Examensarbete i Byggteknik
Högskoleingenjörsexamen
Analys av en byggnads klimatskal utifrån
Miljöbyggnad 3.0
Anpassning av klimatskal utifrån betygsnivåer i
Miljöbyggnad 3.0 med fokus på energiindikatorer samt
dagsljus
Analysis on building envelopes regarding Miljöbyggnad 3.0´s different certification levels with a focus on energyeffeciency
Författare: Ludvig Svedin & William Klasér Handledare: Susanne Römsing
Examinator: Jonn Are Myhren Ämne/huvudområde: Byggnadsteknik Kurskod: BY2016
Poäng: 15hp
Examinationsdatum: 2020-06-25
Vid Högskolan Dalarna finns möjlighet att publicera examensarbetet i fulltext i DiVA. Publiceringen sker open access, vilket innebär att arbetet blir fritt tillgängligt att läsa och ladda ned på nätet. Därmed ökar spridningen och synligheten av examensarbetet. Open access är på väg att bli norm för att sprida vetenskaplig information på nätet. Högskolan Dalarna rekommenderar såväl forskare som studenter att publicera sina arbeten open access.
Jag/vi medger publicering i fulltext (fritt tillgänglig på nätet, open access):
Ja ☒ Nej ☐
Sammanfattning
Sedan 1991 när de första målen för miljöpolitik upprättades i Sverige har sättet att bygga formats av fler och skarpare miljömål. Idag väljer många beställare att certifiera sina byggnader med något miljöcertifieringssystem, såsom Miljöbyggnad, vars funktion är att premiera byggnader som byggts med hög miljöprofil.
Primärt har Miljöbyggnad 3.0:s indikatorer som påverkas av klimatskalets utformning tagits i beaktning. Syftet har varit att analysera hur klimatskalets utformning påverkar energi- och ljudindikatorer, samt hur väggar och fönster kan utformas för att ge avsett betyg för
indikatorerna. Kostnaderna för de olika klimatskalsalternativen tas också med i analysen för att ge en aning om vilka lösningar som är mest konstnadseffektiva.
Energianvändning samt värmeeffektbehov analyserades enbart med hänsyn på de olika klimatskalskonstruktionernas U-värde. Resultaten från denna del analyserades sedan genom att jämföra skillnaderna de olika U-värdena gav på den totala energi- och effektanvändningen över ett år.
Solvärmelasten, en av indikatorerna som det gjordes analyser på räknades fram med hjälp av beräkningsmetoder som rekommenderas i Miljöbyggnad 3.0. Dessa beräkningar gav
maximala glasareor utifrån solvärmelastens olika betygsnivåer. Med hjälp av dessa storlekar på fönsterna simulerades dagsljusinsläppet i den fiktiva byggnaden.
Analysen på indikator Ljud gjordes enbart på en av fyra parametrar som finns angivna i BBR, det vill säga ljudreduktion mot utomhusbuller. Detta då det primärt är denna ljudkälla som klimatskalet påverkar.
Resultaten visar att energianvändningen kan minskas med ca 12 % från den sämsta till den bästa väggen. Detta är dock inte tillräckligt som åtgärd för att förbättra
energianvändningsindikatorn totala betyg, om än dock en bra bit på vägen. Värmeeffekten följer samma trend, det krävs även där fler åtgärder för att minska en byggnads värmeeffekt i den grad att det ger ett utslag i betyg.
Solvärmelasten och dagsljus är två indikatorer som arbetar mot varandra, då solvärmelasten påverkar negativt av stora fönster och dagsljuset positivt. Det som kunde påvisas i denna rapport är att det inte är möjligt att få höga betyg på båda indikatorerna utan att ha solavskärmning.
Det bästa klimatskalet baserat på studiens resultat är det klimatskal som har fokus på fönster med låga U-värden, klarglas och solavskärmning i form av persienner eller annan dynamisk avskärmning. Detta då kostnader för att förbättra väggen är betydligt större än för fönster fast med liknande resultat. Fönsterna bör alltså prioriteras före förbättring av väggens
10
Abstract
Since 1991 when the first goals for environmental politics was established in Sweden, the way of building adapted to the stricter environmental goals. Today many clients choose to certify their buildings with some of the many certification systems, which purpose is to reward buildings that has been built with a high environmental focus.
The certification system that has been reviewed in this study is Miljöbyggnad 3.0, and the indicators that has been considered is the ones that primarily affects the buildings climate shell. The purpose has been to analyze how the configuration of the climate shell affects the energy- and noise indicators of Miljöbyggnad 3.0, and also analyze which configuration of walls and windows that will give the intended level for each indicator.
Energy usage and heating-needs were analyzed with only the climate shells U-value
considered. The results were then analyzed by a comparison of the differences in energy- and effect usage over a year with the different U-values. The solar gain, one of the indicators which were analyzed was calculated with the calculation methods that are recommended by Miljöbyggnad 3.0. These calculations gave the maximal glass areas depending on the
intended level of the indicator called solar gain in Miljöbyggnad 3.0. These glass areas made it possible to make daylight simulations for the fictitious building that were used in this case. The analysis for the indicator noise were made for just one of the four acoustic parameters that are mentioned in BBR, i.e. sound reduction of outdoor noise, since this is the only parameter that affects the configuration of the climate shell.
12
Ordlista
BBR - Boverkets byggregler
SGBC - Sweden Green Building Council
SVL - Solvärmelast g-värde - Solvärmetransmittans, % LT-värde - Dagsljustransmittans, % λ-värde - Värmekonduktivitet, W/m·ºC U-värde - Värmegenomgångskoefficient, m2∙K/W PET – Primärenergital, kWh/m2 och år Ljud: Rw - Ljudreduktion i dB C - Spektrumanpassningsterm, luftljudsisolering Ctr - Spektrumanpassningsterm, vägtrafik
dB - decibel, enhet för ljudnivå
dBA - dB fast A-vägt (inte enligt en jämn frekvensgång)
14
Förord
Examensarbetet har under våren 2020 utförts som avslutande projekt för vår
högskoleingenjörsutbildning inom byggteknik vid Högskolan Dalarna och det omfattar 15 högskolepoäng. Arbetet har utförts med hjälp av MVB Öst AB samt WSP.
Vi vill rikta ett stort tack till våra handledare Hans Nissling och Marie-Louise Dahlgren för vägledning och engagemang genom hela vår studie.
Sedan vill vi även tacka alla andra som hjälpt oss under arbetets gång. Ett extra stort tack till: Liselotte Melkersson på RISE forskningsinstitut som gett oss fri tillgång till TMF-energi, Sven-Ove Östberg på Svenska fönster som har varit till stor hjälp med beräkningar och indata som berör fönster, Andreas Novak på WSP som bidragit med sin expertis kring ljudfrågan samt William Baydoun på Conelement som försett oss med data för väggelement.
Vi vill även tacka Sune Häggbom på Sunda Hus Rådgivning samt Håkan Nilsson på WSP för intressanta och givande åsikter och kommentarer som har hjälpt styra oss rätt i flera frågor.
Borlänge, juni 2020
Ludvig Svedin
16
Innehållsförteckning
1.Inledning ...1 1.1 Bakgrund ...1 1.2 Syfte och mål ...3 1.3 Avgränsningar ...4 2. Teori ...5 2.1 Miljöcertifiering ...5 2.2 Miljöbyggnad ...5 2.2.1 Betygsaggregering ...7 2.2.2 Kritiska rum ...82.3 Analys av utvalda Miljöbyggnads-indikatorer ...9
2.3.1 Värmeeffektbehov ...9 2.3.2 Solvärmelast ... 10 2.3.3 Energianvändning ... 11 2.3.4 Ljud ... 12 2.3.5 Dagsljusinsläpp ... 13 2.4 Simuleringsverktyg ... 14 2.4.1 TMF-Energi ... 14
2.4.2 Velux Daylight Visualizer ... 14
3. Metod ... 15
3.1 Studiens arbetsgång och metod ... 15
3.2 Validitet ... 15
3.3 Fiktiv byggnad för analys ... 16
3.4 Fönster ... 17
3.5 Väggkonstruktioner ... 18
3.6 Tak- och grundkonstruktion ... 18
3.7 Beräkningar ... 19
3.7.1 Värmeeffektbehov, primärenergital och TMF-energi ... 19
3.7.2 Solvärmelast ... 20
3.7.3 Dagsljusinsläpp och VELUX Daylight Visualizer ... 22
3.7.4. Ljud ... 23
3.7.5 Jämförelse mellan olika kombinationer av klimatskal ... 25
4. Resultat och analys ... 27
4.1 Värmeeffektbehov och energianvändning ... 27
4.2 Solvärmelast ... 28 4.3 Dagsljus ... 29 4.4 Ljud... 30 4.5 Kombinationer av indikatorer ... 31 4.6 Ekonomisk analys ... 32 5. Diskussion ... 34 5.1 Resultatdiskussion ... 34 5.1.1 Klimatskalet ... 34
5.1.2 Solvärmelast och dagsljus ... 35
5.1.3 Ljud ... 36
5.2 Metoddiskussion ... 36
5.2.1 Alternativ metod ... 37
5.2.2 Studiens validitet ... 37
5.3 Diskussion ekonomisk analys... 38
5.4 Förslag till fortsatta studier ... 39
6. Slutsatser ... 40
6.1 Slutsatser utifrån frågeställningar... 40
6.2 Övriga slutsatser ... 41
Referenser ... 42
Figurer och tabeller... 44
Bilagor
1
1.Inledning
I denna inledande del av studien beskrivs hur byggbranschen tar ställning till miljöfrågan samt miljöcertifieringssystemens uppkomst och bakgrunden till dem. Det beskrivs även vad som kan vara problematiskt vid miljöcertifiering. Här beskrivs syftet och målet med studien, vilka frågeställningar som ska besvaras samt vilka avgränsningar som gjorts.
