Energisignatur som metod för att analysera klimatskalets förlustfaktorer och brukarbeteenden på lågenergihus.

EXAMENSARBETE

Energisignatur som metod för att

analysera klimatskalets förlustfaktorer och brukarbeteenden på lågenergihus.

Robin Fransson 2014

Civilingenjörsexamen Arkitektur

Luleå tekniska universitet

Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser

Examensarbete 30 HP

Energisignatur som metod för att

analysera klimatskalets förlustfaktorer och brukarbeteenden på lågenergihus

Robin Fransson Luleå 2014

Examensarbete 30 HP

Författare Robin Fransson Utgivningsår 2014

Universitet Luleå tekniska universitet

Institution Samhällsbyggnad och naturresurser Program Civilingenjör Arkitektur, husbyggnad Examinator Helena Lidelöw

Handledare Sofia LIdelöw

Förord

Detta examensarbete på 30 högskolepoäng är det sista momentet i min utbildning Civilingenjör i Arkitektur med inriktning husbyggnad på Luleå tekniska universitet. Arbetet genomfördes från Januari till September 2014.

Jag vill rikta ett stort tack till alla som varit

inblandade i mitt examensarbete. Ett extra stort tack vill jag ge till min handledare Sofia Lidelöw för sitt stora engagemang och stöttning längs vägen.

Slutligen vill jag även rikta ett stort tack till min familj och alla mina underbara studiekamrater som varit med och stöttat mig under hela min studietid.

Robin Fransson Luleå 2014

Sammanfattning

På senare tid har fler och fler fått upp ögonen för klimatfrågorna och för hur man kan bidra för att dra ner på energianvändningen. Energieffektivisering är ett hett ämne och Energimyndigheten (2013) uppskattar att bostads- och servicesektorn står för ca 40 % av Sveriges totala energianvändning. Det finns därför stora möjligheter till effektivisering inom denna sektor.

Idag finns krav för energianvändning vid nybyggnation och ombyggnation från bl.a. Boverket och FEBY(forum för energieffektivt byggande). Boverkets krav gäller för alla nya byggnader medan FEBYs krav gäller då särskild certifiering önskas.

Dessa krav har med åren blivit allt strängare. I och med de strängare kraven har det blivit viktigt att det i efterhand går att göra en korrekt uppföljning av

klimatskalets prestanda. Detta för att kunna verifiera om entreprenör och konsulter hållit vad som avtalats gentemot byggherren gällande energikrav. Med dagens metoder för energiuppföljning ges så pass stora osäkerheter att energikraven i gällande avtal i praktiken inte blir förpliktade att uppfyllas. Därför behövs nya pålitliga metoder för att på ett säkrare sätt kunna säkerställa energikraven.

(Lundberg, 2014)

För traditionella byggnader där energianvändningen i huvudsak är relaterad till behovet av uppvärmningsenergi är det relativt enkelt att med energisignatur- metoden uppskatta prestandan på klimatskalet (Nordström et al., 2012 ). De interna värmetillskotten och energi från solinstrålning blir relativt små i relation till den energi som krävs för uppvärmning, vilket gör att spridningen i energisignaturen förblir liten. Detta betyder att den uppmätta effekten är starkt temperatur-

beroende och att den till största del kan hänföras till uppvärmning.

Energisignaturens lutningskoefficient kan då bestämmas med god precision (hög R²) och kan användas som ett mått på klimatskalets energiprestanda, se figur 1.

För lågenergihus med hög isoleringsgrad och täthet får små värmetillskott istället stor inverkan på energisignaturen då energi till uppvärmning redan ligger på en låg nivå. Detta gör att uppskattningen utav klimatskalets prestanda försvåras då det ges stor spridning i energisignaturen, se figur 2 (Nordström et al., 2013 ).

Det objekt som valts som studieobjekt för analys är en trävilla belägen på Kronanområdet i Luleå. Eftersom energimätare med uppmätt data fanns tillgängligt i villan ansågs den därför lämplig för studien. Byggnaden är ett Vittjärvshus på 195 kvm som uppfördes 2012 med platta på mark. Fjärrvärme används för uppvärmning och varmvatten. I byggnaden finns dessutom FTX- ventilation och braskamin installerat. Totalt bor fyra personer i huset.

Rådata från studieobjektet på inomhustemperatur, utomhustemperatur,

uppvärmning, varmvatten och elförbrukning har sedan tidigare registrerats i ett excel-ark som används som analysmaterial för detta projektarbete. Med hjälp av regressionsanalys har metoder från tidigare studier och antaganden från egna ansatser används i arbetet för att verifiera vilka metoder för att reducera värmetillskott och värmeförluster i energisignaturen som ökar säkerheten i

uppskattningen av energisignaturens determinationskoefficient, R². Ju närmre 1,0 som determinationskoefficienten är desto bättre stämmer datamaterialet överens med det linjära sambandet, (Gunnarsson, 2002).

Resultatet visade att säkerheten i uppskattningen av lutningskoefficienten Q i energisignaturen förbättrades när gratiseffekt för el, varmvatten och personvärme adderades i energisignaturen. När effekt adderades eller subtraherades från konstanta termer ändrades endast balanseffekten, det skedde ingen ändring av säkerheten.

Resultatet från solinstrålning visade att den bästa perioden med minimal inverkan av solen var november till januari. Denna period gav alltså den högsta säkerheten på uppskattningen av lutningskoefficienten Q i energisignaturen. Även

borttagande utav avvikande datapunkter gav en tydlig förbättring på säkerheten i uppskattningen av lutningskoefficienten Q i energisignaturen.

För att minimera inverkan av värmelagring på säkerheten i uppskattningen av lutningskoefficienten Q i energisignaturen användes tre olika metoder. Både medelvärdesbildning och parning gav tydliga förbättringar på säkerheten i uppskattningen av lutningskoefficienten Q i energisignaturen innan gratiseffekt adderas till effekten för uppvärmning. Från 9,5E-05 till 0,006 för

medelvärdesbildning och från 9,5E-05 till 0,03 för parning. Efter att gratiseffekt adderas blir resultatet delvis annorlunda där medelvärdesbildning ger en knapp förbättring, från 0,225 till 0,233, och parning visar på ett försämrat resultat från 0,225 till 0,11. Troligen får avvikande data från el och varmvatten allt för stor inverkan på säkerheten i uppskattningen av lutningskoefficienten Q i energisignaturen då antalet datapunkter tydligt minskar när dessa två metoder används. Den tredje metoden där den yttre massans värmekapacitet räknas om till en

värmeförlustfaktor gav den största förbättringen på säkerheten i uppskattningen av lutningskoefficienten Q i energisignaturen, från 0,23 till 0,33. Därmed

rekommenderas den sistnämnda metoden för att reducera inverkan utav värmelagring.

Vid fortsatta studier bör system för att övervaka ventilationen användas, med till- och frånluftstemperaturer, som möjliggör korrekt fastställande av verkningsgraden.

Även brukarrelaterade beteenden så som eldning, närvarotid, vädring m.m. bör noteras för att uppnå högre säkerheten på uppskattningen av

lutningskoefficienten Q i energisignaturen

Abstract

Lately more and more people have started to realize the effects of global warming and what can be done to reduce energy usage. Energy efficiency is a hot topic and Energimyndigheten (2013) estimates that the Swedish housing- and service sector represent roughly 40% of the total energy use in Sweden. Therefore there is great potential to be more efficient in these sectors.

Today regulations of energy usage are decided by Boverket (applies to all

buildings) and FEBY (when certification is requested) when raising a new building or doing a reconstruction. These regulations have become even stricter

throughout the years. Because of this it has become more important to be able to correctly verify the building envelope performance against the aggrement made by developer and contractors. With today’s methods, there is such large span of uncertainty in ingoing variables that in the end the energy requirements can not be met. Therefore new methods of verifying energy use have to be developed.

