Inredning av råvindar - påverkan på byggnader ur energisynpunkt
En fallstudie av Volontären 24 i Stockholm
Nawid Ferhady
I Inredning av råvindar – påverkan på
byggnader ur energisynpunkt
En fallstudie av Volontären 24 i Stockholm
Nawid Ferhady
Examensarbete för master inom planering och byggande i krävande klimat
I
FÖRORD
Detta examensarbete är avslutningsmoment för min master inom planering och byggande i krävande klimat. Två fantastiska år vid Luleå tekniska universitet som har skapat stora utvecklingsmöjligheter i min karriär.
Jag vill börja med att rikta Stort tack till min handledare Sofia Lidelöw, universitetslektor vid institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser, som med sin expertis inom området har givit mig den vägledning som har varit avgörande för arbetet. Stort tack riktas även till Mohsen Payandeh Mehr som har varit min externa handledare samt stöttepelare och har bidragit med sin kunskap, erfarenhet och expertis.
Tack även till min opponent Oliver Henningsson för viktiga kommentarer, Mikael Matsson som möjliggjorde att detta arbete kunde genomföras i samarbete med Stockholm Stad och min examinator Lars Stehn.
Sist men inte minst Tack till min kära familj som alltid har funnits där för mig, ni är underbara.
Stockholm, juni 2021 Nawid Ferhady
Fel! Hittar inte referenskälla.
II
SAMMANFATTNING
I detta examensarbete har en byggnads energiprestanda undersökts vid inredning av vind.
De årliga bostadsmarknadsundersökningar som Boverket tar fram redovisar underskott på bostäder i större delar av landet, främst i kommuner där befolkningsmängden är större. I dessa kommuner, särskilt i mer centrala lägen, råder det brist på ledig mark för nyproduktion av bostäder samtidigt som det finns flera äldre byggnader med lediga utrymmen på vinden som inte nyttjas. Vinden i dessa flerbostadshus ger en möjlighet att skapa bostäder i områden där infrastrukturen redan finns på plats och byggnaden och områden kan nyttjas på sin fulla kapacitet.
Syftet med detta arbete är att bidra till ökad kunskap om hur byggnaders energiprestanda påverkas vid inredning av vind. Detta har undersökts genom litteraturstudie inom området och en fallstudie utförd på ett flerbostadshus i Vasastan i centrala Stockholm där vinden inreddes under 2017. Arbetet har varit ett samarbete med Stockholms Stadsbyggnadskontor.
Arbetet skiljer sig från liknande studier genom att resultaten är baserade på uppmätta värden från energideklarationer före och efter inredning av vinden. Jämförelse av två olika systemgränser (byggnadens energiprestanda uttryckt i specifik energianvändning och primärenergital) baserade på uppmätta värden erhållna från energideklarationer före och efter inredning av vinden gjordes dels genom beräkningar, dels genom energisimuleringar i IDA ICE. På så sätt har pålitligheten hos resultaten kunnat förstärkas.
De kulturhistoriska värden på byggnaden innebar att kravet på invändig rumshöjd skulle uppfyllas utan att taket fick höjas utvändigt. Kraven på energihushållning skulle trots denna utmaning uppfyllas. På grund av de kulturhistoriska värden i byggnaden var det enda kravet gällande energihushållning att taket skulle uppfylla U-värdeskraven på 0,13 𝑊/𝑚 𝐾.
Slutsatsen av studien är att hela byggnadens energiprestanda förbättras när en vind inreds. Detta beror främst på att byggnadens klimatskärm blir mer effektiv och mer värmetrög. I fallstudien:
minskade byggnadens genomsnittliga värmegenomgångskoefficient avsevärt med 25 % endast av inredning av vinden,
minskade byggnadens energibehov med hela 17 % efter inredning av vinden och
byggnadens effektbehov påverkades inte av inredning av vinden något avsevärt.
III
ABSTRACT
In this thesis, the energy performance of a building has been examined when the attic gets equipped.
The annual housing market surveys produced by Boverket reports a shortage of housing in larger parts of the country, mainly in municipalities where the population is larger. In these municipalities, especially in more central locations, there is a lack of free land for new housing productions, while there are several older buildings with vacant spaces in the attic that are not used. The attic of these apartment buildings provides an opportunity to create housing in areas where the infrastructure is already in place and the building and area can be used at their full capacity.
The purpose of this work is to contribute to increased knowledge about how the energy performance of buildings is affected by equipping the attics. This has been investigated through literature study in the field and a case study conducted at an apartment building in Vasastan in central Stockholm where the attic was rebuilt and equipped in 2017. The work has been a collaboration with the Stockholm’s Stadsbyggnadskontor.
The work differs from similar studies in that the results are based on measured values from energy declarations before and after equipping the attic. Comparison of two different system boundaries (the energy performance of the building expressed in specific energy consumption and primary energy usage) based on measured values obtained from energy declarations before and after equipping the attic was made partly by calculations and partly by energy simulations in IDA ICE. In this way, the reliability of the results has been strengthened.
The cultural-historical values of the building meant that the requirement of interior room height would be met without the roof having to be raised externally. Despite this challenge, the requirements for energy had to be met. Due to the cultural-historical values of the building, the only requirement regarding energy was that the roof should meet the U-value requirements of 0.13 𝑊/𝑚 𝐾.
The conclusion of the study is that the energy performance of the entire building improves when the attic is equipped. This is mainly since the building's climate-coat is becoming more efficient and more heat-inert. In the case study:
the buildings average heat-review was significantly reduced by 25 % only by equipping the attic,
the buildings energy-demand reduced by 17% after equipping the attic,
the buildings power-requirement was not significantly affected by equipping the attic.
Fel! Hittar inte referenskälla.
IV
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
FÖRORD --- I SAMMANFATTNING --- II ABSTRACT --- III INNEHÅLLSFÖRTECKNING --- IV BETECKNINGAR OCH FÖRKORTNINGAR --- VI
1. INLEDNING --- 1
1.1 Bakgrund --- 1
1.2 Syfte --- 2
1.3 Forskningsfrågor --- 2
1.4 Avgränsningar och omfattning --- 2
2. METOD --- 3
2.1 Val av metod --- 3
2.2 Litteraturstudie --- 3
2.3 Fallstudie --- 4
2.3.1 Val av byggnad --- 4
2.3.2 U-värde för tillkommande byggnadsdel --- 5
2.3.3 Energianvändning enligt energideklarationer --- 5
2.3.4 Energianvändning enligt energisimulering --- 5
2.3.5 Extern handledning --- 6
2.4 Validitet och reliabilitet --- 6
3. LITTERATURGENOMGÅNG --- 8
3.1 Energianvändning i byggnader --- 8
3.1.1 Energieffektiva byggnader --- 8
3.1.2 Klimatskärm --- 9
3.1.3 Ventilation --- 14
3.2 Mått på byggnadens energirelaterade egenskaper --- 16
3.2.1 Värmegenomgångskoefficient --- 16
3.2.2 Energibehov och effektbehov --- 17
3.2.3 Byggnadens energiprestanda --- 19
3.3 Bygglagstiftning --- 22
3.3.1 Plan- och bygglagen (2010:900) --- 22
3.3.2 Lag om energideklaration för byggnader (2006:985)--- 23
3.3.3 Boverkets föreskrifter --- 24
3.4 Relaterad forskning inom området --- 27
3.4.1 Översikt --- 27
3.4.2 Energieffektivisering av ett flerbostadshus --- 29
3.4.3 Byggtekniska åtgärder för energieffektivisering av kulturhistorisk värdefull byggnad --- 30
3.4.4 Energieffektivisering av äldre flerbostadshus --- 30
3.4.5 Landshövdingehus --- 30
3.4.6 Problematiska områden vid vertikal förtätning --- 31
V
3.4.7 Vindsombyggnader i flerbostadshus --- 31
3.4.8 Smart energieffektivisering av kulturhistoriska byggnader i kallt klimat --- 31
3.4.9 Energy savings due to internal façade insulation in historic buildings --- 33
3.4.10 Benign changes and building maintenance as a sustainable strategy for refurbishment of historic (Pre-1919) English dwellings --- 33
3.4.11 Life cycle assessment of Villa Dammen --- 34
4. RESULTAT OCH ANALYS--- 34
4.1 Fakta och antaganden för vald byggnad --- 34
4.1.1 Byggnadsteknik för befintliga byggnaden --- 35
4.1.2 Byggnadsteknik för tillkommande bostadslägenheter på vinden --- 37
4.2 Byggnadens energianvändning enligt energideklarationer --- 39
4.2.1 Beräkning av primärenergital före inredning av vinden --- 39
4.2.2 Beräkning av primärenergital efter inredd vind --- 41
4.3 Byggnadens energianvändning enligt energisimuleringar --- 43
4.3.1 Modellens uppbyggnad och energisimulering --- 43
4.3.2 Beräkning av specifik energianvändning före inredning av vind --- 46
4.3.3 Beräkning av specifik energianvändning efter inredd vind --- 47
4.3.4 Klimatskärmens lufttäthet --- 50
4.3.5 Byggnadens genomsnittliga värmegenomgångskoefficient 𝑈𝑚 --- 50
4.3.6 Byggnadens effektbehov --- 51
5. DISKUSSION --- 52
5.1 Inredning av råvind --- 52
5.2 Begränsningar och möjligheter för kulturhistoriska byggnader --- 53
5.3 Byggnadens genomsnittliga värmegenomgångskoefficient 𝑈𝑚 --- 54
5.4 Byggnadens energianvändning --- 54
5.5 Byggnadens effektbehov --- 55
5.6 Metoddiskussion --- 55
6 SLUTSATS--- 56
6.1 Forskningsfråga 1 --- 56
6.2 Forskningsfråga 2 --- 56
6.3 Förslag till fortsatta studier --- 57
KÄLLOR --- 58
BILAGOR --- 61
Bilaga 1. Ritningar --- 61
Bilaga 2. U-värdeberäkningar --- 64
Bilaga 3. Resultat från energisimulering, IDA ICE --- 66
Bilaga 4. Energideklaration före inredning av vind --- 70
Fel! Hittar inte referenskälla.
