En ekonomisk analys av att använda en Quartzenebaserad puts vid energieffektivisering av äldre q-märkta byggnader.

AKADEMIN FÖR TEKNIK OCH MILJÖ

Avdelningen för bygg-, energi- och miljöteknik

En ekonomisk analys av att använda en

Quartzenebaserad puts vid energieffektivisering av äldre q-märkta byggnader.

Anton Fredriksson & Christoffer Fors Edman 2017

Examensarbete, Grundnivå (högskoleexamen), 15 hp Byggnadsteknik

Byggnadsingenjör

Quartzene i pastaform (Sjöström, 2016)

Förord

Denna rapport är ett examensarbete utför vid Högskolan i Gävle vårterminen 2017.

Examensarbetet omfattar 15 högskolepoäng och ingår i utbildningen för byggnadsingenjörer (180 högskolepoäng). Examensarbetet initierades av Jan Akander, lärare vid Högskolan i Gävle och Christer Sjöström, professor vid Svenska Areogel Ab. Arbetet har bidragit till nya kunskaper om värmeisolerande puts och möjligheter att energieffektivisera q-märkta byggnader.

Vi vill tacka Christer Sjöström, Svenska Areogel Ab och framförallt vår handledare Jan Akander, vars tankar och idéer väglett oss i arbetet.

Gävle, Maj 2017.

______________________ _______________________

Anton Fredriksson Christoffer Fors Edman

Sammanfattning

Äldre q-märkta byggnader får enligt förvanskingsförbudet inte förändras, vilket resulterar i svårigheter att energieffektivisera q-märkt byggnader, eftersom traditionella

energieffektiviserings metoder inte kan användas utan att förändra byggnadens egenskaper. I denna rapport undersöks lönsamheten att energieffektivisera en q-märkt byggnad med en värmeisolerande puts baserad på Quartzene av typen Z1 och kalkcementputs. Genom att endast förändra putsens termiska egenskaper förändras inte byggnaden karaktärsdrag

eller kulturhistoriska värde.

I rapporten fastställs ett generellt ramverk som beskriver den maximala merkostnaden för en värmeisolerande puts i jämförelse med en traditionell puts vid fyra olika

värmegenomgångskoefficienter; 0,2, 0,4, 0,6 och 0,8 W/m²×K. Ramverket kan användas som en mall som visar vad en värmeisolerande puts vid varierande värmekonduktiviteter maximalt får kosta för att produkten ska vara ekonomisk lönsam i jämförelse med kalkcementputs.

I en fallstudie används en livscykelkostnadsanalys (LCC) för att bedöma om det är lönsamt att energieffektivisera en q-märkt byggnad beläggen i Gävle med en värmeisolerande puts, baserat på Z1 och kalkcementputs. Fem modellerade blandningar med olika andelar Z1 och

kalkcementputs analyseras för att bedöma lönsamheten vid olika värmekonduktivitet.

Fallstudiens resultat visar att samtliga värmeisolerande puts är ekonomiskt lönsamma, där den mest lönsamma värmeisolerande putsen är den med högsta andel Z1 (80%). Att den mest lönsamma blandningen är den med högst andel Z1 kan förklaras av att energibesparingen ökar i snabbare takt än merkostnaden för den värmeisolerande putsen.

Fallstudiens beräknade merkostnad prövas i kostnadstaket för att identifiera lönsamheten vid olika värmegenomgångskoefficienter. Resultatet visar att väggar med en sämre

värmegenomgångskoefficient (ett högt U-värde) har störst lönsamhet medan väggar med en bättre värmegenomgångskoefficient (ett lågt U-värde) har minst lönsamhet. Detta beror på att väggar med en sämre värmegenomgångskoefficient har större energibesparingspotential än byggnader med en god värmegenomgångskoefficient.

Nyckelord: Energieffektivisering, q-märkta byggnader, värmeisolerande puts, Quartzene och LCC.

Abstract

Older q-labeled buildings may not be changed according to the corruptions banning, resulting in difficulties in energy efficiency of q-marked buildings, as traditional energy efficiency methods cannot be used without altering the building's properties. This report examines the profitability to energy-efficient a q-labeled building with a heat insulating plaster based on Z1 quartzene and lime cement render. By only changing the render properties of the plot, the building does not change characteristic or cultural historical value.

The report sets out a general framework describing the maximum additional cost of a heat insulation plaster in comparison to a traditional plaster at four different thermal conversion coefficients; 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8 W/m²×K. The framework can be used as a template that shows what a heat insulation plaster at varying thermal conductivities maximally may cost for the product to be economically viable compared to lime cement plaster.

A life cycle cost analysis is used in a case study to assess if it is profitable to energy-efficient a q- labeled building in Gävle, with a heat insulating plaster based on Z1 and lime cement pits. Five theoretical mixtures with different proportions of Z1 and lime cement plaster was analyzed to assess profitability at different thermal conductivity. The result of the case study shows that all heat-insulating plasters is economically profitable, where the most profitable mixing is the one with the highest proportion of Z1 (80%). That the most profitable mixture is the one with the highest proportion of Z1 can be explained by the fact that energy saving is increasing at a faster rate than the additional cost of the heat insulating plaster.

The estimated additional cost of the case study is tested in the cost ceiling to identify the profitability at different heat transfer coefficient. The results shows that walls with an high heat transfer coefficient has the largest profitability, while the walls with a lower heat transfer coefficient (a better heat transfer coefficient) is the least profitable. This is because of the walls with a higher heat transfer coefficient has a greater energy saving potential then walls whit a lower heat transfer coefficient

Keywords: Energy efficiency, Q-label buildings, thermal insulation plaster, Quartzene and LCC.

Ordregister Atemp

A_temp definieras som den invändiga arean som värms upp mer än 10 grader. Den uppvärmda arean omfattar källar-, våning-, och vindsplaner, som begränsas av klimatskärmens

insida. A_temp används vid beräkning av den specifika energianvändningen (BFS 2016:6, Kap 9:12).

Brukstid

Brukstiden motsvarar en produkts livslängd, dvs den tid som en produkt är brukbar. Efter brukstiden måste produkten bytas ut.

Fastighetsel

Fastighetsel är den el som används till byggnadens drift. Exempel på fastighetsel är belysning i allmänna ut- och driftutrymmen, el till pumpar, övervakningsutrustning och fläktar (BFS 2016:6, Kap 9:12).

Gradtimmar

Gradtimmar definieras som den tid uppvärmningsenergi tillförs en byggnad. Gradtimmar anger skillnaden mellan inne- och uteluftstemperaturen, under varje timme, under ett års tid

(Warfvinge & Dahlblom, 2010). Kostnadstak

Kostnadstaket beskriver den maximalt tillåtna merkostnaden för Z1 och kalkcementputs blandningar, förutsatt att energibesparing ska återbetala merkostnaden.

Köldbryggor

En köldbrygga är en del av konstruktionen där värmegenomgångskoefficienten (U-värdet) lokalt har försämrats, vilket resulterar i större värmeförluster inom det område där köldbryggan verkar. Köldbryggor förekommer ofta i anslutning och i områden där det inte finns möjlighet att isolera. Det finns två typer av köldbryggor; punktformiga och linjära. Exempel på punktformiga köldbryggor är genomföringar eller vid långa spikar. Linjära köldbryggor förekommer vid anslutningar mellan olika byggnadsdelar, exempelvis längst vägg, tak, bjälklag, golvet, vid

Nuvärdesmetoden

Nuvärdesmetoden är en metod där kalkylräntan används för att räkna om samtliga kostnader under en produkts livslängd till en summa som motsvarar dagens

penningvärde. I nuvärdesmetoden används två olika faktorer, nuvärdesfaktorn (NUV)

eller nusummefaktorn (NUS). Nuvärdesfaktorn används vid beräkningar av enskilda kostnader och nusummefaktorn används vid beräkningar av regelbundna kostnader som uppstår

under livslängden.

Real energiprisökning

Real energiprisökning tar hänsyn till hur energipriserna förändras under brukstiden.

