Energieffektivisering av teknikhus EXAMENSARBETE

(1)

EXAMENSARBETE

Energieffektivisering av teknikhus

Johan Skoglund 2014

Civilingenjörsexamen Hållbar energiteknik

Luleå tekniska universitet

Institutionen för teknikvetenskap och matematik

(2)

i

Förord

Den här rapporten innehåller resultatet av mitt examensarbete som utfördes på Trafikverkets kontor i Luleå. Examensarbetet utgjorde det avslutande momentet av civilingenjörsutbildningen inom Hållbar Energiteknik vid Luleå tekniska universitet. Arbetet omfattar 30 högskolepoäng och utfördes inom institutionen för matematik och teknikvetenskap.

Examensarbetet har utförts på uppdrag av Trafikverket under sommaren och hösten 2014.

Målsättningen var att undersöka och formulera förslag till energieffektiviseringsåtgärder för de av Trafikverkets teknikhus som har till uppgift att styra och säkerställa driften av Sveriges järnvägar.

Jag vill framföra ett stort tack till följande tre personer som gjorde detta examensarbete möjligt:

 Camilla Fransson på Trafikverket för att du ställde upp och var min handledare under det här examensarbetet. Tack för all hjälp och alla nyttiga tips och råd du delat med dig av!

 Mats Andersson på Trafikverket för att jag fick chansen att göra mitt examensarbete som en del av ditt projekt samt all hjälp och stöd du gett mig under mitt arbete!

 Mikael Risberg på Avdelningen för Energivetenskap vid Luleå tekniska universitet för att du ställde upp som examinator för mitt examensarbete samt för den hjälp och de synpunkter du bidrog med.

Slutligen vill jag tacka alla de personer som har hjälpt mig genom att svara på frågor och funderingar samt till personalen på Trafikverkets kontor i Luleå för den trevliga arbetsmiljön.

Luleå, Oktober 2014.

Johan Skoglund

(3)

ii

Sammanfattning

Syftet med detta examensarbete var i huvudsak att undersöka möjliga energieffektiviseringsåtgärder för de av Trafikverkets teknikhus som har till uppgift att säkerställa järnvägsdriften i Sverige. Störst fokus låg på framtida nybyggnationer av teknikhus men även nuvarande teknikhus undersöktes i viss mån. I arbetet analyserades även mätdata från fyra olika teknikhus runt om i landet i syfte att undersöka omgivningens påverkan på inomhusklimatet, hur bra den önskade inomhustemperaturen uppehålls i teknikhusen samt hur väl installerade värme- och kylsystem fungerar.

Trafikverket är en svensk myndighet som bland annat har ansvar för byggande, drift och underhåll av statliga vägar och järnvägar. Trafikverket jobbar aktivt med att minska energianvändningen och miljöpåverkan i sin verksamhet.

De teknikhus som arbetet omfattar är små byggnader placerade med ungefär en mils mellanrum längs järnvägen. I Sverige finns det uppskattningsvis 1000 mil järnväg vilket leder till att det finns ett stort antal teknikhus runt om i landet. Teknikhusen är fyllda med utrustning som används till kommunikation, signalsystem, belysning och dylikt för järnvägen. För att ett godtagbart inomhusklimat ska kunna upprätthållas måste teknikhusen vara utrustande med värme-, ventilations- och kylsystem.

Det stora antalet teknikhus innebär att även om en effektiviseringsåtgärd endast resulterar i en liten energibesparing för ett teknikhus kan den totala besparingen bli stor om lösningen appliceras på det stora antalet tillgängliga teknikhus.

Analysen av mätningarna visar på ett problem med en orimligt hög elförbrukning för värmesystemet i ett av de fyra teknikhusen (ca 30 000 kWh under 13 månader). I samma teknikhus upptäcktes även att värme- och kylsystemet motarbetar varandra under sommaren, ett beteende som delvis förklarar den höga elförbrukningen. Om samma beteende existerar i fler teknikhus kan det innebära att stora mängder el förbrukas i onödan. Analysen av mätningarna visade även på problem med att hålla inomhustemperaturen på en acceptabel nivå i samtliga fyra teknikhus. Vanligast var att

inomhustemperaturen blev för hög under sommaren vilket innebär att underhållskostnaden ökar.

För framtida teknikhus bör krav formuleras som funktionskrav för att säkerställa en energi- och kostnadseffektiv konstruktion. Detta kan förslagsvis göras med ett krav på genomsnittlig

värmegenomgångskoefficient för hela klimatskalet samt ett krav på energiprestanda innefattande energianvändningen av värme-, ventilations- och kylsystem samt belysning. Resultat från beräkningar kring energianvändning visar på att kravnivåer bör delas upp utifrån byggnadsstorlek och geografisk placering.

Resultat visar att närvarostyrning av uteluftsflöde för ventilationssystemet bör implementeras för att minska energibehovet relaterat till värmeförluster genom ventilationen. Närvarostyrning bör även installeras för belysningen i teknikhusen för att eliminera risken att belysningen är i drift trots att ingen personal befinner sig i byggnaden.

Beräkningar visar på en potentiell minskning av energianvändningen med ca 60-70 % i ett teknikhus konstruerat enligt de förslag som togs fram i projektet jämfört med ett teknikhus konstruerat enligt de nuvarande kraven.

Förutom att undersökta åtgärder potentiellt kan minska energianvändningen i teknikhusen leder de även till att ett bättre inomhusklimat för utrustningen troligen kan upprätthållas under hela året. Ett bättre inomhusklimat leder till att underhållskostnaden för ett teknikhus minskar eftersom

utrustningen håller längre samt att personal inte behöver åka ut till huset lika ofta.

(4)

iii

Abstract

The aim of this project was to investigate the possibility of decreasing the energy usage in buildings operated by The Swedish Transport Administration (Trafikverket). The function of these buildings is to secure the functionality of the national railway network in Sweden. Trafikverket is the

Government agency responsible for the long-term planning of the Swedish transport system and is also in charge of the state road network and national railway network.

The buildings are located next to the railway and filled with electric equipment that requires a certain indoor climate to function properly. In order to maintain this climate all year around the buildings are equipped with heating, cooling and ventilation systems.

The number of these buildings in operation today is approximately 1000, meaning that even a small reduction in energy usage for one single building can result in a big total decrease if applied to several buildings.

The results from the project show a possible decrease in energy usage for the heating and cooling systems with around 60-70 % per building constructed according to the propositions derived in this project, compared to a building constructed according to the current requirements.

In addition to decreasing the energy usage, some of the derived propositions will probably lead to a better indoor climate for the equipment. A better indoor climate would result in a decreased maintenance cost due to fewer equipment failures and lower personnel cost.

(5)

iv

Innehållsförteckning

1. Inledning ... 1

1.1 Syfte ... 1

1.2 Mål ... 1

1.3 Avgränsningar ... 2

1.4 Genomförande ... 2

1.4.1 Analys av mätningar ... 2

1.4.2 Nuvarande teknikhus ... 2

1.4.3 Klimatskal ... 2

1.4.4 Inomhusklimat ... 3

1.4.5 Ventilation ... 3

1.4.6 Värme- och kylsystem ... 3

1.4.7 Belysning... 3

1.4.8 Energiprestanda ... 3

2. Bakgrund... 4

2.1 Trafikverket ... 4

2.2 Teknikhus ... 4

2.3 Mätningar ... 4

2.4 Klimatzoner ... 5

2.5 Tidigare projekt ... 5

3. Teori ... 7

3.1 Genomsnittlig värmegenomgångskoefficient ... 7

3.2 Värmeförluster ... 7

3.2.1 Transmission ... 7

3.2.2 Ventilation ... 8

3.2.3 Infiltration ... 8

3.3 Värmeeffektbehov ... 9

3.4 Energibehov för värme och kyla ... 10

3.4.1 Gränstemperatur ... 10

3.5 Energiprestanda ... 11

4. Metod ... 12

4.1 Analys av mätningar ... 12

4.2 Nuvarande teknikhus ... 12

4.3 Klimatskal ... 12

4.4 Inomhusklimat ... 13

4.5 Ventilation ... 14

(6)

