Minskad energianvändning och klimatpåverkan: En fallstudie av Preems kontor i Skarvikshamnen

UPTEC ES 20010

Examensarbete 30 hp April 2020

Minskad energianvändning och klimatpåverkan

En fallstudie av Preems kontor i Skarvikshamnen

Johanna Carlsson

Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten

Besöksadress:

Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0

Postadress:

Box 536 751 21 Uppsala

Telefon:

018 – 471 30 03

Telefax:

018 – 471 30 00

Hemsida:

http://www.teknat.uu.se/student

Abstract

Reduced energy use and climate impact for Preems office building in Skarvikshamnen

Johanna Carlsson

Preem has recently acquired a new office building and are interested in reducing the energy consumption, climate impact and annual energy cost of the building. The purpose of this thesis is to examine how different energy efficiency measures as well as the installation of solar cells affect the energy use and climate impact of an office building.

Three actions have been proposed, both separately and in combination with each other. These were attic insulation, change of ventilation and change of heating system. The resulting simulations showed a reduction of between 3 and 65 %, depending on which energy efficiency measures were implemented. Replacing the heating system resulted in the largest reduction.

This study also showed that the most profitable way to place a PV system is in a south-westerly direction with a 25 degree slope. This solution has an installed power of 16.3 kWp and an annual electricity production of 12.96 MWh. This corresponds to a self-consumption rate of 95.2 % and a self-sufficiency rate of 5.6 %. The highest electricity

production was obtained when PV modules were placed on three different rooftops and with a module slope of between 12 and 15 degrees,

depending on the roof. This PV system has an installed power of 76.9 kWp and an annual electricity production of 57.96 MWh. All solutions led to a reduced climate impact.

Examinator: Petra Jönsson

Ämnesgranskare: David Lingfors

Handledare: Oskar Hoflund

Populärvetenskaplig sammanfattning

För att uppnå EU:s och Sveriges energi- och klimatmål måste energianvändningen och andelen fossila bränslen minska. Lokaler och bostäder står för ungefär 30 % av Sveriges totala slutliga energianvändning. Sverige har som mål att år 2030 ha 50 % effektivare energianvändning jämfört med år 2005. Genom att bygga mer energieffektivt och ener- gieffektivisera det befintliga fastighetsbeståndet kan bostads- och servicesektorns energi- användning minska. Vidare finns det mål om att elproduktionen ska vara 100 % förnybar år 2040.

Preem har nyligen förvärvat en kontorsbyggnad i Skarvikshamnen i Göteborg. Kontors- byggnaden började byggas under 1950-talet och har sedan dess blivit om- och tillbyggd flertalet gånger. I byggnaden finns kontor, apparaturrum, förråd och en vind. Den tem- pererade arean, vilket är summan av samtliga areor avsedda att värmas upp till mer än 10

C och som omsluts av klimatskärmens insida, är uppskattad till 871 m

. Byggnadens energianvändning är 267 kWh/m

, vilket är högre än den genomsnittliga energianvänd- ningen för kontor i Sverige. Byggnaden värms upp av en elpanna och värmen distribueras ut i byggnaden genom ett vattenburet radiatorsystem. Detta uppvärmningssätt är för- hållandevist dyrt och mindre energieffektivt än andra alternativ. Dessutom kan den höga energiförbrukningen förklaras med att byggnaden har bristfällig isolering på vinden, samt ett gammalt ventilationssystem.

Målet för detta projekt har varit att undersöka hur olika åtgärder påverkar byggnadens totala energianvändning och klimatpåverkan. Det som har undersökts är tilläggsisolering av vinden, byte och renovering av ventilationssystemet, samt byte av uppvärmningssätt.

Dessutom har möjligheterna att installera solceller på kontorsbyggnadens tak undersökts.

Vid dimensioneringen av solcellsanläggningen har byggnadens geografiska orientering och takets lutning tagits i beaktning. Syftet har varit att beräkna respektive åtgärds energi- besparingspotential, klimatpåverkan, kostnadsbesparing och återbetalningstid.

Projektet har genomförts genom att skapa en modell av byggnaden i programvaran VIP- Energy. Modellen har sedan använts för att undersöka olika energieffektiviserande åtgär- der och installation av solceller. Den information som har använts för att skapa modellen är hämtade från tidigare bygghandlingar och ritningar, samt genom observationer under platsbesök. För att beräkna de olika åtgärdernas investeringskostnad har interna doku- ment och litteratur använts.

Resultaten från simuleringarna visar att alla åtgärder som är ämnade att minska kon-

torsbyggnadens energianvändning har bidragit till att energianvändningen minskar. Att

tilläggsisolera vinden med 400 mm mineralull minskade byggnadens energianvändning

med 7,1 %. Den årliga kostnadsbesparingen beräknades till 23 500 kronor och återbe-

talningstiden beräknades till 4,7 år. Att byta ut det gamla ventilationsaggregatet och

koppla samman olika zoner i byggnaden med ett befintligt FTX-aggregat, samt installera

ett mindre FTX-aggregat, har enligt simuleringarna en möjlighet att sänka byggnadens

årliga energianvändning med cirka 30 %. Den årliga kostnadsbesparingen har beräknats

till 82 000 kronor för den valda lösningen och återbetalningstiden till 13,4 år. När tilläggs-

isoleringen av vinden simulerades samtidigt som ventilationsbytet sänktes återbetalnings-

tiden till 11,7 år. Att installera en luft-vattenvärmepump skulle, enligt simuleringarna,

sänka byggnadens energianvändning med 42 %. Den årliga kostnadsbesparingen har be- räknats till 113 000 kronor när elpannan byttes ut mot fjärrvärme och 125 000 kronor när elpannan kompletterades med en luft-vattenvärmepump. Återbetalningstiden beräknades till två år för fjärrvärmen och tre år för värmepumpen.

Vid dimensioneringen av solcellssystemen undersöktes 21 olika alternativ. Kombinatio- ner av enskilda och flera tak undersöktes, såväl som olika lutningar på modulerna och olika radavstånd för att undvika intern skuggning mellan rader. Resultaten visar att det alternativ som har den högsta specifika produktionen (kWh/kW

) var den mest lönsam- ma utifrån ett ekonomiskt perspektiv. kW

är solcellens märkeffekt, vilket är den högsta effekt en solcellsmodul kan leverera under standardiserade testförutsättningar. Det tak som gav den högsta specifika produktionen var det som i rapporten benämns tak 2 med en lutning på 25 grader. Baserat på takets tillgängliga area och det radavstånd som krävs för att undvika intern skuggning beräknas att totalt 55 moduler kan installeras på taket.

Enligt beräkningarna skulle det innebära att solcellsanläggningen skulle ha en installe- rad effekt på 16,3 kW

. Återbetalningstiden för denna lösning beräknades till 10,3 år.

Radavståndet för att undvika intern skuggning mellan modulraderna beräknades till tre meter. Resultaten visar också att en högre installerad effekt erhålls när fler tak täcks, eller om lutningen på modulerna minskar. Med högre installerad effekt erhålls en högre självförsörjandegrad.

I projektet miljövärderas den köpta elen, fjärrvärmen och elen från solcellerna för att undersöka hur byggnadens klimatpåverkan påverkas av en förändrad energianvändning.

Resultaten visar att samtliga undersökta åtgärder minskar den klimatpåverkan som bygg-

nadens energianvändning ger upphov till. Störst minskning av utsläppen erhölls när vär-

mesystemet byttes ut mot ett annat uppvärmningsalternativ.

Exekutiv sammanfattning

I detta examensarbete undersöks hur olika energieffektiviserande åtgärder och installation av solceller påverkar en kontorsbyggnads energianvändning och klimatpåverkan. Byggna- den som undersöks är Preems nyförvärvade kontor i Skarvikshamnen. De åtgärder som undersöks är tilläggsisolering av byggnadens vind, byte av ventilationssystem och byte av uppvärmningssätt. Vidare undersöks också möjligheterna att installera solceller på byggnadens tak.

Resultaten visar att alla de energieffektiviserande åtgärderna sänker byggnadens tota- la energianvändning. Att installera en luft-vattenvärmepump skulle sänka byggnadens energianvändning med 42 %. Vid ett byte från dagens elpanna till antingen fjärrvärme eller luft-vattenvärmepump minskar den årliga kostnaden med 113 000 kronor, respek- tive 125 000 kronor. Genom att koppla samman det nuvarande ventilationsaggregatet som återfinns i byggnadens sydvästra del med ventilationskanalerna i byggnadens nordli- ga del, samt installera ett separat FTX-aggregat i det nordöstra hörnet, kan byggnadens energianvändning sänkas med 30 %. Åtgärden skulle innebära årliga kostnadsbesparingar på mellan 80 000 och 85 000 kronor. Om tilläggsisolering av vinden sker samtidigt som ventilationsrenoveringen sänks den totala återbetalningstiden för ventilationssystemet.

