Konsumentvänlig
Energibesparingsmodell
Ett verktyg som hjälper småhusägare att sänka sina energikostnader
Carl-‐Arvid Ewerbring
Examensarbete LIU-‐IEI-‐TEK-‐G-‐-‐12/00363—SE
Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling
Konsumentvänlig
Energibesparingsmodell
Ett verktyg som hjälper småhusägare att sänka sina energikostnader
User friendly model for
energy savings
A tool which helps owners of one-‐to-‐two family dwellings reduce their
energy costs
Carl-‐Arvid Ewerbring
Handledare vid LiU Johan Hedbrant
Examinator vid LiU Johan Renner
Examensarbete LIU-‐IEI-‐TEK-‐G-‐-‐12/00363—SE
Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling
Sammanfattning
Energimedvetenheten ökar bland Sveriges befolkning och åtgärder i småhus kan spara energi. Syftet med denna uppsats är att utforma ett verktyg som hjälper småhusägare att sänka sina energikostnader.
I uppsatsen utvecklas en modell som ger dem en indikation på hur mycket energi de kan spara. För majoriteten av husägare bör jakten på att sänka sina energikostnader inledas med en energibesiktning. Därför presenteras även information som hjälper husägaren att få en bra energibesiktning genomförd.
En prototyp skapas slutligen i operativsystemet iOS och valideras mot existerande modeller samt en energibesiktning.
Abstract
Energy awareness is growing among the Swedish population and a one-‐to-‐two-‐ family dwelling can save energy. The purpose of this paper is to design a tool that helps these home owners reduce their energy costs.
The paper develops a model that gives them an indication of how much energy they can save. For the majority of homeowners, the next step in the quest to reduce theirs is most likely an energy audit. Therefore, information to help home owners to get a good energy audit performed is included in the model.
A prototype running the operating system iOS is created and validated against
Förord
Arbetet har skrivits under sommaren 2012 och legat mitt i semestermånaderna. Trots detta har det gått bra framåt, mycket på grund av välvilja från andra som har prioriterat till min fördel.
Jag vill rikta ett tack till Incit AB som bistod med prisuppgifter till en student, tyvärr var inga användbara för modellen.
Ett ännu större tack går ut till energiexpert Leif Kumlin som har ställt upp som bollplank och lagt ner tid och energi på att ge ett stort antal förklaringar. Dina insikter har varit värdefulla.
Sist men absolut inte minst vill jag tacka min handledare, Johan Hedbrant på Linköpings Universitet. Han har visat ett närmast brinnande intresse och kommit med många knivskarpa inlägg och kommentarer. Genom hans hjälp har många saker, mycket inom systemperspektiv, klargjorts och jag har fått en förståelse som jag inte skulle uppnått
SAMMANFATTNING ... I ABSTRACT ... II FÖRORD ... III TABELLFÖRTECKNING ... VI FORMELFÖRTECKNING ... VII DEFINITIONER ... VIII 1 INLEDNING ... 1 1.1 BAKGRUND ... 1
1.1.1 Vi behöver använda mindre energi ... 1
1.1.2 Småhusens energianvändning ... 1
1.1.3 Energideklaration – energikartläggning och åtgärder för småhus ... 2
1.1.4 Beräkningsmodeller för energisparande i småhus ... 2
1.1.5 Smartphone – ett nytt medium ... 4
2 SYFTE ... 4
2.1 AVGRÄNSNINGAR ... 4
2.1.1 Validering av beräkningsmodellen ... 5
3 METOD ... 5
3.1 GENOMFÖRANDE ... 5
3.2 UNDERLAG FÖR MODELL ... 5
3.2.1 Energiberäkningsmetod ... 5
3.2.2 Energi i småhus ... 5
3.2.3 Uppvärmning ... 6 3.2.4 Klimatskal ... 9 3.2.5 Fastighetsel ... 12 3.2.6 Hushållsel ... 12 3.2.7 Tappvarmvatten ... 14 3.3 ÅTGÄRDSFÖRSLAG ... 15 3.3.1 Kulturvärde ... 15
3.3.2 Generellt om åtgärdsförslag ... 15
3.3.3 Struktur ... 16
3.3.4 Styr-‐ och reglertekniska ... 16
3.3.5 Installationstekniska ... 18
3.3.6 Byggnadstekniska ... 19
3.4 INFORMATION TILL ANVÄNDAREN ... 22
3.4.1 Om åtgärdsförslagen ... 22
3.4.2 Energikunskap ... 23
3.4.3 Nästa steg ... 23
4 RESULTAT ... 24
4.1 VAL AV OBJEKT ... 24
4.1.1 Variabler ... 24
4.1.2 Noterbara parametrar ... 25
4.2 PROTOTYP AV APPLIKATION ... 26
4.2.1 Inmatning av data ... 26
4.2.2 Uträkning av besparingsåtgärder ... 30
4.2.3 Nyttig information ... 32
4.3 ÅTGÄRDSFÖRSLAG ... 34
4.3.1 Resultat från utvecklad modell ... 34
4.3.2 Resultat Energiguiden ... 34
4.3.4 Energibesiktning ... 35
4.3.5 Jämförelse av energimodeller ... 36
4.3.6 Slutsats jämförelse ... 37 5 ANALYS ... 38 6 DISKUSSION ... 38 6.1 BERÄKNINGSMODELL ... 38 6.2 VIDARE FORSKNING ... 40 7 LITTERATURFÖRTECKNING ... 41
Tabellförteckning
Tabell 1 Översikt av energimodeller ... 3
Tabell 2 Schablonvärden på korrektionsfaktor för olika reglersystem i befintliga småhus (Aton Energikonsult, 2007) ... 8
Tabell 3 Verkningsgrad för olika eldstäder (Vara Sotning & Fastighetsservice) ... 8
Tabell 4 Passande uppvärmningsområden för olika eldstäder (Vara Sotning & Fastighetsservice) ... 8
Tabell 5 Omvandlingsfaktorer mellan olika mått ved (SkogsSverige) ... 9
Tabell 6 Genomsnittlig area för ytterväggar (Boverket, 2010) ... 9
Tabell 7 Genomsnittlig uppvärmd golvarea (Boverket, 2010) ... 10
Tabell 8 Ytterväggsarea som funktion av uppvärmd golvarea ... 10
