Simulering och utvärdering av en klimatpositiv byggnads energisystem : Energibedömning och fördelar kring förnybara resurser i ETC Bygg AB:s nollenergibyggnader av flerbostadstyp

SIMULERING OCH UTVÄRDERING AV

EN KLIMATPOSITIV BYGGNADS

ENERGISYSTEM

Energibedömning och fördelar kring förnybara resurser i ETC Bygg AB:s

nollenergibyggnader av flerbostadstyp

MARTINA SVANBÄCK

MY LINDSTRÖM

Akademin för ekonomi, samhälle och teknik Kurs: Examensarbete i energiteknik Kurskod: ERA206

Ämne: Energiteknik

Handledare: Allan Hawas Examinator: Anders Nordstrand

ABSTRACT

Purpose: The purpose with this project was to evaluate the environmental, social, and

economic aspects regarding two climate positive buildings in Västerås municipality in Sweden. The company responsible for the buildings, ETC Bygg AB, has assigned this task to the research group Future Energy Center (FEC) at Mälardalen University. Method: The buildings was simulated with the programs IDA ICE and PVGIS to obtain the overall energy consumption and building efficiency as well as the PV system potential. Regarding

transportation, vehicle and driver statistics was studied and adapted to the case study to estimate the tenant’s climate impact. Results: The results showed that the electricity obtained from the PV system both covers the building’s, and tenant’s estimated yearly

electricity consumption, but also with a surplus available for storage or selling. The simulated results were compared to several previous studies with similar outcome, but with slightly different results. The tenants need for climate friendly transportation resulted in a suggestion of an electric mobility station consisting of electric cars, mopeds, and bicycles to lower the tenants carbon mitigation, costs, and energy consumption. Conclusions: Conclusions from the study was that the buildings meet both the BBR, and the FEBY18 Gold requirements with their high energy efficiency, as well as that the solar power system most likely will produce enough energy to cover both building, and tenant power consumption. A conclusion can be made that the transition to electric transportation have a potential to save both a

considerable amount of energy and money for the tenants, but also the possibility to lower their collective yearly carbon mitigation. Also, that the life in a climate positive building have mostly, if not only, positive impacts on its residents.

Keywords: electric vehicle sharing, energy assessment, energy efficient buildings, IDA ICE,

NZEB, photovoltaic cells, PVGIS, zero energy buildings

Nyckelord: elfordonspool, energibedömning, energieffektiva byggnader, IDA ICE,

FÖRORD

Detta examensarbete är ett avslutande arbete inom utbildningen

Högskoleingenjörsprogrammet i Energiteknik med inriktning värmeteknik, via Mälardalens högskola. Arbetet är en kandidatuppsats och har omfattningen 15 hp.

Examensarbetet har utförts via forskargruppen Future Energy Center, för att utvärdera ETC:s klimatpositiva trähus på Öster Mälarstrand, Västerås.

Vi vill tacka våra handledare Allan Hawas och Amir Vadiee samt vår examinator Anders Nordstrand som gett oss möjligheten att utföra detta arbete och bidragit med god vägledning under arbetets gång.

Västerås, juni 2021

SAMMANFATTNING

Kraven på att minska våra klimatavtryck blir allt hårdare. Ett företag som satsat på en grön utveckling är ETC Bygg AB, som nu bygger klimatpositiva träpassivhus utrustade med solcellspaneler och bergvärme i Västerås. Utöver den klimatsmarta byggnadstekniken planeras det att införskaffa gemensamt ägda eldrivna transportmedel för dem boende. I samarbete med Future Energy Center (FEC) på Mälardalens Högskola har husen utvärderats utifrån sin energibesparing och klimatnytta, samt utifrån vilken påverkan denna typ av boende har på den upplevda levnadsstandarden.

När det gäller boende kan man energieffektivisera sitt boende och välja energikällor utifrån klimatsmarta alternativ. Ett klimatsmart alternativ är solceller, där tekniken utvecklats snabbt under de senaste åren. Ett företag som utvecklar och testar olika typer av

solcellsteknologi är ETC Solpark. Tillsammans med systerbolaget ETC Bygg AB har de fokus på att bygga klimatsmarta boenden med låg energianvändning.

Syftet med arbetet är att utvärdera fördelar respektive utmaningar med implementering av förnybara energikällor som solceller i en klimatpositiv byggnad, hur dessa resurser kan fördelas och förbrukas gemensamt, samt dess påverkan på levnadsstandarden hos de boende. För att uppfylla syftet besvarades frågeställningar gällande solcellernas genererade energi och energibesparingen från de gemensamma fordonen. Ekonomiska, sociala och

miljömässiga aspekter rörande detta utreddes.

En litteraturstudie gjordes för att få en bredare kunskap inom energisystem i klimatpositiva byggnader. Här insamlades information om klimatsmarta hus, solenergi och dess

energibesparing samt information gällande gemensamt brukande av elektriska fordon. Även tidigare studier på byggnaderna studerades. Grundförutsättningarna för fallstudiens

byggnader togs fram med hjälp av BEM-programmet IDA ICE, som är ett simuleringsverktyg som används för att ta fram bland annat energianvändning och effektbehov för byggnader. För simulering av solcellssystemet användes programmet PVGIS, som beräknar

solinstrålningen samt elproduktionen för ett solcellssystem utifrån klimatdata. Områden som byggnadens konstruktion, ventilations-, uppvärmnings- samt solcellssystem presenteras under den aktuella studien. Även en utvärdering av transportbehovet och de ekonomiska aspekter som tagits hänsyn till presenteras. Projektets miljöpåverkan har också undersökts för ovan nämnda områden.

Resultaten från IDA ICE visar att byggnadens primärenergital klarar BBR-kraven samt kraven på värmeförlusttalet för att få märkas med “Projekterat enligt FEBY Gold”. Resultaten visar att byggnaden även klarar energimärkningen A. Totalt krävs en energitillförsel på 25 794 kWh per år och byggnad. Resultatet från IDA ICE jämfördes också med en tidigare energiberäkning som utförts på byggnaderna. Byggnadernas tidskonstant skiljer sig markant mellan studierna med 279,5 timmar respektive 460,8 timmar där den tidigare visar på en uppskattat tyngre byggnad. Gällande värmegenomgångskoefficienten (Um) blev resultaten däremot likvärdiga med 0,21 W/m2_{,K respektive 0,22 W/m}2_,K.

I resultaten från PVGIS kan det observeras att sydostläget gav en högre utdelning på totalt 40 369 kWh jämfört med 21 032 kWh i nordvästligt läge, och är således det fördelaktigare

läget för byggnaden. Störst påverkan har väderstrecket för de lutande modulerna, då sydostläget gav ett högre resultat trots en lägre installerad effekt jämfört med nordvästliga läget. Jämfört med den erhållna solenergin från byggnadens solcellssystem på 61 401 kWh per år förväntas ett överskott motsvarande 17 949 kWh per år och byggnad efter att

byggnadens och de boendes elbehov är tillgodosett.

Vid ett gemensamt engagemang att kollektivt övergå till eldrivna bilar från bensin- och dieselbilar kan stora besparingar göras. Om all el till fordonen köps in från elnätet är

drivmedelskostnaden 32,3% respektive 36,1% av den ursprungliga vid fossil drift. Används i stället den egenproducerade elen från solpanelerna kan kostnaderna minska till 5,4% respektive 6,0% av de ursprungliga kostnaderna för bensin och diesel. Den förväntade energianvändningen har beräknats minska med 62,1% respektive 60,8%. Gällande

koldioxidutsläpp minskar dessa med 94,6% respektive 93,3%. Går man dessutom över till bilpoolsverksamhet i stället för privat ägande minskas siffrorna ytterligare med 28–45%. I diskussionen uppmärksammas möjliga orsaker till den lägre tidskonstanten än i den tidigare energiberäkningen som utförts för samma byggnad. Orsaken antas främst bero på förenklingen av materialvalen samt andel innerväggar som bortsetts från i modelleringen vilket bidragit till en lättare byggnadsmassa. Utifrån ett tidigare arbete konstaterades även mindre utsläpp av växthusgaser för en byggnad av KL trä jämfört med betong. Dessutom kan en klimatförbättrad betong resultera i 45 % mindre klimatavtryck, vilket används för denna byggnad. Även inverkan av skugga på solcellssystemet har belyst där det i dagsläget inte finns någon intilliggande byggnad som kan komma att påverka modulerna. Däremot är området tätbebyggt och flertalet byggnader kan i framtiden tillkomma.

För transporterna har tillgången varit en viktig faktor relaterat till de gemensamt brukande transporterna. Områdets möjligheter till en bil eller mobilitetspool anses fördelaktig på grund av närheten till olika butiker samt tillgång till bussförbindelser och centralstationen i närheten. Utifrån levnadsstandarden förväntas de flesta klimatsmarta valen ha en positiv inverkan på levnadsstandarden som exempelvis behagligare inomhusklimat samt tillgången till de gemensamma resurser som leder till ekonomiska och miljömässiga besparingar. De felkällor som nämnts är främst utifrån de förenklingar av modelleringen som utförts. Däremot klarades de byggnadsmässiga kraven samt kraven för certifieringen, även med en troligtvis högre energiförbrukning än det verkliga resultatet. Sammanfattningsvis har denna utvärdering av ETC:s klimatpositiva byggnad påvisat sociala, ekonomiska och miljömässiga fördelar utifrån denna typ av klimatsmart boende.

