Energiberäkningar för passivhus

(1)

Energiberäkningar för passivhus

med fokus på övertemperaturer

Sebastian Wangmo

EXAMENSARBETE 2007

(2)

Energiberäkningar för passivhus

med fokus på övertemperaturer

Energy calculations for passive houses

with focus on excessive temperatures

Författare Sebastian Wangmo

Detta examensarbete är utfört vid Tekniska Högskolan i Jönköping inom ämnesområdet Byggnadsteknik. Arbetet är ett led i den treåriga

högskoleingenjörsutbildningen. eller Arbetet är ett led i magisterutbildningen.

Författarna svarar själva för framförda åsikter, slutsatser och resultat.

Handledare: Kjell Nero

Omfattning: 10 poäng (C-nivå)

Datum: 2007-06-18 Arkiveringsnummer:

(3)

Postadress: Besöksadress: Telefon:

Abstract

Climate and environmental issues are of paramount importance. Researchers agree that we must all contribute to a reduction of gases that contribute to climate change. Energy consumption must decrease within all sectors and the promotion of renewable sources of energy must be introduced.

Each sector should aspire to decrease its energy consumption. Energy

consumption is strongly linked to waste gases that contribute to climate change. Passive houses are a part of the construction industry's methods to attain energy conservation.

Passive houses are derived from low energy houses and super insulated houses. A passive house is intended to obtain heat from the inhabitants and through their activities. The house is built so that heat losses through the climate shell (doors, windows, walls, floors and ceilings) and the ventilation system are decreased. In order to get a good indoor environment it is important that the ventilation and heat recycling system working together, hold the energy consumption down. This is how faculty people usually present a passive house to someone who has not considered the concept before.

I would like to turn the focus from heating to cooling. Houses with large glass facades facing south and a closed climate shell risk too high an indoor

temperature. How do we plan houses so that they don’t need a cooling system? Is protection from the sun enough?

During the planning of a passive house, efforts are made in order to let the house be dependent on a small heat battery during the coldest parts of the year. My approach to passive houses became an effort to see how solar radiation influences closed and highly insulated units.

The heating of houses in my calculations was not influenced to any extent by the rotation of the building. When heating buildings the sun’s radiation only plays a small part. When the sun’s radiation is most concentrated no active heating is required. It is important to note that solar radiation cannot be depended upon at all times especially in winter. Of course, with sun protection, energy needed for heating will increase but energy for cooling will decrease.

Sun radiation influences active cooling as shown in my software program. Increased sun radiation requires increased active cooling for alternatives in my study without sun protection. The alternatives with sun protection are not influenced as much by solar radiation as those without.

Alternatives with strong sun protections are not as sensetive how the house is placed among the point of the compass. Solar radiation does not become equally considerable and impact to be decreased therefore.

Keywords

(4)

Sammanfattning

Sammanfattning

Klimat- och miljöfrågor är återkommande nyhetsstoft. Forskare är överrens om att vi alla måste bidra till en minskning utav utsläpp som bidrar till

klimatförändringarna. Energiförbrukningen måste minska inom alla sektorer och ett främjande av förnyelsebara energikällor måste införas.

Varje bransch bör anstränga sig för att minska sin energiförbrukning, då den är starkt kopplad till utsläpp av gaser som bidrar till klimatförändringarna. Passivhus är en del av byggbranschens åtgärder för att minska slösaktigt energiförbrukande. Passivhus är en utveckling av lågenergihus och superisolerade hus. Ett passivhus är tänkt att få stora delar av sin värme från brukarna och genom deras aktiviteter. Husen byggs så att värmeförluster via klimatskalet (dörrar, fönster, väggar, golv och tak) och ventilationen minskas. För att få en god inomhus miljö är det viktigt med ventilationen och att den i sin tur har en god värmeåtervinning för att hålla energiförbrukningen nere.

Detta är hur man brukar presentera ett passivhus för någon som inte har hört begreppet innan. Jag vill vända fokus från uppvärmning till nedkylning. Lika viktigt som effektiv uppvärmning är att huset inte riskerar att bli för varmt. Hus med sina glaspartier mot söder och ett tätt klimatskal riskerar att få hög

inomhustemperaturer. Hur planerar vi husen så att de klarar sig utan avkylningssystem, räcker det med solskydd?

Vid projektering av passivhus görs stora ansträngningar för att husen skall kunna klara sig på ett litet värmebatteri under de kallaste delarna av året. Min

infallsvinkel till passivhusen berör hur solinstrålningen påverkar de täta och välisolerade passivhusen.

Uppvärmningen av husen i beräkningarna påverkades inte i någon större utsträckning av en vridning av byggnaden. När de behövs uppvärmning av byggnaderna är alltså solinstrålningen enbart en liten del och när solinstrålningen är som starkast önskas ingen uppvärmning. Detta medför att det är svårt att tillgodogöra sig solinstrålningen. Med mer heltäckande solskydd ökade behovet av energi till uppvärmningen, men totalt sätt så får man en mindre energiförbrukning med solskydd för fönster.

Solinstrålningen påverkar den aktiva kylningen som är simulerad i programmet. Vid ökad solinstrålning krävs en ökad aktiv kylning för alternativen utan solskydd. Alternativen med solskydd påverkades inte i lika stor utsträckning av

solinstrålningen.

Alternativen med starka solskydd blir mindre känsliga för hur huset är placerat utefter vädersträcken. Solinstrålningen blir inte lika kraftig och påverkan minskas därför.