Tabell 9 Genomsnittlig fönsterarea för småhus (Boverket, 2010) ... 10
Tabell 10 Fönsterarea som funktion av ytterväggsarea ... 10
Tabell 11 U-‐värde för öppningsbara fönster fördelade på olika åldersklasser (Adalberth & Wahlström, Energibesiktning av byggnader -‐ flerbostadshus och lokaler, 2007) ... 11
Tabell 12 Ungefärliga intervall för U-‐värden vid olika fönsterkonstruktioner (Statens Provningsanstalt, 2011) ... 11
Tabell 13 U-‐värden i vindbjälkslag i småhus. (Kommunförbundet Stockholms Län, 2009) ... 12
Tabell 14 Tjocklek på ursprunglig vindbjälkslagsisolering (Kommunförbundet Stockholms Län, 2009), (Kumlin, Energibesparing för småhus -‐ på rätt sätt och i rätt ordning, 2011) ... 12
Tabell 15 Drifttider för eldriven handdukstork (Aton Energikonsult, 2007) ... 14
Tabell 16 Hjälptabell för bestämning av förändrad tappvarmvattenanvändning (Aton Energikonsult, 2007) ... 15
Tabell 17 Fakta om objekt ... 24
Tabell 18 Åtgärdsförslag från EnergibesparingsAppen ... 34
Tabell 19 Åtgärdsförslag från Energiguiden, Vattenfall ... 34
Tabell 20 Resultat från Energikalkylen, från Energimyndigheten ... 35
Tabell 21 Rekommenderade åtgärdsförslag av energibesiktning ... 35
Tabell 22 Jämförelse mellan de olika energimodellerna ... 36
Formelförteckning
Formel 1 Schablonvärde av antal boende i småhus (ATON ENERGIKONSULT, 2007) ... 6
Formel 2 Energibehovet under ett år (JENSEN, Lars, 2001) (ATON ENERGIKONSULT, 2007) ... 6
Formel 3 Momentant behov (JENSEN, Lars, 2001) ... 6
Formel 4 Byggnadens förlustfaktor ... 6
Formel 5 Energianvändning m.a.p. korrektionskoefficient ... 7
Formel 6 Definition av korrektionskoefficient ... 7
Formel 7 Energivärde för en kubikmeter ved (BIOENERGY INTERNATIONAL, 2003) ... 9
Formel 8 Generell transmissionsformel ... 9
Formel 9 Uppskattning av hushållsel (ATON ENERGIKONSULT, 2007) ... 13
Formel 10 Elhanddukstorkars energianvändning (ATON ENERGIKONSULT, 2007) ... 14
Formel 11 Årlig tappvarmvattenanvändning med engreppsblandare (ATON ENERGIKONSULT, 2007) ... 14
Formel 12 Uppskattning av energianvändning mer m3 tappvarmvatten (BOVERKET, 2007) (ATON ENERGIKONSULT, 2007) ... 14
Formel 13 Relation mellan varm-‐ och kallvattenanvändning (ATON ENERGIKONSULT, 2007) (ADALBERTH, Karin and Wahlström, Åsa, 2007) ... 15
Definitioner
EnergibesparingsAppen Det verktyg som arbetas fram i uppsatsen,
innehållande den utvecklade energimodellen samt kompletterande information till
slutkund.
Energiguiden Den energimodell som Vattenfall utvecklat
och underhåller.
Energikalkylen Den energimodell som Energimyndigheten
utvecklat och underhåller.
1 Inledning
1.1
Bakgrund
1.1.1 Vi behöver använda mindre energi
Världens energibehov växer år efter år och förväntas öka med över 50 % under perioden 2008-‐2035. Även om den huvudsakliga ökningen kommer från länder utanför västvärlden använder västvärlden och i synnerhet Sverige, fortfarande mer energi per capita än förstnämnda och vi bör göra vårt yttersta för att minska vårt energibehov. (U.S. ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION, 2011). Slår man ut Sveriges totala energianvändning på befolkningen resulterar det i 65 MWh energi per capita och år. Om man jämför med USA år 2009 är motsvarande siffra ca 49 MWh (ENERGIMYNDIGHETEN, 2011e). Sverige använder alltså mer än 30 % mer energi per capita än USA, som i olika miljödebatter anses vara ”energislösande”. Vi använder internationellt sätt mycket energi och bör spara in på den i så stor mån som möjligt för att minska vårt energiberoende och hushålla med naturresurser.
Sveriges regering har satt mål för hur vi skall hjälpa till. Vi skall använda miljövänligare energi och öka energieffektiviteten för att minska vår klimatpåverkan. Sektorn bostäder och service inkluderas i det sektorövergripande målet att öka energieffektiviseringen med 20 % mellan år 2008 till 2020 (ENERGIMYNDIGHETEN, 2011d). För att nå det målet har regeringen bl.a. satt upp energikrav på nybyggda fastigheter och dessa presenteras i Boverkets byggregler BBR19. Dessa krav är olika beroende på vilket uppvärmningssätt, area och klimatzon huset innefattar. Byggkraven i BBR19 trädde i kraft den första januari 2012 och är enligt regeringen tillräckliga för att klassa byggnader som ”nära-‐noll-‐energibyggnader” som nämndes i ett EU-‐direktiv 2010. En debatt tog fart där bl.a. Boverket stöttade regeringen, medan Energimyndigheten och privata aktörer tyckte det var alldeles för hög energianvändning för att klassas som nära-‐noll-‐energibyggnader. Den generella åsikten var att det inte var svårt att göra det bättre -‐ lågenergihus och passivhus existerar redan i dagsläget vilket utklassar de energikrav som sätts i BBR19. (NY TEKNIK, 2012b) (NY TEKNIK, 2012a)
1.1.2 Småhusens energianvändning
Sveriges totala energianvändning landade år 2010 på 616 TWh
(ENERGIMYNDIGHETEN, 2011d). Det totala antalet småhus i Sverige 2011 var ca två miljoner (SCB, 2012). Genomsnittshuset år 2009 hade en energianvändning på 23 980 kWh (ENERGIMYNDIGHETEN, 2012) vilket resulterar i en total energianvändning för småhus på strax över 48 TWh, motsvarande ca 8 % av Sveriges totala energianvändning.
