Ventilation och värmekällor en fallstudie för två skolor i Bodens kommun

Ventilation och värmekällor en fallstudie för

två skolor i Bodens kommun

Mikael Turesson

Civilingenjör, Hållbar energiteknik

2017

Luleå tekniska universitet

Förord

Den här rapporten är på 30 högskolepoäng vilket motsvarar 20 veckors arbetstid och är den avslutande delen av civilingenjörsprogrammet Hållbar energiteknik. Civilingenjörslinjen Hållbar energiteknik ingår inom institutionen för matematik och teknikvetenskap vid Luleå tekniska universitet.

Sammanfattning

Brönjaskolan:

På Brönjaskolan finns en problembild bland elever och lärare där det termiska inomhusklimatet anses vara obehaglig. Värmeutbredningen tycks vara ojämn och luftkvalitén upplevs som dålig. Syftet med examensarbetet är att utreda om det förekommer några problem, ta reda varför just dessa problem förekommer och även ta fram eventuella förbättringsåtgärder för att minska eller eliminera de upptäckta problemen. På Brönjaskolan utfördes lufttemperatur och koldioxidmätningar i tre klassrum, 91, 93 och 105. I klassrum 91 ansåg lärare att luftkvaliteten var dålig och i klassrum 93 och 105 ansåg elever att värmeutbredningen var ojämn d.v.s. kallt under vinterhalvåret men varmt under sommarhalvåret. Mätningar visade att i klassrum 105 var både lufttemperaturen och koldioxidhalten inom Arbetsmiljöverkets rekommendationer där lufttemperatur får variera mellan 20-24 °C och koldioxidhalt skall vara under 1000 ppm. Högsta lufttemperaturen uppmättes till 23,4 °C och lägsta lufttemperaturen uppmättes till 21,9 °C. Högsta koldioxidhalten uppmättes till 986 ppm. I klassrum 93 var den kallaste uppmätta lufttemperaturen kallare än rekommendationer från Arbetsmiljöverket. Den kallaste uppmätta temperaturen var 19,3 °C och den högsta uppmätta lufttemperaturen var 23,1 °C. Högsta uppmätta koldioxidhalten var i detta rum 724 ppm. I klassrum 91 fanns det en del mätvärden där koldioxidhalten pendlade kring 1000 ppm, högsta uppmätta koldioxidhalten låg på 1 005 ppm vilket är över Arbetsmiljöverkets rekommendationer. Högsta och lägsta lufttemperaturen i detta klassrum var 22,8 °C respektive 20,6 °C. Rekommenderade åtgärder för att minska koldioxidhalten i klassrum 93 är att tömma klassrummet på elever vid raster, kontroll av VAV styrningen samt att tvätta och rengöra textildonet. Rekommenderade åtgärder för att öka lägsta temperaturen i klassrum 91 är att byta fönsterrutor, byta termostat och reglerventil på radiatorerna samt att öka effektuttaget på radiatorerna.

Bredåker förskola:

På Bredåker förskola skulle underlag för ett eventuellt byte av värmekälla tas fram. Nuvarande värmekällor för förskolan är pellets och olja. Bodens kommun har planer på att byta värmekälla, till antingen bergvärme eller jordvärme. Storlek, effekt, investeringskostnad och återbetalningstid skulle bestämmas för de respektive värmekällorna. Den nuvarande årliga energianvändningen från värmekällorna pellets och olja är 55 054 kWh per år där energin för tappvarmvattnet är inkluderat och står för en energimängd på 4381 kWh per år. Om bergvärme skulle implementeras skulle den årliga energianvändningen vara 16 810 kWh, d.v.s. en årlig energibesparing med 38 244 kWh och det skulle behövas två borrhål med djup på 229 meter. Skulle jordvärme implementeras skulle den årliga energianvändningen vara 16 810 kWh, d.v.s. en årlig energi besparing med 38 244 kWh per år och det skulle behövas en markyta på 1380 m2_{. Investeringskostnaden för bergvärmesystemet}

Abstract

Brönjaskolan:

Students and teachers claiming that there is a problem in the school with uneven heat and bad air quality. The purpose with this part of the report was to identify these problems and obtain actions to eliminate these problems. Air temperature and carbon dioxide measurements were made in three different classrooms at Brönjaskolan. The three different classrooms were 91, 93, and 105. The air quality was considered bad by the teachers in classroom 93 and the temperature was perceived as inconsistent during the year for the classroom 93 and 105 by the students. For classroom 105, the air temperature and the rate of carbon dioxide were both within the recommendations of Arbetsmiljöverket, where the temperature is supposed to be between 20-24 °C and the rate of carbon dioxide below 1000 ppm. The highest measured air temperature in classroom 105 was 23, 4 °C and the lowest air temperature was 21, 9 °C. And the highest measured rate of carbon dioxide was 986 ppm. The lowest measured air temperature of classroom 93 was below the recommendations of Arbetsmiljöverket, the lowest measured air temperature in classroom 93 was 19, 3 °C and the highest measured air temperature was 23, 1 °C. The highest measured rate of carbon dioxide were 724 ppm. The rate of carbon dioxide was around 1 000 ppm in classroom 91 and the highest measured rate of carbon dioxide was 1 005 ppm which is above the recommendations of Arbetsmiljöverket. The highest and the lowest air temperature for this classroom were 22, 8 °C and 20, 6 °C. Actions to reduce the carbon dioxide for classroom 93 were, clear the classroom from students during breaks, control of the VAV-system and to wash and clean the ventilation don. Actions to increase the lowest temperature for classroom 91 were, change windows, change thermostat and control valve on the radiators and to increase the power of the radiators.

Bredåker förskola:

The purpose with this project was to provide the municipality of Boden with information and calculations for an eventual change of heat source for the pre-school Bredåker förskola. The current heat sources for the pre-school are pellets and oil. The municipality of Boden have plans to change the heat source to either geothermal heating or earth heating. Size, power, investment cost and the payback time for the heat sources geothermal heating and earth heating would be decided. The current use of annual energy for the heat sources pellets and oil were 55 054 kWh per year with tap water included which has an annual energy use of 4381 kWh per year. If geothermal heating were implemented would the annual energy consumption become 16 810 kWh which would save 38 245 kWh per year. The geothermal heating system needs two bore holes with a depth of 229 meter to provide the needed energy. If earth heating were implemented would the annual energy consumption become 16 810 kWh per year which is would save 38 245 kWh per year. Earth heating needs a ground area of 1380 m2_{. The investment cost of the geothermal heating system for the}

Innehållsförteckning

2 Gemensam teori mellan delarna ... 3

2.1 Aktivitetsgrad och klädsel ... 3

2.2 Luftläckage ... 3 3 Teori Brönjaskolan ... 4 3.1 Beskrivning av Brönjaskolan ... 4 3.1.1 Luftbehandlingsaggregat på Brönjaskolan ... 4 3.1.2 Komponenter på luftbehandlingsaggregat ... 4 3.1.3 Typ av ventilationsdon ... 6 3.1.4 Fjärrvärme på Brönjaskolan ... 7 3.1.5 Radiatorer ... 7 3.1.6 Rörsystem ... 8

