KTH Byggvetenskap Samhällsbyggnad Kungliga Tekniska Högskolan
Solceller – Solen är ju gratis
!
En undersökning av huruvida solceller är ett
fördelaktigt energisystem med avseende på
tekniska och ekonomiska aspekter
Photovoltaic cells – The sun
does not cost!
A study about whether photovoltaic cells are an
advantageous energy system with respect to
economical and technical aspects
Examensarbete för kandidatexamen AF101X Byggvetenskap
2012 05 10
Hussein Al-Haddad (husah@kth.se) Hamad Amin (hamin@kth.se)
Handledare
Folke Björk, KTH Byggvetenskap Nyckelord
2
Sammanfattning
Denna uppsats är ett kandidatarbete i samhällsbyggnad (motsvarande 15 HP) och är skrivet under våren 2012 vid kungliga tekniska högskolan (KTH) i Stockholm. Kandidatarbetet baseras på att konstruera och dimensionera ett hus utifrån ett bygg- och installationstekniskt perspektiv. Huset är beläget på en förutbestämd tomt i Malmö i Sverige.
Tanken vid konstruerandet av huset är att det skall vara lämpligt att använda för en vanlig svensk familj bestående av fyra familjemedlemmar. Huset är konstruerat på ett modernt sätt med
avseende på lättillgänglighet och handikappanpassning. De installationer som berörs är värme, ventilation, sanitet och el. Konstruktionsberäkningar och materialval har även behandlats. Vidare har en fördjupning gjorts inom området solceller, undersökningen har i syfte att klargöra huruvida solceller är ett bra energisystem för huset med avseende på tekniska och ekonomiska aspekter. Resultatet av denna undersökning visar att solceller har en verkningsgrad på 14 % och generarar ett överskott av el under sommaren, under våren täcker solcellerna drygt halva elbehovet för huset. Däremot fås lite el av solcellerna under höst och vinter.
Solcellssystemet är ganska enkelt att installera och kräver ingen större underhållsinsats. Däremot är systemet kostsamt då investeringskostnaden uppgår till drygt 227 000 kr. Den årliga
elbesparing är 6700 kr men investeringen blir lönsam först efter 18 år.
Abstract
This report is a result of a bachelor thesis at the school of Architecture and the Built
environment (corresponding to 15 HP) and is written during spring 2012 at the Royal Institute of Technology (KTH) in Stockholm. The Bachelor's essay is based on the design and dimensioning of a house which is located at a predetermined site in Malmo, Sweden.
The idea is to construct a house that is appropriate to use for an average Swedish family of four family members. The house is designed in a modern way with respect to ease of access and disabled facilities. The installation that have been considered are heating,
ventilation, sanitation and electricity. Construction calculations and material selection are also discussed.
Furthermore, a study about photovoltaic cells has been done. The purpose of the study is to decide whether photovoltaic cells are an advantageous energy system to the house with respect to economical and technical aspects. The result of the study shows that solar cells has an efficiency of 14% and gives a surplus of electricity during the summer, the cells gives more than half the need of electricity during the spring. However, the production of electricity is low during autumn and winter.
3
The system of the photovoltaic cells is fairly easy to install, and dose not require maintenance, however the system is expensive because the cost of investment is more than 227 000 kr. The annual saving is about 6700 kr but the investment will be profitable only after 18 years.
Innehållsförteckning
1. Inledning...5
1.1 Bakgrund ...5
1.2 Syfte och frågeställning...5
1.3 Metodik ...6
2. Huset ...7
2.1 Fastigheten och omvärldsbegränsningar ...7
2.2 Planlösning ...8
2.3 Materialval ... …8
2.3.1 Metod ...8
2.3.2 Taktäckning... 10
2.3.3 Fasad ... 12
2.3.4 Invändigt golvmaterial i vardagsrum ………...14
2.3.5 Invändigt golvmaterial i badrummet...16
3. Solceller ... 19
3.1 Hur fungerar solceller... 19
3.2 Solcellens funktion – djupgående beskrivning... 19
3.3 Olika typer av solceller... 20
3.4 Användning av solceller i Sverige... 21
4 Utnyttjandet av solenergin... 22
4.1 Globalstrålning... 22
4.2 Solinstrålningen med avseende på vårt hus... 22
5. Konstruktionen ...25 5.1. Stomme... 25 5.2 Taket...25 5.3 Väggarna...25 5.4 Grundläggning...26 5.5 Bjälklag...26 5.6 Fönster...26 5.7 Lastberäkningar...26 6 Installationer ………...28 6.1 Sanitet ... 28 6.2 Värme ...28 6.3 Ventilation ...29 6.4 El ...30 6.5 Solceller ... 32
7. Effekt- och energibehov ...35
7.1 Husets effekt- och energibehov...35
7.2 Energi- och elpris beräkningar på solceller...36
8. Bedömning av kostnader ...44
8.1 Ekonomisk lönsamhetskalkyl för solceller...44
8.2 Kostnadskalkyl för huset... 49
9 Diskussion och slutsats...50
10 Förslag på framtida arbeten... 51
4
12. Bilagor ... 55
12.1 Bilaga A – Materialval...55
12.1.1 – Bilaga A1 – Utvändigt takmaterial... 55
12.1.2 – Bilaga A2 – Utvändigt fasadmaterial ... 57
12.1.3 – Bilaga A3 – Invändigt golvmaterial i vardagsrum... 59
12.1.4 – Bilaga A4 – Invändigt golvmaterial i badrum... 61
12.2 Bilaga B – U-värden och köldbryggor ... 63
12.2.1 – Bilaga B1 – U-värdesberäkningar... …63 12.2.2 – Bilaga B2 – Köldbryggor...66 12.3 Bilaga C – Ventilation ...69 12.4 Bilaga D – Effektbehov ...73 12.5 Bilaga E – Energibehov... 86 12.6 Bilaga F – Sanitet... 87 12.7 Bilaga G –Golvvärme ...92 12.6 Bilaga H– Lastberäkningar... 97 12.6 Bilaga I – Konstruktionsberäkningar ... 101 12.6 Bilaga J – Konstnadskalkyl ...115 13. Ritningsbilaga ... 128 14. Källförteckning – Bilagor ... 150
5
1. Inledning
1.1 Bakgrund
Kandidatarbetet baseras på att konstruera ett hus på en förutbestämd tomt belägen i Malmö i Sverige. Huset ska konstrueras och utformas i enlighet med boverkets byggregler och normer. Den skall även uppfylla svenska byggkrav avseende säkerhet, inomhusklimat och miljö. Vid utformningen av huset skall ett flertal installationer behandlas däribland värme, ventilation och sanitet. Installationernas placering och utformning skall följa ovanskrivna krav och skall motiveras väl.
Nu för tiden har solceller blivit ett allt mer effektivt energisystem även för det enskilda hushållet, systemet är känt för att vara ekonomiskt, bekvämt och miljövänligt. Eftersom solceller har blivit en mer användningsbar energikälla så är det av intresse att undersöka ämnet närmar
1.2 Syfte och frågeställningar
Syftet med detta kandidatarbete är att införskaffa kunskaper och färdigheter inom byggandet och dimensioneringen av hus. Arbetet har också i syfte att ge en verklighetstrogen insyn i hur
projektering och planering av hus och dess ingående komponenter går till, detta betraktas som en viktig och betydelsefull kunskap.
Syftet med fördjupningsdelen inom området solceller är att skapa större förståelse för hur systemet fungerar och vilka för och nackdelar som finns. Ämnet kommer främst att behandlas utifrån två perspektiv, dels ekonomiskt- och dels tekniskt perspektiv.
Vad beträffar det ekonomiska perspektivet kommer följande frågorställningar behandlas: • Hur mycket är investerings- , drift och underhållskostnaderna för systemet? • Är systemet ekonomiskt lönsamt för huset?
Gällande tekniska aspekter kommer följande frågor att behandlas:
• Hur mycket energi kan utvinnas av solceller och vad ska den användas till? • Hur mycket av husets elbehov täcks av solcellerna under de olika årstiderna? • Hur sker installationen av solceller och hur påverkas byggkonstruktionen ?
Målet med fördjupningsdelen är att undersöka huruvida solceller är en fördelaktig energikälla till huset.
6 1.3 Metodik
Genom att använda tidigare kunskaper som har införskaffats under vår utbildning på KTH och genom kunskapsinhämtning under kursens gång ska projekteringen och dimensioneringen av huset göras. Kurskompendium, föreläsningsmaterial, artiklar och böcker ligger till grund för detta arbete.
Vad gäller fördjupningsdelen skall en beskrivning av solcellernas funktion och användning genomföras för att ge inblick i systemet samt en bra bas att utgå ifrån vid behandlingen av problemställningen. Undersökningen baseras på böcker, elektroniska källor och intervjuer. Genom dessa källor skall ekonomiska och tekniska aspekter avseende solceller behandlas och besvaras.
