Fakulteten för teknik och samhälle
Analys av energibesparingspotential för
implementering av IoT-system kopplat med BIM
Analysis of energy saving potentials for implementation of IoT-system
connected with BIM
Examensarbete – Byggingenjör 180 hp
Slutfört termin 6
Ali Ara
Adrian Theander
Handledare:
Simon Siggelsten
i
Förord
Idén om energieffektivisering i byggnader med hjälp av IoT (Internet Of Things) och BIM (Building Information Model/Modeling) fick vi när vi letade efter intressanta ämnen för examensarbetet. Då hamnade vi på Tyréns hemsida och såg att de hade möjligheten att erbjuda studenter för att skriva ett examensarbete inom området BIM och IoT. Dock skulle kravet innebära att närvara på deras kontor i Stockholm vilket inte var möjligt för oss. Detta fick oss att fortsätta arbetet på egen hand, alltså utan extern handledare i Malmö. Men vi måste tillägga att Simon Siggelsten bör ha tacksamhet från oss då han har ställt upp för oss vid behov. Vi vill även tacka samtliga intervjudeltagare för att ha varit mycket hjälpsamma.
Ali Ara
Adrian Theander
Vi kan inte välja ramen för vårt öde,
men vad vi sätter in i den är vårt eget val.
ii
Sammanfattning
Ett pilotprojekt har tidigare genomförts i syfte till att försöka få fram
energibesparingspotentialer för ett koncept där BIM och IoT kombineras vid tillämpning. Projektet genomfördes på Tyréns huvudkontor i Stockholm. Projektets resultat indikerade att det fanns en möjlig energibesparing på upp mot 40 % för varje enskild skrivbordsarbetsplats under den tid skrivbordsarbetsplatsen stod oanvänd. Dock är det viktigt att påpeka att detta var en fallstudie med utvalda förutsättningar, vilket inte ger direkta svar utan blir mer som riktvärden för andra verksamheters energibesparingspotentialer avseende implementering av konceptet.
Syftet med denna studie var att ta reda på vilka energibesparingspotentialer som finns för handelslokaler, kontor och flerbostadshus vid implementering av det nämnda konceptet. Metoden i den här studien innebär en litteraturgenomgång och intervjuer. Detta för att få en uppfattning av olika verksamheters energianvändning. Detsamma gäller för
energibesparingsåtgärder för respektive verksamhetstyp. Detta gjordes för att få fram konkurrerande och alternativa åtgärdsförslag kontra konceptet. Genom en
litteraturgenomgång samlades fallstudier där konceptet tidigare har tillämpats och på så sätt samlades även sparåtgärder och potentiella energibesparingar för konceptet in. Därefter sammanställdes, analyserade och diskuterades resultaten.
För handelslokaler hade åtgärder på belysningen större energibesparingspotential än ventilationsåtgärder. För flerbostadshus skulle en individuell debitering innebära störst energibesparingspotential om åtgärden efterföljs av värmeåtervinningssystem. För kontorsverksamhet uppnåddes störst energibesparingspotential med kontroll och överblick av hur utrymmen fysiskt används (Space Management). BIM- och IoT-konceptet resulterade min- och max-värden för potentiella energibesparingar från olika fallstudier där flerbostadshus fick ett högst max-värde.
iii
Abstract
BIM is a method that provide opportunities to simulate energy usage in buildings by enforcement of appurtenant programs like IDA ICE and RIUSKA. After getting a perception of the buildings energy use it is possible for the users to take measures in order to make more efficiency in the buildings energy usage.
There is a potential in the IoT phenomena aswell that is related to affect buildings energy usage nowadays. By implementing sensors in buildings, it is possible to make buildings smart in a way of communication between the buildings sensors. For example, it is possible for a sensor system to balance the energy usage of a building by collecting data from free heat additions that comes from inhouse activities.
The purpose of this study is about to make a description of the possible energy saving potentials for IoT system linked to BIM. This study also aims to provide a basis for future investments in the management phase focusing on energy savings.
In order to acquire a knowledge of chosen area and approaches as well as research, a literature review has been made. The theory of this study is based on collected material, interviews and literature. The same process is done for the obtained results. Later the results get compiled in order to be analyzed and discussed.
By implementing an intelligent network with sensor nodes linked with BIM, a potential of energy savings should take place. Case studies revealed data of potential energy savings that comprises situations from residential buildings and office buildings. A case study of a generalized and residential apartment, revealed a potential of 50 % in energy savings with an implemented BIM- and IoT-concept. This mentioned potential would be possible by applying an individual billing method.
iv
Begreppslista
Fastighetsautomation: Styrning och övervakning av olika tekniska installationer och system i fastigheter. Detta kan angå fastighetens värme, ventilation, kyla, luftkonditionering, belysning och solskydd men även andra system som hissar, rulltrappor och larm. (Lindgren & Sonnek, 2015)
API: Definitionen av API uppmärksammas när både mjukvara och hårdvara inblandas. Med det menas att API definieras funktionellt som ett styrningsverktyg för hur kommandon, instruktioner eller uppgifter flyttas från en sida till en annan. Ett väldefinierat API tillåter ett hardware layer och software layer att vara i olika enheter. (Jose et. al. 2013)
Molntjänst: En IT-tjänst som innebär en oberoende och internetbaserad källa för att samla data från lokala installationer. (IT-mästaren, 2014)
Ad-hoc: När något är tillämpat för ett individuellt eller tillfälligt ändamål. (Nationalencyklopedin, u.å)
Interoperabilitet: Förklarar om system eller enheter kan utbyta och tolka data. (HIMSS, 2013) Space management: definieras enkelt genom en kontroll och överblick på hur utrymmen fysiskt används i ett företags eller en organisations verksamhet. Detta kan omfatta en våning i en byggnad till flera våningar i flera byggnader. (Micromain, 2017)
Space utilisation: Studier på hur utrymmen för anställda används samt hur ett generellt trafikflöde ser ut inom ett företag. (Bastille, 2017)
Byggnadens tidskonstant: Byggnadens tidskonstant (kallas även för byggnadens värmetröghet) förklarar hur länge byggnadens konstruktion lagrar värme efter konstruktionen värmts upp. (Warfvinge & Dahlblom, 2010, ss. 4:4)
Gateway: apparatur som möjliggör kopplingar mellan olika nätverk genom att tillåta program eller datorer att utväxla tekniska uppgifter. (IT-ord, u.å)
Webbgränssnitt: Den interna kommunikationen mellan användare och mjukvara som är uppkopplade med en nätbaserad server. (PCmag, u.å)
Specifik energianvändning: Definierar hur mycket energi som går åt för en byggnad med avseende på invändig area som värms upp till mer än 10°C. Notera att varken verksamhetsenergi eller hushållsenergi inräknas. (Boverket, 2015)
Real-time: den tid som är faktisk under en process gång eller när händelse uppträder. (Dictionary, u.å)
Sensornod: Sensornoder är små datorer som är utrustade med instrument för att samla in information och har möjligheten att kommunicera med andra sensornoder. (Alriksson, u.å) eQuest: Ett program som används för att analysera en byggnads energianvändning med hjälp av indata som exempelvis byggnadens geometri. (energydesignresources, u.å)
v
IoT Access Point: En central i ett lokalt och trådlöst nätverk som samlar in och utbyter indata
från enheter som är uppkopplade. (Rouse, 2010)
MAC-adress: en förkortning av Media Access Control, alltså adressen motsvarar en igenkännare som tilldelas i nätverk för att enheter ska upptäckas inom nätverket.
