de krav som ställts i denna rapport. För att åstadkomma ett passivhus krävs ett bra klimatskal och effektiv värmeåtervinning av frånluften. Kalla dagar täcker ett värmebatteri i tilluften det extra värmebehovet. IV Referenshuset är till en början utrustat med ett frånluftssystem. Kopplas en frånluftsvärmepump till fås en sänkning på 30 % av den totala köpta energin till huset. Ersätts istället frånluftssystemet med ett FTX-system blir minskningen av köpt energi 22-25 %. Att koppla en frånluftsvärmepump ger alltså större energibesparning än ett FTX-system. Det beror på att värmepumpen förutom att bidra med värme till värme- systemet, även bidrar med energi till tappvarmvatten. FTX-systemet har dock fördelen att det ger ett stabilare inomhusklimat. Energibesparingen kan med ett FTX-system bli cirka 4000 kWh/år och med en frånluftsvärmepump cirka 5600 kWh/år. Ett antal olika känslighetsanalyser har gjorts i rapporten. De visar bland annat att värmebehovet i ett hus med styrd till- och frånluft kan öka med 500 kWh om tätheten försämras. Simuleringarna har visat att det går att uppnå komfortabla inomhus- temperaturer i alla jämförda hus med solavskärmning och vädring. Beräkningar av köldbryggor har visat att de står för upp till 10 % av de totala transmissions- förlusterna. Störst förluster uppkommer kring kantbalken och i anslutningen mellan fönster och husstomme. Nyckelord: Energieffektiva småhus, energianvändning, värmebehov, energiberäkningar, IDA, uppvärmning, termiskt klimat, köldbryggor, passivhus Innehåll ABSTRACT I SAMMANFATTNING III INNEHÅLL I FÖRORD V BETECKNINGAR VI TERMINOLOGI VII 1 INLEDNING 1 1.1 Bakgrund 1 1.2 Syfte och frågeställningar 2 1.3 Metod och genomförande 3 1.4 Avgränsning 3 2 FAKTORER SOM BESTÄMMER ENERGIBEHOVET I BOSTÄDER 5 2.1 Klimatskalet 5 2.1.1 Fönster 5 2.1.2 Ytterväggar 6 2.1.3 Grund 7 2.1.4 Tak och vindar 7 2.1.5 Värmelagring 7 2.2 Installationer 9 2.2.1 Värmepumpar 9 2.2.2 Fjärrvärme 11 2.2.3 Solvärme 11 2.2.4 Ventilation 12 2.3 Uteklimat 13 2.4 Brukarbeteende 13 2.4.1 Hushållsel 13 2.4.2 Vädring 14 2.4.3 Närvaro 14 2.4.4 Punktvärmekällor 14 3 PASSIVHUS 15 4 EXEMPEL PÅ PROJEKT 18 4.1 Lindåshusen 18 4.1.1 Lärdomar från Lindåshusen 20 4.2 Glumslöv 21 4.2.1 Lärdomar från Glumslövhusen 23 II 4.3 Energieffektiva småhus på Bo01 i Malmö 24 4.3.1 Lärdomar från LB-huset 25 4.4 Vårgårdahuset 26 4.5 Ytterligare lärdomar från lågenergihusprojekt 26 5 BOVERKETS BYGGREGLER 28 5.1 Alternativ 1: Tre delkrav 28 5.2 Alternativ 2: Omfördelningsberäkning (Referenshusmetoden) 29 5.3 Nya regler 2006 29 6 SIMULERINGSMODELL 32 6.1 Byggnadens värmebalans 32 6.2 IDA Klimat och Energi 3.0 33 6.3 Referensobjekt 36 6.3.1 Referenshus 36 6.4 Simuleringsfaktorer och indata till IDA 40 6.4.1 Läckage 42 6.4.2 Köldbryggor 43 6.4.3 Fönster 43 6.4.4 FTX 44 6.4.5 Värmepump 44 6.4.6 Simulerat boende 45 7 RESULTAT AV SIMULERINGARNA 48 7.1 Parameterstudie av hur respektive byggnadsdels U-värde påverkar byggnadens totala energibehov 48 7.1.1 Analys av isolertjocklek i yttervägg 48 7.1.2 Analys av isolertjocklek under platta 50 7.1.3 Analys av isolertjocklek i takbjälklag 51 7.1.4 Analys av fönster 52 7.1.5 Resultat av klimatskalsändringar 53 7.2 Analys och vidareutvecklingar av referenshuset 54 7.2.1 Analys hustyp A (Referenshuset) 54 7.2.2 Analys hustyp B 60 7.2.3 Analys hustyp C 65 7.2.4 Analys Hustyp D 69 7.3 Passivhuset 73 7.3.1 Uppbyggnad 73 7.3.2 Analys av passivhuset 74 7.4 Resultat 78 7.4.1 Energi 78 7.4.2 Termiskt klimat 83 8 KÄNSLIGHETSANALYS 87 8.1 Rotera huset 87 8.2 Inverkan av internlaster 88 8.3 Omgivning 88 8.4 Fönsterareor 89 8.5 Höjning av inomhustemperaturen 89 8.6 Luftläckage 89 8.7 Köldbryggor 90 8.8 Öppning av dörrar 94 8.9 Vädring och solavskärmning 95 8.10 Effektbehov under vinterdagar utan sol 97 8.11 Verkningsgraden i FTX- aggregatet 97 9 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER 98 9.1 Slutsatser 98 9.2 Rekommendationer 99 10 DISKUSSION 102 11 VIDARE STUDIER 104 12 REFERENSER 105 BILAGOR 109 IV Förord Föreliggande rapport är ett examensarbete om 20p utfört på avdelningen för Byggnadsteknologi vid Chalmers Tekniska Högskola i samarbete med NCC Boende och NCC Teknik i Göteborg. Arbetet har skrivits på NCC:s huvudkontor i Göteborg från oktober 2005 till februari 2006. Det ursprungliga initiativet till arbetet kom från NCC som ville ha underlag för hur mycket ett typhus kan sänka sitt värmebehov genom att förbättra klimatskalet. Även analys av värme- och ventilationslösningar samt hur inomhusklimatet påverkas av förändringarna var frågor som ställdes. Med hjälp av energiberäkningsprogrammet IDA Klimat och Energi 3.0 samt litteraturstudier från tidigare lågenergihusprojekt har vi kunnat visa vilka möjligheter det finns att bygga energisnåla småhus och vad som bör tänkas på. Resultatet från denna rapport hoppas vi ska kunna ligga till grund för NCC:s kommande projekt. Många personer har hjälpt, stöttat och kommit med givande idéer under arbetets gång. Vi vill framförallt rikta ett stort tack till våra handledare. Björn Mattson på avdelningen Byggnadsfysik på Chalmers, för att du har varit så otroligt hjälpsam och ambitiös. Martin Sandberg på NCC Teknik för alla intressanta diskussioner som vi haft om energifrågor, värmepumpar och annan teknik. Svante Wijk, NCC Teknik och Björn Bergsten på NCC Boende för att ni tog fram idén till examensarbetet. Ni har visat ett stort engagemang och varit ett stöd under arbetets gång. Göteborg, februari 2006 Carolina Aagaard Christian Johansson VI Beteckningar Romanska A Area (m2) Aoms Omslutningsarea (m2) Atemp Uppvärmd area (m2) d Tjocklek (m) Fs Ytrelaterad värmeförlustkoefficient (W/m2K) Fskrav Högsta tillåtna ytrelaterade värmeförlustkoefficient (W/m2K) K Konduktans för värmeflöde (W/K) T Temperatur (°C eller °K) Ti Inomhustemperatur Tu Utomhustemperatur U Värmeövergångskoefficient (W/m2K) V Volym (m3) Q Värmeflöde (W) Grekiska ? Verkningsgrad ? Värmeförlustkoefficienter för köldbryggor (W/m°C) Prefix T tera (1012) G giga (109) M mega (106) k kilo (103) m milli (10-3) Terminologi ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air- Conditioning Engineers. Den amerikanska motsvarigheten till Sveriges VVS Tekniska Förening. Ger ut standarder för dimensionering inom VVS. BBR Boverkets byggregler. Detaljerade föreskrifter utgivna av Boverket. BFS 1993:57 med ändringar till och med 2002:19 BRA Bruksarea. Begränsas av omslutande väggars insidor. Beräknas enligt SS 02 10 53. BOA Bostadsarea. Avser de utrymmen av bruksarean som bebos. Beräknas enligt SS 02 10 53. F-system Frånluftssytem. Ett ventilationssystem med mekanisk frånluftsventilation där tilluften kommer in genom uteluftsdon eller otätheter. FTX-system Från- och tilluftssystem med värmeåtervinning. Ett system med mekanisk från- och tilluftsystem. En värmeåtervinnare utvinner värme ur frånluften och avger värme till tilluften. FLVP Frånluftsvärmepump. En värmepump utvinner värme ur frånluften i ventilationssystemet. Värmen kan avges till radiatorsystemet, tappvarmvattnet eller båda. U-värde Värmeövergångskoefficient. U-värdet är ett mått på hur mycket värme som transporteras genom en byggnadsdel per kvadratmeter vid en grads temperaturskillnad mellan byggnadsdelens båda sidor. Enhet W/m2K (Petersson, 2001) LCC Life Cycle Cost. Livscykelkostnad. Summan av alla kostnader kopplade till en produkt under hela dess livscykel omräknade till ett nuvärde. (Sundqvist, Allansson, 2006) COP Värmefaktor för värmepumpar. Förhållandet mellan avgiven effekt och tillförd effekt. Värmebehov Den energi som måste tillföras byggnaden för att upprätthålla önskad inomhustemperatur för vald ort utan hänsyn tagen till solinstrålning och internlaster. Nettovärmebehov Den energi som måste tillföras byggnaden för att upprätthålla önskad inomhustemperatur för vald ort med hänsyn tagen till solinstrålning och internlaster. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 1 1 Inledning 1.1 Bakgrund Byggsektorns energianvändning är idag mycket stor. Av Sveriges totala energianvändning åtgår idag 40 % inom denna sektor. Småhus står för 44 % av energin som används för uppvärmning och varmvatten, vilket är mer än vad både flerbostadshus respektive kontor och lokaler använder. Ett genomsnittligt småhus på 125 kvadratmeter använder idag 25 000 kWh energi per år. Av detta används 15 000 kWh till uppvärmning och ventilation, 5 000 kWh till uppvärmning av tappvarmvatten och 5 000 kWh till hushållsel. År 2002 fanns det i Sverige 1 775 000 småhus och dessa använde tillsammans 39,5 TWh för uppvärmning och tappvarmvatten (Energimyndigheten, 2006). Värdena kan jämföras med att det i Sverige produceras 70 TWh från kärnkraftverk (Ringhals 2006). Tidigare projekt har visat att det går att minska energianvändningen för uppvärmning och varmvatten i ett radhus till cirka 4000-5000 kWh/år (Boström m.fl., 2003). Om alla småhus skulle ha en liknande energianvändning för uppvärmning och tappvarmvatten så skulle den totala energianvändningen för småhus i Sverige minska med 31 TWh under ett år. Men att alla småhus ska ha en så låg energianvändning är i dagsläget en utopi. En anledning är att en stor del av småhusen består av äldre byggnader som förbrukar betydligt mer energi än dagens nybyggda småhus. Noterbart är dock att ett nyproducerat småhus använder ca 15-17 000 kWh (13 000 kWh för uppvärmning och varmvatten) (Energimyndigheten 2002). I Sverige har utredningar och pilotprojekt med energieffektiva hus, varav några passivhus (se Kapitel 3), mestadels gjorts på flerbostads- och radhus. Det finns alltså ett stort behov och intresse att utreda energieffektiva friliggande småhus. Utomlands, framförallt i Tyskland och Österrike har flera småhus utan värmesystem byggts, från vilka lärdomar kan dras. Regeringen planerar att i början av år 2006 lämna över en proposition till riksdagen gällande en lag om energideklaration. Lagen ska bygga på ett EG-direktiv som är skapat för att minska EU: s energianvändning. Den innebär i korthet att fastighets- ägare blir skyldiga att med hjälp av en energirådgivare upprätta en energideklaration när en byggnad ska uppföras, säljas, hyras ut eller när en bostadsrätt ska överlåtas. En energideklaration ska bland annat innehålla uppgifter om hur mycket energi som används i byggnaden vid normalt bruk (energiprestanda) samt ge rekommendationer om hur byggnadens energiprestanda kan förbättras. Inomhusklimatet ska dessutom redovisas i samband med deklarationen. För att enkelt kunna göra jämförelser med andra byggnader ska energin divideras med byggnadens area (Miljö- och samhällsdepartementet 2005). Förhoppningsvis kommer lagen att medföra en större medvetenhet hos befolkningen när det gäller energifrågor. NCC har nyligen avslutat en enkätundersökning om marknadens intresse för energieffektiva småhus. Enkäten visade att det finns ett stort intresse bland presumtiva småhusköpare att investera i