Planering och utformning av en ekoby i Glimåkra
ERICA FJELDSTAD
MADELENE SVANBÄCK
JULIA SVENSSON
Akademin för ekonomi, samhälle och teknik Kurs: Examensarbete Kurskod: BTA205 Ämne: Ekoby Högskolepoäng: 15 hp Program: Högskoleingenjörsprogrammet i byggnadsteknik
Handledare: Robert Öman Examinator: Bozena Guziana Uppdragsgivare: Ingemar Arvidsson Datum: 2019-06-24
E-post:
Efd16002@student.mdh.se Msk16004@student.mdh.se
ABSTRACT
The idea for this project is to design an eco-village on a property in Glimåkra in Skåne of southern Sweden, which is owned by the municipality of Östra Göinge. All of the designs in this eco-village would be built with materials that will benefit the environment and the people living there. This community would also have low energy consumption and will achieve the Miljöbyggnad Gold certification. Initially, a few eco-villages in Sweden were studied and reviewed in order to get more experience in the subject and to find inspiration. Three different types of housing units were chosen to be compared to one another to
determine the two most efficient candidates. Two townhouses, two duplexes, and two villas were designed. One of each type was a simple and square compact design while the other was a more aesthetic shaped design. While reviewing the energy consumption calculations, the aesthetically designed duplex and the aesthetically designed townhouse proved to consume smaller amounts of energy than the remaining building designs. These two designs consumed smaller amounts of energy to heat the buildings and provided additional space for solar cells. The compact duplex design ended up being the only design to be able to achieve the
Miljöbyggnad Gold certification, but the energy consumption of the building did not compete with the aforementioned designs. The exterior materials to be used were chosen because of their low ecological impact and how well they blend with the surroundings. The comparisons of three different types of buildings with two different designs of each helps highlight the many factors that affect the efficiency and sustainability of a building. After studying and comparing many real-world examples of energy efficient housing with these theoretical designs, the aesthetically designed duplex and townhouse will be the best performing floor plans for the eco-village in Glimåkra, Skåne.
Keywords: Eco- village, energy efficient, buildnings, villas, dupex, townhouses, Miljöbyggnad Gold, architecture. Ekoby, energieffektivitet,
FÖRORD
På uppdrag av Ingemar Arvidsson och med Östra Göinge kommun bakom oss har examensarbetet utförts under 10 veckor som avslutande kurs i
Högskoleingenjörsprogrammet i byggnadsteknik på Mälardalens högskola.
Vi skulle vilja tacka Ingemar Arvidsson för hans engagemang i detta examensarbete och den kunskap han delade med sig av. Vi vill även tacka Robert Öman för hans handledning samt Anders Siversson och Östra Göinge kommun som gav oss tillgång till kartor, kommunala dokument och ritningar.
Västerås, juni 2019
SAMMANFATTNING
Detta examensarbete har gått ut på att planera en ekoby i Skåne. En situationsplan innehållande radhus och parhus har tagits fram med diverse vägar, grönska och
gemensamma byggnader. Arbetets övergripande syfte är att uppmärksamma ekobyar och dess miljövänliga ekohus. Det är beräkningar, modellering, extern och intern handledning samt diskussioner kring energi, miljöbyggnad och estetik som genomsyrat arbetet.
För att nå ett resultat dras kopplingar från tidigare forskning och publiceringar med detta arbete. Litteraturstudien innehåller certifieringssystemet Miljöbyggnad, där
betygskriterierna för Guld är det som arbetet har strävat mot för byggnaderna som modellerades. I Miljöbyggnad finns även nivåerna Brons och Silver, men om någon av indikatorerna ger nivå Brons är det inte möjligt att uppnå Guld som slutgiltig nivå. En av två studerade fasadmaterial valdes till byggnaderna i ekobyn och trä valdes på grund av dess fördelar och användningsgrad i området. Den uppvärmningskälla som studerades var pelletspanna och vid valet av elkälla genomfördes en kritisk granskning av solceller samt en mer grundläggande faktainsamling av direktverkande el. Genom platsbesök, ritningar och kartor samt diskussion och revidering modellerades två utformningar av parhus, radhus och villa. Det blev tre kompakta byggnader och tre mer estetiskt utformade och dessa
modellerades i Autodesk Revit. Beräkningar genomfördes både manuellt och digitalt och hjälpmedel som formler, tabeller och antagna värden användes.
Parhus Estetisk och Radhus Estetisk valdes ut för att placeras i ekobyn. Dessa valdes ut på grund av dess energiförbrukning, antal bostäder och dess estetik. Parhus Estetisk på 113m² och Radhus Estetisk på 114m² hade en total energianvändning per år på 10 500 kWh
respektive 10 100 kWh, där ingår uppvärmning, tappvarmvatten och hushållsel. Det får plats 20 bostäder och 80 personer för den valda situationsplanen. Utifrån beräkning och
simulering resulterade parhuset och radhuset i den slutgiltiga nivån Silver.
Slutsatserna av detta arbete var att det var svårare än tänkt att uppfylla betygskriterierna för Guld i certifieringen Miljöbyggnad, endast Parhus Kompakt nådde nivån Guld. De valda byggnaderna i ekobyn var de bästa alternativen och en övergripande slutsats var att arbetet blev mer som ett förarbete som måste tas vid och utvecklas.
INNEHÅLL
1 INLEDNING ...1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte ... 2 1.3 Frågeställningar ... 2 1.4 Avgränsning ... 3 2 METOD ...3 2.1 Förstudie ... 32.2 Utformning av situationsplan och byggnader ... 4
2.3 Material ... 4
2.4 Beräkningar ... 4
2.4.1 Miljöbyggnad ... 6
2.4.2 Energiberäkning ... 7
3 REFERENSOBJEKT ...8
3.1.1 Ekobyn Smeden i Jönköping ... 8
3.1.2 Toarps Ekoby i Skåne ... 8
3.1.3 Grevelyckan 4 i Glimåkra ... 9 4 LITTERATURSTUDIE ... 11 4.1 Miljöbyggnad ...11 4.2 Fasadmaterial ...13 4.2.1 Trä ...13 4.2.2 Tegel ...15 4.2.3 Utvärdering av fasadmaterial ...16 4.3 Uppvärmning ...16 4.4 Solceller ...18 4.5 Direktverkande el ...20
4.6 U-grund ...21
5 AKTUELL STUDIE ... 22
5.1 Objektbeskrivning ...22
5.1.1 Planområdet ...22
5.1.2 Situationsplan ...24
5.1.3 Byggnader och dess egenskaper ...26
5.1.3.1. Villa Kompakt ... 28 5.1.3.2. Villa Estetisk... 28 5.1.3.3. Parhus Kompakt ... 29 5.1.3.4. Parhus Estetisk ... 30 5.1.3.5. Radhus Kompakt ... 31 5.1.3.6. Radhus Estetisk ... 32 5.1.3.7. Bystuga ... 34 5.2 Beräkningar ...34 5.2.1 Excel Beräkningsfil ...34 5.2.1.1. Förutsättningar för Glimåkra ... 34 5.2.1.2. Mått och värden ... 36 5.2.2 Energiförbrukning ...37 5.2.3 Miljöbyggnad ...41 5.2.3.1. Kritiska rum ... 42 5.2.3.2. Värmeeffektbehov ... 42 5.2.3.3. Solvärmelast ... 43 5.2.3.4. Energianvändning ... 43
5.2.3.5. Andel förnybar energi ... 44
5.2.3.6. Ventilation ... 46
5.2.3.7. Termiskt klimat vinter och sommar ... 46
5.2.3.7.1. Vinter ... 46
5.2.3.7.2. Sommar ... 50
6 RESULTAT ... 52
6.1 Energianvändning ...52
6.2 Vilken nivå uppnår byggnaderna? ...52
6.3 Materialval ...53
6.4 Förslag på planering av ekoby ...53
6.4.1 De två valda byggnaderna ...53
6.4.2 Vald situationsplan ...54
7.1.2 Referensobjekt ...56 7.1.3 Miljöbyggnad ...56 7.1.4 Felkällor ...56 7.1.5 Materialval ...57 7.1.6 Situationsplan ...57 7.1.7 Teknik ...57 7.2 Metoddiskussion ...59 8 SLUTSATSER ... 60
9 FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE... 61
REFERENSER ... 62
BILAGA 1: EXCEL BERÄKNINGSFIL ... 66
BILAGA 2: EXCEL PARASOL ... 67
BILAGA 3: SIMULERINGAR PARASOL ... 68
BILAGA 4: SITUATIONSPLAN ... 69
BILAGA 5: PARHUS ... 70
BILAGA 6: RADHUS ... 71
BILAGA 7: SITUATIONSPLAN 3D VYER ... 72
FIGURFÖRTECKNING
Figur 1 Fasad bild på Grevelyckan 4. ... 9Figur 2 Skogens upptag och utsläpp av kol över en livscykel. ...14
Figur 3 Träets naturliga kretslopp. ... 15
Figur 4 Effekt för solceller i olika väderstreck och lutningar. ... 18
Figur 5 Diagram över koldioxidutsläpp.. ...21
Figur 6 U+-grund. ...21
Figur 8 Flygfoto på det givna planområdet. ... 23
Figur 9 Skiss på situationsplan med 12 bostäder och 52 personer... 24
Figur 10 Skiss på situationsplan med 16 bostäder och 68 personer ... 25
Figur 11 Skiss på situationsplan med 20 bostäder och 80 personer ... 26
Figur 12 Ytterväggskonstruktion ... 26
Figur 13 Teknisk specifikation för Sunpower 350W. ... 27
Figur 14 Skiss på Villa Kompakt. ... 28