Med hjälp av berörda lärare kursen ska hjälp och handledning bidra till att effektivisera och förbättra arbetet.
7
2. Huset
2.1 Fastigheten och omvärldsbegränsningar
Tomten skall bebyggas och lokaliseras i Malmö, huset har en area på ungefär 125 m2 och ligger på 36 meters höjd över havet. Huset har placerats där den gör på grund av att markytan inte lutar där, därmed blir det enklare både vid dimensioneringen av huset och i utförandet av byggandet. En lutande markyta skulle ge högre kostnader vid byggandet och det skulle dessutom vara svårare att bygga. Huset har även placerats nära naturområdet för att ge lugnare miljö och trivsel, den bidrar även till en vackrare utsikt. Nära tomten finns även en väg vilket underlättar transport till och från huset.
Figur 1. Visar läget på huset i tomten
Följande data gäller för huset:
• Husets bruksarea som är boarea är ungefär 125 m2 vilket också är den så kallade tempererade arean.
• Huset har ingen biarea såsom garage eller pannrum • Byggnadshöjden är 2.6 m
8 2.2 Planlösning
Huset är en enplansvilla med totalt 4 rum, badrum, klädvård, hall och kök. Den är tänkt att användas av en vanlig svensk familj bestående av fyra familjemedlemmar.
Målet med planlösningen är att skapa ett modernt hus med mycket ljusinsläpp, samt att huset ska underlätta de boendes vardag, det ska alltså vara lätt att röra sig i huset mellan de olika rummen. Till exempel har vardagsrummet och köket placerats mot den östra sidan. Detta för att få ljus i vardagsrum och kök där familjemedlemmar ofta vistas. Vid planritningen har kök och
vardagsrum öppen planlösning, detta skall ge en trevligare och finare miljö i huset då familjemedlemmarna ofta vistas där.
Vid placeringen av sovrummen har det beaktats att det inte ska vara morgonsol i rummen och således har de lokaliserats på den vänstra sidan. Det har även tagits hänsyn till att huset ska vara funktions anpassat, till exempel är entrén anpassad även för rullstolsbundna, den är lagom stor och är placerad nära toaletten. Dessutom är dörrarna lagom breda för att det ska bli lätt att ta sig in med rullstol.
Genom den placering som har gjorts på allrummet så går det lätt att ta sig till de andra rummen i huset via allrummet (ex sovrum, klädvård, toalett), allrummet är på så sätt funktionellt. Rummen som kräver vatten såsom klädvård, badrum och kök har placerats på en sida av huset, syftet är att effektivisera dragningarna av VVS-installationer. Detta är även för att begränsa spridningen vid eventuell vattenläckage från rören.
För ritning av planlösning se bilaga 13
2.3 Materialval
2.3.1 Metod
Boverkets byggregler har utgjort grunden för valet av byggmaterial till huset.
Viktiga egenskaper som har tagits med i valet av material är bland annat investeringskostnader, underhållsbehov, miljöpåverkan och brandsäkerhet. Materialen skall bedömas med poäng som är baserade på kriterier som har satts upp. De olika kriterierna ska ha olika vikt beroende på hur viktiga de är för valet, sedan ska de viktade poängen adderas för varje material och materialet som har högst betyg ska väljas till huset.
9
Valet av de egenskaper som skall tas med vid undersökningen baseras på de föreskrifter som finns i boverkets byggregler:
• Investeringkostnad I BBR 2:2, står det:
”Allmänt råd
Byggherren får välja de material och tekniska lösningar som är ekonomiskt rimliga och praktiska att sköta så länge lagens krav på ekonomiskt rimlig livslängd uppfylls.”
Investeringskostnaden kommer att ges ett högt viktat betyg, detta eftersom det är oftast betydelsefull för köparen och kan ha en avgörande betydselse vid valet av material.
• Underhåll
14 § ”Ett byggnadsverk ska hållas i vårdat skick och underhållas så att dess utformning och de tekniska egenskaper som avses i 4 § i huvudsak bevaras”
Ovanstående utdrag från boverkets BBR visar att det är viktigt att byggnadsverket ska underhållas och vara i god skikt, taket, fasaden och golvet är en del av byggnadsverket och därför gäller denna punkt för dessa byggnadsdelar.
• Beständighet
”4 § Ett byggnadsverk ska ha de tekniska egenskaper som är väsentliga i fråga om
1. bärförmåga, stadga och beständighet”
Det är viktigt att byggnadsdelen är beständig, det finns olika typer av angrepp såsom mekaniska och kemiska. Dessa skall undersökas för att bedöma en byggnadsdels beständighet.
Vad avser beständighet är också vattentäta skikt viktiga, i boverkets föreskrifter 6:5331 står det: ”Golv och väggar som kommer att utsättas för vattenspolning, vattenspill eller utläckande vatten ska ha ett vattentätt skikt som hindrar fukt att komma i kontakt med byggnadsdelar och
utrymmen som inte tål fukt.” • Miljö
10 I BBR 6:11 står det:
”Material och byggprodukter som används i en byggnad ska inte i sig eller genom sin behandling påverka inomhusmiljön eller byggnadens närmiljö negativt då funktionskraven i dessa regler uppfylls”
Att ta hänsyn till miljön är alltså viktigt, de flesta material som finns bedöms som säkra vad gäller inomhus och utomhus miljön, därför kommer främst tillverkningsprocessen för dessa material att granskas med avseende på hur det inverkar på miljön.
• Brandsäkerhet
”Material som i byggnadsdelar och fast inredning ska ha sådana egenskaper eller ingå i byggnadsdelar på ett sådant sätt att de vid brand inte ger upphov till antändning eller snabb brandspridning och inte heller snabbt utvecklar stora mängder värme eller brandgas.”
Brandegenskaper är alltså viktiga att ta hänsyn till, speciellt vad gäller taket och fasaden eftersom dessa byggnadsdelar har större chans att utsättas för brand än till exempel golvet.
Förutom ovannämnda egenskaper skall andra egenskaper som upplevs som viktiga att undersökas. Till exempel egentyngd, komfort och estetik.
2.3.2 Taktäckning
I BBR 5:62 står det angående taktäckning:
”Taktäckningen på byggnader ska utformas så att antändning försvåras, brandspridning begränsas samt att den endast kan ge ett begränsat bidrag till branden.
(BFS 2011:26). Allmänt råd
Viss brandspridning kan tillåtas på småhus och andra byggnader inom ett bostadsområde utanför koncentrerad centrumbebyggelse samt på friliggande byggnader. Taktäckning på ett brännbart underlag kan då även utföras med
brännbart material. Materialet bör då vara i BROOF (t2) (klass T). Sådan taktäckning kan även användas på byggnader inom en koncentrerad centrumbebyggelse,
om byggnaden har ett vindsbjälklag i lägst klass REI 60 med
obrännbar värmeisolering och vinden inte kan utnyttjas för förvaring eller dylikt”
Detta visar att brandsäkerhet är en viktig egenskap för taktäckningen och därför ges den ett högt viktat betyg.
Taket på huset har en lutning på 25 grader och möjliggör placering av takpannor. De potentiella tackmaterialen som har valts är tegeltakpanna, betongtakpanna och plåttak av stål. Valet av dessa
11
material grundar sig på att dessa är vanligt förekommande och skulle kunna passa till den typen av hus som ska projekteras i Malmö. Dessutom var grundtaken att använda något av
ovannämnda material, och därmed föll det naturligt att undersöka just dessa. De egenskaper som kommer att undersökas är:
• Investeringskostnad • Egentyngd • Underhållsbehov • Miljöbedömning • Beständighet • Estetik • Brandsäkerhet
- Kommentar till viktning:
Det viktade betyget för varje material ska tas fram för att sedan göra en jämförelse och bestämma det material som är mest lämpligt att använda till taket. Värden för viktnigen är 0.1 – 0.2 – 0.3, där 0.1 anses vara mindre viktigt, 0.2 är ganska viktig och 0.3 är mycket viktig.
Investeringskostnaden, miljöbedömning, brandsäkerhet och beständigheten anses vara av stor vikt för valet av takmaterial och därför har dessa fått högsta viktningsvärdet 0.3. Egentyngd och underhållsbehov är ganska viktiga och får därmed viktningen 0.2. Att taket är estetiskt tilltalande anses vara mindre viktigt då det finns andra kriterier som är av större vikt och därför ges den lägst viktningsvärde.
Resultatet av undersökningen visas här nedan, för utförligare detaljer om betygsättning och val av mateial se bilagaA1.