Energipriset varierar för olika bränsletyper och påverkas av olika faktorer, exempelvis bränslepriset och skatter. Vid ett minskat energipris ökar i regel energianvändningen medan energianvändningen minskar vid ett ökat energipris (Energimyndigheten, 2015).

Realkalkylränta

Realkalkylränta beskriver företagens krav på sina investeringar. Realkalkylräntan återspeglar företagets samtliga kostnader för att finansiera investeringen och tar hänsyn till räntekostnader för belånat kapital, inflation och avkastningskrav från investeraren (Persson, Posse, & Rosner, 2007).

Restvärde

En produkts restvärde motsvarar det värde som återstår efter produktens livslängd. Ett restvärde uppstår när en produkt återvinns, återanvänds eller saneras. I en

livscykelkostnadsanalys betraktas restvärdet som en vinst eller förlust beroende på om nästkommande användares tillverkningskostnad kommer minskas eller ökas.

Transmissionsförluster

Transmissionsförluster definieras som den energi som lämnar byggnaden via klimatskalet, dvs via byggnadens ytterväggar, tak, grundplatta, fönster, ytterdörrar och köldbryggor.

Transmissionen beräknas genom att fastställa klimatskalets värmegnomgångskoefficient, vilket multipliceras med byggnadsdelarnas area och områdets gradtimmar (Warfvinge & Dahlblom, 2010).

Värmegenomgångskoefficient

Värmegenomgångskoefficient (U-värde) beskriver isoleringsförmågan för en byggnadsdel, exempelvis för ytterväggar, tak, fönster eller dörrar. Värmegenomgångskoefficienten beräknas som inversen av värmemotståndet (1/R). En låg värmegenomgångskoefficient motsvarar en bra isoleringsförmåga, medan en hög värmegenomgångskoefficient motsvarar en sämre

isoleringsförmåga. Enheten för Värmegenomgångskoefficienten är W/m²×K alternativt W/m²×°C (Isover, u.å.).

Värmekonduktivitet

Värmekonduktivitet (l) beskriver isoleringsförmågan hos ett material, där en hög

värmekonduktivitet motsvarar en sämre isoleringsförmåga och en låg värmekonduktivitet motsvarar en bra värmeisoleringsförmåga. Värmekonduktiviteten har enheten

W/m×K alternativt W/m×°C (Isover, u.å.) Värmemotstånd

Värmemotstånd (R) beskriver värmeisoleringsförmågan hos ett material eller ett skikt.

Värmemotståndet beräknas genom att dividera ett materials tjocklek (d) med materialets värmekonduktivitet (l). Ett högt värmemotstånd motsvarar en bra värmeisoleringsförmåga medan ett lågt värmemotstånd motsvarar en sämre värmeisoleringsförmåga. Värmemotståndets enheter är m²×K/W alternativt m²° (Isover, u.å.).

Beteckningar

A Area [m]

d Tjocklek kalkcementputs [m]

f Nettoränta [%]

Iinvestering Total investeringskostnad [kr/m²]

Ikalkcementputs Investeringskostnad kalkcementputs [kr/m²]

I_Q Investeringskostnad för Z1 och kalkcementputs [kr/m²]

Iunderhåll Investeringskostnad underhåll [kr/m²]

IVärmeisolerande puts Investeringskostnad värmeisolerande puts [kr/m²]

LCC_energi Kostnadsbesparing [kr/m²]

LCCenergi kalkcementputs Kostnadsbesparing kalkcementputs [kr/m²]

LCCenergi värmeisolerande puts Kostnadsbesparing värmeisolerande puts [kr/m²]

D LCC_energi Kostnadsbesparing i jämförelse [kr/m²] med kalkcementputs

n Brukstid [år]

NUS (f: n) Nusummefaktorn Saknar enhet

P Energipris [kr/kWh]

p Realenergiprisökning [%]

Dq Skillnaden mellan Z1 och kalkcementputs [kWh/m²]

Värmeflödestäthet

r Realkalkylränta [%]

R₀ Ursprunglig värmemotstånd för yttervägg [m²×K/W]

R_ekvivalent Värmemotstånd för Z1 och kalkcementputs [m²×K/W]

blandning

S Gradtimmar [°C×h/år]

DT Temperaturskillnad mellan inomhus och [°C]

utomhus temperatur

U0 Värmegenomgångkoefficient ursprunglig vägg [W/mײK]

U_mix Värmegenomgångkoefficient för yttervägg [W/mײK]

efter energieffektivisering

l_KC Värmekonduktivitet för kalkcementputs [W/m×K]

lekvivalent Värmekonduktivitet för Z1 och [W/m×K]

kalkcementputs blandning

f_vägg Värmeflöde yttervägg [W/m]

Innehållsförteckning

FÖRORD ... I SAMMANFATTNING ... II ABSTRACT ... IV ORDREGISTER ... VI BETECKNINGAR ... IX

1 INLEDNING ... 1

1.1 BAKGRUND ... 1

1.2 S^YFTE ... 2

1.3 AVGRÄNSNINGAR ... 2

1.4 PROBLEMFORMULERING ... 2

1.4.1 Beskrivning av ramverket ... 3

1.4.2 Beskrivning av fallstudie Staketgatan 9, Gävle ... 3

1.4.3 Prövning av ramverket ... 4

2 TEORIAVSNITT ... 5

2.1 VÄRMEISOLERANDE PUTS ... 5

2.1.1 Quartzene ... 5

2.1.2 Aerogel ... 7

2.1.3 ThermoPor ... 7

2.2 BERÄKNINGSHJÄLPMEDEL ... 8

2.2.1 Comsol Multiphysics 5.1 ... 8

2.2.2 BV² ... 8

2.3 TERMISKA STORHETER ... 8

2.3.1 Byggnadens specifika energianvändning ... 8

2.3.2 Byggnadens värmebalans ... 9

2.4 LIVSCYKELKOSTNADSANALYS (LCC) ... 9

3 METOD ... 10

3.1 INDATA ... 10

3.2 RAMVERKET ... 12

3.3 F^ALLSTUDIE STAKETGATAN 9, G^ÄVLE ... 14

3.3.1Undersökning av värmekonduktivitet ... 14

3.3.2 BV² ... 15

3.3.3 LIVSKOSTNADSANALYS (LCC) ... 15

3.4 PRÖVNING AV RAMVERKET ... 16

4 RESULTAT ... 17

4.1 RAMVERKET ... 17

4.2 KÄNSLIGHETSANALYS RAMVERKET ... 18

4.3 FALLSTUDIE STAKETGATAN 9, GÄVLE ... 21

4.3.1 Undersökning av värmekonduktiviteter ... 21

4.3.2 BV² ... 22

4.3.3 Livscykelkostnadsanalys (LCC) ... 23

4.4 KÄNSLIGHETSANALYS FALLSTUDIE STAKETGATAN 9, GÄVLE ... 26

6 SLUTSATS ... 31 REFERENSER ... 32

1 Inledning 1.1 Bakgrund

Den bebyggda miljön utgör idag ca 40 % av den totala energianvändningen i Sverige. För att minska energianvändningen har olika energi- och miljömål definierats. Från år 1995 till år 2020 ska energianvändningen minskas med 20 % och ytterligare 30 % till år 2050. För att uppnå energi – och miljömålen krävs en minskad energianvändning inom den bebyggda miljön, vilket resulterar i att energieffektivisering av byggnader blir allt vanligare. (Liu, Rohdin & Moshfegh, 2016). En energieffektivisering innebär att byggnadens energianvändning minskas. Detta kan uppnås genom att exempelvis tilläggsisolera klimatskalet alternativt byta ut/förändra

byggnadens uppvärmningssystem, fönster och dörrar.

År 2010 fanns ca 67 000 q-märkta byggnader i Sverige (Miljömål, 2014). En q-

märkt (tidigare benämnt k-märkt byggnad) är en byggnad som anses vara särskilt värdefull, vilket innebär att de utgör en värdefull del av bebyggelsen eller har särskilt värdefulla egenskaper som ska bevaras. Q-märkta byggnader skyddas av förvanskingsförbudet, vars syfte är att

skydda byggnaders karaktärsdrag och kulturhistoriska värden (BFS:2016:6, kap 1:2).

