Figur 7.2: Genomskärning av modell av plan 3.
7.2.3 Simuleringsfall
Totalt modelleras huset med 4 olika ventilations- och uppvärmningssystem. De olika simuleringsfallen som genomförs är:
1. Frånluftssystem med radiatorer 2. FTX-system med radiatorer 3. Frånluftssystem med golvvärme 4. Luftburen värme
Utöver jämförelsen av det luftburna värmesystemet med övriga uppvärmnings-system, ämnar detta arbete att utvärdera hur tillämpligt luftburen värme är i pas-sivhus enligt FEBY. På grund av detta simuleras modellerna med det luftburna värmesystemet ytterligare en gång. Vid denna simulering designas modellen om till att representera huset som det beskrivs i kapitel 6.2.
7.3 Beräkningsmodell
Simuleringsfall 1 - Frånluftssystem med radiatorer
Simuleringsfall 1 syftar till att simulera huset enligt ritningsunderlaget. Modellen ventileras med frånluftssystem och värms upp med radiatorer. Distributionssyste-met för radiatorerna använder en framlednings- och returtemperatur på 60 °C re-spektive 45 °C. Larek och Tran kallar i sitt arbete samma modell för ”referenshuset” och beskriver dess uppvärmning- och ventilationssystem som följer:
”De rum i anslutning till ytterväggen använder radiatorerna som är di-mensionerade för att täcka de värmeförluster som uppkommer. Maxef-fekten på radiatorerna är beräknad enligt de dimensionerade flödena och tillverkardata. Eftersom uteluftsdonen är anslutna innan radiatorerna sker en ökad värmeeffekt. Den ökade värmeeffekten är beräknad enligt
KAPITEL 7. METOD
produktbladet för uteluftsdonet VentPlus Maxi från Epecon (Epecon, 2016) [!]. Radiatorerna i rummen styrs av medelvärdet av rumstempera-turen. De är inställda till börvärdet 21 °C, har ett P-band på 2 °C och följer den proportionella kurva som ses i figur 5.7 [!].” (Larek och Tran, 2015)
Notera att referensen för uteluftsdonet VentPlus Maxi från Epecon samt hänvis-ningen till figuren för P-bandet här är uppdaterad. I modellen används fjärrvärme till uppvärmning av tappvarmvattnet och radiatorsystemen. Larek och Tran beskri-ver denna som följer:
”Fjärrvärmen som levereras till huset är beroende på uteluftstemperatu-ren. Vid -26 °C och lägre är framledningstemperaturen av vattnet 70 °C och vid utetemperaturer på över 20 °C används framledningstemperatu-ren 20 °C. Ett linjärt förhållande verkar däremellan. Värmen utnyttjas därefter i en 2-stegskopplad fjärrvärmecentral som antas arbeta med en verkningsgrad på 90 %.” (Larek och Tran, 2015)
Ventilationssystemet har ett centralt ventilationsaggregat vars frånluftsfläkt har ett SFP-tal med värde 0,6 kW/(m3/s). Frånluftsflödena återges i figur 6.3 och tilluf-ten tas in via tilluftsdon av typen VentPlus Maxi, monterade bakom radiatorerna.
Simuleringsfall 2 - FTX-system med radiatorer
Simuleringsfall 2 har FTX-system med radiatorer som ventilations- och uppvärm-ningssystem. Uteluftsdonen vid radiatorerna har alltså tagits bort och ersatts med tilluftsdon i sovrum och vardagsrum. För att varken över- eller undertryck ska upp-stå är tilluftsflödena dimensionerade enligt existerande frånluftsflöden. Se figur 7.3 nedan.
7.3. BERÄKNINGSMODELL TF 10 l/s TF 10 l/s TF 10 l/s TF 10 l/s FL 10/28 l/s FL 15 l/s FL 5 l/s FL 5 l/s FL 5 l/s FL 5 l/s FL 10/28 l/s FL 10/28 l/s FL 10/28 l/s FL 10/28 l/s FL 15 l/s FL 15 l/s FL 15 l/s FL 15 l/s TF 15 l/s TF 15 l/s TF 15 l/s TF 15 l/s TF 15 l/s TF 15 l/s TF 15 l/s TF 15 l/s FL 5 l/s
Figur 7.3: Till- och frånluftsflöden i simuleringsfall 2.
Ventilationsaggregatet har en värmeväxlare vars verkningsgrad är η = 0, 6. Bör-värdet för tilluften är 18 °C. Tilluftsfläkten ger dock ett tillskott på 1 °C varpå tilluften som distribueras till tilluftsdonen håller temperaturen 19 °C. Figur 7.4 nedan visar hur ventilationen modellerats i IDA ICE.
KAPITEL 7. METOD
Figur 7.4: FTX-aggregatet modellerat i IDA ICE.