(IPlocation, u.å)
HVAC: förkortning av uppvärmning, ventilation och nedkylning på engelska. (Rouse, u.å) CAD: En förkortning av computer-aided design som innebär en mjukvara tillämpad för skapande av material i 2D och 3D. (Siemens, u.å)
vi
Innehållsförteckning
Förord ... i Sammanfattning ... ii Innehållsförteckning ... vi 1 Inledning ... 1 1.1 Bakgrund ... 1 1.2 Problemformulering ... 2 1.3 Syfte och mål ... 31.4 Metod och genomförande ... 3
2 Teori ... 7
2.1 Energianvändning i byggnader ... 7
2.1.1 Energianvändningar som räknats fram med olika undersökningar ... 8
2.1.2 Energianvändning i valda byggnadstyper ... 9
2.2 Effektiviseringsåtgärder och dess potentialer i byggnader ... 11
2.3 När IoT implementeras i byggnader ... 13
2.3.1 Exempel på implementeringskoncept för IoT ... 15
2.4 Ett annat genomfört pilotprojekt med BIM och IoT ... 16
3 Resultat ... 19
3.1 Potentialer för energieffektivisering i byggnader ... 19
3.1.1 Åtgärder för handelslokaler ... 19
3.1.2 Åtgärder för flerbostadshus ... 20
3.1.3 Åtgärder för kontor ... 21
3.1.4 När IoT implementeras finns fler åtgärder ... 23
3.1.5 Fler energieffektiviseringsåtgärder möjliggörs även med BIM ... 27
3.2 Sammanställning av resultat ... 31
4 Analys ... 34
4.1 Vilka energieffektiviseringsåtgärder uppmärksammas för respektive verksamhetstyp och vilka energibesparingspotentialer har de? ... 34
4.2 Hur ser energibesparingspotentialen ut för användning av ett installerat IoT-system kopplat till BIM för verksamheter? ... 35
4.3 För vilken typ av verksamhet har IoT-system kopplat till BIM störst energibesparingspotential? ... 35
5 Diskussion ... 37
6 Slutsats ... 40
Referenser ... 41
1
1 Inledning
1.1 Bakgrund
Det krävs nya synsätt, processer och organisationsformer både i företag och projekt för att kunna effektivisera förvaltningsprocesserna (Lindström, Jongeling & Nilsson 2012, ss. 14). Förändring i de gamla samarbets- och kontraktsformerna behövs för att kunna dra nytta av BIM och dess möjligheter hävdar Lindström, Jongeling & Nilsson (2012, ss. 14). Lindström, Jongeling & Nilsson (2012, ss. 18) hävdar att antalet byggherrar och fastighetsägare som har börjat se nyttoeffekter av BIM i sina verksamheter har ökat. Framförallt är det viktigt att se till att rätt information finns tillgänglig till husets förvaltning och arkivering efter eventuella genomförande av projekt liksom ombyggnad (Lindström, Jongeling & Nilsson 2012, ss. 25). I förvaltningsskedet finns det troligtvis de största fördelarna med digitaliserad och strukturerad information (Lindström, Jongeling & Nilsson 2012, ss. 26). Förvaltning, underhåll, reparation och användarnas krav på byggnaden och dess komplexa tekniska system förändras under användningstiden hävdar Lindström, Jongeling & Nilsson (2012, ss. 26). På grund av att man grundar sina beslut på information man har, är det viktigt att ha bra ordning på informationen (Lindström, Jongeling & Nilsson 2012, ss. 26).
Larsson & Nae (2011) skriver i sin uppsats att de har intervjuat olika förvaltare för att ta reda på förvaltarnas syn på BIM. I slutsatsen framfördes att förvaltarnas kunskap för BIM var väldigt begränsad. Dock hade de en positiv inställning för implementering av BIM. Det noterades även att många av dem tillhörde en äldre generation utan högskoleutbildning som utvecklas internt med företag och på så sätt skulle de inte ha uppmärksammats med en ny teknik. Det framförs även att förvaltare ska ha en användning av indata som ytstorlekar och mängdförteckningar. BIM skulle helt enkelt underlätta för felanmälningar på så sätt att den digitaliserade modellen skulle visualisera en felanmälans plats.
Nyttan av BIM kommer att förverkligas genom att dela information över organisationer, myndigheter, IT-system databaser (Bimalliance, 2017). Detta kräver ett system, en dataframställningsstandard som kan definiera arkitektonisk och konstruktionsrelaterad CAD- data som reella 3D-objekt (Bimalliance, 2017). För att hitta ett svar på systemet kan Industry Foundation Classes (IFC) vara ett exempel som är ett gemensamt dataschema som möjliggör utbyte av datamodeller mellan olika program noterar Bimalliance (2017). En av nycklarna till ett stabilt informationsflöde är att kunna dela datamodeller i ett neutralt format mellan aktörer och programvaror genom hela processen och det är möjligt med hjälp av IFC (Bimalliance, 2017).
IFC förklaras i följande stycke enligt Sveriges Kommuner och Landsting (2017):
IFC är ett filformat som möjliggör att skapa en BIM-modell som till stor del stämmer överens, både geometriskt och informationsmässigt, med originalmodeller som är grunden för IFC-filen. Presentationen av IFC-modellen kan sedan göras i både 2D och 3D, till och med kan det användas för olika kopplingar till förvaltningens system för till exempel utrymmeshantering, inventering och underhåll. Fördelen med att använda en huvudkälla för all fastighetsinformation som är relaterad till förvaltningen är tydlig jämfört med rastermiljö som behöver flera datakällor.
2
Aspekten på IoT baseras på ett nätverk som tillåter alla objekt att anslutas vid alla tider oavsett geografiskt läge. Under de senaste åren har IoT fått enormt mycket uppmärksamhet från den akademiska sektorn men detsamma gäller även industriella organisationer. IoT anses vara en av de huvudsakliga anledningarna till en nyskapande industri enligt Feng, Setoodeh och Haykin (2017).
Halimi1 har nämnt att IoT tillämpas i byggnader idag för att möjliggöra en uppfattning av hur temperaturuppgifter och information om vilka ytor som används till vilken grad. Halimi1 nämnde att med hjälp av en uppfattning av hur lokaler används i en byggnad, ska energibesparing kunna vara möjlig genom att det ska utgöra underlag för justeringar för lokalanvändning avseende vilken verksamhet som ska använda lokalen. IoT-konceptet för detta ska baseras på kommunikation mellan sensorer som skickar indata till en gateway som sedan skickar vidare information till en molntjänst eller applikation noterar Halimi1. Men förutom vad Halimi1har nämnt ska det även vara möjligt att visualisera uppfattningen av vad som händer i
byggnaden genom att koppla ett IoT-system med en digitaliserad 3D modell som utgör ett koncept av både IoT och BIM (Insulander, 2016).
Ett exempel på hur IoT och BIM kan tillämpas som ett koncept är ett pilotprojekt genomfört av Tyréns. Tyréns är ett konsultföretag som har lett forskning länge inom BIM-området och i ett pilotprojekt har Tyréns tagit nästa steg inom detta område som kombinerade BIM med IoT (Insulander, 2016). Med förutsättningen att koppla sensorer till en 3D-modell kan olika objekt lokaliseras och få ordning och reda om var de sensorerna finns i byggnaden skriver Insulander (2016). Utan BIM finns det bara en lista över sensorer som gör det svårt att hålla reda på det indata som finns från sensorerna vilket också gör det svårt att hantera (Insulander, 2016).
1.2 Problemformulering
Ett aktivitetsbaserat kontor med närvarosensorer ger möjligheten att till exempel visa vilka arbetsplatser som är lediga noterar Insulander (2016). Tyréns har genomfört ett pilotprojekt på sitt huvudkontor i Stockholm i samarbete med Yanzi networks som är en svensk sensortillverkare och Intel som producerar chipsen för sensorerna (Insulander 2016). I detta projekt satte medarbetarna upp tusen sensorer av tre olika typer i fastigheten där indata skulle innebära temperaturer, fukthalt, energianvändning, närvaro och även koldioxidhalter.
De satte rörelsesensorer i alla konferensrum och några arbetsplatser (Insulander, 2016). Dessa sensorer möjliggjorde att utläsa exempelvis hur ofta rummen användes, hur många som var där och var personer använde sina skrivbord. Med hjälp av detta kunde man få en bild över hur de olika utrymmena används och om de inte utnyttjades på ett effektivt sätt kunde det åtgärdas enligt Insulander (2016). För att mäta energianvändningen sattes sensorer på vägguttagen och för de olika rummen användes temperatursensorer (Insulander, 2016).
Enligt Bjälnes2 avslöjade konceptet av BIM och IoT från Tyréns pilotprojekt bland annat att ett
närvaroresultat för en dag bekräftades för utvalda skrivbord. Detta skulle innebära en onödig användning på 40 % av den totala energikonsumtionen för enskilt skrivbord när användaren inte var närvarande. Bjälnes2 menade även på att med konceptet tillämpat i pilotprojektet skulle det även vara möjligt att avslöja verksamhetsmönstret som pågår i vald byggnad. Detta skulle bland annat kunna innebära logistikrörelser, antalet felanmälningar när samtidigt en tidsaxel kan tillämpas i 3D-modellen.
Genom ett pilotprojekt med IoT och BIM-konceptet vet vi att det finns onödiga energianvändningar som Bjälnes2 har nämnt utifrån Tyréns pilotprojekt men att detta gällde endast för deras huvudkontor. Men det nämns inte något om vilka energibesparingspotentialer som finns för konceptet. Troligtvis har även andra pilotprojekt eller fallstudier genomförts som resulterat energibesparingspotentialer. Frågan är hur de ser ut och om det gäller för samma verksamhetstyp?