Nyckelord: elfordonspool, energibedömning, energieffektiva byggnader, IDA ICE,

INNEHÅLL

2.2 Beräkningar och program ... 4

3 LITTERATURSTUDIE ...7

3.1 Klimatsmarta byggnader ... 7

3.2 Solenergi ...10

3.3 Elektriska transportmedel ...12

4 AKTUELL STUDIE ... 15

4.1 Byggnadsrelaterade beräkningar och simulering i IDA ICE ...15

4.2 Solcellssystem och övriga resurser ...22

4.3 Transportmedel ...24

5 RESULTAT ... 26

5.1 Byggnadsprestanda baserat på simulering i IDA ICE ...26

5.2 Solenergi och mötandet av elbehov ...29

5.3 Transporter ...31

5.4 Sammanfattning av resultat ...37

6.1 Tolkning och diskussion av resultatkapitlet ...38

6.2 Felkällor och diskussion av metodval ...42

7 SLUTSATSER ... 44

8 FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE... 45

REFERENSER ... 46

BILAGA 1: EXCEL-FIL FÖR TABELLER & BERÄKNINGAR ... 50

BILAGA 2: TIDIGARE UTFÖRD ENERGIBERÄKNING ... 51

BILAGA 3: PLACERING AV HUS A & HUS B ... 55

BILAGA 4: VÄGGKONSTRUKTIONER ... 56

BILAGA 5: DÖRR- & FÖNSTERSPECIFIKATIONER ... 57

BILAGA 6: RITNINGAR AV BYGGNADERNA ... 58

BILAGA 7: MATERIALSPECIFIKATION FÖR LUFTBEHANDLING ... 62

BILAGA 8: MATERIALSPECIFIKATION FÖR RÖRANLÄGGNING ... 66

BILAGA 9: PVGIS RESULTAT ... 71

FIGURFÖRTECKNING

Figur 1. Sammanställning av årsvis globalstrålning i Sverige där kurvan motsvarar ett

utjämnat förlopp (Används med tillåtelse av SMHI). ...12

Figur 2. Geografiskt läge från Google Maps. ... 15

Figur 3. Byggnadernas utseende i dagsläget. ...16

Figur 4. Balkongernas utseende i dagsläget. ...16

Figur 5. Modellerad byggnad i IDA ICE, västsida. ... 26

Figur 6. Modellerad byggnad i IDA ICE, östsida. ... 26

Figur 7. Jämförelse mellan el- och fossil drift om samtliga hushåll kört med samma drivmedel. ... 35

Figur 8. Jämförelse av energiförbrukning vid kortare körsträcka. ... 36

Figur 9. Jämförelse av koldioxidutsläpp vid kortare körsträcka. ... 36

Figur 10. Jämförelse av kostnad vid kortare körsträcka. ... 36

TABELLFÖRTECKNING

Tabell 2. Fördelning av lägenheter för respektive byggnad samt uppskattat antal boende. .... 17

Tabell 3. Materialval samt tjocklek för byggnadens väggar. ... 18

Tabell 4. Materialval samt tjocklek för bjälklag och tak. ... 18

Tabell 5. Specifikationer för byggnadernas fönster samt glasdörrar. ... 18

Tabell 6. U-värden för byggnadens klimatskal. ...19

Tabell 7. Specifikation för luftbehandlingsaggregat. ...19

Tabell 8. Specifikation för värme- och kylbatteri... 20

Tabell 9. Specifikation för individuellt värmebatteri. ... 20

Tabell 10. Uppvärmningssystemets beståndsdelar. ... 20

Tabell 11. Specifikation för bergvärmepump. ...21

Tabell 12. Byggnadens kompaktradiatorer. ...21

Tabell 13. Grundläggande inställningar för simulering av solcellssystem. ... 23

Tabell 14. Byggnadens mötande av ställda krav. ... 27

Tabell 15. Fördelning av levererad energi. ... 27

Tabell 16. Specificering av konstruktionsdelarnas U-värden. ... 28

Tabell 17. Jämförelse av energiberäkningar för den aktuella och tidigare studien. ... 28

Tabell 18. Sammanställt resultat av solcellssystemet för sydöst samt Nordvästerläge ... 29

Tabell 19. Sammanställt resultat av solcellssystemet för öster- samt västerläge. ... 30

Tabell 20. Sammanställt resultat av solcellssystemet för norr- samt söderläge. ... 30

Tabell 21. Förväntad elförbrukning. ... 31

Tabell 22. Fordonsinnehavet i respektive hushållskategori i snitt. ... 32

Tabell 24. Fordonsbehovet för respektive hushållstyp. ... 32

Tabell 25. Fördelningen av respektive drivmedelstyp bland de boende. ... 33

Tabell 26. Indata för drivmedel. ... 33

Tabell 27. Bränsle- samt energiförbrukning per fordon och år. ... 34

Tabell 28. Jämförelse mellan el- och fossil drift om samtliga hushåll kört med samma drivmedel. ... 34

Tabell 29. Jämförelse vid 45% kortare körsträcka. ... 35

Tabell 30. Sammanställning av resultat från samtidiga avsnitt. ... 37

BETECKNINGAR

Beteckning Beskrivning Enhet

A Area [m2_] B En bil [%] C Minst 2 bilar [%] HT Värmeförlustkoefficient [W/K] Um Värmegenomgångskoefficient [W/m2_{, K]} VTF Värmeförlusttal [W/m2_{, Atemp]}

FÖRKORTNINGAR

BED Boverkets föreskrifter och allmänna råd om energideklaration för byggnader

BEM Building Energy Modeling

CLT Cross Laminated Timber

EPBD Energy Performance of Buildings Directive FEBY Forum för Energieffektivt Byggande

Förkortning Beskrivning

KL trä Korslimmat trä MS Excel Microsoft Excel

NREL National

NZEB Net/Nearly Zero Energy Building NZEC Nearly Zero Energy Community

PVGIS Photovoltaic Geographical Information System STC Standard Test Conditions – de standardtesterna som

utförs på solcellsmodulerna vid tillverkning

DEFINITIONER

Definition Beskrivning

Azimut En ytas vridningsvinkel från söder. Där sönder = 0°, väster = 90°, öster - 90°

BEM-program Beräkningsprogram för byggnader, där man

modulerar och simulerar byggnadens energisystem. Bilpool Personer som delar på ett eller flera fordon.

By-passdiod Strömmens förbiväg till nästa kolumn, ifall någon solcell skuggas.

1

INLEDNING

Kraven på att minska våra klimatavtryck blir allt hårdare, även intresset för att minska dessa ökar såväl hos privatpersoner som företag. Ett företag som satsat på en grön utveckling är ETC Bygg AB, som nu bygger klimatpositiva flerfamiljshus i bland annat Västerås. De aktuella husen för projektet planerades stå färdiga i februari 2020, och är träpassivhus utrustade med solcellspaneler och bergvärme. På grund av den (i skrivande stund) rådande pandemin har projektet haft svårigheter, men planeras vara färdigt för inflyttning i juni 2021. Utöver den redan klimatsmarta byggnadstekniken planeras det, för att ytterligare minska sitt klimatavtryck, att införskaffa gemensamt ägda eldrivna transportmedel för dem boende. ETC Bygg AB har fått finansieringsstöd från Boverket för sitt innovativa projekt (stöd för innovativt och hållbart byggande av bostäder) och Mälardalens Högskola (MDH) är med i projektet för att utvärdera effektiviteten av energisystemet. I samarbete med Future Energy Center (FEC) på MDH har husen därför utvärderats utifrån sin energibesparing och

klimatnytta, samt undersökts vilka tekniska utmaningar projektet står inför gällande delningen av de gemensamma resurserna. En annan viktig aspekt som har utvärderats är vilken påverkan denna typ av byggnad har på den upplevda levnadsstandarden hos de boende. Detta examensarbete har fokuserats på att utvärdera ovan nämnda punkter.

1.1

Bakgrund

Enligt Naturvårdsverket (2021) har privatpersoner en stor påverkan på klimatet och menar att det främst beror på människors val av resor och inköp. De nämner även att de beror på hur den offentliga sektorn tar ansvar och hur näringslivet förhåller sig till klimatsmarta val. När det gäller boende menar de att man kan välja att energieffektivisera sitt boende och välja energikällor utifrån klimatsmarta alternativ för att minska uppvärmningsbehovet. Ett

klimatsmart alternativ är solceller, som blir allt vanligare i Sverige. Enligt

Energimyndigheten (2020) har tekniken kring solceller utvecklats snabbt under de senaste åren och därför medfört att priset för solceller blivit lägre. Förutom att installera solceller för lokalt bruk på till exempel båtar eller sommarstugor, har utvecklingen gjort det möjligt att ansluta solcellsanläggningen till elnätet.

