Energihushållning och varsamhet för äldre byggnader : Chefsbostaden i Strömsholm, ett timmerhus från 1900-talets början

ENERGIHUSHÅLLNING OCH

VARSAMHET FÖR ÄLDRE

BYGGNADER

Chefsbostaden i Strömsholm, ett timmerhus från 1900-talets början

YLVA ÖLANDER

Akademin för ekonomi, samhälle och teknik

Byggnadsteknik

Avancerad nivå

30hp

Samhällsteknikprogrammet, 300hp

SÖÄ401

Extern handledare: Björn Norman

Intern handledare: Robert Öman

Examinator: Veronica Ribé

Uppdragsgivare: Björn Norman, Norman

Arkitektkontor AB

Datum: 2014-01-31

SAMMANFATTNING

Denna rapport är resultatet av ett examensarbete i byggnadsteknik på avancerad nivå.

Arbetet gick ut på att undersöka en byggnad ur ett tekniskt och kulturhistoriskt perspektiv,

med inriktning på hushållning av energi. Föremålet för undersökningen var ett

flerbostadshus i restimmer, uppfört 1902 i Strömsholm, Västmanland. Målet var att

undersöka om byggnadstekniska åtgärder behövdes för att minska energiåtgången, främst

den för aktiv uppvärmning, i byggnaden. Dessa åtgärder skulle utformas så att byggnadens

bevarandevärda särdrag inte går förlorade, i enlighet med Plan- och bygglagens

bestämmelser om ändring av byggnader.

Med hjälp av arkivsökningar, litteraturstudier, intervjuer och undersökningar kartlades

byggnaden. Utifrån dess förutsättningar bestämdes förslag för energibesparande åtgärder,

fem olika alternativ för invändig tilläggsisolering. För att beräkna byggnadens energiåtgång

och hur mycket de olika alternativen skulle kunna påverka denna gjordes simuleringar i

programmet IDA Indoor Climate and Energy. En av frågeställningarna i arbetet var huruvida

detta program var lämpligt för energisimuleringar av äldre byggnader eller inte. Beräkningar

av den relativa luftfuktigheten i ytterväggen gjordes för hand för att bedöma fuktskaderisken

i konstruktionen efter tilläggsisolering. Indata till fuktberäkningarna och

datorsimuleringarna hämtades från litteraturen eller utgjordes av uppskattningar.

Resultat av datorsimuleringarna, tillsammans med byggnadsfysiska resonemang, visar att

det går att minska energiåtgången för uppvärmning, driftel och tappvarmvatten, i synnerhet

vid tilläggsisolering av taket. Dock kan inte dessa resultat ses som något annat än

indikationer eftersom osäkerheterna i indata för modellerna var för stora. Bristande indata

för ventilationen bedömdes vara en av de största felkällorna. Dessutom föreligger vissa

reservationer gällande modellernas utformning. Resultatet av fuktberäkningarna visar att

väggarna blir känsliga för fuktskador vid invändig tilläggsisolering.

IDA Indoor Climate and Energy bedöms vara lämpligare för simuleringar av nyproducerade

byggnader än av äldre byggnader på grund av komplexiteten hos de senare, men det kan

ändå fungera som ett hjälpmedelvid energiutvärderingar av sådana om det används rätt.

ABSTRACT

This report is the result of a degree project in building engineering, at an advanced level. The

project evaluated a building from a technical and historical point of view, and focused on its

energy consumption, particularly the energy used for heating. The building in question was a

small apartment building in Strömsholm, Sweden. It was made in 1902, from vertical logs, a

not so common form of the traditional log house. The goal of the project was to evaluate if the

energy consumption could be reduced in accordance with building preservation regulations,

that is without damaging any of the building’s cultural or historical values.

The building was surveyed with the help of archive and literature studies, interviews and

inspections. Based on these findings, supplementary insulation on the inner side of the

climate screen was decided on. The program IDA Indoor Climate and Energy was used to

make computer simulations of the energy consumption of the building for five different

alternatives of supplementary insulation. Part of the project was also to investigate whether

IDA Indoor Climate and Energy was suitable for energy simulations of old buildings. The

moisture balance of the outer walls was calculated manually to see if the supplemental

insulation constituted a risk when it came to the moisture sensitivity of the construction.

The result of the computer simulations, combined with building physics, shows that the

energy consumption for heating could be reduced, especially if the roof was to be insulated.

However, these results cannot and should not be seen as anything but indications, because of

the uncertainty of the input data. The data on ventilation and air flows was considered to be

one of the main sources of error. Furthermore, there were signs that the design of the

computer models was far from optimal. The result of the moisture calculations shows that the

moisture sensitivity is indeed increased.IDA Indoor Climate and Energy was judged as more

suitable for simulations of new buildings than of old ones, due to the complexity of the latter,

but the program can still be used as an aid for energy evaluations of old buildings if it is used

in the right way.

Keywords: energy efficiency, house of vertical logs, IDA Indoor Climate and Energy,

FÖRORD

Detta examensarbete inom Samhällstekniksprogrammet vid Mälardalens högskola omfattar

30 poäng och behandlar energihushållning och varsamhet för äldre byggnader. Byggnaden

som studerats är ett timmerhus från 1902, beläget i Strömsholm.

Jag skulle vilja rikta ett stort tack till mina handledare Björn Norman och Robert Öman, min

examinator Veronica Ribé, Marko Reiman och Torsten Andersson vid Statens fastighetsverk,

Bo Lundström vid Krigsarkivet, slottsuppsyningsmannen vid Strömsholms slott Suzanne

Möller, David Bizzozero som assisterade vid spårgasmätningen, samt alla andra som varit till

hjälp och stöd under detta examensarbete. Ett stort tack även till Cecilia Björk, Peter Bylund

på förlaget Formas, Kolbäcks hembygdsförening samt Lantmäteriet för att jag fick använda

deras bilder i min rapport.

INNEHÅLL

1

INLEDNING ...1

1.1

Bakgrund... 1

1.2

Problemformulering ... 2

1.3

Syfte och mål ... 2

1.4

Avgränsning ... 2

2

METOD ...3

2.1

Spårgasmätning ... 4

2.2

Fuktberäkning ... 4

2.3

Översiktlig energiberäkning ... 7

2.4

Datorsimulering av byggnadens energiåtgång ... 8

2.4.1

Materialdata ... 9

2.4.2

Utgångsläge ... 9

2.4.3

Förslagsmodellerna ...16

3

LITTERATURSTUDIE ... 18

3.1

Varsamhet ...18

3.2

Byggnadsfysik ...18

3.2.1

Värmetransport ...18

3.2.2

Fukttransport ...20

3.3

Energibesparing i befintliga byggnader...22

3.4

Datorsimulering av äldre byggnader ...24

3.4.1

IDA Indoor Climate and Energy ...25

4

OBJEKTSBESKRIVNING ... 26

4.1

Historia och tillgängligt arkivmaterial ...26

4.2

Läge och planlösning ...29

4.3

Konstruktion ...30

4.3.1

Grundläggning ...30

4.3.3

Innerväggar ...30

4.3.4

Tak ...30

4.3.5

Bjälklag ...31

4.4

Värme- och ventilationssystem ...32

4.5

Radon ...33

4.6

Fuktskador ...33

4.7

Arkitektur och byggnadsteknik ...34

4.7.1

Restimring ...35

4.7.2

Självdragsventilation ...37

4.7.3

Lerklining ...37

4.8

Karaktärsdrag och bevarandevärda egenskaper ...38

5

FÖR DATORSIMULERINGEN VALDA ENERGIBESPARANDE ÅTGÄRDER ... 39

6

RESULTAT ... 41

6.1

Sammanfattande beskrivning av huset...41

6.2

Spårgasmätning ...42

6.3

Fuktberäkning ...43

6.4

Beräkning av specifika värmeförlusten ...44

6.5

Datorsimulering ...45

7

DISKUSSION OCH SLUTSATSER ... 47

7.1

Felkällor vid datorsimulering ...50

7.2

Slutsatser ...51

8

FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE... 52

BILAGA 1:

FÖRTECKNING ÖVER ARKIVERADE RITNINGAR

BILAGA 2:

PLANER OCH SEKTIONER

BILAGA 3:

FUKTBERÄKNINGAR

BILAGA 4:

KOORDINATER ANVÄNDA I DATORSIMULERINGARNA

BILAGA 5:

KONSTRUKTIONER OCH MATERIAL I DATORSIMULERINGARNA

BILAGA 6

RESULTAT SPÅRGASMÄTNING

1

INLEDNING

Att hushålla med energi blir viktigare och viktigare, både med tanke på miljön och ekonomin.