v

4.6 Värme- och kylsystem ... 14

4.7 Belysning... 15

5. Resultat och analys ... 16

5.1 Analys av mätningar ... 16

5.1.1 Trender och samband mellan omgivning och värme- eller kylbehov ... 16

5.1.2 Inomhustemperatur ... 17

5.1.3 Värme- och kylsystemens funktion och beteende ... 22

5.2 Nuvarande teknikhus ... 24

5.2.1 Problem med för hög inomhustemperatur ... 24

5.2.2 Ojämn temperaturfördelning i byggnaden ... 25

5.2.3 Värme- och kylsystem motarbetar varandra ... 25

5.2.4 Övriga problem ... 26

5.3.1 Nuvarande krav från Trafikverket ... 28

5.3.2 Krav i BBR ... 28

5.3.3 Jämförelse mellan energibehov för nuvarande krav och krav i BBR ... 28

5.3.4 Optimal genomsnittlig värmegenomgångskoefficient ... 32

5.4.1 Temperaturkrav ... 34

5.4.2 Luftfuktighetskrav ... 35

5.4.3 Ventilationskrav ... 35

5.4.4 Potentiell besparing vid ändring av temperaturkrav ... 36

5.5.1 Ventilationssystemets funktion och utformning ... 37

5.5.2 Närvarostyrning av ventilationsflödet ... 38

5.6.1 Nuvarande krav på värme- och kylsystem ... 39

5.6.2 Värmesystem för framtida teknikhus ... 39

5.6.3 Kylsystem för framtida teknikhus ... 41

5.7 Belysning... 42

5.9 Möjlig besparing för ett optimalt teknikhus ... 44

5.9.1 Klimatzon I ... 45

5.9.2 Klimatzon II ... 45

5.9.3 Klimatzon III ... 45

(7)

vi

6. Diskussion ... 47

6.1 Allmän diskussion ... 47

6.6 Belysning... 49

6.8 Möjlig besparing för ett optimalt teknikhus ... 50

7. Slutsatser ... 52

7.1 Förslag på fortsatt arbete ... 53

8. Referenser ... 54 Bilagor ... a Bilaga A – Temperaturförutsättningar i klimatzonerna ... a Normalår för respektive klimatzon ... a DVUT för respektive klimatzon ... a Bilaga B – Resultat från beräkningar kring energiprestanda ... c Bilaga C – Mätningar och mätutrustning... f Mätningar ... f Mätutrustning ... f

(8)

1

1. Inledning

Dagens energianvändning är inte hållbar på lång sikt utan måste minskas. Genom att

energieffektivisera verksamheten kan företag och organisationer åstadkomma besparingar, både ekonomiskt och genom en minskad miljöpåverkan, utan att det påverkar verksamhetens produktion negativt.

Riksdag och Regering ställer genom Näringsdepartementet krav på att Trafikverket ska arbeta med energieffektivisering av sin verksamhet. Detta leder till att energieffektivisering är ett av Trafikverkets högst prioriterade områden. De jobbar aktivt med att minska sina utsläpp av klimatgaser samt att minska sin energianvändning. Arbetet har som strategiska mål att:

”Trafikverkets insatser ska ge väsentliga bidrag till uppfyllelsen av riksdagens beslutade mål om koldioxidutsläpp i den ickehandlande sektorn, samt till uppfyllelse av målet 10 procent förnyelsebart bränsle i transportsektorn.”

”Trafikverkets insatser ska ge väsentliga bidrag till att energianvändningen i transportsektorn minskar.” [1]

Som en del i arbetet med energieffektivisering driver Trafikverket idag ett Forsknings- och innovationsprojekt (FOI-projekt) benämnt ”Teknikhus som passivhus”. Projektet har till syfte att undersöka och föreslå metoder som kan energieffektivisera Trafikverkets teknikhus längs järnvägen.

Sverige har ungefär 1000 mil järnväg och efter ungefär varje mil järnväg finns det ett teknikhus som har till uppgift att styra och säkerställa driften av järnvägen. Detta innebär att även om en

effektiviseringsåtgärd endast resulterar i en liten energieffektivisering för ett teknikhus så kan den totala besparingen bli stor om lösningen appliceras på en mängd teknikhus.

En del av FOI-projektet utfördes som ett examensarbete av en student från civilingenjörsutbildningen inom Hållbar energiteknik vid Luleå tekniska universitet (LTU). Examensarbetet var inriktat mot att stödja FOI-projektet genom att analysera mätdata från nuvarande teknikhus samt undersöka och formulera förslag på energieffektiviseringsåtgärder för i första hand framtida teknikhus.

Examensarbetet påbörjades i mitten av maj 2014 och pågick fram till slutet av oktober samma år.

Examinator för examensarbetet var Mikael Risberg, biträdande universitetslektor på Avdelningen för Energivetenskap vid LTU. Handledare för examensarbetet var Camilla Fransson, Miljöspecialist på Trafikverket. Övriga kontaktpersoner på Trafikverket var Mats Andersson, projektledare för FOI- projektet ”Teknikhus som passivhus”, samt Jan Östlund, Håkan Bergquist och Tore Nilsson vilka är underhållsansvariga för teknikhusen inom Trafikverket.

1.1 Syfte

Undersöka hur olika energisparåtgärder kan samverka och leda till en energieffektivisering av Trafikverkets teknikhus.

Analysera de mätningar som utförs i Trafikverkets FOI-projekt ”Teknikhus som passivhus”. Undersök trender kring hur omgivningens klimat påverkar byggnadens värme- och kylbehov, om önskad inomhustemperatur upprätthålls i teknikhusen samt om nuvarande värme- och kylsystem fungerar tillfredsställande.

1.2 Mål

Utforma förslag på passande energieffektiviseringsåtgärder för Trafikverkets teknikhus placerade utmed järnvägen. Åtgärderna skall i första hand gälla framtida nybyggnationer av teknikhus.

(9)

2

1.3 Avgränsningar

Examensarbetet omfattar ej energieffektiviseringsåtgärder för den tekniska utrustning som används för signal-, tele- och IT-kommunikation i teknikhusen då detta är utanför projektets gräns.

De lösningar som föreslås ska vara beprövade och tillgängliga på marknaden redan nu.

1.4 Genomförande

Inledningsvis genomfördes en studie av de nuvarande teknikhusen och de mätningar som utfördes i fyra av dessa. Detta för att få en överblick över hur teknikhusen är byggda och fungerar samt för att undersöka vilken data som fanns att hämta från mätningarna. Studiebesök genomfördes under projektets början i två av de teknikhus där mätningar utfördes. Tanken med studiebesöken var att få praktiskt erfarenhet av hur teknikhusen är uppbyggda samt hur mätningarna utfördes. Därefter genomfördes en litteraturstudie kring tidigare/liknande projekt kring energieffektivisering av liknande byggnader. I samband med att mätutrustningen skulle plockas ner genomfördes även studiebesök i de två resterande teknikhusen där mätningar utfördes.

Efter den inledande undersökningen planerades examensarbetet mer i detalj och delades då upp i olika arbetsområden för att få bra struktur på arbetet. Varje område arbetades sedan igenom med hjälp av undersökningar och vid behov även teoretiska beräkningar. Arbetsområdena och en kort beskrivning kring vad respektive område innehåller presenteras nedan.

Inom varje arbetsområde som är relaterat till framtida teknikhus undersöktes följande:

 Vilka krav ställs av externa parter och utrustning?

 Vilka krav ställer Trafikverket idag?

Därefter utvärderades kravens påverkan på energianvändningen och om möjligt formulerades ändringsförslag av nuvarande krav eller förslag på nya krav som kan leda till en minskad

energianvändning. De flesta utvärderingar innehöll även parametrarna geografisk placering och byggnadsstorlek för att utvärdera om krav eller kravnivåer bör anpassas efter var i landet teknikhuset ska placeras samt hur stora teknikhusen är.

1.4.1 Analys av mätningar

Analysera de mätningar som utförs i FOI-projektet ”Teknikhus som passivhus”. Undersöka om trender visar på samband mellan värme- och kylbehov tillsammans med vindhastighet, fukthalt eller utomhustemperatur. Dessutom undersöka om önskad inomhustemperatur upprätthålls i

teknikhusen samt om värme- och kylsystem fungerar tillfredsställande.

1.4.2 Nuvarande teknikhus

Undersök de nuvarande teknikhusens uppbyggnad och installationer och kom om möjligt med förslag på enkla lösningar som kan leda till energieffektiviseringar. Utvärdera de vanligaste problemen i nuvarande teknikhus och försök ta fram energieffektiva lösningsförslag på dessa.

1.4.3 Klimatskal

Undersök vilka energirelaterade krav som ställs på en byggnads klimatskal, både från externa parter och Trafikverket själva. Undersök vilken isolernivå som bör eftersträvas för att uppnå ett lågt värme- och kylbehov för byggnaden.

