Sikhall naturhus, mätning och
simulering av temperatur och
luftfuktighet
Sikhall Nature House Measurement and simulation of
Temperature and humidity.
Liban Usman
Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Byggingenjörsprogrammet
22,5hp
Sammanfattning
Människor hade alltid haft en vilja eller känsla att förbättra sina vardagsliv. Med hjälp av
tekniken, vision och ingenjörernas förmåga förbättrades flera saker som vi människor anser vara nödvändig. Vår boende och byggnader är en av de viktigaste saker som förbättras ständig
beroende av den tillgängliga tekniken.
Att bygga ett naturhus är ett sätt att bidra till hållbar utveckling. Till skillnad från konventionella hus består naturhuset av tre olika delar så som kretslopp, växthus och bostad. Växthuset fungerar som ett skydd mot yttre väder så som snö, vind och regn. Det erbjuder ett avloppssystem med ett filtreringssystem som växterna kan använda som näring vilket ger frukt och grönsaker. Växterna är tänkta att filtrera luften samt hålla luftfuktigheten och temperatur på en behaglig nivå.
Syftet med detta examensarbete är att bestämma de olika temperaturer och luftfuktighet som råder i växthuset och sedan jämföra med temperaturer som råder utomhus och RF utomhus samt jämföra dessa med datasimulerad temperatur från VIP-Energy och datasimulerad
månadsmedeltemperatur från Person & Wennerstål (2015). Mätapparater Satelite T och Satelite TH placerades både i Sikhall växthus och utomhus för att mäta dygnsmedeltemperaturen och dygnsmedel-RF för april månad. I VIP-Energy utfördes en simulering för att bestämma den dygnsmedeltemperatur som råder i Sikhall växthus och dygnsmedeltemperatur som råder utomhus. Simuleringsdata från Persson & Wennerstål används för att jämföra med de olika temperaturer som fås från mätapparaterna samt från VIP-Energy. Dessa tre olika metoder jämfördes med varandra för att sedan dra en slutsats.
Resultatet visar att växthusets dygnsmedeltemperatur är högre än utomhusdygnsmedeltemperatur för april månad. Växthuset dygnsmedeltemperatur för april månad är 12,8 º C och
utomhusdygnsmedeltemperaturen är 8° C. Dygnsmedel-RF i växthuset är 58 % och dygnsmedel-RF utomhus är 68 %. Simuleringarna från VIP-Energy visar att dygnsmedeltemperatur i
växthuset för april månad är 11,5 º C och utomhus 7° C medan simulering från Person och Wennerstål visar 8,9 i växthuset och 4,4 utomhus. Växthuseffekten spelar en viktig roll och orsaker till att det uppstår en temperaturskillnad mellan växthuset och utomhus. Alla dessa tre metoder ger ungefär samma värde vilket tyder på att beräkningarna och mätningarna är
Abstract
People had always had the desire or feeling to improve their everyday life. Using the technology, vision and engineering ability was improved several things that we humans deem necessary. Our accommodation and buildings is one of the most important things that improve constantly dependent on the available technology.
To build a nature house is a way to contribute to sustainable development. Unlike conventional house consists Nature house of three different parts, such as recycling, greenhouse and housing. The greenhouse serves as a protection against external weather conditions such as snow, wind and rain. It offers a drainage system with a filtration system that plants can use as nutrients which give fruits and vegetables. The plants are designed to filter the air and keep the humidity and temperature at a comfortable level.
The purpose of this study is to determine the different daily mean temperatures and humidity prevailing in the greenhouse and then compare with daily average temperatures prevailing outdoor and daily average RH outdoors, and compare them with computer simulated average daily temperature from VIP Energy and computer simulated monthly mean temperature from Personal & Wenner Steel (2015). Measuring apparatus Satelite T and Satelite TH has placed placed in Sikhall both in the greenhouse and outdoors to measure the daily average temperature and daily mean RH for the month of april. The VIP-Energy was conducted a simulation to determine the average daily temperature prevailing in Sikhall greenhouse and average daily temperature prevailing outside. Simulation data from Persson & Wennerstål is used to compare the different temperatures obtained from the gauges and the VIP-Energy. These three methods were compared with each other to then draw a conclusion.
Innehåll Sammanfattning Abstract 1 Inledning 1 1. 1 Syftet 1 1.2 Frågeställningar 2 1.3 Metod 2 1.4 Anvisning 3
2.1 Idén bakom naturhus 4
2.2 Vad är ett naturhus och hur fungerar den? 4
2.3 Den första naturhus i Saltsjöbaden och dess fördelar. 4
3. Sikhall Naturhus 6
3.1 Solvarm dröm om att bygga ett naturhus 6
3.2 Sikhall 7
3.3 Naturhusets värmekällor. 7
3.4 Naturhusets ventilationssystem 8
3.5 Naturhusets skydd och kretsloppssystem 9
3.6 Solvarm deskription om huset. 9
4. Teori 10
4.1 Beskrivning av värmekällornas ursprung 10
4.2 Värmetillskott 11
4.2.1 Sol 11
4.2.2 Solinstrålning 11
4.2.3 Ytornas orientering och molnighet 12
4.2.4 Solstrålningen vid glasytan 13
4.2.5 Glasegenskapernas temperaturpåverkan/värmepåverkan 14
4.2.6 Marken och stommen tillskottsvärme 14
4.2.6.1 Marken förmåga att lagra värme. 14
4.2.6.2 Stommarnas förmåga att lagra värme 14
4.3 Värmeförlust 15
4.3.1 Värmeledning 15
4.3.2 Strålning 15
4.3.3 Konvektion/ kondens 16
4.3.4 Ventilationsförlusterna och luftläckage 17
4.4 Möjliga åtgärder för att förbättra växthusglaset egenskaper och funktioner 17
4.4.1 Åtgärder för att förbättra glasegenskaper. 17
4.4.3 Reducering av strålningsförluster 18
5. Glaset ursprung och historia 20 5.1 Plana glas 21
5.2 Användning av glas som byggmaterial. 21 5.2.1 Heat mirror glas 21 5. 2.2 Varma glas 21 5.2.3 Energisparglas 21
6. Luftfuktighet och RF 22
6.1 Växthusets luftfuktighet 22
6.2 Faktorer som påverkar RF 22 6.3 Vattenånga i luften. 22 6.2.1 Kända faktorer som påverkar RF 23 7. Växternas energibalans 23
7.1 RF-variationen påverkar växternas transpiration 23 7.2 Växter påverkar RF-värdet i växthuset. 23 8. Sundby Naturhus Simuleringsmodell 24 9. Metod 25 9.1 Använda mätapparater. 25 9.2 Programmering av mätapparaterna 25 9.3 Placering av mättapparaterna 26 9.4 Insamling av mätvärdena. 30 10. VIP-Energy simuleringsmetod. 31
10.1 Simulering av Naturhuset med VIP-Energy 31
10.2 Utformning och konstruktion 32
11.1 Jämförelse mellan växthusets temperatur och utomhustemperatur för april månad
(Sikhall). 38
11.2 Jämförelse mellan uppmätta temperaturer i växthuset olika sidor och utomhus. 38
11.3 Jämförelse mellan simulerade utomhus temperatur och växthusets temperatur för ett
helt år (VIP-Energy). 40
11.4 Jämförelse mellan uppmätta temperatur och simulerad temperatur för april månad
(växthuset). 42
11.5 jämförelse mellan datasimulerade temperaturer. 43
11.6 Jämförelse mellan RF-ut och RF-in under april månad. 47
1
1 Inledning
Klimatpåverkan och energianvändning är två viktiga frågeställningar som förekommer ofta i dagens debatt. Både ingenjörer och forskare försöker alltid lösa dessa problem genom att lägga fram en ny lösning eller förbättra den gamla lösningen. Men det känns ändå som om detta inte räcker på grund av att tekniken förbättras. Den lösning som ansågs vara bäst igår är inte längre en bra lösning och betraktas som en dålig lösning idag eller visar sig ha visa brister. Varje
generation löser sina problem på det som sätt som de anser vara bäst och därför uppfinns ofta nya idéer som gör att livet förbättras eller att klimatpåverkan och energianvändningen minskar.
Uppfinnande av passivt hus var en av dessa lösningar vilket gjorde att både klimatpåverkan och energianvändning har minskat. På liknande sätt skapades det som nu kallas för naturhus dvs. ett hus inuti ett växthus. Till skillnad från passivhuset så har naturhuset bidragit till att huset skyddas bättre från yttre väder som så som snö, vind och regn, samt erbjuder ett kretslopps system. Precis som passivhuset så har ingenjörer, experter inom byggbranschen och nyfikna studenter inom byggingenjör börjat forska, analysera om naturhuset är bra lösning för att minska
energianvändningen vilket gör att klimatpåverkan minskar.