Bygglagstiftningen behandlar ämnet och Boverkets byggregler (BBR) ger föreskrifter för

energihushållning både för nya byggnader och för gamla, och uppger att hänsyn ska tas till

särskilda värden hos den befintliga byggnaden (BBR 9:91). Dessa värden är till exempel

estetiska och arkitektoniska, och detta krav stämmer väl överens med begreppet varsamhet

som finns i Plan- och bygglagens (PBL) paragraf om ändringar av byggnader, enligt vilken

”Ändring av en byggnad och flyttning av en byggnad ska utföras varsamt så att man tar

hänsyn till byggnadens karaktärsdrag och tar till vara byggnadens tekniska, historiska,

kulturhistoriska, miljömässiga och kulturhistoriska värden.” (PBL 8 kap. 17 §). Om

energihushållningen ska förbättras i ett gammalt hus med hjälp av byggnadstekniska eller

installationsteknikska åtgärder måste även byggnadens arkitektur, historia och kulturhistoria

beaktas, inte bara de rent tekniska faktorerna.

1.1

Bakgrund

I den Västmanländska orten Strömsholm ligger chefsbostaden, ett gult flerbostadshus från

1900-talets början (se Figur

1.) Detta hus användes som bostad för den svenska arméns rid-

och körskolas chef. Ridskolan fanns i Strömsholm mellan 1868 och 1968, en tid som satt sin

prägel på orten. Byggnadsstyrelsen tog över förvaltningen av arméns byggnadsbestånd när

Strömsholm gick tillbaka till att vara helt civilt, och chefsbostaden förvaltas idag av Statens

fastighetsverk (SFV).

Huset är nu privatbostad med två hyreslägenheter om cirka 200 respektive 250 m

_{, varav}

den större i skrivande stund står tom. Det finns även ett uthyrningsrum på vinden. Fasaden

och stommen behöver renoveras på grund av fuktskador, och värmesystem och andra

tekniska installationer behöver bytas. Eftersom sådana åtgärderer behöver utföras är det

befogat att se över hur mycket energi som går åt för att värma upp byggnaden så att mått

eventuellt kan vidtas för att minska energiåtgången i samband med framtida renovering.

1.2

Problemformulering

Frågeställningarna kring chefsbostaden rör både energi och byggnadsvård, och är följande:



I vilket skick är huset?



Vilka möjligheter finns det att göra energibesparingar utan att byggnadens särdrag

går förlorade?



Hur mycket energi för uppvärmning kan sparas genom valda åtgärder?



Hur skulle eventuella åtgärder påverka byggnadens fuktbalans?



Går det att göra en simulering av byggnaden i ett energiberäkningsprogram och är

detta program lämpligt för andra, liknande projekt? Hur pass väl kommer denna

datorsimulering att beskriva verkliga förhållanden?

1.3

Syfte och mål

Syftet med detta projekt är att undersöka en specifik byggnad ur ett tekniskt och

kulturhistoriskt perspektiv, med inriktning på hushållning av energi. I detta fall prioriteras

minskningar av mängden energi som krävs för aktiv uppvärmning. Målet är att ta fram

förslag på byggnadstekniska åtgärder – om så behövs – för att minska energiåtgången för

uppvärmning. Åtgärderna ska utformas så att byggnadens särdrag inte går förlorade.

1.4

Avgränsning

Detta arbete är avgränsat till studier av olika möjligheter till energieffektivisering, med

hänsyn till krav på varsamhet, för ett specifikt flerbostadshus från 1902. Till fastigheten som

chefsbostaden tillhör hör även två ekonomibyggnader, vilka inte ingår i denna studie.

Eftersom lägenheten som upptar hela bottenvåningen fortfarande är bebodd, likaså rummen

i vindsvåningens sydvästra del, är dessa inte tillgängliga för inspektion. Förstörande

undersökningar i tillgängliga utrymmen begränsas till avlägsnande av papp, tapet och

lerklining på väggarna.

2

METOD

För att lära känna byggnaden – dess historia och konstruktion – utfördes litteratursökningar,

sökningar i arkiv, okulära undersökningar av själva byggnaden, samt samtal med förvaltare,

slottsarkitekt och andra för byggnaden relevanta personer.

En spårgasmätning för att avgöra byggnadens ventilationsgrad skulle genomföras men

avbröts av tekniska skäl efter mätning av ett rum, en mätning som dock kan fungera som

vägledande för uppskattningar angående ventilationsflöden.

Beräkningar av den relativa luftfuktigheten mellan och i de olika skikten av ytterväggen med

och utan tilläggisolering gjordes manuellt enligt en förenklad beräkningsmodell, detta för att

göra en övergripande uppskattning om huruvida det föreligger någon risk för fuktskador till

följd av fuktdiffusion eller ej.

För att beräkna byggnadens energiåtgång och hur mycket olika åtgärder skulle kunna

påverka denna användes datorprogrammet IDA Indoor Climate and Energy 4 (IDA ICE). En

mer översiktlig uppskattning av byggnadens energiförluster, den specifika energiförlusten,

gjordes även för hand.

Figur 2. Mätutrustning på plats vid

mättillfället

2.1

Spårgasmätning

Mätning av luftomsättningen i en byggnad kan ske med spårgasmetoden. Det finns tre

varianter av denna metod: avtagande gaskoncentration, konstant gaskoncentration samt

konstant gasutsläpp. För mätningen i detta projekt användes avtagande gaskoncentration.

Detta är en metod i vilken spårgasen släpps ut i och blandas med luften i det aktuella rummet

tills den når en förutbestämd koncentration, varefter koncentrationen mäts över en tid för att

avgöra hur snabbt gasen ventileras bort. (Kronvall, 1979)

Mätningen skedde en vinterdag genom att spårgasen, svavelhexaflourid, släpptes ut i det

aktuella utrymmet, badrummet i lägenheten på första våningen, och blandades med hjälp av

en fläkt ut i rumsluften. Mätutrustningen var av modellen

Multi-gas monitor Type 1302 från Brüel & Kjær. Den

placerades centralt i rummet och mätpunkten, det vill säga

mynningen av den slang som var kopplad till apparatens

luftintag, placerades på cirka 1,5 meters höjd med hjälp av en

trappstege (se Figur 2). När gaskoncentrationen nådde strax

över 100ppm stängdes dörren till badrummet och tätades

med maskeringstejp. Tätningen skedde för att begränsa

mätningen till luftflödet ut via frånluftsventilen, detta i

samråd med personalen vid Mälardalens högskola som var

ansvarig för utlånet av utrustningen. Mätutrustningen var

placerad så att displayen kunde ses genom dörrens nyckelhål

då tejpen tillfälligt avlägsnats. Mätdata överfördes från

apparaten till ett kalkylark manuellt då inga kompatibla

kablar för direkt dataöverföring fanns tillgängliga.

2.2

Fuktberäkning

Vid den manuella beräkningen av den relativa luftfuktigheten (RF) i ett antal punkter i

ytterväggen gjordes antagandena att fuktdiffusionen och värmetransporten båda var

stationära, det vill säga att fukttillstånd och temperatur i och mellan skikten förändras

omedelbart och utan hänsyn till fukt- eller värmelagring. Detta enligt exempel i Nevander

och Elmarsson (2001). Metoden är en förenkling och ger en vägledande överslagsberäkning.

Ytterligare förenklingar var att försumma inverkan av fuktkonvektion och tillförd fukt från

fasaden, det vill säga regn och dylikt.