Resultaten visar att det solcellssystem som hade den största specifika produktionen var det platta taket i sydvästlig riktning med moduler som hade en total vinkel på 25 grader.

Solcellssystemet kan då ha en installerad effekt på 16,3 kW

och återbetalningstiden för denna lösning är 10,3 år. Solcellerna bör placeras med ett radavstånd på cirka tre meter för att undvika intern skuggning mellan raderna. Återbetalningstiden för de olika solcellssystemen varierar mellan 10,3 och 11,4 år. Om fler tak täcks, eller om lutningen minskar, ökar den installerade effekten. När den installerade effekten ökar, ökar även den årliga solelsproduktionen och andelen av byggnadens årliga energibehov som kan tillgodoses av solcellerna ökar.

Resultaten visar att byggnadens klimatpåverkan sänks med de olika åtgärderna. Den

största minskningen som kan bokföras till Preems verksamhet erhölls när elpannan er-

sattes med fjärrvärme.

Förord

Detta examensarbete har utförts på Preem i Göteborg som ett avslutande moment på Civilingenjörsprogrammet i energisystem vid Uppsala universitet och Sveriges lantbruks- universitet. Att arbeta med detta arbete har varit en värdefull och lärorik upplevelse.

Jag vill rikta ett särskilt tack till de personer som har hjälpt mig och stöttat mig i detta arbete.

Jag vill tacka min handledare Oskar Hoflund på Preem för den vägledning och hjälp jag har fått under arbetets gång. Jag vill även rikta ett tack till alla medarbetare på Preem som har varit välkomnande, hjälpsamma och bidragit till att jag har haft en härlig tid på Preem under mitt examensarbete. Jag vill också tacka min ämnesgranskare David Lingfors vid Uppsala universitet som har bidragit med värdefulla synpunkter, vägledning och givande kommentarer.

Tack Maggie för all din hjälp och ditt stöd, både i detta arbete och under hela vår stu- dietid. Slutligen vill jag ägna några rader tillägnade Axel och min familj. Tack för att ni alltid finns där för mig och tack för det stöd som ni har gett mig under min studietid.

Johanna Carlsson

Göteborg, april 2020

Innehåll

1 Inledning 1

1.1 Syfte . . . . 1

1.2 Mål . . . . 2

1.3 Avgränsningar och antaganden . . . . 2

1.4 Rapportens disposition . . . . 2

2 Teori 3 2.1 Energianvändning . . . . 3

2.2 Energibalans . . . . 3

2.3 Ventilationssystem . . . . 4

2.4 Värmesystem . . . . 5

2.5 Komfortkyla . . . . 6

2.6 Solceller . . . . 6

2.6.1 Ekonomiskt stöd . . . . 7

2.7 Byggnaders klimatpåverkan . . . . 8

2.7.1 Miljövärdering av el . . . . 8

2.7.2 Miljövärdering av fjärrvärme . . . . 9

2.7.3 Miljövärdering av solel . . . . 10

2.8 Incitament för energieffektivisering . . . . 10

3 Objektsbeskrivning 12 3.1 Ventilation . . . . 12

3.2 Uppvärmnings- och kylsystem . . . . 14

3.3 Energianvändning . . . . 14

3.4 Nätavgifter . . . . 14

4 Metod 15 4.1 Byggnadsmodellering . . . . 15

4.1.1 Zonindelning . . . . 15

4.1.2 Omgivning och klimatdata . . . . 17

4.1.3 Grund och golv . . . . 18

4.1.4 Fasad och ytterväggar . . . . 18

4.1.5 Innerväggar . . . . 18

4.1.6 Tak och bjälklag . . . . 19

4.1.7 Fönster och dörrar . . . . 20

4.1.8 Drift- och reglerfall . . . . 20

4.1.9 Validering av modell . . . . 21

4.1.10 Fördelning av energianvändning . . . . 21

4.2 Åtgärdsförslag . . . . 23

4.2.1 Tilläggsisolering av vind . . . . 24

4.2.2 Ventilation . . . . 24

4.2.3 Byte eller komplettering av värmesystem . . . . 25

4.2.4 Kombination av energieffektiviserande åtgärder . . . . 27

4.2.5 Dimensionering av solcellssystem . . . . 27

4.2.6 Känslighetsanalys . . . . 29

4.2.7 Ekonomi för de energieffektiviserande åtgärderna . . . . 30

4.2.8 Beräkning av klimatpåverkan . . . . 30

5 Resultat 32 5.1 Tilläggsisolering av vind . . . . 32

5.2 Ventilation . . . . 34

5.3 Byte eller komplettering av värmesystem . . . . 36

5.4 Kombination av energieffektiviserande åtgärder . . . . 38

5.5 Dimensionering av solcellssystem . . . . 40

5.6 Känslighetsanalys . . . . 44

6 Diskussion 47 6.1 Jämförelse med liknande studier . . . . 47

6.2 Energieffektivisering och byte av värmesystem . . . . 48

6.3 Solceller . . . . 49

6.4 Klimatpåverkan . . . . 50

6.5 Förslag på vidare studier . . . . 51

7 Slutsats 52 8 Källförteckning 53 9 Bilagor 60 9.1 Appendix A - Fjärrvärmekalkyl . . . . 60

9.2 Appendix B - Solbanediagram . . . . 62

1 Inledning

Lokaler och bostäder står för mer än en tredjedel av Sveriges slutliga energianvändning.

Under år 2017 uppgick bostads- och servicesektorns energianvändning till 146 TWh, vilket motsvarar 39 % av den totala slutanvändningen i Sverige (Energimyndigheten 2019a). Eu- ropeiska unionen (EU) har antagit ett antal klimatmål till år 2030. Målen innebär bland annat att energianvändningen ska minska med 32,5 % genom bättre energieffektivitet och att andelen förnybar energi ska utgöra minst 32 % av energianvändningen. Att minska energianvändningen i byggnader är av stor betydelse för att EU:s energi- och miljömål ska uppnås. Alla EU-länder måste ta fram förslag på vilka åtgärder de ska vidta för att förbättra byggnaders energieffektivitet (European Commission 2020). I Sverige finns en ramöverenskommelse mellan flera riksdagspartier där de bland annat har kommit överens om att Sverige ska ha 50 % effektivare energianvändning år 2030 jämfört med år 2005 (Regeringskansliet 2016). Dessutom har Sverige ett mål om att elproduktionen ska vara 100 % förnybar år 2040 (Regeringen 2020).

Äldre byggnader använder mer energi än nyare byggnader och enligt Energimyndighetens energistatistik för lokaler använder byggnader uppförda mellan 1941 och 1960 mest energi per kvadratmeter av de kontor som statistiken inkluderar (Energimyndigheten 2017a). Att energieffektivisera befintliga byggnader kan leda till minskade utsläpp av växthusgaser, sänkta energikostnader för fastighetsägarna och ett bättre inomhusklimat i byggnaderna.

Naturvårdsverket (2019a) menar att en lägre energianvändning kan uppnås genom tek- niska åtgärder eller genom beteendeförändringar. Energianvändningen kan även minskas genom att förändra energitillförseln.

Åtgärder som påverkar byggnaders energitillförsel kan vara fördelaktiga att genomföra även om de inte minskar energianvändning. Under de senaste åren har intresset för att installera solceller ökat (Lindhal et al. 2019). Genom att ha en solcellsanläggning som genererar elektricitet kan fastighetsägare uppnå en ökad självförsörjandegrad, minskad klimatpåverkan och sänkta energikostnader. Solenergi är en förnybar energikälla och ge- nom att intresset för att installera solceller på fastigheter ökar, ökar även chanserna att uppnå Sveriges mål om att all elproduktion ska vara 100 % förnybar år 2040.

Företaget Preem är intresserade av att både energieffektivisera en befintlig byggnad och att installera solceller. Preem har nyligen förvärvat en kontorsbyggnad i Skarvikshamnen i Göteborg. Kontorsbyggnaden började byggas på femtiotalet och i behov av energief- fektivisering då vissa installationer är gamla och energianvändningen är hög. Preem vill undersöka vilka åtgärder de kan vidta för att minska byggnadens energianvändning, samt hur mycket åtgärderna kan minska byggnadens klimatpåverkan. Vidare är de intresserade av att installera solceller på kontorsbyggnadens tak.

1.1 Syfte

Syftet med detta examensarbete är att kartlägga kontorets nuvarande energianvändning,

samt undersöka ett antal åtgärder för att minska byggnadens energianvändning och kli-

matpåverkan. Detta kommer att genomföras genom att dimensionera ett solcellssystem

på kontorsbyggnadens tak och genom att simulera olika energieffektiviserande åtgärder

gjorda på byggnadens ventilationssystem, värmesystem och klimatskal. Syftet är att be-

räkna respektive åtgärds energibesparingspotential, klimatpåverkan, kostnadsbesparing och återbetalningstid.