(Lundberg, 2014)

For traditional buildings where energy use essentially is related to heating, it is relatively easy with the energy signature method to estimate the building envelope performance (Nordström et al., 2012 ). The internal heat contributions and sun energy become relatively small compared to the energy need for heating, which mean that the spread in the signature remains small. But for low- energy houses which are very well insulated, with low air leakage, small energy contributions get instead a large impact on the energy signature spread since the energy need for heating is already very low. This makes the prediction of the building envelope performance more complicated (Nordström et al., 2013 ).

The chosen object of this study is a building located in the ”Kronan” territory in Luleå, Sweden. Since equipment to measure energy usage already was installed in the building, it was a given choice. The building itself is a 195 sqm Vittjärvshouse build in 2012 with slab on the ground. District heating is used for heating and hot water. The building contains a HRV-system and a fireplace. In total four people live in the house.

RAW-data from the building regarding indoor- and outdoor temperature, heating, hot water and electricity use was recorded and delivered through a excel sheet for the analysis work in this project. By using regression analysis, methods from previous studies and own assumptions were used to verify which methods to reduce the uncertainty factors in the energy signature increases the certainty in estimating the determinationcoefficient, R². The closer to 1,0 the

determinationcoefficient approaches, the better the assumption match the linear relationship, (Gunnarsson, 2002).

The results indicated that the certainty of estimating the slopecoefficient Q in the energy signature improved when free gained power from electricity, hot water and personal heat were added in the energy signature. When power from

constant terms were added or subtracted, only the balance effect was changing, no indication of change in the linear relationship.

Results from the affect of sun heating showed that the best period with minimal impact of the energy signature was November to January. Also when aberrant data were removed an improvement of certainty in estimating the

slopecoefficient Q in the energy signature appeared.

To minimize the affect from heat storage when estimating the slopecoefficient Q, three different methods were used. Both average formation method and

matching method, before adding free gained power onto heating, gave positive results, showing a slight improvement of certainty in estimating the slopecoefficient Q in the energy signature. After adding free gained power onto heating the results were partly unexpected. The average formation method gave a slight

improvement while the matching method showed a worse result of certainty in estimating the slopecoefficient Q in the energy signature. This is probably because of the decreased number of data which appears when these two methods are used. With a decreased number of data, aberant data become very crucial in the energy signature. The third method using thermal inertia and its heat capacity against outdoortemperature gave the best improvement of certainty in estimating the slopecoefficient Q, therefore this method is recommended to reduce the effect of heat storage in buildings.

For further studies, a system to monitor the ventilation, in- and outgoing

temperatures to determine the efficiency of the system is highly recommended.

Also more detailed notification of user behaviour is recommended to be able to do correct analysis of low energy housing and estimating the slopecoefficient Q in the energy signature.

Teckenförklaring

𝐴_! area för ingående byggnadsdel. [𝑚^!]

𝐴_!" total omslutningsarea mot uppvärmd inneluft. [𝑚^!]

𝑐 specifik värmekapacitet [𝐽/𝑘𝑔𝐾]

𝑐𝜌 volymetrisk värmekapacitet [𝐽/𝑚^!𝐾]

𝑑 relativ drifttid för ventilationsaggregat [%]

𝑙_! längden av den linjära köldbryggan k mot [𝑚]

uppvärmd inneluft.

𝑚 massa [𝑘𝑔]

𝑛 luftomsättning, ventilationsgrad [𝑙/𝑠𝑚^!]

𝜂 verkningsgrad FTX-system [%]

𝐺_! gradtimmar [°Cℎ/å𝑟]

𝐸 energi [𝐽, 𝑘𝑊ℎ]

𝑃 effekt [𝑊]

𝑃!"#"$% balanseffekt [𝑊]

𝑃_!" effekt, elanvändning [𝑊]

𝑃_!ä!" effekt, luftläckage [𝑊]

𝑃_!"#$ effekt, markförlust [𝑊]

𝑃_! effekt, personvärme [𝑊]

𝑃_!"# effekt, solinstrålning [𝑊]

𝑃_!"#$% effekt, transmission [𝑊]

𝑃!""# effekt, uppvärmning [𝑊]

𝑃_!"#$ effekt, ventilation [𝑊]

𝑃_!.!"# effekt, värmelagring [𝑊]

𝑃_!! effekt, varmvatten [𝑊]

𝑄 värmeflöde [𝑊/𝐾]

𝑄_!ä!" värmeflöde, luftläckage [𝑊/𝐾]

𝑄_!"#$ värmeflöde, markförlust [𝑊/𝐾]

𝑄_!"#$% värmeflöde, transmission [𝑊/𝐾]

𝑄_!"#$ värmeflöde, ventilation [𝑊/𝐾]

𝑅^! determinationskoefficient [%]

𝑇_! utomhustemperatur [°𝐶, 𝐾]

𝑇_! inomhustemperatur [°𝐶, 𝐾]

∆𝑇 temperaturskillnad mellan inne och ute, 𝑇_!-𝑇_! [°𝐶, 𝐾]

∆𝑇_! lagringstemperatur [°𝐶, 𝐾]

𝑇!"ä!" gränstemperatur [°𝐶, 𝐾]

𝜏_! tidskonstant [ℎ]

𝑈_! genomsnittlig värmegenomgångskoefficient [𝑊/𝑚^!𝐾]

𝑈_!"##,! det korrigerade U-värdet för en viss byggnadsdel [𝑊/𝑚^!𝐾]

Ψ_! värmegenomgångskoefficient för den linjär [𝑊/𝑚𝐾]

köldbryggan k.

𝜒_! värmegenomgångsmotstånd för punktformiga [𝑊/𝐾]

köldbryggan j.

𝑉 volym [𝑚^!]

