Luftburen värme, termisk komfort och
energianvändning.
Jämförelse av värmesystem för ett flerbostadshus
Flerbostadshus, lågenergihus, termisk komfort, värmesystem, optimering, FEBY, passivhus, BBR, luftburen värme, uppvärmningssystem
ERIK WETTERBRANDT
Examensarbete inom installations- och energisystem Kungliga Tekniska Högskolan
Skolan för arkitektur och samhällsbyggnad
Sammanfattning
Samhället idag ställer ständigt hårdare krav på mer energieffektivt byg-gande. Ju lägre energianvändning en byggnad har desto mindre är dess klimatpåverkan. I och med detta blir det allt vanligare att miljöklassa byggnader samt designa dem för att uppfylla olika byggnadskrav för så kallade lågenergihus. Dock är det fortfarande dyrt att bygga lågener-gihus. För att spara in på installationskostnaderna under produktionen är det vanligt att kombinera uppvärmnings- och ventilationssystem med ett så kallat luftburet värmesystem. Många hävdar att dessa system kan bibehålla ett gott inomhusklimat för brukarna samtidigt som det är bil-lig att bygga och håller låg energianvändning.
Denna rapport syftar till att utvärdera hur väl luftburen värme pre-sterar med avseende på energianvändning och inomhusklimat jämfört med andra uppvärmningssystem. Gott inomhusklimat innefattar många saker där några av de främsta är god luftkvalité och termisk komfort. För att jämföra systemen har ett flerbostadshus i Stockholmsområdet modellerats och simulerats i programmet IDA ICE.
Utöver simuleringarna utförs en screening där artiklar om lågenergi-hus och luftburna värmesystem sammanställs. Denna sammanställning syftar till att från flera håll belysa vad branschen säger om ämnet och vad som är aktuellt idag.
Studien har visat att det blir allt mer vanligt att bygga lågenergi-hus i Sverige. Däremot är det inte alltid den bästa lösningen. Även om luftburna värmesystem kan fungera bra i teorin blir det sällan så i verk-ligheten då systemen kräver mycket underhåll och insikt från samtliga parter.
Efter granskning av simuleringarna visar de att det luftburna vär-mesystemets energianvändning är likvärdigt det med FTX-system och radiatorer. Samtidigt har systemen frånluft med radiatorer och frånluft med golvvärme betydligt sämre energianvändning. På liknande sätt kan vi se att systemen FTX-ventilation med radiatorer och frånluft med golvvärme har bra inomhusklimat. Dock visar resultaten att frånluft-systemet med radiatorer och främst det luftburna värmefrånluft-systemet ger sämre inomhusklimat än övriga system. Även om luftburna värmesystem kan ha lägre installationskostnader tyder dessa resultat på att luftburna värmesystem är energieffektiva på bekostnad av inomhusklimatet.
Förutom jämförelsen av de fyra systemen simuleras även det luft-burna värmesystemet i ett hus designat att uppfylla passivhuskrav en-ligt FEBY. Dessa resultat visar att energianvändningen sjunker än mer, men att den termiska komforten och inomhusklimatet inte förbättrats nämnvärt.
Abstract
Air Heating, Thermal Comfort and Energy Use.
A Comparison of Heating Systems for an Apartment
Building
Our society today is demanding more and more energy efficient con-struction of buildings. The lower the energy consumption of a build is, the less environmental impact it has. Because of this it is getting increas-ingly common to design buildings to meet the standard of environmental classification systems and low-energy requirements. Unfortunately it is still expensive to construct low-energy buildings. To save money, many designers are combining the heating- and ventilationsystem through so called ventilation heating systems. It is believed by many that these systems can maintain a good indoor climate for the users and still be cheap to construct and run.
The goal of this study is to evaluate how well ventilation heating systems can perform with respect to energy use and indoor climate, compared to other systems. A good indoor climate consists of many things were some of the foremost are air quality and thermal comfort. To compare the different systems an apartment building in Stockholm has been modeled and simulated in the software IDA ICE.
More than the simulations, a screening has been put together with the aim to evaluate how the industry views low-energy buildings and ventilation heating systems today.
This study shows that it is getting more and more common to con-struct low-energy buildings in Sweden. That being said, it is not always the best solution. Although ventilation heating systems can perform well in theory, reality shows that’s not usually the case due to exceeding maintenance and insight from all parties.
After evaluating the simulations, the results indicate that the energy consumption of the ventilation heating system and the HVAC-system with radiators is almost equally good. At the same time the exhaust ven-tilation system with radiators and the exhaust venven-tilation system with floor heating has considerably worse energy consumption. We can also see that the HVAC-system with radiators and the exhaust ventilation system with floor heating provides a good indoor climate. Unfortunately the results show that the exhaust ventilation system with radiators and mainly the ventilation heating system provides worse indoor climate than the other systems. Even though the ventilation heating system can lower the installation costs during construction, these results indi-cate that the system provides a low energy use at the expense of the indoor climate.
Förord
Detta examensarbete kommer sig av ett samarbete mellan avdelningen för installations- & energisystem på KTH och VVS-teknik på WSP.
Innehåll
1 Bakgrund 1
2 Introduktion 3
2.1 Syfte & frågeställning . . . 3
2.2 Metod & genomförande . . . 4
2.3 Avgränsningar . . . 4 2.3.1 Simuleringar . . . 4 2.3.2 Bostadstyp . . . 5 3 Nomenklatur 7 4 Screening 13 4.1 Passivhus . . . 13
4.1.1 Passivhus kräver mer förvaltning . . . 13
4.1.2 Energianvändning och innemiljö i flerbostadshus . . . 13
4.1.3 Lågenergihus i blåsväder . . . 14
4.1.4 Låg energianvändning i passivhus - hela tiden? . . . 15
4.1.5 Luftburen- och vattenburen värme jämförda . . . 15
4.1.6 Serietillverkade hus bättre än passivhus . . . 15
4.1.7 Åtta av tio ger värmen i passivhuset godkänt . . . 16
4.2 FTX- och luftburna värmesystem . . . 16
4.2.1 Behovsstyrd FTX - yes box! . . . 16
4.2.2 Termisk komfort med mindre luftflöde . . . 17
4.2.3 Forskning: Donen viktiga vid luftvärme . . . 17
4.2.4 Byggnad, förvaltning eller brukare - vad är viktigast? . . . . 17
4.2.5 Luftflödesbalansen viktig i täta byggnader . . . 18
4.2.6 Behovsstyrd ventilation sänkte energiåtgången rejält . . . 19
4.2.7 Framledningstemperaturen bestäms av värmebehovet . . . . 19
4.3 Sammanställning . . . 20
5 Referensram 23 5.1 Regelverk & rekommendationer . . . 23
5.1.1 Boverkets byggregler . . . 23
5.1.3 Sveriges Centrum för Nollenergihus . . . 27 5.1.4 FEBY . . . 27 5.1.5 Miljöcertifieringar . . . 29 5.2 Värmeöverföring . . . 32 5.3 Värmekällor . . . 33 5.4 Distributionssystem . . . 34 5.4.1 Luftburen värme . . . 34
5.4.2 Radiatorer & konvektorer . . . 38
5.4.3 Golvvärme . . . 38 5.4.4 Temperaturreglering . . . 39 5.4.5 Regulatorer . . . 40 5.4.6 Termostater . . . 44 5.4.7 Tillämpningar av styrsystem . . . 45 5.5 Termisk komfort . . . 45 5.5.1 Vistelsezon . . . 48 5.5.2 PMV-index . . . 49 5.5.3 PPD-index . . . 50
5.5.4 Miljöbyggnads kriterier för PPD-Index . . . 50
6 Objekt 53 6.1 Huset . . . 53
6.1.1 Värme och ventilation . . . 54
6.1.2 Klimatskal . . . 55
6.2 Passivhus enligt FEBY . . . 58
6.2.1 Klimatskal . . . 58
7 Metod 61 7.1 Inledning . . . 61
7.2 Upplägg & Strategi . . . 61
7.2.1 Energisimulering . . . 61 7.2.2 Komfortsimulering . . . 62 7.2.3 Simuleringsfall . . . 63 7.3 Beräkningsmodell . . . 63 7.3.1 Antaganden . . . 69 7.3.2 IDA ICE . . . 71 7.3.3 Klimatfil . . . 71 7.3.4 Brukarbeteende . . . 72
7.4 Begränsningar IDA ICE . . . 73
7.5 Indata Sveby . . . 74
8 Resultat 81 8.1 Energianvändning - Resultat . . . 81
8.2 Termisk komfort - Resultat . . . 83
8.2.2 Samtliga simuleringsfall . . . 85 8.3 Sammanfattning . . . 86 8.4 Passivhuset . . . 87 8.4.1 Ytterligare resultat . . . 87 9 Diskussion 93 9.1 Screening . . . 93 9.2 Metod . . . 94 9.2.1 Simuleringsmodellen . . . 94
9.2.2 Utvärdering av termisk komfort . . . 95
9.3 Resultat . . . 96 9.3.1 Energianvändning . . . 96 9.3.2 Termisk komfort . . . 98 9.4 Slutsats . . . 99 9.5 Framtida undersökningar . . . 100 Litteratur 101 Bilagor 104 A Teori 105 A.1 Värmeöverföring . . . 105
A.1.1 Termisk strålning . . . 105
A.1.2 Konduktion . . . 105
A.1.3 Konvektion . . . 106
A.1.4 Evaporation . . . 106
A.2 Dimensionerande vinterutetemperatur (DVUT) . . . 106
A.3 Viktad energianvändning enligt FEBY . . . 107
A.4 Kontrollteori och regulatorer . . . 107
A.4.1 P-regulator . . . 108
A.4.2 PI-regulator . . . 108
A.4.3 PID-regulator . . . 108
A.5 Termisk komfort . . . 109
A.5.1 Ekvation för beräkning av PMV . . . 109
A.5.2 Ekvation för beräkning av PPD . . . 109
A.5.3 Transmissionsfaktorn . . . 110
A.6 Energibesparing . . . 110
B Övrig indata 111 B.1 Klimatfiler . . . 111
Kapitel 1
Bakgrund
Idag finns det mängder av olika lösningar för att uppfylla de krav som ställs i Sverige vad det gäller gott inomhusklimat samt uppvärmning av flerbostadshus. I de allra flesta fall används en kombination av radiatorer, golvvärme och ventilationsdon. Ingen lösning är den andra lik då förutsättningarna skiljer sig åt från byggnad till byggnad.