3.2 Olika typer av temperaturer ... 8

3.2.1 Lufttemperatur ... 8

3.2.2 Operativ temperatur ... 8

3.3 Lufthastighet och drag ... 9

3.4 Vistelsezon ... 9

3.5 Riktlinjer för inomhusklimat på Brönjaskolan ... 9

3.6 Vertikal temperaturgradient ... 10

3.7 Svårigheter vid dimensionering av inomhustemperatur ... 10

3.8 Relativ luftfuktighet ... 11

4 Teori Bredåker förskola ... 12

4.2 Olja ... 12

4.3 Bergvärme ... 12

4.4 Jordvärme ... 13

4.5 Dimensionerande utetemperatur ... 13

4.6 U-värden och köldbryggor ... 13

4.7 Årsvärmefaktor ... 14

4.8 Specifik fläkteffekt ... 14

4.9 Ekonomiska beräkningar ... 14

4.10 Pris per kWh för pellets och olja ... 15

4. 11 Pris per kWh för bergvärme och jordvärme ... 15

4.12 Ekonomiskt stöd från länsstyrelsen i Norrbotten ... 16

5 Material och metod Brönjaskolan ... 17

5.1 Specificering av problembild... 17

5.2 Mätningsmaterial ... 17

5.3 Mätning och placering ... 18

5.3.1 Klassrum 105 ... 18

5.3.2 Klassrum 91 ... 19

5.3.3Klassrum 93 ... 20

5.4 Utomhusparametrar under loggningsperioden ... 21

6 Material och metod Bredåker förskola ... 22

6.1 Val av Mjukvara ... 22

6.2 Uppbyggnad av klimatskal i IDA ICE ... 22

6.3 Värmekälla i IDA ICE ... 24

6.4 Ventilation i IDA ICE ... 24

6.5 Schema Bredåker förskola ... 24

6.6 Luftläckage i IDA ICE ... 25

6.7 Övriga IDA ICE parametrar... 25

6.8 Dimensionering av berg- och jordvärme ... 25

7 Resultat Brönjaskolan ... 27

7.2 Mätvärden klassrum 91 ... 31

7.3 Mätvärden klassrum 93 ... 35

8 Resultat Bredåker förskola ... 39

8.1 IDA ICE energisimulering ... 39

8.2 Dimensionering av berg- och jordvärme ... 39

8.3 Investeringskostnad berg och jordvärme ... 40

8.4 Ekonomiskt stöd från länsstyrelsen i Norrbotten ... 41

8.5 Energipris per kWh ... 42

8.6 Återbetalningstid för berg- och jordvärme... 43

8.6.1 Återbetalningstid med beviljat stöd från länsstyrelsen... 46

9.0 Diskussion Brönjaskolan ... 47

9.1 Klassrum 105 ... 47

9.2 Klassrum 91 ... 47

9.2.1 Motiveringen till följande åtgärder klassrum 91 ... 48

9.3 Klassrum 93 ... 49

9.3.1 Motiveringen till följande åtgärder ... 50

9.4 Fortsatt arbete ... 51

9.5 Felmarginaler och felkällor ... 51

9.6 Slutsats... 51

10.0 Diskussion och slutsatser Bredåker förskola ... 52

10.1 Bör Bredåker byta värmekälla? ... 52

10.2 Bergvärme eller jordvärme ... 52

10.3 Felmarginaler och felkällor ... 52

10.4 Fortsatt arbete ... 53

10.5 Slutsats ... 53

Variabellista

Beteckning Förklaring Enhet

Ui Värmegenomgångskoefficienten

för byggnadsdel i

W/m2_K

Ai Area för byggnadsdelen i:s yta

mot uppvärmd inneluft

m2

ψ𝑘 Värmegenomgångskoefficienten

för den linjära köldbryggan k

W/mK χ j Värmegenomgångskoefficienten för den punktformiga köldbryggan j W/K Aom Sammanlagd area för

omslutande byggnadsdelars ytor mot uppvärmd inneluft

m2

lk Längden mot uppvärmd inneluft

av den linjära köldbryggan k

M

Um Genomsnittlig

värmegenomgångs koefficient

W/m2_K

Ptill Tillförd elektricitet till

tilluftsfläkten

kW Pfrån Tillförd elektricitet till

frånluftsfläkten

kW qmax Största flödet av antigen till-

eller frånluft m3_/s SPF Specifik fläkteffekt kW/ (m3_/s) Cinv Investeringskostnad för värmekällor Kronor Cund Underhållskostnader för

värmekällor under beräknad kalkylperiod

Kronor

Cenergi Driftkostnader för värmekällor

under beräknad kalkylperiod

Kronor Crest Restvärde på investeringen efter

kalkylperiodens slut

Kronor

LCC Life cycle cost Kronor

årund Årlig underhållskostnad för

värmekällor

Kronor

I Kalkylränta %

N Kalkylperiod År

Eenergi Förskolans årliga

värmeenergibehov för den specifika värmekällan

kWh/år

ceenergi Kostnad per kWh för given

värmekälla

Kronor/kWh Q Årlig energiprisökning %

Epellets,olja Årlig energianvändning för

värmekällorna pellets och olja

kWh/år Drkostnad Årlig driftkostnad för

värmekällorna pellets och olja

Kronor/år Fbolja Förbrukning av olja Liter

Kolja Kostnad för olja Kronor/liter

Fbpellets Förbrukning av pellets Ton

Kpellets Kostnad för pellets Kronor/ton

Enskatt Energiskatt Norrbotten Kronor

Elfast Kostnad för huvudsäkring Kronor

Avgiftfast Fast tillkommande avgift Kronor

ElVP Värmepannas årliga

elförbrukning

kWh/år Eltill Elektricitet i form av

spettsvärme

kWh/år Totminsk Total minskning av koldioxid

under värmepannas livslängd

kg CO2/krona Årbes Årlig koldioxid besparing kg CO2/krona/år

Vplivs Värmepannas livslängd År

Utspellets olja Totalt utsläpp för värmekällorna

pellets och olja

kg CO2 UtsVP Totalt utsläpp för värmekällorna

berg- och jordvärme

kg CO2 Utsvärme po Utsläpp från olje- och pellets

panna

kg CO2 UtsvärmeVP Utsläpp från värmepump vid

berg- och jordvärme

kg CO2 Utstransport po Utsläpp från transport vid

leverans av bränsle, underhåll mm för värmekällorna pellets och olja

kg CO2

UtstransportVP Utsläpp från transport vid

leverans av bränsle, underhåll mm för värmekällorna berg- och jordvärme

kg CO2

Nomenklatur

Beteckning Förklaring

PPM Miljondelar

Met Begrepp för att mäta värmealstring vid en viss

aktivitetsgrad

Clo Beskriver isoleringsförmåga på klädsel

FTX Till- och frånluftsystem med återvinning av

värme eller kyla

VAV-styrning Flödet varierar under drift

Klimatskärm Byggnadselement som håller värmen inne och kylan ute

VVC Varmvattencirkulation

VVS Värme, ventilation och sanitet

FAME Biodiesel

1

1 Inledning

1.1 Bakgrund

I genomsnitt tillbringar svenskar 90 % av sina liv inomhus, detta gör det viktigt att luftkvaliteten i hus, skolor, och andra bostäder är av god kvalitet (Warfvinge & Dahlblom, 2010). Luften människor andas in innehåller ca 78 % kväve, 21 % syre, och 1 % argon och utandningsluften från människan innehåller ungefär 78 % kväve, 14-16 % syre, 4-5 % koldioxid, och 1 % argon (Ramacharaka & Walker Atkinson, 2012). Kvävgasen och argongasen är en inert gas d.v.s. reagerar inte med omgivningen. Jämförs utandningsluft mot inandningsluft syns det en skillnad att ca 5 % av syrgasen i inandningsluften omvandlas till koldioxid innan luften andas ut. Vilket gör att det är viktigt att det förekommer ventilation i bostäder, skolor och andra byggnader så att koldioxidhalten inte blir för hög samt att syrehalten inte blir för låg. Halten koldioxid används som ett mått på hur bra luftkvalitén är i området och koldioxidhalten i atmosfären ligger idag på ungefär 400 volyms ppm (SMHI, 2014). Detta kan jämföras med människans utandningsluft där koldioxidhalten ligger på 40 000 volyms ppm. När koldioxidhalten i inomhusmiljö överstiger 1000 volyms ppm anses luften vara dålig men inte farligt för människan (Arbetsmiljöverket, 2015). Koldioxid är endast farligt för människan i höga doser (över 20 000 volyms ppm). Halten koldioxid är lätt att mäta och halten koldioxid ökar i samma tak som andra föroreningar som är producerade av människan, därför anses halten koldioxid vara ett lämplig mått på luftkvalitén (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

2

1.2 Syfte och mål

I detta examensarbete studeras två skolor med olika problembilder. Skolorna kommer presenteras i separata delar. Den första skolan är en högstadieskola i Sävast i Bodens kommun där problembilden är att elever och lärare tycker värmeutbredningen inomhus är ojämn d.v.s. för kallt på vintern medan det kan vara för varmt på sommaren samt att de tycker luftkvalitén är dålig. Syftet med rapporten är att utreda om det förekommer några problem, ta reda varför just dessa problem förekommer och även ta fram eventuella förbättringsåtgärder för att minska eller eliminera de upptäcka problemen. Den andra skolan är en förskola i Södra Bredåker i Bodens kommun. Syftet med den här delen av arbetet är att utreda och ta fram underlag för om ett bergvärmesystem eller ett jordvärmesystem skulle vara en lönsam och lämplig investering. Storlek på berg- och jordvärmesystem dimensioneras dvs hur många borrhål som behövs och djupet på dessa för bergvärme samt hur stor markyta som behövs för jordvärme, effekt och storlek på värmepump mm. Investeringskostnad, återbetalningstiden vid investering och driftkostnader för investeringarna kommer också jämföras mot nuvarande värmekällorna, pellets och oljans driftkostnader.

1.3 Avgränsningar

1.3.1 Avgränsning Brönjaskolan

På Brönjaskolan gjordes mätningar i endast tre rum. Från början var det tänkt att göra mätningar i fler klassrum men pga. tidsaspekt valdes tre utsatta rum. Två klassrum där problembilden var ojämn värmeutbredning och ett klassrum där problembilden var att luften ansågs vara dålig. Tanken var att de eventuella förbättringsåtgärderna för dessa tre rum kan appliceras på de resterande klassrummen med liknande problem. Ena problembilden är att värmeutbredningen är ojämn men eftersom mätningarna utfördes i februari och mars månad har problembilden gällande varma klassrum inte visat sig på samma sätt som för problembilden med kalla klassrum.