Eftersom q-märkta byggnader inte får utsättas för förändring försvåras energieffektiviseringen av dessa byggnader. Detta resulterar i att q-märkta byggnader har hög energianvändning (eftersom klimatskalet generellt har höga värmegenomgångskoefficienter), dyra drift – och

renoveringskostnader. Om dessa byggnader kan energieffektiviseras finns en stor

energibesparingspotential, vilket bidrar till att den bebyggda miljöns energianvändning minskas (Holm & Sandö, 2015).

Idag efterforskas nya lösningar för att energieffektivisera q-märkta byggnader. I denna rapport undersöks möjligheten att energieffektivisera q-märkta byggnader med en putsad fasad.

Metoden som används är en relativt ny metod, där energieffektivisering uppnås genom att byta ut den befintliga putsen mot en värmeisolerande puts. Genom att endast förändra putsens termiska egenskaper förändras inte byggnaden karaktärsdrag eller kulturhistoriska

värde. (Bianco, Serra, Fantucci, Dutto & Massolino, 2015)

Svenska Aerogel AB är ett forsknings- och utvecklingsföretag stationerad i Gävle och

i Stockholm. Företaget har utvecklat en produkt vid namn Quartzene som är ett mesoporöst material, med egenskaper som liknar materialet Aerogel. Quartzene används idag vid isolering, färg och ytskikt samt vid filtrering av gaser och vätskor. Det finns olika typer av Quartzene med olika användningsområden. Materialet som ingår i undersökningen i denna rapport heter Z1, ett material med goda termiska egenskaper. Z1 kan blandas med andra material för att förbättra materialets värmeisolerande egenskaper. I denna rapport undersöks lönsamheten att blanda Z1 med kalkcementputs för att skapa en värmeisolerande puts som kan användas vid

1.2 Syfte

Rapportens syfte är att med en livscykelkostnadsanalys (LCC) undersöka hur

stor merkostnaden för ett värmeisolerande putssikts maximalt kan utgöra, i jämförelse med kalkcementputs, förutsatt att värmebespararingen återbetalar merkostnaden

under dess livslängd. De samband som undersöks prövas i en fallstudie på en äldre q-märkt byggnad i Gävle.

1.3 Avgränsningar

Studiens samtliga värmekonduktiviteter är teoretiskt beräknade eftersom det idag inte finns någon värmisolerandeputs baserad på Z1 och kalkcementbruk, vilket kan ha en inverkan på studiens resultat. För att uppnå en korrekt värmekonduktivitet krävs undersökningar i laboratorium, där konduktiviteten för olika Z1 och kalkcementpus blandningar (dvs färdiga produkter) uppmäts. Studien kan användas som riktlinjer, vars resultat illustrerar den värmeisolerande putsens potential, utifrån energikostnadsbesparingar och merkostnad i jämförelse med kalkcementputs. Studiens fallstudie avgränsas från underhållskostnader och restvärde, eftersom indata för dessa värden saknas, vilket resultat i att de inte kan bedömas på ett korrekt sätt. För mer information, se 4.4 känslighetsanalys fallstudie.

1.4 Problemformulering

Rapporten är uppbyggd i tre delar; 1.4.1 beskrivning av ramverket, 1.4.2 beskrivning av fallstudie Staketgatan 9, Gävle och 1.4.3 prövning av ramverket. I ramverket undersöks vilken merkostnad en värmeisolerande puts (med tjockleken 25 mm) maximalt får utgöra i jämförelse med traditionell puts, förutsatt att den framtida energikostnadsbesparingen minst täcker merkostnaden.

En fallstudie genomförs på en byggnad belägen i Gävle. I fallstudien används en värmeisolerande puts, baserad på Z1 och kalkcementputs (en produkt som inte finns idag). Därför ingår det i fallstudien att uppskatta de olika värmeisolerande putsens värmeisoleringsförmåga och kostnad.

Utifrån en livscykelkostnadsanalys (LCC) beräknas och bedöms olika värmeisolerande puts merkostnad, energikostnadsbesparing och lönsamhet. Fallstudiens merkostnad jämförs med ramverkets kostnadstak, för att bedöma lönsamheten hos olika värmeisolerande puts vid olika värmegenomgångskoefficienter.

1.4.1 Beskrivning av ramverket

Undersökningen av kostnadstaket genomförs för att Svenska Aerogel AB ska få ett generellt

”ramverk”, som beskriver vad merkostnaden, dvs vad tillverkningskostnaden för olika Z1 och kalkcementputs blandningar maximalt får uppgå till för att energieffektivisering med en värmeisolerande puts ska vara ekonomiskt lönsam. Viktigt att notera är att det idag inte finns någon Z1 och kalkcementputs blandning, vilket resulterar i att beräkningarna bygger på ett teoretiskt perspektiv, se 1.3 avgränsningar.

I undersökningen ökas värmkonduktiviteten succesivt mellan Z1 och kalkcementputs

värmekonduktiviteter, för att se hur olika blandningar ter sig. Undersökningen genomför på fyra ytterväggar med värmegenomgångskoefficienten (U-värdet) 0,2, 0,4, 0,6 och 0,8 W/m²×K, för att analysera hur kostnadstaket varierar vid olika värmegenomgångkoefficienter. Detta för att kunna bedöma lönsamhet, se 1.4.3 prövning av ramverket.

1.4.2 Beskrivning av fallstudie Staketgatan 9, Gävle

I fallstudien undersöks energianvändningen hos en q-märkt byggnad belägen i Gävle (med adressen Staketgatan 9). Information om byggnaden hämtas från en tidigare studie genomförd av Länsstyrelsen Gävleborg, som hade i uppdrag att fastställa energianvändningen och föreslå potentiella energieffektiviseringsmöjligheter för 12 q-märkta byggnader belägna i Gävle.

Staketgatan 9 med byggnadsåret 1899, är ett flerbostadshus med sex våningar och 24 lägenheter, se Fig1, Gävleborg (Länsstyrelsen, 2012).

Byggnadens ytterväggar utgör idag ca 25% av byggnadens totala energiförluster. Detta kan förklaras av att väggarna har stora otätheter och en hög värmegenomgångskoefficient (0,8 W/m²×K). Genom att energieffektivisera byggnadens väggar kan stora

energikostnadsbesparingar uppnås, vilket undersöks i fallstudien (Gävleborg Länsstyrelsen, 2012).

I förundersökningen undersöks lönsamheten att energieffektivisera Staketgatan 9:s väggar med en värmeisolerande puts, baserad på Z1 och kalkcementputs. Den nya värmeisolerande putsens termiska egenskaper modelleras i Comsol Multiphysics 5.1, för att identifiera de olika

värmeisolerande putsens värmekonduktivitet. Fem olika blandningar med varierande

volymandel Z1 undersökt; 80, 60, 40, 20 och 0 Z1. Utifrån känd värmekonduktivitet beräknas ett nytt värmemotstånd som tillsammans med väggens ursprungliga värmemotstånd utgör en ny värmegenomgångskoefficient för byggnadens vägg.

Byggnadens specifika energianvändning före och efter energieffektiviseringen (med den

värmeisolerande putsen) beräknas i BV², för att identifiera kostnadsbesparingen vid olika Z1 och kalkcementputs blandningar.

En livscykelkostnadsanalys upprättas utifrån känd specifik energianvändning och framtagna prisuppgifter för olika värmeisolerande puts (baserat på Z1 och kalkcementputs). En merkostnad beräknas genom att jämföra den värmeisolerande putsens kostnader med en kalkcementputs kostnader (dvs kostnaden vid 0% Z1).

Merkostnaden för olika värmeisolerande puts jämförs slutligen med ramverkets kostnadstak, se avsnitt 1.4.3 prövning av ramverket.

1.4.3 Prövning av ramverket

Fallstudiens värmeisolerande puts med volymandelarna; 80, 60, 40, 20 och 0% Z1 prövas i ramverkets kostnadstak för att identifiera lönsamhet för olika värmegenomgångskoefficienter vid olika blandningar. Genom att jämföra den maximalt tillåtna kostnaden för olika värmeisolerande puts med merkostnaden för de olika blandningarna kan lönsamheten för olika

värmegenomgångskoefficienter fastställas.