Formulera om möjligt åtgärdsförslag relaterat till klimatskalet som kan leda till en minskad energianvändning i teknikhusen.

(10)

3 1.4.4 Inomhusklimat

Undersök vilka krav på temperatur, fukthalt och ventilationsflöde som måste uppfyllas för att få ett godtagbart inomhusklimat i teknikhusen. Granska de nuvarande krav som Trafikverket ställer på inomhusklimatet och ge om möjligt förslag på förändringar som leder till minskad energianvändning för värme-, ventilations- eller kylsystem.

1.4.5 Ventilation

Utred vilka egenskaper ventilationssystemet bör ha för att effektivt upprätthålla ett bra

inomhusklimat i ett tekniktätt utrymme samt om någon form av automatisk närvarostyrning av uteluftsflödet bör installeras. Utforma förslag på hur ventilationssystemet och eventuell närvarostyrning kan utformas för att energieffektivt uppnå de önskade egenskaperna.

1.4.6 Värme- och kylsystem

Undersök vilka värme- och kylsystem som energieffektivt kan täcka respektive energibehov för uppvärmning och kyla samt därtill är passande att använda i ett teknikhus. Granska de nuvarande krav som Trafikverket ställer på värme- och kylsystem och ge om möjligt förslag på förändringar som kan leda till en lägre energianvändning.

1.4.7 Belysning

Granska de nuvarande krav som Trafikverket ställer på styrningen av belysningen i teknikhusen. Ge om möjligt förslag på förändring som kan leda till en lägre energianvändning.

1.4.8 Energiprestanda

Undersök hur energiprestanda för en byggnad kan beräknas och användas för att ställa krav på energianvändningen. Utred om krav på energiprestanda skulle vara ett passande tillvägagångssätt för att ställa krav på energianvändningen i teknikhus. Formulera om möjligt förslag på lämpliga

kravnivåer för energiprestanda i teknikhus.

(11)

4

2. Bakgrund

Kort bakgrundsinformation kring relevanta områden som innefattas av projektet.

2.1 Trafikverket

Trafikverket är en myndighet som ansvarar för långsiktig planering av transportsystemen för vägtrafik, järnvägstrafik, sjöfart samt luftfart i Sverige. De ansvarar även för byggande, drift och underhåll av de statliga vägarna och järnvägarna. Utöver detta prövar de även frågor om statligt bidrag till svensk sjöfartsnäring. Trafikverket har även ansvaret att genomföra kunskaps- och körprov för körkort och taxiförarlegitimation, samt kunskapsprov för yrkeskunnande för trafiktillstånd och yrkesförarkompetens. [2]

Trafikverkets vision är ”Alla kommer fram smidigt, grönt och tryggt”. Som en del av denna vision jobbar de med att energieffektivisera sin verksamhet. Arbetet sker genom att förbättra

beslutsunderlag, testa analysmetoder och praktiskt energieffektivisera delar av verksamheten. Målet är att arbetet ska leda till mer kostnadseffektiva projekt och processer, minskad miljöpåverkan och ökad kunskap inom området energieffektivisering. [2]

2.2 Teknikhus

De teknikhus som innefattas av examensarbetet är relativt små byggnader placerade med jämna mellanrum längs järnvägarna i Sverige. De innehåller utrustning för signalsäkerhetsteknik, tele/IT- transmission samt fjärrstyrning som har till uppgift att styra och säkerställa järnvägsdriften.

Nuvarande teknikhus består ofta av två rum kallade signalrum respektive elrum. Rummen är separerade med en innervägg som ofta har ett antal överluftsventiler installerade. Signalrummet är det större rummet och där finns även den mesta utrustningen placerad. Elrummet är mindre och där finns ofta endast elcentraler och de batterier som används som avbrottsfri kraftförsörjning för utrustningen i signalrummet. Framtida teknikhus kommer troligtvis bestå av ett enda rum innehållande all utrustning.

För att klimatet inne i huset ska hålla sig inom de ramar som elektroniken och batterierna kräver behöver teknikhusen vara utrustande med någon sorts värme-, ventilations- och kylsystem.

2.3 Mätningar

Trafikverkets FOI-projekt ”Teknikhus som passivhus” installerade mätutrustning i fyra teknikhus i olika delar av Sverige. Två av teknikhusen är lokaliserade i norra delen av landet; ett i Sävastklinten (strax nordväst om Luleå) samt ett i Kalix. Ett hus finns i mellersta delen av landet i Kringlan (strax norr om Gävle) och ett hus i södra delen av landet i Floda (nordöst om Göteborg).

I och omkring teknikhusen mättes och loggades kontinuerligt ett antal olika parametrar under en längre tidsperiod (6-13 månader). Mätdatat från dessa mätningar analyserades och nyttjades i examensarbetet. De olika parametrar som mättes var:

 Vindhastighet ovanför teknikhus.

 Inomhustemperatur i signalrum, elrum samt vindsutrymme.

 Utomhustemperatur på norr- respektive söderriktad vägg.

 Fukthalt utomhus.

 Effektförbrukning:

o Total förbrukning för hela teknikhuset.

o Förbrukningen för värme- och ventilationssystemet.

o Förbrukningen för kylsystemet.

(12)

5

En lista över vilka parametrar som mättes i respektive teknikhus samt en kort beskrivning av den mätutrustning som användes finns i Bilaga C – Mätningar och mätutrustning.

Mätdatat var åtkomligt genom en internetbaserad databas där momentana eller historiska mätvärden kunde granskas.

2.4 Klimatzoner

När man ställer krav på energianvändning i en byggnad är det viktigt att ta hänsyn till de rådande klimatförutsättningarna som existerar i det geografiska område byggnaden ska placeras i. Eftersom Sverige är ett avlångt land varierar klimatet kraftigt mellan de södra och norra delarna av landet.

Boverket har därför delat in landet i tre klimatzoner för att möjliggöra olika kravnivåer på

energihushållning utifrån de olika förutsättningarna. De olika zonerna består av ett antal län som anses ha liknande klimat. [3]

Klimatzon I Norrbottens, Västerbottens och Jämtlands län.

Klimatzon II Västernorrlands, Gävleborgs, Dalarnas och Värmlands län.

Klimatzon III Västra Götalands, Jönköpings, Kronobergs, Kalmar, Östergötlands, Södermanlands, Örebro, Västmanlands, Stockholms, Uppsala, Skåne, Hallands, Blekinge och Gotlands län.

Uppdelningen visas grafiskt i Figur 1 nedan.

2.5 Tidigare projekt

Trafikverket har tidigare haft ett projekt med mål att undersöka potentialen till energieffektivisering av stationsområden. I projektet ingick bland annat ett teknikhus där problem med för hög

inomhustemperatur löstes med installation av ett luftbaserat frikyleaggregat. Förutom att aggregatet klarade av att hålla inomhustemperaturen konstant på +23 °C genom hela sommaren så drog det även en lägre effekt än den ursprungliga ventilationen. Denna installation ledde alltså till en lägre energiförbrukning samt ett bättre inomhusklimat. Som en bonus ledde det även till en minskad

Figur 1. Grafisk presentation av klimatzonernas uppdelning i landet. Källa: www.rockwool.se

(13)

6

underhållskostnad då underhållspersonal tidigare tvingades åka ut till teknikhuset när temperaturen blev för hög, vilket skedde flertalet gånger per år. [4]

(14)

7

3. Teori

De teoretiska samband och ekvationer som användes vid beräkningar presenteras under respektive kapitel.

3.1 Genomsnittlig värmegenomgångskoefficient

En värmegenomgångskoefficient (U-värde) uttrycker hur mycket värme som kan passera genom en viss byggnadsdel (exempelvis yttervägg). Om ett medelvärde tas fram för alla ingående

byggnadsdelar (det vill säga hela klimatskalet) kallas det för genomsnittlig

värmegenomgångskoefficient, Um. Um-värdet sätter en gräns på hur mycket värme som får passera ut genom hela klimatskalet. I Um ska, förutom U-värdet för respektive byggnadsdel, även förlusterna genom köldbryggor (linjära och punktformade) finnas med. En linjär köldbrygga är ett långsmalt områden med extra högt värmeflöde, exempelvis anslutning mellan yttervägg och tak. En

punktformig köldbrygga är ett litet område där högre värmeflöde, ofta tredimensionellt, uppstår. Till exempel en anslutning mellan ytterväggshörn och tak eller en spik som går rätt igenom isolering. [5]

Um beräknas enligt ekvation (1) nedan. [5]

𝑈_𝑚 = ^{(∑ 𝑈}^𝑖^𝐴^𝑖

𝑛𝑖 +∑ 𝑙𝑚 𝑘Ψ𝑘

𝑘 +∑ Χ𝑝 𝑗

𝑗 )

𝐴𝑜𝑚 [𝑊/𝑚²𝐾] (1)

där

Ui är värmegenomgångskoefficient för byggnadsdel i (W/m²K).

