Energi- och kostnadseffektiva klimatskal: För lager-, industri- och kontorsbyggnader

(1)

Energi- och

kostnadseffektiva klimatskal

För lager-, industri- och kontorsbyggnader

Mikael Aderskog

Christopher Hoff

Examensarbete

Stockholm, 2013

(2)

(3)

Energi- och kostnadseffektiva

klimatskal

För lager-, industri- och kontorsbyggnader

Mikael Aderskog

Christopher Hoff

Examensarbete

(4)

(5)

Sammanfattning

På uppdrag av DynaMate, vilka bygger och underhåller Scanias lager-, industri- och kontorbyggnader, har en studie genomförts för att finna de optimala isoleringstjocklekarna hos ytterväggar och yttertak ur ett ekonomiskt perspektiv för dessa typer av byggnader. Analysen har även innefattat klimatskalens övriga delar, som fönster, ytterdörrar och portar. I studien har tre olika typer av ytterväggskonstruktioner studerats, vilka är sandwichelement av plåt respektive av betong, samt en uppbyggnad av betongelement med ett ytskikt av puts. Även två typer av takkonstruktioner har studerats, dessa är utvändigt isolerat TRP-plåt respektive betongtak. För samtliga klimatskal har ett flertal olika isoleringstjocklekar och U-värden hos fönstren varierats.

Vid framtagandet av energibehoven för de studerade lager-, industri- och kontorbyggnaderna har alla modellerats och simulerats i programmet IDA ICE, där även känslighetsanalyser av läckflöden och lufttätheten hos klimatskalen har genomförts. Utifrån dessa har LCC beräkningar genomförts för samtliga kombinationer för att på så vis kunna bilda en uppfattning om vilken kombination och uppbyggnad som är mest ekonomiskt försvarbar under byggnadernas 50-åriga livstid.

Under arbetets gång genomfördes termografering av en befintlig lagerbyggnad hos Scania, där det konstaterades att en bristfällig anslutning har används. Denna anslutning har en betydligt högre värmeledningsförmåga än övriga delar av klimatskalet. I rapporten analyseras anslutningen och orsaken till den högre värmeledningsförmågan och det kan konstateras att det till stor del beror på en genomgående stålprofil i anslutningen. En alternativ anslutning har tagits fram där stålprofilen har ersatts av en L-profil, vilket reducerar värmeledningsförmågan till en femtedel av den ursprungliga och därmed minskar kostnaden för uppvärmning.

Vidare har det observerats att företaget inte använder någon ångspärr i takkonstruktionerna för deras lager- och industribyggnader. Därför har en fuktteknisk analys gällande ångspärrens existens i takkonstruktionerna genomförts. Av analysen framgår det att utan en fungerande ångspärr sker det omfattande fuktansamlingar i konstruktionen över tiden hos industribyggnaden vilket leder till ökade uppvärmningskostnader.

Vad som kunde konstateras är att en minskning av isoleringstjockleken för samtliga byggnadstyper är mer ekonomiskt försvarbart än att öka tjockleken, trots att energibehovet ökar för byggnaderna. Detta beror framförallt på den höga kalkylräntan som företaget använder sig utav, som medför att eventuella besparingar för kyl- och uppvärmningskostnader mycket snabbt omintetgörs av räntan som de extra kostnader för byggnationen av dessa har inneburit. Vidare innebär detta att det är de billigaste uppbyggnadsalternativen för väggar och tak som i slutändan visade sig vara de mest ekonomiskt försvarbara för samtliga typer av studerade byggnader.

Nyckelord: klimatskal, energianvändning, LCC, kontorsbyggnader, lagerbyggnader, industribyggnader

(6)

(7)

Abstract

A study to optimize insulation thickness for stock-, industrial- and office-buildings for external walls and roof in an economical perspective has been conducted on behalf of DynaMate. DynaMate’s role is to maintain all Scania’s buildings. Analysis has also included other parts of the building envelope, such as windows, exterior doors and industrial doors. In this thesis, three different types of exterior wall constructions has been investigated, these are a sandwich design consisting of sheet metal and a another one consisting of concrete, as well as a wall of concrete with a coating of plasters. Furthermore, two types of roof structures have been studied, these are TRP-sheets and a concrete structure, both of which are externally isolated. For all types of building envelopes, different standard thicknesses of insulation have been used and the U-value of the windows has been varied.

To calculate the energy needed for the different kinds of buildings, the program IDA Indoor Climate and Energy has been used. Furthermore, a sensitivity analysis of the air tightness has been implemented for the building envelope. Based on the program results LCC (Life-cycle cost) calculations have been carried out for all combinations, thus be able to form an idea of the combination and what kind of structure that is most economically tenable.

A thermograph study was conducted in an existing warehouse at Scania. Observations show that the connection between the sandwich material of sheet metal and the foundation wall is flawed as this has a much lower thermal resistance compared to other parts of the building envelope. An alternative connection was developed which reduces the heat loss to one-fifth of the initial connection.

An analysis regarding the companies approach to the vapour barrier in roof structures for industrial buildings has been investigated from a moisture standpoint. The analysis shows that without a functioning vapour barrier the moisture content in the construction increases over time, which leads to increased heating costs.

The conclusion of this study shows that a reduction of insulation thickness for all types of studied buildings is more economically tenable than increasing the thickness. This is mainly due to the high cost of capital that the company uses for these investments. This means that any savings on cooling and heating costs very quickly is overthrown by the interest rate of the additional cost of the investment.

Keywords: building envelope, energy consumption, LCC, office, warehouses, industrial buildings

(8)

(9)

Förord

Som en avslutande del av Civilingenjörsutbildningen inom Samhällsbyggnad vid Kungliga Tekniska Högskolan genomförs detta examensarbete inom institutionen för Byggvetenskap. Arbetet har utförts på uppdrag av DynaMate och omfattar 30 högskolepoäng.

Vi vill passa på att tacka vår examinator Folke Björk och vår handledare Thomas Thorsell vid KTH vilka båda har hjälpt och väglett oss under arbetets gång.

Till sist vill vi tacka Anders Larsson vid DynaMate som har visat stort engagemang och fungerat som en länk till företaget.

Stockholm, september 2013

(10)

(11)

Symboler

A m2 Area C J/K Specifik värmekapacitet E J Energi l m Längd λ W/mK Värmekonduktivitet L m3/s Luftflöde ρ Kg/m3 Densitet Qt W Transmissionsförlust RF % Relativ fuktighet T °C Temperatur Tin °C Innetemperatur Tute °C Utetemperatur U W/m2K Värmegenomgångskoefficient V m3 Volym Ψ W/mK Linjära läckflödeskoefficient

(12)

(13)

Innehåll

Sammanfattning ... i Abstract ... iii Förord ... v Symboler ... vii 1 Inledning ... 1 1.1 Bakgrund ... 1 1.2 Företagsbeskrivning ... 1

1.3 Syfte och målsättning ... 2

1.4 Frågeställning ... 2

1.5 Avgränsning ... 2

1.6 Metoder och genomförande ... 3

1.7 Hypotes ... 5

2 Riktlinjer, definitioner och verktyg ... 7

2.1 Energiförluster och tillskott ... 7

2.2 Nybyggnation för kontorslokaler ... 8

2.2.1 Ombyggnation för lokaler ... 9

2.3 Värmeisolering ... 10

2.3.1 Isolering ... 10

2.4 Värmelagring och värmekapacitet ... 11

2.5 Modelleringsprogram ... 12

2.5.1 IDA ICE ... 12

2.5.2 COMSOL ... 13

2.5.3 WUFI ... 13

3 Byggsystem och klimatskal ... 15

3.1 Ytterväggar ... 16

(14)

3.1.2 Sandwichelement av betong med mellanliggande isolering ... 17

3.1.3 Fasadssytem av puts med en bärande betongstomme ... 18

3.2 Yttertak ... 19

3.2.1 Utvändigt isolerat tak av bärande TRP-plåt ... 19

3.2.2 Utvändigt isolerat betongtak ... 20

3.3 Fönster ... 20

3.4 Dörrar och portar ... 21

4 Byggnadstyper ... 23

4.1 Processindustri- och lagerbyggnad ... 23

4.1.1 Byggnad 231 ... 23

4.2 Kontorsbyggnad ... 27

4.2.1 Tillbyggnad 270 ... 28

5 IDA, LCC, WUFI och COMSOL ... 29

5.1 Uppbyggnad av lagerbyggnad ... 29

5.1.1 Ventilation och temperatur ... 29

5.1.2 Internlaster ... 30

5.1.3 Ofrivillig ventilation och lufttäthet ... 30

5.2 Uppbyggnad av industribyggnad ... 31

5.2.3 Ofrivillig ventilation och lufttäthet ... 31

5.3 Uppbyggnad av kontorsbyggnad ... 32

5.3.2 Solavskärmning ... 32

(15)