(5)

Sammanfattning

Nyckelord

(6)

Innehållsförteckning

Innehållsförteckning

1 Inledning ... 5

1.1 SYFTE OCH MÅL...6 1.2 AVGRÄNSNINGAR...6 1.3 METODKRITIK...6 1.4 DISPOSITION...6

2 Teoretisk bakgrund ... 8

2.1 SVENSK HISTORIA KRING PASSIVHUS...8

3 Metod... 11

3.1 PASSIVHUS ALTERNATIVEN...11 3.2 FÖRKLARING AV VIP+ ...11 3.3 ARBETSBESKRIVNING...11

4 Resultat... 15

4.1 VÄRMEFÖRSÖRJNINGEN...15 4.2 SOLENERGI FRÅN FÖNSTER...16 4.3 AKTIV KYLNING...17

4.4 ELFÖRSÖRJNINGEN...FEL!BOKMÄRKET ÄR INTE DEFINIERAT. 4.5 UPPVÄRMNING AKTUELLT HUS...18

4.6 ENERGIANVÄNDNING...19

5 Diskussion... 20

6 Slutsats och åtgärder... 22

7 Referenser ... 23

(7)

Inledning

1 Inledning

En av vår tids stora frågor är klimatförändringarna och vad det är som påverkar klimatförändringen och hur vi inom olika branscher kan arbeta för att minska skadliga klimatförändringar. Forskare inom området menar att vårt slösaktiga användande av energi är en starkt bidragande orsak till de ökande

klimatförändringarna. Om vi inom byggsektorn kan börja tänka om och arbeta mer för en ”hållbar utveckling” som man skriver om i BBR tar vi ett steg i rätt riktning. Om vi idag börjar bygga hus med låg energiförbrukning under användarskedet skulle vi nog se förändringar i framtiden. Om man delar in en byggnads livstid räknar man med att ca 15 procent av energianvändning sker vid uppförandet av byggnaden och resterande 85 procent under brukandet av

byggnaden. Alltså finns det mycket att göra för att få ner energiförbrukningen i en byggnad under brukande tiden. Att göra mer omfattande projekteringar leder till att vi bygger klokare och kan på så sätt minskas risken för slösaktigt användande av energi kan på så sätt minskas.

Passivhus är en utveckling av lågenergihus och superisoleradehus. Ett passivhus är tänkt att få stora delar av sin värme från brukarna och genom deras aktiviteter. Man bygger husen så att värmeförluster via klimatskalet (dörrar, fönster, väggar, golv och tak) och ventilationen minskas. För att få en god inomhus miljö är det viktigt med ventilation och att den i sin tur har en god värmeåtervinning för att hålla energiförbrukningen nere.

Passivhus har under de senaste åren tagit sig in på marknaden för bostäder. Detta beror på att konsumenterna har blivit mer medvetna om hur energiförbrukning påverkar miljön och konsumentens ekonomi. Att bidra till en minskad

miljöpåverkan kan bli verklighet om vi förändrar vår livsstil.

Vid projekteringen av passivhus strävar man alltid efter att klara sig utan ett värmesystem. Hur blir det om man har stora glaspartier påverkar detta byggnaden negativt under de varma månaderna. Glaspartierna är ett sätt för att minska känslan av instängdhet i byggnaden med de tjocka väggarna. Klarar man sig utan solskydd för fönster, behöver vi till följd av de stora glaspartierna installera onödiga kylanläggningar i byggnaderna? Eller kommer vi att acceptera högre temperaturer inomhus?

Som en avslutande del i min utbildning på Jönköpings Tekniska Högskola skrivs en C-uppsats inom ämnet byggnadsteknik.

Att skriva om passivhus och att göra beräkningar om hur övertemperaturer och solinstrålningen förhåller sig till varandra känns som ett ämne i tiden.

Ett passivhus är projekterat för att klara sig med ett minimalt värmeelement medan man inte tar någon hänsyn till övertemperaturer inne i byggnaden.

(8)

Inledning

1.1 Syfte och mål

Syftet med arbetet är att:

• Undersöka hur energiförbrukningen påverkas av solinstrålning genom fönster. Att undersöka hur byggnaden påverkas av solinstrålningen i olika vädersteck?

Målen med arbetet är:

• Genom studien kunna visa på hur viktigt det är med en god planering av passivhus även för övertemperaturer.

• Undersöka hur solskydd påverkar byggnaden ur energiförbrukningssynpunkt.

• Studera hur förhållandet mellan solskydd och uppvärmning förhåller sig till varandra.

1.2 Avgränsningar

Fallstudien är gjord enbart utifrån de förutsättningarna som finns för det specifika projektet. Väggkonstruktionen är utformad för att minimera köldbryggor så att de blir försumbara och påverkar därför inte beräkningarna. Där av finns inte några köldbryggor med i beräkningarna

Beräkningarna utförs enbart genom en programvaran VIP+ som är ett energiberäkningsprogram för byggbranschen.

1.3 Metodkritik

Att studera två snarlika alternativ gör att resultatet blir vinklat och förstärks mot ett håll. Studien borde omfatta fler antal passivhus. En större och mer omfattande undersökning hade då krävts vilket inte var en möjlighet för mig.