VI
BETECKNINGAR OCH FÖRKORTNINGAR
λ-värde Ett materials värmeledningsförmåga (𝑊/𝑚𝐾)
𝜆 värmeledningsförmåga (𝑊/𝑚𝐾)
𝛹 Konduktans för linjär köldbrygga (𝑊/𝑚𝐾)
A Area (𝑚 )
𝐴 yttre värmegenomgångmotstånd
(𝑊/𝑚 𝐾)
𝐴 inre värmegenomgångmotstånd
(𝑊/𝑚 𝐾)
Aom Omslutande area av uppvärmda delar (𝑚 )
𝐴 Area som värms till mer än 10 ºC förutom garage
(𝑚 )
Boarea (BOA) Bruksarea för boutrymmen (𝑚 )
Byggherre Den som för egen räkning utför eller låter utföra projekterings-, byggnads-, rivnings- eller markarbeten.
Byggnadens energianvändning Den energi som vid normalt brukande under ett normalår behöver levereras till en byggnad
𝑑 materialskiktets tjocklek (𝑚)
𝐸 Total energianvändning (𝑘𝑊ℎ/å𝑟)
𝐸 Specifik energianvändning
(𝑘𝑊ℎ/𝑚 𝑜𝑐ℎ å𝑟)
𝐸𝑃 Primärenergital (𝑘𝑊ℎ/𝑚 𝑜𝑐ℎ å𝑟)
𝐹 Geografisk justeringsfaktor
𝑙 Längden för linjär köldbrygga (𝑊/𝑚𝐾)
𝐾 Konduktans (𝑊/𝐾)
𝐾 Konduktans för byggnadsdel (𝑊/𝐾)
Normalårskorrigering Korrigering av byggnadens uppmätta klimatberoende energianvändning utifrån skillnaden mellan klimatet på orten under ett normalår och det verkliga klimatet under den period då byggnadens energianvändning verifieras.
Pa Enheten pascal (Pa) är SI-enheten för tryck
VII
𝑃𝐸 Primärenergifaktor
𝑞 Uteluftflöde i temperaturreglerade utrymmen
(𝑙/𝑠 𝑜𝑐ℎ 𝑚 )
𝑅 yttre värmegenomgångmotstånd
(𝑚 ∗ 𝐾/𝑊)
𝑅 inre värmegenomgångmotstånd
(𝑚 ∗ 𝐾/𝑊)
U Värmegenomgångskoefficient (𝑊/𝑚 𝐾)
U-värde Värmegenomgångskoefficient (𝑊/𝑚 𝐾)
𝑈 Värmegenomgångskoefficient för byggnadsdel i
(𝑊/𝑚 𝐾)
𝑈 Genomsnittlig värmegenomgångskoefficient i
(𝑊/𝑚 𝐾)
𝑄 Värmeflöde (𝑊)
𝑄 , Fastighetsenergi (𝑘𝑊ℎ/å𝑟)
𝑄 Total energianvändning (𝑘𝑊ℎ/å𝑟)
𝑄 Luftläckageförluster (𝑘𝑊ℎ/å𝑟)
𝑄 Tillskottsenergi (𝑘𝑊ℎ/å𝑟)
𝑄 Transmissionsförluster (𝑘𝑊ℎ/å𝑟)
𝑄 Energi för tappvarmvatten (𝑘𝑊ℎ/å𝑟)
𝑄 Ventilationsförluster (𝑘𝑊ℎ/å𝑟)
𝑄å Tillskott från återvinning (𝑘𝑊ℎ/å𝑟)
𝑋 konduktans för punktformig köldbrygga (𝑊/𝐾)
1
1. INLEDNING
I det inledande kapitlet kommer bakgrunden till detta examensarbete att presenteras.
På så sätt kommer framtagning av syfte och forskningsfrågor att förefalla meningsfullt.
Även arbetes avgränsningar kommer att presenteras här.
1.1 Bakgrund
Boverket är den myndighet som har hand om samhällsplanering, byggande och boende i Sverige. Av bostadsmarknadsundersökningen som myndigheten utförde år 2020 framgår att 212 av 290 kommuner i landet har angett att underskott på bostäder råder på den lokala bostadsmarknaden. Totalt är det 90 procent av landets befolkning som bor i de kommuner som har angivit att de har underskott på bostäder. (Boverket, 2020)
Nyproduktion av bostäder är en bra lösning till den rådande bostadsbristen, men när det kommer till tätbebyggda områden i storstäder där brist på ledig mark sätter stopp för nyproduktion av bostäder kan en lösning vara att nyttja befintliga byggnader. Enligt Payandeh Mehr (2017) som har handlagt flera inredningar av vindar i Stockholm Stad, har råvindar under en längre tid blivit inredda för att bli beboeliga och denna trend visar sig bli allt vanligare i landet.
Att inreda en råvind på befintliga flerbostadshus kan enligt Håkansson & Stafstedt (2016) ha fördelar med avseende på materialåtgång och ekonomi för byggnadens förvaltare, brukaren och samhället i stort. Lösningen är snabbare än nyproduktion, mer resurssnålt och den befintliga byggnaden nyttjas på sin fulla kapacitet.
De flesta byggnader med råvind där vindarna inreds är äldre och har oftast höga kulturhistoriska värden som ska bevaras. Det innebär i sin tur begränsningar i vilka möjligheter som finns för att uppfylla dagens krav och förutsättningar som inte gör det lättare för de byggherrar som tar sig an denna utmaning. När dessa vindar inreds är bostadsrättsföreningar ofta skeptiska om hur energiprestandan kommer att påverkas.
Vissa går i tron om att byggnadens energiprestanda förbättras endast om energi- effektiviseringsåtgärder vidtas. Byggherrar däremot är av tanken att byggnadens energiprestanda kommer att förbättras då man helt enkelt förbättrar klimatskärmen på byggnaden genom inredning av vind. (Payandeh Mehr, 2017)
Energikraven som ställs inför denna typ av ombyggnation avser endast U-värden på de ändrade delarna av klimatskärmen enligt tabell 9:4 BBR (BFS 2016:13). Enligt Payandeh Mehr (2017) ställer varken Boverket eller byggnadsnämnder krav på uppföljningar i form av verifiering av energiprestandan genom ny energideklaration för hela huset och kunskap om hur detta påverkar hela husets energianvändning saknas.
Ett tidigare examensarbete (Håkansson & Stafstedt 2016) har behandlat energifrågan vid vindsombyggnation genom energisimulering av endast vindsvåningen och beräknat
2
därefter ändringen utav reducering av värmeförluster genom vindsbjälklaget efter inredning av vinden. I den föreliggande studien har hela byggnaden modellerats och energisimulerats före och efter inredning av vinden, vilket ska kunna ge en bredare jämförelse mellan hela byggnadens energiprestanda. Även byggnadens olika system- gränser jämförs genom dels energisimuleringar, dels genom faktisk förbrukning som framgår av två olika energideklarationer utförda före och efter inredning av råvind.
1.2 Syfte
Syftet är att bidra till ökad kunskap om hur ett flerbostadshus energiprestanda påverkas vid inredning av råvind.
I detta examensarbete har byggnaders energiprestanda vid inredning av råvind undersökts med hjälp av litteraturstudie och dagens forskning inom området samt en fallstudie där vinden på ett flerbostadshus inreddes under 2017 i Vasastan i Stockholm.
Arbetet har varit ett samarbete med Stockholms Stadsbyggnadskontor under handledning av Mohsen Payandeh Mehr som vid tillfället var byggnadsinspektör och energirådgivare på flerbostadshusenheten.
1.3 Forskningsfrågor
Forskningsfrågor har tagits fram för vägledning av arbetet och för tydliggörande vid tolkning av resultaten. Dessa presentera i Tabell 1:
Tabell 1 - Frågeställningar och valda metoder
Frågeställning Metod
FF1. Hur kan energieffektivisering av en kulturhistorisk byggnad möjliggöras genom inredning av byggnadens råvind?
Litteraturstudie Fallstudie FF2. Hur påverkas en byggnads 𝑈 , byggnadens energi-
användning och byggnadens effektbehov av inredning av råvind?