Tegelpannor Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 3 0.9 Egentyngd 0.2 3 0.6 Underhållsbehov 0.2 5 1 Miljöbedömning 0.3 4 1.2 Beständighet 0.3 5 1.5 Estetik Bransäkerhet 0.1 0.3 4 5 0.4 1.5 Summa: 7.1
12
Betongpannor Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 5 1.5 Egentyngd 0.2 2 0.4 Underhållsbehov 0.2 5 1 Miljöbedömning 0.3 4 1.2 Beständighet 0.3 5 1.5 Estetik Brandsäkerhet 0.1 0.3 4 5 0.4 1.5
Takplåt(stål) Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 3 0.9 Egentyngd 0.2 5 1 Underhållsbehov 0.2 3 0.6 Miljöbedömning 0.3 2 0.6 Beständighet 0.3 3 0.9 Estetik Brandsäkerhet 0.1 0.3 3 5 0.3 1.5
De viktade värdena visar att betongtakpannor fick högst betyg (7.5), därmed ska det användas som tacktäckningsmaterial till huset. Det vanligast förekommande betontakpannan är av typen ”Jönåkerpanna”. Den som väljs som tacktäckningsmaterial till huset är tvåkupig och
orangefärgad. (monier.se)
2.3.3 Fasad
I BBR står det under kapitel 5
5:6 Skydd mot brand- och brandgasspridning mellan brandceller 5:63 Yttervägg och fönster
”Fasadbeklädnader får vid brand inte utveckla värme och rök i sådan omfattning att utrymning och brandsläckning försvåras eller så att stor risk för skador uppstår för personer som vistas i Summa: 7.5
13 närheten.
Allmänt råd
Fasadbeklädnader bör vara av svårantändligt material eller uppfylla kraven för klass D-s2,d0 (klass III). (BFS 2002:19).”
Ovanstående utdrag visar att brandsäkerhet är en viktig egenskap för fasadmaterialet. Dessutom kommer de andra viktiga egenskaperna som gällde för taket att även undersökas för fasaden. Som fasadmaterial ska en jämförelse göras mellan tre olika material: Tegel, trä och betong. Valet av just dessa material beror på att det är de mest använda material för ett småhus och således skulle de passa bra till vårt hus.
De egenskaper som ska tas hänsyn till vid val av fasadmaterial är: • Investeringskostnad • Brandsäkerhet • Miljö • Underhållsbehov • Densitet • Beständighet • Estetik
- Kommentar till viktning:
Systemet för viktning är densamma som för takmaterial, brandsäkerhet anses vara väldigt viktig och får 0.3 i viktningsvärde. Detsamma gäller investeringskostnad, miljöbedömning och
beständighet. Densitet anses vara ganska viktig och får 0.2 i viktningsvärde.
Resultatet av undersökningen visas här nedan, för utförligare detaljer om betygsättning och val av mateial se bilaga A2
Betongfasad Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 3 0.9 Brandsäkerhet 0.3 5 1.5 Miljöbedömning 0.3 2 0.6 Underhållsbehov 0.2 5 1 Densitet 0.2 4 0.8 Beständighet Estetik 0.3 0.1 3 2 0.9 0.2 Summa: 5.9
14
Tegelfasad Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 3 0.9 Brandsäkerhet 0.3 5 1.5 Miljöbedömning 0.3 3 0.9 Underhållsbehov 0.2 4 0.8 Densitet 0.2 3 0.6 Beständighet Estetik 0.3 0.1 3 4 0.9 0.4
Träfasad Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 5 1.5 Brandsäkerhet 0.3 3 0.9 Miljöbedömning 0.3 5 1.5 Underhållsbehov 0.2 3 0.6 Densitet 0.2 2 0.4 Beständighet Estetik 0.3 0.1 2 5 0.6 0.5
Träfasaden fick högst betyg och blir därmed vårt val. Fasaden skall bestå av ytterpaneler av trä med måtten 21*195 mm. Panelbrädorna kommer att monteras stående. De längsgående skarvarna täcks med lockpanel eller lockläkt. Före montering så bör fasadbeklädnaden ytbehandlas med grundolja, grundfärg och färdigfärg. Vid monteringen gäller det också att säkerställa luftning bakom panelen. (byggmax.com)
2.3.4 Invändigt golvmaterial i vardagsrum, sovrum och hall
I BBR kap 5:2 står det under ”Brandtekniska klasser och övriga förutsättningar”: ”Golvbeläggning A1fl, A2fl, Bfl, Cfl, Dfl, Efl (obrännbart golv och klass G).
Klassen A1fl är det högsta kravet och kan inte kombineras med någon tilläggsklass. Summa: 5.7
15
Klasserna A2fl, Bfl, Cfl, Dfl kombineras alltid med någon av följande tilläggsklasser: – s1 golvmaterialet får avge en begränsad mängd med brandgaser.
– s2 inget krav på begränsad produktion av brandgaser.
Klassen Efl är den lägsta klassen och kombineras inte med någon tilläggsklass. (BFS 2002:19). Allmänt råd
Exempel på klassbeteckningar: A1fl (obrännbart golv), Cfl-s1 (klass G), Dfl-s1 (klass G). (BFS 2002:19).”
För valet av golvmaterial till vardagsrum, sovrum och hall ska en jämförelse mellan träparkett, marmor och laminat göras. Vårt hus har en öppen planlösning mellan kök och vardagsrum, därför anses två skilda material mellan kök och vardagsrum var ej estetiskt tilltalande. Det är mycket viktigt att golvmaterialet inte är fuktkänslig, vilket även ett krav som ställs i BBR. Dessutom bör golvet vara estetisk tilltalande då den omfattar stora delar av huset, men även bekvämligheten är en viktig del av valet av golvmaterial. Utöver dessa krav bör materialet vara relativt billigt.
De faktorer som kommer att tas hänsyn till i samband med valet av golvmaterial är följande:
• Investeringskostnad • Underhållsvänlighet • Miljöbedömning • Estetisk
• Komfort
- Kommentar till viktning:
Alla egenskaper ges samma viktningsvärde, komforten anses vara ganska viktig och ges värdet 0.2.
Nedanstående tabeller visar resultatet av undersökninge, för utförligare detaljer se bilaga A3
Träparkett Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 4 1.2 Underhållsbehov 0.2 3 0.6 Miljöbedömning 0.3 4 1.2 Estetik 0.1 5 0.5 Komfort 0.2 5 1 Summa: 4.6
16
Marmor Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 1 0.3
Underhållsbehov 0.2 4 0.8
Miljöbedömning 0.3 5 1.5
Estetik 0.1 5 0.5
Komfort 0.2 5 1
Laminat Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 3 1.2
Underhållsbehov 0.2 4 0.8
Miljöbedömning 0.3 4 1.2
Estetik 0.1 5 0.5
Komfort 0.2 4 0.8
Det kan konstateras från ovanstående viktade värden att träparkett fick högsta betyg (4.6) och därav kommer detta väljas som golvmaterial till vardagsrum, kök och hall.
Den parkett som väljs av typen ”Ek lackad 4-stav”, den är 14 mm i tjocklek och ytskiktet består av ek. Den har genomgått sju lager ytbehandling. Plankorna är består av tre lager äkta trä som är limmade tillsammans. Färgen på parketten är brun. (byggmax.com)
2.3.5 Invändigt golvmaterial i badrummet
Enligt BBR 6:5331 står det angående vattentäta skikt: ” Golv och väggar som kommer att utsättas för vattenspolning, vattenspill eller utläckande vatten ska ha ett vattentätt skikt som hindrar fukt att komma i kontakt med byggnadsdelar och utrymmen som inte tål fukt”
Summa: 4.1
17
Kravet för vattentäta skikt uppfylls för plastgolv marmor och klinker, därför ska en jämförelse göras mellan dessa material.
I värdeanalysen har fem viktiga egenskaper beaktats, dessa är: • Investeringskostnad
• Bekvämlighet • Miljöbedömning • Beständighet • Estetik
Vad avser bekvämlighet menas att golvet inte ska upplevas för hårt eller kallt när man går på det.
- Kommentar till viktning:
Vid viktning ges investeringskostnad, miljöpåverkan och beständighet högst viktningsvärde, medan bekvämlighet får näst högst viktningsvärde då denna egenskap anses vara ganska betydelsefull. Estetik är minst viktigt och får det lägsta värdet.
Resultatet av undersökningen visas här nedan, för utförligare detaljer se bilaga A4
Plastgolv Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 5 1.5
Bekvämlighet 0.2 5 1
Miljöbedömning 0.3 4 1.2
Beständighet 0.3 3 0.9
Estetik 0.1 2 0.2
Marmor Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 1 0.3 Bekvämlighet 0.2 2 0.4 Miljöbedömning 0.3 5 1.5 Beständighet 0.3 4 1.2 Estetik 0.1 5 0.5 Summa: 4.8 Summa: 3.9
18
Klinker Vikt Betyg Viktat betyg
Investeringskostn. 0.3 2 0.6
Bekvämlighet 0.2 2 0.4
Miljöbedömning 0.3 5 1.5
Beständighet 0.3 4 1.2
Estetik 0.1 4 0.4
Plastgolv fick höst betyg och blir därmed vårt val.