Innehållsförteckning

FÖRORD 3

SAMMANFATTNING 4

ABSTRACT 6

1. INLEDNING 12

1.1BAKGRUND 12

1.2PROBLEMBESKRIVNING 13

1.3SYFTE OCH MÅL 13

1.4FRÅGESTÄLLNING 14

1.5AVGRÄNSNINGAR 14

2. LITTERATURSTUDIE 15

2.1VAD ÄR ETT LÅGENERGIHUS? 15

2.2VILKA SLAGS LÅGENERGIHUS FINNS IDAG? 16

2.3KRAVBILDER ENLIGT BBR2013 OCH FEBY12 17

2.4SAMMANSTÄLLNING UTAV KRAVBILDER 18

2.5BYGGNADENS VÄRMEEFFEKTBALANS 22

2.5.1ENERGIFÖRLUSTER 23

2.5.2ENERGITILLFÖRSEL 28

2.6METODER FÖR ATT UPPSKATTA EN BYGGNADS ENERGIPRESTANDA 31

2.6.1GRADTIMMAR 31

2.6.2ENERGISIGNATUR 32

3. METOD 35

3.1ARBETSGÅNG 35

3.2METOD FÖR DATAINSAMLING 35

3.3ANALYSMETOD 35

4. RESULTAT OCH ANALYS 37

4.1KLIMATSKALETS UPPBYGGNAD 37

4.2BYGGNADENS ENERGIBEHOV 39

4.3UPPMÄTT EFFEKTBEHOV FÖR UPPVÄRMNING OCH INVERKAN UTAV GRATISEFFEKT 39

4.4INVERKAN UTAV SOLINSTRÅLNING 41

4.5JÄMFÖRELSE UTAV BERÄKNAD OCH UPPMÄTT EFFEKT FÖR UPPVÄRMNING 42

4.6AVVIKANDE DATAPUNKTER 45

4.7INVERKAN UTAV VÄRMELAGRING 48

4.7.1MEDELVÄRDESBILDNING 48

4.7.2P^ARNING 50

4.7.3TERMISK MASSA 53

5. SLUTSATS OCH DISKUSSION 59

5.1SLUTSATS 59

5.2D^ISKUSSION 61

6. REFERENSER 63

BILAGOR 66

B^ILAGA 1:PLANLÖSNING OCH SEKTION 67

BILAGA 2:INVERKAN AV SOLINSTRÅLNING PÅ SÄKERHETEN I UPPSKATTNINGEN AV

LUTNINGSKOEFFICIENTEN Q I ENERGISIGNATUREN 68

2.1JÄMFÖRELSE AV UPPMÄTT EFFEKT FÖR UPPVÄRMNING FÖR OLIKA PERIODER 68

PERIODER 70

2.3PERSONVÄRMENS PÅVERKAN PÅ SÄKERHETEN I UPPSKATTNINGEN AV LUTNINGSKOEFFICIENTEN

Q I ENERGISIGNATUREN 73

2.4JÄMFÖRELSE UTAV SÄKERHETEN I UPPSKATTNINGEN AV LUTNINGSKOEFFICIENTEN Q ^I

ENERGISIGNATUREN PÅ EL OCH VARMVATTEN FÖR OLIKA PERIODER 74

1. Inledning

1.1 Bakgrund

På senare tid har fler och fler fått upp ögonen för klimatfrågorna och för hur man kan bidra för att dra ner på energianvändningen. Energieffektivisering är ett hett ämne och Energimyndigheten (2013) uppskattar att bostads- och servicesektorn står för ca 40 % av Sveriges totala energianvändning. Det finns därför stora möjligheter till effektivisering inom denna sektor.

Idag finns krav för energianvändning vid nybyggnation och ombyggnation från bl.a. Boverket och FEBY(forum för energieffektivt byggande). Boverkets krav gäller för alla nya byggnader medan FEBYs krav gäller då särskild certifiering önskas.

Som branschstandard för energiuppföljning i Sverige används metoden med normalårskorrigerade graddagar i stor utsträckning. Den används ofta i driftbudgetplanering för kostnader gällande energianvändning.

Energiuppföljningen kretsar kring måttet ”energianvändning per kvadratmeter och år” vilket är det mått som Boverket använder i sin kravdefinition. Det finns en stor osäkerhet i det här måttet då det bygger på schabloner i brukarbeteende och normalårstemperaturer. I och med detta tas ingen hänsyn till lokala

temperaturvariationer eller individuella brukarmönster vilket försvårar för att verifiera den årliga energianvändningen. (Lundberg, 2012)

Energikraven har med åren blivit allt strängare. I och med de strängare kraven har det blivit viktigt att det i efterhand går att göra en korrekt uppföljning av

klimatskalets prestanda. Detta för att kunna verifiera om entreprenör och konsult hållit vad som avtalats gentemot byggherren gällande energikrav. Med dagens metoder för energiuppföljning ges så pass stora osäkerheter att energikraven i gällande avtal i praktiken inte blir förpliktade att uppfyllas. Därför behövs nya pålitliga metoder för att på ett säkrare sätt kunna säkerställa energikraven.

(Lundberg, 2014)

Begreppet ”Lågenergihus” är ett allmänt begrepp som innefattar flera typer av koncept inom energieffektiva byggnader. Det gemensamma för dessa är att de använder mindre energi än vad byggnormen kräver utifrån Boverkets Byggregler och har hög isoleringsgrad och god täthet. (Wall, 2008)

Energisignatur är en metod för energiuppföljning som utgår från byggnadens faktiska energiförluster istället för teoretiska beräkningsprinciper. Med

energisignatur plottas uttagen effekt som en funktion av utomhustemperaturen.

Lutningen på grafen berättar hur den faktiska energiprestandan ser ut för

byggnaden, en låg lutningskoefficient på energisignaturen tyder på en byggnad med låga energiförluster. (Fels, 1986)

Metoden med energisignatur är den metod som används i minst utsträckning för energiuppföljning idag, (Heincke et al., 2011). Osäkerheten som uppkommer vid uppskattningen av klimatskalets prestanda för lågenergihus gör att metoden bland energieffektiva byggnader inte fått fart. Därmed krävs studier som visar om metoden är tillförlitlig för dessa typer av byggnader.

1.2 Problembeskrivning

För traditionella byggnader där energianvändningen i huvudsak är relaterad till behovet av uppvärmningsenergi är det relativt enkelt att med energisignatur- metoden uppskatta prestandan på klimatskalet (Nordström et al., 2012 ). De interna värmetillskotten och energi från solinstrålning blir relativt små i relation till den energi som krävs för uppvärmning, vilket gör att spridningen i energisignaturen förblir liten. Detta betyder att den uppmätta effekten är starkt temperatur-

beroende och att den till största del kan hänföras till uppvärmning.

Energisignaturens lutningskoefficient kan då bestämmas med god precision (hög R²) och kan användas som ett mått på klimatskalets energiprestanda, se figur 1.

För lågenergihus med hög isoleringsgrad och täthet får små värmetillskott istället stor inverkan på energisignaturen då energi till uppvärmning redan ligger på en låg nivå. Detta gör att uppskattningen utav klimatskalets prestanda försvåras då det ges stor spridning i energisignaturen, se figur 2 (Nordström et al., 2013 ).

Svårigheten i att göra energiuppföljning på lågenergihus är att man inte kan mäta alla de värmetillskott och värmeförluster som förekommer i en byggnad. Framför allt är temperaturoberoende faktorer som t.ex. brukarbeteenden svåra att mäta då det inte är ekonomiskt försvarbart eller lätt att övervaka.

Figur ett och två nedan visar skillnaden i energisignaturen för en traditionell villa och ett lågenergihus med effekt för uppvärmning:

Figur 1: Traditionell villa, utan kamin, FTX mm. Figur 2: Lågenergihus, med kamin, FTX mm.

1.3 Syfte och mål

Syftet med detta projektarbete är att ta reda på om energisignatur är en lämplig metod för att uppskatta ett lågenergihus energiprestanda med tanke på

svårigheten att vid mätning separera ut olika värmetillskott och värmeförluster till husets energianvändning. Samt hur man kan reducera dessa för att mer korrekt kunna verifiera det byggda klimatskalet på lågenergihus.

energisignaturen som uppkommer för lågenergihus. På så vis kan slutsatser dras för att avgöra vilka metoder som är värda att använda vid fortsatta studier.

1.4 Frågeställning

• Vilka metoder för att reducera inverkan av värmetillskott och värmeförluster på energisignaturen är att rekommendera för framtida studier av

lågenergihus?

• Vilka mätningar eller observationer måste till för att kunna göra säkrare uppskattningar på energiuppföljning för en byggnads installation och brukarrelaterade faktorer på lågenergihus?

1.5 Avgränsningar

Jag har valt att fokusera på en villa belägen på Kronanområdet i Luleå. Detta eftersom det fanns tillgängligt datamaterial under en längre tidsperiod att tillgå vilket är en förutsättning för att arbeta med energisignatur. Tillgängliga data är uppmätt under perioden oktober 2012 till april 2013.

2. Litteraturstudie

2.1 Vad är ett lågenergihus?

Exempel på olika typer av lågenergihus är passivhus, minienergihus, nollenergihus och plusenergihus (Blomsterberg, 2009). Det finns flera viktiga parametrar som kännetecknar ett lågenergihus, parametrar som tillsammans bidrar till en helhet med lågt energi- och effektbehov:

-­‐ God isolering i väggar, tak och golv.

-­‐ Energieffektiva fönster och dörrar.

-­‐ Hög lufttäthet i hela konstruktionen, så att luft inte läcker in och ut via väggar och genomföringar. Luften ska istället gå igenom

ventilationssystemet.

-­‐ Värmeåtervinning ur den varma frånluften i ett växlaraggregat (s.k. FTX- system) med hög verkningsgrad.