Litteraturstudie Fallstudie
1.4 Avgränsningar och omfattning
För att arbetet ska vara möjligt att utföra med tanke på tid och resurser kommer endast energiaspekten att behandlas på djupet. Dock kommer även andra aspekter såsom, fukt på grund sin direkta koppling till värmeledning hos isoleringsmaterial, luftläckage med koppling till värmeförluster genom klimatskärmen, rumshöjd och ljud då de brukar vara utmaningar vid inredning av råvindar, att beröras.
Vid val av byggnad togs hänsyn till följande kriterier:
Begränsning till ett flerbostadshus i Stockholms innerstad. Dessa byggnader representerar väl för de byggnader som får inredda vindar.
3
Inredningen ska behandla kallvindar som byggs om till bostadslägenheter och etagevåningar. På grund av byggnadens utformning är denna typ av inredning vanligast.
Ventilationssystem för byggnaden ska vara mekanisk frånluft vilket är vanligt hos dessa äldre byggnader.
Energikällan ska vara fjärrvärme som är de vanligaste för äldre flerbostads- hus i Sverige, med vattenburna system (radiatorer eller golvvärme).
Arbetets fallstudie behandlar endast gatuhuset i en fastighet som består av två byggnader, varav ett gatuhus som är större och ett gårdshus som är mindre.
2. METOD
Andra kapitlet i arbetet avser metod. Här kommer arbetets genomförande att beskrivas tillsammans med olika valda metoder och tillvägagångssätt för att uppnå syftet.
2.1 Val av metod
I genomförandet av denna studie har deduktiv metod använts genom att utgå från litteraturstudier och därefter samla empiri. Enligt Björklund & Paulsson (2012) går den deduktiva metoden ut på att man påbörjar arbetet med teorier och utifrån dem försöker få insamlade fakta verifierad. På detta sätt har studien kunnat besvara frågeställningen om hur inredning av råvind påverkar en byggnads energianvändning.
I litteraturstudien har tidigare liknande studier och rapporter undersökts för att kunna stärka pålitligheten hos resultat från den utförda energisimuleringen.
Främst har en kvantitativ metod använts i denna studie genom att insamla kvantitativa data från energiberäkningar och energisimuleringar för att skapa en fördjupning av kunskap kring energieffektivisering. En kvantitativ studie passar bäst information som kan mätas eller bedömas numeriskt. Möjligheterna är dock mindre eftersom allt inte går att mäta kvantitativ (Björklund & Paulsson 2012).
För simuleringar av byggnaden har data från bland andra byggnadens byggteknik och mått baserat på ursprungsritningar, klimatskärmens lufttäthet och energiexpertens antaganden i den senaste energideklarationen saknats. Även här har litteraturstudien varit basen för att kunna göra rätta antaganden och förstärka resultatens pålitlighet.
2.2 Litteraturstudie
Arbetet har utgått från främst lagar och krav gällande energihushållning vid nybyggnad samt ändring av en byggnad som är gällande. Dessa föreskrifter och förordningar sätter ramen för vad som ska följas vid nybyggnation eller ändring av en byggnad och är samhällets minimikrav. Utifrån bygglagstiftningen har även möjligheter och be- gränsningar för att hantera byggnader med kulturhistoriska värden kunnat identifieras.
4
En bred litteraturstudie har utförts för att identifiera forskningen inom området.
Sökningen är främst gjord via Google Scholar men även andra söktjänster såsom DiVA har använts. Information gällande energieffektivisering av befintliga byggnader, energieffektivisering av flerbostadshus, inredning av vindar och energieffektivisering av kulturhistorisk värdefulla byggnader har eftersökts med följande sökord:
Inredning av vind Vindsombyggnad
Råvind Energioptimering flerbostadshus
Energieffektivisering Converting attic
Utöver svenska studier som har utförts inom området har även internationella studier som kan kopplas till ämnet granskats. Internationella studier inom energieffektivisering av kulturhistoriska byggnader är åtskilliga, därför har sökningen begränsats till främst de studier som avser kallare klimat, likt Stockholm eller subarktisk.
Övrig information har hämtats från bland annat böcker rörande energihushållning, byggnadsteknik och byggnadsfysik; artiklar och studier utförda inom området och övriga publikationer från diverse myndigheter som behandlar frågan om energihushållning.
På grund av att det saknas vetenskapliga artiklar eller breda och detaljerade studier som behandlar frågan om inredning av råvindar för flerbostadshus har examensarbeten som berör ämnet inredning av råvindar eller tilläggsisolering av flerbostadshus med kulturhistoriska värden undersökts. Dessa examensarbeten har dock behandlats med större källkritik jämfört med övriga studier. De undersökta examensarbeten som är på 30 hp och är på master-/ civilingenjörsnivå, bedöms därför vara på en tillräcklig hög nivå för att de selekterade delarna ska kunna vara grund till egna studien och bidra med analys av resultaten.
Litteraturstudien har primärt använts som ett diskussions hjälpmedel i studien. I övrigt har formler tagits fram för att beräkna U-värde och korrigera och normalisera erhållna värden.
2.3 Fallstudie
En fallstudie har utförts för att studera hur byggnadens energianvändning påverkas före och efter inredning av vinden.
2.3.1 Val av byggnad
Val av byggnad diskuterades främst med den externa handledaren. Det fanns vid tiden flertalets pågående ärenden hos stadsbyggnadskontoret i Stockholm som avsåg inredning av vindar. Den valda byggnaden hade nyligen fått sitt bygglov beviljat och ombyggnad av vinden kunde följas från projektering till genomförande.
Materialen har inhämtats genom begäran om handlingar från stadsbyggnadskontoret.
Handlingarna har avsett beslut om bygglov för inredning av vind samt underlag, beslut om
5
startbesked samt underlag och övriga handlingar såsom protokoll från slutsamråd och arbetsplatsbesök. Även äldre information om den befintliga byggnaden har hämtats från de tillgängliga materialen hos Stockholm Stads arkiv. Detta gäller alltså övriga tekniska beskrivningar, planlösningar, mått på byggnaden, fönster, material med mera.
Eftersom ursprungliga ritningar samt dokumentation från när byggnaden uppfördes saknas hos Stockholm Stads arkiv har information gällande uppförande, konstruktion och byggnadsteknik hämtats från boken ”Så byggdes husen” (Björk, Kallstenius & Reppen, 2016).
2.3.2 U-värde för tillkommande byggnadsdel
Byggnadens klimatskärm flyttas från vindsbjälklaget till taket i samband med inredning av vinden. Taket ska därmed uppfylla gällande krav på U-värde enligt tabell 9:4 i BBR 24 (BFS 2016:13). Beräkning av den nya klimatskärmsdelens U-värde (se 3.2.1 Värmegenomgångskoefficient) genomfördes som en sammanvägning mellan λ- värdesmetoden och U-vädesmetoden (Petersson, 2007). Kontroll av resultatet gjordes för att dels kunna kontrollera om kravet uppfylls, dels med vilken marginal.
2.3.3 Energianvändning enligt energideklarationer
För den befintliga byggnaden med råvind fanns en energideklaration tillgänglig som redovisar energiprestanda uttryckt i specifik energianvändning i enlighet med BBR 24 (BFS 2016:13). Av deklarationen framgår inte vad primärenergitalet för byggnaden är. Därför hämtades mätdata om antal bostadslägenheter och 𝐴 , använt fjärrvärme för uppvärmning och tappvarmvatten, fastighetsel och åtgärdsförslag från energi- deklarationen och normalårskorrigerades enligt nu gällande BBR 28 (BFS 2019:2) och BEN (BFS 2018:5) för att kunna beräkna byggnadens primärenergital vid tidpunkten.
På samma sätt beräknades byggnadens primärenergital med mätdata som inhämtades från den nya energideklaration som är utförd enligt BBR 28 (BFS 2019:2) efter inredd vind.
Därefter jämfördes resultaten och skillnaden analyserades och diskuterades med den externa handledaren. Detta för att kunna se hur byggnadens energiprestanda uttryckt i primär-energital hade förändrats efter att vindarna hade inretts.
2.3.4 Energianvändning enligt energisimulering
Hela byggnaden modellerades i IDA Indoor Climate and Energy (EQUA) innan energi- simuleringar utfördes i programmet. Detta för att säkerställa ”renheten” och korrektheten av modellen och för att undvika eventuella krock i modellen vid import från annat program. Jämförelser har gjorts mellan energiåtgång i form av fjärrvärme och fastighetsel före och efter inredning av vindarna. Parametrar av intresse vid undersökning av resultat och jämförelse var 𝑈 och andel fönster, byggnadens effektbehov, totala energianvändning för rumsuppvärmning och tappvarmvatten. Resultat för energisimuleringen har även jämförts med de resultat som har redovisats på energideklarationer.
6
Energiberäkningen som är baserad på vad byggnaden använder under ett år är utifrån olika parametrar som kan justeras. Årstemperaturen och klimatdata är geografiskt baserade för att ge en korrekt beräkning.