1.3.2 Avgränsningar Bredåker

3

2

Gemensam teori mellan delarna

2.1 Aktivitetsgrad och klädsel

När människan rör på sig blir kroppen varmare eftersom musklerna i kroppen genererar värme. Vid vila kommer fortfarande kroppen att generera värme eftersom kroppens organ ständigt arbetar med att bryta ner föda, men mängden värme som frigörs vid vila är betydligt lägre än vid aktivitet. Ju större kropp desto mer värme genereras både i vila och vid aktivitet. Met är ett begrepp som används för att mäta värmealstring vid en viss aktivitetsgrad (Warfvinge & Dahlblom, 2010). En människa som sitter avslappnat har ett met värde på 1 met vilket motsvarar en värmealstring på 58 watt per m2_{. En människa i sömn har ett met värde på 0,8 och det motsvarar en värmealstring på 48 watt per}

m2_{. En människa som utför hushållsarbete har ett met värde på 2,0 vilket motsvara en värmealstring}

på 116 watt per m2 _{(Svenska inneklimatinstitutet, 1989). Det finns även begrepp som beskriver}

isoleringsförmågan hos en persons klädsel och detta begrepp kallas för Clo-värde. Ett Clo-värde på 0 betyder att det inte förekommer några kläder alls. Normal inomhusklädsel d.v.s. (undertröja, byxor, långärmadskjorta, samt sockor och skor) har ett Clo-värde på 1 och 1 Clo-värde = 0,155 °C m2_{/W (Svenska inneklimatinstitutet, 1989).}

2.2 Luftläckage

4

3

Teori Brönjaskolan

3.1 Beskrivning av Brönjaskolan

3.1.1 Luftbehandlingsaggregat på Brönjaskolan

På Brönjaskolan förekommer det två luftbehandlingsaggregat, ett för luftflöden till matsalen och ett för luftflödena till klassrummen. Båda luftbehandlingsaggregaten är från år 1998 och är av typen FTX. FTX-system är till- och frånluftssystem med återvinning av värme eller kyla. Dessa system är energieffektiva då uteluften inte behöver eftervärmas så mycket, eftersom uteluften värms genom att tilluften växlar värme mot varmare frånluft (Svensk Ventilation). I denna rapport kommer endast luftbehandlingsaggregatet som har hand om luftflödena till klassrummen granskas då mätningar endast gjordes i klassrummen. I luftbehandlingsaggregatet förekommer dessa komponenter; uteluftsintag, till- och frånluftsfilter, en roterande värmeväxlare, ett uppvärmningsbatteri, fläktar och ljuddämpare (Styf, Värmebatteri, 2017). Aggregatet fungerar på följande sätt, uteluften sugs in genom ett uteluftsintag och förs genom ett tilluftsfilter. Sedan strömmar den numera kallade tilluften in i den roterande värmeväxlaren där tilluften växlar värme mot utgående frånluft. Om tilluften är för kall efter värmeväxlaren används ett uppvärmningsbatteri för att tilluften ska nå den önskade temperaturen därefter transporteras luften med hjälp av fläktar genom ljuddämpare till tilluftsdonen och ut i klassrummen. Luften inne i klassrummen värms av radiatorer och av kroppsvärmen från personer i omgivningen men även av belysning samt solinstrålning. Därefter sugs den varma förorenande luften ut genom frånluftsdonen. Med hjälp av fläktar strömmar frånluften ut från rummet genom ett frånluftsfilter och därefter in i värmeväxlaren där frånluften avger energi och slutligen förs luften ut utomhus som avluft (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

3.1.2 Komponenter i luftbehandlingsaggregat

3.1.2.1 Kombinerad uteluftsintag med avluftsutsläpp

Uteluftsintaget har som funktion att ta in luft från atmosfären medan den förorenande luften förs ut genom ett avluftsutsläpp. Det kombinerande uteluftsintaget på Brönjaskolan fungerar på följande sätt, uteluft sugs in på undersidan, genom ett skyddsnät, och frånluften blåses ut i toppen av avluftsutsläpp. Nätet används främst för att hålla borta fåglar och andra större levande djur från att ta sin in (Hanssen & Sten, 2013).

3.1.2.2 Spjäll

Det finns huvudsakligen fyra olika spjälltyper med olika funktioner, dessa spjäll är brandspjäll, intagsspjäll, injusteringspjäll och spjäll med VAV-styrning.

5

Intagsspjällens funktion är att spjället ska kunna stängas så att aggregatet inte utsätts för frysskador och värmeförluster då fläktarna är avstängda (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

Injusteringspjällens funktion är att reglera luftflödet i ventilationskanalerna (Swegon).

3.1.2.3 VAV-styrning

På Brönjaskolan förekommer VAV styrning (Variable Air Volume) vilket innebär att flödet under drift kan variera. På Brönjaskolan regleras ventilationen efter koldioxidhalten d.v.s. när koldioxidhalten i rummen ökar, ökar även tilluftsflödet i rummet. VAV-system kan även regleras efter personnärvaro och temperatur. Flödesregleringen sker på Brönjaskolan med hjälp av motordrivna spjäll. Tryckgivare och annan tryckhållande utrustning behövs för att det omväxlande luftflödet i ett speciellt rum inte skall påverka ventilationen i övriga rum. Kanalsystemet och luftbehandlingsaggregatet är generellt större vid användning av VAV-system jämför med CAV-system då det dimensionerande ventilationsflödet är större för ett VAV-CAV-system. Detta eftersom ett VAV-system har mer pulserande flöden vilket kräver större kanaler än för ett CAV-system (FTX-ventilation.se, 2013).

3.1.2.4 Filter

Filtrets funktion är att filtrera bort oönskade partiklar. Tilluftsfiltret filtrerar den ingående luften och exempel på vad ett tilluftsfilter filtrerar bort är barr, avgaser från fordon, insekter mm. Förutom att bidra till en bättre luftkvalitet så skyddar filtret aggregatet och dess komponenter mot nedsmutsning. Frånluftsfiltret filtrerar bort mestadels damm vilket också är av väsentlig betydelse då dammet kan minska verkningsgraden på värmeväxlaren. Det förekommer tre olika filterklasser där klasserna är baserade på hur effektivt filtret renar. De olika klasserna är ”grundfilter, finfilter och mikrofilter”. Grov- och finfilter är vanliga filtertyper i bostäder och andra byggnader. På Brönjaskolan används filtertypen ”finfilter”. Det förekommer även olika klassificeringar inom filtertypen ”finfilter” där filtrerna klassificeras efter hur stor andel i procent av partiklar med 0,4 mikrometer de kan filtrera bort. F5,F6,F7,F8, och F9 är de olika klasserna där F5 har en avskiljningsgrad på 40-60% och F9 har en avskiljningsgrad på över 95 % (Warfvinge & Dahlblom, 2010). På Brönjaskolan används finfilter av med klassificeringen F5 (Styf, Värmebatteri, 2017).

3.1.2.5 Värmeväxlare

6

på ungefär 75 %, denna verkningsgrad påverkas av utomhustemperaturen men brukar ligga kring 75 % (Bodens Kommun, 2016).

3.1.2.6 Värmebatteri

Efter värmeväxlaren finns ett värmebatteri. Funktionen med detta batteri är att eftervärma tilluften om uteluften är så pass kall att värmeväxlaren inte själv kan erhålla den önskade tilluftstemperaturen på ca 18 °C. För att reglera effekten på batteriet används två- eller trevägsreglerventiler. För tvåvägsreglerventiler regleras antigen flödet till batteriet eller temperaturen på flödet till batteriet. För trevägsventilerna kan både flöde och temperaturreglering ske samtidigt till batteriet (Warfvinge & Dahlblom, 2010). På Brönjaskolan används trevägsreglerventiler vid reglering av effekten till värmebatteriet (Styf, Värmebatteri, 2017).

3.1.2.7 Fläktar

Två radialfläktar finns på Brönjaskolan, en för tilluften och en för frånluften. Dessa fläktar ska kompensera tryckmotståndet som bildas av uteluftsintag, kanaler, spjäll mm. Radialfläktarna fungerar genom att ett hjul som sitter inkapslad i fläkten roterar och skapar tryck och hastighetsändringar. Fläkten tar in luft axiellt och kastar ut luft radiellt (Jernkontorets energihandbok) (Bodens Kommun, 2016).

3.1.3 Typ av ventilationsdon

Varje klassrum i Brönjaskolan har minst ett tilluftsdon där ny fräsch luft blåses in och minst ett frånluftsdon där den förorenande luften sugs ut. Det finns många olika typer av tilluftsdon och dessa fungerar på olika sätt. Tre klassrum har studerats i denna rapport och i två av dem förekommer deplacerande ventilationsdon. Deplacerande ventilationsdon är stora till ytan och är placerade på golvet. Dessa don är stora eftersom inblåshastigheten inte får bli för stor. Blir inblåsningshastigheten för stor kan höga ljud från donen förekomma samt att det blir större risk för drag. Närzon är ett begrepp som används vid användandet av tilluftsdon och innebär det område där lufthastigheten från donet överstiger 0,2 m/s. Inom detta område kommer det kännas dragit eftersom tilluft temperaturen endast är 18 °C, därför är det viktigt att inte skolbänkar placeras för nära ett deplacerande ventilationsdon. Funktionen med deplacerande ventilationsdon är att luften sprids ut över marken och när den stöter på kroppsvärme från personer i omgivningen samt värme från radiatorer stiger luften och för med sig föroreningar. När luften når takhöjd sugs den ur genom frånluftsdonen (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

7

tysta då arean på donet är så pass stor så att inblåshastigheten kan hållas låg (Warfvinge & Dahlblom, 2010). Nackdelen med textildon jämfört med deplacerande ventilationsdon är att textildon bör rengöras. Minst en gång vartannat år men även vid behov. Om textildonen inte rengörs kan donet bli igensatt och därmed minskar utgående flöde (ACP Luftbehandlingsprodukter AB, 2010). Tilluftstemperaturen var även på detta don 18 °C (Bodens Kommun, 2016).