energieffektiva hus. De flesta är beredda att betala en högre investeringskostnad för att istället få lägre driftkostnader. Bankkalkyler som i analysen gjordes visade att det generellt sett är mycket små CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 2 skillnader i boendekostnad mellan mycket energieffektiva småhus och de hus som byggs idag. Anledningen till att boendekostnaden per månad ungefär blir densamma beror på att för de dyrare energieffektiva husen tas de ökande räntekostnaderna ut av de lägre driftkostnaderna. Av svaren kunde det också utläsas att en stor del av de svarande kunde tänka sig att köpa hus med tämligen otraditionella lösningar utan element och golvvärme och som i huvudsak utnyttjade passiv teknik för uppvärmning. Anmärkningsvärt i analysen var att många av de svarande såg det som självklart att byggbolagen och byggherrarna idag redan utformar husen så energieffektivt som möjligt (Wijk, Engvall, Landén, 2005). Orsaken till att efterfrågan på energieffektiva småhus varit låg är sannolikt att det inte funnits någon marknadsföring kring möjligheter och fördelar med mer energieffektiva småhus. Det beror i sin tur på att byggbolagen tidigare inte trott att det funnits någon marknad för energieffektiva småhus (Holmberg, 2005). Men det ser nu ut som en ändring håller på att ske, för byggbolag och marknaden intresserar sig allt mer för energifrågor. Hus i Sverige projekteras idag oftast för att precis uppfylla Boverkets byggregler för energihushållning och värmeisolering. SCB har bland annat visat att byggnader uppförda mellan 1996-2001 inte överträffar BBR: s energikrav. Istället har tendensen mot energiminskning i byggsektorn avstannat och det verkar i dagsläget saknas incitament för att bygga bättre (Boverket, 2005). Isolerstandarden i det hus från NCC som studerats i rapporten är faktiskt något sämre än genomsnittshuset i det svenska bostadsbeståndet (Energimyndigheten, 2001). 1.2 Syfte och frågeställningar Det övergripande syftet med examensarbetet är att visa vilka möjligheter det finns att minska värmebehovet och samtidigt bibehålla ett fullgott inomhusklimat för ett nyproducerat småhus. Syftet har även varit att se om referenshuset, se Metod och genomförande, med bibehållen form kan förbättras så pass mycket att det uppfyller kraven för att definieras som ett passivhus. Att studera tidigare projekt som gjorts med lågenergihus i Sverige är också en del av arbetet. Några specifika frågeställningar är: • Hur stor andel av värmeförlusterna sker genom klimatskalet? • Hur fördelar sig dessa på golv, väggar, takbjälklag och fönster? • Hur stor blir mängden total köpt energi per år för ett antal framtagna hustyper, simulerade med en specifik brukarfamilj? • Hur varierar inomhusklimatet mellan olika hustyper? • Hur mycket kan uppvärmningsbehovet reduceras genom att installera ett ventilationssystem med värmeåtervinning av FTX-modell? CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 3 • Hur stor minskning av andel köpt energi erhålls om en frånluftsvärmepump installeras? • Hur påverkar köldbryggor och fönsterorientering byggnadens värmeförluster? 1.3 Metod och genomförande Examensarbetet utgår från ett ”referenshus”, klimatskalsmässigt utformat så som NCC idag producerar sina småhus. Detta förbättras genom olika åtgärder till att bli allt bättre energimässigt. I arbetet undersöks hur stora energibesparningar som kan göras genom olika förbättringar av klimatskalet samt hur inomhusklimatet påverkas av dessa. Examensarbetet har skrivits på NCC:s kontor i Göteborg. Detta har vi sett som en stor fördel, då våra idéer snabbt diskuterats med personer inom aktuella områden. Dialoger har hållits med NCC Teknik, NCC Boende, NCC Construction, arkitekter, Byggnadsfysik Chalmers och Installationsteknik Chalmers. Från litteratur inom området och av tidigare genomförda projekt har kunskap inhämtats. Genom dessa litteraturstudier och samtal med berörda parter från projekten har problematiken belysts och gett grunden för fortsatt arbete. Olika hustyper, systemlösningar och simuleringsfall har i samråd med NCC tagits fram och analyserats. Dessa har sedan legat till grund för de olika simuleringsfallen, även om passivhuset har utvecklats vidare. Analyserna har skett med datorprogrammet IDA Klimat och Energi och simuleringar av energianvändning och inomhusklimat har gjorts. En stor del av arbetstiden har gått åt till att lära sig datorprogrammet och genomföra simuleringar. Känslighetsanalyser har gjorts där vikt lagts på bland annat solavskärmning, köldbryggor, brukarbeteende och lufttäthet. 1.4 Avgränsning Alla simuleringar har utgått från samma hustyp där ingen ändring av husformen gjorts. Endast träregelstommar har beaktats i rapporten. Huset har i simuleringarna delats upp i två zoner, under- och övervåning. Denna förenkling har gjorts för att undvika stora utdatafiler och långa datakörningar. Simulering av enskilda rum inuti byggnaden har alltså inte skett. Vid beräkningar av byggnadens värmebehov har klimatdata, uppmätt 1977 på Säve flygplats i Göteborgs kommun, använts. Tyngdpunkten har i arbetet lagts på klimatskalet, eftersom vi anser att det är den primära delen för att få ner energibehovet för en byggnad. Hur energin, för att täcka värmebehovet, tillförs byggnaden har haft lägre prioritet och ingen vikt har lagts vid vilken tillskottsenergi som behöver tillföras. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 4 Arbetet har fokuserat på att ge en helhetsbild av hur olika åtgärder påverkar energianvändning samt det termiska inomhusklimat i ett småhus och har därför inte gått in så djupt på detaljnivå. I rapporten har husen uteslutande simulerats med en och samma brukarfamilj. Detta för att jämföra de olika alternativen mot varandra. Kostnaden för de olika hustyperna eller för olika åtgärder har i rapporten inte behandlats. Dock har de olika husalternativen, utom passivhuset, tagits fram med hjälp av NCC Boende och NCC Hus, som i sin tur har utgått från kostnadskalkyler. Hur prestandan för installationerna påverkar energianvändningen har inte studerats. Värmefaktorn för värmepumpen och verkningsgraden för FTX-aggregatet har i simuleringarna varit konstanta. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 5 2 Faktorer som bestämmer energibehovet i bostäder Arkitektur, konstruktion, installationer och utförande ger förutsättningar för energieffektiva hus. Arkitektur omfattar energieffektiva planlösningar, orientering av huset, fönsterstorlekar, fönstertyp samt fönsterorientering för utnyttjande av solvärme. Konstruktiv utformning avser val av isolertjocklekar, byggnadsteknisk detaljutformning för att minska köldbryggor och förutsättningar för god lufttäthet. Till installationer räknas värme- och ventilationssystem, vilka ska anpassas till byggnadens förutsättningar. Vid arbetsutförandet är det speciellt viktigt att isolerarbetet och att klimatskalets täthet blir väl genomfört. Detta för att de beräknade värmeförlusterna inte ska överskridas samt att oönskat luftläckage vid vindpåverkan ska minimeras. Behovet av köpt energi påverkas främst av fyra faktorer: klimatskal, installationer, uteklimat och brukarbeteende. 2.1 Klimatskalet Isoleringsnivå och utförande av klimatskalet kommer under en byggnads hela brukstid att få en avgörande inverkan på energianvändningen. Merkostnaden för ökad isolertjocklek och god lufttäthet vid nyproduktion är måttlig – i synnerhet om det i framtiden kan bli standard för nyproduktion. Ett kraftigt isolerat och lufttätt klimatskal är en förutsättning för en energieffektiv bostad (Bagge m.fl., 2004). 2.1.1 Fönster Värmeförlusterna genom fönster utgör en betydande del av en byggnads totala uppvärmningsenergi. Simuleringarna i rapporten, se Kapitel 7, kommer att visa att förlusterna genom fönstren är cirka 25 % i ett småhus. Ett fönsters U-värde är beroende av hur fönsterkonstruktionen ser ut, det vill säga vilket material som finns i karmar och bågar, antal glasrutor, om eventuella isolerrutor innehåller luft eller annan gas mellan rutorna, samt om glasen är försedda med ett eller flera lågemissionsskikt (SP 2005). Fönstren ska förutom att ha en väl isolerande förmåga även släppa in dagsljus och solenergi. Solinstrålning kan bidra med 2 000 – 10 000 kWh/år (Ruud, 2003). De boende har dock i de flesta fall begränsade möjligheter att utnyttja solinstrålning för att minska sin energianvändning. Ofta ger solinstrålning istället upphov till övertemperaturer. Ett sätt att minska detta, främst under sommartid, är att skärma av fönstren med persienner, markiser eller takutsprång. Det finns flera faktorer som påverkar fönstrets egenskaper. Solfaktorn beskriver den mängd solenergi som transmitteras eller absorberas och återreflekteras in i rummet. Ju lägre solfaktor, desto bättre solskyddande egenskaper och desto mindre energi går igenom fönstret. När U-värdet minskar så avtar samtidigt solfaktorn, det vill säga CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 6 mindre solenergi transmitteras in i rummet. Fönster med lägre U-värde kan i vissa fall vara något mörkare (Beakertfilms, 2006). På mycket välisolerade fönster uppstår vid vissa tillfällen kondens på fönstrens utsida. Detta beror på att välisolerade fönster släpper ut väldigt lite värme, vilket medför att temperaturen på det yttre glasets utsida kommer att ligga under eller mycket nära uteluftens temperatur. De flesta fall av utvändig kondens inträffar i början av hösten, då luften har högt fuktinnehåll. Frost på fönstren kan också uppträda, ibland även då lufttemperaturen är över 0°C. Fenomenet kallas nattutstrålning och beror på att ytornas temperatur blir lägre än lufttemperaturen på grund av strålningsutbyte mellan ytan och himlen. Problemet kan dock enkelt åtgärdas genom att fönstren avskärmas så att de inte ”ser” så stor del av himlavalvet (Petersson, 2001). Således är solav- skärming betydelsefull både när det gäller solinstrålning som nattutstrålning. Lindåshusen, se kapitel 4.1, med effektiv solavskärmning, har till exempel aldrig haft några problem med kondens på sina välisolerade fönster (Eek, 2005). Figur 1 - Solavskärmning med hjälp av balkonger och takutsprång på Lindåshusen. 2.1.2 Ytterväggar Ytterväggar ska både skapa ett värme- och fuktskydd för brukarna och samtidigt ha god beständighet. Ett bra värmeskydd skapas med isolering och idag används ungefär 17 - 25 cm isolering vid nyproduktion. Transmissionsförlusterna genom väggen står för 25-40 % av de totala förlusterna, vilket simuleringarna i Kapitel 7 visar. Isoleringen ska monteras så att köldbryggor inte uppstår kring till exempel träreglar eller andra bärande konstruktionsdelar. Värmeisoleringens utsida ska förses med ett vindskydd som ska förhindra att kall luft inte blåser in i värmeisoleringen. Det är också viktigt att se till att insidan av väggen är lufttät så att inte fuktig, varm inomhusluft tränger ut i väggen. Detta kan leda till värmeförluster och öka risken för fuktskador. För att uppnå bra täthet placeras ångspärren en bit in i väggen så att inte denna ska kunna skadas av brukaren. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 7 2.1.3 Grund Idag byggs de flesta hus med platta på mark, men källare och krypgrund är andra konstruktionslösningar som används. En platta på mark vetter mot marken och inte mot uteluften vilket ger andra förhållanden jämfört med övriga konstruktionsdelarna ovan mark. Marken är fuktig och för att förhindra ångtransport upp i byggnaden värmeisoleras grunden på undersidan mot marken. Cirka 15 % av husets transmissionsförluster går genom plattan, se simuleringarna i Kapitel 7. 2.1.4 Tak och vindar Yttertakskonstruktioner delas in i tre kategorier: kalltak, tak med litet ventilationsutrymme och varmtak. I kalltaket ventileras utrymmet under yttertaket med uteluft. Vindsbjälklaget ska precis som i fallet med ytterväggen göras luft- och ångtät. Skulle fukt ta sig igenom ångspärren kan denna ventileras bort med uteluften. Ett varmtak saknar ventilation och yttertaket är nästan i direktkontakt med takets värmeisolering. I detta fall är det mycket viktigt att innertakskonstruktionen är lufttät eftersom fukttransport upp i taket inte kan ventileras bort. Tak med litet ventilations- utrymme fungerar som ett mellanting mellan kalltaket som är fullt ventilerat och varmtaket som är oventilerat. I denna konstruktion leds uteluft in under yttertaket och strömmar sedan från en sida i byggnaden till en annan (Hagentoft 2002) Simuleringarna i Kapitel 7 visar att cirka 5-10 % av de totala transmissionsförlusterna sker genom taket. 2.1.5 Värmelagring Värmeförlusterna genom klimatskalet kan i viss mån dämpas genom att utnyttja tunga byggnadsmaterials förmåga att lagra överskottsvärme från dag till natt. Även byggandens termiska inneklimat kan påverkas positivt av en tung byggnad. Exempel på tunga byggnadsmaterial är betong. De goda effekterna av värmelagring i tunga hus bygger på att temperaturen tillåts variera ett par grader över dygnet, så att värme kan avges från respektive lagras i byggnadsmaterialen. Detta fungerar bäst i exempelvis kontor och skolor med mycket ojämna internvärmetillskott under dygnet. Även för bostadshus kan tunga byggnader ge positiva effekter. För bostäder är det tunga husets fördelar att en jämnare inomhustemperatur kan hållas och att antalet timmar med alltför höga temperaturer i bostaden begränsas. Nackdelar kan till exempel vara att under varm sommardag lagras värmen i huset och kvarstår även under natten då ofta kyla eftersträvas. I en lätt byggnad skulle temperaturen sjunka kraftigare under natten. I rapporten ”Tunga byggnader – Vilka fördelar har de”? (Hagentoft m.fl., 2000) har en jämförelse mellan två radhus gjorts. Det ena är uppbyggt med träregelstomme och det andra med skalmur av tegel och mellanliggande isolering av mineralull. Antalet timmar med temperaturer över komfortintervallet, dvs. över 26ºC, är betydligt färre för det tunga radhuset jämfört med det lätta, vilket kan ses i Figur 2. Rapporten visar CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 8 även att uppvärmningsbehovet är ca 2 % lägre för ett hus med tung stomme jämfört med ett likadant hus med lätt stomme. Figur 2 - Exempel på termiskt klimat i en bostad. Antal övergradstimmar, dvs timmar över 26ºC. (Hagentoft m.fl., 2000) En lätt byggnad reagerar snabbt på väderomslag och värmesystemet måste därför klara de låga utomhustemperaturer som kan inträffa under kortare perioder. En tung byggnad reagerar långsammare och kylan tränger in först efter en längre sammanhängande period av kallare väder. Denna egenskap som visar på byggnadens sätt att reagera på en plötslig temperaturdifferens kan beskrivas med en byggands tidskonstant. Baserat på en byggnads tidskonstant kan dimensionerande utomhustemperatur (DUT) för värmesystem väljas enligt svensk standard SS 024310. Till exempel kan denna standard vara -20ºC för en lätt byggnad och under vissa förutsättningar endast -6ºC för en mycket tung byggnad. Detta ger att den tunga byggnaden inte behöver lika högt värmeeffektbehov, vilket även påverkar energibehovet eftersom en större tillgänglig effekt ofta leder till slöseri med energi (Hagentoft m.fl., 2000). Ju större materialyta som kommer i kontakt med temperaturförändringarna, desto större volym av materialet kan lagra värme. Därför är det viktigt med stora ytor, exempelvis väggar, som exponeras mot rumsluften. Det är viktigt att materialet som kommer i kontakt med rumsluften är goda värmelagrare. Är exempelvis väggen täckt med en akustikskiva eller golvet av en tjock heltäckningsmatta fungerar dessa som värmeisolering och hindrar inomhusluftens temperatur att komma i kontakt med väggen. Detta medför att den värmelagrande förmågan reduceras. I Figur 3 ses hur värmelagringsförmågan reduceras beroende av ytskikt. 100 % värmelagringsförmåga fås för betong och sedan reduceras det gradvis för olika ytskikt. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 9 Figur 3 - Andel av väggens möjliga värmelagringsförmåga som kan utnyttjas med olika ytskikt utanpå det tunga materialet. Kurvan gäller för betong (Hagentoft m.fl., 2000). Solinstrålning genom fönster kan ge mycket värme till byggnaden. Ofta medför detta höga inomhustemperaturer. I en lätt byggnad finns knappt något som dämpar det stora värmeflödet som solinstrålning kan innebära, medan det i en tung byggnad finns möjlighet att dämpa temperaturvariationerna och lagra en del av den instrålande värmen (Hagentoft m.fl., 2000). Eftersom solinstrålningen är koncentrerad till dagtid är det bra om värmen kan lagras till natten då den behövs bättre. 2.2 Installationer Drygt 60 % av energianvändningen i bostads- och servicesektorn går till uppvärmning och varmvatten, varav störst andel energi går till småhus (SCB, 2003). Förr var el och olja vanliga uppvärmningsalternativ men idag finns många andra system som ur miljösynpunkt är bättre. Nedan beskrivs ett antal alternativen som i denna rapport varit aktuella för uppvärmning och ventilation av husen. 2.2.1 Värmepumpar En värmepumps uppgift är att omvandla lågtempererad värme, med hjälp av tillfört mekaniskt arbete, till användbar värme med hög temperatur. Värmen kan hämtas ur till exempel utomhusluft, ventilationsluft, berg, ytjord eller ur en sjö. För vätskor gäller att koktemperaturen stiger med stigande tryck. I värmepumpsprocessen utnyttjas detta genom att ånga i ett slutet system omvandlas till vätska och vice versa. Värme från en värmekälla, till exempel marken, tas upp i värmepumpens förångare CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 10 där vätskan i det slutna systemet förångas vid lågt tryck och därmed låg temperatur. Därefter komprimeras ångan och utsätts för högt tryck, varvid den kondenseras. Temperaturen är då hög och värme avges till kondensorns omgivning, vilket är den värme som utvinns, se Figur 4. Figur 4 - Schematisk uppbyggnad av värmepump För att se hur effektivt värmepumpen arbetar används värmefaktorn COP som beskriver förhållande mellan avgiven värmeeffekt och tillförd kompressoreffekt (Gustén, 1999). COP = Q / Wt Q = avgiven värmeeffekt [kW] Wt = behov av kompressorsarbete [kW] COP ligger vanligtvis mellan 1,5 – 4 för olika värmepumpar (Lindholm, 2006). Värmen distribueras inne i huset med hjälp av ett vattenburet värmesystem eller med ventilationssystemet. Fördelar med värmepumpsystem är låga driftkostnader, litet underhåll, inga utsläpp och liten arbetsinsats. Nackdelar består av höga investerings- kostnader, avancerad teknik och elbehov. Värmekälla Kondensor Kompressor Förångare Expansionsventil Avgiven värme El till kompressorn CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 11 2.2.2 Fjärrvärme Idag värms ca 8 % av småhusen i Sverige med fjärrvärme (SCB 2004). Fjärrvärme innebär att en central anläggning levererar värmen via rör i marken direkt ut till hushållen. Varmt vatten cirkulerar med hjälp av pumpar i ett rörsystem. Vattnet är vanligtvis mellan 70°C och 80°C när det går ut i fjärrvärmenätet, men kalla dagar kan det vara över 100°C. Med en värmeväxlare överförs värmen till byggnadens egna värmesystem. Fördelar med fjärrvärme är bland annat att förbränningen sker under kontrollerade former på anläggningar där kraven på utsläpp är höga. Värmen kommer till exempel från avfallsförbränning och spillvärme från industrier, värme som annars skulle gå förlorad. I vissa fall sker dock förbränningen av fossila bränslen (Wijk, 2005). 2.2.3 Solvärme Solen kan användas för att värma vatten men kan även värma upp byggnaden. En solfångare behöver inte höga utomhustemperaturer utan enbart solljus. Detta medför att den kan ge värme även under höst, vinter och vår, vilket är passande i vårt klimat. Om solfångaren endast värmer vatten kallas det ett tappvarmvattensystem. Värmer det även huset är det ett kombisystem. Förses huset med solfångare kan energianvändningen för uppvärmning av tappvarmvatten halveras (Ecoenergi, 2006). En solvärmeanläggning kan minska behovet av köpt energi med 2 000 – 6 000 kWh/år i en normalvilla beroende på system och storlek. År 2002 fanns det i Sverige 1 775 000 småhus och dessa använde tillsammans 39,5 TWh (1 TWh = 109 kWh) för uppvärmning och tappvarmvatten (7-8 TWh för tappvarmvatten). Om alla dessa hus försetts med solfångare hade energianvändningen minskat med 5 TWh (Kjellson 2004). Nämnas kan att en reaktor i Barsebäck producerade cirka 4 TWh under ett år (Ringhals och Barsebäck, 2006). Figur 5 Uppbyggnad av ett kombisystem I Sverige är andelen diffust solljus mycket stor, över 50 %, beroende på att vi ofta har molnigt. Plana solfångare och solceller tillgodogör sig både direkt och diffus solstrålning och lämpar sig därmed bra på våra breddgrader. Den totala instrålningen CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 12 som träffar en yta beror både på vinkeln mot horisontalplanet och på väderstrecksorienteringen. För ett fast plan är den optimala vinkeln för instrålning i södra Sverige under året 30-45° vinkel mot horisontalplanet och med orienteringen ±15° avvikelse från söder. Solfångare fungerar som ett komplement till uppvärmningssystemet och måste kombineras med ett annat system. Exempel på kombinationer är värmepumpar och pelletseldning. 