Utomhustemperaturen sattes till -5,0°C, en rimlig utetemperatur för en vinterdag i

Strömsholm, och inomhustemperaturen sattes till 20°C. Fukttillskottet sattes till 4,0 g/ m

_{, i}

enlighet med Nevander och Elmarssons exempel (2001). Värmemotstånd och

ånggenomgångsmotstånd hämtades ur litteraturen (se Tabell 1). Värmemotstånd för papp

och plastfolie antogs vara försumbara, likaså fuktinnehållets och temperaturens påverkan på

materialens värmekonduktivitet.

Tabell 1 Materialdata för fuktberäkning

Material

Värme-konduktivitet,

λ, [W/m°C]

Källa och kommentar

Ånggenom-släpplighet, δ,

[m

/s]

Källa och

kommentar

Värme-motstånd,

ytteryta

0,004

OBS! detta är

ett

värmemotstån

d, R, [m

°C/W]

Nevander & Elmarsson

(2001)

- Otillämpbart.

Trä

0,14 Tepfers (1995) Samma

som IDA ICE använder

5,00*10

Nevander &

Elmarsson (2001)

Papp

- Försumbart

2,80*10

Tepfers (1995)

Värde för

oim-pregnerad

förhydrings-papp

och grålumppapp

Lerklining

1,2 Tepfers (1995), värde för

cementbruk

3,0*10

Tepfers (1995),

värde för gips.

Mineralull

0,04 Tepfers (1995)

19,0*10

Tepfers (1995)

Plastfolie

- Försumbart

2,00*10

OBS!

Ångmotstånd,

z, [g/m])

Nevander &

Elmarsson (2001)

Plywood

0,14 Tepfers (1995). Samma

värde som för trä, då

detta användes i

dator-simuleringen

5,00*10

Nevander &

Elmarsson (2001)

Gips

0,22 Mårberg (1995) Samma

som IDA ICE använder

3,0*10

Tepfers (1995)

Värmemot

stånd,

inneryta

0,13

(värmemotstå

nd, R,

[m

°C/W])-

Nevander & Elmarsson

(2001)

Fem olika beräkningar gjordes, den första beskrev väggen utan ändringar, de övriga beskrev

väggen med nio centimeter tilläggsisolering invändigt, med eller utan plastfolie och med eller

utan lerklining, vilket gav fyra olika kombinationer.

Först beräknades temperaturen i de olika punkterna. Detta skedde genom att

temperaturskillnaden över de ingående materialskikten, ΔT, beräknades enligt följande

formel:

(1)

där

t

är inomhustemperaturen [°C]

t

är utomhustemperaturen [°C]

ΣR är summan av konstruktionens värmemotstånd [m

_°C/W]

R

är skiktets värmemotstånd [m

°C/W]

Därefter beräknades skillnaden i ånghalt, Δv, för samma skiktuppdelning enligt följande

formel:

(2)

där

v

är ånghalten inomhus

v

är ånghalten utomhus

ΣZ är totala ånggenomgångsmotståndet för konstruktionsdelen

Z

är ånggenomgångsmotståndet för det aktuella skiktet

Värmemotstånd och ånggenomgångsmotstånd beräknades enligt formler 4 och 6, se 3.2.

När ånghalter och temperaturer beräknats, togs värden för mättnadsånghalten fram ur en

tabell med mättnadsånghalter vid olika temperaturer, vilken återfinns i Fukthandbok

(Nevander & Elmarsson, 2001), och den relativa luftfuktigheten, det vill säga den aktuella

ånghalten dividerat med mättnadsånghalten, beräknades. Om beräkningen ger att den

relative luftfuktigheten är större än 100% betyder det att vattenånga kondenseras och att

beräkningen behöver göras om för helt korrekta resultat. (Nevander & Elmarsson, 2001).

Eftersom det rörde sig om en överslagsberäkning försummades detta. För exempel på hur ett

beräkningsark kunde se ut, se Figur 3.

Figur 3. Exempel på kalkylark med beräkning av den relativa luftfuktigheten i en väggkonstruktion, inklusive beräkning av

värmemotstånd och ångmotstånd.

2.3

Översiktlig energiberäkning

Den specifika värmeförlusten för en byggnad är ett värde sammanvägt av

transmissionsförlusterna och ventilationsförlusterna. Den kan användas för att ge en

översiktlig bild av värmeförlusterna i en byggnad. (Öman, 2012)

̇

(3)

där

Q

= specifika värmeförlusten [W/°C]

m = massflöde av uteluft [kg/s]

c

= specifika värmekapaciteten för luft [J/kg °C]

U = värmegenomgångskoeefficient för aktuell byggnadsdel [W/m

_°C]

A = area för aktuell byggnadsdel [m

_]

För beräkningar av hur stor påverkan på energiåtgången olika grader av luftomsättning har

antogs husets volym vara 2570 m

_{, dess area 800 m}

_{och luftens densitet 1,2kg/m}

_.

Vid beräkningar av de olika alternativens specifika värmeförlust användes

värmegenomgångskoefficienter och areor från IDA ICE. Luftomsättningen förmodades i

utgångsmodellen vara 0,2 oms/h (självdragsventilation), och i de senare 0,1 oms/h

(luftläckage) plus 0,35 l/s per m

_{(mekanisk ventilation), räknat på husets hela area.}

Fuktberäkning, version 1: mineralull 9,0cm, med plastfolie, med lerklining

Skikt Tjocklek Värmekonduktivitet Värmemotstånd Temperaturskillnad Temperatur Mättnadsånghalt Ånggenomsläpplighet Ångmotstånd Ånghaltsskillnad Ånghalt Relativ luftfuktighet

Beteckning d λ R Δ T T Vs δ Z Δv v RF

Enhet m W/m°C m2_{°C/W °C °C g/ m}3 _m2_{/s g/m g/ m}3 _{g/ m}3 %

-5,00 3,25 2,76 85%

Rse 0,04 0,26

Ytteryta -4,74 3,3 2,76 84%

Trä, 2,5cm 0,025 0,14 0,18 1,17 5,00E-07 5,00E+04 8,36E-02

-3,57 3,64 2,85 78%

Papp 2,80E-04 3,57E+03 5,97E-03

-3,57 3,64 2,85 78%

Trä, 5cm 0,050 0,14 0,36 2,33 5,00E-07 1,00E+05 1,67E-01

-1,24 4,38 3,02 69%

Trä, 5cm 0,050 0,14 0,36 2,33 5,00E-07 1,00E+05 1,67E-01

1,09 5,19 3,19 61%

Trä, 5cm 0,050 0,14 0,36 2,33 5,00E-07 1,00E+05 1,67E-01

3,43 6,11 3,35 55%

Lerklining 0,015 1,20 0,01 0,08 3,00E-06 5,00E+03 8,36E-03

3,51 6,16 3,36 55%

Mineralull, 4,5cm 0,045 0,04 1,13 7,35 1,90E-05 2,37E+03 3,96E-03

10,86 9,89 3,37 34%

Plastfolie 0,0002 2,00E+06 3,34E+00

10,86 9,89 6,71 68%

Mineralull, 4,5cm 0,045 0,04 1,13 7,35 1,90E-05 2,37E+03 3,96E-03

18,20 15,55 6,71 43%

Plywood, 1,2cm 0,012 0,14 0,09 0,56 5,00E-07 2,40E+04 4,01E-02

18,76 16,01 6,75 42%

Gips, 1,3cm 0,013 0,22 0,06 0,39 3,00E-06 4,33E+03 7,24E-03

Inneryta 19,15 16,39 6,76 41%

Rsi 0,13 0,85

20,00 17,28 6,76 39%

2.4

Datorsimulering av byggnadens energiåtgång

Först skapades en modell som beskriver hur byggnaden ser ut i dagsläget, vilken justerades

för att komma så nära det från SFV erhållna värdet på byggnadens energiåtgång under

perioden 2000-2009 som möjligt. Detta värde var ett beräknat värde baserat på oljeåtgången

i värmepannan. Med denna första modell som utgångspunkt ändrades sedan olika variabler

för att undersöka hur energiåtgången kan minskas. Sammanlagt gjordes sju stycken

modeller: en av huset i dagsläget, en med de ändringar som ligger till grund för samtliga

övriga alternativ, tre modeller av byggnaden med olika byggnadsdelar tilläggsisolerade, samt

två kombinationer av olika tilläggsisoleringsalternativ. För detaljer se Tabell 2.