Ett gott inomhusklimat innefattar många saker och kännetecknas främst av en god termisk komfort samt en god luftkvalité med lite föroreningar. För att uppnå en god luftkvalité sker ett luftombyte via ventilation där förorenad luft transpor-teras bort och ersätts med filtrerad luft. Föroreningar inomhus orsakas av männi-skors dagliga aktiviteter så som dusch och matlagning, så väl som emissioner från inredning i form av gaser och partiklar. Aktiviteter som dessa påverkar även tem-peraturen i rummet. Den termiska komforten är därmed en balans av människans upplevelse av lufttemperaturen, påverkan av temperaturen på omkringliggande ytor samt lufthastigheten innanför vistelsezonen. För att detta ska uppfyllas krävs det att luften samt omkringliggande ytor värms eller kyls till en så behaglig temperatur som möjligt utan att luftdrag uppstår.
Inomhusklimatet har en viktig roll, inte bara vad det gäller människors hälsa. En frisk person är gladare, piggare och mer produktiv än någon som ofta är sjuk och förkyld till följd av ett dåligt inomhusklimat i hemmet. Följden av ett dåligt in-omhusklimat är inte bara en belastning för den enskilda individen. Sett ur ett större perspektiv bidrar fler sjukanmälningar till att den totala produktiviteten i samhäl-let sjunker. Detta och mycket mer är anledning till varför ett gott inomhusklimatet är viktigt.
Våren år 2015 gjorde Adrian Larek och Jimmy Tran ett examensarbete inom installations- och energisystem på Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm1. Ar-betet handlade om olika värmesystems inverkan på termisk komfort i ett flerbostads-hus med hänsyn till energianvändning. Detta arbete är en fortsättning på deras med fokus på luftburen värme. Luftburna värmesystem används mycket i anglosaxiska
KAPITEL 1. BAKGRUND
Kapitel 2
Introduktion
2.1
Syfte & frågeställning
Som en följd av samhällets ökade medvetenhet om global uppvärmning, inte minst i samband med 2015 års ”United Nations Climate Change Conference” i Paris, blir även kraven på energianvändningen hos byggnader i Sverige allt hårdare för varje år som går (Nations, 2014). Samtidigt som kraven blir hårdare är det viktigt att fortfarande se till att inomhusklimatet inte påverkas negativt. Det får inte bli en avvägning mellan energieffektivitet och bra inomhusklimat.
I Sverige idag är det vanligt att flerbostadshus designas med separata ventila-tionssystem och uppvärmningssystem. Det är dock inte den enda lösningen. Många anglosaxiska länder designar sina byggnader med så kallad luftburen värme där ventilationssystemet även fungerar som uppvärmning i huset. Lösningar som des-sa är ännu inte så utbredda i Sverige. Hur kommer det sig egentligen? Att endast använda sig av ett system både för uppvärmning och ventilation förenklar installa-tionsprocessen för rör under byggtiden. Innebär detta en avvägning att det istället finns andra problem med system som dessa, till exempel på den termiska komforten, energianvändningen eller annat?
Huvudsyftet med denna rapport är att undersöka hur tillämpligt värmedistri-bution med luftburen värme är i vanliga flerbostadshus samt lågenergihus, jämfört med värmedistribution med frånluft + radiatorer, FTX-ventilation + radiatorer, frånluft + golvvärme. Med tillämplighet avses följande:
KAPITEL 2. INTRODUKTION
2.2
Metod & genomförande
Till att börja med består rapporten av en litteraturstudie där exempel på lågener-gihus samt byggnader med luftburna värmesystem presenteras. Dessa exempel tar upp fördelar och utmaningar hos systemen med avseende på många olika aspekter. För att få en sammanhängande bild av allting genomförs därför en screening där fördelar och utmaningar presenteras för dessa byggnader.
Utöver litteraturstudien kommer några simuleringsfall göras. I examensarbetet av Larek och Tran modellerades ett ordinärt flerbostadshus, byggt år 2008 i Stock-holmsområdet, i beräknings- och simuleringsprogrammet IDA ICE (Larek och Tran, 2015). I detta arbete används samma modeller. Modellerna av flerbostadshuset mo-difieras och simuleras på nytt samt designas om och simuleras med ett luftburet värmesystem. Mer därtill testas även systemet i ett lågenergihus designat till att uppfylla kraven för lågenergihusstandard enligt FEBY12. Sammantaget simuleras fyra olika uppvärmningssystem:
• Frånluft med radiatorer • FTX-aggregat med radiatorer • Frånluft med golvvärme • Luftburen värme
Resultaten för systemet redovisas som energianvändningen per kvadratmeter Atemp jämfört mot den termiska komforten genom PPD-värdena under
uppvärm-ningssäsongen (15 september till och med 15 maj) enligt Fanger och kraven i Mil-jöbyggnad (se kapitel 5.5 och 5.5.4). Notera att resultaten för den termiska kom-forten endast redovisas under uppvärmningssäsongen varpå klimatproblem under sommarhalvåret är utanför detta arbete. Samtliga värden utvärderas för ett typiskt våningsplan och ett urval av tre kritiska zoner där komforten bedöms påverkas mest negativt.
Som utvärdering av de simulerade systemlösningarna görs i diskussion och slut-sats en bedömning hur applicerbara systemen är i Sverige med gällande byggnads-normer.
2.3
Avgränsningar
Begreppet inomhusklimat innefattar mängder av parametrar så som termisk kom-fort, buller, luftkvalité, luftfuktighet, luftflöden, lukt, ljus och mer därtill. På grund av komplexiteten i att utvärdera alla parametrar kommer fokus för de två simulerade systemen ligga på den termiska komforten och genom den, PPD enligt Fanger.
2.3.1 Simuleringar
begräns-2.3. AVGRÄNSNINGAR
ningar. IDA ICE använder sig främst av endimensionella beräkningar för luft- och värmeflöden. På grund av detta sker inte strömningsdynamiska beräkningar, så kal-lade CFD-beräkningar, där luft- och värmeflöden baseras på geometri, placering av luftdon, möblering med mera. Istället behandlas varje rum som en zon med kon-stanta värden för luftdrag. Dessa luftdrag är satta till ett maxvärde på 0,15 m/s då detta, enligt BBR, inte bör överstigas under uppvärmningssäsongen. Dessutom antas luften i varje zon omblandas totalt. I verkliga fall finns det risk att så kal-lad temperaturskiktning uppstår. Detta då luften som tillförs ett rum med tilluft, strömmar ut nära taket och ej faller ner till vistelsezonen. Med en 3-dimensionell CFD-simulering kan detta utvärderas men detta ligger alltså utanför detta arbete. Mer information om simuleringsmodellens- och programvarans avgränsningar diskuteras i kapitel 7.3.1 och 7.4.
För beräkningarna behövs även en klimatfil samt brukarindata. Brukarindatan innehåller värden så som tappvarmvattenanvändning och inomhuslaster. Sveby har brukarindata och klimatfil som är anpassad för Stockholmsklimatet varför dessa har använts i simuleringarna. Se kapitel 7.5 (Sveby, 2012).
2.3.2 Bostadstyp
Kapitel 3
Nomenklatur
Af Sammanlagd area för fönster, dörrar, portar och dylikt (m2), beräknad med karmyttermått.
Atemp Arean i byggnaden avsedd att värmas till mer än 10 ºC, som begränsas av klimatskärmens insida.
Basalmetabolism Ett uttryck för hur mycket energi kroppen gör av med i viloläge, alltså värmealstring omkring 60W/m2 hudy-ta.
BBR Boverkets byggregler. Gällande regler för byggande i Sverige.
CFD ”Computational Fluid Dynamics”, eller Strömnings-dynamiska beräkningar som använder sig av nume-risk analys och algoritmer för att lösa och analysera problem med olika typer av flöden. Exempelvis luft-och/eller vattenflöden.
COP ”Coefficient of Performance”. Mått på effektivitet hos värmepumpar. Mängden uttagen energi jämfört med använd energi.