2.2.4 Ventilation Ventilation av ett rum innebär att luft tillförs och bortförs rummet. Det är sättet att tillföra luften, den tillförda luftens temperatur och luftflödets storlek som är avgörande för om det blir störande drag och obehaglig temperaturfördelning i rummet. Hur luften förs bort ur rummet har oftast mycket liten inverkan på detta. Många småhus har mekaniskt fläktstyrd ventilation. Normenligt luftbyte i en bostad är 0,35 l/s m2 (Boverket), vilket i en mekaniskt ventilerad bostad brukar justeras in. Ett normalt enfamiljshus utan värmeväxlare kräver cirka 5000 kWh/år för att värma den luft som tas in utifrån (Energimyndigheten 2005). I de olika hustyper som simulerats i denna rapport har två olika ventilationssystem använts, frånlufts- och FTX-system (från- tilluftssytem med värmeväxling), vilka beskrivs nedan. Frånluftssystem I detta system åstadkoms ventilationen genom att luft sugs ut från rummet med ett frånluftssystem och som ersättning strömmar det in uteluft. Den luft som ersätter den bortförda frånluften är uteluft som kommer in direkt utifrån via ventiler i fönster och ytterväggar och genom otätheter klimatskalet. Den luft som tillförs rummet har en temperatur nära den som råder utomhus. På grund av detta finns det en brytpunkt när frånluftssystem inte kan användas, då inomhusklimatet upplevs som störande på grund av till exempel drag i närheten av ventilerna. Problemen kan uppstå då huset inte är utrustat med radiatorer eller golvvärme som kan värma upp den tillförda uteluften. Ofta stängs tilluftsventilerna vintertid för att det drar kallt från dessa och då omfördelas uteluftsflödet och luftomsättningen minskar. Hur mycket luftomsättningen minskar beror på hur många uteluftsventiler som stängs och deras tryckfall. Till ett frånluftssystem kan en frånluftsvärmepump kopplas för att utnyttja energin i den utgående ventilationsluften. FTX (från- tilluftsventilation med värmeväxling) Ett sätt att ta vara på energin i den utgående ventilationsluften, som annars skulle gå direkt ut i det fria, är att låta luften passera ett värmeåtervinningsaggregat, FTX- aggregat, där värme från frånluften utnyttjas för att värma upp den kalla inkommande uteluften. Förutom att på detta sätt spara energi fås även ett förbättrat inomhusklimat genom att den styrda ventilationen ser till att rätt luftomsättning alltid fås. Värmeöverföringen från frånluften till tilluften sker via en värmeväxlare med verkningsgrad på upp till cirka 75-85 %. När återvinning inte räcker för att värma CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 13 tilluften kan ett värmebatteri användas för att få lämplig tilluftstemperatur. Energibesparningen för uppvärmning kan med ett FTX-system bli 50-60 % jämfört med om värmen inte återvinns (Energimyndigheten, 2005). 2.3 Uteklimat I Sverige är skillnaderna mellan utetemperatur och vinterns längd stor mellan landets sydliga och nordliga delar. Exempelvis skiljer det 9°C i medeltemperatur mellan Kiruna och Göteborg. Vindpåverkan varierar, blåsigt längs kusterna och på de större slätterna, men måttlig vindpåverkan i övriga inlandet. Med ett mycket lufttätt hus kan vindpåverkan bedömas som marginell på husets energianvändning. Även antalet soltimmar är ojämnt fördelade över landet. I beräkningar används klimatdata från Säve 1977, men i verkligheten är en skillnad i gradtimmar på ± 15 % inte ovanligt. (Bagge m.fl., 2004) 2.4 Brukarbeteende Spridningen mellan olika brukares energianvändning i till synes tekniskt likvärdiga hus är mycket stor. Flera undersökningar har påvisat förändringar i energianvändning på ± 50 % när ett hus byter ägare. Familjesammansättning, krav på inomhus- temperatur, tappvarmvattenanvändning samt skötsel och tillsyn av installationer påverkar behovet av köpt energi. De boendes beteende, i kombination med vald reglerstrategi, kan i stor utsträckning påverka bostadens energianvändning. Följande fyra beteendestyrda faktorer är de som i första hand påverkar bostadens energibalans (Ruud, 2003): • Hushållsel • Vädring • Närvaro • Punktvärmekällor 2.4.1 Hushållsel Vid i princip all användning av hushållsel omvandlas elenergin till värmeenergi. I genomsnitt bidrar 70-75 % av denna värmeenergi till bostadens energibalans. Resten är värmeförluster genom exempelvis spisfläkten eller avloppsvattnet. Ett ökande antal elprodukter i våra hem har, trots användning av lågenergilampor och eleffektivare vit- varor, lett till att användningen av hushållsel inte minskat. Sedan 1970 har användningen av hushållsel ökat med drygt 50 %, från knappt 4000 kW/år till nästan 6000 kWh/år (SCB, 2002). Genom val av hushållsapparater samt med ändrat beteende kan användningen av hushållsel i stor omfattning påverkas. Beroende på upp- CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 14 värmningssystem och reglersystem kan dock endast 40 - 70 % av en minskning av hushållsel också leda till en minskning av den totala energianvändningen. Minst besparing görs om huset är eluppvärmt eftersom man då måste höja elanvändningen till uppvärmningssystemet för att kompensera för de minskade värmetillskotten från elprodukter. Större besparing görs om man har en värmepump, eftersom då kan varje sparad kWh hushållsel bytas mot exempelvis 0,4 kWh el (vid COP 2,7) till värmepumpen (Ruud, 2003). 2.4.2 Vädring Det normenliga luftombytet 0,35 l/s m2 räcker normalt inte för att kyla bostaden vid hög utetemperatur och kraftig solinstrålning. Då, liksom vid höga internlaster, krävs fönstervädring. Om de boende vädrar mer än vad som behövs kan det ge upphov till onödigt hög energianvändning. Detta beror på att värmesystemet, om rumstermostater existerar, kommer att kompensera de ökade ventilationsförlusterna genom ökad värmeavgivning från radiatorerna. 2.4.3 Närvaro När människor vistas i bostaden avges det värme. Kortvarigt kan denna värme vara hög, men är normalt relativt låg. En person avger mellan 50-100 W, beroende på vikt och aktivitetsnivå. Även värmetillskott från t ex stearinljus, TV-apparater etc. räknas in i detta värmetillskott. Under förutsättning att de boende utnyttjar sin bostad i normal omfattning ger den närvaroalstrade värmen endast ett mindre tillskott i värmebalansen. Detta tillskott kan dock betyda relativt mycket för passivhus och hus med mycket isolering. 2.4.4 Punktvärmekällor Användning av punktvärmekällor, exempelvis braskamin är en vanlig orsak till ojämn inomhustemperatur och övertemperaturer i bostäder. Många gånger leder detta också till ökat vädringsbeteende, vilket leder till ett dåligt utnyttjande av punktvärmekällans energitillförsel samt högre energianvändning. Vid dessa fall fungerar det bäst med individuell återkopplad reglering, det vill säga värmeavgivningen sänks endast i de utrymmen som berörs av punktvärmekällan. Helst ska även punktvärmekällan ha en individuell återkopplad reglering. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 15 3 Passivhus Ett passivhus är en byggnad i vilken behagligt inomhusklimat kan åstadkommas utan aktiv uppvärmning och kylning. Detta betyder att inget vanligt värmedistributionssystem i form av radiatorer krävs. Dock tillåts att en eftervärmare höjer tilluftstemperaturen vid behov. För att åstadkomma ett passivhus krävs ett bra klimatskal och effektiv värmeåtervinning av frånluften (Sandberg, 2003). Utgångspunkten för en konstruktion enligt passivhuskonceptet är att identifiera var värmen försvinner och att så långt som möjligt stoppa eventuella läckage. I praktiken innebär det mer isolering i väggar, tak och under plattan samt energieffektiva fönster. Husen ska även vara mycket täta och ha minimalt med köldbryggor (Eek, 2005). I Sverige finns för närvarande ingen definition av begreppet passivhus fastslagen, utan det sneglas på den som är fastslagen av Passivhusinstitutet i Tyskland. Huvuddefinitionen för ett passivhus, lyder: "A Passive House is a building, for which thermal comfort (ISO 7730) can be achived solely by postheating or postcooling of the fresh air mass, which is required to fullfill sufficient indoor air quality conditions (DIN 1946) - without a need for recirculated air" (Feist, 2005). Med recirkulerad luft avses att en del av frånluften direkt återgår till rummet, utan att passera någon värmeåtervinning. Ovanstående definition behöver inga numeriska värden, utan är en funktionell definition. Definitionen visar att passivhus inte är en standard utan ett koncept. Enligt Passivhusinstitutet i Tyskland gäller dock följande: • Maximalt 10 W/m2 tillförd effekt för uppvärmning • Maximalt 15 kWh/m2 köpt energi för uppvärmning • Maximalt 120 kWh/m2 år total energianvändning (uppvärmning, tapp- varmvatten, hushållsel) I Tyskland finns även kompletterande detaljstyrning för att underlätta projektering (t.ex. U-värde fönster, lufttäthet etc.) av passivhus. Ett passivhus har som huvudkriterium att det värms via tilluften, med normala luftflöden för komfort (cirka 0,5 oms/h). Med detta begränsade luftflöde kan inte effektbehovet vara större än ca 10-12 W/m2 annars kan luften bli för varm och lukter av brända partiklar i luften kan uppkomma. Energibehovet (kWh/m2) för upp- värmning är egentligen ett resultat av denna definition. För att komma ner i ca 10 W/m2 behöver huset vara välisolerat och lufttätt samt ha hög återvinning av ventilationen. Det resulterar oftast i ca 10-20 kWh/m2år i uppvärmningsbehov beroende på klimat och hustyp (Wall, 2006). Figur 6 visar schematiskt skillnaden mellan en byggnad uppbyggt på traditionellt sätt jämfört med ett passivhus. I passivhuset till höger i figuren har det traditionella värmesystemet bytts ut mot luftburen värme och klimatskalet har mer isolering. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 16 Figur 6 - Schematisk skillnad mellan ett traditionellt hus och ett passivhus i Tyskland. (Feist, 2005) Effektbehovet för uppvärmning som diskuteras bli krav för passivhus som småhus i Sverige är 12 W/m2 BRA. Kraven som denna rapport kommer att ställa för passivhus är: • 12 W/m2 tillförd effekt för uppvärmning • 20 kWh/m2 köpt energi för uppvärmning • 120 kWh/m2 total energianvändning (uppvärmning, tappvarmvatten, hushållsel) I rapporten kommer passivhuset att simuleras med en brukarfamilj enligt Kapitel 6. Effekt- och energikraven för uppvärmning kommer att redovisas efter det att internvärmetillskottet har utnyttjats. För att visa fördelarna med ett passivhus kan Figur 7 studeras. Här åskådliggörs investeringskostnaden samt livscykelkostnaden mot energieffektiviteten för en byggnad. För fallet med investeringskostnaden gäller att den ökar ju mer isolering som läggs på, se punkt A-B i Figur 7. Efter punkt B är huset så välisolerat att det traditionella värmesystemet kan tas bort och då sjunker investeringskostnaden, för att sedan stiga igen med ökande isolering, vid punkt C. Om man ser till livscykelkostnaden har den ett något annorlunda utseende. Början på kurvan (A) är nybyggnadsstandard, därefter ses hur energieffektiviteten förbättras och livscykelkostnaden går ner genom att förbättra klimatskalet. Vid B ses en brytpunkt, här blir kostnaden för förbättringarna högre än energibesparingen, varför kurvan stiger uppåt igen. Vid C har klimatskalet blivit så bra att det traditionella uppvärmningssystemet kan frångås vilket innebär att livscykelkostnaden sänks eftersom kostnaden för radiatorsystemet försvinner. Bilden visar tydligt de brytpunkter som uppkommer. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 17 Figur 7 - Investeringskostnad samt livscykelkostnad för olika hus. A motsvarar ett konventionellt småhus, B ett lågenergihus och C ett ”passivhus” (Sundqvist m.fl., 2006) Effekt- och energikraven som ställts i rapporten går att diskutera. I de 20 kWh/m2 som är krav för köpt energi för uppvärmning ingår till exempel inte hushållsel som bidrar med värme. Är huset försett med mycket elektronik och elektriska apparater blir kravet alltså lättare att uppnå. Eftersom husen under kalla perioder värms upp med hjälp av ett elbatteri är husen alltså uppvärmda med direktverkande el. Energimässigt borde det istället vara bättre med vattenburen värme och en värmepump. Men då ökar investeringskostanden eftersom huset då både isoleras mer samtidigt som det traditionella värmesystemet är kvar. Kravet på en total energianvändning på maximalt 120 kWh/m2 är inte speciellt energisnålt. Exempelvis hamnar ett nyproducerat småhus i Sverige på 120-136 kWh/m2 enligt Energimyndigheten 2006. Under Bo01 var kravet 105 kWh/m2, år, vilket var högt satt men långt ifrån omöjligt att uppnå (Bagge m.fl., 2004). CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 18 4 Exempel på projekt I detta kapitel presenteras några tidigare genomförda projekt med lågenergihus i Sverige. Husens uppbyggnad beskrivs och lärdomar från dessa projekt tas upp. I Sverige har det när denna rapport skrivs ännu inte byggts några passivhus som småhus, dock har några projekt påbörjats. Energieffektiva hus med välisolerade klimatskal och bra fönster byggdes efter energikrisen, men har under senare år inte uppförts i större skala. Det har gjorts försök med radhus och flerfamiljshus från vilka kunskap kan hämtas och appliceras på småhus. Tyskland är ett föregångsland vad gäller passivhus och sedan 1991 har 9000 bostäder färdigställts enligt detta koncept (Byford m.fl., 2005). Kommentar: Det svenska genomsnittshuset hade 2003 en energiåtgång för uppvärmning motsvarande 107 kWh/m2 och en total energiåtgång (hushållsel, varmvatten, ventilation) på 200 kWh/m2 (SC 2005, Energistatistik). Nya hus som byggts 1996-2001 är huvudsakligen eluppvärmda och använder i genomsnitt 129 kWh/m2år (Bagge m.fl., 2004). 4.1 Lindåshusen Det mest kända exemplet på energieffektiva hus som uppförts i Sverige är Lindåshusen, vilka är byggda enligt passivhusteknik. Dessa har fungerat som inspirationskälla för många senare projekt och omnämns flitigt i litteraturen. Våren 2001 byggdes tjugo radhuslägenheter i Lindås Park utanför Göteborg. Det som främst skiljer dessa hus från konventionella är värmesystemet och isoleringens tjocklek. Lägenheterna är på 120 m2 fördelade på två våningar. De består av fyra rum och kök, två hallar och två badrum. Det finns även ett loft. Tanken med radhusen är att värmeförlusterna ska vara så små att personvärme, instrålad solenergi och värme från hushållsapparater och belysning skall räcka för att hålla en komfortabel inomhustemperatur. Därför har husen isolerats väl och ventilationen har utrustats med en effektiv värmeväxlare för att ta vara på värmen som annars skulle följa med vädringsluften ut (Boström m.fl., 2003). Husen har utformats för att få ett behagligt inomhusklimat med minimal energianvändning. Gårdsfasaden åt söder har stora fönster för att ta tillvara på värme från solen. Balkonger och takutsprång skyddar mot för mycket solljus under sommaren, se Figur 1 Kapitel 2.1. Radhusformen med 11 meter djupa lägenheter gör att ytterväggsarean blir liten eftersom ytterväggar i de flesta av husen endast finns på kortsidorna. Ytterväggarna är dessutom extra välisolerade och täta. För att få bygg- naden så tät som möjligt så har man applicerat en diffusionstät plastfolie i väggar, tak och golv. Den är förlagd cirka 100 mm från byggandsskalets insida. Takfönstret ovanför trappan ger ljus mitt i huset och används för effektiv vädring sommartid. Tilluften värms av frånluften i en motströmsvärmeväxlare med 85 % värmeåter- vinning. Aggregatet är också utrustat med ett motoriserat ”by-pass”-spjäll och ett elektroniskt eftervärmningsbatteri på 900 W på tilluftssidan (Boström m.fl., 2003). CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 19 Solfångare på 5m2 per lägenhet är dimensionerade för att klara hälften av varmvattenuppvärmningen. Uppbyggnad Yttervägg: Regelvägg med 43 cm isolering U-värde: 0,10 W/m2K Yttertak: Masonitebalkar med 48 cm isolering U-värde: 0,075 W/m2K Golv: Betongplatta med 25 cm isolering under U-värde: 0,11 W/m2K Fönster: Treglasfönster med två lågemissionsskikt och kryptonfyllning U-värde: 0,85 W/m2K Ytterdörr: U-värde: 0,80 W/m2K (detta värde innefattar, enligt Hans Eek, båda ytterdörrarna för luftslussen) Energianvändning Beräknad Uppmätt Hushållsel: 2900 kWh 4020 kWh Varmvatten: 1500 kWh 1848 kWh Driftel, fläktar, pumpar mm: 1000 kWh 668 kWh Eftervärmare: 1742 kWh Summa: 5400 kWh 8278 kWh Energianvändning/boarea: 45 kWh/m2 69 kWh/m2 Ovanstående uppmätta energianvändning är medelvärden för radhusen. Gavellägenheterna har i genomsnitt något högre energianvändning än mitt- lägenheterna. Skillnaden i beräknad och uppmätt energianvändning kan bero på flera faktorer. Vid energiberäkningen överskattades internvärmetillskottet i värmebalansen. Andra faktorer kan vara att de boende har velat ha en högre inomhustemperatur än vad som beräknats. Mätningarna på husen gjordes under byggtiden och fortsatte under två år i de färdiga byggnaderna. Uttorkning av byggfukt kan under denna tid även ha inverkat, eftersom den medför en ökad energianvändning. Energin för uppvärmning blev enligt mätningarna 20 kWh/m2. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 20 4.1.1 Lärdomar från Lindåshusen Radhusen i Lindås utformades för att bli så energisnåla som möjligt utan att ge avkall på komforten. I en tvärvetenskaplig rapport som gjordes under 2002 intervjuades 16 av 19 hushåll om hur det är att bo i ett energisnålt hus. Få hushåll oroade sig över att husen saknade traditionellt uppvärmningssystem och litade på att de skulle fungera. De flesta av brukarna ville ha en inomhustemperatur runt 21ºC men vad som upplevs som behaglig temperatur skiljer sig något mellan olika personer. Merparten av brukarna lyfter fram att det är temperaturskillnader mellan våningsplanen beroende på var människorna befinner sig. Till exempel är det varmt på övervåningen under morgonen efter en natt när alla vistats där. De flesta tycker dock att temperatur- skillnaderna är acceptabla. Badrummet på övervåningen har av flera brukare pekats ut som kallare än de övriga rummen och många saknar golvvärme här och även under klinkern i hallen. Om huset stått tomt en längre tid har det varit mycket kallt vid hem- komsten och lärdomen har varit att luftvärmebatteriet bör vara igång om brukaren är bortrest. En brist med uppvärmningen är att när inomhustemperaturen stiger över börvärdet, ca 21ºC, tillförs kalluft i sovrum och vardagsrum vilket upplevs som negativt. En brukare säger: ”Först försöker man värma upp huset och sedan så kyler det ned sig.” Merparten av brukarna upplever att det under sommaren är varmt men att det inte skiljer sig speciellt mycket från andra hus. Samtliga vädrar under sommaren så gott som varje dag genom att öppna takfönstret och ytterligare något fönster. I husen finns en ouppvärmd luftsluss, se Figur 8, för att minimera värmeförlusterna genom ytterdörren. Denna sluss har vissa använt för att få ner temperaturen inomhus genom att öppna den inre dörren och därmed få in lite kallare luft. På vintern vädrar de flesta knappt alls. Hälften av hushållen har investerat i markiser eftersom solavskärmningen under vår och höst inte alltid fungerar tillfredställande. Figur 8 – Lindåshusen CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 21 Brukarna av de energisnåla radhusen trivs över lag mycket bra med sitt boende. Småhushåll med en eller två personer kan dock få problem att vintertid upprätthålla en behaglig inomhustemperatur om de bor i någon av gavellägenheterna, samt tillbringar en stor del av tiden utanför hemmet. En barnfamilj boende i mittlägenheterna upplever däremot inga svårigheter med inomhustemperaturen. Hälften av brukarna önskar sig en braskamin, vilket enligt dem bidrar till såväl trivsel som uppvärmning. Men installation av en sådan innebär ett ingrepp på tätheten som kan orsaka energiförluster. Många brukare tycker att braskamin ska finnas i åtanke då nästkommande energisnåla hus byggs (Boström m.fl., 2003). De boende är nöjda med ljudisoleringen mellan lägenheterna, men inte inom lägenheterna. Därför bör isolering i innerväggarna samt mellan våningarna ökas. Detta skulle dock leda till större ojämnheter i inomhustemperatur inuti lägenheten. (Byfors m.fl., 2004). Fönstren har fungerat bra. Det utskjutande taket skuggar fönstren, vilket leder till mindre utvändig kondens. Fönsterarean mot söder behöver inte vara så stor, det diskuterades ett optimum på 9 m2 istället för 10,4 m2 som det är idag. Utan takfönster skulle energianvändningen minska med ca 440 kWh/år och lägenhet och utan gavelfönster skulle energianvändningen minska med drygt 1000 kW/år och lägenhet, enligt beräkningar. Flera boende har påpekat att det regnar in genom takfönstret, dock ger öppnanden av detta i kombination med att öppna ett fönster på bottenvåningen mycket effektiv vädring (Boström m.fl., 2003). 