Klimatoptimering av ett småhus med massiv trästomme

Klimatoptimering av ett småhus med massiv trästomme

Climate optimization of a single-family house with a solid wooden frame

Examensarbete, 15 hp, Byggingenjörsprogrammet VT 2021

Victor Ferm

Henrik Hillvik

ii

Förord

Examensarbetet är skrivit för byggingenjörsprogrammet vid Malmö universitet och omfattar 15 hp. Författarna skriver examensarbetet som ett sista moment efter tre års studier där erfarenheten och kunskapen mynnar ut i det här arbetet.

Klimatet blir en allt större fråga i hela samhället och inte minst i byggbranschen och vi hoppas att vårt arbete kan bidra till att minska klimatpåverkan från byggbranschen.

Avslutningsvis vill vi tacka vår handledare Simon Siggelsten för hans engagemang och vägledning.

Malmö 2020-05-25

iii

Sammanfattning

Klimatkrisen gör sig mer påmind i vardagen och byggbranschen bär en betydande roll. I dagens byggskede kan bygg- och materialfasen uppgå till 50 % av byggnadens klimatpåverkan mätt i koldioxidekvivalenter. Undersökningen syftar till att klimatoptimera ett fiktivt småhus med ytterväggar endast i trä. Klimatpåverkan för ett småhus undersöks beroende av stomsystem och uppvärmningssystem. Studien kommer att fokusera på två olika stomsystem av massivt trä.

De frågor som ska besvaras är vilken klimatpåverkan en byggnad av massivt trä har. Vilken dimension på KL-trä krävs för att klara BBR:s krav? Vilken kombination av stomsystem och uppvärmning är den mest optimala för Malmö och Stockholm? Hur många år tar det för att uppvärmningen ska ha en större klimatpåverkan än tillverkningen av byggnaden. Hur stor klimatpåverkan kommer den mest optimerade byggnaden ha efter 50 år?

Tillvägagångsättet för att ta fram data har varit att byggnaden har simulerats i VIP-Energy där energiberäkningar har utförts. Mängd- och energiberäkningar har sedan översatts till koldioxidekvivalenter i programmet BM för att beräkna klimatpåverkan för byggnaderna med tillhörande värmesystem.

Ett av stomsystemen som undersöks är korslimmat trä i dimensionerna 330 mm och 400 mm.

Det andra stomsystemet som undersöks är IsoTimber med dimensionerna 300 mm och 400 mm.

Korslimmat trä är massiva träskivor som limmas ihop vinkelrätt med fiberriktningen för att skivan ska få maximal styvhet. IsoTimber består av stående träreglar där det sågas skåror för att skapa stillastående luft med stabilisering och vindtäthet av träskivor på respektive sida av reglarna. De uppvärmningssystem som undersöks i Malmö är fjärrvärme, frånluftsvärmepump och luft-vattenvärmepump. De uppvärmningssystem som undersöks i Stockholm är fjärrvärme, frånluftsvärmepump och bergvärmepump.

Resultatet visar att KL-trä har en lägre generell klimatpåverkan än vad stommen av IsoTimber har. Dimensionen för att klara BBR:s energikrav med KL-trästomme är 330 mm. Den mest optimerade kombinationen av stomsystem och uppvärmning ur klimatsynpunkt är IsoTimber 300 mm med fjärrvärme för Malmö och Stockholm. Resultatet visar att energiförbrukningen från uppvärmningen kommer ha en större klimatpåverkan än tillverkningen för det mest optimerade alternativet först efter 22 år för Malmö och 44 år för Stockholm. Byggnaden som har minst klimatpåverkan efter 50 år är IsoTimber 300 mm med fjärrvärme som uppvärmningssystem där klimatpåverkan är 57,8 ton CO2e i Malmö och 43,7 ton CO2e i Stockholm.

Studien visar att det krävs pålitliga omräkningsfaktorer för att översätta konstruktionsdelar och uppvärmningssystem till koldioxidekvivalenter. Vid omräkningsfaktorn för uppvärmning då fjärrvärme används skiljer sig värdena åt mellan klimatzonerna vilket gör att resultatet får en stor spridning. Studien ser även att fjärrvärmens omräkningsfaktor kontinuerligt kommer att förbättras vilket gör att klimatpåverkan minimeras. Det mest optimerade alternativet, 300 mm IsoTimber med fjärrvärme för uppvärmning är ett alternativ med låg klimatpåverkan som ändå bibehåller en hög komfort för användaren.

Sökord: IsoTimber, KL-trä, Koldioxidekvivalenter, Trästomme, Uppvärmningssystem

iv

Abstract

The climate crisis is becoming more prominent in everyday life and the construction industry plays a significant role. The study aims to optimize the climate of a fictional house with exterior walls made of wood. By investigating the climate impact of a building with a solid wooden frame depending on the heating system. The study will focus on two different frame systems, one of which is made of cross-glued wood and one of IsoTimber. The questions are what climate impact a solid wood building does have. What dimension of cross-glued wood is required to meet BBR's requirements? Which combination of frame system and heating system is the most optimal for Malmö and Stockholm? How many years does it take for the heating to have a greater climate impact than the manufacture of the building? How much climate impact will the most optimized building have after 50 years? In the VIP-Energy program, energy calculations have been performed. Quantity and energy calculations have then been translated into carbon dioxide equivalents in the BM program to calculate the climate impact for the buildings with associated heating systems.

The results show that cross-glued wood has a lower general climate impact than the frame of IsoTimber. The dimension for meeting BBR's energy requirements with a cross-glued wood frame is 330 mm. The most optimized combination of frame system and heating from a climate point of view is IsoTimber 300 mm with district heating for Malmö and Stockholm. The results show that energy consumption from heating will have a greater climate impact than production for the most optimized alternative only after 22 years for Malmö and 44 years for Stockholm.

The building with the least climate impact after 50 years is IsoTimber 300 mm with district heating where the climate impact is 57,7 ton CO2e in Malmö and 43,7 ton CO2e in Stockholm.

The study shows that reliable conversion factors are required to translate components and heating systems into carbon dioxide equivalents. The current conversion factor for heating when district heating is used differs between the climate zones, which means that the result is widely distributed. The best optimized alternative, 300 mm IsoTimber with district heating is a good alternative with a low climate impact that still maintains a high level of comfort for the user.

Keywords: Carbon dioxide equivalents, Cross-glued wood, Heating system, IsoTimber, Wood frame

v

Innehållsförteckning

1 Inledning ... 6

1.1 Bakgrund ... 6

1.2 Syfte ... 7

1.3 Frågeställningar ... 7

1.4 Avgränsning ... 7

2 Metod och genomförande ... 8

2.1 Tillvägagångssätt ... 8

2.2 Beskrivning av byggnad ... 8

2.3 Beräkningsprogram ... 11

3 Tidigare studier ... 12

3.1 Byggandets klimatpåverkan ... 12

3.2 Case Ripan i Kiruna ... 12

3.3 Klimatpåverkan från byggprocessen ... 12

4 Teori ... 14

4.1 Koldioxidekvivalenter (CO2e) ... 14

4.2 Installationer ... 14

4.3 Teknisk livslängd för byggnad ... 15

4.4 Um-krav ... 15

4.5 Minsta dimension för KL-trä ... 16

4.6 Primärenergital ... 17

5 Resultat ... 18

5.1 Byggnadens bidrag av koldioxidekvivalenter ... 18

5.2 Minsta dimension för KL-trä ... 18

5.3 Koldioxidekvivalenter från uppvärmning ... 18

5.4 Totalt bidrag av koldioxidekvivalenter efter 1, 10 och 50år ... 19

5.5 Brytningspunkt mellan uppvärmning och produktionsskedet... 21

6 Diskussion och analys ... 24

6.1 Byggnad ... 24

6.2 Klimatpåverkan ... 25

6.3 Anknytning till tidigare forskning ... 28

7 Slutsatser ... 29

7.1 Vidare forskning ... 29

Referenser ... 31

Bilagor ... 36

Bilaga 1; Byggnad ... 36

Bilaga 2; Mängdning av material ... 38

Bilaga 3; Byggnadens klimatpåverkan ... 39

Bilaga 4; VIP-Energy ... 40

Bilaga 5: Beräkningsflöde för KL-trästomme ... 41

Bilaga 6; Omräkningsfatorer för energi ... 43

Bilaga7; Primärenergital ... 44

Bilaga 8; Klimatpåverkan efter 1, 10 och 50 år ... 47

6

1 Inledning

1.1 Bakgrund

Klimatkrisen gör sig mer påmind i vardagen där byggbranschen spelar en betydande roll. De klimatförändringar som sker orsakas framför allt av människans utsläpp av växthusgaser. De vanligaste växthusgaserna är koldioxid, metan och lustgas. (Naturskyddsföreningen, 2021).