Ai är arean för byggnadsdel i:s yta mot uppvärmd inomhusluft (m²).

lk är längden mot uppvärmd inomhusluft av den linjära köldbryggan k (m).

Ψk är värmegenomgångskoefficient för den linjära köldbryggan k (W/mK).

Χj är värmegenomgångskoefficient för den punktformiga köldbryggan j (W/K).

Aom är sammanlagd area för omslutande byggnadsdelars ytor mot uppvärmd inomhusluft (m²).

De punktformiga köldbryggorna kan vanligen försummas när Um beräknas eftersom värmeförlusterna i dessa är så små jämfört med övriga värmeförluster genom klimatskalet. [5]

3.2 Värmeförluster

I en byggnad finns värmeförluster till omgivningen när inomhustemperaturen är lägre än utomhustemperaturen. Förlusterna uppstår på grund av värmetransport genom klimatskalet (transmission), frånluft som har högre temperatur än utomhusluften (ventilation) samt ofrivillig ventilation genom otätheter (infiltration). Dessa förluster måste beräknas så att en korrekt dimensionering av värmesystemet kan utföras.

3.2.1 Transmission

Transmissionsförluster i en byggnad består av värmeledning genom klimatskalets olika delar. Det uppstår vid en temperaturskillnad mellan inomhus och omgivning. Storleken på värmetransporten är bland annat beroende av byggnadsdelens konstruktion och de använda materialens

värmekonduktivitet. Material med låg värmekonduktivitet leder värme dåligt (exempelvis isolering).

(15)

8

Transmissionsförlusterna beräknas med hjälp av ekvation (2) enligt den svenska standarden SS 24300-1:2011 [6] och betecknas Qt.

𝑄_𝑡 = (∑ 𝑈^𝑛_𝑖 _𝑖𝐴_𝑖+ ∑ 𝑙_𝑘^𝑚 _𝑘Ψ_𝑘+ ∑ Χ^𝑝_𝑗 _𝑗) ∗ (𝑇_{𝑖𝑛𝑛𝑒}− 𝑇_𝑢𝑡𝑒) [𝑊] (2) där

Ui är värmegenomgångskoefficient för byggnadsdel i (W/m²K).

Ai är arean för byggnadsdel i:s yta mot uppvärmd inomhusluft (m²).

lk är längden mot uppvärmd inomhusluft av den linjära köldbryggan k (m).

Ψk är värmegenomgångskoefficient för den linjära köldbryggan k (W/mK).

Χj är värmegenomgångskoefficient för den punktformiga köldbryggan j (W/K).

Tinne är inomhustemperaturen (°C).

Tute är utomhustemperaturen (°C).

3.2.2 Ventilation

Värmeförluster från ventilationen uppstår när inomhusluft som är varmare än utomhusluften ventileras ut. Förlusten blir den energi man måste tillsätta den nya luften innan man kan distribuera den i byggnaden.

Denna värmeförlust beräknas med ekvation (3) enligt den svenska standarden SS 24300-1:2011 [6]

och betecknas Qv.

𝑄_𝑣= 𝜌𝐶 ∗ 𝑞_𝑣∗ 𝑑(1 − 𝜂) ∗ (𝑇_{𝑖𝑛𝑛𝑒}− 𝑇_𝑢𝑡𝑒) [𝑊] (3)

där

𝜌𝐶 är luftens volymetriska värmekapacitet (J/(m³K)), qv är frånluftsflödet (m³/s),

d är andelen av tiden som ventilationsaggregatet är i drift under en medelvecka. Om aggregatet är i drift dygnet runt så är d lika med 1. Vid annan driftstid eller andra luftflöden används ett vägt medelvärde.

η är systemverkningsgraden för värmeåtervinning från frånluft.

3.2.3 Infiltration

Värmeförluster genom infiltration kan ses som oönskad utomhusluft som tränger in i byggnaden genom otätheter i klimatskalet. Denna luft måste värmas upp, vilket kräver energi. Infiltrationen sker på grund av tryckskillnader som uppstår vid vindangrepp och temperaturskillnader mellan inomhus och omgivning.

Ett sätt att beräkna förlusten genom infiltration är med ekvation (4) enligt den svenska standarden SS 24300-1:2011 [6].

𝑄_𝑖 = 𝜌𝐶 ∗ 𝑞_{𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡}∗ 𝐴_𝑜𝑚∗ (𝑇_{𝑖𝑛𝑛𝑒}− 𝑇_𝑢𝑡𝑒) [𝑊] (4)

där

(16)

9

qdrift är byggnadens lufttäthet (m³/(m²s)). Värdet erhålls från provtryckning enligt SS-EN 13829.

I och med att denna metod kräver att resultat från en provtryckning av byggnaden finns tillgängligt så är den inte möjlig att använda om detta saknas. Då kan istället en mindre exakt men enklare metod användas där förlusterna kan beräknas med ekvation (5). Där ersätts variabeln från provtryckningen med ett uppskattat värde för luftens omsättning. [7]

𝑄_𝑖 =^𝑛∗𝑉

3,6 ∗ 𝜌_{𝑖𝑛𝑛𝑒}∗ (𝑇_{𝑖𝑛𝑛𝑒}− 𝑇_𝑢𝑡𝑒) [𝑊] (5)

där

n är antalet luftomsättningar per timme. Vanligt används ett värde på 0,2 vilket innebär att 20 % av volymen byts ut varje timme. För nya täta byggnader kan ett värde av 0,1 användas.

V är volymen av den uppvärmda luften i byggnaden (m³), ρinne är inomhusluftens densitet (kg/m³).

3.3 Värmeeffektbehov

Det värmeeffektbehov som en byggnad kräver bestäms av de värmeförluster som uppkommer vid dimensionerande vinterutetemperatur (DVUT). Hänsyn ska dock även tas till den interna

värmegenereringen i byggnaden (exempelvis från personer och elektronik). I en byggnad med fönster bör även värmetillskott från solinstrålning räknas in.

Värmeeffektbehovet beräknas genom summering av värmeförlusterna från transmission (Qt), ventilation (Qv) och infiltration (Qi) då utomhustemperaturen är lika med DVUT. Från summan subtraheras sedan den interna värmegenereringen (Qgen). Detta ger ett värde för det teoretiska värmeeffektbehovet som måste installeras för den specifika byggnad som beräkningarna utförs på.

Värdet kan även divideras med den tempererade arean (Atemp) för att få ett värde med enheten W/m²Atemp vilket ger möjlighet att jämföra byggnadens prestanda med krav eller andra byggnader.

Värmeeffektbehovet vid DVUT beräknas med ekvation (6) enligt den svenska standarden SS 24300- 1:2011 och benämns PDVUT. [6]

𝑃_{𝐷𝑉𝑈𝑇}= (𝑄_𝑡+ 𝑄_𝑣+ 𝑄_𝑖) − 𝑄_𝑔𝑒𝑛 [𝑊] (6)

där

Qt är värmeförlusterna genom transmission (W). Beräknas enligt ekvation (2) med Tute = TDVUT.

Qv är värmeförlusterna genom ventilation (W). Beräknas enligt ekvation (3) med Tute = TDVUT.

Qi är värmeförlusterna genom infiltration (W). Beräknas enligt ekvation (4) eller (5) med Tute = TDVUT.

Qgen är den interna värmegenereringen från personer, belysning och elektronik (W).

Den dimensionerande vinterutetemperaturen är den lägsta medeltemperaturen för ett dygn som inträffar under ett år [6]. DVUT varierar från ort till ort och en tabell över värden som användes för beräkningar i projektet finns i Bilaga A – Temperaturförutsättningar i klimatzonerna.

(17)

10

3.4 Energibehov för värme och kyla

För att teoretiskt uppskatta hur stort energibehov en byggnad kommer ha för uppvärmning och kyla under ett år kan metoden med gradtimmar användas. Metoden använder sig av en uppskattning kring hur många timmar per år som en viss mängd värme måste tillföras eller kylas bort för att erhålla önskad inomhustemperatur. För att få en bra uppskattning av de verkliga behoven bör beräkningarna delas upp så att behoven beräknas åtminstone månadsvis (summera för att erhålla årsbehoven). Ju bättre upplösning på beräkningarna, desto bättre uppskattning av de verkliga behoven.