4.2 Glumslöv Under 2003 och 2004 byggdes 35 lägenheter i Glumslöv utanför Landskrona. Utformningen på lägenheterna är relativt traditionellt och storleken varierar från 2 rum och kök till 5 rum och kök. Alla lägenheterna har dessutom förråd och badrum. Storleken på lägenheterna varierar från 70 m2 till 115 m2 BRA (IEA, 2005). För bild på husen se Figur 9. Figur 9 - Husen i Glumslöv CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 22 Lägenheterna är byggda enligt passivhusteknik och har varken element eller golv- värme utan värms med värme som de boende, deras belysning och vitvaror alstrar. Målen med projektet var: • Att erhålla en uthyrningskostnad av max 100 €/m2 BOA. Den är i dagsläget på 930 kr/m2, år (IEA, 2005) • Att använda konstruktioner med god värmeisolering för att kunna få ett hus utan golvvärme och radiatorer • Att säkerställa en fuktsäker byggnad • Uppnå god lufttäthet genom speciella lösningar. Undersökningar har visat att orientering av husen inte spelar så stor roll för att ta tillvara på solvärmetillskottet utan fönstren är orienterade 50 % / 50 % syd-nord och öst-väst. Eftersom solenergin inte är så stor på vintern när den behövs och hög på sommaren när den inte behövs så är solenergin av mindre betydelse för att värma huset. Istället är det viktigt att reducera solvärmetillskottet under sen vår, sommar och tidig höst för att inte få problem med överhettning av lägenheterna. Lägenheterna har dessutom ett stort taköverhäng på en meter för att minska solinstrålning under de perioder då solen står högt (IEA, 2005). Två snickare var speciellt ansvariga för att få lägenheterna lufttäta genom att montera plastfilmen. Lufttätheten mättes till 0,1 l/s m2 vid 50 Pa övertryck, vilket är svenskt rekord i lufttäthet. För att undvika att de boende gör hål i plastfilmen har den placerats inne i konstruktionen, 70 mm från väggens insida (IEA, 2005). Värmekapaciteten för lägenheterna är ganska låg, eftersom det är byggt med lätt stomme. Anledningen är enligt projektörerna att innetemperaturen ska kunna ändras på snabbt om det skulle bli för kallt eller för varmt, vilket går långsammare för lägenheter med hög värmekapacitet (IEA, 2005). Varje lägenhet har en värmeväxlare med en verkningsgrad på cirka 85 % beroende på utetemperaturen. Det finns även ett värmeaggregat på 700 W som kan ge ett extra värmetillskott om det behövs under de kallaste dagarna. Detta är kopplat till tilluften. Luftomsättningarna är cirka 0,5 omsättningar/tim. Varmvattnet värms upp med elektricitet (IEA, 2005). Uppbyggnad Yttervägg: Träregelvägg med aluminiumprofiler med 450 mm isolering (polystyren) uppdelade i 4 lager. I väggen finns också en plastfilm för att göra huset lufttätt. U-värde: 0,10 W/m2K Yttertak: Lättviktstakstolar med 550 mm lösullsisolering CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 23 U-värde: 0,08 W/m2K Golv: 100 mm betongplatta, 350 mm isolering (polystyren), 200 mm makadam U-värde: 0,10 W/m2K Fönster: Treglasfönster med gas emellan. Fönstren mot syd och väst har ett extra lågemissionsskikt för att minska solinstrålning. Fönsterarean är ungefär 20 % av golvarean. U-värde: 0,9 – 1,0 W/m2K beroende på fönsterstorlek (IEA, 2005) Energianvändning Glumslövhusen Beräknad energianvändning under ett normalår: Hushållsel: 20-25 kWh/m2,år Varmvatten: 25-30 kWh/m2, år Uppvärmningsbehov: 0-5 kWh/m2, år Summa: 45 - 85 kWh/m2, år Uppmätt energianvändning: Mätningarna är inte avslutade men enligt Karin Adalberth på Primeproject kommer den totala köpta energin att hamna på ca 60 kWh/m2, år. Kommentar: Moderna lägenheter som byggdes i slutet på 90-talet och i början på 2000-talet använder ungefär 120-150 kWh/m2 år, där 30-50 % är energi för uppvärmning. Besparingen är därför 70 – 90 kWh/m2 år per lägenhet på dessa 35 lägenheter. 4.2.1 Lärdomar från Glumslövhusen Bara en av hyresgästerna i Glumslöv har hittills klagat på att hon frusit sedan inflyttningen i juni 2004 och det problemet löstes snabbt eftersom värmen i huset kan styras individuellt. Fastighetsägaren är så nöjd med husen att mer självuppvärmda hus kommer att byggas. Produktionskostnaden ligger endast omkring tre procent högre än vid byggandet av hus med vanliga energisystem. Det som byggherren får betala för extra isolering och bättre fönster tas i stort sett igen av att installationskostnader för värmesystem sparas in (Fasth, 2005). Husen hade problem med värmeväxlaren som till en början till och med kylde husen vintertid. Problemet var ett leverantörsfel av en teknisk komponent och åtgärdades snabbt (Strolz, 2005). CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 24 4.3 Energieffektiva småhus på Bo01 i Malmö Inför bomässan Bo01 i Malmö sommaren 2001 uppfördes två energieffektiva småhus av Yxhult AB och LB-hus AB i samarbete med Energimyndigheten (STEM, 2005). Målsättningen var att husen skulle kunna serieproduceras och att bästa tillgängliga teknik som bedömdes ekonomisk rimlig skulle användas. Energimålen som sattes var 80 kWh/m2år för ett eluppvärmt hus och 100 kWh/m2år om annan energikälla än el användes. I dessa värden ingår all köpt energi till husen, det vill säga energi för uppvärmning och ventilation, för varmvatten, för fastighetsel samt hushållsel. Yxhulthuset är ett lättbetonghus som hamnade så långt från det satta energimålet att det därför inte tas upp i denna rapport. Detta kapitel bygger på rapporten ”Energianvändning och inneklimat i två energieffektiva småhus i Västra hamnen i Malmö” (Bagge m.fl., 2004). Figur 10 - LB-huset på Bo01 LB-huset är ett träregelhus med platta på mark. Huset har fläktstyrd frånluftsventilation. Uteluften tas in genom don som mynnar i luftspalten bakom fasadpanelen för att vindpåverkan på luftflödet ska reduceras. Tilluften förvärms även här någon grad, vilket bidrar till högre termisk komfort och lägre upp- värmningsbehov. Värme återvinns ur frånluften med en frånluftvärmepump som ger värme till radiator- och tappvarmvatten. När värmepumpen inte räcker till för uppvärmning och tappvarmvatten tillförs spetsenergi i form av el via elpatron och värmesköldar i värmepumpenheten. Lågenergifönstren har U-värde 1,0 W/m2K och det finns extra köldbryggeisolering i fönstersmygarna (Bagge m.fl., 2004). Uppbyggnad Yttervägg: 300 mm mineralullsisolering. U-värde: 0,16 W/m2K CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 25 Yttertak: 500 mm mineralullisolering U-värde: 0,069 W/m2K Golv: Betongplatta med 350 mm cellplastisolering under U-värde: 0,099 W/m2K Fönster: Lågenergifönster U-värde: 1,0 W/m2K Energianvändning LB-huset Hushållsel: 4150 kWh Varmvatten: 2000 kWh Driftel, fläktar, pumpar mm: 800 kWh Eftervärmare: 5050 kWh Summa: 12000 kWh Boarea: 138 m2 Energianvändning/boarea: 87 kWh/m2 Om man endast ser till uppvärmningen så är energianvändningen 37 kWh/m2 4.3.1 Lärdomar från LB-huset Innetemperaturen har under uppvärmningssäsongen varit ca 21°C. Inneklimatet har av de boende mestadels upplevts som mycket bra. Genom att tilluft kommer in genom ett förhållandevis stort antal tilluftsdon och att huset är lufttätt fås en mycket god ventilation av huset. I varje sovrum finns dessutom frånluftsdon vilket innebär att även om fönster öppnas i något rum kommer alla rum att ha ett säkerställt luftflöde. Temperaturen på undervåningen har hållit sig inom temperaturintervallet 20-26°C under 96 % av året och på övervåningen 84 % av året. Resten av tiden har det varit varmare. Dock skall noteras att utomhustemperaturen var betydligt högre under juli månad än vad som anses normalt (Bagge m.fl., 2004). Att temperaturen på övervåningen är så hög sommartid, trots stora fönster mot norr på undervåningen tros bero på att solskydd saknas på övervåningen samt att den varma luften från undervåningen stiger upp genom termiska drivkrafter till övervåningen. Sommartid kan den förvärmning som sker bakom fasaden medföra att den önskade avkylningen av huset inte sker (Bagge m.fl., 2004). CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 26 Temperaturstyrningen av huset verkar ha fungerat väl. Inställda rumstemperaturer har legat mycket stabilt under uppvärmningssäsongen. Golvet i huset upplevs dock som något kallt vid sträng kyla. Luftens temperatur efter värmeåtervinning är högre än vad som förväntats vilket innebär att mer värme skulle kunna ha återvunnits med värmepumpen (Bagge m.fl., 2004). Sammanfattningsvis har det uppställda målet om låg energianvändning nästan uppnåtts, vilket innebär att LB-huset använder drygt 30 % mindre energi än vad andra nybyggda hus i genomsnitt använde (Bagge m.fl., 2004). 4.4 Vårgårdahuset VårgårdaHus kommer under våren 2006 att bygga ett friliggande passivhus i Lidköping. Med hjälp av arkitekten Hans Eek har företaget tagit fram en 140 kvm stor tvåplansvilla, se Figur 11. Huset är uppbyggt på liknande sätt som Lindåshusen fast med något mer isolering under plattan och i väggarna. Ytterväggarna består av cellplast omgiven av två skikt av träregelkonstruktioner med mineralull. Väggtjockleken blir totalt 534 mm varav 490 mm är isolering. Plattan har 300 mm isolering och taket 500 mm isolering. Fönsterarean är 15,5 m2/golvarea, precis som Lindåshusen. Planlösningen är öppen vilket är fördelaktigt i ett passivhus då värmen lätt ska kunna spridas i huset. Huset är utrustat med solfångare och målet är att huset ska dra 7500 kWh/år (Eek 2006). Figur 11 – Vårgårdahuset 4.5 Ytterligare lärdomar från lågenergihusprojekt För att bygga energieffektiva hus som fungerar måste husets arkitektur, byggnadsteknik och installationer vara väl avvägda mot varandra. Det förefaller vara CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 27 svårt att finna utrustning som passar till lågenergihus, som på ett kontrollerat sätt kan tillföra små värmemängder. Ofta är värmepumpar och andra värmesystem överdimensionerade för att täcka det lilla värmebehov som krävs i dessa hus. De tekniska apparaterna är ofta inte anpassade för att vanliga brukare ska förstå och sköta utrustningen på ett bra sätt. Viktigt är också att brukaren skall ha möjligheter att själv avgöra om anläggningen fungerar som den ska. En noggrann injustering av de tekniska systemen är väldigt viktig vid idrifttagning. Små avvikelser i funktion kan leda till stora avvikelser i förväntad prestanda (Bagge m.fl., 2004). Stora södervända fönsterareor innebär risk för övertemperaturer och det erfordras solavskärmning för att inte få besvärande höga innetemperaturer under vår, sommar och höst. I ett lågenergihus räcker en relativt liten mängd solinstrålning för att täcka hela värmebehovet så snart solen skiner. För att kunna tillgodogöra sig sol- instrålningen måste värmesystemet omedelbart stänga av all värmetillförsel så snart temperaturen stiger inomhus. I annat fall riskerar man att inte alls kunna utnyttja sol- energin och i värsta fall ger detta upphov till oönskade övertemperaturer. Det är därför knappast någon fördel att ha stora fönsterareor. Från energisynpunkt behöver inte fönstren vara orienterade mot söder. Detta ger mer flexibilitet, både utformningsmässigt och placeringsmässigt (Bagge m.fl., 2004). Frånluftsvärmepump i välisolerade hus lämpar sig inte visar undersökningar som gjorts på ett flerfamiljshus i Lund. Den ouppvärmda luft som tas in via spaltventiler ger ett obehagligt inomhusklimat på grund av att radiatorerna inte är tillräckigt dimensionerade för att värma upp luften. Radiatorerna är dimensionerade för att täcka det lilla energibehov som ett välisolerat hus behöver och inte dimensionerade för att klara av att värma upp den kalla uteluften som flödar in (Warfvinge, 2005). CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 28 5 Boverkets byggregler Utdrag ur BBR: ”Byggnader skall vara utformade så att energibehovet begränsas genom låga värmeförluster, effektiv energianvändning och effektiv elanvändning.” Den senaste utgåvan av Boverkets byggregler skrevs 2002 och om man jämför med den tidigare utgåvan så innehåller den inte några speciella skärpningar av kraven på energihushållning. Kraven från Boverket har istället varit att bibehålla den tidigare kravnivån. Boverket kommer dock att släppa en ny utgåva 2006, då en skärpning av dagens krav på värmeisolering kommer att införas. (Isolerguiden 2004) Man kan idag välja på två olika alternativ för att uppfylla kraven. 