2 Teoriavsnitt

Rapportens teoriavsnitt är uppdelat i fyra delar; 2.1 Värmeisolerande puts, 2.2 Beräkningshjälpmedel, 2.3 Termiska storheter och 2.4 Livscykelkostnadsanalys (LCC). Teoriavsnittet syftar till att beskriva olika värmeisolerande puts egenskaper samt öka förståelsen av studiens beräkningsprogram och livscykelanalysmetoden.

2.1 Värmeisolerande puts 2.1.1 Quartzene

Forsknings- och utvecklingsföretaget Svenska Aerogel AB har utvecklat ett mesoporöst material likt Aerogel vid namn Quartzene. Materialet har en låg densitet och hög porositet, där 1 – 15 % av materialet består av fast materia och resterande utrymme består av vakuum eller gaser (se Fig.

2 och 3). Quartzene har en låg värmekonduktivitet som varierar mellan 0,024–0,06 W/m×K, vilken kan jämföras med Aerogel vars värmekonduktivitet varierar mellan 0,01 – 0,04 W/m×K (Techno-gateway co. ltd., 2017; Barbero, Dutto, Ferrua, & Pereno, 2014).

Svenska Aerogel AB har funnit nya tillverkningsmetoder som resulterat i att Quartzenes

tillverkningskostnad kan minskas med 70 – 90 % i jämförelse med traditionell Aerogel. Den låga tillverkningskostnaden möjliggör utökade användningsområden (GIA Sweden AB, 2016). Idag används Quartzene främst inom tre områden; isolering, färg och ytskikt samt filtrering av gaser och vätskor (Aerogel, 2016).

Svenska Aerogel har skapat tre olika typer av quartzene; CMS, Nd och Z1.Vid tillverkningen är materialen hydrofila, men kan vid behov omvandlas till hydrofoba. Quartzene förekommer i fyra olika former; pasta, fritt pulver, granuler och pellets, se Fig.4 (Sjöström, 2016).

Fig. 2. Quartzene i fri pulverform (Aerogel, 2016). Fig.3. Quartzene uppbyggnad och struktur (Afriyie, Gudmundsson, Karami & Norberg, 2014).

Fig. 4. Querzenes fyra former; Pasta, fritt pulver, granuler och pellets ⁽Sjöström, 2016).

CMS och Nd består av amorft kalcium magnesiumsilikat respektive amorf hydrofil kiseldioxid.

Materialen används främst vid olika typer av filtrering, men kan även användas för att förbättra färgers och beläggningars egenskaper. Z1 är uppbyggt av amorf hydrofil kiseldioxid och är utvecklat för att användas vid termisk isolering (Techno-gateway co. ltd., 2017). Z1 kan blandas med industriella-, konstruktions- och byggnadsmaterial för att förbättra de olika materialens termiska, brand och akustiska isoleringsförmåga (Vesta Intracon bv, 2017). I denna rapport blandas Z1 med kalkcementputs, för att analysera lönsamheten av den nya kombinationen.

Z1 kan erhållas i två former; fri pulverform eller pastaform. Vid tillverkningen av Z1 vidtar materialet en pastaform som består av ca 90 – 92 % vatten. Pastan torkas för att erhålla fritt pulver, vilket resulterar i ökade kostnader, se Tab. 1. Eftersom kalkcementputs innehåller en stor mängd vatten är det inte nödvändigt erhålla Z1 i fri pulverform, vilket innebär att Z1 i pastaform kan användas. I Tab. 1 redovisas Z1:s egenskaper.

Tab. 1. Beskrivning av Quartzene Z1:s egenskaper.

Beskrivning Egenskaper, Z1 Enheter

Temperatur beständighet 1000 C°

Värmekonduktivitet 0,024–0,028 W/m×K

Densitet 80 kg/m³

Miljöpåverkan Ej farligt att hantera och

återvinningsbart -

Specifik yta (BET) 400–600 m²/g

Porstorlek 30 nm

Riktvärde slutkonsumentpris (exkl moms) fritt

pulver 12 €/kg

Riktvärde slutkonsumentpris (exkl moms) pasta

(riktvärde) 7 €/10 kg

2.1.2 Aerogel

Aerogel är ett poröst nanomaterial med goda värmeisolerande egenskaper (se Fig.5). Materialet har flera användningsområden, exempelvis filtrering och värmeisolering. Enligt Barbero, Dutto, Ferrua och Pereno (2014) har Aerogel en värmekonduktivitet som varierar mellan 0,01–0,04 W/m×K. Materialets låga konduktiviteten skapar en god potential på dagens marknad.

Problemet med aerogel är dock den stora tillverkningskostnaden (GIA Sweden AB, 2016).

Enligt Aerogel Technologies LLC (2017) som är världens ledande online distributör för Aerogelmaterial, säljs ”Enova ® Aerogel IC3110” (Aerogel i pulverform anpassat för värmeisolering inom byggsektorn) för 55€/L, vilket motsvarar ca 533 kr/l.

Fig. 5. Aerogel i fri pulverform (Aerogel Technologies LLC, 2017)

I en tidigare studie av Brunner, Ghazi Wakili, Stahl, & Zimmermann (2012) blandades Aerogel med puts, för att analysera energieffektiviseringspotentialen. Med en kiseldioxid baserad

Aerogel - och putsblandning med densiteten 200 kg/m³ och ett varierande tryck mellan 0 – 800 KPa uppmättes den bästa blandningens värmekonduktivitet till 0,025 W/m×K, vilket kan jämföras med mineralulls värmekonduktivitet 0,036 W/m×K (brunner et al., 2012).

2.1.3 ThermoPor

ThermoPor är en färdig värmeisolerande puts med en värmekonduktivitet på 0,068 W/m×K.

Materialet är tillverkat i Turkiet och består av återvunnet glas. ThermoPor används idag i Storbritannien och Tyskland, men har ännu inte nått Skandinavium. Priset för Thermopor är ca 30 €/m² inklusive moms (Adamczyk & Dylewski, 2013).

2.2 Beräkningshjälpmedel

I denna rapport används tre olika beräkningsprogram för att beräkna energianvändningen och livscykelkostnaden; BV², Comsol Multiphysics 5.1 och Excel 2017. I avsnitt 2.2.1 Comsol Multiphysics 5.1 och 2.2.2 BV² beskrivs programmens funktion och användningsområden.

2.2.1 Comsol Multiphysics 5.1

Comsol Multiphysics 5.1 är ett generellt finit elementprogram där ett materials termiska

egenskaper kan modelleras och beräknas. Programmets syfte är att skapa korrekta och realistiska modeller av materialet. Comsol Multiphysics 5.1 eftersträvar en verklig simuleringsmiljö, vilket uppnås genom att ta hänsyn till sju olika effekter; akustik, elektromagnetism, kemiska

reaktioner, vätskeflöde och värmeöverföring (Comsol, 2013).

2.2.2 BV²

BV² är ett beräkningsprogram med flera olika användningsområden. Exempelvis används programmet vid beräkning av byggnadens energibehov, värmebalans och specifik

energianvändning, (se 2.3.1byggnadens specifika energianvändning och 2.3.2 byggnadens värmebalans).

I BV² modelleras byggnadens egenskaper samt förutsättningar och utifrån dessa beräknar programmet byggnadens samtliga energiförluster och energitillskott, vars värden kontinuerligt anpassas efter nya normer och föreskrifter. BV² har jämförts med det internationella

beräkningsprogrammet DOE-2, med överensstämmande slutresultat. (BV2, u.å.).

2.3 Termiska storheter

2.3.1 Byggnadens specifika energianvändning

Byggnadens specifika energianvändning definieras enligt Boverket (BFS 2016:6, kap 9:12) som byggnadens energianvändning under ett års tid, fördelat på byggnadens Atemp. Den specifika energianvändningen består av tre olika storheter; tappvarmvatten, fastighetsel och en

värmebalans (Se avsnitt 2.4.2). Viktigt att notera är att hushålls- och verksamhetsdel inte ingår i den specifika energianvändningen.