Beräkningarna är ur en teoretisk natur och energiförbrukningen i byggnaderna beror mycket på de boendes vanor och livsstil. När det inte finns referens värden att tillgå och mätvärden från projektet kommer därför att variera utifrån de boendes livsstil. Beräkningar från likvärdiga program hade på så vis inbringat ett bra underlag för analyser och resultat. Det finns likvärdiga programvaror på marknaden men på företaget fanns det inte att tillgå.

1.4 Disposition

Inledningen beskriver hur frågeställningen växte fram. I syftet och målet preciseras frågeställningen. Avgränsningarna sätts upp för att skapa ramar för arbetet vilket medför en underlättad arbetsgång av rapporten.

(9)

Inledning

En teoretisk bakgrund om ämnet passivhus sätter in läsaren lite i bakgrunden till ämnet.

Metoden beskriver förutsättningarna för beräkningarna och fallstudien. Den beskriver hur de två olika alternativen som beräkningarna är gjorda på förhåller sig till varandra. Här beskrivs även hur upplägget är gjort för beräkningarna och sammanställningen av resultatet.

För att kunna få en snabb uppfattning om vad resultaten visar kommer de att presenteras i form av diagram. Om man vill studera och jämföra beräkningarna mer ingående finns det en möjlighet för läsaren att göra detta via bilagorna med beräkningar och resultat.

Resultaten diskuteras i den avslutande delen med diskussion och slutsats. Här kommer även mina tankar om passivhus och lite allmänt om vad som kan göras för att förändra byggbranschen till en mer miljömedveten bransch.

(10)

Bakgrund

2 Teoretisk bakgrund

2.1 Svensk historia kring passivhus

Ända sedan oljekrisen 1973 har energiförbrukningen varit en stor fråga i

samhället. Vårt beroende av fossila bränslen har minskat för uppvärmning men har i sin tur ersatts av andra energikällor. Under oljekrisen användes kärnkraften i stor utsträckning men efter Harrisburgolyckan 1979 blev även kärnkraften en ifrågasatt energikälla. Även om båda dessa energikällor fortfarande används i stor

utsträckning främjar man användandet av inhemska och förnyelsebara energikällor såsom sol, vind, vatten och även biobränslen.

År 2003 uppgick energianvändningen till 153,7 TWh för bostäder och service vilket detta motsvarar ca 38 % av Sveriges totala energianvändning.1_{Fördelningen} av förbrukningen är att drygt 60 % används till uppvärmning och varmvatten. Den stora förbrukningen för uppvärmning medför höga energikostnader och detta har öppnat marknaden för passivhus.

Konceptet passivhus bygger på att minska värmeförluster genom byggnadens klimatskal. Detta uppnås genom att bygga ett tätt och välisolerat

klimatskal(väggar, tak och golv). Värmen i ett passivhus kommer i huvudsak från solinstrålning och från de boendes aktiviteter i bostaden. För att få styrda

luftflöden används mekanisk ventilation med värmeåtervinning.

Passivhus tekniken kom till Sverige på 1970-talet med idéer från USA där man använde sig av solenergi för uppvärmning i en större skala än man gjort tidigare. Det byggdes en del projekt runt om i landet på 1970-1980-talet. I dessa projekt installerade man dock även radiatorsystem som man i dagens passivhus menar inte behövs för att uppnå en god innemiljö.2

Under 1980-talets slut var Wolfgang Feist i Sverige och arbetade tillsammans med Bo Adamson, forskare i Lund. De slog ihop kunskap från Sverige och Tyskland. I tyskland hade man god kunskap om väl fungerande ventilationssystem och detta kombinerat med den svenska kunskapen om välisolerade hus kan sägas ligga till grund för dagens koncept passivhus.2

1_{Statens energimyndighet. 2006. ”Energiläget 2006”, Stockholm} 2_{Glad, Wiktoria. 2006. ”Aktiviteter för passivhus.” Linköping}

(11)

Bakgrund

Wolfgang Feist grundade sedermera Passivhaus Institut. De utfärdar certifiering av passivhus enligt en frivillig standard.3

Enligt standarden får maximalt 15 kWh per kvadratmeter och år användas till uppvärmning och det aktiva

uppvärmningssystemets effekt får maximalt uppgå till 10 W per kvadratmeter bostadsyta. Hans Eks anknytning till den tyska marknaden och de projekt som uppförts där satte en prägel på projektet Lindås park som har inspirerat och öppnat den Svenska marknaden för passivhus.

1996 startade Hans Ek ett projekt som han presenterade som Hus utan

värmesystem (Lindås Park). Detta kom att bli ett riktigt pilotprojekt för dagens

svenska passivhus. Projektet kom att drivas som ett forskningsprojekt där det i ansökan stod:

Hypotesen är att man kan bygga sunda, täta och välisolerade bostadshus med effektiv värmeåtervinning på ventilationsluften i vårt klimat så att endast den passiva solvärmen, internenergin från människor, energieffektiv belysning och hushållsapparater räcker för uppvärmningen.4

Hans Ek menade att teknikerna för att bygga passivhus var de samma som för traditionella hus. De enda skillnaderna var att husen behövde byggas tätare och mer välisolerade och att värmeväxlaren behövde vara mycket effektivare än i tidigare byggprojekt. För projektet valde man att sätta upp egna krav på täthet, ljud och värmeisolering än de som finns i Boverkets byggregler.