Växthusgaserna bidrar till växthuseffekten som är nödvändig för att behålla värmen från solen innanför jordens atmosfär. Problemet är att människan förstärker växthuseffekten med sina utsläpp till den grad att temperaturen på jorden stiger för mycket (Naturvårdsverket, 2021). De olika gaserna bidrar olika mycket till växthuseffekten men går att jämföras genom att räkna om de till koldioxidekvivalenter. Byggsektorn bär ansvaret för utsläppen av stora mängder växthusgas och en förändring behöver ske. Branschen har sedan länge lagt ner energi för att skapa energi- och klimateffektiva byggnader. I dagens byggskede kan koldioxidutsläppen uppgå till 50 % av klimatbelastningen i bygg- och materialfasen (Bülow, 2021). Sverige har som mål att senast år 2045 inte ha något nettoutsläpp av växthusgaser. Vilket gör att bygg och fastighetsbranschen måste arbeta hårt för att minska utsläppen av växthusgaser. År 2022 avser regeringen att införa krav på att en klimatdeklaration upprättas och lämnas in för uppförandet av nya byggnader som ett steg för att uppnå klimatmålen (Boverket, 2021b).

Genom att rikta blicken mot byggnadens hela livscykel och inte enbart fokusera på byggnadens U-värden ses trä som ett motiverat materialval. Ur ett livscykelperspektiv medför materialval av trä en rad positiva effekter så som låg energianvändning vid utvinning, det binder koldioxid och är lätt att återbruka (Svenskt Trä, 2020). Utöver träets miljöpositiva effekter finns utrymme för nytänkande om hur materialet kan optimeras. Ett material som blir alltmer vanligt att bygga stommar i är korslimmat trä, KL-trä. KL-trästommar har många fördelar som hög bärighet, enkla att montera, högt brandmotstånd och bidrar till ett bra inomhusklimat. Framför allt är KL- trä ett bra miljöval då det endast innehåller förnyelsebara råvaror (Svenskt trä, 2015).

En studie där flerbostadshus tillverkade av massiva trästommar inverteras ur ett livscykelperspektiv visar att ytterväggarna i trä står för ca 7 % av byggandens totala klimatpåverkan (Larsson, et al., 2016).

Tidigare har det funnits begränsningar i hur höga byggnader i trä fick byggas och man fick inte bygga högre än två våningar. Begränsningarna uppkom efter omfattande bränder och år 1888 eldhärjades både Umeå och Sundsvall. Efter många år av förbud kom en ny bygglagstiftning år 1994 som tillät högre byggnader i trä om de uppfyllde de funktionsbaserade byggreglerna. När intresset för att bygga mer hållbart ökade runt 2000-talet kom ett uppsving i att bygga högre träbyggnader. Det är fortfarande en utmaning att utforma ett tillräckligt brandskydd i höga träbyggnader men utvecklingen går framåt. Exempel på brandskydd som används är sprinklersystem och hybridlösningar där en del av de bärande bjälklagen är av betong (Brandskyddsföreningen, 2020).

Ett av världens högsta trähus är Skellefteås nya kulturhus Sara som är 20 vångar högt. Den höga delen av huset som huserar hotell är uppfört i prefabricerade moduler av massivt trä staplade på varandra och stabiliseras av två trappkärnor av KL-trä. Den lägre delen av huset där själva kulturhuset är placerat är byggt av limträpelare och KL-träskivor, konstruktionen tar ned lasten och stabiliserar hela höghuset (Trästad, 2017).

7

1.2 Syfte

Undersökningen syftar till att klimatoptimera ett småhus med ytterväggar tillverkade i endast trä. Genom att undersöka vilken klimatpåverkan en byggnad med trästomme har beroende på uppvärmningsalternativ och dimension på stomsystemet. Målet för optimeringen är att ta fram alternativ för trästommar till småhus som klarar de byggtekniska krav som ställs på en byggnad.

Undersökningen ska underlätta valet av uppvärmningssystem och valet av dimensioner för stomsystemet beroende på vilket geografiskt läge byggnaden har.

1.3 Frågeställningar

• Vad har tillverkningen av en byggnad med ett stomsystem av massivt trä för klimatpåverkan?

• Vilken dimension på KL-trä krävs för att klara BBR:s energikrav?

• Vilken kombination är ur klimatsynpunkt den mest optimala av stomsystemets dimension och uppvärmningssystem beroende på klimatzon?

• När kommer energiförbrukningen från uppvärmning ha större klimatpåverkan än tillverkningen för det mest optimerade stomsystemet och i respektive stad?

• Hur stor klimatpåverkan kommer den mest optimerade byggnaden ha efter 50 år?

1.4 Avgränsning

Undersökningen kommer endast att beakta stomsystem i massivt KL-trä samt färdiga stomsystemsalternativ från tillverkaren IsoTimber. Endast två olika dimensioner av stommen från IsoTimber, 300 och 400 mm utan KL-träförstärkning undersöks. De klimatzoner som undersöks är avgränsade till Malmö och Stockholm. I rapporten undersöks endast tre olika uppvärmningsalternativ per klimatzon. Den ekonomiska faktorn beaktas ej. Klimatpåverkan från byggarbetsplatsen kommer inte att tas i beaktan.

8

2 Metod och genomförande

I detta avsnitt beskrivs hur undersökningen är genomförd, vilka metoder som används samt beräkningsprogram. Här definieras även byggnaden undersökningen baseras på.

2.1 Tillvägagångssätt

Programmet BM används för att beräkna koldioxidekvivalenterna för byggnadsdelarna som använts. BM använder boverkets databas med generiska klimatdata för att beräkna hur mycket koldioxidekvivalenter byggproduktion, transporter och materialproduktion bidrar med.

Byggnadsdelarna och byggnaderna med de olika stomsystemens klimatdata redovisas i bilaga 1. I bilaga 3 redovisas summan av koldioxidekvivalenterna som byggnaden i byggskedet bidrar med beroende på stomsystem. För att se vad de specifika konstruktionsdelarna motsvarar i koldioxidekvivalenter, se bilaga 2.

För att bestämma den dimensionerande dimensionen för KL-trästommen beräknas ytterväggen tillsammans med hela byggnaden så att kraven från Boverkets byggreglers uppfylls. De krav som måste uppfyllas är den genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten samt primärenergitalet (Boverket, 2020b).

För att beräkna bidraget av koldioxidekvivalenter från uppvärmningen måste byggnadens primärenergital beräknas. Energiprestandan för byggnaden beräknas i VIP-Energy (Strusoft, 2021). VIP-Energy har i denna undersökning använts för att bygga upp ett fiktivt hus så att värmegenomgångskoefficienten och primärenergitalet uppfyller Boverkets byggregler.

Primärenergitalet har beräknats med fyra olika värmekällor och tillhörande ventilationssystem som beskrivs i kapitel 4.2 samt fyra olika trästommar enligt kapitel 2.2. Utdrag från VIP-Energy (Strusoft, 2021) hur beräkningsflödet har genomförts redovisas enligt bilaga 4.

För att kunna översätta byggnadens primärenergital till byggnadens klimatpåverkan under bruksskedet multipliceras byggnadens primärenergital med en omräkningsfaktor, bilaga 6.

Resultatet visar hur många kilo koldioxidekvivalenter byggnadens uppvärmning bidrar med till växthuseffekten. För att beräkna hur mycket CO2e utsläpp byggnadens uppvärmning bidrar till per år multipliceras utsläppsfaktorn (kg CO2e/kWh) med byggandens primärenergital och bruttoarea.