De tre studerande klassrummen har samma typ av frånluftsdon. Donen kallas för kontrollventil och är det vanligaste bland frånluftsdon. Funktionen med frånluftsdon är att suga bort förorenad luft och odörer mm. Flödet som frånluftsdonen kan suga bort kan regleras och på Brönjaskolan är frånluftsflödet lika stort som tilluftsflödet i varje klassrum. Eftersom varm förorenad luft har lägre densitet än den kallare tilluften är alla frånluftsdon placerade vid takhöjd (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

3.1.4 Fjärrvärme på Brönjaskolan

Brönjaskolan använder sig av fjärrvärme och har gjort det sedan 2008. Fjärrvärme fungerar på följande sätt, varmvatten som värmts upp av någon industri eller värmeverk transporteras till byggnadens fjärrvärmecentral där värmen från vattnet växlar värme mot byggnadens egna värmesystem nämligen tappvarmvattnet och radiatorvattnet som i sin tur värmer upp byggnaden (Vattenfall). Fjärrvärme är en stabil värmekälla där säkerheten för leverans av värme är stor vilket gör värmekällan till en trygg värmekälla. Fjärrvärmesystemet är självgående och om det skulle bli avbrott i systemet kopplas reservanläggningar in vilket gör att om det skulle bli avbrott i systemet skulle reservanläggningar kopplas in så pass snabbt att temperaturen inte hinner sjunka vid stopp (Svensk Fjärrvärme).

3.1.5 Radiatorer

8

3.1.6 Rörsystem

Det förekommer tre olika huvudtyper av rörsystem vid vattenfördelning till radiatorerna. Dessa huvudtyper är, ettrörssystem, tvårörssystem och trerörssystem. På Brönjaskolan används både ett- och tvårörssystem. Ett ettrörssystem är seriekopplat och radiatorns tillopp- och returvatten är kopplat till gemensam framledning. Vattentemperaturen blir lägre för varje radiator som passeras, för att bibehålla önskad effekt bör därför radiatorernas yta öka desto lägre bort i kretsen de befinner sig på eller så stryps flödet på de första radiatorerna i kretsen. I ett tvårörssystem är inte tillopp och returvattnet kopplat till gemensam framledningen utan till två separata rör och med parallellkoppling i stället för seriekoppling. Ett tvårörssystem ger generellt sett en mer stabil komfort än ett ettrörssystem men injusteringsarbetet blir generellt sätt lägre för ett ettrörssystem (Petersson & Nyberg, 2003).

3.2 Olika typer av temperaturer

3.2.1 Lufttemperatur

Lufttemperatur är ett mått på temperatur där värmestrålning och även luftens hastighet exkluderas (Abergon AB). På Brönjaskolan är börvärdet på lufttemperaturen 21 °C (Bodens kommun, 2017). Även fast lufttemperaturen visar en temperatur t.ex. 21 °C kan temperaturen upplevas både kallare och varmare beroende på att det kan förekomma kalla eller varma närliggande ytor. Är närliggande ytor kalla överförs värme från kroppen till dessa ytor. Ju större värmeledningsförmåga ett material har desto mer värme överförs från kroppen till dessa ytor vid inomhustemperaturer, t.ex. kroppen strålar ut mer värme till en betong vägg jämfört med en trä vägg eftersom betong har en högre värmeledningsförmåga än vad trä har (Jernkontoret). Lufttemperaturen kan vara ett missvisande mått på komfort men används vanligen (Abergon AB).

3.2.2 Operativ temperatur

Operativ temperatur är lufttemperaturen med värmestrålningen inkluderad. Den operativa temperaturen påverkas även av lufthastigheten (SWEMA). Operativ temperatur är ett temperaturmått som beskriver den termiska komforten mer omfattande än vad lufttemperaturen gör, och därför används operativ temperatur vid rekommendationer gällande termisk komfort utförda av socialstyrelsen (Socialstyrelsen, 2005).

9

ENGINEERING AB, 2000). Detta specialfall används för att ställa krav på det termiska klimatet i BBRs föreskrifter (Boverkets byggregler, 2015).

3.3 Lufthastighet och drag

När den operativa temperaturen ligger mellan 20-24 °C och lufthastigheten är större än 0,15 m/s uppstår drag och det innebär att kroppens hudtemperatur sänks och det upplevs vara kallt. Drag uppstår oftast vid tilluftskanaler, från fönster eller från läckage i byggnaden. För att motverka kallras från fönster placeras radiatorer under varje fönster (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

3.4 Vistelsezon

Vistelsezon är ett område som figur 1 illustrerar. Det är inom vistelsezonen som det termiska klimatet ska vara inom myndigheternas krav vad det gäller temperatur, koldioxidhalt, lufthastighet mm d.v.s. 0.1 meter över golvet upp till en höjd av 2 meter, 0.6 meter från väggar och 1 meter från fönster (Boverkets byggregler, 2015).

Figur 1. Vistelsezon (Umeå Universitet)

3.5 Riktlinjer för inomhusklimat på Brönjaskolan

10

Tabell 1. Olika råd och rekommendationer (Arbetsmiljöverket, 2009) (Boverkets byggregler, 2015) (Socialstyrelsen, 2005) Klimatfaktor inomhus Arbetsmiljöverkets föreskrift AFS2009:2 Socialstyrelsens SOSFS 2005:15 Boverkets byggregler BBR6:42 Lufttemperatur Vintertid 20-24 °C vid lätt stillasittande arbete Ingen specifik för lufttemperatur Ingen specifik för lufttemperatur Lufttemperatur Sommartid 20-26 °C vid lätt stillasittande arbete Ingen specifik för lufttemperatur Ingen specifik för lufttemperatur Operativ temperatur Vintertid Ingen specifik för operativ temperatur Rekommenderat 20-23 °C (22-24 °C för känsliga grupper) men minst 18 °C och högst 24 °C Ingen specifik för operativ temperatur Operativ temperatur Sommartid

Ingen specifik operativ temperatur

Rekommenderat 20-23 °C (22-24 °C för känsliga grupper) men minst 18 °C och högst 26 °C

Ingen specifik för operativ temperatur

Riktad operativ temperatur

Ingen specifik riktad operativ temperatur Ingen specifik för riktad operativ temperatur Minst 18 °C (20 °C för känsliga grupper) Golvets yttemperatur 20-26 °C för lokaler avsedda för barn Minst 16 °C men rekommenderat 20-26 °C Ingen specifik golvtemperatur Rekommenderat högsta koldioxidhalt 1000 ppm Numera ingen specifik men gammal rekommendation på 1000 ppm

Ingen specifik

Utöver dessa rekommendationer och riktlinjer har Brönjaskolan även egna riktlinjer under uppvärmningshalvåret. Enligt deras riktlinjer ska de erhålla en lägsta lufttemperatur på minst 21 °C i klassrummen. I korridor och kapprum är den lägsta tillåtna lufttemperaturen 19 °C (Bodens kommun, 2017).

3.6 Vertikal temperaturgradient

Om temperaturdifferensen i höjdled, mellan en sittande persons fötter och huvud (ungefär 1 meter vertikal höjdskillnad), är större än 3 °C kan det upplevas som obehagligt (Abergon AB).

3.7 Svårigheter vid dimensionering av inomhustemperatur

11

aktivitetsgraden, klädvalet samt storleken på individen har stor inverkan på hur personer upplever samma inomhusklimat (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

3.8 Relativ luftfuktighet

12

4

Teori Bredåker förskola

4.1 Pellets

Pellets är komprimerat trä men har ett högre värmevärde än ved vilket gör att det är mer effektivt att elda pellets än att elda ved. Ett pelletssystem består av en pelletspanna, en brännare som sitter inuti pelletspannan och ett bränslelager. Pelletseldning fungerar på följande sätt, pellets matas till brännaren med hjälp av en ”matarskruv” och i brännaren tänds en låga och tänder eld på pelletsen, elden och rökgaserna värmer upp pannans väggar som i sin tur värmer upp vattnet som cirkulerar i pannan. Det upphettade vattnet används sedan i en värmeväxlare för att värma tappvatten och radiatorvatten. Pellets är en miljövänlig värmekälla då utsläppen av koldioxid är låga per producerad kilowattimme samt att driftkostnaderna är relativt låga vilket gör att pellets är en relativt vanlig värmekälla. Nackdelen med pellets är att det kräver mycket manuellt arbete då tillförseln av pellets sker kontinuerligt och pellets kan fastna i pannan på grund av att pelletsen smular sönder samt att kontinuerlig sotning förekommer (Energimyndigheten, 2014). Bredåker förskola har en helautomatik pelletspanna vilket har ett avancerat rengöringssystem men även denna panna behöver sotas (Styf, Sotning av pelletspanna, 2017).