Ofta lägger man stor vikt vid projekteringen på att husen skall klara av de kalla perioderna medan man inte ställer lika höga krav på övertemperaturer inomhus. Maria Wall pointerade detta för projektet Lindås Park men inga åtgärder blev realiserade. Många menar att man får öppna och vädra ut på kvällarna, men utan solskydd på dagarna stiger temperaturerna kraftigt under solsken.

Även om resultatet från projektet inte blev fullt så bra som man hoppats på när projektet drogs igång har man kunnat föra vidare kunskap och erfarenheter från projektet ut i landet.

Även om det fanns brister i projektet så som att värmen sprids via luften och de diskussioner som har varit kring värmespridningen fick man en bra publicitet i media och kunde på så vis sprida informationen om energibesparande hus som fungerade.

I Värnamo byggdes passivhus åt Finnvedsbostäder, idén kom från projektet i Lindås. Finvedsbostäder gjorde studiebesök i Lindås och hade möten med Hans Eek som informerade om projektet. Detta för att möjliggöra en transport av konceptet vidare ut i landet.

3_{APA: Passivhaus Institut. (6 mars 2007). Hämtad 24 mars 2007 från World Wide Web:}

www.passiv.de

(12)

Bakgrund

I december 2002 antog Europaparlamentet och Europeiska unionens råd beslutet om direktivet 2002/91/EG om byggnaders energiprestanda.5

Avsikten med direktivet är att minska klimatpåverkande utsläpp och att effektivisera energianvändningen i byggnader.

I Sverige träder lagen om energideklarationer i kraft den 1 oktober 2006. Energideklarationerna kommer inte att påverka passivhus i någon större

utsträckning. Passivhusens mål för energianvändning är mycket högre ställda an kraven i BBR.

Med Lindås projektet öppnade man marknaden för passivhus och idag har det byggts cirka 100 lägenheter i Sverige med passivhusstandard. Men mycket mer är på gång och det finns projekt som är under projektering och byggfas. Man räknar med att det nästa år finns upp till 400 lägenheter och redan år 2007/2008 kan det finnas över 700 lägenheter med passivhusstandard i Sverige.6

5_{Statens offentliga utredningar, 2005, ”Energideklarationer: Metoder, utformning,}

register och expertkompetens.” Stockholm ISBN 91-38-22402-X

6_{Projektet för passivhus, 2006 ” Marknadsöversikt för passivhus och lågenergihus i}

(13)

Metod

3 Metod

Olika förutsättningar ställdes upp och sedan utfördes beräkningar med hjälp av programmet VIP+. Bland annat valde jag att vrida byggnaden för att se hur fönstrens placering utmed vädersträcken påverkade husens energivärden. Vridningen av byggnaden skedde med 45° åt gången. Inför varje vridning av byggnaden har tre beräkningar utförts. De olika förutsättningarna är en beräkning utan solskydd, en beräkning med persienn som solskydd och en beräkning med markiser som solskydd. Samtliga beräkning har registrerats och bearbetats. Med ett specifikt projekt som grund har två olika planlösnings-/fasadalternativ ställts upp för att se hur solinstrålningen påverkar passivhussenergiförbrukning. För studien valdes en maximal övertemperatur till 35°C, efter det har en aktiv kylning av byggnaden simulerats.Beräkningarna görs för att se hur förhållandet mellan kylningen, elförsörjningen och solenergin från fönstren förhåller sig till varandra. För att ta hänsyn till solskyddens inverkan på värmeförsörjningen beaktats då denna påverkas av solinstrålningen.

3.1 Passivhus alternativen

Alternativ ett och två är snarlika varandra men det finns små skillnader i bostadsytan, fönsterstorlek och fönsterplacering. Alternativ 2 har något större fönsterpartier i söder och en lite större bostadsyta. I båda alternativen har samma väggkonstruktioner, fönsteralternativ och dörralternativ valts för att möjliggöra en objektiv jämförelse. Vissa grunddata är desamma i båda förslagen. Allmän data om projektet återfinns i bilaga 1 och ritningar för alternativen i bilaga 2 och 3.

3.2 Förklaring av VIP+

Programmet beräknar energiförbrukningen för en byggnad med hänsyn till kända och mätbara delenergiflöden. Man behöver alltså inte uppskatta någon post i energibalansen. VIP+ innehåller i huvudsak två beräkningsmodeller; modellen för värmelagring i byggnadsstommen samt modellen för beräkning av luftflöden genom ventilationssystem och läckage. En dynamisk beräkningsmodell ger resultat timme för timme under ett år.7

3.3 Arbetsbeskrivning

De delar jag arbetat med i projektet ligger i startskedet av byggprocessen se figur1. Studien är gjord för att se hur planlösningen, fönsterplaceringen och

fönsterstorleken som alla har ett internt samband påverkar en byggnad ur energiförbrukningssynpunkt. Undersökningen är gjord för att se hur dessa

parametrar påverkar energiförbrukningen där fokus ligger på solinstrålningen och hur olika typer av solskydd påverkar byggnadens energibalans.

7_{Strusoft (2007-05-21). Hämtad 15 februari 2007 från World Wide Web: http://vip.strusoft.com,}

(14)

Metod

Ytterväggarna har en god isolering och en hög täthet. I projekteringen ställs höga krav på väggarna för att klara uppvärmningskraven på husen med så liten energiförbrukning som möjligt. Väggarna består av två väggelement och ett heltäckande isoleringsskikt av cellplast. Väggarnas uppbyggnad medför att köldbryggor minskas, mycket tack vare det heltäckande isoleringsskiktet mellan väggelementen. Även köldbryggorna vid ytterväggshörnen undviks vilket framgår av figur 2 och 3 nedan.