6.1.4 Sandwichelement av betong med plåttak ... 38

6.2 Industribyggnad ... 39

6.2.1 Sandwichelement av plåt med plåttak ... 39

6.2.2 Alternativ sockelanslutning för sandwichelement av plåt ... 39

6.2.3 Sandwichelement av betong med betongtak ... 40

6.3.2 Alternativ sockelanslutning för sandwichelement av plåt ... 41

6.3.5 Fasadsystem av puts med betongtak ... 43

6.3.6 Fasadsystem av puts med plåttak ... 43

6.4 Läckflödesanalys ... 44

6.5 Fuktsimuleringar i WUFI ... 44

6.6 Värmeflödesberäkningar i COMSOL ... 45

7 Analys och slutsatser ... 47

7.1 Köldbryggor ... 47

7.1.1 Analys och utredning av sockelanslutning ... 47

7.1.2 Alternativ utformning för sockelanslutning ... 49

7.2 Lagerbyggnad ... 50

7.3 Industribyggnad ... 52

7.4.4 Fasadsystem av puts med betongtak ... 56

7.4.5 Fasadsystem av puts med plåttak ... 56

(16)

7.5.1 Lagerbyggnad ... 56

7.5.2 Industribyggnad ... 58

7.5.3 Kontorsbyggnad ... 60

7.5.4 Ångspärrens vara eller inte vara ... 61

7.6 Felkällor ... 63

7.7 Slutsatser och diskussion ... 63

7.8 Förslag till vidare studier ... 65

8 Källförteckning ... 67

9 Figurförteckning ... 68

10 Tabellförteckning ... 69

11 Appendix A ... 71

11.1 Anslutningar ... 71

11.1.1 Anslutning plåttak och sandwichvägg av plåt ... 72

11.1.2 Anslutning betongtak och sandwichvägg av betong ... 73

11.1.3 Anslutning betongtak och putsvägg ... 74

11.1.4 Anslutning sandwichvägg av plåt och betongbjälklag... 75

11.1.5 Anslutning sandwichvägg av betong och betongbjälklag ... 76

11.1.6 Anslutning putsvägg och betongbjälklag ... 77

11.1.7 Anslutning mellan sandwichelement av plåt ... 78

11.1.8 Anslutning sandwichväggelement av betong ... 79

11.1.9 Anslutning väggelement med utanpåliggande puts ... 80

11.1.10 Anslutning sandwichelement av plåt i ett hörn... 81

11.1.11 Anslutning sandwichelement av betong i hörn... 82

11.1.12 Anslutning väggelement med utanpåliggande puts i hörn ... 83

(17)

13 Appendix C ... 93 13.1 Resultat lagerbyggnad ... 94 13.2 Resultat industribyggnad ... 108 13.3 Resultat kontorsbyggnad ... 120 13.4 Resultat känslighetsanalys ... 142 13.5 Resultat WUFI ... 158 13.5.1 SW-vägg av plåt, 80 mm isolering, innetemperatur 25 C ... 158 13.5.2 SW-vägg av plåt, 100 mm isolering, innetemperatur 23 C ... 158 13.5.3 SW-vägg av plåt, 120 mm isolering, innetemperatur 25 C ... 159

13.5.4 SW-vägg av betong, 80 mm isolering, innetemperatur 25 C ... 159

13.5.5 SW-vägg av betong, 120 mm isolering, innetemperatur 23 C ... 160

13.5.6 Fasadsystem av puts, 80 mm isolering, innetemperatur 23 C ... 160

13.5.7 Plåttak, 80 mm isolering, innetemperatur 25 C ... 161

13.5.10 Betongtak, 80 mm isolering, innetemperatur 25 C ... 162

13.5.11 Betongtak, 100 mm isolering, innetemperatur 25 C ... 163

13.5.12 Betongtak, 120 mm isolering, innetemperatur 23 C ... 163 13.5.13 Plåttak utan ångspärr, 120 mm isolering, innetemperatur 23 C . 164 13.5.14 Plåttak utan ångspärr, 120 mm isolering, innetemperatur 23 C, 10år 164

(18)

(19)

1 Inledning

1.1 Bakgrund

Det råder idag ett stort fokus gällande låg energianvändning i bostäder där det finns ett flertal tydliga krav och riktlinjer ställda av Boverket, men för kommersiella och industribyggnader saknas dessa. Det diskuteras ofta om miljonprogrammens mindre energieffektiva bostäder medan energianvändning för de äldre industri- och kontorsbyggnaderna som finns i Sverige ofta kommer i skymundan. Trots att dessa byggnader står för ungefär lika stor del av landets energianvändning [1]. Därför är det viktigt att fokus även riktas på dessa typer av byggnader för att på så sätt kunna uppnå de ställda energi- och klimatmålen ”202020” som fastslogs av Europa-parlamentet och den Europeiska unionens råd juni 2010. Dessa mål innebär att Sverige och övriga EU medlemsländer skall eftersträva en energieffektivisering med 20 procent fram till året 2020 [2].

I och med den ökade fokusen på klimatfrågor och de rådande energiprishöjningarna [1] står många företag däribland Scania med sitt dotterbolag DynaMate, inför stora utmaningar att effektivisera sin energianvändning för att på detta vis minska sina kostnader. Ett energi- och kostnadsslukande område är uppvärmning och kylning av lokaler, varför företaget nu söker en mall för att bäst kunna optimera olika byggnaders isoleringstjocklek för att på detta vis minska deras energianvändning och därmed kostnaderna. DynaMate vill veta den optimala isoleringstjockleken för de olika byggnadssystemen men även veta fönstrens och dörrarnas påverkan hos den totala energianvändningen, något som idag saknas till viss del inom företaget.

1.2 Företagsbeskrivning

DynaMate AB är ett dotterbolag till Scania CV AB sedan 2001. De tillhandahåller tekniskt produktionsstöd åt Scania gällande fastighetsunderhåll och specialkompetens inom bland annat styr och regler, automation, el och VVS. Med 850 anställda och en omsättning på ungefär 1,3 miljard kronor är de ett av de största tekniskt produktionsstödjande företagen i Sverige. [3]

(20)

KAPITEL 1.INLEDNING

Scania i sin tur grundades 1891 i Södertälje, då under namnet Vagnfabriksaktiebolaget (Vabis) i Södertälje, och tillverkade ursprungligen järnvägsvagnar. Idag är Volkswagen huvudägare till Scania och övergott till att tillverka lastbilar och bussar, och har verksamheter i Australien, Asien, Latinamerika och övriga Europa. [4]

1.3 Syfte och målsättning

Målet med detta arbete är att utreda vilket byggsystem samt vilken isoleringstjocklek som bäst lämpar sig för företagets framtida lager-, industri- och kontorsbyggnader ur ett ekonomiskt perspektiv. Fokus ligger på klimatskalets ytterväggar och yttertak, men även ytterdörrar, fönster och läckflöden utreds i rapporten. Livscykelkostnader upprättas för samtliga fall, för att på detta vis lätt och översiktligt kunna bilda sig en uppfattning vilket eller vilka alternativ som är mest kostnadseffektiva att använda sig utav.

1.4 Frågeställning

Är det ekonomiskt försvarbart att energieffektivisera lager-, industri- och kontorsbyggnader, med avseende på klimatskalets olika byggnadsdelar med dagens metoder och byggnadsteknik?

1.5 Avgränsning

Detta arbete är avgränsat till att endast behandla klimatskalen för lager-, industri- och kontorsbyggnader för Scania AB inom klimatzon III i Sverige och med utgångspunkt från de svenska byggnadsregler som idag råder. De materialval och klimatskals-konstruktioner som undersöks eftersträvas att vara både praktiskt genomförbara och ekonomiskt försvarbara.

Då valet av ytterväggar, yttertak, fönster och ytterdörrar bestäms till vad som idag används för ny- och ombyggnation förutsetts att kraven på ljud, brand, lufttäthet, vindtäthet och regnskydd redan är uppfyllda. Vidare genomförs inga beräkningar av

(21)

1.6.METODER OCH GENOMFÖRANDE

Vidare används endast en typ av port eftersom portens procentuella yta av det totala klimatskalet är liten och förändringar av denna då inte skulle ge något större utslag på den totala energianvändningen. Men också den komplexitet som en optimering av en port skulle ge. Där bland annat pris, U-värde, öppningshastighet och öppningsfrekvens ska vägas mot varandra. Detta ger en stor mängd kombinationer som i slutändan inte antas vara den faktor för klimatskalet som påverkar mest.