4.2 Olja

Olja är ett fossilt bränsle som bildas genom att växter och djur förmultnar under lång tid och högt tryck. En oljepanna består av en brännare, lagringstank, mindre dagtank, och en varmvattenberedare. Brännaren bränner olja som pumpas in från lagringstanken. Värmen från förbränningen av oljan värmer upp vattnet i beredaren som i sin tur växlar värme mot tappvattnet och radiatorvattnet (Energimyndigheten, 2009). Fördelen med olja jämfört med pellets är att det inte kräver så stor manuell arbetsinsats. Nackdelarna är att olja är ett fossilt bränsle vilket medför stora koldioxidutsläpp per producerad kilowattimme samt att driftkostnaderna blir höga vid användning av olja (Omboende, 2017).

4.3 Bergvärme

13

förångas. Brinevätskans temperatur sjunker efter värmeväxlaren och förs tillbaka ner till berggrunden för att värmas igen. Köldmediet förs in i en kompressor där trycket ökar och temperaturen ökar till följd av att trycket ökar. Det numera varma köldmediet växlar sedan värme med byggnadens värmesystem för att värma radiatorvattnet och tappvattnet. Temperaturen på köldmediet sänks så pass mycket efter värmeväxlingen att köldmediet fasomvandlas vid det specifika trycket. Efter värmeväxlingen förs köldmediet in till en expansionsventil där trycket återigen sänks till ursprungstrycket, temperaturen sjunker till följd av en expansion. Sedan upprepas denna procedur (Thermia, 2016).

4.4 Jordvärme

Jordvärme fungerar på samma sätt som för bergvärme förutom att energin hämtas ur marken i stället för i berggrunden. En kollektor slang med brinevätska grävs ner i marken på ungefär 1 meter djup och därifrån värms kollektorvätskan av marken. Sedan förs vätskan in i en värmepump precis på samma sätt som för bergvärme (Thermia, 2016).

4.5 Dimensionerande utetemperatur

Dimensionerad utetemperatur (DUT) är trolig lägsta utetemperatur och används vid

dimensionering av exempelvis radiatorer och värmekällor. Överdimensioneras DUT temperaturen blir det onödigt dyrt och om DUT temperaturen underdimensioneras kan de bli för kallt inomhus vid de kyligaste dagarna (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

4.6 U-värden och köldbryggor

U-värde är ett mått på hur välisolerad en byggnadsdel är och mäts i enheten (W/m2_{K). U-värde är}

byggnadsdelens värmegenomgånskoeffcient. Väggar, tak, golv mm är exempel på olika byggnadsdelar (Lymath, 2015).

Köldbryggor kan förklaras som en punkt eller en del i en byggnad, t.ex. en punkt i en vägg eller en del av väggen, där värmegenomgångskoefficienten är högre än omgivningen vilket innebär att den specifika punkten eller delen leder värme/kyla bättre. T.ex. är omgivningen kall blir punkten eller delen i byggnaden kallare än omgivningen (Roots). Vid beräkningen av U-värde tas inte hänsyn till linjära eller punktformiga köldbryggor. Men vid beräkningen av klimatskärmens genomsnittliga värmegenomgångskoefficient är dessa köldbryggor inräknande. För att räkna ut genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten används följande ekvation

𝑈𝑚=

(∑_𝑖=1𝑛 𝑈𝑖𝐴𝑖+∑𝑘=1𝑚 𝐼𝑘ψ𝑘+∑𝑗=1 𝑝 _χ

𝑗)

𝐴𝑜𝑚 (1)

Där Ui är värmegenomgångskoefficienten för byggnadsdel i med enheten (W/m2K). Ai är area för

byggnadsdelen i:s yta mot uppvärmd inneluft med enheten m2_{. A}

i beräknas med yttermått för dörrar,

fönster mm. ψ𝑘 är den linjära köldbryggan k med enheten m. lk är längden mot uppvärmd inneluft

av den linjära köldbryggan K med enheten (m). χ j är värmegenomgångskoefficienten för den

punktformiga köldbryggan j med enheten (W/K). Aom är den sammanlagda arean för de omslutande

14

mot delvis uppvärmda utrymmen. Klimatskärm innebär de byggnadsdelar som omsluter byggnaden d.v.s. de byggnadsdelar som håller kylan ute och värmen inne i byggnaden (Boverket, 2015).

4.7 Årsvärmefaktor

Årsvärmefaktor är ett mått på hur effektiv värmepumpen är sett över ett helt år. Årsvärmefaktorn tar endast hänsyn till husuppvärmningen d.v.s. energiåtgången för tappvarmvatten är inte inkluderat i årsvärmefaktorn. Årsvärmefaktorn anger förhållandet mellan nyttjad och tillförd energi över ett helt år. T.ex. om en värmepump har årsvärmefaktorn 3,5 innebär det att värmepumpen levererar 3,5 kWh värme för varje kWh el som matas in. Ibland används även måttet COP faktor vid beskrivningen av värmepumpens effektivitet. COP och årsvärmefaktor beskriver egentligen samma sak bara att årsvärmefaktorn tar hänsyn till ett helt år medan COP faktor endast tar hänsyn till ett specifikt drifttillfälle (Thermia, 2016).

4.8 Specifik fläkteffekt

Specifik fläkteffekt definieras som summan av till- och frånluftsfläktarnas luftflöde per eleffekt och luftflöde i ventilationssystem eller i byggnader. Specifik fläkteffekt är ett mått på hur el effektiv ett ventilationssystem är. Låg specifik fläkteffekt (SFP) innebär att fläktarna använder mindre energi. För att räkna ut den specifika fläkteffekten används följande formel

𝑆𝑃𝐹 =𝑃𝑡𝑖𝑙𝑙+𝑃𝑓𝑟å𝑛

𝑞𝑚𝑎𝑥 (2)

Där Ptill är tillförd elektricitet till tilluftsfläkten i enheten (kW) och Pfrån är tillförd elektricitet till

frånluftsfläkten i enheten (kW), qmax är det största flödet av antigen tilluftsflödet eller frånluftsflödet

i enheten (m3_/s).

Äldre FTX fläktar har ett ungefärligt SPF värde på 3-4 (kW/m3_{/s) och nyare FTX system har ett}

ungefärligt SPF värde på 1,5-2 (kW/m3_{/s) (Warfvinge & Dahlblom, 2010).}

4.9 Ekonomiska beräkningar

För att beräkna ifall bergvärme samt jordvärme är lönsamt i förhållande till nuvarande värmekällor nämligen pellets och olja, gjordes en LCC kalkylering (Life Cycle Cost) (Belok, 2011). LCC kalkyleringen beräknades med följande ekvation

𝐿𝐶𝐶 = 𝐶𝑖𝑛𝑣+ 𝐶𝑢𝑛𝑑+ 𝐶𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖− 𝐶𝑟𝑒𝑠𝑡 (3)

Där Cinv är värmekällans investeringskostnad. Cund är värmekällornas underhållskostnader under

beräknad kalkylperiod. Cenergi är värmekällornas driftkostnader under beräknad kalkylperiod. 𝐶𝑟𝑒𝑠𝑡

15

värde efter 15 år, samma sak gäller för pellets och oljepannan. Cund beräknades med följande

ekvation 𝐶𝑢𝑛𝑑= å𝑟𝑢𝑛𝑑∗

1−(1+𝑖)−𝑛

𝑖 (4)

Där årund är den årliga underhållskostnaden för respektive värmekälla, i är kalkylräntan på 4 % och

n är kalkylperioden på 15 år. Kalkylräntan på 4 % sattes eftersom det antogs vara en rimlig kalkylränta vid investering (Energimarknadsinspektionen). Kalkylperioden på 15 år är efter värmepumpens antagna livslängd. Cenergi beräknades medföljande ekvation

𝐶𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖= 𝐸𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖∗ 𝑐𝑒𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖∗

1−(1+𝑞_1+𝑖)𝑛

1+𝑖 1+𝑞−1

(5) där Eenergi är den specifika värmekällans årliga värmeenergibehov i enheten (kWh/år), ceenergi är

kostnaden per producerad kWh för specifik värmekälla och q är den årliga energiprisökningen som antas vara 2 % vilket är densamma som riksdagens mål på inflation (SVERIGES RIKSBANK, 2012).

4.10 Pris per kWh för pellets och olja

Kostnaden för att få fram 1 kWh värme i form av pellets och olja beräknades med följande ekvation

𝐸𝑝𝑒𝑙𝑙𝑒𝑡𝑠,𝑜𝑙𝑗𝑎

𝐷𝑟𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑 = 𝐾𝑟𝑜𝑛𝑎 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑊ℎ (6)

Där Epellets,olja är den årliga energianvändningen för värmekällorna pellets och olja med enheten

kWh/år. Drkostnad är de årliga driftkostnaderna vid användningen av pellets och olja med enheten

kronor/år. Driftkostnaderna beräknades med ekvationen

(𝐹𝑏𝑜𝑙𝑗𝑎∗𝐾𝑜𝑙𝑗𝑎)+(𝐹𝑏𝑝𝑒𝑙𝑙𝑒𝑡𝑠∗𝐾𝑝𝑒𝑙𝑒𝑙𝑡𝑠)

1,25 = 𝐷𝑟𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑 (7)

Där Fbolja och Fbpellets är förbrukningen av respektive bränsle och Kolja är oljekostnad per liter

och Kpelelts är pelletskostanden per ton. Kostnaderna för respektive bränsle är medelvärdet av

förskolans pellets och oljeräkningar mellan åren 2009-2015. Faktorn 1,25 är för att lyfta ur momsen ur bränsle kostnaderna. Detta är möjligt då investeringar för grund-, gymnasie- och högskoleutbildning är undantag för momsplikt (Skatteverket, 2014).

