Självförsörjande småhus: En studie av tekniklösningar och förslag till utformning av ett fritidshus i Västernorrland

Självförsörjande småhus

En studie av tekniklösningar och förslag till utformning av ett fritidshus i Västernorrland

Jenny Eriksson Palmgren

Civilingenjör, Arkitektur 2020

Luleå tekniska universitet

Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser

ii

Förord

Detta examensarbete är den sista kursen på utbildningen Civilingenjör Arkitektur med inriktning husbyggnad vid institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser på Luleå tekniska universitet. Arbetet har utförts under våren 2020 och omfattar 30 högskolepoäng.

Jag skulle främst vilja tacka min handledare Josefina Nordmark och examinator Sofia

Lidelöw för den vägledning och guidning jag har fått under arbetsprocessen, samt de personer som ställt upp på intervjuer för att bredda min kunskap inom området.

Sist men inte minst vill jag tacka min familj som har varit stöttepelare under hela arbetets gång och gjort det här arbetet möjligt att utföra.

Sundsvall, juni 2020

Jenny Eriksson Palmgren

iii

Sammanfattning

Självförsörjande hus blir mer och mer populärt och ger oss möjligheten att bebygga områden där infrastrukturen inte finns, både för privatpersoner och turistnäringen. Beroendet av de kommunala näten försvinner och flexibiliteten ökar. Genom en litteraturstudie och en studie om referensprojekt med några efterföljande intervjuer har lösningar för elproduktion, uppvärmning, vatten och avlopp samt ventilation studerats för att öka och sprida kunskapen om utformningen av självförsörjande hus. Ett utformningsförslag med lämpliga lösningar för ett fritidshus på Alnö, utanför Sundsvall har också tagits fram.

Elproduktionen kan med fördel täckas med solceller men det kräver säsongslagring i det svenska klimatet då solen inte ger tillräckligt med energi under vinterhalvåret. Den största möjligheten för det är vätgaslagring men det är en teknik där produktionen behöver öka för att få ner kostnaderna för att investeringen ska vara lönsam. Andra alternativ för egen

elproduktion kan vara småskalig vindkraft eller vattenkraft vilket dock kräver specifika förutsättningar.

Uppvärmning av enskilda småhus kan göras med solfångare, bioenergi som eldas i eldstäder eller värmepumpar, alternativt en kombination av dessa. Solfångare har betydligt bättre verkningsgrad än solceller vilket innebär att de har lättare att utnyttja den solinstrålning som finns. Vid eldning av biobränslen är det viktigt att det utförs på rätt sätt för att undvika föroreningar. Val av värmepumpar bör grunda sig i uppvärmningsbehovet och värmefaktorn som anger hur stor andel värme som fås ur den energi som tillförs. För att vara

självförsörjande behöver vald värmepump drivas med egenproducerad elenergi.

För egen vattenförsörjning krävs en egen brunn och med fördel kan även system för

regnvatteninsamling användas som komplement till de sysslor som inte kräver dricksvatten.

För egen rening är alternativen minireningsverk eller system för markbaserad rening. För att sluta kretslopp kan urinen, som innehåller mycket näringsämnen, användas till bevattning efter spädning med vatten.

Ventilationen kräver energi så länge det inte bara finns självdragsventilation, vilket än en gång ställer krav på egen elproduktion. Täta och välisolerade hus ställer högre krav på ventilationen för att klara de kraven som BBR ställer på inomhusklimatet. Vid mekanisk ventilation kan frånluften återvinnas vilket är fördelaktigt ur energisynvinkel, men mer mekanik ökar också underhållskostnader och risken för problem.

Angående byggnadsmaterial är trä det enda materialet som är förnybart och därmed att föredra, det är dock viktigt att använda ytbehandling som är skonsam för miljön, vilket är svårare att hitta. För det krävs det mer forskning. Trä har väldigt många användningsområden och det finns även träbaserade isoleringsmaterial och skivmaterial på marknaden.

Fritidshuset på Alnö är inte självförsörjande för att de lösningar som finns på marknaden för säsongslagring anses för dyra för att det ska vara lönsamt. Däremot har solceller valts för att kunna stå för delar av produktionen och vid försäljning av överskott till nätet under

sommartid kan dessa kWh köpas in under vinterhalvåret istället. De övriga lösningar som har valts är bergvärme som kompletteras med en vedkamin, kommunalt vatten och avlopp samt en frånluftsventilation med tilluft som tas in via ventiler från uterummet.

Trä kommer i och med de miljömässiga fördelarna att stå för den större delen av

uppbyggnaden av fritidshuset. En grundläggning på plintar för att minska ingreppen i naturen

iv

gör det möjligt med även ett bottenbjälklag av trä. Den beräknade genomsnittliga

värmegenomgångskoefficienten är 0,21 W/m²K vilket är ett tecken på att huset är välisolerat med tanke på att BBR’s krav är 0,40 W/m²K.

Utformningen påverkas inte nämnvärt bara för att huset byggs som självförsörjande, utan det är det utrymme som krävs för aktuella installationer som behöver tas hänsyn till. Taklutning och orientering är en viktig aspekt vid val av solceller och/eller solfångare.

För vidare studier skulle det vara intressant att undersöka om självförsörjande hus är lönsamt ur ett miljömässigt, ekonomiskt och socialt perspektiv och hur kunskapen i byggbranschen kan spridas för att öka användandet av de olika lösningarna och skonsammare

byggnadsmaterial.

v

Summary

Self-sufficient houses get more popular and gives us the opportunity to build on areas where the infrastructure does not exist, both regarding private households and the tourist business.

The dependence of the municipal sustentation will minimize and the flexibility increases.

Through a literature study and studies of reference projects with some interviews has

solutions for energy production, heating, water supply, draining system and ventilation been studied. As a complement a design proposal has been made with appropriate solutions for a secondary residence at Alnö, outside of Sundsvall.

The energy production can be covered with solar cells but in the Swedish climate it is necessary with seasonal storage because the sun does not generate enough energy during the winter time. For storage the hydrogen technology has the biggest potential but the production needs to increase to lower the costs to make the investment profitable. Other options for energy production are small wind turbines or hydro power which require specific conditions.

To heat small housing solar collectors can be used, together with fire places that uses

bioenergy and a heat pump. Solar collectors have a higher level of efficiency compared to the solar cells, which means that they can make use of the sun more efficient. Using fire places needs caution and the fuel for heating has to be burned correctly to minimize the pollution.

The choice of heating pump depends on the heating demand and the heating factor, which specify how much heating that comes out of the infused amount of energy. To be self- sufficient the chosen heat pump needs to be running with the in-house energy production.

For water supply the option is a very own well, which can be complemented with a system for rainwater harvesting for the activities where drinking water is not necessary. If a separate treatment system for the waste water is an alternative a micro treatment plant or land-based treatment can be used.

The ventilation require energy as long as something else than a self-ventilation system is used, which once again claim in-house energy production to be self-sufficient. Energy efficient housing is supplied with well isolated constructions which makes the requirements for the ventilation to increase to manage the goals regarding the indoor climate. Mechanical ventilation makes it possible to recycle the exhaust air which is to prefer regarding the

environmental aspect, but more mechanical equipment increases the cost for maintenance and the risk for mechanical problems.

Regarding building materials wood is the only renewable material which makes it the most preferable, but it is important to choose environmentally friendly surface treatment, which is harder to find. Wood can be used for many purposes, for example wood based insulation material and board material.

The secondary residence at Alnö is not self-sufficient because the solutions for seasonal storage of energy is too expensive to consider profitable. However, solar cells will be used to cover some of the consumption. With the possibility to sell it onto the grid when the

production exceeds the need and then use the grid during winter when the energy production

from the solar cells are low. The other chosen solutions are geothermal heating complemented

with a fire place, municipal water supply and waste water system and lastly an exhaust air

ventilation system with intake from the patio.

vi

Wood will, because of the environmental advantages, stand for the biggest part of the structure of the secondary residence in this project. The ground will be built on stilts to minimize the interference with nature and to make it possible for a wooden base floor without a concrete ground. The average heat transmission coefficient for the building is calculated to 0,21 W/m²K, which is a sign that the house is well insulated when compared to BBR’s requirement 0,40 W/m²K.