Energibehovet under ett år beräknas som summan av produkten mellan erforderlig värme- eller kyleffekt och antal timmar som effekten fordras, vilket kan skrivas enligt ekvation (7). [8]

𝐸_𝑡𝑜𝑡= 𝐹_𝑡𝑜𝑡∫(𝑇𝑔− 𝑇_𝑢𝑡𝑒)𝑑𝑡 [𝑊ℎ] (7)

där

Ftot är den totala specifika värmeförlusten genom transmission, ventilation och infiltration (W/°C).

Tg är gränstemperaturen för vilken aktiv uppvärmning eller kyla krävs (°C). Beräknas enligt ekvation (9).

Tute är rådande utomhustemperatur för tidpunkten då energibehovet beräknas (°C).

dt är tiden under vilken temperaturdifferensen gäller (h).

I ekvation (7) motsvarar integralen över temperaturdifferensen gradtimmar, Gt, vilket leder till att det totala energibehovet för uppvärmning och kyla kan formuleras enligt ekvation (8).

𝐸_𝑡𝑜𝑡= 𝐹_𝑡𝑜𝑡∗ (𝐺_𝑡_{𝑣ä𝑟𝑚𝑒}+ 𝐺_{𝑡𝑘𝑦𝑙𝑎}) [𝑊ℎ] (8)

där

Gtvärme är antalet gradtimmar som aktiv uppvärmning krävs (°Ch).

Gtkyla är antalet gradtimmar som aktiv kyla krävs (°Ch).

3.4.1 Gränstemperatur

Temperaturen som motsvarar den gräns då värme måste till- eller bortföras byggnaden för att uppnå en önskad inomhustemperatur kallas gränstemperatur och betecknas Tg. Gränstemperaturen

bestäms utifrån önskad inomhustemperatur, den interna värmegenereringen samt byggnadens specifika värmeförluster genom transmission, ventilation och infiltration. Ekvation (9) beskriver hur gränstemperaturen beräknas. [8]

𝑇_𝑔 = 𝑇_{𝑖𝑛𝑛𝑒} −^𝑄_𝐹^𝑔𝑒𝑛

𝑡𝑜𝑡 [°C] (9)

där

Tinne är önskad inomhustemperatur (°C).

Qgen är den interna värmegenereringen från personer, belysning och elektronik (W).

Ftot är den totala specifika värmeförlusten genom transmission, ventilation och infiltration (W/°C).

(18)

11

3.5 Energiprestanda

Energiprestanda är ett mått på en byggnads energianvändning per kvadratmeter tempererad golvyta (kWh/m²Atemp) och betecknas EP. Energiprestanda kan innefatta energianvändningen för en mängd olika system i en byggnad. I energiprestandan som beräknades i detta arbete ingick

energianvändningen för värme- och kylsystem samt belysning. Energiprestanda beräknades enligt ekvation (10). [9]

𝐸𝑃 =^𝐸^{𝑣ä𝑟𝑚𝑒}^+𝐸^{𝑘𝑦𝑙𝑎}_𝐴 ^+𝐸^{𝑏𝑒𝑙𝑦𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔}

𝑡𝑒𝑚𝑝 [𝑘𝑊ℎ/𝑚_{𝐴𝑡𝑒𝑚𝑝}² ] (10)

där

Evärme är energianvändningen för värmesystemet (kWh).

Ekyla är energianvändningen för kylsystemet (kWh).

Ebelysning är energianvändningen för belysningen (kWh).

(19)

12

4. Metod

Metod som använts vid undersökningar och beräkningar presenteras här under respektive kapitel.

Om inte annat anges utfördes beräkningar i Excel.

4.1 Analys av mätningar

De mätningar som utfördes i FOI-projektet ”Teknikhus som passivhus” (se 2.3 Mätningar) analyserades genom att mätdatat först bearbetades med den inbyggda graf-funktionen för databasen som användes för att logga mätdatat. Om något intressant kunde utläsas analyserades den delen noggrannare i Excel med hjälp av grafer och beräkningar.

Det som undersöktes var om tydliga trender eller samband kunde påvisas mellan:

 Värmebehovet och:

o Vindhastighet.

o Fukthalt utomhus.

o Utomhustemperatur.

 Kylbehovet och:

o Vindhastighet.

o Fukthalt utomhus.

o Utomhustemperatur.

Dessutom granskades även inomhustemperaturen och dess variationer under året för att undersöka om en acceptabel nivå uppnås. Vidare undersöktes hur värme- och kylsystemen fungerar och samverkar.

4.2 Nuvarande teknikhus

De nuvarande teknikhusens uppbyggnad och installationer undersöktes genom ritningar, platsbesök och kontakt med personer inom Trafikverket och externa parter som är eller har varit inblandade i teknikhusen. Undersökningarna fokuserades på enkla förändringar som kan leda till en

energieffektivisering av teknikhusen utan att stora investeringar eller ändringar krävs.

De teknikhus som besöktes utgjordes av de fyra husen där mätningar utfördes (se 2.3 Mätningar). Vid besöken undersöktes och dokumenterades husens uppbyggnad, installerad utrustning samt placering av utrustning och givare kopplade till styrsystem (framförallt termostater för värme- och kylsystem).

Informationen från platsbesöken samt kontaktpersoner analyserades och låg till grund för de förbättringsförslag som togs fram.

4.3 Klimatskal

Klimatskalet är de omslutande byggnadsdelarna som byggnaden består av samt fogarna där de olika delarna sammanfogas. Ett teknikhus klimatskal består av delarna tak, ytterväggar, golv och ytterdörr.

Vanliga byggnader har även fönster med i klimatskalet, men eftersom teknikhusen saknar fönster behöver ingen hänsyn tas till dessa.

Beroende på hur de olika delarna av klimatskalet är konstruerade och sammanfogade får byggnaden olika egenskaper när det kommer till förmåga att motstå temperaturförändringar, vindangrepp, regn samt fukt. Ett högt motstånd mot temperaturförändringar uppnås genom ett effektiv isolerat och tätt klimatskal där infiltrationen är låg. Användningen av ”tunga” material som exempelvis betong kan även bidra till att fördröja tiden innan inomhusklimatet påverkas av utomhusklimatet genom en ökad energilagringsförmåga. Vid konstruktionen av ett tätt klimatskal är transport och lagring av fukt viktigt att ta hänsyn till för att undvika fuktrelaterade problem i byggnaden.

(20)

13

Energirelaterade krav på byggnaders klimatskal ställs framförallt av Boverket genom Boverkets byggregler (BBR). BBR är i huvudsak framtaget för bostäder och lokaler (som kontor och skolor) med några tillägg för fritidshus/mindre hus. I föreskriften finns bland annat krav på energianvändning per kvadratmeter, installerad värmeeffekt, genomsnittlig värmegenomgångskoefficient samt lufttäthet.

Kraven är geografiskt uppdelade genom olika kravnivåer för de tre klimatzoner som Boverket delat upp landet i (se 2.4 Klimatzoner).

De krav i BBR som är mest applicerbara på ett teknikhus är de som finns i kapitel 9:4 ”Alternativt krav på byggnadens energianvändning”. Där finns det specificerade U-värden för respektive omslutande byggnadsdel, ett maximalt tillåtet eleffektbehov för uppvärmning, ett krav på lufttäthet för

klimatskalet samt för byggnader större än 60 m² ett krav på värmeåtervinning genom ventilationsluften alternativt installation av värmepump. Dessa krav är riktade mot mindre

byggnader/fritidshus och tanken är att de ska vara lite enklare att kontrollera då färre beräkningar kring energianvändningen krävs. Dock får dessa krav endast användas för byggnader där:

 Den tempererade golvarean, Atemp, är maximalt 100 m².

 Fönster- och dörrarean uppgår till maximalt 20 % av Atemp.

 Kylbehov saknas. [10]

Ett vanligt teknikhus uppfyller de två första punkterna kring golv-, fönster- och dörrarea men inte den sista kring kylbehovet. Därför är ju dessa krav inte ideala att jämföra med, men de är de mest

passande och rättvisa kraven för jämförelse som finns tillgängliga i BBR.