Dimensionerande Den temperatur, för representerad ort, som framgår en-vinterutetemperatur ligt SS-EN ISO 15927-5 och som beror på tidsspannet (DVUT) för dimensioneringen. För mer information, se bilaga
A.2.
KAPITEL 3. NOMENKLATUR
att förhindra slitage hos systemet.
Energianvändning, Den energi som, vid normalt brukande, under ett nor-byggnadens malår behöver levereras till en byggnad för uppvärm-ning, kyluppvärm-ning, tappvarmvatten och fastighetsenergi. De-finition enligt BBR.
Energiformsfaktorer Energiformsfaktorer är viktningsfaktorer kopplade till de levererade energislagens energiformer (elenergi, fjärrvärme, bränsle, mm). Detta eftersom de olika ener-gislagen har olika värden.
Fangers Med Fangers komfortekvation är det möjligt att räk-komfortekvation na ut antalet missnöjda med inneklimatet baserat på lufttemperatur, luftfuktighet, lufthastighet, omgivande ytors temperatur och vid varierande klädsel och akti-vitet.
FEBY12 Kravspecifikation för nollenergihus, passivhus och mi-nienergihus i Sverige.
Flerbostadshus Ett hus innehållande flera bostäder.
Formfaktor Formfaktorn definieras som en byggnads omslutande area delat på dess tempererade area, Aom/Atemp.
Frånluft Luft som i första hand förs bort från rum eller avskilj-bara delar av rum så som kök och badrum.
FTX Ventilationssystem där från- och tilluft till lägenheter används tillsammans med en värmeväxlare för återvin-ning av värmeenergi från luften.
Hysteres Ett fenomen där resultatet av en effekt inte enbart be-ror på det momentana värde utan även det tidigare tillståndet utav detta värde.
Klimatskal Ett hus yttre hölje som avskiljer dess inomhusmiljö från utemiljön. Till klimatskalet räknas alltså golv, väggar, tak, fönster och ytterdörrar.
kommu-nerna Göteborg, Härryda, Mölndal, Partille och Öckerö enligt BBR-22. Tidigare Västra Götalands, Jönköpings, Kronobergs, Kalmar, Östergötlands, Södermanlands, Örebro, Västmanlands, Stockholms, Uppsala, Skåne, Hallands, Blekinge och Gotlands län enligt BBR-21. Klimatzon IV Kalmar, Blekinge, Skåne och Hallands län samt i
Väst-ra Götalands län kommunerna Göteborg, Härryda, Mölndal, Partille och Öckerö enligt BBR-22. Lades till i BBR-22 och fanns därmed inte i BBR-21 eller tidiga-re.
Köldbryggor En konstruktionsdetalj i en byggnad som har större vär-meledningsförmåga än övriga delar av konstruktionen (speciellt värmeisolerande) varigenom värme ”läcker” ut ur byggnaden. Till exempel träbalkar, syllar, dörr-karmar med mera.
Lågenergihus Samlingsnamn för hus med väsentligt lägre energian-vändning än vad byggnormen kräver, alltså byggnader med låg energiprestanda.
MET En människas värmealstring vid en viss aktivitetsgrad. 1,0 MET motsvarar 60W/kvm hudyta, alltså basmeta-bolismen.
Minienergihus Hus med små värmeförluster och låg energianvändning där kraven ligger mellan kraven för passivhus och Bo-verkets byggregler.
Nollenergihus Samma krav på energiförluster som för passivhus. Utö-ver det leUtö-vererar byggnaden lika mycket eller mer energi per år som motsvaras av användningen.
Operativ Temperatur Medelvärdet av lufttemperaturen och medelstrålnings-temperaturen från omgivande ytor.
P-band Anger temperaturförändringen som krävs för att exem-pelvis ett ställdon ska gå från stängt till öppet läge. Passivhus Hus med små värmeförluster (den värme som
KAPITEL 3. NOMENKLATUR
PDH People Dissatisfied Hours, anger totala antalet timmar som personer är missnöjda med det termiska klimatet. Beräknas som integralen av PPD-värdet.
PMV Predicted Mean Vote. PMV är ett förväntat medelut-låtande av hur människor definierar sin upplevelse av det termiska klimatet på en 7-gradig skala från +3 till -3, alltså från hett till kallt.
PPD Predicted Percentage of Dissatisfied. PPD är det för-väntade procenttal personer som vistas i en byggnad och som är missnöjda med det termiska klimatet. Regressionsmodell Regressionsmodeller används i statistiska
regressionsa-nalyser som undersöker huruvida det finns ett beroende mellan olika mätvärden.
Sensibel värme Den värmeenergi som överförs enbart via temperatur-skillnader mellan kroppar och gaser.
Småhus En mindre byggnad avsedd som bostad för ett enskilt hushåll eller som fritidshus.
Solvärmefaktor (SVF) SVF är ett mått på solvärmeinstrålningen i en byggnad under sommarhalvåret per uppvärmd area, med hänsyn tagen till skuggningsförhållanden.
Strålningsasymmetri Skillnad i värmestrålning till omgivande ytor.
Specifik fläkteffekt Summan av effekten för samtliga fläktar som ingår (SFP) i ventilationssystemet dividerat med det största av
tilluftsflödet eller frånluftsflödet (kW/(m3s)).
Systemårsvärmefaktor Faktor som anger förhållandet mellan använd elener-gi hos kompressor, elpatron, frånluftsfläkt och cirku-lationspump och den värmeenergi som värmepumpen alstrar under hela uppvärmningssäsongen.
Tilluft Luft som i första hand tillförs rum eller avskiljbara de-lar av rum för daglig samvaro samt för sömn och vila. Transmissionsfaktor Förenklad metod att enligt Miljöbyggnad bedöma
Uteluft Luften utomhus innan den av fläktaggregatet förs vi-dare till tilluftens kanaler.
Vistelsezon Vistelsezonen i en byggnad begränsas av två horison-tella plan, ett på 0,1 meter höjd och ett annat på 2,0 meter höjd, samt vertikala plan 0,6 meter från ytter-väggar eller andra yttre begränsningar, dock 1,0 meter vid fönster och dörr.
Värmeförlusttalet VFT anger den värmeeffekt som behövs under vinter-(VFT) halvåret för att hålla det varmt inomhus. VFT är alltså
en byggnads specifika värmeförlust, (W/m2, Atemp).
VärmegenomgångskoefficientDen värme som leds genom byggnadsdelar. Den genom-snittliga värmegenomgångskoefficienten, Um, definieras
som de totala transmissionsförlusterna över klimatska-lets area.
Värmeväxlare Ett sätt att överföra värme mellan två medium genom ett nära flöde i separata kanaler.
Årsenergi En byggnads specifika energianvändning värme, varm-vatten och fastighetsenergi. Se även ”energianvänd-ning” i nomenklatur ovan.
Återluft Luft som återanvänds i en och samma bostad. Frånluft från kök och hygienrum får ej användas som återluft. Över-/undertemperatur Rumstemperatur över respektive underkravställd
rumstemperatur.
Kapitel 4
Screening
4.1
Passivhus
Det blir allt vanligare att bygga passivhus i Sverige. Mer information om premisserna för passivhus samt hur de definieras återges i både kapitel 3 och kapitel 5.1.3. För att tydligare få en bild av hur det ser ut i Sverige idag listas nedan ett flertal artiklar som behandlar passivhus och de fördelar och utmaningar som iakttagits sedan dessa tagits i drift. De artiklar som presenteras kommer från olika källor och syftar till att ge en opartisk helhetsbild av hur väl passivhus fungerar idag.
4.1.1 Passivhus kräver mer förvaltning
I en artikel publicerad i Energi & miljö diskuteras det att driftsättning och för-valtning av passivhus ställer hårdare krav på fastighetsskötaren. Bostadsföretaget Stockholmshem har sedan 2010 byggt hus med hårdare energikrav än BBR. I sam-verkan med ordinarie driftorganisation hyr företaget in externa specialister som ska övervaka driften i inledningsskedet. För att husens teoretiska energiprestanda ska uppnås och bli stabil måste energisystemen trimmas in under de första två, tre åren. Mikael Zivkovic från NCC nämner att bättre ventilationssystem inte nödvän-digtvis behöver vara mer komplicerade men att systemen kan vara mer känsliga för misstag. Dock blir det mer komplicerat om systemet har värmepumpar istället för fjärrvärme, vilket gör det viktigt att det finns gott om tid för driftsättning.
Hans Ek på Passivhuscentrum menar på att passivhus ska vara enklare att förvalta och nämner att Alingsåshem avser bygga passivhus med luftburen venti-lationsvärme då de är enklare att sköta. Dock instämmer han om att värmepum-par komplicerar systemen och därmed ställer höga krav på fastighetsskötaren. (B. Åslund, 2016)
4.1.2 Energianvändning och innemiljö i flerbostadshus
flerbo-KAPITEL 4. SCREENING
stadshus. Dessutom presenteras skillnader mellan passivhus och lågenergihus. Enligt Christer råder stor enighet i branschen om att man vid nybyggnation bör satsa på mer isolering, bättre tätning av klimatskalet och mer energieffektiva fönster. De oenigheter som finns gäller istället främst valet av värme- och ventilationssystem samt vilket energislag som bör användas.