4. 11 Pris per kWh för bergvärme och jordvärme

För berg- och jordvärme är det elektricitet till värmepumpen som kostar. För att beräkna hur mycket varje kWh el kostar används följande ekvation.

((𝐸𝑙𝑝𝑟𝑖𝑠+ 𝐸𝑛𝑠𝑘𝑎𝑡𝑡) +

𝐸𝑙𝑓𝑎𝑠𝑡+𝐴𝑣𝑔𝑖𝑓𝑡𝑓𝑎𝑠𝑡

𝐸𝑙𝑉𝑃+𝐸𝑙𝑡𝑖𝑙𝑙 ) = 𝐾𝑟𝑜𝑛𝑎 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑊ℎ (8)

Där Elpris är priset Boden kommun köper sin elektricitet för, 𝐸𝑛𝑠𝑘𝑎𝑡𝑡 är energiskatten på köpt el

16

Elfast är en fast kostnad för elnätet (varierar med storleken på huvudsäkringen här används storleken

50 Ampere). Avgiftfast är en fast avgift på 20 kr. ElVP är värmepannans årliga elförbrukning med

enheten (kWh/år) och Eltill är spetsvärmen i form av el med enheten (kWh/år). Även här är momsen

utlyft ut beräkningen.

4.12 Ekonomiskt stöd från länsstyrelsen i Norrbotten

Vid investering som gynnar miljön t.ex. investeringar som ersätter fossila bränslen till mer miljövänliga bränslen, kan kommuner, företag och landsting söka bidrag från länsstyrelsen i Norrbotten (Länssyrelsen Norrbotten, 2016). För att kunna få stöd ska kvoten besparad koldioxid per investerad krona vara så stor som möjlig. Vid beräkningarna ska värden från Naturvårdsverket användas. För att räkna ut denna kvot för både bergvärme och jordvärme jämfört med pellets och olja används följande ekvation

𝑇𝑜𝑡𝑚𝑖𝑛𝑠𝑘

𝐶_𝑖𝑛𝑣 = 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑎𝑑 𝐶𝑂2 𝑝𝑒𝑟 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑎𝑑 𝑘𝑟𝑜𝑛𝑎 (9)

Där Totminsk är den totala minskningen koldioxid under värmepannans livslängd med enheten (kg

CO2/krona). Den totala minskningen koldioxid för bergvärme respektive jordvärme beräknas med följande ekvation

Å𝑟𝑏𝑒𝑠∗ 𝑉𝑝𝑙𝑖𝑣𝑠= 𝑇𝑜𝑡𝑚𝑖𝑛𝑠𝑘 (10)

Där Å𝑟𝑏𝑒𝑠 är den årliga koldioxidbesparingen med enheten (kg CO2/krona/år) och 𝑉𝑝𝑙𝑖𝑣𝑠 är

värmepannas livslängd. Den årliga koldioxidbesparingen för bergvärme respektive jordvärme beräknas med följande ekvation

𝑈𝑡𝑠𝑝𝑒𝑙𝑙𝑒𝑡𝑠 𝑜𝑙𝑗𝑎− 𝑈𝑡𝑠𝑉𝑃= Å𝑟𝑢𝑡𝑠 (11)

Där 𝑈𝑡𝑠𝑝𝑒𝑙𝑙𝑒𝑡𝑠 𝑜𝑙𝑗𝑎 är de totala utsläppen för pellets och olja med enheten (kg CO2) och 𝑈𝑡𝑠𝑉𝑃 är

de totala utsläppen för bergvärme och jordvärme med enheten (kg CO2). De totala utsläppen för pellets och olja samt för bergvärme och jordvärme beräknas med följande ekvationer

𝑈𝑡𝑠𝑣ä𝑟𝑚𝑒 𝑝𝑜+ 𝑈𝑡𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡 𝑝𝑜= 𝑈𝑡𝑠𝑝𝑒𝑙𝑙𝑒𝑡𝑠 𝑜𝑙𝑗𝑎 (12)

𝑈𝑡𝑠𝑣ä𝑟𝑚𝑒𝑉𝑃+ 𝑈𝑡𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑉𝑃= 𝑈𝑡𝑠𝑉𝑃 (13)

Där 𝑈𝑡𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡 𝑝𝑜 är utsläppen från transport vid leverans av bränsle, underhåll, mm för

värmekällorna pellets och olja med enheten (kg CO2). 𝑈𝑡𝑠𝑡𝑟𝑎𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑉𝑃 är utsläppen från transport vid

leverans av bränsle, underhåll, mm för värmekällorna berg- och jordvärme med enheten (kg CO2). 𝑈𝑡svärmepo är utsläppen vid uppvärmning av byggnaden d.v.s. endast utsläpp för pellets och

oljepanna med enheten (kg CO2). 𝑈𝑡svärmeVP är utsläppen vid uppvärmning av byggnaden d.v.s.

17

5

Material och metod Brönjaskolan

5.1 Specificering av problembild

För att minska onödigt arbete genom att specificera var problemen i skolan förekommer, gjordes en enkät där lärarna fick svara på sex frågor. Frågorna var specificerande så att svaren skulle ge en bättre inblick var och när det var som störst problem. Enkätfrågorna finns i bilaga 1. Enkätfrågorna fungerade inte enligt planerna då endast 7 av 25 stycken blev besvarade och de enkäter som blev besvarade gav ej någon specifik bild var problembilden förekom. Därför utfördes muntliga intervjuer med elever och lärare i skolan. Enligt dessa intervjuer framkom det att majoriteten av de intervjuade eleverna tyckte sig uppleva ett för ojämnt termiskt klimat i klassrummen 105 och 93. Lärarna klagade mer på att luften var dålig i stället för att det skulle vara ojämn värmeutbredning och de riktade majoriteten av klagomålen till ett specifikt rum nämligen klassrum 91. Utifrån dessa intervjuer valdes dessa tre rum ut, där mätningar skulle utföras. Klassrummen som valdes är markerade med ett kryss i figur 2. Det markerade rummet längst till vänster är klassrum 91. Det markerade klassrummet i mitten är klassrum 93. Det markerade rum längst till höger är klassrum 105.

År 1997 byggdes en del av skolan om (delen höger om pilen), vilket medför att klassrum 105 har bland annat nyare fönster radiatorer mm, jämfört med klassrummen 93 och 91.

Figur 2. Karta över Brönjaskolan

5.2 Mätningsmaterial

18

det var enklare att arbeta med mätvärdena i Excel än i EasyView och på grund av tidigare erfarenheter i datorprogrammet Microsoft Excel.

5.3 Mätning och placering

5.3.1 Klassrum 105

De första mättningarna gjordes fredag den 17 februari år 2017 i klassrum 105. Anledningen till att mätningarna i detta klassrum startade just den 17 februari var att det var första tillfället då mätutrustning fanns tillgänglig. Målet var att mäta inomhustemperaturen när utomhustemperaturen var som kallast, därför utfördes mätningarna så fort mätutrustningen tillhandahölls. Tinytag PLUS 2 användes för att mäta och logga lufttemperaturen samt relativ luftfuktighet, Tinytag TGE-0010 användes för att mäta och logga koldioxidhalten. Placeringen av mätutrustningen var begränsad. Först och främst skall loggarna placeras inom vistelsezonen (se figur 1) och inte för nära tilluftsdonen eller fönster. Koldioxidmätaren behöver tillgång till ett eluttag då den är strömkrävande vid mätning och placeringen av utrustningen fick inte störa eller bli störda av eleverna. Den slutgiltiga placeringen hamnade på ett bord framme vid läraren, under rummets frånluftsdon ungefär 100 cm från väggen och på en höjd runt 100 cm över golvet se figur 3. Det röda krysset i figur 3 är placeringen av mätutrustningen, de gröna cirklarna är frånluftsdonen och det blåa strecket är placeringen av det deplacerade tilluftsdonet. Fönster är placerade längst bak i rummet långt bort från mätutrustningen.