1.3 Syfte och mål
Syftet med denna studie är att ta reda på energibesparingspotentialer vid användning av den totala energin en byggnad har med hjälp av IoT-system kopplade med BIM för verksamhetstyperna handelslokaler, kontor och flerbostadshus. Därmed motsvarar målet med studien att skapa underlag för framtida intressenter av konceptet i förvaltningsskedet med inriktning på energibesparing.
För att uppnå syfte och mål för den här studien ska följande frågeställningar besvaras: Vilka energieffektiviseringsåtgärder uppmärksammas för respektive verksamhetstyp och
vilka energibesparingspotentialer har de?
Hur ser energibesparingspotentialer ut vid användning av ett installerat IoT-system kopplat till BIM för verksamheter?
För vilken typ av verksamhet har IoT-system kopplat till BIM störst energibesparingspotential?
1.4 Metod och genomförande
För att ta reda på konceptets förutsättningar har en litteraturgenomgång och intervjuer gjorts. Litteraturgenomgången och intervjuerna handlade om att först få en uppfattning av olika verksamheters energianvändning. Därefter omfattades litteraturgenomgången av olika energibesparingsåtgärder avseende verksamhetstyp. Detta för att få fram de konkurrerande och alternativa åtgärdsförslagen. Sedan gjordes en insamling av fältstudier för IoT- och BIM-aspekten för att sammanställa energibesparingspotentialer. Slutligen analyserades samtliga resultat på valda frågeställningar. Detta för att upplysa om konceptets energibesparingspotentialer och diskutera dess fram och motgångar.
4
Intervjuer med utvalda aktörer gjordes i semistrukturerad form. Informanterna valdes för att ämnet var deras ingick i deras kompetensområde och aktörerna hade deltagit i pilotprojekt med fokus på konceptet. I denna typ av intervju valde man att ändra ordningen på frågorna beroende på hur konversationen såg ut och det kan ha resulterat att man skulle ställa ytterligare frågor på grund av att respondenten kunde ta upp svar man inte har förberett frågor till, konstaterar Oates (2006, sid. 188-194).
Enligt Oates (2006, sid. 188-194) har respondenten möjligheten att svara detaljerat på frågor som ställs och även berätta om relevanta områden gällande intervjuämnet. Oates (2006, sid. 188-194) nämner att i och med att människors minne är otillförlitligt rekommenderas att spela in eller skriva ned allt som sägs under intervjun. Oates (2006, sid. 188-194) skriver även att de flesta forskare spelar in med anteckningar vid intervjutillfället som stöd.
Transkribering av en intervju har gjorts efter varje intervju. Detta för att underlätta analys och forskning av informationen som respondenten har angivit noterar Oates (2006, sid. 188-194). Oates (2006, sid. 188-194) hävdar att det är viktigt att transkribera allt som den intervjuade personen säger under intervjun, för att kunna citera senare vid behov.
Tyréns, Ecopilot och Intel var de företag som deltog i Tyréns pilotprojekt. Dessa aktörer beskrivs kortfattat senare i studien. Tyréns har haft ett pilotprojekt som beskrivs under resultat. Detta gjorde att vi valde intervjua en delaktig konsult för projektet för att få insikt i området, nämligen IoT och BIM-konceptet. Intervjun med Ecopilot genomfördes med syfte att skapa en kännedom om fastighetsautomation och det inkluderar IoT. Intervjun med Intel resulterade en beskrivning av samspelet mellan olika sensorer och deras funktioner.
För inhämtning av underlag för teori och resultat har sökmotorer Google Scholar och Malmö Högskolas biblioteksdatabas använts. Information om IoT-system och BIM hämtades från intervjuer, studielitteratur, vetenskapliga artiklar, forskningsrapporter och elektroniska källor. Vid sökning av källor användes nyckelord inom ämnet som IoT och BIM men även energianvändning-, energieffektivisering- och energibesparingspotential i byggnader.
Resultaten för energianvändning i flerbostadshus och potentialen i Space Management (SM)-åtgärder presenteras genom att tillämpa information som inhämtas. Exempelvis kan informationen innebära ett mått som kWh/m2men att det omvandlas till en procentsats om möjligt. Detta för att får en bättre uppfattning i samband med jämförelser. Omvandlingen sker när resultaten har sammanställts.
För sammanställning av insamlat resultat kommer flerbostadshusens generella energianvändning att brytas ned som i figur 1. I rapporten Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien (2012) förklaras att den totala energianvändningen som uppstår i flerbostadshus används till tappvarmvatten, komfortvärme, hushållsel och fastighetsel.
Figur 1: Uppdelning av ändamålsaspekter vid sammanställning av resultat för flerbostadshus. Förutsättningar för ändamålsaspekter gällande kontorets generella energianvändning delas upp enligt figur 2. Idén för uppdelning hämtades från STIL 2 undersökningen som energimyndigheten genomfört. Figuren nedan ska representera sammanställning av resultat för handelslokaler, då kategoriseras båda byggnadstyper under ordet lokalbyggnad.
Figur 2. Uppdelning av ändamålsaspekter vid sammanställning av resultat för handelslokaler och kontor.
Notera att vi har förutsatt att fjärrvärme är den enda energikällan för uppvärmning, då STIL 2 har avslöjat att det ska generellt vara en dominerande uppvärmningstyp för samtliga handels lokalbyggnader. Att fjärrvärme är dominant för uppvärmning innebär att 90 % av alla alternativa energikällor används i byggnader för tappvarmvatten och komfortvärme.
Hur åtgärdspotentialer delas upp för respektive byggnadstyp kommer att bero på vilken indata som finns tillgänglig. Detta kan innebära variationer mellan verksamheters indata och hur det blir förklaras under sammanställning av resultat.
För tillvägagångssätt för åtgärder inom BIM- och IoT-aspekten finns det en
sammanställning av resultatet för åtgärdspotentialer inom BIM och IoT. Detta medför en uppdelning av tre kategorier nämligen, BIM, IoT och BIM- och IoT kombinerat, se figur 3.
6
2 Teori
2.1 Energianvändning i byggnader
Hur en byggnads energianvändning ser ut definieras i följande stycken utifrån vad Petersson (2013, s.134-136 och s.295) har noterat:
En byggnads totala energianvändning motsvarar den energi som levereras till byggnaden för att täcka de behov som byggnaden har för att kunna tas i bruk. Det menas med att uppvärmning, komfortkyla, tappvarmvatten och fastighetsenergin beaktas. Observera här att man skiljer byggnadens energibehov från verksamheten som i byggnaden ingår antingen under hushållsel eller verksamhetsel. Verksamhetselen innebär den el som används i lokaler i syfte till att verksamheten ska kunna vara igång. Detta kan innebära elanvändning för datorer och kopiatorer etc. (Boverket, 2017). Hushållselen är den el som är avsedd för belysning, hushållsmaskiner och hemapparater enligt Energimyndigheten (2014a). Vad gäller fastighetsenergi är den fastighetsel som är avsedd för byggnadens fasta installationer. Detta kan innebära ventilation, hissar, rulltrappor och belysning avsedd för allmänheten. (SVEBY, 2009)
Vad som motsvarar byggnadens energibehov gällande värme handlar om transmissionsförluster där värmeförluster går genom byggnadens klimatskal. Andra värmeförluster kan uppkomma i en byggnad i form av ventilationsförluster. Hur detta tillkommer innebär att ventilation medför värmeförluster på så sätt att inneluften ventileras ut ur byggnaden för att ny ouppvärmd luft ska in. Även så kallade infiltrationsförluster beaktas vid byggnadens energibehov och då ska förlusterna motsvara det luftläckage som finns i byggnadens klimatskal. Men glöm inte bort distributions- och reglerförluster samt tappvarmvatten som kräver energi för uppvärmning. Dock kan värmetillskott förekomma i byggnaden som kan minska byggnadens värmebehov som även kallas för gratisenergi.
Gratisenergi som förekommer i en byggnad varierar beroende på vilken verksamhetsklass som är aktuell. Det kan innebära personvärme som kan tillföra 1,5W/m2Atempi bostäder medan i
skolor kan det uppgå till 12 W/m2Atemp, se tabell 1.
Tabell 1: Exempel på överslagsvärde för internt värmetillskott (Warfvinge & Dahlblom 2010, s.4:16).
Verksamhet Personvärme (W/m2Atemp) Belysning (W/m2Atemp) Elapparater (W/m2Atemp) Bostäder 1,5 4 3 Förskola 6 8 2 Kontor 4 8 10 Skolor 12 10 6
8
2.1.1
Energianvändningar som räknats fram med olika undersökningar
Stegvis STIL
ÅF (se bilaga 4 för företagsinformation och detta gäller samtliga företag) fick i uppdrag av statens energimyndighet att genomföra en undersökning vid namnet Stegvis STIL. Syftet med uppdraget var att förbättra Sveriges energistatistik inom lokalsektorn och det skulle göras med hjälp av energiinventeringar.