Med ett välisolerat och tätt klimatskal kan det i vissa fall räcka med gratisvärmen som alstras från personer, apparater m.m. för att värma upp sin bostad. Ekonomiskt blir ett lågenergihus något dyrare att bygga än ett vanligt hus, beroende på vilka energilösningar man väljer. Men med tanke på lägre driftkostnader än i ett vanligt hus är det oftast en lönsam investering över tid. (Passivhuscentrum, 2014)

För att projektera energieffektiva byggnader används bl.a. Kyotopyramiden. Den togs fram som ett hjälpmedel för att projektera energieffektiva byggnader, med början nerifrån och upp, se figur 3. (Pettersson, 2013)

Figur 3: Kyotopyramiden, Paroc (2014)

2.2 Vilka slags lågenergihus finns idag?

Passivhus

Begreppet passivhus utvecklades i Tyskland på 1990-talet där man ville bygga hus utan radiatorsystem som värmde upp byggnaden. Idén bygger på ett välisolerat och tätt klimatskal som till största delen kan värmas upp genom den gratisvärme som alstras i huset. Byggnaden skall alltså kunna värmas upp passivt. Andra viktiga faktorer i ett passivhus är energieffektiva fönster, värmeåtervinning i ventilation, solavskärmning på sommaren och att ta tillvara på spillvärme, se figur 4.

(Passivhuscentrum, 2014)

Figur 4: Principskiss för ett passivhus, Passivhuscentrum (2014)

Minienergihus

Minienergihus ligger på en kravnivå mellan passivhus och Boverkets byggregler.

Tanken bakom ett minienergihus är att det ska kunna vara lika resurseffektivt som ett passivhus. Om byggnaden använder sig av förnybar energi så sänks kraven på energianvändningen. Det ska dock inte gå att utforma en energislösande

byggnad bara för att man använder förnybara energikällor. Det finns därför även krav på effekt för uppvärmning. (Wall, 2008)

Nollenergihus

Nollenergihus är ett hus som producerar lika mycket energi som det använder sig utav, ett lokalt självförsörjande system (Wall, 2008). Exempelvis kan solceller, solfångare, vindkraft, vattenkraft eller biobränsle vara potentiella källor för självproduktion av el och värme.

För ett nollenergihus gäller samma krav som för ett passivhus. Dessutom gäller att summan av levererad viktad energi till byggnaden skall vara mindre än eller lika med summan levererad viktad energi från byggnaden under ett år (SCN, 2012).

Plusenergihus

Plusenergihus är egentligen ett nollenergihus men med den skillnaden att det producerar ett överskott av energi sett över året. Detta leder till ett nettoöverskott utav energi från byggnaden på det uppkopplade elnätet. Ägarna till ett

plusenergihus är därför oberoende utav energileverantör. Huset producerar alltså mer energi än vad huset använder sig av. (Axell et al., 2010)

2.3 Kravbilder enligt BBR 2013 och FEBY 12

Boverkets byggregler är en samling föreskrifter och allmänna råd som anger minimikraven på svenska byggnader. Dessa krav skall alltid uppfyllas vid nybyggnation så väl som tillbyggnation. (BBR 1:2 Boverket, 2013)

Boverkets byggregler har specificerat tre olika klimatzoner i Sverige, se figur 5.

Dessa skiljer sig i krav på grund av dess geografiska läge. En byggnad i den norra, kallare delen utav Sverige har lägre krav än i södra Sverige. (BBR 9:12 Boverket, 2013)

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.

Boverkets byggregler behandlar minimikraven för byggandet i Sverige och innefattar allt från allmänna byggregler, tillgänglighet, brandskydd, hälsa och miljö, ljud, säkerhet och energihushållning.

Figur 5: Klimatzoner enl.

BBR 9:12 (Boverket, 2013)

- Klass A: Byggnadens specifika energianvändning är högst 50 % av kravnivåerna i BBR (mycket låg energianvändning).

- Klass B: Byggnadens specifika energianvändning är högst 75 % av kravnivåerna i BBR (låg energianvändning).

- Klass C: Byggnadens specifika energianvändning uppfyller kravnivåerna i BBR.

För detaljerad kravbild från BBR se tabell 1.

FEBY 12

De kravbilder som finns uppsatta för nollenergihus, passivhus och minienergihus har tagits fram utav Forum för energieffektiva byggnader (FEBY) där på senare tid ansvaret för att uppdatera kravspecifikationerna har fallit på Sveriges centrum för nollenergihus, (SCN, 2012). FEBY 12 behandlar krav inom värmeförlusttal, levererad årsenergi, ljud, termisk komfort, luftläckage m.m. Förslaget med att ta fram

kravspecifikationer var att man skulle utgå från tyska passivhuskrav men utveckla dem för svenska förhållanden och även ta intryck av de passivhusprojekt som genomförts i Sverige. FEBY utgår även de från BBRs zonindelning där olika krav gäller utifrån vilken del utav landet man befinner sig i. (SCN, 2012)

FEBY baseras bl.a. på riktlinjer från SVEBY (Standardisera och verifiera

energiprestanda i byggnader) med referensvärden för personlast, varmvatten- användning och spillvärme. Dessa värden har ansetts normgivande i dagsläget.

Även FEBY har klassning för att få använda begreppet Nollenergihus, Passivhus eller Minienergihus där tre olika klasser ingår:

-­‐ Projekterat Nollenergihus, Passivhus eller Minienergihus enligt FEBY12 -­‐ Certifierat Nollenergihus, Passivhus eller Minienergihus enligt FEBY12 -­‐ Verifierat Nollenergihus, Passivhus eller Minienergihus enligt FEBY12

Projekteratklassningen innebär att byggnaden beräkningsmässigt uppfyller kraven.

Certifieratklassningen innebär att byggnaden granskats av ett Sveriges Centrum för Nollenergihus utsett granskningsorgan. Verifieratklassningen innebär att byggnaden genom mätning uppfyller de ställda kraven. För detaljerad kravbild från FEBY se tabell 1.

2.4 Sammanställning utav kravbilder

Följande tabell, tabell 1, grundar sig på kraven som BBR 2013 och FEBY 12 ställer i dagsläget. De siffror som finns gäller för eluppvärmda och icke eluppvärmda byggnader. Dock bör det noteras att BBR och FEBY skiljer sig när det kommer till definition av eluppvärmda och icke eluppvärmda byggnader. Definitionen för elvärmd byggnad enligt FEBY avser byggnader med ”alla” slags elvärmda system (inklusive värmepumpar) för uppvärmning och varmvatten oavsett installerad eleffekt. BBR definierar elvärmd byggnad där installerad eleffekt för uppvärmning är större än 10 W/m2 (Atemp), (BBR 9:12 Boverket, 2013).

Dessutom skiljer FEBY på renodlade och icke renodlade system. Där renodlade system avses byggnader som antingen har enbart elvärmebaserade system eller renodlade icke elvärmda system. För system med blandade energislag hänvisas dessa till kraven för viktad energi. (SCN, 2012)

För Nollenergihus gäller utöver kraven för Passivhus även att summan av levererad viktad energi, 𝐸!"#$%& till byggnaden (enligt BBRs avgränsningar för byggnadens

energianvändning) skall vara mindre än eller lika med summan levererad viktad energi från byggnaden under ett år, 𝐸!"#$%& ≤ 0.

De strängare kraven som finns representerade i tabell 1 för FEBY gäller byggnader med 𝐴_!"#!< 400 m². Byggnader som är mindre än 400 m² får använda mer energi som kompensation för att dessa har ett relativt större klimatskal.