Tabell 2. Datormodeller

Namn

Åtgärd i praktiken

Åtgärd i IDA

Utgångsläge

Ingen.

En modell av huset i dagsläget.

Grundläggande ändringar

Ändring till fyra lägenheter med i

snitt två personer per lägenhet.

Ventilationen ändras från självdrag

till mekanisk frånluft. Fönster med

lågemissionsskikt sätts in.

Källarbjälklaget tilläggsisoleras.

Uppvärmningssystem även i

källaren och trapphus 2. Ingen

oljepanna i källaren som avger

överskottsvärme. Oljepannan

ersätts med bergvärme, och

radiatorer installeras i källaren.

Dessa åtgärder ligger till grund för

de andra och finns med i samtliga

övriga alternativ.

Uppdelning i fyra lägenheter med

1,5 personer i varje, mekanisk

frånluft (0,35l/sm

_{), förbättrade}

U-värden för fönstren, förbättrad

värmeisolering i källarbjälklaget,

värmesystem i samtliga zoner,

värmegenererande utrustning

föreställande oljepannan i källaren

borttagen.

Tilläggsisolering, väggar

Invändig tilläggsisolering av

väggarna.

Väggarna ändras till andra

konstruktioner.

Tilläggsisolering, vindsbjälklag

Tilläggsisolering av ovansidan av

vindsbjälklaget (det vill säga hela

bjälklaget som avskiljer vinden från

våningen under). Vindsvåningen

upphör att vara ett inrett,

tillgängligt utrymme.

Vindsbjälklaget ändras till en

annan konstruktion och taket läggs

jämsmed överkanten av

vindsbjälklaget. Ett mindre

värmemotstånd läggs till för att

simulera effekten av en kallvind.

Tilläggsisolering, tak

Invändig tilläggsisolering av taket.

Taket ändras till en annan

konstruktion.

Tilläggsisolering, väggar och

vindsbjälklag

Invändig tilläggsisolering av

väggarna i kombination med

tilläggsisolering av ovansidan av

vindsbjälklaget.

Väggar och vindsbjälklag ändras till

andra konstruktioner och åtgärder

som för Tilläggsisolering,

vindsbjälklag utförs.

Tilläggsisolering, väggar och tak

Invändig tilläggsisolering av

väggarna i kombination med

invändig tilläggsisolering av taket.

Väggar och tak ändras till andra

konstruktioner.

I en kopia av modellen som beskriver utgångsläget ändrades värden för att skapa modellen

som beskriver de grundläggande ändringarna. Kopior av denna modell ändrades sedan till

modellerna som beskriver tilläggsosoleringen, varav den som beskriver enbart

tilläggsisolering av väggar användes som utgångspunkt för de två kombinationerna.

Samtliga modeller har en golvyta på 797,7 m

_{, och en omslutande area på 1 241,2 m}

_{. I SFV:s}

redovisning av bränsleåtgången till husets värmepanna är golvytan 800m

_{. Samtliga}

modeller utom de som berör en ändring av vindsbjälklaget har en volym på 2 566,8 m

_.

2.4.1

Materialdata

Programmets egna materialdata valdes för alla material utom papp, lerklining,

vassrörsmatta, mineralull, samt konstruktionen sågspån med bjälkar. För källor och värden,

se Tabell 3, och för mer detaljer se Bilaga 5.

Tabell 3 Värmekonduktiviteten hos egendefinierade material i datormodellerna

Material

Värmekonduktivitet,

λ, [W/m°C]

Källa

Lerklining

1,2 Tepfers (1995),

Mineralull

0,04 Tepfers (1995)

Papp

10 Värmekonduktiviteten

är en grov

uppskattningar.

Sågspån med

bjälkar

0,086 Baserad på värdet för

sågspån (Mårdberg,

1995)

Vassrörsmatta

0,045 Bokalders (1997)

2.4.2

Utgångsläge

Arbetet med modellen som beskriver utgångsläget inleds med att parametrar under fliken

General ställs in, varefter byggnadens volym (Building body) definierades i flikarna Floor

plan och 3D. En mall för zoner (zone template) skapads och zoner sattes in i

byggnadskroppen. Fönster, dörrar, skorstenar och sattes in. Utdata för simuleringen valdes

och simulering gjordes.

2.4.2.1 Fliken General

Bromma då detta var det alternativ som mest liknade Strömsholm baserat på breddgrad och

närhet till Mälaren.

Tabell 4. Klimatdata

Kommentar

Location

Stockholm Bromma

(Data from ASHRAE

Fundamentals 2001)

Weather

Stockholm Bromma 1977

(SMHI weather station at

Bromma airport in Stockholm)

Wind profile

Suburban

-

Standardvärden för de konstruktioner som byggnadsdelarna tilldelas om inget annat

definieras i zonerna valdes (se Tabell 5). Konstruktioner utan © var definierade av

användaren. Under samma underflik finns Generator efficiencies, vilka bestämdes enligt

Tabell 6. Eftersom byggnaden inte har komfortkyla stängdes denna av i dialogen för

luftbehandlingsaggregatet. Effekten för kyla i Generator efficiencies-dialogen kunde dock

inte sättas till 0%, därav de positiva värdena. Till sist, under samma underflik, sattes Zone

model fidelity till ”Energy”.

Tabell 5. Standardvärden för konstruktionselement

Konstruktionselement

Vald konstruktion

External walls

Yttervägg 1

Internal walls

Innervägg, restimmer

Internal floors

Mellanbjälklag

Roof

Tak, oisolerat

External floor

Grund

Glazing

© 2-pane glazing, clear, 4-12-4

Door construction

© [Default furniture]

Figur 4. Standardinställningar i dialogen System parameters

Tabell 6. Generator Efficiencies

Electric

Fuel

District

Heating COP

0,01

1

0,01

Cooling COP

3

1

1

Domestic hot water COP

0,01

1

0,01

Byggnadens riktning ställdes i Site orientation med hjälp av en kartreferens. En skuggande

byggnad för att simulera kullen med ekar väster om byggnaden lades in. Denna skuggande

byggnad är 15m hög, för att vara högre än själva byggnaden, och dess koordinater återfinns i

Bilaga 4.

I dialogen HVAC systems

sattes fläkt och

värmeväxlaren till alltid av i

respektive kontrollpunkt

”Operation” i underdialogen

Air Handling Unit.

Effektiviteten hos

värmeväxlare och värme-

och kylaggregaten sattes till

noll, så de inte skulle

påverka energiåtgången.

Kylningen sattes till att alltid

vara avstängd i dialogen

Plant, för att inte få någon

kyleffekt i modellen. I

dialogen Thermal bridges

ändrades inget, det vill säga

inga extra köldbryggor lades

in. I Ground properties

behölls

standardinställningarna,

inklusive ”Ground model”

satt till ”Iso-13370”. I

dialogen Infiltration

användes standardvärdena,

vilket innebär ett vindstyrt

luftflöde med en lufttäthet

på 0,5 oms/h vid tryckskillnaden 50Pa. I Preassure coefficients behölls standardvärdena. I

dialogen Extra energy and losses sattes varmvattenanvändningen till 48 liter per person och

dag, i enlighet med Levin (2007). Antalet personer i huset sattes till fyra, det vill säga i snitt

två personer per lägenhet. I övrigt ändrades inga inställningar. I dialogen System paramaters

användes enbart standardvärden (se Figur 4).