Utöver ovan nämnda parametrar för ventilationen skiljer sig inte simuleringsfall 2 från simuleringsfall 1.
Simuleringsfall 3 - Frånluftssystem med golvvärme
Simuleringsfall 3 har frånluftssystem med golvvärme. Frånluftssystemet är detsam-ma som i fall 1. Golvvärmen ersätter radiatorerna i de rum som har radiatorer i fall 1 och 2. Dessutom används golvvärme i det västra badrummet vilket är extra utsatt. Golvvärmen följer en förenklad modell där den endast verkar som en värmande yta. Ytan utsätts för värmemotstånd i form av isolering underifrån samt matta och golv ovanifrån. Värmeeffekten beskrivs av Larek och Tran som följer:
”Golvvärmeslingorna är baserade på LK Spårskivor (LK Systems, 2015)[!]. Här används spårskivan med 30 mm tjocklek i expanderad polysteren. Ovanpå ligger en värmefördelningsplåt i aluminium tillsammans med ångspärr. Ovanpå konstruktionen ligger 14 mm parkett. Värmemotstån-det till ovanliggande konstruktion har enligt tidigare beräkningar från tillverkare använt värdet 11,36 W/m2K vid samma konstruktionslösning vilket även användes under simuleringarna.” (Larek och Tran, 2015)
Notera att referensen här ej gäller. Simuleringsfall 3 utvärderas dessutom för två typer av regulatorer, P- och PI-regulator. I båda fallen är börvärdet 21 °C
7.3. BERÄKNINGSMODELL
och P-bandet °C. P-regulatorn följer P-smoothkurvan enligt figur 5.7 medan PI-regulatorn använder K-värdet Ki = 0, 3 över integrationstiden t = 300 s. I varje zon med golvvärme behandlas golvvärmeslingan separat samt att den är ansluten till en shuntgrupp för varje lägenhet. Flödet i slingan hålls konstant medan temperaturen varierar. Figur 7.5 nedan redovisar vilka rum som har golvvärme.
Figur 7.5: Genomskärning av modell av plan 3 med golvvärme.
Simuleringsfall 4 - Luftburen värme
Simuleringsfall 4 har luftburen värme som kombinerat ventilations- och uppvärm-ningssystem. I det här fallet är alltså radiatorer såväl som golvvärme borttaget från modellen. Alla rum värms istället upp via den varma tilluften. Precis som i fall 2 har värmeväxlaren i ventilationsaggregatet en verkningsgrad på η = 0, 6.
Systemet som simuleras är designat som ett så kallat ”lägenhetsvärmt system”, vilket beskrevs i kapitel 5.4.1. Luften förvärms i det centrala ventilationsaggregatet till 19 °C (börvärdet 18 °C inklusive tilluftsfläktens tillägg på 1 °C). Efter centra-laggregatet delas luftflödet upp och distribueras till var och en av varje vånings, 5 lägenheters lokala aggregat. I det lokala aggregatet eftervärms luften för att uppfyl-la uppvärmningsbehovet i respektive lägenhet. Sensorn mäter medeltemperaturen i köket i respektive lägenhet och väger den mot det lokala aggregatets börvärde. Figur 7.6 och 7.7 nedan visar modellerna för uppvärmningssystemet samt ett av de 5 lokala aggregaten i IDA ICE.
KAPITEL 7. METOD
Figur 7.6: Modellen för uppvärmningssystemet i IDA ICE inklusive uppdelning och förening av ventilationsflödena.
7.3. BERÄKNINGSMODELL
Luftburen värme i passivhus
I den sista simuleringen, utöver de 4 simuleringsfallen ovan, simuleras det luftburna värmesystemet ytterligare en gång. Inför denna simulering har modellens klimatskal designats om för att uppfylla kraven för passivhus enligt FEBY.
7.3.1 Antaganden
Som nämnt modelleras källaren som en enda stor zon med samma geometriska utformning som övriga modeller av huset. I arbetet av Larek och Tran simulerades källaren med ideella värmeavgivare och frånluftsflödet 0,35 l/sm2. Med för många osäkra parametrar kommer (precis som de själva gjort i sitt arbete) resultaten de erhöll för källaren och plan 5 användas som konstant tillägg för alla 4 simuleringsfall. Se tabell C.1 i appendix för dessa resultat (Larek och Tran, 2015).
I simuleringarna för entréplanet samt plan 2-4 behandlas golv och tak som om de är anslutna till varandra. Detta innebär att värmeöverföring från våningen under respektive över modellen antas vara samma som värmeöverföringen hos modellen i sig. För plan 5 antas ett adiabatiskt förhållande för golvet då taket är anslutet till klimatskalet.