En vanligt förekommande lösning för lågenergihus är frånluftsventilation med frånluftsvärmepump för byggnadsuppvärmning och varmvatten samt vattenradia-torer för komfortvärme och golvvärme i våtrum med klinkergolv. Med effektivt regleringssystem är dessa byggnader ofta energieffektiva. Systemet har dessutom ett litet underhållsbehov och små risker för hälsoproblem. Denna typ av lösning har byggts sen mitten av 80-talet varför projektörer, byggare och brukare har goda erfarenheter av dessa system.
Passivhus har tjock isolering och är generellt sett elvärmda då ventilationsag-gregatet har ett inbyggt elbatteri. Ett kombinerat värme- och ventilationssystem leder till variationer i inomhustemperatur. Förorenade kanalsystem riskerar orsaka hälsoproblem samt buller och underhållskostnaderna är stora. Passivhus kräver mer kunskap från projektör, byggare och brukare varpå utförandebrister under byggna-tion är vanligare.
I artikeln tas även upp vilka åtgärder som är lönsamma att genomföra på äldre byggnader för att spara energi.
Resultaten av forskningsprojektet säger bland annat att olika tekniska lösning-ar medför avsevärda skillnader i energianvändning och inomhusmiljö. Bruklösning-arvanor samt kvalitén på utförandet och förvaltningen har stor inverkan på resultaten. Dess-utom är det vanligt med stora avvikelser på uppmätta och beräknade värden där de beräknade ofta är avsevärt lägre. (Harrysson, 2010)
4.1.3 Lågenergihus i blåsväder
I denna artikel publicerad i Energi & Miljö skrivs det om att flera lågenergihus har rapporterat problem med inomhusmiljön och energianvändningen. Familjebostäder har låtit bygga huset Skogskarlen i Enskede söder om Stockholm. Huset är ett testprojekt som i slutändan verkar vara slarvigt byggt. Ett tankefel i projekteringen har dessutom lett till felprogrammering av värmepumparna, felkopplingar av rör, med mera. Familjebostäder tog in en expert på fastighetsvärmepumpar som snabbt konstaterade vad felen var. Fel som dessa är vanliga och beror till exempel på att många är inblandade i projekt som dessa.
4.1. PASSIVHUS
Listan av problem med luftburna värmesystem kan göras lång men det finns även många lösningar. Små lokala aggregat för värmeåtervinning från luften, nog-grann injustering av systemet och små elradiatorer för komplementvärme är några lösningar som fungerar bra. Samtidigt som det finns många lösningar för denna typ av system är brukarna fortfarande skeptiska till att de kan tillhandahålla ett bra inomhusklimat. (Granmar, 2014b)
4.1.4 Låg energianvändning i passivhus - hela tiden?
I ett examensarbete på Högskolan i Halmstad utreddes värmelastegenskaperna och det varierande effektuttaget över året hos fyra flerbostadshus byggda enligt passiv-husstandard av Falkenbergs Bostads AB. Husens värmetillförsel sker via individuella värmebatterier i tilluftskanalerna, värmda med fjärrvärme. Dessutom tillförs värme via golvvärmesystem i badrum, även denna kopplad till fjärrvärme. Examensarbe-tet visade på stora variationer i effektuttaget över en vanlig vecka under fyra olika perioder. Dock ligger uttaget på en generellt låg nivå.
Resultaten av examensarbetet visar på att passivhusen tycks vara känsliga för variationer i intertillskottet (internlasterna) samtidigt som den termiska trögheten är stor då värmeförlusterna minimeras. Däremot står de väl emot variationer i ute-temperaturen. För att jämna ut effektbehovet i passivhusen föreslås styrning av effektuttaget till andra tider på dygnet. Det kan alltså finnas anledning att inte bara titta på den låga energianvändningen i passivhus i allmänhet, utan även på hur användningen fördelas över tid. (D. Nilsson, 2012)
4.1.5 Luftburen- och vattenburen värme jämförda
Under den årliga passivhuskonferensen i Leipzig presenterade Gabriel Rojas från universitetet i Innsbruck en studie där han jämfört komfort och ekonomi vid luftburen-respektive vattenburen värme i lägenheter. Resultaten av en enkät visade att 80% av byggherrarna som svarade på enkäten föredrog radiatorer. Man var rädd att luftvär-me skulle vara svårare att reglera samt att torr luft skulle uppstå. Som uppföljning till enkäten simulerades båda systemen. Simuleringen visade på att det inte var nå-gon skillnad i luftfuktighet men att radiatorsystemet var enklare att reglera och gav en jämnare temperatur i lägenheten. Utöver enkät och simuleringar gjorde forskarna en studie av kostnaderna vid sju utförda passivhusprojekt. Resultaten visade på att installationen av luftvärmesystem var 50% billigare än radiatorsystemen. (Jansson, 2015)
4.1.6 Serietillverkade hus bättre än passivhus
KAPITEL 4. SCREENING
att i verkligheten uppfylla beräknade energinivåer. Enligt undersökningen bör man i framtida projekt undvika trögreglerade värmesystem (exempelvis golvvärme), stora glasytor samt kombinerat värme- och ventilationssystem (så kallad luftburen vär-me). Ett luftburet värmesystem kräver mycket underhåll, har lågt gratisvärmeut-nyttjande och stora temperaturskillnader inom och mellan olika rum. Dessutom finns risk för ökad ohälsa i hemmet på grund av föroreningar i kanalsystemet. Pas-sivhus är dyrare att bygga, delvis på grund av att de har mycket tjock isolering vilket ger liten energibesparing samtidigt som risken för fukt och mögelproblem i klimatskärmen ökar.
För att bygga smartare måste bättre samverkan ske mellan byggnad, installatio-ner och boende. Beräkningsmetoder och laboratorietester måste valideras och åter-kopplas mot verkligheten. Dessutom krävs bättre uppföljning av hur färdigbyggda hus presterar energimässigt i verkligheten.
Harrysson menar på att de rekommendationer som ges i Feby 12 i verkligheten måste betraktas mer eller mindre som utopiska. För att uppnå bättre energiprestan-da i byggnader framöver måste mer fokus läggas på samspelet mellan värme- och ventilationssystemet. Utan samarbete mellan de båda riskerar målet med låg energi-användning att saboteras. Noggrant byggda hus kan spara mycket energi gentemot slarvigt byggda. (Harrysson, 2016)
4.1.7 Åtta av tio ger värmen i passivhuset godkänt
I en enkätundersökning har inneklimatet i passivhuskvarteret Fridhem i Trollhättan utvärderats. Undersökningen visar att 82% av de boende är nöjda med med sin värmekomfort vilket är bra siffror. Kvarteret Fridhem är passivhuscertifierat enligt Feby 2009 och hör till de första i Sverige som verifierats via mätningar. Husen har centrala ventilationsaggregat på vindarna som värmer lägenheterna via tilluftsdon i taken i sov- och vardagsrum. Merkostnaden för att bygga passivhus gentemot gällande BBR-krav har beräknats till 0,5%. Anmärkningsvärt är dock att vädring och användning av spiskåpor beräknats ge värmeförluster på 5kWh/kvm. (Granmar, 2014a)
4.2
FTX- och luftburna värmesystem
Även om det i Sverige inte är särskilt vanligt att hus byggs med luftburen vär-me så förekomvär-mer det. Precis som för kapitel 4.1 syftar detta kapitel till att lista flera exempel där luftburna värmesystem har använts samt framhäva fördelar och utmaningar med systemen.
4.2.1 Behovsstyrd FTX - yes box!
renove-4.2. FTX- OCH LUFTBURNA VÄRMESYSTEM
ring av flerbostadshus, i 24 lägenheter i ett större hyreshus. På grund av kort drifttid samt att flera åtgärder genomfördes under renoveringen är det svårt att utvärdera energivinsten av enbart FTX-ventilationen. Då endast två hyresgäster har kommit med synpunkter, vilka har varit lätta att åtgärda, är utfallet trots allt bra.
Ronnebyhus installerade Swegons behovsstyrda FTX-system i tre tvåvånings-hyreshus byggda år 1966. Några fördelar med systemet var de fasta till- och från-luftsdonen, att all teknik sitter i trapphuset samt att ventilationsflödet anpassas efter luftkvalitén. Liksom för Hyresbostäder i Norrköping har systemet inte varit i drift tillräckligt länge för att någon energivinst har kunnat utvärderas, dock är det hittills samlade resultatet positivt.