Följande energimätare fanns i modellen:



Lighting, facility



Lighting, tenant



Equipment, facility



Equipment, tenant



Heating



Electric heating



Heating, tenant



Domestic hot water

2.4.2.2 Flikarna Floor plan och 3D

En AutoCAD-fil med förenklad planlösning importerades till IDA (se bilaga 5 för koordinater,

och Figur 6 för översikt) och tre byggnadskroppar lades in med hjälp av den (se Tabell 7).

Byggnadskroppen (building body) är en definition av byggnadens volym, i vilken zonerna

sedan läggs in. Den första byggnadskroppen utgjordes av byggnadens huvudvolym, den

andra var trapphuset i öster, och den tredje var den inglasade balkongen på första våningen.

Figur 7. Takdialog för Byggnadskropp 1

Figur 8. Byggnadskropp

Tabell 7. Byggnadskropparnas egenskaper

Byggnadskropparna definierades först i planet och en höjd bestäms för hela ytan. Takets

utformning bestämdes sedan i en separat dialog, se Figur 7 för exempel. Resultatet blev en

byggnadskropp som liknar den färdiga byggnaden redan innan zonerna lagts in (se Figur 8).

En ny Setpoint collection skapades för

projektet, kallad ”Lägenhet” (se Figur 9). En

zonmall skapades, som använder Setpoint

collection ”Lägenhet”. Den hade

rumshöjden 3,315m, endast uppvärmning

(det vill säga ingen kylning), noll personer,

noll utrustning, luftflöden noll, noll effekt

till kylning, 1000W/m

_{till uppvärmning och}

i övrigt användes standardvärden.

Sex zoner skapades, se Tabell 8. Samtliga

lägenheter har en ideal heater med 1MW

som maxeffekt, och fick utrustning med

standardinställningar (75W) som alltid är

på. Samtliga personer i lägenheterna, två i

varje, är ständigt närvarande. I källaren

placerades en utrustningsenhet som avger

1kW och som alltid är på, detta för att

simulera oljepannans värmeavgivning i

pannrummet. Trapphus 2 saknar ideal

heater och har sin minimumtemperatur i

controller setpoints satt till 0.

I lägenheten på vinden frångicks

standardinställningarna för zoner genom att

samtliga ytterväggar på långsidorna, inklusive mittrisaliten, sattes till Yttervägg 2. Trapphus

Namn

Funktion

Höjd

Area [m

]

Byggnadskropp 1

Största delen av

byggnadens volym.

Från -2,4

Till 12,0

225,6

Byggnadskropp 2

Trapphus 2.

Från 0

Till 6,930

19,38

Byggnadskropp 3

Den inglasade balkongen

på första våningen.

Från 3,415

Till 6,930

Tabell 8. Zoner i utgångstillståndsmodellen.

Namn

Beskrivning

Area [m

_{] Golvnivå}

(plushöjd)

Rumshöjd

[m]

Antal

personer

Ideal

heater

Källare

Källarvåningen

120,0

-4,415

2,1

0

Nej

Lägenhet,

bottenvåning

Lägenheten på

bottenvåningen,

ouppdelad

212,6

±0

3,315

2

Ja

Lägenhet,

första våningen

Lägenheten på

första våningen,

ouppdelad

220,1

+3,315

3,314

1

Ja

Lägenhet,

vinden

Hela vindsplanet

212,6

-6,630

6

1

Ja

Tapphus1

Trapphuset på

långsidan

13,0

-4,415

14

0

Ja

Trapphus2

Trapphuset på

kortsidan

19,38

±0

7

0

Nej

Figur 10. Modellen med fönster och dörrar.

Rumshöjden i lägenheten på första våningen fick minskas med en millimeter för att undvika

geometriska problem i modellen.

Fönster sattes in. Fönsterstorlekarna är starkt förenklade och fönstren har delats in i sex

olika typer (se Tabell 9). Samtliga gavs ett U-värde på 2,5 W/m

_{ºC både för karm och glas, en}

förenkling för att spara tid för datorsimuleringen. Den inglasade balkongen gavs ett 1,9m

högt fönsterband, med samma U-värde som de andra fönstren, på 0,7m höjd runt om de tre

väggarna. Ytterdörrarna gavs samtliga måtten 1,2·2,5m.

Tabell 9. Fönster (geometri)

Namn

Bredd [m]

Höjd [m]

Area [m

]

Bröstningshöjd, ca

[m]

3-delat fönster

1,8

1,9

3,42

0,7

2-delat fönster

1,2

1,9

2,28

0,7

Skafferifönster

0,5

1,0

0,5

0,7

Litet hallfönster

1,0

1,0

1,0

0,7

Stort hallfönster

1,5

1,0

1,5

0,7

Vindsfönster

0,9

0,6

0,54

0,1

Fönstren placerades i

enlighet med

fasadritningarna från 1936

(Okänd upphovsman,

1936) . Observera att

fönstrens placering inte är

exakt och att glaspartierna

vid dörrarna,

balkongdörren på vinden

samt takfönstren har

utelämnats. För bild av

modellen med fönster, se

Figur 10.

Skorstenar sattes in, en

per våningsplan, centralt

placerade. Defaultinställningarna användes för alla parametrar utom höjd och kanallängd (se

Tabell 10). Simuleringen gjordes med fläktarna avslagna.

Tabell 10. Skorstensparametrar

Parameter

Inlet loss coeff.

1,0 (default)

Outlet loss coeff

0,6 (default)

Diameter

0,15m (default)

Total rise from inlet to outlet, bottenvåningen

8m

Total rise from inlet to outlet, första våningen

5m

Total rise from inlet to outlet, vinden

3m

Total duct length, bottenvåningen

8m

Total duct length, första våningen

5m

Total duct length, vinden

3m

2.4.3

Förslagsmodellerna

Med den ovan beskrivna modellen som utgångspunkt gjordes fem stycken förslagsmodeller.

Den första beskriver de ändringar som ligger till grund för de andra ändringarna, det vill säga

en uppdelning i fyra lägenheter med 1,5 personer i varje (de lägenheter som är uppdelade på

två våningar har 0,75 personer per zon), mekanisk frånluft (0,35l/sm

_{), förbättrade U-värden}

för fönstren, förbättrad värmeisolering i källarbjälklaget, ingen extra värmekälla i källaren,

samt ideal heaters i samtliga zoner. Husets geometri ändras inte. För konstruktions- och

materialdata, se Bilaga 5.

Tre olika förslag gjordes, vilka sedan kombinerades på två olika sätt (se Tabell 2) Samtliga

simuleringar gjordes med fläktarna på.

Till modellen med de grundläggande ändringarna avlägsnades samtliga zoner från

utgångslägesmodellen och nya sattes in. Standardinställningar för konstruktioner ändrades

inte. Antalet personer i byggnaden sattes till 2,4 per lägenhet. Samma mall för zoner

Tabell 11. Zonindelning

Värt att notera är att ventilationsflödet ändrades under parameternamnet ”Supply air for

CAV” i sammanfattningen av zonerna i projektets ”General”-flik. Det kan även ändras i

zonernas egna ”General”-flikar.

Till förslag 1 ändrades ytterväggarna till de tilläggsisolerade varianterna av respektive vägg.

Till förslag 2 ändrades endast vindsbjälklaget till den tilläggsisolerade varianten och

byggnadskroppens tak lades plant strax ovanför isoleringen. Till förslag 3 ändrades taket till

den tilläggsisolerade varianten.

Zonnamn

Område

Källare

Källaren

Läg1

Lägenhet 1, bottenvåning väst

Läg2

Lägenhet 2, bottenvåning öst

Läg3, fv

Lägenhet 3, första våningen, väst

Läg4, fv

Lägenhet 4, första våningen, öst

Läg3, vv

Lägenhet 3, vindsvåningen, väst

Läg4, vv

Lägenhet 4, vindsvåningen, öst

Trapphus1

Trapphus långsida

3

LITTERATURSTUDIE

Litteraturstudien omfattar områdena varsamhet, byggnadsfysik, energibesparing i befintliga

byggnader samt energisimulering av äldre byggnader.