3.1 Bakgrund
1991 upprättades de första målen för miljöpolitik och 1999 upprättades de första 15 nationella miljökvalitetsmålen. Dessa mål har under åren genomgått en del ändringar och revideringar innan de nådde den nuvarande formen (Naturvårdsverket, 2019). Av dessa miljömål finns det ett som heter God bebyggd miljö som i stor grad påverkar dagens miljöbyggande. Av
Sveriges totala utsläpp står bebyggelsen för nära 40 % med sin material- och
energianvändning, vilket behöver minska för att Sverige ska klara långsiktiga miljömål. Regeringen har fastställt tio preciseringar av miljökvalitetsmålet God bebyggd miljö. Några av dessa är Hållbar bebyggelsestruktur, god vardagsmiljö, hälsa och säkerhet och hushållning med energi och naturresurser. Dessa miljökvalitetsmål specificeras ytterligare i en rapport av Boverket (Boverket, 2019), som ligger som underlag för det fördjupade arbetet med att nå miljömålen (Sveriges miljömål, u.d.).
När det kommer till bebyggelse finns det miljöcertifieringssystem som bedömer byggnaders prestanda. Certifieringssystemens funktion är att driva utvecklingen mot en ökad hållbarhet. För att kunna certifiera en byggnad måste ett antal miljökriterier/miljöindikatorer uppfyllas, om dessa kriterier/indikatorer uppfylls kan byggherren välja att ansöka om certifiering på byggnaden. Ansökan granskas av en oberoende tredje part som säkerställer att byggnaden uppfyller kraven (Sweden Green Building Council, 2020). Om ansökan godkänns så vittnar det om att upprättandet av byggnaden har skett med högt miljötänk, med hänsyn till både inomhusklimatet och det miljömässiga avtrycket på omgivningen (Swedish Green Building Council, u.d.).
Det finns flera certifieringssystem av denna sort, på den svenska marknaden förekommer till exempel Miljöbyggnad 3.0 och BREEAM m.fl. Gemensamt för de två nämnda
certifieringssystemen är att båda har olika nivåer av certifiering, i Miljöbyggnads fall finns det tre nivåer: brons, silver och guld. Miljöbyggnad är det vanligaste förekommande
miljöcertifieringssystemet i Sverige och systemet kan användas för certifiering av såväl nya som befintliga byggnader oavsett storlek. Miljöbyggnad är ett svenskt certifieringssystem som ägs och utvecklas av Swedish Green Building Council (SGBC) vilket är Sveriges största organisation för hållbart samhällsbyggande, det är även SGBC som genomför certifieringarna (Swedish Green Building Council, u.d.). Bronscertifiering är den lägsta nivån inom
2
De flesta byggherrar som väljer att certifiera med Miljöbyggnad har silver som mål för sina byggnader. För att uppnå silvercertifiering som är nästa nivå i Miljöbyggnads
certifieringssystem så räcker det inte att enbart uppfylla lagkrav. Bland annat så ställs högre krav på solskydd, ljudmiljö och ventilation. (Swedish Green Building Council, u.d.)
Denna studie fokuserar på Miljöbyggnad, då detta certifieringssystem är vanligt förekommande, och dess indikatorer baseras på krav som ställs i BBR (Swedish Green Building Council, u.d.).
En byggnads klimatskal, det vill säga den delen av byggnaden som är i kontakt med uteklimatet, är en viktig del av byggnaden och innehar många olika funktioner. Några av dessa funktioner är bärförmåga, skydd mot regn, värmeisolering och vindskydd med mera (Strandberg, 2014). Många av indikatorerna i Miljöbyggnad, såsom alla energirelaterade indikatorer, ljud samt dagsljusinsläpp påverkas av klimatskalets konstruktion.
Det finns forskning i området, med oftast så riktar studierna in sig på en specifik indikator. Studien (Johansson, 2015) tar upp förhållandet mellan solvärmelast och dagsljus men gör det med en intervjubaserad metod. Detta skiljer Johannsons och Alvarssons från denna, då denna studie görs med hjälp av Miljöbyggnads föreskrivna metoder. Studien (Weissmann, 2015) belyser dagsljus och studerar metoder för att förenkla bedömningen av en byggnads dagsljusinsläpp ur Miljöbyggnads perspektiv. Även denna studie tar hänsyn till
3
3.2 Syfte och mål
Syftet med denna studie är att undersöka och identifiera hur ett klimatskal i ett flerbostadshus kan varieras utifrån Miljöbyggnads tre certifieringsnivåer, för att uppnå en ekonomiskt optimal klimatskalskonstruktion utifrån vald indikator. De indikatorerna studien kommer att undersöka är energianvänding, värmeeffektbehov, solvärmelast, dagsljus samt ljud.
Följande frågor ska besvaras för att uppnå syftet:
• Hur ska väggkonstruktioner och fönster kombineras med avseende på de faktorer som analyserats för att klara respektive nivå av miljöbyggnad på ett kostnadsmässigt optimalt sätt?
• Vilka är svårigheterna med att uppnå nivåerna i en byggnad utifrån de analyserade indikatorerna i rapporten?
• Var bör fokuset ligga vid val av fönster utifrån aspekten att uppnå ett visst betyg i indikatorer som berörs av fönster? Finns det alternativa lösningar som kan avlasta fönstren?
4
3.3 Avgränsningar
Studien kommer fokusera på produktionsfasen i nybyggnadsprojekt, därmed kommer inledande fasen i byggnadsprocessen samt förvaltning uteslutas ur undersökningen. Studien kommer enbart att innefatta flerbostadshus. Slutsatserna kommer därmed inte nödvändigtvis stämma in på andra byggnadstyper.
Miljöbyggnad har 16 indikatorer uppdelade i tre områden, energi, inomhusmiljö och material. Denna studie kommer primärt att fokusera på klimatskalet, mer specifikt väggkonstruktion och fönster. Och de indikatorer som påverkas mest vid förändringar av klimatskalet. Med klimatskal menas de omslutande byggnadsdelarna såsom väggar, fönster, tak och grund. Dessa indikatorer är främst energianvändning, solvärmelast, dagsljus och till viss del ljud.
Den ekonomiska analysen kommer avgränsa sig till enbart materialkostnader för klimatskalskonstruktionen. Detta innebär att det inte kommer jämföras olika
konstruktionslösningar och inga omkostnadsanalyser kommer utföras. Konstruktionernas livslängd kommer inte värderas, utan enbart direkt inköpspris för respektive material kommer jämföras.
Solvärmelasten har beräknats med hjälp av de handberäkningar som refereras till i
5
4. Teori
I detta kapitel finns den information som behövs för att kunna förstå resultaten i rapporten. De analyserade indikatorerna och dess krav beskrivs samt hur betygsaggregeringen går till och vilka rum som anses som kritiska vid miljöcertifiering.
4.1 Miljöcertifiering
Idag är medvetenheten för det globala klimatet större än någonsin, och det visar sig tydligt i de krav som ställs på byggbranschen att arbeta mot ett mer klimatmedvetet utförande. Med klimatsmart byggande åsyftas miljö i den bredare bemärkelsen, det vill säga hållbarhet ur socialt, ekonomiskt och miljömässigt perspektiv (Byggtjänst, 2020). För att tillgodose dessa krav har byggbranschen tagit fram diverse certifieringssystem vars funktion är att premiera en byggnads miljöprofil samt verifiera att byggnaden är byggd på det sätt som utlovats
(Byggtjänst, 2020).
Genom att miljöcertifiera en byggnad kan byggherren använda certifieringen som ett säljargument för att byggnaden har byggts med ett särskiljande miljötänk gentemot
konkurrenter som saknar certifikat. Certifiering i Sverige blir allt vanligare, vilket även ökar den allmänna medvetenheten och statusen kring certifieringarna (Byggtjänst, 2020).
I Sverige är den ledande organisationen för hållbart samhällsbyggande SGBC. SGBC är en oberoende och icke vinstdrivande intresseorganisation med över 360 medlemmar. Bland medlemmarna finns kommuner, företag, statliga och kommunala bolag, högskolor och
organisationer. SGBCs främsta verksamhetsområde är certifiering, de utvecklar samt erbjuder certifieringssystem så som LEED, BREEAM och Miljöbyggnad. Av dessa tre är
Miljöbyggnad den dominerande på den svenska marknaden med över 1350 certifierade byggnader (Sweden Green Building Council, 2020).