Genom att beräkna vart brytningspunkten går mellan uppvärmning och produktionsskedet ges en tydlig bild om byggnadens miljöpåverkan med tiden som en nyckelfaktor. För att beräkna vart brytningspunkten är i koldioxidekvivalenter mellan uppvärmning och produktionsskedet används en jämviktsekvation där antal år används som okänd variabel och ställs upp med hjälp av stommens klimatverkan och uppvärmningskostnaden per år i koldioxidekvivalenter.

2.2 Beskrivning av byggnad

Undersökningen grundar sig på ett fiktivt enfamiljshus som är uppbyggt med tak, ytterväggar, golv, fönster och dörrar som tillsammans bildar byggnadens klimatskärm. Storleken på huset grundar sig av ett genomsnittligt svenskt enfamiljshus år 2020. Under 2020 har det i Sverige sålts 57 280 villor till ett medelpris av 3,58 mkr varav medelkvadratmeterpriset för huset var 28 444 kr (Svensk Mäklarstatistik, 2021). Genom att dela medelpriset med

9

medelkvadratmeterpriset ges den genomsnittliga byggnadsarean på 126 m² under 2020.

Beräkningen tar inte hänsyn till taxeringsvärdet av hela fastigheten utan endast för byggnaden.

Då undersökningen endast omfattar olika stomsystem som ytterväggar kommer husets grund och tak vara oförändrade medan stommen kommer att varieras. Övriga parametra som varierar är i vilken klimatzon huset är placerat samt vilket uppvärmningssystem som används.

2.2.1 Grund och tak

Grundläggningen kommer att utföras enligt träguidens principlösning (Träguiden, 2014).

Mängden armering som ska förstärka grundplattan är endast överslagsberäknat och ska inte ses som dimensionerat då de verkande krafterna som grunden utsätts för inte är beaktade.

Grundläggning kommer att utföras i Malmö samt Stockholm. Enligt Sveriges geologiska undersökning ges markarterna lera i Malmö och urberg i Stockholm (Sveriges Geologiska Undersökning, 2016). Grundens uppbyggnad samt tekniska parametrar redovisas i bilaga 1.

Taket kommer att utföras enligt principen för ett kallt tak. Typexemplet för ett kallt tak är ett ouppvärmt och oisolerat vindsutrymme (Strandberg & Lavén, 2018). Vindsbjälklaget kommer att utföras enligt Strandbergs och Lavéns konstruktionsexempel (Strandberg & Lavén, 2018).

Takets beräkningar kommer även att baseras på 126 m² likt utförandet för platta på mark.

Takets uppbyggnad presenteras i bilaga 1 med tillhörande tekniska parametrar.

2.2.2 Stomsystem

Vid val av stomsystem finns det flera parametrar som har inverkan för bland annat vilket material som stomsystemet ska utgå från. Syftet med undersökning är att klimatoptimera ett hus där koldioxidförbrukningen ska vara så låg som möjligt men ändå nå de krav som ställs enligt Boverkets byggregler. Med koldioxidförburkningen som huvudkriterier ses valet av en trästomme som motiverat. Vid val av stomsystem i trä omnämns framför allt två olika metoder, lättbyggnadsteknik och massivträteknik. Lättbyggnadsteknik även kallat regelstomme är reglar och bjälkar i massivt virke i kombination med mineralull och skivtäthet som lufttäthet och fuktskydd (Träguiden, 2015). Mineralull är ett samlingsnamn för sten- och glasull där framställningsprocessen är energikrävande och framställs vid 1600- respektive 1400

°𝐶 (Burström & Nilvér, 2018). För att hindra att fukt tar sig in i konstruktionen via diffusion används en diffusionstät plastfolie i regelstommen (Strandberg & Lavén, 2018). Plastfolien består av icke förnybart material vilket även gör materialet resurskrävande och ett stomsystem utan plaster är att föredra ur ett miljöperspektiv. Enligt svensk standard (SS-EN 12775) är massivträsystem massiva träskivor som limmats ihop till skikt med fiberriktningen vinkelrätt mot varandra (Träguiden, 2017). Om flertalet skikt limmas ihop till en massiv träskiva benämns det som korslimmat trä även förkortat till KL-trä. De massiva skivornas enkelhet med avsaknad på icke förnybara material som plastfolie och energikrävande material som mineralull har gjort att valet faller på KL-trä som är ett av materialen som kommer att undersökas vidare. Figur 1 visar en principbild för hur KL-trä är uppbyggt.

10

Figur 1. Exempel på korslimmad träskiva med tre skikt (Träguiden, 2018)

Vidare kommer den korslimmade träskivan undersökas i två olika tjocklekar. Byggblockets tekniska parametrar redovisas i bilaga 1.

En ny tillverkare på marknaden har tagit fram ett alternativ till KL-trä där tekniken bygger på byggblock med stående träreglar med frästa spår som möjliggör stillastående luft vilket skapar en isolerande effekt, reglarna omsluts med en ram av reglar samt att sidorna täcks med plywood (IsoTimber, 2020a). Byggblocken byggs med en tjocklek på 100 mm vilket möjliggör att anpassa väggtjockleken efter dess ändamål. Figur 2 visar en principbild på ett byggblock av IsoTimber 100 mm.

Figur 2. Principbild för IsoTimbers byggblock 100mm (IsoTimber, 2020a)

Vidare i undersökningen kommer IsoTimbers byggblock om 300 mm och 400 mm granskas över hur materialet påverkar miljön i form av koldioxidekvivalenter. IsoTimbers byggblocks tekniska parametrar presenteras i bilaga 1 likt den korslimmade träfiberskivan. År 2012 utfördes en miljöbedömning av Jegreliusinstitutet där byggblocken 100 mm, 200 mm och 300 mm undersöktes (Östberg, 2012). Eftersom byggblockens grundsten är 100 mm som sedan tas i multiplar har antagandet gjorts att de tekniska parametrarna följer ett linjärt samband och därmed använt sambandet för att ta fram de tekniska parametrarna för IsoTimbers byggblock 400 mm.

11 2.2.3 Uppvärmning och ventilation

De uppvärmningssystem som är aktuella i studien är fjärrvärme, frånluftsvärmepump, luft- vattenvärmepump och bergvärmepump. luft-vattenvärmepump undersöks endast i Malmö och bergvärmepump undersöks endast i Stockholm. De ventilationssystem som används i undersökningen är FTX och FVP. Vid uppvärmning med frånluftsvärmepump används ett FVP-system, för övrig uppvärmning används FTX. I de fall där en värmepump används för uppvärmning har endast fall där el används som köpt energi beaktats, där fjärrvärme används endast fall där fjärrvärme används som köpt energi. Fall där fjärrvärme kompletteras med en värmepump eller där en värmepump kompletteras med fjärrvärme är inte taget i beaktan. Värme och ventilationssystemen beskrivs i kapitel 4.2, Installationer.

2.3 Beräkningsprogram

För att säkerställa att Boverkets byggregler uppfylls måste byggnaden energiberäknas. Med hjälp av VIP-Energy kan byggnaden simuleras för olika fall samt beräkna byggnadens energiprestanda (Strusoft, u.d.). VIP-Energy har även ett materialbibliotek av värmepumpar som nyttjas och beskrivs senare. Beräkningsmodellen levererar en hög kvalité och har utvecklats under mångårig forskning och säkerställer en hög kvalité enligt tillverkaren (Strusoft, u.d.). VIP-Energy används inom energiberäkningar för flertalet certifieringssystem som bland annat LEED och BREEAM vilket har bidragit till att beräkningsprogrammet är det mest använda på marknaden i Sverige (Strusoft, u.d.).

Byggsektorns miljöberäkningsverktyg, BM används föra att ta fram klimatberäkningar av en byggnad enligt metodiken för en livscykelanalys, LCA. BM använder boverkets databas med generiska klimatdata för att beräkna klimatpåverkan för byggproduktion, transporter och materialproduktion (IVL, 2021). Genom att inventera de byggresurser som används i en byggnad tar BM fram byggnadens klimatpåverkan baserat på SS-EN 15978 och SS-EN 15804 (IVL, 2021). SS-EN 15804 är den svenska standarden för hur en LCA skall utföras för byggprodukter och SS-EN 15978 är den svenska standarden för hur en LCA skall utföras för hela byggnader (Boverket, 2019).

12

3 Tidigare studier

I detta avsnitt beskrivs delar ur tre tidigare genomförda forskningsprojekt som alla undersöker klimatpåverkan i byggbranschen.