Figur 3. Placering av mätutrustning i klassrum 105

19

Temperaturloggaren samt koldioxidloggaren registrerade lufttemperaturen samt koldioxidhalten var femte minut och mätutrustningen fick göra mätningar tills onsdagen den 22 februari. Totalt blev det 1464 mätningar varav 222 mätningar under skoltimmar. Antalet mätvärden motsvarade tre hela skoldagar plus en halv skoldag samt en helg. Skälet tills att utrustningen fick utföra mätningar fram till just den 22 februari var den varierande utomhustemperaturen under mätningsperioden. Utomhustemperaturen under de aktiva skoltimmarna varierade mellan 5,6 °C som varmast till - 17,5 °C som kallast. Det sista som mättes i klassrum 105 var den vertikala temperaturgradienten och den mättes den 17 mars och då var utomhustemperaturen ungefär plus 5,4 °C. Vid mätning av temperaturgradienten användes Tinytag PLUS 2 och Tinytag ULTRA 2. Tinytag ULTRA 2 placerades på en höjd av ungefär 30 cm övergolvet och Tinytag PLUS 2 sattes på en höjd ungefär 130 cm över golvet. När den vertikala temperaturgradienten mättes var mätningsintervallet 1 minut mellan mätningarna och totalt gjordes 27 mätningar. För att inte störa elever och lärare utfördes temperaturgradientmätningar, strålningstemperaturmätningarna på raster då inga elever befann sig i klassrummet.

5.3.2 Klassrum 91

20

Figur 4. Placering av mätutrustning i klassrum 91

Utomhustemperaturen under de aktiva skoltimmarna låg mellan - 6,4 °C och - 16,8 °C under tidperioden 22-28 februari. I detta klassrum utfördes ingen vertikal temperaturgradientmätning då det inte förkom någon problembild angående ojämn värmeutbredning.

5.3.3Klassrum 93

21

Figur 5. Placering av mätutrustning i klassrum 93

Den 17 mars utfördes vertikal temperaturgradientmätning, mellan höjderna 20 cm ovanför golvet till 120 cm överför golvet. Utomhustemperaturen under de aktiva skoltimmarna varierade mellan 1 °C till 7,8 °C mellan tidsperioden 14-17 mars. Strålningstemperaturmätningar på radiatorerna, tilluftsdon och frånluftsdon gjordes i detta rum den 17 mars och då var utomhustemperaturen 5,4 °C. Temperaturgradientmätningar och strålningstemperaturmätningarna utfördes på raster då inga elever befann sig i klassrummet.

5.4 Utomhusparametrar under loggningsperioden

22

6

Material och metod Bredåker förskola

6.1 Val av Mjukvara

För att bygga upp Bredåker förskola samt att räkna ut dess nuvarande årliga energibehov, energin endast från värmesystemet, varmvattenförbrukning och temperaturer i olika delar av byggnaden vid olika utomhustemperaturer mm användes datorprogrammet IDA ICE 4.7.1 Expert edition, IDA Indoor Climate and Energy. Programmets huvudsyfte var främst att utföra energiberäkningar som är närmare byggnadens verkliga energiåtgång än vanliga handräkningar. Andra faktorer som medförde att just IDA ICE programmet valdes var att parametrarna vid energiberäkningarna är lätta att variera och det var enkelt att analysera och granska energisimuleringarna samt att det förekom tidigare erfarenheter vid användning av datorprogrammet IDA ICE.

6.2 Uppbyggnad av klimatskal i IDA ICE

Vid uppbyggnaden av förskolan användes befintliga ritningar för att få korrekt storlek på klimatskärmen och skolans olika rum. Skolan är ursprungligen byggd år 1979 men 1986 byggdes skolan ut med en extern del. Vid sökningar av ritningar i ritningsarkivet i Bodens stadshus erhölls endast ritningar från den äldre delen. Storleken på den nyare delen har mäts och ritats upp för hand med en skalbaserad karta som hjälpmedel. Byggnadens golvarea, volym och omslutningarna visas i tabell 2.

Tabell 2. Storlek på byggnaden

Byggnadens golvarea 438,1 𝐦𝟐

Byggnadens Volym 1121,7 m3 Byggnadens omslutningsarea 1 154,2 m2

Väggar, tak, golv, fönster och dörrar antas vara av samma tjocklek och material för den nyare delen som för den äldre delen, där ritningarna förekom. Storlek på fönster, dörrar och radiatorer är tagna från ritningarna för den äldre delen och vid den nya delen är måtten uppmätta på plats. Det antogs vara samma typ av dörrar, radiatorer och fönster för den nyare delen som för den äldre delen, det var bara storleken som mättes upp. Enligt ritningarna förekommer 3-panels fönster och U-värdet på dessa fönster är satta till 2,0 W/m2_{K och G-värdet är satt till 0,68 vilket kan jämföras med isolerglas}

från 80-90 talet (Magnusson). Det existerar inga markiser på fönsterna men det förekommer reglerbara persienner. Ritningarna angav inte materialet på dörrarna utan endast storleken på dem. Därför används ytterdörrar med ett U-värde på 2,0 W/m2_{K vilket anses vara en rimlig uppskattning}

av ytterdörrar från 80-talet (Alltombostad.se, 2010).

23

Figur 6. 3D bild på Bredåker förskola uppritat i IDA ICE

Figur 7. Golvplan på Bredåker förskola uppbyggd i IDA ICE

Tjocklek och material för väggar, tak, golv och dörrar är också uppbyggda utifrån ritningar. Ritningarna finns i bilaga 5. Genom att mata in tjocklek och materialtyp beräknar IDA ICE ut U-värdet för respektive byggnadsdel. U-U-värdet för de olika delarna samt klimatskärmens genomsnittliga medel U-värde finns tabellerade i tabell 3.

Genom att studera ritningarna med hjälp av personer kunniga inom området ”hus” samt platsbesök på förskolan, antogs IDA ICE:s mått ”typiska värden” vara det mest lämpliga antagandet. De totala köldbryggorna antogs vara 51,551 W/K. Mer detaljerad bild över köldbryggorna finns i bilaga 2.

Tabell 3. U-värden för respektive byggnadsdel

Byggnadsdel Tjocklek [m] U-värde [W/m2_K]

24

Byggnadens medel U-värde är medel U-värdet på klimatskalet, där innerväggar och innergolv ej räknas med därav # markeringen i tabell 3.

6.3 Värmekälla i IDA ICE

I simuleringen har endast en värmekälla använts eftersom både oljepannan och pelletspannan antas ha en verkningsgrad på 80 %. Pelletspannan i Bredåker är ifrån 2006 och nyare pannor har en verkningsgrad på ungefär 85 % därför antogs verkningsgraden 80 % (Energimyndigheten, 2014). Oljepanna är ifrån 1988 och för att ta reda på dess verkningsgrad kontaktades företaget som tillverkat den (PARCA NORRHAMMAR numera OSBY PARCA), och de uppgav en ungefärlig verkningsgrad på 80 % (Svensson, 2017). Eftersom IDA ICE gör energisimuleringar, utan hänsyn till vilket bränsle som används utan tar bara hänsyn till verkningsgraden hos värmekällan, kan en värmepanna används i simuleringarna i stället för två då de har samma verkningsgrad.

6.4 Ventilation i IDA ICE

Bredåker förskola använder sig av FTX-system och det förekommer två stycken luftbehandlingsaggregat ett aggregat för den nyare byggda delen och ett aggregat för den äldre byggda delen. Luftmängden för den nyare delen är modellerad för 305 liter/sekund och för den äldre delen är luftmängden modellerad för 735 liter/sekund (Styf, Luftflöde, 2017) (Bodens kommun, 1996). Aggregatet för den äldre byggda delen är ifrån år 1999 och den roterande värmeväxlaren i aggregatet antas ha en verkningsgrad på 75 %. Årtalet på det andra aggregatet är okänt men antas vara ifrån 1986, d.v.s. lika gammal som den nyare byggnadsdelen. Den roterande värmeväxlaren i detta aggregat antas ha en verkningsgrad på 70 %. Nyare roterande värmeväxlare har en verkningsgrad kring 80 % (Svensk Ventillation). Dessa två värmeväxlare har några år på nacken, därför antogs just de ovannämnda verkningsgraderna. Den specifika fläkteffekten är satt till 3,0 för aggregatet från år 1999 och 4,0 för aggregatet som var från 1986. Äldre FTX har en SFP värde mellan 3-4 medan nyare har ett värde på 1,5-2 därav antogs värdena på aggregatens specifika fläkteffekt (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

Tilluftstemperaturen på förskolan är satt till 18 °C för båda aggregaten men värms upp 1 °C av fläktarna, så den slutgiltiga tilluftstemperaturen är 19 °C. Rekommenderade värden gällande lufttemperatur för förskolor är enligt Sveby 22 °C i kök och andra rum där vistelse sker ofta och 18 °C i förråd och teknikrum (Levin & Clarholm, Brukarindata undervisningsbyggnader , 2016).

6.5 Schema Bredåker förskola

25

konstant d.v.s. att det skulle finnas lika många personer på förskolan klockan 17:35 som vid klockan 10:00. Programmet tar inte hänsyn till elektrisk utrustning som står på dygnet runt så som kyl och frys. Dessa förenklingar påverkar dock det årliga energibehovet marginellt.