Figur 1. Byggprocessen indelas i olika faser där olika deltagare påverkar en

byggnads energisystem. Energikrav Krav på inneklimat m m Form Orientering Fönster Solskydd m m Isolering Köld- bryggor Luft- läckage Värme- tröghet m m Energikrav Krav på inneklimat m m Energikrav Krav på inneklimat m m Energikrav Krav på inneklimat m m Uppföljnings-fas Planeringsfas Byggfas Installations- konsulter Byggherre Arkitek t Byggnads- konstruktör _Bygg- entreprenör Förvaltare

Figur 2. Med de heltäckande skikten bryter Figur 3. Väggytterhörnen som annars är stora man kontakten med trä-trä och man minskar köldbryggor bryts här av tack vare de då risken för köldbryggor. Heltäckande isoleringsskiktet.

(15)

Metod

Från CAD-ritningarna hämtades all mätdata som behövdes för att kunna utföra beräkningarna. Mätdata kompletterades med uppskattade uppgifter som berörde drift temp/processenergi, ventilationssystem och installationssystem. Resultaten har sedan sammanställts och visar hur olika faktorer förhåller sig till varandra i uppvärmning och avklyning av byggnaden.

För att bygga upp två likartade alternativ har samma data använts för de olika alternativen med installationer, de boendes beteende och klimat och allmän data.

Figur 4 nedan beskriver data som måste beaktas innan beräkningarna utförs.

Efter att ha bearbetat och byggt upp modellerna i VIP+ utfördes beräkningarna med olika alternativ uppställda. De olika beräkningsalternativen framgår av figur

5. Indata Titel Klimat och allmänna data Byggnad Ventilations-system Drift Temp / processenergi Ekonomi Projekt beskrivning Geografisk placering, golvarea etc Uppskattade värden Modellbygge

Figur 4. Då detta är ett tidigt skede i projekteringen finns det osäkerheter i

hur familjekonstelationerna i husen kommer att se ut och vilket installationssystem som kommer att väljas.

(16)

Metod Utan solskydd Med persienn Med markis Utan solskydd Med persienn Med markis N x x x x x x NO x x x x x x Ö x x x x x x SO x x x x x x S x x x x x x SV x x x x x x V x x x x x x NV x x x x x x Alternativ 1 Alternativ 2

Efter färdiga beräkningar har en sammanställning av beräkningarna gjorts. I resultaten presenteras endast en sammanställning av bilagorna till rapporten. Utgångsläget för husen innan någon vridning utförs framgår av figur 6 nedan. I resultatet visas vridningen av byggnaden som α på X-axeln i tabellerna.

Figur 5. Beräkningsalternativen som sammanställts till resultatet.

Figur 6: Husens utgångs orientering. Vridningen sker sedan medsols med etapper på 45°.

(17)

Resultat

4 Resultat

Resultaten presenteras som sammanställningar av beräkningarna. Diagrammen är egna bearbetningar av beräkningsresultaten. Diagrammen visar hur de två olika alternativen av byggnaden påverkas av solinstrålningen genom fönster och hur fönstrens placering utefter vädersträcken påverkar husen energimässigt.

4.1 Värmeförsörjningen

Nedan visar figur 7 hur båda alternativen enbart påverkas marginellt av en rotation av byggnaden. Dock påverkar solskyddet värmeförsörjningen i huset. Ju tätare solskyddet är desto mer energi behövs för uppvärmningen.

Värmeförsörjning 4500 4600 4700 4800 4900 5000 5100 45 90 135 180 225 270 315 360 Vridning av byggnade n [k W h ]

Alt 1 utan solskydd Alt 1 med persienn Alt 1 med markis Alt 2 utan solskydd Alt 2 med persienn Alt 2 med markis

Figur 7: visar att värmeförsörjningen måste ökas vid bättre solskydd.

(18)

Resultat

4.2 Solenergi från fönster

Figur 8 nedan visar hur energi från solen varierar kraftigt beroende på vridningen

av byggnaderna. I båda fallen ökar kurvan när stora glaspartier är riktade mot söder.

Sole ne rgi frå n fönster

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 45 90 135 180 225 270 315 360 V r idning av byggnade n [k W h ] A lt 1 utan solskydd A lt 1 med persienn A lt 1 med markis A lt 2 utan solskydd A lt 2 med persienn A lt 2 med markis

4.3 Elförbrukningen

Figur 9 visar hur elförbrukninge ser ut om både värme- och kylsystemet drivs med

el. Den visar att stora delar av energin som går åt till kylningen skulle kunna ha förhindrats genom solskydd.

Figur 9. Även elförsörjningen i byggnaden följer solinstrålningen. Beräkningarna visar att de täta passivhusen påverkas mycket av solen och övertemperaturer orsakars enkelt om stora

glaspartier placeras i söder.

Elförbrukning 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 45 90 135 180 225 270 315 360 Vridning av byggnaden [kWh]

Alt 1 utan solskydd Alt 1 med persienn Alt 1 med markis Alt 2 utan solskydd Alt 2 med persienn Alt 2 med markis

Figur 8. Visar hur solenergin förändras genom en vridning av byggnaderna. α

(19)

Resultat

4.4 Aktiv kylning

Figur 10 visar att fönstrens placering utefter vädersträcken har störst påverkan på

alternativ 2 utan solskydd. Alternativet med störst fönsterarea är alltså känsligast för en vridning utefter vädersträcken. Den aktiva kylningskurvan följer sol instrålningskurvan i stort.