Vidare används endast en typ av grundläggning, vilket är en platta på mark med isoleringstjockleken 100 mm, vilket idag är vanligt förekommande för företagets byggnader.

1.6 Metoder och genomförande

Arbetet inleds med en litteraturstudie där andra typer av klimatskal än de som idag används hos Scania studeras med avseende på uppbyggnad och byggfysikaliska egenskaper, men även möjligheten att lagra värme i tunga konstruktioners stommar utreds. Denna information inhämtas främst från forskningspublikationer, kurslitteratur och konsultationer med sakkunniga.

Därefter analyseras två för Scania typiska lager- och kontorsbyggnader. Dessa studeras för att erhålla en ökad kunskap och förståelse samt finna eventuella svagheter och brister i deras uppbyggnader.

Efter detta studeras köldbryggor hos byggnaderna med hjälp av verktyget COMSOL. Där värmeflödet genom konstruktionernas olika anslutningar beräknas för hela anslutningen och därefter subtraheras med värmeflödet genom de ingående konstruktionerna utan anslutningar. Därefter divideras värmeflödet med den temperaturskillnad som råder mellan väggens båda sidor. Ur detta erhålls den linjära läckflödeskoefficienten tillika köldbryggan, Ψ (W/mK) som slutligen användas vid simuleringarna i IDA Indoor Climate and Energy, (IDA ICE). Med hjälp av simuleringsverktyget IDA ICE beräknas energianvändningen för de olika byggnaderna genom att dessa modelleras och simuleras. Ur detta erhålls byggnadernas energianvändning för värme respektive kyla. För beskrivning av programmen COMSOL och IDA ICE se kapitel 2.5.1 respektive 2.5.2.

För lager- och industribyggnaderna används tre olika typer av uppbyggnader. Sandwichelement av plåt, (SW-plåt) med ett utvändigt isolerat plåttak, (Plåt-tak) därefter sandwichelement av betong, (SW-btg) med utvändigt isolerat betongtak, (Btg-tak). Den senaste hamnar inom definitionen för tunga konstruktioner där det utreds om värmelagring kan minska energianvändningen. Slutligen studeras en uppbyggnad där väggar består av sandwichelement av betong och där taket är ett utvändigt isolerat tak med bärande plåt. Här undersökts om det är möjligt att dra nytta av betongens förmåga att lagra värme i väggarna samtidigt som ett billigare takalternativ används.

För kontorsbyggnaden har fem olika typer av uppbyggnader simuleras. Förutom de tre tidigare nämnda konstruktionerna studeras även en bärande betongvägg med utanpåliggande puts, (Puts-vägg) med antingen utvändigt isolerat betongtak eller utvändigt isolerat plåttak. Trots att putsväggen har en högre investeringskostnad än

(22)

KAPITEL 1.INLEDNING

för de två övriga väggalternativen undersökts denna för kontorsfallet där den kan tänkas uppfylla andra krav så som estetik.

För alla dessa byggnadstyper varieras och kombineras isoleringstjockleken inom givna standardtjocklekar för både väggarna och taken se figur 1.

Figur 1: Översikt för de olika kombinationerna hos byggsystemen och isoleringstjocklekarna. Där de

understrukna och fetmarkerade isoleringstjocklekarna för respektive byggnadstyp och byggnad utgör de olika referensfallen.

Därefter beräknas livscykelkostnader (LCC) för de olika uppbyggnadskombinationerna för respektive byggnad. Priser hämtas från Wikells sektionsdata och från företagets egna leverantörer för att ur dessa finna den eller de optimala byggtekniska kombinationerna. Efter detta simuleras olika typer av U-värde för fönstren och läckluftflöden för klimatskalet för de fall som anses intressanta.

I arbetet används två olika fönsterkonstruktioner, där den ena är anpassad för lager- och industribyggnader och den andra för kontorsbyggnader. För lager- och industribyggnaden finns två typer av glaskassetter, ett med 2-glas och ett med 3-glas där U-värdet är 1,6 respektive 1,1 W/m2K. Medan kontorsbyggnaden har tre olika glaskassettyper av 3-glas, där respektive U-värde är 1,1, 0,9 och 0,6 W/m2K. Att lägre U-värden väljs för kontorsbyggnaden beror på att det ställs högre krav på inomhusklimatet än för lager- och industribyggnaden.

(23)

1.7.HYPOTES

Vid uppbyggnad av modellen i IDA ICE genomförs en del generella förenklingar, dessa är bland annat avsaknad av innerväggar i framförallt kontorsbyggnaden. I och med detta försvinner delar av den vinst som kan fås vid tunga konstruktioner med avseende på värmelagring. Vidare används endast förenklade och generella tider för öppningsfrekvenser av portar och dörrar.

Som referensbyggnader igenom hela rapporten används en uppbyggnad av sandwichelement av plåt med en isoleringstjocklek på 150 mm och en takuppbyggnad av plåt med utanpåliggande isolering med en tjocklek på 170 mm för samtliga tre typer av byggnader. Dessa kan ses i kapitel 3.1.1 respektive 3.2.1.

1.7 Hypotes

Givet att företaget tidigare inte har undersökt vilka de optimala isoleringstjocklekarna är för de olika typerna av byggnaderna, utgår studien ifrån att den tjocklek som används idag inte är den optimala. Då det i Sverige råder ett relativt kallt klimat under stora delar av året, samt att arean för klimatskalet hos de studerade byggnaderna är stora, bör transmissionsförlusterna för byggnaderna ha den största påverkan för byggnadens energianvändning. Därför antas att tjockare isolering för samtliga typer av byggnader är bättre ur både energi- och ekonomisk synvinkel.

Vad som mer antas är att det är byggnadstypen med sandwichelement av plåt som kommer vara den mest kostnadseffektivaste lösningen för samtliga typer av byggnader. Detta då den har en betydligt lägre investeringskostnad än de andra alternativen för både material och montering.

(24)

(25)

2 Riktlinjer, definitioner och verktyg

2.1 Energiförluster och tillskott

En byggnads värmeförluster sker bland annat via transmissionsförluster, ventilationsförluster, förluster via luftläckage, och förluster via spillvatten, medan värmetillskott sker vanligtvis via personvärme, internlaster, solinstrålning och apparater. För att kunna bestämma en byggnads energibehov beräknas dess energi-balans för värmen som flödar in och ut genom klimatskalet vilket kan ses i formel 1 [6]. Den differens som uppstår mellan värmeförlusten och värmetillskottet tillförs i form av värme via uppvärmningssystem.

Euppvärmning= Etransmission+Eluftläckage+Eventilation+Evarmvatten–Eåtervinning–Etillskott (1)

Det som framförallt koncentreras på i detta arbete är just transmissionsförluster och läckförluster eftersom dessa har med byggnadens klimatskal att göra. I figur 2 kan man se ungefär hur energianvändningen fördelas för en bostadsbyggnad [7], det som kan konstateras att transmission utgör den största delen, och att luftläckaget har en relativt liten inverkan.

Figur 2: Generell bild över energianvändningens fördelning för en bostadsbyggnad. [1]

(26)

KAPITEL 2.RIKTLINJER, DEFINITIONER OCH VERKTYG

Transmissionsförluster uppstår när det råder en temperaturskillnad på vardera sida av en yta, vilket är vanligt förekommande hos ett klimatskal [7]. Detta medför att värmen strömmar ifrån den varma till den kalla sidan och där storleken på förlusten beror dels på byggnadsdeles area, värmegenomgångskoefficienten och temperatur-skillnaden, vilket kan ses i formel 2 [8].

Qt=Σ(U·A)·(Tin–Tute) (2)

För att minska de oönskade transmissionsförlusterna hos de olika byggnadsdelarna i klimatskalet måste värmegenomgångskoefficienten minskas vilket kan bland annat göras genom att använda isoleringsmaterial som har en låg värmekonduktivitet. De områden av klimatskalen där mindre isolering finns, som till exempel anslutningar i bjälklag och fönster i fasader råder en högre värmekonduktivitet vilket bidrar till en ökad transmission, dessa områden definieras som köldbryggor.