4.2 Miljöbyggnad
Miljöbyggnad är en anpassning av systemet Miljöklassad Byggnad som är framtaget av Bygga-Bo-Dialogen, vilket är en frivillig överenskommelse som innefattar konkreta åtgärder för en hållbar utveckling med energi och miljö i fokus. 44 aktörer inom bygg- och
fastighetssektorn samt regeringen har undertecknat överenskommelsen under 2003, 2007 och 2008. En vision skapades av Bygga-Bo-Dialogen för hur samhället skulle se ut år 2025, visionen bestod av följande fem punkter:
• En framgångsrik svensk bygg- och fastighetssektor med internationell konkurrenskraft • Ett hållbart samhällsbyggande för ett samhälle i förändring
• Effektiv användning av resurser • En genomtänkt bebyggelse
6
Syftet med Miljöklassad byggnad var att skapa ett verktyg som fastighetsägare skulle kunna använda för att prioritera rätt miljöåtgärder för att bidra till miljökvalitetsmålen, särskilt ”god bebyggd miljö”. År 2004 implementerades de åtgärder som överenskommits. Bygga-Bo-Dialogen inrättade ett sekretariat på Boverket och ett kompetensutvecklingsprogram skapades för de verksamma inom byggbranschen. Fram till år 2007 pågick
kompetensutvecklingsprogram och ca. 14 000 personer verksamma inom bygg -och fastighetssektorn utbildades (Bygga-Bo-Dialogen, 2020).
Vid årsskiftet 2009/2010 övergick Miljöklassad byggnad från ett statligt finansierat initiativ till en intresseförening. 1 januari 2011 så övertogs Miljöklassad byggnad av SGBC. Namnet ändrades till Miljöbyggnad och systemet anpassades för certifiering, det vill säga
tredjepartsgranskning (Sweden Green Building Council, 2020).
Miljöbyggnad är idag det vanligast förekommande miljöcertifieringssystemet för enskilda byggnader i Sverige. Certifieringssystemet kan användas vid certifiering av olika
byggnadstyper och verksamhetstyper vid både nyproduktion och befintliga byggnader. I nuläget finns det över 1500 byggnader som certifierats med Miljöbyggnad. Av dessa
byggnader är 37 % preliminärt certifierade vilket innebär att SGBC har granskat ansökan om certifiering och godkänt den. Resterande certifierade byggnader är verifierade och har
genomgått en kontroll efter två år i drift. Vid verifiering kontrollerar en oberoende tredje part att byggnaden uppfyller betygskriterier (Sweden Green Building Council, 2020).
Miljöbyggnad har tre olika betyg inom miljöcertifiering: Brons, Silver och Guld. De olika betygen ställer olika krav på byggnaden utifrån de 16 indikatorer (Figur 1). Indikator 16 är inte aktuell vid nyproduktion.
För att uppfylla kraven för bronscertifiering räcker det att följa lagkrav, byggpraxis eller tolkning av
miljökvalitetsmål (Sweden Green Building Council, 2020).
De flesta byggnader som certifierats med Miljöbyggnad i Sverige har betyg Silver, vilket innebär högre krav än lagkrav. Det ställs bland annat högre krav på solskydd, ljudmiljö och ventilation (Sweden Green Building Council, 2020).
Det högsta betyget är guld och för att lyckas uppnå det så ställs högre krav på bland annat radonhalt och inomhusmiljö. De som brukar byggnaden ska därför tillfrågas efter 2 år hur de upplever inomhusmiljön. Detta sker genom en enkätundersökning och det krävs att 80 % av brukarna anser inomhusklimatet vara acceptabelt, bra eller mycket bra för att
7
kunna uppnå Guld-betyget. Enkätundersökningen innefattar de indikatorer som i högsta grad utgör inomhusklimatet, det vill säga ljud, ventilation, termiskt klimat sommar och termiskt klimat vinter. I bostadshus eftersträvas en svarsprocent på 70 % (Sweden Green Building Council, 2020).
I Sverige är 73 % av de byggnader som är certifierade med Miljöbyggnad nivå Silver. Av dagens statistik framgår att den vanligaste byggnadstypen att certifiera är nyproduktion (78 %) och verksamhetstypen är flerfamiljshus (57 %) (Sweden Green Building Council, 2020).
4.2.1 Betygsaggregering
Miljöbyggnads betygssystem är uppbyggt av flera steg och fungerar så att byggnaden först avgränsas till ett rum. Rummet tilldelas ett betyg utifrån hur väl det uppfyller kriterierna för de aktuella indikatorerna. Sedan ställs varje rumsbetyg mot ett helt våningsplan, det lägsta rumsbetyget på en våning avgör våningens betyg. Om hälften eller mer av den bedömda rumsarean på våningen är högre än den lägsta nivån kan våningsbetyget höjas en nivå (Figur 2) (Catarina Warfvinge, 2015).
Figur 2. Två aggregeringsexempel för våningsplan
Om bedömningen innefattar flera våningsplan så aggregeras det slutgiltiga våningsbetyget enligt samma princip som för ett våningsplan det vill säga generellt så avgörs det av den sämsta våningsbetyget men det kan dock höjas om det finns våningsplan som har högre betyg (Catarina Warfvinge, 2015).
Indikatorbetyget kan sedan omvandlas till ett aspektbetyg vilket endast är ett begrepp som används i betygsaggregeringen. Ett aspektbetyg kan vara detsamma som ett indikatorbetyg men vissa indikatorer har sammanvägts till en aspekt då de är sammanhängande för att uppnå samma slutgiltiga mål till exempel värmeeffektbehov och solvärmelast, radon och ventilation.
Figur 3. Aggregeringsexempel från indikatorbetyg till aspektbetyg.
8
sammanvägningar. Ett exempel på områdes-aggregering visas nedan. (Catarina Warfvinge, 2015)
Figur 4. Aggregeringsexempel från aspektbetyg till områdesbetyg
Slutligen aggregeras områdesbetygen till ett byggnadsbetyg vilket är det slutgiltiga betyget som byggnaden kan certifieras med. Ett exempel på byggnads-aggregering visas i Figur 5.
Figur 5. Aggregeringsexempel från områdesbetyg till byggnadsbetyg.
På Sweden Green Building Council:s webbplats finns ett betygsverktyg för att utläsa hur de olika betygsområdena påverkas av de olika indikatorbetygen. Betygsverktyget är tillämpbart på nyproducerade byggnader, befintliga byggnader samt ombyggnader. (Catarina Warfvinge, 2015)
2.2.2 Kritiska rum
9
De kritiska rummen är de rum som har lägst betyg i respektive rumsindikatorer. I bostäder väljs kritiska rum bland vardagsrum, kök, sovrum men inte hall, klädkammare eller våtrum. I Miljöbyggnad bedöms sedan det mest kritiska av dessa rum (Sweden Green Building Council ).
4.3 Analys av utvalda Miljöbyggnads-indikatorer
2.3.1 Värmeeffektbehov
Värmeeffektbehovet ett hus har är helt ekvivalent med vilka värmeförluster byggnaden har. Skulle en byggnad helt teoretiskt sakna värmeförluster så skulle inget behov av uppvärmning finnas. Värmeförlusterna förläggs till tre olika kategorier: transmissionsförluster,
ventilationsförluster och luftläckage. Dessa förluster motverkas genom att till exempel öka tjocklek på isolering, återvinna varm frånluft för att värma tilluften (FTX) samt bygga ett tätt hus. En byggnad som utförs med god lufttäthet samt med värmeåtervinningssystem i
ventilationen har ofta transmissionsförluster som dimensionerande värmeförlust (BostadVästerås, 2020).
Effektbehovet bestämmer storleken på värmesystemet och anges ofta med nyckeltalet W/ m2 Atemp. Effektbehovet för uppvärmning i småhus är ca 40-60 W/m2Atemp, i flerbostadshus är det
30-60 W/ m2A
temp. Intervallen beror på var i landet huset ligger samt hur och när det är byggt.
Riktigt effektsnåla hus brukar också vara energisnåla, till exempel är installerad värmeeffekt i bostadshus byggt med så kallat passiv teknik i södra Sverige ca 10 W/ m2A
temp.
Dimensionerande värmeeffekt beror på:
• Storleken på klimatskalets omslutande area • Isoleringsstandard • Värmetröghet • Lufttäthet • Ventilationssätt • Ventilationsflöde • Innetemperatur • Uteklimat (Dahlblom, 2010)
I och med att denna rapport bland annat ska avhandla den ekonomiska skillnaden mellan de olika nivåerna av Miljöbyggnad, så är målet att ta reda på vilka åtgärder som görs för att i det här fallet sänka värmeeffektbehovet till en godtagbar nivå för varje betyg.
Konkret så blir målet att jämföra kostnaden för varje påverkad byggdel, till exempel vilken vägg som kan användas för nivå Brons och vilken för nivå Guld, och sedan jämföra
kostnaden. På detta sätt så kan den effektiva totalkostnaden för denna indikator estimeras. För nyproducerade bostadshus betygskriterier för värmeffektbehov används enheten W/m2,Aom
10
Figur 6. Betygskriterier värmeeffektbehov. Källa. Miljöbyggnad 3.0 bedömningskriterier vid nyproduktion
Figur 7: BBR krav. Källa BBR avsnitt 9:2 (2011:6)
Betygskriterier för solvärmelast i W/m2, där m2 är golv area vid nyproduktion.
