Kostnadsbesparing med avseende på energieffektiviserande åtgärder med avgränsning till fönsterbyte och tilläggsisolering

Kostnadsbesparing med avseende på

energieffektiviserande åtgärder

med

avgränsning till fönsterbyte och

tilläggsisolering

2

Linnéuniversitetet

Sjöfartshögskolan i Kalmar

Utbildningsprogram: Drift- och underhållsteknik Arbetets omfattning: Självständigt arbete om 15 HP

Titel: Kostnadsbesparing med avseende på energieffektiviserande åtgärder med avgränsning till fönsterbyte och tilläggsisolering. Författare: Fredrik Svensson och Johan Bengtsson

Handledare: Henrik Wärnberg

Sammanfattning

2017 års medelpris för el hamnade på cirka 30 öre per kWh. Det är åtta procent högre än för 2016 och hela 32 procent högre än 2015, då elpriset var väldigt lågt. 2017 års elpris är det högsta sedan 2013. Fortsättningsvis spår Bixia låga elpriser de kommande åren vilket beror på utbyggnaden av förnybar energi och att kärnkraftverket Olkilouto 3 i Finland tas i drift.

Bixia räknar med att den nordiska elmarknaden kommer att ha en förstärkt energibalans fram till 2019. Efter år 2019 kommer energibalansen att försvagas, beroende på stängningen av Ringhals 1 och 2 och ökad export av el ut från Norden, säger Martina Rosenberg på Bixia. En försvagad energibalans innebär en högre prisnivå.

Projektet syftar till att kartlägga omfattningen av energiförluster, i ett privat hushåll, till följd av transmission och därefter göra en bedömning om energibesparingsåtgärder, i form av

tilläggsisolering och fönsterbyte, skulle vara en ekonomisk lönsam investering. Genom minskad energianvändning ger dessa investeringar ett positivt tillskott i energibalansen och kan även bidra till en bättre inomhusmiljö.

Projektet följer en metod där kvalitativa experiment har utförts genom mätningar på klimatskärmen. Denna mätning har gjorts med hjälp av en termografikamera där bilder har detekterat otätheter i klimatskärmen, så kallade köldbryggor. Energiförluster, till följd av transmission, har sedan beräknats med handberäkningsmetoder och utförts för en rad olika storheter, exempelvis värmeledningsmotstånd och värmegenomgångskoefficienter. Utöver detta har den specifika klimatskärmen delats upp i flera sektioner respektive skikt för att strukturerade beräkningar skulle kunna utföras enligt den beräkningsgång detta projekt efterföljt.

Undersökningen visar att åtgärderna bidrar till omkring 4 gånger mindre energiförluster gällande energifönster och 2 gånger mindre för väggen jämfört med värdena före åtgärder.

Återbetalningstiden är dock betydligt längre för energifönstren då detta är en betydligt mer kostsam investering. För PVC-fönster landar återbetalningstiden på ca 27 år och för

aluminiumbeklädda träfönster är återbetalningstiden i detta fall över 40 år mot ca 20 år för tilläggsisoleringen.

Nyckelord

3

Linnaeus University

Kalmar Maritime Academy

Education programs: Operation and Maintenance

Scope of work: Independent work of 15 HP

Title: Cost savings with regard to energy efficiency measures with delimitation of window change and

additional insulation

Author: Fredrik Svensson and Johan Bengtsson

Supervisor: Henrik Wärnberg

Abstract

The 2017 average electricity price ended at around 30 Swedish “öre” per kWh. It is eight percent higher than in 2016 and 32 percent higher than in 2015, when the price for the electricity was much lower. The 2017 electricity price is the highest since 2013. Continuingly, Bixia's low electricity prices predict the next few years, which is due to the expansion of renewable energy and that the Olkilouto 3 nuclear power plant are put into use in Finland.

Bixia expects the Nordic electricity market to have a strengthened energy balance until 2019. After 2019, energy balance will weaken due to the closure of Ringhals 1 and 2 and increased exports of electricity from the Nordic countries, says Martina Rosenberg from Bixia. A weakened energy balance means a higher price level.

The project intention is to mapping the extent of energy losses, in a private household, due to transmission and subsequently assessing energy saving measures, in the form of additional insulation and exchange of windows, would be a profitable investment. Through reduced energy consumption, these investments provide a positive boost to the energy balance and can also contribute to a better indoor environment.