Den aktiva kylningen av byggnaden från figur 10 följer solinstrålningen från figur

8. Figuren visar även att solskydden bidrar till en jämnare och mindre

energiförbrukning för aktiv kylning. Passivhus bör inte projekteras med aktiv kylning så därför blir det viktigt med välplanerade solskydd. Utan solskydd kan aktiv kylning bli aktuellt för att klara den maximala temperaturen på 35°C som jag antagit. Aktiv kylning 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 45 90 135 180 225 270 315 360 Vridning av byggnaden [k W h ]

Alt 1 utan solskydd Alt 1 Med persienn Alt 1 med markis Alt 2 utan solskydd Alt 2 med persienn Alt 2 med markis

Figur 10. Visar hur kylningen följer fönsterplaceringen utefter vädersträcken. Samt att med väl fungerande solskydd minskas den aktiva kylningen.

(20)

Resultat

Uppvärmning Aktuellt hus

4750 4800 4850 4900 4950 5000 5050 5100 5150 5200 5250 45 90 135 180 225 270 315 [grader] [ k W h

] Alt 2 utan solskydd

Alt 2 med persienn Alt 2 med markis

4.5 Uppvärmning aktuellt hus

Figur 11 och 12 nedan visar att uppvärmningen av husen inte påverkas i någon

större utsträckning hur byggnaderna vrids kring sin horisontella axel.

Figur 12. Alternativ 2 vrids utefter vädersträcken och

energiförbrukningen för uppvärmning varierar inte i någon större utsträckning.

Figur 11. Alternativ 1 vrids runt sin axel och energiförbrukningen för uppvärmning varierar inte i någon större utsträckning.

Uppvärmning Aktuellt hus

4700 4750 4800 4850 4900 4950 5000 5050 5100 5150 5200 45 90 135 180 225 270 315 [grader] [k W h

] Alt 1 utan solskydd

Alt 1 med persienn Alt 1 med markis

(21)

Resultat

4.6 Energianvändning

Energianvändningen ligger klart under de krav som BBR ställer på eluppvärmda hus. Kraven från BBR är uppsatta till 75 [kWh/m², år]8

8_{Boverket, 2006 ”Regelsamling för byggande” Karlskrona 2006}

Figur 13. Visar hur energianvändningen för alternativ 1 ändras genom en vridning av byggnaden. Energianvändning 0 10 20 30 40 50 60 70 80 45 90 135 180 225 270 315 [grader] [k w h /m ², å r] Krav enligt BBR

Alt 1 utan solskydd Alt 1 med persienn Alt 1 med markis

α

Figur 14. Visar hur energianvändningen för alternativ 2 ändras genom en vridning av byggnaden Energianvändning 0 10 20 30 40 50 60 70 80 45 90 135 180 225 270 315 [grader] [k W h /m ², å r]

Alt 2 utan solskydd Alt 2 med persienn Alt 2 med markis Krav enligt BBR

(22)

Diskussion

5 Diskussion

För att återkoppla till de inledande raderna i rapporten med klimatförändringarna och vad vi i de olika branscherna kan göra för att minska förändringar på klimatet. Även om de idag pågår omfattande arbete med att förbättra produktionen inom byggindustrin och att samtidigt göra branschen mer miljövänlig tror jag att andra åtgärder är viktigare för att uppnå en hållbar utveckling. Jag tror att fokus ska vändas till användandet av en byggnad. Det är där den stora delen av

energiåtgången sker. Då är det även där som störst insatser borde göras. Passvihus utvecklingen för fokus till området miljö och klimat vilket ökar medvetenheten hos alla parter inom branschen.

Figur 8 visar att den energin man får av solinstrålningen inte påverkar

uppvärmningen i någon större omfattning för dessa beräkningar. Vad som bör beaktas är att i vårt klimat och kring våra breddgrader skiner solen mestadels på sommaren. Solens energi är alltså starkast under de månaderna då vi inte har störst behov av uppvärmning av bostäder. Glaspartierna blir ur både värme- och

avkylningssynpunkt en svag länk i byggnadens klimatskal. Vintertid ökar risken för kalldrag vid fönster och på sommaren ökar risken för övertemperaturer. Övertemperaturerna är en följd av solinstrålningen genom de stora glaspartierna. Väl planerade fönsterpartier med solskydd ger en god inomhusmiljö.

Energiförbrukningen i undersökningen visar på en väldigt stor skillnad mellan alternativen med solskydd och alternativen utan solskydd. I simuleringarna i programmet har ingen hänsyn tagits till vädring och om hur vädringen påverkar inomhustemperaturen. Vid goda vädringsmöjligheter minskas förmodligen energiförbrukningen för avkylningen av huset.

När passivhus på riktigt tog ett kliv in på den svenska marknaden kallade man fenomenet för ”hus utan värmesystem” och nu med våra krav på komfort borde vi kanske göra ett tillägga med ”hus utan kylsystem” som ett krav.

För om vi på allvar ska få bukt med energiproblemen i bostadssektorn så måste vi hitta lösningar som inte kräver någon extra tillförd energi. Projekteringen av passivhus blir därför extra viktig då dessa hus kan ses som förebilder för andra delar av bostadssektorn.