Figur 8. Betygskriterier för solvärmelast Källa. Miljöbyggnad 3.0 bedömningskriterier vid nyproduktion
2.3.2 Solvärmelast
När solinstrålningen träffar fönstret så absorberas en del av solljuset, en del reflekteras tillbaka och resten fortsätter igenom i form av direkt transmission. En del av den värme som glasen absorberar transmitteras indirekt och värmer upp rummet. (Öman, 2014/2015)
När en byggnad tillämpar stora fönster råder byggnaden risk att få för hög
solenergitransmittans. För att nå god termisk komfort krävs då dubbelt så mycket energi till att kyla byggnaden till en temperatur som anses behaglig. Det finns dock metoder som kan användas för att balansera denna effekt, till exempel solavskärmande element och/eller solskyddsglas med spektralt selektiva beläggningar. Detta kan hjälpa till att avskärma solens strålar eller reflektera mer av solstrålningen. (Persson, 2013-11-15)
Figur 9.Principer för värmetransport genom ett treglasfönster visande principerna för ledning, strålning och konvektion (Bülow-Hübe).
Det finns speciella typer av spektralt selektiva beläggningar, s.k. lågemitterande beläggningar (le-skikt) som utformats för att öka energieffektiviteten hos fönster. Vanligt le-glas är
11
skär bort det mesta av den nära-infraröda solstrålningen, men släpper in större delen av ljusinstrålningen (Bülow-Hübe).
Fönster som används i nybyggen idag är ofta s.k. isolerrutor, som består av fler glasrutor som är sammanfogade till en enhet. I dessa fönster är det vanligt att tomrummet mellan glasen fylls med argon, eller mer ovanligt krypton. Argonet, som i jämförelse med luft är en tung gas vilket saktar ner konvektionen som sker mellan rutorna. Detta används för att sakta ned värmetransmissionen mellan fönstrets två sidor. (Ekstrand-Tobin & Olsson-Jonsson, 2011)
2.3.3 Energianvändning
Denna indikator bedömer årliga energianvändningen i förhållande till energikraven i Boverkets byggregler. (Sweden Green Building Council, 2020)
Betygskriterier för årlig energianvändning i kWh/m2,A
temp vid nyproduktion.
Figur 10. Betygskriterier för årlig energianvändning (Swedish Green Building Council, 17).
I boverkets byggregler ställs övergripande krav som begränsar tillåtet antal kWh/m2∙år. Det
som räknas in i energianvändningens krav är uppvärmning, tappvarmvatten, komfortkyla och fastighetsenergi. Hushållsenergi och verksamhetsenergi räknas inte in. Den totala
energianvändningen för byggnaden divideras med m2 uppvärmd area, och resultatet benämns primärenergital och har enheten kWh/m2-år. (Boverket, 2020)
Beräkning av ackumulerad energianvändning kan ske med en rad olika verktyg och metoder. För småhus och flerbostadshus får byggnadens energianvändning fastställas genom
energiberäkning med beräkningssteg högst en månad (Boverket, BEN 1, 2016). Metoder för att beräkna energianvändning hamnar under kategorierna dynamisk eller statisk, där statisk är den enklare av de två. Dynamiska program används i lokalbyggnader för att ge en
noggrannhet i resultatet som behövs vid komplexa byggnader. Dynamiska beräkningsverktyg kan även användas vid småhus och flerbostadshus, men man får här även använda
beräkningsverktyg med beräkningssteg på upp till en månad (Boverket, 2020).
Beräkningsverktyget som används i denna studie är ett statiskt verktyg som heter TMF-Energi, denna beskrivs vidare under rubrik 5 Metod.
12
som levererats anges en primärenergifaktor, som multipliceras med energianvändningen. Faktorn anger hur mycket energi som har krävts för att leverera exempelvis 1 kWg el till byggnaden (PBL, 2017). Energianvändningen bör ej blandas ihop med effektkrav, då det är mått på två olika saker.
2.3.4 Ljud
I denna indikator bedöms ljudmiljön enligt BBR och de svenska ljudstandarderna (Swedish Green Building Council, u.d.). Nedan i tabell 5 ses kraven för de olika nivåerna.
Betygskriterier för ljudmiljö vid nyproduktion
Figur 11. Betygskriterier för ljudmiljö vid nyproduktion (Swedish Green Building Council, 17).
I flerbostadshus värderas en god ljudmiljö högt av de boende, och därför byggs idag många flerbostadshus med bättre ljudisolering än vad Boverkets byggregler kräver. Detta för att många tycker att ett tyst boende är en kvalitet som är värd att betala extra för (Strandberg, 2014).
I byggnader bestäms ljudmiljön av tre faktorer; byggnadens ljudisoleringsförmåga, buller inifrån byggnaden samt buller utifrån. Bullret utifrån kommer oftast från trafik, särskilt i städer. Inre störningar kommer från diverse ljudkällor inom huset, som till exempel installationer och grannars diverse aktiviteter. (Strandberg, 2014)
Boverket har satt ett krav på att den genomsnittliga ljudnivån från trafiken till vardagsrum och sovrum max får vara 30 dBA (Boverket, 2017). Ytterväggskonstruktionen ska alltså dämpa ljudet till denna nivå. I en väggkonstruktion är generellt fönstret den svaga delen. Beroende på vilka nivåer av buller som förekommer utanför fasaden bestäms hur mycket ljudreduktion fönstret måste inneha.
Vid ’normala’ fasadkonstruktioner kan ett standardfönster av cirka Rw 33 dBA dämpa
13
Det finns två svenska standarder för ljudklassning och akustik, en för lokaler och en för bostäder. Den för bostäder heter SS 25267, och innefattar ljudklasserna A, B och D. Ljudklass C finns inte, utan den nivån motsvaras av de värden som för bostäder anges i de allmänna råden i BBR (Boverket, 2017).
Indikatorn ljudmiljö i Miljöbyggnad bedöms utifrån ett antal parametrar. Beroende på hur många parametrar som uppfyller ljudklass B genererar det olika nivåer av indikatorbetyg. För att uppnå nivå Guld krävs det till exempel att fyra parametrar uppfyller ljudklass B. Dessa akustiska parametrar är som följande;
• Ljud från installationer inomhus • Luftljudsisolering
• Stegljudsisolering
• Isolering mot ljud utifrån, till exempel från trafik
För att i ett verkligt projekt kunna certifiera en byggnad måste vissa särskilda åtgärder göras för att klara ljudkravet. Ljudfrågan är komplicerad, därför måste en ljudsakkunnig upprätta en ljudbeskrivning. Den ljudssakkunnige har krav på erfarenhet och kunskap som matchar projektets komplexitet (Sweden Green Building Council ).
Enligt Bronsnivån ska alla fyra av ovanstående parametrar uppfylla BBR:s allmänna råd kring ljudklassning. Som i de andra indikatorerna kan alltså Brons ses som en certifiering att
byggnaden är byggd på ett sätt som är godkänt av vedertagna svenska standarder. Nivå Silver och Guld har dock krav på att två respektive fyra parametrar uppfyller ljudklass B:s krav (Sweden Green Building Council ).
2.3.5 Dagsljusinsläpp
Syftet är att premiera byggnader som projekteras, byggs och förvaltas för god tillgång till dagsljus. Nedan i Figur 12 ses kraven från SGBC.
Figur 12. Betygskriterier för dagsljusinsläpp (Swedish Green Building Council, 17).
14
I miljöcertifieringssystem såsom Miljöbyggnad ställs höga krav på byggnaders energi- samt ljusegenskaper. Detta är två egenskaper som kan verka mot varandra, då ett klimatskal med goda energiegenskaper ofta innebär väggar med god isolerförmåga och små till mellanstora fönster. Detta fungerar i direkt motsats till dagsljus vars egenskaper direkt bygger på fönstrets storlek. Det har påvisats att dagsljus och tillgången till utemiljö via fönster är viktigt för byggnadens brukare. Med andra ord blir det generellt lättare att nå energikraven för Miljöbyggnad med mindre fönster men det arbetar emot dagsljusinsläppet. (Marie-Claude Dubois, 2017)
Enligt folkhälsomyndigheten som genomfört en sammanställning av aktuell forskning och kunskap kring ljusets betydelse för hälsa och välbefinnande finns flera positiva effekter hos människor som blivit exponerad för dagsljus. Sömnens kvalitet och längd förbättras, högre vakenhet under dagtid erhålls samt mildras depressioner och den kognitiva förmågan
förstärks. Sammantaget visar studien att det finns samband mellan god hälsa och ljustillgång. (Folkhälsomyndigheten, 2017)
4.4 Simuleringsverktyg
4.4.1 TMF-Energi
RISE – Research Institute Of Sweden har med anledning av Boverkets krav på
energihushållning tagit fram beräkningshjälpmedlet TMF-Energi. TMF-Energi beräknar, projekterar samt verifierar energianvändningen enligt BEN och BBR. (TMF, u.d.)