1.2 Mål

Baserat på examensarbetets syfte har följande frågeställningar formulerats:

• Hur stor blir energibesparingen och kostnadsbesparingen för de olika energieffekti- viserande åtgärderna?

• Hur bör ett solcellssystem dimensioneras utifrån kontorsbyggnadens geografiska orientering och takets lutning och hur stor andel av kontorets årliga elbehov kan solcellssystemet tillgodose?

• Hur påverkas kontorsbyggnadens klimatpåverkan av en förändrad energianvänd- ning?

1.3 Avgränsningar och antaganden

Detta arbete har utförts som en fallstudie på Preems kontorsbyggnad i Skarvikshamnen.

De åtgärdsförslag som föreslås och den energi- och kostnadsbesparingspotential, samt klimatpåverkan som beräknas är framtagna för den aktuella kontorsbyggnaden.

Information om byggnaden har i första hand samlats in från tillgängliga ritningar och annan dokumentation över byggnaden. Där informationen har varit bristfällig har anta- ganden gjorts baserade på information om liknande byggnader uppförda under samma tidsepok. Informationen har även kompletterats genom platsbesök i byggnaden.

Modellen i VIP-Energy är uppdelad i sju zoner. Ventilationssystemet som återfinns i zon 5 antas förbli oförändrat genom hela arbetsprocessen då det inte finns något behov av att ersätta det systemet. I figur 3 presenteras en illustration över de olika zonerna.

1.4 Rapportens disposition

Rapporten inleds med kapitel 2 där teori och grundläggande information presenteras.

Kapitlet tar upp teori om byggnaders energianvändning, energibalans och tekniska in- stallationer. Vidare presenteras teori om solceller och förutsättningarna för att erhålla investeringsstöd och intäkter för såld överskottsel. Slutligen presenteras hur energin som används i byggnader miljövärderas och incitament för att energieffektivisera och installera solceller.

I kapitel 3 ges en beskrivning av kontorsbyggnaden. I kapitel 4 presenteras en utförlig beskrivning av de tillämpade metoderna. Kapitlet är uppdelat i två delar, en del som beskriver hur en modell av byggnaden har skapats i programvaran VIP-Energy och en del som beskriver vilka energieffektiviserande åtgärder som har undersökts och hur åt- gärderna och installation av solceller har implementerats i modellen.

Arbetets resultat presenteras i kapitel 5 och i kapitel 6 förs en diskussion över resultaten.

Kapitel 6 ger även rekommendationer för vidare studier. Rapporten avslutas med kapitel

7 där arbetets frågeställningar besvaras.

2 Teori

I detta kapitel presenteras grundläggande teori om en byggnads energianvändning och energibalans. Vidare presenteras teori om ventilationssystem, värmesystem, komfortkyla och solceller. Slutligen presenteras teori om byggnaders klimatpåverkan och incitament för att energieffektivisera byggnader. Den information som presenteras i detta kapitel är avsedd att fungera som ett underlag i rapportens efterföljande kapitel.

2.1 Energianvändning

Enligt Boverkets byggregler (BBR) definieras en byggnads energianvändning som den energi som vid normalt brukande under ett normalår behöver levereras till byggnaden.

Energianvändningen inkluderar energi för uppvärmning, komfortkyla, tappvarmvatten och fastighetsenergi. Byggnadens fastighetsenergi avser den energi som krävs för att upprätthålla byggnadens funktioner, så som pumpar, fläktar och belysning i allmänna utrymmen (Boverket 2019).

En byggnads totala energibehov kan beskrivas med

E

= E

+ E

+ E

+ E

, (1)

där E

är energi till uppvärmning, E

är energi till komfortkyla, E

är energi till tappvarmvatten och E

är fastighetsenergin. Energibehovet varierar på dygns- och sä- songsbasis. Störst värmebehov uppstår under årets kallaste månader. Kylbehovet är som störst under sommarhalvåret.

En byggnad kräver även energi till den verksamhet som bedrivs i lokalerna. Detta be- nämns verksamhetsenergi. Verksamhetsenergin är den energi som används till belysning i kontor, datorer och annan elektrisk apparatur. Värdena för verksamhetsenergin inklude- ras inte i byggnadens energianvändning då den är beroende av verksamheten. Boverkets föreskrifter och allmänna råd om fastställande av byggnadens energianvändning vid nor- malt brukande och ett normalår (BFS 2018:5) anger en standardiserad årsschablon för verksamhetsenergin i kontorslokaler på 50 kWh/m

, A

(Boverket 2018).

2.2 Energibalans

Energibehovet i en byggnad är summan av byggnadens värme- och kylbehov och elbehov.

För att beräkna hur stort energibehov en byggnad har beräknas byggnadens energibalans.

En byggnads energibalans är differensen mellan energiförluster och energitillskott.

Energiförlusten är summan av den bortförda energin:

• Transmissionsförluster genom byggnadens klimatskal

• Ventilationsförluster

• Luftläckageförluster

• Avloppsförluster

• Kylförluster

Energitillskottet är summan av den tillförda energin:

• Solinstrålning

• Värmeåtervinning i ventilationssystem

• Internvärme från personer och utrustning

Om energiförlusterna är större än värmetillskottet behöver energi för uppvärmning till- föras byggnaden för att upprätthålla energibalansen. Om värmetillskottet är större än energiförlusterna behöver energi till kyla tillföras byggnaden. Om förlust och tillskott är lika stora behöver varken byggnadens värme- eller kylsystem utnyttjas (Boverket 2012).

2.3 Ventilationssystem

Ett ventilationssystems främsta syfte är att tillföra frisk luft och att föra bort den förore- nade luften. Det finns olika rekommendationer för ventilationsflöden. Ventilationssyste- met ska enligt dagens byggregler utformas så att det minsta uteluftsflödet är 0,35 l/s,A

och ytterligare 7 l/s och person när någon vistas i lokalerna. Boverket anger också att tilluftsflödet kan reduceras när ingen är i byggnaden. För bostäder måste uteluftsflödet vara 0,10 l/s när ingen vistas i byggnaden. För kontor finns ingen angiven siffra, men enligt Boverket får inte reduktion av ventilationsflöden ge upphov till någon hälsorisk eller skador på byggnaden och dess installationer (Boverket 2019). Sveby anger ett något högre flöde än minimikraven. För att åstadkomma bra kvalitet på inomhusluften anser de att uteluftsflödet bör vara 1,3 l/s, A

. De anser även att det angivna flödet ger ut- rymme för en viss flexibilitet om verksamheten i byggnaden skulle ändras (Sveby 2013).

I Arbetsmiljöverkets föreskrifter om arbetsplatsens utformning samt allmänna råd om tillämpningen av föreskrifterna (AFS 2009:2) anges att uteluft ska tillföras arbetslokaler och personalutrymmen i tillräcklig mängd. Dessutom anges att tilluft till lokaler som innehåller arbetsplatser eller personalutrymmen ska vara så fri från luftföroreningar som är praktiskt möjlig. Vilket tilluftflöde som krävs beror på vilken verksamhet som bedrivs i byggnaden. Vissa verksamheter kräver ett större tilluftsflöde än de angivna minikraven (Arbetsmiljöverket 2009).

Det finns olika ventilationstekniker. En av teknikerna är från- och tilluftsventilation, FT-ventilation. I FT-ventilation sugs frånluften ut från byggnaden med hjälp av fläk- tar. Tilluften förs även den in med hjälp av fläktar, men i en separat rörkanal. Med ventilationstekniken mekanisk från- och tilluftsventilation med värmeåtervinning (FTX- ventilation) återvinns den varma frånluften. Tilluften värms upp av den varma frånluften med hjälp av en värmeväxlare som drivs av elektricitet. Genom att kontrollera både från- och tilluften kan ett behagligt inomhusklimat uppnås. Båda de nämnda systemen fungerar bäst om byggnaden är tät (Arbetsmiljöverket 2018).

För att byggnaden ska bli mer tät kan väggar och tak tilläggsisoleras. Det finns olika

typer av isoleringsmaterial där ett av de vanligaste isoleringsmaterialen är mineralull,

vilket utgör ungefär 60 % av den totala försäljningen av isoleringsmaterial. Mineralull är

ett samlingsnamn för oorganiska isoleringsmaterial där stenull och glasull är de vanligaste

materialen. Mineralull finns i olika former, så som lösull eller skivor, och det har goda värmeisolerande egenskaper och bra brandskydd (Anneroth 2016).

2.4 Värmesystem

Uppvärmning och varmvatten står för ungefär hälften av den totala energianvändningen inom bostads- och servicesektorn. Hur mycket energi som går åt till uppvärmning och varmvatten påverkas av utomhustemperaturen och energianvändningen varierar därmed från år till år. En varm vinter innebär en minskad energianvändning, medan en kall vinter innebär en ökad energianvändning. Det finns olika sätt att värma byggnader och lokaler och vilket sätt som används beror på byggnadens storlek och dess geografiska förutsättningar. I lokaler är fjärrvärme det vanligaste energislaget för uppvärmning och varmvatten, följt av el som är det näst vanligaste (Energimyndigheten 2017a).