3.1 Byggandets klimatpåverkan

Klimatpåverkan som en byggnad står till svars för vid energianvändning är ett väl utforskat ämne men den klimatpåverkan som framställandet av en byggnad resulterar igenom utvinnandet av råmaterial till färdig produkt är inte ett lika väl belyst ämne (Larsson, et al., 2016). Svenska miljöinstitutet har tillsammans med Sveriges Byggindustrier under 2014 gemensamt genomfört en studie där bland annat ett nyproducerat flerbostadshus med massiv trästomme har inventerats ur ett livscykelperspektiv där syftet var att studera vilken klimatpåverkan ett nybyggt flerbostadshus med massiv trästomme har. Studien visar att stora delar av klimatpåverkan är kopplad till framställandet av byggnadsmaterialen (Larsson, et al., 2016). Byggnadens stomme som består av trä i ytterväggarna motsvarar 7 procent av byggnadens totala klimatpåverkan medan byggnadens grund och garage i källaren består av betong som motsvarar 22 procentenheter (Larsson, et al., 2016). Byggnadens driftskede anses fortfarande stå för en stor andel av klimatpåverkan men det varierar stort beroende på val av el- och fjärrvärmemix (Larsson, et al., 2016). Med ett energiscenario med en låg andel fossila bränslen motsvarar energianvändningen 62 procent av framställandet av byggnaden under en kalkylperiod som motsvarar 50 år exklusive hushållsel (Larsson, et al., 2016). Studien anser att scenariot är sannolikt sett till en längre kalkylperiod då svensk fjärrvärme fortfarande innehåller fossila inslag (Larsson, et al., 2016).

3.2 Case Ripan i Kiruna

Kiruna stad ska flyttas med anledning av att gruvans utvidgning påverkar staden. Genom den kommande stadsomvandlingen vill Kiruna kommun testa nya metoder som ska främja ett hållbart byggande med avseende för energiåtgång, kostnad och miljöpåverkan under byggtiden men även under användningstiden. Rapporten är utförd av Research Institutes of Sweden år 2018 där en hållbarhetsoptimering av en mindre byggnad ska genomföras med syfte att metoden ska bidra till kunskap som ska användas som beslutsunderlag vid nybyggnad (Sandberg, et al., 2018). Två olika byggnader har beräknats där träregelstomme alternativt KL-trä har använts med kompletterande isolering. Resultatet visar att för enbart ytterväggen har KL-trä den lägsta klimatpåverkan jämfört med den uppreglade ytterväggen (Sandberg, et al., 2018). Sett till byggnadens totala klimatpåverkan visar resultatet på att byggnaden med träregelstomme har minst klimatpåverkan (Sandberg, et al., 2018).

3.3 Klimatpåverkan från byggprocessen

År 2014 utförde kungl. Ingenjörsvetenskaps Akademin tillsammans med Sveriges Byggindustrier en undersökning om hur byggprocessen påverkar klimatet. Beräkningar visar att byggprocesser i Sverige bidrar med 10 miljoner ton koldioxidekvivalenter per år varav 4 miljoner ton på husprojekt (Kungl. Ingenjörsvetenskaps-akademin och Sveriges byggindustrier, 2014). Cirka 90% av alla småhus som byggs i Sverige är av trä och byggnadstekniken och byggnaderna har inte förändrats väsentligt sedan mitten på 1990-talet (Kungl.

Ingenjörsvetenskaps-akademin och Sveriges byggindustrier, 2014). De förändringar som har

13

skett av tekniken och materialvalen har framför allt varit att mer isolering har byggts in i småhusen (Kungl. Ingenjörsvetenskaps-akademin och Sveriges byggindustrier, 2014). Med den tillagda isoleringen i småhusen uppskattas den generella produktionen av ett småhus till 20 𝑡𝑜𝑛 𝐶𝑂₂𝑒 𝑘𝑔⁄ där stommen består av trä (Kungl. Ingenjörsvetenskaps-akademin och Sveriges byggindustrier, 2014). Studien framhäver att kunskapen om klimatpåverkan som småhus bidrar med är begränsad. Viktiga parametrar som hur markberedning och grundläggningsarbete är utfört och dess klimatpåverkan är inte med då värden inte fanns att tillgå (Kungl. Ingenjörsvetenskaps-akademin och Sveriges byggindustrier, 2014).

14

4 Teori

I detta avsnitt beskrivs den teori som är till grund för studien. Kapitlet behandlar fakta om koldioxidekvivalenter, installationer, teknisk livslängd, Boverkets krav och hur dimensionen för KL-trä beräknas.

4.1 Koldioxidekvivalenter (CO

e)

Olika växthusgaser bidrar olika mycket till växthuseffekten. För att kunna jämföra de olika gaserna multipliceras utsläppen med ett GWP-tal (Global Warming Potential) som är olika för varje gas. Resultatet ger gasens bidrag till växthuseffekten och benämns koldioxidekvivalenter (CO2e) (Naturvårdsverket, U.Å). För att ta fram klimatpåverkan från en byggnad kan programmet Byggsektorns miljöberäkningsverktyg, BM användas. Programmet beräknar CO2e för bygganden beroende på materialval och produktionsmetod (Svenska Miljöinstitutet, 2020).

Uppvärmningen av en byggnad påverkar klimatet olika beroende på vilken energityp som används. Används el beräknas elproduktionens genomsnittliga växthusgasutsläpp motsvara 0,125kg CO2e per kWh i hela Sverige (Naturvårdsverket, 2020). Fjärrvärmeproduktion är däremot mer lokalt producerat och klimatpåverkan ska beräknas för varje aktuellt fjärrvärmenät (Naturvårdsverket, 2020). Klimatpåverkan för fjärrvärme i Stockholm år 2019 var 60,9 g CO2e per kWh (Stockholm Exergi, 2020; Energiföretagen, 2021) och klimatpåverkan för fjärrvärme i Malmö var 97,9 g CO2e per kWh år 2020 (E.ON, 2021; Energiföretagen, 2021).

4.2 Installationer

4.2.1 Fjärrvärme

Mer än hälften av all uppvärmning i Sverige kommer från fjärrvärme vilket gör fjärrvärme till den vanligaste formen av uppvärmning (Rydegran, 2021). Fjärrvärme innebär att värmetillförseln till en byggnad inte sker i byggnaden utan att värmen kommer från ett värmeverk, kraftvärmeverk eller överskottsvärme från en industri och via ett fjärrvärmenät i form av uppvärmt vatten (Warfvinge & Dahlblom, 2010; Rydegran, 2021). Ett fjärrvärmenät kan försörja allt från några kvarter till en hel stad med fjärrvärme (Energimyndigheten, 2014).

Eftersom fjärrvärmenätet inte är rikstäckande utan består av flera lokala verk skiljer sig koldioxidekvivalentutsläppen beroende på verkningsgrad, ålder, bränsle och att förbränningsteknik varierar mellan verken (Adolfsson, et al., 2017). I Malmö distribueras fjärrvärmen av E.ON Värme Sverige AB och i Stockholm distribueras fjärrvärmen av Stockholm Exergi AB (Energiforetagen, 2021).

4.2.2 Värmepump

Genom att använda en värmepump minskar elenergibehovet i förhållande till vattenburen elvärme (Warfvinge & Dahlblom, 2010). En värmepump arbetar med att överföra värme från en kall till en varm plast. Värmepumpen består av en kompressor, en kondensor, en strypventil och en förångare. Mellan dessa komponenter cirkulerar ett köldmedium som värms och förångar i förångaren där värme tas upp från värmen i uteluft, marken, frånluft eller sjövatten.