The project follows a method where qualitative experiments have been carried out through measurements on the climate screen. This measurement has been done by using a thermographic camera where images have detected thermal unevennesses in the climate screen that is called cold bridges. Energy losses due to transmission have then been calculated by hand calculation methods and performed for a variety of quantities, such as heat conductivity resistors and thermal coefficients. In addition, the specific climate screen has been divided into several sections and layers, so that structured calculations could be performed according to the calculation process followed by this project.

The survey shows that the measures contribute to is about 4 times less energy losses on energy windows and 2 times less for the wall than the pre-measure values. However, the repayment time is significantly longer for the energy windows, as this is a significantly more costly investment. For PVC windows, the repayment period is approximately 27 years. For aluminum clad wood windows, the repayment period in this case is over 40 years to about 20 years for the additional insulation.

Key words

5

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

1.4 ANLÄGGNINGSINFORMATION OCH AVGRÄNSNINGAR ... 9

2 TEORI ... 10

2.1 VENTILATION ... 10

2.2 FÖNSTER ... 11

2.3 ISOLERING………..12

2.4 U-VÄRDE ... 13

2.5 LUFT- OCH VATTENVÄRMEPUMP ... 13

2.5.1 Princip och funktion……….13

2.5.2 Modell och specifikation ... 13

2.5.3 COP och SCOP ... 14

2.6 GRATISVÄRME OCH GRÄNSTEMPERATUR (TG) ... 14

2.7 NORMALÅRSTEMPERATUR (TUTE) ... 14

2.8 GRADTIMMAR OCH GRADDAGAR ... 15

2.9 TRANSMISSION ... 15

2.9.1 Transmission genom homogena konstruktioner………16

2.9.2 Transmission genom heterogena konstruktioner ... 16

2.10 VÄRMEKONDUKTIVITET ... 17 2.11 VÄRMELEDNINGSMOTSTÅND ... 17 2.12 VÄRMEÖVERFÖRING ... 17 2.12.1 Strålningsvärme ... 17 2.12.2 Konvektion………...17 2.12.3 Ledning……….18 2.13 KÖLDBRYGGOR………..18 3 EKONOMISKA ASPEKTER……….……….….19 3.1 ELAVTAL ... 19 3.2 ÅTERBETALNINGSTID ... 19 4 TILLÄMPLIGA METODER ... 20 4.1 ENERGIBERÄKNINGAR……….….…20 4.1.1 HANDBERÄKNINGSMETODER……….…..….20 4.1.2 STANDARDER……….….20 4.1.3 DATORPROGRAM……….……20

4.2 TRANSMISSION OCH Λ-VÄRDE……….……..20

4.3 VÄRMELEDNINGSMOTSTÅND……….………21

4.4 GRÄNSTEMPERATUR……….…………21

4.5 FÖNSTERS U-VÄRDE ... 21

4.6 ÖVRIGA BYGGMATERIAL……….…………22

4.7 KÖLDBRYGGOR……….……….…22

5 METOD OCH GENOMFÖRANDE ... 23

5.1 FAKTAMETOD...23

5.2 METOD FÖR GENOMFÖRANDE...23

5.3 SEKTIONSUPPDELNING...23

5.3.1 Sektionsuppdelning enligt U-värdesmetoden ...23

5.3.2 Sektionsuppdelning enligt λ-värdesmetoden ... 24

5.4 MÅTT OCH AREOR ... 25

5.4.1 Klimatskärm exklusive fönster ... 25

5.4.2 Fönster………..…..26

6

5.6 VÄRMELEDNINGSMOTSTÅNDET (R) OCH VÄRMEGENOMGÅNGSKOEFFICIENT (U)……….26

5.6.1 Klimatskärm exklusive fönster ... ………26

5.6.1.1 U-värdesmetoden...27

5.6.1.2 λ-värdesmetoden...28

5.6.1.3 Klimatskärmens sammanvägda värmeledningsmotstånd...29

5.6.1.4 Fönster...29 5.7 TERMOGRAFERING... 30 5.7.1 Detektering av otätheter……….……….….29 5.7.2 Genomförande av Termografering……….29 5.8 TRANSMISSION ... 30 5.9 NORMALÅRSTEMPERATUR (TUTE) ... 31 5.10 GRÄNSTEMPERATUR (TG)……….31 5.11 GRADTIMMAR (GT) ... 31 5.12 Energiförlust ………..…31