Det finns två versioner av TMF, en för småhus samt en för flerbostadshus. Den version som använts i denna rapport för att ta fram energi- och effektvärden är 8.12 för flerbostadshus BBR27.
4.4.2 Velux Daylight Visualizer
I denna studie används en simuleringsmetod för att få en resulterande dagsljusfaktor, och programmet som används är VELUX Daylight Visualizer. Detta är ett gratis
simuleringsprogram som rekommenderas av SGBC (Sweden Green Building Council, 2020). Enligt en studie kring dagsljusets relevans i certifieringar (Petersson, 2015) är VELUX simuleringsverktyg det som används mest i branschen. Av den anledningen samt
15
5. Metod
I denna del beskrivs studiens arbetssätt och hur resultaten har arbetats fram.
5.1 Studiens arbetsgång och metod
Studien kommer primärt grunda sig på teoretiskt framtagna energi- och kostnadskalkyler. Studien kommer även att använda sig av modellering och simulering som metodologisk grund för att ta fram data för dagsljus. För att kunna jämföra olika fönster- och väggars prestanda utan att kolla på verkliga fall är det lämpligt att använda sig av rekonstruktioner av
verkligheten, i detta fall används sekundärdata för olika byggnadsdelars egenskaper som tillhandahålles av leverantörer för att genomföra simuleringar (Gustavsson, 2019)
För att kunna utföra simuleringar och beräkningar måste ett eller flera fall specificeras. Denna fallstudie med enfallsdesign genomförs med en fiktiv byggnad som fall, byggnaden kommer att användas som underlag vid simuleringar samt beräkningar för att undersöka en unik företeelse i sin naturliga miljö (Gustavsson, 2019). Indata för simulering samt förinställningar i simuleringsprogram har en hög instrumentering vilket möjliggör för upprepning av
simuleringar och beräkningar (Gustavsson, 2019). Med hjälp av en byggnadsmodell kan en behandlingsforskning genomföras, syftet med behandlingsforskningen är att förbättra och optimera olika konstruktionslösningar (Gustavsson, 2019). Dessa simuleringar kan dock aldrig ersätta empirisk prövning eftersom överensstämmelse mellan simuleringsresultat och empiriska observationer måste kunna säkerställas (Hansson, 2007). Då denna studie baseras på en fiktiv byggnad kan inte några empiriska observationer göras.
Skillnaderna i enskilda byggdelars kostnad kommer att jämföras med varandra. Den teoretiska delen innebär att en energibalansberäkning av den fiktiva byggnaden görs. Utifrån
beräkningen kommer olika komponenter testas för att få fram ett optimalt förhållande mellan byggdelars kvalitet och kostnad. Den ekonomiska analysen kommer basera sig på aktuella marknadsmässiga materialpriser tillhandahållna av leverantörer.
5.2 Validitet
Validitet är ett begrepp som används för att beskriva giltigheten av de resultat som uppnås och om det som studeras faktiskt är det som ska mätas (Gustavsson, 2019).
Begreppet validitet kan delas upp i två kategorier, intern validitet och extern validitet. Intern validitet handlar om i vilken grad den undersökning som utförts ger underlag för att besvara studiens frågeställningar. Den interna validiteten kan stärkas genom att ha en hög
instrumentering av data samt tydlighet i hur urvalet genomförts och hur materialet ska tolkas (Gustavsson, 2019). Extern validitet handlar om det erhållna resultatets möjlighet till
överförbarhet, om det är ett generellt resultat som kan kopplas till andra situationer(Gustavsson, 2019).
Reliabilitet handlar om i vilken utsträckning simuleringar och beräkningar kan återskapas och ge samma resultat. Reliabiliteten påverkas av slumpmässiga fel som kan uppstå under
16
och beräkningsmetoder (Gustavsson, 2019).
5.3 Fiktiv byggnad för analys
För att studien ska kunna utföras måste en byggnad, fiktiv eller verklig, användas för bland annat simuleringar. En byggnad behövs även för att kunna göra bedömningar som beror på ett rums storlek. Därför har för studiens syfte en fiktiv byggnad ritats upp i programmet Revit. Byggnaden som ritats upp har formen av ett punkthus med byggnadsarea 400 m2,
planlösningen har utformats på ett sätt som ämnar efterlikna en verklig byggnads planlösning. Planlösningen har även anpassats efter de krav som ställs på dagsljus då alla de kritiska rummen placerats så att de får tillgång till dagsljusinsläpp. Den fiktiva byggnaden har
inspirerats av planlösningen som visas i Figur 13, planlösningen är framtagen som ett förslag på utformning av lägenheter i bullerutsatta områden i samband med en studie gjord av två studenter på Chalmers 2017.
17
5.4 Fönster
För beräkningarna i detta kapitel har ett antal olika fönster använts. De värden som används för varje fönster har tillhandahållits av en ledande aktör inom fönstertillverkning i Sverige. Fönstren kommer fortsättningsvis benämnas som fönster 1, fönster 2 osv. Under denna rubrik (3.2 Fönster) redovisas de olika fönstrens specifikationer. De olika fönstren som jämförs är av samma modell och storlek (980 mm x 1380 mm), det som varieras är fönstrets glas samt att vissa fönster förses med en distanslist (Figur 14) som förbättrar fönstrets U-värde.
Figur 14.Genomskärning av isolerruta med distanslist (Pilkington, 2018).
I Tabell 1 redovisas de värden på de nio olika fönstren som använts vid beräkning av U-medel för klimatskalet, maximal fönsterarea med hänsyn på solvärmelast samt LT-värden som använts för att genomföra dagsljussimuleringar.
Tabell 1.Ingående värden för fönster 1-9
18
Tabell 2. Ljudreduktionstal för fönster 1-9
5.5 Väggkonstruktioner
Nedan i Tabell 3 ses ytterväggar i utförande Sandwich-element tillhandahållet av en väggleverantör. Väggarna har U-värden som kan anses vara representativa för nybyggda sandwichväggar.
Tabell 3.Väggtyper och dess uppbyggnad
De tre väggkonstruktioner som har jämförts har samma tjocklek och därmed behöver inte några förluster på grund av minskad bostadsarea beaktas. Det som skiljer sig mellan de olika väggtyperna är val av isoleringsmaterial. De olika isoleringsmaterialen skiljer sig i λ-värde och kan därför variera väggtypens U-värde utan att det krävs en annan tjocklek av isolering. Den slutgiltiga montagekostnaden antas bli densamma för de olika väggtyperna.
5.6 Tak- och grundkonstruktion
Tak samt grundkonstruktion är delar av klimatskalet som i denna rapport inte kommer avhandlas på djupet. På de ställen där en grund och takkonstruktion behövs specificeras, som till exempel i Umedel för hela huset, har två U-värden valts. Dessa U-värden har uppskattats
utifrån vad som rimligt skulle kunna finnas på ett punkthus. Takkonstruktionen är tagen från Isover, och ser ut som i Figur 15 nedan. U-värdet som valts utifrån konstruktionen nedan är 0.1.
19
Grundens U-värde har approximerats med hjälp av rådgivning från kunniga yrkesmän samt ingenjörsmässiga antaganden, och har satts till 0,16 W/m2 K.
5.7 Beräkningar
3.7.1 Värmeeffektbehov, primärenergital och TMF-energi
Vid beräkning av värmeeffektbehov har endast Umedel-värdet varierats, då olika fönster
kombinerade med olika väggar tillsammans ger olika Umedel-värden. I TMF-energi finns det
åtskilliga indata som kan varieras, i princip alla värden som kan påverka en byggnads energiförbrukning. Ventilation och varmvattenberedning är två exempel på kategorier där olika val kan ge stora utslag på den slutliga energiförbrukningen. För att rapporten ska bli så representativ som möjligt har försök gjorts för att få dessa indata att efterlikna hur en
’bronsbyggnad’ skulle byggas, det vill säga standardnivå. Dessa indata har sedan varit konstanta under alla tester med olika U-värden. Förinställningarna som använts för TMF-energi redovisas under bilagor.
Tabell 4. Umedel för väggtyp 1 kombinerad med de olika fönstren. Se Fönster för fönsterspecifikationer.
Tabell 5.Tabell 5. Umedel för väggtyp 2 kombinerad med de olika fönstren
20
3.7.2 Solvärmelast
Indikatorn solvärmelast ställer krav på hur stor värmelasten från solstrålning får vara för de olika certifieringsbetygen. För att beräkna solvärmelasten har en förenklad metod använts, metoden utgår från den högsta solstrålningen under ett normalår mellan vår- och
höstdagjämning. Den högsta solstrålningen mot utsidan av ett vertikalt fönster uppskattas till 800 W/m2 under ett normalår på en godtycklig ort i Sverige (Figur 16) (Sweden Green Building Council, 2020).
Figur 16: Solinstrålning mot en vertikal yta sommar och vinter mot olika väderstreck. Källa: H Bülow-Hübe.