5.1 Alternativ 1: Tre delkrav Man visar att byggnaden klarar kravet på värmeisolering (delkrav 1), på lufttäthet (delkrav 2) och på effektiv värmeanvändning (delkrav 3). De tre delkraven måste uppfyllas var och en för sig. De ges här i en något nerkortad och förenklad version där det viktigaste tas upp för just bostäder. Allt nedan är hämtat från Isolerguiden 2004. Delkrav 1: Värmeisolering och transmissionsförluster Fs,krav för bostäder = 0,16 + 0,81(Af/Aoms) Arean Af får därvid medräknas med högst 0,18 Aupp Af = sammanlagd area för fönster dörrar och dylikt Aoms = Sammanlagd area för omslutande byggnadsdelars ytor mot uppvärmd inneluft. Aupp = uppvärmd bruksarea om iijust A AU , Fs ∑ = (1) Delkrav 2: Lufttäthet Byggnadens klimatskal skall vara så tät att det genomsnittliga luftläckaget vid ±50 Pa tryckskillnad inte överstiger 0,8 l/s, m2 för bostäder och 1,6 l/s, m2 för andra utrymmen. Delkrav 3: Effektiv värmeanvändning Byggnader vars energibehov för uppvärmning av ventilationsluft överstiger 2 MWh/år, skall förses med särskilda anordningar som begränsar energiförlusterna. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 29 Boverket ställer då krav på att byggnadens behov av energi skall minskas med 50 % av den energimängd som behövs för uppvärmning av ventilationsluften. Detta kan ske genom att installera till exempel en värmepump, värmeåtervinnare, solfångare eller öka värmeisoleringen. 5.2 Alternativ 2: Omfördelningsberäkning (Referenshusmetoden) Energibalansen för den byggnad man tänker uppföra jämförs med ett referenshus, med samma geometriska form och orientering, som precis uppfyller de tre delkraven. Detta ger den byggande en mycket hög frihetsgrad att uppfylla kraven med tekniska lösningar. Två regler måste dock tas hänsyn till: • Energiförlusterna genom klimatskalet får maximalt vara 30 % högre än delkravet. • När det gäller byggnader som är undantagna från delkrav 3 så får man endast tillgodoräkna sig 50 % av effekten om man ändå använder sig av någon av de tre installationstekniska lösningarna som nämns i texten. (ventilationsvärmeväxlare, värmepump eller solfångare) 5.3 Nya regler 2006 Statistik från SCB visar på en neråtgående trend för energianvändningen i nya småhus och lokaler, medan energianvändningen i flerbostadshus i stort sett är oförändrad sedan 1980-talet. SCB har även visat att byggnader uppförda mellan 1996-2001 inte överträffar BBR: s energikrav. Snarare har byggnader uppförts för att precis klara kravet och det verkar saknas incitament för att bygga bättre (Boverket, 2005). Byggreglerna ska motsvara samhällets krav på ett gott byggande. Reglerna behöver dock uppdateras i samma takt som samhället utvecklas. Under 2004 inleddes därför en översyn över byggreglerna och ett förslag på nya byggregler kom ut under 2005. Kapitel 9 ”Energihushållning” i BBR har genomgått en genomgripande förändring. Utgångspunkten för hur kraven ställs har förändrats. Bakgrunden till den stora förändringen beror bland annat på att: • Trenden att energianvändningen i nya byggnader minskar har avstannat. • I BBR finns en beräkningsmodell, omfördelningsberäkning, som kan uppfattas som otydlig. • Reglerna ger olika utfall på en byggnads energianvändning beroende på val av uppvärmningssystem och geografisk placering. • Direktivet om byggnader energiprestanda ska införas (Boverket, 2005). Det finns en remissversion på hur de nya reglerna kommer att vara ställda. Nedanstående är hämtat ur kapitel 9.2 Bostäder i ”Förslag till föreskrift Energihushållning” (Boverket, 2006): CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 30 ”Bostäder skall vara utformade så att byggnadens specifika energianvändning högst uppgår till 110 kWh per m2 (Atemp) i klimatzon söder och 130 kWh per m2 i klimatzon norr. För en- och tvåbostads med direktverkande elvärme som huvudsaklig uppvärmningskälla får byggnadens specifika energianvändning högst uppgå till 75 kWh per m2 (Atemp) i klimatzon söder och 95 kWh per m2 i klimatzon norr. Byggnadens specifika energianvändning får reduceras med energi från i byggnaden installerade solfångare och solceller. Levererad el till värmepump eller kylmaskin installerad för uppvärmning eller kylning av byggnaden skall räknas upp med årsmedelvärmefaktorn respektive årsmedelkylfaktorn när byggnadens specifika energianvändning bestäms. Den högsta genomsnittliga värmeövergångskoefficienten (Um) får för de byggnadsdelar som omsluter byggnaden (Aom) inte överskrida 0,50 W/m2K.” (Atemp) = golvarean i temperaturreglerade utrymmen avsedd att värmas till mer än 10ºC och begränsade av klimatskalets insida. Garage ingår inte i golvarean. Levererad el till värmepump eller kylmaskin skall räknas upp med årsmedelvärme- faktor respektive årsmedelkylfaktor när byggnadens specifika energianvändning bestäms. För frånluftsvärmepump kan årsmedelvärmefaktorn 2,0 användas. Detta förklaras i ”Förslag till konsekvensutredning för avsnitt 9” (Boverket, 2006): Värmefaktorn för frånluftsvärmepumpar är bestämd med utgångspunkt från att värmeåtervinning från frånluft ska vara teknikneutral. Med denna faktor jämställs, ur kravsynpunkt, värmeåtervinning mellan frånluftsvärmepump och ventilationsvärme- växlare. Om verklig årsmedelvärmefaktor istället skulle användas för frånlufts- värmepumpar skulle besparingen inte tillgodoräknas vid bestämning av byggnadens specifika energianvändning. Detta skulle premiera ventilationsvärmeväxlare där värmeåtervinningen kan tillgodoräknas. Skillnaden mellan verklig årsmedelvärme- faktor och faktorn 2,0 bedöms motsvara den värmeåtervinning som erhålls från ventilationsvärmeväxlare. Med byggnadens specifika energianvändning menas den energi som, vid normalt brukande, behöver levereras till en byggnad för uppvärmning, kyla, tappvarmvatten samt drift av byggnadens installationer (pumpar, fläktar etc.) och övrig fastighetsel. Hushållsel ingår inte i byggnadens specifika energianvändning. Allmänt råd till ovanstående lyder: ”Kraven i avsnitt 9:2 bör verifieras dels genom beräkning av byggnadens energibehov och genomsnittliga värmeövergångskoefficient vid projekteringen, dels genom mätning av energianvändningen i den färdiga byggnaden. Beräkningar av byggnadens energianvändning bör utföras med utgångspunkt i aktuell inne- och utetemperatur, normalt brukande av tappvarmvatten och vädring. Byggnadens energianvändning kan mätas under en sammanhängande 12-månadersperiod, avslutad senast 24 månader efter det att byggnaden tagits i bruk.” Som alternativ till ovanstående krav, kan för byggnader där golvarean Atemp uppgår till högst 100m2, fönster- och dörrarea Af uppgår till högst 0,20Atemp och inget kylbehov finns, istället följande krav på byggnadens värmeisolering, klimatskalets CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 31 täthet och värmeåtervinning uppfyllas. Den högsta värmeövergångskoefficienten (Ui) får, för omslutande byggnadsdelar (Aom), inte överskrida följande värden: Ui W/m2K Utak 0,13 Uvägg 0,18 Ugolv 0,15 Ufönster 1,3 Uytterdörr 1,3 I de fall där direktverkande elvärme installeras som huvudsaklig värmekälla i en- och tvåbostadshus skall följande värden inte överskridas. Ui W/m2K Utak 0,08 Uvägg 0,10 Ugolv 0,10 Ufönster 1,1 Uytterdörr 1,1 Byggnaders klimatskal skall vara så täta att det genomsnittliga luftläckaget vid ± 50 Pa tryckskillnad inte överstiger 0,6 l/s m2. Om byggnadens energibehov för upp- värmning av ventilationsluft överstiger 2 MWh per år skall energin i ventilationsluften återvinnas. Återvinningen skall uppgå till minst 50 % av den energi som behövs för att värma ventilationsluften. Distributionsförluster och förekommande drivenergi skall räknas in i den energi som behövs för att värma ventilationsluften. I de fall där direktverkande elvärme installeras som huvudsaklig värmekälla i en- och tvåbostadshus skall motsvarande värmeåtervinning minst vara 70 %. Boverket har även satt som mål att energiåtgången för nya byggnader inte ska överstiga 90 kWh/m2 år 2010 och 60 kWh/m2 år 2020 (Boverket 2002). CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 32 6 Simuleringsmodell I detta kapitel presenteras vår simuleringsmodell. Programmet IDA förklaras och de faktorer som påverkar resultatet av simuleringarna klargörs. Hur resultatet skall tolkas redovisas också. En energiberäkning visar ungefärlig energianvändning för en byggnad. Genom att konstruera en beräkningsmodell är det möjligt att förutsäga hur mycket energi som kommer att krävas för att få önskad temperatur i huset. 6.1 Byggnadens värmebalans För att kunna utforma och dimensionera byggnaden och dess klimatstyrande installationer på ett riktigt sätt måste man kunna bestämma byggnadens behov av värme. Detta görs i en värmebalans där tillförd värme ställs mot bortförd värme. Den största mängd värme som tillförs en byggnad är normalt den som distribueras via värmesystemet. Utöver detta tillförs även värme via solinstrålning, belysning, apparater samt från de personer som vistas i byggnaden. Värmeförlusterna brukar delas upp i transmissionsförluster, ventilationsförluster och avloppsförluster. Med transmissionsförluster avses den värme som lämnar byggnaden genom klimatskalet. Transmission sker genom ledning, konvektion och strålning. Ventilationsförluster avser den värme som lämnar byggnaden genom styrd ventilation eller luftläckage. Avloppsförlusterna är den värme som lämnar byggnaden i form av uppvärmt varmvatten. Figur 12 visar hur värmebalansen kan se ut i en byggnad. Figur 12 - Byggnadens värmebalans CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 33 Rummets värmebehov Q kan skrivas som: Q = Qtr + Qv0 – Qint + Qvv Qtr = Värmeförlust pga. transmission Qv0 = Värmeförlust pga. luftläckage Qint = Interna värmealstringen Qvv = Värmeförlust pga. ventilation 6.2 IDA Klimat och Energi 3.0 I detta examensarbete har energiberäkningsprogrammet IDA Klimat och Energi 3.0 använts för att beräkna värmebehovet och simulera det termiska inomhusklimatet för olika hustyper. Idag finns ett flertal olika energiberäkningsprogram på marknaden, alla med olika möjligheter. Valet föll dock på IDA eftersom det har möjlighet att simulera såväl inomhusklimat i enskilda rum som energianvändningen för hela byggnaden. Det anses även av många som det mest noggranna kommersiella programmet på den svenska marknaden idag (Wall, 2006). IDA är ett simuleringsprogram för beräkning av en byggnads effekt- och energibehov, men programmet kan även beräkna termiskt inomhusklimat, CO2- halter och fuktbalanser i rumsluft. IDA är ett så kallat flerzonsprogram, dvs. programmet kan beräkna värme- och masstransporter mellan flera zoner i bygganden. IDA kan också, till skillnad från många andra energiberäkningsprogram, beräkna effekten av värmeackumulering i stomme och inredning samt inverkan av solinstrålning. Dessa faktorer kan vara avgörande när det gäller övertemperaturer i lågenergihus (Bergsten, 2001). Mycket av informationen i IDA bygger på data från ASHRAE (Johnsson, 2006). Figur 13 visar hur det kan se ut när indata för en zon bestäms i IDA. En modell av huset kan antingen göras manuellt eller så kan en CAD- ritning infogas. Modellen kompletteras med värmelaster, VVS-system, reglerstrategier och klimatdata och kan därefter simuleras under olika perioder. Kyl- och värmebehov beräknas för extrema belastningar och total energianvändning ges av helårskörningar. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 34 Figur 13 - Indata för en zon i IDA Klimat och Energi 3.0 Solinstrålningen är ofta avgörande för inneklimatet. 3D-modellen i IDA används för att beräkna mängden solljus som träffar ett fönster med hänsyn taget till skuggor från omgivande byggnader och solskydd vid fönstret. Även skuggning av diffust solljus beräknas, en faktor som ofta försummas men som kan ha stor inverkan på inneklimatet. IDA ger också möjlighet att räkna på helt inglasade strukturer där en del av solljuset passerar rakt igenom eller reflekteras upprepade gånger innan det når vistelsezonen (Equa, 2005). Genom att beskriva öppningar samt byggnadens täthet, beräknas luftströmmar som drivs av vind- och självdragseffekter. Uppmätt vindhastighet och vindriktning utnyttjas för att beräkna trycket vid alla öppningar under årets alla timmar. Eftersom innetemperaturerna beräknas samtidigt, tas också självdragseffekterna med i analysen. Möjlighet finns att placera byggnaden i olika miljöer, till exempel på en slätt eller inne i en stadskärna, för att beakta de olika vindprofiler som kan förekomma (Equa, 2005). Väderdata i IDA har hämtats från SMHI och är baserade på timmätningar. I simuleringarna har Göteborg/Säve 1977 används som klimat (Equa, 2005). Den operativa temperaturen (OT) är medelvärdet av lufttemperaturen och strålningstemperaturen för en person med hänsyn tagen till dennes placering i rummet. I IDA kan människor placeras ut i rummet så att operativa temperaturer ska kunna mätas. Vi redovisar den operativa temperaturen för en person som sitter i högra hörnet, respektive mitt i rummet på under- respektive övervåningen, se figur 14. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 35 Figur 14 – Placering av personer i IDA för att mäta operativa temperaturen. (IDA) I läget i högra hörnet utsätts personen för strålning från de kalla fönsterytorna, vilket gör att den operativa temperaturen är lägre än lufttemperaturen under upp- värmningssäsongen. Den operativa temperaturen är högre under uppvärmnings- säsongen om man flyttar sig längre in i rummet. Temperaturen kan också vara högre på undervåningen under uppvärmningssäsongen för hus med golvvärme på grund av strålning från den varma golvytan. Värmebehovet för uppvärmning, som uttrycks i denna rapport, är ett mått på klimat- skalets energitekniska egenskaper. Med byggnadens värmebehov avses, i vårt fall, den energimängd som måste tillföras för att upprätthålla en inomhustemperatur på 21°C vid ett ventilationsflöde på 0,35 l/s m2. Huset har i detta fall inget intern- värmetillskott och ingen solenergi tillförs byggnaden. För att försöka att efterlikna verkligheten redovisas även nettovärmebehovet. Detta är den energimängd som måste tillföras byggnaden då hänsyn tas till solinstrålning samt intern värmealstring. Den interna värmealstringen beror på brukarna, vilket beskrivs i Kapitel 6.4. Köpt energi för uppvärmning är vilken energimängd som måste tillföras byggnaden för att hålla inomhustemperaturen runt 21°C. Storleken på köpt energi visar hur väl klimatskalet och de installationstekniska systemen fungerar. Då inga återvinnings- system som värmeåtervinnare eller värmepump används är nettovärmebehovet lika med den köpta energin för uppvärmning. Den totala köpta energin redovisar hur mycket energi som det antagna hushållet köper under ett år, vilket inkluderar köpt energi för uppvärmning, tappvarmvatten, hushållsel samt driftsel. Huvuddelen av jämförelserna i denna rapport är gjorda för nettovärmebehovet och den köpta energin för uppvärmning. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 36 6.3 Referensobjekt I Fågelsten, Lindome 2 mil söder om Göteborg planeras ett nytt bostadsområde. Området tillhör Mölndals kommun, en kommun som har höga krav på miljö- och energifrågor och som helst ser att fjärrvärme inte ska behöva dras till Fågelsten. Kommunen har som mål att det i nyproducerade områden bör vara energi- effektivisering och klimatskal som ska prioriteras. Uppvärmningskällan kommer i andra hand (Fred 2005). Eftersom kommunen ställer krav på byggherrarna är NCC intresserade av att ta fram ett hus med lågt värmebehov. I Mölndals energimål ”God bebyggd miljö” är kravet att energianvändningen för uppvärmning och tappvarm- vatten inte får överstiga 90 kWh/m2, år. Uppvärmningen planeras för fjärrvärme, men där en anslutning till fjärrvärmenätet inte är möjlig ska förnybara energislag prioriteras. Olja och eluppvärmning ska undvikas helt (Planeringskontoret m.fl., 2003). Våra simuleringar och alternativ har varit till hjälp för att åskådliggöra hur stora energibesparningar som fås i förhållande till hur stora åtgärder som görs på husen. 6.3.1 Referenshus Referenshuset i denna studie är ett tvåplans enfamiljshus på 123,6 m2 BOA. Under- och övervåning har lika stor area. Undre våningen har en öppen planlösning med bland annat vardagsrum och kök, övre våningen består av tre sovrum samt ett allrum, se Figur 16. Badrum finns på båda plan. Husen har träfasad och stora fönsterareor i vardagsrum och allrum. I Figur 15 ses skisser på hur husen ska se ut. Takhöjden på undervåningen är 2,5 m och på övervåningen är det snedtak med takhöjd från 2,4 m till ca 3 m. Ventilationsvolymen är totalt ca 320 m3. Referenshuset värms helt och hållet med fjärrvärme och har endast ett frånluftssystem som upprätthåller rätt antal luftomsättningar. Tilluft tas via spaltventiler i fönstren och frånluft tas ut i kök och våtrum. Spisfläkten körs separat. Golvvärmen har effekten 50 W/m2 och radiatorerna på övervåningen har den sammanlagda effekten 2750 W (550 W per styck). Figur 15 – Fasad, referenshuset Fågelsten CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 37 Figur 16 – Under- och övervåning, referenshuset. Ytterväggen är uppbyggd enligt följande: En fasad av träpanel, tunn luftspalt, vindskyddande skiva av utegips, ett isolerat regelverk med 45x170 mm reglar c600, diffusionstät plastfolie, 28 mm luftspalt och invändig gips. U–värdet för konstruktionen är 0,259 W/m2K. Innerväggarna är vanliga träregelväggar med gips. Uppbyggnaden av väggen ses i Figur 17. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 38 Figur 17 - Typritning yttervägg Grunden är platta på mark med cellplastisolering, se Figur 18. På sidorna och under kantbalken finns 100 mm cellplast och under resten av plattan är det 150 mm cellplast. Cellplasten kan vid behov ersättas till viss del av leca, bara U-värdet är detsamma. Under cellplasten finns 150 mm makadam. U-värdet för plattan är 0,2184 W/m2K. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 39 PLÅT PAPP 22 RÅSPONT 420 LÖSULL FACKVERKSTOLAR 0,20 PLATSFOLIE 28X70 GLESPANEL c300 13 GIPSPLANK Figur 18 - Typritning bottenplatta Taket är ett låglutande plåttak med 10° lutning. Uppbygganden ses i Figur 19. Isoleringen består av 420 mm lösullsisolering. Figur 19 - Typhusritning av tak. I Tabell 1 och Figur 20 åskådliggörs hur klimatskalet på referenshuset skiljer sig från det svenska medlet. Värdena för det svenska genomsnittshuset är hämtat från en enkätundersökning som Statens energimyndighet gjort hos svenska småhusfabrikanter (Energimyndigheten, 2001). Totalt har referenshuset ca 4 % sämre isolerat klimatskal. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 40 Det är i väggarna som de största skillnaderna märks. Köldbryggorna har antagits vara lika stora för husen i jämförelsen, då data för detta saknas i enkätundersökningen. Tabell 1 - Jämförelse av konstruktionsdelar. Referenshuset Svenskt medel 2001 Byggnads- element Area [m2] Isoler- tjocklek (mm) U-värde [W/m2K] UA- värde [W/K] Isoler- tjocklek (mm) U-värde [W/m2K] UA-värde [W/K] Fönster 31,0 1,300 40,3 1,400 43,4 Väggar 167,7 170 0,259 43,4 219 0,208 34,9 Golv 80,5 150 0,218 17,6 146 0,224 18,0 Tak 82,0 420 0,082 6,7 384 0,089 7,3 Köldbryggor: 10,2 10,2 Totalt 361,2 1,86 118,3 1,92 113,9 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 Fönster Väggar Golv Tak Köldbryggor: K on du kt an s (W /K ) Referenshus Svenskt medel Figur 20 - Jämförelse av klimatskal mellan referenshuset och genomsnittet för ett svenskt småhus 2001. 6.4 Simuleringsfaktorer och indata till IDA I IDA byggs simuleringsmodellen upp genom att först redovisa de yttre måtten på byggnaden. Klimatskalskonstruktioner väljs manuellt med mått och material. IDA beräknar själv U-värden för sammansatta konstruktioner, vilket innebär att exempelvis reglar betraktas i ytterväggarna. Kontroll att detta stämmer har gjorts med handberäkningar. Dock skall nämnas att en förenkling gjorts då ytterväggarna är uppdelade i flera skikt. IDA tar här ej hänsyn till hur reglarna är orienterade mot varandra i respektive skikt utan ger ett U-värde som om reglarna vore genomgående. En annan förenkling som gjorts är att ingen hänsyn till takstolarna har tagits då U- värdet för takbjälklaget beräknats. De yttre förutsättningarna väljs genom att orientera CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 41 byggnaden, välja ort och vindprofil. Byggnadens tekniska system väljs genom att ange frånluftsystem eller FTX. Radiatorer och golvvärme placeras i huset och effekter samt börvärde för lufttemperaturen väljs. För fallen med golvvärme och radiatorer styrs värmeavgivningen från dessa med rumstermostater. För fallet med endast luftvärme styrs värmeavgivningen från luftvärmaren genom en termostat i frånluften. Figur 21 visar hur en yttervägg med dörr, fönster och ventiler kan se ut i IDA Huset har indelats i två zoner, över- och undervåning. Zonerna är helt öppna och inga innerväggar har satts in. Värmetransport mellan zonerna sker dels genom bjälklaget, men framförallt genom en öppning som skall föreställa trapphus. IDA beräknar värmeackumuleringen i bjälklag, väggar och tak men även av intern massa som möbler, vilket tagits med i beräkningarna. Figur 21 - Bild från IDA, utplacering av fönster och tilluftsdon. Gemensamma förutsättningar Nedanstående förutsättningar gäller för alla hus som analyserats i detta kapitel. • Huset är bebott av en familj enligt simulerat boende Kapitel 6.4. • Simuleringarna utan vädring och solavskärmning. • Huset är placerat med entrén åt söder, vilket är värsta fallet energimässigt. • Golvvärme i nedre våning och radiatorer på övre. • Lika stor fönsterarea. CHALMERS, Examensarbete inom Väg- & Vattenbyggnad, Byggnadsteknologi 2006:27 42 • Kravvärdet på inomhustemperaturen är 20°C. • Börvärdet på inomhustemperaturen är 21°C. • Samma mängd isolering i tak (420 mm) för alla hus. • Ventilationsflöde: 0,35 l/s m2. • Husen simuleras till en början med frånluftsventilation. • Verkningsgraden för värmeåtervinnaren för husen med FTX-system är 0,82. •