Cirka en tredjedel av Sveriges småhus är uppvärmda med enbart el vilket är en väldigt koncentrerad form av energi (ENERGIMYNDIGHETEN, 2011f). Den stora andelen elvärmda hus kommer sig av en kraftig prisökning på oljan i början på 1970-‐talet, som utgjorde strax över tre fjärdedelar av Sveriges energimix i början på detta decennium. Under 1970-‐talet steg priset på olja med över en faktor 10 och sammanföll med att Sverige initierade sitt kärnkraftsprogram som gjorde elen tillgänglig och billig. Detta resulterade i att elanvändningen ökade med ca 150 % under perioden 1970-‐1985, då man ersatte sitt oljeberoende med el där det var möjligt (ENERGIMYNDIGHETEN, 1998). Dels utrustades majoriteten av nya villor med direktel som uppvärmning, och
dels ändrade många småhus energikällan från olja till el då ett vattenburet system redan var installerat. (SCB, 2007)
1.1.3 Energideklaration – energikartläggning och åtgärder för
småhus
För att göra Sveriges existerande fastighetsbestånd energieffektivare antogs en lag gällande energideklarationer som trädde i kraft 2009. För småhus kräver den att en giltig energideklaration finns om huset skall säljas eller hyras ut, med vissa undantag (bl.a. fritidshus). Energideklarationen i sig är en dokumentation av byggnadens energikartläggning med tillhörande åtgärdsförslag. Den är giltig i tio år och måste utföras av en ackrediterad energiexpert. Däremot finns det inget krav på kvalitet och omfattning av de åtgärdsförslag som föreslås eller att åtgärdsförslagen senare måste genomföras av husägaren (ENERGIMYNDIGHETEN, 2011b). Efter juli 2012 förändras lagen och ett krav tillkommer att besiktning skall ske på plats, delvis p.g.a. kvaliteten på åtgärdsförslagen blir högre när detta sker (REGERINGEN, 2012).
Energiexperter menar att ett småhus i snitt kan spara minst 25 % av sin energiförbrukning samtidigt som lönsamhetskrav uppfylls (KUMLIN, Leif, 2011). Boverket har 132 000 registrerade energideklarationer med innehållande åtgärdsförslag, vilket tyder på att de allra flesta småhus och jordbruksfastigheter står utan (ANTONSSON, Roger, 2012). Om i så fall en bra och korrekt energibesiktning genomförs på hela återstående beståndet och åtgärdsförslag genomförs kan Sverige minska sin totala energianvändning med ca 1,8 % samtidigt som småhusägare sparar pengar -‐ en win-‐win situation.
Under 1970-‐talets oljekris utarbetades det byggnormer som man var tvungen att följa, en del av dessa var bättre isolering och ventilation. För att pressa ner energianvändningen användes i viss utsträckning nya obeprövade material och konstruktioner. Exempelvis tätade man i vissa hus så mycket att det naturliga självdraget slutade fungera, i vissa hus fanns en tryckimpregnerad grund som skyddade mot röta men som var mottaglig för mögel. Åtgärder som dessa ledde till försämrade inomhusmiljöer och ofta till fukt-‐ och mögelskador (BJURNEMARK STARK, Inger, 2007). Det finns vid energibesparande åtgärder många faktorer att ta i åtanke och det krävs att man börjar i rätt ände.
1.1.4 Beräkningsmodeller för energisparande i småhus
Om en privatperson skall energieffektivisera i dagsläget kan man använda sig av någon beräkningsmodell för att planera åtgärderna. Vissa är mer inriktade på avkastning medan andra fokuserar på vilka åtgärder som är passande att genomföra. Förutom att det finns förbättringsområden på de modeller som har undersökts har alla även en viss tröskel – det krävs att man avsätter tid för att få resultat.
1.1.4.1 Modellerna
Två beräkningsmodeller för småhus har identifierats som är liknande den modell som skall utvecklas. Dessa är Energiguiden (VATTENFALL, 2012) och Energikalkylen (ENERGIMYNDIGHETEN, 2011c).
Energiguiden uppgraderades i våras och är utvecklad av Vattenfall. Dess huvudfokus är att ge förslag på hur man minskar hushållselen. Den är bred i sin anpassning och kan ge förslag på lägenheter, friliggande villa, radhus, kedjehus samt parhus. Den ger få byggnadstekniska förslag men har en visuell representation av huset. Information för variabler och senare för åtgärdsförslag existerar i liten utsträckning. Detta vägs upp utav att data som man matar in och får ut är enkla att förstå. Man kan även själv fylla i
installationskostnaden av förslagen, och man får själv avgöra om man vill ta med den, samt vilken typ av förbättring på fönster/fasad/vind som den skall räkna på. Det tas inte någon hänsyn till vilka omständigheter som råder utan användare måste vara kunnig inom frågan, vilket kan vara svårt för en lekman.
Energikalkylen uppgraderades i slutet av förra året och är utvecklad av Energimyndigheten. Den ger många olika förslag för att sänka energianvändningen verkar använda stor del schablonvärden. Den existerar även endast för webben och är svåranvänd på mobilen. Den ger detaljerad information för inmatning av data och även viss vägledning när man har fått resultaten.
1.1.4.2 Bedömningskriterier
Modellerna har undersökts och utvärderats enligt följande kriterier
• Lättanvänd benämner modellens användarvänlighet. Om en användare utan tidigare utbildning använder modellen, kan användaren lätt förstå vilka variabler som skall matas in? Förstår användaren vilket resultat som presenteras?