Förluster via luftläckage uppstår då det förekommer otätheter i klimatskalet samtidigt som det råder en tryckskillnad mellan in- och utsida, vid övertryck innebär detta att tilluften måste värmas eftersom värmen inte kan återvinnas då den varma inomhus luften läcker ut genom otätheter i klimatskalet. Vilket både medför ökade uppvärmningskostnader och försämrat inomhusklimat [7]. Den fuktiga inomhusluften kan även kondensera när den möter en kallare yta i ytterväggskonstruktionen vilket kan leda till fuktproblem. För att förhindra detta skall byggnaden vara tät, ångspärr bör användas för konstruktioner och genomföringar skall minimeras. För att säkerställa en god lufttäthet bör frågorna om lufttäthet finnas i kvalitetsarbetet och att man utvecklar och använder goda anvisningar gällande utförande av lufttäta skikt [9]. Några specifika krav gällande lufttäthet finns idag inte för lager-, industri- och kontorsbyggnader, Boverket rekommenderar dock att byggnaden skall vara så tät som möjligt så att skador orsakat av fuktkonvektion inte skall uppstå, samt att kraven för den specifika energianvändningen och installerad eleffekt för uppvärmning skall vara uppfyllda. En studie som SVEBY genomförde 2009 visar att luftläckaget för ett antal redan befintliga kontorsbyggnader i Sverige ligger mellan 0,3-0,9 l/(s·m2) vid 50 Pa övertryck, vilket kan ses som en fingervisning för stora byggnader. [10]

(27)

2.2.NYBYGGNATION FÖR KONTORSLOKALER

den termiska komforten, vilket är speciellt viktigt för arbetsplatser där det finns stillasittande personer så som kontorslokaler. [11]

Arbetsmiljöverket anger att det skall råda en acceptabel temperatur i lokalen sådant att arbete kan genomföras utan risk för skador eller hälsa. De anger att den riktade operativa temperaturen i vistelsezonen för en kontorslokal ska lägst vara 20 °C. Vid temperaturer lägre eller högre än 20-24 °C under vinterhalvåret och 20-26 °C under sommarhalvåret som förekommer under en längre tid än till exempel vid en tillfällig värmebölja bör klimatet undersökas. Dock är en temperatur runt 22 °C att rekommendera vid stillasittande kontorsarbete. Lufthastigheten under uppvärmningssäsongen bör inte överstiga 0,20 m/s och 0,25 m/s under det övriga året för att upprätthålla en god termisk komfort. [12]

Energianvändning och värmegenomgångskoefficient

Klimatzon I II III

Byggnadens specifika energianvändning 120 100 80 kWh/m2 Atemp och år

Genomsnittlig värmegenomgångskoefficient 0,6 0,6 0,6 W/m2K

Tabell 1: Högsta energianvändning för lokaler som har annat uppvärmningssätt än elvärme i de tre olika

klimatzonerna. [1]

2.2.1 Ombyggnation för lokaler

Vid ändring av en kontorsbyggnad skall samma krav ställas som för uppförande av en ny byggnad, men kraven måste anpassas utifrån byggnadens förutsättningar, verksamhetskrav, förvanskningsförbundet och ändringens omfattning. Vid ombyggnad gäller att hela byggnaden uppfyller de nya kraven medan vid ändring av någon mindre del gäller kravet endast för just den specifika delen. Om den ändrade byggnaden inte uppfyller de givna kraven om högsta energianvändning enligt tabell 1 måste klimatskalens olika byggnadsdelars U-värden högst vara enligt tabell 2. [11]

Värmegenomgångskoefficient U-värde W/m2_K Tak 0,13 Yttervägg 0,18 Golv 0,15 Fönster 1,2 Ytterdörr 1,2

Tabell 2: Högsta tillåtna U-värden för klimatskalets olika byggnadsdelar vid ombyggnad för

(28)

2.3 Värmeisolering

2.3.1 Isolering

En ökad tjocklek hos isoleringen medför att U-värdet minskas men från figur 3 framgår det att förhållandet inte är linjärt. Till exempel är skillnaden i U-värde för isolering med en tjocklek mellan på 0,1 m och 0,2 m, ca 0,2 W/m2K. Medan skillnaden i U-värde med en ökning av isoleringstjocklek från 0,5 m till 1,4 m endast är ca 0,05 W/m2K. Det lönar sig alltså mer ur energisynpunkt att lägga till 0,1 m isolering när den ursprungliga tjockleken är 0,1 m än att lägga till 0,9 m när den ursprungliga tjockleken är 0,4 m.

Figur 3: Samband mellan U-värde och isoleringstjocklek.

En ökad tjocklek hos isoleringen medför att U-värdet minskas samtidigt som kostanden för isoleringen ökar. Utifrån detta kan en totalkostnad som innefattar isolerings- och energikostnader erhållas för en byggnads livslängd. I figur 4 fås en uppfattning över hur den totala kostnaden fördelar sig för olika isoleringstjocklekar. Den totala kostnaden för isolering och energi skall minimeras för att erhålla en så låg kostnad som möjligt. Om energipriset ökar förskjuts minimipunkten åt höger, och vänster om isoleringskostnaden ökar. Utifrån minimipunkten kan den optimala tjockleken för isoleringen väljas. [13]

(29)

2.4.VÄRMELAGRING OCH VÄRMEKAPACITET

Figur 4:Samband mellan olika isoleringstjocklekar och material- och energikostnad. [2]

2.4 Värmelagring och värmekapacitet

Värmelagring hos en konstruktion innebär att värme kan absorberas och lagras i konstruktionen då omgivande temperatur är högre än inuti konstruktionen. När temperaturförhållandena är de motsatta kan istället värme avges från konstruktionen till omgivingen. Detta kan till exempel ske då höga internlaster och solinstrålning bidrar till att konstruktionen värms upp i byggnaden under dagen när den har lägre temperatur än lufttemperaturen, för att sedan frigöra värme till rummet på natten då denna har högre temperatur än luften.

Genom alternerande lagring och frigörande av värme kan temperatursvängningarna jämnas ut i en byggnad över dygnet, och därmed minskar värmebehovet nattetid och kylbehovet på dagtid. Denna lagringsförmåga går att utnyttja från timmar till hela säsonger för att på så sätt minska energianvändningen. För att kunna erhålla en hög värmelagringsförmåga måste konstruktionen ha en god värmeledningsförmåga, hög densitet, hög värmekapacitet och att temperaturen i byggnaden tillåts att variera så att svängningar av innetemperaturen kan uppstå [14]. I figur 5 visas hur värmelagringen över dygnet kan variera, där den heldragna röda linjen representerar innetemperaturen och den blåstreckade linjen temperaturen i väggen [15].

(30)

Figur 5: Generell bild av värmelagring under ca ett dygn.

Värmekapaciteten hos en byggnadsdel definieras som den värmemängd som måste tillföras eller avges för att kunna höja respektive sänka en byggnadsdels temperatur med en 1 grad Kelvin [7]. Som tidigare nämnt kan mer värme lagras i konstruktionen ju högre värmekapacitet som ett material har. För att beräkna värmekapaciteten för väggmaterialen av betong och isolering används formel 3. Av resultatet nedan kan det konstateras att en 1 m3_{av betong kan lagra ungefär 77 gånger mer värme än isolering} med samma volym, och ju större temperaturskillnad som kan tillåtas, ju större blir lagringen.

dQ=C dT där C=V· ρ ·

c

J/K (3)

Betong:

dQ=1·2300·1000 dT → dQ=2,3 MJ per Kelvin temperaturskillnad

Isolering:

dQ=1·30·1000 dT → dQ=0,03 MJ per Kelvin temperaturskillnad

Mängden värme som kan lagras per dygn och frigöras beror på inträngningsdjupet för dygnsvariationer av temperaturen hos en konstruktion, där allt för stora tjocklekar tar för lång tid att värmas upp och tunnare kan inte lagra lika mycket värme. Oftast ligger den rätta tjockleken i intervallet 100-250 mm vid en tillåten temperaturvariation på ± 1 °C över dygnet, men för att erhålla den optimala tjockleken bör mer ingående beräkningar genomföras. [16]

(31)

2.5.MODELLERINGSPROGRAM

ekvationssystemen som modellerna och indatafilen bildar för ett variabelt tidsteg. I programmet måste byggnadens geografiska läge definieras, och utifrån detta ges beräkningsförutsättningar för bl.a. relativa fuktigheten, solstrålning, utomhustemperatur och vindhastighet. Och utifrån klimatskalets ingående delarna kan beräkningsförutsättningar skapas från materialsammansättning, U-värde, absorption, reflektion, täthet och köldbryggor mm. Fördelen med programmet är att den tar med byggnadsstommens energilagring vid beräkningar över tiden och är godkänd för att användas av miljöcertifieringssystemen BREEAM och LEED [17].