To continue the studies, it would be interesting to analyze if self-sufficient housing is

profitable from the environmental, economic and social perspective. It would also be

interesting to investigate how the knowledge regarding the different solutions and

environmentally friendly building materials can increase in the construction business.

vii

Abstract

Självförsörjande småhus gör att beroendet av de kommunala näten försvinner och

flexibiliteten ökar. Det finns fortfarande stor potential till utveckling av tekniska lösningar även om mycket teknik redan finns på marknaden för exempelvis elproduktion,

säsongslagring, uppvärmning, vatten och avlopps samt ventilation. Helt förnybara energikällor behöver prioriteras och en övergång till dessa kräver en förändring i beteendemönster och mer energieffektivt byggande för att minska energianvändningen.

Vid utformning av självförsörjande hus kan med fördel solen användas vilket kan påverka orientering och taklutning. Ytterligare aspekter som kan tas hänsyn till är valet av

byggnadsmaterial, teknikutrymme, klimatskalets uppbyggnad och dispositionen av planlösningen.

Nyckelord: Självförsörjande småhus. Ekohus. Hållbart byggande. Energieffektivitet.

Abstract

Self-sufficient small housing makes the dependence of the municipal sustentation to minimize and the flexibility increases. There is still a high potential for developing technical solutions even though a lot of the technology already exists on the market regarding for example solutions for energy production, seasonal storage, heating, water supply, draining system and ventilation. Renewable energy sources need to priorities and a transition to 100 % renewable energy require a change in pattern of behavior and more energy efficient buildings to lower the consumption.

When designing self-sufficient houses, the sun is a good source for both energy and heating which can have an impact on the orientation of the building and the slope of the roof. Other aspects to consider can be the choice of building material, technical space, the climate shell and the disposition of the plan.

Keywords: Self-sufficient small housing. Eco house. Sustainable housing. Energy efficiency.

viii

Innehållsförteckning

1 Inledning ... 10

Bakgrund ... 10

1.2 Syfte, mål och frågeställningar ... 11

1.3 Omfattning/Avgränsningar ... 11

2 Metod ... 13

Litteraturstudie ... 14

Referensprojekt ... 14

Intervjuer ... 14

Studieobjekt och utformning ... 15

Platsanalys - Raholmen, Alnö ... 16

Beställarens behov och önskemål ... 19

Reliabilitet och validitet ... 19

3 Litteraturgenomgång ... 21

Hushållens energi- och vattenanvändning ... 21

Självförsörjande lösningar och kretsloppssystem ... 22

Elproduktion ... 23

Uppvärmning ... 28

Vatten ... 36

Avlopp ... 38

Ventilation ... 41

Sammanfattning av tekniklösningar ... 44

Utformning ... 46

Energieffektivt byggande ... 46

Konstruktion och byggmaterial ... 48

Tillgänglighet och dagsljus ... 53

Ekonomi ... 53

Referensprojekt ... 54

Hus i växthus ... 54

Zero Sun i Skellefteå ... 54

4 Resultat och analys ... 56

Intervjuer ... 56

Hus utan sladd – Projektledare ... 56

Vätgaslagring ... 59

Byggekologi – Arkitekt A ... 61

ix

Ekobyar – Arkitekt B ... 63

Val av tekniska lösningar – Fritidshus på Alnö ... 66

Elproduktion ... 66

Uppvärmning ... 67

Vatten ... 69

Avlopp ... 70

Ventilation ... 71

Sammanfattning av valda tekniska lösningar ... 72

Val av utformning ... 72

Konstruktion ... 74

Byggmaterial ... 75

Konstruktionsförslag och värmegenomgångskoefficient ... 76

Ekonomi för tekniska lösningar och utformning ... 78

5 Slutsatser och diskussion ... 79

Metoddiskussion ... 79

Allmän diskussion ... 80

Förslag till fortsatt arbete ... 81

6 Referenser ... 82

Bilagor:

Bilaga 1: Intervjuguide

Bilaga 2: Miljöbedömning av material

Bilaga 3: Värmegenomgångskoefficient

Bilaga 4: Ritningar

10

1 Inledning

Här presenteras bakgrunden till arbetet med en problembeskrivning som avslutas med syfte och frågeställningar för den aktuella studien.

Bakgrund

Självförsörjande hus kan ha olika definitioner, men enligt Nationalencyklopedin beskrivs

”självförsörjning” som ”vanligen ett lands förmåga att producera vad det konsumerar”

(Nationalencyklopedin, u.å).

Idag begränsas bostadsbyggandet till områden där det finns infrastruktur för att kunna förse bostäderna med el, värme och vatten. Ökas kunskaperna angående olika lösningar för självförsörjande hus kommer det möjliggöra att bo där det inte finns tillgång till exempelvis elnät och kommunalt vatten. Det bidrar till en friare och mer flexibel placering av husen både för privatpersoner och turistnäringen. Går det dessutom att hitta lösningar som gör oss mindre beroende av import från andra länder kommer vi bli mindre sårbara.

De tekniska lösningarna för självförsörjande hus finns för de enskilda disciplinerna men det är svårt att hitta någon allmän forskning där lösningarna sammanställts och analyserats. Det är däremot några projekt som uppmärksammats i utvecklingen, till exempel Hus utan sladd utanför Sigtuna (Hus utan sladd, 2020) och Nilsson Energys vätgaslagringssystem (Nilsson Energy, u.å). 2014 startade Sundsvalls kommun tillsammans med Mittuniversitetet ett projekt, Grönt boende, för att utbilda familjer i hållbarhet och stimulera dem att bygga hållbara, energieffektiva och kretsloppsanpassade hus (Glindemann, 2017). Det har resulterat i nybyggnation av fyra stycken villor där kravspecifikationen grundade sig i riktlinjerna för minienergihus i FEBY 12. Kravspecifikationen innefattade också bland annat

omhändertagande av avloppsvatten, materialval och livsstil (Sundsvalls kommun, 2015).

Att det dyker upp fler och fler projekt gör att fler har möjlighet att få upp ögonen för självförsörjande hus. Något som är mer allmänt känt är att användandet av solceller ökar kraftigt (Bokalders & Block, 2014) även om helhetslösningen med självförsörjande hus verkar betydligt mer anonym då det är svårt att hitta någon information om utbredning för det.

Det kan säkerligen anses vara mer bekvämt att lita på det kommunala nätet och dricksvattenförsörjningen, men det kräver också en väl utvecklad infrastruktur.

Hållbarhets- och miljöfrågorna är högaktuella runt om i världen då de mänskliga aktiviteterna är uppskattade att ha orsakat en temperaturökning på 1,0 grader på jorden sedan innan

industriella revolutionen och anses troligen öka ytterligare 0,5 grader tills någon gång mellan år 2030 och 2052 (IPCC, 2018).

Av Sveriges befolkning är det 85 % som bor i tätorter, vilket innebär att den andelen av populationen delar på 1,3 % av Sveriges totala yta (Boverket, 2019a). Bebyggelse överlag står för endast ungefär 3 % av Sveriges markanvändning. Samtidigt har Sveriges invånarantal ökat med 15% sedan början av 2000-talet, vilket är 1,4 miljoner människor (SBC, 2019a), som ska dela på bostäder och de resurser som finns. Mer människor betyder ett behov av fler bostäder och av Sveriges 290 kommuner var det 240 av dessa som upplevde ett underskott på bostäder under 2019 (Boverket, 2019b).

Totalt sett består 44 % av Sveriges hushåll av småhus, vilket innebär 2 miljoner hushåll och

ungefär 5,4 miljoner personer vilket motsvarar drygt hälften Sveriges befolkning (SCB,

11

2020). Angående bland annat el, värme, ventilation vatten och avlopp som krävs i ett väl fungerande hushåll finns det mycket att göra för att de lösningarna ska bli mer hållbara.

Uppvärmningen är till exempel en av de stora anledningarna till att bygg- och

fastighetsbranschen stod för 32 % av Sveriges energianvändning år 2017 (Boverket, 2019d).

Samtidigt är det bara 3 % av allt vatten på jorden som är sötvatten, resten är saltvatten som inte går att dricka och i Sverige förbrukar vi i genomsnitt 140 liter vatten per person och dygn (Svenskt Vatten, 2019). I Sverige har vi det väldigt gott ställt gällande vattentillgångar, men trots det finns det ingen anledning att slösa på det. Dessutom kommer det med ändrade klimatförutsättningar ske viss påverkan på grundvattennivåerna, även om de i Sverige förutspås vara ganska små (SGU, 2019).