IDA ICE användes för att dels modellera byggnaden, dels simulera dess energi- användning. Uppbyggnaden skedde efter flera detaljerade dynamiska zoner, separerade från varandra och utomhusklimatet genom sin klimatskärm.
Skalet skapades efter zonens geometri, lager av material och dess egenskaper. Öppningar eller dörrar och fönster lades till de olika zonerna, likaså ventilation, tillförsel av värme, belysning och andra parametrar. Värmen i zonerna påverkas av uppvärmning i byggnaden, solinstrålning, ventilation, brukande, utrustning, belysning, personer och andra faktorer. Den påverkas inte minst av klimatskärmen och dess täthet. (EQUA, 2021) Invändig tilläggsisolering kan ha skett i huset men eftersom tilläggsisolering sker ofta i samband med andra energieffektiviseringsåtgärder har antagande i simulering gjorts om att byggnaden var i sin ursprungliga form.
2.3.5 Extern handledning
Vid val av byggnad för fallstudie och under arbetets gång har extern handledning tagits av Mohsen Payandeh Mehr. Mohsen är certifierad energiexpert och arbetade som byggnadsinspektör och energirådgivare på Stockholm stadsbyggnadskontor vid tiden.
Fortskridningen av arbetet kunde ske med hjälp av honom, genom rätta tolkningar av energideklarationer och även intervjuer som presenteras i arbetet.
Den externa handledaren bistod med expertis som handläggande byggnadsinspektör och även energiexpert vid vissa frågor. Byggnadsprocessen i sin helhet kunde därför följas på nära håll.
2.4 Validitet och reliabilitet
I detta arbete har endast en byggnad undersökts. Denna byggnad representerar dock väl de byggnader som får inredda vindar. Undersökning av byggnadens energiprestanda före och efter inredning av vinden har dels simulerats i IDA ICE, dels verifierats genom energideklarationer. Jämförelserna sker i form av energiprestanda uttryckta i specifik energianvändning och primärenergital som presenterar olika systemgränser. Delar av arbetet har genomförts i dialog med den externa handledaren i form av oberoende energiexpert som granskat resultaten.
Genom att diskutera antaganden gällande byggnadens byggteknik och tekniska förutsättningar med den oberoende experten har felen kunnat minimeras. Genom dessa diskussioner har även feltolkningar av energideklarationerna kunnat uteslutas och eventuella felkällor identifieras.
7
Validitet beskriver i vilken omfattningen det som avses att mätas har egentligen uppmätts. I arbetet har målsättningen varit att ha en hög validitet genom att använda flera olika perspektiv genom att exempelvis användning utav triangulering. Alltså uppnår man samma syfte genom användning utav två eller fler metoder för att undersöka samma företeelse. (Björklund & Paulsson, 2012)
Enligt Björklund & Paulsson (2012) beskriver reliabilitet hur väl mätningen är utförd och hur pass pålitliga resultaten är. Alltså graden av tillförlitlighet i mätinstrumentet. Det finns flertalet äldre handlingar tillgängliga för byggnaden i arkivet som avser ändring av planlösning i en lägenhet och liknande smärre ändringar i byggnaden. De flesta relevanta handlingar var minst 40 år gamla och kunde inte användas som kompletta underlag vid modellering av byggnaden. Det bedömdes dock inte vara en avgörande faktor eftersom syftet är att jämföra före och efter inredningen av vinden och faktorer såsom befintliga planlösningar påverkar inte resultatet. Även här har trianguleringsmetoden nyttjats för att förstärk reliabiliteten hos resultaten.
Reliabiliteten har stärkts genom att samma antaganden har applicerats på modellen före och efter inredd råvind. Resultat från energisimuleringar har normaliserats enligt BEN (BFS 2016:12).
Energideklarationer har varit svåra att jämföra rakt av då de har avser olika system- gränser. Energideklaration från 2010 avser endast gatuhuset beskriver den specifika energianvändningen och energideklaration från 2020 avser både gatuhus och gårdshus och beskriver primärenergitalet. Därför har faktiska förbrukningen korrigerats och normaliserats enligt BEN (BFS 2016:12) och jämförelser har gjorts därefter.
8
3. LITTERATURGENOMGÅNG
I detta kapitel presenteras teorin för att besvara frågeställningarna.
3.1 Energianvändning i byggnader
Vid utformning av en byggnad ställer samhället många krav. Utöver samhällskraven tillkommer beställarkrav och krav från andra aktörer för att dels kunna bygga hållbart, dels för att kunna nyttja bättre villkor under förvaltningen av byggnaden. Dessa krav gäller inte minst att byggnaden är energieffektiv och då ska man tänka på flera saker som kan påverka byggnadens energieffektivitet.
3.1.1 Energieffektiva byggnader
Vid utformning av en byggnad och dess energiprestanda gäller det att tänka rätt och börja i rätt ände. Kyotopyramiden skapades efter toppmötet i Kyoto 1997 av den Norske Husbank. Figur 1 visar pyramiden som illustrerar hur man som effektivast kan reducera en byggnads energianvändning.
Figur 1 – Kyotopyramiden (egenproducerad figur baserad på Dokka & Andersson 2012)
Grunden för en energieffektiv byggnad är att reducera värmeförluster. Detta sker genom att begränsa transmissionsförluster genom byggnadens klimatskärm och värmeförluster genom ventilation.
Även vid energioptimering av byggnader kan Kyotopyramiden implementeras på samma sätt. Det innebär då att klimatskärmen på byggnaden behöver i första hand förbättras om
5. Välj energikälla 4. Visa och kontrollera energianvändningen 3. Utnyttja solenergin 2. Effektivisera elanvändningen
1. Reducera värmeförluster
9
det föreligger ett behov. Därefter kan övriga åtgärder vidtas med hänsyn till byggnadens förutsättningar.
Figur 2 illustrerar transmissionsförluster i ett hus. Figuren visar vikten av klimatskärmen i en energieffektiv byggnad och ungefärlig mängd av värmeförlust genom olika delar av byggnaden. Dessa förluster påverkas även av klimatskärmens lufttäthet.
Figur 2 - Största transmissionsförluster (egenproducerad figur baserad på Energimyndigheten (2021))
3.1.2 Klimatskärm
Klimatskärmen beskrivs i 1 kapitel 3 § Plan- och byggförordningen (PBF) som ”en byggdel bestående av ett eller flera skikt som isolerar det inre av en byggnad från omvärlden när det gäller sådant som temperatur, ljud och fuktighet”. (SFS 2011:338)
Utöver att klimatskärmen ska vara välisolerad och uppfylla de krav som finns ska den även utformas så lufttät som möjligt för att vara energieffektiv.
Generellt gäller att ett materials eller del av klimatskärms isoleringsförmåga kraftigt försämras och att dess värmeledningsförmåga öka när materialet blir fuktigt och luftporer i systemet ersätts av vatten. När vattnet i porerna fryser till is ökar dess värmelednings- förmåga ytterligare. Därför är värme- och fuktfunktionen direkt kopplade med varandra.
(Elmarsson & Nevander, 2006)
Ventilation 15 % Tak 15 %
Väggar 20 %
Fönster och dörrar 35 % Golv och källare 15 %
10
Ytterväggar
Ytterväggarna har som funktion att klimatskydda och ska tåla påfrestningar från utomhusklimatet såsom nederbörd, vind, strålning, variationer i temperaturen, biologisk påverkan och isolering mot värmeförluster. (Elmarsson & Nevander, 2006)
I flerbostadshus kan ytterväggarna stå för större delar av byggnadens klimatskydd. Därför är det viktigt att denna del av klimatskärmen skapar en effektiv skydd mot yttre åverkan.
Vatten som kommer på fasaden kan på olika sätt ta sig in i väggarna. Detta kan ske bland annat genom otäthet och fogar. För att klara av större vattenpåfrestningar i form av slagregn utförs fogarna enligt principerna enstegstätning och tvåstegstätning. (Elmarsson
& Nevander, 2006)
Fog som är enstegstätad har vindskyddet och regnskydden i samma plan. Vid tvåstegs- tätning skiljs de åt och vindskyddet är placerat längst in. (Elmarsson & Nevander, 2006) Fönster och dörrar
Fönster skapar tillsammans med övriga delar, klimatskärmen i en byggnad. Fönstrets främsta uppgift är att skapa förutsättning för god belysning i rummen och släppa in dagsljus. Fönstret ska tillåta utsikt och i vissa fall även insyn. Fönster kan i vissa fall skapa möjlighet för utrymning och tillåta vädring och en tillfällig luftomväxling i en byggnad.
(Petersson, 2007)
Värmetransport genom fönster sker dels genom glasdelen, dels genom båge och karm.
Fönstrets värmeisolering påverkar förutom energihushållningen i en byggnad också fukttekniska funktionen. De vanligast förekommande fönstren idag är kopplade treglasfönster bestående av en tvåglas isolerruta tillsammans med ett enkelglas.
(Petersson, 2007)
Fönster och dörrar tillåts ha högre U-värden jämfört med övriga delar i klimatskärmen.