Ett företag som utvecklar och testar olika typer av solcellsteknologi är ETC Solpark. Syftet med parken har varit att kunna visa alla solenergins möjligheter och sprida kunskap till både företag och privatpersoner. Tillsammans med systerbolaget ETC Bygg AB har de fokus på att

Den installerade solcellsanläggningen gör de möjligt för de boende i ETC Bygg AB:s bostäder att dela på ett gemensamt elabonnemang, som ägs och levereras av systerbolaget ETC El AB. Det gemensamma abonnemanget ger hyresgästerna en möjlighet att dela på nätavgiften och betala för den förbrukade elen i det egna hushållet till leverantören. Överskottet som inte används av hyresgästerna levereras till utomstående konsumenter, vilket bidrar till besparing av kostnader och energi (ETC Bygg AB, 2021).

ETC Bygg AB har även ett samarbete med forskargruppen FEC, bestående av professorer, forskare och doktorander på Mälardalens Högskola med uppgiften att undersöka framtidens energilösningar för att minska klimatavtrycket. ETC Bygg AB har därför gett FEC i uppdrag att utvärdera deras klimatpositiva byggnader utifrån energibesparing, klimatnytta och tekniska utmaningar som kan uppstå. De utvärderar även hur levnadsstandarden påverkas i denna typ av boende. Via FEC kommer detta examensarbete innehålla utvärderingen av ETC:s klimatpositiva byggnader belägna på Öster Mälarstrand i Västerås utifrån punkterna som beskrivits ovan.

1.2

Problemformulering

Det är alltså samarbetet mellan ETC och FEC som ligger till grund för arbetet. Att kritiskt utvärdera ETC:s klimatpositiva byggnader är ett av dem uppdrag som FEC fått, vilket innefattar en energikartläggning av dessa samt möjligheterna till ett gemensamt brukande och tillförande av klimatsmarta resurser. I detta innefattas omsättningen av energi, vilka resurser som kan vara gemensamma för de boende samt hur dessa områden och

anpassningar påverkar de boendes upplevda levnadsstandard.

Ett av fokusområdena som är intressant för detta arbete är implementeringen av

solcellsmoduler på husens tak, samt lägenheternas balkonger. En undersökning har gjorts utifrån hur stor klimatnytta detta ger, samt hur väl denna energi motsvarar behovet hos byggnaderna och dess boende. Ett annat fokusområde som valts ut är möjligheten till ett gemensamt brukande av elektriska transportmedel i form av en elfordonspool, eller mobilitetstation. Även här var fokus att utvärdera klimatnytta, de tekniska utmaningarna samt den upplevda levnadsstandarden.

1.3

Syfte

Syftet med arbetet är att utvärdera fördelar respektive utmaningar med implementering av förnybara energikällor i en klimatpositiv byggnad, hur dessa resurser kan fördelas och förbrukas gemensamt, samt dess påverkan på levnadsstandarden hos de boende.

1.4

Frågeställningar

För att uppfylla arbetets syfte har följande frågeställningar formulerats och besvarats: • Hur mycket energi kan erhållas från byggnadernas solcellsanläggningar och hur väl

tillgodoser den energin byggnadens och dess boendes energibehov?

• Hur mycket energi kan sparas genom att de boende gemensamt brukar elektriska transportmedel i stället för fossildrivna fordon och vilka ekonomiska och

miljömässiga fördelar medför detta?

• Vilken påverkan på den upplevda levnadsstandarden har livet i ett klimatsmart hus, med hänsyn taget till förnybara energikällor och brukande av boendets gemensamma resurser?

1.5

Avgränsningar

De klimatpositiva byggnaderna är nyproducerade och har i dagsläget inte några boende. Möjligheten att jämföra resultatet från simuleringen med det verkliga underlaget finns i dagsläget inte, eftersom underlag för bland annat användning av elektriska transportmedel och energiförbrukning inte tagits fram ännu.

Några djupare ekonomiska aspekter är inte heller någonting som har undersökts under detta arbete, men vissa enklare ekonomiska analyser förekommer. I exempelvis transportkapitlet har avgränsningen gjorts med enbart hänsyn till drivmedelskostnader och inga övriga ekonomiska aspekter på grund av konceptets komplexitet som inte ryms i detta arbete. Resultatet som redovisas får således vägas mot resterande för situationens relevanta utgifter och intäkter.

För simulering av den klimatpositiva byggnaden har vissa förenklingar i BEM-program gjorts (i detta fall IDA ICE). Detta innefattar exempelvis konstruktionsmaterial och uppbyggnad av uppvärmningsanläggningen vilket förklaras i sitt sammanhang. Möjligheter för lagring av energi har inte undersökts djupare under detta arbete utan föreslås som ett förslag till fortsatt arbete.

2

METOD

Examensarbetet baserades på en litteraturstudie för en inledande fördjupning i ämnet, följt av en utredning av fallstudien genom diverse beräkningsprogram och simuleringar. En insamling av statistik och schablonvärden gjordes även och implementerades i arbetet.

2.1

Litteraturstudie

Litteraturstudien gjordes för att få en bredare och fördjupad kunskap inom ämnet

energisystem kopplade till klimatpositiva byggnader. Här insamlades information med fokus på nollenergihus, solenergi och dess energibesparing samt information gällande gemensamt brukande av elektriska fordon. Fördjupningen baserades främst på vetenskapliga artiklar och myndighetshandlingar och låg till grund för att kunna besvara arbetets frågeställningar på ett omfattande sätt.

2.2

Beräkningar och program

De beräkningar och program som använts för studien förklaras nedan och följs av avsnitten Övriga beräkningar samt Ekvationslista. Programmen som använts är IDA ICE och PVGIS.

2.2.0

IDA ICE

Grundförutsättningarna för fallstudiens byggnader togs fram med hjälp av BEM-programmet IDA ICE. Resultaten baserades på givna data från handledare samt insamlade data från ETC Bygg AB:s hemsida. Versionen 4.8 SP2 Expert har använts för projektet.

IDA ICE är ett simuleringsverktyg som används för att ta fram bland annat energianvändning och effektbehov för byggnader. Programvaran ger möjlighet att modellera en verklig byggnad utefter dess konstruktion och energisystem. Simuleringarna anpassar resultatet utefter byggnadens geografiska position genom att ta hänsyn till flerårigt insamlade klimatdata. IDA ICE är väl utvecklat och används i flertalet studier även globalt. Programvaran fungerar som hjälpmedel till exempelvis att energieffektivisera en äldre byggnad eller för att simulera förutsättningar för en nybyggnation (EQUA u.å.).

I IDA ICE byggs en 3D-modell av byggnaden där samtliga konstruktionsmaterial anges, köldbryggor och läckage ställs in och uppvärmnings- och ventilationssystemet beskrivs för att ge en så korrekt bild av byggnaden som möjligt inför simuleringen. Planlösningen delas in i zoner, där olika indata kan matas in för respektive zon gällande exempelvis personbelastning, belysning, energitillskott och vädringsförluster som kan påverka resultaten. Indata kan schemaläggas om faktorerna enbart påverkar under vissa tider eller dagar.

2.2.1

PVGIS

För simulering av solcellssystemet användes programmet PVGIS, ett webbaserat program som används på flera platser i världen. Programmet är gemensamt utvecklat av EU och beräknar solinstrålningen samt elproduktionen för ett solcellssystem utifrån klimatdata för en angiven plats. Beräkningsmöjligheter finns för Europa, Afrika och vissa delar av Asien samt Amerika (EU Science Hub, 2021). Den angivna positionen bestäms utefter latitud och longitud samt att azimutvinkeln anges enligt –90° i öster, 0° i söder, 90° i väster och 180° i Norr.

Programmet har olika solinstrålningsdatabaser som baseras på satellitdata, samt kompletteras av beräkningar av solstrålningen på marknivå för ett mer korrekt resultat. Dessa databaser är anpassade för olika platser i världen, där exempelvis Europa har databaser som är utformade för högre latituder och innefattar en klimatanalys utöver satellitdata (Stridh, 2020). För studien användes PVGIS 5.1 vilket i nuläget är den senaste versionen av programmet.

2.2.2

Transporter

För beräkningar kopplade till transporter samlades främst statistik in för bland annat resvanor, fordonsinnehav, fordonsbehov och diverse miljöstatistik. Resultaten från detta anpassades utefter fallstudien för att ge en uppfattning om vilka aspekter som kan tänkas påverka denna. Vidare beräkningar utfördes utifrån den hämtade statistiken.

2.2.3

Övriga beräkningar

Kompletterande beräkningar och samanställningar av resultaten som tabeller och diagram gjordes med hjälp av MS Excel. Dessa bifogas i sin helhet som Bilaga 1: Excel-fil för Tabeller

& beräkningar.