Det behövs mer kunskap om möjligheterna att hantera och hushålla med de resurser som finns och dessutom försöka undvika större ingrepp i naturen för att bevara så mycket som möjligt av det vi har. Ökade kunskaper kan också bidra till ett mer hållbart byggande och en större flexibilitet i bostadsbyggandet.

1.2 Syfte, mål och frågeställningar

Syftet med detta examensarbete är att bidra med ökad kunskap om utformning av

självförsörjande småhus. Arbetet utförs för att få vetskap om de möjligheter som finns för att leva på ett sätt som bevarar våra naturliga resurser ur ett hållbarhetsperspektiv, till exempel gällande el- och vattenförbrukning. Det ger också en möjlighet att kunna leva där det inte finns infrastruktur och därmed öka potentialen för att utnyttja de ytor och den natur som finns i Sverige.

Målet är att besvara de aktuella frågeställningarna:

- Vilka självhushållande lösningar för el, värme, ventilation och avlopp är lämpliga för privatpersoner som vill uppföra småhus eller fritidshus?

- Vad finns det för alternativ för privatpersoner angående byggmaterial ur ett hållbarhetsperspektiv?

- Hur påverkas utformningen av hus när det byggs som ett självförsörjande hus?

För att besvara frågeställningarna görs en litteraturstudie, informationsinsamling om några referensprojekt samt intervjuer med två arkitekter, en vätgaspionjär och en projektledare till ett av referensprojekten. Tillsammans med detta tas ett utformningsförslag för ett fritidshus på Alnö, utanför Sundsvall, fram tillsammans med möjliga tekniklösningar och byggmaterial.

1.3 Omfattning/Avgränsningar

Studien omfattas av lösningar för ett enskilt hus, i det här fallet ett fritidshus. De lösningar som har studerats är de som ansetts vara mest relevanta och anpassade för småhus.

Självförsörjande lösningar har varit i fokus med kretslopp som en ytterligare aspekt.

Kretslopp innebär även odlingar, men det är något som valts att inte studeras för att hålla tidsramen för arbetet.

Angående byggmaterial har bara några utvalda material tagits med, de som ansetts vara mest

aktuella. Då det finns en uppsjö av material och information om dessa finns inte möjligheten

att ta med allt inom den tidsbegränsning som finns. För att kunna jämföra siffervärden har U-

värdet beräknats, vilket visar på konstruktionens värmeisoleringsförmåga. Ekonomi är ofta en

viktig del vid nybyggnationer och renoveringar vilket gör att en del ekonomi har tagits med,

12

dels angående olika tekniska lösningar och jämförelse mellan dessa men även vilka typer av kostnader som bör tas hänsyn till vid byggprojekt.

Informationshämtningen har sedan använts för att göra ett utformningsförslag för att därmed

få använda kunskapen på ett verkligt exempel.

13

2 Metod

I den här studien används kvalitativa metoder för att kunna förklara och beskriva olika lösningar till de aktuella frågeställningarna då det med hjälp av exempelvis mätningar och simuleringar är svårt att beskriva lösningar för ett självförsörjande hus. Några exempel på kvalitativa studier är intervjuer och observationer/fallstudier, dessa metoder gör att forskaren kommer närmare miljön och/eller människorna som studeras. Det ger också en stor flexibilitet i processen om metoderna kombineras, till exempel genom att använda både intervjuer och fallstudier i samma studie. (Ahrne & Svensson, 2015)

En övergripande beskrivning av forskningsupplägget presenteras i Figur 1.

Figur 1: Övergripande beskrivning av forskningsupplägget

Litteraturstudie, en studie av referensprojekt och intervjuer har använts som metoder vilket innebär att teori och empiri har kombinerats. Teori, vilket avser litteraturstudien, är mer generell information, medan referensprojekten och intervjuer blir mer konkreta då detta ger en inblick i specifika miljöer och från människors olika erfarenheter (Björklund & Paulsson, 2012). Det är just kunskap som är grundat på erfarenhet som kallas empiri och det är genom att fråga människor (intervjuer) eller vara med och titta på (observationer, fallstudier) som det går att komma över den typen av information. Teorin är nödvändigt för att kunna sortera, begripa och analysera empirin som samlas in (Ahrne & Svensson, 2015). Intervjuerna blir vägledande tillsammans med litteraturstudien för att utforma studieobjektet och studieobjektet används för att kunna diskutera olika lösningars lämplighet utifrån ett verkligt exempel.

De valde metoderna och det praktiska tillvägagångssättet för respektive metod förklaras mer

ingående i respektive avsnitt. Det praktiska tillvägagångssättet är helt enkelt hur metoderna

14

har använts, vilka som intervjuats och hur det har gått till. Detta påverkar också i vilken form informationen samlas in och hur den struktureras. (Björklund & Paulsson, 2012)

Litteraturstudie

Litteraturstudien är grunden i arbetet, det vill säga inhämtning av material från skrivna källor såsom bland annat böcker, artiklar och webbsidor. Litteratur är sekundärdata vilket innebär att informationen är skriven i ett annat syfte än det som rör exakt den här studien, vilket i sin tur leder till att det är viktigt att vara uppmärksam i och med att informationen kan vara vinklad och inte heltäckande. Samtidigt är det en metod där det går att samla in mycket information på kort tid och med begränsade resurser. (Björklund & Paulsson, 2012)

Litteraturstudien är vald som metod för att inhämta befintlig information som sedan går att utveckla, anpassa och tillämpa på den specifika platsen som studien fokuserar på. Den allmänna kunskapen som presenteras gör det också möjligt att utföra liknande projekt på andra platser. Litteraturstudien har gjorts med hjälp av böcker, vetenskapliga artiklar och tidigare examensarbeten. Dessa källor har hittats med hjälp av examinator och bibliotekets databas. Mycket information är också hämtad från olika hemsidor, handböcker och guider som hittats genom referenslistor på andra examensarbeten samt sökning på internet.

Sökord som har använts på databaser som Google Schoolar och Scopus är bland annat:

Självförsörjande hus, Self sufficient housing, Off-grid housing, och mer specifika fraser som till exempel: Vätgaslagring, Enskilt avlopp och Rainwater harvesting.

Referensprojekt

Några referensprojekt har valts ut och studerats för att få en inblick i hur byggda exempel kan se ut och vilka lösningar som har använts tidigare. Utifrån dessa har intervjuer gjorts med de som valde att ställa upp för att få de inblandades syn på projekten och de olika lösningarna.

Valen gjordes utifrån sökning på internet och kriterierna var att projekten skulle bestå av en eller flera självförsörjande lösningar. De referensprojekt som studerats är Hus utan sladd, Nilsson Energys vätgaslagringssystem, Naturhus - hus i växthus och Zero Sun där insatta personer i de två förstnämnda projekten har intervjuats. Inhämtningen av information om projekten skedde via internetsökning samt personlig kontakt via intervjuer alternativt mejl.

Naturhus - hus i växthus och Zero Sun används främst som inspiration och då det inte fanns någon möjlighet till intervju med någon som är delaktig i dessa projekt vilket gör att de redovisas i litteraturstudien.

Intervjuer

Intervju inom forskning bygger på att få kunskap om något som intervjuaren inte har kunskap om. Genom att fråga andra människor om vad de gör och upplever fås ofta nödvändiga kreativa uppslag för fortsatt arbete, vilket antagligen är det vanligaste sättet inom kvalitativ forskning. Intervjuer är på många sätt ett oslagbart verktyg för att få kunskap genom andras erfarenheter och kan ge ett brett material. (Ahrne & Svensson, 2015)

Som redan nämnt ledde två av referensprojekten till intervjuer som gjordes för att få mer och

rättvis information om de olika projekten. Utöver intervjuerna med de personer som var

aktuella med specifika projekt valdes det att utföra ytterligare två intervjuer för att få en

inblick från personer som är aktiva som arkitekter inom ekologisk byggande. De valda

respondenterna presenteras i Tabell 1.

15

Tabell 1: Beskrivning av respondent, syfte, längd och metod för respektive intervju

Respondent Syfte Längd på

intervju

Intervjumetod

& tidpunkt Projektledare Hus utan sladd: Inblick i de valda

lösningarna för referensprojektet.