För att bidra till hållbar utvecklingen måste följande kriterier beaktas. Förutom
energianvändningen måste huset vara fuktsäkert och bestå av sunda material mm. För att lättare kunna genomföra vissa beräkningar eller undersökningar måste vissa data eller nödvändiga och grundläggande information vara tillgängliga så som temperaturmätningar, värde på den olika relativa fuktigheten som förekommer i naturhusets olika delområde och annat som behövs beroende på vilka undersökningar man gör. De ovan nämnda data kommer att mätas, analyseras och jämföras med varandra för att sedan dra en slutsats.
1. 1 Syftet
Syftet med detta examensarbete är att bestämma de olika temperaturer och luftfuktighet som råder i denna systemgräns som naturhuset ingår i och sedan jämföra dessa med datasimulerade temperaturer från Persson & Wennerstål (2015) samt temperaturberäkning från VIP-energi. Meningen med denna rapport är möjliggöra de kommande undersökningar eller fukt och energiberäkningar för naturhuset genom att tillgängliggöra data för de olika temperaturer och relativa fuktighet som råder i denna systemgräns.
Att bestämma den verkliga temperaturen i naturhuset är en viktig förutsättning för de som vill göra en trovärdig eller verklighets baserade beräkningar gällande fukt och energi.
Detta examensarbete kommer att bestå av en beräkningsdel och en teoridel. Teoridelen kommer att innehålla beskrivningar av glas som byggmaterial, glaset bakgrund samt fördelar och
2
1.2 Frågeställningar
Vilka temperaturer och relativa fuktighet uppstår i växthuset som omger
bostadshuset?
Hur bra stämmer simulerade temperaturer med de temperaturer som mäts
plats?
1.3 Metod
En litteraturstudie utfördes för att bättre förstå hur naturhuset fungerar, när det första naturhuset byggdes och vilka tankar fann bakom detta ide. Olika böcker, hemsidor och rapporter om
naturhus, trähus, uppfinnande av glas och hus byggda av glas lästes för att få ett bättre grepp om dessa olika konstruktioners relaterade begrepp.
Ett studiebesök utfördes i Sikhall naturhus för att placera de olika temperaturer och RF mätare samt samla den nödvändiga kunskap som behövdes gällande huset konstruktionslösning och placering.
Temperatur och relativa fuktigheten mäts på plats med en anpassad mätare så kallade Satelite T och TH medan temperaturerna fås med hjälp av VIP-energi och data från (Persson & Wennerstål 2015).
Temperatur och den relativa fuktigheten från olika delområdet i naturhuset mäts med hjälp av temperatur och relativ fuktighetsmätare.
I VIP-energi simulerades växthuset för att få fram temperaturdata för de tolv månader som ingår i året. Temperaturmätningar från Persson & Wennerstål (2015) granskades och jämfördes med den verkliga temperatur som mäts på plats dvs. den systemgräns som naturhuset ingår i.
Råd och vägledning fås från min handledare Malin Olin under kursens gång. Naturhussrådgivare på Ecorelief Anders solvarm kontaktades för att få hjälp och rådgivningar. Andra personer som kontaktades är Sundby naturhus ägaren Björn Wallentinus , Civilingenjör på Emulsionen Dan-Eric Archer för att få en ökade kunskap gällande naturhus. Ytterligare kontaktades Persson & Wennerstål som beräknat energianvändningen för Sundby naturhuset.
Detta examensarbete kommer att i stor att handla om att mäta de olika temperaturer och
luftfuktighet som förekommer i naturhuset viktiga delområdet och omkring naturhuset dvs. den systemgräns som naturhuset ingår i för att sedan analysera hur växthuset påverkar temperaturen och relativa luftfuktigheten RF samt jämföra de verkliga temperaturmätningar med
datasimulerade temperaturer från Persson &Wennerstål (2015) och en temperaturberäkningar som utfördes med VIP-energi.
Beräkningar, mätningar och slutsats till detta arbete är tänkta att vara en huvudnyckel eller ledtråd för de kommande analyser eller undersökningar rörande fuktberäkning och
energiberäkning för ett naturhus. De hittills analyserat eller beräknat temperaturer mellan växthuset och kärnhuset är simulerat med datorprogrammen. Det finns inte mätningar av temperatur och relativ fuktighet som är gjort på plats vilken gör det osäkert att använda de data från simuleringen för att göra en trovärdig fukt eller energiberäkning.
3
1.4 Anvisning
4
2. Historia om naturhus
2.1 Idén bakom naturhus
Det var Bengt Warne som låg bakom idén om att bygga ett naturhus. Bengt Warne var den först arkitekten som har designat naturhuset. Han var humanekolog och visionär. I sin bok på
Akacians villkor skriver Warne om att skapa en värld där de tillgängliga naturresurserna tas hand
på bästa möjliga sätt. Det är ett sätt att utnyttja tillgängliga naturer resurser i form av jord, sol, vind, växter och djur mm genom att anpassa sig med naturens egen villkor dvs. i enlighet med naturen. I boken på akacians villkor säger Warne ” Vi kan bygga hus som arbetar i enlighet med det stora naturliga flödet, som låter vinden, solen, regnet och växterna svara för den energi som krävs och som inte plundrar, förgiftar och förstör” (Fredriksson, F & Warne, B 1993, s. 10).
I boken nämner Warne om akacians villkor på ett gott liv. Till skillnad från många andra djur stämmer akacians villkor på ett bra liv med människornas villkor dvs. en viss temperatur, vattentillgång, luftfuktighet, näring för att den ska tycka om denna området.
Warne skildra i boken 4 regler för att åstadkomma ett bra liv i samspel med naturen. Regel 1: Se till de egentliga behoven och inte till de konstlade.
Regel 2: Låt våra bostäder samarbeta med naturen.
Regel 3: Ge husens invånare möjligheten att själva styra flöden och kretslopp
Regel 4: Använd sofistikerad men miljövänlig teknik när naturens energier inte räcker till.
2.2 Vad är ett naturhus och hur fungerar den?
Enligt Warne är ett naturhus en byggnad som berikar utan att fördärva eller skada och förorena. En vidare beskrivning av naturhuset är följande: en byggnad som består av tre olika partier dvs. bostad, kretslopp och växthus. Växthuset fungerar som en skydd mot yttre väder så som regn, vind och snö men kan också användas som bullerskydd och UV-strålningsskydd.
I begreppet naturhus ingår också flera andra funktioner så som avloppssystem med
filtreringssystem som växter kan använda som näring vilket ger frukt och grönsaker. Växterna är tänkta att filtrera luften och vatten samt hålla luftfuktigheten och temperaturen på ett behaglig nivå ( Sundby naturhus 2014).
2.3 Den första naturhus i Saltsjöbaden och dess fördelar.
Det första naturhuset byggdes i Saltsjöbaden mellan 1976 och 1980. Byggnaden består av ett kärnhus omgivet av ett växthusglas. I huset finns ett filtreringssystem som renar restprodukter eller avfall från toalett, kök och trädgård. Tillgängliga naturresurser så som regnvatten samlas och sparas i en förvaringsplats och används till disk, bad och tvätt. Den sparade regnvatten används som näring och bevattning för växterna. Växterna är i sin tur tänkta att rena luften, reglera luftfuktighet och temperatur och skapa ett behagligt klimat. Strålning från solen lagras på marken för att återanvända under kalla månader och även värma huset för att minska värmebehovet (Fredriksson, F & Warne, B 1993).
5
Bild 1. Det första naturhuset som byggdes i Saltsjöbaden. ( Fredriksson,F Warne, B 1993).
6
3. Sikhall Naturhus
3.1 Solvarm dröm om att bygga ett naturhus
Solvarm projektet om att bygga ett naturhus inspirerades när han har läst boken ” på Akacians Villkor”. En bok där man beskriver hur man bygger ett naturhus samt naturhuset fördelar ur miljö, hållbart och komfort synpunkt. Solvarm naturhus ligger i Sikhall, nära Vänerns strand några kilometer norr om Vänersborg. Innan han fick iden om att bygga naturhus hade Solvarm ett annat timmerhusprojekt men detta timmerhusprojekt ändrades när han fick den senare iden. Istället byggde han ett naturhus.