Detta innebär att dessa delar har sämre värmeisoleringsförmåga och klarar av värmemotståndet sämre. Det finns dock fönster och dörrar ute på marknaden som har U- värden långt under 1,0 (𝑊/𝑚 𝐾). Detta sker bland annat genom att isolering mellan glasrutorna sker av tunga ädelgaser såsom argon eller krypton. (Petersson, 2007) Då fönstrens båge och karm står för den största delen av värmeförlusterna innebär det att ju större andelen glasyta och ju mindre andel karm och båge desto lägre U-värde på fönstren kan nås. (Abel & Elmroth, 2016)
För att uppnå en bättre genomsnittlig värmegenomgångskoefficient för klimatskärmen kan man antingen sätta in fönster och dörrar med låga U-värden eller att sätta in färre fönster. Det hela är en balans för att kunna dels uppfylla de tekniska egenskapskraven och en ekonomisk nytta. (Petersson, 2007)
11
Tak
Tak kan med hänsyn till hur de ventileras delas i tre kategorier enligt Tabell 2. (Petersson 2007)
Tabell 2 - Olika taktyper
Kalltak Tak som är fullt ventilerade. Ventilering sker under yttertaket. Det innebär att inläckande värme och fukt underifrån transporteras bort med hjälp av
ventilationsluften. Yttertaket blir därmed kallt.
Tak med begränsat
ventilationsutrymme Detta typ av tak är mindre ventilerat och är en mellanform mellan kalltak och varmtak. Funktionen av fukttekniken blir olikt kalltaket då ventilationsluften inte beräknas bli omblandad i ventilationsutrymmet.
Varmtak För varma tak saknas ventilation helt. Då en del av värmen transmitteras genom konstruktionen påverkas
snösmältningen på taket. Här krävs det att ångtransport in i taket stoppas eller omhändertas så att fuktproblem inte uppstår.
Kalltaket är uppbyggt av en yttertakkonstruktion ovanför ett värmeisolerat vindbjälklag.
Därmed skapas ett kallt vindsutrymme däremellan och den kalla uteluften har tillträde dit. I kalltakkonstruktioner som är vanligt förekommande fungerar vinden som ett stort ventilationsutrymme, där möjlighet för bortventilering av fukt som har läckt in och små mängder värme finns. Här har ventilationen stor betydelse för bortföring av främst fukt.
Behovet av en god ventilation i utrymmet ökar med en ökad värmeisolering i bjälklaget.
(Petersson, 2007)
Bland tak med begränsad ventilation räknas parallelltak och tak som har små och låga vindsutrymmen. Ventilationsutrymmet för dessa tak är betydligt mycket mindre än det som finns för kalltak. Typiskt kännetecken för parallelltak är att takets yta utanför och innanför är parallella med varandra. (Petersson, 2007)
Den stora skillnaden mellan dessa två taktyper är hur fukt och värme fördelar sig i ventilationsluften. För kalltak kan man räkna med att ventilationsluften i vindsutrymmet omblandas och fukttillståndet är jämnt fördelat. Däremot i tak med begränsad ventilation styrs ventilationsluftens fukttillstånd i taket utav luftspaltens längd från inlopp till utlopp.
Detta på grund av att tillförsel av värme och fukt sker längs vägen genom spalten. Det är
12
av ytterst vikt att luftspalten inte bryts av avväxlingar eller andra korsande reglar som förhindrar den nödvändiga fuktfunktionen. (Petersson, 2007)
Tak som ventileras i sin helhet får en påverkan av utomhusluften och styrs utav lufttrycksdifferenser, flöden av värme och fukt. Detta påverkar fuktbalansen och värme- balansen i takkonstruktionen. Ventilationen i taket är en nyckel i att sänka fuktigheten i utrymmet och därmed förbättra fuktsäkerheten i konstruktionen.
Enligt BBR 6:5325 ökar kombinationen av kalla tak och välisolerade bjälklag risken för mikrobiell tillväxt. Detta exempelvis vid yttertakets insida. Därför bör lufttäthet iakttas vid ökad isolering av vindsbjälklag. (BFS 2011:6) Det finns alltså ett samband mellan ökad värmeisolering i bjälklag och ökat krav på fuktmotstånd mot fukttransport till takets kallvind. Enligt Petersson (2007) innebär att högisolerade kalltak och vindar är mer känsliga för fuktskador än sämre värmeisolerade kalltak. Idag har man en betydlig större krav på noggrannhet i utförandet av takkonstruktioner jämfört med vad som gällde tidigare då husen hade lägre isoleringsgrad.
Sammanfattningsvis är potentialen för att utföra takisolering och vindisolering mycket högre än övriga delar av klimatskärmen just av ren utförandetekniska skäl.
Luftläckage
Med luftläckageförluster avses förlust av värme på grund av luftläckage genom klimatskärm och vädring. Vädring är något som anses vara styrd av beteende hos brukaren och därmed svår att bestämma men luftläckaget är en följd av hur tät man har lyckats göra klimatskärmen. (Petersson, 2007)
Lufttätheten kan påverka den termiska komforten, ventilationen, förluster av värme och fukttillståndet i byggnaden enligt BBR 6:531 (BFS 2019:2).
Lufttätheten i byggnader prövas vid ett över- och undertryck vid 50 Pa tryckskillnad.
Tidigare gällde ett luftläckage om högst 0,8 𝑙/𝑠𝑚 men kravet har omformulerats till att
”klimatskärmen bör ha tillräckligt god täthet i förhållande till det valda ventilations- systemet för en god funktion och för injustering av flöden i de enskilda rummen. Även ur fuktskadesynpunkt bör klimatskärmens täthet säkerställas” enligt BBR 6:255 (BFS 2019:2) och till att ”klimatskärm ska vara så tät att kraven på byggnadens primärenergital och installerad eleffekt för uppvärmning uppfylls” enligt BBR 9:26 (BFS 2019:2).
Dock så ställs det krav på ett luftläckage om högst 0,6 𝑙/𝑠𝑚 för småhus och lokaler där 𝐴 är 50 m2 eller mindre enligt BBR tabell 9:2a. (BFS 2019:2)
Luftomsättningen i byggnader skapas utav det luftläckage som sker genom klimat- skärmens otätheter i vägg, tak och anslutningar mellan olika byggnadsdelar, luft- omsättningen som sker genom ventilationen och genom fönster och dörrar. (Petersson, 2007)
13
Värmekapacitet hos tunga respektive lätta stommar
Byggnadenstommar kan delas upp i två olika typer som är tunga och lätta stommar. Lätta stommar eller lätta väggar avser väggkonstruktioner som har liten värmekapacitet och fuktkapacitet. Massan av väggen är alltså ingen stor och utförs typiskt i form av reglar med mellanliggande isolering som på vardera sida skyddas mot inomhusluftens vattenånga och luftrörelser i luftspalten. (Petersson, 2007)
Tunga stommar eller tunga väggar är exempelvis tegelväggar, lättbetongväggar och betongväggar. Inom denna typ är de tunga materialen mer eller mindre delaktiga i energibalansen och fuktbalansen på så sätt att variationerna för värme och fukt invändigt dämpas ut jämfört med väggens motsatta sida. (Petersson, 2007)
Figur 3 visar att förändring av temperatur inomhus över ett dygn är mindre för en byggnad med tung stomme jämfört med en byggnad med lätt stomme.
Figur 3 - Inomhustemperatur under ett sommardygn med tung och lätt stomme (Adalberth, Kronvall &
Svensson, 1998)
De tunga stommarnas högre värmekapacitet tillåter värmelagring vid högre temperaturer och minskar en temperaturvariation inomhus. Det är dock endast det yttersta skiktet på konstruktionen upp till en decimeters djup som kan skapa denna värmelagring över dygnet och det krävs att skiktet är så blottat som möjligt mot rummet. (Wall, 2006) Tunga byggnader har alltså en högre kapacitet av värme och tål temperaturändringar mer än lätta. Detta innebär i sin tur att den tillförda värmen vid tillfälliga temperatur- sänkningar utomhus kan minskas och byggnaden blir därmed mer energieffektivt. Detta
14
måste tas i relation till byggnadens isolerförmåga. Bäst samverkan mellan dessa blir när isolerförmåga placeras utanpå klimatskärmen och den tunga materialen med hög värmekapacitet placeras längst in i klimatskärmen. (Petersson, 2007)
Den tunga stommen medför alltid inte stora energibesparingar även om det är vad man vill tro. Dock så medför den en fungerade värmekapacitet och en påtaglig effekt på komfort inomhus som kan upplevas. Detta genom att hålla nere den besvärande övertemperaturen under vissa sommar- och vårdagar vid intensiv solinstrålning då värmen kan lagras under dagen och avges under natten och ett jämnare och behagligare inomhusklimat kan upplevs. (Petersson, 2007)
3.1.3 Ventilation
Enligt BBR 6:92 ska byggnader och installationer i byggnader ha en utformning som ger förutsättningar för en god luftkvalitet i de rum där människor vistas mer än tillfälligt.