I den här undersökningen genomfördes energiinventeringar av 127 byggnader. Dock har 123 av dem kvalitetssäkrats med resultat. Notera att i den här studien kunde variationen mellan antalet byggnader för olika län vara stor. Att 65 byggnader besiktigades i Stockholm medan i Jämtlands län besiktigades endast 1 byggnad. Även byggåren varierade bland de inventerade byggnaderna, en fördelning för byggår gjordes för SCB (Statistiska Centralbyrån) med andel av area och Stegvis STIL med andel av antal som beaktas i den här undersökningen. För SCB skulle byggåren variera mellan byggår tidigare än 1940-talet med en omfattning på 21 % till nyare byggnader som var byggda 1994 eller senare med en omfattning på 10 %. För Stegvis STIL skulle det variera mellan 1940 eller tidigare byggår med en omfattning på 35 % och nyare byggnader 1991 eller senare byggda med en omfattning på 14 %. Dock är det viktigt att notera att även byggnader utöver nämnda byggår förekommer med en andel.
Stegvis STIL hade olika kriterier som samtliga byggnader skulle uppfylla för att kunna vara med i undersökningen. Detta skulle innebära krav på storlek på byggnaden som skulle omfatta en areal mellan 200 m2 och 30 000 m2. De nämnde även specifikt att verksamheten bör
innefatta en uthyrd kontorsarea på minst 80 % av byggnadens totala area men att det kunde förekomma medräknade fall där kontorsarea endast innebar 50 % av byggnadens area. De medräknade byggnaderna skulle inte heller ha någon vidare leverans av energi till andra byggnader för att kunna räknas med. Notera att byggnadernas installationer och hyresgäster men även hyresgästernas elanvändning beaktas med mediestatistik med ett års perspektiv i Stegvis STIL. En annan förutsättning för undersökningen innebar att fastighetsägare, fastighetsförvaltare, fastighetsskötare och hyresgäster skulle ange medgivande av fullmakt för att framtagningen av statistik för deras energianvändning skulle kunna genomföras. (Energimyndigheten, 2007)
STIL 2
ÅF-Consult AB, WSP Environmental, SCB och Profu AB fick i uppdrag av statens energimyndighet att genomföra STIL 2. Undersökningen genomfördes med syfte till att ta reda på lokalbyggnaders energianvändning som kategoriseras efter lokalbyggnadstyper som exempelvis kontor år 2005 eller handelslokaler år 2009. Studiernas resultat innebär indelning av vart energin går åt för respektive lokalbyggnadstyp som bland annat uppvärmning, ventilation och belysning. Energiinventering genomfördes i 94 byggnader där variationen mellan byggnadsarealer innebar från 248 till 51 100 m2som gav ett medelvärde på cirka 10 000 m2. Undersökningen för handelslokaler skulle innebära handelslokaler med kategorisering av följande; livsmedelshandel, gallerior och övrig handel.
Inom undersökningen skulle en galleria definieras som en byggnad som innehåller ett flertal butiker med en eller flera gemensamma hallar medan en livsmedelshandel skulle innebära affärer med alla typer av livsmedelsförsäljning. För kategorin Övrig handel skulle det innebära
affärer som utesluter livsmedel med exempelvis elektronik, kläder och möbler. Notera att om det skulle finnas en byggnad som skulle innehålla en använd areal avsedd för livsmedelsförsäljning på minst 50 %, skulle fallet klassificeras som livsmedelshandel och detsamma skulle gälla för övrig handel.
Undersökningen resulterade inventerade byggnader med en fördelning på byggår där de flesta byggnader med omfattning på cirka 26-27 stycken, skulle ha ett byggår på 70-talet. Notera att detta inte har uteslutit byggnader som är äldre än 60-talet som även inventerades med en omfattning på cirka 13-14 st. Detsamma gäller nyare byggnader som är byggda senare än år 2000 med en omfattning på cirka 16-17 st. (Energimyndigheten, 2010)
Elforsk 08:32
Vattenfall Research and Development AB och Sveriges Tekniska Forskningsinstitut fick i uppdrag av Elforsk att genomföra projektet Elforsk 08:32. Projektets syfte handlar om att beskriva systematiskt hur el- och värmeenergin används i flerbostadshus och lokalbyggnader för angivet år men även hur användningen kommer att förändras i framtiden. Uppfattningen kring hur energianvändningen ser ut skulle metodmässigt innebära en litteraturundersökning av befintliga källor med statistik och rapporter. (Bröms & Wahlström, 2008)
2.1.2
Energianvändning i valda byggnadstyper
Handelslokaler
År 2009 undersöktes energianvändningen av svenska handelslokaler enligt STIL 2. Det visade att handelslokaler genomsnittligt skulle ha en specifik energianvändning på 256 kWh/m2,år. Utav den specifika energianvändningen skulle elen motsvara en majoritet på en mängd som är minst dubbelt så stor än använd fjärrvärme. Enligt energimyndighetens undersökning av handelslokaler (STIL 2) skulle fastighetselen innebära 25 % medan 75 % av total elanvändning skulle vara avsedd för verksamhetsel. I STIL 2 åskådliggjordes energianvändningen i handelslokaler med att el skulle ha en specifik energianvändning i köpcentrum på 149,1 kWh/m2,år medan fjärrvärme skulle motsvara 86 kWh/m2,år. För en specifik energianvändning inom övriga handelslokaler skulle föregående indata motsvara 114,6 kWh/m2,år respektive 66,5 kWh/m2,år enligt STIL 2. Notera att med köpcentrumsaspekten uteslöts specifik energianvändning för livsmedelshandel, dock kunde livsmedelshandeln medräknas till den övriga handeln men på en begränsad basis.
Hänvisar man till STIL 2 kan ett tydligt ändamålsperspektiv avslöjas med elanvändningen för övrig handel och köpcentrum. STIL 2 undersökningen menar på att övriga handelslokaler ska skiljas från elanvändningen för köpcentrum där bland annat elanvändningen för belysning är högre i köpcentrum än i övriga handelslokaler. Det noterades tidigare att elanvändningen är generellt större i köpcentrum än övriga handelslokaler. Dock avviker detta för elanvändningen som är avsedd för värme och värmepumpar.
Själva energianvändningen för uppvärmning av handelslokaler har halverats enligt STIL 2 när elanvändningen samtidigt har varit oförändrad sedan 1990 till år 2009. Dock noteras det att inom livsmedelshandeln har elanvändningen till och med ökat med 20 % medan den har minskat inom övrig handel och gallerior med 6 %.
10
Inom livsmedelshandeln har kylbehovet ökat i jämförelse med hur det var för 10-20 år sedan enligt Rydqvist (2010a). Detta skulle innebära faktorer som ökad mängd färdigmat och ökade kriterier på sortimentet. Rydqvist (2010a) menar på att livsmedelshandelns elförbrukning avsedd för förvaring av frys- och kylvaror skulle uppnå 40-50 % av total elanvändning.
Belysningen i handelslokaler är en annan viktig aspekt i elanvändningen. Enligt Snygg (2010) ska den specifika elbelysningen vara tre gånger av större behov i användning i handelslokaler i jämförelse med kontor. Orsaken till detta baseras på krav på ljussättning. Ljussättningen skulle innebära stor betydelse för försäljningsprocessen i handelslokaler som för exempelvis klädaffärer. Vad gäller en annan viktig parameter gällande belysningens elanvändning för handelslokaler är dess drifttid hävdar Snygg (2010).
Även om handelslokaler skulle ha en hög användning av el med avseende på belysning i jämförelse med andra lokalbyggnader, skulle handelslokaler ligga i framkant vad gäller energieffektiva ljuskällor enligt Energimyndigheten (u.å). Med ventilationsaspekten skulle Sveriges handelslokaler ha FTX-system som den mest förekommande ventilationstypen. Detta skulle innebära att de flesta handelslokaler är utrustade med värmeåtervinning som sker med hjälp av värmeväxlaren i FTX-systemet enligt Energimyndigheten (u.å).
Flerbostadshus
Bostäder har inte direkt samma problem som lokalbyggnader gällande värmeöverskott för förhållanden inomhus med svenskt klimat. Enligt Abel E. & Elmroth A. (2006, sid. 91-92) behövs därför inte i normala fall system med bortförande funktion av värmeöverskott utan endast system med värmetillförsel. Dock gäller detta endast om man bortser från nya moderna hus med extra stora glasytor som leder till större värmetillskott genom solinstrålning.