För rum med fönster åt ett väderstreck gäller enligt förenklad formel för beräkning av solvärmelast: 𝑆𝑉𝐿 = 800 ∗ 𝑔𝑠𝑦𝑠𝑡∗ 𝐴𝑔𝑙𝑎𝑠 𝐴𝑟𝑢𝑚 𝑊 𝑚 2 ⁄ 𝑔𝑜𝑙𝑣𝑎𝑟𝑒𝑎 (1)
Med hjälp av denna förenklade formel kan byggnadens maximala fönsterarea för en bestämd rumsarea beräknas vid olika gsyst-värden för det olika SVL-kraven i Miljöbyggnad.
𝐴𝑔𝑙𝑎𝑠 = 𝑆𝑉𝐿∗𝐴𝑟𝑢𝑚
800∗𝑔𝑠𝑦𝑠𝑡 𝑚
2 𝑔𝑙𝑎𝑠𝑎𝑟𝑒𝑎 (3)
gsyst = Sammanvägt g-värde för fönsterglas och solskydd.
Aglas = Glasarea i fönster, dörrar och glaspartier (ej karm, båge och profil) (m2)
Arum = Rummets golvarea, inklusive area under köksinredning, garderober och motsvarande
(m2)
I Tabell 7 nedan har rumsstorleken Arum satts till 15 m2 och kraven för SVL gäller för
bostäder, gsyst-värden mellan 0,33-0,6 har använts för att analysera utfallet. Fönster i nordlig
21
blir därför inte dimensionerande för fönsterarean om en och samma fönsterstorlek i alla väderstreck eftersträvas.
3.7.2.1 Kritiska rum solvärmelast
Solvärmelasten är korrelerad med fönsterarean och därmed blir de rum som har störst fönsterarea i förhållande till golvarea det kritiska rummet sett ur ett solvärmelast-perspektiv (Sweden Green Building Council ).
22
3.7.3 Dagsljusinsläpp och VELUX Daylight Visualizer
Dagsljusinsläppet måste enligt SGBC beräknas för att en klassning ska kunna uppnås. Denna beräkning får enligt SGBCs anvisningar ske på fyra sätt.
• Förenklad metod, AF • Simulering av DF-punkt • Simulering av DF-median • Handberäkning av DF-punkt
Den förenklade metoden innebär att fönsterarean divideras med golvarean. Denna metod får enbart användas för certifiering om dagsljustransmissionen, LT≥0,63, om
avskärmningsvinkeln α < 45°, om rummet är rektangulärt med djup ≤ 6,0m (Swedish Green Building Council, 17).
I denna studie används simuleringsmetoden, och programmet som brukas är VELUX Daylight Visualizer. Detta är ett gratis simuleringsprogram som rekommenderas av SGBC. Enligt en studie kring dagsljusets relevans i certifieringar (Petersson, 2015) är VELUX simuleringsverktyg det som används mest i branschen. Av den anledningen samt
programmets relativt enkla användarvänlighet har detta program valts till ändamålet i denna studie.
Byggnaden som använts för simulationen är den fiktiva byggnad som beskrivs under rubrik 3.1 Fiktiv byggnad för analys. Simulationen har alltså gjort på två rum av olika utformning, i både sydvästlig samt nordöstlig fasadriktning. Detta för att ta höjd för att solljuset eventuellt skiljer sig beroende på vilket väderstreck fönstret är riktat mot. Följande in-data han använts i fliken ”surfaces”:
• Mark utomhus>Organic>Default ground: Reflectance 0,2; Roughness 0; Specularity 0. • Golv>Wood>Wooden Floor 3: Reflectance 0,289; Roughness 0,03; Specularity 0,150. • Vägg>Wood>Wooden Floor 1: Reflectance 0,842; Roughness 0,03; Specularity 0,150. • Fönsterglas>Window Glass>Custom: Transmittance: Varieras i mån av G-värden.
Renderingen som är gjord är en ”still image”, med renderingstypen ”daylight factor”. Upplösningen och renderingskvalitén är satt till ”low”. Renderingen har sedan gjorts på två rum i taget, en rendering för det sydvästliga hörnet, och en rendering för det nordöstliga. Enligt Miljöbyggnad får två olika metoder användas för att uppskatta dagsljusnivån för det simulerade rummet, DFpunkt eller DFmedian. DFmedian, som valts som metod i denna studie,
beräknas i ett nät 0,8 meter över golvet, ca 0,1 m från väggen där fönstret sitter, och ca 0,5 m från väggarna där ljuset har svårt att nå. Ty inget mätverktyg finns att tillgå i renderingsvyn kan detta inte sägas vara exakta mått, utan så goda uppskattningar som möjligt har gjorts. När detta nät har dragits upp i renderingsvyn ges ett värde på DFmedian, som sedan är det som
23
3.7.3.1 Kritiska rum dagsljusinsläpp
Dagsljusinsläppet är korrelerat med fönsterarean och därmed blir de rum som har minst fönsterarea i förhållande till golvarea det kritiska rummet sett ur ett dagsljus-perspektiv (Sweden Green Building Council ).
3.7.4. Ljud
Vid bedömning av ljudmiljön i Miljöbyggnad så ser man till fyra akustiska parametrar: • Ljud från installationer inomhus
• Luftljudsisolering • Stegljudsisolering
• Isolering mot ljud utifrån, till exempel från trafik
Eftersom detta arbete fokuserar på klimatskalet så är det endast en av dessa parametrar som är relevant att undersöka, nämligen isolering mot ljud utifrån.
De olika fönstren och väggtyperna som undersökts i de övriga indikatorerna kommer att användas vid beräkningar för ljudreduktion, de olika fönstren och väggtyperna har olika Rw-värden och olika kombinationer av vägg och fönster kommer därför att ge olika resulterande ljudreduktionstal som kan ställas mot kraven i BBR.
Följande formel används för att beräkna det resulterande ljudreduktionstalet:
𝑅𝑐𝑜𝑚𝑏𝑖𝑛𝑒𝑑 = 10𝑙𝑜𝑔 𝑆1+𝑆2+...+𝑆𝑛 𝑆110 −𝑅1 10 ⁄ +𝑆210 −𝑅2 10 ⁄ +...+𝑆𝑛10−𝑅𝑛⁄10 (4)
𝑅1, 𝑅2, … . 𝑅𝑛 = Ljudreduktionstal för de olika byggnadsdelarna.
𝑆1, 𝑆2, … . 𝑆𝑛 = Area för de olika byggnadsdelarna.
Följande formel används för att beräkna ljudnivå inomhus, avsett till stadstrafikbuller (100Hz-3150Hz):
𝐿𝑖 = 𝐿0− (𝑅𝑤+ 𝐶𝑡𝑟) + 10 log (𝑆
𝐴) + 3 (5)
𝐿0 = Den A-viktade ljudnivån utomhus i ett fritt fält [dBA]
𝐿𝑖 = medelvärde för a-viktad ljudnivå i rummet [dBA]
𝑆 = Ytarea mot rummet, m2
24
𝑅𝑤 + 𝐶𝑡𝑟 = Spektrumanpassningsterm, vägtrafik
Följande formel gäller för att beräkna absorptionsytan:
𝑇 =0,16∗𝑉
𝐴𝑅 (6)
𝐴𝑅 = Ljudabsorptionsarea, mottagande rum, m2 Sabine
𝑇 = Efterklangstid i sekunder, Efterklangstiden kan approximeras till 0,4s i sovrum och 0,8s i vardagsrum.
𝑉 = Rummets volym, m3
För sovrum ställs även krav på den maximala ljudnivån i rummet, LA,Fmax. Detta värde
beräknas eller uppmäts för att ta höjd för att den ekvivalenta ljudnivån kan vara låg, men att höga ljudnivåer förekommer ibland. Ett exempel är om en byggnad förläggs intill en järnväg. Där kan den dygnsekvivalenta ljudnivån vara relativt låg, men när ett tåg åker förbi blir det en mycket hög ljudnivå. I denna studie antas LA,Fmax ej vara dimensionerande, det vill säga
används den ekvivalenta dygnsljudnivån som dimensionerande ljudnivå att ta hänsyn till vid val av konstruktion. Ingen ytterliggare beräkning görs därför för detta.
Tabell 8. Dimensionerande inomhusljudnivå, SS 25267:2015
Väggarna som valts som studieobjekt i denna rapport liknar den ljudsimulerade väggen som visas under bilagan Beräkning av ljudreduktionstal för väggkonstruktioner. Skillnaderna i konstruktionen är att ytterskivan är 75 mm i fallet som beräknats, medan väggen som valts som studieobjekt är 70 mm. Isoleringsskiktet är också 40 mm tunnare i figuren, men denna tjocklek är ej av betydelse, då en tjockare styv isolering inte påverkar det slutliga
25
Det bör noteras att ljudreduktionstalen inte är tillhandahållna av väggleverantören som har delgett väggkonstruktionerna, utan är uppskattningar på vad dessa konstruktioner skulle kunna ge för ljudreduktion. För verkliga projekt görs en noggrannare projektering för att ge exakta värden på ljudreduktionen i alla konstruktioner och det tas även hänsyn till fler parametrar.