1 timme Skype 2020-02-13 Vätgaspionjär Vätgaslagring: Mer ingående

information om systemet för lagring av energi via vätgas.

1 timme Telefon 2020-02-18 Arkitekt A Byggekologi: Större inblick i ekologiskt

byggande och de lösningar som finns med hjälp av en arkitekt som är aktiv inom området.

2 timmar Fysiskt möte 2020-03-03

Arkitekt B Ekobyar: Lokal arkitekt med kunskap om ekobyar och hållbart byggande för att få ytterligare inblick inom området.

1 timme Telefon 2020-03-11

Till alla intervjuer valdes frågor med öppna svar för att kunna föra en diskussion med

respondenterna, det vill säga semistrukturerade intervjuer. Intervjuerna behandlade frågor om tekniska lösningar för självförsörjande hus, vätgaslagring, utformning och hållbart byggande.

Frågorna mejlades till respondenterna i förväg för att de skulle få en chans att förbereda sig och därmed ha en större möjlighet att kunna ge mig den informationen jag efterfrågade.

Eftersom syftet med intervjuerna var att samla in ytterligare kunskap bör det inte spela någon större roll att svaren kunde förberedas. Intervjuguide för respektive intervju återfinns i Bilaga 1.

Innan intervjuerna ägde rum skrevs inledning samt att både litteraturstudien och

metodreflektionen hade påbörjats för att kunna få ut så mycket som möjligt av intervjuerna.

Dessutom förbereddes intervjuerna genom att läsa på om de olika referensprojekten och respondenterna för att vara redo och kunna utnyttja intervjutillfället så bra som möjligt.

En intervju gjordes via Skype, två via telefonsamtal och en vid ett fysiskt möte i Stockholm.

Beroende på intervjumetod påverkas delvis resultatet i och med att det via telefonsamtal försvinner signaler såsom kroppsspråk. Valen av metoder grundade sig i respondenternas möjligheter. Det slutade också med att tre av fyra intervjuer spelades in vilket var de via Skype och telefon. Samtycke erhölls innan inspelningen gjordes. Den intervju som ägde rum öga mot öga noterades med hjälp av anteckningar som direkt efter intervjun sammanställdes.

Två av intervjuerna användes utöver det generella kunskapsinsamlandet även till viss diskussion om studieobjektet och dess förutsättningar för att få inblick i deras syn när det gäller en specifik plats.

Studieobjekt och utformning

Utöver den litteraturgenomgång och de referensprojekt med kompletterande intervjustudie

som utförts studerades ett studieobjekt som är tänkt ska resultera i ett förslag till utformning

av ett fritidshus. Fritidshuset på Alnö utanför Sundsvall är byggt 1949 och det är tänkt att

detta ska rivas och ersättas med en nybyggnation. Beställarens vision är att bygga ett hållbart

fritidshus med möjliga lösningar för att bli självförsörjande och därmed slippa beroendet av

kommunens tjänster och energibolagens försörjning.

16

Utformningsarbetet började först efter undersökning av beställarens sociala vision för

fritidshuset, det vill säga hur huset är tänkt att användas. Den här delen av arbetet grundar sig mycket i den litteraturstudie och de intervjuer som har utförts. För att börja

utformningsarbetet gjordes även ett besök på platsen för att analysera omgivningen och tomtens förutsättningar.

Vid utformningen av planlösning togs mycket hänsyn till just den sociala visionen samt beställarens övriga önskemål. Tips och råd från handledaren togs också i beaktning. Befintliga hus på tomten och platsens förutsättningar är ytterligare faktorer som har styrt arbetet,

exempelvis angående materialval, nybyggnationens storlek och placering. Eftersom det är ett fritidshus och i och med att tomten i sig inte är tillgänglig har tillgänglighetskraven delvis inte följts.

De mest lämpade tekniska lösningarna för det aktuella huset föreslogs efter en platsanalys och i dialog med beställaren, med grund i den insamlade informationen från litteraturstudier, referensprojekt och intervjuer. Dessa val gjordes därmed utifrån användning och behov för den aktuella bostaden. Materialvalen gjordes dels utifrån de befintliga byggnaderna men också med hänsyn till möjligheten att bygga delar av huset själv samt med hänsyn till miljön.

U-värdet, värmegenomgångskoefficienten, valdes att beräknas för att få en uppfattning om konstruktionens värmeisoleringsförmåga, vilket kan ha betydelse för energianvändningen för uppvärmning. Det gjordes genom att både lambda-värdesmetoden och U-värdesmetoden användes, fullständiga beräkningar redovisas i Bilaga 3.

Platsanalys - Raholmen, Alnö

Den aktuella tomten ligger på en klippa vid havet på Raholmen, södra Alnö, i Sundsvalls kommun. Det är en naturlig och ojämn tomt vilket kan ses i Figur 2 till Figur 7.

Idag finns det redan ett antal byggnader på tomten; en huvudbyggnad som är byggd 1949, som består av hall, kök, allrum med kamin och en inglasad uteplats mot vattnet i söder. En annan byggnad som är byggd på 1990-talet där det finns allrum, badrum med dusch, WC och en liten kokvrå samt en altan på södra sidan. Det finns också en sovstuga, troligtvis byggd på 70-talet med tanke på tapeterna, kombinerat med en förrådsbyggnad som är ouppvärmd och utöver det ett dass och ett pumphus som inte används längre i och med att kommunalt vatten och avlopp är indraget.

Huvudbyggnaden är både gammal och relativt liten så tanken är att den ska rivas och ersättas med en ny storstuga där alla bekvämligheter ska finnas under samma tak. De övriga

byggnaderna ska fortsatt fungera som komplementbyggnader. Idag är alla byggnader på tomten rödmålade med vita knutar och står på plintar. Det är trähus med plåttak i olika utföranden, vilket kan ses i Figur 2.

Elförsörjning och uppvärmning

Elförsörjningen sker via elnätet där Sundsvalls Energi levererar elen. Denna används både till uppvärmning och hushållsel. Utöver det finns det en gammal vedkamin som komplement till uppvärmningen.

Vatten och avlopp

Den kommunala anslutningen till vatten och avlopp finns vid norra tomtgränsen. Vattnet är

indraget till 90-talshuset och därifrån går det vidare in till huvudbyggnaden. Avloppet från

17

båda större byggnaderna går ihop utanför 90-talshuset och ner till en avloppsbrunn där det med hjälp av pump pumpas till det kommunala avloppet.

Det finns en egen brunn på tomten som användes till vattenförsörjning innan det kommunala drogs in.

Ventilation

Det är främst självdrag som sköter ventilationen men det finns också en köksfläkt ovanför

spisen i huvudbyggnaden samt en ventil i duschrummet i 90-talshuset.

18 Bilder

Figur 2: Huvudbyggnaden med inglasad altan Figur 3: Utsikt mot söder från tomten

Figur 4: Sovstugan till höger och entré till huvudbyggnaden till vänster

Figur 5: Uteplats mot väster utanför huvudbyggnaden

Figur 6: 90-talshuset med altan Figur 7: Trappan från parkeringen upp till husen

19 Beställarens behov och önskemål

Behovet för hushållsel och uppvärmning av huset samt varmvatten utgås från genomsnittliga behov samt BBR:s rekommendationer.

För beställaren är det viktigt att sovrum och allrum placeras mot vattnet vilket är åt söder.

Även från köket bör det finnas möjlighet att se havet och det är viktigt med ljusinsläpp i framförallt allrum och kök. I köket önskas också ett skafferi med uteluftsventil för att skapa ett svalare skafferiutrymme. I anslutning till sovrummet är tanken att det ska finnas förvaring för vanliga kläder, medan träningskläder med fördel kan förvaras nära badrum. Grövre kläder/ytterkläder behöver också förvaring, finns det plats för en klädkammare är det aktuellt.

I huset bör det också finnas en arbetsyta med plats för skärm, tangentbord och skrivare, antingen i ett separat rum eller integrerat i allrummet. Där ska det också finnas möjlighet till förvaring av bland annat dokument och pärmar.

Badrummet bör vara utrustat med wc, handfat, dusch och tvättmaskin. I anslutning till detta vore det bra med handduksförvaring, vilket kan kombineras med förvaring av lakan och dukar, ett så kallat linneskåp. En långsiktig tanke gör att en groventré vore intressant för att lätt kunna spola av en framtida hund efter promenad. Samtidigt som det finns behov av att lätt kunna bära ut tvätt för att hänga på tork utomhus.