I projektet Elforsk 08:32 avslöjas att bostadsrättsföreningar använder betydligt mindre uppvärmningsenergi per ytenhet än vad privata, allmännyttiga eller offentliga ägare gör. I projektet noteras även att det användes cirka 28 TWh energi för uppvärmning av flerbostadshus år 2005. Fjärrvärme skulle vara dominerande uppvärmningssättet. Enligt Elforsk 08:32 skulle Sveriges befolkning ha en total boarea i flerbostadshus på cirka 180 miljoner under 2005. Den totala elanvändningen i samtliga kvadratmeter för flerbostadshus i Sverige motsvarade 11 100 GWh under 2005. Alltså gick cirka 40 % av den totala energin åt elanvändning och 60 % åt uppvärmning år 2005 om övrig energi försummas. Av den totala elanvändningen uppskattades fastighetsel och hushållsel till cirka 36 % respektive 64 %. Enligt Elforsk 08:32 var den genomsnittliga användningen av fastighetsel i flerbostadshus cirka 35 % och det användes cirka 65 % för hushållsel under år 2006.
Enligt Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien (2012) var den totala energin avsedd för uppvärmning 28 TWh i flerbostadshus år 2010. Angående uppvärmning och varmvatten har det även noterats i Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien (2012) att nämnda ändamål ska innebära 93 % av flerbostadshus totala energianvändning som var aktuellt år 2010. Under samma år användes 4 % och 3 % av den totala energin för fastighetsel respektive hushållsel. Energianvändningen för uppvärmning och varmvatten i flerbostadshus var 26,39 TWh under 2013. Liksom år 2005 var fjärrvärme det dominerande uppvärmningssättet under 2013. (Energimyndigheten, 2014b)
Kontor
Information i följande stycke är hämtad från Levin & Blomsterberg (2010):
Andelen för upptagna platser i en kontorsbyggnad kan variera mycket och det kan bero på verksamhet och uthyrningsgrad. Dessutom användning av utrustning i ett kontor kan variera i hög grad. För att kunna se hur olika verksamheter i nya kontor fungerar finns behovet av beteendestudier. Detta för att framställa energianvändningsprofiler för gällande verksamhet. Det behövs även för bedömning av vilka säkerhetsmarginaler eller omräkningsfaktorer som ska appliceras på indata. Indatastrukturen för brukarinverkan i kontorshus har tre viktiga indata som förutsättningar, vilka är; kontorbyggnadens golvareal, antalet kontorsplatser eller golvareal per person och de genomsnittliga andel upptagna kontorsplatser. Men det finns även andra verksamheter såsom affärslokaler, matsalar och restauranger etcetera i många kontorsbyggnader. Sådana verksamheter kan vara betydelsefulla för energianvändningen och kan kräva en uppskattning av brukarrelaterad indata vid energiberäkningar.
För energianvändning i kontor skulle den genomsnittliga elanvändningen stå för cirka 53 % av den totala energianvändningen varav verksamhetsel skulle innebära cirka 28 % och fastighetsel cirka 25 % om övrig el skulle försummas, noterades i Stegvis STIL undersökningen.
Enligt Energianalys (2016) är användning av varmvatten liten i kontorsbyggnader och liknande verksamheter. Dusch, bad eller diskning är sådana aktiviteter som förekommer i flerbostadshus men i kontor är dessa aktiviteter färre, det vill säga att duschning kan förekomma i samband med anställda som cyklar till jobbet eller i samband med motionspass (Energianalys, 2016). Användning av varmvatten i förhållande till kallvatten i kontorsbyggnader kan antas vara betydligt mindre jämfört med till exempel bostadshus noterar Energianalys (2016).
Det finns stora potentialer att spara på elanvändningen i kontorslokaler (Rydqvist, 2010b). Stora områden som belysning och datautrustning är betydande för energibesparing eftersom de använder cirka 40 % av kontorets elkonsumtion hävdar Rydqvist (2010b). Enligt Rydqvist (2010b) har behovet av el ökat kraftigt under de senaste årtionden, för att mängden elkrävande utrustning har ökat. Krav på komfort som till exempel luftkonditionering är en annan anledning till varför elkonsumtionen har ökat (Rydqvist, 2010b).
2.2 Effektiviseringsåtgärder och dess potentialer i byggnader
Energianvändningen i bostäder och lokaler påverkas av många olika aktörer som kan påverka direkt eller indirekt och dessa aktörer finns på hushållsnivå, fastighetsnivå och central nivå (Regeringskansliet, 2015). Regeringskansliet konstaterar att olika aktörer har olika kunskaper, möjligheter och drivkrafter att påverka och bidra till en effektivare energianvändning. För att kunna åstadkomma detta behövs det att alla inblandade aktörer använda styrmedel och verktyg på rätt sätt (Regeringskansliet, 2015).
Enligt Regeringen (2008) ska energieffektivisering motsvara en minskad användning av energi som kan uppnås på tre olika sätt nämligen minskad prestation, effektiviserad tillförsel eller
12
effektiviserad energianvändning. Ett exempel på en minskad prestation är att sänka inomhustemperaturen. Dock är det sällan hållbart enligt Regeringen (2008) eftersom givet exempel brukar leda till att energianvändarna tröttnar på ett kallare inomhusklimat vilket kommer leda till att de successivt kommer återuppta ursprunglig temperatur.
I Jagemar och Pettersson (2009) redovisas energibesparingspotentialen i bebyggelsen till år 2020. Förutsättningen för uppskattningen innebär 100 procents acceptans, det vill säga om alla lönsamma åtgärder blir genomförda, besparingspotentialer avslöjas i kommande stycke enligt Jagemar och Pettersson (2009):
Det har nämnts att besparingspotentialen för värmeåtgärder och elutrustning inom fjärrvärme/ bränslen skulle ökats från 2016 till 2020 med ca 21 % för flerbostadshus. Det nämndes även att flerbostadshus avseende fastighetsel och hushållsel skulle åtgärder ha en ökad besparingspotential på ca 33 % med samma jämförelseår. Vad gäller lokalbyggnader skulle besparingspotentialer avseende värmeåtgärder och elutrustning inom fjärrvärme/ bränslen ha en ökning på ca 18 % mellan 2016 och 2020. Motsvarande ökning skulle mellan 2016 och 2020 omfatta ca 33 % avseende fastighetsel/verksamhetsel för lokalbyggnader.
I Jagemar och Pettersson (2009) har Chalmers Energicentrum konstaterat att den realistiska effektiviseringspotentialen i bebyggelsen är avsevärt mindre än den tekniskt-ekonomiska potentialen. I Jagemar och Pettersson (2009) redovisas en mer realistisk potential för energieffektivisering, med ungefär 15 procents acceptans, det vill säga om 15 % av alla lönsamma åtgärder blir genomförda, för hela bebyggelsen där efterföljande stycke förklarar olika indata:
En ökning av effektiviseringspotential på 17 % avseende fjärrvärme/bränslen skulle förekomma för flerbostadshus med jämförelseår 2016 och 2020. En ökning skulle detsamma gälla för effektiviseringspotentialer inom hushållsel och fastighetsel i flerbostadshus med samma jämförelseår men att storleksordningen skulle innebära en större potential på 33 %. Dock skulle samma potentialer inte gälla för lokalbyggnader. För lokalbyggnader avseende fjärrvärme/bränslen med samma jämförelseår som tidigare nämnt, skulle en ökning av effektiviseringspotential innebära 27 %. Utöver fjärrvärme och bränslen skulle lokalbyggnader även ha en ökad potential inom verksamhetsel och fastighetsel, dock skulle detta innebära en lika stor ökad potential som för flerbostadshus, alltså med 33 %.
Dock finns det viktiga aspekter att tänka på vid energieffektiviseringsåtgärder enligt Abel och Elmroth (2006, ss. 199) i följande stycke:
Inneklimatet ska inte behöva påverkas i den utsträckningen att det skulle skapa något oacceptabelt tillstånd, det är alltså exempelvis viktigt att termisk komfort och luftkvalitet ska bibehållas. Energieffektivisering ska heller inte orsaka någon påverkan på verksamheten i huset. Man ska ta hänsyn till att verksamheten i huset ska bibehålla en god ljudmiljö, behagliga luftomväxlingar och inga elektriska fält ska stå till besvär. Åtgärder ska heller inte påverka huset ur ett långsiktigt perspektiv gällande byggnadens funktion. Exempelvis ska byggnadens konstruktion eller tekniska installationer inte behöva förlora tid i dess livslängd på grund av en åtgärd.