Tabell 9. Dimensionerande inomhusljudnivå, BBR kap.7
3.7.5 Jämförelse mellan olika kombinationer av klimatskal
De olika fönstertyperna och storlekar som har tagits fram kombineras med tillhandahållna väggtyper. Det totala U-medel förs då in i TMF-energi beräkningsverktyg. Detta ger ett värmeeffektbehov samt ett totalt primärenergital för året och har jämförts med Miljöbyggnads krav på total energianvändning beroende på de olika nivåerna. Flera kombinationer av
klimatskal kommer tas fram för att hitta en optimal lösning ur indikator samt ekonomisk synpunkt. Detta ger möjlighet att utläsa vilka kombinationer som är de mest effektiva efter önskad betygsnivå.
3.8 Ekonomisk analys
Vid jämförelse av olika byggnadsdelar påvisas de olika byggnadsdelarnas egenskaper ur diverse indikators aspekt. För att lyckas uppnå ett högre betyg än Brons kan det krävas att olika byggnadsdelars prestanda höjs och detta medför ofta en högre kostnad. Det är därför viktigt att försöka att precisera vilka byggnadsdelar som är kostnadsbärare samt att jämföra det med andra åtgärder som kan förbättra byggnadens prestanda. Priser har tillhandahållits av fönster- samt väggelementstillverkare för att kunna genomföra en ekonomisk analys av olika kombinationer av fönster och väggar. Priserna är föreslagna priser, och den faktiska summan bör analyseras vidare. Detta då priser skiftar beroende på i vilken mängd de köps,
26
Tabell 10. Fönsterpriser
27
6. Resultat och analys
I denna resultatdel kommer resultat från simuleringar samt beräkningar att redovisas för de analyserade indikatorerna inom Miljöbyggnad.
6.1 Värmeeffektbehov och energianvändning
Värmeeffektbehovet och energianvändning, i Tabell 12 kallad Ptot respektive PET är enbart en
produkt av förändrade U-värden i och med de olika kombinationerna av fönster och väggar. Den totala effekten och energianvändningen ökar alltså linjärt med Umedel och är därmed direkt
korrelerat. Något betyg är inte angett här som i de andra indikatorerna. Detta då för många ingående variabler som inte har med klimatskalet att göra påverkar det totala
värmeeffektbehovet. Istället för att analysera den faktiska siffran för vardera kombinationen bör differensen mellan kombinationerna vara det resultat som ska läggas vikt vid.
Indikatorerna värmeeffektbehov och energianvändning kommer inte att tas med i jämförelsen under rubrik 6.5 Kombinationer av indikatorer, då differensen mellan bästa och sämsta nivå inte skulle förbättra det totala betyget, om till exempel det högsta värdet PET skulle sättas till
lägsta tillåtna BBR-krav. För indikatorn energianvändning krävs 20 % lägre PET för att gå från
brons till silver. Den största skillnaden mellan högsta och lägsta väggkombination blir 12,5 %, enligt Tabell 12
För värmeeffektbehovet blir resultatet liknande, dock fick fyra kombinationer tillräckligt mycket bättre värden för att kunna gå upp ett betyg. De kombinationerna som fick tillräckligt mycket bättre effekt var de som förbättrade sitt värde med minst 17,6 %. Detta skulle då till exempel motsvara att indikatorn skulle kunna gå från Brons till Silver om basnivån låg precis på Brons.
28
6.2 Solvärmelast
Fel! Hittar inte referenskälla. visar den maximala fönsterarean för hörnrummet med de
olika fönstrens g-värden. Rummets golvarea är 15 m2 och den omslutande väggarean som
angränsar till utomhusmiljön är 19 m2. Det fönster som ger den största maximala fönsterarean
för respektive indikatorbetyg är de som har lägst g-värde (0,33) och de fönster som ger minst maximal fönsterarea för respektive indikatorbetyg är de som har högst g-värde (0,60). Den korrelationen som ses är att om g-värdet är lågt kan en större fönsterparti användas än vid ett högre g-värde med samma solvärmelast som följd.
För att sedan erhålla ett resulterande betyg för solvärmelast måste fönsterarea bestämmas. Tabell 14 visar betyg för SVL där fönsterarean satts till 1,35 m2 (med karm). Glasarean för
fönsterna är då 0,93 m2.
I Tabell 17 ses tydligt fördelningen av de betyg fönsterna ger för solvärmelasten, de bästa fönsterna ger betyg Guld, och de sämsta Brons. Inom parentesen i sista kolumnen kan ses vilken den maximala glasarean som är möjlig att använda och samtidigt klara den betygsnivå som är angiven för vartdera fönstret. Denna maximala glasarea kan vara bra att vara medveten om då olika tillverkare har olika standardmått på fönsterna. Fönster 4-6 ger till exempel möjlighet till att använda en avsevärt större glasarea. Vissa tillverkare har fönster som närmare motsvarar denna glasarea, och en större utnyttjandegrad erhålls då.
29
Tabell 15. Betyg för SVL vid varierade gsys-värden
.
Noteras bör att den i studien använda metoden inte är en verifierat godkänd metod i Miljöbyggnad, utan är enbart en proposition på hur konflikten mellan solvärmelast och dagsljusinsläpp kan lösas. För att göra en noggrannare analys av solavskärmningens påverkan bör simulering göras på byggnaden, där solavskärmningen kan tas hänsyn till.
6.3 Dagsljus
Bilaga 1 visar resultaten från de simuleringar som gjorts i Velux Daylight Visualizer. Där noggrannheten på mediannätet som har dragits på simuleringarna. Simuleringar har alltså gjort på två rum i vardera änden av huset, nord-östra hörnet samt syd-västra. Resultaten från de två rummen har sammanfogats till en kolumn. De gångerna ett av rummen i samma hörn gav olika värden har det sämsta värdet valts.
Tabell 16. Betyg för dagsljusinsläpp baserat på simuleringar
Resultatet i Tabell 16 tydligt visar ger ingen av fönsterna guldnivå på indikatorn dagsljus. Anledningen till detta är en kombination av för små fönster eller för högt LT-värde.
30
I Tabell 15 under rubrik 6.2 Solvärmelast visas hur det genom att använda persienner går attminska solvärmelasten, vilket i sin tur ger möjligheten till att använda större fönster utan att sänka betyget. Kan ett större fönster användas kommer även mer dagsljus att tillåtas komma in i rummen. Detta är den enligt resultaten bästa metoden för att få höga eller högsta betyg på både dagsljusinsläpp- och solvärmelast indikatorerna.
6.4 Ljud
I Tabell 17 redovisas de olika klimatskärmarnas sammanvägda ljudreduktionstal, den beräknade ljudnivån inomhus samt vilken ljudklass som uppfylls. Efterklangstiden kan approximeras till 0,4 s i sovrum och 0,8 s i vardagsrum. I Tabell 17 har resultat från beräkningar sammanställtsmed efterklangstiden 0,4 s och 0,8 s.
Tabell 17. Ljudklasser, efterklangstid 0,4 s och 0,8 s
Resultaten som beräkningarna för ljudreduktionen gav ses i Tabell 17 i kolumnen ljudnivå rum 1 och 2. Det sämsta av de två betygen för vardera klimatskalet bör ses som
dimensionerande. Väljs väggtyp 1-3 tillsammans med fönster 1-3 så är det ljudnivån och betyg i rum 1 som ska användas.
Det som kan ses utifrån resultatenär att det endast är en av klimatskalskonstruktionerna som i båda rummen ger minst ljudklass B, vilket är den nivå som eftersöks i fallet där
31
6.5 Kombinationer av indikatorer
I denna resultatdel sammanställs de indikatorbetyg som erhållits, samt den procentuella förbättring som tagits fram för värmeeffektbehov samt energianvändning. I denna tabell kan utläsas vilka vägg och fönsterkombinationer som bör väljas för att nå respektive
indikatorbetyg. Dessa kombinationers prisdifferenser jämförs sedan under rubrik 6.6
Ekonomisk analys. Tillsammans ger dessa två tabeller en aning om hur klimatskalet bör väljas för att hamna på avsedd indikatornivå på ekonomiskt optimalt vis.
Tabell 18. Jämförelse av kombinationer
I denna sammanställning av betyg har dagsljus, solvärmelast och ljud summerats till indikatorbetyg. Indikator ljud är dock en förenkling, då endast en av fyra parametrar i indikatorn har belysts. Där Silver/Guld har angetts har minst ljudklass B nåtts på parametern ’isolering mot ljud utifrån’. Som benämns under rubrik 2.3.4 Ljud behövs två av fyra
parametrar uppfyllas för nivå Silver, fyra av fyra för Guld. Vidare har energianvändning valts att redovisas i procentuell förbättring från den uppmätt sämsta väggkombinationen. Detta har valts då indikatorn energianvändning i Miljöbyggnad definierar nivå Silver och Guld med den respektive procentuella förbättringen 80% samt 70% av BBR-krav. Kolumnen med
32
som ett klimatskal som motsvarar BBR:s energikrav. Skulle en kombination få det procentuella värdet 80 % skulle den då fiktivt ha uppnått nivå Silver.
Som Tabell 18 visar så går det enligt de förutsättningar och uträkningar som använt i denna rapport inte att erhålla ett högt värde på dagsljus och solvärmelast.