Figur 15 Skiss på Villa Estetisk. ... 29
Figur 16 Skiss på Parhus Kompakt, markplan. ... 29
Figur 17 Skiss på Parhus Estetisk, plan 1 trappa. ... 30
Figur 18 Skiss på Parhus Estetisk, markplan. ... 30
Figur 19 Skiss på Parhus Estetisk, plan 1 trappa. ... 31
Figur 20 Skiss av Radhus Kompakt, markplan. ... 32
Figur 21 Skiss av Radhus Kompakt, plan 1 trappa. ... 32
Figur 22 Skiss av Radhus Estetisk, markplan. ... 33
Figur 23 Skiss av Radhus Estetisk, plan 1 trappa. ... 33
Figur 24 Planlösning för bystugan. ... 34
Figur 25 Insättning av geometri i ParaSol. ... 47
Figur 26 Insättning av u-värde för fönster och mått för kram. ... 48
Figur 27 Insättning av plats och orientering samt grundens förutsättningar för termisk klimat vinter. ... 48
Figur 28 Insättning av u-värde för yttervägg och val av material. ... 49
Figur 29 Insättning av fönstertyp. ... 49
Figur 30 Resultat av simulering för termisk klimat vinter i ParaSol. ... 50
Figur 31 Insättning av plats och orientering samt grundens förutsättningar för termisk klimat sommar. ... 51
Figur 32 Resultat av simulering för termisk klimat sommar i ParaSol. ... 51
Figur 33 3D bild över parhuset. ... 54
Figur 34 3D bild över radhuset. ... 54
TABELLFÖRTECKNING
Tabell 1 Betygskriterier energi. ...12Tabell 2 Betygskriterier energi. ...12
Tabell 7 Solstrålning för olika väder, månader och väderstreck. ... 35
Tabell 8 Medelvärdes ute temperaturer för de olika månaderna. ... 35
Tabell 9 U-värden och vart de är hämtade från. ... 36
Tabell 10 Sammanställning av värmekällor. ... 36
Tabell 11 Transmissionsförluster för Villa Kompakt. ... 37
Tabell 12 Ventilationskraven för de olika rummen i Villa Kompakt. ... 38
Tabell 13 Specifikvärmeförlust för Villa Kompakt. ... 38
Tabell 14 Solvärmen genom fönstren för Villa Kompakt. ... 39
Tabell 15 Passivvärme Villa Kompakt ... 39
Tabell 16 Gränstemperaturer ... 40
Tabell 17 Gradtimmar för Villa Kompakt ... 40
Tabell 18 Energibehov för Villa Kompakt ...41
Tabell 19 Förutsättningar och antaganden för beräkningar inom certifieringen miljöbyggnad Guld. ...41
Tabell 200 Valda kritiska rum... 42
Tabell 21 Årlig energianvändning för samtliga byggnader. ... 44
Tabell 22 Solstråling per månad för 35 lutning 0 vinkling mot söder ... 45
Tabell 23 Tidigare råd från Boverket som idag är praxis för lägsta frånluftsflöde. ... 46
Tabell 24 Accepterat intervall för operativ temperatur vintertid då relativa luftfuktigheten är 50 % och lufthastigheten 0,15 m/s. ... 47
Tabell 25 Acceptabelt intervall för operativ temperatur sommartid då relativa luftfuktigheten är 50% och lufthastigheten 0,20 m/s. ... 50
Tabell 26 Energianvändning för respektive byggnad. ... 52
Tabell 27 Sammanställning av samtliga byggnader för samtliga indikatorer. ... 53
BETECKNINGAR
BETECKNING BESKRIVNING ENHET
Aom Byggnadens omslutningsarea m²
Tinne Inneluftstemperatur °C
Tute Uteluftstemperatur °C
Ttill Tilluftens temperatur °C
Tå Luftens temperatur efter
återvinningsaggregatet °C
Tfrån Frånluftstemperatur, normalt = Tinne °C
Fgeo Geografisk justeringsfaktor -
BETECKNING BESKRIVNING ENHET
qov Oavsiktligt ventilationsflöde m3/s
Ptransmission Transmissionsförlust W
Pventilation Ventilationsförlust W
Pluftläckage Luftläckage W
Fgeo Geografisk justeringsfaktor -
U U-värde W/m²K
A Byggnadsdelens area m²
qv Styrt ventilationsflöde m³/s
qov Oavsiktligt ventilationsflöde m³/s
ρ Luftens densitet kg/m³
cp Luftens specifika värmekapacitet J/kgK
F1 Skuggningsfaktor
Mått på hur mycket solvärme som släpps igenom till ett rum med ett 1-glasfönster som startpunkt
%
G-värde Mått på hur mycket solvärme ett fönster släpper igenom till ett rum med solstrålningen utomhus som startpunkt
%
FÖRKORTNINGAR
FÖRKORTNING BESKRIVNING
FTX Från- och tilluftsventilation med värmeväxlare
BBR Boverkets byggregler
SGBC Sweden Green Building Council
DVUT Dimensionerande vinterutetemperatur PPD Predicted percent dissatisfied
1
INLEDNING
Detta examensarbete går ut på att planera en ekoby i Skåne. Genom att bygga energieffektiva byggnader förbättras möjligheterna till en hållbar framtid. Vi vill se mer av energisnåla hus och områden där fokus ligger på att leva med naturen, som i en ekoby.
1.1
Bakgrund
I Sverige står bygg- och fastighetssektorn för en stor del av energianvändningen, som i många fall skulle kunna minskas med rätt metoder och val. År 2016 hade bygg- och
fastighetssektorn en energianvändning på 122 TWh, vilket motsvarar 37 % av den totala energianvändningen i Sverige. Huvudsakligen består energianvändningen av energi för uppvärmning. Energianvändningen från år 2015 till år 2016 hade en ökning på ca 8 % (Boverket, 2019-01-25).
Konceptet ekoby har inte riktigt tagit fart än och det här arbetet är en del av spridningen av miljövänligt byggande och boende. Arbetet ska bidra till utvecklingen av energismarta
lösningar, ökad kunskap gällande utformning av byggnader i en ekoby och ökad förståelse för tillämpning av naturliga material i byggnader. Arbetet är en del av ett verkligt projekt, en ekoby i Glimåkra Skåne ska projekteras.
Byggandet av ekobyar bör prioriteras för att nå ett miljövänligare Sverige. Byggbranschen utvecklas och nya regler och krav skapar utvecklingsmöjligheter för att bygga grönare. Grundtanken för en ekoby är att byggnaderna och de boende ska agera i samklang med naturen. Därför bör byggnaden bestå av naturliga byggnadsmaterial för att passa in i ekosystemet så bra som möjligt. Energiförbrukningen ska vara låg både under produktion och förvaltning för att skapa en hållbar framtid.
Det finns tidigare forskning på att det inte är helt lätt att genomföra ekologiskt byggande och engagera människor till att bo i ekobyar. Slutsatserna av en kandidatuppsats om ekologiskt byggande (Ceric & Ucar, 2009) är bland annat att verkligheten inte alltid stämmer överens med tanken bakom ekobyn. Kandidatuppsatsen gick ut på att studera tre skånska ekobyar och kom även fram till att det finns kriterier och riktlinjer för ekobyar men att varje enskild by väljer olika vägar. De förklarar att kunskap är det största hindret då många inte är insatta eller till och med inte känner till fenomenet ekoby. Att bygga en och bo i en ekoby kräver en omställning av arbetssätt och livsstil, det är inte alltid lätt att ändra på ett beteendemönster. En annan slutsats de drog utifrån studien var att grundidén för en ekoby avskräcker många då den kräver engagemang och tid. Det blir svårt att uppfylla de krav som ställs för byggbolag och boende. Däremot anser Ceric och Ucar (2009) att ekobyar (även om de är få) bidrar till
att andra anammar tekniska delar som solfångare, värmeväxlare, solceller, täta material etc. Ekobyar inspirerar byggbolag att sträva efter nya metoder och miljövänliga lösningar. Detta arbete ska bidra till att uppmärksamma ekobyar i Sverige. Visa att miljövänliga byggnader kan vara moderna och estetiskt tilltalande samtidigt som byggnaderna uppfyller krav från Boverkets byggregler (BBR), Miljöbyggnads betygskriterier och vara
energieffektiva. Under våren 2018 sände Boverket ut en remiss med förslag till ändringar gällande nära-nollenergibyggnader. Den 1 januari 2020 är det tänkt att ändringarna ska trädas i kraft, ett förslag är att höja kravet på klimatskärmens genomsnittliga
värmegenomgångskoefficient för småhus från 0,35 W/kvm*K till 0,30 W/kvm*K samt från 0,40 W/kvm*K till 0,35 W/kvm*K för flerbostadshus (Näslund, u.d.). Enligt externa handledaren och civilingenjören, I. Arvidsson (personlig kommunikation, 2019-05-16) underskrider en bra lättregelvägg och U-grund dessa värden men ändå fortsätter
byggbranschen att använda massivträ och L-stöd. Byggbranschen utvecklas, men det går inte fort då det finns bakåtsträvare. För byggföretag och enskilda individer gäller det att följa med i utvecklingen och ta in kunskap om miljövänliga byggnader för att kunna minska på
energianvändningen och värna om miljön. Det kommer även nya skärpta krav på byggnaders energiprestanda till år 2021 och är ett nära-nollenergikrav som presenteras av Boverket. Om byggnaderna ska klara av kraven måste energiprestandan förbättras och ett förslag från ett examensarbete av Hansson och Jedhammar (2017) publicerat på Informationscentrum för hållbart byggande är att komplettera solceller med lagringsbatterier. Framtida skärpta krav kommer med stor sannolikhet att ställas och de val som görs under planeringen kan komma att betyda mycket.