Bild 3. Sikhall naturhus
7
3.2 Sikhall
Naturhuset uppbyggnad.
Naturhuset består av en 145m2 en-plan timmerhus utan tilläggsisolering placerat inuti en 300m2 växthus. Naturhuset har en trakteras som används som en extra våning för olika ändamål så som ett gästrum eller fritidshus. Där kan placeras olika inredningar så som soffor mm. Kärnhuset och växthuset har en kvadratisk utformning till byggytan. Kärnhuset är osymmetrisk placerat inuti växthuset. Växthuset har två långa sidor och två korta sidor. Avståndet mellan växthuset ena långsida och kärnhusets vägg är 4 meter och 1,5 meter mellan den andra långsidan och växthusets vägg. Avståndet mellan ena kortsidan och väggen är 3 meter medan avståndet mellan kortsidan och den andra väggen är 1,5 meter. Växthusglaset är ett 4 mm härdat glas. Golvet på växthuset består av en stor lager grus och tegel vilket är bra för att spara värmeenergi.
Naturhuset uppfyller tre olika funktioner så som bostad, växthus och kretslopp. Växthuseffekten gör att naturhuset förbrukar 30 % mindre energi jämför med ett konventionellt hus (Solvarm 2015).
3.3 Naturhusets värmekällor.
Huset värmekällor kommer från två stora kakelugnar och varmvatten får familjen från två solfångare placerat på växthusets östra takparti.
Bild 4. Kakelugn som tillför värmeenergi till kärnhuset
8
Bild 5. Naturhusets Solfångare för varmvatten
3.4 Naturhusets ventilationssystem
Växthusets ventilationssystem sköts med hjälp av en temperaturstyrd väderstation. Takluckorna öppnas automatisk när växthustemperaturen passerar 25 grader. Växthus ytterdörren används också för släppa in luft i huset. Förutom den öppningsbara taklucka och ytterdörren så finns det också en markrör som tar in luft i huset. Markrören används för att kyla ner huset under
sommaren och värma huset under vintern. Markrören placeras under marken eftersom marken klimat är kallare än lufttemperatur under sommartid och varmare under vintertid. När luften kommer in i markrören så uppstår en energiutbyte mellan luften och marken. Detta leder till att luftens temperatur värms under vintern och kyls under sommaren (Bexell & Bjureus 2010).
9
Bild 7. Exempel på hur en markrörs ventilationssystem funkar (Bexell & Bjureus 2010).
3.5
Naturhusets skydd och kretsloppssystem
Huset har ett kretsloppssystem. Ett filtreringssystem som renar husets avfall dvs. avfall från toalett, trädgård och kök. Regnvatten samlas och sparas i stora tankrar som är placerat i källaren och används för att bevattna växter, disk och bad mm. De olika växter som förekommer i naturhuset utnyttjas på olika sätt. De skuggar huset, renar luften och reglerar luftfuktigheten. Växthuset fungerar som skydd från yttre väder som snö, vind, och regn samt UV-strålning.
3.5 Solvarm deskription om huset.
10
4. Teori
4.1 Beskrivning av värmekällornas ursprung
Två olika metoder användes för att få fram den temperatur som råder i växthuset. Förutom dessa två olika metoder så användes också andra datasimulerade temperatur från Persson &
Wennerstål. Med hjälp av detta kunde man se hur temperaturen växlar under året.
Från mars månad till juni månad kunde man se att temperaturen höjs mer och mer tills den uppnår en viss temperatur som uppskattas vara 45 grader. När temperaturen i växthuset har nått en viss temperatur som anses vara högsta temperatur under sommarmånader så börjar växthuset temperatur att sjunka så småningom. Till slut sjunker växthus temperaturen så mycket att det blir svårt att urskilja ute temperatur och den temperatur som råder i växthuset dvs. växthuset har en temperatur som är ungefär lika med ute temperatur.
Denna temperatur växling har väckte olika frågeställningar. För att förstå hur och varför växthusets temperatur höjs eller sänks så måste man förstå hur ett vanligt växthus funkar och analysera eller hitta de olika parametrar som påverkar växthusets temperatur. Denna analys utfördes p.g.a. det finns många likheter mellan växthuset som ingår i naturhuset och ett vanligt växthus.
De parametrar som påverkar temperaturen bestäms genom att kartlägga en energibalans eller värmebalans dvs. hur mycket energi eller värme kommer in respektive kommet ut i
systemgränsen.
De största eller huvudsakliga delar av värmen som värmer upp växthuset kommer från solen. De andra typer eller delar av värme som bidrar till växthusuppvärmningen kommer från konstruktion delar som finns i växthuset systemgräns och som har en värmelagringsförmåga så som växthusets mark eller de delar av kärnhuset väggar så som timmervägen där solstrålningen träffar dagligen. Värmesvinn sker genom följande sätt: värmeledning och konvektion genom växthusets
11
Bild 8. Värmebalans. Jordbruksverket (2008).
Att lista de olika parametrar som påverkar växthusets temperatur var viktig eller nödvändig för att både beräkna, beskriva och uppskatta den ungefärliga värme som kommer in respektive kommer ut. Kännedom om dessa olika parametrar underlättar att lägga fram en ekvation som beskriver den värmeutbyte som sker i växthuset. Detta värmeutbyte eller värmeväxling (ett viss antal värme kommer in medan en viss andra värme går ut) är en direkt påverkan av växthus temperaturen och RF.
4.2 Värmetillskott
4.2.1 Sol
Hur stor den solinstrålning som påverkar växthusets temperatur kommer att bli beror på flera olika faktorer så som glaset olika egenskaper, glasets transmittans, absorptans, solens
infallsvinkel mot takytor, och väggytor samt ytornas orientering , molnigheten ( solen skyms av molnen och då minskar instrålningen mot byggnader) mm.
4.2.2 Solinstrålning
12 Varje material har en viss absorptionsförmåga ( αks) , detsamma gäller för de andra
förekommande kulörer. Vit färg har exempelvis lägre absorptionsförmåga än svarta färg. Asfalt har en absorptans som är 0,9 och tegelsten, gul har absorptans 0,55. Absorptans och vinkeln mot solinstrålning bestämmer hur mycket värme som ska absorberas av ett visst material.
Beroende av vilken data man använder (olika data som är ungefärliga ges av olika böcker) blir den direkta solinstrålningen mot fasader och tak i Sverige cirka 900 eller 1000 W/m 2. Följande ekvation kan användas för beräkning av absorptionsvärmen. När det är molnig blir resultatet lägre än den ovan angivna data (Sandin, K 2010).
q = αks . Io . Cos φ W/m2
Io . Cos φ = 900 eller Io . Cos φ = 1000
q = Värmeeffekt som absorberas av en yta αks = Material (ytan absorptans).
φ = Vinkeln mellan ytans normal och strålningsriktningen
4.2.3 Ytornas orientering och molnighet
Effekten på solinstrålningen beror på ytornas orientering. Det förekommer olika orientering som ger olika infallsvinkel för solinstrålningen mot byggnadens olika konstruktionsdelar så som takytor och väggytor vilket leder till ökad eller minskad effekt. I mitten av dagen dvs. kl. 12 skiner solen som högst i söder. Värden för solens intensitet vinkelrätt solstrålningen visas i figur 1 som funktion av solhöjden dvs. vinkeln mot solen från horisontalplanet. Solstrålningen mot en byggnads yta fås genom dess komponent vinkelrätt mot ytan. För de horisontella tak och fasader som ligger i söder blir soleffekten störst mitt på dagen dvs. kl. 12h (Petersson, B 2010).
Azimut beskrivs i horisontens system som vinkeln mellan vertikalplanet genom himmelsobjektet eller satelliten och observatörens meridian. Begreppet azimut används inom astronomi (
Wikipedia 2016).
Bild 9. Solinstrålningens intensitet som funktion av solhöjden (Petersson, B 2010).
Solsinstrålningen effekt på en klar sommardag uppskattas vara 1000 W/m2. Detta angivna värde påverkas av olika faktorer så som solsinstrålningsvinkeln och molnighet. Genom att använda en så kallade molnighetsfaktor justeras de olika dagarnas solinstrålning.
13
Tabell 1. Antal mulna dagar och klara dagar i medeltal per månad.( Petersson, 2010).
4.2.4 Solstrålningen vid glasytan
Solinstrålningen uppdelas i tre olika former när den når glasytan, nämligen transmission, reflektion och absorption (se bilden nedan).
Bild 10. Solen olika strålningsformer (Lindman 2011).