2.2.4

Ekvationslista

De ekvationer som använts för Övriga beräkningar har summerats kapitelvis i ekvationslistan nedan: Byggnader 𝑉𝐹𝑇𝐷𝑉𝑈𝑇 = 𝐻𝑇∗(21−𝐷𝑉𝑈𝑇) 𝐴_{𝑡𝑒𝑚𝑝} [ 𝑊 𝑚2_{, 𝐴} 𝑡𝑒𝑚𝑝] Ekvation 1

Solenergi och elbehov

𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑒𝑟𝑎𝑑 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 𝑝𝑒𝑟 𝑡𝑎𝑘𝑠𝑖𝑑𝑎 = 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 ∗ 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒𝑟 [𝑘𝑊𝑝] Ekvation 2 Beräkning av installerad solcellseffekt.

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 = ∑ 𝑆Öℎ𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙+ 𝑁𝑉ℎ𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙+ 𝑆ö𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔+ 𝑁𝑉𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔 [𝑘𝑊ℎ] Ekvation 3 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑟å𝑙𝑛𝑖𝑛𝑔 = ∑ 𝑆Öℎ𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙+ 𝑁𝑉ℎ𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙+ 𝑆ö𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔+ 𝑁𝑉𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔 [ 𝑘𝑊ℎ 𝑚2] Ekvation 4 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = ∑ 𝑆Öℎ𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙+ 𝑁𝑉ℎ𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙+ 𝑆ö𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔+ 𝑁𝑉𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔 [𝑘𝑊ℎ] Ekvation 5 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑎 𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑟 = ∑ 𝑆Öℎ𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙+ 𝑁𝑉ℎ𝑜𝑟𝑖𝑠𝑜𝑛𝑡𝑒𝑙𝑙+ 𝑆ö𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔+ 𝑁𝑉𝑙𝑢𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔 [%] Ekvation 6 Ekvation 3–6: Solcellssystemets totala årliga resultat.

Ekvationerna är beskrivna utefter fallstudiens placering där SÖ och NV är modulernas placering.

𝐻𝑢𝑠ℎå𝑙𝑙𝑠𝑒𝑙 = 20 ∗ 𝐴 [𝑘𝑊ℎ] Ekvation 7

Beräkning av hushållselförbrukning där 20 kWh/m2_{,Atemp är ett schablonvärde och A representerar}

den totala arean i m2_.

Transport

𝐵𝑖𝑙𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣 = 𝐻𝑢𝑠ℎå𝑙𝑙 ∗ (𝐵 + 𝐶) [𝑠𝑡] Ekvation 8

Beräkning av bilbehovet B = behov av en bil [%] C = behov av minst 2 bilar [%]

Hushåll = Antalet hushåll för respektive hushållstyp [st]

𝐹ö𝑟𝑑𝑒𝑙𝑛𝑖𝑛𝑔 𝑎𝑣 𝑑𝑟𝑖𝑣𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙𝑠𝑡𝑦𝑝 = 𝐴𝑛𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑟𝑖𝑣𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙𝑠𝑡𝑦𝑝 ∗ 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑛 𝑎𝑣 ℎ𝑢𝑠ℎå𝑙𝑙 [𝑠𝑡] Ekvation 9 Där fördelningen av drivmedelstyp är antalet bilar fördelat på bensin, diesel, laddhybrid samt el.

Å𝑟𝑙𝑖𝑔𝑡 𝑢𝑡𝑠𝑙ä𝑝𝑝 𝐶𝑂2 = 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑙𝑎𝑟 ∗ 𝐵𝑟ä𝑛𝑠𝑙𝑒𝑓ö𝑟𝑏𝑟𝑢𝑘𝑛𝑖𝑛𝑔 ∗ 𝐶𝑂2𝑢𝑡𝑠𝑙ä𝑝𝑝 [ 𝑘𝑔 𝐶𝑂2

å𝑟 ] Ekvation 10 Beräkning av årligt utsläpp CO2 är den mängd koldioxid som släpps ut är räknat per byggnad.

3

LITTERATURSTUDIE

Följande kapitel innehåller den litteraturstudie som utförts. Inledningsvis behandlas klimatsmarta byggnader ur ett EU-perspektiv för att sedan fokuseras mer lokalt på den svenska marknaden. Studien innefattar sedan ett avsnitt om solenergi och dess potential i nutid och framtid. Kapitlet avslutas med elektriska transportmedel kopplat till resvanor samt sociala och ekonomiska perspektiv.

3.1

Klimatsmarta byggnader

För att bygga klimatsmart krävs att man har flertalet aspekter i åtanke. Allt från miljövänliga materialval, värmeförlusttal, effektiv ventilation till energismarta installationer. Som ett stöd i detta finns lagar och förordningar som kontinuerligt reglerar marknaden i en miljövänligare riktning.

I Sverige och Europa styrs vi till stor del av direktiv och beslut tagna i Europeiska

Parlamentet. För att stimulera till klimatsmarta val kom EU år 2010 med direktivet Energy

Performance of Buildings Directive (EPBD) följt av Energy Efficiency Directive år 2012.

Tillsammans ligger direktiven som ett hjälpmedel för att nå EU:s gemensamma mål gällande energieffektivt byggande fram till år 2050 för att i sin tur uppfylla Parisavtalet (European Parliament, 2012) (European Commission, 2019).

De primära målen för direktiven är att:

• Till år 2050 åstadkomma ett energieffektivt och koldioxidneutralt byggnadsbestånd. • Skapa en stabil miljö för investeringsbeslut.

• Möjliggöra för konsumenter och företag att fatta informerade beslut för att spara energi och pengar.

För att nå målen har direktiven uppdaterats 2018 och 2020 med stöd av Clean energy for all

Europeans package respektive the European green deal. Det sistnämnda fokuserar på att

öka renoveringstakten i EU med minst det dubbla fram till 2030 för att minska redan

befintliga byggnaders klimatpåverkan. Clean energy for all Europeans package innehåller 8 akter som berör bland annat byggnaders energiprestanda, förnybar energi, byggnaders effektivitet samt modernisering av energimarknaden (European Commission, 2020). Till följd av direktiven blev det således lag i EU 2021 att alla nya byggnader, såväl bostäder som offentlig verksamhet ska vara energieffektiva. Eller mer konkret, vara så kallade Nearly Zero Energy Buildings (NZEB) (European Commission, u.å.).

någon typ av förnybar energikälla, exempelvis solcellsmoduler. Kraven för NZEBs inom EU skiljer sig mellan medlemsländerna, mycket på grund av de stora klimatvariationerna och ländernas övriga förutsättningar. Exempelvis har en byggnad i EU:s nordligaste länder ett uppenbart större uppvärmningsbehov jämfört med en byggnad i de sydligare delarna. Ofta hamnar diskussionen rörande energieffektivitet på nivån för enskilda byggnader, men studier på NZEBs finns även i större skala. Ett scenario som studerats av Nematchoua m.fl. (2020) i Belgien innefattar effekterna av att som kvarter tillsammans konvertera sina byggnader till NZEBs och då bilda ett Nearly Zero Energy Community (NZEC). Nematchoua m.fl. hävdar att man genom renovering av befintliga byggnader, brukandet av elektriska transportmedel samt installation av solcellsmoduler på samtliga byggnader i ett kvarter, kan minska energianvändningen med 90% jämfört med nuvarande förbrukning år 2020. Studien behandlar 9 olika typer av kvarter som går att återfinna i stora delar av EU och tar då även hänsyn till de boendes resvanor vilket visar sig ha en stor inverkan på hur lyckat ett NZEC blir.

På mer lokal nivå i Sverige regleras byggandet genom Boverkets byggregler (BBR) samt Boverkets föreskrifter och allmänna råd om energideklaration för byggnader (BED). Dessa har anpassats över tid för att nå upp till EU:s direktiv och lagar gällande energieffektivisering och nu senast också NZEBs (Boverket, 2018).

3.1.1

Märkningen FEBY18

Som komplement till BBR och BED som ger den övergripande regleringen för byggnationer i Sverige finns klassificeringen FEBY18 (utveckling av den tidigare FEBY12). Föreningen

Forum för Energieffektivt Byggande är ansvariga för klassificeringen och verkar för att bidra

till, som framgår av namnet, energieffektivt byggande i Sverige. Märkningen tar hänsyn till brister och kryphål som i dagsläget finns i BBR vilka då utreds för att ge en mer komplett bild av en byggnads faktiska prestanda (Forum för Energieffektivt Byggande, 2018). Stort fokus läggs vid en byggnads tillförda primärenergi, samt tiden på dygnet och året som denna energi tillförs då detta i sig är en påverkande faktor för en byggnads klimatpåverkan.

Märkningen delas upp i tre nivåer, Guld, Silver och Brons, där respektive nivå har olika hårda krav och kriterier att uppfylla. Kraven skiljer sig även beroende på om byggnaden är ett småhus, flerbostadshus eller en lokal. De faktorer som utreds för samtliga är dock följande:

• Byggnadens värmeförlusttal, VFTDVUT. • Den tillförda årsenergin.