Ångans tryck ökar i kompressorn vilket höjer temperaturen på ångan, i kondensorn kondenserar ångan till varm vätska vilket avger värme som tas upp av värmesystemet. Genom att sänka

15

trycket med en strypventil övergår köldmediet från flytande till ångform och temperaturen sjunker (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

En frånluftsvärmepump används för att ta vara på värmen i frånluften i en byggnad med frånluftsventilation. Genom att placera förångaren till värmepumpen i avluftskanalen återvinns värmen från den varma frånluften (Warfvinge & Dahlblom, 2010). En luft-vattenvärmepump tar upp värmen från uteluft som passerar och kyls i ett luftvärmebatteri där förångaren är ansluten (Warfvinge & Dahlblom, 2010). Bergvärmepumpens köldmediekrets leds ner i ett borrat hål där köldmediet värms upp och förångas av värmen som är lagrad i berget. Det krävs att de geologiska förhållandena är rätt för att kunna utvinna tillräckligt med energi för att en bergvärmepump skall fungera (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

4.2.3 Ventilation

För att uppfylla gällande krav från Boverkets byggregler angående energisnålt byggande krävs det någon form av värmeåtervinning i ett modernt ventilationssystem (Boverket, 2021c).Två alternativ av ventilationssystem med värmeåtervinning är FTX och FVP system. FTX är ett till och frånluftssystem där energin i frånluften återvinns och överförs till tilluften via en värmeväxlare. Ett väl inställt FTX system kan minska energibehovet för uppvärmning av tilluften med ca 80 %. FTX systemet kräver en del plats då det behöver både till och frånluftskanaler samt ett fläktrum vilket kan bli ett problem i mindre hus. (Warfvinge &

Dahlblom, 2010). FVP är ett frånluftssystem med en frånluftsvärmepump som återvinner värmen i frånluften genom att placera frånluftspumpens förångare i avluftskanalen.

Värmesystemet och/eller varmvattenberedning värms upp av den återvunna värmen. FVP system kräver relativt lite utrymme och kan monteras på ett redan befintligt frånluftssystem.

(Warfvinge & Dahlblom, 2010).

4.3 Teknisk livslängd för byggnad

En analysperiod behövs för att kunna göra beräkningar i användarskedet. Byggnader förväntas ha en lång teknisk livslängd, ofta 100 år och därför väljs ofta en lång analysperiod för byggnaden. En analysperiod på 100 år ger stor osäkerhet då produktionsmetoder och energimixer inte går att förutspå så långt fram i tiden. En analysperiod på 50 år är därför mer vanligt att använda vid den här typen av analyser (Larsson, et al., 2016).

4.4 Um-krav

Boverkets byggregler ställer tekniska krav på byggnadens klimatskärm. Byggnadens klimatskärm måste därför beräknas för att kontrollera om kravet för byggnadens högst godtagbara genomsnittliga värmegenomgångskoefficient uppfylls (Boverket, 2012). För att beräkna konstruktionens värmemotstånd R (m²K/W) ses konstruktionen som homogena materialskikt (Petersson, 2018). Samtliga materialskikt i konstruktionen anger sedan konstruktionsdelens värmeisolerande förmåga R efter summering. Värmeisolerandeförmågan hos ett material beräknas enligt följande ekvation (Petersson, 2018).

16 𝑅 =^𝑑

𝜆 (1)

Tabell 1. Beräkningsparametrar för värmeisolerandeförmågan hos ett materialskikt

Parameter Enhet

𝑑 Det enskilda materialskiktets tjocklek 𝑚

𝜆 Det enskilda materialets värmeledningsförmåga 𝑊/𝑚𝐾

Den värmeförlust som den specifika konstruktionsdelen bidrar till uttrycks i en värmegenomgångskoefficient 𝑈 (W/m²K) som beräknas genom att ta inversen av konstruktionens värmeisolerande förmåga R (Petersson, 2018).

Värmegenomgångskoefficienten för de linjära köldbryggorna (Ψ_𝑘) beräknas för lokala förändringar i klimatskärmens uppformning samt vid hörn och anslutningar mellan vägg, tak och golv (Petersson, 2018). Den värmeförlust som den specifika konstruktionsdelen bidrar till uttrycks i en värmegenomgångskoefficient 𝑈 (W/m²K) som beräknas genom att ta inversen av konstruktionens värmeisolerande förmåga R (Petersson, 2018).

Värmegenomgångskoefficienten för hela byggnaden benämns som 𝑈_𝑚 och skrivs med enheten W/m²K likt U för den specifika konstruktionsdelen (Boverket, 2012). 𝑈_𝑚 beräknas enligt följande ekvation (Petersson, 2018).

𝑈_𝑚= ∑ 𝑈𝑘𝑜𝑟𝑟,𝑖∙𝐴_𝑖+∑ Ψ_𝑘∙𝑙_𝑘

𝐴_𝑜𝑚 (2)

Tabell 2. Beräkningsparametrar för den genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten (𝑼_𝒎).

Parameter Enhet

𝑈𝑘𝑜𝑟𝑟, 𝑖 Värmegenomgångskoefficienten 𝑊/𝑚²𝐾

𝐴_𝑖 Byggdelarnas areor 𝑚²

Ψ_𝑘 Konduktansen för linjära köldbryggor 𝑊/𝑚𝐾

𝑙_𝑘 Längd för köldbryggor 𝑚

𝐴_𝑜𝑚 Omslutningsarea för byggnad 𝑚²

Kravet som ställs för småhus där arean inte överstiger 130 m² är ett beräknat 𝑈_𝑚 på 0,3 W/m²K enligt Boverkets författningssamling (Boverket, 2020a).

4.5 Minsta dimension för KL-trä

För att beräkna den minsta dimensionen för den korslimmade trästommen som uppfyller Boverkets byggregler nyttjas ekvation 3 för att beräkna värmegenomgångskoefficienten (𝑈_𝑚) för hela byggnaden. Ekvation 3 skrivs om enligt följande som resulterar i att väggens värmegenomgångskoefficient (𝑈_{𝑣ä𝑔𝑔}) utlöses med hjälp av Boverkets byggreglers ställda krav för den genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten (𝑈_𝑚).

𝑈_{𝑣ä𝑔𝑔}=^{(𝑈𝑚∙𝐴𝑜𝑚)−(𝑈𝑑ö𝑟𝑟∙𝐴𝑑ö𝑟𝑟+𝑈𝑓ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟∙𝐴}_𝐴^{𝑓ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟+𝑈𝑚𝑎𝑟𝑘∙𝐴𝑚𝑎𝑟𝑘+𝑈𝑡𝑎𝑘∙𝐴𝑡𝑎𝑘+Ψ𝑘∙𝑙𝑘)}

𝑣ä𝑔𝑔 (3)

17

Efter att 𝑈_{𝑣ä𝑔𝑔} har beräknats kan väggens tjocklek för KL-trä utlösas genom ekvation 3.

Byggnaden energisimuleras i VIP-Energy (Strusoft, 2021) med Boverkets byggreglers lägst ställda krav för värmegenomgångskoefficienten (𝑈_𝑚). Uppnås inte det ställda kravet för primärenergitalet (𝐸𝑃_𝑝𝑒𝑡) måste 𝑈_{𝑣ä𝑔𝑔} beräknas med ett förbättrat värde. Det förbättrade värdet i sin tur motsvarar en högre väggdimension vilket utförs fram tills att kravet för primärenergitalet uppnås. Den dimensionerande väggtjockleken för KL-trästommen utgörs av väggtjockleken som krävs i Stockholm för att uppnå de ställda kraven enligt Boverkets byggregler.

4.6 Primärenergital

Likt de tekniska krav som ställs på byggnadens värmegenomgångskoefficienten av Boverkets byggregler ställs även krav på byggnadens energiprestanda. Byggnadens energiprestanda är ett sammanvägt värde för byggnadens byggnadstekniska och installationstekniska egenskaper (Boverket, 2020d). Byggnadens energiprestanda anges med ett primärenergital (kWh/m²år).

Primärenergitalet beräknas genom att multiplicera byggnadens energianvändning med viktningsfaktorer som är beroende av vilka energikällor som används samt att det resulterande värdet divideras med en geografisk justeringsfaktor (Boverket, 2020d). Genom att primär energin divideras med den geografiska faktorn möjliggör det till att primärenergitalet är jämförbart över hela landet (Boverket, 2020d). Primärenergitalet beräknas enligt följande ekvation (Boverket, 2020a):

𝐸𝑃_𝑝𝑒𝑡 = ^{∑ (}

𝐸𝑢𝑝𝑝𝑣,𝑖

𝐹𝑔𝑒𝑜 +𝐸_{𝑘𝑦𝑙,𝑖}+𝐸_{𝑡𝑣𝑣,𝑖}+𝐸_𝑓,𝑖)∙𝑉𝐹_𝑖 6𝑖=1

𝐴_{𝑡𝑒𝑚𝑝} (4)

Tabell 3. Parametrar för beräkning av primärenergital (Boverket, 2020a)

Parameter Enhet

𝐸_{𝑢𝑝𝑝𝑣,𝑖} , 𝐸_{𝑘𝑦𝑙,𝑖}, 𝐸_{𝑡𝑣𝑣,𝑖}, 𝐸_𝑓,𝑖 Levererad energi för uppvärmning 𝑘𝑊ℎ/å𝑟

𝐹𝑔𝑒𝑜 Geografisk justeringsfaktor −

𝑉𝐹_𝑖 Primärenergifaktor för de olika energislagen där elenergi motsvarar 1,8 och fjärrvärme 0,7.