Den värme som absorberas av glaset värmer upp växthusglaset. När glasets har värmts avges en del värme från växthusglaset vilket kallas för sekundär transmission. Sekundära transmissionen är i sin tur uppdelat av sekundär strålning och konvektion. Den totala solenergitransmissionen är summan av transmissionen eller direkt transmission och sekundära transmission.
Solenergitransmission betecknas med bokstaven g och anges i procent precis så som absorption, transmission och reflektion.
14 Beroende på glasets olika egenskaper så ökas eller minskas värdet på transmission, absorption och reflektion. En vidare beskrivning av glaset olika egenskaper rörande temperaturpåverkan kommer att förklaras i de kommande sidorna.
4.2.5 Glasegenskapernas temperaturpåverkan/värmepåverkan
Hur stor solvärme eller solinstrålning som kommer in i växthuset beror på glaset egenskap och funktion.
Tekniken har möjliggjort att bygga upp en glaskombination med olika egenskaper så som
energibesparing, solskydd, anpassade ljusgenomsläpplighet mm. Med energibesparing menas att glaset är väl isolerat och har ett lågt U-värde vilket minskar värmeförlusterna.
Glasets 3 viktigast egenskaper som man ofta tar hänsyn till när man väljer glas är det så kallade solenergitransmission som betecknas med g och ljustransmission som betecknas med LT samt U-värde som betecknas med U (Pilkington 2015). Glaset som har lågt U-U-värde, hög ljustransmission och låg solenergitransmission anses vara det bästa glaset när det gäller komfort i bostäder. Ur energisynpunkt är kanske denna lösning inte bra eftersom låg solenergitransmission leder till mindre värmeenergi.
Växthusglaset består av 4 mm glas dvs. ett vanligt härdat glas som har g-värdet på 76 % , LT med värdet på 82 %. Andra egenskaper som kan nämnas här är så kallade reflektion av synlig ljus LR vilket är 15 % (Carlson, 2005).
Genom att göra olika kombinationer och växla dessa olika egenskaper på olika sätt uppnås olika egenskaper som är bra ur energisynpunkt vilket har en direkt påverkan på växthustemperaturen, den temperatur som råder i växthuset. Ju större g-värde och lägre U-värde växthusglaset har desto högre blir temperaturen i växthuset så fort solen börjar skina.
4.2.6 Marken och stommen tillskottsvärme
4.2.6.1 Marken förmåga att lagra värme.
Att beräkna hur mycket värme som lagras i marken är lite komplicerat och behöver olika data och komplicerad ekvationer. Likaså blir det för beräkning av hur mycket värme som lagras i
stommarna så som väggstomme, eller tak mm.
4.2.6.2 Stommarnas förmåga att lagra värme
Tunga byggmaterial så som betongstomme, timmerstomme har en bättre förmåga att lagra värmeenergi jämför med lätta material eller byggnader som består av lätt stomme så som träregelstomme mm. Detta beror på att värme lagras i de tunga byggnadsmaterialen. Dessa byggnader kallas värmetröga byggnader och har förmågan att lagra överskottsvärme vid
15
4.3 Värmeförlust
Värmeförlust sker på flera olika sätt. I de föregående teoribeskrivningarna nämndes de olika sätt som värmesvinn förekommer ofta. Här kommer en lite mer detaljerade beskrivningar av de olika värmeförluster som kan förekomma i växthuset.
4.3.1 Värmeledning
Värmeledning sker när värme transporteras från en materia till en annan. Ingen materia transporteras utan bara värme eller värmeenergi. Värmeöverföring genom ledning är det mest förekommande former för de flesta byggmaterial. Värmeledningens storlek beror på materialets värmeledningsförmåga och temperaturskillnaderna. Ju mer värme som förloras genom ledning desto lägre blir växthustemperatur. Genom att beräkna värmeledningsförluster kan man uppskatta eller beskriva och förklara temperaturutväxlingar som sker i växthuset eftersom värmeledningens storlek påverkar växthustemperaturen.
Petersson ger följande beskrivning: ”I sin enklaste form för endimensionell värmeströmning och stationära förhållanden kan värmeledningen uttryckt per kvadratmeter yta som en
värmeflödestäthet q (w/m2 ) beskrivas på följande sätt” ( Petersson 2010). q = värmeflödestäthet
q = (ʎ . T1 – T2) / d ʎ= Värmeledningsförmåga (w/m2)
T1 och T2 = den högre och den lägre temperatur
d = tjocklek
Vidare beskriver Petersson ett enklare sätt att beräkna värmeledningen för endimensionella och stationera förhållanden genom att använda värmegenomgångs koefficient eller så kallade U-värdet. I beräkning används utetemperatur, innetemperatur och area för den aktuella ytan (Petersson 2010). Q = U. (T1 – T2 ). A Q = Värmeflödet U = värmegenomgångs koefficient T1 = Innetemperatur T2 = Utetemperatur A = Byggnadens aktuella yta
4.3.2 Strålning
Värmestrålning är den värmeöverföring som sker med hjälp av elektromagnetiska vågor.
Värmeöverföring uppstår när det finns en temperaturskillnad så att värme ska gå från den varma sidan till den kalla sidan (Fredriksson, 2012).
16 Värmestrålningen påverkar växthusets temperatur. Ju mer värmestrålning desto mer värmeenergi förloras och detta leder till att växthustemperaturen sjunker.
Det finns två former av värmestrålning dvs. en kortvågig värmestrålning och en långvågig värmestrålning. Den strålningen som solen skickar är en kortvågig värmestrålning. Den byter form och blir en långvågig värmestrålning så fort den passerar ytan på växthusglaset.
Eftersom växthusglaset är 4 mm härdat glas så har det förmåga att släppa in den kortvågiga värmestrålning men har svårt att släppa ut den långvågiga värmestrålningen. Enligt Petersson beräknas värmestrålningens intensitet från ett material på följande sätt.
Q = ɛ . σ . T4
Q= värmestrålningen (W/m2 )
σ = Stefan Boltzmanns konstant 5.67 10-8
. (W/m2,K4)
ɛ är emittansen och beskriver hur mycket en yta strålar jämför med motsvarande ideellt svart kropp.
Förutom värmestrålningens intensitet från ett material så finns det också andra värmestrålningar så kallade långvågiga värmestrålningar som sker mellan parallella ytor och långvågiga natts strålningar som sker under nattetid.
Långvågiga strålningar sker när på natten utelufttemperaturen är tyngre än himlavalvets motstrålande temperatur för byggnadens klimatskal så som taket och väggens ytterytor dvs. byggnadernas ytter ytan har lägre temperatur än lufttemperaturen. Detta orsakar att växthusets temperatur påverkas och blir lägre (Petersson, 2010).
Dessa olika strålningsförluster påverkar växthusets temperatur vilket leder till att växthustemperaturen sjunker.
4.3.3 Konvektion/ kondens
Konvektion innebär att den strömmande vätska eller gas som passerar en viss ytan och tar med sig värmeenergi från den varma platsen till en kallare plats. Värmeöverföringen uppstår mellan luften och byggnadens klimatskal så som väggarna och taket (Sandin, K 2010).
Kondens sker på olika sätt. Här kommer en del av de att beskrivas så som kondens på glaset inre delar dvs. i växthuset och utvändig kondens. Eftersom de vanliga 4 mm glas isolerar dålig så uppstår det att fönstrets inre temperatur blir lägre än lufttemperatur i rummet. När den varma luften i växthuset träffar glaset så uppstår kondensutfällning.
Förutom temperaturskillnader mellan luft och glaset så finns det andra parametrar som bidrar till att kondens uppstår exempelvis hög luftfuktighet eller dåligt ventilation.
Följande ekvation kan användas vid beräkning av den värme som förloras genom konvektion men det krävs mer avancerad kalkyl och data och mer komplicerat beräkningar för att utföra exakta beräkningar.
Qk = αk . (T0 . T1) ( W/m2 )
Qk = Mängden värme uttryckt i värmeflödestätheten
αk = Värmeöverföringskoefficienten
T0 = Yttertemperatur (K)
17
4.3.4 Ventilationsförlusterna och luftläckage
Ventilationsförlusterna i växthuset påverkar också temperaturen eftersom en del värme transporteras ut ur växthuset.
Det finns andra värmeförluster som sker genom dörren, fönster och taknocken samt otätheterna. Dessa olika förluster kan sammanfattas med ett ord nämligen luftläckageförluster.