• Ljudkrav på ventilationssystemet.

• Krav på max luftläckning genom klimatskärm. • Solvärmelasttal (SVL).

• Fuktsäkerhetsplan ska finnas.

• Kontrollplan (för större byggnader, >600 m2_).

Uppfyller byggnaden ovanstående krav får den märkas med

“Projekterat/Certifierat/Verifierat enligt FEBY18 Guld/Silver/Brons”. Där “Projekterat” används om bygganden rent teoretiskt uppfyller kraven, “Certifierat” om byggnaden även granskats av ett av FEBY utsett granskningsorgan och “Verifierat” ifall en oberoende tredje part granskat och utfört mätningar på byggnaden.

För fullständiga kriterier och villkor hänvisas till Forum för Energieffektivt Byggandes

dokument “Kravspecifikation för energieffektivt byggande”. Här finns även underlag för vilka beräkningar som utförs och vilka installationer som inräknas i poängsystemet för

energieffektiva installationer. Även en bilaga med råd för energieffektivt byggande finns bifogad i samma dokument.

3.1.2

Tidigare studier på byggnaderna

För att få en bättre inblick i vad som redan utvärderats för byggnaderna i fallstudien gjordes en studie av tidigare arbeten. En tidigare energiberäkning har studerats samt två tidigare examensarbeten som utförts med just ETC Bygg AB:s byggnader i Västerås i fokus.

Ena arbetet, av Isvoosig & Öberg (2020), belyser byggnadsmaterialens miljöpåverkan med de klimatvänliga materialen som används i projektet jämfört med konventionella byggmaterial. I studien nämns det att det idag saknas krav på byggnadsmaterialens klimatpåverkan inom byggbranschen, men att övergripande mål och bestämmelser finns. Det nämns även att ETC Bygg AB med sina miljövänliga klimatval sänkt byggnadernas klimatpåverkan väsentligt genom att använda sig av klimatförbättrad betong till grunden, KL-trä till stommen samt träfiberisolering och cellulosa i väggkonstruktionen. En annan viktig aspekt som diskuteras är huruvida de klimatvänliga materialen innebär några hinder eller försvårar byggprocessen, vilket ofta lyfts fram som ett argument för att välja bort dessa. Några sådana problem hade inte stötts på, varken ekonomiska eller konstruktionsmässiga.

Det andra arbetet, av Paramio & Erstrand (2020), undersöker återbetalningstiden för

byggnadernas solcellssystem, skillnader mellan olika för arbetet relevanta energimärkningar samt vilka möjligheter byggnaderna i fråga har att i framtiden bli certifierade enligt

nationella och internationella standarder. Resultatet av studien visar goda möjligheter för byggnaderna att certifieras, även om ETC Bygg AB själva inte hade några planer på detta när arbetet utfördes. Återbetalningstiden för solcellssystemet beräknades till ca 10 år, vilket i dagsläget är en rimlig tidsangivelse som stämmer väl överens med liknande studier. Den tidiga energiberäkningen är utförd av Eek (2020), en av de mest insatta personerna i ETC:s klimatpositiva byggnader. Enligt Eeks energiberäkning uppfylldes BBR-kraven och även de för klassificeringen FEBY18 Guld med följande värden presenterade i Tabell 1. Resultat av tidigare studie. Byggnadstypen konstaterades även som halvtung med en tidskonstant på 19,2 dagar eller motsvarande 460,8 timmar.

Tabell 1. Resultat av tidigare studie.

Värmeförlusttal (VTF) 13,3 W/m2_,Atemp

Primärenergital 10,2 kWh/m2_,Atemp

Värmegenomgångskoefficient (Um) 0,22 W/m2_,K

Den fullständiga energiberäkningen är bifogad som Bilaga 2: Tidigare utförd

Energiberäkning

3.2

Solenergi

Ett viktigt område som diskuteras i byggandet av klimatsmarta byggnader är tillförseln av förnybar energi. Ett snabbt expanderande sådant energislag i Sverige är solenergin. I en Excel-rapport utgiven av Energimyndigheten (2019), redovisas att solenergin i dagsläget bidrar med omkring 1 TWh till den totala tillförda energin i Sverige, vilket motsvarar cirka 1 % av den totala tillförseln. Energimyndigheten (2020) lyfter även fram ett strategiförslag för att kunna göra en ökning av Sveriges solelanvändning, där målet är att solenergin ska stå för 5–10% av Sveriges totala elanvändning år 2040.

I en artikel uppskattar Yang (2020) att Sveriges användbara takyta för solceller är 504 km2 med en potentiell kapacitet att installera 65–84 GWp. Specifikt för Västerås som är aktuellt för denna studie finns det 5,74 km2 _{användbar takyta vilket kan motsvara en årlig}

elproduktion på 626–801 GWh med en potentiell kapacitet på 727–956 MWp. Den uppskattade arean innefattar inte industribyggnader samt byggnader med sämre

förutsättningar för solcellsmodulernas prestanda. Genom utnyttjande av just takinstallerade solcellssystem kan länder utöka sina förnybara energikällor och samtidigt spara på landets markyta.

3.2.0

Solenergins förutsättningar

För att lyckas med solenergi och uppnå optimal prestanda krävs att man uppfyller vissa förutsättningar. I en rapport av Stridh m.fl. (2020) nämns att solcellsmodulernas prestanda testas under Standard Test Conditions (STC), där testet visar den teoretiska effekt modulen kan producera under standardiserade förhållanden. Förhållandena innebär en strålning på 1000 W/m2_{, solcelltemperatur på 25 °C och en lufttäthet på 1,5. De rådande förhållandena} under standartesterna skiljer sig dock från de som modulen kommer att utsättas för i verkligheten. Till skillnad från standardtesterna varierar förhållandena i realiteten och påverkar därför den erhållna effekten för modulen.

Enligt Lejestrand (2021) har solcellerna en hög effektivitet när klimatet är kallare, solen skiner och det förekommer reflektioner mot snön. På grund av detta är energin från solen inte lönsammast under de varmaste månaderna utan omkring skiftet mellan vinter-vår. Däremot leder den högre strålningsintensiteten som resulterar i varmare förhållanden till mer nyttig energi, även om solcellerna har en lägre effektivitet.

En idé som beskrivs av Landbris & Thunqvist (2018) är att försöka kyla solcellerna i varmare klimat för att få en optimal prestanda kombinerat med den höga solstrålningsintensiteten. Utifrån energiperspektiv kan denna lösning vara intressant, men de ekonomiska följderna av ett installerat kylsystem kan bli större än förlusterna värmen medför för solcellerna.

Förutom ovanstående faktorer är solcellsmodulens energiutbyte beroende av andelen skugga. Anledningen är att en solcell som blir skuggad bryter strömmen vilket påverkar modulens effekt. När detta inträffar för en seriekopplad modul bryts hela serien vilket bidrar till en energiförlust motsvarande hela kolumnen (RISE, 2019). För att undvika förluster från detta leds strömmen genom en så kallad by-passdiod till nästa kolumn. By-passdioden agerar även som ett överhettningsskydd för cellerna, som annars kan leda till skada på modulen. Även snö eller smuts som lägger sig som ett lager över solcellsmodulen kan medföra negativa konsekvenser för energiutbytet (RISE, 2019).

Enligt en tidigare undersökning av Stridh (2020) jämfördes olika simuleringsprogram i ett flertal städer med syftet att få en uppfattning om det mest användbara programmet för just Sveriges solelproduktion. Undersökningen påvisar att det finns brister i solstrålningsdata för de olika platserna och programmen, vilket bidrar till ett osäkert resultat. Detta problem uppstår vid uppskattningar av den globala solstrålningen på platser som saknar mätstationer. Det finns även brister kopplade till inställningar för skuggning som påverkar solenergin negativt.

3.2.1

Framtiden för solenergi

Solcellsmoduler har under de senaste åren minskat i kostnad, främst på grund av att priserna för kisel minskat och tillverkningstakten ökat. Bland annat Sverige har också haft ett

investeringsstöd för solcellssystem som ansluter sig till elnätet. Målet med stödet har varit att öka den installerade kapaciteten solenergi för att motverka utsläppen av växthusgaser (Yang, 2020). Dessa investeringsstöd för solcellssystem har i dagsläget ersatts mot skattereduktion för grön teknik (Energimyndigheten, 2021).

Gällande framtidens förmodade klimatförändringar finns det faktorer som i sin tur påverkar solinstrålningen. Dessa förändringar kan exempelvis vara förändrad molnighet, andel vattenånga och konturen av partiklar i atmosfären (Stridh, 2020). Med fokus på solcellsmodulens elproduktion och även lönsamhet hävdar Stridh att dessa

klimatförändringar kan påverka den förväntade prestandan under en solcellsmoduls livslängd. Utifrån 8 av SMHI utsatta mätstationer finns samlade mätdata kring den globala strålningen i Sverige uppdelat årsvis under åren 1985–2020. Mätningarna har påvisat en ökad global strålning på 8% under åren 1980–2006 och redovisas i Figur 1. En fortsatt ökning de senaste åren har också konstaterats (SMHI, 2021).