• Inbyggda formler benämner modellens förmåga att automatiskt anpassa åtgärdsförslag gentemot inmatade variabler
• Beräknar investeringskostnader anger om modellen presenterar investeringskostnader eller ej
• Ger kompletterande info benämner om modellen ger mer info utöver namnet för åtgärdsförslaget
• Mobil benämner om modellen är anpassad för att användas på en mobil enhet • Information om åtgärder inför energibesiktning benämner om modellen ger
information relaterad till åtgärdsförslag som är bra att ha vid energibesiktning • Information om energibesiktning benämner om modellen erbjuder någon
information som hjälper kunden att genomföra en energibesiktning
• Tar andra åtgärdsförslag i åtanke visar ifall modellen räknar om resterande åtgärdsförslag om användaren anger att den vill genomföra ett eller flera specifika sådana. Detta avser det faktum att åtgärdsförslagens besparingar sjunker ju energieffektivare huset blir.
Resultat av jämförelsen ses av Tabell 1.
Tabell 1 Översikt av energimodeller
Energiguiden Energikalkylen EnergibesparingsAppen
Lättanvänd JA JA JA
Inbyggda formler JA JA JA
Beräknar investeringskostnader JA JA JA
Ger kompletterande info NEJ JA JA
Mobil NEJ NEJ JA
Information om åtgärder inför
energibesiktning NEJ NEJ JA
Information om energibesiktning NEJ NEJ JA
Tar andra åtgärdsförslag i åtanke JA JA NEJ
Sammanställningen är ett axplock av de olika variabler som man kan ta i åtanke. Energimodellen som denna rapport avser att sätta ihop har Energimyndighetens Energikalkylen som största konkurrent, även om de två inte har riktigt samma användningsområden. Energimodellen är starkt fokuserad på användarvänlighet och
förlitar sig på att en energiexpert tar alla detaljer i åtanke. Den är därför mindre komplicerad men räknar samtidigt inte igenom alla de åtgärdsförslag som Energikalkylen använder.
Värt att notera är att både Vattenfalls och Energimyndighetens Energikalkylen har större fokus på hushållsel, något som hamnar utanför EnergibesparingsAppens avgränsningar.
1.1.5 Smartphone – ett nytt medium
Smartphones har på senare år exploderat i samhället sedan den första iPhonen introducerades 2008. Om man har en smartphone går man runt med en dator i fickan, en dator som man alltså tar med sig överallt. En applikation till smartphone utmärker sig dels då den kan användas närhelst man har en stund över, dels då man matar in data direkt i modellen och eliminerar behovet av att föra anteckningar på papper som man senare matar in. De största nackdelarna som har att göra med en datadriven applikation är att det bara finns en ca 4 tum stor skärm. Användaren kan alltså bara ta del av en begränsad mängd information och det kan vara svårt att ge en helhetsbild.
2 Syfte
Detta arbete önskar skapa ett verktyg för småhusägare som kan hjälpa dem att sänka sina energikostnader. En energieffektivisering bör i de flesta fall börja med en energibesiktning. Som en introduktion till energibesiktningen föreslås här ett lättanvänt verktyg som sammanställer möjliga åtgärdsförslag och visar vilken vinst man kan förvänta sig. Utöver detta presenteras information som hjälper användaren att gå vidare. EnergibesparingsAppen används i en s.k. smartphone för att utnyttja den användarvänlighet och lättillgänglighet som denna teknik tillhandahåller.
2.1
Avgränsningar
Modellen baseras runt ett småhus och dess energianvändning. Sveriges nationella energianvändning är inte taget i åtanke. EnergibesparingsAppen är till för att hjälpa småhusägare att spara pengar genom att motivera till en energibesiktning. Därmed är även energibesparingsåtgärder som inte är lönsamma utanför rapportens avgränsningar.
Åtgärder på källan för uppvärmningssystemet sätts utanför avgränsningen då en korrekt bedömning av investeringskostnader (och därmed den totala besparingen) anses vara svår att uppskatta med tillräcklig säkerhet utan detaljerade indata. Då EnergibesparingsAppen är riktad till småhusägare som inte har någon tidigare utbildning i ämnet måste variablerna till åtgärdsförslagen vara enkla att hitta och förstå.
Vidare skall även åtgärdsförslag vara applicerbara på så många hus som möjligt. Här görs en avvägning mot komplexitet av krävd indata. Om åtgärdsförslaget är enkelt att förstå och räkna på, men bara går att tillämpa ett fåtal hus, kan det tas med i EnergibesparingsAppen ändå.
Slutligen skall det upprepas att syftet med EnergibesparingsAppen är att ge information om ungefär hur mycket pengar man kan spara. Resultatet skall inte användas som underlag för större investeringar, utan istället vara ett stöd för småhusägare att genomföra en korrekt och utförlig energibesiktning. Utifrån det perspektivet görs förenklingar för att skapa en användarvänlig modell.
De resultat som räknas fram är besparingar, investeringskostnad och återbetalningstid. Återbetalningstiden är inte en ren division av de två tidigare faktorerna utan räknar med ett stigande energipris som baseras på data hämtat ur EI R2011:06 – Uppvärmning i Sverige av Energimarknadsinspektionen.
Besparingar består endast av förbättrad energiprestanda. Underhållskostnader antas att vara detsamma före och efter åtgärder och restvärden har försummats. Lägre energikostnader kan med stor sannolikhet även leda till ökat fastighetsvärde, men även detta är utanför rapportens avgränsningar.
2.1.1 Validering av beräkningsmodellen
Resultaten i EnergibesparingsAppen kommer att jämföras med energibesiktning av energiexpert samt de två existerande modeller som presenteras i avsnitt 1.1.4. Jämförelsen görs med ett husobjekt som presenteras i 4.1.
3 Metod
3.1
Genomförande
Inledningsvis genomfördes en litteraturstudie där energibesparande åtgärdsförslag undersöktes. Passande åtgärdsförslag valdes ut, beräkningsformler kartlades och indata som krävs för åtgärdsförslagen samlades ihop.