Luften ska vara fri från innehåll av föroreningen eller besvärande lukt. (BFS 2019:2) Enligt Abel & Elmroth 2016 kan utbyte av luft i ett rum utöver ventilation även tillämpas på små håligheter i byggnadskonstruktionen. Ventilation innebär alltså att frisk och ren luft tillförs rummet samtidigt som de uppkomna föroreningarna i luften förs bort. När detta sker kan även ventilationen föra bort en del värme från rummet, men detta är inte främsta uppgiften hos ventilationen i ett rum.
Ventilationssystemen kan delas efter olika tekniska lösningar. Detta styrs utav om det finns fläktar som styr ventilationsflödet eller inte och om luften som tillförs rummet behandlas eller inte. Tabell 3 redovisar de olika systemen:
Tabell 3 - Olika ventilationssystem efter teknisk lösning
Självdrag Självdragsystemet som även kallas för (S-system) är det enda icke mekaniskt styrda systemet. Frånluften från rummen transporteras genom skorstensverkan vilket skapas av att varmare inomhusluft är lättare än den kalla utomhusluften och då skapas ett undertryck i byggnadens nedre delar och ett övertryck i
byggnadens övre delar. Detta system är som
effektivast under vinter- och kallare perioder och inte lätt att styra. Ny frisk luft tas in direkt utifrån och har utomhustemperatur.
Systemet kräver mer utrymme och mer genomtänkta kanallösningar.
Frånluft Utan återvinning Frånluft utan återvinning kallas för (F-system). Det är ett mekaniskt styrt system med fläkt i
frånluftskanalerna där frånluften tas från de rummen med lägre kvalitet och tilluften tillförs till övriga rum genom exempelvis fönsterventiler. Likt S-systemet tas
15
den friska tilluften direkt utifrån som har utomhustemperatur.
Detta system är oberoende av utomhustemperaturen eller tryckskillnader utom- och inomhus.
Med återvinning Mekaniskt frånluftssystem med återvinning utav värmen kallas för (FX-system). Likt F-system styrs mängden frånluft men innan den skickas ut i form av avluft återvinns värmen genom en värmeväxlare. På så sätt kan en viss mängd energi i form av tillförd värme till byggnaden sparas in. Den återvunna värmen tillförs åter in i byggnaden oftast genom vattenburna system genom golvvärme eller radiatorer.
Från- och tilluft
Utan återvinning Ventilationssystem som har både styrd frånluft och tilluft utan någon återvinning kallas för (FT-system).
Till skillnad från system med endast mekanisk styrd frånluft har detta system tilluftskanaler. Innan tilluften tillförs rummet behandlas den i något luftbehandlingsaggregat. Detta system kan förekomma i en del äldre flerbostadshus.
Med återvinning Till skillnad från FT-systemet är denna typ av
ventilation som kallas för (FTX-system), utrustad med värmeväxlare för återvinning av värme ur frånluften.
FTX är den typ av ventilationssystem som är helt dominerande, mest energieffektivast och det
normala att installera idag. På detta sätt kan man dels styra mängden luftomsättning, dels kvalitet och temperatur på luften som tillförs rummet utan att förlora energieffektiviteten.
I och med att man mekanisk styr tilluften jämfört med system med endast frånluft blir dessa system mer komplicerade att utforma.
Enligt BBR 6:924 ska utformning av ventilationssystemen vara sådan att erforderliga uteluftflöden motsvarande 0,35 𝑙/𝑠 𝑜𝑐ℎ 𝑚 kan tillföras byggnader. Ventilations- systemen ska kunna föra bort fukt, besvärande lukt, hälsofarliga ämnen med mera. (BFS 2019:2)
De enkla systemen är där tilluften tas in direkt utan någon behandling. Dessa system kan fungera för en hel luftomsättning av rummet som sker varannan timme i enbostadshus och äldre flerbostadshus. (Abel & Elmroth, 2016)
16
3.2 Mått på byggnadens energirelaterade egenskaper
3.2.1 Värmegenomgångskoefficient
Klimatskärmens transmissionsförluster kan påverkas av klimatfaktorer såsom sol, vind och nederbörd. Direkt solstrålning kan innebära en temperaturhöjning på delar av klimatskärmen vilket temporärt medför sänkning av transmissionsförluster. Däremot kan vind och nederbörd ge den motsatta effekten. Byggnadsdelar som täcks av snö kan tidvis få ett tillskott till värmemotståndet men smältning av snön kan bidra till ökade transmissionsförluster. Man behöver normalt inte ta hänsyn till dessa faktorer vid bestämning av byggnadsdelens värmegenomgångskoefficient då de varken förändrar den eller isoleringsmaterialens värmeledningsförmåga. (Petersson, 2007)
Värmeisoleringsgraden kan bestämmas hos byggnadsdelar eller för hela klimatskärmen som en genomsnittlig värmegenomgångkoefficient, 𝑈 .
Enligt Petersson (2007) kan värmeflödet 𝑄(𝑊) genom en byggnadsdel och hela klimat- skärmen utifrån konduktans 𝐾 (𝑊/𝐾) beskrivas enligt Ekvation 1 respektive Ekvation 2.
𝑄 = 𝐾 ∗ (𝑇 − 𝑇 ) Ekvation 1
𝑄 = ∑ 𝐾 ∗ (𝑇 − 𝑇 ) Ekvation 2
Ekvation 1 kan med definition för värmegenomgångskoefficienten 𝑈 (𝑊/𝑚 𝐾) och arean 𝐴 (𝑚 ) skrivas om till Ekvation 3 för byggnadsdelen. (Petersson, 2007)
𝑄 = 𝑈 ∗ 𝐴 ∗ (𝑇 − 𝑇 ) Ekvation 3
Den genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten 𝑈 som gäller byggnadens hela klimatskärm med arean 𝐴 skrivs med de konduktanserna för de omslutande byggnads- delarna och köldbryggorna enligt Ekvation 4. (Petersson, 2007)
𝑈 =∑ ∑ ∗ ∑ Ekvation 4
𝐾 = 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑡𝑎𝑛𝑠 𝑓ö𝑟 𝑏𝑦𝑔𝑔𝑛𝑎𝑑𝑠𝑑𝑒𝑙 𝑖 (𝑊/𝐾)
𝛹 ∗ 𝑙 = 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑡𝑎𝑛𝑠 𝑓ö𝑟 𝑙𝑖𝑛𝑗ä𝑟 𝑘ö𝑙𝑑𝑏𝑟𝑦𝑔𝑔𝑎 𝑘 𝑚𝑒𝑑 𝑙ä𝑛𝑔𝑑𝑒𝑛 𝑙 (𝑊/𝑚𝐾) 𝑋 = 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑢𝑘𝑡𝑎𝑛𝑠 𝑓ö𝑟 𝑝𝑢𝑛𝑘𝑡𝑓𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔 𝑘ö𝑙𝑑𝑏𝑟𝑦𝑔𝑔𝑎 𝑗 (𝑊/𝐾)
𝑈 beräknas efter den sammanlagda invändiga ytan som gränsar mot uppvärmt utrymme inomhus, 𝐴 .
17
Om en byggnadsdel är uppbyggd av enbart homogena skikt av material där skikten ligger vinkelrätt mot värmeflödesriktningen kan man addera de olika materialskiktens värme- motstånd inklusive värmegångsmotstånd med varandra vid beräkning av värme- genomgångskoefficienten. För materialskikten beräknas konduktansen enligt Ekvation 5 och för hela byggnadsdelen beräknas den enligt Ekvation 6 eller enklare genom Ekvation 7. (Petersson, 2007)
𝐾 = 𝐴 Ekvation 5
𝜆 = 𝑣ä𝑟𝑚𝑒𝑙𝑒𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑓ö𝑟𝑚å𝑔𝑎𝑛 ℎ𝑜𝑠 𝑒𝑡𝑡 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 (𝑊/𝑚𝐾) 𝑑 = 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙𝑠𝑘𝑖𝑘𝑡𝑒𝑡𝑠 𝑡𝑗𝑜𝑐𝑘𝑙𝑒𝑘 (𝑚)
𝐾 =
∗ ⋯ ∗ Ekvation 6
𝑎 = 𝑖𝑛𝑟𝑒 ö𝑣𝑒𝑟𝑔å𝑛𝑔𝑠𝑘𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑛 (𝑊/𝑚 𝐾) 𝑎 = 𝑦𝑡𝑡𝑟𝑒 ö𝑣𝑒𝑟𝑔å𝑛𝑔𝑠𝑘𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑛 (𝑊/𝑚 𝐾)
𝐾 = ⋯ Ekvation 7
𝑅 , 𝑅 , 𝑅 𝑒𝑡𝑐 = 𝑜𝑙𝑖𝑘𝑎 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙𝑠𝑘𝑖𝑘𝑡𝑒𝑛𝑠 𝑣ä𝑟𝑚𝑒𝑚𝑜𝑡𝑠𝑡å𝑛𝑑 (𝑚 ∗ 𝐾/𝑊) 𝑅 = 𝑖𝑛𝑟𝑒 𝑣ä𝑟𝑚𝑒ö𝑣𝑒𝑟𝑔å𝑛𝑔𝑠𝑚𝑜𝑡𝑠𝑡å𝑛𝑑 (𝑚 ∗ 𝐾/𝑊)
𝑅 = 𝑦𝑡𝑡𝑟𝑒 𝑣ä𝑟𝑚𝑒ö𝑣𝑒𝑟𝑔å𝑛𝑔𝑠𝑚𝑜𝑡𝑠𝑡å𝑛𝑑 (𝑚 ∗ 𝐾/𝑊)
Oftast är byggnadsdelar konstruerade på så sätt att de innehåller ett eller flera skikt som har olika värmeledande egenskaper och konduktansen för dessa byggnadsdelar med inhomogena skikt kan beräknas enligt λ-värdesmetoden som representerar det högre gränsvärdet för 𝐾 , Ekvation 6, och U-värdesmetoden som representerar det lägre gränsvärdet för 𝐾 , Ekvation 7. Konduktansen kan man därefter beräkna genom att sammanväga dessa två gränsvärden enligt Ekvation 8. (Petersson, 2007)
𝐾 = ∗ Ekvation 8
3.2.2 Energibehov och effektbehov
Den mängd värmeenergi som går åt för att värma upp en byggnad och övrigt uppvärmningsbehov under ett år kallas för energibehov. Energibehovet styrs av medel-
18
temperaturen utomhus under uppvärmningssäsongen enligt Petersson (2007).