1.2
Syfte
Syftet med examensarbetet är att ta fram ett förslag på planering av en ekoby i Glimåkra på hänvisad tomt med miljövänliga bostäder i klassen ”Miljöbyggnad Guld”. Hållbara bostäder ska tas fram som uppfyller Boverkets krav idag och även uppfyller energikraven som kan komma att ställas i framtiden. Det färdiga arbetet ska hänvisa till miljövänliga material som bidrar till låga koldioxidutsläpp och bidrar till mindre miljöpåverkan.
1.3
Frågeställningar
• Hur ska situationsplanen för Glimåkras ekoby utformas?
• Vilka två byggnader av villa, radhus och parhus ska byggas i ekobyn med hänsyn till energilösningar och utformning?
• Hur tillämpas olika fasadmaterial i byggnadstyperna som ska byggas i ekobyn? Och vilket är lämpligast?
1.4
Avgränsning
Ramen för detta arbete behandlar energieffektivt byggande. En så miljövänlig by som möjligt med avseende på energiförbrukning, materialval och utformning av byggnaderna. Detta arbete kommer inte att ta hänsyn till ekonomi. Som tidigare nämnt kommer arbetet att ta hänsyn till Miljöbyggnad Guld, dock inte alla bedömningsområden. De områden som inte kommer att behandlas är ljud, radon, fuktsäkerhet, dagsljus och Legionella. Arbetet
fokuserar på projekteringsstadiet och inte produktions- eller förvaltningsstadiet. Det kommer inte att ske någon fördjupning i produktion och förvaltning av byggnaderna eller hur
transport av material påverkar miljön.
2
METOD
I arbetet har en fallstudie genomförts, där tre byggnadstyper med två olika utformningar jämfördes ur energisynpunkt, estetik och certifieringen Miljöbyggnad. En materialjämförelse av trä och tegel genomfördes ur miljösynpunkt och estetik. Av de sex byggnaderna som jämfördes valdes de två mest gynnsamma ut för att användas i ekobyn. Hur
tillvägagångssätten såg ut beskrivs under nedanstående avsnitt.
2.1
Förstudie
Inför arbetet analyserades information från platsbesöket som genomförts, befintlig dokumentation såsom kartor, kommunala dokument och ritningar som erhållits av de externa handledarna. De referensobjekt som används för att generera en så optimal ekoby som möjligt varToarps Ekoby & Ekobyn Smeden i Jönköping som beskrivs ytterligare under litteraturstudien. För att utvärdera Ekobyn Smeden i Jönköping undersöktes även
examensarbetet ”Ekobyn, ett framtida koncept” där Jönköpings kommun efterfrågat en utredning av ekobyn med hjälp av invånarna som bor där och för att kunna få kunskap att använda i andra bostadsprojekt (Jonsson, 2007).
Under examensarbetets gång har personlig kommunikation med intern- och externa handledare förekommit kontinuerligt för att arbeta fram ett så bra examensarbete som möjligt. För att framställa lagenliga byggnader har krav från bland annat Boverkets byggregler, SIS och SGBC tagits hänsyn till.
En litteraturstudie har genomförts för att skapa underlag för manuella beräkningar,
datorberäkningar och jämförelser mellan samtliga byggnader och material. Litteraturstudien ligger även som grund för analys av vilka byggnader som uppnår bedömningskriterierna för Miljöbyggnad enligt Sweden Green Building Council (2017). Ett förarbete av energikällor genomfördes för att utvärdera kompletterande alternativ till solceller, eftersom solceller inte
är tillräcklig som ensam energikälla. De energikällor som analyserats är solceller, pelletspanna, markvärmepump och direktel som helst ska vara baserad på förnybara energikällor på vindkraft. Ventilationssystem och grundläggning studerades för att kunna genomföra kompletta beräkningar.
2.2
Utformning av situationsplan och byggnader
Situationsplanen och byggnaderna modellerades och skapades i programvaran Autodesk Revit. För att komma fram till lämplig utformning av ekobyn och byggnaderna har två ekobyar studerats. Byggnaderna skissades först fram för att sedan diskuteras och revideras, till sist ritades de upp i Autodesk Revit. Byggnaderna är utformade i enlighet med standarden SS 91 42 21:2006 (Swedish Standards Institute, 2006) ”normal nivå”. Genom att följa
standarden uppfylls de krav som krävs för att utforma en hållbar bostad. Markritningar användes för att planera situationsplanen med hänsyn till höjdskillnader och
markförhållanden genom att använda de DWG-filer som erhållits av de externa handledarna och kommunen.
2.3
Material
De material som studerats i arbetet var trä och tegel, där kritisk granskning gjorts av
materialens egenskaper och dess påverkan på miljön. Vid utvärdering av trä användes olika källor som hänvisas i litteraturstudien där Svenskt trä är en central källa. Vid granskning av tegel nyttjades bland annat vetenskapliga rapporter. Fördelar och nackdelar vägdes mot varandra och resulterades i en slutsats av vilket material som föreskrivs Glimåkras ekoby.
2.4
Beräkningar
I detta avsnitt beskrivs metoden för beräkningar och bedömning av samtliga byggnader i enlighet med miljöbyggnad 3.0 av Sweden Green Building Council (2017). Beräkningarna för Villa Kompakt genomfördes manuellt medan resterande byggnader genomfördes i Excel beräkningsfil se Bilaga 1. Beräkningsgången genomfördes med hjälp av formler och antagna värden ur Miljöbyggnad 3.0 (Sweden Green Building Council, 2017), Projektering av VVS-installationer (Warfvinge, C., & Dahlblom, M., 2010)samt formler och tabeller erhållna ur kursen energieffektiva byggnader.
Dessa formler har använts:
𝐴𝐴 = Byggnadsdelens invändig area [m²]
𝜓𝜓𝑘𝑘 = Värmegenomgångstal för en linjär köldbrygga [W/mK]
𝑙𝑙𝑘𝑘 = linjära köldbryggans längd [m]
𝑋𝑋𝑗𝑗= Värmegenomgångstal för punktformig köldbrygga [W/K]
𝑄𝑄𝑣𝑣= ṁ · 𝜌𝜌 · 𝐶𝐶𝑝𝑝 (Ekvation 2)
𝑄𝑄𝑣𝑣= Ventilationens specifika värmeförlustfaktor [W/K]
ṁ = Styrt ventilationsflöde [m³/s] 𝜌𝜌 = Luftens densitet [kg/m³]
𝐶𝐶𝑝𝑝= Luftens specifika värmekapacitet [J/kgK]
𝑄𝑄𝑜𝑜𝑣𝑣= ṁ · 𝜌𝜌 · 𝐶𝐶𝑝𝑝 (Ekvation 3)
𝑄𝑄𝑜𝑜𝑣𝑣= Specifik luftläckageförlust [W/K]
ṁ = Oavsiktligt ventilationsflöde [m³/s] 𝜌𝜌 = Luftens densitet [kg/m³]
𝐶𝐶𝑝𝑝= Luftens specifika värmekapacitet [J/kgK]
𝑄𝑄𝑡𝑡𝑜𝑜𝑡𝑡= 𝑄𝑄𝑡𝑡+ 𝑄𝑄𝑣𝑣· (1 − 𝜂𝜂) + 𝑄𝑄𝑜𝑜𝑣𝑣 (Ekvation 4)
𝑄𝑄𝑡𝑡𝑜𝑜𝑡𝑡= Total specifik värmeförlust [W/K]
𝑄𝑄𝑡𝑡 = Specifik värmeförlust på grund av transmission [W/K]
𝑄𝑄𝑣𝑣= Ventilationens specifika värmeförlustfaktor [W/K]
𝜂𝜂 = Värmeväxlarens verkningsgrad [-] 𝑄𝑄𝑜𝑜𝑣𝑣= Specifik luftläckageförlust [W/K] 𝑃𝑃𝑠𝑠𝑜𝑜𝑠𝑠𝑠𝑠𝑡𝑡𝑠𝑠å𝑠𝑠𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙= 𝐺𝐺 · 𝐴𝐴 · 𝐹𝐹1 (Ekvation 5) 𝑃𝑃𝑠𝑠𝑜𝑜𝑠𝑠𝑠𝑠𝑡𝑡𝑠𝑠å𝑠𝑠𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙= Passivvärme från solstråling [Wh] 𝐺𝐺 = Solvärme [Wh/m²] 𝐴𝐴 = Glasad area [m²] 𝐹𝐹1 = Skuggningsfaktor [-] 𝑃𝑃𝑙𝑙= 𝑃𝑃𝑠𝑠𝑜𝑜𝑠𝑠+ 𝑃𝑃𝑒𝑒𝑠𝑠+ 𝑃𝑃𝑙𝑙+ 𝑃𝑃𝑣𝑣𝑣𝑣+ 𝑃𝑃𝑣𝑣 (Ekvation 6) 𝑃𝑃𝑙𝑙= Gratis värme [W] 𝑃𝑃𝑠𝑠𝑜𝑜𝑠𝑠 = Passivvärme från solstråling [W] 𝑃𝑃𝑒𝑒𝑠𝑠= Passivvärme från hushållsel [W] 𝑃𝑃𝑙𝑙 = Passivvärme från personer [W] 𝑃𝑃𝑣𝑣𝑣𝑣 = Passivvärme från tappvatten [W] 𝑇𝑇𝑙𝑙 = 𝑇𝑇𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒− �𝑄𝑄𝑃𝑃𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑔𝑔 � (Ekvation 7)