Efter detta startades en ny litteratursökning där schablonvärden och samband mellan data undersöktes i syfte att göra det enkelt för användarna att få kompletta beräkningsunderlag. Under arbetets gång antecknade jag även information som jag ansåg vara användbar för småhusägare vid energieffektivisering, i syfte att presenteras för användarna i samband med åtgärdsförslagen.
Slutligen skrevs en prototyp av EnergibesparingsAppen i operativsystemet iOS.
3.2
Underlag för modell
Modellen skall vara lättanvänd vilket tolkas så att data skall vara både enkla att förstå och ta fram. Kopplingen mellan enkla indata och beräkningsunderlag för energibesparande åtgärdsförslag måste alltså fastställas under utvecklingen av verktyget.
3.2.1 Energiberäkningsmetod
För att hantera energiflöden under hela året användes metoden med gradtimmar. Anledningen är att gradtimmar är mer rättvis än graddagar, samtidigt som det finns detaljerade värden att tillgå från litteratur. För att få ut gradtimmar under ett år behövs inomhustemperatur samt yttermedeltemperatur under ett år.
Medelvärden för yttermedeltemperaturer samt tabeller för att läsa av gradtimmar hämtades i denna version av beräkningsprogrammet från en äldre upplaga av VVS-‐ handboken och avser normalåret 1931-‐1960 (VVS-‐TEKNISKA FÖRENINGEN, 1974).
3.2.2 Energi i småhus
Andelen personer i ett småhus påverkar vissa variabler såsom
tappvarmvattenanvändning, hushållsel m.m. Om sådana uppgifter inte ges av användaren kan man använda schablonvärdet enligt
𝑛!"#$%&"# = 2,6
Formel 1 Schablonvärde av antal boende i småhus (ATON ENERGIKONSULT, 2007)
där
𝑛!"#$%&"# benämner antalet personer per småhus [st.]
Energi beskrivs i samband med byggnader oftast som effekt gånger använd tid. Effekt har enheten Watt [W] och tid anges i huvudsak i timmar, [h]. Effekten 1000 Watt under en timme motsvarar 1 kWh energi.
Det är även viktigt att skilja på nyttiggjord och tillförd energi. Nyttiggjord är vad den som bor i huset tycker den bör ha, men beroende på verkningsgrad på uppvärmningssystemet krävs att mängden tillförd energi är större.
Årsenergin kan beskrivas som den använd effekt integrerat över ett år. Effekten varierar, och kan i formlerna beskrivas som en funktion av tiden. Om tidsenheten är timmar brukar man integrera över ett år med 365 dygn, d.v.s. 8 760 timmar.
𝐸!"= 𝑃(𝑡) ×𝑑𝑡 [kWh]
Formel 2 Energibehovet under ett år (JENSEN, Lars, 2001) (ATON ENERGIKONSULT, 2007)
där
𝐸!" benämner årligt energibehov under perfekta förhållanden [kWh]
𝑃(𝑡) benämner effektbehovet vid en speciell tidpunkt [W]
3.2.3 Uppvärmning
All värmeförlust från en byggnad måste täckas av en lika stor mängd tillförd värme. En genomsnittsvilla använder totalt 23 980 kWh per år. Av dessa står uppvärmning för 13 480 kWh eller 56 %.
𝑃!"!!" = 𝑄!"! 𝑇!""#− 𝑇!"# − 𝑃!"#$%& [kW]
Formel 3 Momentant behov (JENSEN, Lars, 2001)
där
𝑄!"! benämner byggnadens förlustfaktor [W/°C]
𝑇!"# benämner yttertemperaturen [°C]
𝑇!""# benämner innetemperaturen [°C]
𝑃!"#$%& benämner den värme man får från solvärme, personvärme och hushållsel.
[kW]
Enligt första huvudsatsen i termodynamik kan energi inte förstöras, utan endast omvandlas. Elenergi som kommer in till huset omvandlas till sist till värme. Trots detta blir inte all hushållsel energi för uppvärmning, då energi för tvätt, matlagning och disk försvinner delvis ut med avloppsvattnet som värme av låg temperatur.
𝑄!"! kan utvecklas till
𝑄!"!= 𝑄!+ 𝑄! [W/°C]
Formel 4 Byggnadens förlustfaktor
där
𝑄! benämner uppvärmningsbehovet från transmissionsförluster [W/°C]
𝑄! benämner uppvärmningsbehovet från ventilationsförluster och luftläckage [W/°C]
𝑄! som står för ventilationsförluster och luftläckage ligger i huvudsak utanför
rapportens avgränsningar, då dessa åtgärder bedöms vara kostsamma eller svåra att korrekt räkna på besparingsmöjligheter m.h.a. information från användare.
Figur 1 Värmeförluster för genomsnittshus (ENERGIMYNDIGHETEN, 2012)
3.2.3.1 Korrektionskoefficient
Hela detta stycke – som bygger på en metod med korrektionskoefficienter, har Aton Energikonsult – Metoder för besiktning och beräkning som källa. (ATON ENERGIKONSULT, 2007)
Aton Energikonsult föreslår att man använder korrektionskoefficient för att hantera uppvärmningssystemets verkliga skillnader från perfekta förhållanden. För att visa dess påverkan när det finns många okända variabler används Formel 5
𝐸 = 𝐸!" × 𝑋! [kWh]
Formel 5 Energianvändning m.a.p. korrektionskoefficient
där
𝐸 benämner energianvändningen [kWh]
𝑋! benämner korrektionsfaktor för ökad energianvändning på grund av avvikelser från
antagna ideala förhållanden [-‐]
Korrektionskoefficienten innefattar två aspekter: reglersystemets icke ideala förmåga samt förluster från en icke avstängd värmepump under icke uppvärmningsperioder. Se Formel 6
𝑋!= 𝑋! !"!#× 𝑋! !"##$% [-‐]
Formel 6 Definition av korrektionskoefficient
där
𝑋! !"!# benämner reglersystemets icke-‐ideala förmåga [-‐]
𝑋! !"##$% benämner förluster under icke uppvärmningsperiod beroende på om
cirkulationspumpen är avstängd eller inte, och antas till 1 [-‐]
𝑋! !"!# som benämner störningar i driften är en samlingsvariabel som förenklar
förluster av olika reglersystem. Ta exempelvis ett småhus med två våningar: Den översta våningen kan under sen vår ofta bli varmare och reglersystemet bör då minska effekten på ovanvåningen, undervåningen däremot behövs fortfarande värmas upp. Gratisvärme som uppkommer från matlagning, eldstäder och liknande tar bara vissa reglersystem i åtanke. Aton Energikonsult nämner också att det i dagsläget kan finnas flera reglersystem installerade om huset exempelvis har installerat andra värmekällor, som golvvärme, i efterhand. I EnergibesparingsAppen tas detta dock inte i åtanke utan det antas att endast ett enda reglersystem har huvudansvar för regleringen av innetemperaturen.