Även Vätterhem i Jönköping driftstartade våren 2015 det nya systemet i 28 st lägenheter i ett hus byggt på 40-talet. Både behovsstyrningen och drifttagningen fungerade bra. En detalj som framhävdes var fördelen med att ha det inbyggda brandspjället i trapphuset. (B. Åslund, 2015)
4.2.2 Termisk komfort med mindre luftflöde
I en kort intervju berättar doktoranden Setareh Janbakhsh hur hon i sin avhandling på Högskolan i Gävle har vidareutvecklat ett stratifierande tilluftsdon. Resultaten visar på att donet kan ge både behaglig termisk komfort samt lägre luftflöde jämfört med ett konventionellt tilluftsdon. (M. Åslund, 2015)
4.2.3 Forskning: Donen viktiga vid luftvärme
Finansierat av Boverket och Energimyndigheten har forskarna Magnus Mattson och Elisabet Linden från Högskolan i Gävle mätt luftflöde och värmefördelning i nio lågenergibostäder. Resultaten visar på att temperaturen i vistelsezonen i flera fall inte uppnådde önskad nivå, bland annat på grund av dålig inblandning av varm tilluft som fastnade i taket istället för att omblandas i rummet. Orsaken till problemen kan bero på för låga lufthastigheter ut från donet, vinkeln på donens öppning eller för låg temperatur på tilluften. För att komma runt problemen kan man till exempel höja tilluftstemperaturen eller öka hastigheten på tilluften. Dock kan dessa åtgärder leda till ökad energianvändning samt ljudproblem. Golvplacerade don med stor inblåsningsarea visade sig fungera bäst. (MK, 2015) (Kretz, 2015)
4.2.4 Byggnad, förvaltning eller brukare - vad är viktigast?
KAPITEL 4. SCREENING
Datamaterialet består av ett stratifierat, slumpmässigt urval av 472 flerbostads-hus i Stockholm från 3H-projektet1 kompletterat med data från Fastighetsregistret, Stockholms byggnadsregister, med mera. För att studera vilka variabler som påver-kar energianvändningen för värme har en så kallad hierarkisk klusteranalys gjorts. Antalet faktorer minskades slutligen ner till 19 st i en regressionsmodell.
Resultaten visade på att byggnadens ålder hade signifikant störst enskild be-tydelse för energianvändningen för uppvärmning. På andra och tredje plats kom senaste justering av värmesystemet samt typ av ventilationssystem. Förklaringen till varför byggnadens ålder spelar så stor roll har troligtvis att göra med de nya (betydligt strängare) byggnadsreglerna, SBN 75, som trädde i kraft år 1978. Som väntat var byggnader med värmeåtervinningssystem på ventilationen (FTX) energi-snålare än de utan. Det visade sig även att byggnader där värmesystemet injusterats ett år tidigare sparade 10-15kWh/kvm Atemp och år jämfört med byggnader som gjorde sin senaste injustering för 6-7 år sedan.
Den upplevda termiska komforten visade sig vara tydligt relaterad till energi-användningen för uppvärmning. Artikeln tar upp att enligt ASHRAEs rekommen-dationer samt krav från certifikatutfärdare av miljöbyggnader ska 80% av invånare i bostadshus vara nöjda med den termiska komforten inomhus. Resultaten visar på att mer än 20% av de boende har uttryckt termiskt obehag om byggnadens energianvändning för uppvärmning är lägre än 80kWh/kvm Atemp och år. Detta kan förklaras med lägre inomhustemperaturer eller alternativt stora fönsterytor och medföljande kallstrålning och kalldrag.
Som slutsats kommer artikeln fram till att samverkan mellan användare, teknik och förvaltning är viktigt samt att ett antal variabler inom varje aktörs ansvars-område har hög inverkan på energianvändningen för uppvärmning. I framtiden bör större fokus läggas på förvaltning av byggnader under deras livslängd och speciellt under driftfasen. (Engvall m. fl., 2015)
4.2.5 Luftflödesbalansen viktig i täta byggnader
I en artikel publicerad i Energi & Miljö skriver Per Kempe från Projektengagemang om luftflödesbalansens betydelse i byggnader. Med luftflödesbalansen avses förhål-landet mellan till- och frånluftsflödet samt vad läckluften och forceringen har för inverkan på denna.
I moderna byggnader förutsätts det att frånluftsflödet är större än tilluftsflö-det. Detta för att erhålla ett undertryck i byggnaden och därmed motverka att inneluft pressas ut i klimatskärmen. Det är dock viktigt att detta undertryck är litet. Resultaten från rapporten2 som denna artikel är ett utdrag från, visar på att obalanserade luftvärmesystem med 70% tilluftsflöde i förhållande till frånluftsflöde ökar värmebehovet i rummen kraftigt. Detta på grund av att uteluft läcker in i rum-men vilket leder till att uppvärmningsbehovet stiger för att den termiska komforten
13H - Hälsomässigt Hållbara Hus, url: http://www.ammuppsala.se/3H
4.2. FTX- OCH LUFTBURNA VÄRMESYSTEM
ska bibehållas. Om uteluften har temperaturen T=-15 °C ökar värmebehovet med så mycket som 40% av av den installerade värmeeffekten.
Artikeln tar även upp några fler exempel. Luftvärmare leder till stora tempe-raturskillnader varpå tryck och densiteten hos luften påverkas. Detta kan resultera i tryckfall i tilluftsystemet varpå obalans erhålls. Obalans kan även uppkomma på grund av att vissa konsulter påstår att injusteringen av luftvärmesystem inte har så stor betydelse i just passivhus då byggnaden är så tät att ventilationsluften på något sätt måste gå förbi ventilationsvärmeväxlaren. Andra faktorer som påverkar värmebehovet är till exempel om lägenheten har en liten formfaktor (omslutande area genom uppvärmd area, Aom/Atemp). Då är läckluften liten varpå obalans i
luftvärmesystemet kan orsaka stort undertryck. Trots stort undertryck blir dock påverkan på värmebehovet litet.
Lufttäta byggnader är känsliga för att luftflödesbalansen blir bra. Dessutom kan forcering av till exempel spiskåpor leda till problem med undertryck. (Kempe, 2014)
4.2.6 Behovsstyrd ventilation sänkte energiåtgången rejält
I en artikel av Björn Åslund ges en presentation av ombyggnationen av Naturve-tarhuset vid Umeå universitet. Målet för ombyggnationen var att huset skulle bli Umeås energisnålaste kontor. Resultaten visar på den stora potentialen för energi-effektivisering som finns med modern installationsteknik, detta utan att komma i konflikt med inomhusklimatet.
Systemet använder sig av närvarostyrd ventilation och belysning. Fjärrvärme-användningen ligger årligen på ca 42,5kWh/kvm. BBR-kraven säger att energian-vändningen för lokaler i klimatzon 1 måste understiga 130kWh/kvm, år3. Tilluften tempereras via två luftbehandlingsaggregat och håller endast 15°C året om. Ener-givinsten blir stor gentemot normala aggregat som håller 18-19°C och konstant flöde. Med 15°C blir tillskottsvärmen via fjärrvärmen liten då värmeväxlarna i ven-tilationsaggregaten täcker i stort sett hela behovet. Dessutom ger den 15-gradiga luften kyla varpå man sluppit installera kylbafflar.
Ventilationskanalerna byggdes för att klara en hög luftmängd men körs på ca 25% varpå de erhåller ett mycket litet tryckfall. Detta gör att elåtgången för fläkt-motorerna har kunnat minimeras.
Även om systemet är mycket energieffektivt för uppvärmningen så är ekonomin och återbetalningstiden osäker, inte minst på grund av osäkerheter kring underhålls-kostnaderna. Dessutom ställer tekniken höga krav på driftansvariga. (B. Åslund, 2009)
4.2.7 Framledningstemperaturen bestäms av värmebehovet
I en artikel publicerad i Energi & Miljö pratar Adnan Ploskic om fyra olika värme-systems påverkan av en småhus CO2-utsläpp. Resultaten är en del av ett pågående
forskningsprojekt på avdelningen för strömnings- och klimatteknik på KTH.
KAPITEL 4. SCREENING
En övervägande del av en byggnads energianvändning består av uppvärmning. Klimatskalet, värme- och ventilationssystemet är samtliga viktiga parametrar för energianvändningen. Om samtliga är väl designade kan byggnadens medeltempera-tur ofta sänkas vilket effektiviserar värmeanvändningen och minskar värmekostna-derna.
Eftersom samspelet mellan värmebehov, drifttemperaturer med mera är kom-plext är det dessutom svårt att få ett helhetsgrepp om systemets totala resulterande CO2-utsläpp.
I studien testades 4 olika uppvärmningssystem, 3 med radiatorer och ett med golvvärme. Framledningstemperaturen skiljer sig mellan systemen där golvvärmen har lägst framledningstemperatur för att täcka samma värmebehov. Med andra ord är golvvärmens värmeavgivning högre än radiatorernas värmeavgivning. Vida-re Vida-redovisar studien att den så kallade systemårsvärmefaktorn (se nomenklatur) ändras med framledningstemperaturen för ett värmesystem med bergvärmepump. Golvvärmesystemet, med lägre framledningstemperatur än radiatorsystemen, har därmed högre systemårsvärmefaktor. En annan egenskap hos värmefaktorn är att den sjunker med sjunkande utetemperatur.
Slutligen säger studien att byggnadens CO2-utsläpp sjunker med ökad
systemårsvär-mefaktor. Golvvärmesystemets CO2-utsläpp är hela 17% lägre än utsläppen hos de konventionella panelradiatorerna.
Resultaten hos studien visar alltså att CO2-utsläppet från ett småhus med
låg-temperatursystem och passande värmepump avsevärt kan minskas. Det är dock viktigt att poängtera att husets totala utsläpp till stor del beror på dess värmebe-hov samt renheten hos elen som används för systemets drift. Dessutom råder givetvis alltid en ekonomisk balans mellan husets husets värmekostnad, isoleringsgrad, val av värmesystem med mera varpå det är viktigt att ha ett helhetsperspektiv vid dimensionering av uppvärmningssystem. (Ploskic, 2016)
4.3
Sammanställning
För att lättare få en helhetsbild av de fördelar och utmaningar som påträffats med passivhus och luftburna värmesystem i Sverige idag, sammanfattas i tabell 4.1 nedan samtliga artiklar från kapitel 4.1 och 4.2. Vidare i kapitel 9.1, diskuteras huruvida de åsikter som framhävts i dessa artiklar ger/ej ger en sammanfattad opartisk bild av hur det ser ut i Sverige idag.