Det plastgolv som väljs är av typen ”Forbo Våtrumsgolv Aqualon Orient”. Den har en tjocklek på 2 mm och en bredd på 2m. Slitlängden är på 0.35 mm. Den kan anslutas till golvbrunnar och dessutom har plastgolvet ytbehandlats för att ge extra stegsäkerhet. (golvshop.se)
19
3 Solceller
3.1 Hur fungerar solceller
Solenergi omvandlas till elektrisk energi utan att varken bränsle eller rörliga delar behövs. Dessutom är energisystemet miljövänligt eftersom det inte avger några utsläpp.
När solens strålar träffar solcellen så skapas en elektrisk spänning mellan cellernas fram- och baksida, denna spänning leder till att solcellens elektroner drivs i en bestämd riktning, vilket ger upphov till elektrisk energi. Framsidan av solcellen har ett metalliskt nät som har i uppgift att samla in strömmen men samtidigt släppa igenom ljus. Baksidan av cellen är täckt med ett ledande metallskikt, med hjälp av ledningar som är anslutna till både fram-och baksidan på cellen så tas strömmen ut från cellen. (Energimyndigheten, 2005)
3.2 Solcellens funktion – djupgående beskrivning
Solcellen består av en halvledardiod som i sin tur är uppbyggd av en tunn skiva bestående av halvledamaterial. På varje sida av halvledarmaterialet finns en elektrisk kontakt som är utformad på så vis att ljus kan tränga in dessa. Halvledarmaterialet är uppdelad i två olika delar med olika ledningstyper som kallas n-typ och p-typ. Mellan de olika ledningstyperna skapas ett elektriskfält. Fältet har i uppgift att driva över elektroner till n-sidan då solljus har absorberats i
halvledarmaterialet och elektroner har frigjorts. Samtidigt bildas ett underskott av elektroner på p-sidan, som därmed blir positiv laddad. Denna elektronförskjutning gör i sin tur att det uppstår en elektrisk spänning mellan halvledarmaterialen, och därefter erhålls elektriskspänning.
20 Figur 2. Illustration över hur elektrisk spänning erhålls
En solcell alstrar en elektrisk spänning som endast motsvarar en halv volt. Det är just därför som flera solceller seriekopplas till en solcellsmodul, på så sätt fås önskad spänning, solceller
sammansatta till en monteringsfärdig enhet kallas alltså för solcellsmodul och är den viktigaste delen i ett solcellssystem. Solcellerna som är i modulen inkapslas så att de blir beständiga mot bland annat väder och vind.
På baksidan av modulen monteras kablage för elektrisk anslutning. Glaskanten omges oftast av en aluminiumram med monteringshål. Materialet i modulen väljs på så sätt att livslängden blir större än 20 år. (Ekvall, 2005)
De solceller som är mest användbara i marknaden idag har en verkningsgrad på 13 %, vilket innebär att 13 % av solenergin som når solcellen omvandlas till el, medan resterande del av infallande solljus omvandlas till värme.
För att kunna producera så mycket el som möjligt bör solcellerna placeras på så sätt att så mycket solljus som möjligt når solcellerna. En solcellsanläggning ger en effekt på 1 kW då den är placerad rakt mot söder med en lutning på 30-50 grader, den årliga produktionen av el motsvarar då 850 kWh och anläggningen upptar endast en yta på ungefär 8 m2. (Energimyndigheten, 2012)
3.3 Olika typer av solceller
Det finns olika typer av solceller och de tillverkas i flera varianter, oftast används kisel som råvara. De mest använda solcellerna tillverkas av kiselskivor och är 10x10 till 15x15 cm. Dessa skivor kan bestå av en- eller flerkristallint kisel. Verkningsgraden denna typ av solcell som består av skivbaserade kiselceller är 12–15 %. Solceller tillverkade med enkristallint kisel har den typiska mångfasetterande blåa färgen medan enkristallint kisel är enfärgade och är oftast svarta eller blåa.9 Tunnfilmsmoduler är en annan typ av solceller, tillverkningen av dessa solceller sker genom att en hel modul beläggs med en tunn film av det aktiva solcellsmaterialet, detta ger således lägre energiåtgång, men däremot är verkningsgraden lägre för denna typ av solceller i jämförelse med kristallina kiselsolceller, verkningsgraden ligger på 7-11 %. 11 Utseendemässigt är tunnfilmsmoduler homogena och har vanligtvis en mörk färg. Solcellsmoduler har en teknisk
21 livslängd på ungefär 25 år. (Sidén, 2009)
Nedan visas bilder på de tre olika solcellstyperna:
Figur 3. Solcell av flerkristallin kisel Figur 4. Enkristallint kisel
Figur 5. Tunnfilmsmoduler
3.4 Användning av solceller i Sverige
Solcellsindustri är en starkt växande bransch, under de senaste tio åren har denna industri växt globalt med en ökning på hela 40 % per år. Världsomsättningen för denna industri är på ungefär 100 miljarder kronor och har tusentals anställda som jobbar inom denna industri. (Malm, Uppsala universitet 2007)
Användning av solceller i Sverige är begränsad eftersom den är beroende av antalet soltimmar som inte är så många under året, speciellt under de mörkaste månaderna.
Solceller i Sverige används främst till, båtar, husvagnar och sommarstugor som inte är anslutna till elnätet. Men användningen av solceller på byggnader ökat, det var främst under 1990-talet som användningen började öka på grund av teknikens framgång, men det beror också på stödinsatser i bl.a. Japan och Tyskland.
I Sverige har det sedan 2005 antagit ett statligt stöd till solcellsinstallationer på offentliga byggnader, vilket har gynnat solcellsmarkanden. Det är länsstyrelserna och boverket som har i uppgift att administrera stödsystemet som innebär att den som äger anläggningen får
70 % av projektkostnaden som stöd, gränsen för stödet sträcker sig upp till fem miljoner kronor per byggnad. (Sidén, 2009)
22 Figur 6. Kårhuset i Malmö – Anläggning med solceller
4 Utnyttjandet av solenergin
4.1 Globalstrålning
Som det tidigare har poängterats har de solceller som används på marknaden idag en verkningsgrad på 13 %. Mängden solstrålning som träffar en yta kallas för globalstrålning. Globalstrålningen avser summan av strålningen från solen, men den omfattar även övriga så kallade diffusa strålningar från himlavalvet som reflekteras av moln och atmosfärsmolekyler. Instrumentet som mäter solstrålningen registerarar mätdata som kallas för globals irradians. Global irradians mäts som den infallande strålningseffekten per ytenhet, vilket anges i W/m². Solinstrålningen över en period erhålls genom integration över tid, tidsperioden kan exempelvis vara timme, dygn, månad eller år. Enheten anges i kWh/ m². eller MJ/ m² för månads och årsvärden.
Den årliga globalstrålningen har ökat med mer än 5 % i Sverige sedan i mitten av 1980-talet fram till 2005, denna ökning gäller i stort sett över hela Europa. Faktorerna som påverkar den globala solstrålningen är bland annat solhöjden och molnigheten, minskad molnighet gör att
solinstrålningen ökar.
Figur 7. Globalstrålning för hela år sedan 1983 i Sverige, den svarta linjen visar en ökning av solinstrålningen.
23
Den globala strålningen ökar i Sverige och dessutom är den högst i de södra delarna av landet. Detta medför att vårt hus som är beläget i Malmö har tillsynes de optimala förutsättningarna för utnyttja solinstrålningen.
Här nedan visas en karta på den globala instrålningen under ett år i Sverige, kartan visar att solinstrålningen är som högst i söder där Malmö är belägen. (SMHI 2012)
Figur 8. Solinstrålning under ett år i Sverige
Typiska månader har valts som representerar de fyra olika årstiderna är, juni, oktober, april och december.
Årstid Månad Globalstrålning
(kWh/m2)
Sommar Juni 170
Höst Oktober 45
Vinter December 10
24
Solcellerna ska täcka hela taket förutom husets gavel. Valet av denna placering grundar sig på att solstrålarna fångas bäst när solcellerna placeras på taket. Solcellerna kommer att placeras 0.5 m ifrån varje kant, detta för att underlätta installation och underhåll (Nordqvist, 2012). Solcellerna kommer då att ha en längd på 13 m och bredden på 1.52 m på varje tak sida, detta ger således en total area på: 2 * (13 * 1.52) = 39.5 m2. Solcellerna bör ha en lutning där solstrålarna infaller vinkelrät mot modulerna, detta kan åstadkommas genom en lutning som ligger mellan 35-50 grader. Lutningen på solcellsmodulerna till vårt hus har valts till 37 grader, denna lutning ger maximal årlig elproduktion från solen, se nedanstående figur.
Figur 9. Den blåa kurvan visar att maximal årlig elproduktion nås vid ca 37 grader
Solcellerna som har valts är av typen polykristallin solcellmodul av Sunset, dessa har en verkningsgrad på ca 14%. Valet av denna typ av beror på att den är prisvärd och ger hög strömstyrka. Den ger dessutom bra skydd mot fukt och UV-stabilitet. Måttet på varje solcellsmodul är 985x458x40 mm (conrad, 2012)
Solcellssystemet till huset ska vara nätanslutet, orsaken till det är att det kan fås ett statligt bidrag för nätanslutna solcellssystem. Bidraget är på maximalt 45 % av investeringskostnader och gäller för alla typer av nätanslutna solceller, alltså även för privat personer. Dessutom kan den
överproducerade elen (t.e.x. under sommarmånaderna) distribueras till elnätet och på så sätt kvittas den mot elkonsumtionen (energimyndigheten, 2007) .