Tabell 2 Schablonvärden på korrektionsfaktor för olika reglersystem i befintliga småhus (ATON ENERGIKONSULT, 2007)
Reglersystemets korrektionsfaktor, 𝑿𝒄 𝒔𝒚𝒔𝒕
Vattenburen
värme Golvvärme Direktelvärme Manuell shunt 1,3
manuell shunt + termostat 1,25
Utomhusgivare 1,19 1,26 Utomhusgivare + termostat 1,14 Inomhusgivare 1,07 Äldre bimetall 1,17 Elektronisk regulator 1,02
3.2.3.2 Eldstad
Att använda en existerande eldstad kan vara en lönsam metod beroende på en rad olika faktorer (KUMLIN, Leif, 2011). Många av dessa, exempelvis uppvärmningens reglersystem och mängd använd inneluft, tas inte i åtanke och en generell verkningsgrad presenteras för olika eldstäder i Tabell 3. Notera den avsevärt lägre verkningsgraden för Öppen spis.
Tabell 3 Verkningsgrad för olika eldstäder (VARA SOTNING & FASTIGHETSSERVICE) Typ av eldstad Verkningsgrad Öppen spis 5-‐10%
Öppen spis med spisinsats 50-‐60%
Murspis 65-‐75%
Modern kakel-‐, tegel-‐ och täljstensugn 67-‐75%
Traditionell kakel-‐ och tegelugn 80 %
Gjutjärnskamin 67-‐75%
Braskamin 65-‐85%
Kakelkamin 70-‐75%
När man pratar om eldstäder är det viktigt att notera vilka som kan användas som basvärme och vilka som passar bättre som kompletteringsvärme. I Tabell 4 presenteras vilka eldstäder som passar för vilken typ av uppvärmning.
Tabell 4 Passande uppvärmningsområden för olika eldstäder (VARA SOTNING & FASTIGHETSSERVICE)
Typ av eldstad Verkningsgrad Öppen spis Komfortvärme
Öppen spis med spisinsats Kompletterande
Murspis Kompletterande
Modern kakel-‐, tegel-‐ och täljstensugn Baslast
Traditionell kakel-‐ och tegelugn Baslast
Gjutjärnskamin Kompletterande
Braskamin Kompletterande
Kakelkamin Kompletterande
3.2.3.2.1 Ved
För att elda i en eldstad används det huvudsakligen ved. När man pratar om ved är det viktigt att veta vilket mått som är aktuellt. Energivärden anges i fast mått, medan man köper i staplat eller (oftast) stjälpt mått. Omvandlingsfaktorer presenteras enligt Tabell 5.
Tabell 5 Omvandlingsfaktorer mellan olika mått ved (SKOGSSVERIGE) Ved m³ av likvärdig massa Fast mått 1
Travat mått 1,54
Stjälpt mått 2,33
Björkved är ett vanligt träslag att elda med. Blandved även så, även om mixen på blandved är olika utigenom vårt land. På grund av att mixen är svår att uppskatta har energivärdets likställts till björkved, då andra lövträsorter har högre energivärde medan barrträd har lägre. Energivärdet uppskattas enligt Formel 7
𝐸!³! = 19
Formel 7 Energivärde för en kubikmeter ved (BIOENERGY INTERNATIONAL, 2003)
där
𝐸!³! benämner energivärdet på både björk-‐ och blandved [MJ/m³f]
3.2.4 Klimatskal
Uppvärmningsbehovet från transmissionsförluster är summan av köldbryggor och transmission genom konstruktionsdelar. Köldbryggor anses vara för perifera för att passa in i detta arbete och hamnar utanför uppsatsens avgränsningar. I arbetet används därför en mer generell transmissionsformel, Formel 8.
𝑄!"# = 𝑈!"#×𝐴!"# [W/°C]
Formel 8 Generell transmissionsformel
3.2.4.1 Fasad
3.2.4.1.1 Ytterväggar
Att tilläggsisolera ytterväggar är ett stort projekt och når lönsamhet i regel endast om fasaden skall genomgå en renovering eller annan större (ATON ENERGIKONSULT, 2007). På grund av dess generella lönsamhet ligger beräkningar för ytterväggar utanför denna rapports avgränsning. Det bör dock noteras att vid större ombyggnader så skall man alltid betänka att energieffektivisera samtidigt.
3.2.4.1.2 Fönster
Följande tabeller, vilka är resultat från en undersökning av Boverket, redovisar boyta och ytterväggsyta på olika hus.
Tabell 6 Genomsnittlig area för ytterväggar (BOVERKET, 2010) Årtal Area [m²] – 1960 158 ± 19,9 1961 -‐1975 119,5 ± 10,3 1976 -‐ 1985 115,5 ± 7,3 1986 -‐ 1995 103,7 ± 9,1 1996 -‐ 2005 137,1 ± 9,5
Tabell 7 Genomsnittlig uppvärmd golvarea (BOVERKET, 2010) Årtal Area [m²] – 1960 172 ± 27 1961 -‐1975 163,4 ± 13 1976 -‐ 1985 141,8 ± 7 1986 -‐ 1995 121,7 ± 9 1996 -‐ 2005 144,6 ± 11
Genom att använda värden från Tabell 7 och Tabell 7 kan man räkna fram ett schablonvärde som kan användas vid uppskattning av ytterväggsareor med hjälp av boyta, vilket redovisas i Tabell 8.