2.3 När IoT implementeras i byggnader
Enligt Mainetti, Patrono och Vilei (2011) finns det många sätt att beskriva IoT. Det definieras att IoT skulle motsvara ett globalt nätverk av unika kopplingsmöjliga och sammankopplade objekt som baseras på standardiserade kommunikationsprotokoll. Men Myrehed (2017) menar på att det finns ett annat sätt att beskriva IoT och det är att det är ett samlingsbegrepp för samtliga objekt som är uppkopplade med sensorer och datorer. Med hjälp av uppkopplingen ska ett objekt kunna kommunicera med dess omgivning. När objektet är uppkopplade och kan kommunicera menar Myrehed (2017) på att det ska möjliggöra ett anpassbart beteende efter aktuell situation. Utefter föregående mening ska IoT-objekt utgöra ett underlag för smarta, attraktiva och hjälpsamma miljöer, varor och tjänster. (Myrehed, 2017)
I Tongay (2016) nämns en viktig faktor som karaktäriserar IoT och det är att kommunikationsprocessen görs per automatik. Enheterna kommunicerar med varandra genom en kommunikationskanal och nätverk där varje enhet identifieras med hjälp av dess unika IP-adress hävdar Tongay (2016). Sensornätverkets operation och funktionalitet samarbetar med användningen av indata som vanligen lagras i servrar (Tongay, 2016). I detta fall indata från sensorer omfattar information som erhålls från sensornoder och överförs genom det trådlösa sensornätverket. De här enheterna använder information, tjänster och struktur som är lagrad i en molntjänst (Tongay, 2016).
Idag finns det enligt Carlberg3 intelligenta IoT-produkter i marknaden som erbjuder energimätning med funktioner, i syfte till att balansera en byggnads effekttoppar vid energianvändning. Carlberg3menar på att balanseringen av en byggnads effekttoppar motsvarar en beaktning av gratisenergi som finns i byggnaden. Detta kan exempelvis innebära en kall morgon med duschen igång, tillförs värmetillskott från duschen som kan nyttjas, då värmesystemet känner av med sensorer och regleras i användning och sedan återställs för att bibehålla eftersträvad inomhustemperatur istället för överskott på värme.
Enligt Alur et. al. (2015) har IoT-tekniken gjort det möjligt för fastighetsägare att utrusta sina fastigheter med utrustningar som bland annat fjärrstyrda dörrlås och alarm. På så sätt har det även blivit möjligt för fastighetsägare att inte behöva oroa sig för fastighetens välbefinnande och det varnas när ett problem inträffar. Fastighetsägare kan också använda sig av IoT-tekniken för att styra och reglera energi- och vattenanvändningen i fastigheten (Alur et. al., 2015). Enligt Halimi4 strävar man inom IoT-tekniken efter att bygga ett nätverk för att kunna läsa data från sensorerna som exempelvis handlar om temperatur, rörelse och klimat. Halimi4 menar på att om temperaturen i ett rum är 28 grader, ska den informationen finnas tillgänglig via ett öppet API-system då kylningssystem kan använda nödvändig information som hämtas från sensorer och justera temperaturen.
När IoT tillämpas i byggnader uppmärksammas ett begrepp vid namnet Smart Buildings. Enligt Zafari, Papapanagiotou och Christidis (2015) var grundtanken bakom Smart Buildings uppbyggnad att sträva efter den högsta möjliga effektivitet och bekvämlighet. Exempelvis ska
3 Sebastian Carlberg. Produktchef från Ecopilot.
14
fuktigheten, belysningen och temperaturen anpassas efter hyresgästens närvaro på så sätt att hyresgästens krav på bekvämlighet uppnås med hjälp av datoriserade tillämpningar. Zafari, Papapanagiotou och Christidis (2015) menar på att sammankopplingen av automatiserade system kan underlätta för en så kallad “Disaster Management’’ och tillhandahålla energitjänster. Ett exempel på bidrag för Disaster Management skulle innebära brandsituation då ventilationssystemet anpassas per automatik genom att stänga av fläktarna för undvikande av eld- och rökspridning med hjälp av brandsensorer (Zafari, Papapanagiotou & Christidis, 2015).
Genom att Smart Buildings utnyttjar internet, möjliggörs en sammankoppling av olika delsystem enligt Zafari, Papapanagiotou och Christidis (2015). Sammankopplingen ska kunna bidra till att byggnaden optimeras i prestanda med hjälp av utbyte av information mellan delsystemen som sedan kan agera till hyresgästens situation men även andra Smart Buildings i närheten (Zafari, Papapanagiotou & Christidis, 2015).
I Zafari, Papapanagiotou och Christidis (2015) har det även nämnts att en Smart Building har till en viss nivå ett oberoende av energi. Detta för att byggnaden kan ha en egen energiproduktion genom förnybar energi med energieffektiva installationer. Detta skulle innebära bland annat fönster som består av solceller som kan ackumulera energi när byggnaden samtidigt är uppkopplad med ett smart elnät där överskottsenergi kan tillhandahållas och utnyttjas.
Ghayvat, Mukhopadhyay, Gui och Suryadevara (2015) noterar att IoT har tillämpats för hem sedan år 2000 som då introducerade begreppet Smart Home. Detta innebär att man ansluter elektroniska hushållsenheter med sensorer och manövreringsorgan samt globala webbtjänster. Motivationen med Smart Home är att sträva efter en underlättad vardag i hemmet med ökad komfort, effektivitet för användning av elektricitet och förbättrad säkerhet (Ghayvat et. al., 2013).
Med förutsättningen att energianvändningen i byggnader kommer att öka i framtiden bör antalet intressenter för energieffektivisering med hjälp av IoT att öka enligt Veckans Affärer (2017). Fastighetsautomation kan bidra med upp till 30 % i energibesparingar (Veckans Affärer, 2017). Detta för att IoT skapar möjligheten för en självtänkande fastighet med produkter som kan automatiskt och konstant kommunicera med andra delar av systemet, där informationen analyseras och därefter medför en åtgärd noterar Veckans Affärer (2017).
IoT anses ha, i kombination med energikonsumtionsmätare, potentialen till att framhäva smarta byggnader med avseende på energianvändning enligt Stojkoska och Trivodaliev (2017). Aamidor (2017) skriver att det finns resultat för IoT, att en anslutning till ett nätverk kan generera 20 procents reducering av energianvändning och öka produktiviteten med 20 % i byggnader.
Efterfrågan på IoT koncept har forskningsmässigt ökat, speciellt inom bostadsperspektivet enligt Stojkoska och Trivodaliev (2017). Stojkoska och Trivodaliev (2017) menar även på att efterfrågan på termerna IoT och Smart Home har ökat sedan 2004 fram till 2015 enligt figur 4 som motsvarar gjorda googlesökningar med dessa termer som sökord. I figur 4 visas även statistiken för Smart Grid. ABB (2018) förklarar att Smart Grid är ett utvecklat elnätverk som hanterar elbehov på ett hållbart, tillförlitligt och ekonomiskt sätt, baserat på en avancerad infrastruktur och inställd för att underlätta integrationen av alla inblandade el-användare.
Figur 4: Statistik med googlesökningar för Smart Grid, Smart Home och Internet of Things (Stojkoska & Trivodaliev 2017).
2.3.1
Exempel på implementeringskoncept för IoT
Yanzi är ett företag som erbjuder sensorer, gateways och ett molnserversystem förpackat i en mjukvara lik som en lösning till smarta byggnader och smarta kontorsapplikationer (Yanzi, u.å). I Yanzi (2016) nämns att med hjälp av deras Yanzi IoT Edge Gateways kan kommunikation uppstå mellan en Smart Building och ett datormoln som kan försäkra ändringar som sker per automatik, antingen utan eller med internetuppkoppling. Det här kan resultera lokal upplagring som är väsentlig av sensorers indata (Yanzi, 2016). De gateways som finns levererar en IP-adress för anslutningar genom olika nätverkstyper skriver Yanzi (2016). Gateways kan sedan anslutas med IoT Access Points som samlar in sensorers IP-baserade indata, se figur 5.
Figur 5: IoT-koncept med inblandade produkter från Yanzi (Intel 2015).
I Intel (2015) har det noterats att det finns sensorer i deras urval som kan bidra till en energieffektivisering genom fjärrstyrning för på- och avslagning för systemet. Tanken bakom det är att tillämpa kombinationen av rörelsesensorer, strömuttag och strömkontakt. Sensorernas bidrag till energieffektiviseringen innebär att apparater eller andra energiförbrukande enheter
16
inte ska vara igång när de inte används enligt Intel (2015). Med rörelsesensorer, strömuttag och strömkontakt ska även en optimering av space utilisation kunna genomföras (Intel, 2015).