5.13 EFTER TILLÄGGSISOLERING OCH FÖNSTERBYTE ... 32

5.13.1 Beräkningsgång tilläggsisolering……….32 5.13.2 Fönster………32 5.14 ÅTERBETALNINGSTID………..………33 5.14.1 Scop ... 33 5.14.2 Prisuppgifter………..33 5.14.2.1 Tilläggsisolering………..………33 5.14.2.2 Fönster………..…………33 5.14.3 Beräkningsgång av återbetalningstid………..………33 5.14.3.1 Vägg………33 5.14.3.2 Fönster……….34 5.14.4 Elpris………..34 6. RESULTAT ... 35 6.1 Areaberäkningar………..……..35

6.2 MATERIALSAMMANSÄTTNING FÖR RESPEKTIVE SEKTION/SKIKT, TJOCKLEK OCH Λ-VÄRDE FÖR RESPEKTIVE MATERIAL ... 35

6.3 Värmeledningsmotstånd och värmegenomgångskoefficient – före och efter tilläggsisolering……….…36

6.4 TRANSMISSION PÅ GRUND AV KÖLDBRYGGOR – FÖRE OCH EFTER ... 37

6.5 ENERGIFÖRLUST – VÄGGAR OCH FÖNSTER ... 37

6.6 ÅTERBETALNINGSTID OCH INVESTERINGSKOSTNADER………37

6.7 TERMOGRAFERING ... 38

7. DISKUSSION ... 39

7.1 Validitet och reliabilitet………39

7.2 Resultatdiskussion………..………39

8. REFERENSER ... 41

9. BILDFÖRTECKNING ... 43

10 FULLSTÄNDIGA BERÄKNINGAR ... 44

10.1 Areaberäkningar………..………..44

10.2 BERÄKNING AV SAMMANVÄGT VÄRMELEDNINGSMOTSTÅND OCH VÄRMEGENOMGÅNGSKOEFFICIENT – FÖR VÄGG FÖRE TILLÄGGSISOLERING ... 45

10.2.1 U-värdesmetoden………..45

10.2.2 λ-värdesmetoden……….……….47

10.2.3 Medelvärde……….…..48

10.3 BERÄKNING AV SAMMANVÄGT VÄRMELEDNINGSMOTSTÅND OCH VÄRMEGENOMGÅNGSKOEFFICIENT- FÖR DEL UTGJORD AV TILLÄGGSISOLERING………..….49

10.3.1 U-värdesmetoden………..……..49

10.3.2 λ-värdesmetoden………..……….…..50

10.3.3 Medelvärde för tilläggsisolering……….….50

10.3.4 Samlat R- och U-värde för hela konstruktionen + tilläggsisolering………51

10.4 TRANSMISSION……….………….51

10.4.1

7

10.5 ENERGIFÖRLUST ... 52

10.5.1 Beräkning av gradtimmar ... 52

10.5.2 Vägg före och efter tilläggsisolering ... 53

10.5.3 Fönster ... 53 10.6 ÅTERBETALNINGSTID……….……53 10.6.1 Tilläggsisolering……….………..53 10.6.2 Fönster ... 54 10.6.2.1 PVC………..…………..54 10.6.2.2 Aluminium……….……54 11 BILAGOR……….55 Bilaga 1- Prisuppgifter………….……….……….…55

Bilaga 2- Specifikationer IR-kamera och termografirapport………..………...58

8

1

INLEDNING

1.1

Bakgrund

Genom att minimera sin energiförbrukning gör den enskilde husägaren en insats för att tillgodose framtidens energibehov och även motverka energifattigdom, alltså hushåll som inte har råd med energikostnaden, främst elkostnaden. Enligt Europaparlamentet beräknas det att ungefär 50 miljoner personer i Europa befinner sig i en situation där de inte har pålitlig tillgång till energi till rimliga priser (europarl.europa, 2017). Samma källa säger även att en minskning av

energifattigdomen är en absolut nödvändighet för att skapa full ekonomisk utveckling och samtidigt ett sätt att skydda den mänskliga värdigheten.