När solceller ansluts till nätet krävs ingen lagring av den producerade elen, det som däremot är nödvändigt är växelriktare som omvandlar likströmmen till växelström, den har också
skyddsfunktioner. Det behövs heller ingen batterilagring för nätanslutna solceller om de
producerar mindre än 15 % av den totala elektriska energi som används på nätet. Detta kommer inte att sker förräns om ett eller två decennier fram i tiden. Då måste även en förändring ske av nätets sätt att fungera.
Solceller på taken till småhus är de vanligaste typerna av nätanslutna system och är väldigt vanliga i industriländer (Green, 2002)
25
5. Konstruktionen
5.1.Stomme
Stommen av huset består av de bärande ytterväggarna som i huvudsak består av träreglar 170 x45 mm och med cc på 600mm, vissa innerväggar utgör även stommen, dessa består också av
träreglar men är något mindre i tjocklek än de bärande ytterväggarna (se bilaga 13). Takstolar av trä utgör också stommen. Valet av trä som byggnadsmaterial för stommen baseras på
materialundersökningen ovan. Trä är också ett flexibelt byggmaterial, det går till exempel att ha stenfasad på trähus om så önskas.
5.2 Taket
Takkonstruktionen kommer att bestå av takstolar i trä med ett centrumavstånd på 1200 mm. Ovanför takstolarna ska råspont sättas och på den ska underlagspapp placeras. Takets yta består av betongtakpannor av typen ”Jönåkerpanna”, pannan är slät och estetiskt tilltalande, dessutom är energiförbrukning lägre vid tillverkning av betongtakpannor än pannor gjorda av tegel, vilket har konstaterats genom undersökningen av materialvalen. Taket har också en klimatskyddande funktion och är monterad på bärläckt som i sin tur ligger på ströläckt med underliggande takpapp. Pappens funktion är att förhindra att vatten tränger in i konstruktionen, hängrännan är monterad under takpappen för att förhindra att fukt tränger in under plåten (se bilaga 13). Takstolarna har en lutning på 25 grader, detta gör att utrymmet blir tillräckligt för att inreda vinden. Takstolarna kan då få den vanliga formen d.v.s. den består av raka över- och
underarmstränger och diagonaler i mitten vilket gör att takstolen har formen av ett W. Mellan takstolarna ska en ångspärr av typen PE-folie placeras. På utsidan ska gipsskivor läggas och de skall utgöra innertaket. Vinden ska isoleras med minerallull med en tjocklek på 360 mm.
5.3 Väggarna
Ytterväggarna i huset utgör en del av stommen, dessa är 0.38 m i tjocklek och består av luftspalt, träreglar 45 x 170 mm och minerallull som isoleringsmaterial med en tjocklek på 45mm. För skydd mot brand ska det finnas gipsskiva på insidan av väggen. Väggarna har till uppgift att bära bjälklag och takstolarna och föra ner lasterna.
Vid monteringen av ytterväggarna ska de stående reglarna ställas upp. Efter det monteras gipsskivan, fasadskivan och lockpanelen. Mellan reglarna ska isolering placeras på så sätt att den
26
ligger tätt intill gipsskivan. Utanför detta läggs ångspärren som är av typen PE-folie. Sedan skall el- och vatten rör placeras i väggen och därefter ska de liggande reglerna sättas fast i de stående och isoleringen kommer läggas mellan de liggande reglerna (se bilaga 13)
Det finns även innerväggar som har en bärande funktion och dessa är 0.1 m vilket är mindre än ytterväggarna. De består också av träreglarna 45x70 mm och mineralull som isolering, på vardera sida av innerväggen skall gipsskivor placeras för skydd mot brand.
5.4 Grundläggning
Eftersom markförutsättningarna är bra kan platta på mark användas som grundläggningsmetod, dessutom är denna metod lämplig att använda för små hus. Platta på mark är enkel och
välisolerad grundläggningsmetod samt beständig mot fukt. Plattan är gjord i betong och har en tjocklek på 300 mm. För att förhindra att fukt tränger upp i plattan bör ett kapillärbrytande skikt finnas under plattan. Det ska åstadkommas genom att ha lättklinker nere i grunden, dräneringsrör kommer placeras i lättklinkern för att föra bort vattnet, det är av vikt att dräneringsröret placeras nedanför plattans lägsta punkt för att säkerställa att vattnet inte kommer i kontakt med plattan och att den leds bort från huset (se bilaga 13).
5.5 Bjälklag
Bjälklaget kommer att utgöras av takstolarna och den isolering som finns mellan dem. Bjälklaget ska ha en bärande och avskiljande funktion, den ska bära vertikala laster men även överföra horisontella laster ner till huset stabila komponenter såsom vägg och golv. Dessutom måste bjälklaget ha tillräcklig styvhet för att på så vis förhindra att obehag i form av svikt och svängningar uppkommer.
I husets gavel ska en inspektions lucka upprättas, anledningen är dels att ge möjlighet att inspektera vindsutrymmet och dels att underlätta service och kontroll av FTX-systemet som kommer att placeras där.
5.6 Fönster
Fönsterna i huset är stora för att släppa in så mycket solljus som möjligt, de är av typen
treglasfönster för att de har lägre U-värde än äldre tvåglasfönster, vilket innebär att värmen hålls kvar bättre och att risken för kallras och drag minskar.
27
Beräkningar av husets laster finns i bilaga H. Här följer en sammanfattning på resultatet av beräkningarna:
Q egen (kN)
Q tak Takbjälklag + takbeklädnad +
takisolering = 173 kN
Q golv Trä(parkett) + betong = 605.71 kN Q väggar Ytterväggar + innerväggar = 32 kN
Försummats: Installationer, icke bärande innerväggar, fönster och dörrar.
Q egen Q tak + Q golv + Q väggar = 810 kN
Q nyttig (kN)
Bunden nyttig last: Qk = 0,5 kN/m2 (𝜓 = 1) Fri nyttig last: Qh = 1,5 kN/m2 (𝜓 = 0,33)
Reduktionsfaktor = 0,7. Husets area= 124.49 m2. Q nyttig (kN) Q nyttig = (0,7(0,5+1,5*0,33) * 124.49 = 86,7 kN Q snö (kN) Dimensionerad snölast: Sk = 𝜇 * S0 = 1,3 * 2,0 = 2,6 kN/m2 Q snö: Q snö = Sk * takets area = 2,6 * 194.06 = = 504 kN
28
6
Installationer
6.1 Sanitet
Rum som behöver tillgång till tapp-och spillvatten ledningar är: Kök, badrum, och klädvård. I vårt hus har det valts att placera vattenkrävande apparater såsom tvättmaskin och diskmaskin i en sida av huset , detta för att det ska bli enklare att dra vattenledningar från och till huset och dessutom blir inte ledningarna så långa. Värmeväxlaren kommer att placeras i klädvården vilket är bra med avseende på längden av vattenledningarna. Genom att ledningarnas längd blir kortare kommer detta medföra mindre energiförluster av varmvattnet och även mindre
installationskostnader.
Vatten och avloppssystemet är kopplad till det kommunala systemet i Malmö. Det kommunala servisledningen ligger på ett djup på 2m och ca 7 m från huset. Tillgängligt tryck i kommunens ledning är 550 kPa vilket beräknas med.
Metodiken för uppkopplingen av rören beträffande vatten och avloppssytemet baseras på rör i rör metoden.Alltså ett inre rör för vatten och ett yttre skyddsrör. Rördragningen i våtrummet är ett känsligt område, då risken för att konstruktionen skadas är ganska stort i detta avseende. Rördragning får inte ske i väggar vid badkaret och minst en meter utanför detta. Dessutom får rördragning inte ske under hela badrumsgolvet. Detta har vi tagit hänsyn till vid dimensionering av rören och placeringen av badkaret exempelvis.
Det är viktigt att både kall och varmvattenrören isoleras väl, detta för att unvika bland annat att kallvattenrören blir uppvärmda av golvvärmeslingorna som, då båda går under bjälklaget. För dimensioneringen av rören har kopparrör valts, valet grundar sig på att kopparör är av hög kvalitet, tillskillnad från plaströr så avger inte dessa rör giftiga gaser vid bränder.
Placeringen av spillvattenrör och vattenledningsrör framgår av bilaga F.