Fjärrvärme har funnits i Sverige sedan i slutet av fyrtiotalet (Energiföretagen 2017).

För att en byggnad ska kunna anslutas till fjärrvärmenätet krävs att det finns ett nät tillgängligt, eller att en aktör är beredd att utvidga sitt nät till det aktuella området.

Fjärrvärmesystemet består av ett eller flera värmeverk, ett nät av rör som är nedgräv- da i marken, samt undercentraler i de byggnader som fjärrvärmen distribueras till. I undercentralen sker en värmeväxling mellan primärsidan, som är fjärrvärmenätet, och se- kundärsidan, som består av byggnadens vattenburna värmesystem samt tappvarmvatten (Rezaie & Rosen 2012).

Byggnader kan även värmas upp av elvärme, dels via direktverkande el där elektricite- ten levereras direkt till element, dels via vattenburen elvärme. Vid vattenburen elvärme finns en elpanna eller elpatron som värmer upp vattnet som cirkulerar i radiator- el- ler golvvärmesystemet (Energimyndigheten 2017b). Vattenburen elvärme är billigare än direktverkande el, men båda uppvärmningssätten medför ett stort elbehov och uppvärm- ningskostnaderna är starkt beroende av elpriset (Energi & klimatrådgivningen 2019).

Värmepumpar har under de senaste åren fått en allt mer betydande roll på den svenska värmemarknaden och sedan nittiotalet har antalet värmepumpar ökat kraftigt (Energi- myndigheten 2017c). Det finns olika typer av värmepumpar och enligt statistik från Svens- ka Kyl & Värmepumpföreningen (u.å.) är de vanligaste värmepumparna bergvärme- och jordvärmepump, luft-luftvärmepump, luft-vattenvärmepump och frånluftsvärmepump. I de allra flesta värmepumpssystemen kompletteras värmepumpen med en spetskälla som används under årets kallaste dagar då värmepumpens kapacitet inte räcker till (Karlsson et al. 2013). Denna rapport kommer att avgränsas till att behandla luft-vattenvärmepumpar.

Kontorsbyggnaden har idag ett vattenburet värmesystem, vilket leder till att en luft- vattenvärmepump är ett bra alternativ vid byte av uppvärmningssystem. Mer informa- tion, antaganden och dimensionering av en luft-vattenvärmepump presenteras i avsnitt 4.2.3.

En luft-vattenvärmepump består av en utomhusdel och en inomhusdel. Utomhusdelen utvinner energi från utomhusluften via ett köldmedium som leds genom en värmeväxlare.

I värmeväxlaren förångas köldmediet och gasen leds vidare till en kompressor. I kompres-

sorn komprimeras det gasformiga köldmediet och temperaturen stiger. Gasen leds sedan

vidare till inomhusdelen där energin kan överföras till det vattenburna radiatorsystemet

med hjälp av en kondensor (Grano 2013). Förhållandet mellan den energimängd som av- ges i kondensorn och den energimängd som kompressorn kräver kallas för värmepumpens värmefaktor, eller COP-värde (eng. coefficient of performance). En värmepumps COP- värde beräknas ofta vid standardiserade förhållanden och eftersom dessa förhållanden sällan uppfylls används ofta den så kallade årsvärmefaktorn, SCOP (eng. Seasonal Coef- ficient of Performance). SCOP-värdet är ett mått på värmepumpens prestanda under en säsong (Lundberg 2015).

En värmepump kan antingen dimensioneras för att kunna täcka hela värmeeffektbeho- vet eller dimensioneras så att den täcker en procentuell andel av byggnadens maximala värmeeffektbehov. Om värmepumpen dimensioneras till 70 % av effektbehovet täcker värmepumpen ungefär 90 % av det totala värmebehovet under året (Polarpumpen u.å.).

De resterande tio procenten täcks av en spetskälla. Anledningen till att pumpen inte dimensioneras för att kunna täcka hela värmeeffektbehovet är i många fall en ekonomisk optimering då det ofta krävs en fördubblad kapacitet för att kunna täcka de sista tio procenten av effektbehovet (Karlsson et al. 2013).

2.5 Komfortkyla

Komfortkyla tillförs en byggnad i syfte att sänka byggnadens inomhustemperatur och på så sätt öka komforten för människor som vistas i byggnaden (Boverket 2017). Enligt Arbetsmiljöverkets föreskrifter om arbetsplatsens utformning behöver det normalt vara 20-24

C i kontorslokaler. Om temperaturen överstiger denna temperatur kan kyla behöva tillföras byggnaden (Arbetsmiljöverket 2009).

Kylbehov kan uppstå på grund av ökade temperaturer under sommaren, solinstrålning eller värmeavgivning från apparater och belysning. Det finns olika tekniker för att kyla en byggnad, dels system med luftburen kyla, dels system med vattenburen kyla och dels system som kombinerar både luftburen och vattenburen kyla (Sagerbrand, Zinko &

Walletun 2015).

2.6 Solceller

Solenergi är ett snabbt växande energislag inom det svenska energisystemet och intresset för att installera solceller har ökat kraftigt de senaste åren. Under 2018 ökade den årliga installationen med 87 % jämfört med föregående år. Intresset ökar både för småskaliga installationer på privata hushållstak och för större installationer på större byggnader. 32

% av Sveriges totala installerade effekt återfinns på kontorstak. I takt med att intresset har ökat har antalet återförsäljare och solcellsinstallatörer ökat. År 2010 fanns det 37 aktiva företag som sålde och installerade solceller. År 2018 hade antalet ökat till 282 företag.

Den ökade konkurrensen har lett till att priserna på solceller har sjunkit (Lindahl et al.

2019).

Den globala solinstrålningen som träffar solcellerna består av tre olika strålningsbidrag:

direkt, diffus och reflekterad strålning. Den direkta strålningen är den strålning som träf-

far solcellen direkt. Den diffusa strålningen kommer inte från någon speciell riktning, utan

den består av ljus som har spridits av moln eller i atmosfären. Den reflekterade strålning-

en är strålning som har studsat på exempelvis marken eller byggnader innan den når

modulen. Den diffusa solinstrålningen utgör ungefär hälften av den totala solinstrålnigen i Sverige under ett år. Under en solig dag kan däremot den direkta solinstrålningen ut- göra 90 % av globalstrålningen (Bengtsson et al. 2017). Processerna i en solcell fungerar så länge det finns solljus tillgängligt. Solinstrålningen varierar på säsong- och dygnsba- sis. Göteborg får i genomsnitt 1800 soltimmar per år och den största andelen av den inkommande solinstrålningen sker under sommarhalvåret (SMHI 2019).

Det finns idag två solcellstekniker som dominerar marknaden, monokristallina solceller och polykristallina solceller. Båda teknikerna är tillverkade av kristallint kisel. En av skillnaderna mellan de olika teknikerna är att monokristallina solceller tillverkas av en enskild kristall, medan polykristallina solceller tillverkas av flera kristaller. Monokristal- lina solceller har en verkningsgrad mellan 15 och 22 % och polykristallina mellan 15 och 17 %. För monokristallina solceller är modulpriset något högre än för polykristallina solceller (Energimyndigheten 2019b). Livslängden för solcellerna beräknas vara runt 30 år (Lindahl et al. 2019). Av alla de solcellsmoduler som tillverkades under år 2018 var 97 % kristallina kiselsolceller. Tillverkningen av monokristallina kiselsolceller ökade från 31 % av den globala marknadsandelen år 2017, till 46,5 % år 2018. Förutom kristallina kieselsolceller finns även tekniken tunnfilmssolceller, vilka utgör cirka tre procent av den globala tillverkningsmarknaden (Masson & Kaizuka 2019).

Hur mycket elektricitet som kan genereras av ett solcellssystem beror på ett antal faktorer.

Det kan dels bero på geografiska förutsättningar, dels på meteorologiska förutsättningar.

Vidare beror det på placeringen av solcellerna, vilken lutning de har och i vilket väder- streck de är placerade. Den optimala lutningen för ett solcellssystem i Sverige är runt 40 grader. För moduler som är placerade i uppvinklade rader har den interna skuggningen en inverkan på vilken lutning som är mest lämplig. En orientering mellan sydöst och sydväst skapar de bästa förutsättningarna för solelsproduktion (van Noord & Paradis Ärlebäck 2011). Ett system i söderläge med en lutning på mellan 30-50 grader har, om det är en väl fungerande anläggning, en årlig produktion på 800-1100 kWh/kW

(Svensk solenergi 2011). Vidare påverkar skuggning från omkringliggande objekt solcellernas produktion.

Information om intern skuggning mellan solceller och skuggning från permanenta objekt i närheten av en solcellsanläggning presenteras i avsnitt 4.2.6.