Sveriges halva fastighetsbestånd härstammar från 50-, 60- och 70-talet (Viivilla.se). Detta under en tid då både olja och el var billigt. Isolering av husen var således inte av högsta prioritet. Detta är en konsekvens som nutida husägare får känna av under en tid då energifrågan står högt i kurs

Ett sätt att bidra till lägre energibehov är att se över sin egen elförbrukning. Ett bra sätt att minska denna är att genomföra energioptimerande åtgärder. Exempel på investeringarär att

tilläggsisolera klimatskärmen, installera vattenburen golvvärme, fönsterbyte och

ventilationsåtgärder. Av dessa investeringar tillkommer även ekonomiska aspekter som i allra högsta grad skall tas i beaktning. För den enskilde husägaren är det därför viktigt att dessa åtgärder över tid lönar sig ekonomiskt men även bidra till bättre inomhusklimat.

Projektets i sig bygger på att undersöka om en energioptimering skulle kunna vara aktuellt för ett specifikt hushåll. Husägaren vill undersöka en specifik del av hushållet för att få vetskap om det finns ekonomisk vinst i att utföra dessa energioptimeringar. Anledningen till att just denna del ska undersökas är då att rummet bidrar till kallare klimat under kallare perioder än resterande delar av huset. Genom att förse rummet med åtgärder som minskar transmission genom rummets ytterväggar kommer dessa att bidra till en lägre energikonsumtion och en eventuell ekonomisk vinning.

Vid en åtgärd som ger hushållet en energieffektivisering bidrar alltid till en förbättrad miljö då förminskad energiförbrukningen även bidrar till minskad energiproduktion. Detta är ett bra sätt att bygga vidare på för att kunna nå till den energisnåla värld man vill åstadkomma och bibehålla en bra miljö.

1.2

Syfte och mål

9

1.3

Frågeställningar

1. Hur mycket energi går förlorad på grund av transmission, på anvisad vägg?

2. Hur stora är skillnaderna för energiförlusterna före jämfört med efter fönsterbyte och

tilläggsisolering till följd av transmission?

3. Hur mycket energi behöver värmesystemet bidra med för att kompensera för skillnaden i

energiförlusten före resp. efter?

4. Kostnad för investeringar? 5. Hur lång är återbetalningstiden?

6. Kommer en tilläggsisolering och/eller fönsterbyte leda till att energiförbrukningen minskar så

pass mycket att det ekonomiskt legitimerar dess kostnad?

1.4

Anläggningsinformation och avgränsningar

Anläggningen, i fråga, är en tegelvilla belägen i ett villaområde i en liten ort, Fårbo, som ligger ca 15 km norr om Oskarshamn. Villan är från 1970-talet med en, för tiden, typisk konstruktion där källaren saknar utvändig isolering, plattan är direkt gjuten mot mark utan isolering under, inredd källare där träreglar lagts direkt mot markplattan, tidstypisk gillestuga (Polarpumpen, 2016). Det finns således möjligheter till förbättringar. Främst med avseende ur isolations och fukthänseende. Den uppvärmda golvytan är med källaren inkluderad ca 200 m2 _{och energibalansen upprätthålls}

med en luft- och vattenvärmepump som driver värme ut till byggnadens radiatorer, som är av typen enkel och dubbelpanel, i tvårörssystem. Källaren är delvis isolerad invändigt. Isoleringen i fråga är 70 mm tjock och av typen mineralull samt att isolering ligger mellan golvreglarna i anslutning mot markplattan. På ovanvåningen är väggarna beklädda med 95 mm isolering. Ventilationen bygger på självdragsprincipen och består i sex stycken tilluftsdon i källaren, ett i köket på ovanvåningen samt ett under takbjälklaget. Fönstren är av typen sidhängda

tvåglasfönster och dessa tätar mycket dåligt

Figur 1. Befintliga 70-tals tvåglasfönster för projekterad yta till vänster och 3-glas energifönster till höger där termografering utförts i en annan byggnad. Färgspektret visar mörkare nyanser där kallare temperatur råder.