Tabell 8 Ytterväggsarea som funktion av uppvärmd golvarea
Årtal Ytterväggsarea/boyta – 1960 92 % 1961 -‐1975 73 % 1976 -‐ 1985 81 % 1986 -‐ 1995 85 % 1996 -‐ 2005 95 %
I samma rapport redovisar de även den genomsnittliga totalarean för fönster i vissa småhus, se Tabell 9
Tabell 9 Genomsnittlig fönsterarea för småhus (BOVERKET, 2010) Årtal Area [m²] – 1960 23,8 ± 3,6 1961 -‐1975 22,0 ± 2 1976 -‐ 1985 20,0 ± 1,4 1986 -‐ 1995 18,7 ± 2,6 1996 -‐ 2005 27,1 ± 1,7
Med hjälp av Tabell 6 och Tabell 9 kan man få fram ett samband mellan fönsterarea och ytterväggsara
Tabell 10 Fönsterarea som funktion av ytterväggsarea
Årtal Fönsterarea/ytterväggsarea – 1960 15 % 1961 -‐1975 18 % 1976 -‐ 1985 17 % 1986 -‐ 1995 18 % 1996 -‐ 2005 20 %
En tabell riktad mot flerbostadshus visar också tidstypiska fönster under en längre period. Karin Adalberth har bekräftat att fönstren som anges är tidstypiska även för småhus (ADALBERTH, Karin, 2012).
Tabell 11 U-‐värde för öppningsbara fönster fördelade på olika åldersklasser (ADALBERTH, Karin and Wahlström, Åsa, 2007)
Årtal Typ av fönster Ungefärligt U-‐värde Från 1880-‐tal 1 glas i båge 4,0–5,0
1 glas i båge kompletterat med 1 innerbåge 2,7
Från 1920-‐tal 1+1-‐glas i kopplade bågar 2,7
Från 1950-‐tal 1+1-‐glas i kopplade bågar 2,7
Från 1970-‐tal 2-‐glas isolerfönster 2,9
2-‐glas isolerfönster med argonfyllning 2,7
1+1+1-‐glas 1,8–1,9
1+2-‐glas isolerfönster 1,8–1,9
Från 1980-‐tal 3-‐glas isolerfönster 2,0–2,2
Från 1990-‐tal 3-‐glas isolerfönster med 2 argonfyllningar 1,7
3-‐glas isolerfönster med 1 lågemissionsskikt 1,5
Från 2000-‐tal 1+2-‐glas isolerfönster med 2 lågemissionsskikt och 1 argonfyllning
1,0–1,2
3-‐glas isolerfönster med 2 lågemissionsskikt och 2
argonfyllningar 0,9-‐1,0
För att uppskatta minskningen av U-‐värde för olika åtgärder på fönster används Tabell 12
Tabell 12 Ungefärliga intervall för U-‐värden vid olika fönsterkonstruktioner (STATENS PROVNINGSANSTALT, 2011)
Ungefärliga U-‐värden
Vanligt glas Glas med ett LE-‐skikt Glas med två LE-‐skikt
+luft +gas +luft +gas Tvåglasfönster 2,4 -‐ 2,6 1,5 -‐ 1,7 1,3 -‐ 1,5 1,5 -‐ 1,7 1,3 -‐ 1,5
Treglasfönster 1,8 -‐ 2,1 1,2 -‐ 1,6 1,1 -‐ 1,5 1,0 -‐ 1,5 0,8 -‐ 1,2
3.2.4.2 Tak och vind
Det övre klimatskalet hanteras olika beroende på vilken sorts arkitektur huset har. Det finns olika typer av tak och dessa har i regel varmvind och kallvind. Energieffektiviseringar av varmvindar är mer omfattande och kräver större ingrepp då man oftast måste lägga det isolerande materialet på utsidan, under takpannorna. Detta kan vara lönsamt ur endast energibesparingssyfte men det rekommenderas att man endast utför det i kombination med andra takarbeten.
Den absolut vanligaste åtgärd ur energibesparingssyfte vad gäller tak och vind är att tilläggsisolera en kallvind, detta är därför det enda åtgärdsförslag som kommer att presenteras. Kommunförbundet Stockholms Län rekommenderar i en rapport att man använder nedanstående tabell för att finna U-‐värden, inklusive köldbryggor, på vindsbjälklag i småhus (KOMMUNFÖRBUNDET STOCKHOLMS LÄN, 2009)
Tabell 13 U-‐värden i vindbjälkslag i småhus. (KOMMUNFÖRBUNDET STOCKHOLMS LÄN, 2009) Byggår Ursprungligt
U-‐värde
U-‐värde efter tidigare genomförd tilläggsisolering – 1920 0,60 0,25 1921 -‐ 1940 0,50 0,25 1941 -‐ 1960 0,45 0,2 1961 -‐ 1975 0,30 0,18 1976 -‐ 1985 0,18 -‐ 1986 -‐ 2004 0,15 -‐
Tabellen kan användas oberoende av vilken typ av vind som småhuset har, då den är statistiskt framtagen ur en grupp som innehåller både varmtak och kalltak (SEGERMAN, Stefan, 2011).
Den nuvarande tjockleken på isoleringen är viktig att ta i åtanke då det påverkar hur mycket man bör tilläggsisolera. Information ifrån flera källor sammanställs till Tabell 14
Tabell 14 Tjocklek på ursprunglig vindbjälkslagsisolering (KOMMUNFÖRBUNDET STOCKHOLMS LÄN, 2009), (KUMLIN, Leif, 2011)
Byggår Typ av isolering Tjocklek [cm] – 1920 organisk 8-‐10 1921-‐1939 organisk 10-‐15 1940-‐1960 organisk 15-‐25 1955-‐1970 oorganisk 10-‐20
3.2.4.3 Grund
Att energieffektivisera grund/källare är kostsamt och rekommenderas i majoriteten av fallen endast om man gör andra ingrepp, som att dränera om den (ARVIDSSON, Elisabeth and Farsäter, Karin, 2011) (ENERGIMYNDIGHETEN, 2011g). På grund av dess generella olönsamhet ligger beräkningar för grund utanför denna rapports avgränsning. Likt fasader så är det i det fall man räknar på större ingrepp, som att dränera om grund, i regel alltid lönsamt att ha ett energieffektivt alternativ i åtanke.