Figur 1. Sammanställning av årsvis globalstrålning i Sverige där kurvan motsvarar ett utjämnat förlopp (Används med tillåtelse av SMHI).

https://www.smhi.se/klimat/klimatet-da-och-nu/klimatindikatorer/stralning-1.17841

3.3

Elektriska transportmedel

Användningen av fossila bränslen håller på att minskas vilket även innebär en önskad minskning av bensin och dieseldrivna fordon som vanligen brukas idag. Denna förändring har bidragit till att nya alternativa transportmedel börjat ta plats på marknaden. Enligt Hällfors (2020) är de elektriska transporterna ingen ny uppfinning men har inte haft någon ordentlig framfart förrän i nutid, främst på grund av ny kunskap om elbilsbatterier. Han belyser även att batteritillverkningen bidrar med stora klimatavtryck, vilket medför att tillverkningsprocessen av en fossilbil i dagsläget fortfarande är mer miljövänlig. Däremot utgör utsläppen av växthusgaser under fordonets livstid en större klimatpåverkan jämfört med en elbil.

Utifrån verkningsgraden kan ett eldrivet fordon få ut mer nyttiggjord energi jämfört med förbränningsfordonet. Det eldrivna fordonet har mindre energiförluster och har en

verkningsgrad på 60–80 % medan en fossilbil når en verkningsgrad på 25–40 %. Den låga verkningsgraden beror främst på värmeförlusterna som uppstår och den större mängden rörliga delar (Larsson m.fl., 2020).

3.3.0

Resvanor

Som tidigare nämnts har privatpersoners resande en stor inverkan på deras klimatavtryck. Enligt studien av Nematchoua m.fl. (2020) behöver man fokusera dels på vilken energiform som involveras men också på resandets längd. I studien beräknas det att under referensåren 2012–2040 ska ett bostadsområdes energiförbrukning kopplat till resande kunna minskas med 18,76%-100% genom införskaffandet av elbilar. Även en minskning på 5,69% uppskattas kopplat till 20% kortare resesträckor.

Statistik för det svenska framförandet av fordon förs årsvis. Sveriges Officiella Statistik har utsett Trafikanalys som ansvariga för att ge ut officiella rapporter gällande detta. Från rapporten Körsträckor (2020) redovisas att ett genomsnittligt antal körda mil för en

personbil i Sverige är 1100 mil per år. Det motsvarar en minskning gentemot föregående år med drygt –6,5%. Jämfört med året 2000 när genomsnittet låg på 1300 mil per år har antalet körda mil alltså minskat med 200 mil, eller –18%. Av de körda milen stod bensin- och

dieseldrivna fordon för 90%, följt av etanol (4%), elhybrider (3%), laddhybrider (2%) och el- och gasbilar på 1 % vardera. Av det totala antalet var 24 % av dessa bilar äldre än 15 år och släpper ut en större mängd koldioxidekvivalenter än de nya fossildrivna bilarna som tillverkas idag (Trafikanalys, 2020).

Trafikanalys ger även ut rapporten Resvanor i Sverige (2019), där det redovisas med vilken

avsikt vi reser och med vilket transportmedel. Där kan det utläsas att av de kilometrar resor som genomförs står bilresor för 60%, följt av kollektivtrafik på 20%, cykelresor (1,7%) och till sist till fots (1%). Resterande resor utgjordes av ospecificerade övriga färdmedel. Avsikterna med resorna är främst till skola och arbete (47%), fritidsaktiviteter (33%) och service och inköp (10%).

3.3.1

Elektriska transporter ur ett socialt och ekonomiskt perspektiv

Eftersom det finns en del skillnader mellan eldrivna och fossila transportmedel påverkas människans bekvämlighet av ägandet av en eldriven bil i dagsläget. Utifrån en undersökning av Svensson (2020) beskrivs elbilsägandet som någonting utmanande kopplat till längre körsträckor samt begränsad tillgång till laddstationer, vilket skapar ett planeringsbehov vid längre resor.

Körandet av elbilar uppskattades dock utifrån ekonomiska perspektiv för dem som haft höga drivmedelskostnader. Trots det dyrare inköpspriset kunde elbilen övervägas för att undslippa de höga månadskostnaderna för bensin eller diesel. Bortsett från de ekonomiska

perspektiven nämndes även känslan av att kunna transportera sig miljövänligt som viktig (Svensson, 2020). Utifrån andra undersökningar var dock inköpspris, räckvidd samt

laddningstid bidragande faktorer till att avstå de elektriska transportmedlen. Eftersom dessa faktorer är under utveckling kan problemen med största sannolikhet avlösas i framtiden (Hällefors, 2020).

För att ytterligare minska ett bostadsområdes klimatpåverkan kan ett system för gemensamt brukande av elektriska transportmedel införskaffas. I en artikel av Zhang m.fl. (2018)

beskrivs vilka huvudfaktorer som påverkar människors uppfattning kring just delandet av fordon i Kina, samt vilka grupper som är mest positiva till begreppet. Det visar sig att den upplevda kontrollen över sitt beteende har störst inverkan, vilket medför att mängden fordon samt tillgängligheten till dessa spelar en avgörande roll för respondenterna. Det är också detta som utgör det största hindret i dagsläget för att marknaden ska ta fart, bristande

tillgänglighet. Zhang belyser även att trots en positiv inställning till delande av fordon var det få respondenter som aktivt kunde tänka sig att deltaga i fenomenet.

3.3.2

Bilpoolers miljömässiga och ekonomiska påverkan

För att minska de totala antalet bilar i trafik kan delande av transportmedel i form av

bilpooler vara en lösning. Genom att ansluta sig till en bilpool har undersökningar påvisat att människors körsträckor minskat med 28–45 % för europeiska länder, vilket i sin tur har bidragit till ett minskat utsläpp av koldioxid med 39–54 %. Bilpoolerna har större möjlighet att bruka nya, energieffektiva bilar samt eldrivna bilar som är ett miljövänligare alternativ. Det har därför resulterat i att bilpoolerna är en bra innovation för framtidens

klimatutmaningar (SOU, 2020).

Hushållen som ansluter sig till en bilpool i stället för att äga egna bilar förväntas att spara stora summor pengar varje år. Enligt en studie som är baserad på den schweiziska

bilpoolsanvändningen minskar kostnaderna med 35 000 kr/år för hushållen som övergår till kollektivtrafik samt bilpoolsresor i stället för privat ägande av fordonet. Utifrån studien visades även att 22% av de som ansluter till bilpoolen säljer sin privatägda bil vilket

resulterar i en genomsnittlig besparing på ungefär 7700 kr/år och medlemskap. (SOU, 2017) Till följd av minskat privatägande av bilar, minskas behovet av tillverkning och skrotning av dessa. Enligt Naturvårdsverket (u.å.) kan skotning av bilarna vara positivt för miljön i de fall bilarna skrotas på rätt sätt, genom att farligt avfall tas om hand. Däremot för de bilar som skrotas eller överges utan hänsyn till avfallshantering påverkas miljön negativt eftersom exempelvis oljor och tungmetaller kan komma ut i naturen.

4

AKTUELL STUDIE

Sektionen aktuell studie ger en detaljerad, tydligare beskrivning av fallstudien samt arbetets tillvägagångsätt för simuleringar, beräkningar och undersökningar.

4.1

Byggnadsrelaterade beräkningar och simulering i IDA ICE

De klimatpositiva byggnaderna är nyproducerade och belägna i området Öster Mälarstrand i Västerås, med en preliminär inflyttning i juni 2021. Stadsdelen Öster Mälarstrand var tidigare ett industriområde, som i dagsläget har byggts om till ett bostadsområde med

flertalet nyproduktioner i olika storlekar och med olika lösningar på hållbarhet. Enligt ritning är byggnaderna placerade i nordlig riktning mellan gatorna Ägirgatan och Rangatan, med sadeltakets takytor i sydöstlig, respektive nordvästlig riktning. I dagsläget ligger inga

närliggande byggnader som kan skugga takytan, däremot finns det ytor som skulle kunna bli bebyggda i framtiden. De finns även flertalet träd på husens gavelsida som kan utsätta solcellssystemet för en del skuggning. De två byggnaderna benämns som hus A och hus B, placerade enligt ritning i Bilaga 3: Placering av Hus A & Hus .

I dagsläget ser byggnaderna ut enligt Figur 3 och Figur 4 som redovisas nedan. Bilderna togs 2021-05-20 och påvisar att byggnaderna fortfarande är under byggskedet.

Figur 3. Byggnadernas utseende i dagsläget.