2.3.2 Byggnadens värmebalans

En byggnads värmebalans kan beskrivas som en vågskål, där den tillförda energin ska vara lika stor som byggnadens energiförluster (se ekv. 1 och Fig. 6). Byggnadens energiförluster, dvs energi som lämnar byggnaden via klimatskalet är transmissionsförluster (H_trans),

ventilationsförluster (H_vent) och okontrollerad ventilation, från exempelvis hål och otätheter i klimatskalet (Hov). Samtliga energiförluster multipliceras med antalet gradtimmar (S).

Byggnadens energitillskott omfattar köpt energi (Qköpt), solinstrålning (Qsol), värmeenergi från människor (Q_bio), energi från hushållsapparater och belysning (Q_el) (Persson & Markusson, 2013). Den värmeisolerande putsens som beräknas i fallstudien bidrar till att byggnadens Htrans

minskar, vilket resulterar i en byggnadens specifika energianvändning och köpt energi (Qköpt) minskas.

(^Hvent + Htrans + Hov) * S = Qköpt + Qbio + Qsol + Qel (1)

Fig.6. Byggnadens värmebalans, samtliga värmeförluster och värmetillskott.

2.4 Livscykelkostnadsanalys (LCC)

En livscykelkostnadsanalys (LCC) är en metod som används för att analysera olika

investeringsalternativ. I metoden kartläggs förväntade kostnader och vinster för att beräkna lönsamheten av en investering. Resultatet kan användas som beslutsunderlag vid val av olika åtgärder eller investeringar. En LCC omfattar energikostnadsbesparingen (LCCenergi), investeringskostnaden (Iinverstering), underhållskostnaden (LCCunderhåll) och restvärdet (r) (Einarsson, 2007). En LCC kan användas på flera olika sätt. I denna rapport används

livscykelkostnadsanalysen för att beräkna merkostnaden för Z1 och för att analysera lönsamheten vid en energieffektivisering med en Z1 och kalkcementputs blandning (Se 1.4 projektbeskrivning).

3 Metod

Metoden är uppdelad i fyra delar; 3.1 indata (för ramverket och fallstudien), 3.2 ramverket och 3.3 fallstudien Staketgatan 9, Gävle.

3.1 Indata

I denna del presenteras indata som har använts i ramverkets och fallstudiens beräkningar. I Tab. 2 redovisas ramverkets indata och i Tab. 3 och 4 redovisas fallstudiens indata.

Tab. 2. Indata ramverket.

Tab. 3. Indata Comsol Multiphysics 5.1.

Indata ramverket

Parameter Indata värde Informationskälla

Energipris 0,718 kr/kWh (Nilsholgersson, 2017)

Gradtimmar 96 240 °Ch/år (Jensen, 2008)

Real energiprisökning 1 %, 2%, 5% (Energimyndigheten, 2015)

Realkalkylränta 4%, 6%, 8% (Energimarknadsinspektionen, 2011)

Brukstid 40 år -

Energiberäkningar - (Länsstyrelsen, 2012)

Indata Comsol Multiphysics 5.1

Parameter Indata värde Informationskälla

Värmekonduktivitet kalkcement 1,0 W/mK -

Värmekonduktivitet Quartzene Z1 0,028 W/mK (Aerogel, 2016) Putsnitt, Area (b*h) 1,7E^-6 * 3,6E^-6 m² -

Putsnittets djup, 1,0 m -

Radie 1, Z1 korn, små 0,08E^-6 m -

Tab. 4. Indata fallstudie, Staketgatan 9, Gävle.

Indata Fallstudie

Parameter Indata värde Informationskälla

Energipris 0,718 kr/kWh (Nilsholgersson, 2017)

Real energiprisökning 1 %, 2%, 5% (Energimyndigheten, 2015)

Realkalkylränta 4%, 6%, 8% (Energimarknadsinspektionen, 2011)

Brukstid 40 år -

LCCUnderhåll 0 -

Nedknackning av fasad (20mm), ex moms 293,62 kr (Wikells, 2017) Omputsning av fasad (20mm), ex moms 353 kr (Wikells, 2017) Materialkostnad kalkcementputs (20mm),

ex moms 80 kr/m² (Wikells, 2017)

Materialkostnad Quartzene Z1 pasta, ex

moms 0,7€/kg (Aerogel, 2016)

Tjocklek av puts (d) 0,025 m -

Densitet Quartzene Z1 pulver 80 kg/m³ (Aerogel, 2016)

Valuta Sek/€ 9,68 (Valutaomvandlare, 2017)

Samtliga indata för energiberäkningar (BV²) - (Länsstyrelsen, 2012) Samtliga indata specifik energianvändning - (Länsstyrelsen, 2012)

Restvärde 0 -

Moms 1,25 -

3.2 Ramverket

I ramverket fastställs ett kostnadstak för olika värmeisolerande puts. Detta genomförs genom att succesivt öka värmekonduktiviteten med 10 %, inom intervallet 0,028 < l_ekvivalent <1.0

W/m×K, där 0,028 motsvarar 100 % Z1 och 1.0 motsvarar 0% Z1 (en fasad med 100%

kalkcementputs). Samtligt beräknade blandningar testas på fyra olika ytterväggar med värmegenomgångskoefficienter (U-värde) 0,2, 0,4, 0,6 samt 0,8 W/m²K. Ramverkets kostnadstak beräknas enligt ekv. (2). Beräkningen förutsätter är att merkostnaden (I_Q) inte får överstiga energikostnadsbesparingen (DLCC_energi).

𝐼₈− ∆𝐿𝐶𝐶_=>=?@A ≤ 0 → 𝐼₈ ≤ 𝐿𝐶𝐶_=>=?@A (2)

DLCCenergi beskriver energieffektiviseringens kostnadsbesparing i jämförelse med

kalkcementputs (uttryckt i kr/m² yttervägg), som beräknas om till dagens penningvärde med hjälp nuvärdet. I beräkningen beaktas skillnaden mellan en värmeisolerande puts och en kalkcementputs värmeflödestäthet genom ett kvm yttervägg (Dq), energipriset (P) och nusummefaktorn (NUS). LCC_energi beräknas enligt ekv. (3).

∆𝐿𝐶𝐶_=>=?@A = 𝑁𝑈𝑆 𝑓: 𝑛 × D𝑞 × 𝑃 (3)

Nusummefaktorn (NUS) beräknas enligt ekv. (4). I ekvationen beaktas nettoräntan (f) och

brukstiden (n), som beskriver nettoräntans variation under Z1 och kalkcementputs blandningens livslängd.

𝑁𝑈𝑆 𝑓: 𝑛 = _O^MNO_{× MNO}^PQM_P (4)

Nettoräntan (f) beräknas enligt ekv. (5). I ekvationen beaktas realkalkylräntan (r) och prisökningen för fjärrvärme (p).

𝑓 = ^?QR

MNR (5)

Δ𝑞 = 𝑈_TAU− 𝑈_V × 𝑆, där U_mix <U₀ (6)

Väggens värmegenomgångskoefficient efter energieffektiviseringen (U_mix) beräknas enligt ekv.

(7). U_mix beräknas som inversen av den värmeisolerande putsen (R_mix) vilken beräknas enligt ekv.

(8). I ekvationen beaktas väggens ursprungliga värmemotstånd (R0), putsens värmemotstånd (Rputs), den nya värmeisolerande putsen (Rekvivalent) och putsskiktets tjocklek (d).

𝑈_TAU = ^M

WXYZ (7)

𝑅_TAU = 𝑅_V− 𝑅_R\]^+ 𝑅=_`A`ab=>] = 𝑅]c]− ^d

efghi+ ^d

ejklYlmnjPh (8)

Den ursprungliga värmegenomgångskoefficienten med kalkcementputs (U₀) beräknas enligt ekv.

(9). Samma beräkning kan även användas för att beräkna väggens ursprungliga värmemotstånd (R₀).

𝑈_V= _W^M

o → 𝑅_V= _p^M

o (9)

3.3 Fallstudie Staketgatan 9, Gävle

I fallstudien undersöks energikostnadsbesparingen, merkostnaden och kostnadsbesparingen för energieffektivisering med en värmeisolerandeputs, baserad på Z1 och kalkcementputs.