Det förekommer också ett markrör eller jordsrör som släpper in kall luft under sommartiden och varm luft under vintertiden. Detta markrör påverkar också växthusets temperatur då den kyler växthuset. När luften kommer in i markrören så uppstår ett energiutbyte mellan luften och marken. Detta leder till att luftens temperatur värms under vintern och kyls under sommaren
(Bexell & Bjureus 2010).
Dessa olika funktioner utnyttjas mest under sommartiden då lufttemperaturen utomhus är hög. Med hjälp av en automatisk väderstation styrs luftflödet. Detta gör att takets öppningsbara partier öppnas automatisk när temperaturen passerar 25 grader (My home 2014).
Bild 11. Automatisk väderstation i taknocken.
4.4 Möjliga åtgärder för att förbättra växthusglaset egenskaper och funktioner 4.4.1 Åtgärder för att förbättra glasegenskaper.
Det finns flera olika sätt att förbättra växthusglasets egenskaper och funktioner. Genom att göra urval av olika glaskombination kan man förbättra glaset egenskaper så som glasets
18
Bild 12. Glasets kombinationsmöjligheter (Pilkington 2015).
Varje glaskombination är ansedd för att uppfylla en viss funktion. Ur energisynpunkt måste glaset ha lågt U-värde för att minska värmeförlusterna. Vilket glas man väljer beror på de funktioner som är prioriterat.
4.4.2 U-värde förbättringar
Man får ett bättre värde på värmeisolering om man skapar ett glas med flera skikt med en vis avståndet mellan dem. Den skapad avståndet minskar de förekommande värmeförluster så som strålning, ledning och konvektion. De mest förekommande glas med flera skikt är exempelvis 3-glaskonstruktion och 2-glaskonstruktioner.
Förutom glaskonstruktionens skiktändringar så finns det andra faktorer som spelar roll för att förbättra U-värde exempelvis val av gas mellan rutorna och avståndet mellan glaset eller
luftspalten. I treglasfönster uppnås bästa U-värde när spaltavståndet är mellan 18 mm och 20 mm medan det är mellan 15-16 mm för tvåglasfönster (Pilkington 2015).
4.4.3 Reducering av strålningsförluster
19
Bild 13. Värmeisolering genom glas (Carlsson, 2005).
Ett glas utan beläggning med ɛ = 0,837 strålar ut ungefär 84 % medan ett glas med beläggning strålar ut 3 %. Den värme som annars skulle strömma ut stannar kvar på glas med låg emission (Pilkington 2015). Beroende på de funktioner som man eftersträvar skapas glas med särskild prioriterade egenskaper med hjälp av de olika kombinationer som är tillgängliga.
20
5. Glaset ursprung och historia
5.1 Plana glas
Framställningen av plana glas sker med hjälp av olika ämne så som kalksten, sand och soda samt en del tillsatsmedel.
Bild 15. Viktiga ämnen som ingår i glaset.
Den senaste metoden för att framställa glas härstammar från 1950 talet snabba industriella revolutionen. Denna metod sker i en floatglasanläggning. Blandningen av olika ämne hälls i en ugn med en väldigt hög temperatur som är cirka 1550 °C. Efter en viss temperatur som är cirka 1100 °C smälter glasmassan och bildar en flytande band som strömmar på en plan tenn bad. Detta plana tenn bad påverkar utformningen av det flytande glaset som också blir plana. Den efterföljande processen är skylningen av glas bandet och skärning efter en önskvärt format (Pilkington Floatglas 2012).
21
5.2 Användning av glas som byggmaterial.
Det senaste decenniet har användningen av glas som byggmaterial ökat. Detta på grund av att tekniken har möjliggjort att skapa glas med flera olika egenskaper. Det finns smarta glas, dekorglas, varma glas och heat-mirror glas samt brandskydd glas och bullerglas mm.
Konstruktörer, arkitekter eller vanliga människor har möjlighet att välja ett visst glas med visst egenskap. I detta kapitel förekommer bara beskrivningar av glasegenskaper ur temperatur, fukt och energisynpunkt.
5.2.1 Heat mirror glas
Heat mirror glas är uppbyggd som ett 3-glas fönster bestående av isolerglas. Till skillnad från ett 3-glasfönster är det tredje glaset av Heat mirror dvs. skiktet som ligger i mitten av glaset gjort av en lågemissiv film. Det går att välja en film med en annan egenskap. Det finns film som är lågreflekterande och hög ljustransmission och en annan med en låg solfaktor (Carlsson, 2005).
Bild 17. Heat-mirror glas (Carlsson 2005).
5.2.2 Varma glas
Varma glas förekommer i 3-glas eller 2-glaskonstruktion och består av eluppvärmda isolerglas. Det är ett härdat glas som har en lågemission. Glaset som ligger i mitten är kopplade med ett elektrisk ledande skikt som värmer glaset så att den får samma temperatur som huset
innetemperatur. För att förbättra glasets U-värde så fylls spalterna med Argon-gas (Carlsson, 2005).
5.2.3 Energisparglas
Energisparglas består av ett klartfloatglas. Det är ett glas som reducerar husets uppvärmningsbehov, förbättrar inomhusklimatet genom att reducera kallraset och
22
Bild 18. Energisparglas (Pilkington 2012).
6. Luftfuktighet och RF
6.1 Växthusets luftfuktighet
.Växthuset luftfuktighet beror på balansen mellan den mängd luft som kommer in respektive kommer ut. Den fukt som kommer in i växthuset kommer ursprungligen från växtens
transpiration och från fuktiga ytors avdunstning. Kondensation, läckage och ventilationssystemet i växthuset är de orsak som gör att fukthalten reduceras (Bernardo & Sund 2008).
6.2 Faktorer som påverkar RF
Det finns flera faktorer som påverkar RF nämligen temperatur som råder i växthuset, växterna och ventilationen samt otätheterna.
Varm luft har förmåga att bära mer vattenånga än kall luft. Under sommaren värms växthuset av solsinstrålningen vilket leder till att luften också värms och har förmågan att bära mer vattenånga än uteluften. Detta skulle orsaka fuktproblem genom kondens eller annat fuktproblem men det orsakar inte något problem i verkligheten eftersom en stor del av den varma luften tas bort genom ventilationen, takluckan, dörrar eller andra otätheterna som finns i växthuset.
6.3 Vattenånga i luften.
Det förekommer alltid en viss mängd vattenånga i luften. Denna aktuella mängd vattenånga som luften innehåller kallas ånghalt och betecknas v (Kg/m3 ). Denna ånghalt kan inte vara större än mättnadsånghalten vs (Kg/m3). Förhållanden mellan fuktens ånghalt och dess mättnad sånghalten
23
7. Växternas energibalans
Det strålningsutbyte som sker i växthuset påverkar också växternas blad. Bladet kyls med hjälp av sin transpiration (Jordbruksverket 2008).
Bild 19. Bladet energibalans (Jordbruksverket 2008).
7.1 RF-variationen påverkar växternas transpiration
Hur den relativa fuktigheten som råder i växthuset varierar påverkar växternas transpiration, kapaciteten att använd näringsämne och reglera temperatur. Lägre luftfuktighet orsakar
vattenstress när växten har svårt att absorbera samma mängd vatten som den transpirerar och då blockeras växternas klyvöppningar. Detta leder till att förmågan att ta upp koldioxid hindras och växterna växer inte längre.
Om RF blir lägre än 50 % hindras tillväxten. En RF som är 90 % orsakar också allvarliga
problem för växter. Om RF blir lägre än 75 % så uppstår inte lika stora problem, vilket anses vara normalt.
7.2 Växter påverkar RF-värdet i växthuset.
24
8. Sundby Naturhus Simuleringsmodell
(Persson och Wennerstål 2010)har skapat två husmodeller med hjälp av Revit. Modellerna exporterades sedan till en IFC-filI. IDA ICE programmet används för att öppna IFC-filen. En av modellerna utformades precis som Sundby naturhus dvs. ett hus inuti ett växthus. Den andra modellen bestod bara av ett liknande kärnhus utan tillhörande växthus.
Revit är en ritprogrammet som är avsedd för att skapa detaljerade modeller. Den används också för att skapa planlösningar, byggdelar mm. IDA ICE är ett program som är avsedd för att beräkna energianvändningen för byggnader. IFC är ett öppet neutralt objektorienterat filformat (Persson &Wennerstål 2015).