4.1.0

Byggnadernas konstruktion och materialval

Byggnaderna är konstruerade som nollenergihus (NZEB) enligt kravspecifikationen FEBY 18 Gold, vilket innebär att de bland annat har låga driftkostnader och låg miljöpåverkan. Detta beskrivs på det ansvariga företagets hemsida ETC Bygg AB (2021), där de tar upp

information kring konstruktion, tankar och motiveringar rörande deras byggnader. Byggnaderna har 5 våningsplan för boende, varav ett vindsplan med blandat boende och förråd, följt av ett 6:e plan i form av en entresol upp till taknock med även där förråd samt ett teknikrum. Varje byggnad har 15 lägenheter, motsvarande en boarea på 882,9 kvm, fördelat enligt Tabell 2 nedan. Den totala arean uppgår dock till 1331 kvm.

Tabell 2. Fördelning av lägenheter för respektive byggnad samt uppskattat antal boende.

Rangatan 5 _{Ägirgatan 26}

Lägenhetsnummer Antal rum Boarea Boende _{antaget Lägenhetsnummer} Antal rum Boarea Boende antaget

1001 1 39,6 ₁ 1001 2 49,3 2 1002 2 49,3 ₂ 1002 2 49,1 1 1003 2 49,1 ₁ 1003 1 39,6 1 1101 2 49,3 ₂ 1101 2 49,3 2 1102 2 49,1 ₁ 1102 2 49,1 1 1103 3 62,5 ₂ 1103 3 62,5 2 1104 1 34,4 ₁ 1104 1 34,4 1 1201 2 49,3 ₂ 1201 2 49,3 2 1202 2 49,1 ₁ 1202 2 49,1 1 1203 3 62,5 ₃ 1203 3 62,5 3 1204 1 34,4 ₁ 1204 1 34,4 1 1301 2 96,8 ₂ 1301 2 96,8 2 1302 4 106 ₃ 1302 4 106 3 1303 4 117,1 ₄ 1303 4 117,1 4 1304 1 34,4 ₁ 1304 1 34,4 1 Totalt 882,9 ₂₇ 882,9 27

Konstruktionen består till största del av träbaserade material som sammanfogats i lager, även kallat korslimmat trä eller KL-trä, vilket ger en isolerande effekt samt motverkar fukt.

Trämaterial reglerar även luftfuktigheten vilket bidrar till ett behagligt inomhusklimat. Innerväggar har lämnats trärena alternativt målats med miljövänliga lerfärger. De innergolv som läggs är beroende av rumstypen, exempelvis läggs trägolv av keramisk träkomposit i kök och entré som är mer tåligt än den ekparkett som läggs i sovrummen (ETC Bygg AB, 2021). Konstruktionen av byggnadernas väggar presenteras nedan i Tabell 3. För denna studie har en förenklad version av byggnaderna använts, vilket innebär att endast en av byggnadernas inner- respektive ytterväggkonstruktioner har använts för att representera samtliga. Här

Tabell 3. Materialval samt tjocklek för byggnadens väggar.

Yttervägg YV03 _{Tjocklek [mm] Innervägg IV05} Tjocklek [mm]

Panel 21 _CLT 160

Läkt 56 _Luft 20

Steico Therm 40 _{Plåtregel/SU} 70

Steico Floc 185 _{Protect F} 30

CLT 140 _Totalt 280

3Ply 16

Totalt 458

Byggnadernas material i tak och bjälklag presenteras nedan i Tabell 4 Tabell 4. Materialval samt tjocklek för bjälklag och tak.

Bjälklag Tjocklek [mm]

Parkettgolv 14

Steico golv (isolering) 80

Grus 90

CLT 220

Totalt 404

Tak Tjocklek [mm]

Bituminöst takmaterial, Katepal -

Underlag bitumen -

Tak plywood 18

Ventilation batten 45x70 45

Universal Steico 40

Steico balk, isolering Steico zell 400

CLT 120

Totalt 623

Specifikationer för byggnadernas fönster samt dörrar presenteras i Tabell 5 nedan.

Byggnaderna har olika modeller av fönster, som fasta fönster samt inåtgående fönster med och utan inbrottslås. Här valdes modellerna F03 och F05 från ritning. Glasdörrarna monteras med inbrottslås för altandörrarna och utan inbrottslås för balkongdörrarna och benämns FD01 respektive FD02. Se bifogade dörr- och fönsterspecifikationer i Bilaga 5:

Dörr- & fönsterspecifikationer.

Tabell 5. Specifikationer för byggnadernas fönster samt glasdörrar.

Fönstermått Bredd [mm] Längd [mm] Karmandel Glasandel Fönstertyp

Enkelfönster F03 980 1380 _{0,3 0,7 3-Glasfönster}

Dubbelfönster F05 2180 1280

Även värmegenomgångstalen (U-värden) för byggnadens klimatskal presenteras nedan i Tabell 6. Värdena i tabellen är hämtade från en tidigare energiberäkning erhållen av ETC Bygg AB och har använts som referensvärden vid modellering. För placeringen av respektive konstruktionstyp hänvisas till bifogade ritningar i Bilaga 6: Ritningar av byggnaderna. Tabell 6. U-värden för byggnadens klimatskal.

4.1.1

Beskrivning av ventilationssystem

Ventilationssystemet är likvärdigt i hus A och B och är av typen FTX med ett luftbehandlingsaggregat av fabrikat REC indovent typ RT 3500 med en motströms värmeväxlare. Specifikation för luftbehandlingsaggregatet redovisas enligt Tabell 7 Tabell 7. Specifikation för luftbehandlingsaggregat.

Luftbehandlingsaggregat Storlek 3500 Luftflöde 545/545 l/s Luftflöde forcerat 545/665 l/s VVX Motströms Verkningsgrad, torr 89,5 %

Min.temp efter VVX vid avfrostning 10 °C

SFP 1,2 kW/m³,s

Ventilationssystemet är utrustat med kyl- och värmebatteri, även dessa av fabrikat REC. Värmebatteriet är av typ NKV 1000x500-3 och är monterat i kanal efter

luftbehandlingsaggregatet. Kylbatteriet är av typ OKW 1000x500-3, monterat efter U-värden för klimatskal

Byggnadsdel U-värde [W/m2_,K]

Yttervägg 0,123

Ytterdörr 0,9

Tak mot uteluft 0,093

Terrasstak 0

Golv mot platta på mark + krypgrund 0,19

Vägg mot mark 0,15

Köldbryggor mot mark 0

Köldbryggor mot uteluft 43,25

Fönster 0,8

Tabell 8. Specifikation för värme- och kylbatteri.

Utöver ovanstående batterier är varje individuell lägenhet (15st per hus) utrustad med ett värmebatteri i kanal av fabrikat Aircoil typ CH-W-125. Specifikation för dessa redovisas enligt Tabell 9.

Tabell 9. Specifikation för individuellt värmebatteri.

Värmebatteri Luft Vatten

Effekt 1,2 1,2 kW

Flöde 35 0,02 l/s

Temperatur in 17 55 °C

Temperatur ut 45 40 °C

Tryckfall 29 5800 Pa

För fullständig information gällande ventilationssystemet hänvisas till bilaga 7:

Materialspecifikation för luftbehandling.

4.1.2

Beskrivning av uppvärmningssystem

Byggnaderna värms av ett bergvärmesystem bestående av bergvärmepump, ackumulatortank och elkassett, kopplat till kompaktradiatorer. Specifikation för dessa redovisas nedan enligt Tabell 10 till Tabell 12. Bör nämnas att bergvärmepumpen har ett COP-värde på 4,73 enligt tillverkare som inte finns med i materialspecifikationen.

Tabell 10. Uppvärmningssystemets beståndsdelar.

Beståndsdel Fabrikat Typ

Bergvärmepump Thermia Mega S

Elkassett (15 kW) Thermia EK 15E

Ackumulatortank (300 l) Thermia WT-V

Kompaktradiatorer Thermopanel TP v4

Värmebatteri Luft Vatten Kylbatteri Luft Etanol/Vatten

Effekt 14 14 kW Effekt 8,3 8,3 kW

Flöde 545 0,13 l/s Flöde 545 0,44 l/s

Temperatur in -20 55 °C Temperatur in 27 10 °C

Temperatur ut 0 30 °C Temperatur ut 19 15 °C

Specifikation för systemets bergvärmepump (Thermia, Mega S) redovisas nedan i Tabell 11. Tabell 11. Specifikation för bergvärmepump.

Bergvärmepump Varm sida Kall sida

Medium Vatten Etanol/Vatten

Effekt 30 18 kW

Temperatur in 40 0 °C

Temperatur ut 55 -3 °C

Flöde 0,5 1,5 l/s

Värmen fördelas i byggnaderna genom kompaktradiatorer av fabrikat Thermopanel TP V4 vilket redovisas nedan i Tabell 12.

Tabell 12. Byggnadens kompaktradiatorer.

Storlek Antal TP11-304 4 TP11-307 1 TP11-309 1 TP11-404 5 TP11-507 2

För fullständig information gällande uppvärmningssystemet hänvisas till Bilaga 8:

Materialspecifikation för röranläggning.