Tabell 1: Sammanställning kravbilder enl. BBR 2013 (Boverket, 2013) och FEBY 12 (SCN, 2012)

BBR 2013 FEBY 12

Energi [icke eluppvärmt] [icke eluppvärmt] [icke eluppvärmt]

[𝑘𝑊ℎ/𝑚^!å𝑟] Zon I 130 Zon I 83 (m.energihus) Zon I 63 (passivhus) Zon II 110 Zon II 79 (m.energihus) Zon II 59 (passivhus) Zon III 90 Zon III 75 (m.energihus) Zon III 55 (passivhus) [eluppvärmt] [eluppvärmt] [eluppvärmt]

Zon I 95 Zon I 39 (m.energihus) Zon I 31 (passivhus) Zon II 75 Zon II 37 (m.energihus) Zon II 29 (passivhus) Zon III 55 Zon III 35 (m.energihus) Zon III 27 (passivhus)

[blandat] [blandat]

Zon I 98 (m.energihus) Zon I 78 (passivhus) Zon II 93 (m.energihus) Zon II 73 (passivhus) Zon III 88 (m.energihus) Zon III 68 (passivhus)

Effekt [eluppvärmt]

[𝑊/𝑚^!] Zon I 5,5kW^[1] Zon I 22 (minienergihus) Zon II 5,0kW^[1] Zon II 21 (minienergihus) Zon III 4,5kW^[1] Zon III 20 (minienergihus)

Zon I 19 (passivhus) Zon II 18 (passivhus) Zon III 17 (passivhus)

Lufttäthet Tillräcklig täthet <0,3 (vid formfaktor större än 1,7 tillåts 0,5 𝑙/𝑠  𝑚^!) [𝑙/𝑠  𝑚^!] för att uppfylla

energikraven och täthet.

U-värde Tak 0,08-0,13^[2] - [𝑊/𝑚^!𝐾] Vägg 0,10-0,18^[2] - Golv 0,10-0,15^[2] -

Fönster 1,10-1,30^[2] <0,9 (minienergihus) <0,8 (passivhus) Dörr 1,10-1,30 ^[2] -

Um 0,4 -

Rumstemp. minst +18 +21

[°𝐶]

[1]

De BBR krav som ställs på bostäder med installerad eleffekt för uppvärmning gäller där tempererad area är mindre än 130 m2. Vid större tempererad area skall ett tillägg på 0,035(𝐴_!"#$-130) kW adderas.

[2]

Ett alternativt krav, se tabell 1 på byggnadens energianvändning enligt BBR med de omslutande byggnadsdelar och dess värmegenomgångskoefficienter (𝑈_!) i fokus kan tas i bruk om:

-­‐ Golvarean 𝐴!"#$ uppgaår till högst 100 m2

-­‐ Fönster- och dörrarean uppgår till högst 0,20 𝐴!"#$

-­‐ Inget kylbehov finns

Där de strängare kraven gäller för byggnad med elvärme och tempererad area på 51- 100 m2. Även vid ändringar i klimatskalet skall dessa tabellvärden eftersträvas.

Figur 6 visar förhållandet i energikrav för BBR, minienergihus, passivhus,

nollenergihus och plusenergihus. Grafen grundar sig på klimatzon ett och för småhus med tempererad area mindre än 400 m2.

Figur 6: Jämförelse utav energikrav

Jämför man BBRs kravbild med lågenergihusens kravbilder så ser man att

minienergihus ligger ca 35-60% lägre och passivhus ca 50-70% lägre än BBR när det kommer till energianvändning.

0 20 40 60 80 100 120 140

Energikrav [kWh/m2,år] Ej eluppvärmt

Eluppvärmt

2.5 Byggnadens värmeeffektbalans

Det finns tre fundamentala begrepp som är viktiga att skilja på när det kommer till energi (Nilsson, 2013):

-­‐ Energi: är ett mått på en viss mängd utfört arbete. Energi mäts i enheten Joule (J). Energi kan beskrivas som produkten av effekt och tid.

-­‐ Effekt: är den mängd energi som omvandlas per tidsenhet. Effekt mäts i enheten Watt (W). 1W=1 J/s. Ju högre effekt desto mer energi omvandlas per tidsenhet.

-­‐ Energianvändning: används i stor utsträckning för att beskriva hur mycket energi som använts. Enheten är kWh. Om ett element med effekten 1kW står och avger värme under tidsperioden en timme så har 1kWh använts. En kWh motsvarar 3,6MJ i ren energimängd.

För att upprätthålla ett behagligt klimat i en byggnad måste den tillförda effekten motsvara de effektförluster som uppkommer i byggnaden enl. ekvation 1. (Abel &

Elmroth, 2008)

𝑃

+ 𝑃

+ 𝑃

+ 𝑃

+ 𝑃

+ 𝑃

= 𝑃

+ 𝑃

+ 𝑃

+ 𝑃

+ 𝑃

[1]

De förluster respektive tillförsel av effekt som uppstår och måste tillföras i en byggnads beskrivs här nedan (Andersson et al., 2010):

Effektförluster:

-­‐ Transmission, Ptrans

-­‐ Ventilation, Pvent

-­‐ Luftläckage, Pläck

-­‐ Markförlust, Pmark

-­‐ Värmelagring (omvänd), Pv.lag

Effekttillförsel:

-­‐ Värmesystemet, Puppv -­‐ Elanvändning, P^el -­‐ Personvärme, Pp

-­‐ Solinstrålning, Psol

-­‐ Tappvarmvatten, Pvv

-­‐ Värmelagring, P^v.lag

2.5.1 Energiförluster Transmissionsförluster

Med transmissionsförluster menas den värmetransport som sker via ledning genom klimatskalet. Transmissionsförlusterna varierar beroende på hur välisolerat

klimatskalet är i väggar, golv, tak, fönster, dörrar och hur stor temperaturskillnaden är mellan ute och inne. Till begreppet hör även köldbryggor som uppkommer vid dåligt isolerade anslutningar av byggnadskomponenter, som på grund av hög ledningsförmåga leder ut värme från huset. (Abel & Elmroth, 2008)

Värmegenomgångskoefficienten (U-värde) för en konstruktion beskrivs som inversen av de ingående materialens sammanlagda värmemotstånd.

Värmemotståndet definieras som materialets tjocklek dividerat med materialets värmeledningsförmåga. (Petersson, 2009)

För att beräkna den specifika värmeförlustfaktorn och värmeeffektbehovet m.a.p.

transmission används följande ekvationer (Dahlblom & Warfvinge, 2010):

𝑄

= 𝑈

∗ 𝐴

+ Ψ

∗ 𝑙

+ 𝜒

= 𝑈

∗ 𝐴

  [2]

𝑃

= 𝑄

∗ 𝑇

− 𝑇

[3]

Ventilation är en central och viktig del i en byggnad. Det viktigaste syftet med ventilation i en byggnad är att kunna tillföra frisk luft och föra bort förorenad luft, på så sätt kan man åstadkomma en sund inomhusmiljö. Har man ett väl

fungerande ventilationssystem kan man kontrollera parametrar så som syre, koldioxid, fukt, temperatur, föroreningar och lukt. (Abel & Elmroth, 2008)

Även brukarrelaterade beteenden så som vädring har en effekt på det konstanta luftflödet för ventilationen i byggnaden. Enligt SVEBY 2012 undersökningar, tabell 2, ger vädring ett påslag i form av:

Tabell 2: Ventilationpåslag vid vädring, småhus

Vädring Beräknat påslag [kWh/m2,år]

F-vent FTX-vent

1 Ökning av konstanta luftflöden för ventilation

4 2,3/(1-  𝜂)

Det finns tre i huvudsak olika ventilationssystem som används idag, självdrag, frånluft och till och frånluftssystem. Självdragssystemet bygger på att kall luft som tar sig in via otätheter, fönster och dörrar värms upp i byggnaden och stiger. Den uppvärmda luften leds sedan ut genom ventilationskanaler i murstocken. I ett

I ett från- och tilluftssystem styrs både till- och frånluften via fläktar i byggnaden.