3.1

Varsamhet

Riksantikvarieämbetets vägledning Fem pelare (Robertsson, 2000) definierar begreppet

varsamhet som: ”Det innebär att byggnadens karaktärsdrag ska beaktas och dess

byggnadstekniska, historiska, kulturhistoriska, miljömässiga och konstnärliga värden ska tas

tillvara. Dessa ska även iakttas när de tekniska egenskapskraven tillämpas.” (s.152). Denna

definition stämmer bra överens med Plan- och bygglagens bestämmelser kring ändring och

flyttning av byggnader (PBL 8 kap 17§).

Praktiska tillämpningar av varsamhetstänkandet är till exempel att begränsa ingreppen i den

byggnad som ändras; att laga skadade byggnadsdelar istället för att byta ut dem helt; att göra

ändringar reversibla (det vill säga att ändringen inte ska göra ett allt för stort ingrepp i

byggnadens originaldelar, utan kunna tas bort så att byggnaden återställs till sin tidigare

utformning); samt att anpassa valda lösningar till byggnadens förutsättningar. (Robertsson,

2000)

3.2

Byggnadsfysik

Följande avsnitt behandlar de principer som ligger till grund för värme- och

fuktberäkningarna i detta arbete.

3.2.1

Värmetransport

Värmetransport kan ske på tre olika sätt: ledning, konvektion och strålning. Ledning kan ske

i fasta material, gaser och vätskor och sker genom energiöverföring från molekyl till molekyl.

Hur mycket värme, eller rättare sagt hur stor värmemängd, som passerar igenom ett fast

material som räknas som homogent beror på materialets värmeledande egenskaper.

Konvektion innebär att värme transporteras från en yta till en annan genom rörelser i gasen

eller vätskan mellan dem. I byggsammanhang är det oftast luft som är mediet mellan ytorna.

Det finns två typer av konvektion, egenkonvektion och påtvingad konvektion. Den

förstnämnda beror på att luftens densitet ändras med temperaturen, det vill säga att kall luft

sjunker och varm luft stiger. Påtvingad konvektion sker genom luftrörelser som har skapats

av yttre påverkan, som till exempel vind eller fläktar. Strålning är en värmetransport som

sker genom elektromagnetisk strålning mellan två ytor. När beräkningar i praktiken görs

används begreppet värmeledning, vilket inte motsvarar endast den exakta definitionen av

värmeledning, utan kan även innefatta alla tre värmeöverföringssätten. (Mårdberg, 1987)

3.2.1.1 Värmekonduktivitet, värmemotstånd och värmegenomgångskoefficient

För att kunna beräkna värmeflödet genom en byggnadsdel har begreppet

värmekonduktivitet, tidigare kallat värmeledningsförmåga, införts. Värmekonduktivitet är en

sammanställning av samtliga tre sätt värme kan transporteras och det betecknas med λ.

Enheten är W/m°C. Material som leder värme bra, som till exempel stål, har ett högt λ-värde,

material som leder värme dåligt, som till exempel mineralull (eller rättare sagt den

stillastående luften i mineralullen), har ett lågt λ-värde. Värmekonduktiviteten hos ett

material är inte konstant för alla förhållanden, utan påverkas av temperatur och fuktinnehåll.

Värmemotståndet, betecknat R med enheten m

_{°C/W, är ett mått på den värmeisolerande}

förmågan hos en byggnadsdel. Det praktiskt tillämpbara värmemotståndet R

hos ett skikt i

byggnadsdelen beräknas:

(4)

där

d=tjocklek hos materialskiktet [m]

λ

=praktiskt tillämpbar värmekonduktivit hos materialet [W/m°C]

λ

kan väljas direkt ur av Boverket godkända tabeller för alla byggnadsmaterial förutom

officiellt tillverkningskontrollerade värmeisoleringsmaterial, där λ

istället är summan av den

klassificerade värmekonduktiviteten, λ

, och en korrektionsterm, Δλ

som tar hänsyn till

fukt.

Det finns två värmemotstånd som inte är beroende av denna formel, och de är de motstånd

som finns mellan de ytor hos konstruktionen som vetter mot uteluften respektive inneluften.

Dessa värmemotstånd betecknas R

(utsida) och R

(insida) och brukar vanligtvis ha

värdena R

=0,13 m

°C/W och R

=0,04 m

°C/W.

Det totala värmemotståndet hos en byggnadsdel, R

eller ∑R, är summan av

värmemotstånden hos samtliga ingående skikt inklusive luftspalter, samt R

och R

.

Värmegenomgångskoefficienten är mer känd som U-värdet, i äldre litteratur k-värdet. Det är

det inverterade värdet av byggnadsdelens totala värmemotstånd, det vill säga:

(5)

Enheten är W/m

_{°C. För ett praktiskt tillämpbart U-värde måste dock vissa}

korrektionstermer för till exempel påverkan av nederbörd och arbetsutförande läggas till.

U-värdeberäkningar förutsätter att temperaturförhållandena på bägge sidor om byggnadsdelen

inte förändras, det vill säga att stationära förhållanden gäller. (Mårdberg, 1987)

3.2.1.2 Värmekapacitet

magasineras i byggnadsdelar så länge mer värme tillförs än avgår, och sedan avges när

förhållandena är de motsatta. Detta är värmekapaciteten hos byggnadsdelen.

Värmekapaciteten betecknas C och har enheten J/°C. Tunga material, till exempel betong och

sten, har större värmekapacitet än lätta material som till exempel trä. En stor termisk massa,

det vill säga stor del tunga material, har något som kallas termisk tröghet, ett fenomen som

kan påverka värmebalansen i en byggnad. (Mårdberg, 1987)

3.2.1.3 Värmebalans

En byggnads energibalans är balansen mellan den tillförda energin och den bortförda

energin. Skillnaden mellan energibalans och värmebalans är att energibalansen består av

värme- och kylbehov plus elbehov, medan värmebalansen enbart handlar om värme- och

kylbehov.

I värmebalansen ingår å ena sidan den värme som tillförs byggnaden i form av aktiv och

passiv uppvärmning, å andra sidan den värme som försvinner ut ur konstruktionen på olika

sätt.

Till den aktiva uppvärmningen räknas oftast som den värme som tillförs via värmesystem

som radiatorer eller dylikt. Den kan komma från fjärrvärmesystemet eller lokala källor som

oljepannor eller bergvärme.

Den passiva uppvärmningen utgörs av värmetillskott från

solinstrålning genom fönster, återvunnen värme från till exempel ventilationsvärmeväxlare,

värme som avges av personer som vistas i huset, överskottsvärme från

hushållselsanvändning som till exempel kylskåp eller datorer, samt värme som läcker ut från

tappvarmvattenssystemet och andra installationer. Passiv värme innefattar alltså såväl

gratisenergi som köpt energi.

Transmission och ventilation är de två största värmeförlusterna i en byggnad normalt sett.

Värmebehovet för tappvarmvatten är en tredje källa till värmeförluster. Ventilationsförluster

beror på att kall luft utifrån kommer in, avsiktligt via ventilationen eller oavsiktligt genom

otätheter, och skall värmas upp till rumstemperatur.

Transmissionsförluster är den värmetransport som sker i ett klimat som Sveriges, det vill

säga ett kallt klimat, när det är kallare ute än inne. Storleken på transmissionsförlusterna

beror på hur mycket värme som kan läcka ut genom byggnadens ytterväggar, fönster, dörrar,

tak, och grund, och på hur stor temperaturskillnaden mellan ute och inne är. Vid samma

temperaturskillnad har ett välisolerat hus mindre transmissionsförluster än ett mindre

välisolerat hus med samma ytteryta. (Abel & Elmroth, 2008)

3.2.2

Fukttransport

Transporten av fukt i en byggnad kan ske på olika sätt. Transport av vatten i flytande form

kan ske genom kapillärsugning, eller drivet av tyngdkraft, vattenövertryck eller vindtryck.

Vattenånga transporteras genom fuktkonvektion eller diffusion (med de här ej behandlade

specialfallen effusion och termodiffusion).