6.2 Värme
Huset har vattenburen golvvärme som uppvärmningssystem. Fördelen med systemet är att man får ett varmt och behagligt golv, samtidigt som innertemperaturen sänks något. Andra fördelar är att den har lång livslängd, är korrosionsfri och prisvärd (alltombostad, 2012). Golvvärmen består av slingor som skall finnas i golvspånskivor ovanför betongplattan och under invändigt
Q tot = Q egen + Q nyttig + Q snö = 1401 kN
29
golvmaterial (bilaga 13) Slingorna ska dras genom hela den uppvärmda delen av huset. De varmare rören skall placeras nära fönstren eftersom det är som kallast där.
Som golvvärmec har ”Upnor golvvärmesystem 17” valts för att den ger möjlighet att sänka energiförbrukningen och det fås en jämn temperaturfördelning i rummen.
Som värmesystem har fjärvärme valts till huset där golvvärmen är kopplad, detta eftersom denna typ av värmesystem är miljövänlig och billig. Systemet är också säkert och tar liten plats i huset, vilket är fördelaktigt. Ur ett ekonomiskt perspektiv är fjärrvärme ett bra värmesystem, detta eftersom installation-och driftkostnader är relativt låga och fjärvärmesystemet bidrar även till att öka husets värde (energimyndigheten, 2011). Fjärrvärmecentralen som har valts är av typen Mini Eco från alfalaval, där dragningen av rören sker i plattan
Som varmvattenberedare väljs ”NIBE COMPACT”, den har en effekt på 3000 W, valet av denna beredare beror på att den har bra skydd mot korrosion och är utformad för att passa in i hemmiljön (nibe, 2012).
Enligt boverkets byggregler 2011 ska byggnadens specifika energianvändning ligga under 90 kwh per m2, vilket detta hus klarar, energibehovet för huset är 87.5 kwh per m2. (se bilaga D).
6.3 Ventilation
Syftet med ventilation är att bortföra förorenad luft från en byggnad som exempelvis orsakas av matlagning och möbler samt tillföra ny luft till byggnaden. Det finns olika typer av
ventilationssystem bland annat självdrag, frånluftssystem och FTX-system. Som
ventilationssystem har det valts ett FTX-system till huset, alltså från- och tilluftsventilation med återvinning. Valet av detta system beror på att huset får bra inomhusklimat och även minskad energianvändning. Dessutom är systemet oberoende av väderleken och kräver inte höga underhållskostnader (energimyndigheten, 2012).
Det är viktigt att placera FTX-aggregatet på ett sådant sätt att underhållning och rensning blir enkel, detta är ett krav i BBR, I 6:254 under rubriken installationer står det:
”Ventilationsinstallationer ska vara placerade och utformade så att de är åtkomliga för underhåll och rensning. Huvud- och samlingskanaler ska ha fasta mätuttag för flödesmätning”
För att uppfylla detta skall aggregatet befinna sig i taket och skall kunna nås genom
inspektionsluckan som finns i husets gavel, på så sätt blir den lätt åtkomplig för underhåll och rengöring. Ventilationsrören ska isoleras med kondensstrumpa på 315x30mm, detta för att förhindra att kondens uppstår. Aggregatet som har valts är av typen REGO-600HE-EC med maximal luftmängd på 140 l/s och med en värmeåtervinningsgrad på upp till 89 %.
30 Figur 10. Aggregatet som skall användas REGO-600HE-EC
Valet av just detta aggregat beror på att den är tystlåten och användarvänlig samt att den är flexibel för inspektion. Det går lätt att installera aggregatet och den är lättstyrd. En stor fördel är dess maximala återvinningsgrad i förhållande till dess minimala energiförbrukning. Den kan också placeras på vindsutrymmen och även andra ställen oavsett om det är kallt eller varmt.
(luftbutiken, 2012)
Ventilationskanalerna i huset kommer att ha olika dimensioner beroende på flödena, fördelningskanalerna kommer ha dimensionerna 80-120 mm medan kanalerna närmast
tilluftsdonen och frånluftsdonen ska ha dimensionen 60-80 mm. Tilluft-och frånluftskanaler ska placeras i takets nedre del. I sovrum, vardagsrum, hall och allrum ska tilluftskanaler dras, i de övriga rummen ska frånluftkanaler placeras. Vad gäller placeringen av tilluftsdonen kommer de att placeras där tilluftkanaler finns och lika så för frånsluftsdonen, de ska fästas i taket. Som tilluftsdon används ”Tilluftsdon VST 100” från luftbutiken, valet av denna don beror på att den är relativ billig och har en reglerbar inställning av luftflödet, dessutom kan den monteras både i tak och vägg. Som frånluftsdon har ”Frånluftsdon 100” valts, den har stort strypområde och enkel att injustera. Utöver detta har donen låg ljudnivå vid höga tryckfall och dess lackerade färg ger en smutsavvisande yta.
För beräkningar av ventilationsbehov och för dragningar av från- och tilluftkanaler (se bilaga C och 13)
6.4 El
Beräkning av husets effektbehov:
Enhet Effektbehov, P (W)
Spisplatta med ugn 5000
FTX-aggregat
191
31 Tvättmaskin 3000 Torktumlare 2000 Varmvattenberedare 3000 Kyl 2000 Frys 2000 P =19191 W
Reduktionsfaktorn är: 0.7 ger Ptot = 0.7 * 19191 = 13433.7 W
Valet av huvudsäkring utgås från beräkning av strömmen enligt följande formel: P = U * I * √3 , där U = 400 V
vilket ger
I = P / U *√3 = 19.4 A
Huvudsäkringen väljs därför till 20 A
Antalet eluttag i varje rum skall beräknas, beräkningen utgår från de regler som finns tillskriva i boken ”Elinstallationer i byggnader - Uttag och andra anslutningspunkter ”.
Antalet uttag ska vara L/4 enligt boken, där L är rummets vägglängd. Följande erhålls
Rum L /4 Antal uttag
Vardagsrum 4.7 5 Kök 3.3 3 Sovrum 1 2.66 3 Sovrum 2 2.67 3 Hall 2 2 WC 2 2 Allrum 3.42 3 Klädvård 3.24 3
Antalet eluttag har avrundats efter beräkning av L/4. P =19191 W
32
Det ska finnas minst en anslutningspunkt i varje rum och om arean överstiger 15 m2 ska det finnas ytterligare en för varje nytt tiotal kvadratmeter. I vårt hus innebär det att det skall finnas minst en anslutningspunkt i sovrummen, hallen, klädvården och allrummet. I vardagsrum och kök ska det finnas mer än en anslutningspunkt då arean överstiger 15 m2. Toaletten ska ha en egen separat anslutningspunkt.
Gruppfördelning:
Grupp Anslutet Fas Ledning (mm2) Säkring (A)
1 Frys 1-fas 1.5 10
2 Kyl 1-fas 1.5 10
3 Tvättmaskin 1-fas 1.5 10
4 Vardagsrum & kök 1-fas 1.5 10
5 Spis 3-fas 2.5 16 6 Sovrum 1, 2 och allrum 1-fas 1.5 10 7 Diskmaskin 1-fas 1.5 10 8 Klädvård och WC 1-fas 1.5 10 9 Torktumlare 1-fas 1.5 10
För dragningar av elkablar se bilaga 13
6.5 solceller
Då solcellerna ska placeras på taket får inga hinder vara ivägen för solljuset, grenar och annat som skymmer solljuset bör klippas.
Vid installation av solcellerna är det viktigt att underlagret är stabilt. Takpannorna som är i ett dåligt skikt bör bytas ut eftersom solcellerna kommer att vara monterade under lång tid. Det gäller att placera fästen på taken och säkra de med rostfria bultar (Nordquist, 2012).
33 Figur 11. Fästen till solcellssystemet
Därefter ska skivor av metall placeras på fästerna, dessa fungerar som” hållare” , på dem
kommer solcellsmodulerna att fästas. Det är av vikt att beakta att modulerna blir varma vilket kan leda till oönskad uppvärmning av byggnaden. För att undvika detta måste det finnas en luftspalt bakom modulerna som ventilerar bort värmen. Luftspalten bidrar också till att öka systemets prestande eftersom stigande temperaturer gör att solcellernas verkningsgrad minskar. Efter att solcellsmodulerna är fästa ska de vridas så att en vinkel på 37 grader fås, denna vinkel är den optimala för huset (se figur ).
Figur 12. Metallskivor placeras i fästerna Figur 13 solcellsmoduler fästs och ska roteras till önskad vinkel
Det gäller nu att montera alla kablar och ledningar för systemet på rätt sätt. Spänningar som alstras från modulerna kan vara så höga att de kan leda till allvarliga skador eller döda den oförsiktige, de kan även leda till stor brandfara. Därför måste elinstallationen för seriekopplade moduler utföras av en tränad elektriker. Vidare gäller det att säkerställa tätskikten då
kabeldragningar innebär håltagningar i byggnaden, det är viktigt för att undvika läckage.
Solcellsmoduler seriekopplas i strängar, strängarna parallellkopplas i sin tur till en kopplingslåda, från kopplingslådan dras kablarna till växelriktaren via en DC-brytare . Denna har som funktion att bryta strömmen vilket kan behövas vid service av växelriktaren. Brytaren bör placeras i nära av
växelriktaren för att göra det enklare att frånskilja växelriktaren.