Utöver fördelar och utmaningar nämns även några övriga, mer allmänna syn-punkter för passivhus och luftburna värmesystem:
• Vid installation av luftburna värmesystem är det viktigt att lägga extra tid på injusteringen
4.3. SAMMANSTÄLLNING
• God samverkan mellan värme- och ventilationssystem leder till bättre energi-prestanda
• Större fokus bör läggas på förvaltning av byggnader under deras livslängd, speciellt under driftfasen
• Injustering av värmesystemet bör göras ofta för att uppehålla en byggnads energieffektivitet
• Framledningstemperaturen hos uppvärmningssystemet påverkar dess värme-faktor och därmed byggnadens totala CO2-utsläpp
Sammanfattning
Rubrik Fördelar (+) Utmaningar (-)
Komplexitet Bättre ventilationssystem behö-ver inte vara mer komplicerade än vanliga
Moderna ventilationssystem kan vara känsliga för misstag
Passivhus ska vara enklare att förvalta
System med integrerad värme-pump är mer komplicerade och ställer stora krav på fastighets-skötaren
Energianvändning Effektiva regleringssystem gör lågenergihus energieffektiva
Vanligt med stora avvikelser på uppmätta och beräknade värden på energianvändning
Underhåll Traditionella systemlösningar med frånluftsventilation, vat-tenradiatorer och golvvärme i våtrum har ett litet under-hållsbehov och små risker för hälsoproblem
Luftburen värme kan leda till variationer i inomhustempera-tur, stora underhållskostnader och hälsoproblem på grund av föroreningar i i kanalsystemen
Lämplighet i pas-sivhus
Luftburna värmesystem funge-rar bra i väl isolerade passiv-hus med ventilationsvärmeåter-vinning
Luftburna värmesystem är in-te alltid den bästa lösningen för passivhus men väljs ofta för att hålla nere kostnaderna
Passivhus står väl emot variatio-ner i uteluftstemperaturen
KAPITEL 4. SCREENING
82% av de boende i passiv-huskvarteret Fridhem i Trollhät-tan är nöjda med värmekomfor-ten hos det luftburna värmesy-stemet. Samtidigt har merkost-naden av att bygga passivhus gentemot gällande BBR-krav be-räknats till 0,5%
Vädring och användning av spiskåpor har beräknats ge vär-meförluster på 5kWh/kvm
Luftburna värme-system
En fördel med luftburna värme-system är att huset inte kräver ett separat uppvärmningssystem
Det är svårt att dimensionera för värme- och ventilationsbehov i samma system
Små elradiatorer till luftbur-na värmesystem för komple-mentvärme fungerar bra
Brukare är ofta skeptiska till att luftburna värmesystem kan till-handahålla ett bra inomhuskli-mat
Installation av luftburna värme-system är billigare än installa-tion av radiatorsystem
Luftburna värmesystem är svå-rare att reglera samt riskerar ej förse lägenheter med lika jämn temperatur som radiatorsystem Behovsstyrda FTX-system
an-passar luftflödet efter luftkvali-tén samt har teknik och brand-spjäll i trapphusen vilket gör den lättåtkomlig
Luftburna värmesystem i låge-nergihus riskerar ej uppnå er-forderlig inomhustemperatur på grund av dålig omblandning av luften i rummen
Bra luftflödesbalans är viktigt. Ett litet undertryck i byggnaden gör att inneluften inte pressas ut i klimatskärmen vilket annars kan orsaka fukt och mögel
För stort undertryck i byggna-den kan kraftigt öka dess ener-gianvändning då luft tränger in genom klimatskärmen och kyler ner rummet
Behovsstyrt ventilationssystem kan vara mycket energieffektivt
Osäkerheten kring underhålls-kostnaderna för ett behovs-styrt ventilationssystem kan gö-ra återbetalningstiden osäker. Systemet ställer höga krav på driftansvariga
Kapitel 5
Referensram
5.1
Regelverk & rekommendationer
5.1.1 Boverkets byggregler
Boverket är en statlig förvaltningsmyndighet som arbetar med frågor rörande sam-hällsplanering, boende och byggande. Detta inkluderar bland annat att:
• Ta fram föreskrifter och vägledningar
• Ansvara för tillsyn över energideklarationer och tillämpningen av plan- och bygglagen
• Administrera statliga stöd och bidrag
• Utreda och analysera frågor inom sitt verksamhetsområde
Ett av myndighetens viktigaste uppdrag är att ta fram och och kontinuerligt uppdatera reglerna för byggande och ändring av byggnader i Sverige. Boverkets byggregler, BBR, innehåller dessa regler. Grundförfattningen, BBR 18, trädde i kraft i början av maj 2011 varefter ändringsförfattningarna BBR 19-24 har beslutats, givits ut och trätt i kraft. Den senaste, BBR 24, trädde i kraft den 23 november 2016. Boverkets byggregler är indelat i åtta olika avsnitt (tidigare 9 avsnitt, avsnitt 4 har upphävts genom BFS 2013:14). Avsnitt 6 behandlar hygien, hälsa och miljö medan avsnitt 9 behandlar energihushållning, vilka främst kommer behandlas i denna rapport. BBR 24 började gälla under detta arbetes gång men tillämpas inte här. (Boverket, 2014)
Ventilation och luftkvalité
KAPITEL 5. REFERENSRAM
blir tillfredsställande under byggnadens livslängd och därmed olägenheter för människors hälsa kan undvikas.” (Boverket, 2016)
BBR säger alltså att luften som tillförs en byggnad ska ha samma eller bättre kvalité än uteluft. Med bättre kvalité avses att halten av föroreningar i tilluften inte är högre än gällande gränsvärden för uteluft. För att dessa regler ska uppfyllas är det viktigt hur man tar in luft i ventilationssystemet, var man placerar uteluftsintag, hur man utformar tilluftsreningen osv. Ventilationssystemet måste utformas så att erforderligt luftflöde kan tillföras varje rum med tilluft. Detta för att luften inte ska bli stillastående i rummet för länge. Dessutom måste luften avlägsnas från varje rum med frånluft så att hälsofarliga ämnen, fukt, besvärande lukt, mm förs bort från rummet.
Enligt BBR ska ventilationssystemet utformas så att uteluftsflödet ej under-stiger 0,35l/s per m2 golvarea i bostäder. I bostäder där ventilationen kan kon-trolleras separat för varje bostad kan ventilationssystemet utformas efter behovs-/närvarostyrning. I dessa bostäder får uteluftsflödet ej understiga 0,10l/s per m2 golvarea då ingen vistas i bostaden och 0,35l/s per m2 golvarea då någon vistas där.
En byggnads täthet blir idag allt mer viktig för att ett gott termiskt klimat med god luftkvalité ska kunna upprätthållas. När man talar om luftdistribution i byggnader definierar man olika typer av luft. Detta för att det ska vara enkelt och tydligt vad den luft man talar om har för funktion i byggnaden. Se nomenklaturen för samtliga definitioner av tilluft, frånluft, överluft, återluft samt uteluft. Med dessa benämningar tar BBR även upp att strömning av överluft från rum med frånluft till rum med tilluft inte får ske. Detta då rum med frånluft generellt har en lägre krav på luftkvalité jämfört med rum med tilluft. Om denna luftströmning inträffar kan konsekvensen bli att luftkvalitén i tilluftsrummet inte uppfylls. De viktigaste verktygen för att motverka detta är att ha små tryckskillnader i byggnadens olika rum samt se till att byggnadens klimatskal har god täthet. Utöver dessa regler hänvisar BBR till Folkhälsomyndigheten för ytterligare regler om luftkvalitet och ventilation. Se kapitel 5.1.2 för mer information. (Boverket, 2016)
Termisk komfort
Enligt BBR ska byggnader utformas så att tillfredsställande termiskt klimat kan erhållas. Med tillfredsställande termiskt klimat avses:
• när termisk komfort i vistelsezonen uppnås,
• när ett för byggnaden lämpligt klimat kan upprätthållas i övriga utrymmen i byggnaden med beaktande av avsedd användning.
5.1. REGELVERK & REKOMMENDATIONER
vistelsezonen ej överstiga 0,15 m/s under uppvärmningssäsongen och 0,25 m/s un-der övrig tid på året. Utöver den termiska komforten påverkar även det termiska klimatet byggnadens beständighet.
Energikrav
Under paragraf 9.1, Energihushållning - Allmänt, i BBR 23 står följande: ”Byggnader ska vara utformade så att energianvändningen begränsas
genom låga värmeförluster, lågt kylbehov, effektiv värme- och kylanvändning och effektiv elanvändning.” (Boverket, 2016)
Kraven på uppvärmning skiljer sig beroende på vilken typ av bostad som avses samt i vilken klimatzon byggnaden är belägen. I tabellerna 5.1 och 5.2 nedan redovisas endast de krav som ställs på flerbostadshus. Notera att det även finns särskilda krav för flerbostadshus i vilka Atemp är 50 m2 eller större och som till övervägande delen
(>50 % Atemp) innehåller lägenheter med en boarea om högst 35 m2 vardera.