Energibehovet krävs för att balansera förekommande värmeförluster som transmissionsförluster, ventilations-förluster, konvektionsförluster, infiltrationsförluster och energianvändning för bland andra tappvarmvatten, fläktar och fastighetsel. Eventuell värmeåtervinning från ventilationen och övriga värmetillskott från varmvatten, hushållsel, personvärme och solvärme räknas in som tillskott i beräkningen som redovisas i Ekvation 9. (Petersson, 2015)
𝑄 = 𝑄 + 𝑄 + 𝑄 + 𝑄 + 𝑄 , − 𝑄å − 𝑄 Ekvation 9
Beräkningen av 𝑄 görs för normalårstemperatur utomhus och tilltänkt temperatur inomhus och vid normal förbrukning av tappvarmvatten och normal vädring.
Vid verifiering av energi genom mätning, exempelvis vid energideklarationer, görs normalårskorrigeringar för utomhustemperaturer som har varit aktuella, korrigeringar för eventuell onormal förbrukning av tappvarmvatten eller andra faktorer så som onormal hög inomhustemperatur. (Petersson, 2015)
Förbrukning och uppvärmning av tappvarmvatten varierar kraftigt och är beroende på brukarnas beteenden och vanor. Typiskt energibehov som går åt för uppvärmning av tappvarmvatten ligger mellan 2 000 – 5 000 𝑘𝑊ℎ per bostad och år. (Petersson, 2015) Ventilationsförluster (𝑘𝑊ℎ/å𝑟) kan beräknas enligt Ekvation 10:
𝑄 = ö ∗ 𝐴 ∗ 1000 ∗ 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑡𝑖𝑚𝑚𝑎𝑟 ∗ Ekvation 10
Luftläckageförluster (𝑘𝑊ℎ/å𝑟) kan beräknas enligt Ekvationen 11:
𝑄 = 0,04 ∗ ä ∗ 𝐴 ∗ 1000 ∗ 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑡𝑖𝑚𝑚𝑎𝑟 ∗ Ekvation 11
Effektbehovet i en byggnad är det maximala energiflödet under året och är beroende av den kallaste perioden som kan uppstå under året. Detta behov ska räcka till för att bibehålla en tillfredställande inomhusklimat under den kallaste vinterperioden och påverkas även av byggnadens värmekapacitet. Effektbehovet ska alltså kompensera för bland annat värmeförlusterna och även energi för tappvarmvatten och ska därför dimensionera värmeanläggningen. (Petersson, 2007)
Enligt Petersson (2007) mäts värmehållningen i en byggnad enligt den så kallade tidkonstanten. Ju högre tidskonstanten är desto högre är värmetrögheten i byggnaden.
Tidskonstanten (𝜏) anges i timmar eller dygn och beskriver hur länge det tar för temperaturen inomhus att minska med 63 % vid temperaturomslag, se Figur 4.
19
Figur 4 - byggnader med hög- och låg värmetröghet (källa: https://www.isover.se/news/hallbart-byggande- del-3-varmetroghet-vad-betyder-det-byggnadsutformningen)
3.2.3 Byggnadens energiprestanda
Under perioden 2006 och 1 juli 2017 byggnadens energiprestanda uttrycktes som specifik energianvändning. Därefter ändrades begreppet till primärenergital. Därför skiljer sig dels beräkning och framtagning av byggnadens energiprestanda som framgår av energi- deklarationen beroende på när energideklarationen är framtagen. Den specifika energianvändningen kommer fortsatt att finnas med på energideklarationer som information. Redovisningen kan även skilja sig då nyare energideklarationer klassar byggnaden från A till G. (Boverket, 2021)
Energiberäkning genom BBR 24 var baserad på 4 olika klimatzoner, redovisade som romerska siffror i Figur 5, medan BBR 25 och senare behandlar olika geografiska justeringsfaktorer 𝐹 som är olika för olika kommuner, redovisade som olika färger i Figur 5.
20
Figur 5 - Klimatzoner enligt BBR 24 är märkta med romerska siffror och färger redovisar justeringsfaktor för varje kommun enligt BBR 25 och senare (Boverket, 2017)
Byggnadens energiprestanda kan bestämmas på olika nivåer eller olika systemgräns.
Energiprestanda beskrivs i 1 kap. 3 § PBF (SFS 2011:338) som ”den mängd levererad energi som behövs för uppvärmning, kylning, ventilation, varmvatten och belysning vid ett normalt bruk av en byggnad, undantaget sådan energi från sol, vind, mark, luft eller vatten som alstras och används i byggnaden eller på dess tomt”.
Energiprestanda uttryckt i specifik energianvändning är ”energianvändningen fördelat på 𝐴 uttryckt i 𝑘𝑊ℎ/𝑚 och år. Hushållsenergi inräknas inte. Inte heller verksamhetsenergi som används utöver byggnadens grundläggande verksamhetsanpassade krav på värme, varmvatten och ventilation” enligt BBR 9:2 (BFS 2016:13). Den specifika energianvändningen enligt BBR 9:12 beräknas enligt Ekvation 12.
(BFS 2016:13)
𝐸 = 𝐸 /𝐴 Ekvation 12
I PBF (SFS 2011:338) 1:3 beskrivs primärenergi som ”den energi som inte har genomgått någon omvandling”. Energiprestanda uttryckt i primärenergital ”utgörs av byggnadens energianvändning, där energi till uppvärmning har korrigerats med en geografisk justeringsfaktor (𝐹 ), multiplicerat med primärenergifaktor för energibärare och
21
fördelat på 𝐴 (𝑘𝑊ℎ/𝑚 𝑜𝑐ℎ å𝑟)” enligt BBR 9:12 (BFS 2019:2). Primärenergitalet beräknas enligt Ekvation 13. (BFS 2019:2)
𝐸𝑃 =
∑ , , , , ∗
Ekvation 13 Primärenergifaktorn (𝑃𝐸 ) för el är 1,6 och för övriga energikällor 1,0 enligt tabell 9:2b BBR (BFS 2019:2).
Genom att justera energiprestandan efter den geografiska justeringsfaktorn kan primärenergitalet bli densamma för liknande byggnader oavsett vart på landet byggnaden är placerad. På så sätt blir primärenergitalet mer representativ för energiprestandan. Den geografiska justeringsfaktorn för alla kommuner i Stockholms län är 1,0. (Boverket, 2021) Figur 6 visar de olika systemgränserna där systemgräns C redovisar primärenergin. Genom användning av primärenergital vid bestämning av byggnaders energiprestanda får man en rättvisare jämförelse mellan byggnaders klimatbelastning och livscykelanalyser vad gäller energianvändning. (Jernkontoret, 2021)
Figur 6 - Olika systemgräns för bestämning av byggnadens energiprestanda (Boverket, 2018)
22
3.3 Bygglagstiftning
Bygglagstiftningen innehåller en bindande samt en rådgivande del. Den bindande delen har en regelhierarki som följer; grundlag, lag, förordning och föreskrift. Den rådgivande delen består exempelvis av allmänna råd i boverkets byggregler (BBR). (Boverket, 2021) 3.3.1 Plan- och bygglagen (2010:900)
Plan- och bygglagen (PBL) är den lag som har beslutats av riksdagen och innehåller bestämmelser om bland annat byggande. Lagen är nu gällande, trädde i kraft 2 maj 2011 och då upphörde äldre plan- och bygglagen (1987:10) och lagen (1994:874) om tekniska egenskapskrav på byggnadsverk, med mera att gälla. Enligt 1 kap. 1 § PBL (SFS 2010:900)
”Bestämmelserna syftar till att, med hänsyn till den enskilda människans frihet, främja en samhällsutveckling med jämlika och goda sociala levnadsförhållanden och en god och långsiktigt hållbar livsmiljö för människorna i dagens samhälle och för kommande generationer.”