Växelriktaren har som uppgift att filtrera strömmen innan den matas vidare, den minimerar övertoner och producerar ström i så ren form som möjligt. Den har också en funktion som gör att effekten av strömmen kan maximeras, funktionen kallas ”maximum power point tracker”. Det gäller att placera växelriktaren så nära modulerna som möjligt för att undvika resistvia förlusten av strömmen. Systemet kopplas därefter från växelriktaren till byggnadens elcentral via en AC-brytare och en elmätare. AC-AC-brytaren gör att växelriktaren kan frånskiljas från nätets spänning, vilket kan behövas vid service och underhåll. Elmätaren ger kontroll över systemets elproduktion. (Installationsguiden, 2011)
34 Figur 14. Växelriktare
Nedanstående CAD-ritning visar var de olika solcellskomponenterna ska placeras i huset och hur de är kopplade med varandra:
Figur 15. Ritning visande apparater och kopplingarna mellan de för vårt hus
Eftersom växelriktaren bör placeras nära solcellsmodulerna kommer den att placeras på vinden, på så sätt blir avståndet kort mellan den och modulerna. DC-brytaren bör vara nära växelriktaren och kommer också att vara i vinden. Förutom detta kommer även kopplingslådan och AC-brytaren att placeras där. Varför dessa apparater placeras i vinden beror också på att de inte
35
behöver användas så ofta, bara vid underhåll och service. Däremot placeras elmätaren och elcentralen i hallen, detta eftersom elmätaren är en viktig komponent i solcellsystemet som ofta används för att kontrollera hur mycket el som systemet producerar. Elcentralen är placerad i hallen eftersom den är viktig för husets elförsörjning och brukar användas mer än de övriga apparaterna (t.ex. vid byte av säkringar eller propp). Från elcentralen går elen till husets elsystem eller till elnätet om det produceras ett överskott av elen.
Solcellsystemet är enkelt att sköta och kräver igen större underhållsinsats. För att kontrollera status för systemet räcker det med att kontrollera växelriktaren. Ibland kan det krävas skottning av snön på vintern. För rengöring av modulerna räcker det oftast med vanligt regn, men ibland kanske regnet inte lyckas rengöra modulerna eller så kan det finnas estetiska motiv för rengöring. Då bör man rengöra modulerna på egen hand och då gäller det att vara försiktig så att inte modulglasen tar skada (Nordquist, 2012)
7 Effekt- och energibehov
7.1 Husets effekt- och energibehov
Husets totala energibehov ligger på 87,5 kWh/m2 * år vilket klarar boverkets krav som ligger på 90 kWh/m2 * år för en annan typ av uppvärmningsystem än elvärme, i vårt fall är det fjärrvärme. Vid beräkningen av energibehovet har summan av energibehov på grund av värmeförluster QF
beaktats, och dessutom behovet för tappvarmvatten som ligger på 30 kwh/år (bilaga E)
Effektbehovet för uppvärmning är den värmeeffekt som behövs för att få en inomhustemperatur som är behaglig vid lägsta dimensionerande utomhustemperatur. Vid beräkningen har hänsyn tagits till läckflödesförluster, transmissionsförluster och ventilationsflödesförluster.
Köldbryggornas inverkan är även beräknad. Husets har ett totalt effektbehov på 1.825 kW. Effektbehovet har beräknats separat för varje rum i huset.
Rum Effektbehov (W) Sovrum 1 -156.641 Sovrum 2 -147.662 Vardagsrum och kök -828.24 Allrum -148.252
36 Klädvård -261.795
Badrum -85.479
Hall -197.856
Det sammanlagda effektbehovet för alla rum: Φtot = - 1.825 kW
För utförliga beräkningar på effektbehov (bilaga D).
7.2 Energi- och elpris beräkningar på solceller
Nedanstående tabell visar globalstrålningen under de olika årstiderna och den effektiva energin som kan utnyttjas under varje årstid av solcellerna (SMHI, 2012). Den effektiva energin är beräknad genom att multiplicera globalstrålningen med solcellsystemets area, sedan divideras resultatet med antalet dagar i månaden, och tillslut multipliceras det erhållna resultatet med verkningsgraden som är 0.14. Då fås effektiv energi i kWh per dygn.
Årstid Månad Globalstrålning
(kWh/m2) Effektiv energi (verkningsgrad
14%) (kWh per dygn) Sommar Juni 170 31 Höst Oktober 45 8 Vinter December 10 2 Vår April 115 21
Ovanstående data visar att juni månad ger mest effektiv energi vilket beror på de långa solskenstimmarna under månaden.
Juni:
De apparater som tas med i undersökningen är sådana som är viktiga och som vanligtvis används dagligen, tillexempel kylskåp, frys, TV, dator m.m. Andra apparater som också drar el såsom
37
tvättmaskin, torktumlare, strykjärn, damsugare m.m. tas inte med eftersom dessa inte används dagligen utan oftast bara någon gång i veckan.
Driftiden för de olika apparaterna uppskattas, under juni antas att TV- och data användningen är mindre än under de mörka månaderna. Det antas också att lampor och lysrör är tända under ett mindre antal timmar eftersom det är ljust en längre tid under juni.
För juni månad är effektbehovet av utvalada apparater enligt följande:
Apparater Antagen drifttid (timmar) per dygn Effekt (kW) Effektbehov: kWh per dygn = Effekt * drifttimmar per dygn Kylskåp 24 0.1 2.4 Frys 24 0.12 2.88 Diskmaskin 1 1.4 1.4 Spisplatta 2 1.5 3 Ugn 2 1.5 3 Spisfläkt 2 0.2 0.4 Mikrovågsugn 1 1.5 1.5 Vattenkokare 0.2 1.5 0.3 Kaffebryggare 0.5 0.8 0.4 Plasma tv 3 0.3 0.9 Dator påslagen 3 0.125 0.375 Dator standby 21 0.015 0.315 Laddare 1.5 0.005 0.0075 Lågenergilampor (totalt 6 st) antar hälften tända 3 0.011 0.099 Lysrör (4 st) 3 0.043 0.516 FTX-aggregat 24 0.235 5.64 Varmvattenberedare 24 0.3 7.2
38
Energin per dygn som solcellerna bidrar med räcker till försörjningen av ovanstående apparaturer. Det fås även ett litet överskott.
Energiöverskottet blir således:
31 – 30.3 = + 0.7 kWh per dygn i juni
månad
EL-pris under juni
Elpriset enligt Fortum är 1.20 kr per kWh, behovet under juni per dag för ovanstående apparater är 30.3 kwh, elpriset per dag blir således: 30.3 * 1.20 = 36 kr per dag, för hela månaden blir det: 36 * 30 = 1080 kr per månad.
Eftersom solcellerna ger ett överskott på energi under juni besparas alltså 1080 kr denna månad. Vi antar att det som gäller för juni avseende globalastrålningen och elbehovet gäller för övriga sommarmånaderna (juli och augusti). Under sommarmånaderna blir alltså den totala besparingen: 3 * 1080 = 3240 kr
Energiöverskottet under juni
Energiöverskott kan distribueras till elnätet och då kan nettodebitering fås, den överproducerade elen kan kvittas mot elkonsumtionen.
Överskottet var 0.7 kWh per dag under juni,
Under hela månaden blir överskottet 0.7* 30 = 21 kWh
Överskottet av energi antas gälla för de övriga tre sommarmånaderna, detta ger en total besparing på = 1.2 * 21 * 3 = 76 kr
Under de tre sommarmånaderna fås ytterligare en besparing på 76 kr.
39
För oktober månad är effektbehovet av utvalda apparater enligt följande:
Apparater Antagen drifttid (timmar) per dygn Effekt (kW) Effektbehov: kWh per dygn = Effekt * drifttimmar per dygn Kylskåp 24 0.1 2.4 Frys 24 0.12 2.88 Diskmaskin 1 1.4 1.4 spisplatta 2 1.5 3 Ugn 2 1.5 3 Spisfläkt 2 0.2 0.4 Mikrovågsugn 1 1.5 1.5 vattenkokare 0.2 1.5 0.3 kaffebryggare 0.5 0.8 0.4 Plasma tv 5 0.3 1.5 Dator påslagen 6 0.125 0.75 Dator standby 18 0.015 0.27 Laddare 1.5 0.005 0.0075 Lågenergilampor (totalt 6 st) antar hälften tända 8 0.011 0.264 Lysrör (4 st) 8 0.043 1.376 FTX-aggregat 24 0.235 5.64 Varmvattenberedare 24 0.3 7.2
Energiunderskottet blir således:
8 – 32.29 = - 24.29 kWh per dygn i oktober
månad
EL-pris under oktober
Behovet per dag för ovanstående apparater under oktober är 32.29 kWh, elpriset per dag blir således: 32.29 * 1.20 = 39 kr per dag, för hela månaden blir det: 39* 31 = 1209 kr per månad. Vi
Totalt: 32.29 kWh per dygn
40
antar att elbehovet är densamma under övriga höstmånaderna (September och november). Totala priset på de tre månaderna blir således: 1209 * 3= 3627 kr
Bidrag från solceller ger: 8 * 1.20 * 31 = 298 kr under oktober. Vi antar att globalstrålningen och under oktober gäller också för de övriga höstmånaderna. Besparingen blir alltså: 3 * 298 = 894 kr under de tre månaderna.