2.6.1 Ekonomiskt stöd

Vid installation av solceller kan ett statligt stöd erhållas. Stödet riktar sig till företag, offentliga organisationer och privatpersoner. Stödet som kan erhållas är 20 % av investe- ringskostnaden. För företag måste ansökan om stödet lämnas in innan projektet påbörjas (SFS 2009:689).

Den elektricitet som produceras av en solcellsanläggning kan antingen användas internt

eller matas in på elnätet. En privatperson eller ett företag som levererar elektricitet till

elnätet kallas mikroproducent. Skattelagens definition på en mikroproducent är att hu-

vudsäkringen inte får överstiga 100 Ampere och att mindre än 30 000 kWh per kalenderår

matas ut på nätet. Ellagens definition på en mikroproducent är att anläggningens effekt

högst får vara 43,5 kW och att huvudsäkringen inte får överstiga 63 Ampere (Solkollen

u.å.). Om anläggningen ligger över gränsen för mikroproduktion ska aktören betala en

energiskatt (Skatteverket u.å.).

Hur mycket en mikroproducent får betalt för överskottselen varierar mellan olika före- tag. Många företag betalar Nordpools spotpris. Dessutom kan en mikroproducent erhålla en skattereduktion på 60 öre/kWh. Detta gäller bara den elektricitet som levereras till nätet och den totala skattereduktionen kan som mest uppgå till 18 000 kronor per år.

Vidare kan aktören erhålla ett elcertifikat för varje megawattimme som anläggningen producerar (Skatteverket u.å.). Priserna på elcertifikat har sjunkit de senaste åren. Un- der februari 2020 var priset på elcertifikaten 1,6 öre/kWh (Svensk Kraftmäkling 2020).

Mikroproducenten har enligt ellagen rätt att få ersättning för nätnytta och vanligtvis uppgår ersättningen till 2 öre/kWh (Energimarknadsbyrån 2020).

2.7 Byggnaders klimatpåverkan

En byggnads klimatpåverkan kan delas upp i två delar. Den första är klimatpåverkan från byggprocessen som består av materialframställning, byggtransporter och produktion på byggarbetsplatsen (Liljenström et al. 2015). Den andra delen är från byggnadens energianvändning. Detta arbete har enbart fokuserat på den andra delen, klimatpåverkan från byggnadens energianvändning.

2.7.1 Miljövärdering av el

Det finns olika sätt att analysera miljöeffekterna av en minskad energianvändning och olika sätt att miljövärdera el. Beroende på vilket angreppssätt som används för att be- räkna utsläppen kan emissionsfaktorerna variera med en faktor 100 (Gode et al. 2009).

Att använda medelel eller marginalel är två vanliga angreppsätt vid miljövärdering av elanvändningen. Vilken metod som är mest lämplig att använda beror på vad studien av- ser att undersöka. Det finns idag ingen generell standard för hur miljövärdering av el ska utföras men Gode et al. (2009) menar att miljövärdering av el ska avspegla de förväntade och verkliga effekterna i elsystemet.

Den svenska elmarknaden har sedan år 2000 varit sammankopplad med Norge, Danmark och Finland via den nordiska elbörsen Nord Pool. Det svenska elsystemet är fysiskt sam- mankopplat med angränsade länders system och eftersom det svenska elsystemet är en del av ett internationellt system påverkar en förändrad elanvändning resten av systemet (Hagberg et al. 2017). Hagberg et al. (2017) har tagit fram en modell för att miljövärdera energilösningar i byggnader. I deras modell studerar de det nordiska elsystemet och en för- ändrad elanvändning i Sverige antas påverka elproduktionen inom det nordiska systemet.

De använder den nordiska elmixen, vilket är en sammanställning av de produktionssätt som används inom de nordiska länderna, exklusive Island. Även i IVL:s miljöfaktabok anser författarna att den nordiska elmixen i första hand ska användas vid miljövärdering av el. (Gode et al. 2011).

Vid miljövärdering av el finns två grundläggande synsätt, bokföringsanalys och konse-

kvensanalys. I en bokföringsanalys beräknas emissionerna för en aktör utifrån aktörens

resursanvändning. Resultaten från analysen anger vilken miljöbelastning aktören ansvarar

för och summan av alla enskilda aktörers utsläpp bör vara lika med de totala utsläppen

inom en specificerad region. Inom bokföringsanalys används medelel för att få kunskap

om klimatpåverkan från den befintliga verksamheten (Gode et al. 2009). Det finns två

olika sätt att använda medelel när en aktörs nuvarande klimatpåverkan ska beräknas.

Det ena sättet är att använda emissionsfaktorer för nordisk elmix och det andra är att utgå från den el som aktören har kontrakterat med elleverantören (Gode et al. 2015).

Konsekvensanalys används om en förändring i energianvändning ska analyseras. Analy- sen ger information om hur utsläppen påverkas av en minskad energianvändning och är användbar för att beräkna vilka klimateffekter nya investeringar i energilösningar eller olika energieffektiviserande åtgärder har. Analysen kan användas för att undersöka vilka effekter en förändrad energianvändning har på dagens och framtidens elsystem. Effek- terna kan dels undersökas utifrån ett kortsiktigt perspektiv, dels utifrån ett långsiktigt perspektiv. De kortsiktiga effekterna brukar benämnas med begreppet ”driftmarginal”.

Driftmarginalen består av de anläggningar vars nyttjandegrad påverkas om det sker en förändring i elanvändningen. De långsiktiga effekterna beskrivs med begreppet ”bygg- marginalen” och den består av de anläggningar vars produktionskapacitet påverkas av en förändrad elanvändning (Gode et al. 2015). Vid en förändring av elanvändningen på- verkas först utnyttjandegraden av existerande anläggningar. Förändringen påverkar inte alla kraftslag, utan det är främst det kraftslag som har högst rörligt pris som påverkas (Gode et al. 2015). Detta brukar också kallas för marginalel och det är den el som är dyrast att producera och därmed det produktionssätt som sist sätts igång om det behövs el på marknaden (Energi & klimatrådgivarna 2018).

Det är svårt att förutspå vilket kraftslag som kommer att ligga på marginalen i framtiden.

Gode et al. (2009) menar att det är en tillräckligt bra approximation att utgå från att marginalelen på kort sikt är kolkondens och på lång sikt naturgasbaserad elproduktion.

Detta är även något som Gode et al. (2015) anger i olika scenarier som de har tagit fram. I deras referensscenario menar de att driftmarginalen är kolkondens mellan åren 2015-2025 och sedan naturgaskraftvärme mellan 2026-2030. För att undersöka de långsiktiga konse- kvenserna menar Gode et al. (2015) att tidsupplösta data som visar när förändringarna sker är nödvändiga för att kunna genomföra en konsekvensanalys. För konsekvenserna på kort sikt menar de att att det är en tillräckligt bra approximation att anta samma förändringskonsekvens över hela året. I nuläget påverkas främst kolkondensen på årsbasis när byggnader får en förändrad energianvändning. Deras slutsats är att förändrad elan- vändning på kort sikt, vilket de anser vara från nu och 5 till 10 år framåt, inte behöver analyseras tidsupplöst.

2.7.2 Miljövärdering av fjärrvärme

Fjärrvärmesystem är lokala och olika städer har olika bränslen i sin bränslemix. Utsläpps- värdena för fjärrvärme varierar beroende på vilka bränslen som fjärrvärmebolagen eldar i sina pannor. Enligt en rapport av Naturvårdsverket (2019b) har det skett en stor föränd- ring i bränslemixen i svensk fjärrvärmeproduktion sedan 1990. Trots att fjärrvärmepro- duktionen har ökat har de totala utsläppen från fjärrvärmesektorn minskat. Förklaringen till detta är att fossila bränslen har fasats ut medan förbränning av biobränslen har ökat stadigt.

Värmemarknadskommittén, vilket är en kommitté bestående av representanter från Fas-

tighetsägarna, HSB, Hyresgästföreningen, Riksbyggen, SABO och Energiföretagen Sveri-

ge, har enats om hur miljöpåverkan av fjärrvärmeanvändning i byggnader ska värderas.

Miljöpåverkan värderas utifrån ett bokföringsperspektiv och baseras på all produktion i det lokala fjärrvärmenätet. Fjärrvärmeaktörer tillhandahåller en genomsnittlig emissions- faktor för fjärrvärmenäten som fastighetsägare kan använda sig av vid miljövärdering av energianvändningen (Värmemarknadskommittén 2019).

2.7.3 Miljövärdering av solel

Under de senaste åren har det genomförts ett antal livscykelanalyser på solceller och dess klimatpåverkan och resultaten från studierna varierar från studie till studie. Louwen et al.