Beräkningsresultaten visar att passivhus är känsliga för övertemperaturer under sommarmånaderna. I beräkningarna påverkas elförsörjningen mycket av den aktiva kylningen, passivhus brukar dock inte vara utrustat med aktiv kylning. I dessa täta och välisolerade hus måste solskydd planeras med stor noggrannhet.

(23)

Diskussion

En fråga vi bör ställa oss är om vår arkitektur och dess strävan att frambringa stora fönsterpartier som skapar en öppenhet i passivhusen att föredra? Skulle vi vara beredda att offra arkitektoriska upplevelser för en minskad energiförbrukning i bostäder? Kanske borde vi fundera på hur man bygger hus på andra breddgrader och låta oss inspireras och dra lärdom av deras tekniker för hur man kan minska risken för övertemperaturer i bostäderna. Där man bygger bostaden för att vara just en bostad.

Frågan jag ställt mig under arbetets gång är om passivhus kommer att bidra till någon drastisk minskning av klimatförändringarna. Jag tror att passivhusen är ett steg mot en förändring i branschen, men det är nog inte på nyproduktionen av byggnader som vi ska lägga fokusera på. De teoretiska värdena på nyproduktionen är låga och istället borde vi söka lösningar på äldre fastigheter med höga U-värden genomgående i klimatskalet.

Teoretiska värden som räknas fram för nya hus är baserade på en

normalkonsumtion av energi. Men det är först om vi kan ändra på våra vanor som brukare av fastigheterna som vi kan se riktigt stora förändringar.

Energideklarationer kan bidra till att hyresgäster blir mer medvetna om hur deras energiförbrukning i byggnaden kan minskas.

Energideklarationerna medför att man förvandlar ett hus energiförbrukning från en mjuk parameter till en hård parameter vid försäljning av huset.

Energideklarationerna tror jag även kan bidra till att flertalet av gamla och resursslösande hus kan identifieras och åtgärdas med lämpliga metoder.

(24)

Slutsats och åtgärder

6 Slutsats och åtgärder

Passivhus är ett bra initiativ av byggbranschen och det har runt ämnet uppstått en samhällsdiskussion. Passivhus kan ses som en inledande del av arbetet med att få ner energiförbrukningen i sektorn bostäder och service.

Att upplysa och informera allmänheten om hur vi påverkar klimatförändringarna och hur vi genom små förändringar i vår livsstil kan minska skadliga

klimatförändringar är ett pågående arbete som är mycket viktigt att fortsätta med. Att bygga täta och välisolerade hus kräver ingen ny teknik, men det innebär en mer omfattande projektering. Byggbranschen borde ta fram en checklista för projektering av passivhus i stort. Även om varje byggprojekt är unikt kan en checklista ge projekterare mer tid till att undersöka och utreda nya områden inom passivhus. Grunddragen från resultaten borde sedan lagras i en databas som

branschfolk får tillgång till. En sådan databas bör enbart innehålla lösningar i stort för att konkurrensen mellan olika aktörer inte ska gå förlorad.

För att på sommartid få ett jämnt inomhusklimat skall solskydd finnas för fönster. Solskydden påverkar inte byggnaden ur uppvärmningssynpunkt i någon större utsträckning och därför kan solskydd vara fasta för att minska risken för att byggherren bantar bort solskydd som en dyr lösning en bit in i projektet. För att få byggherrar att bygga mer energisnåla alternativ krävs att marknaden efterfrågar dessa alternativ och att dessa alternativ inte blir krångligare att leva i. Det är alltså vår uppgift som konsument att ställa krav på nybyggen och arbeta för att renovering av hus med stor potential av energibesparingar blir utförda.

(25)

Referenser

7 Referenser

[1] Statens Energimyndighet, 2005 ”Energiläget 2006”, Stockholm

[2] Glad, Wiktoria. ”Aktiviteter för passivhus.” En innovations omformning

i byggprocesser för energisnåla bestadshus. 2006 (ISBN 91-85523-23-2)

[3] Pasiv Haus Institut (2007-05-21) Hämtad 13 mars 2007 från World Wide Web: http://passiv.de, (2007-05-04)

[4] Glad, 2006

[5] Statens offentliga utredningar, 2005, ”Energideklarationer: Metoder, utformning, register och expertkompetens.” Stockholm ISBN 91-38-22402-X

[6] IVL

[7] Strusoft (2007-05-21). Hämtad 15 februari 2007 från World Wide Web: http://vip.strusoft.com, (2007-05-20)

[8] Boverket, 2006 ”Regelsamling för byggande” Karlskrona 2006 ISBN 91-7147-960-0

(26)

Bilagor

8 Bilagor

[1] Allmän data [2] Ritning alternativ 1 [3] Ritning alternativ 2 [4-15] Beräkningar

(27)