Anledningen till detta arbete var att jämföra dessa två olika byggnaders energianvändningar samt undersöka hur växthuset påverkar energianvändningen. Att analysera hur olika parametrar och känslighetsanalyser påverkar resultat har ingått också i detta arbete. Precis som VIP-Energi så är IDA ICE inte avsedd för att simulera energianvändningen för ett naturhus. Det förekommer temperaturskillnader i växthuset beroende på den plats man befinner sig i. Ju större höjder desto högre blev temperaturvariationerna. Det var svårt för Persson och Wennerstål att skapa en modell som tar hänsyn alla dessa egenskaper. För att lösa detta komplicerade problem uppdelades
modellen i sju olika delar. Både kärnhuset och växthuset uppdelades i olika zoner.
Vissa egenskaper skiljer sig mellan Sikhall naturhus och Sundby naturhus så som geografiska placering, utformning, areor för byggnader olika delpartier mm.
Bild 20. Uppdelning av Sundby naturhuset i olika zoner (Persson &Wennerstål 2015).
För att skapa växthuset väggar skapades först vanliga träväggar. Ett stort fönster placerades sedan på väggarna vilket tog 98 % av växthuset väggar. Eftersom stora delar av väggarna består av glas så påverkar inte den återstående träväggen resultatet. Glaset U-värde justerad till 5,8 W/ m².
Förutom U-värdet justerades olika andra egenskaper så som ventilation, värmeförsörjning, varmvatten mm. De egenskaper som inte förekommer i växthuset nollställdes eller eliminerades för att skapa en modell som har samma egenskaper som växthuset.
25
9. Metod
9.1 Använda mätapparater.
För att utföra mätningarna av växthusets temperatur och RF används Dataloger Mitec Satelite T och Dataloger Mitec Satelite TH. Satelite T är avsedd för att mäta bara temperatur medan Satelite TH är avsedd för att mäta både temperatur och RF. Total används 4 Satelite T och 2 Satelite TH. Satelite T har en inbyggd givare som mäter temperaturen mellan – 40 och 80° C. Till skillnad från Satelite T så har Satelite TH två inbyggda givare, en för temperatur och en för RF. Både apparaterna behöver programmeras för att de ska fungera. Avläsning och inställning utförs med hjälp av ett särskilt program så kallade Winsat. Winsat programmet möjliggör att ställa in en önskad tid för mätningarna d.v.s. en intervall.
.
Bild 21. Material som används för att utföra mätningar
Både Satelite T och TH använder endast en v1,5 V Pen light batteri var (14*50 mm). Om batteriet är nytt anges direkt den förväntad livslängd i dagar beroende av mätningars intervall. Mätapparaterna är klar att användas och programmeras så fort batteriet är ansluten. Enligt bruksanvisningarna så har Satelite ett inbyggt dataminne som inte förlorar mätningarna som utförs under en viss mätningsarbete. Satelite T består av följande huvuddelar: Poligt kontaktdon (hane) för anslutning av dator, Lysdiod visar aktivitet, Temperaturgivare, Gavlar som tas loss vid batteribyte, Aluminiumkåpa. Med hjälp av en kabel kopplas Satelite T och pc-en.
9.2 Programmering av mätapparaterna
Alla mätapparaterna programmerades med samma registreringsintervall. Registreringsintervall är tiden mellan två lagringar i minnet. Det valda registreringsintervalet var en timme.
26
Tabell 2. Tabell som visar den tid det tar innan minnet är fylld samt möjliga registreringsintervall.
9.3 Placering av mättapparaterna
Ett studiebesök utfördes i naturhuset i Sikhall vilket ägs av Naturhusrådgivare på Ecorelief Anders Solvarm. Där placerades mätapparaterna sex olika platsen.
.
Bild 22: Sikhall Naturhus
Innan man utför mätningar av temperaturen och RF i växthuset studeras växthusets och
kärnhusets utformning och placering. Kärnhuset består av en 145 m2 1- plan hus och takterrass. Växthuset area är 300 m 2
27 För att mäta de olika temperaturer och relativ fuktighet som råder i växthuset valdes olika plats i växthuset där temperaturen och RF skiljer sig med några grader.
Tre Satelite-T och en Satelite TH placeras i takterrassen. Den första Satelite T placerades på norrsidan av takterrassen och den andra på södra sidan av takterrassen, den tredje i den västra delen av takterrassen. En Satelite TH placerades i den östra delen av takterrassen vilket pekar mot entrédörr som är ungefär 3,4 m upp räknat från marken. Den fjärde Satelite T placerades precis i kärnhuset entrédörr och på marknivå. En Satelite TH placerades utomhus och kommer att användas som referens dvs. jämföra den temperatur och RF som råder i växthuset med utomhustemperaturen. För att skydda TH-mätaren från regnet så placerades ett skydd på mätapparaten.
Bild 23. Mätapparaterna placering i växthuset och utomhus
28
Bild 25. Satelite TH som är placerat utomhus
Bild 26. Satelite TH placerat inomhus
29
Bild 27. Satelite T som är placerat i norr
30
Bild 29. Satelite T placerat i väster.
9.4 Insamling av mätvärdena
.Varje mätapparat och placering antecknades. Det var viktigt att veta mätapparaternas placering dvs. var varje mätapparat satts eftersom det råder en temperaturvariation i växthuset.
Mätapparaterna lagrade mätvärdena hämtades och används under temperatur och
RF-beräkningarna. Medeltemperaturen och medel-RF som råder i växthuset och utomhus under april-månad bestämdes. En tabell som innehåller växthuset medeltemperatur och
utomhusmedeltemperatur skapades vilket kommer att jämfördes med de datasimulerad temperatur samt med varandra.
Det finns 4 olika orienteringar eller sidor i växthuset. I varje sida placerades en mätapparat och på 3,4 m ovanför golvet. I växthuset västsidan placerades en till mätapparat och marknivå för att undersöka temperaturvariationen på höjden. Total blev mätapparaterna som placerades i växthuset 5. Fem olika registreringar fås från dessa mätapparater. Mätapparaterna utför 24 registreringar eller mätningar per dag vilket blir 24 * 30 registreringar per månad.
Medeltemperatur för april månad beräknades på följande sätt: Registreringar för en dag från en mätapparat adderades med varandra och resultatet av detta delades med 24 där fås
dygnsmedeltemperaturen för en dag. Sen adderades alla beräknade dygnsmedeltemperaturer och resultatet denna summa delades med 30 vilket blir månadsmedeltemperatur för april månad från en mätapparat. En liknande beräkning utfördes för att bestämma månadsmedeltemperatur utomhus och månads medel-RF för april månad.
Fem olika månaders medeltemperaturer för aprilmånad fås från mätapparaterna som var placerad i växthuset. Dessa värden adderades med varandra och summan av dessa värden delades med 5 för att få en ytterligare eller bättre månads medeltemperatur i växthuset för april månad. Detta värde kommer att jämföras med utomhus månads medeltemperatur för aprilmånad samt med datasimulerad månads medeltemperaturer.
31
10. VIP-Energy simuleringsmetod.
10.1 Simulering av Naturhuset med VIP-Energy.
Programmet VIP-energi används för att få fram den temperatur som råder i växthuset. Det är ett program som är avsett för att beräkna energiförbrukningen i byggnader under ett år eller en kortare tid. Programmet tar hänsyn till olika faktorer under beräkningarna. De olika faktorer som programmet tar hänsyn till är exempelvis Sol, vind, luftfuktighet och temperatur mm.
Bild 30. VIP-Energy och dess funktioner. (VIP-Energy 2007).
Det finns två typer av indata i VIP-Energy nämligen Projektdata och Katalogdata. Data som finns i Katalogdata kan återanvändas i flera olika beräkningsobjekt som exempelvis
32
Bild 31. VIP-Energi indata och katalogdata. (VIP-Energy 2007).
Efter att man har skapad byggnaden med hjälp av de olika funktioner som VIP-Energy erbjuder så beräknas byggnadens energianvändning, byggnadens rumstemperatur mm.
10.2 Utformning och konstruktion
Att göra en simulering av växthuset med hjälp av VIP-Energy är inte enkel och många saker måste tas hänsyn till eftersom det inte är vanligt att simulera ett växthus med VIP-Energy. En del ändringar måste göras gällande materialens U-värdet som växthusglaset och marken mm. Under simuleringen användes olika funktioner i VIP-Energy. Varje funktion är specifik och påverkar den slutliga resultat.
Växthusets klimatskärmar, golv, dörr skapades först. Sen tilldelades varje byggdel med orientering och U-värde. I VIP-Energy förekommer följande menyval med olika funktioner. 1. Fönster, dörrar, ventiler.
2. 1-Dim Byggdelar. 3. 2-Dim Byggdelar. 4. 3-Dim Byggdelar.