3.3.1Undersökning av värmekonduktivitet

I Comsol Multiphysics 5.1 modelleras de nya blandningarnas egenskaper för att uppskatta andelarna kalkcementbruk respektive Z1. Andelen Z1 i de undersökta blandningarna är 80%, 60%, 40%, 20% och 0%, se Fig 7, Fig. 8, Fig. 9. Fig 10. & Fig 11.

Comsol Multiphysics 5.1. beräknar värmeflödet (F) som används för att identifiera

blandningarnas nya värmegenomgångskoefficient (I beräkning beaktas inte R_si och R_se). I ekv. (10) och (11) beskrivs beräkningsgången för att identifiera de nya blandningarnas värmekonduktivitet

Fig. 9. Modellering av värmeisolerande puts med 40 % Z1.

Fig. 8. Modellering av värmeisolerande puts med 60 % Z1.

Fig. 7. Modellering av värmeisolerande puts med 80 % Z1.

Fig.10. Modellering av värmeisolerande

puts med 20 % Z1. Fig.11. Modellering av kalkcementputs (med 0

% Z1).

𝜙 = ^r_t

ujklYlmnjPh

×∆𝑇 → 𝜆=_`A`ab=>]= ^w×d

r×∆x (11)

3.3.2 BV²

I BV² återskapas byggnadens egenskaper enligt tidigare underökning av Länsstyrelsen Gävleborg (2012). Programmet beräknar den specifika energienergianvändningen för den ursprungliga väggen. Beräknade U-värden (U_mix) för de olika blandningarna läggs in i BV², vilket resulterar i att programmet beräknar en specifik energianvändning för samtliga blandningar. Den specifika energianvändningen används vidare i ekv. (13).

3.3.3 LIVSKOSTNADSANALYS (LCC)

Livscykelkostnadsanalysen (LCC_tot) beräknas enligt ekv. (12). Ekvationen tar hänsyn till

investeringskostnaden (Iinvestering), dvs arbetstid, nedknackning, omputsning och materialkostnad (Wikells, 2017). Den tar även hänsyn till byggnadens energikostnad (LCC_energi),

underhållskostnad (LCC_underhåll) och restvärde under den värmeisolerande putsens brukstid (n).

Energikostnaden beräknas enligt ekv. (13). För att kunna jämföra energikostnaden med investeringskostnaden (energikostnaden tar hänsyn till A_temp och investeringskostnaden tar hänsyn till A_vägg) multipliceras energikostnaden med byggnadens A_temp. Därefter divideras värdet med byggnadens väggarea (A_vägg).

𝐿𝐶𝐶_]c]= 𝐼A>`=^]=?A>@+ 𝐿𝐶𝐶_=>=?@A+ 𝐿𝐶𝐶p>d=?yåbb− 𝑅𝑒𝑠𝑡𝑣ä𝑟𝑑𝑒 (12)

𝐿𝐶𝐶_=>=?@A =𝑁𝑈𝑆 𝑓: 𝑛 × 𝑃 × 𝑆𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑘 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎𝑛𝑣ä𝑛𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔 × ^r_r^hjXf

l䈈 (13)

Energikostnadsbesparing beräknas enligt ekv. (14). Kostnadsbesparingen definieras som skillnaden mellan en kalkcementputs (LCCenergi kalkcementputs) och en värmeisolerande puts (LCCenergi värmeisolerande puts). Merkostnaden för olika värmeisolerande puts i jämförelse med kalkcementputs beräknas enligt ekv. (15).

𝐾𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑𝑠𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝐿𝐶𝐶=>=?@A _ab_Œ=T=>]R\]^− 𝐿𝐶𝐶=>=?@A `ä?T=A^cb=a>d= R\]^ (14)

𝑀𝑒𝑟𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑= 𝐼Žä?T=A^cb=?a>d= R\]^− 𝐼_ab_Œ=T=>]R\]^ (15)

3.4 Prövning av ramverket

Merkostnaden för värmeisolerade puts vid olika värmekonduktiviteter från avsnitt 3.3 fallstudien Staketgatan 9, prövas i ramverkets kostnadstak från avsnitt 3.2 ramverket, för att analysera

lönsamheten vid olika värmekonduktiviteter. Fallstudiens lönsamhet vid olika

värmekonduktivitet jämförs med ramverket kostnadstak, för att granska om ramverket överensstämmer med fallstudien.

4 Resultat

Resultatet består av fem avsnitt; 4.1 ramverket, 4.2 känslighetsanalys ramverket, 4.3 fallstudie Staketgatan 9, Gävle, 4.4 känslighetsanalys fallstudien Staketgatan 9, Gävle och 5.5 prövning av ramverket. Samtliga resultat baseras på ett referensfall, där realkalkylräntan är 0,06 och prisökning 0,02, se 3.1 indata. I resultatets känslighetsanalyser analyseras undersökningens ekvationer för att se hur dessa påverkar resultatet.

4.1 Ramverket

För att uppnå lönsamhet får den maximala merkostnaden inte överstiga

energikostnadsbesparingen enligt avsnitt 3.1 ramverket. I Tab. 5 redovisas ramverket för den maximala merkostnaden (baserat på energikostandsbesparingen för en kvadratmeter vägg) för väggar med U-värde 0.2, 0.4, 0.6 och 0.8 W/m^2×K. Samtliga putstjocklekar är 25 mm tjock.

Tab. 5. Redovisning av ramverkets kostnadstak vid fyra olika U-värden; 0,2-0,4-0,6 och 0,8 W/m²× K.

Kostnadstak enligt ramverk = ^DLCCEnergi enligt ekv. (2)[kr/m²] lekvivalent

[W/m×K]

Vid U0 = 0,2

[W/m²×K] Vid U0 = 0,4

[W/m²×K] Vid U0 = 0,6

[W/m²×K] Vid U0 = 0,8 [W/m²×K]

0,028 40,933 142,636 284,300 453,645

0,125 9,343 36,150 78,765 135,735

0,222 4,755 18,700 41,375 72,354

0,320 2,915 11,538 25,693 45,211

0,417 1,923 7,638 17,068 30,137

0,514 1,302 5,185 11,611 20,546

0,611 0,877 3,499 7,848 13,907

0,708 0,568 2,269 5,095 9,039

0,806 0,334 1,332 2,995 5,317

0,903 0,149 0,595 1,339 2,379

1,000 0,000 0,000 0,000 0,000

I Fig. 12 redovisas tabellens resultat grafiskt, för att illustrera ramverkets viktiga samband.

Figuren visar att väggar med en hög värmegenomgångskoefficient har störst tillåten merkostnad, vilket beror på att dessa väggar har störst energikostnadsbesparingspotential. När väggarnas värme genomgångskoefficient minskas (dvs när U-värdet förbättras) så minskas

energikostnadsbesparingspotentialen och den tillåtna merkostnaden. Värmeisolerande puts med lägst värmekonduktivitet (bäst isoleringsförmåga) har störst energikostandsbesparingspotential, vilket resulterar i högst tillåten merkostnad. När den värmeisolerande värmekonduktiviteten

Fig.12. Grafisk illustration av ramverkets kostnadstak vid U-värde; 0,2-0,4-0,6 och 0,8 W/m²×K.

4.2 Känslighetsanalys ramverket

Eftersom ramverket är en generell metod har gradtimmar (S) använts vid beräkningen av kostnadstaket. Ramverket baseras på Gävleborgs kommuns gradtimmar, vilket resulterar i att kostnadstaket endast gäller för Gävleborgs kommun och kommuner med samma antal

gradtimmar. Vid ett varierat antal gradtimmar (olika kommuner har olika antal gradtimmar) förändras resultatet.

Energikostnadsbesparingens (DLCC_Energi) parametrar (energipriset, brukstiden och NUS) har en avgörande betydelse för slutresultatet. Energipriset (P) motsvarar Gävles energipris för

fjärrvärme. Vid andra uppvärmningssystem skiljer sig energipriset (fjärrvärme värmer upp 94 % av Sveriges bostäder). Viktigt att notera är att energipriserna för fjärrvärme varierar inom olika kommuner i Sverige. Ramverkets (och fallstudiens) brukstid (n) är 40 år. Vid en förändring av brukstiden påverkas resultatet eftersom energieffektiviseringen varar under en kortare tid (ogynnsamt) eller en längre tid (gynnsamt). Energikostnadsbesparingens största osäkerhetsfaktor är nuvärdet (NUS i beräkningar) som räknar om samtliga kostnader under livslängden till dagens penningvärde.