𝑇𝑇𝑙𝑙 = Gränstemperatur [°C]
𝑇𝑇𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒= Inomhustemperatur [°C]
𝑃𝑃𝑙𝑙 = Gratis värme [W]
𝑄𝑄𝑡𝑡𝑜𝑜𝑡𝑡= Total specifik värmeförlust [W/°C]
𝐺𝐺𝑡𝑡 = (𝑇𝑇𝑙𝑙− 𝑇𝑇𝑢𝑢𝑡𝑡𝑒𝑒) (Ekvation 8) 𝐺𝐺𝑡𝑡 = Gradtimmar [°Ch] 𝑇𝑇𝑙𝑙 = Gränstemperatur [°C] 𝑇𝑇𝑢𝑢𝑡𝑡𝑒𝑒 = Utomhustemperatur [°C] 𝐸𝐸 = 𝑄𝑄𝑡𝑡𝑜𝑜𝑡𝑡· 𝐺𝐺𝑡𝑡 (Ekvation 9) 𝐸𝐸 =Energiförbrukning [Wh]
𝑄𝑄𝑡𝑡𝑜𝑜𝑡𝑡= Total specifik värmeförlust [W/°C]
𝐺𝐺𝑡𝑡 =Gradtimmar [°Ch]
𝐸𝐸 = 𝐴𝐴 · 𝜂𝜂 · 𝐻𝐻𝑚𝑚 (Ekvation 10)
𝐸𝐸 =Energiproduktion [Wh]
𝐴𝐴 =Solcellspanelernas totala area [m²] 𝑛𝑛 =Solcellspanelernas effektivitet [-] 𝐻𝐻𝑚𝑚= Solstrålning [Wh/m²]
2.4.1
Miljöbyggnad
Vid bedömning av byggnaderna användes Miljöbyggnad 3.0 av Sweden Green Building Council (2017).De områden som bedömdes var värmeeffektbehov, solvärmelast,
energianvändning, andel förnybar energi, ventilation, termiskt klimat vinter och sommar. Värmeeffektbehovet beräknas manuellt och med hjälp av dator. Beräkningarna tar hänsyn till geografisk justeringsfaktor, dimensionerande vinter ute temperatur dvs. DVUT, minsta godkända inomhustemperatur för platsen och minimikrav för luftläckage för passivhus (Sweden Green Building Council, 2017).
Vid beräkning av solvärmelast togs hänsyn till värdestreck och fönsters placering. Sedan jämförs beräknad solvärmelast och krav för maximal solvärmelast i enlighet med
likvärdigt så innefattar denna del den konsumerade energin för byggnaden. Beräkningarna genomfördes manuellt och i Excel för att jämföra resultaten och kraven med varandra. Valet av energikällor tas fram med hänsyn till kraven för andel förnybar energi. Genom att följa direktiven i Miljöbyggnad 3.0 har beräkningarna genomförts genom att ta den andel energi som solcellerna på taket producerar under ett år genom energikonsumtionen för byggnaden.
Ventilationen beräknades med hänsyn till minimikraven i enlighet med direktiven i Miljöbyggnad 3.0. Detta har gjorts i Excel för att underlätta beräkningar som innefattar ventilationsförluster.
Vid bedömning av termiskt klimat vinter kontrolleras Predicted Percentage Dissatisfied index även kallat PPD-index vid DVUT. Indexet jämfördes sedan med kraven för Silver och inte guld eftersom enkät och mätning sker i förvaltningsskedet. Vid bedömningen används tabellvärden för klädsel, aktivitet och operativ temperatur.
Termiskt klimat sommar utgår från PPD-index. Bedömningen tog hänsyn till öppningsbara fönster eller fönsterdörrar. Resultatet jämfördes sedan med kraven för termiskt klimat sommar.
För indikatorerna termisk klimat vinter och termisk klimat sommar genomfördes simuleringar på solstrålning och kritiska rum i programvaran ParaSol.
2.4.2
Energiberäkning
Beräkningarna för energi genomfördes manuellt och digitalt. Genom att analysera tidigare dokument och använda standardvärden för passivhus skapas ett underlag för beräkning. Bilaga 1 användes för att beräkna och redovisa energiförbrukningen för de sex olika
byggnaderna. Excelfilen återanvändes från kursen energieffektiva byggnader och återgiven med tillstånd. Beräkningsgången tar hänsyn till geografiska egenskaper för platsen,
byggnadernas planlösning och byggnadsdelarnas egenskaper samt areor.
Sökord: Miljöbyggnad, värmeeffektbehov, solvärmelast, energianvändning, förnybar energi, ventilation, klimat.
3
REFERENSOBJEKT
Nedan beskrivs de tre referensobjekten, Smeden i Jönköping, Toarps ekoby i Skåne och en enplansvilla i Glimåkra.
3.1.1
Ekobyn Smeden i Jönköping
Ekobyn Smeden är ett område som ligger i ett kulligt jordbrukslandskap som tillhör
Ljungarums kyrkby. Ekobyn består av tolv stycken parhus med äganderätt och en gemensam bystuga. Bostädernas storlek varierar mellan 81 och 137 kvadratmeter. Det var arkitekterna Jan Moeschlin och Peo Oskarsson som genomförde projektet under fem år med hjälp av några framtida invånare i ekobyn och själva byggnationen pågick mellan år 1993 och 1995. Pia Larsson var en av de drivande personerna i projektet och som senare flyttade in (Ekobyn, u.d.).
På taken har byggnaderna 7,5 m
2solfångare per lägenhet som bidrar till uppvärmningen
av tappvarmvatten och dessutom ger ett litet bidrag till den aktiva uppvärmningen via
vattenburen golvvärme.
Solfångarna bidrar med ungefär 1000 kWh per år till enackumulatortank med elpatron. Vissa lägenheter har vattenmantlade kakelugnar. Ventilation skulle ske genom självdrag men på grund av felkonstruerade kanaldragningar fungerade det inte som tänkt (ekobyggportalen, 2009).
Husen har inglasade uterum i söder och utvändiga förråd i norr som extra isolering. Ekofiber var det materialet som användes som isolering och väggarna är målade med bivaxlasyrer. Varje lägenhet har tillgång till en egen kolonilott samt kompost och källsortering (Ekobyn, u.d.).
3.1.2
Toarps Ekoby i Skåne
Toarps Ekoby är ett område med egna fastigheter som tillhör föreningen
”Samfällighetsföreningen Toarps Ekoby”. Ekobyn består av 37st bostäder som tidigare ägdes av en bostadsrättförening som Malmö kommunpolitiker startade men är nu ägd av 37 lika stora andelar av de boende. I området finns bl.a. Bygården som är en samlingslokal med diverse servicelokaler samt carportar, soprum och andra anläggningar för reningsverk och verkstad (Samfällighetsföreningen Toarps Ekoby, u.d.).
Arkitektens fokus har varit en stil av medeltida skånsk/dansk karaktär, där byggnadernas fasad är puts i röd- eller gulockranyans och byggnadens takpannor är av lertegel. Bostäderna består av 2, 3 eller 4 rum och är utformade med högresta tak så att möjligheten till
expandering finns på övervåningen (Samfällighetsföreningen Toarps Ekoby, u.d.). Tekniken bakom ekobyn är bl.a. de tunga materialen som används i byggnaderna för att
använd i bostäderna, vilket ger en god inomhusluftskvalitet trots att vedspisen kan avge rök (Samfällighetsföreningen Toarps Ekoby, u.d.).
3.1.3
Grevelyckan 4 i Glimåkra
På adressen Grevelyckan 4 i Glimåkra finns en befintlig byggnad, en enplans träbyggnad av passivhuskvalité på ca 160 kvadratmeter. Effektbehovet är beräknat till 11 W/m².
Grunden är en betongsula på 100 mm, en så kallad supergrund eller varmgrund. 300 mm inre isolering mot ca 100 mm makadam på mark. Morängrus utgör undermaterialet och är genomsläppligt.
Ytterväggen består av lättbalk med 300 mm livhöjd och permeabla specialduk på in- och utsida. Ekofiber som isolering på 300 mm och 45 mm regel med gullfiber med
elinstallationer. På insidan är det 17 mm råspont plus 13 mm gips och på utsidan är det 22 x 100 mm sprikläckt och 22 mm träpanel av varierande bredd med ribb. Panelen är koppar-, järnvitriol och silverbetsbehandlat se Figur 1.