−

𝐴_{𝑡𝑒𝑚𝑝} Area uppvärmd över 10 °𝐶 𝑚²

Kravet som ställs för småhus där arean inte överstiger 130 m² är ett beräknat primärenergital (𝐸𝑃_𝑝𝑒𝑡) på 95,0 kWh/m²år enligt Boverkets författningssamling (Boverket, 2020a)

18

5 Resultat

I följande kapitel redovisas de resultat som studien har genererat. Det som kommer att redovisas är hur stor klimatpåverkan respektive byggnad har med varierande stomsystem. En dimensionering har utförts för att ta fram den minsta dimensionen för KL-trä med gällande krav. Hur klimatpåverkan för byggnaden med olika stomsystemet och tillhörande värmesystems klimatpåverkan ser ut. Hur klimatpåverkan estimeras att se ut med tiden för byggnaden och tillhörande värmesystem redovisas. Vart brytningspunkten är för uppvärmning och material- och produktionsskedet redovisas.

5.1 Byggnadens bidrag av koldioxidekvivalenter

Bidraget av koldioxidekvivalenter från material och produktion av byggnaden redovisas i figur 3, för klimatpåverkan från respektive byggnadsdel se bilaga 2. Byggnaden som är uppförd med 330 mm KL-trästomme bidrar med 133,6 kg CO2e per m² och byggnaden med 400 mm KL- trästomme bidrar med 137,9 kg CO2e per m². Byggnaderna som är uppförda med IsoTimberstomme bidrar med 149,6 kg CO2e per m² från 300 mm stommen respektive 166,9 kg CO2e per m² från 400 mm stommen.

Figur 3. Summering av koldioxidekvivalenter för de olika stomsystemen

5.2 Minsta dimension för KL-trä

Byggnadens minsta dimension för KL-trä som uppfyller Boverkets byggregler gällande primärenergital och den genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten beräknas till 330 mm där ett detaljerat beräkningsflöde går att följa i bilaga 5.

5.3 Koldioxidekvivalenter från uppvärmning

De koldioxidekvivalenter som uppvärmningen bidrar till presenteras i följande diagram, figur 4. De olika staplarna i diagrammet representerar klimatpåverkan från de olika uppvärmningssystemen i respektive stad och är grupperade beroende av stomsystem. Oavsett typ av stomsystem och klimatzon så är det fjärrvärme som har minst klimatpåverkan och frånluftsvärmepump störst. Beräkningar för att ta fram årligt CO2e utsläpp för uppvärmning av byggnaden redovisas i bilaga 7.

0 5000 10000 15000 20000 25000

KL-Trä 330 KL-trä 400 IsoTimber 300 IsoTimber 400 kg CO2e

19

Figur 4. Utsläpp av koldioxidekvivalenter per år för uppvärmning av byggnad

5.4 Totalt bidrag av koldioxidekvivalenter efter 1, 10 och 50år

Det totala bidraget av koldioxidekvivalenter efter 1, 10 och 50 år beroende av byggnadens stomsystem och uppvärmningssystem presenteras i diagrammen nedanför. I figur 5 presenteras den totala klimatpåverkan efter 1 år. Klimatpåverkan efter 1 år är som störst där bidraget av koldioxidekvivalenter för tillverkning av byggnaden är som störst. I figur 6 presenteras den totala klimatpåverkan efter 10 år. Efter 10 år är skillnaden beroende av uppvärmningssystem större. I figur 7 presenteras den totala klimatpåverkan efter 50 år. Den kombination som har minst klimatpåverkan efter 50 år är en stomme av 300 mm IsoTimber kombinerat med fjärrvärmesystem både i Malmö och Stockholm. För detaljerade tabeller över bidraget av koldioxidekvivalenter efter 1, 10 och 50 år se bilaga 8.

Figur 5. Totalt bidrag av koldioxidekvivalenter efter 1 år 0

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

KL 330 KL 400 IsoTimber 300 IsoTimber 400

kg CO2e

Fjärrvärme Malmö Fjärrvärme Stockholm

Frånluftsvärmepump Malmö Frånluftsvärmepump Stockholm Luft-vattenvärmepump Malmö Bergvärmepump Stockholm

0 5000 10000 15000 20000 25000

KL 330 KL 400 IsoTimber 300 IsoTimber 400

kg CO2e

Fjärrvärme Malmö Fjärrvärme Stockholm

Frånluftsvärmepump Malmö Frånluftsvärmepump Stockholm Luft-vattenvärmepump Malmö Bergvärmepump Stockholm

20

Figur 6. Totalt bidrag av koldioxidekvivalenter efter 10 år

Figur 7. Totalt bidrag av koldioxidekvivalenter efter 50 år 0

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

KL 330 KL 400 IsoTimber 300 IsoTimber 400

kg CO2e

Fjärrvärme Malmö Fjärrvärme Stockholm

Frånluftsvärmepump Malmö Frånluftsvärmepump Stockholm Luft-vattenvärmepump Malmö Bergvärmepump Stockholm

0 20000 40000 60000 80000 100000

KL 330 KL 400 IsoTimber 300 IsoTimber 400

kg CO2e

Fjärrvärme Malmö Fjärrvärme Stockholm

Frånluftsvärmepump Malmö Frånluftsvärmepump Stockholm Luft-vattenvärmepump Malmö Bergvärmepump Stockholm

21

5.5 Brytningspunkt mellan uppvärmning och produktionsskedet

I följande delkapitel redovisas var brytningspunkten går mellan uppvärmning, material och produktion av byggnaden givet i antal år. Klimatpåverkan för uppvärmning redovisas som funktion av de koldioxidekvivalenter som genereras per år med antal år som uppvärmningssystemet verkar som variabel. Trästommens klimatpåverkan ses som konstant med tiden och därmed plottas som en horisontellt liggande linje. För att underlätta avläsningen av graferna publiceras även skärningspunkterna i tabellform i tabell 4.

Tabell 4. Brytningspunkt för respektive stomsystem med geografisk plats och uppvärmning

Stomsystem

Fjärrvärme - Malmö

Frånluftsvärmepump - Malmö

Luft-vattenvärmepump - Malmö

KL-trä 330 18,7 13,5 17,2

KL-trä 400 20,4 14,7 18,3

IsoTimber 300 24,2 17,2 21,0

IsoTimber 400 28,5 20,1 24,2

Stomsystem Fjärrvärme - Sthlm

Frånluftsvärmepump -

Sthlm Bergvärme - Sthlm

KL-trä 330 30,0 12,5 16,4

KL-trä 400 32,6 13,6 17,5

IsoTimber 300 37,8 16,1 20,0

IsoTimber 400 44,2 18,8 22,8

Figur 8. Brytningspunkt då energiförbrukningen för uppvärmning har större klimatpåverkan än tillverkning och byggskede för stommen av KL-trä 330 mm.

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 kg CO2e

År

Brytpunkt för stomme och uppvärmning KL-trä 330 mm

Fjärrvärme - Malmö Frånluftsvärmepump - Malmö

Luft-vattenvärmepump Fjärrvärme - Stockholm Frånluftsvärmepump - Stockholm Bergvärme - Stockholm Stomme

22

Figur 9. Brytningspunkt då energiförbrukningen för uppvärmning har större klimatpåverkan än tillverkning och byggskede för stommen av KL-trä 400 mm.

Figur 10. Brytningspunkt då energiförbrukningen för uppvärmning har större klimatpåverkan än tillverkning och byggskede för stommen av IsoTimber 300 mm.