I BBR ställs det krav på att bostäder och lokaler uppvärmda på annat sätt än med elvärme ska vara utformade så att en byggnads specifika energianvändning och klimatskärms genomsnittliga luftläckage, ej överstiger de värden som anges i tabell 5.1 nedan. För bostäder och lokaler uppvärmda med elvärme ställs, utöver ovan nämnda krav, även krav på att dess genomsnittliga värmegenomgångskoeffici-ent (Um) för de byggnadsdelar som omsluter byggnaden (Aom) ej ska överstiga de
värden som anges i tabell 5.2 nedan. BBR tar slutligen upp krav på klimatskärmens genomsnittliga luftläckage men säger där att klimatskärmen ska vara så tät att ovan nämnda krav om energianvändning, eleffekt och värmegenomgångskoefficient uppfylls.
Tabell 5.1: Allmänt krav för flerbostadshus med annat uppvärmningssätt än elvärme (Boverket, 2016)
Klimatzon
Krav Enhet I II III IV
Byggnadens specifika energian-vändning kWh/(m2 Atemp och år) 115 100 80 75 Genomsnittlig värmegenom-gångskoefficient (Um) W/(m2 K) 0,40 0,40 0,40 0,40
KAPITEL 5. REFERENSRAM
Tabell 5.2: Allmänt krav för flerbostadshus uppvärmt med elvärme (Boverket, 2016)
Klimatzon
Krav Enhet I II III IV
Byggnadens specifika energian-vändning
kWh/(m2 Atemp
och år)
85 65 50 45
Installerad eleffekt för uppvärm-ning
kW 5,5 5,0 4,5 4,5
Genomsnittlig värmegenom-gångskoefficient (Um)
W/(m2 K) 0,40 0,40 0,40 0,40
definierat för endast tre klimatzoner (se kapitel 5.1.3 för mer information). Dock gäller samma krav som tidigare för hus i Stockholmsområdet där referensbyggna-den som utvärderas i referensbyggna-denna rapport är belägen. Se även nomenklaturen för vilka län som ingår i respektive zon. Beträffande lågenergihus tar BBR upp ett standar-diserat sätt för de som vill ställa högre krav på energihushållning. BBR definierar byggnader med låg- respektive mycket låg energianvändning som byggnader med 75%- respektive 50% av den specifika energianvändning nämnd i tabell 5.1 och 5.2.
5.1.2 Folkhälsomyndigheten
Folkhälsomyndigheten är en myndighet som arbetar för bättre folkhälsa. Begrep-pet folkhälsa innefattar många saker. En av dessa är miljöhälsa och hälsoskydd där folkhälsomyndigheten arbetar med att upptäcka, förebygga och undanröja hälsoris-ker i miljön. Detta innebär exempelvis att vägleda kommuner och länsstyrelsen vad det gäller miljöbalkens regler om hälsoskydd för inomhusmiljö, hygien och objekt-buren smitta. Nedan beskrivs Folkhälsomyndighetens regler och rekommendationer för ventilation, luftkvalité och termisk komfort. (Folkhälsomyndigheten, 2016)
Ventilation och luftkvalité
Enligt Folkhälsomyndighetens allmänna råd om ventilation (FoHMFS 2014:18) bör luftomsättningen i bostäder inte understiga 0,5 rumsvolymer per timme. Därtill bör uteluftsflödet inte understiga 0,35 l/s m2golvarea, eller 4 l/s per person. (Folkhalso-myndigheten, 2014b)
Termisk komfort
5.1. REGELVERK & REKOMMENDATIONER
Tabell 5.3: Värden för bedömning av olägenhet för människors hälsa. (Folkhalso-myndigheten, 2014a)
Riktvärden Rekommenderade värden Operativ temperatur Under 18 °C1 20-23 °C2
varaktigt Över 24 °C3
kortvarigt Över 24 °C4
Skillnad i operativ temperatur mätt vertikalt 0,1 och 1,1 m över golv
Ej över 3 °C
Strålningstemperaturskillnad
Fönster - motsatt vägg Ej över 10 °C
Tak - golv Ej över 5 °C
Luftens medelhastighet Ej över 0,15 m/s5
Yttemperatur, golv Under 16 °C6 20-26 °C
1För känsliga grupper, 20 °C. 2För känsliga grupper, 22-24 °C. 3Under sommaren, 26 °C. 4Under sommaren, 28 °C.
5Vid inomhustemperatur över 24 °C kan högre lufttemperatur accepteras. 6För känsliga grupper, 18 °C.
5.1.3 Sveriges Centrum för Nollenergihus
Sveriges Centrum för Nollenergihus (SCNH) är en icke vinstdrivande organisation som bildades i december 2010. Organisationen arbetar för att aktivt stimulera och driva en utveckling mot lågenergihus med minimala energibehov samt egenprodu-cerad energi där så anses lämpligt. I Sverige är det en stor utmaning att ställa om det konventionella byggandet till ett mera hållbart byggande av lågenergihus. Må-let är att passivhusnivåerna för byggnaders värmebehov samt helhetssynen för dess energiförsörjningssystem ska ska anges i byggreglerna år 2020.
Utöver organisationens huvudsakliga mål arbetar SCNH bland annat med att informera beställare, byggare och allmänheten om kriterierna för lågenergihus, ska-pa nätverk för småhusbyggare, bygga upp kunskap för flerbostadshusaktörer samt samverka med svenska myndigheter. (SCNH, 2013)
5.1.4 FEBY
KAPITEL 5. REFERENSRAM
av denna kravspecifikationen heter FEBY12 och gavs ut år 2012. Denna är i sin tur uppdelad i två dokument, ett för bostäder och ett för lokaler. (SCNH, 2013)
Arbetet att ta fram kravspecifikationen för nollenergihus, passivhus och minie-nergihus har krävt finansiering från flera håll. En av dessa finansiärer är LÅGAN. LÅGAN är ett samarbete mellan Sveriges Byggindustrier, Energimyndigheten, med flera och togs år 2010 fram som ett 5-årigt nationellt program fram för att få fart på marknaden för lågenergihus. Detta skulle göras genom att bevilja stöd till demon-strationsprojekt och regionala/lokala samverkansinitiativ. Vad mer skulle LÅGAN utvärdera och sprida information från demonstrationsprojekt och i och med det ge stöd till idéutveckling för lågenergihus. En webbaserad marknadsöversikt av bygg-utvecklingen togs fram och kan idag granskas innehållande data från år 2000 till år 2015. Allt detta sammantaget hoppades man skulle inspirera till och underlätta ny-och ombyggnad till mer energieffektiva byggnader. (LÅGAN, 2017b)
Energikrav
FEBY12 beskriver energikraven för 3 olika typer av lågenergihus: nollenergihus, passivhus och minienergihus. För definition av vad som skiljer de olika typerna av lågenergihusen, se nomenklaturen.
Kraven för nollenergihus är desamma som för passivhus med tillägget att man av den levererade energin till byggnaden skall vara mindre eller lika med sum-man av den levererade energin från byggnaden under ett år.
Kraven för passivhus gäller byggnadens värmeförlusttal och årsenergianvänd-ning. Se tabell 5.5 nedan. Observera att kraven gäller för hus med renodlade system. Med renodlade system avses byggnader som antingen har enbart elvärmebaserade system eller renodlade icke elvärmda system. Icke renodlade system har istället vik-tade värden för den maximalt levererade energin. I kapitel A.3 i appendix redovisas hur dessa värden beräknas.
Den sista lågenergihustypen definierad i FEBY12 är minienergihus. Miniener-gihus har även de samma krav som passivhus, dock med ett numeriskt tillägg på värmeförlusttalet samt den levererade årsenergin.