Söderläget vill utnyttjas med en uteplats utanför allrum och sovrum mot vattnet, eventuellt skjutdörrar för att kunna öppna upp. Ytterligare uteplats väster om huset för att kunna njuta av kvällssolen, vilket resulterar i att det kanske är aktuellt med en altan i vinkel mot söder-väster.

För beställaren finns det också ett behov av förråd för förvaring av fritidsutrustning, både kallförråd och varmförråd. Där det förråd som redan finns på tomten går att utnyttja. Falu rödfärg önskas som utvändigt uttryck då de övriga byggnaderna på tomten är röda och ett rött hus med vita knutar vill eftersträvas.

Eftersom avloppet idag pumpas upp till det kommunala skulle beställaren vilja backa och höja huset något för att slippa pump för att nå det kommunala avloppet, då pumpen kan krångla och medföra tekniska problem. För att kontrollera möjligheten till eget avlopp på den aktuella tomten togs kontakt med kommunen och miljöinspektören Robert Grubb.

Angående tekniska lösningar fanns det främst ett önskemål om ett vattenburet värmesystem med bergvärme för att ha en tillförlitlig uppvärmningskälla och golvvärme för hög komfort.

Andra lösningar har diskuterats och beställaren är öppen för förslag. SMHI:s mätstation vid Brämön, en ö sydväst om Alnö utanför Sundsvall, visar på en nederbörd under 2019 på 497 mm, där normalnederbörden mellan 1961 och 1990 låg på 471 mm (SMHI, 2019). 1 mm genererar en liter vatten på en kvadratmeters yta (Haq, 2017). Vilket innebär en bra möjlighet till insamling av regnvatten som komplement till dricksvattnet.

Reliabilitet och validitet

Vid en litteraturstudie krävs det att för varje källa vara källkritisk då allting som skrivs inte

alltid stämmer. Informationen som har hittats i de olika källorna i litteraturgenomgången har

därför många gånger dubbelkollats med andra källor för att med större säkerhet kunna lita på

informationen. Dessa har inte noterats men innan valda källor använts har informationen i de

flesta fall kontrollerats. Den insamlade data är viktig för genomförandet av arbetet och

20

eftersom källorna kan variera beroende på vilka som har skrivit de och i vilket sammanhang har de kontrollerats.

De valda referensprojekteten har med aktuell studie att göra och flera projekt har använts för att bredda insamlingen av information, även om de berör lite olika delar. I det här fallet har referensprojekten gett en inblick i hur ekologiskt byggande kan se ut på olika sätt. De har lyckats olika bra med sina projekt men det har lett till många lärdomar för de inblandade.

Validiteten på intervjuer kan variera beroende på hur väl de är planerade och hur tydliga de görs. I den här studien har intervjuerna byggt på öppna frågor vilket har lett till breda intervjuer, däremot har det aktuella ämnet alltid varit i fokus. Reliabiliteten är svårare att avgöra i och med att intervjupersonerna arbetar på olika sätt med olika metoder och därför kan de olika intervjuerna ge olika resultat. I den här studien är syftet med studierna just

kunskapsinsamling vilket gör det logiskt att de olika intervjuerna ger olika resultat, det viktiga är att det som efterfrågades besvarades.

Vid intervjuer kan det finnas risk för att informationen tolkas fel vilket delvis förhindras genom att skicka sammanställningarna från intervjuerna till respektive respondent för att dessa ska kunna kontrolleras. Vid intervjuer är det också viktigt att det finns en

överenskommelse vid eventuell inspelning samt att material som fås fram kan granskas för att undvika missförstånd då det kan medföra att information som respondenten egentligen inte står för används i studien. Respondenten har i det här fallet fått chansen att revidera den sammanställda informationen och är dessutom medveten om hur materialet kommer att användas och publiceras.

Allmänt brukar det anses vara lättare med trovärdighet för kvantitativa data då den är

statistisk till skillnad från kvalitativa data som är förklarande med ord. Därför är det vid

kvalitativa studier viktigt att vara transparent, det vill säga redogöra för processen och de

valda metoderna. Det är också fördelaktigt att använda sig av triangulering för att öka

trovärdigheten, vilket innebär att olika metoder kombineras. (Ahrne & Svensson, 2015)

21

3 Litteraturgenomgång

Här presenteras det materialet som har studerats i litteraturstudien, det innefattas av en

redogörelse om vad det finns för möjliga lösningar för ett självförsörjande hus. Det inkluderar elproduktion, uppvärmning, vattenförsörjning, avlopp och ventilation samt behov och

hushållning, energieffektivt byggande och byggmaterial. Lite ekonomi tas upp för att ha möjlighet att jämföra olika lösningar och visa vilka olika typer av kostnader som kan vara aktuella att ta hänsyn till i byggprojekt.

Hushållens energi- och vattenanvändning

I svenska hushåll finns det vissa behov av bland annat energi och vatten för att kunna leva som vi gör, men behöver vi verkligen leva som vi gör idag? Ett av de 17 globala målen som FN ställt upp handlar om hållbar konsumtion och produktion då vi idag konsumerar på ett sätt som planeten inte klarar av. FN har också ställt upp mål om hållbar energi och rent vatten till alla. Ändras sättet vi konsumerar energi på är det större chans att målet kan uppnås. Vatten behövs till produktion av mat och energi, brist på det skulle kunna få förödande konsekvenser.

(UNDP, u.å). Beroende på de boendes vanor kan behoven ändras och förbrukningen av resurserna minska avsevärt (Bokalders & Block, 2014), men att ändra människors beteenden är inte alltid så enkelt. Ett alternativ skulle kunna vara självförsörjande hushåll där det finns en medvetenhet om vilka resurser som finns och därmed skapa en mer hållbar syn till produktion och konsumtion.

Energi

Genomsnittlig energianvändning för uppvärmning och varmvatten i småhus 2016 var 16 200 kWh och det är exklusive hushållsel, vilket visade sig vara 107 kWh/m². Hushållselen stod för i genomsnitt 5 800 kWh. Det vanligaste uppvärmningssättet i småhus i Sverige är elvärme vilket är metoden i ungefär en tredjedel av alla småhus. (Energimyndigheten, 2016b) Boverket ställer krav för byggnaders energiprestanda, som korrigeras med en geografisk justeringsfaktor beroende på var i Sverige byggnaden ligger. Energiprestandan beskrivs av primärenergitalet EP

, och innefattar energin som går åt till värme, varmvatten och

ventilation. Hushållselen är inte inräknad (Boverket, 2019e). Förutom geografisk plats beror den också på energibärare och uppvärmd yta, A

. Högsta tillåtna primärenergital för småhus är enligt BBR avsnitt 9:2 90 kWh/m² A

och år. (Boverket, 2019e)

Angående hushållselen finns det inga krav men däremot direktiv för att minska

energianvändningen, i och med att vi idag använder så mycket energi att vi är beroende av kärn- och kolkraft. Elanvändningen bekräftas av en internationell jämförelse, där Norge har störst elförbrukning i hushållen medan det i Danmark bara används hälften så mycket el som i Sverige. Tilläggas bör att Norge har lägst energipriser och Danmark högst, vilket speglar användningen. (Bokalders & Block, 2014)

För ett hållbart samhälle och en övergång till förnybara energikällor bör elen endast användas

där den är nödvändig samt att energieffektiva produkter bör väljas. I Tabell 2 redovisas en

jämförelse av energiförbrukningen av hushållsel vid val av produkter.

22

Tabell 2: Jämförelse av förbrukning av hushållsel (Bokalders & Block, 2014).