Ventilationskanaler för tilluft går till sovrum och rum för daglig samvaro medan kanaler för frånluft går från kök, badrum, tvättstugor och klädkammare.

Undertrycket skapas då man håller ett högre tryck på tilluften än frånluften vilket i sin tur hindrar inläckning av frånluften i tilluften. Tillsätter man en värmeväxlare i systemet (FTX) så kan även värmetillskottet i frånluften återvinnas. På så sätt kan värmeinnehållet tas till vara på i luften som är på väg ut ur byggnaden.

Storleken på ventilationsförlusterna beror till stor del på viket system man använder sig utav. Både självdrag och frånluftssystemet utan värmeåtervinning är en stor energibov som släpper ut mycket onödig energi.

För att beräkna den specifika värmeförlustfaktorn och värmeeffektbehovet pga.

ventilation används följande ekvationer (Dahlblom & Warfvinge, 2010):

𝑄

= 𝜌 ∗ 𝑐

∗ 𝑞

∗ 1 − 𝜂 ∗ 𝑑   [4]

𝑃

= 𝑄

∗ 𝑇

− 𝑇

[5]

Luftläckageförluster

Värmeförlust på grund av luftläckage beror på hur tätt huset är konstruerat. Är otätheterna i klimatskalet stora kan luft föra med sig värme ut genom dessa springor och på så sätt öka energibehovet. Otätheter kan även innebära en potentiell risk för fuktskador om fuktig luft tar sig in i konstruktionen och kondensera.

Vädring påverkar också luftläckaget i byggnaden. Enligt SVEBY 2012 undersökningar, tabell 3, ger vädring ett påslag i form av:

Tabell 3: Luftläckagepåslag vid vädring, småhus

Vädring Beräknat påslag

F-vent FTX-vent 1 Scablonpåslag på energianvändning

[kWh/m2] 4 4

2 Omräknat till påslag på otäthet [l/sm2]

Δ50Pa 0,4 0,3

Luftläckage har olika betydelse beroende på vilket ventilationssystem som är installerat i huset. Självdragssystem bygger på att det finns otätheter som frisk luft kan ta sig in genom medan ett till- och frånluftssystem kräver ett tätare klimatskal för att uppnå en kontrollerad ventilation. Det är framförallt vintertid som effekten av luftläckage är som störst, ju större läckage ju mer energi går åt för att värma upp luften till god komfort. (Abel & Elmroth, 2008)

För att beräkna den specifika värmeförlustfaktorn och värmeeffektbehovet m.a.p.

ventilation används följande ekvationer (Dahlblom & Warfvinge, 2010):

𝑄

= 𝜌 ∗ 𝑐

∗ 𝑞

  [6]

𝑃

= 𝑄

∗ 𝑇

− 𝑇

[7]

Markförlust

En byggnads nedre del består ofta i en platta på mark, krypgrund eller källare. Det här gör att man måste ta speciell hänsyn vid beräkning eftersom marken kommer dämpa värmeförlusten jämfört med om byggnadsdelen skulle gränsat mot

uteluften. Denna värmeförlust kallas markförlusten. Beräkningsgången för

markförlusten behandlas i svensk standards ”Byggnaders termiska egenskaper – Värmeöverföring via marken – Beräkningsmetoder (ISO 13370:2007)”.

𝑄

=  𝐴 ∗  𝑈   +  𝑃 ∗  𝛹 [8]

𝑃

= 𝑄

∗ 𝑇

− 𝑇

[9]

Enligt Andersson et al. (2010) så kan markförlusten antas relativt konstant över årets alla månader.

Alternativt kan markförlusten beräknas in som en del i U-värdet för golvbjälklaget och blir därmed en del i transmissionsförlusterna.

Värmelagring

Värmelagring beskriver hur väl en byggnadskonstruktion kan magasinera värme då det finns ett värmeöverskott för att sedan vid ett underskott kunna avge värme till rummet. Denna typ av lagring medför att kylbehovet dagtid och

uppvärmningsbehovet nattetid minskar. (Nilsson & Vendel, 2008) Processen med värmelagring kan även ske den omvända vägen då

utomhustemperaturen går från kallt till varmt. Därmed kommer konstruktionen istället vilja uppta värme vilket ger upphov till omvänd värmelagring. (Herlin &

Johansson, 2011)

Det finns framför allt tre olika egenskaper som påverkar värmetrögheten. Dessa är ledningsförmågan, densitet och materialets specifika värmekapacitet. (Claesson et al., 1984)

Tabell 4: Värmetröghet, Energilotsen (2011)

Material Värmetröghet [Ws/m2K]

Mineralull 40

Betong 310

Tegel 400

Hur väl en byggnad kan lagra värme beror på om konstruktionen har en lätt eller tung stomme. En byggnad med tung stomme av t.ex. betong har större

värmetröghet än t.ex. en lätt träregelstomme. Lätta stommar reagerar snabbare på väderleksförändringar än en byggnad med tung stomme. Det går alltså fort för en lätt stomme att uppta värme samtidigt som det går fort att bli av med värmen, motsatsen gäller för en tung byggnad, se figur 7.

Figur 7: Princip över temperaturvariation för lätt resp. tung stomme, Nilsson & Vendel (2008)

Enligt Andersson et al. (2010) så kan inverkan utav värmelagring på

energisignaturen reduceras genom att förbehandla data. Detta kan för lätta byggnader göras genom att traditionellt medelvärdesbilda över en tidsperiod som är längre än byggnadens tidskonstant. En byggnads tidskonstant beräknas enligt följande formel där endast konstruktionsskiktet innanför isoleringen tas med, max 100 mm in från den varma sidan (Dahlblom & Warfwinge, 2010):

𝜏

=

!"!

∗

[10]

För tyngre byggnader bör en alternativ metod med parning av data användas.

Parning baseras på en uppskattning av temperaturförändringen hos byggnadens termiska massa. En ny datapunkt skapas genom att ta medelvärdet av två

efterföljande dagar som har en jämförbar temperaturförändring, fast i olika riktningar. Temperaturförändringen sätts lika med förändringen av klimatskalets medeltemperatur, mellan två efterföljande dagar. Exempelvis den dag då

temperaturförändring mellan två efterföljande dagar är +1°C och den dag den är -1°C paras dessa ihop för att reducera den värme som avgetts respektive

upptagits för dessa dagar, se figur 8. Med denna metod skall alltså effekten av värmelagring kunna minimeras för att öka säkerheten i datamaterialet. (Andersson et al., 2010)

Figur 8: a) Värmelagring, värme upptas b) Värmelagring, värme avges (Andersson et al., 2010) (Andersson et al., 2010)

För metoden med parning kan tre olika metoder för förbehandling av data användas. Det antas att förändringarna i väggens medeltemperatur avspeglar ändringen av temperaturen i den del av klimatskalets termiska massa som deltar i utbytet. Nedan beskrivs tre olika sätt för att beräkna lagringstemperatur Δ𝑇_!

(Andersson et al., 2010):

1. Δ𝑇_! tar hänsyn till värmelagring i både klimatskalet samt den interna termiska massan. Både förändringen i klimatskalets medeltemperatur som inomhustemperaturen mellan två dagar ingår därför i beräkningen av Δ𝑇_! som sätts till förändringen av ^!!!!!

! + 𝜔𝑇_! mellan två efterföljande dagar.

Viktningen, ω, mellan de två termerna bör ske i relation till den termiska massa de representerar.

2. Δ𝑇_! beräknas baserat på (1) från historiska temperaturdata där Newtons avsvalningslag har använts för att vikta inverkan från olika tidpunkter bakåt i tiden och där viktfaktorerna då ges av 𝑒^{!! !}.