2.5.2 COMSOL

COMSOL Multiphysics är ett modelleringsprogram för simuleringar av olika typer av fysikaliska processer som kan beskrivas med partiella differentialekvationer. Detta program används i rapporten främst för beräkningar av energiflöden genom olika typer av konstruktioner, och ur dessa kan köldbryggor och värmegenomgångskoefficienter räknas fram. [18]

2.5.3 WUFI

WUFI (Wärme und Feuchte instationär) är ett två dimensionellt modelleringsprogram för beräkning av värme- och fukttransport i byggnadsdelar. Med hjälp av detta program simuleras fukthalten i väggpartier under en bestämd tid. Därefter fås en uppfattning om det förekommer risk för fuktskador i väggen. [19] Resultaten presenteras bland annat i ett diagram där de olika uppbyggnadsmaterialen och dess tjocklek redovisas på den horisontella axeln och där utsidan av konstruktionen är beläget på den vänstra delen av diagramet. Fuktinnehållet respektive den relativa fuktigheten i konstruktionen precenteras där de mörkare heldragna linjerna markerar dess värden vid simuleringens sista tidssteg och där de ljusare ifyllda områdena visar hur värdena har varierat under simuleringens samtliga tidssteg.

(32)

(33)

Kapitel 3

3 Byggsystem och klimatskal

En byggnads stomsystem kan utföras som pelarbalksystem, med stående och liggande väggelement, bärande väggsystem och en kombination av båda dessa. För lager- såväl som för industribyggnader används ofta pelarbalksystemet med liggande väggelement se figur 6, dessa kan även utföras med flera våningsplan och med bärande ytterväggar. Fördelen med pelarbalksystemet är att en golvyta utan några bärande innerväggar fås, vilket ger en flexibel planlösning av bland annat maskinutrustning och lagerhyllor. För kontorsbyggnader används ofta en kombination av liggande väggelement och bärande ytterväggselement se figur 7, men kan även utföras som pelarbalksystem med flera våningsplan. Fördelen är som tidigare nämnts att detta ger en större yta som förenklar möblering och planering av rum. [20]

Figur 6: Pelarbalksystem med liggande

väggelement. [3]

Figur 7: Liggande väggelement med bärande

ytterväggar. [3]

Konstruktioner med en totalvikt innanför en eventuell ventilerad luftspalt eller hålrum på högst 100 kg/m2 benämns som lätta konstruktioner, och vid en totalvikt över 100 kg/m2 benämns dessa som tunga [21]. En träregelvägg med den totala väggtjockleken 450 mm har en vikt på ungefär 42 kg/m2, och definieras således som en lätt konstruktion. Medan en sandwichvägg av betong med tjockleken 300 mm har en vikt på ungefär 420 kg/m2, och definieras därför som en tung konstruktion. För tunga konstruktioner är oftast möjligheten till värmelagring större än för de lätta, men detta beror som tidigare nämnts även på andra parametrar än vikten hos väggen.

(34)

KAPITEL 3.BYGGSYSTEM OCH KLIMATSKAL

3.1 Ytterväggar

3.1.1 Sandwichelement av plåt med mellanliggande isolering

Prefabricerade väggsandwichelement av plåt, (SW-Plåt) tillhör lätta konstruktioner då den har en egenvikt på ungefär 16 kg/m2, den är uppbyggd i tre skikt se figur 8 som först består av en 0,6 mm tjock stålplåt på utsidan som är zinkbehandlad för att göra stålet korrosionsbeständigt. Innanför denna plåt är isoleringen placerad, vanligtvis mineralull, tjockleken hos denna kan väljas mellan 50 till 300 mm beroende på val av elementtyp och där U-värdet varierar mellan 0,68 till 0,13 W/m2_{K. Det sista lagret} består även här av en stålplåt men med tjockleken 0,5 mm, och både den inre och den yttre plåten kan beläggas med olika ytbehandlingar för att få en viss färg eller för att uppfylla olika typer av krav för ytan. [22]

Figur 8: Uppbyggnad av sandwichelement av plåt.

Eftersom sandwichelementen inte är en bärande konstruktion utan endast självbärande monteras en balkkonstruktion på insidan av väggen, där genomgående infästningarna används. Förutom balkkonstruktionen används en sockelanslutning

(35)

3.1.YTTERVÄGGAR

3.1.2 Sandwichelement av betong med mellanliggande

isolering

Denna typ av prefabricerade väggsandwichelement, (SW-btg) tillhör tunga konstruktioner då den har en egenvikt på ungefär 420 kg/m2. Den är uppbyggd av två lager betong som omsluter ett lager av isolering vilket kan ses i figur 9. Den yttre betongskivan har en tjocklek på 80 mm och är till skillnad från den inre inte bärande och har en mindre tjocklek, det mellanliggande isoleringsskiktet utgörs av cellplast som kan väljas i tjocklekarna mellan 80 till 200 mm, och den inre betongskivan har en tjocklek på 100 mm. Den yttre skivan kan väljas med många olika färgval och ytbehandlingar. Hela väggens U-värde varierar mellan 0,40 till 0,17 W/m2K.

Figur 9: Uppbyggnad av sandwichelement av betong.

Fogarna som uppstår mellan elementen tätas med fogmassa, svällgummi eller olika typer av fogband [24]. För detta system används inte någon sockel mellan plattan och väggen utan denna monteras direkt på plattan.

Materialet betong har ett stort motstånd mot fuktgenomträning men är dock inte helt diffusionstät, detta innebär att fukten inifrån kan tränga ut eller tvärtom beroende på årstid, men eftersom denna fuktmängd oftast är relativt liten, torkar betongen själv ut vid respektive årstid vilket inte medför några fuktskador. Konsekvensen av detta medför endast ett temporärt försämrat U-värde för väggen. [25]

(36)

3.1.3 Fasadssytem av puts med en bärande betongstomme

Denna typ av betongvägg med puts, (Puts-vägg) tillhör tunga konstruktioner då den har en egenvikt på ungefär 375 kg/m2 och är uppbyggd av fyra olika lager vilket kan ses i figur 10. Det yttersta skiktet består av 15 mm KC-puts som fästs med hjälp av stålnät på en 20 mm putsbärare av mineralull. Efter detta är isoleringen av mineralull placerad och kan väljas i tjocklekarna 80 till 200 mm beroende på leverantör, därefter finns en bärande innerskiva av betong med en tjocklek på 150 mm. U-värdet för denna vägg varierar mellan 0,40 till 0,17 W/m2K och putsen kan väljas med olika tjocklekar, kulörer och strukturer.

Figur 10: Uppbyggnad av putsvägg med bärande betongstomme.

Eftersom putssystemet uppförs på plats kan en fogfri fasad erhållas, förutom för vissa dilationsfogar. För detta system används inte någon sockel mellan plattan och väggen utan denna monteras direkt på plattan.

Ett putsskikt kan ge upphov till fuktproblem om putsen i sig inte är helt tät, då kan en större mängd fukt ta sig in i konstruktionen, och eftersom väggen helt saknar ventilerad och dränerad luftspalt blir isolering och övriga material blöta, vilket medför ett temporärt försämrat U-värde. Detta scenario kan även uppstå när slagregn träffar

(37)

3.2.YTTERTAK

3.2 Yttertak

3.2.1 Utvändigt isolerat tak av bärande TRP-plåt

Denna takkonstruktion, (Plåt-tak) tillhör lätta konstruktioner då dess egenvikt är ungefär 31 kg/m2 och består av en bärande, profilerad plåt med en ovanpåliggande ångspärr, isolering och takpapp se figur 11. Isoleringen består oftast av ett eller två skikt av mineralull med en tjocklek mellan 50 till 320 mm. I fallet med två skikt kan en mineralull med lägre densitet med fördel användas på det undre skiktet. Det övre skiktet bör dock fortfarande ha relativt hög densitet, detta för att ge de tillräcklig mekanisk bärkraft. U-värdet för denna takkonstruktion varierar mellan 0,64 till 0,11W/m2K.

Figur 11: Uppbyggnad av utvändigt isolerat tak med bärande TRP-plåt.

Fördelar med denna typ av uppbyggnad är att det förekommer mycket få eller inga köldbryggor då det är mer eller mindre endast installationer som är genomgående i konstruktionen. Dock kan det förekomma mekaniska förankringar av takpappen som går ner till plåten vilka kan leda värme genom konstruktionen. Rent fuktmässigt är denna konstruktion god eftersom takplåten i sig själv är helt tät mot diffusion och konvektion, men trots det kan takplåten inte förutsättas var lufttät. Att lägga en plastfolie är således nödvändigt för att lufttätheten skall säkerställas och därmed undvika fuktskador. [25]

Denna takkonstruktion skiljer sig dock gentemot vad företaget i dag använder sig utav vid uppförande av lager- och industribyggnader. Plastfolien eller någon annan typ av ångspärr används som regel inte, huruvida detta påverkar konstruktionen och energianvändningen analyseras i kapitel 7.4.4.