Vanligtvis används dialogfönstret 1-Dim Byggdelar för att skapa väggar, tak och golv samt för att detaljredovisa solabsorption, U-värde mm och material sammanställning. Men eftersom
växthuset består bara av glas och karmar så antogs väggarna som ett stor fönster. Istället används fönster, dörr och ventilfunktionen för att skapa väggar och tak. I detta menyval specificeras en katalog med fönster, uteluftsventil och dörrar samt tillhörande parametrar som U-värde, soltransmittans och glasandel mm.
10. 2.1 Väggar
33 Växthuset har en ytterdörr vilket påverkar arean på den vägg som ligger i öster. För att få rätt area på den vägg som ligger i öster så tas ytterdörrens area bort från väggen som ligger på öster. För att bättre beräkna väggarnas areor ritades figurer som hjälpmedel. Med hjälp av dessa olika figurer beräknades de olika väggar respektive areor. Väggarnas karmar antogs utgöra 5 % av väggarnas area då det är svårt att veta exakta mått på karmarnas totala area.
Bild 32. Vägg till norr och vägg till söder.
10. 2.2 Tak
En liknande beräkning gjorts för att beräkna takets totala area sen justerades taket U-värde.
Bild 33. Takets längd och bredd
10. 2.3 Dörr
34
10. 2.4 golv
Golvet i växthuset består av ett tjockt lager grus och tegel för att lagra värmeenergin. För att skapa ett liknande golv i VIP-Energi som växthuset så antogs tjockleken på både grus och teglet vara 300 mm d.v.s. 150 mm var. I VIP-Energi skapades ett golv som består av grus och tegel. Efter att ha valt de material som golvet består av samt respektive tjocklekar så beräknar
programmet automatisk golvets U-värde och andra tillhörande egenskaper. Under dialogfönstret orientering skapades PPM 0-1 m och PPM 1-6 m. Därefter beräknades arean på respektive orientering (se figur nedan).
Man använder begreppet PPM 0-1 m och PPM 1-6 m när man vill beräkna värmeflödet för marken. Vid exakta beräkning av värmeflödet måste man integrera flödet över hela golvet. Eftersom en punkt nära ytterväggen har ett mindre avstånd till uteluften än en punkt mitt inne i byggnaden blir värmemotståndet nära ytterväggen mindre (Sandin 2010). Det är svårt att utföra exakta beräkningar. För att utföra ungefärliga beräkningar delas golvet in i olika fält vilka sedan tilldelas olika värmemotståndet. Indelningen är 0 till 1 m, 1 till 6 m och större än 6m.
Värmemotståndet från 0 till 1 m varierar över året. medan värmemotståndet från 1 till 6 m är konstant året runt.
35
Bild 35. Indelning av golvet vid beräkning av värmemotståndet.
10. 2.5 Klimat
För att välja rätt klimat så måste naturhusets geografiska plats bestämmas. De olika platser som man kan välja är begränsat. Man kan välja mellan Karlstad eller Göteborg. Göteborg valdes eftersom avståndet mellan Göteborg och Sikhall ansågs vara närmare än avståndet mellan Sikhall och Karlstad.
36
10. 2.6 Driftfall
Dialogfönstret driftfall används för att beräkna personenergi, Processenergi,
termostatinställningar, termostatinställning för passiv forcering, verksamhets energi,
fastighetsenergi samt energi till tappvarmvatten mm (VIP-Energi 2007). Alla dessa parametrar används inte i växthuset. De parametrar som inte förekommer i växthuset nollställdes.
Bild 37. Naturhuset Driftfall i VIP-Energi nollställs.
10. 2.7 Kylförsörjning
Växthuset kyls naturlig med hjälp av en automatisk vädring i taknocken samt ytterdörren och otätheterna. För att skapa en liknande växthus som Referensmodellen gjordes en del ändringar. Under menyn Projektdata och sedan i dialogfönstret Kylförsörjning finns olika typer av
kylförsörjning att välja emellan. Där valdes passiv kyla eftersom växthuset kyls med passiv kyla.
10. 2.8 Värmeförsörjning
Alla parametrar under dialogfönstret ”Värmeförsörjning” nollställdes för att konstruktionen ska ha samma egenskap som växthuset.
37
10. 2.9 Ventilationssystem
Precis som värmeförsörjning nollställdes alla parametrar eller funktioner under dialogfönstret ”Tidsstyrd ventilation” så att det skapade den simulerade växthusets ska likna växthuset.
38
11. Resultat
11.1 Jämförelse mellan växthusets temperatur och utomhustemperatur för
april månad (Sikhall).
Bild 39. Dygnsmedeltemperaturs jämförelse mellan växthus och utomhus.
I bild 39 visas dygnsmedeltemperatur som råder i växthuset och utomhus under april månad. Efter att man jämförde de både dygnsmedeltemperaturer märks att växthusets
dygnsmedeltemperatur är högre än utomhusdygnsmedeltemperatur. Solstrålningen bidrar till att växthusets dygnsmedeltemperatur ökar. Växthuseffekten spelar en viktig roll. På grund av växthuseffekten höjs växthusets dygnsmedeltemperatur.
11.2 Jämförelse mellan uppmätta temperaturer i växthuset olika sidor och
utomhus.
Bild 40. Jämförelse mellan dygnsmedeltemperaturer som råder i växthuset olika området samt utomhus.
De olika dygnsmedeltemperaturer som uppstår i växthuset olika sidor samt utomhusdygnsmedeltemperatur jämförs med varandra i bild 40.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Utomhusdygnsmedelt emperatur för april månad Växthusets dygnsmedeltemperatu r för april månad (samtliga mätapparat) 0 5 10 15 20 25 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
Mätapparat placerat på Norr( 3,4 m ovanför marken) Mätapparat placerat på Söder( 3,4 m ovanför marken) Mätapparat placerat på Väst(3,4 m ovanför mark) Mätapparat placerat öster ( 3,4 m ovanför marken) Mätapparat placerat öster på marknivå
39
Tabell 4. Uppmätta månadsmedeltemperaturer för april månad (Sikhall växthus).
Efter att man har jämförde de olika dygnsmedeltemperaturer som råder i växthuset märks att växthuset västra sidan har den lägsta månadsmedeltemperatur. Denna del av huset är ofta skuggat och är mörk jämför med andra sidorna så som östersidan och södersidan. Detta beror på att solstrålningen inte når direkt denna del av växthuset.
En liknande lägre månadsmedeltemperatur märks också i växthusets norrsida vilket beror på att den är också skugga och att solstrålningen inte når denna del av huset så som den gör i de andra delarna av huset.
Mätningarna visar att växthuset östra sidan har högsta månadsmedeltemperatur vilket beror på att solstrålningen når direkt denna del av huset särskild under lunchtiden och framåt. Höjden spelar också en viktig roll och man märker att mätapparaten som är placerat på marknivå i växthuset östra sidan har en lägre temperatur jämför med den som är placerat på 3,4 m högre upp i samma plats. Den som är placerat på marknivå har en månadsmedeltemperatur som är 12,6 ° C och den som är placerat på 3,4 m ovanför golvet har en månadsmedeltemperatur på 14,5 ° C.
Växthuset södra sidan har en högre månadsmedeltemperatur jämfört med västsidan och norrsidan och detta beror på att solinstrålningen som träffar denna del av växthuset är högre än öster och norrsidan.
Man ser att växthustemperaturen beror på utomhustemperaturen. Om utomhustemperaturen är hög blir också växthustemperaturen hög och tvärtom. De dagar då utomhustemperaturen höjs så höjs också växthustemperaturen. Om utomhustemperaturen sjunker så sänks
växthustemperaturen.
40
11.3 Jämförelse mellan simulerade utomhus temperatur och växthusets
temperatur för ett helt år (VIP-Energy).
Bild 41. VIP-Energi simulerade dygnsmedeltemperatur (växthus).
Bild 42. VIP-Energi simulerade dygnsmedeltemperatur (utomhus).
Resultatet av jämförelserna från VIP-Energys beräkningar visar att det finns en temperaturskillnad mellan växthuset och utomhus (se bild 43 och tabell 5). Denna
41 De störst månads medeltemperaturskillnader uppstår under, april, maj, juni, juli och augusti. Ju mer solinstrålning det finns desto mer temperaturskillnad märks på resultatet.
Tabell 5. Temperaturskillnad mellan in och ut (Simuleringar från VIP-Energy)
Bild 43. Utomhus månadsmedeltemperatur, växthusets månadsmedeltemperatur samt temperaturskillnaden mellan dem (simulerade värden).