2.4 Ett annat genomfört pilotprojekt med BIM och IoT
Notera att hela beskrivningen av pilotprojektet kommer från König (2016).
Denna undersökning genomfördes av Microsoft i samarbete med Yanzi networks, Coor och Intel. Syftet med undersökningen var att uppnå tre mål år 2016. Första målet var att implementera en IoT-lösning för fastighetsförvaltning på ett Microsoftkontor i Sverige. Andra målet var att lära sig av denna undersökning och framställa en allmän mall för att tillämpa denna lösning för andra fall och platser. Tredje målet var att skapa en simulerad miljö för att testa denna lösning innan installation av någon av Yanzis sensorer sker.
Yanzi Networks har utvecklat en mjukvara och plattform för IoT som inkluderar sensorers och nätverks infrastruktur. Flera av Yanzis produkter såsom primära gateways och molnservrar körs med hjälp av Intels hårdvara-plattform vilket gör Yanzi en del av Intels IoT-nätverk.
I Microsofts byggnad installerade Yanzi 140 sensorer för att samla in data om kontorets olika delars temperaturer, rörelser, CO2-halter och fuktigheter. Installationen tog nästan tre minuter per sensor.
Rörelsesensorerna användes för att registrera när en area liksom konferensrum eller toalett var upptagen. Real-time visualisering skulle vara ett bra sätt att se vilka skrivbord och konferensrum som är tillgängliga, se figur 6 för exempel av installerad sensor. Real-time visualisering skulle innebära en nyckel för produktivitet för kontorsarbete på så sätt att personalen kan dra nytta av oanvända utrymmen.
Under det här pilotprojektet tillämpades en webbapplikation som visualiserade kontorslandskapet, se figur 7.
Figur 7: Visualisering av kontorslandskap för MS-projektet (König 2016).
Figur 8: Indata för olika rum och skrivbord avseende utnyttjandegrad med hjälp av sensornamn och procentenheter (König 2016).
Data man får utav sensorer kan samlas in och lagras som i detta fall kan se ut som i figur 8. När insamlad data illustreras på rätt sätt och med rätt format kan de bli värdefulla. Det här projektets
18
syfte var att illustrera hur utrymmet på ett kontor kan utnyttjas samt att distribuera en lösning för att både samla in och lagra data och få insikt från data. Microsoft anger hur mycket olika utrymmen används under olika tider och det skulle motsvara resultatet av undersökningen.
3 Resultat
3.1 Potentialer för energieffektivisering i byggnader
3.1.1
Åtgärder för handelslokaler
Carlsson (2011) skriver att enligt den europeiska branschorganisationen för fastighetsautomation har butiker en besparingspotential på 49 %, kontor och skolor 39 % respektive 34 %. Den potentialen kan utnyttjas genom åtgärder som finns idag.
Köpcentrum bör ha en största energibesparingspotential med en automatiserad förvaltning enligt Carlberg5 ur ett driftmässigt perspektiv. Detta för att inomhusklimat från köpcenter
generellt kan variera rejält med avseende på ventilation, värme och koldioxidhalt.
I Energimyndigheten (u.å) nämns åtgärder att vidta för minska elanvändning inom handelslokaler. Detta skulle innebära följande i tabell 2.
Tabell 2: Besparingspotentialer för handelslokaler (Energimyndigheten u.å).
I tabell 2 tydliggörs vilken åtgärd som skulle innebära störst besparingspotential med dominant inslag som i detta fall förklarar byte av konventionella lysrörsarmaturer till T56. Enligt tabellen skulle anpassad ventilationsdrift och belysningsdrift, byte av ventilationsaggregat innebära en på ett ungefär likvärdiga nivåer med energibesparingsåtgärder.
Utöver tabellen ovan har det nämnts i Energimyndigheten (u.å) att en minskad elanvändning på 185 GWh/år hade på en nationell nivå varit möjlig om alla livsmedelsbutiker i Sverige hade använt samma effektiva utrustning som de mest effektiva butikerna.
5 Sebastian Carlberg. Produktchef från Ecopilot.
20
Lindberg och Larsson (2014) har noterat i följande stycke:
För att bibehålla önskat klimat i livsmedelslokaler är tekniska system installerade. Vad som ställer krav på det tekniska systemet beror på verksamheten som pågår i byggnaden enligt i exempelvis livsmedelshandeln är dryckeskylar aktuella. Gällande dryckeskylar finns det en spridning av energiprestanda mellan 5,8 och 43,3 kWh/l och år. Nämnd indata av energiprestanda skulle baseras på fem olika modeller av dryckeskylar som testades i Energimyndighetens testlabb. Utav de fem modeller som undersöktes, skulle de med glasdörrar ha en mindre energianvändning än de modeller som saknade glasdörrar. Utöver dryckeskylar, hade även glassboxar undersökts i Energimyndighetens testlabb. Detta resulterade en väldigt stor spridning av energiprestanda mellan glassboxar som var avsedda för kommersiellt bruk.
I Rydqvist (2010a) har det nämnts att en elbesparingsåtgärd kan innebära 5 % på bara rengöring av kylar och frysar. Det nämndes även att ytterliggare 5 % kunde besparas med att ha en väl genomförlig tätning för kylutrustningen. En annan åtgärd skulle enligt Rydqvist (2010a) innebära en kontinuerlig temperaturkontroll i frysdiskar och frysrum men utöver kyl- och frysavdelningen skulle även åtgärder kunna vidtas för grillavdelningen. Rydqvist (2010a) menar på att ugns- och grillenheter bör placeras vid en yta med bra frånluftsdrag för att inte öka kyl- och frysdiskars elanvändning.
3.1.2
Åtgärder för flerbostadshus
Avseende innemiljö och energianvändning i flerbostadshus har många undersökningar gjorts sedan oljekrisen 1974 (Harrysson, u.å). Undersökningarna omfattade både serieproducerade flerbostadshus och mindre prov- och experimenthus med byggår mellan 1985 och 2004 hävdar Harrysson (u.å). Resultaten visade cirka 50 procents potentiell energibesparing med nivåer på 80 till 100 kWh/m2,år i flerbostadshus.
I en undersökning av 1400 bostadsbyggnader oavsett antalet bostadsinnehavare per hushåll i Sverige noterades att en reduktion av energibehov kan uppgå till 53 %. Utav detta beaktades tolv typer av mätningar för energibesparing från år 2005 (ESM), se tabell 3 (Mata, Kalagasidis & Johnsson, 2013). Enligt undersökningen motsvarar åtgärder för värmeåtervinningssystem störst energibesparing med 22 % (Mata, Kalagasidis & Johnsson, 2013). Ett annat stort mått innebar minskning av inomhustemperatur med motsvarande 14 % i energibesparing enligt Mata, Kalagasidis och Johnsson (2013). Att förbättra byggnadsdelars U-värde skulle endast bespara energi på 7 %, se tabell 2 för detaljer av respektive aspekt (Mata, Kalagasidis & Johnsson, 2013).
Tabell 3: Energibesparingsåtgärder baserad på Mata, Kalagasidis och Johnsson (2013).
Antal lägenheter som kommer att renoveras uppskattas vara tre gånger fler än antalet som kommer att byggas till år 2050 och det motsvarar cirka 600 000 - 700 000 nya lägenheter och 1,5 - 2 miljoner lägenheter som kommer att renoveras (Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademin, 2012). Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademin (2012) skriver att en större renovering sker ungefär var femtionde år för flerbostadshus och det är oberoende av energieffektiviseringsåtgärder.
Det finns studier där Henryson, Håkansson och Pyrko (2000) har påvisat att det är fullt möjligt att influera energikonsumtion genom information. Att öka kunskapen bland konsumenter kommer att motivera dem till att använda energin på ett effektivare sätt (Henryson, Håkansson & Pyrko 2000). Kunskapsnivån för dessa studier grundades på faktorer såsom elräkningar, elmätningar, diskonteringar och även generella informationskampanjer beaktades enligt Henryson, Håkansson och Pyrko (2000). Studierna informerade även att investeringar som gjordes för energieffektivisering ledde till långsiktiga resultat samtidigt som det ledde till beteendeförändringar (Henryson, Håkansson & Pyrko 2000). En vanlig energieffektiviseringsåtgärd för brukarnas levnadsvanor innebär idag individuell debitering enligt Pettersson och Dalenbäck (2005). Det har även noterats i Larsson och Palm (2009) att skillnaden mellan en vanlig lägenhet och en lägenhet där införande av individuell debitering kan ha en energibesparingspotential upp till 30 %.