(38)

3.2.2 Utvändigt isolerat betongtak

Denna typ av betongtak, (Btg-tak) tillhör tunga konstruktioner då den har en egenvikt på ungefär 360 kg/m2 och består av förtillverkade betongelement som är bärande, ovanpå dessa ligger en ångspärr, mineralull, och sedan en takboard med ovanliggande tätskikt bestående av takpapp vilket kan ses i figur 12. Isoleringsmängden kan väljas mellan 80 till 260 mm och U-värdet varierar mellan 0,40 till 0,14 W/m2K.

Figur 12: Uppbyggnad av utvändigt isolerat betongtak.

Eftersom betongen innehåller byggfukt måste det säkerställas att den kan torka ut, vilket kan ta minst ett år. Fukten vill annars gå mot den kalla ytterytan under de kalla årstiderna, och kondensera i isoleringen mot tätskiktet. Den kondenserade fukten kan även frysa till is och då förstöra mineralullens hållfasthet, och för att förhindra detta är det nödvändigt att använda en ångspärr i form av en plastfolie. Plastfolien hindrar även fukten inifrån att genom diffusion tränga in i isoleringen och kondensera. [25]

3.3 Fönster

(39)

3.4.DÖRRAR OCH PORTAR

dagsläget är det dock inte möjligt att endast stoppa den inkommande värmen från solen och enbart låta det synliga solljuset komma in, detta då det synliga ljuset även de avger värme. Solskyddsglas kan därför upplevas som mörka, då dessa även stoppar delar av det synliga ljuset. [26] Ett alternativ till solskyddsglasen är montage av solavskärmning, till exempel i form av markiser. Dessa har fördelen att de kan fällas ner vid behov av solavskärmning för att sedan fällas upp när behovet ej längre föreligger.

3.4 Dörrar och portar

Dörrar och portar har oftast högre värmeövergångskoefficient än vad en normal väggkonstruktion har, och då dessa även är öppningsbara spelar faktorer som reaktionstider och öppnings- respektive stängningshastigheter hos dessa en stor roll för byggnadens totala energibehov, detta då stora mängder kall luft riskerar att komma in i byggnaden när dessa är öppna. Det är framförallt viktigt för lager- och industribyggnaderna då det ofta sker in- och utpassager till byggnaderna igenom de stora portarna.

(40)

(41)

Kapitel 4

4 Byggnadstyper

4.1 Processindustri- och lagerbyggnad

Vid uppförandet av lager- och industribyggnader använder företaget idag i flertalet av denna typ av byggnader en vägglösning baserat på ett system med sandwichkonstruktion av plåt, (SW-plåt) och en takuppbyggnad av utvändigt isolerat plåttak, (Plåt-tak) se kapitel 3.1.1 respektive 3.2.1 från företaget Paroc, liknande system tillhandahålls även ifrån andra leverantörer. Dessa typer av lösningar motiveras med att det är ett snabbt och smidigt system som företaget sedan en längre tid tillbaka anser sig ha god kännedom om.

Figur 13: Karta över Scanias område i Södertälje, där byggnad 231 och 270 är utmarkerade. [4]

4.1.1 Byggnad 231

Byggnad 231 i kvarteret ”Bilbyggaren” är ursprungligen ett skärmtak som under 2012 och 2013 har byggts in. Byggnaden är direkt kopplad till byggnad 230 se figur 13 där det idag sker chassimontering. Idén med utbyggnaden är att den i framtiden ska inhysa logistik samt förmontering av moduler som därefter ska transporteras direkt in till monteringslinjen i byggnad 230. Byggnaden har en golvyta på 5250 m2, medelhöjd på 10 m och har luftburen uppvärmning som är kopplad till fjärrvärmesystemet. Vidare finns det längs byggnadens norra fasad tre stycken större industriportar för in- och

(42)

KAPITEL 4.BYGGNADSTYPER

uttransport av material, där en av dessa portar kan ses i figur 14. Dessa portar är och kommer att förbli relativt tungt trafikerade, med många in- och utpassager varje dag. Vid ombyggnationen förstärktes stommen för att klara det idag rådande kraven på bland annat snölaster, förutom detta byttes taket till ett utvändigt isolerat plåttak med en isoleringstjocklek på 170 mm och har enligt tillverkaren ett U-värde på 0,29 W/m2K. Vidare uppfördes ytterväggarna med ett sandwichelementsystem av plåt. Isoleringstjockleken i väggarna är 150 mm vilket enligt tillverkaren ger ett U-värde, inklusive inverkan av elementfogarna, på 0,25 W/m2K. Det finns även tre stycken mindre plåtdörrar för in- och utpassage i byggnaden.

För att möjliggöra ljusinsläpp har det placeras fönster på en höjd av 6 m runt om byggnaden, även mindre fönster förekommer vid marknivå runt byggnaden.

Figur 14: En rapidroll 600 monterad på byggnad 231.

(43)

4.1.PROCESSINDUSTRI- OCH LAGERBYGGNAD

U-värde som är ungefär 20 gånger högre än den omgivande väggkonstruktionen, konsekvensen av detta kan antas observeras i figur 15, där temperaturen på portens yta skiljer sig avsevärt gentemot omgivande väggkonstruktion.

Figur 15: Bild på port tagen inifrån. Där den kallaste delen på insidan håller en temperatur på ca 5 °C.

4.1.1.3 Dörrar

De fem plåtdörrarna som används är inte avsedda för daglig in- och utpassage utan är endast tänkta att fungera som utrymningsväg. Dessa dörrar har en betydligt mindre area än portarna och deras U-värde är ungefär en femtedel av portarnas, vilket kan antas observeras i figur 16 vilken är tagen utifrån.

(44)

4.1.1.4 Fönster

De fönster som används är icke öppningsbara, och är av typen isolerkassett med två-glas som har en karm av aluminium. U-värdet för hela konstruktionen är 1,6 W/m2K och är högre än den omgivande vägguppbyggnaden vilket kan antas kunna observeras i

figur 17 i och med att temperauren skiljer sig gentemot väggkonstruktionen.

Figur 17: Bild på fönstermodul tagen inifrån. Där den kallaste delen på insidan håller en temperatur på

ca 12 °C.

4.1.1.5 Sockelanslutning

Vid termograferingen kunde en stor temperaturskillnad observeras vid anslutningen mellan yttervägg och sockeln jämfört med omgivande konstruktion, vilket kan ses i

figur 18 som är tagen utifrån respektive figur 19 vilken är tagen inifrån. Denna

anslutning har därför valts ut för en djupare analys och en alternativ sockelanslutning har tagits fram, se kapitel 7.1.1.

(45)

4.2.KONTORSBYGGNAD

Figur 18: Bild på sockelanslutning tagen utifrån.

Figur 19: Bild på sockelanslutning tagen inifrån insatt i en verklig bild.

4.2 Kontorsbyggnad

Vid uppförandet av kontorsbyggnader använder i dagsläget företaget inte någon specifik typ av uppbyggnad, det är dock relativ vanligt att byggnaderna uppförs på samma sätt som byggnad 231, vilket är en yttervägg av sandwichelement av plåt och ett utvändigt isolerat plåttak. Hos Scanias kontorsbyggnader är oftast andelen fönster högre än för lager- och industribyggnader, och i kontorsbyggnader används även komfortkyla.

(46)

4.2.1 Tillbyggnad 270

Tillbyggnaden 270 är en byggnad som idag inte har uppförts, utan projektet är lagt i vila tills vidare. Den är tänkt att lokaliseras på den östra delen av Scanias område i Södertälje, se figur 13. Den är anpassad för kontorsarbete, och har en mer avlång geometri samt stora fönsterpartier för ökat ljusinsläpp. Denna byggnad kommer att ha komfortkyla, därför spelar solavskärmning en betydande roll för att minska kylbehovet och därmed energianvändningen. Eftersom byggnaden i dagsläget inte existerar har någon besiktning av denna ej varit möjlig. Det har dock antas i och med att byggnaderna är uppbyggda på samma sätt att de brister som förekommer för byggnad 231 även kan förekomma hos denna.