0 10000 20000 30000 40000 50000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 kg CO2e

År

Brytpunkt för stomme och uppvärmning KL-trä 400 mm

Fjärrvärme - Malmö Frånluftsvärmepump - Malmö Luft-vattenvärmepump - Malmö Stomme

Fjärrvärme - Stockholm Frånluftsvärmepump - Stockholm Bergvärme - Stockholm

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 kg CO2e

År

Brytpunkt för stomme och uppvärmning IsoTimber 300 mm

Fjärrvärme - Malmö Frånluftsvärmepump - Malmö

Luft-vattenvärmepump Fjärrvärme - Stockholm Frånluftsvärmepump - Stockholm Bergvärme - Stockholm Stomme - Sthlm

23

Figur 11. Brytningspunkt då energiförbrukningen för uppvärmning har större klimatpåverkan än tillverkning och byggskede för stommen av IsoTimber 400 mm.

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 kg CO2e

År

Brytpunkt för stomme och uppvärmning IsoTimber 400 mm

Fjärrvärme - Malmö Frånluftsvärmepump - Malmö Luft-vattenvärmepump Fjärrvärme - Stockholm Frånluftsvärmepump - Stockholm Bergvärme - Stockholm Stomme - Sthlm

24

6 Diskussion och analys

Kapitlet består av diskussion och analys för byggnadens uppbyggnad, dess klimatpåverkan beroende på stomsystem och värmesystem och tidigare studier.

6.1 Byggnad

6.1.1 Dimensionering av stomsystem efter Um- och primärenergikrav

Valet av stomsystem i studien grundar sig på att de ska vara tillverkade i trä och inte behöva kompletteras med material som inte är helt förnybara. Tillexempel ska det inte krävas en diffusionsspärr av plast, isolering av mineralull eller pelare av metall eller betong. Efter att ha undersökt marknaden och tidigare forskning föll valen på KL-trä och ett stomsystem från tillverkaren IsoTimber. Anledningen till att valet föll på just de två typerna av stomme är för att de är tillverkade i trä, är självbärande och har relativt låg inverkan på klimatet.

För att ta fram den lägst godtagbara KL-trästommen är det framför allt två krav från Boverkets byggregler som ska ses som dimensionerande. Studien beräknar först det lägsta kravet för Um- värdet som sedan står till grund för energiberäkningen av byggnaden. Resultatet från det beräknade Um-värdet visar att nästan hälften av det slutliga dimensionerande värdet är acceptabelt. Väggens tjocklek utökas ändå för att klara de energikrav som ställs. Väggens slutliga dimensionerande värde grundar sig på den projekterade byggnaden i Stockholm med anledning av att det termiska klimatet har en större inverkan sett till klimatet i Malmö.

Byggnaden som är i Malmö blir därmed något överdimensionerad men för att kunna jämföra de båda byggnaderna är det av större vikt att få relevanta jämförelsetal än att minimalt dimensionera en byggnad i Malmö. Det andra valet av KL-trästomme blev 400 mm för att få ett jämförelsevärde mot IsoTimber 400 mm stomme.

Från tillverkaren IsoTimber föll valet av dimensioner på 300 mm och 400 mm. Valet av dimensioner på stomsystem från IsoTimber grundar sig i de standardimensioner som tillverkaren erbjuder. Tillverkaren erbjuder även andra dimensioner men de som har en tjocklek på mindre än 300 mm klarar ej Boverkets krav när de kombineras med övriga delar av klimatskärmen i byggnaden. De dimensioner som är större än 400 mm valdes bort då väggtjockleken blev orimligt stor för ett mindre småhus.

6.1.2 Grund, tak, dörrar och fönster

Tak, grund, ytterdörrar och fönster är de delar av byggnadens klimatskärm som är konstanta oavsett vilken typ av stomme som undersöks. Anledningen till att de byggnadsdelarna inte ändras är för att studien fokuserar på klimatpåverkan från de olika stomalternativen och uppvärmningssystem. De byggnadsdelar som är oförändrade under studien är typexempel från läroböcker utan någon hänsyn till klimatpåverkan. Under grunden är inte markarterna konstanta i studiens beräkningar då det variera mellan de olika klimatzonerna. Baserat på SGU:s jordartskarta är det betydligt vanligare med urberg i Stockholm och lera i Malmö. De olika markarterna har olika värmegenomgångskoefficienter och måste därför tas i beaktan då byggnadens energiprestanda ska beräknas. Värmeledningsförmågan för urberg i Stockholm är till en nackdel då byggnadens primärenergital ska beräknas. Byggnaden som är i Malmö grundläggs på lera vilket har bättre isolerförmåga och som visar sig i de utförda beräkningarna.

25 6.1.3 Värmesystem och ventilation

De värme- och ventilationssystem som undersöks i studien valdes baserat på att de är de vanligaste uppvärmnings- och ventilationsalternativen i ett nybyggt småhus. Anledningen till att inte bergvärme undersöks i Malmö är för att markarterna i Malmö inte är optimala för att utvinna energi ur. Luft-vattenvärmepump undersöks endast i Malmö på grund av att klimatet är varmare än i Stockholm vilket gynnar den typen av uppvärmningssystem bättre.

6.1.4 Teknisk livslängd

En byggnad ska projekteras för att hålla i minst 100 år, i den här rapporten är analysperioden endast 50 år. Anledningen till att analysperioden är vald till 50 år är för att tekniken för både uppvärmning och tillverkning av material ändras kontinuerligt. Efter 100 år skulle osäkerheten i resultatet bli alldeles för stort för att det ska vara relevant. Redan efter 50 år hinner mycket av tekniken i bygg- och fastighetsbranschen förändras. Tillexempel kan man anta att produktionen av både el och fjärrvärme kommer att förbättras och få en mycket lägre klimatpåverkan. Även materialval och transporter ändras kontinuerligt för att bli mer klimatsmarta. På grund av förändringarna kan man utgå ifrån att uppvärmningsalternativen har störst osäkerhet i undersökningen efter 50 år.

6.1.5 Beräkningsprogram

Beräkningsprogrammen VIP-Energy och BM anses båda som tillförlitliga program med låg osäkerhet i de resulterande värdena. De osäkerheter som finns i programmen handlar till största del om hur man som användare matar in informationen och vilka parametrar som ställs in. I programmet BM är transportavstånden för material beaktade lika för både Malmö och Stockholm då det råder osäkerhet var produkterna produceras. Klimatpåverkan från byggarbetsplatsen är inte beaktad då författarna inte kunnat finna information och verktyg som ses som pålitliga. Beräkningsprogrammet BM grundar sig på Boverkets databas med generisk klimatdata som uppdateras kontinuerligt med nya miljövarudeklarationer.

Miljövarudeklarationerna har blivit kritiskt granskade av en oberoende tredje part för att säkerställa trovärdighet i materialbanken. Studien innehåller material som inte är godkända i Boverkets databas utan har hämtats från andra källor. Parametrar från olika materialbanker skapar osäkerhet i resultatet då metoderna i inventeringen av materialet kan skilja sig.

Författarna bedömer skillnaderna i miljövarudeklarationerna som låg men att felkällan bör tas i beaktan.

6.2 Klimatpåverkan

6.2.1 Koldioxidekvivalenter

För att beräkna klimatpåverkan som ett hus bidrar med i koldioxidekvivalenter krävs det att en pålitlig omräkningsfaktor nyttjas där energiåtgången för att producera materialet översätts till koldioxidekvivalenter. Klimatpåverkan som KL-trästommen resulterar i ser vi som ett pålitligt resultat där omräkningsfaktorn bygger på flera sammanvägda miljövarudeklarationer som har blivit granskade av Svenska miljöinstitutet. Omräkningsfaktorn för byggblocken av IsoTimber är inte lika väl undersökta men grundar sig på tidigare forskning utfört av Jegreliusinstitutet (Östberg, 2012). Jegreliusinstitutet har endast undersökt byggblocken om 100 mm, 200 mm och 300 mm men byggblocken bygger på multiplar av byggblocket som består 100 mm. Det har resulterat i att vi har kunnat följa det linjära mönstret och beräkna de tekniska parametrarna

26

för stommen av IsoTimber 400 mm. Vi anser att omräkningsfaktorn är pålitlig och att resultatet är korrekt då felkällorna ses som små då endast byggblocket om 100 mm tas i multiplar.