6.6 Ekonomisk analys
Vid jämförelse av olika byggnadsdelar påvisas de olika byggnadsdelarnas egenskaper ur diverse indikators aspekt. För att lyckas uppnå ett högre betyg än Brons kan det krävas att olika byggnadsdelars prestanda höjs och detta medför ofta en högre kostnad. Det är därför viktigt att försöka att precisera vilka byggnadsdelar som är kostnadsbärare samt att jämföra det med andra åtgärder som kan förbättra byggnadens prestanda. De olika kombinationernas priser har jämförts, detta tillsammans med resultaten under rubrik 6.5 Kombinationer av indikatorer kan ge en uppfattning av hur mycket större kostnaden blir vid ökning av klimatskalets prestanda till önskad nivå.
Den största förändringen i primärenergital som kan uppnås vid väggförändring får man genom att byta från väggtyp 1 till väggtyp 3. Denna förändring skulle motsvara en minskning i PET med 6,3 % och detta resulterar i en prisökning med 18 %. Vid förändring av fönster
uppnås den största förbättringen i primärenergital vid byte från fönster 4 till fönster 3 eller 9. Resultatet av detta ger en minskning med 5,5 % PET och ökar priset med 1,5 % för fönster 3
respektive 2,3 % för fönster 9.
33
Priser för fönster och väggar kan variera mycket från en återförsäljare till en annan samt vem kunden är och hur stora volymer det handlar om. Priser för fönster är en uppskattad kostnad vid inköp av ca 130 fönster vid nyproduktion av ett flerbostadshus. Oavsett mängdrabatt och ursprungligt pris kommer prisdifferensen mellan dessa fönster vara densamma. Priser för sandwichelement är även de uppskattade priser. I Tabell 19 redovisas de uppskattade m2
-priserna för fönster och väggar samt den procentuella prisdifferensen mellan kombinationerna. Då andelen fönster endast utgör 8,9 % av klimatskalet så är det prisdifferensen på de olika väggtyperna som står för större delen av den procentuella skillnaden för m2-priset.
I Tabell 20 redovisas kostnader för förbättring av klimatskalskonstruktionen ur
energisynpunkt, detta redovisas i kr/m2 %-enhet. Det vill säga hur mycket extra kostnaden blir för att sänka primärenergitalet med en procentenhet för de olika kombinationerna. Det som kan utläsas ur tabellen är att vissa åtgärder ger ett marginellt mindre primärenergital men är mycket mer kostsamma än andra åtgärder som minskar primärenergitalet betydligt mycket mer. I dessa fall handlar det om ett dyrare fönster med samma u-värde, för att avgöra om det är nödvändigt att använda dessa fönster så måste fönstrets g-värde och LT-värde tas i
beaktning.
34
7. Diskussion
Under denna rubrik kommer resultat och metod för vardera delar av analysen att diskuteras.
5.1 Resultatdiskussion
5.1.1 Klimatskalet
En byggnads totala energianvändning och värmeeffektbehov beror delvis på klimatskalets konstruktion. Trots att väggar och fönster är viktiga komponenter att ta hänsyn till för att producera en byggnad med låg energianvändning så är förbättrade klimatskal inte den enda åtgärd som är möjlig att göras. Som Tabell 12 visar kan den bästa fönster- och
väggkombination endast sänka primärenergitalet med ca 12 %. Även fast detta är en tydlig förbättring så är det inte tillräckligt för att på egen hand förbättra en byggnads betyg i många fall. Denna slutsats bygger då på att sämsta vägg sätts till att tangera BBR-kravet för
primärenergi, det vill säga 85 kWh/m2∙år. Förbättringsandelen förblir dock densamma även om grundnivån motsvarar en annan faktisk energianvändning. Skulle den sämsta
väggkombinationen till exempel tangera silver, skulle en 12 %-ig förbättring motsvara en förbättring till betyg Guld, då skillnaden är 80 % respektive 70 % av BBR-kravet för Silver respektive Guld. Detta kan man se i Fel! Hittar inte referenskälla., där gränserna för betygsnivåerna för energianvändning visas. Där ser man tydligt hur det skiljer tio
procentenheter mellan betygsnivåerna Silver och Guld, vilket då skulle täckas av en 12%-ig förbättring. Värmeeffektbehovet uppvisar samma trend, även fast indikatorbetyget inte bygger på procentuella förbättringar såsom energianvändning, utan istället har faktiska siffernivåer.
Det anmärkningsvärda med dessa resultat är således att det inte enbart går att fokusera på byggnaders klimatskal för att förbättra energianvändningen. Detta gäller främst
flerbostadsbyggnader, där en ökning i väggtjocklek ur flera olika perspektiv är opraktiskt. I dessa byggnader är det ofta fönster och isolerkvalitén som är praktiskt möjlig att variera, något som denna rapport har fokuserat på. Anledningen till att tjockare väggar är opraktiska är att det tillkommer problem med bl.a. bärigheten i stagen som sitter mellan betongskikten i sandwichväggarna då de utsätts för ett stort moment. Är väggarna tjockare kommer även boarean att minskas, vilket bör ses som tämligen negativt. Därför bör andra åtgärder tas hänsyn till före man ämnar göra ytterligare förändringar på klimatskalet än typen som är föreslagen i denna rapport.
35
5.1.2 Solvärmelast och dagsljus
Tabell 15 under 4.2 visar hur betyget solvärmelast skulle påverkas om solavskärmning, i detta fall persienner, skulle tillgodoräknas i betyget solvärmelast. Analysen gjordes för att det i tidigt stadie i rapporten stod klart att höga betyg i solvärmelast och dagsljusinsläpp skulle vara i princip omöjligt att uppnå utan tillgodoräknad solavskärmning. Detta p.g.a. de motsägande egenskaperna indikatorerna innehar, eftersom ljusinsläppet är starkt korrelerat med
solvärmelast. Det här var något som också styrktes i resultatet som kan ses i Tabell 18 under 4.4, där det är tydligt att om solvärmelastens betyg höjs så sänks betyget för dagsljus. Då solvärmetransmittansen minskar så minskar även solljustransmittansen genom fönstren. Att göra noggranna analyser av fönsterstorlekar ter sig därmed vara en god idé när en byggnad ämnas byggas med en högre certifiering i åtanke. Anmärkningsvärt för indikatorn
Solvärmelast är just att den enbart syftar på den negativa effekt som solvärmen har, det vill säga lasten. Utöver den perioden på året då solen värmer byggnaden mer än komfortabelt för brukaren och ett kylbehov finns, så är solvärmen enbart positivt ur ett
energibehovsperspektiv. om solvärmen blockeras från att komma in i byggnaden när den ger negativ effekt, och tillåts komma in då positiv effekt ges, skulle det ur alla relevanta synsätt ge en positiv helhetseffekt på både energianvändning och dagsljusinsläpp. Dagsljusinsläppet skulle teoretiskt kunna bli bättre då ett avsevärt större fönster skulle kunna användas om den negativa solvärmelasten skulle kunna minskas eller bortses ifrån.
Allt detta kan i teorin åstadkommas med solavskärmning, vilket också är en metod som används då större fönsterpartier ämnas användas på en byggnad. Det finns många olika solavskärmningar på marknaden, både fasta som inte ändrar sin position beroende på solens läge och avskärmningar som med sensorer känner av när solen ger ’negativ’ effekt i
36
5.1.3 Ljud
Då ljudanalysen i denna rapport inte var lika omfattande som de andra indikatorernas analyser, så återfanns därefter färre noterbara resultat. Det som kan konstateras är dock att fönsterna är viktiga ur ett ljudperspektiv mot trafikbuller. Bättre kvalitet på fönsterna ur detta perspektiv går också ofta hand i hand med ett bättre fönster ur andra indikatorers perspektiv, bortsett från indikatorn dagsljus.
Väggarna som användes i denna rapport var alla relativt lika. Det som varierades var isoleringen, men då alla isoleringar var så kallade styva isoleringar, kunde inga skillnader i ljudreduktion ses. Viktigare här är dock stommaterialets tjocklek, i det här fallet betong.
Trots att åtgärderna inte var så omfattande för att blockera det relativt höga trafikbullret, så kunde goda resultat med ljudreduktionen återfinnas. Hög kvalitet på fönsterna och en tung stomme verkar alltså göra mycket av jobbet vid normala ljudnivåer. Med ett FTX-system så behövs det inte tas hänsyn till genomföringar för ventilationsdon genom klimatskalet, detta skulle annars kunna vara kritiska områden och försämra ljudreduktionen väsentligt.
För att göra en helhetsbedömning av indikatorn ljud krävs konstruktionslösningar för bjälklag och innerväggar samt att installationer måste bestämmas.
5.2 Metoddiskussion
För att inte resultaten skulle bli allt för projektspecifika så har många antaganden gjorts, dessa antaganden är grundade på erfarenhet samt möten med experter och sakkunniga. Detta för att kunna göra studien så generell som möjligt men ändå använda indata som speglar
verkligenheten.
För att studien skulle kunna genomföras krävdes en byggnad, detta skulle kunna vara en verklig byggnad såväl som fiktiv. I detta fall valdes en fiktiv byggnad då det ger möjlighet att anpassa variabler så att resultatet blir jämförbart med andra byggnader. Den fiktiva byggnad som använts som underlag vid simuleringar är baserad på verkliga planlösningar för
flerbostadshus.