Takbjälklaget består av lättbalk och träregelförstärkning i mitten. 600 mm ekofiberisolering på permeabel specialduk och 13 mm grips som undertak. Yttertaket består av 22 mm råspont med takpapp och Icopal Shingel Noxite.
Ventilation sker med ett FTX-system, spirorören läggs ovanpå lättbalken och ljuddämpare ingår i satsen. Takfläkten styrs av aktuellt behov.
Uppvärmning och avkylning av byggnaden sker genom att insugsluften förvärms eller förkyls med hjälp av ett värme/kylpaket som genomströmmas av 33 % etanol i slangar under
gräsmattan. FTX-systemet har en verkningsgrad på 85 % och hjälper till med uppvärmningen. Tillskottsvärmen efter FTX-systemet utgörs av ett motsvarande
vattenbatteri som erhåller värme från solfångartank. Om det skulle behövas extra tillskott finns det en elpatron med 4,5 kV och en kakelugn. Tappvarmvattnet förvärms i solfångartank och leds via en lågtemperaturkulvert till huset och toppas till 60 grader i en mindre
varmvattenberedare i tvättstugan intill ingången i byggnaden.
De fönster som finns i byggnaderna har u-värde på 0,8 W/m2 och 0,9 W/m2 på de som är
4
LITTERATURSTUDIE
Nedan följer en teoretisk referensram angående certifieringssystemet miljöbyggnad och dess betygskriterier för ett hållbart byggande. Tidigare forskning och publiceringar tas upp vid val av fasadmaterial där konkreta fakta läggs fram om trä och tegel som fasadmaterial. Gällande uppvärmning och el för byggnader genomförs en fördjupning av pelletspanna och dess egenskaper samt en kritisk granskning av solceller.
En ekoby behöver inte vara den andra lik men kännetecknas av att ha miljövänliga byggnader som är energi- och resurssnåla. Det brukar vara en ökad delaktighet av invånare över
planering, boende och förvaltning. Invånarna i byn bör ha gemensamma värderingar som rör ekologi. Det bör finnas möjligheter till odling, självhushållning och djurhållning samt en stark social sammanhållning. Dagis, affärer och informell ekonomi såsom byte av varor och tjänster brukar finnas i en ekoby. Det främsta som en ekoby kännetecknas av är en
gemensam “bystuga” där invånarna kan samlas och leda sociala evenemang eller liknande (Jonsson, 2007).
4.1
Miljöbyggnad
Miljöbyggnad har tagits fram av Sweden Green Building Council (SGBC) som är Sveriges största organisation för hållbart byggande. SGBC har tagit fram certifieringen för att ge framförallt nyproduktioner ett mål att sträva efter. Personerna i bostaden ska trivas under en längre tid och byggnaden ska ha låg miljöpåverkan både under produktionen och
bruksskedet. Det finns tre olika nivåer på certifieringen, Brons som är den lägsta nivån som sedan följs av nivåerna Silver och Guld. Målbilden med den högsta certifieringen Guld står på SGBCs webbplats och citeras nedan.
Guld är en mycket hög nivå som de mest ambitiösa byggnaderna, ofta med uttalad miljöprofil, kan satsa på att få. Kraven som ställs är mycket höga, till exempel tillåts får inte radonhalten vara högre än en fjärdedel av lagstadgat krav. För att nå upp till Guld behöver även de som bor och arbetar i fastigheten trivas så väl att de också tycker att det är ett guldhus. Därför måste de som bor eller jobbar i byggnaden tillfrågas när det gått två år om vad de tycker om innemiljön (Sweden Green Building Council, u.d.).
Denna certifiering används frekvent vid nyproduktion av större byggnader idag och över 1000 byggnader har blivit certifierade sedan SGBC grundades 2009 (Sweden Green Building Council, u.d.).
För att uppnå Sweden Green Building Councils guldcertifiering får max två avsteg till nivån Silver göras av indikatorerna värmeeffektbehov, solvärmelast, energianvändning och andel förnybar energi. Avstegen är beroende av vilka indikatorer som berörs, då de väger olika
mycket (Sweden Green Building Council 2017). Kraven som ställs inom avsnittet energi för nivå Guld och Silver redovisas i Tabell 1.
Tabell 1 Betygskriterier energi. Från Sweden Green Buildning Council (2017, s. 6, 11, 15, 21) Copyright Sweden Green Buildning Council.
INDIKATOR SILVER GULD
1 VÄRMEEFFEKTBEHOV ≤ 20 x Fgeo ≤ 15 x Fgeo
2 SOLVÄRMELAST ≤ 29 ≤ 18
3 ENERGIANVÄNDNING ≤ 80 % av BBR:s energikrav verifierad med uppmätt energianvändning
≤ 70 % av BBR:s energikrav verifierad med uppmätt energianvändning 4 ANDEL FÖRNYBAR
ENERGI > 75 % av den använda energin är förnybar > 80 % av den använda energin är förnybar Innemiljö rör indikatorer som ventilation, termiskt klimat vinter, termiskt klimat sommar men även dagsljus, ljud, radon, fuktsäkerhet som inte kommer behandlas i detta arbete. Några avsteg får även göras inom detta ämne men minst hälften av indikatorerna ska uppfylla Guld. De betygskriterier som ska uppfyllas visas i Tabell 2.
Tabell 2 Betygskriterier energi. Från Sweden Green Buildning Council (2017, s. 35, 45, 50) Copyright Sweden Green Buildning Council.
INDIKATOR SILVER GULD
7 VENTILATION Uteluftsflöde ≥ 0,35l/s per m² Atemp.
Frånluftsflöde i kök enligt råd från Boverket
SILVER +
Frånluftsföde i våtrum enligt råd från Boverket
9 TERMISKT KLIMAT
VINTER uppfyller PPD ≤ 15 % vid Termiskt inneklimat DVUT
SILVER 10 TERMISKT KLIMAT
SOMMAR SILVER på indikator 2 OCH öppningsbara fönster eller fönsterdörrar.
ELLER
Termiskt inneklimat uppfyller PPD ≤ 15% en kritiskt varm och solig dag.
GULD på indikator 2 OCH öppningsbara fönster eller fönsterdörrar.
ELLER
Termiskt inneklimat uppfyller PPD ≤ 10% en kritiskt varm och solig dag.
4.2
Fasadmaterial
Fasadmaterialet på en byggnad är ansiktet utåt, byggnaden borde vara inbjudande och sammanlänkad med omgivningen. Det finns att välja mellan mer traditionella material som trä, puts och tegel eller mer innovativa som växtfasader, syntet och glas. Materialen kan påverka miljön vid montage och framställning, det gör att valet av fasadmaterial kan ge goda eller dåliga följder på miljön. Material med lång livslängd eller som är förnyelsebar kan vara att föredra. Även den sociala aspekten spelar roll då material kan påverka människans välmående och livskvalité. I detta avsnitt presenteras information om trä och tegel, dess egenskaper och för- och nackdelar utifrån tidigare publiceringar.
4.2.1
Trä
En fråga som är vanligt förekommande inom byggbranschen är om skogen räcker till för att använda mer. Som tidigare nämnt har Sverige en stor del skogsmark i landet och enligt Bergkvist et. Al (2013) motsvarar den ytan 1 % av skogsmarken på jordklotet. Vilket innebär att globalt sett har andra länder också tillgång till stora mängder trä som har goda
förutsättningar för ett miljövänligt byggande. En av anledningarna till att Sveriges skogsbruk fungerar så bra är varsamheten och utvecklingen av skogsområdena. I Sverige planteras mist två nya träd för varje träd som avverkas (Bergkvist, Ekdahl, Gross, Jermer & Johansson, 2013).
Trä är det enda förnyelsebara byggmaterialet, det är ett klimatneutralt material som binder kol. Detta innebär att när skogen växter tar den upp koldioxid och avger syre via
fotosyntesen. Det positiva med att bygga med trä som fasadmaterial är dess förmåga att binda kolet under en längre tid i byggnaden vilket innebär en förbättring för miljön, eftersom koldioxiden inte transporteras till atmosfären utan fastnar i materialet istället. Vid
avverkning av skog återplanteras nya träd som kan binda ny kol som därmed skapar bättre förutsättningar för miljön. Det är inte förrän produkterna förbränns som det lagrade kolet frigörs, vid förbränningen frigörs solenergi och även värmeenergi (Bergkvist, Ekdahl, Gross, Jermer & Johansson, 2013). Skillnaden mellan hur mycket kol som binds i materialet och hur mycket som avges vid förbränning kan ses i Figur 2, där upptagningsförmågan är större än avgivningen (Skogsindustrierna, u.d.).
Figur 2 Skogens upptag och utsläpp av kol över en livscykel. Från Skogsindustrierna, (u.d.). Återgiven med tillstånd.