Fuktkonvektion innebär, som namnet antyder, att vattenånga förs med i en luftström. Om

luftströmmen går från ett varmare område till ett kallare kan kondensation uppstå.

Diffusion är den fukttransport som drivs av koncentrationsskillnader, precis som

värmeledning drivs av temperaturskillnader. Diffusionen leder fukt från fuktigare material

till torrare, och vattenånga från luftvolymer med högre ånghalt till luftvolymer med lägre, i

kalla klimat vintertid normalt sett inifrån en byggnad och ut.

(Nevander & Elmarsson, 2001)

3.2.2.1 Ånggenomsläpplighet och ånggenomgångsmotstånd

Ånggenomsläpplighetskoefficienten, δ [m

_{/s], är ett mått på hur mycket vattenånga ett}

material kan släppa igenom vid skillnader i ånghalt eller partialtryck.

Ånggenomgångsmotståndet, Z [s/m], kan ses som en fuktmotsvarighet till värmemotståndet

R, och beräknas:

(6)

där

d är materialskiktets tjocklek [m]

δ är ånggenomsläpplighetskoefficienten [m

_/s]

Precis som det finns värmeövergångsmotstånd vid en konstruktions ytor så finns det

fuktövergångsmotstånd på utsidan respektive utsidan av konstruktionsdelen, men dessa är

oftast försumbara annat än vid studier av just ytskikt av olika täthet.

För att studera stationär fuktdiffusionen genom en byggnadsdel måste temperatur och

ånghalt inomhus och utomhus vara kända, likaså vilka material som ingår i konstruktionen,

deras tjocklek och ånggenomsläpplighetskoefficient (ångpermeabilitet) eller skiktets

ångmotstånd. (Nevander & Elmarson, 2001)

3.2.2.2 Fuktkällor

Fukt i en byggnad kan komma från ett antal olika källor och finnas i tre olika former,

nämligen som vattenånga i luften, som vatten i flytande form, och, mer sällan inomhus under

normala förhållanden annat än med avsikt, som is och snö.

De fem vanligaste fuktkällorna

är:



Nederbörd



Luftfukt



Byggfukt (det vill säga fukt som avges från byggnadsmaterial eller byggnadsdelar

innan de når fuktjämvikt med sin omgivning)



Vatten från marken



Läckage från installationer

Med luftfukt menas vattenångan som finns i luften. Luftfukt kan antingen beskrivas som den

absoluta halten vattenånga i luften, betecknad v och mätt i gram vattenånga per kubikmeter

procent. RF definieras som kvoten mellan den mängd vattenånga luften faktiskt innehåller

(ånghalten, v) och den mängd vattenånga luften kan innehålla vid den givna temperaturen

(mättnadsånghalten, v

). Ju kallare luften är, desto mindre mängd vattenånga kan den

innehålla, så en relativ luftfuktighet på 40% innebär en mindre mängd vattenånga i luften vid

-20°C än vid +20°C (0,4 respektive 6,9 g/m

_{). (Nevander & Elmarsson, 2001)}

Ånghalten inomhus beror på ånghalten utomhus, fukttillskott inomhus, luftomsättningen

samt eventuell avfuktning av inomhusluften. Fukttillskottet inomhus kommer från

avdunstning från människor, djur och växter, dusch, bad, tvätt, disk och annan

vattenanvändning, matlagning samt eventuell befuktning. Fukttillskottet för småhus och

lägenheter i flerbostadshus skiljer sig, i det första fallet är det 2-5 g/m

_{, i det andra 1,5-4}

g/m

_{. (Nevander & Elmarsson, 2001)}

Om luft kyls ned till en temperatur med en mättnadsånghalt mindre än luftens ånghalt

kommer vattenångan att kondensera till vatten i flytande form. Samma sak händer om

vattenånga tillsätts till luften så att ånghalten överskrider lufttemperaturens

mättnadsånghalt. Detta förklarar bland annat imman på glasögon när glasögonbäraren

kommer in från kylan. Glasögonglasens yta har passerat daggpunkten för inomhusluften.

Daggpunkten är, som Nevander och Elmarsson säger (2001), "den lägsta temperatur som

fuktig luft kan anta utan att fukt utfälls i form av kondens."

3.2.2.3 Fuktskador

Effekter oönskad fukt i byggnader kan ge är missfärgning, frostskador, kemisk nedbrytning,

biologisk nedbrytning (röta), rörelser hos byggnadsdelarna på grund av svällning, minskad

hållfasthet hos material, lukt på grund av ämnen som avges från fuktiga eller mögelangripna

material samt hälsorisker för de som vistas i byggnaden på grund av tidigare nämnda till

luften avgivna ämnen. Risken för mögel är som störst vid RF över 70%. (Nevander &

Elmarsson, 2001)

3.3

Energibesparing i befintliga byggnader

Abel och Elmroth (2009) påpekar att värmebehovet i äldre befintliga hus styrs till största

delen av ventilations- och transmissionsförlusterna. Att transmissionsförlusterna är stora i

jämförselse med nyare bebyggelse beror på att gamla hus ofta har dålig värmeisolering.

Tilläggsisolering är en vanlig åtgärd för att spara uppvärmningsenergi. Att byta till fönster

med bättre U-värde är också vanligt. Ventilationsförlusterna kan minskas med hjälp av

justering av luftflöden, tätning av ytterväggar och andra konstruktionsdelar. Tilläggsisolering

av vindsbjälklag är enligt Mårdberg (1987) en ofta lönsam åtgärd som är relativt enkel. Han

påpekar även att tak- och vindsutrymmen som blivit tilläggsisolerade kan få fuktproblem på

grund av fuktig luft som stiger upp från underliggande våningar.

Vid tilläggsisolering av väggar kan isoleringen antingen läggas till på utsidan av väggen eller

på insidan. Utvändig tilläggsisolering påverkar byggnadens utseende men har flera

köldbryggor, det vill säga byggnadsdelar som leder värme bättre än den omgivande

konstruktionen, från mellanbjälklag och innerväggsanslutningar bryts och att den

ursprungliga väggen blir varmare i och med att värmen ”stoppas” på utsidan om den. Detta

innebär att den får ett lägre RF och blir därför torrare. De estetiska nackdelarna är till

exempel att fasadlivet flyttas utåt, vilket påverkar förhållandet mellan fasadliv och läget på

detaljer som fönster, dörrar och sockel. Takutsprånget minskas också. Mårdberg avråder från

utvändig tilläggsisolering av hus med kulturhistoriskt värde (1987).

Invändig tilläggsisolering är ett alternativ för kulturhistoriskt bevarandevärda byggnader.

Detta är dock en metod med många nackdelar, som till exempel att köldbryggorna inte bryts,

att utrymme försvinner inomhus, att radiatorer, socklar, fönsterinfattningar och dylikt måste

flyttas, samt att risken för fuktskador ökar i och med att temperaturen i den befintliga väggen

sänks. Väggen på utsidan om isoleringen utsätts dessutom för större variationer i

temperaturen under dygnet. En ångspärr måste sättas in för att förhindra fukten i inneluften

från att transporteras ut i väggen där den riskerar leda till mögelproblem, kondens eller

andra fuktrelaterade skador. Den relativa luftfuktigheten bör kontrolleras för denna typ av

åtgärd. (Mårdberg, 1987)

3.4

Datorsimulering av äldre byggnader

Att göra en datorsimulering av energisammanbanden i en äldre byggnad medför, som

Widström (2012) påpekar, att vissa egenheter måste tas hänsyn till. Ett gammalt hus är inte

som ett nytt, och ett byggt hus är inte som ett planerat. Widström räknar upp de

huvudsakliga skillnaderna mellan moderna hus och historiska – hennes licentiatavhandling

handlar främst om energi- och fuktsimuleringar av byggnader som är del av kulturarvet –

och nämner då bland annat ”geometrisk komplexitet”, ”frånvaro av isolering och

fuktspärrar”, ”heterogenitet” samt ”ventilation” [fri översättning från engelska].