(47)

Kapitel 5

5 IDA, LCC, WUFI och COMSOL

Vid beräkningar i IDA ICE simulerades de tre byggnadstyperna. Lager- och industribyggnaden har samma geometri och utseende vilket kan ses i figur 20 respektive figur 21, förutom att olika antal portar och storlekar på internlasterna används för de två fallen. Kontorsbyggnadens geometri är avsevärt annorlunda och byggnaden är dessutom uppdelad i fyra våningar vilket kan ses i figur 22. Vidare används komfortkyla i kontorsbyggnaden men inte i de två andra.

5.1 Uppbyggnad av lagerbyggnad

Figur 20: Uppbyggnad av lagerbyggnaden i simuleringsverktyget IDA ICE.

5.1.1 Ventilation och temperatur

Lagerbyggnaden har måtten 105 m 50 m 10 m, och har till- och frånluftsventilation med värmeåtervinning där systemet är av typen CAV (Constant air volume) vilket innebär att luftflödet är konstant. Värmeväxlaren är en roterande värmeväxlare med verkningsgraden 80 %. För att tillföra värme till byggnaden installeras ett värmebatteri och även luftvärmare för att efterlikna värmesystemet i den befintliga lagerbyggnaden så mycket som möjligt, och någon typ av luftkylare eller köldbärare installeras inte. Det gällande temperaturintervallet sattes till 18°C - 25°C under hela året och både till- och frånluftsflödet sattes till 1,5 l/s, m2 med den högsta lufthastigheten i vistelsezonen på 0,25 m/s. De ingångsvärden som användes baseras

(48)

KAPITEL 5. IDA, LCC, WUFI OCH COMSOL

på företagets tekniska riktlinjer som idag används för projektering av lagerlokaler. Ventilationssystemet är tidstyrt så att den endast är i drift på vardagar mellan klockan 06.00-18.00, och avstängd fem veckor under semesterperioden (1/7-29/7, 23/12-30/12).

5.1.2 Internlaster

Internlasterna för lagerbyggnaden består bland annat utav truckar, utrustning, lagerarbetare och belysning. Arbetspasset är uppdelat i två skift, vardagar kl. 06.00-14.30 och kl. 14:30-23.00 och under denna period är alla byggnadens internlaster aktiva. Den totala internlasten beräknas till 12,11 W/m2 som baseras på projekteringsunderlag och för mer detaljerade ingångsvärden se Appendix B 11.2. Fukttillskottet för byggnaden sattes till 2 g/m3 [27].

5.1.3 Ofrivillig ventilation och lufttäthet

Den ofrivilliga ventilationen påverkas av klimatskalets lufttäthet och öppnings-frekvensen för bland annat fönster, dörrar, entrédörrar och portar, och då uppstår en ökad luftomsättning som bidrar till en högre energianvändning [27]. Att beräkna den specifika lufttätheten och den luftomsättning som uppstår vid öppning av rullportarna genomförs inte, dock ställs öppningsfrekvensen för portarna in i IDA ICE. De tre rullportarna har placerats i norrläge med öppningsfrekvensen på totalt en och en halv timme fördelat lika mellan portarna och över arbetspasset. Ingen öppningsfrekvens väljs för fönstren och plåtdörrarna eftersom fönstren ej är öppningsbara, och eftersom plåtdörrarna räknas in i bidraget från portarna.

Klimatskalets lufttäthet sattes till 0,8 l/(s·m2) vid +50 Pa tryckskillnad för alla de studerade alternativen av väggar och tak, trots att de olika klimatskalen har olika tätheter. Eftersom även anslutningar och genomföringar har stor påverkan på hela byggnadens lufttäthet bedöms värdet på lufttätheten vara för osäker och väljs därför till ett generaliserat värde. Då de stora rullportarna öppnas under arbetstiden är det inte säkert att lufttätheten bidrar till en stor sänkning av uppvärmningen, men för att se hur stor inverkan denna har genomförs en känslighetsanalys där öppningsfrekvensen för portarna varieras och klimatskalets lufttäthet varieras.

(49)

5.2.UPPBYGGNAD AV INDUSTRIBYGGNAD

5.2 Uppbyggnad av industribyggnad

Figur 21: Uppbyggnad av industribyggnaden i simuleringsverktyget IDA ICE.

5.2.1 Ventilation och temperatur

Industribyggnaden har samma mått, geometri, värme- och ventilationssystem som lagerbyggnaden i kapitel 5.1.1. Det gällande temperaturintervallet sattes till 19°C - 25°C under hela året och både till- och frånluftsflödet sattes till 3,5 l/s, och högsta lufthastigheten i vistelsezonen till 0,25 m/s. De ingångsvärden som använts baseras på företagets tekniska riktlinjer. Ventilationssystemet är tidstyrt så att den endast är i drift på vardagar mellan klockan 24.00 - 00.00, och avstängd fem veckor under semesterperioden (1/7-29/7, 23/12-30/12).

5.2.2 Internlaster

Industribyggnadens internlaster består bland annat av utrustning och maskiner, industriarbetare och belysning. Arbetspasset är uppdelat i fem skift och hela verksamhetens internlast pågår därför dygnet runt även på helgdagar. Den totala internlasten har beräknats till 69,57 W/m2 och baseras på uppmätta värden från befintliga industrier, för mer detaljerade ingångsvärden se Appendix B 11.3. Fukttillskottet för byggnaden sattes till 6 g/m3_[27].

5.2.3 Ofrivillig ventilation och lufttäthet

Klimatskalets lufttäthet sattes till 0,8 l/(s·m2) vid +50 Pa tryckskillnad för alla de studerade vägg- och tak alternativen. I IDA ICE ställs öppningsfrekvensen in på 06.00-06.30 för porten och en av de åtta plåtdörrarna 13.00-13.30 under arbetspasset, och båda dessa är belägna i norrläge. Då fönstren inte är öppningsbara, sattes dess öppningsfrekvens till värdet noll.

(50)

Då den stora rullporten öppnas under arbetspasset är det inte säkert att ett tätare klimatskal bidrar till en stor sänkning av uppvärmningen, men för att se hur stor inverkan denna har genomförs en känslighetsanalys, med avseende på klimatskalets lufttäthet och öppningsfrekvensen hos porten.

5.3 Uppbyggnad av kontorsbyggnad

Figur 22: Uppbyggnad av kontorsbyggnaden i simuleringsverktyget IDA ICE.

5.3.1 Ventilation och temperatur

Kontorsbyggnaden har måtten 90 m·20 m·12 m, och har till- och frånluftsventilation med värmeåtervinning där systemet är av typen CAV, och värmeväxlaren är en roterande värmeväxlare med verkningsgraden 80 %. Uppvärmningen sker med hjälp av värmebatteri och luftvärmare och kylningen sker med kylbatteri och en kylmaskin för att kunna uppnå det gällande temperaturintervallet på 21°C - 23°C under hela året. Både till- och frånluftsflödet sattes till 0,83 l/s, (15 l/s· antal personer) och högsta lufthastigheten i vistelsezonen till 0,15 m/s, de ingångsvärdena som används baseras på företagets tekniska riktlinjer. Ventilationssystemet är tidstyrt så att den endast är i drift på vardagar mellan klockan 06.00-18.00, och avstängd fem veckor under semesterperioden (1/7-29/7, 23/12-30/12).

(51)

5.4.INGÅNGSVÄRDEN FÖR LCC BERÄKNINGAR

vardagar valdes dessa internlaster att vara aktiva under denna period, och avstängd för övriga tider. Den totala internlasten beräknas till 12,9 W/m2 som baseras på en rapport från SVEBY som behandlar indata för kontorsbyggnader [28], för mer detaljerade ingångsvärden se Appendix B 11.4. Fukttillskottet för byggnaden sätts till 3 g/m3 [27].

5.3.4 Ofrivillig ventilation och lufttäthet

Samtliga fönster och dörrar är ej öppningsbara förutom entrédörren som öppnas sammanlagt en timme per arbetsdag (08.00-08.30, 16.30-17.00). Klimatskalets lufttäthet sattes till 0,6 l/(s·m2) vid +50 Pa tryckskillnad. För att se hur stor inverkan lufttätheten har på energianvändningen genomförs en känslighetsanalys.

5.4 Ingångsvärden för LCC beräkningar

Livscykelkostnadsanalys (LCC) används för att ge en mer korrekt bild över de faktiska kostnaderna för de olika typerna av klimatskalen under byggnaders livstid. Detta då det på investeringskostanden ofta sätts en kalkylränta för att kunna fastställa den minsta avkastningen som en investering bör ge. Samtidigt som kostnaden för en byggnads energianvändning måste räknas hem för de åren som kalkylen anses gälla för. Detta innebär att en hög kalkylränta gentemot den procentuella ökningen av energikostnaderna gör att investeringar blir svåra att få lönsamma då dessa kräver en stor besparing av energikostnaderna för att täcka upp för den ökade investeringskostanden.