Användningsområdet av trä har tidigare varit ett problem men nu har man kommit fram till att trä kan ersätta andra fasadmaterial och fortfarande få samma funktionalitet. Vid utbyte av andra material minskar koldioxid-belastningen. Vid substituering av andra material finns en ersättningsfaktor på 1,6 ton CO2 per m3 trä som ersätts. Valet av material för nya projekt blir
därför viktigare att ta hänsyn till i ett tidigt skede (Bergkvist, Ekdahl, Gross, Jermer & Johansson, 2013). Användningen av trä i byggnader har fördelar, exempelvis bidragande faktorer till människans hälsa och inomhusklimat. Luftfuktigheten inomhus blir jämnare vid användning av trä eftersom trä är ett hygroskopiskt byggmaterial som har en förmåga att suga upp fukt när inomhusluften är fuktig och avge fukt när inomhusluften blir torrare. Trä uppfattas också som ett varmare material när man känner på det. Träet har andra egenskaper som dess lugnande effekt och bra i akustiksynpunkt. Forskning angående patienters
återhämtning har gjorts med avseende på att befinna sig i ett rum och kolla på en vit vägg eller genom ett fönster på ett träd. Efter forskningen gavs slutsatsen att patienter skrivs ut fortare i rum där trä var synligt (Linköpings universitet, 2017-02-08).
Träets kretslopp är annorlunda jämfört med andra materials kretslopp. Materialet trä har två kretslopp, se Figur 3, där det korta kretsloppet som innebär återanvändning eller
materialåteranvändning. När det inte längre är möjligt går det till det långa kretsloppet, där materialet förbränns och skapar klimatneutral energi från den lagrade solenergin. Den största fördelen när det gäller återvinning är att materialet aldrig går till deponi, som andra material gör (Bergkvist, Ekdahl, Gross, Jermer & Johansson, 2013).
Figur 3 Träets naturliga kretslopp. Från svenskt trä (u.d.). Återgiven med tillstånd.
4.2.2
Tegel
Under 1800-talet i Sverige uppkom många tegelbruk även om det inte alltid syntes i
fasaderna. Mot slutet av 1800-talet hade nationalromantiska idéer börjat komma fram och då blev det populärt med nakna tegelfasader. Allt fler människor flyttade in i städerna och byggnader behövde snabbt uppföras. Tegel var det material som snabbast gick att använda samtidigt som de var relativt brandsäkra. Murare utan erfarenhet och kunskap började bygga hus med tegelfasad och använde sig av den billigaste sorten och tänkte inte på kvalitén på materialet. Det resulterade i att boende i husen ofta blev sjuka för att husen var fuktskadade och felkonstruerade. ”Någon arkitekt anlitade han icke. […] Byggmästare behöfte han ej. Mästare var han ju själf.” Skrev Lundin om en skomakare som valde att ta saken i egna händer och bygga hus i Stockholm (Johansson, 2017).
Idag importeras tegelstenar från Europa, bland annat från Holland och Danmark. Ungefär 10 år in på 2000-talet blev murade fasader populärt igen. Angående vilken miljöpåverkan murad fasad har är det nödvändigt att ta upp tillverkningen av tegelstenar och dess
energikrävande process. Resultatet Öhrn & Isaksson (2014) kom fram till är att det krävs det 900 MJ för att tillgodose en fasad på 180 kvadratmeter med tegelstenar. 900 MJ motsvarar en 40 W glödlampas energianvändning om den lyser dygnet runt i 260,4 dagar. De kom även fram till att om alla nyproducerade tegelfasader består av 20 % återbrukade tegelstenar resulterar i en minskning med 200 MJ vid tillverkning.
Att vem som helst skulle ge sig på att mura en byggnad idag är inte lika troligt men murade fasader kan än idag bli felkonstruerade och/eller fuktskadade. Enligt ByggMiljöGruppen (u.d.), bestående av ingenjörer som är ledande inom branschen, är det regn som tränger in i skalmursfasader och orsakar skador på väggen. Det blir ett fuktigt klimat bakom tegelskalet
och mögelpåväxt sker på det organiska materialet. Oftast är det vindskyddets undre del som angrips då regnvattnet rinner neråt och att luftspalten bakom skalmuren oftast är fylld med bruk som ramlat ner vid murning. Det bruk som ligger längs marken i luftspalten fylls med kapillärt insuget vatten och skapar en tillfredställande miljö för mögel. Nedgången på 1990-talet av murat byggande har medfört kunskaper om murverkets begränsningar. En utgåva av LTH-skriften ”Undvik misstag i murat och putsat byggande” går djupare på de misstag som gjorts och hur dessa skall undvikas.
4.2.3
Utvärdering av fasadmaterial
En rapport som utvärderar fasadmaterial, bland annat trä och tegel, utifrån ett
hållbarhetsperspektiv av Manito & Wästlund (2015) behöver den sociala- och miljömässiga aspekten vägas mot den ekonomiska aspekten i en multikriterieanalys. Gällande den
miljömässiga aspekten samlades data in från Sunda Hus miljödatabas och poängsattes efter materialens miljöpåverkan. Enligt Manito & Wästlund (2015) är slutsatserna av deras arbete att obehandlat trä uppförd i klassisk lockpanel är det bästa valet ur ett hållbarhetsperspektiv. När det gäller endast miljöaspekten är trä rankad högst och tegel på tredje plats med
natursten emellan. Trä ligger även bäst till gällande den sociala aspekten med glas på en andra plats och tätt därefter kommer tegel.
Multikriterieanalys (MKA) är ett verktyg som är till för att få fram det optimala valet av de olika alternativen. Verktyget tar fram underlag för att kunna fatta goda beslut vid
valmöjligheter. För att detta ska fungera så bra som möjligt bör syftet vara konkret och väldefinierat. Det finns olika metoder att utföra en MKA och vissa kan resultera i ofullständig rankning och andra kan ta fram acceptanskriterium. Det handlar bland annat om att välja rätt metod för rätt syfte. Alternativen bör vara mätbara för att kunna användas och borde inte vara beroende av varandra så en dubbelräkning kan uppstå. De nackdelar som finns med MKA är bland annat flexibiliteten (vilket också kan vara en fördel), eftersom det finns olika variationer av en metod så kan det leda till olika svar vid användning av samma metod. En annan är att om kriterierna inte valdes med omsorg så kan analysen se vetenskaplig ut även om resultatet blir tvivelaktigt (Manito & Wästlund, 2015).
4.3
Uppvärmning
I detta arbete kommer en uppvärmningskälla behövas som värmer upp bostäderna samt tappvarmvattnet. Det finns många alternativ, fjärrvärme, berg-, mark- och luftvärmepump, solfångare samt uppvärmning med hjälp av ved eller pellets. Lösningar på uppvärmning blir allt mer effektivt och anpassas efter miljön. En kombination av olika uppvärmningskällor kan även vara ett alternativ då vissa källor inte räcker till, till exempel solfångare under vintertid i
Från sågspån och kutterspån kan bränslepellets, som är ett biobränsle, tillverkas. När
pelletsen eldas släpps ämnen ut i luften som tas upp av växter och träd, vilket ger ett naturligt kretslopp samt att det inte sker något utsläpp av koldioxid (Värmebaronen, 2014). Pelletsen har en jämn kvalitet som är enkel att hantera och transportera på grund av dess finkorniga cylinderform (SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, 2013).
En pelletspanna är en modern variant av vedeldning. Den fungerar genom att en mängd pellets transporteras via ett rör till pannan från lagringstanken som pelletsen förvaras i. När pelletsen är inuti pannan antänds det och varma rökgaser transporteras genom byggnaden i ett rörsystem. Väggarna värms upp och det används till att värma vattnet i pannan, som sedan värmer tappvatten samt radiatorer och/eller golvslingor. Övriga rökgaser stiger upp genom skorstenen och ut i luften (Energifakta, u.d.). För pelletspannor är pannkroppen och brännaren anpassade till varandra med avseende på lämpliga dimensioner i förhållande till deras effekt. I pelletspannor är brännaren integrerad i pannkroppen det innebär att storleken är något mindre än t.ex. oljepannor. Utvecklingen av pelletspannor har resulterats i att fler avancerade, självstyrda och automatiska system formats. Teknik som askutmatning, automatisk sotning är utvecklingar som inneburit en minskning av skötsel- och underhållsbehovet. Detta leder i sin tur till ökad bekvämlighet och på sikt ökad verkningsgrad (SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, 2013).
Från Europastandarden kommer utsläppskraven i Boverkets byggregler och de olika ämnena som kravet relaterar till är de organiska gasformiga ämnena d.v.s. oförbrända kolväten. Kraven i Boverkets byggregler på pelletspannor då effekten är under 50kW är 100mg OGC/m3n torr gas vid 10 % o2 (SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, 2013). I enlighet
med standarden EN 303–5 är endast det strängaste kravet för maximala utsläpp tänkbar. Kravet redovisar maximala CO-halt, OCG-halt och stofthalt, kraven ligger på 500 mg/m3 torr
gas vid 10 % O2, 20 mg/m3 torr gas vid 10 % O2 respektive 40 mg/m3 torr gas vid 10 % O2 (SP
Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, 2013).
Energimyndigheten (2014-10-09) har utfört 11 test på olika pelletspannor, de påstår även att det är det mest omfattande testet som utförts hittills i Sverige. Den effektivaste pannan av de 11 visade att det gick att minska pelletsinköpen med 800 kilo per år och det var en modern automatiserad pelletspanna. Med hjälp av den pannan kan effektiv förbränning och låga utsläpp av luftföroreningar vara möjligt. Den största skillnaden mellan de 11 pannorna var kolmonoxid utsläppen. Vid ofullständig förbränning bildas kolmonoxid, vilket gör att den mest effektiva pannan, med högst verkningsgrad ger lägst utsläpp. Vid testet mättes hur mycket kolmonoxid, stoft och oförbrända kolväten som släpptes ut via skorstenen. Det är miljön och människors hälsa som påverkas vid dessa utsläpp, både lokalt och globalt. För att minska utsläppen är det viktigt att installationen av pelletspannan är utfört på rätt sett och att det är god kvalitet på bränslepelletsen. Stoft är små föroreningar, bland annat sot och de finns i rökgaserna vid eldning i en pelletspanna. Utsläpp av stoft kan skada människors hälsa, främst andningsvägarna, blodkärl och hjärta. För att minska utsläppen av stoft kan ett
alternativ vara att ansluta pelletspannan till en ackumulatortank (Energimyndigheten, 2014-10-09).