Med ”geometrisk komplexitet” menas att äldre byggnader ofta har till exempel lutande eller

rundade ytor, välvda tak och vinklar som inte är räta. De flesta simuleringsprogram är gjorda

för moderna hus, vilka oftast har en enklare geometri med räta vinklar och parallella ytor. En

datormodell av ett gammalt hus i ett sådant program medför ofta förenklingar av byggnadens

geometri. ”Frånvaro av isolering och fuktspärrar” talar för sig självt. ”Heterogenitet” innebär

att konstruktionerna och materialen som användes förr i tiden inte är så homogena som i

modernt byggande. Standardiserade material fanns inte, så materialegenskaperna är inte lika

väl kända som hos moderna material, dessutom kan de variera mellan olika delar av

konstruktionen beroende på vad de utsatts för under åren i form av belastning, slitage och

klimat. Ombyggnader och ändringar som har gjorts under åren medför att även om en del av

konstruktionen är känd så går det inte att lita på att resten av till exempel väggen är exakt

likadan. Det finns många osäkra faktorer med äldre byggnader. Under ”ventilation”

behandlas det faktum att äldre byggnader med självdragsventilation har luftflöden som

varierar avsevärt och därför kan vara svåra att korrekt återge i en datorsimulering.

(Widström, 2012)

Fler detaljer och indata medför att beräkningarna blir fler och därmed tyngre för

datorprogrammet. Många förenklingar kan alltså behöva göras vid en datorsimulering av en

äldre byggnad, fler än vid en av ett nytt hus. Det kan vara svårt att avgöra hur mycket

osäkerheter i indata och förenklingar påverkar osäkerheten av slutresultatet. Olika processer

kan påverka varandra på svåröverskådliga sätt och ett litet fel på ett ställe kan leda till större

fel på ett annat. Vanorna hos användarna av byggnaden kan vara svåra att förutse, men de

kan utgöra en viktig faktor. Sammantaget finns det många osäkerhetskällor som kan påverka

slutresultatet och giltigheten av datorsimuleringen, men att försöka styra så många detaljer

som möjligt medför, förutom att modellen blir långsammare, fler punkter i modellen där det

kan gå fel och fler samband vilka kan vara svåra att genomskåda. Det är alltså viktigt att välja

rätt detaljgrad och förenklingsgrad för sin datormodell. Yttermera tar Widström upp olika

faktorer att ha i åtanke vid en kvalitetskontroll av simulering och metod, nämligen om

huruvida modellen eller simuleringen är gjord enligt specifikationerna eller ej; om modellen

eller simuleringen gör det den är avsedd att göra, det vill säga ger rätt utdata; lämpligheten

hos modellen eller simuleringen samt hur trovärdiga resultaten är. (Pace 2004 se Widström

2012)

3.4.1

IDA Indoor Climate and Energy

IDA Indoor Climate and Energy (IDA ICE) är vad Bergsten (2001) kallar ett generellt

program, det vill säga det hanterar bland annat värmeöverskott, värmelagring i

byggnadsstommen och mer avancerade modeller för solinstrålning. Det släpptes 1998 av

Brisdata, som sedan dess har bytt namn till EQUA Simulation AB (EQUA Simulation AB,

2013). Finansiering kom från både statliga medel och från ett konsortium av svenska bygg-

och konsultföretag. IDA ICE är en applikation till IDA Simulation Enviroment. (Bergsten.

2001) IDA ICE har validerats av Kropf och Zweifel (årtal okänt) och Moosberger (2007).

Programmet använder flera zoner i sina modeller. Det går att använda på tre olika nivåer:

den första nivån utgörs av en enda zon med ett formulär användaren fyller i, varefter en

simulering av energiförhållandena för denna enda zon kan ske. Nästa nivå är standardnivån,

i vilken användaren kan skapa en mer sammansatt modell med komplex geometri, flera

zoner och schemastyrda komponenter. Parametrar som bland annat solavskärmning,

vistelsetid för personer i byggnaden och ventilation kan också styras med scheman.

Gränssnittet domineras av dialogrutor och menyer, och visualiseringar av byggnaden. Ett

antal parametrar måste bestämmas innan en simulering kan ske, och det finns ett flertal

alternativ för vilka data som skall beräknas. Beräkningarna utgörs av ett ekvationssystem,

och det är just i detta systems ekvationer som den tredje och sista nivån, den avancerade

nivån, ger användaren möjlighet att gå in i för att granska och ändra.

Widström har använt IDA ICE i sitt försök att ta fram metoder för att göra datorsimuleringar

av kulturhistoriskt värdefull bebyggelse. Kriterierna för hur en bra mjukvara för uppdraget

skulle vara uppfylldes inte helt av IDA ICE eftersom programmet inte beräknar varken

buffring av fukt eller fukttransport annat än i samband med ventilation. Hon anser dock att

det har fördelar såsom dess flexibilitet och möjligheten att i detalj styra de ingående

matematiska variablerna. Modellerna blev dock snabbt stora och de insticksmoduler för

fukttrasport som skrevs och användes gav upphov till stora problem. (Widström, 2012)

Ett konkret exempel på hur IDA ICE har använts vid undersökning av en kulturhistoriskt

värdefull byggnad finns i Anderssons examensarbete från 2007. I den görs en simulering av

energiåtgången i Lekaryd kyrka, en byggnad från 1500-talet. Resultatet från

datorsimuleringen jämförs med värden uppmätta och normalårskorrigerade av Andersson.

Datorsimuleringen ger en 47% högre energiåtgång än den uppmätta. Potentiella felkällor

uppges vara ”antaganden och uppskattningar” av indata. (Andersson, 2007)

4

OBJEKTSBESKRIVNING

Chefsbostaden tillhör till fastigheten Strömsholm 8:52. En tidigare numrering av huset i

förvaltningssammanhang är U20:109. Vid litteratur- och arkivsökningarna framkom att

arméns chefsbostad ibland förväxlas med stuteriets chefsbostad, den så kallade Thottska

villan (se Figur 11).

Figur 11. Karta Strömsholm (Lantmäteriet, 2012) (Ändrad av författaren och använd med tillstånd från

Lantmäteriet)

4.1

Historia och tillgängligt arkivmaterial

Redan på Gustav Vasas tid förekom hästavel i Strömsholm, och under 1600-talet fanns där

en organiserad stuteriverksamhet, vilken fortsatte efter 1871 i form av en hingstdepå fram till

1950-talet. Stuteriet hade stallar, sjukstall, ridhus, och bostäder för de anställda. Vissa av

byggnaderna kom till på 1600-talet, som till exempel beridarens bostad, andra senare. Norra

respektive vita stallet är från 1860-talet och lilla ridhuset och vangslidret byggdes 1871 av

timmer återanvänt från det rivna livstallet från 1650. En annan viktig byggnad för stuteriet

var den bostad som byggdes mitt emot slottet, på Strömsholmsåsens krön, åt stuterichefen.

Huset uppfördes 1770 och är känt som Thottska villan. (Karlsson, E.-L- red.,2005).

Strax utanför Strömsholm ligger Utnäslöt (se Figur 12), en grässlätt med en by, Utnäs by, vid

landsvägen. Marken, inklusive byn, köptes 1780 av Svenska kronan för att användas som

övningsplats för livregementets grenadjärkår. Under 1800-talet uppfördes ett antal

byggnader för militären, bland annat baracker, förråd, sjukhus, underofficerspaviljong, och

en officeraspaviljong (Karlsson, E.-L- red.,2005). Enligt Teijler (1996) fanns det ett ”s.k.

sjukhus” vid Utnäslöt sedan 1770, men som Lundström påpekar i Karlsson (2005) uppfördes

ett tvåvåningars sjukhus i liggtimmer 1811 vid övningsplatsens östra sida. Detta var

regementets första egna byggnad. Livregementet upphörde att vara stationerat vid Utnäslöt

1893 och sjukhuset revs 1902. Timret återanvändes till uppförandet av chefsbostaden, precis

som lilla ridhuset och vagnslidret hade byggts av återvunnet timmer seklet innan. (Karlsson,

E.-L. red., 2005)