Rummet, som ska undersökas, är av rektangulär yta, ca 25 m2_{, med en takhöjd på ca 2,40 m.}

Rummet har fem fönster, med modulmått 10/16, som vetter mot sydvästlig riktning där solen ligger på stora delar av dagen. Rummet består av två ytterväggar som bidrar till rummets

10

2

TEORI

2.1

Ventilation

Det finns fem olika ventilationstyper att tillgå. Dessa är självdragsventilation (S), mekanisk frånluft (F), mekanisk frånluft med värmeåtervinning (FX), mekanisk från- och tilluft (FT) och mekanisk från- och tilluft med värmeåtervinning (FTX). Vid självdragsventilation drivs ventilationen av

temperaturskillnaderna mellan ute- och inneluften, d.v.s. att uteluften är kallare, medan det i övriga fall finns en mekanisk påverkan i form av en fläkt (Byggahus, 2009). Vid självdrag stiger varm luft på grund av den lägre densiteten i förhållande till den kalla luften och försvinner ut igenom luftkanaler. Detta skapar ett undertryck, vilket får kallare luft att tränga in genom otätheter och ventilationsdon i klimatskalet. Att skillnaden i temperatur är den drivande faktorn medför att ventilationen under den varmare delen av året blir negativt påverkad. När det är varmare ute än inne blir det ingen ventilation alls. Det är också viktigt att tilluften filtreras innan den når byggnadens insida. Detta då uteluften i vissa fall är förorenad som orsakas av tillexempel industrier, soptippar, gruvor eller oljedepåer. Fördelen med självdragsventilation är att det är relativt underhållsfritt samt billigt att installera. Självdragsventilation är mycket vanligt i äldre svenska hus fram till 1970-talet. I takt med att energifrågan blev mer påtaglig började också husen att isoleras tätare. Detta, framför allt, från och med 1978, då krav på energihushållning infördes. Detta ledde till en försämrad effekt för

självdragsprincipen och många hus efter denna period drabbades av ventilations- och fuktproblem. Ventilationen är därför mycket viktig att tänka på då man gör förändringar i sitt hus. Idag består förändringarna ofta i energieffektiva åtgärder, så som tilläggsisolering, byte av värmekällor samt byte till mer energieffektiva fönster. Alla dessa åtgärder påverkar ventilationen, genom att klimatskalet tätas ytterligare, och det kan därför vara aktuellt att installera nya friskluftsventiler och även mekaniskt driven frånluft (F), (Polarpumpen).

11

2.2

Fönster

Ett fönsters primära uppgifter är förutom den dels självklara uppgiften, att ge byggnadens invånare möjlighet till ljus inne. De har även en rad tekniskt ställda krav där de bland annat ska vara lufttäta, regntäta samt fukttäta (Petersson 2013, 200-204). Fönster finns i flera olika utföranden t.ex.

slagfönster, vridfönster och skjutfönster. Delarna på ett fönster består huvudsakligen av karm, båge och fönsterruta. Karmen är den del av fönstret som fästs fast i

fönsteröppningen och denna delas i sin tur in i olika stycken; över, under- och

sidokarmstycken. Lika dant är det med bågen som delas in på samma sätt och denna del är den del som ramar in glasrutan. I berörd byggnad sitter det sidohängda slagfönster. Dessa fönster är upphängda, (både höger och

vänsterhängda), i gångjärn, i karmsidostycket och öppnas utåt.

Slagfönster kan annars vara av typen över- eller underkantshängda. I dessa fall är gångjärnen monterade i karmöver-

respektive karmunderstycket. Under 1920-talet började kopplade fönsterbågar, (Se figur 3), att användas. Här är bågarna ihopkopplade till en enhet och dessa kopplade två glasfönster var de vanligaste fram till 1970-talet då 3 glasfönstren lanserades. Det vanligaste materialet har varit och är fortfarande trä där det idag ofta kombineras med en aluminiumbeklädnad. Fönster helt i stål och aluminium

börjar bli allt vanligare samt även fönster med karm och båge i plast, s.k. PVC-fönster (energy.extweb.sp.se).

Isolerrutor eller förseglade rutor används i de moderna energifönstren. Dessa består av en eller flera sammansatta glasrutor som är sammanfogade till en enhet med hjälp av distanslister i metall (Petersson 2013, 201). Mellanrummet mellan rutorna består vanligen av luft men även olika former av gaser används, t.ex. argon eller krypton. Gasen mellan rutorna får luftflödet att stanna av (isover) och resultatet blir ett tätare fönster. För att gasen inte ska läcka ut

förseglas isolerrutan med en förseglingsmassa. De ungefärliga U-värdena för olika typer av fönster kan ses i tabell nedan (energy.extweb.sp):

Tabell 1. U-värden för olika typer av fönsterkonstruktioner

Enligt kronfönster har de även lanserat ett fönster med fyra glas, där U-värdet för hela Ungefärliga

U-värden W/(m²K)