Hushållsel Statistiskt [kWh/år]

Bra teknik [kWh/år]

Eleffektivt [kWh/år]

Solcellsel [kWh/år]

Matförvaring

= kyl &

frysskåp

1 000 400 300

(kyl & frysbox)

200 (skafferi &

kyl/frys) Matlagning =

spis & ugn

800 650 (390 med

vattenkokare)

200

(med gashäll)

0 (enbart gas) Klädvård =

tvätt & tork

1 000 365

(kondenstumlare)

250 (varmvatten- anslutet)

50 (utetork och kallvattentvätt) Diskning

= diskmaskin

400 220 50 (varmvatten-

anslutet)

0 (handdisk och förnybar energi)

Belysning 800 550 (50%

glödlampor)

150 (LED &

lågenergi)

250

(elsparbeteende) Elapparater 1 000 (mycket

apparater)

700 (normalt innehav av apparater)

300 (lite apparater)

225

(elsparbeteende)

Totalt: 5 000 2 900 1 250 725

Vatten

FN försöker driva riktlinjen att 50 liter rent vatten per person och dag är en rimlig

vattenförbrukning (Bokalders & Block, 2014), samtidigt som vi i Sverige använder 140 liter per person och dag (Svenskt Vatten, 2019). I Danmark klarar de sig på 110 liter och i USA förbrukas det 450 liter per person och dag (Bokalders & Block, 2014). Enligt Svenskt Vatten fördelas de 140 litrarna dricksvatten som följande (Svenskt Vatten, 2019):

- 60 liter för personlig hygien - 30 liter för toalettspolning - 15 liter för disk

- 15 liter för tvätt

- 10 liter för mat och dryck - 10 liter övrigt

Nyare toaletter med liten och stor spolning förbrukar ungefär 2 respektive 4 liter vatten per spolning (Avloppsguiden, u.å a). Utöver det som vi aktivt förbrukar varje dag tillkommer det desto mer i och med att vatten används för att producera maten vi äter, energin vi förbrukar och alla produkter vi använder varje dag, såsom böcker, huset, bilen, möblerna och kläderna (Water footprint network, u.å).

Skulle alla hushåll övergå till vattensparande tekniker på produkter, såsom duschar, kramar, toaletter, tvätt- och diskmaskiner skulle vattenförbrukningen per person kunna halveras, och samma levnadsstandard skulle kunna upprätthållas. Vid användning av diskmaskin istället för handdisk skulle en familj på två vuxna och två barn kunna spara 25 000 liter vatten varje år.

(Bokalders & Block, 2014)

Självförsörjande lösningar och kretsloppssystem

Självförsörjande lösningar grundar sig i lösningar som är miljömässigt hållbara. Det finns

ingen anledning till dessa system om det inte gynnar miljön och kan bidra till ett mer hållbart

boende.

23 Elproduktion

Det finns stora möjligheter att producera all el som vi behöver i Sverige med förnybara källor tack vare att den energimängd som når jorden och som kan omsättas i vind-, vatten-, havs-, sol- och bioenergi är många tusen gånger större än våra energibehov (Bokalders & Block, 2014). Förnybar energi kostar lika mycket som konventionell energi som kol och olja. Den förnybara energin finns dessutom tillgänglig överallt, i någon form, och tekniken för att utnyttja den finns och fungerar. (Groth, Shinde, Meade, & Kefalas, 2019)

Det finns inget krav att vara ansluten till det kommunala elnätet, men det är oftast billigast att vara det om det finns på rimligt avstånd (Svensk vindkraftförening, 2020). Finns det däremot en vilja och möjlighet att ändå producera egen förnybar energi finns alternativet att vara inkopplad till nätet för att kunna sälja el när den egna produktionen genererar överskott och sedan köpa el vid behov (Speidel & Bräunl, 2016).

Problemet med att sälja och köpa el är att det brukar kosta mer att köpa in jämfört med den ersättning som går att få vid försäljning av egenproducerad el (Energimarknadsbyrån, 2020a).

Vid inköp av el från nätet tillkommer ofta moms, elleverantörens påslag och kostnader för elcertifikat som läggs på det aktuella spotpriset (Energimarknadsbyrån, 2020b).

Blir det aktuellt med egen privat elproduktion är det lättast med solceller, vindkraft eller en kombination av dessa som kopplas till en batteribank, då den ger en trygghet vid eventuella elavbrott (Bokalders & Block, 2014). Sol och vindkraft producerar inte energi hela tiden i och med dess beroende av solinstrålning respektive vindhastighet, samtidigt som det i hushåll är viktigt att elen är tillgänglig hela tiden (Speidel & Bräunl, 2016). Det gör lagring av energin nödvändig, både korttidslagring för att jämna ut toppbelastningar och snabba ändringar, samt långtidslagring för att jämna ut dygns- och årsvariationer (Axelsson, Blomqvist, Dvali, Ludvig, & Unger, 2017).

De olika metoderna för elproduktion passar olika bra beroende på husets placering samt omgivningens och klimatets förutsättningar (Speidel & Bräunl, 2016). Nedan presenteras de olika energikällorna som finns som alternativ vid val av förnybar el för småhus vilket innefattas av solceller, vindkraft, vattenkraft och kraftvärme. Det finns också ett avsnitt om möjlighet till lagring av den egenproducerade energin för att ha möjlighet att vara

självförsörjande året runt.

Solceller

Solenergi är en lovande och tillgänglig energikälla. Solcellsindustrin utvecklas hela tiden runt om i världen då efterfrågan är stor. Solenergi är kanske den bästa lösningen för framtida energiförsörjning då den är tillgänglig och lättåtkomlig, kostnadseffektiv, har hög kapacitet och är effektiv jämfört med andra förnybara energikällor (Kannan & Vakeesan, 2016). Om vi täcker 7% av Saharas öken med solceller kan vi förse hela världen med energi (Bokalders &

Block, 2014), men även i Sverige finns en enorm potential för solenergi då vår solinstrålning går att jämföras med Tysklands som är världens ledande solcellsnation (Wolf, 2011).

I solceller omvandlas ljus till elenergi, det vill säga elektricitet, och dessa ska inte förväxlas

med solfångare som ger värme i form av vatten eller luft. Solceller är uppbyggda av en tunn

skiva som har en kontaktyta på framsidan och en på baksidan, den tunna skivan består av ett

halvledarmaterial där kisel är vanligast för solceller. Elektroner i halvledarmaterialet frigörs

vid belysning av solljus vilket genererar elektrisk ström. (Bokalders & Block, 2014)

24

Den elektricitet som bildas med solceller är likström vilket gör att det krävs en växelriktare för att omvandla till växelström för att kunna användas i hushållet (Bokalders & Block, 2014).

Hjärtat i solcellssystemet sägs vara växelriktaren och den har två viktiga uppgifter – dels att omvandla likströmmen till växelström så att den blir användbar samt att belasta

solcellsmodulerna optimalt. Vid omvandling av strömmen sker det alltid vissa förluster vilket gör att ju effektivare växelriktare desto mer kan solcellssystemet producera. Den optimala belastningen handlar om att växelriktaren hjälper till att få ut högst möjliga effekt vid solinstrålningen. (Energimyndigheten, 2015a)

Solceller har en livslängd på ungefär 40 år (Bokalders & Block, 2014), medan växelriktaren endast håller i 10–20 år. Växelriktaren är därmed oftast den komponent i ett solcellssystem som behöver underhållas först och står dessutom för den högsta underhållskostnaden. En växelriktare på 5 kW kostar ungefär 16 – 20 000 kronor. (Wallnér, 2018)

För att få ut så mycket som möjligt av solcellerna är kan det vara en bra idé att undersöka förutsättningarna som finns för den aktuella platsen. Det som bör undersökas är eventuell skuggning av exempelvis träd, hur mycket solinstrålning det är på platsen samt vilken takriktning och taklutning som finns. Den optimala placeringen är mot söder, sydost eller sydväst med en lutning på 30–50 grader. Dock gör en 10 % avvikelse i lutning endast en minskning på 1–2 % av årsproduktionen (Energimyndigheten, 2019a). Förutom att solen skiner under korta perioder och står lägre under vinterhalvåret finns även risken att solcellerna täcks med snö. Snötäckta solceller producerar ingen el så det gäller att takvinkeln är tillräcklig för att snön ska glida av (Jacobsson, 2016). Med hjälp av solkartan som finns i många av Sveriges kommuner kan vi se förutsättningar för solinstrålning på de byggnader som finns, bland annat i Sundsvall (Sundsvalls kommun, u.å).

Det blir allt vanligare med integrerade solceller i både fasad och takkonstruktioner, även om det fortfarande är vanligast att placera dem på ett befintligt tak- eller fasadmaterial. Det väljs framför integrerade solceller i och med att det är enklare, det finns många leverantörer och produkterna är redan väletablerade på marknaden (Wallnér, 2019a). Däremot kan det anses onödigt med dubbla tätskikt då solceller också är lämpade som det. Solceller har också ett karakteristiskt utseende som kanske inte passar in med husets form och färg samt att de sticker upp ungefär en decimeter om de placeras ovanpå befintligt tätskikt. (Wallnér, 2019a).