3.1.3
Åtgärder för kontor
Informationen i två följande stycken är från Rydqvist (2010b):
Genom att byta eller skaffa skrivare/kopiator som är mer energisnåla, det vill säga har kort uppvärmningstid, kopierar dubbelsidigt och stängs av automatiskt vid dagens slut kan en energibesparingspotential för skrivaren/kopiatorn på 60 % uppnås. Åtgärder såsom val av serverrum, det vill säga välja rum som har mindre solinstrålning för att minska behovet av nedkylning av rummet och placering av utedelen av kylaggregat i skugga, är avsedda för att effektivisera energianvändningen. Alla elektroniska enheter drar ström när de är i
22
strömsparläge. Detta är en onödig kostnad i form av elanvändning under alla de timmarna under året. Att ha elektroniska enheter i strömsparläge i ett hushåll motsvarar cirka 10 % av den totala elanvändningen. Elanvändningen för datorer kan minskas med 50-80 % med hjälp av val av lämplig dator, det vill säga att man kan till exempel kan välja en bärbar dator istället för en stationär dator med fristående skärm. Förutsättningen för detta är att den bärbara datorn inte kopplas till en extern skärm.
Kylan och värmen ska inte jobba mot varandra. I och med att oftast värmen ingår i hyran brukar man inte uppmärksamma att radiatorerna är igång. Det kan hända att radiatorerna och luftkonditioneringen är igång samtidigt och det kan generera höga kostnader i form av elräkningar. Detta kan åtgärdas genom att sänka värmen när det börjar bli för varmt i lokalen. Solavskärmning är en annan åtgärd som kan reducera kylbehovet med upp till 90 % genom att fälla ned solskydden i söder, väster och öster. Det kan också göras per automatik med tidsstyrt system eller solskyddsglas. Det kan vara en bra idé att låta ventilationen vara i drift under sommarnätter, för att på så sätt ackumulera kylan i väggarna och utrustningen, därmed reduceras behovet av den dyra klimatkylan.
Huvudsakligen används kontorsbyggnader och lokaler endast under arbetstid (Energianalys, 2016). En möjlighet för att minska VVC-förluster kan vara att stänga av VVC-pumpen på nätter och helger noterar Energianalys (2016). Dock ska risken för legionellatillväxt beaktas innan denna åtgärd vidtas (Energianalys, 2016). Det kan förhindras genom att tillfälligt höja temperaturen på varmvattnet innan VVC-pumpen stängs av hävdar Energianalys (2016).
Av tabell 4 från undersökningen Stegvis STIL framgår de effektiviseringspotentialer som är beräknade avseende material för ventilation och belysning. Notera att dessa är medelvärden och förutsättningarna är varierande för varje enskild byggnad. Det är även viktigt att observera att dessa värden inte går att addera med varandra, för att när värmebelastningen reduceras minskar kylbehovet och det medräknas inte i tabell 3.
Tabell 4: Energieffektviseringspotentialer avseende material för ventilation och belysning (Stegvis STIL).
I kandidatuppsatsen av Holmin, Levison och Oehme (2015) har förhållandena för utrymmesanvändning i ett kontor undersökts i syfte till att spara på energikonsumtion.
Holmin, Levison och Oehme (2015) tog fram förslag gällande ett kontors designkoncept. De menade på att designen av kontor skulle spela stor roll för areabehovet. Vilka alternativ som framfördes var öppet kontorslandskap, aktivitetsbaserat kontor och individuell kontordesign (Holmin, Levison & Oehme, 2015). I studien kom de fram till att ett öppet kontorslandskap skulle kräva minst i areabehov medan individuell kontordesign skulle kräva högst areabehov. Notera att resultaten av energibesparing från Holmin, Levison och Oehme (2015) baseras på indata från utrymmesförhållanden på kontoret som inhämtas genom närvarostatistik och mötesrumstatistik. Statistiken baseras på lokalisering och rumsstorlek med hjälp av bokningssystem som alla anställda på kontoret använder och detta ska ge resultat på fördelning av rum som används till vilken utsträckning, samt vilka storlekar på rummen som gäller. I tabell 5 visas resultat från kandidatuppsatsen som motsvarar energibesparingspotentialer för kontoret.
Tabell 5: Indata inhämtad från Holmin, Levison och Oehme (2015) men tabellen har gjorts om.
3.1.4
När IoT implementeras finns fler åtgärder
Enligt Moreno, Úbeda, Skarmeta och Zamora (2014) ska byggnader med olika verksamheter ha olika energianvändningsprofiler7. Det vill säga att exempelvis har bostadshus en viss energianvändning med syfte på att skapa en bekväm inomhusmiljö för brukarna och när det gäller industribyggnader, används den stora delen av energin för drift av maskiner. Övervakning av energianvändning är därför en viktig aspekt och nedanstående faktorer är därmed viktiga för automatisering av byggnader (Moreno et. al., 2014).
I byggnader är det nödvändigt att karakterisera det minimala värdet av energi som används för eldrivna enheter som alltid är kopplade till elnätet enligt Moreno et. al. (2014). För att möjliggöra detta behöver byggnaden övervakas under en period då ingen är i byggnaden. Därefter kan detta värde användas som en indata för att uppskatta den dagliga elanvändningen i byggnaden (Moreno et. al., 2014).
Beroende på typ av verksamhet används olika eldrivna enheter för olika användningsområden hävdar Moreno et. al. (2014). För att kunna få ett mönster på hur användning av olika eldrivna enheter ser ut behöver en övervakning av sådana enheter som inte används konstant göras (Moreno et. al., 2014).
7 Energianvändningsprofil avser med hur vanor och beteenden ser ut när energi används för aktuell verksamhet i en utvald byggnad (Ersson E. & Pyrko J. 2009).
24
En av de viktigaste faktorerna i en byggnads energianvändning är beteendet av byggnadens brukare (Moreno et. al., 2014). Detta för att en brukares beteende är svårt att karakterisera på grund av det är osäkert och dynamiskt. Ett brukarbeteende kan karakteriseras för funktioner såsom en brukares lokaliseringsdata, aktivitetsnivå för brukare och komfortpreferenser för brukare (Moreno et. al., 2014).
Parametrar som temperatur, luftfuktighet, lufttryck och belysning har en direkt inverkan på energianvändning i byggnader. Energianvändningen är beroende av verksamheten byggnaden är avsedd för och det är en faktor som spelar en stor roll när det gäller inomhuskomforttjänster såsom termisk- och visuell komfort. Därför är det viktigt att tänka på miljöförhållanden inomhus vid den slutliga uppskattningen av energianvändningen i byggnaden. (Moreno et. al., 2014)
Moreno et. al. (2014) menar att ibland behöver alternativa energikällor användas för att balansera energianvändningen i byggnaden. Därmed är det viktigt att veta om hur mycket av den dagliga energiproduktionen kan användas för att uppskatta den totala energin som genereras dagligen. Denna vetskap ger möjligheten att optimera energidistributionen eller strategin för energianvändning i syfte till att säkerställa en energieffektiv prestanda för byggnaden (Moreno et. al., 2014).
Kunskap om det riktiga värdet av energianvändningen som sker timvis eller även dagligen, tillåter prestanda och noggrannhet av förvaltningen av byggnadens energi att bli värdesatt (Moreno et. al., 2014). Det möjliggör att identifiera och justera systemet ifall någon avvikelse inträffar mellan den förväntade energianvändningen och det riktiga värdet. Tillgängliggörande av denna information ger brukarna möjligheten att bli medvetna om hur mycket energi de använder och uppmuntrar dem att ta mer ansvar i detta (Moreno et. al., 2014).
Ett smart förvaltningssystem måste erbjuda anpassade motåtgärder för både automatiserade enheter och brukare, med målet att tillfredsställa de flesta viktiga tjänster i byggnader och energieffektiviseringskrav noterar Moreno et. al. (2014). Därför måste energibesparingar hanteras genom att upprätta en avvägning mellan kvaliteten på tjänster i byggnader och energiresurser som krävs för detsamma (Moreno et. al., 2014).
Automationssystem i byggnader tar in data från sensorer som är installerade i korridorer och rum och använder de här indata för att kontrollera vissa delsystem som VVS, belysning och säkerhet (Moreno et. al., 2014). Dessa och fler utökade tjänster kan erbjuda energibesparingar med hänsyn till miljöparametrar och lokalisering av brukarna skriver Moreno et. al. (2014). Därför är automationssystem väsentliga för att svara på behovet av övervakning och kontroll med krav på energieffektivisering (Moreno et. al., 2014).
Det är nödvändigt att brukarna får en återkoppling på hur mycket energi som konsumeras (Moreno et. al., 2014). Denna återkoppling ger brukarna en möjlighet att lära sig om energibesparingar.