4.1.3

Modellering och simulering i IDA ICE

Byggnaden modellerades i IDA ICE utefter beskrivningen i metod samt specifikationen av byggnaden ovan i aktuell studie. DWG-filer för byggnadens planlösning importerades som underlag för modellens planlösning och energianvändning samt effektbehov simulerades. Uppdelningen av zoner begränsades så att varje lägenhet beräknades som en zon,

innerväggar inom lägenheten försummades. Detsamma för resterande konstruktioner, exempelvis för förrådslänga räknades samtliga förråd i längan in i samma zon för att förenkla modelleringen. Konstruktionsdelar och systemdetaljer angavs utefter tabellerna tidigare beskrivna i aktuell studie.

Antalet boende i respektive hus har uppskattats enligt Tabell 2 till 27st. Siffran baseras på statistik från SCB:s rapport Hushållens boende (2017) där boendetätheten redovisats för flerbostadshus och integrerats i fallstudien. Personbelastningen schemalades som närvarande under tiden 17:00-07:00. Hushållselförbrukningen för lägenheterna har inte medtagits i denna beräkning utan redovisas separat. För att förenkla uppbyggnaden av

De erhållna resultaten från simuleringarna användes till vidare beräkningar och sammanställdes till ett Excel-dokument bifogat som Bilaga 1: Excel-fil för Tabeller &

beräkningar

4.1.4

Energiklassning och FEBY-märkning

För beräkning av värmeförlusttalet (VFT) som används som grund för FEBY-märkningen användes ekvation 1, ursprungligen från Bilaga 3 i FEBY18 kravspecifikation. Resultatet från denna avgör om en byggnad får märkas med FEBY Guld/Silver/Brons. För denna studie användes inget av tilläggen som nämns i kravspecifikationen då byggnaden inte anses vara kvalificerad för några av dessa.

För bestämning av energiklass användes skalan A-G enligt Boverkets byggregler (BFS 2011:6), som definieras enligt nedan. EP mäts i enheten [kWh/m2_{, år] och motsvarar} byggnadens energiprestanda.

A = EP är ≤ 50 procent av kravet för en ny byggnad. B = EP är > 50 - ≤ 75 procent av kravet för en ny byggnad. C = EP är > 75 - ≤ 100 procent kravet för en ny byggnad. D = EP är > 100 - ≤ 135 procent av kravet för en ny byggnad. E = EP är > 135 - ≤ 180 procent av kravet för en ny byggnad. F = EP är > 180 - ≤ 235 procent av kravet för en ny byggnad. G = EP är > 235 procent av kravet för en ny byggnad.

4.2

Solcellssystem och övriga resurser

Byggnaderna har utrustats med solceller för elproduktion. Solcellsmodulerna placerades på byggnadernas tak samt på balkongtaken. Solcellssystemet beskrivs utförligare nedan under

Beskrivning av solcellssystemet.

Det finns även odlingsmöjligheter för de boende. Balkongerna är utrustade med odlingslådor samt att det även finns möjlighet till odling på gemensamma områden. Detta ger en ökad självförsörjning vilket i sin tur bidrar till ett mindre klimatavtryck, men är även en

kostnadsbesparing för de boende som väljer att odla sina egna råvaror. Odlingsmöjligheterna ger därför både ekonomiska och miljömässiga fördelar.

4.2.0

Beskrivning av solcellssystemet

Solcellssystemet består av 218 polykristallina kisel-moduler per hus med en effekt på 405 W/modul. Av dessa är 168 placerade på taket med 85 i nordvästlig riktning och 83 i sydöstlig riktning. De resterande 50 modulerna har placerats horisontellt på byggnadens balkongtak. Den totala moduleffekten för respektive riktning samt placering beräknades enligt ekvation 2. Det finns även planer på att installera markbaserade solceller på fastigheten.

Framöver planeras även ett batterilager i varje hus för att maximera egenanvändningen av solenergin. Till en början är tanken att installera ett batteripack på 27 kWh i hus A för att efter en utvärdering av batterilagret komplettera med ännu ett batterilager i hus B. Detta har inte utvärderats vidare i denna studie utan har lämnats som ett förslag till fortsatt arbete inom området. Överskottet kan i dagsläget skickas till ETC Solparks batterilager i

Katrineholm.

4.2.1

Simulering i PVGIS

Solcellssystemet för byggnaden simulerades med simuleringsprogrammet PVGIS, för att få fram den totala potentiella solelproduktionen och solinstrålningen på byggnadens tak och balkonger. Programversionen som användes var PVGIS 5.1 med grundinställningar enligt Tabell 13.

Tabell 13. Grundläggande inställningar för simulering av solcellssystem.

Inställning Val

Databas PVGIS-ERA5

Modultyp Crystalline silicon cells

Systemförluster (standardvärde) 14%

Installeringsmetod Fristående

Solstrålningsdatabasen för beräkningarna valdes till PVGIS-ERA5, då denna tar hänsyn till höga latituder vilket behövs främst i Europa (Stridh, 2020).

Simuleringarna utfördes i 4 delar fördelat utefter azimutvinkel samt modulernas lutning. Azimutvinkeln angavs till -120° för simuleringarna i nordöstligt läge samt 60° för sydvästligt läge. De takmonterade modulerna simulerades med lutningen 45° och de horisontella modulerna på balkongtaken simulerades utan lutning. Arean för solcellsmodulerna har antagits till 1,5 m2 _{per modul. De erhållna resultaten från de 4 delarna summerades ihop} enligt ekvation 3 till ekvation 6.

Som jämförelse utfördes även en simulering för norr/söderläge på likande sätt med 0° för söderläge samt 180° för norrläge och en simulering för öst/västerläge där -90° för österläge samt 90° för västerläge. Denna simulering gjordes för att få en jämförelse mellan

solcellsmodulernas placering relaterat till solelproduktion samt solinstrålning. Geografiska placeringen som användes var latitud/longitud: 59,604; 16,574.

De erhållna beräkningsresultaten från PVGIS användes till vidare beräkningar och sammanställdes i ett Excel-dokument som bifogats i sin helhet som Bilaga 1: Excel-fil för

Tabeller & beräkningar. En sammanställd PDF från PVGIS har även bifogats som Bilaga 9: PVGIS resultat.

4.2.2

Elbehov som kan täckas av solel

Utifrån rapporten Hushållsel i nybyggda flerbostadshus utfärdad av SBUF och Skanska bör nybyggda flerbostadshus elanvändning beräknas efter schablonvärdet 20 kWh/m2_{,Atemp i} stället för värdet 30 kWh/m2_{, Atemp som förespråkas i Sveby och BEN, då detta visat sig ge ett} mer korrekt utfall. I denna studie används således värdet 20 kWh/m2_{, Atemp per år för att} beräkna de boendes elanvändning. Detta redovisas enligt ekvation 7. Vidare gjordes en jämförelse mellan det beräknade elbehovet för byggnaderna utifrån utfallet av IDA ICE samt beräkningen av hushållselen och den erhållna energin från solelen. Jämförelsen gjordes med syftet att undersöka hur väl tillgången motsvarar behovet.

4.3

Transportmedel

En sammanställning gjordes för att utreda miljöpåverkan kring transporter för byggnadernas hushåll. Det gjordes även en jämförelse om hushållen använde sig av fossila respektive eldrivna transportmedel, samt besparingar kring brukandet av gemensamma och kollektiva transportmedel.

Resultaten baseras till stor del på dokumentet Motorfordonspooler - på väg mot ökad

delning av motorfordon (2020) som är en av statens offentliga utredningar. Förslagen med

positivt utfall som redovisats i denna har anpassats efter fallstudien för konkreta förslag gällande de boendes transportmöjligheter.

4.3.1

Uppskattat fordonsbehov

Behovet av fordon för hushållen uppskattades utifrån RVU Sveriges rapport Den nationella

resvaneundersökningen där främst Tabell 13 för antalet personbilar per hushåll per 1000

invånare användes som underlag. Bör nämnas att konfidensintervallet förenklades bort i studien för att underlätta beräkningar. De befintliga 15 hushållen delades in utefter sin ungefärliga procentuella representation i studien, för att uppskatta hur stort personbilsbehov som förväntas finnas i byggnaden. Även detta baserat på Tabell 13 i RVU:s rapport. Utdrag ur rapporten bifogas enligt Bilaga 10: Utdrag ur RVU:s rapport.

Behovet av bil har även förenklats genom att antalet hushåll bestående av endast en vuxen enbart delats upp i alternativen behöver/behöver ej bil, dvs ingen hänsyn till antalet bilar av anledningen att dessa hushåll endast kan bruka en bil i taget. För hushållen bestående av två vuxna har antalet beräknats utefter behovet av en alternativt två bilar. Utifrån dessa

förenklingar blev beräkningen av bildbehovet enligt ekvation 8. Antalet privatägda personbilar som kan ersättas av en bilpoolsbil uppskattas vanligen till 4-10st. Detta är beroende av personernas resbehov och tillgångar till kollektivtrafik samt andra