Bilaga 1

Indata

Allmänn

Aktuellt Hus

Byggdelstyper 1-dimensionella - Katalog

Byggdelstyp Material Från utsida till insida

Skikt- tjocklek m Värme- ledningstal W/m²°C Densitet kg/m³ Värme- kapacitet J/Kg°C U-värde W/m²°C Delta- U-värde W/m²°C Luftläck. q50 l/s,m² YTTERVÄGG KCBRUK 0.020 1.000 1800 800 0.085 0.010 0.20 CELLPLAST 36 0.080 0.036 25 1400 REGLAR 600cc 0.145 0.045 87 961 CELLPLAST 36 0.100 0.036 25 1400 REGLAR 600cc 0.145 0.045 87 961 PLAST1 0.001 0.700 1400 1000 GIPSSKIVA 0.013 0.220 900 1100 TAKBJÄLKLAG MINERALULL 36 0.300 0.036 50 840 0.074 0.010 0.20 REGLAR 1200cc 0.200 0.040 68 900 GIPSSKIVA 0.013 0.220 900 1100 PPM DRÄN.GRUS 0.150 1.400 1800 1000 0.091 0.010 0.20 CELLPLAST 33 0.100 0.033 25 1400 CELLPLAST 33 0.100 0.033 25 1400 CELLPLAST 33 0.150 0.033 25 1400 BETONG 1.7 0.200 1.700 2300 800 BJÄLKLAG TRÄ-14 0.020 0.140 500 2300 0.203 0.010 0.00 REGLAR 600cc 0.200 0.045 87 961 SPÅNSKIVA 0.020 0.140 600 2300 INNEVÄGG REGLAR 600cc 0.095 0.045 87 961 0.414 0.010 0.00 GIPSSKIVA 0.013 0.220 900 1100 GIPSSKIVA 0.013 0.220 900 1100 Latitud 56.9 grader Beräkningsperiod-Dag 1-365 Klimatdata Växjö Klimatzon BBR12 SÖDER 49° Verksamhetstyp Bostad Markreflektion 30.00 % Vindhastighet 30.00 % av klimatdata

Allmän data för VIP+ beräkningarna

Maximal temperatur 35 °C

(28)

(29)

(30)

Alternativ 1

Resultat från beräkningar med VIP+

NORR

Kv Östra Lugnet i Växjö Aktuellt hus med aktuell drift

Period Avgiven energi kWh Tillförd energi kWh

Trans- mis- sion Luft- läck- age Venti- lation Varm- vatten Aktiv kylning Sol- energi fönster Åter- vinning vent. Åter- vinning VP Åter- vinning Spillv. Sol- fångare Person- värme Proc.- energi Värme- försörj- ning Elför- sörj- ning Mån 1 1456 136 1241 409 0 37 1074 0 0 0 306 859 954 12 Mån 2 1311 122 1110 370 0 68 958 0 0 0 277 776 823 11 Mån 3 1284 107 1083 409 0 190 917 0 0 46 306 859 566 12 Mån 4 1301 118 1130 396 209 865 669 0 0 268 296 831 130 118 Mån 5 1115 89 965 409 1052 1159 375 0 0 339 306 859 69 540 Mån 6 866 61 758 396 1409 1075 181 0 0 335 296 831 60 718 Mån 7 794 54 715 409 1993 1253 137 0 0 351 306 859 56 1011 Mån 8 850 59 755 409 1295 943 172 0 0 322 306 859 86 661 Mån 9 961 70 831 396 237 498 328 0 0 154 296 831 242 131 Mån 10 973 69 832 409 0 105 551 0 0 0 306 859 418 12 Mån 11 1101 88 947 396 0 52 796 0 0 0 296 831 544 12 Mån 12 1319 117 1135 409 0 31 976 0 0 0 306 859 795 12 Summa 13331 1090 11502 4817 6195 6276 7134 1815 3603 10113 4743 3250

Energiberäkningar för passivhus

Energiberäkningar för passivhus

med fokus på övertemperaturer

Sebastian Wangmo

EXAMENSARBETE 2007

Energiberäkningar för passivhus

med fokus på övertemperaturer

Energy calculations for passive houses

with focus on excessive temperatures

Abstract

Sammanfattning

Innehållsförteckning

1

Inledning ... 5

2

Teoretisk bakgrund ... 8

3

Metod... 11

4

Resultat... 15

5

Diskussion... 20

6

Slutsats och åtgärder... 22

7

Referenser ... 23

1 Inledning

1.1 Syfte och mål

1.2 Avgränsningar

1.3 Metodkritik

1.4 Disposition

2 Teoretisk bakgrund

2.1 Svensk historia kring passivhus

3 Metod

3.1 Passivhus alternativen

3.2 Förklaring av VIP+

3.3 Arbetsbeskrivning

4 Resultat

4.1 Värmeförsörjningen

4.2 Solenergi från fönster

4.3 Elförbrukningen

4.4 Aktiv kylning

4.5 Uppvärmning aktuellt hus

4.6 Energianvändning

5 Diskussion

6 Slutsats och åtgärder

7 Referenser

8 Bilagor

Bilaga 1

Indata

Aktuellt Hus

Allmän data för VIP+ beräkningarna

Alternativ 1

Resultat från beräkningar med VIP+

NORR

Alternativ 1

Resultat från beräkningar med VIP+

NORDOST

Bilaga 4

Alternativ 1

Resultat från beräkningar med VIP+

ÖSTER

Alternativ 1

Resultat från beräkningar med VIP+

SYDOST

Bilaga 5

Alternativ 1

Resultat från beräkningar med VIP+

SÖDER

Alternativ 1

Resultat från beräkningar med VIP+

SYDVÄST

Bilaga 6

Alternativ 1

Resultat från beräkningar med VIP+

VÄSTER

Alternativ 1

Resultat från beräkningar med VIP+

NORDVÄST

Bilaga 7