I projektet utvärderades och jämfördes de krav som ställs i kapitel 9:4 av BBR 21 med de nuvarande krav som ställs av Trafikverket genom beräkningar kring värmeförluster, värmeeffektbehov samt värme- och kylbehov. Beräkningarna utfördes med en kombination av ekvation (2)-(9). För att undersöka vilken påverkan olika storlek och olika klimatförutsättningar hade på resultaten utfördes beräkningarna för sex olika stora byggnader i respektive klimatzon. De olika byggnadsstorlekarna valdes till varje tiotal mellan 20 och 70 m² golvarea för att täcka troliga storlekar för framtida teknikhus. Klimatförutsättningar för varje klimatzon togs fram enligt Bilaga A –

Temperaturförutsättningar i klimatzonerna.

Beräkningar för att avgöra vilken isolernivå som teoretiskt ger lägsta totala energibehov för uppvärmning och kyla i ett teknikhus utfördes med hjälp av ekvation (2), (3), (5) och (7)-(9). I beräkningarna varierades den genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten för klimatskalet med hjälp av en optimeringsfunktion i Excel för att hitta det värde som för respektive byggnadsstorlek och klimatzon gav lägst totalt energibehov.

4.4 Inomhusklimat

Området inomhusklimat avgränsades till att innefatta krav på temperatur, fukthalt och uteluftsflöde (mängden ny uteluft som kontinuerligt måste tillföras byggnaden). För de tre delområdena är det framförallt den tekniska utrustningen i teknikhusen, men även personal och byggnaden i sig, som ställer krav.

Krav från utrustning undersöktes genom kravdokument från Trafikverket, tillverkare och kontakt med leverantörer. Krav för att erhålla en godtagbar arbetsmiljö för personal söktes i de författningar som utgetts av Arbetsmiljöverket och Socialstyrelsen samt i BBR. Krav från själva byggnaden utreddes genom litteraturstudier och kontakt med personer med kunskap inom området.

Effekten vid förändring av nuvarande ställda krav kring inomhusklimatet undersöktes genom beräkningar. Potentiell energibesparing vid en höjning av högsta tillåtna respektive sänkning av

(21)

14

lägsta tillåtna inomhustemperatur undersöktes med beräkningar kring teoretiskt energibehov för uppvärmning och kyla enligt ekvationerna (7)-(9).

4.5 Ventilation

Ett ventilationssystem kan generellt sett ha funktionen att vara omblandande eller deplacerande beroende på hur systemet är designat. En omblandande ventilation innebär att tilluften tillförs rummet så att all luft i rummet blandas vilket leder till att temperaturdifferensen i rummet är liten.

Vid deplacerande ventilation tillförs tilluften med låg hastighet nära golvet vilket leder till att den varmare rumsluften stiger uppåt och lägger sig som ett skikt nära taket. Det vill säga; vid

deplacerande ventilation är temperaturdifferensen stor i höjdled.

Önskad funktion hos ventilationssystemet (omblandande eller deplacerande) undersöktes utifrån förutsättningen att ett teknikhus är fyllt med elektrisk utrustning som är i drift dygnet runt. Det mesta av elektriciteten som används av utrustningen omvandlas till värme vilket måste hanteras av ventilations- och/eller kylsystemet.

Förslag på hur ventilationssystemet kan utformas och placeras för att effektivt erhålla önskad funktion formulerades i samspråk med kunnig person inom området samt tillverkare/leverantör av ventilationslösningar.

Möjligheten att nyttja närvarostyrning av uteluftsflödet (mängden ny uteluft som kontinuerligt måste tillföras byggnaden) i teknikhusen undersöktes utifrån de krav som ställs på flödet enligt resultaten från undersökningen i kapitel 4.4 Inomhusklimat. Med närvarostyrning menas att det normala uteluftsflödet minimeras under förutsättningen att ingen person befinner sig i byggnaden, det vill säga utrustning eller byggnaden ställer det dimensionerande kravet. När en person är närvarande i byggnaden forceras uteluftsflödet automatiskt upp till den nivå som krävs för att erhålla en godkänd arbetsmiljö. Anledningen till att detta var intressant att undersöka är att personal endast befinner sig i teknikhusen vid behov, vilket uppskattningsvis är ca 5-10 timmar varje månad.

Ett försök att uppskatta möjlig energibesparing gjordes genom beräkningar där närvarostyrning var respektive inte var installerad och en jämförelse mellan resultaten. Beräkningarna baserades på värmeförlusten genom ventilation (ekvation (3)) under en uppvärmningssäsong på 4 månader (2880 timmar). Produkten av värmeförlusten och tiden som värmeförlusten existerar blir det energibehov som krävs för att täcka behovet, vilket visas i ekvation (11).

𝑃_{𝑏𝑒ℎ𝑜𝑣}= 𝑄_𝑣∗ 𝑡 [𝑊ℎ] (11)

Skillnaden mellan energibehovet då närvarostyrning inte är respektive är installerat ger det minskade energibehovet per år. Det minskade energibehovet översattes till en minskad elförbrukning under antagande att direktel används för att täcka värmebehovet. Det vill säga; varje kWh som

energibehovet minskar motsvarar 1 kWh elförbrukning.

4.6 Värme- och kylsystem

Olika lösningar för värme- och kylsystem undersöktes genom litteraturstudier samt kontakt med personer kunniga inom området och tillverkare/leverantörer av systemen. För att ett värme- eller kylsystem skulle anses vara lämpligt för ett teknikhus behövde ett antal kriterier uppfyllas:

 Tillförlitligt: Systemets funktion bör vara beprövat.

 Underhållsfritt: Systemet bör drivas av elektricitet och inte kräva mer än periodiskt underhåll (exempelvis kontroll och underhåll 1-2 gånger per år).

(22)

15

 Flexibelt: Systemet bör kunna regleras utifrån rådande utomhusklimat samt fungera i olika delar av landet.

Nuvarande krav på värme- och kylsystem undersöktes genom litteraturstudie av Trafikverkets kravdokument för teknikhus.

4.7 Belysning

Nuvarande krav som Trafikverket ställer på styrningen av belysningen i teknikhusen undersöktes genom litteraturstudie av kravdokument för teknikhus. Ändringsförslag utformades med målet att eliminera risken att belysning är påslagen när ingen befinner sig i byggnaden samt att minimera risken för att belysning slocknar under pågående arbete.

4.8 Energiprestanda

Möjligheten att använda energiprestanda för att ställa krav på energianvändningen i en byggnad samt hur energiprestanda kan beräknas undersöktes genom litteraturstudier. För att utreda om energiprestanda skulle vara en lämplig metod att använda för att ställa krav på energianvändningen i teknikhus utvärderades den med ett antal frågor där de viktigaste var:

 Kan energiprestanda användas för att säkerställa en maximal önskad energianvändning?

 Ger metoden utrymme för olika lösningar?

o Det vill säga: Blir det ett funktionskrav?

 Är metoden anpassningsbar och möjlig att använda i hela landet?

Förslag på kravnivåer för energiprestanda i teknikhus togs fram genom teoretiska beräkningar enligt ekvation (10) med resultat från beräkningar av teoretiskt energibehov för uppvärmning och kyla enligt avsnitt 4.3 Klimatskal. Antaganden kring förhållandet mellan behov och användning av energi för värme- och kylsystem gjordes enligt bästa förmåga. Energianvändningen för belysningen uppskattades grovt genom beräkningar av belysningsexpert inom Trafikverket.

(23)

16

5. Resultat och analys

De resultat som erhölls från de undersökningar och beräkningar som utförts i projektet presenteras här under respektive kapitel.

5.1 Analys av mätningar

Resultaten från analysen av de mätningar som utfördes i FOI-projektet ”Teknikhus som passivhus”

presenteras nedan.

Ett allmänt resultat från analysen som nyttjades i beräkningar var storleken på den interna

värmegenereringen från utrustningen placerad i teknikhusen. Värmegenereringen bestämdes till Qgen

= 1,75 kW och antogs gälla dygnet runt i samtliga teknikhus. Den verkliga storleken på

värmegenereringen beror på vilken utrustning som installerats i teknikhuset. Värmegenereringen varierar även momentant beroende på hur mycket av utrustningen som är i drift men sett över ett helt dygn är ett medelvärde en bra uppskattning.

5.1.1 Trender och samband mellan omgivning och värme- eller kylbehov

Inga trender eller samband mellan värme- eller kylbehov och vindhastighet har kunnat utläsas i något av de fyra teknikhusen. Detta tyder på att teknikhusen inte påverkas nämnvärt av vind vilket skulle kunna vara relaterat till att teknikhusen generellt sett är små byggnader. Kan även tyda på att de fyra teknikhusen har ett tätt klimatskal vilket leder till att infiltrationen är liten även vid vindangrepp.