3. För byggnader där den interna termiska massan är försumbar (ω =0) behöver Δ𝑇_!endast ta hänsyn till förändringen av klimatskalets

medeltemperatur, dvs differensen mellan ^!!!!_! ^!för två efterföljande dagar.

2.5.2 Energitillförsel Värmesystemet

I ett kallt klimat är uppvärmning en central del i våra byggnader. För att hålla ett behagligt inomhusklimat är det viktigt att upprätthålla en temperatur vi känner oss komfortabla med. Genom åren har olika tekniker för uppvärmning förekommit och utvecklats, t.ex. vedeldning, olja, direktverkande el, solfångare och fjärrvärme för att nämna några.

Värmesystemet i en traditionell svensk byggnad idag står för den största delen utav uppvärmningsbehovet där den resterande delen täcks upp utav

gratisvärmen från människor, apparater m.m. för att nå upp till önskad

inomhustemperatur. Dock för lågenergihus som t.ex. passivhus kan det i regel endast räcka med gratisvärmen för att värma upp byggnaden till behaglig temperatur. (Passivhuscentrum, 2014)

De vanligaste formerna av värmedistribution idag är (Energimyndigheten, 2012):

-­‐ Ett vattenburet system där värmen sprids via exempelvis radiatorer eller golvvärme då vattnet cirkulerar runt i byggnaden och genererad värme.

Vattenburna system kan värmas upp utav t.ex. eldningspanna, fjärrvärme, bergvärme, elektrisk varmvattenberedare för att nämna några.

-­‐ Direktverkande el i form av elelement eller elektrisk golvvärme. Enkel installation men kan generera dyra elräkningar.

-­‐ Luftburen värme genom luftvärmepump som utvinner värme ur uteluften eller kamin som värmer inomhusluften.

För lågenergihus är det även vanligt förekommande att man kombinerar sitt värmesystem med solfångare, se figur 9. Dessa kan såväl ge tappvarmvatten för bad och disk som varmvatten för husets radiatorer. Under sommaren när solen lyser som mest kan solfångare vara tillräckligt för att förse hela byggnadens uppvärmnings- och varmvattenbehovet. Resten av året kan solfångare stå för ungefär 50% av behovet för uppvärmning och varmvatten. (Ekobyggportalen, 2014)

Figur 9: Solfångare, dinbyggare.se (2014)

I passivhus, där man till största del skall kunna värme sitt hus med gratisvärme brukar man vanligtvis även sätta in värmebatterier i FTX-systemet så att man vid extrema köldknäppar skall kunna värma byggnaden med ventilationsluften, se figur 10.

Figur 10: Värmebatteri, luftbutiken.se (2014)

Idag är det vanligt förekommande att man till sitt värmesystem använder sig utav värmepump för att tillföra värmen i systemet. Värmepumpar hämtar värme från exempelvis marken, berggrunden, sjövatten eller från luften. Beroende på vars i landet man bor kan det vara klokt att vara uppmärksam på vilken värmepump man väljer. Vissa värmepumpar är känsligare än andra när det kommer till att leverera effekt vid kalla utomhustemperaturer. Figur 11 visar hur olika

värmepumpar presterar vid olika utomhustemperaturer. Man kan tydligt se att berg-, sjö-, och ytjordvärmepumpar är mindre känsliga för låga

utomhustemperaturer än vad t.ex. luftvärmepumpar är. Vid extra låga

temperaturer slängs vissa luftvärmepumpar helt enkelt av. (Energimyndigheten, 2012)

Elanvändning

Hushållselanvändning i ett hushåll används bl.a. till spis, kyl, frys, belysning, TV och datorer. Enligt rekommendation från SVEBY (2012) kan följande schablonvärden för hushållselanvändning användas.

-­‐ 2500 kWh per hushåll + 800 kWh per person och år för småhus.

eller

-­‐ 30 kWh per m2 (𝐴_!"#$) för både flerbostadshus och småhus.

Hushållselanvändningen kan variera över årstiderna. Enligt Elmroth (2007) kan elanvändningen variera +30% vintertid och -30% sommartid i jämförelse med årsmedelvärdet. Tabell 5 visar hur hushållselen statistiskt är fördelad över året (SVEBY 2012):

Tabell 5: Procentuell variation för hushållselanvändning statistiskt, Sveby 2012

jan feb mar apr maj jun jul aug sep okt nov dec

1,25 1,22 1,15 1,00 0,88 0,78 0,73 0,75 0,83 1,00 1,16 1,25

Solinstrålning

Solinstrålning är en form av gratisenergi som kommer in i byggnaden genom fönsterna och hjälper till att värma våra byggnader. Placeringen av byggnaden, fönsterstorlek och dess orientering har en stor betydelse för hur stor inverkan solinstrålningen kommer få. I nordiskt klimat har vi väldigt få soltimmar vintertid medan sommartid innehar betydligt fler. Solinstrålning varierar över året vilket gör det svårt att dimensionera sina byggnader. En byggnad som har ett välisolerat klimatskal har lättare att lagra värmen kvar i byggnaden och riskerar då att övertempereras under sommaren om det är för stora fönsterpartier som släpper igenom solens strålar. Däremot under de kallare månaderna är solinstrålningen ett välkommet bidrag med dess gratis energi. Man bör därför tänka på att nyttja solens effekt på vintern, men samtidigt avskärma solinstrålningen under sommarmånaderna. (Abel & Elmroth, 2008)

Vid granskning av en byggnads klimatskalsprestanda är det lämpligt att granska en månad före och en månad efter midvintersolståndet för att minimera inverkan av nyttiggjord solinstrålning vid t.ex. energiuppföljning med energisignatur. Därmed kan man i stort sätt försumma solinstrålningen som parameter i

värmeeffektbalansen. (Andersson et al., 2010) Tappvarmvatten

Uppvärmt tappvatten som används av brukaren går åt till t.ex. dusch, disk, tvätt m.m. och uppskattas årligen till 25 kWh per m2, år för flerbostadshus och 20 kWh per m2, år för småhus. Tappvarmvattnet har ett energiinnehåll som byggnaden kan ta nytta utav för uppvärmning. Värmeenergin som byggnaden kan

tillgodogöra sig från tappvarmvattnet uppskattas till 20 %. (SVEBY, 2012)

2.6 Metoder för att uppskatta en byggnads energiprestanda

Idag finns det olika metoder för att uppskatta en byggnads energiprestanda, där några utav de vanligast förekomande metoderna är gradtimmar och

energisignatur då dessa är relativt enkla att hantera. De som skiljer dem åt är hur man betraktar indata. För gradtimmar utgår man från statistik på

normalårstemperaturer medan för energisignatur plottas den faktiska

energimängd som byggnaden använt sig av mot utomhustemperaturen för orten.

Framför allt är energiuppföljning viktigt för att i efterhand kunna säkerställa att byggnaden uppfyller dess teoretiska energiprestanda. (Lundberg, 2012)

2.6.1 Gradtimmar

Det värmeeffektbehov som en byggnad behöver för uppvärmning är

proportionellt mot temperaturskillnaden inne och ute. Detta uppvärmningsbehov ska täcka transmission-, luftläckage- och ventilationsförlusterna.

Som figur 12 nedan visar syns hur värmesystemet endast behöver värma upp byggnaden till dess gränstemperatur. Återstående värmebehov upp till komfortabel innetemperatur står gratisvärmetillskottet i form av personvärme, apparater m.m. för. Vid temperaturer lägre än gränstemperaturen behövs alltså ett värmetillskott från värmesystemet för att hålla byggnaden varm.

Figur 12: Varaktighetsdiagram, Dahlblom & Warfwinge (2010)

Gränstemperaturen är inte lika för alla byggnader utan beror på byggnadens skick. För äldre byggnader brukar gränstemperaturen ligga på ca +17°C medan ett nyare välisolerat hus med värmeåtervinning kan ligga på ca +5°C.