3.2.5 Fastighetsel
Med fastighetsenergi avses den del av fastighetselen som är till för byggnadens behov som fläktar och pumpar. Belysning i driftutrymmen och allmänna utrymmen ingår här också, men då det i stort sett inte finns några sådana i småhus ligger istället belysning under hushållsel. (BOVERKET, 2009)
3.2.5.1 Cirkulationspump
En cirkulationspump pumpar runt vattnet som husets uppvärmningssystem använder. Pumpar har lång livslängd, vilket gör att vilket gör att det kan finnas kvar över 30 år gamla pumpar. Även om pumpen nyss är utbytt så är det stor skillnad på de nya pumpar som erbjuds i dagsläget, driftenergin kan skilja sig med en faktor två. Det är alltså viktigt att man köper in rätt pump om man bestämmer sig för att byta (ENERGIMYNDIGHETEN, 2009). I regel kan man räkna med en besparing på 500 kWh/år om man byter ut en äldre cirkulationspump mot en modern, tryckreglerad pump med motsvarande cirkulationsförmåga (ENERGIMYNDIGHETEN, 2009).
Hushållsel består av el för att värma upp hushållets tekniska apparater som tv, dator, belysning, kyl och frys m.m. Det svenska genomsnittshuset drar 4000 -‐ 5000 kWh per år i hushållsel och är fördelat enligt Figur 2.
Figur 2 Hushållselens fördelning i ett genomsnittshus (ENERGIMYNDIGHETEN, 2011a)
För att uppskatta hushållselen kan man använda Formel 9
𝐸!!"!å!!"#! = 2500 + 𝑛!"#$%&"#×800 [kWh/år]
Formel 9 Uppskattning av hushållsel (ATON ENERGIKONSULT, 2007)
3.2.6.1 Uppvärmningsnytta
All el som kommer in till fastigheten omvandlas till slut till lägre former av energi – värme – som sprids ut i huset. All värme kan däremot inte antas ersätta den vanliga uppvärmningsenergin då den inte alltid kommer när den behövs, där den behövs. En del värme som avges i kök och våtutrymmen lämnar dessutom snabbt fastigheten med ventilationsluften. Spillvärmeandelen av hushållsel beräknas vara 70 % men varierar självklart på omständigheterna (ATON ENERGIKONSULT, 2007). Om inget annat anges så kommer inte uppvärmningen från den förlorade elanvändningen tas i åtanke utan anses försumbara i helhetsbilden.
3.2.6.2 Eldrivna handdukstorkar
Eldrivna handdukstorkare har två egenskaper. Dels värmer den handdukarna, och dels fungerar den som ett värmeelement i utrymmet den är installerad i. Man räknar med att ca 75 % av den använda energin blir uppvärmningsenergi under perioder med värmebehov, (ATON ENERGIKONSULT, 2007).
För att beräkna totalenergin som elhanddukstorkar drar kan man använda Formel 10
𝑄!"!!"##$% = 𝑛×𝑃∅ ×𝑇∅ [kWh/år]
Formel 10 Elhanddukstorkars energianvändning (ATON ENERGIKONSULT, 2007)
där
𝑄!"!!"##$% benämner den totala elenergin som en elektrisk handdukstork använder per
år
𝑛 benämner antalet elektriska handdukstorkare i huset 𝑃∅ benämner den genomsnittliga installerade effekten
𝑇∅ benämner den genomsnittliga tiden per år
Man kan uppskatta den installerade effekten till 70W. Drifttiden minskas drastiskt om man installerar en ”en-‐timmes-‐timer”, som ser till att handdukstorken slår av efter en timme. Detta bör vara tillräckligt för att värma en handduk. Drifttider kan uppskattas enligt Tabell 15.
Tabell 15 Drifttider för eldriven handdukstork (ATON ENERGIKONSULT, 2007) Eldriven handdukstork Drifttid [h/år]
Timerstyrd 730
Manuellt styrd 7000
3.2.6.3 Övrigt
Kategorier kyl och frys, hemelektronik samt övrigt har valts att inte tas med EnergibesparingsAppen.
3.2.7 Tappvarmvatten
Tappvatten står för den mängd vatten som används ur tappställen som kök och badrum. En del av detta behöver värmas till behaglig temperatur från en normalt sett ganska låg temperatur, denna mängd kallas tappvarmvatten. Den mängd vatten som kommer ur tappkranar men som inte är uppvärmd kallas kallvatten. Kostnaden för tappvarmvatten består både av kostnaden av volym inköpt vatten samt kostnaden för att värma upp den, medan kostnaden för kallvatten endast består av volympriset. För att uppskatta mängden tappvarmvatten som används kan man använda ett flertal olika schablonmetoder, den enklaste är Formel 11, som antar engreppsblandare i huset.
𝑉!! = 16×𝑛!"#$%&"# [m3/år]
Formel 11 Årlig tappvarmvattenanvändning med engreppsblandare (ATON ENERGIKONSULT, 2007)
där
𝑉!! benämner årlig tappvarmvattenanvändning
Den totala energi som krävs för att värma upp tappvarmvatten kan uppskattas enligt Formel 13 och energianvändningen per kubikmeter tappvarmvatten enligt Formel 12
𝑒!!,!! = 55 [kWh/m3]
Formel 12 Uppskattning av energianvändning mer m3 tappvarmvatten (BOVERKET, 2007) (ATON
ENERGIKONSULT, 2007)
där
𝑒!!,!! benämner energianvändning per kubikmeter tappvarmvatten