Inga trender eller samband mellan värme- eller kylbehov och fukthalt utomhus har kunnat utläsas i något av de fyra teknikhusen. Detta tyder på att teknikhusen inte påverkas nämnvärt av fukthalten utomhus vilket inte heller förväntades.

Utomhustemperaturen påverkade värme- och kylbehovet som förväntat i alla fyra teknikhus; när temperaturen sjunker utomhus ökar värmebehovet och när temperaturen stiger ökar kylbehovet.

Det som skiljer sig mellan teknikhusen är vid vilka temperaturer som värme- respektive kylsystemet börjar arbeta. Några anledningar till att temperaturen skiljer sig åt mellan byggnaderna är de olika konstruktionstyperna (olika utformning och konstruktionsmaterial) samt att husen är utrustade med olika typer av värme- och kylsystem med olika styrning.

(24)

17

I Figur 2 kan solens påverkan på ytterväggarnas temperatur samt kyleffektbehovet utläsas för teknikhuset i Sävastklinten. Där kan tydligt ses att när solen går upp på morgonen (kring klockan 04:00) stiger temperaturen på norrväggen (en av byggnadens långsidor) och efter en tid måste kylsystemet börja arbeta konstant på grund av att inomhustemperaturen ökat. Mellan klockan 08:00 och ca 11:30 värmer solen en kortsida av byggnaden vilket innebär att mindre värmeenergi

transporteras in i huset (belysta väggarean är mindre). Detta leder till att kylsystemet endast behöver arbeta stötvis för att hålla inomhustemperaturen på en acceptabel nivå. När sedan solen värmer den södra långsidan av byggnaden mitt på dagen måste kylsystemet konstant arbeta med full kapacitet eftersom väggarean är stor och solen är som varmast. Framåt kvällen när solstrålningens intensitet har minskat kan kylsystemet slås av helt och byggnaden kyls då endast med ventilationsluft.

Sammanfattningsvis tyder de samband som kan utläsas i Figur 2 på att solinstrålning har en direkt effekt på kylsystemets driftstid och effektbehov. Detta medför att ytterväggarnas isolering bör designas med detta i åtanke för att minimera kylbehovet.

5.1.2 Inomhustemperatur

I de fyra teknikhusen mättes inomhustemperaturen i de två olika rummen signal- respektive elrum.

Ett mätvärde loggades var 15:e minut under hela mätperioden.

Troliga störningar i GSM-nätet som användes för kommunikationen mellan kontrollenhet och databasen ledde till att slumpmässigt momentana extremvärden loggades. Dessa värden kan ses i vissa grafer som lodräta linjer.

Kalix teknikhus

Mätperioden för teknikhuset i Kalix var från den 20 februari 2014 till examensarbetes slut i oktober samma år. I Figur 3 presenteras temperatur i signal- och elrum under hela mätperioden.

Figur 2. Solens påverkan på väggtemperatur och kyleffektbehov för Sävastklinten teknikhus den 25 juli 2013.

(25)

18

Generellt under den kallare delen av mätperioden (februari-maj samt slutet av augusti-oktober) höll sig temperaturen i båda rummen på en relativt konstant nivå. Under februari-maj låg temperaturen i signalrummet kring 20 °C medan temperaturen i elrummet höll sig kring 17 °C. Mellan slutet av augusti-oktober låg temperaturerna på 24 °C i signalrummet respektive 20-21 °C i elrummet. I genomsnitt under dessa perioder låg temperaturen i elrummet ungefär 3 °C lägre än i signalrummet.

Anledningen till temperaturdifferensen skulle kunna vara en kombination av två saker:

 Termostaten som styr värmesystemet är placerad i signalrummet vilket innebär att ingen hänsyn tas till temperaturen i elrummet.

 Ventilationssystemet har återcirkulationsfunktion med insug placerat i elrummet.

I och med att återluften tas från elrummet som är det mindre rummet med lite värmeavgivande utrustning kan det resultera i att temperaturen sjunker.

Under den varmare delen av mätperioden (juni-mitten av augusti) varierar inomhustemperaturen kraftigt på grund av att kylsystemet inte kan hålla temperaturen nere under dagen. Detta leder till höga temperaturer inomhus, framförallt i signalrummet där temperaturen når 46 °C när det är som varmast. Samtidigt som temperaturen är 46 °C i signalrummet är temperaturen 27 °C i elrummet.

Skillnaden skulle kunna förklaras med att betydligt mindre värmeavgivande utrustning är placerad i elrummet. I och med att inomhustemperaturen är hög under relativt lång tid ökar risken att utrustning inte fungerar som den ska. Det ökar även risken att utrustning går sönder.

Den momentana nedgången i temperatur som följer direkt efter temperaturtoppen i signalrummet är troligtvis resultat av att personal åkte ut till teknikhuset och öppnade ytterdörren. Någon gång under samma tid installerades en temporär kylmaskin i varje rum i teknikhuset vilket kan förklara varför temperaturen inte når samma extrema nivå under resterande tiden.

Figur 3. Temperatur i signal- och elrum för Kalix teknikhus under hela mätperioden.

(26)

19 Sävastklinten teknikhus

Mätperioden för teknikhuset i Sävastklinten sträckte sig mellan den 5 juli 2013 och den 31 juli 2014. I Figur 4 presenteras temperaturer i signal- och elrum under hela mätperioden.

Under den varma delen av mätperioden (juli-augusti samt maj-juli) varierar temperaturen i både signal- och elrummet under dygnet. Framförallt varierar temperaturen i elrummet väldigt mycket där temperaturen kan svänga 3-4 grader flertalet gånger på några timmar. Detta skulle kunna bero på att givaren för temperaturmätningen i elrummet hängde åtkomlig för den kalla luftströmmen från kylsystemet i och med att elrummet är så pass litet. Om kylsystemet arbetar stötvis skulle det kunna förklara de snabba variationerna i mätningarna samt den låga temperatur som stundtals uppmätts (15-16 °C). Undantaget de kraftigaste temperaturnedgångarna i elrummet håller sig temperaturen mellan 20-25 °C i båda rummen under den varma perioden av året.

Figur 4. Temperatur i signal- och elrum för Sävastklinten teknikhus under hela mätperioden.

(27)

20

Under den kallare delen av mätperioden (oktober-april) håller sig temperaturen i signalrummet relativt konstant kring 22 °C. Dock sjunker temperaturen i elrummet och ligger under 20 °C större delen av perioden. Stundtals sjunker temperaturen ned till 2-3 °C vilket kan ses i Figur 5 nedan.

Den översta linjen i Figur 5 motsvarar temperaturen i elrummet under januari 2014. Där kan tydligt utläsas att temperaturen ligger klart under 20 °C största delen av månaden. I figuren kan även utläsas att vid perioden med lägsta utomhustemperaturen ligger temperaturen i elrummet under 5 °C.

En låg inomhustemperatur i elrummet får konsekvensen att kapaciteten hos de batterier som är placerade i utrymmet sjunker. [11] Detta leder i sin tur till att kraftförsörjningen för resterande utrustning i teknikhuset kan riskeras utifall den låga temperaturen skulle sammanfalla med ett bortfall av den ordinarie kraftförsörjningen.

Figur 5. Temperatur i elrum och utomhus i Sävastklinten teknikhus under januari 2014. X-axeln representerar månaden i timmar.

(28)

21 Kringlan teknikhus

Mätperioden för teknikhuset i Kringlan sträckte sig mellan den 10 oktober 2013 och den 31 augusti 2014. I Figur 6 presenteras temperaturer i signal- och elrum under hela mätperioden.

Under den kallare delen av mätperioden (november-mitten av april) pendlar temperaturen i signalrummet cyklist mellan 21-25 °C. Detta beteende förklaras av att värmesystemet börjar arbeta när temperaturen når 21 °C och värmer då upp rummet till 25 °C innan det slår ifrån och

temperaturen sjunker tills den når 21 °C igen. Under den kallare perioden varierar inte temperaturen i elrummet speciellt mycket under dygnet. Dock svänger temperaturen fram och tillbaka mellan 18- 21 °C över perioden.

Under den varma delen av mätperioden (oktober samt slutet av april-augusti) pendlar temperaturen i elrummet mellan 20-22,5 °C under dygnet beroende på när kylsystemet arbetar. I signalrummet pendlar inte temperaturen under dygnet utan varierar mer långsiktigt över hela perioden, troligtvis följer den utomhustemperaturen. Anledningen till att temperaturen i signalrummet inte pendlar snabbt under dygnet (som i elrummet) samt att den når uppåt 29 °C som varmast är att kylsystemet är placerat i elrummet. Då de två rummen är avgränsade med en innervägg innebär detta att signalutrymmet endast kyls med ventilationsluft.