Nuvärdet beräknas med hjälp av nettoräntan (f), som varierar med realkalkylräntan (r) och realenergiprisförändring (p). Vid beräkningen av energikostandsbesparings används ett referensfall, där realenergiprisförändringen är 2% (baserat på tidigare energiprisökning) och

500 100150 200250 300350 400450 500

Inverstering [kr/m2]

Varierande värmekonduktivitet värmeisolerande puts [W/m×K]

Tillåtet kostnadstak vid olika U-värden

U-värde 0,2 U-värde 0,4 U-värde 0,6 U-värde 0,8

Figurernas gula spalt är referensvärdet som används vid beräkningen av ramverket (För övriga värmekonduktiviteter, se bilaga A).

Fig.13. Realkalkylränta och realenergiprisförändring vid värmekonduktiviteten 0,028 W/m×K

Fig.14. Realkalkylränta och realenergiprisförändring vid värmekonduktiviteten 0,2224 W/m×K

Fig. 15. Realkalkylränta och realenergiprisförändring vid värmekonduktiviteten 0,417 W/m×K

Fig. 16. Realkalkylränta och realenergiprisförändring vid värmekonduktiviteten 0,6112 W/m×K

4.3 Fallstudie Staketgatan 9, Gävle 4.3.1 Undersökning av värmekonduktiviteter

Eftersom ramverket utgår från en produkt med en värmekonduktivitet mellan 0,028 < l_ekvivalent

<1.0 W/m×K, där 0,028 W/m×K är den teoretiskt bästa värmeisolerande putsen (100% Z1) måste andelen Z1 i förhållande till mängden kalkcementputs bestämmas. Detta görs utifrån beräkningar, där Z1 modelleras som korn (2 olika storlekar) och kalkcementputs som

bindemedel. Fig. 17, 18, 19, 20 & 21 redovisar väggens värmeflöde (𝜙), där gul färg motsvarar ett varmt område (1° Celsius) och röd färg ett kallt område (0°grader Celsius). Resultatet

illustrerar att en högre andel Z1resulterar i en högre värmeisoleringsförmåga.

Tab. 6 redovisar de analyserade kalkcementbruk och Z1 blandningarnas värmeflöde,

värmekonduktivitet och värmegenomgångskoefficienter. I tabellen illustreras sambandet mellan värmeflödet, värmekonduktivitet och värmegenomgångskoefficienten. Vid en större andel Z1 minskar värmeflödet genom putssnittet, vilket resulterar i en minskad värmekonduktivitet och värmegenomgångskoefficient (värdena förbättras). När andelen Z1 minskas ökar värmeflödet, vilket resulterar i en ökad värmekonduktivitet och värmegenomgångskoefficient (värdena

Fig. 18. Värmeflöde genom ett putssnitt med 60 % Z1.

Fig. 17. Värmeflöde genom ett

putssnitt med 80 % Z1. Fig. 19. Värmeflöde genom ett

putssnitt med 40 % Z1.

Fig. 21. Värmeflöde genom ett putssnitt med 0 % Z1.

Fig. 20. Värmeflöde genom ett putssnitt med 20 % Z1.

Tab. 6. Värmeflöde, värmekonduktivitet och värmegenomgångskoefficient för undersökta värmeisolerande puts.

Andel Z1

[%] Värmeflöde

[W/m]

Värmekonduktivitet för

kalkcementbruk och Z1 blandning [W/m×K]

Ytterväggens nya

värmegenomgångskoefficient [W/m²×K]

80 0,1644 0,082 0,654

60 0,3977 0,199 0,740

40 0,8523 0,426 0,779

20 1,3592 0,680 0,793

0 2 1,000 0,800

4.3.2 BV²

Med energisimuleringsprogrammet BV² beräknades den specifika energianvändningen. Eftersom värmegenomgångskoefficient varierar vid olika blandningar förändras byggnadens värmebalans, vilket resulterar i att byggnadens specifika energianvändning förändras. Vid 80% Z1 blir den specifika energianvändning minst eftersom energikostnadsbesparingen blir störst. När andelarna Z1 i blandningarna minskas ökar väggens energiförluster, vilket resulterar i att den specifika energianvändningen ökar, se Fig. 22.

Fig. 22. Byggnadens specifika energianvändning vid olika andelar värmeisolerande puts.

118,42

122,57

124,39 125,02 125,6

80% 60% 40% 20% 0%

[kWh/m2Atempoch år]

Andel Z1 blandat med kalkcementputs [%]

Byggnadens Specifika Energianvänding

4.3.3 Livscykelkostnadsanalys (LCC)

Den totala livscykelkostnaden (LCC_totalt), dvs den total investerings- och energikostnaden redovisas i Fig. 23. Figuren visar att den totala kostnaden för samtliga Z1 och

kalkcementputsblandningar minskas, i jämförelse med kalkcementputs (0%). Detta innebär att samtliga undersökta värmeisolerande puts är ekonomiskt lönsamma. När andelen Z1 minskas avtar lönsamheten, vilket beror på sambandet mellan merkostnaden och

energikostnadsbesparingen (se Fig. 27). I följande avsnitt beskrivs energikostnaden, energikostandsbesparingen, investeringskostnaden och merkostnaden mer ingående.

Fig. 23. Lönsamhet vid olika andelar värmeisolerande puts i jämförelse med kalkcementputs.

I Fig. 24 redovisas livscykelkostnaden för byggnadens energikostnader (LCC_energi). I figuren beaktas byggnadens energikostnader (blå färg) och energikostnadsbesparingar (röd färg) för de olika Z1 och kalkcementputs blandningarna. När ingen energieffektivisering sker, dvs vid 0% Z1 blir byggnadens energikostnad högst. När andelarna Z1 ökar så minskar byggnadens

energikostnad, vilket resulterar i att energikostnadsbesparingen ökar. Figuren visar att samtliga Z1 och kalkcementputsblandningar resulterar i en energieffektivisering, vilket skapar en kostnadsbesparing.

5 825

5 974 6 032 6 043 6 053

227

78 20 9 -

80% 60% 40% 20% 0%

[Kr/m2]

Andel Z1 blandat i kalkcementputs [%]

LCC

LCCtotal kostnadsbesparing i jämförelse med kalkcementbruk (0% Z1)

Fig. 24. Byggnadens energikostnad och energikostnadsbesparing vid energieffektivisering för olika andelar värmeisolerande puts.

Byggnadens totala investeringskostnad (inklusive moms), dvs arbete- och materialkostnader för olika kalkcementputs och Z1 blandningar beskrivs i Fig. 25. Vid en större andel Z1 ökar

kvadratmeterpriset, eftersom priset för Z1 är dyre än kalkcementputspriset. I Fig. 26 redovisas merkostnaden, dvs kostnadsökningen för den nya blandningen i jämförelse kalkcementputs.

Blandningen med den högsta andelen Z1 har det högsta kvadratmeterpriset. När andelarna Z1 minskas sjunker merkostnaden och vid 0% (endast kalkcementputs) är merkostnaden 0 kronor.

4 636

4 799 4 870 4 895 4 917

281

119 47 23 -

80% 60% 40% 20% 0%

[Kr/m2]

Andel Z1 blandat med kalkcementputs [%]

LCC

Energikostnaden Energibesparing

1 189

1 176

1 162

1 149

1 135 [Kr/m2]

Inversteringskostnad för Z1 och kalkcementputs

blandningar

Fig. 26. Merkostnad för olika värmeisolerande puts, dvs värmeisolerande putsens kostnad i jämförelse med traditionell kalkcementputs.