(2016) har genomfört en studie där de dels presenterar historiska data på emissionsfakto- rer för solceller och dels en samlad bedömning av dagens emissionsfaktorer. De menar att nyare livscykelanalyser gjorda på solceller har kommit fram till att klimatavtrycket för polykristallina solceller är omkring 20 g CO

-ekv/kWh och 25 g CO

-ekv/kWh för mo- nokristallina solceller. De värden som Louwen et. al (2016) kommer fram till är baserade på en solinstrålning på 1700 kWh/m

per år. Förutsättningarna i Sverige skiljer sig från de förutsättningar som Louwen et al. baserar sin studie på. I Sverige är solinstrålning- en lägre, runt 1150-1200 kWh/m

per år, och det leder till att en motsvarande solcell i Sverige har en lägre elproduktion. En omräkning av Louwen et al. värden ger ett genom- snittligt utsläpp för solceller i Sverige på 28-35 g CO

-ekv/kWh (Lindahl, Dalenbäck &

Löwenhielm 2018).

2.8 Incitament för energieffektivisering

Det finns olika drivkrafter bakom att energieffektivisera byggnader och att installera solceller. Incitamenten kan vara minskade energikostnader, minskad klimatpåverkan, för- bättrat inomhusklimat eller av politiska skäl. Att energieffektivisera eller byta energikälla för eltillförsel och uppvärmning kan leda till en mer effektiv energianvändning och mins- kade kostnader. Ju större energibesparingar desto mindre beroende blir fastighetsägaren av varierande energipriser och risken för stora kostnadsökningar minskar (Energimyndig- heten 2017d).

En annan fördel vid energieffektivisering är ett stärkt varumärke genom minskad klimat- och miljöpåverkan. Dessutom blir det enklare att leva upp till framtida krav från kunder och lagar (ibid.). Sveriges riksdag har antagit 16 miljökvalitetsmål som används som riktmärken i arbetet med att lösa Sveriges miljöproblem. För att Sverige ska klara de uppsatta miljökvalitetsmålen krävs en minskad energianvändning och en energitillförsel som har en låg klimatpåverkan (Naturvårdsverket 2019c). Sedan 2014 finns det en lag (2014:226) som säger att större företag måste genomföra en energikartläggning av sin verksamhet vart fjärde år. Lagen syftar till att främja en förbättrad energieffektivitet inom stora företag. Energikartläggningen ska besvara hur mycket energi som tillförs och används för att bedriva verksamheten, samt ge förslag på kostnadseffektiva åtgärder som företaget kan vidta för att minska sin energianvändning och öka sin energieffektivitet (Energimyndigheten 2020).

Inomhusmiljön är viktigt för människor och påverkar deras hälsa och komfort. Dålig in-

omhusmiljö kan ge upphov till ökad sjukfrånvaro och nedsatt produktivitet i arbetslivet

(Hult et al. 2009). Vid en energieffektivisering finns det möjlighet att förbättra inom-

husklimatet. En studie visar att de anställdas produktivitet sjunker om inomhusklimatet

försämras. Författarna till studien menar att de ekonomiska fördelarna med att förbättra

inomhusmiljön är stora då produktiviteten hos de anställda ökar (Lan, Wargocki & Lian

2011).

3 Objektsbeskrivning

I detta projekt studeras en kontorsbyggnad i Skarvikshamnen i Göteborg. Preem har nyligen förvärvat byggnaden som innan dess inte har varit i full drift på cirka tio år. Kon- torsbyggnaden började byggas på femtiotalet och den första bygghandlingen som finns tillgänglig är från 1954. Byggnaden har sedan blivit om- och tillbyggd flertalet gånger.

Runt 1960 byggdes fastigheten ut och inkluderade då även ett oljelager. Under sjuttiotalet byggdes ett dåvarande garage om till kontor och senare blev även en del av oljelagret om- byggt till kontor. Byggnaden har förändrats både invändigt och utvändigt med förändrad fasad och fönsterinstallationer. I figur 1 visas ett foto taget över byggnaden.

Figur 1: Foto över byggnaden (Foto: Johanna Carlsson).

Byggnaden består av två våningsplan. Det första våningsplanet består av kontor, appa- raturrum och förråd. Det andra våningsplanet, som till största del består av en kallvind, har delvis blivit tillbyggt efter uppförandet av byggnaden. Den tempererade arean, A

, uppskattas från ritningar till 871 m

. Den tempererade arean är summan av samtliga are- or avsedda att värmas upp till mer än 10

C och som omsluts av klimatskärmens insida (Boverket 2019).

3.1 Ventilation

I byggnaden finns tre olika ventilationssystem som betjänar olika delar av byggnaden. I några delar av byggnaden finns inget ventilationssystem och det är främst i utrymmena som inte ingår i A

. Information om ventilationen är hämtad från en intern utredning, samt från observationer vid platsbesök.

Kontorsdelen i byggnadens södra hörn, vilket motsvarar zon 1 i figur 3, försörjs av ett

mekanisk från- och tilluftssystem med värmeåtervinning (FTX-system). FTX-aggregatet, som benämns TA2/FA2, har en roterande värmeväxlare och aggregatet uppskattas vara från år 2000. Det finns ett kylbatteri installerat i tilluftskanalen för kylning av tilluften, men det är inte utrett om kylaggregatet fungerar. FTX-aggregatet verkar tidigare ha varit sammankopplat med det ventilationssystem som återfinns i byggnadens nordvästra del, men enligt ritningarna har tilluftskanalen blivit frånkopplad.

Kontorets nordvästra del, vilket motsvarar zon 2 i figur 3, försörjs idag av en tilluftsfläkt som är från mitten av sextiotalet. Dessutom finns en nyligen utbytt frånluftsfläkt instal- lerad på byggnadens tak. Tilluftsaggregatet är nyligen åtgärdat så att det fungerar, men det finns ett behov av att byta ut detta aggregat mot ett nyare då det anses vara uttjänat.

I en tidigare intern utredning har det konstaterats att det delvis går att koppla samman FTX-aggregatet i det södra hörnet med kanalerna i den nordvästra kontorsdelen. I bygg- nadens sydöstra del, vilket motsvarar zon 5 i figur 3, återfinns ett mindre FTX-aggregat.

FTX-aggregatet, TA/FA3, med roterande värmeväxlare är från 1995 och är placerat på ett tillbyggt vindsutrymme. Detta arbete kommer inte att inkludera detta system i de föreslagna energieffektiviserande åtgärderna då denna del ligger utanför arbetets beskriv- ning. Däremot kommer ventilationssystemet inte att exkluderas i modellen då systemet är en viktig del vid simulering av byggnadens nuvarande energianvändning. Det system som exkluderas är markerad med en svart ruta i figur 2. I övriga delar av byggnaden finns inget ventilationssystem installerat. I figur 2 återfinns en ritning av ventilationssystemet.

Det blåa representerar tilluft och det röda frånluft. I figur 2 går det även att se de delar av byggnaden som saknar ventilationssystem.

Figur 2: Ritning av ventilationssystemen med pil som pekar mot norr. Det blåa i ritningen

representerar tilluft och det röda frånluft.

3.2 Uppvärmnings- och kylsystem

Kontorsbyggnaden värms idag upp av en elpanna med en installerad maxeffekt på 84 kW. Värmesystemet är kopplat till vattenburna radiatorer i respektive utrymme samt till värmebatteriet i tilluftsaggregat FTX TA2/FA2 i det sydvästra hörnet. I en del av byggnaden finns elektrisk golvvärme installerad. Kontorsbyggnaden saknar idag ett kyl- system. Det finns ett behov av komfortkyla då det, enligt de anställda, är mycket varmt under sommarhalvåret.

3.3 Energianvändning

Då byggnaden inte har varit i full drift på cirka tio år finns det inga utförliga data över byggnadens energianvändning. Enligt Energimyndighetens rapport över energistatistik för lokaler uppgick den genomsnittliga energianvändningen för uppvärmning och varm- vatten i lokaler där det enda uppvärmningssättet är elvärme till 139 kWh/m

under år 2016 (Energimyndigheten 2017a). Denna statistik inkluderar inte bara kontorslokaler, utan även andra typer av lokaler. Enligt en annan rapport från Energimyndigheten är den genomsnittliga fastighetselen 44,5 kWh/m

(Energimyndigheten 2007). Dessa vär- den kommer senare att användas för att jämföra den aktuella byggnaden mot liknande byggnader. Enligt Sveby är den genomsnittliga totala energianvändningen för ett kontor i Sverige 220 kWh/m

. I den siffran ingår även verksamhetsel (Sveby 2013).

Den energianvändning som finns tillgänglig är en sammanställning av den totala elanvänd- ningen mellan den 27 februari 2019 och den 4 november 2019. Den totala elanvändningen under denna period var 98,4 MWh.

3.4 Nätavgifter

Göteborg Energi äger elnätet som byggnaden är uppkopplad till. Enligt tillgängliga fak- turor betalar Preem en fast abonnemangsavgift, en elöverföringsavgift och en effektavgift.