4.4
Solceller
Elektrisk spänning mellan framsida och baksida av solcellen uppstår när solstrålarna träffar solcellerna. Mellan fram och baksida kopplas en ledning som leder likström. En växelriktare används för att elen ska kunna användas i byggnaden, den omvandlar likström till
växelström. Cirka 10–15 % av den inkommande solenergin omvandlas till elektricitet. Det är från mars till oktober som produktionen av el är störst (Vattenfall, u.d.). När det inte sker någon solstrålning på solcellspanelerna slutar energiproduktionen från dessa. Överskottet på el kan säljas till elnätet. Det finns fem viktiga faktorer som påverkar hur mycket energi en solcellspanel genererar och de är: lutningen på panelerna, vilket väderstreck de är riktade mot, vad de har för verkningsgrad, om de är externt skuggade och hur mycket molnighet det är. Vilken lutning som är optimal för solcellerna beror på vart i landet det är. I Skåne är den optimala lutningen cirka 35 grader enligt Solcellskollen (2019). För att solcellerna ska kunna generera mest energi bör taken som panelerna är fästa på vara riktade mot söder
(Solcellskollen, 2019). Figur 4 visar en tabell på solcellernas ungefärliga effekter för olika väderstreck och lutningar.
Figur 4 Effekt för solceller i olika väderstreck och lutningar. Från Jämtkraft (u.d.). Återgiven med tillstånd.
En djupdykning genomförs i Naturskyddsföreningens rapport, El från solen. Detta för att säkerställa att solceller är ett optimalt val i Sverige eller visa motsatsen. Resultatet från Naturskyddsföreningen (2011) visar att solcellernas största miljöpåverkan sker vid tillverkningen. Ett av problemen är kadmiumhantering, men där arbetar
Naturskyddsföreningen med att ersätta kadmium och samtidigt se till att bibehålla en hög verkningsgrad. Från solcellsel är växthusutsläppen låga jämfört med fossilbaserad el men ligger högre än andra förnybara energikällor. Nyare forskning på växthusgasutsläpp visar värden mellan 50–120 gCO2eq/kWh. Beroende på teknik kan utsläppen gå ner till 21–34
befintliga byggnader som parhus, radhus och villa intrigeras solcellerna på ett enkelt sätt, på taket. Det ger inte upphov till ytterligare miljöeffekter och solcellsinstallationer på tak kan bidra med elförsörjningen i EU upp till 40 %. Andra miljöfördelar med byggnadsintegration av solceller citeras nedan (Naturskyddsföreningen, 2011):
• Andra byggmaterial ersätts
• Solceller som integreras i klimatskalet kan utnyttja den värme som alstras på baksidan av cellen exempelvis till förvärmning av tilluft
• Solceller utanför klimatskalet kan dubbelutnyttjas exempelvis vid
solavskärmning, då solen hindras från att skapa övertemperaturer i byggnaden samtidigt som elenergi produceras
• Lokal elproduktion minskar överföringsförlusterna
Som tidigare nämnts produceras inte energi när solen inte lyser, energin skulle behöva lagras för att tillgodose behovet av el vid till exempel nattetid. Enligt Naturskyddsföreningen (2011) pågår forskning kring problematiken med energilagring, de alternativ som presenterats hittills dras med miljö- och materialproblem som resulterar i att det finns risk för indirekta miljöeffekter. Denna rapport från Naturskyddsföreningen publicerades år 2011 och detta är nu 8 år sedan och utvecklingen av lagring av energi från solceller har gått framåt. Idag är det möjligt att lagra överskottselen som solcellerna producerar under dagen för att sedan
använda det när solen gått ner. Det betyder att produktionen kan matcha bättre med
konsumtionen och egenanvändningen ökar. Teslas lagringsbatteri heter Powerwall och ligger i framkant inom lagring av energi från solceller. Mer om hur det går till finns på deras
hemsida (Tesla, u.d.).
Angående hur vida bra solceller faktiskt är så är det värt att nämna dess nackdelar också, vilket inte alltid tas upp. Enligt Kungliga tekniska högskolan (2016) försämras energiutbytet med tiden för solcellerna. Det är på grund av solstrålningen och dess höga temperatur som bryter ned solcellerna efterhand. För varje år som går minskas produktionen med 0,2-0,5 %. En motsättning i Sveriges solcellsanvändning enligt Kungliga tekniska högskolan (2016) är att solceller ofta köps från Kina som tillverkas med kolkraft och använder dessa solceller för att ersätta kärnkraft i Sverige (Kungliga tekniska högskolan, 2016).
Tidigare nämnts det fem faktorer som påverkar hur mycket energi solcellerna producerar, där skuggning är en av dem. Enligt KTH (2016) är det möjligt att få en bra solcellsinstallation även om taket inte är helt fritt från skuggning. Förlusterna under vinterhalvåret blir endast några få procent om solcellerna skuggas dock bör stora träd och byggnader som skuggar under långa tidsperioder beaktas i mer detalj. Snöns påverkan på solcellerna är liten enligt resultatet från KTH (2016). Under de månader då snötäcke förekommer är det endast 14 % av produktionen som inträffar och när vårsolen lyser upp smälter snön och det resulterar i att det inte finns anledning att aktivt ta bort snön. Civilingenjören, I. Arvidsson (personlig kommunikation, 2019-05-16), håller med om att den optimala vinkeln i Skåne är 35 grader för att kunna producera max antal kWh men el är som dyrast under vintern och solen ligger lågt vilket gör att 45 grader på solcellerna är mer optimalt. Vid denna lutning åker också snön av och det medför att man inte aktivt behöver ta bort snön från taket.
En av slutsatserna från KTH (2016) är att det finns många faktorer som bidrar till om ett solcellsprojekt är lönsamt eller inte. Ofta väger fördelarna med solceller upp dess nackdelar.
4.5
Direktverkande el
Sveriges energimix består vanligtvis av energi från vattenkraft, kärnkraft, vindkraft och kraftvärme. Källorna i en energimix är inte alltid endast förnybara energikällor, det finns men är inte alltid det billigaste. För att vara så miljövänlig som möjligt bör ett sådant
alternativ som är förnyelsebart användas. Eftersom vattenkraft och vindkraft utgör de största delarna av Sveriges energimix om man bara studerar förnyelsebara energikällor genomförs en förklaring av dessa.
Vattenkraft utgör 45 % av den totala energiproduktionen i Sverige. Vattenkraften syns ofta i älvar och det finns 1800st i Sverige. Vattenkraft fungerar genom vattenströmning från en högre nivå till lägre nivå och grundar sig i vattnets kretsloppsrörelse. Vattnet förs sedan till en turbin som driver en generator som genererar el som kan användas. Det är inte ovanligt att vattnet fortsätter nedströms förbi ytterligare vattenkraftverk (Energimyndigheten 2018-09-27). Den största miljöpåverkan som sker gällande vattenkraftverk är under
byggnationstiden, miljön längs vattendragen förändras då. Driften av vattenkraftverk har minimal miljöpåverkan (Energiföretagen, 2018-12-03).
De fördelar som finns med vindkraft är att de inte bidrar till utsläpp av växthusgaser och att inga andra miljöfarliga utsläpp sker. Den biologiska mångfalden påverkas inte av de
vindkraftverk som är placerade på land. Vind är en förnybar energikälla och en gratis resurs, vilket kol och olja inte är. Det blir heller inga restprodukter som behöver tas hand om när vindkraftverket är i drift. Nackdelarna med vindkraftverk är att det inte täcker allt
energibehov utan är beroende av andra energikällor. Vinden går inte att förutse, ibland blåser det och ibland blåser det inte, vilket gör det svårt att endast använda sig av vindkraft
(Vattenfall, u.d.). Som tidigare nämnt, påverkar inte vindkraft miljön under drift dock vid byggande och nedmontering av kraftverken sker det bland annat utsläpp av koldioxid. Figur 5 visar ett diagram på vindkraftens koldioxidutsläpp under dess livscykel. Det sker inget kärnbränsleavfall under livscykel för vindkraft till skillnad från energimix och kärnkraft (Vattenfall, u.d.).
Figur 5 Diagram över koldioxidutsläpp. Från Vattenfall (u.d.). Återgiven med tillstånd.
4.6
U-grund
Vid grundläggning av hus där högt krav på energihushållning ställs kan U+-Grund användas.
Den grunden ger en tålig och extra isolerande kantbalk med låga energiförluster. Elementet är 400 mm högt och Figur 6 visar hur U+-grunden kan se ut (Sundolitt, u.d.).
Figur 6 U+-grund. Från Sundolitt (u.d.). Återgiven med tillstånd.