Likt omräkningsfaktorer för konstruktionsdelarna finns det även omräkningsfaktorer för de olika uppvärmningsalternativen. Omräkningsfaktorerna för uppvärmning som studien har berört är värden för fjärrvärme och uppvärmningsalternativ där energin kommer från elproduktion. Omräkningsfaktorn för elproduktionen är desamma över hela landet och har ingen variation beroende av situation eller vart elen härstammar från. Omräkningsfaktorn för fjärrvärme ska ses som en geografisk faktor och varierar över hela landet. Mellan Malmö och Stockholm är det stora skillnader på omräkningsfaktorerna vilket gör att resultatet får stor spridning. Spridningen av resultatet grundar sig i att det är olika distributörer av fjärrvärmen som har olika tekniker för att framställa och leverera fjärrvärme och därmed en klimatpåverkan för den slutgiltiga produkten som skiljer sig.

6.2.2 Klimatpåverkan som uppvärmningen bidrar med

Klimatpåverkan som det fiktiva huset bidrar till med uppvärmningssystemet är av en betydande roll. Det mesta optimala uppvärmningssystemet för samtliga typer av stomsystem är fjärrvärme visar resultatet. Fjärrvärmen skiljer sig mellan Malmö, 97,9 g koldioxidekvivalenter per kWh och Stockholm, 60,9 g koldioxidekvivalenter per kWh vilket beror på produktionen men visar sig vara det mest optimala alternativet för båda städerna. Värdena för fjärrvärme förväntas att förbättras kontinuerligt men i studien används de senaste värdena från respektive fjärrvärmedistributör som har hittats. Problemet med fjärrvärme är att inte alla har tillgång till det då det inte alltid finns ett nät att koppla upp sig mot.

Om det inte finns fjärrvärme att tillgå visar studien att luft-vattenvärmepump i Malmö och bergvärmepump i Stockholm är de mest optimala uppvärmningssystemen. Då luftvattenvärmepumpen inte har undersökts i Stockholm och bergvärmepumpen inte undersökts i Malmö går det inte att utesluta att någon av pumparna är bättre i båda städerna.

Ytterväggarnas isolerförmåga har även inverkan på bidraget av koldioxidekvivalenter från uppvärmningen. Stomsystemet med bäst isolerförmåga, 400 mm IsoTimber bidrar till lägst utsläpp av koldioxidekvivalenter vid uppvärmning och stomsystemet med lägst isolerförmåga, 330 mm KL-trä bidrar till högst utsläpp av koldioxidekvivalenter vid uppvärmning.

Beräkningarna som genomförs för att räkna ut klimatpåverkan baseras på det primärenergital som fås av programmet VIP-Energy och multipliceras med den faktor för koldioxidekvivalenter som motsvarar energitypen. Den osäkerhet som finns i beräkningarna beror på att bidraget av koldioxidekvivalenter från energityperna som används ändras kontinuerligt då tekniken utvecklas. Resultatet visar att valet av värmesystem har stor betydelse för klimatpåverkan.

6.2.3 Hur förändras klimatpåverkan med tiden

Ett år efter att byggnaden är driftsatt är bidraget av koldioxidekvivalenter mest beroende av klimatpåverkan från tillverkning av byggnaden. Klimatpåverkan från uppvärmning och tillverkning av byggnaden är lägst om byggnaden har en stomme av 330 mm KL-trä och värms upp med fjärrvärme. Bidraget av koldioxidekvivalenter är lägre i Stockholm än i Malmö. Det beror på att fjärrvärmen i Stockholm har mycket lägre klimatpåverkan. Om inte fjärrvärme är ett alternativ har 330 mm KL-trä med luft-vattenvärmepump minst klimatpåverkan i Malmö. I Stockholm har 330 mm KL-trä med bergvärmepump minst klimatpåverkan om inte fjärrvärme är inräknat. De alternativ med störst klimatpåverkan efter ett års tid är IsoTimber-stommen med

27

frånluftsvärmepump. Både i Malmö och Stockholm har detta alternativ störst klimatpåverkan men det är störst påverkan i Stockholm.

Efter 10 år börjar det totala bidraget av koldioxidekvivalenter bero mer på uppvärmningssystem och stommens isolerförmåga och mindre på tillverkningen av stomsystemet. Det är dock fortfarande tillverkningen som är mest avgörande. Det för klimatet bästa alternativet i både Malmö och Stockholm är fortfarande 330 mm KL-trästomme med fjärrvärme. Det bästa alternativet om man bortser från fjärrvärme är i Malmö 330 mm KL-trästomme med luft- vattenvärmepump och för Stockholm 330 mm KL-trästomme med bergvärmepump.

Efter 50 år är det totala bidraget av koldioxidekvivalenter mer beroende av uppvärmningssystem och stommens isolerförmåga och mindre på tillverkningen av stomsystemet. I Stockholm och Malmö är klimatpåverkan lägst med fjärrvärme och en stomme av 300 mm IsoTimber. Utan fjärrvärme är bergvärme med 300 mm IsoTimberstomme det alternativet med minst klimatpåverkan i Stockholm. I Malmö är det minst klimatpåverkan med luft-vattenvärmepump med 300 mm IsoTimberstomme om inte fjärrvärme är ett alternativ.

Alternativet med störst klimatpåverkan i både Malmö och Stockholm är 330 mm KL-trästomme med frånluftsvärmepump. Studien visar att under en period på 50 år är det för klimatet mer fördelaktigt att bygga med en stomme av 300 mm IsoTimber än en bättre isolerad 400 mm IsoTimberstomme. Den allmänna tesen om att byggandens isolerförmåga är den avgörande faktorn för byggnadens klimatpåverkan frångås i undersökningens resultat. Resultatet visar att val av uppvärmningssystemet och klimatpåverkan från tillverkning av material är större faktorer.

6.2.4 Brytpunkt mellan uppvärmning och produktionsskedet

Brytpunkten mellan uppvärmning och produktionsskedet för en byggnad har beräknats för att skapa en ökad förståelse om hur en byggnads klimatpåverkan ser ut jämförelsevis med klimatpåverkan som uppvärmningen står för. I de publicerade graferna för brytningspunkten framgår det att skärningspunkten mellan värmesystem och byggnadens klimatpåverkan ska vara så sent som möjligt i livscykeln. En brytningspunkt som sker sent i livscykeln beräknat i antal år innebär att den investerade energin i stommen utnyttjas maximalt och ett minimalt klimatavtryck sker. Det framgår också att den geografiska platsen är en betydande faktor gällande klimatutsläppen när värmesystemen går på elenergi. Det som skiljer sig mellan de geografiska platserna är framför allt det termiska klimatet och att markens värmeledningsförmåga skiljer sig åt. Elenergin beräknas med ett identiskt värde för Malmö och Stockholm vilket kommer resultera i att samtliga fall som presenteras kommer vara med en fördel beräknat i koldioxidekvivalenter till huset som är projekterat i Malmö. Undersökningen visar även att den parameter som är av störst betydelse att justera för att byggnadens klimatpåverkan ska vara så låg som möjlig sett över en längre teknisk livslängd är valet av uppvärmning. De framtagna stomalternativen skiljer sig inte märkbart kontra den klimatpåverkan som byggnadens värmesystem berör. Det mest lönsamma alternativet är fjärrvärme för Malmö och Stockholm. Med fjärrvärmesystem som uppvärmning visar det sig att Stockholm presenterar ett bättre resultat än vad Malmö har presenterat vilket är unikt i undersökningen och mönstret bryts som tidigare har beskrivits. Stockholms förbättrade brytningspunkt beror på att värdet som översätter fjärrvärme till koldioxidekvivalenter har en lägre omräkningsfaktor per producerad kilowattimme.

28

6.3 Anknytning till tidigare forskning

De anknytningar som finns till tidigare utförda studier är framför allt att byggnadens klimatpåverkan är kopplad till val i projekteringsfasen där byggnadsmaterial och byggnadens driftskede anses stå för en stor andel av klimatpåverkan och variera stort beroende på val av uppvärmning. Kungl. Ingenjörsvetenskaps-akademin har tidigare uppskattat den generella produktionen av ett småhus i trä till 20 ton CO₂e kg⁄ . Klimatpåverkan stämmer överens med de resultat som har blivit presenterade i studien och därmed styrker trovärdigheten i de beräkningar som utförts för att klimatinventera en byggnad.