Abonnemangsavgiften är en årlig avgift som baseras på avtalad tariff, medan de andra

två är rörliga kostnader som beror på elanvändningen. Elöverföringsavgiften baseras på

hur mycket elektricitet, uttryckt i kWh, som har överförts under en månad. Effektavgiften

baseras på den högsta uttagna medeleffekten per timme under den aktuella månaden.

4 Metod

I detta kapitel presenteras en beskrivning av de metoder som har tillämpats i detta arbete. avsnitt 4.1-4.1.8 beskriver hur en modell av byggnaden har byggts upp i program- varan VIP-Energy. I dessa avsnitt presenteras information om kontorsbyggnadens olika byggdelar, drift- och reglerfall samt olika antaganden som har gjorts när den tillgängliga informationen inte har varit tillräcklig.

I avsnitt 4.1.9 valideras modellen mot uppmätta data och i avsnitt 4.1.10 presenteras fördelningen av energianvändningen beräknad av VIP-Energy.

4.1 Byggnadsmodellering

För att kunna studera hur olika energieffektiviserande åtgärder påverkar byggnadens energianvändning, samt hur energianvändningen ser ut i nuläget, har programvaran VIP- Energy använts. Programmet använder en dynamisk beräkningsmodell med timvisa be- räkningar och programmet kan användas för att beräkna en byggnads energiförbrukning under en specificerad tid, vanligtvis ett år. Beräkningarna sker genom att skapa en mo- dell av den aktuella byggnadens klimatskal, vars energianvändning sedan kan simuleras med hänsyn tagen till yttre faktorer så som temperatur, sol och vind (Strusoft 2016).

VIP-Energy har använts vid simuleringarna då den, i jämförelse med liknande program, har kortare simuleringstider. Dessutom har liknande programvaror en längre inlärningstid och då projektets tidsrymd var begränsad föll valet på VIP-Energy.

Information om kontorsbyggnadens olika byggdelar och material är hämtade från tidiga- re bygghandlingar och ritningar, samt genom observationer under platsbesök. De olika byggdelarna har initierats i VIP-Energy och respektive byggdel har specificerats med byggnadsmaterial, area eller längd. Alla dessa faktorer är viktiga för att VIP-Energy ska kunna beräkna hur stora mängder värme som transporteras genom de olika bygg- nadsdelarna. I avsnitt 4.1.1-4.1.8 presenteras de olika byggdelarna och hur de har blivit initierade i VIP-Energy. Vidare presenteras modellens olika zoner, klimatdata och drift- och reglerfall.

4.1.1 Zonindelning

I VIP-Energy kan en modell delas upp i olika zoner. Att använda en flerzonsmodell kan vara nödvändigt om fastigheten består av olika zoner med olika temperaturkrav (Strusoft 2016). Preems kontorsbyggnad innehåller flertalet olika zoner med olika temperaturkrav och ventilationssystem och det har därför varit nödvändigt att dela in modellen i olika zoner. Kontorsbyggnaden har delats in i sju olika zoner som sedan har kopplats samman för att få fram byggnadens totala energianvändning. Nedan presenteras de olika zonerna och deras respektive area, driftfall, värmesystem och ventilationssystem. I figur 3 visas en planritning med de olika zonerna. Gemensamt för de zoner som ingår i A

är att de är kopplade till elpannan genom vattenburna radiatorer eller värmeslingor i golvet.

Inomhustemperaturen i de uppvärmda zonerna har baserats på Svebys rekommenderade rumsluftstemperaturer för kontor, där den lägsta temperaturen är 21

C och den högsta 23

◦

C. I de delar där det vistas personer har Svebys normalvärden för personvärme använts.

Effekten från en vuxen person med skrivande kontorsarbete antas vara 108 W (Sveby 2013).

Figur 3: Illustration över de olika zonerna (Intern utredning, redigerad av Johanna Carlsson).

• Zon 1: Zon 1 representerar byggnadens sydvästra hörn. Denna del består av kon- torsverksamhet och idag arbetar cirka fem personer i zonen. Zon 1 har en total area på 166 m

och zonen betjänas av FTX-aggregatet TA2/FA2 med ett installerat kylbatteri i tilluftskanalen. Det finns ingen tillgänglig information om ventilations- flödet för detta ventilationsaggregat, men däremot finns det information om hur ventilationsaggregatet i zon 2 är inställt. Ett antagande har gjorts att inställning- arna för ventilationen i zon 1 är liknande de som återfinns i zon 2. Varje tilluftsdon antas ha ett flöde på 35 l/s och frånluften ett flöde på 15, 20, 30 eller 40 l/s och don.

• Zon 2: Zon 2 representerar kontorsverksamheten i byggnadens nordvästra hörn.

Denna del består av halva den nordvästra fasaden och i denna zon arbetar idag ungefär sju personer. Zon 2 har en total area på 275 m

och ventilationssystemet i zonen består av ett tilluftsaggregat och en frånluftsfläkt. Detta ventilationssystem försörjer även zon 3. Information om flödena är hämtade från tillgängliga ritningar där varje tilluftsdon har ett flöde på 35 l/s och frånluften ett flöde på 15, 20, 30 eller 40 l/s och don.

• Zon 3: Zon 3 återfinns i byggnadens nordvästra och nordöstra hörn. I denna del ar-

betar inga personer idag och det är ännu inte bestämt vad denna del av byggnaden

ska användas till. Zon 3 har en area på 163 m

och zonen försörjs av ventilationssy-

stemet som initierades i zon 2. I VIP-Energy har detta införts genom att ange att

den totala luftblandningen mellan zon 2 och zon 3 är 100 %.

• Zon 4: Zon 4 är en kallverkstad som inte ingår i den tempererade arean. I denna zon finns ingen ventilation. Den totala arean är 60 m

.

• Zon 5: Zon 5 är ett kontor i det nordöstra och sydöstra hörnet. Denna del ingår inte i projektet men för att få en verklighetstrogen modell är det nödvändigt att inkludera denna zon i beräkningarna. Zon 5 har en total area på 115 m

och be- tjänas av det mindre FTX-aggregatet TA/FA3. Antagande om ventilationsflödena har baserats på Arbetsmiljöverkets föreskrift AFS 2009:2 som ansätter en allmän- ventilation på 0,35 l/s, m

och ytterligare 7 l/s och person när det vistas folk i byggnaden. Vid simulering av de energieffektiviserande åtgärderna har indata till zon 5 hållits konstant.

• Zon 6: Zon 6 är en sammanslagen yta som inte har någon ventilation. Zonen återfinns längs med den sydöstra fasaden, samt i mitten av byggnaden. Den totala arean är 152 m

och i denna zon arbetar ingen person.

• Zon 7: Zon 7 är ett kallgarage som inte ingår i den tempererade arean. I denna zon finns ingen ventilation och den totala arean är 72 m

.

4.1.2 Omgivning och klimatdata

För att skapa en så verklighetstrogen modell som möjligt har detaljer om de yttre bygg- delarnas exponering i olika väderstreck lagts in i modellen. Marken där byggnaden är placerad består till största del av postglacial lera (SGU u.å.). Markegenskaperna påver- kar beräkningar av transmission till jord och har därför förts in i VIP-Energy genom att använda markegenskapen ”Lera, dränerad sand, dränerat grus 1,4” (Strusoft 2016).

Vidare har information om det rådande utomhusklimatet i området förts in i modellen. I VIP-Energy valdes en klimatdatafil med normalårskorrigerade klimatdata för Göteborg mellan åren 1981 och 2010. Klimatfilen innehåller information om utomhustemperaturer, solinstrålning, vindhastighet och relativ fuktighet. För att anpassa modellen ytterligare kan olika justeringar i klimatdatan genomföras. Den importerade klimatfilen täcker ett större geografiskt område och är, i detta fall, en generalisering av standardförhållanden i Göteborg. I programmet kan den procentuella andelen av klimatfilens vindhastighet som träffar byggnaden anges. Den aktuella byggnaden är omringad av cisterner i nordvästlig, sydvästlig och sydostlig riktning. I dessa väderstreck antas byggnaden vara klassad som en

”något skyddad bebyggelse” och enligt manualen för VIP-Energy regleras vindhastigheten till 70 % av vindhastigheten i klimatfilen. I nordostlig riktning finns lägre bebyggelse en bit bort, samt höga skorstenar ännu längre bort. Vindhastigheten i den nordostliga riktningen har antagits vara 95 % av vindhastigheten i klimatfilen och klassas som ”fritt exponerad bebyggelse” (Strusoft 2016).

Byggnaden är placerad sex meter över havet. Eftersom byggnaden inte är placerad på

en hög höjd antas lufttrycket anta normalvärdet 1000 hPa (SMHI 2018). Solreflektionen

från marken har enligt normalvärden angetts till 20 % (Strusoft 2016).

4.1.3 Grund och golv

Enligt ritningar är byggnaden byggd på en krypgrund. En krypgrund är ett samlingsnamn för grunder som har ett utrymme mellan marken och bjälklagen (Ekelöf & Hasselby 2010).