Vid beräkning av LCC i rapporten används en kalkylränta på 11 %, detta enligt företagets specifikationer. Beräkningarna sträcker sig över 50 år och där en årlig ökning i energipriset sätts till 2 %. Priset för värme respektive kyla sätts till 0,5 kr och 1,5 kr [29]. Ingen kostnad för eventuellt underhåll har antagits då priset för detta ansätts till samma för de olika klimatskalen.

5.4.1 Priser och U-värden för tak, väggar och fönster

I tabell 3 presenteras priser för väggar och tak för respektive U-värde som används i LCC- beräkningarna, och i tabell 4 presenteras priserna för fönstren. Priserna är inklusive montagekostnad och inhämtas från Wikells sektionsdata [30] och från företagets egna leverantörer.

Sandwichvägg med plåt

Isoleringstjocklek (mm) U-värde (W/m2K) Pris (kr/m2)

50 0,604 710 80 0,408 740 100 0,338 760 120 0,291 780 150 0,243 810 175 0,215 830

(52)

240 0,169 900

300 0,143 960

Sandwichvägg med betong

80 0,395 1500

100 0,324 1530

120 0,275 1540

150 0,223 1580

200 0,171 1630

Betongvägg med puts

80 0,401 2160

100 0,328 2190

120 0,277 2210

150 0,225 2250

200 0,172 2320

Tak med bärande TRP- plåt

50 0,636 760 80 0,415 800 100 0,337 820 120 0,284 840 150 0,243 880 170 0,206 900 195 0,181 930 260 0,136 1010 320 0,111 1080

Tak med bärande stomme av betong

80 0,402 1000 100 0,329 1020 120 0,278 1050 150 0,226 1080 170 0,201 1110 195 0,176 1150 260 0,134 1220

(53)

5.5.INGÅNGSVÄRDEN FÖR WUFI- OCH COMSOL BERÄKNINGAR

5.5 Ingångsvärden för WUFI- och COMSOL

beräkningar

Vid fuktsimuleringar i programmet WUFI och värmeflödesberäkningar i COMSOL används klimatdata för Stockholmsområdet över en tidsperiod på ett år. Vidare sätts värmeövergångskoefficienterna till de enligt Boverket generaliserade värdena 0,13 och 0,04 m2K/W för inne respektive ute [11]. Temperaturerna på insidan sattes enligt företagets tekniska riktlinjer för respektive typ av byggnad, där det finns ett

acceptabelt temperaturintervall används den temperatur som kan bidra till högst risk för fukt i väggen. I tabell 5 visas de ingångsvärden för de olika vägg- och

takkonstruktionerna, där materialen presenteras utifrån och in.

Väggar: SW-Plåt Plåt Isolering Plåt Tjocklek (m) 0,006 0,1 0,005 Värmekonduktivitet (W/mK) 50 0,04 50 Densitet (kg/m3) 7800 60 7800 Ångdiffusionsmotstånds faktor 1500000 1,3 1500000

SW- Btg Betong Isolering Betong

Tjocklek (m) (m) 0,08 0,08 0,1

Värmekonduktivitet (W/mK) 1,6 0,04 1,6

Densitet (kg/m3₎ ₂₂₀₀ ₆₀ ₂₂₀₀

Ångdiffusionsmotstånds faktor 92 1,3 92

Putsvägg Puts Putsbärare Isolering Betong

Tjocklek (m) (m) 0,015 0,02 0,08 0,15

Värmekonduktivitet (W/mK) 1,2 0,043 0,04 1,6

Densitet (kg/m3) 2000 115 60 2200

Ångdiffusionsmotstånds faktor 25 3,4 1,3 92

Btg-sockel Betong Isolering Betong

Tjocklek (m) (m) 0,06 0,08 0,07

Densitet (kg/m3) 2200 60 2200

Ångdiffusionsmotstånds faktor 92 1,3 92

Btg-sockel alternativ Betong Isolering Betong

Tjocklek (m) (m) 0,07 0,08 0,15

Densitet (kg/m3₎ ₂₂₀₀ ₆₀ ₂₂₀₀

(54)

Tak:

Betongtak Bitumen Mineralullsboard Isolering Ångspärr Betong

Tjocklek (m) (m) 0,001 0,02 0,1 0,001 0,2

Värmekonduktivitet (W/mK) 50 0,04 50 2,3 1,6

Densitet (kg/m3) 7800 60 7800 130 2200

Ångdiffusionsmotstånds faktor 1500000 1,3 1,3 1500000 92

Plåttak Bitumen Mineralullsboard Isolering Ångspärr Plåt

Tjocklek (m) (m) 0,001 0,02 0,06 0,001 0,002

Värmekonduktivitet (W/mK) 50 0,04 50 2,3 50

Densitet (kg/m3) 7800 60 7800 130 7800

Ångdiffusionsmotstånds faktor 1500000 1,3 1,3 1500000 100

(55)

Kapitel 6

6 Resultat

Totalt simulerades ungefär 520 olika kombinationer för de olika klimatskalen, därefter genomfördes LCC-beräkningar för samtliga kombinationer. För att optimera simuleringstiden och undvika att tid lades ner på uppenbart felaktiga kombinationer och alternativ genomfördes LCC- beräkningar parallellt med simuleringarna för att på så vis eliminera icke gynnsamma kombinationer i ett relativt tidigt stadium. Nedan presenteras endast de resultat som ansetts vara relevanta. För fullständiga resultat och LCC-beräkningar se Appendix C 12.1, 12.2 respektive 12.3.

6.1 Lagerbyggnad

6.1.1 Sandwichelement av plåt med plåttak

Lagerbyggnad med sandwichelement av plåt med plåttak

Vägg (mm) (mm) Tak U-värde fönster (W/m2K) Uppvärmning (kWh/m2,år) Kylning (kWh/m2,år) Totalt energibehov (kWh/m2,år) Bygg-kostnad (kr/m2) Drift-kostnad (kr/m2,år) LCC- kostnad (kr) 120 120 1,6 53,9 - 53,9 1 350 26,9 8 669 000 150 170 1,6 45,1 - 45,1 1 425 22,5 8 805 000 175 170 1,6 44,0 - 44,0 1 440 22,1 8 837 000 240 120 1,6 48,9 - 48,9 1 410 24,4 8 835 000 120 120 1,1 51,0 - 51,0 1 370 25,5 8 681 000 150 170 1,1 44,6 - 44,6 1 445 22,3 8 886 000 175 170 1,1 41,1 - 41,1 1 455 20,6 8 850 000 240 120 1,1 44,2 - 44,2 1 430 22,1 8 848 000

(56)

KAPITEL 6.RESULTAT

6.1.2 Alternativ sockelanslutning för sandwich av plåt

Lagerbyggnad med annan typ av sockelanslutning

Vägg (mm) (mm) Tak U-värde fönster (W/m2K) Uppvärmning (kWh/m2,år) Kylning (kWh/m2,år) Totalt energibehov (kWh/m2,år) Bygg-kostnad (kr/m2) Drift-kostnad (kr/m2,år) LCC- kostnad (kr) 120 120 1,6 52,1 - 52,1 1 350 26,1 8 617 000 150 170 1,6 43,4 - 43,4 1 425 21,7 8 755 000 175 170 1,6 42,3 - 42,3 1 440 21,1 8 787 000

6.1.3 Sandwichelement av betong med betongtak

Lagerbyggnad med sandwichelement av betong med betongtak

Vägg (mm) Tak (mm) U-värde fönster (W/m2K) Uppvärmning (kWh/m2,år) Kylning (kWh/m2,år) Totalt energibehov (kWh/m2,år) Bygg-kostnad (kr/m2) Drift-kostnad (kr/m2,år) LCC- kostnad (kr) 120 100 1,6 53,9 - 53,9 1 910 26,9 11 612 000 100 170 1,6 43,3 - 43,3 1 990 21,7 11 706 000 120 170 1,6 41,3 - 41,3 2 015 20,6 11 791 000 150 170 1,6 43,3 - 43,3 1 995 19,6 11 628 000 120 100 1,1 49,1 - 49,1 1 930 24,6 11 568 000 100 170 1,1 40,4 - 40,4 2 010 20,2 11 720 000 120 170 1,1 38,6 - 38,6 2 035 19,2 11 808 000 150 170 1,1 36,6 - 36,6 2 015 18,3 11 644 000

6.1.4 Sandwichelement av betong med plåttak

Lagerbyggnad med sandwichelement av betong med plåttak