Det som skall betalas under tre månader blir = 3627 – 894 = 2733 kr. skottet b
December:
För december månad fås ett effektbehov av utvalada apparater enligt följande:
Apparater Antagen drifttid (timmar) per dygn Effekt (kW) Effektbehov: kWh per dygn = Effekt * drifttimmar per dygn Kylskåp 24 0.1 2.4 Frys 24 0.12 2.88 Diskmaskin 1 1.4 1.4 spisplatta 2 1.5 3 Ugn 2 1.5 3 Spisfläkt 2 0.2 0.4 Mikrovågsugn 1 1.5 1.5 vattenkokare 0.2 1.5 0.3 kaffebryggare 0.5 0.8 0.4 Plasma tv 4 0.3 1.2 Dator påslagen 5 0.125 0.625 Dator standby 19 0.015 0.285 Laddare 1.5 0.005 0.0075 Lågenergilampor (totalt 6 st) antar hälften tända 9 0.011 0.297 Lysrör (4 st) 9 0.043 1.548 FTX-aggregat 24 0.235 5.64 Varmvattenberedare 24 0.3 7.2
41
Energiunderskottet blir således:
2 – 32.08 = - 30.08 kWh per dygn i
december månad
EL-pris under december:
Behovet per dag för ovanstående apparater under december är 32.08 kWh, elpriset per dag blir således: 32.08 * 1.20 = 38 kr per dag, för hela månaden blir det: 38 * 31 = 1178 kr. Vi antar att elbehovet är densamma under övriga vintermånaderna (januari och februari). Totala priset på de tre månaderna blir således: 1178 * 3= 3534 kr
Vi antar att globalstrålningen är densamma för övriga vintermånaderna,
Bidrag från solceller ger: 2 * 1.20 * 31 = 74 kr under december. Vi antar att globalstrålningen och under december gäller också för de övriga vintermånaderna. Besparingen blir alltså: 3 * 74 = 223 kr under de tre månaderna.
Det som skall betalas under tre månader blir = 3534 – 223 = 3311 kr
April:
För april månad fås ett energiförsörjningsbehov av utvalada apparater enligt följande:
Apparater Antagen drifttid (timmar) per dygn Effekt (kW) Effektbehov: kWh per dygn = Effekt * drifttimmar per dygn Kylskåp 24 0.1 2.4 Frys 24 0.12 2.88 Diskmaskin 1 1.4 1.4 Spisplatta 2 1.5 3
42 Ugn 2 1.5 3 Spisfläkt 2 0.2 0.4 Mikrovågsugn 1 1.5 1.5 Vattenkokare 0.2 1.5 0.3 Kaffebryggare 0.5 0.8 0.4 Plasma tv 4 0.3 1.2 Dator påslagen 5 0.125 0.625 Dator standby 19 0.015 0.285 Laddare 1.5 0.005 0.0075 Lågenergilampor (totalt 6 st) antar hälften tända 6 0.011 0.198 Lysrör (4 st) 6 0.043 1.032 FTX-aggregat 24 0.235 5.64 Varmvattenberedare 24 0.3 7.2
Energiunderskottet blir således:
21– 31.47 = -10.47 kWh per dygn i april
månad
EL-pris under april:
Behovet per dag för ovanstående apparater under april är 31.47 kWh, elpriset per dag blir således: 19.23 * 1.20 = 38 kr per dag, för hela månaden blir det: 38 * 30 = 1140 kr per månad. Vi antar att elbehovet är densamma under övriga vårmånaderna (mars och maj). Totala priset på de tre månaderna blir således: 1140 * 3= 3420 kr
Bidrag från solceller ger: 21 * 1.20 * 30 = 756 kr under april. Vi antar att globalstrålningen är densamma för de övriga vårmånaderna. Besparingen blir alltså: 3 * 756= 2268 kr
Det som skall betalas under tre månader blir = 3420 – 2268 = 1152 kr. skottet
Jämförelse eleffektbehov och el från solen
43
Enligt ovanstående text och beräkningar är den genererade elen av solcellerna och eleffektbehovet för varje dag under respektive årstid enligt följande:
Årstid Eleffektbehov
(kWh per dygn) Genererad el av solcellerna (kWh per dygn)
Sommar 30.3 31
Höst 32.29 8
Vinter 32.08 2
Vår 31.47 21
För att åskådliggöra förhållandet tydligare har ett diagram ritats med värderna ovan.
Figur 16. Diagram visande förhållandet mellan elbehov och genererad el av solcellerna
Års besparingen som solcellerna bidra med:
Årstid BBesparing (kr) 0 5 10 15 20 25 30 35 Sommar Höst Vinter Vår Eleffektbehov Genererad el av solcellerna kWh/dygn Årstid
44
Sommar 3240
Höst 894
Vinter 223
Vår 2268
Den överproducerade elen ger en besparing på:
Årstid Överproducerad el
Besparing (kr)
Sommar 76
EElfff21– 19.23 = + 1.77 kWh per dygn i april m
Solcellerna bidrar alltså med en års besparing på 6701 kr per år.
Det som ska betalas för elen under året blir: 2733(höst.) + 3311(vinter.) + 1152 (vår) – 76 (överpr.el.) = 7120 kr
Det skall nu undersökas huruvida det är lönsamt med solceller. Investeringskostnader och underhållskostnader ska tas med i beräkningen.
8 Bedömning av kostnader
8.1 Ekonomisk lönsamhetskalkyl för solceller
Solcellsmodulen som skall användas till huset har en area på 0.985 x 0.458 = 0.451 m2. Som tidigare poängterats skall den totala arean av solcellsmodulerna vara 39.52 m2 . Detta innebär att det behövs: 39.52/0.451 = 88 st. En solcellsmodul kostar 4 295 kr. Alltså blir den totala
kostnaden 4 295 * 88 = 377 960 kr. Regeringen har sedan flera år tillbaka beslutat att utdela ett bidrag på 45 % för solcellsanläggningar. Detta leder till en investeringskostnad på: 377 960 * 0.55 = 207 878 kr (energimyndigheten, 2012).
Utöver detta uppkommer kostnader för solcellstillbehör, till exempel växelriktare, AC/DC Nedanstående tabell visar den totala kostnaden för att uppföra solceller på taket. brytare , kopplingslåda och kablar. Dessutom skall monteringskostnader tas med i beräkningen.
Total års besparing: 6701 kr
Solceller Kostnad (kr) Källa
45 Den totala kostnaden för solceller uppgår till 227868 kr
Solceller är i princip underhållsfria, rengöring av solcellsmodulerna är inte nödvändig ur en energiproduktionssynpunkt. Regn räcker oftast för att rengöra modulerna. På vintern kan det krävas snöskottning. Eftersom solcellerna inte kräver någon större underhållsinsats tas inte några underhållskostnader med i kalkylen. Solceller kräver inte heller någon kostnad för drift.
(Installationsguiden, 2012)
Vi har att:
Total kostnad solceller: 227868 kr Besparing: 6701 kr / år
Det gäller att undersöka hur elpriserna kommer att förändras med åren. För att ta reda på detta används statistik från statisktiska centralbyrån (SCB). 1-årsavtal är den vanligaste typen av elavtal för fast pris och därför är det just den som tas med i beräkningarna (energirådgivning. 2012). Följande tabell är tagen från SCB och visar elprisförändringen under de senaste 7 åren: statligt bidrag) Växelriktare Kopplingslåda AC-brytare DC-brytare El-mätare Solcellskablar (16m) Installationskostnad 15000 578 68 78 196 270 3800 energimyndigheten.se Conrad.se Conrad.se Conrad.se Conrad.se Elbutik.se Solarlab.se Conrad.se
46 Figur 17. Elpriser
Eftersom vårt hus använder fjärvärme är det raden med ”Villa utan elvärme” som är intressant. Den genomsnittliga elpris förändringen skall beräknas utifrån ovanstående tabell.
År Elprisökning/minskning (%) 2005-2006 29 2006-2007 14 2007-2008 23 2008-2009 0.6 2009-2010 -8 2010-2011 20 2011-2012 -21 Totalt: +57.6
Den genomsnittliga elprisförändringen sedan år 2005 är 57.6 / 7 = + 8.2 % per år
Förutom stigande elpriser gäller det att ta hänsyn till hur penningvärdet förändras. Tillexempel är besparingen som solcellerna ger år 10 efter installationen (inräknat stigande elpriser) = 6701 *