Vanligt glas Glas med ett lågemissionsskikt

Glas med två lågemissionsskikt + luft + gas + luft + gas Tvåglasfönster 2,4 - 2,6 1,5 - 1,7 1,3 - 1,5 1,5 - 1,7 1,3 - 1,5 Treglasfönster 1,8 - 2,1 1,2 - 1,6 1,1 - 1,5 1,0 - 1,4 0,8 - 1,2

Figur 4. Ett fönsters uppbyggnad och delar

12 fönsterkonstruktionen är så lågt som 0,6 W/m2_{K (kronfonster.se). Dessa fönster lämpar sig väl i så}

kallade passivhus där det ställs krav på att fönsterkonstruktionen maximalt får uppgå till 0,8 W/m2_K.

Värmetransporten genom ett fönster sker både in och ut i en komplicerad process. När det är varmare inne än ute transporteras värmen ut från fönstret via ledning, långvågig strålning och konvektion. Under dagen transporteras kortvågig strålning in genom fönstret. Detta i form av solstrålning men även till viss del från mark och himmel. Den delen av strålningen som ligger inom det synliga fältet förser rummet med dagsljus (Petersson 2013, 200-201).

2.3

Isolering

Sveriges halva fastighetsbestånd härstammar från 50-, 60- och 70-talet (Viivilla.se). Detta under en tid då både olja och el var billigt. Isolering av husen var således inte av högsta prioritet. Detta är en konsekvens som nutida husägare får känna av under en tid då energifrågan står högt i kurs. Att lägga på ytterligare isolering på väggar, i golv eller vindbjälklag, d.v.s. att tilläggsisolera är en investering som leder till en lägre energiförbrukning samt främjar miljön genom att mindre el behöver produceras (viivilla, 2012). Det som ska ligga i åtanke för den som planerar att genomföra en tilläggsisolering är att isoleringen ofta är anpassad för byggnadens ventilationssystem. Detta är ett problem som kan leda till att husen tätas för mycket och fukt och mögelskador kan uppstå på grund av utebliven ventilation. Enligt Vi i Villas byggnadsexpert Peter Bratt är det vanligaste

misstaget som görs att isoleringen packas för hårt. Detta kan försämra isolerförmågan med upp till 40 procent. Detta bygger på samma princip som förseglade rutor till fönster, d.v.s. att luften/gasen får värmeflödet att avstanna (isover). T.ex. består isolermaterialet EPS, expanderad polystyren, av 2 % polystyren och 98 % luft (beijerbygg).

Olika typer av isolermaterial (Beijerbygg)

Stenull

Typ av mineralull som tillverkats av bergarten diabas där stenen smälts vid hög temperatur och sedan slungas till tunna trådar. Denna typ av isolering kan användas överallt i huset.

Glasull

Typ av mineralull som tillverkas av närmare 90 % returflaskor och kasserat fönsterglas. Tillverkningsprocessen är den samma som för stenull.

Expanderad cellplast, EPS

Expanderad polystyren som består av 2% polystyren och 98% luft. Denna typ av isolering är behagligt att arbeta med och besitter goda egenskaper vad gäller värmeisolering, fukt och tryckhållfasthet.

Extruderad cellplast, XPS

13

2.4

U-värde

Värmegenomgångskoefficienten (W/m2_{K), ibland kallat k-värde, definieras som ett hjälptal för}

beräkning av värmetransporter tvärsigenom t.ex. husväggar. U-värdet tar hänsyn till både värmeövergångsförhållandena på väggens kalla och varma sida samt värmeledningen genom väggen (Alvarez sid 401-403). Detta värde anger hur bra en byggnadsdel isolerar, i detta fall en vägg, men är även tillämpningsbart i andra sammanhang t.ex. vid beräkning av värmeförluster i rör med strömmande medier. Ju lägre U-värde, desto bättre isolering.

2.5

Luft- och vattenvärmepump

2.5.1

Princip och funktion

Den energin som värmepumpen tar tillvara på är solenergi, som i detta fall finns lagrad i uteluften. Detta faktum gör värmepumpen till en förnybar energikälla (Thermia). Det som tar tillvara luftens lagrade energi är värmesystemets kylkrets. Då trycket höjs och sänks i bestämda punkter i kretsen möjliggörs utvinning av energi vid låga utetemperaturer, (en bra bit under 0 ͦC). Kylkretsen kan sedan lämna en avsevärt högre temperatur. Den höga temperaturen används till uppvärmning av bostad och tappvarmvatten.