Figur 6. Temperatur i signal- och elrum för Kringlan teknikhus under hela mätperioden.

(29)

22 Floda teknikhus

Mätperioden för teknikhuset i Floda sträckte sig mellan den 8 oktober 2013 och den 31 augusti 2014.

I Figur 7 presenteras temperaturer i signal- och elrum under hela mätperioden.

Under den kallare delen av mätperioden (oktober-april) pendlar temperaturen i signalrummet mellan 19,5-21,5 °C under dygnet beroende på när värmesystemet arbetar. Under samma period håller sig temperaturen i elrummet konstant mellan 21-22 °C.

Under den varmare delen av mätperioden (maj-augusti) varierar temperaturen i båda rummen över dygnet med den lägsta temperaturen under kvällen/natten. Detta kan förklaras med att kylsystemet består av ett luftbaserat frikyleaggregat i varje rum och när temperaturen utomhus sjunker under kvällen/natten kan även inomhustemperaturen sänkas. Kylsystemet klarar dock inte av att hålla inomhustemperaturen nere under tiden utomhustemperaturen är hög, i båda rummen stiger temperaturen till strax över 30 °C när det är som varmast.

5.1.3 Värme- och kylsystemens funktion och beteende

I de fyra teknikhusen mättes kontinuerligt effektförbrukningen för värmesystem samt eventuellt kylsystem. Ett mätvärde loggades var 30:e sekund under hela mätperioden. Data från

effektmätningar analyserades tillsammans med data från inomhustemperaturmätningar för att utreda om systemen fungerar effektivt samt om några problem kunde upptäckas.

Kalix teknikhus

I Figur 3 kan det utläsas att värmesystemet klarar av att alstra en acceptabel inomhustemperatur under hela mätperioden. Dock visar samma figur att temperaturen blir väldigt hög under de varmaste dagarna vilket tyder på att det nuvarande kylsystemet inte fungerar som det ska.

Alternativt är inte kylsystemet dimensionerat för att hantera de höga utomhustemperaturerna tillsammans med internvärmegenereringen.

Figur 7. Temperatur i signal- och elrum för Floda teknikhus under hela mätperioden.

(30)

23 Sävastklinten teknikhus

Figur 4 visar på att det nuvarande kylsystemet i teknikhuset klarar av att hålla inomhustemperaturen på en acceptabel nivå under den varma delen av året. I både Figur 4 och Figur 5 kan det dock utläsas att värmesystemet inte klarar av att hålla en acceptabel temperatur i elrummet under den kalla delen av året. Anledningen till att temperaturen blir så låg i elrummet skulle kunna vara att värmesystemet i rummet inte fungerar, är underdimensionerat eller att återluften som tas från rummet sänker temperaturen. Det skulle även kunna bero på att det saknas tätning vid kabelintaget under golvet i rummet vilket upptäcktes vid platsbesöket i teknikhuset. Avsaknaden av tätning vid kabelintag leder till att större mängd kall utomhusluft har möjlighet att ta sig in i rummet. Om inte detta togs med i beräkningarna när värmesystemet dimensionerades är risken stor att systemet inte kan hantera den extra förlusten vilket skulle leda till att inomhustemperaturen sjunker.

Vid analys av effektmätningarna för värmesystemet framkom att elförbrukningen var nästan 30 000 kWh under mätperioden (13 månader), vilket är orimligt högt för ett hus på ca 60 m². Teknikhuset i Kringlan är ungefär lika stort och där förbrukade värmesystemet ca 720 kWh under mätperioden (11 månader). I och med att teknikhusen dessutom har en hög internvärmegenerering bör

värmebehovet vara relativt lågt. Exakt vad den höga förbrukningen i Sävastklinten beror på är svårt att säga men en anledning skulle kunna vara avsaknaden av tätningen vid kabelintaget i elrummet.

Om kall utomhusluft tar sig in i elrummet och kyler ned utrymmet försöker värmesystemet

kompensera genom att tillföra mer värme. Eftersom ny kalluft hela tiden kan ta sig in skulle det leda till att värmesystemets elförbrukning blir hög.

Vid analysen upptäcktes att värmesystemet motarbetar kylsystemet under den varmare delen av året, vilket tydligt kan ses i Figur 8.

Figur 8 visar effektförbrukningen för värme- respektive kylsystemet över dygnet den 12 juli 2014. I figuren kan det tydligt utläsas att värme- och kylsystemen motarbetar varandra, ett beteende som

Figur 8. Effektförbrukning för värme- respektive kylsystemet i Sävastklinten teknikhus under 12 juli 2014.

(31)

24

upprepas under året varje tillfälle inomhustemperaturen stiger tillräckligt för att kylsystemet ska starta. Detta beteende innebär en ökad energianvändning i teknikhuset motsvarande ca 1000 kWh per år enligt den uppskattning som kunnats göra i projektet. Det finns dock misstankar om att den verkliga ökade energianvändningen är större, vilket innebär att en noggrannare utvärdering bör göras. Det här beteendet är alltså en av orsakerna till den höga förbrukningen som värmesystemet hade under mätperioden, men verkar inte vara huvudorsaken.

Kringlan teknikhus

Figur 6 visar på att värmesystemet klarar av att hålla en acceptabel inomhustemperatur i båda rummen under den kallare delen av året. Dock klarar inte kylsystemet av att hålla temperaturen nere i signalrummet under den varmare delen av året. Anledningen till detta är som tidigare beskrivet att den aktiva delen av kylsystemet är placerad i elrummet vilket innebär att signalrummet endast kyls med ventilationsluft.

Floda teknikhus

I Figur 7 kan det utläsas att värmesystemet klarar av att hålla inomhustemperaturen uppe i båda rummen under den kalla delen av året. I figuren kan det dock även utläsas att frikylesystemet inte klarar av att hålla inomhustemperaturen på en acceptabel nivå dagtid under de varmaste delarna av året.

5.2 Nuvarande teknikhus

Möjliga åtgärdsförslag för de teknikhus som redan är byggda runt om i landet utformades med målet att förbättra eventuella problem samt om möjligt minska energianvändningen i husen. De flesta förslag kräver någon slags fortsatt utredning innan de implementeras i praktiken.

5.2.1 Problem med för hög inomhustemperatur

Genom kontakt med underhållspersonal för teknikhusen framkom att ett vanligt problem under sommaren var en för hög inomhustemperatur i husen, något som även upptäcktes vid analysen av mätningarna (se Figur 3, Figur 6 och Figur 7). Det framkom även att luftbaserade frikyleaggregat hade upptäckts varit avstängda i ett antal teknikhus vid besök under sommaren, vilket kan leda till att inomhustemperaturen blir för hög. Anledningen till att aggregaten stängts av är troligen obehagligt luftdrag och hög ljudnivå för arbetare som stängt av aggregatet och sedan glömt att starta det igen.

För att undivka att aggregaten glöms avslagna kan exempelvis en tryckknapp med timer installeras så att aggregatens drift kan stängas av temporärt men sedan automatiskt startas igen.

För att lösa problemet med för hög inomhustemperatur bör först och främst nuvarande kylsystem och tillhörande reglersystem kontrolleras. En felplacerad givare eller ett felinställt reglersystem kan leda till att oönskat inomhusklimat eftersträvas av systemet. Om inga problem påträffas bör det utredas om systemet är korrekt dimensionerat utifrån rådande omständigheter

(internvärmegenerering och utomhusklimat). Utomhusklimatet påverkar inomhustemperaturen både genom lufttemperatur och genom solstrålning som värmer upp utsidan på ytterväggar och taket. Ett sätt att minska solens påverkan på inomhustemperaturen kan vara att placera teknikhuset skuggigt och med så liten väggarea som möjligt i söderläge. Det är även viktigt att placera luftintag för ventilation och kylsystem på norrsidan av huset, samt en bit från eventuellt svart tak.

I ett hus som saknar separat kylsystem (endast kyla genom ventilationssystem) bör det utredas om luftbaserad frikyla är möjlig att installera samt om ett sådant system har kapacitet nog att minska problemet i det specifika teknikhuset. Eftersom luftbaserad frikyla är begränsad av den rådande utomhustemperaturen klarar den kanske inte av att hålla ned temperaturen dagtid under de varmaste perioderna (påvisas i Figur 7). Detta leder till att effektiviteten för ett luftbaserat frikylesystem kan variera beroende på geografisk placering.