Gränstemperaturen för en byggnad kan beräknas med följande formel (Dahlblom

Som figur 12 med varaktighetsdiagrammet visar så är arean mellan gränstemperaturen och utomhustemperaturen i relation med

uppvärmningsbehovet. Arean i fråga kallas gradtimmar och är summan mellan varje timmes temperaturskillnad mellan inne- och uteluften under ett års

tidsspektrum. Gradtimmar kan beskrivas på följande sätt, (Dahlblom & Warfwinge, 2010):

𝐺

=

𝑇

− 𝑇

∗ ∆𝑡       [12]

Sambandet för att beräkna värmeenergibehovet kan beskrivas som produkten av effekt och den tid som denna verkar, (Dahlblom & Warfwinge, 2010):

𝐸

= 𝑄

∗ 𝐺

= 𝑄

∗

𝑇

− 𝑇

∗ ∆𝑡   [13]

För att ta reda på en orts antal gradtimmar används gradtimmetabeller. Dessa tabeller omfattar byggnadens gränstemperaturer från 0 till +25°C och

normalårstemperaturer från -2 till +8°C för specifik ort. (Dahlblom & Warfwinge, 2010)

I vissa fall då man inte har tillgång till gradtimmetabell eller vill göra en grov approximation av värmebehovet kan man istället använda sig av ortens årsmedeltemperatur. Metoden kan användas för att uppskatta hur stor energibesparingen blir vid en sänkning av innetemperaturen.

Värmebehovsberäkningar gjorda efter denna metod kan medföra stora fel i resultatet om årsmedeltemperaturen väljs fel. Det räcker med ett fel på 0.1°C för att felet ska bli 867 °Ch. (Jensen, 2001)

2.6.2 Energisignatur

Metoden med energisignatur utgår från byggnadens faktiska energiförluster istället för teoretiska beräkningsprinciper. Med energisignatur plottas uttagen effekt som en funktion av utomhustemperaturen. Lutningen på grafen berättar hur den

faktiska energiprestandan ser ut för byggnaden. Ur en graf med effekt plottad mot utomhustemperatur går det även att utläsa den så kallade gränstemperaturen.

(Fels, 1986)

Till skillnad från metoden med gradtimmar kräver energisignaturmetoden tillgång till energimätare och temperaturgivare på fastigheten. Dessa värden samlas ihop som tim- eller dygnsmedelvärden som sedan utvärderas i efterhand via dator. Det är ofta just detta med tillgång på mätare och givare som blir avgörande för vilken metod som i slutändan används. (Lundberg, 2012)

Energisignatur använder sig av regressionsanalys som beräkningsmetod för att anpassa datamaterial till en rät linje. Anpassningen utav linjen sker för att kunna förutsäga hur väl ett datamaterial beror utav en parameter. Med hjälp av korrelationsanalys går det att undersöka hur väl detta linjära samband stämmer överens (Arvehammar & Jönsson, 2010). Räta linjens ekvation beskrivs med följande formel (Gunnarsson, 2002):

𝑦 = 𝑎 + 𝑏𝑥 [14]

När man vill anpassa datamaterial till en linje används minsta kvadratmetoden.

Med denna metod anpassas variablerna a och b så att kvadratsumman blir så liten som möjligt, (Körner & Wahlgren, 2000):

(𝑦

− 𝑎 − 𝑏𝑥

)

!!!!

[15]

För att avgöra hur väl datamaterialet överensstämmer med det linjära sambandet används en korrelationskoefficient R. Korrelationskoefficienten mäts mellan ett intervall från -1 till+1 där -1 betyder ett negativt linjärt samband och +1 betyder ett positivt linjärt samband. Hur stor del av det materiella stoffet som kan beskrivas av den linjära modellen avgörs utav determinationskoefficient, 𝑅^!, som är kvadraten på korrelationskoefficienten. Ju närmare +1,0 som determinationskoefficient är desto bättre stämmer datamaterialet överens med det linjära sambandet.

(Gunnarsson, 2002)

Figur 13 nedan visar tillämpning utav energisignaturmetoden. Grafen kan delas in i två olika delar. En del som motsvarar uppvärmningsperioden höst, vinter, vår och en del som motsvarar den brukaranvändning, balanseffekten, som sker sommartid då ingen uppvärmning krävs.

Figur 13: Princip över energisignatur

För grafens lutande del, som motsvarar effektbehovet för uppvärmningsperioden höst, vinter och vår, kan beskrivas enligt ekvation 16. 𝑃_! är den effekt som behövs när utomhustemperaturen är 0°C och Q den klimatberoende delen som innefattar värmeförluster och värmegenerering inuti byggnaden. (Heincke et al., 2011)

Effektlinjens lutningskoefficient Q kan tas fram enligt följande formel:

𝑄 =

!!"ä!"!!

      [17]

Sommartid behövs ingen uppvärmning av byggnaden vilket medför att den effekt som behövs enbart är till för brukarrelaterad användning så som varmvatten och el. Denna balanseffekt kan beskrivas enligt ekvation 18.

𝑃

= 𝑃

+ 𝑃

     [18]

Ett alternativt sätt att uttrycka energisignatur är plotta uttagen effekt mot

temperaturdifferensen ute och inne, se figur 14. Skillnaden är att plottningen även tar hänsyn till innetemperaturen, vilket ger en bättre överensstämmande bild om innetemperaturen ej kan antas vara konstant. Detta ger formeln:

𝑃 = 𝑃

+ 𝑄 ∗ ∆𝑇      [19]

Figur 14: Energisignatur plottat mot Ti-Te

3. Metod

Metodkapitlet placeras efter litteraturstudien då litteraturstudien i detta projektarbete ligger till grund för de faktorer i form av värmetillskott och

värmeförluster i energisignaturen som valts att studera vidare i examensarbetet.

3.1 Arbetsgång

I projektarbetets första skede görs en litteraturstudie som utgör kunskapsbasen för det fortsatta projektarbetet. Med litteraturstudien ges en inblick i vilka tidigare studier som gjorts i ämnet och vilka problemställningar som uppkommit från tidigare analyser.

Det objekt som valts som studieobjekt för analys är en trävilla belägen på Kronanområdet i Luleå. Eftersom energimätare med uppmätt data fanns tillgängligt i villan ansågs den därför lämplig för studien. Byggnaden är ett Vittjärvshus på 195 kvm som uppfördes 2012 med platta på mark. Fjärrvärme används för uppvärmning och varmvatten. I byggnaden finns dessutom FTX- ventilation och braskamin installerat. Totalt bor fyra personer i huset.

3.2 Metod för datainsamling

Från byggnaden har rådata med timdata på inomhustemperatur,

utomhustemperatur, uppvärmning, varmvatten och elförbrukning sedan tidigare registrerats och har därefter vidarebefordrats för att undersökas i detta

examensarbete. För att göra datamaterialet mer lätthanterligt görs dessa om från tim- till dygnsdata. Data har samlats i ett Excel ark som är underlaget för den fortsatta analysen i detta arbete.

För att göra en rimlig uppskattning utav klimatskalets teoretiska prestanda tas hjälp utav anställda på Vittjärvshus. Med hjälp utav planlösningar och beskrivningar på byggnaden från Johan Ekström kan huskonstruktionen fastställas.

3.3 Analysmetod

För att analyserna data används Excel. Med hjälp av regressionsanalys jämförs data och olika ansatser på scablonvärden för att se om dessa ger något utslag på determinationskoefficient. Ju närmre 1,0 som determinationskoefficient R² visar desto bättre stämmer datamaterialet överens med det linjära sambandet, (Gunnarsson, 2002). Determinationskoefficienten blir därmed ett mått för att

uttrycka säkerheten i uppskattningen av lutningskoefficienten Q i energisignaturen.

Scablonvärden från tidigare studier och antaganden från egna ansatser används