Vidare är grunden förstärkt med en 250 mm hög grundmur i betong. Där det inte finns någon kontorsverksamhet består golvet enbart av ett betonggolv. När garaget byggdes om till kontor adderades ett bottenbjälklag uppbyggt med 100 mm mineralullsisolering, 22 mm spontad spånskiva och plastmatta.

4.1.4 Fasad och ytterväggar

Enligt bygghandlingar från 1962 bestod byggnadens fasad till största del av en 1-stens tegelvägg. 1-stens tegelväggar är oftast uppbyggda av stenar med ett djup på 250 mm (Gustavsson, Jönsson & Molnár 2007). Stora delar av byggnaden har senare blivit tilläggs- isolerad inifrån med totalt 26 mm gipsskiva, 0,20 mm tenotät

och 120 mm mineralull- sisolering. Byggnaden har genomgått flertalet ombyggnationer och det finns ingen full- ständig sammanställning av alla åtgärder som har vidtagits vid ombyggnationerna. Om det inte har funnits någon information om fasaden har utrymmen i byggnaden som inte är uppvärmda antagits bestå av 1-stens tegelvägg utan isolering inifrån. Hur fasaden är uppbyggd har dessutom studerats under platsbesök.

Den nordvästra fasaden har blivit ombyggd när det dåvarande garaget skulle byggas om till kontor under sjuttiotalet. Portöppningarna till garaget togs bort och istället installe- rades fönsterpartier med tryckimpregnerat trä, 3,2 mm internit

, 100 mm mineralullsi- solering, folierad papp, 13 mm gipsskivor samt regelverk runt fönstren.

Baserat på ovanstående information och antaganden har ytterväggarna förts in i VIP- Energy. Efter att byggnadsdelen är definierad beräknar programmet dess U-värde. U- värdet är ett mått på en byggnadsdels isoleringsförmåga. U-värdena för ytterväggarna presenteras i tabell 1.

Tabell 1: U-värden ytterväggar.

Fasadmaterial U-värde [W/(m

K)]

Tegelvägg isolerad 0,25 Tegelvägg utan isolering 1,72 Nordvästra fasaden 0,30

Grundmur 1,11

Byggnadens höjd är inte uniform, utan höjden skiljer sig längs med de olika fasaderna.

Höjderna varierar mellan 3 meter och 5 meter.

4.1.5 Innerväggar

Även invändiga byggdelar, så som innerväggar, påverkar beräkningarna och ska därför inkluderas i modellen. Invändiga byggdelar kan lagra värme, dels vid temperaturvariatio-

1

Byggmaterial som förhindrar fukt att tränga ut i väggar.

2

Byggmaterial innehållande asbest.

ner dels från direkt solinstrålning och detta bidrar till en termisk tröghet i byggnaden.

Om det uppstår en temperaturdifferens mellan olika rumsytor sker en värmeöverföring mellan innerväggar och ytterväggar (VIP-Energy u.å.).

Innerväggarnas uppbyggnad och tjocklek har baserats på de ritningar som finns tillgäng- liga, samt genom information från platsbesök. Enligt ritningar och observationer finns det fyra olika typer av innerväggar med olika tjocklekar och material. Vid platsbesöket identifierades väggar med samma uppbyggnad, men med olika tjocklekar. För att förenkla modelleringen i VIP-Energy har medelvärdet för väggtjockleken använts. Nedan presente- ras de olika innerväggarna och hur de har blivit inlagda i VIP-Energys byggnadskatalog.

• Innervägg 1: Två 13 mm gipsskivor på stål- eller träregelstomme med cirka 70 mm mineralullsisolering.

• Innervägg 2: Innerväggar som är mellan 200 till 300 mm. Ett antagande har gjorts att väggen består av 250 mm lättbetong med puts. Enligt Kungliga byggnadsstyrel- sen föreskrifter från 1950 var detta en konstruktion som förekom vid byggnationer under denna tid (Kungliga byggnadsstyrelsen 1950).

• Innervägg 3: 200 mm tegelplattor.

• Brandvägg: Två 13 mm gipsskivor, 0,20 mm tenotät, 120 mm gipsreglar, 120 mm mineralullsisolering.

4.1.6 Tak och bjälklag

I VIP-Energy approximeras lutande tak som horisontella tak (Strusoft 2016). Byggna- dens yttertak är uppbyggt av 150 mm takplattor i lättbetong som är dubbeltäckta med skyddsbelagd papp. Över byggnadens förråd och garage finns ingen vind och dessa delar saknar isolering av taket. I andra delar av byggnaden finns en vindsvåning. Vindsut- rymmet ingår inte i den uppvärmda arean och antas hålla ungefär samma temperatur som utomhusluften. Taket och vindsbjälklaget har förts in som samma byggnadsdel i VIP-Energy.

Enligt en ritning från 1982 består vindsbjälklaget av 22 mm spånskiva, 120 mm mine- ralull 0,2 mm tenotät och två 13 mm gipsskivor. Detta verkar emellertid inte stämma då det, vid ett platsbesök på vinden, återfanns olika tjocklekar av isoleringsmaterial. Isole- ringstjockleken varierade mellan noll i de äldre delarna till 300 mm i de delar som har blivit ombyggda under byggnadens livstid. I tabell 2 presenteras de olika tjocklekarna tillsammans med respektive area.

Tabell 2: Isoleringstjocklek och area.

Isoleringstjocklek [mm] Area [m

]

0 184

50 298

100 143

150 4

195 311

300 4

Under ett platsbesök konstaterades att isoleringstjockleken inte var uniform i de oli- ka vindsutrymmena. Därför har ett medelvärde av de olika tjocklekarna används där tjockleken var varierande. Förutom olika isoleringstjocklekar har taket, inklusive vinds- bjälklaget, antagits vara uppbyggda på samma sätt överallt.

4.1.7 Fönster och dörrar

Kontorsbyggnaden har olika typer av fönster i olika delar av byggnaden. Majoriteten av fönstren är 3-glasfönster, vilka är installerade längst med fasaderna i sydvästlig och syd- ostlig riktning samt de delar av den nordvästra fasaden som renoverades under 90-talet.

Resten av den nordvästra, samt den nordöstra fasaden har 2-glasfönster. Alla 2-glasfönster har antagits vara från 70-talet och alla 3-glasfönster har antagits vara installerade un- der 90-talet. Det har inte funnits någon teknisk information om fönstren och därför har fönstren antagits anta de standardvärden som finns angivna i VIP-Energy. Hur detta antagande påverkar resultatet kommer att studeras närmare i en känslighetsanalys. Hur känslighetsanalysen genomförs presenteras närmare i avsnitt 4.2.6. 3-glasfönster har ett U-värde på 1,7 W/m

,K och ett g-värde på 68 %. 2-glasfönster har ett U-värde på 2,7 W/m

,K och ett g-värde på 76 %. Ett fönsters g-värde beskriver den procentuella andelen av den infallande solenergin som transmitteras genom ett fönster, dels via direkt transmit- terad solinstrålning som når rummet i form av direkt solinstrålning dels via absorberad solinstrålning som återremitteras

.

Majoriteten av byggnadens dörrar är ståldörrar med ett glasparti. Utöver det finns det en trädörr, en garageport och ett antal dörrar i stål utan fönster. Trädörren har antagits vara en, i VIP-Energy kallad, äldre ytterdörr med ett U-värde på 3 W/m

,K. För garage- portarna och ståldörrarna har standardvärden från VIP-Energy använts och U-värdena har antagits vara 1 W/m

,K (Strusoft 2016).

4.1.8 Drift- och reglerfall

I VIP-Energy kan olika driftfall läggas in. Driftfallen baseras på den aktuella byggnadens verksamhet och inkluderar bland annat information om verksamhetsenergi, fastighetse- nergi, personvärme och varmvatten. Dessutom är det i denna katalog som den lägsta och högsta tillåtna inomhustemperaturen anges. Olika driftfall kan läggas in för olika tider av dygnet och för olika zoner. Reglerfallet anger ventilationssystemets olika egenskaper.

I reglerfallet anges bland annat vad för typ av ventilationssystemet det är, tillåtna tilluft- stemperaturer och typ av värmeväxlare och dess verkningsgrad. Ventilationssystemet kan vara tidsstyrt eller temperatursstyrt.

I kontorsbyggnadens modell har två driftscheman lagts in, ett för dagtid och ett för nat- tetid. Närvarotid är inlagd mellan klockan 7 och 19. När folk vistas i lokalerna tillför de värme till inomhusluften. Denna internvärme, i form av personvärme, har antagits vara 108 W per person. Personvärmen i respektive zon har summerats och förts in i program- met. Den totala effekten från personerna i byggnadens olika zoner varierar mellan 0 W/m

och 3,25 W/m

. Mellan klockan 19 och 7 antas inga personer vistas i kontorsbyggnaden.

3

Annica Nilsson, lärare, UU, föreläsning 2018-09-12