En jämförelse av merkostnaden och energikostnadsbesparingen för olika Z1 och kalkcementputs redovisas i fig. 27. Vid en ökad andel Z1 i blandningarna ökar merkostnaden (dyrare material) och energikostnadsbesparingen (förbättrad värmegenomgångskoefficient). Vid minskad andel Z1 minskas merkostnaden och energikostandsbesparingen. Resultatet visar att merkostnaden för Z1 blandat i kalkcementputs aldrig överstiger energikostnadsbesparingen, vilket resulterar i att samtliga värmeisolerande putsblandningar är lönsamma.

54

40

27

13 -

80% 60% 40% 20% 0%

[Kr/m2]

Andel Z1 blandat med kalkcementputs [%]

Merkostnaden för Z1

53,82 40,36 26,91 13,45 -

281,10

118,62

47,37 22,71 -

80% 60% 40% 20% 0%

[Kr/m2]

Andel Z1 bladnat med kalkcementputs [%]

Merkostnaden jämfört med energibesparingen

Merkostnaden för investeringen, i jämföresle med kalkcementbruk (0% Z1) Besparad energikostnad, i jämförelse med kalkcementbruk (0% Z1)

4.4 Känslighetsanalys fallstudie Staketgatan 9, Gävle

Det finns tre viktiga faktorer som kan ha en påverkan på slutresultat; modellering i Comsol Multiphysics 5.1 (vilket påverkar värmekonduktivitet), olika materialkostnader och nuvärdet (NUS, påverkas på liknande som ramverket, se resultat 4.3 känslighetsanalys).

I Comsol Multiphysics 5.1modelleras ett fall för respektive värmeisolerande puts (80, 60, 40, 20 och 0%). I modellerna användes endast två olika kornstorlekar (modellerade som bubblor) som motsvarar det värmeisolerande materialet (Z1). Kornens olika storlekar och placering i

putsskiktet påverkar värmeflödet i skiktet. Detta resulterar i att materialets struktur och uppbyggnad i modellen påverkar värmekonduktivitet och slutresultatet (Värmekonduktivitet beräknas utifrån värmeflödet genom väggen). Viktigt att notera är att samtliga materialkostnader i LCCinverstering är riktlinjer hämtade från Wikells och Svenska Aerogel AB. Om priset förändras påverkas och förändras slutresultat. Vid ett lägre Z1 pris och ett högre kalkcementputs pris gynnas slutresultatet medan ett högt Z1 pris och lågt kalkcentpris är ogynnsam.

Kostnaden för materialen avgör lönsamhet. Den värmeisolerande putsen skapar en

energikostnadsbesparing i jämförelse med kalkcementputsen, vilket innebär att om Z1 har ett lägre pris än kalkcementputs blir alla blandningar lönsamma.

4.5 Prövning av ramverket

I Fig. 28 redovisas lönsamheten för olika värmegenomgångskoefficienter, där y-axeln representerar merkostnaderna och x-axeln värmekonduktiviteten. Lönsamheten för olika värmegenomgångskoefficienter analyseras genom att lägga in merkostnaden (hämtat från avsnitt 4.4 fallstudie Staketgatan 9) för olika värmeisolerande puts med olika andelar Z1 i ramverkets kostnadstak (hämtat från avsnitt 4.3 ramverket). I figuren redovisas den värmeisolerande putsens merkostnad (för Z1 materialet) med en röd streckad linje och respektive

värmegenomgångskoefficient (0,2, 0,4 0,6 och 0,8 W/m^2×K) med heldragna linjer.

Fig. 28. Prövning av ramverket, där fallstudiens resultat redovisas med en röd streckad linje och ramverkets kostnadstak redovisa med heldragna linjer.

I Fig. 29 förstoras figuren för att tydligare visa hur lönsamheten för de olika

värmegenomgångskoefficienten varierar vid olika värmekonduktiviteter. De undersökta värmeisolerande putsen med andelarna 80, 60, 40, 20 och 0% Z1 markeras som punkter i diagrammet. Från respektive punkt dras en streckad linje vågrätt och lodrätt, där den vågräta linjen redovisar de olika blandningarnas värmekonduktivitet och den lodräta visar merkostnaden för de olika blandningarna. Linjerna som binds till respektive punkt illustrerar lönsamheten för de undersökta blandningarna. När kostnadstakets kurvor (heldragna linjer) placerar sig ovanför den streckade linjerna uppnås en lönsamhet medan en placering under den streckade linjen visar att den värmeisolerande putsen inte är lönsam. Figuren visar att väggar med en hög

värmegenomgångskoefficient och värmekonduktivitet har störst lönsamhet. Men en minskad värmegenomgångskoefficient och värmekonduktivitet minskar lönsamheten. Väggar med en

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Investering [kr/m2 ]

Varierande värmekonduktivitet värmeisolerande puts [W/m×K]

Lönsamhet vid olika värmegenomgångskoefficienter

Z1 merkostnad

U-värde = 0,8

U-värde = 0,6

U-värde = 0,4

U-värde = 0,2

väggen har en relativt bra värmegenomgångskoefficient, vilket resulterar i en låg energikostnadsbesparingspotential.

Fig. 29. Redovisning av lönsamheten vid värmeisolerande puts vid olika andelar Z1.

5 Diskussion

I rapporten undersöks lönsamheten att energieffektivisera q-märkta byggnader med en värmeisolerande puts baserat på Z1 och kalkcementputs. Studien visar att lönsamheteten är störst för väggar med höga värmegenomgångkoefficienter (dåliga U-värde) och för blandningar med högst andel Z1. Detta kan förklaras av att byggnader med höga

värmegenomgångskoefficienter har en större energikostnadsbesparingspotential än väggar med låga värmegenomgångskoefficienter. Att blandningar med högst andel Z1 är mest lönsamma beror på att energikostnadsbesparingspotentialen ökar snabbare än merkostnaden för den värmeisolerande puts, vilket innebär att högre andel Z1 är att föredra. Sambanden mellan merkostnaden och energikostnadsbesparingen är gynnsamt för äldre q-märkta byggnader som generellt har höga värmegenomgångskoefficienter, vilket resulterar i att äldre q – märkta byggnader har en stor energikostnadsbesparingspotential. Om Svenska Aerogel Ab lyckas framställa en värmeisolerande puts med en låg värmekonduktivitet finns en god potential på dagens marknad.

5.1 Ramverket och fallstudie Staketgatan 9, Gävle

Fallstudiens resultat visade att samtliga undersökta värmeisolerande puts (med olika andelar Z1) blir ekonomiskt lönsamma för byggnaden på Staketgatan 9, Gävle. Eftersom fallstudien inte tar hänsyn till underhållskostnader eller restvärde (se 3.1 indata) bestäms lönsamheten av energikostnadsbesparingspotentialen för väggen och merkostnaden, dvs kostnaden för en värmeisolerande puts i jämförelse med kostnaden för en kalkcementputs. Att lönsamheten bestäms av materialets energikostandsbesparing och investeringskostnad är gynnsamt för värmeisolerande puts baserat på Z1 och kalkcementputs, eftersom Z1 har en låg kostnad (i jämförelse med andra material) och en god isoleringsförmåga.

Fallstudiens resultat visar att samtliga undersökta värmeisolerande puts är lönsamma. När fallstudiens merkostnad och värmekonduktivitet prövades i ramverkets kostnadstak

överensstämde resultaten inte till 100 %. Enligt lönsamhetsjämförelsen är en värmeisolerande puts med 20 % Z1 och 80 % kalkcementputs inte ekonomiskt lönsam för en vägg med

värmegenomgångskoefficienten 0,8 W/m²×K, vilket resulterar i att resultaten inte stämmer överens. Jämförelsen visar att lönsamheten för olika värmeisolerande puts avstannar när värmekonduktiviteten är ca 0,63 W/m×K, dvs när fallstudiens merkostnad överskrider ramverkets kostnadstak (se fig. 31). Att resultatens inte stämmer överens kan bero på

resultatens olika beräkningsmetoder. Ramverkets ekvationer baseras på kommunens (Gävles) gradtimmar, vilket kan resultera i vissa felkällor eftersom gradtimmar endast beskriver hur många timmar en byggnad måste värmas upp under ett års tid. Antalet gradtimmar är en generell metod som inte tar hänsyn till en specifik byggnads egenskaper. I fallstudien används