Tabell 5.5: Krav för passivhus med renodlade värmesystem (SCNH, 2012)
Klimatzon
Krav Enhet I II III
VFTDV U T W/m2, Atemp 17 16 15 Elevererad, icke elvärmda kWh/m2 år, A
temp 58 54 50
5.1. REGELVERK & REKOMMENDATIONER
Innemiljökrav
Utöver kraven för energianvändningen ställs enklare innemiljökrav på ljud och ter-misk komfort. Ljud från ventilationssystem ska klara minst ljudklass B i sovrum och vardagsrum, enligt SS 02 52 67. Vad det gäller den termiska komforten ställs endast ett krav på redovisning. Det säger att innetemperaturen i byggnaden beräknas och redovisas för perioden april - september. Alternativt kan den termiska komforten redovisas som ett enklare uttryck för byggnadens solvärmetillskott för byggnadens mest solutsatta lägenhet. Slutligen tas det upp ett råd om att:
“Innetemperatur under perioden april – september bör inte överstiga 26 grader mer än högst 10% av tiden i det mest utsatta rummet (eller
den mest utsatta delen i byggnaden).” (SCNH, 2012)
Övriga byggnadskrav
I FEBY ställs även krav på luftläckning samt genomsnittligt U-värde för fönster och glaspartier. Luftläckning (q50) genom klimatskärmen får maximalt vara 0,30l/s m2 omslutande area vid en tryckdifferens på 50 Pa enligt SS-EN 13829. Det ge-nomsnittliga U-värdet för fönster och glaspartier ska högst vara 0,80 W/m2 K för passivhus (och nollenergihus), samt 0,90 W/m2 K för minienergihus. (SCNH, 2012)
5.1.5 Miljöcertifieringar
Förutom att i Sverige idag bygga lågenergihus enligt FEBY finns det även många miljöcertifieringssystem. På samma sätt som att mat, kläder, produkter och tjänster idag miljöklassas kan man även miljöcertifiera byggnader. Det finns många anled-ningar till varför man vill miljöcertifiera en byggnad. Några av de främsta är att erhålla lägre driftkostnader, öka attraktionsvärdet samt göra det lättare att få bätt-re försäkringsvillkor. I syfte att ge en överblick över miljöcertifieringar i Sverige idag presenteras nedan de vanligast förekommande. (WSP, 2014)
Sweden Green Building Council
Sweden Green Building Council (SGBC) är en ideell, icke vinstdrivande förening grundad år 2009 av tretton svenska företag och organisationer i syfte att arbeta för ett hållbart samhällsbyggande i Sverige. Sen starten har antalet medlemmar nu ökat till omkring 300, med representanter från hela samhällsbyggnadssektorn. År 2011 blev SGBC även medlem i World Green Building Council (World GBC) som är en internationell allians av Green Building Councils i mer än 90 länder. (SGBC, 2016e)
KAPITEL 5. REFERENSRAM
samhällsbyggnadssektorn i form av konferenser, workshops, seminarier och andra evenemang. (SGBC, 2016e)
I Sverige används idag flera olika certifieringssystem för byggnader så som LEED, BREEAM, Miljöbyggnad, GreenBuilding och Svanen. Samtliga system förutom det sistnämnda, Svanen, tillhandahålls av SGBC. Varje system har sin egen skala där olika kriterier måste vara uppfyllda för att byggnaden ska bli godkänd. Kraven kan gälla allt från materialval under byggskedet, till energianvändning och inomhusmil-jö efter att byggnaden har tagits i drift. Nedan följer mer information om varje certifieringssystem som används mest i Sverige idag.
LEED
LEED, eller Leadership in Energy and Environmental Design, är världens mest väl-kända certifieringssystem för byggnader. Systemet är utvecklat och administrerat av den icke vinstdrivande föreningen U.S. Green Building Council i USA, vilka liksom SGBC tillhör World GBC. Den första versionen av LEED gavs ut år 1999. Sedan dess har systemet genom olika versioner anpassats för alla typer av byggnader, bå-de vid nybyggnation, ombyggnation och för befintliga byggnabå-der. LEED bedömer byggnaders miljöprestanda utifrån närmiljö, vattenanvändning, energianvändning, material samt inomhusklimat. I slutändan uppnår byggnaden betyget Certifierad, Silver, Guld eller Platinum utifrån ett poängsystem. Efter att certifieringen har trätt i kraft måste ägaren återrapportera verklig data för vatten- och energianvändning i 5 år. Kriterierna för att uppnå de olika betygen är samma över hela världen, dock premieras och uppmuntras innovation och regionala hänsynstaganden i projektet med bonuspoäng. Det finns idag LEED-certifierade byggnader i mer än 140 olika länder varför en LEED-certifierad byggnad är mycket attraktiv för internationella företag. (SGBC, 2016b)
BREEAM
Av ovan nämnda certifieringssystem är BREEAM, eller BRE Environmental Assess-ment Method, det äldsta. Det lanserades år 1990 av BRE i Storbritannien som även utvecklat och än idag driver det. 2013 anpassades BREEAM till den svenska mark-naden. Idag är över 115000 byggnader världen över certifierade enligt BREEAM, de flesta i Storbritannien.
5.1. REGELVERK & REKOMMENDATIONER
kontinuerligt, både den brittiska och den svenska versionen. Då BREEAM är väl etablerat i Europa uppskattas certifieringen internationellt. (SGBC, 2016a)
Miljöbyggnad
Miljöbyggnad (tidigare miljöklassad byggnad) är ett svenskt system vars första ut-gåva kom år 2005. Systemet är anpassat för svenska förhållanden och är idag det mest spridda i Sverige. Miljöbyggnad utvecklades av byggbranschen och högskolor inom ByggaBoDialogen som mellan år 2003 till 2009 var ett samarbete mellan fö-retag, kommuner och regeringen för att få en utveckling mot en hållbar bygg- och fastighetssektor i Sverige. (BBD, 2009) År 2011 tog Sweden Green Building Council över Miljöbyggnad och tillhandahåller numera såväl utveckling av- samt utbildning inom systemet.
Miljöbyggnad kan användas både för nya- och befintliga byggnader. Systemet är kostnadseffektivt och enkelt att förstå och har därmed ett brett användningsområde. En byggnad kan uppnå nivåerna klassad, brons, silver och guld, där brons motsvarar dagens lagkrav och praxis. Under certifieringsprocessen utvärderas byggnaden inom 14-15 olika ”indikationer” (befintlig- resp. nybyggnad) som alla ingår i en av de tre områdena; energi, innemiljö och byggnadsmaterial. Det samlade betyget av samtliga indikationer och områden anger för vilken nivå byggnaden blir klassad. (SGBC, 2016d)
Green Building
Green Building är ett initiativ startat år 2004 av EU för att energieffektivisera bygg-och fastighetssektorn. År 2010 tog Sweden Green Building Council över ansvaret av systemet i Sverige. Systemet riktar sig främst till fastighetsägare/förvaltare och ställer krav på att byggnaden använder 25% mindre energi än tidigare (före renove-ring) eller jämfört med nybyggnadskraven i BBR. I Sverige idag är Green Building ett starkt varumärke för energieffektiva byggnader. (SGBC, 2016c)
Svanen
KAPITEL 5. REFERENSRAM
5.2
Värmeöverföring
När vi pratar om värmeöverföring måste vi först och främst reda ut vad som avses med värmebalans i en byggnad. Värmebalansen i en byggnad är ett samspel mellan många olika parametrar.
Värme strävar efter att utjämna sig. Om det är kallt utomhus och varmt i ett rum med yttervägg mot klimatskalet kommer värmen försöka transportera sig från det varma rummet, ut genom ytterväggen, i syfte att försöka utjämna inom- och ut-omhustemperaturen. Under uppvärmningssäsongen vill vi i fortfarande ha det varmt inomhus, även om temperaturen utomhus i Sverige ofta sjunker under 0 °C. För att upprätthålla ett behagligt inomhusklimat tillför vi därför värme till byggnader via någon form av uppvärmningssystem. Som vi kan se i figur 5.1 nedan så till- och bortförs värme från en byggnad på många olika sätt. Summan av dessa ser till att upprätthålla byggnadens värmebalans och bidrar till att värme lagras i byggnaden. Notera att figuren visar energibalansen för en kontorsbyggnad. Energibalansen för bostadshus skiljer sig generellt sett åt från denna med framför allt lägre internlaster och flöden.
5.3. VÄRMEKÄLLOR
Hur väl värme transporteras genom en vägg i en byggnad kan beskrivas med hjälpa av väggens U-värde. Ett annat ord för detta U-värde är värmegenomgångsko-efficient. Se nomenklatur för mer information. Den, för en byggnad, genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten, Um [W/m2K], definieras som de totala transmis-sionsförlusterna över byggnadens klimatskals area.
Värmeöverföring kan ske på 4 olika sätt, nämligen: • strålning
• konduktion • konvektion • evaporation
Strålning är värmeöverföring via elektromagnetiska vågor. Så kalla termisk strål-ning är alltså elektromagnetiska vågor som produceras av objekt beroende på dess temperatur. Ju högre temperatur ett objekt har, desto mer termisk strålning avger det. (H. Nilsson, 2015) Se kapitel A.1.1 för hur strålning beräknas.
Konduktion är värmeöverföring genom ett material utan att materialet i sig flyttar på sig. Ett annat ord för konduktion är värmeledning. Flera metaller som till exempel koppar och aluminium är goda värmeledare. I en byggnad används till exempel kopparledningar för att distribuera varmvatten till radiatorer. (H. Nilsson, 2015) Se kapitel A.1.2 för hur konduktion beräknas.
Konvektion är värmeöverföring via rörelse i en vätska eller gas. Man brukar skilja på naturlig och forcerad konvektion. Vid naturlig konvektion sker ingen yttre påverkan av till exempel en pump. Istället är det skillnaden i mediets densitet som är den drivande kraften. Forcerad konvektion är istället när konvektion sker på grund av en yttre påverkan så som en pump eller fläkt. (H. Nilsson, 2015) Se kapitel A.1.3 för hur konvektion beräknas.
Evaporation, eller avdunstning, är värmeöverföring då ett ämne övergår från flytande form till gasform. Notera att evaporation inte är samma sak som förångning som sker då ett ämne tillförs energi vid uppvärmning. Evaporation sker även under en vätskas kokpunkt eftersom temperaturen hos vätskan är ett medelvärde av dess molekylers energi. De molekyler med energi som motsvarar förångningsenergin avgår till omgivningen som gas varpå vätskans temperatur sjunker till följd av att även medelvärdet för molekylernas energi sjunker. (H. Nilsson, 2015) Se kapitel A.1.4 för hur evaporation beräknas.