6.6 Luftläckage i IDA ICE

Det är väldigt svårt att uppskatta eller beräkna luftläckage i byggnader utan att utföra en täthetsprovning (Persson, Lufttäthetens inverkan på energiberäkningar för byggnader, 2012). Enligt ett flertal simuleringar visar det sig att luftläckaget har en relativt stor inverkan på byggnadens årliga energianvändning. I Svebys brukardata för undervisningsbyggnader används ett luftläckage på 0,3 liter/(s.m2_{). Men luftläckaget i denna skola har satts till 0,6 liter/(s.m}2_{), då denna byggnad har}

generellt sämre värden på både det genomsnittliga medel U-värdet samt att denna skola har mer köldbryggor än Svebys referensskola. Därav valdes de ovanstående luftläckagen. En eventuell anledning till att Svebys referensskola har lägre U-värden samt mindre köldbryggor än Bredåkers förskola kan vara att referensskolan är nyare, tätare och med bättre isolering vilket ger bättre värden (Levin & Clarholm, Brukarindata undervisningsbyggnader , 2015).

6.7 Övriga IDA ICE parametrar

Vid simuleringarna tar IDA ICE hänsyn till klimatet och i detta fall används en klimatfil för Luleås temperaturer och breddgrader mm (Bodens klimat eller lokalisering finns inte i IDA ICEs databas). Vindprofilen öppen landsbygd användes då förskolan står utan beskydd av skog eller större byggnader. Tappvattenförbrukningen med VVC förlusterna exklusiva är satta efter Svebys rekommendationer på 10 kWh/m2_{,år (Levin & Clarholm, Brukarindata undervisningsbyggnader ,}

2016). Persontätheten, belysning och annan elektrisk utrustning är alla satta efter Svebys rekommendationer där persontätheten uppskattas till 0,067 personer/m2 _{för alla rum (förutom förråd}

och annan teknikrum där personnärvaron antas vara 0), belysningen uppskattas till 5 W/m2 _{i kök}

och 4 W/m2 _{för andra rum och elektrisk utrusning uppskattas till 5 W/m}2 _{i kök och 2 W/m}2 _{i andra}

rum (förutom förråd och andra städskrubbar där den elektriska utrustningen antas vara 0) (Levin & Clarholm, Brukarindata undervisningsbyggnader , 2016). Personerna i IDA ICE simuleringarna antas ha en klädselspan mellan 0,60–1,10 clo och personerna antas också ha en aktivitetsgrad motsvarande ett met värde på 1,5. Ett klädselspan på 0,60–1,10 clo är standard för IDA ICE och met värdet 1,5 är ett värde som antagits, grundad på att barnen rör sig väldigt mycket men de är relativt små till storleken vilket leder till lägre värmeavgivning. Personalen på förskolan är inte stillasittande utan utför lättare fysiskt arbete därav antogs aktivitetsgraden 1,5 met.

6.8 Dimensionering av berg- och jordvärme

26

han skrev in dessa värden i datorprogrammet ”Tedap”. Genom att mata datorprogrammet med lokaliseringen av förskolan vet programmet medeltemperaturen, DUT temperaturen för området samt berggrundens temperatur och värmetröghet. Datorprogrammet räknar ut förskolans årliga värmeenergibehov med värmepump (el till värmepumpen) och även energiteckningsgraden för värmepumpen och vid vilken temperatur spetsvärme måste tillföras, dessutom hur mycket spetsvärme som måste tillföras. Datorprogrammet räknar även ut hur djupa borrhålen ska vara i berggrunden och hur många borrhål som behövs samt beräknar den markyta som krävs för jordvärme och på vilket djupt slagarna ska placeras på mm. För att ta reda på djupet till berggrunden vid området där förskolan är lokaliserad kontaktades borrföretaget Norrfjärdens brunns borrning vilket är ett företag från Piteå. Norrfjärdens brunns borrning hade tidigare samma år borrat ett borrhål ungefär 500 meter ifrån förskolans position mot älven. Där var djupet till berggrunden 39 meter. Detta djup till berggrunden användes senare i dimensionskalkyleringarna.

27

7

Resultat Brönjaskolan

7.1 Mätvärden klassrum 105

För att underlätta läsandet av rapporten är endast dagsmedelvärdet och extremvärdena för respektive parameter och skoldag med i resultattabellerna. Samtliga temperatur- och koldioxidmätvärden för de olika klassrummen finns i grafer som är bifogade i bilaga 3. Tabell 4 visar lufttemperatur, koldioxidhalt och relativ luftfuktighet från fredag den 17 februari. På fredagseftermiddagar har eleverna rast mellan 12:30-12:40. Tabell 5 visar utomhusparametrarna under samma tidsperiod som i tabell 4.

Tabell 4. Mätvärden fredag den 17 februari

Tabell 5. Utomhusparametrar under mätning fredag den 17 februari

Tabell 6 visar extremvärden och medelvärden för lufttemperatur, koldioxidhalt och relativ luftfuktighet från måndag den 20 februari. Här förekommer raster mellan 9:30–9:35, 10:50-11:40 samt 12:40-12:50. Tabell 7 visar utomhusparametrarna under samma tidsperiod som för tabell 6.

Fredag 17 februari Datum och tid Koldioxid koncentration [PPM]

Lufttemperatur [°C] Relativ luftfukti ghet [%]

Högsta CO2 halt och lägst lufttemperatur 2017-02-17 12:00 839,6 22,3 22,9 Högsta relativa luftfuktighet 2017-02-17 12:10 810,8 22,4 22,9 Lägsta relativa luftfuktighet 2017-02-17 12:15 791,5 22,4 22,2 Högsta lufttemperatur 2017-02-17 12:35 703,6 22,6 21,3

Lägsta CO2 halt och lägst relativ

luftfuktighet

2017-02-17 12:45

564,9 22,5 19,7

Medelvärde Mellan klockan 12-13:20

721,8 22,5 21,3

28

Tabell 6. mätvärden måndag den 20 februari

Tabell 7. Utomhusparametrar under mätningsperioden

Tabell 8 visar medelvärden och extremvärden för lufttemperatur, koldioxidhalt och relativ luftfuktighet tisdagen den 21 februari, raster förekommer mellan 9:30–9:35, 10:25-10:35, 11:25-12:15 och mellan 13:15-13:25. Utomhusparametrarna i tabell 9 är under samma tidsperiod som för i tabell 8.

Måndag 20 februari

Datum och tid Koldioxid koncentration [PPM] Lufttemperatur [°C] Relativ luftfukti ghet [%] Lägsta relativa luftfuktighet 2017-02-20 08:30 407,2 22,2 9,5 Högsta lufttemperatur 2017-02-20 10:15 671,8 23,1 11,8 Lägsta CO2 halt 2017-02-20 11:45 391,0 22,4 10,7 Lägsta

lufttemperatur

2017-02-20 12:05 454,5 22,1 14,1 Högsta CO2 halt 2017-02-20 12:20 758,7 22,3 12,8 Högsta relativa

luftfuktighet

2017-02-20 12:30 549,4 22,4 15,6 Medelvärde Mellan klockan

8:30 och 14:00

568,3 22,6 12,3

29

Tabell 8. Mätvärden från tisdag den 21 februari

Tabell 9. Utomhusparametrar tisdag den 21 februari.

Medelvärden och extremvärden för onsdagen den 22 februari visas i tabell 10, rasterna under denna dag var mellan 9:40–9:50, 10:40-11:00 samt 12:40-12:45. Tabell 11 visar utomhusparametrarna under samma tidsperiod som i tabell 10.

Tisdag 21 februari Datum och tid Koldioxid koncentration [PPM] Lufttemperatur [°C] Relativ luftfukti ghet [%] Lägsta relativa luftfuktighet 2017-02-21 08:30 426,2 21,9 11,2 Högsta CO2 halt 2017-02-21 09:00 733,0 22,4 13,0 Högsta

lufttemperatur

2017-02-21 09:30 649,4 22,8 13,0 Lägsta CO2 halt 2017-02-21 12:05 389,6 22,4 10,7 Lägsta lufttemperatur 2017-02-21 13:30 397,6 21,9 12,8 Högsta relativa luftfuktighet 2017-02-21 14:05 630,8 22,5 15,7 Medelvärde Mellan klockan

8:30 och 14:25

540,6 22,3 13,0

30

Tabell 10. Mätvärden onsdagen den 22 februari

Tabell 11. Utomhusparametrar onsdag den 22 februari

Största vertikala gradienttemperaturen samt medelvärdet från samtliga temperaturgradientmätningar i klassrum 105 under tidsperioden 17 mars finns tabellerade i tabell 12. I tabell 13 visas utomhusparametrarna under tidperioden då mätningarna på temperaturgradienten utfördes.

Onsdag 22 februari Datum och tid Koldioxid koncentration [PPM] Lufttemperatur [°C] Relativ luftfukt ighet [%] Lägsta relativa luftfuktighet och lägsta CO2 halt

2017-02-22 08:30 396,0 22,4 8,2

Lägsta lufttemperatur

2017-02-22 09:45 458,9 22,4 9,0 Högsta CO2 halt 2017-02-22 10:30 985,9 23,0 11,0 Högsta lufttemperatur 2017-02-22 11:50 952,2 23,4 12,3 Högsta relativa luftfuktighet 2017-02-22 13:55 671,5 22,6 14,3 Medelvärde Mellan klockan

8:30 och 13:55

577,2 22,8 10,9