Enligt civilingenjören, I. Arvidsson (personlig kommunikation, 2019-04-25), är det vanligare att villor med gjuten platta har L-grund istället för U-grund. Med L-grund som
grundläggning kan det ske energiförluster på grund av att betongen i övre delen når ut till den omgivande kalla luften. För att motverka att det blir kallt kan då golvvärmeslingor användas. Genom att använda U-grund skapas en köldbrygga på insidan under ytterväggen och golvvärme behöver inte vara ett alternativ. U-grund är något dyrare men genom
besparing av framtida energiförluster, minskad mängd betong och ingen installation av golvvärme kan detta vara ett alternativ.
5
AKTUELL STUDIE
Nedan följer en beskrivning av studieobjekt och beräkningar. Under rubriken ”Objektsbeskrivning” beskrivs det angivna planområdet, tre framtagna skisser på situationsplan och de sex modellerade byggnaderna. Under rubriken ”Beräkningar” presenteras de olika beräkningar som genomförts, bland annat beräkningar på energianvändning, värmeeffektbehov och solvärmelast.
5.1
Objektbeskrivning
Under denna rubrik beskrivs det givna planområdet och de olika skisserna på situationsplan. Här presenteras de sex olika planlösningarna på byggnaderna där tre är mer kompakta, i detta fall menas kompakt planlösning att byggnaderna är fyrkantiga. De resterande tre byggnaderna är mer estetisk utformade. Planlösningarna behövs för att genomföra beräkningar som redovisas i avsnitt 5.2.
5.1.1
Planområdet
Ekobyn ska byggas på ett område i Solängen i Glimåkra som ligger i Östra Göinge kommun, beläget mellan Älmhult och Kristianstad. Planområdet har en area på ca 10 000
kvadratmeter. Kilingeån rinner längs den östra sidan av planområdet och det gör att marken på området innehåller mycket vatten. Mittemot ån, längs den västra sidan finns skog bakom en gammal stenmur. En allmän väg med busskommunikation till tåg i Osby (10 km västerut) går längs fastighetsgränsen i söder. Figur 7 visar planområdet, de mörkgröna prick-strecken är ägoslagsgräns. Bakom muren på den västra sidan finns det möjlighet till att planera parkeringar, garage, förråd och miljöbod för boende inom planområdet. I Figur 8 redovisas ett flygfoto på området och intilliggande tomter.
Figur 7 Det givna planområdet.
5.1.2
Situationsplan
Eftersom det modellerats tre olika byggnadstyper och två ska placeras i ekobyn, har tre enkla skisser på situationsplaner tagits fram för att en jämförelse ska vara möjlig. Den röda rutan är en bystuga och grön ruta ett gemensamt växthus samt de gråa rutorna är maxarean för de olika byggnaderna, villa, radhus och parhus.
I Figur 9 presenteras en skiss på situationsplan med villor och parhus. Vid denna kombination av byggnader får det plats 12 bostäder och 52 personer.
Figur 9 Skiss på situationsplan med 12 bostäder och 52 personer
I Figur 10 presenteras en skiss på situationsplan med villor och radhus. Denna kombination ger 16 bostäder och plats för 68 personer.
Figur 10 Skiss på situationsplan med 16 bostäder och 68 personer
I Figur 11 presenteras en skiss på situationsplan med parhus och radhus. Vid kombination av dessa byggnader blir det 20 bostäder och rymmer 80 personer.
Figur 11 Skiss på situationsplan med 20 bostäder och 80 personer
5.1.3
Byggnader och dess egenskaper
Alla byggnader har solceller på taket mot söder med en lutning på 35 grader samt ett FTX-system med värmeåtervinnare. Byggnaderna är planerade med passivhusteknik och ska uppfylla kraven för dessa, vilket betyder att FTX-system är det enda alternativet för
ventilationssystem. En byggnad med passivhuskvalitet har god lufttäthet och får maximalt ha luftläckning på 0,3l/s m2 vid test på 50Pa. Dess nackdel som att FTX-ventilerade hus är
känsliga mot vindpåverkan spelar roll samt inverkan av termik.
Ytterväggen uppbyggnad bygger på den redan befintliga byggnaden som beskrivs under avsnitt 3.3. Figur 12 visar väggen snitt.
Figur 12 Ytterväggskonstruktion
Samtliga byggnaders uppvärmning sker med hjälp av ett FTX-system med värme- och kylbatteri. Elen från solcellerna används för att driva FTX-systemet och när elen från solcellerna inte är tillräcklig används direktverkande el, helst baserad på en förnybar
energikälla men annars vanligtvis den billigaste energimixen ute på marknaden. Med hjälp av en pelletspanna värms huset ytterligare vid behov och tappvatten till lämplig temperatur. I Tabell 3 redovisas inomhustemperaturerna som används i beräkningarna dessa varierar då PPD kräver olika temperaturer då de boende har olika kläder på sig under sommaren och vintern.
Tabell 3 Inomhustemperaturer för de olika månaderna.
Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec
INOMHUSTEMPERATUR
Under vinterhalvåret kommer solcellerna inte att producera tillräckligt med el för bostäderna och där kommer direktverkande el att komplettera skillnaden. s
Solcellerna som är valda är av företaget Sunpower som är ledande inom solenergi. Solcellen heter Sunpower 350W och säljs av Utellus. Egenskaperna för solcellen syns i Figur 13 Solcellen är en svart, estetiskt tilltalande installation som trots skugga fortsätter producera en viss del energi.
Figur 13 Teknisk specifikation för Sunpower 350W. Från Utellus (u.d.). Återgiven med tillstånd. Det är sex bostäder i radhuset, två bostäder i parhuset och en bostad i villan. I Tabell 4 presenteras det hur många byggnader som får plats på planområdet samt totala antalet personer för de olika byggnaderna. Det totala antalet personer beroende på vilken kombination av byggnader presenteras i Tabell 5.
Tabell 4 Totala antalet av personer för varje byggnadstyp.
BYGGNAD PERSONER PER
BYGGNAD ANTAL BYGGNADER TOTALT ANTAL PERSONER
Radhus 24 2 48
Parhus 8 4 32
Tabell 5 Totala antalet av personer vid olika kombinationer av byggnadstyper.
BYGGNADSKOMBINATION TOTALT ANTAL PERSONER
Radhus + Parhus 80
Radhus + Villa 68
Parhus + Villa 52
En bystuga kommer även att presenteras nedanför som ska placeras i ekobyn.
5.1.3.1.
Villa Kompakt
En enplansvilla med 4 sovrum och anpassat för 5 boende. Längden på villan är 19m och bredden är 9m. Grundidén bakom byggnaden är att få en kompakt enplansvilla med bra förutsättningar för energiförbrukning samt stort tak mot söder att placera solceller på. De flesta sovrummen är placerade mot norr för att behålla dem så svala som möjligt. Kök, vardagsrum och matsal är placerade centralt med ett stort fönsterparti söderläge för att kapa bra förutsättningar för solens instrålningsvärme. På taket får det plats 47 stycken
solcellspaneler av sorten som beskrivs under avsnitt 3.7. Planlösningen för Villa Kompakt visas i Figur 14.
Figur 14 Skiss på Villa Kompakt.
5.1.3.2.
Villa Estetisk
Villa Estetisk är utformat med en stor hall med nära tillgång till kök och bad och tvättstuga. Köket är i placerat med närhet till matsal med möjlighet att ta sig ut till uteplatsen och trädgården som vetter mot söder. Tre av sovrummen är placerade mot norr och ett mot öst för att hålla dem svala under sommartid se Figur 15. Vardagsrummet och matsalen har stora glaspartier mot söder som kommer bidra till uppvärmningen av villan. På taket finns det plats för 64 solcellspaneler som kommer bidra med el till villan.
Figur 15 Skiss på Villa Estetisk.
5.1.3.3.
Parhus Kompakt
Parhus Kompakt är av en kompakt rektangulär karaktär, där fokus har legat på att centrera kök och badrum för att underlätta rördragning. Parhusets längd är ca 26m och bredd ca 8m och är utformat för 4 boende. På taket får det plats 24st solceller per bostad och 48 på hela byggnaden. I Figur 16 och Figur 17 redovisas planlösningen för Parhus Kompakt.
Figur 16 Skiss på Parhus Kompakt, markplan.
Figur 17 Skiss på Parhus Estetisk, plan 1 trappa.
5.1.3.4.
Parhus Estetisk
Parhus Estetisk är planerat för fyra personer där ett tillgänglighetsanpassat sovrum är placerat på markplan. I parhuset delar två grannar på ett teknikrum för den utrustning som behövs för att förse byggnaden med el, vatten och ventilation. Köket är placerat i närheten av hallen och har en stor anslutning till de övriga sällskapsutrymmen som är placerade på samma våningsplan se Figur 18. På det andra bostadsplanet är två sovrum planerade och ett litet vardagsrum med tillgång till en balkong se Figur 19. På taket finns det plats för 39 solceller.
Figur 19 Skiss på Parhus Estetisk, plan 1 trappa.
5.1.3.5.
Radhus Kompakt
Radhus Kompakt är en radhuslänga bestående av 6 bostäder. Bostäderna är anpassade för 4 boende där kök och WC är planerade intill bostaden bredvid. Radhuslängans längd är 56,5m och bredd ca 11m. Radhuset är av kompakt karaktär och får plats med 18 solceller per bostad på taket, det vill säga totalt 108 solceller. I Figur 20 och Figur 21 redovisas planlösningen av Radhus Kompakt.