När solcellerna väl är installerade utgör de en väldigt liten miljöpåverkan, men däremot kräver tillverkningen av solceller desto mer. Solcellerna innehåller material som kräver mycket energi att framställa och eftersom över hälften av produktionen av solcellsmoduler sker i Kina som använder mycket kol i deras energisystem ger det en ökad klimatpåverkan.

Återbetalningstiden för de utsläpp som sker vid produktion, inklusive transport och drift, anses i Sverige vara mellan två och tre år. Förutom att det krävs mycket energi vid

framställning så används det i vissa fall vid tillverkningen även små mängder material som kan vara giftiga och sällsynta. Det går också åt mycket energi för att återvinna solcellerna och det kan dessutom bidra till ytterligare miljöfarliga utsläpp om återvinningen inte görs på rätt sätt. (Energimyndigheten, 2018)

En färdiginstallerad solcellsanläggning på 5 kW kostar ungefär 100 000 kr före stöd. Lyckas

investeringsstöd erhållas ger det 20%, alternativt ROT-avdrag på 9%. Priset varierar självklart

beroende på leverantör och val av produkter (Solcellskollen, 2019a). I prisexemplet för en

färdiginstallerad solcellsanläggning ingår solcellsmoduler, växelriktare, montageutrustning,

25

kablage och även installationskostnaderna är inräknade (Wallnér, personlig kommunikation 16 april 2020). Ett solcellssystem på just 5 kW kräver en yta på ungefär 30 m² och ligger den ytan mot söder kan anläggningen producera upp mot 5 000 kWh per år (Solcellskollen, 2019b). I och med att världsproduktionen av solceller ökar varje år så har priset dessutom sjunkit snabbt (Bokalders & Block, 2014).

Olika typer av solceller

Kiselsolceller är den vanligaste typen av solceller då de står för 97 % av solcellsmarknaden, verkningsgraden för dessa ligger normalt sätt på ungefär 18 %, men kan nå upp till 22 % (Kovacs, 2019). De är indelade i två varianter, den ena använder monokristalllint kisel och den andra polykristallint kisel, skillnaden är att de är uppbyggda av en enda kristall respektive flera små tätt tillsammans. Monokristallint kisel är det mest använda men tillverkningen är dyr och energikrävande, medan polykristallint kisel är billigare att tillverka men istället har en lägre verkningsgrad. (Bokalders & Block, 2014)

Tunnfilmssolceller är det som är vanligast efter kiselsolceller, men används främst där

utseendet spelar stor roll då de anses snyggare än kiselsolcellerna. Det krävs dessutom bara ett tunt skikt av solcellsmaterialet tack vara att det materialet är bättre på att fånga upp solljuset jämfört med kiselsolceller (Kovacs, 2019). De kostar bara ungefär en femtedel så mycket att producera (Bokalders & Block, 2014), men verkningsgraden är dock sämre, även om de fortsätter utvecklas och de främste modellerna börjar närma sig kiselsolcellerna mer och mer (Kovacs, 2019).

Flerskiktssolceller är ett annat alternativ, med dessa går det att uppnå ännu högre

verkningsgrad men de har inte kommit så långt i utvecklingen ännu. Flersiktssolceller innebär att det finns flera lager av ljusabsorberande skikt som tar upp olika våglängder av ljuset. Idag begränsas nämligen verkningsgraden av att ett visst material bara kan ta upp en del av ljuset.

(Wallnér, 2019b).

Utöver de ovan nämna finns det solceller som är under utveckling, nanostrukturerade solceller, perovskitsolceller och dye-sensitized solceller (DSSC). De nanostrukturerade solcellerna anses vara relativt billiga att tillverka samtidigt som de är möjliga att återvinna.

Problemet som inte är löst än är långtidsstabiliteten (Bokalders & Block, 2014) och även nanotrådarnas utformning är under utveckling. Dessutom ser de ut att ha en potential att skapa solceller med hög verkningsgrad och med låg materialanvändning. Perovskitsolceller har också potential till hög verkningsgrad och låg kostnad men har problem med stabiliteten och dessutom används metallen bly. Dye-sensitized solceller har potential att bli billiga samt att dessa fungerar bra vid svagt ljus. Däremot behöver verkningsgraden förbättras vilket forskningen fokuserar på. (Energimyndigheten, 2019b)

Vindkraft

För enskild energiproduktion finns det små batteriladdande vindkraftverk som är ett bra

alternativ men framförallt som komplement till en solcellsanläggning. Dessa kan ligga på allt

från 50 W till 500 W (Bokalders & Block, 2014). För att slippa bygglov får vindkraftverket

maximalt vara 20 meter i totalhöjd och ha en rotordiameter på högst tre meter, samt kunna

ligga ner på tomten. Det ska också placeras lika långt från tomtgränsen som vindkraftverkets

höjd och får inte monteras på en byggnad. Oavsett så ska det göras en anmälan till kommunen

så att de kan bedöma om alla krav uppfylls (Svensk vindkraftförening, 2020). Som jämförelse

har de stora vindkraftverken torn som är ungefär 200 meter höga (Bokalders & Block, 2014).

26

Angående vindkraftverk och miljön handlar diskussionerna om hur landskapsbilden förändras och hur fågellivet påverkas istället för andra utsläpp eller märken i naturen, vilket gör att det är viktigt att platsen väljs med omsorg (Lindholm, 2020).

Det är däremot inte reglerna för att slippa bygglov som styr mest, utan det brukar vara ljudnivån på vindkraftverket. I vissa fall kan det krävas ett avstånd till grannarna på flera hundra meter. Dessutom finns det ett problem med en maximal höjd på 20 meter då det krävs åtminstone 30 meter i navhöjd för att komma högre än de högsta träden, en höjd under 10 meter kan möjligtvis fungera på kalfjället. (Svensk vindkraftförening, 2020)

Mängden elektricitet som kan produceras av att vindkraftverk beror främst på två faktorer, dels vindförutsättningarna, det vill säga vindhastigheten och omgivningen, och dels på rotorbladens yta (Mithraratne, 2009). Det finns vindkartor i Sverige, men de är oftast framtagna för höjder som är aktuella för storskaliga kraftverk (Svensk vindkraftförening, 2020). Miniverken på 1 kW ger ungefär 1 000 kWh per år om medelvinden är 5 m/s, vilket den inte är på alla ställen (Svensk vindkraftförening, 2020). En fördubbling av

vindhastigheten ger en ökning av effekten med åtta gånger (Speidel & Bräunl, 2016).

Ett småskaligt vindkraftverk med en effekt på 1 kW finns från ungefär 30 000 kronor och uppåt beroende på om det installeras för nätanslutning eller inte och vad som ingår. Pris för mast tillkommer oftast (Svensk Vindkraftförening, 2017). Ett annat prisexempel är ett vindkraftverk från den svenska tillverkaren Windforce, det är Windstar 3000 med en

fembladig rotor som kostar ungefär 60 000. Det kan producera drygt 4 500 kWh per år vid en medelvindhastighet på 5 m/s. I den kostnaden ingår endast vindkraftverket. (Windforce, u.å) Vattenkraft

Vattenkraften stod för 39 % av Sveriges elproduktion 2018 (SBC, 2019b), men vattenkraft är en väldigt ovanlig energikälla för privatpersoner. Den är förnybar, billig i drift och smutsar inte ner varken luft eller vatten, däremot kan djur och växter påverkas negativt. Vattenkraft producerar el genom att vattnet som strömmar genom kraftverkets turbin börjar snurra vilket gör att generatorn som turbinen driver gör om vattnets rörelseenergi till elektrisk energi.

(Jämtkraft, 2020)

En förutsättning för att installera ett eget vattenkraftverk är att det finns rinnande vatten på tomten. För enskilt bruk är det små vattenkraftverk (pico hydro) som i så fall är aktuellt, vilket är kraftverk med en kapacitet upp till 5kW (M. A. Haidar, F.M. Senan, Noman, & Radman, 2011). Små kraftverk behöver inte ha dammar utan använder sig av rinnande vatten som förs genom en tilloppstub för att skapa flöde i turbinen (Sopian & Razak, 2009).