Notera även att balkongerna som redovisas på ritning inte har modellerats i IDA ICE. Dessa balkonger kan orsaka köldbryggor i klimatskalet vilket simuleringarna ej tar hänsyn till. Dessutom påverkar balkongerna den direkta solinstrålningen under sommarperioderna i form av toppar med övertemperatur och ökade PPD-värden. Dock, eftersom den termiska komforten utvärderas under uppvärmningsperioden, bör inte detta ha så stor inverkan på resultatet.
Appropå solinstrålning har simuleringarna inte några
Figur 7.8 visar hur skuggningen från närliggande byggnader modellerats. Skugg-ningen är förenklad och samtliga byggnader är satta till 18m höjd över marknivån.
KAPITEL 7. METOD
7.3. BERÄKNINGSMODELL
7.3.2 IDA ICE
IDA ICE använder sig av två olika typer av matematiska modeller för zonerna i modellen, nämligen:
• Klimatmodell • Energimodell
Klimatmodellen simulerar en detaljerad fysisk modell av huset och dess kompo-nenter. Både riktad operativ temperatur så väl som vertikal temperaturgradient tas med i beräkningarna. Dock kan klimatmodellen endast användas för rektangulära zoner varför geometrin i modellerna är viktig.
Energimodellen simulerar istället en enklare fysisk modell av huset. Noggrannhe-ten hos modellen baseras på medelvärdet av strålningstemperaturen i zonen. Ener-gimodellen kan användas för zoner som inte har rektangulär geometri. (Equa, 2016) För att resultaten (av framför allt den termiska komforten) ska hålla hög va-liditet är det viktigt att modellernas zoner är rektangulära. På grund av detta omarbetas modellerna som erhölls inför detta arbete så att alla zoner i respektive modell är rektangulära zoner.
IDA ICE använder sig av värmeövergångsmotstånden enligt SS-EN ISO 6946:2007. Rsi, för klimatskalet, varierar beroende på vilken riktning värmeflödet går medan Rse är konstant. Se tabell 7.1 nedan för vilka värmemotståndstal som gäller för respektive del av klimatskalet. (European Committe For Standardization, 2006)
Tabell 7.1: Tabell för värmeövergångsmotstånd enligt SS-EN ISO 6946:2007. (Eu-ropean Committe For Standardization, 2006)
Värmemotstånd Rsi (m2K/W) Rse (m2K/W)
Väggar 0,13 0,4
Tak 0,10 0,4
Golv 0,17 0,4
7.3.3 Klimatfil
Som klimatdata har Svebys filer, sammanställda av SMHI, från april 2015 använts. Filerna redovisar data för Stockholm från år 1981 och fram till år 2010. Figur 7.9 nedan redovisar utomhustemperaturen medan figurerna B.1 och B.2 i appendix redovisar den relativa fuktigheten samt strålningen.
KAPITEL 7. METOD -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 8 10 12 T em p er at u r (° C ) Månad Utomhus-temperatur
Figur 7.9: Den torra utomhustemperaturen från klimatfilerna enligt Sveby.
7.3.4 Brukarbeteende
Brukarbeteendet som används i simuleringarna är samma som i tidigare arbete. Detta för att det ska vara enkelt att jämföra resultaten. Allting är baserat på Svebys rekommendationer.
Dygnsnärvaron i varje lägenhet styrs av ett schema som redovisas i tabell 7.2 nedan. Precis som Sveby rekommenderar har närvaron för varje person satts till 14 h, fördelad över samtliga rum i lägenheterna. Antalet personer/lägenhet är enligt rekommendationerna i Svebys brukarindata där speciellt FEBYs statistik används (Sveby, 2012). I lägenheter med 2 rum och kök bor därmed 1,5 personer och i de lägenheter med 4 rum och kök bor det 3 personer. Modellen som i simuleringarna används för att simulera plan 1-4 har 1 st lägenhet med 4 rum och kök samt 4 st lägenheter med 2 rum och kök. Två av lägenheterna med 2 rum och kök har för simuleringarna 1 st inneboende medan de övriga två har 2 st inneboende. Närva-ron i samtliga lägenheter sammanfaller för de gemensamma utrymmena medan det varierar för sovrummen och badrummen i lägenheten med 4 rum och kök. För att simulera en större variation bland lägenheterna har dessutom schemat i tabell 7.2 skiftats en timme framåt och bakåt.
Schemat ovan, i kombination med aktivitetsnivå och klädsel, är de variabler som används i simuleringarna för att mäta den termiska komforten genom PMV-värdet. Med hjälp av dessa resultat kan sedan PPD-värdena utvärderas.
För att mäta den operativa temperaturen har, precis som anges i kapitel 5.5.4, personerna placerats på 1 m höjd över golvet samt 1 m innanför mittpunkten hos zonens största fönster. Aktivitetsnivån är satt till 1,2 MET, vilket även det anges i Miljöbyggnads krav vid utvärdering av termisk komfort (SGBC, 2014a).