42
11.4 Jämförelse mellan uppmätta temperatur och simulerad temperatur för
april månad (växthuset).
Tabell 6. Jämförelse mellan månadsmedeltemperaturer från VIP-Energy, Satelite T och IDA-ICE.
April månad
Växthus Utomhus Temperaturskillnad
Månadsmedeltemperatur från VIP-Energy (Sikhall) 10 C 6,0° C 4,0 °C Månadsmedeltemperatur från SateliteT (Sikhall) (12,8° C) 8,0° 5,0 ° C Månadsmedeltemperatur från IDA-ICE (Sundby) 8,9° C 4,4° 4,5° C
Alla dessa tre metoder visar att växthuset har en högre månadsmedeltemperatur än utomhus. Att det finns en temperaturskillnad mellan växthuset och utomhus är tydlig här och man ser att temperaturskillnaden är nästan samma för samtliga metoder. Skillnaden mellan den
månadsmedeltemperaturen som råder utomhus och den månadsmedeltemperatur som råder i växthuset för april månad är 4-5° C.
Månadsmedeltemperaturskillnaden mellan alla dessa tre metoder är ungefär samma. Att alla metoderna har samma temperaturskillnad är bra och visar att dessa metoder är tillförlitliga. Värdet som man får i VIP-Energi är 10° C och värdet som man får från Satelite T är 12,8. Det skiljer sig ungefär 3° C mellan de. Men man märker att det skiljer lite grann mellan
månadsmedeltemperatur från Satelite och månadsmedeltemperatur från IDA-ICE. Eftersom månadsmedeltemperatur från IDA-ICE tillhör ett annat naturhus nämligen Sundby naturhus. Värdet från IDA-ICE är 8,9 °C Satelite T 12,8 och skillnaden mellan de är 4° C.
43
11.5 jämförelse mellan datasimulerade temperaturer.
Man märker att växthuset har alltid högre temperatur än utomhus. Både metoderna visar denna temperaturskillnad mellan växthus och utomhus. Poängen med att använda dessa två olika program var att analysera om både program visar samma resultat eller ungefär samma resultat. Och man märker att skillnaden mellan dessa två program inte är stor. Det som är övertygande är att både dessa program säger samma sak dvs. temperaturskillnaden är ganska lika.
Bild 44. VIP-Energi simulerade dygnsmedeltemperatur (växthus, samma bild som bild 41).
Bild 45. VIP-Energi simulerade dygnsmedeltemperatur (utomhus, samma bild som bild 42).
44
Tabell 7. Månadsmedeltemperatur från Sikhall växthus och utomhus samt temperaturskillnad beräknat med VIP-Energi.
Tabell 8. Månadsmedeltemperatur från Sundby växthus (Persson & Wennerstål 2015).
45
Tabell 10. Jämförelse mellan datasimulerade medeltemperaturer i växthuset (VIP-Energy och IDA ICE).
Månader Sikhall växthus Sundby växthus Temperaturskillnad
Januari 0,07 -2,5 2,57 Februari 0,64 0,7 -0,06 Mars 3,5 2,9 0,6 April 10 8,9 1,1 Maj 15,4 16,2 -0,8 Juni 18,3 18,1 0,2 Juli 20 20,1 -0,1 Augusti 19,5 18,9 0,6 September 14,9 14,1 0,8 Oktober 9,3 8,6 0,7 November 4,2 2,9 1,3 December 0,7 -1 1,7
Bild 42. Jämförelse mellan datasimulerade medeltemperaturer.
46
Bild 43. Jämförelse mellan datasimulerade temperaturer utomhus.
När man har jämfört de både datasimulerade utomhusmånadsmedeltemperaturer för hela året så märks att det finns små skillnader mellan de både datasimulerad månads medeltemperaturer. Varför dessa skillnader uppstår kan bero på att det är olika klimat. Det som är bra med denna jämförelse är att både utomhustemperaturerna och växthustemperaturer skiljer sig inte mycket vilket visar att de simuleringar som jag har utför i VIP-Energi är bra och rätt.
47
11.6 Jämförelse mellan RF-ut och RF-in under april månad.
Bild 44. Jämförelse mellan dygnsmedel-RF i växthuset och Dygnsmedel-RF utomhus för april månad (Satelite T).
Resultatet av mätningarna visar att den relativa fuktigheten utomhus är större än relativa fuktigheten i växthuset. När den fuktiga luften i växthuset ventileras bort från takluckorna och genom otätheterna så ersätts den av en torrare luft med en lägre ånghalt och som dessutom behöver värmas. Detta leder till att den relativa fuktigheten minskar. När den relativa fuktigheten minskar så höjs växtens transpiration. Det är ett kretslopp som skulle leda till att luften i
växthuset blir fuktigare än utomhus men ändå blir växthuset torrare än utomhusluften eftersom man ventilerar bort den fuktiga luften. När man ventilerar den fuktiga luften så ersätts den av en torrare luft vilket leder till att växthuset RF blir mindre jämför med utomhus.
48
12. Diskussion
Syftet med detta examensarbete var att bestämma de temperaturer och relativa luftfuktigheten som råder i växthuset för att sedan jämföra med den temperaturen och relativa fuktigheten som råder utomhus. Anledningen till att man har gjort denna jämförelse var att analysera om växthuset påverkar temperatur och RF men också se om dessa tre olika metoder ger samma resultat. De simuleringar som gjorts i VIP-Energy och IDA ICE tyder på att växthuset har alltid högre
temperatur än utomhus. Man ser tydlig att det uppstår en temperaturskillnad mellan växthuset och utomhus. Dessa temperaturskillnader ökar beroende på vilken månad man befinner sig. Man ser exempelvis att temperturskillnaderna är större under april, maj, och juni samt juli månad. Vanligtvis skiner solstrålningen mest under dessa månader.
Att växthus har högre temperatur än utomhus så minskas uppvärmningsbehovet när solen skiner. Detta leder till att energianvändningen minskar. När energianvändningen minskar så minskar också klimatpåverkan beroende på den energikälla som man använder.
En sak som visar tydligare temperaturskillnaden och som är säker är beräkningarna som gjorts efter att man fått mätvärdena från de mätapparater som var placerat i växthuset. Dessa mätningar gjorts under bara april månad men visar ändå fina resultat gällande temperaturs variation mellan växthuset och utomhus.
Under Jämförelsen mellan beräknade dygnsmedeltemperaturer i växthuset olika delområdet och höjdnivåer så märks att det uppstår en temperaturs variation beroende på var i växthuset man befinner sig i. I vissa området av växthuset så är temperaturen lägre jämför med andra området som exempelvis mellan väst och östsidan eller mellan norr och östsidan. Detta beror på att de inte får lika mycket solinstrålning. De mätningar som gjorts under aprilmånad visar exempelvis att det är varmare i växthuset östsida jämför med växthuset norr eller västsida. Både norrsidan och västsida är ofta skugga och får inte lika mycket solinstrålningen som de andra områdena. Jag hade svårt att tro i början att höjdnivån spelar roll och att det kan uppstå en temperaturs variation på grund av detta. Men efter att jag har samlat mätapparater som var placerat i växthuset och sedan utfört beräkningar så märkt jag att den höjdnivån spelar roll. Den mätapparat som satt på östsidan av växthuset d.v.s. 3,4 m ovanför golvet ger ett högre värde än den som satt i samma plats fast i marknivå. Solvarm har också berättade att det blir ännu varmare under
sommarmånaderna och att de inte sitter på terrassen under dessa månader eftersom det blir så mycket varme som 45 grader.
Att bedöma denna analys med mätvärden från en månad eller bara med datasimulerade
temperaturer är bra men kanske inte 100 % säker. Det skulle vara bättre att använda mätningar för ett helt år för att dra en säker slutsats. Man skulle också få mer säker resultat om man tar hänsyn på växthuset olika höjdnivån. Om man jämför den temperaturs som man får i växthuset östra sidan på golvnivå med den temperatur som man får i växthuset östra sida fast 3,5 m ovanför golvet. Man märker att det uppstår en temperaturskillnad mellan dessa olika höjder.
49 växthuset värms med hjälp av solinstrålningen så ökar luften mättnadsångalt. Detta betyder att luften har förmågan att ta upp mer vattenånga än vanlig och då blir RF högre. Dygnsmedel-RF i växthuset skulle då bli högre än dygnsmedel-RF som råder utomhus. Men så blev det inte eftersom man ventilerar bort den fuktiga luften och ersätter den med en torrare luft med lägre dygnsmedel-RF.