Det som är viktigt att undersöka vid eventuell anläggning av ett småskaligt vattenkraftverk är fallhöjd, vattenmängd och miljöpåverkan, det är nämligen fallhöjden gånger vattenmängden som bestämmer hur mycket el som kan genereras. Ju högre fallhöjd desto billigare blir det, och är denna under 1–1,5 meter är det antagligen inte värt att anlägga något vattenkraftverk överhuvudtaget. (Bokalders & Block, 2014)

Kraftvärme

Ungefär 9 % av den producerade elen i Sverige kommer från kraftvärme. I kraftvärmeverk

produceras el och värme samtidigt och i och med det utnyttjas bränslet maximalt. Det går att

driva kraftvärmeverken med nästan vilket bränsle som helst och idag är 90 % av bränslet som

används förnybara eller återvunna. (Rydegran, 2019)

27

Småskalig kraftvärme är inte lika vanligt, produktionen sker oftast i relativt stora anläggningar (Bokalders & Block, 2014). Ett mikrokraftvärmeaggregat har normalt en

elproduktion på 1–5 kW och de vanligaste teknikerna för det är gas(kolv)motorer, till exempel ångmaskiner, bränsleceller och stirlingmotorer som är en sorts värmemotor. Beroende på använd teknik och effektklass kan elverkningsgraden ligga på 20 till 60 %. Med

värmeproduktion är verkningsgraden 90–100 %. (Biogas Syd, 2014)

Bränsleceller ger den högsta elverkningsgraden och lägst miljö- och klimatutsläpp. Den tekniken är dock det dyraste alternativet (Biogas Syd, 2014). Ångmaskinerna har låg verkningsgrad och kräver maskinist. De stirlingdrivna motorerna verkar ha störst potential men de är fortfarande under utveckling, även om de börjar dyka upp på marknaden.

(Bokalders & Block, 2014) Lagring

I Sverige är de förnybara energikällorna intermittenta, det vill säga de varierar i styrka och över tid. Vilket gör att lagring av energi är nödvändigt vid övergång till förnybara energikällor (Bokalders & Block, 2014). Sårbarheten i energiförsörjningen skulle dessutom minska genom att ersätta import av bränsle med förnybar energiproduktion och då krävs möjligheten att balansera efterfrågan med lokala energilager. Att lagra energi ger en möjlighet att hantera variationer i produktionen och förbrukning och/eller kvaliteten och tillgängligheten till elektricitet. Mest lämplig för lokal energioptimering är batterier eller bränsleceller, vilket innebär vätgas (Larsson & Ståhl, 2012). Batterier är det vanligaste sättet att lagra energi på, men där går utvecklingen långsamt. Vätgasen utvecklas mer och mer då många ser dess potential i och med att den är väldigt energität och elproduktion i bränslecell leder inte till några miljöfarliga utsläpp. (Bokalders & Block, 2014)

Den lagring som sker i batterier är elektrokemisk, där batterierna laddas med den el som inte används för att sedan kunna användas vid behov. Det som är viktigt är batteriets förmåga att hålla energi. Kunna lämna mycket effekt när det behövs, klara många i- och urladdningar och ha god verkningsgrad. Återvinningsmöjlighet vid val av batterier är också viktigt ur

miljösynpunkt. (Larsson & Ståhl, 2012)

Det finns ett antal olika sorters batterier som kan användas som energilagring. Blybaserade batterier har låg energitäthet vilket innebär att de är skrymmande och tunga i förhållande till den mängd energi som kan lagras. De är också dåliga på att klara upprepade laddningscykler, bara 300–500 st. Det har skett och sker försök till utveckling men ingenting som riktigt har lyckats än (Larsson & Ståhl, 2012). Livslängden för blybaserade batterier är 3–4 år/ <500 cykler och energitätheten 50 Wh/kg, vilket är betydligt lägre jämfört med litium-jonbatterier.

Nya versioner av blybaserade batterier har däremot visat sig klara 17 år och 2 800 cykler.

(Nordling, Englund, Hembjer, & Mannberg, 2015)

Litium-jonbatterier används bland annat i mobiler och bärbara datorer. De har hög

verkningsgrad, över 90 % och en hög energitäthet. Nackdelen är kostnaden då de är väldigt dyra, det är delvis påverkat av höga säkerhetskrav och behovet av avancerad

laddningsövervakning. Litiumsalt som används i batterierna är lättantändligt så de behöver en

robust konstruktion för att minimera brand- och explosionsrisker. Dessa batterier har en stor

utvecklingspotential (Larsson & Ståhl, 2012). Det finns olika sorters litium-jonbatterier där

egenskaper och kostnader varierar något men 2014 låg priset på ungefär 4 500kr/kWh. Detta

förväntas sjunka till 1 700kr/kWh till i år, 2020. Antal cykler varierar mellan 200 upp till

28

25 000 och energitätheten från 80 till 200 Wh/kg. (Nordling, Englund, Hembjer, & Mannberg, 2015)

Natriumsvavelbatterier har en systemverkningsgrad på 80 % och en livslängd på ungefär 15 år/4500 cykler. Energitätheten är 60 Wh/kg och 2014 kostade dessa batterier 4 800kr/kWh.

(Nordling, Englund, Hembjer, & Mannberg, 2015)

I ett eget elsystem är batterier ofta den svagaste länken, då de är dyra, tunga, ofta har kort livslängd, dålig kapacitet, kräver regelbundet underhåll, är känsliga för hur laddning och urladdning sker, ska stå svalt men inte kallt och vara ventilerade (Bokalders & Block, 2014).

På grund av batteriernas problematik har vätgas blivit mer och mer aktuellt som ett alternativt sätt att lagra energi på. Överskottselen som produceras från de förnybara källorna, exempelvis från solceller, spjälkar syrgas och vätgas genom en elektrolys med vatten. Vätgasen lagras i ett visst tryck i stora tuber och vid behov leds vätgasen in i en bränslecell där den slås ihop med syre för att omvandlas till el. De enda restprodukterna som blir är vatten och värme, där spillvärmen kan omhändertas för uppvärmning för att öka verkningsgraden i systemet. (Abdi Onsäter, 2019)

Lagringen är ett problem vid egen elproduktion, eftersom batterier är dyra och relativt kortlivade även om de fortsätter utvecklas, och vätgasen fortfarande är under utveckling.

Därför finns alternativet att vara kopplad till nätet för de tillfällen då den egna produktionen inte räcker till samt sälja el när den överskrider behovet. (Bokalders & Block, 2014)

Det finns några olika leverantörer av batterier för att lagra under kortare tid, till exempel solenergin från dagen så att el finns tillgänglig under natten när solen inte skiner. En av leverantörerna är Tesla, deras batteri Powerwall (litium-jon) har en användbar kapacitet på 13,5 kWh, väger 114kg och är av en storlek på 1150x753x147 mm. Kostnaden för ett batteri ligger på nästan 90 000 kronor plus en installationskostnad på mellan 11 och 33 000 kronor.

(Tesla, 2020)

Uppvärmning

För att värma upp huset och vattnet på ett hållbart sätt behöver vi använda oss av förnybara källor även här. Nedan presenteras biobränsle, solvärme och värmepumpar, vilket är de lösningarna som anses vara de mest lämpliga för privatpersoner.

Val av uppvärmningssätt beror på husets placering, vilka möjligheter som finns och hur livet levs i huset. Värmepumpars utveckling går framåt och användning av ved och pellets för uppvärmning blir mer och mer miljöanpassat och effektivt samtidigt som solfångare är uppskattat. Att kombinera olika metoder, till exempel solvärme och pellets ger en flexibilitet och minskar sårbarheten. Fjärrvärme skulle också vara ett hållbart alternativ till uppvärmning men då blir inte huset självförsörjande (Holm, 2018). Solvärme och biobränslen kan med fördel användas tillsammans med en ackumulatortank för att kunna lagra värmen. Ett system med dessa tre komponenter kallas energitrio och kombinationen av metoderna behövs för att solvärmen inte räcker i svenskt klimat under vinterhalvåret. (Bokalders & Block, 2014) För att sprida värmen i huset används rumsvärmare. Till vattenburna system är det bland annat vanligt med radiatorer, konvektor eller golvvärme, vilket även gäller för luftburna system. Rumsvärmare innefattar också till exempel kaminer, öppna spisar och kakelugnar.

Vanligast är det med radiatorer som finns både för direktverkande el och vattenburna system,