Ett byggnadsverk ska enligt PBL 8:4 (SFS 2010:900), bland andra ha tekniska egenskaper i fråga om:
energihushållning och värmeisolering,
skydd med hänsyn till hygien, hälsa och miljön
tillgänglighet och användbarhet för personer med nedsatt rörelse- eller orienteringsförmåga
”En byggnad som är särskilt värdefull från historisk, kulturhistorisk, miljömässig eller konstnärlig synpunkt får inte förvanskas.” i enlighet med 8 kap. 13 § PBL. (SFS 2010:900) Avsteg från energikraven kan göras då de kulturhistoriska värden överväger energi-kraven enligt PBL 8:7. Utöver detta ska ändringar göras varsamt där särskild hänsyn tas till byggnadens karaktärsdrag, tekniska-, historiska-, kulturhistoriska-, miljömässiga- och konstnärliga värden enligt PBL 8:13. ”Ändring av en byggnad och flyttning av en byggnad ska utföras varsamt så att man tar hänsyn till byggnadens karaktärsdrag och tar till vara byggnadens tekniska, historiska, kulturhistoriska, miljömässiga och konstnärliga värden.”
i enlighet med 8 kap. 17 § PBL. (SFS 2010:900)
I 1 kap. 4 § PBL (SFS 2010:900) definieras ändring av en byggnad som att ”en eller flera åtgärder som ändrar en byggnads konstruktion, funktion, användningssätt, utseende eller kulturhistoriska värde.”
Det krävs bygglov för att ändra en byggnad om ändringen innebär att ”byggnaden helt eller delvis tas i anspråk eller inreds för ett väsentligen annat ändamål än det som byggnaden senast har använts för eller enligt senast beviljade bygglov har anpassats till utan att den avsedda användningen kommit till stånd” eller att ”det i byggnaden inreds någon ytterligare bostad [..] enligt 9 kap. 2 § PBL. ” (SFS 2010:900)
23
Ändringar så som invändig tilläggsisolering av tak eller vindsbjälklag som inte påverkar byggnadens yttre kräver vare sig bygglov eller anmälan enligt PBL då det inte anses ändra byggnaden. Andra åtgärder såsom utvändig tilläggsisolering av ytterväggar eller byte av fönster är bygglovspliktiga, särskilt för äldre och kulturhistoriskt byggnader.
3.3.2 Lag om energideklaration för byggnader (2006:985)
Enligt 1 § Lagen om energideklaration är syftet med denna lag att ”främja en effektiv energianvändning och en god inomhusmiljö i byggnader” och ska tillämpas på de byggnader som använder energi för att påverka byggnaders inomhusklimat. (SFS 2006:985)
En energideklaration får, efter att ha blivit upprättad, användas i tio år. Av energi- deklarationen ska det framgå bland andra uppgifter om byggnadens energiprestanda.
Energideklarationer som uppfördes innan 1 juli 2012 är enligt äldre föreskrifter som gällde och innan den nya lagen trädde i kraft. Figur 8 till vänster visar olika energiklassningar av byggnaden enligt nu gällande energideklarationer och Figur 7 till höger visar olika energinivåer enligt tidigare gällande bestämmelser.
Byggnaders energiprestanda ska anges som byggnadens primärenergital. Korrigering av den uppmätta energianvändningen ska göras för att kunna bestämma byggnadens energianvändning vid normalt brukande och ett normalt år (BEN). (SFS 2006:985)
Figur 8 – Nu gällande energiklassningar av en
byggnad (Boverket, 2021) Figur 7 – Tidigare gällande energinivåer av en byggnad (Boverket, 2021)
24
3.3.3 Boverkets föreskrifter
Boverkets byggregler (BBR) innehåller föreskrifter och allmänna råd till PBL samt PBF.
Föreskrifterna gäller bland annat då nya byggnader uppförs eller vid ändringar av byggnader. (BFS 2011:6)
Rumshöjd
Rumshöjden vid inredningar vindar till bostadslägenheter bör uppfylla de krav som ställd vid nybyggnad enligt BBR 3:53. Rumshöjden ska vara 2,40 meter i bostäder enligt BBR 3:3111. (BFS 2019:2)
Ljud
Byggnader som innehåller bland annat bostäder ska enligt BBR 7:1 ”utformas så att uppkomst och spridning av störande ljud begränsas så att olägenheter för människors hälsa därmed kan undvikas”. Kraven anses uppfyllda om ljudklass C enligt SS 25268 uppnås enligt BBR 7:22. (BFS 2019:2)
Ändringar i en konstruktion kan påverka förmågan att reducera ljud. En försämring kan vara om bjälklagsfyllningar av tunga material byts ut mot lättare material enligt BBR 7:41.
(BFS 2019:2) Energikrav
Utformning av byggnader ska vara sådan att energianvändningen begränsas. Detta ska ske bland annat genom låga värmeförluster enligt BBR 9:1. (BFS 2019:2)
Enligt tabell 9:2a BBR 28 (BFS 2019:2) gäller vid nybyggnad av flerbostadshus att 𝑈 är max 0,4 (𝑊/𝑚 𝐾) och som högsta tillåtna energiprestanda uttryckt som primärenergital (𝐸𝑃 ) gäller 85 𝑘𝑊ℎ/𝑚 𝐴 𝑜𝑐ℎ å𝑟. Dock kan tillägg göras med 70(𝑞 − 0,35) i flerbostadshus där 𝐴 överstiger 50 𝑚 och där lägenheterna till övervägande del har en boarea om högst 35 𝑚 vardera och 𝑞 överstiger 0,35 𝑙/𝑠 𝑜𝑐ℎ 𝑚 . Tillägget kan dock endast användas på grund av krav på ventilation i vissa utrymmen som badrum, toalett och kök. Tillägg på ökat luftflöde får tillgodoräknas om högst 0,6 𝑙/𝑠 𝑜𝑐ℎ 𝑚 . Enligt tabell 9:23a BBR 24 (BFS 2016:13) som gällde då den studerade vinden inreddes, gällde för nybyggnad av flerbostadshus att 𝑈 var max 0,4 (𝑊/𝑚 𝐾) och för flerbostadshus som hade annat uppvärmningssätt än elvärme inom zon III, 80 𝑘𝑊ℎ/𝑚 𝐴 𝑜𝑐ℎ å𝑟 som högsta tillåtna energiprestanda uttryckt som specifik energianvändning.
Alternativet för att uppfylla kraven för byggnadens energiprestanda var att uppfylla kraven för 𝑈 enligt BBR 24, se Tabell 4.
Tabell 4 - Alternativa krav på byggnader med annat uppvärmningssätt än elvärme (BBR tabell 9:4)
Byggnadsdel 𝑈 (𝑊/𝑚 𝐾)
𝑈 0,13
𝑈 ä 0,18
25
𝑈 0,15
𝑈ö 1,3
𝑈 ö 1,3
BEN (2016:12)
Boverkets föreskrifter för byggnadens energianvändning vid normalt brukande och ett normalt år (BEN) ska tillämpas vid verifiering av byggnadens primärenergital enligt avsnitt 9 i BBR. 1 kap. 4 § i författningen beskriver normalisering som ”korrigering av uppmätt energi vid fastställande av byggnadens energianvändning knuten till normalt brukande och för ett normalår” och normalt brukande som ”användning av en byggnad som avspeglar antingen ett standardiserat brukande eller för lokaler den verksamhet som byggnaden är avsedd för”. (BFS 2018:5)
2 kap. 3 § BEN anger att ”Vid beräkning av byggnadens energianvändning ska byggnadens utformning, placering och orientering beaktas, inklusive utomhusklimat och passiv solinstrålning. Data för utomhusklimatet ska vara representativt för ett normalår för den ort där byggnaden är belägen.” (BFS 2018:5)
När beräkning av byggnadens energianvändning görs ska man beakta U-värde för olika delar av klimatskärmen, köldbryggor och klimatskärmens luftläckage. Även byggnadens värmekapacitet bör beaktas i beräkningen i de fall denna faktor bedöms ha en inverkan.
(BFS 2018:5)
Vid beräkning av energianvändning för flerbostadshus ska brukarindata enligt Tabell 5 användas.
26
Tabell 5 - Brukarindata för nya flerbostadshus enligt Tabell 2:2 i BEN (BFS 2018:5)
Tabell 6 anger olika värde för vid beräkning av antal person i bostäder, baserad på antal rum.
Tabell 6 - Beräkning av antal personer i bostäder enligt Tabell 3:2 i BEN (BFS 2018:5)
Innan normalisering görs ska omfattningen av mätningen i byggnaden beaktas. ”Om energi till uppvärmning, komfortkyla, tappvarmvatten och byggnadens fastighetsenergi inte har mätts separat ska den uppmätta energin fördelas i den utsträckning som behövs för att genomföra normaliseringen” i enlighet med 3 kap. 2 § BEN. (BFS2017:6)
För normalisering av energi till tappvarmvatten i flerbostadshus gäller att levererad energi för uppvärmning av tappvarmvatten ska beräknas enligt Ekvation 14 där 𝜂 är årsverkningsgraden hos värmekällan för produktion av tappvarmvatten. Om uppgifter för årsverkningsgraden saknas, kan 1,0 användas som 𝜂 för fjärrvärme. (BFS 2018:5)