2.5.2

Modell och specifikation

14

2.5.3

COP och SCOP

I detta fall då uppvärmning sker med en värmepump är det den el som tillförs värmepumpen som ska räknas med i byggnadens specifika energianvändning. I detta fall den el som värmepumpen kräver för att upprätthålla temperaturen som motverkas på grund av transmissionen (boverket 2012, 26). COP (W/W) är ett mått som används för att beskriva en värmepumps effektivitet. Detta mått anger förhållandet mellan värmepumpens avgivna energi och den el som värmepumpen förbrukar. COP är en engelsk förkortning och betyder coefficient of performance. Då COP-värdet mäts används vanligen standardiserade förutsättningar. Dessa förutsättningar varierar beroende på vilken typ av värmekälla som ska mätas (Energimyndigheten). I fallet luft- och vattenvärmepump gäller förutsättningarna vid mätning att utetemperaturen uppgår till 7 °C och

framledningstemperaturen till 35 °C. Detta värde ska inte förväxlas med årsvärmefaktorn som visar uppvärmningssystemets genomsnittliga värmefaktor sett över hela året. Denna värmefaktor har den engelska förkortningen SCOP (W/W) som betyder Seasonal Coefficient Of Performance. Detta mått ges efter att COP-värdet har uppmätts vid olika utomhustemperaturer och räknat samman dessa till ett genomsnittligt säsongsvärde (polarpumpen). Detta gör denna faktor mer lämpad för detta projekt som baserar sig över ett helt år. Att detta värde är av intresse har att göra med att energiförlusten i form av transmission måste kompenseras. Denna förlust kompenseras av byggnadens värmekällor samt gratisvärme i form av solinstrålning, människorna i byggnaden, elektriska apparater och rörledningar. Att ha en värmepump är en stor fördel ur energisynpunkt. Även då det är som kallast har en fungerande värmepump i alla fall värmefaktorn två, vilket

betyder att värmen som erhålls är den dubbla jämfört med den förbrukade (Boverket 2012, 37). På specifikationen ovan kan COP-värdet beräknas för tre olika temperaturer (+7, +2 och -7 grader. Dessa värden avläses i kolumnen avgiven respektive tillförd effekt.

2.6

Gratisvärme och gränstemperatur (Tg)

Den värme som tillförs ditt hus från solen, personer i byggnaden och värmeavgivande

el-apparater. T.ex. avger fyra personer ca 500 W, vilket kan ställas i relation till en spisplatta på 1000 W, (varmahus 2013). Denna värme bidrar till att värmesystemet kan stängas av innan den önskade inomhustemperaturen uppnåtts (Warfvinge, 2001, 6). Den värme som går förlorad på grund av transmission genom byggnadens klimatskal samt genom ventilationsförluster måste upprätthållas. Det som har till uppgift att upprätthålla byggnadens önskade temperatur är dess värmeanläggning. Vid dimensionering av en byggnads värmebehov uppskattas att värmeanläggningen behöver värma byggnaden till 17 ͦC och att resterande energi som går åt att värma byggnaden till den normala inomhustemperaturen 20 ͦC kommer av gratisvärmen.

Vid enklare handberäkningar används vanligtvis gränstemperaturen 17 ͦC i alla hus, (boverket 2012, 28)

2.7

Normalårstemperatur (tute)

Normalårstemperaturen är utetemperaturens årsmedianvärde (Warfvinge 2001, 8). Normalperioderna är oftast 30-årsperioder, där 1961-90 är den nu gällande

15

2.8

Gradtimmar och graddagar

Gradtimmar för en ort erhålls genom varaktighetsdiagram eller tabellerade värden. Färdiga varaktighetsdiagram finns att tillgå för vissa orter. Gradtimmar och graddagar används vid värmebehovsberäkningar och där utetemperaturen är en funktion av tidsaxeln (x-axeln) och där temperaturkurvan ritas antingen i stigande eller fallande ordning. Tidsintervallet är vanligen ett år och således 8760 h. Utöver detta läggs ytterligare en kurva in i diagrammet, denna kurva

motsvarar bostadens gränstemperatur. Kurvan för gränstemperaturen (Tg) skapar sedan en inneslutning ihop med temperaturkurvan (Tu) för uteluften. Arean denna inneslutning bildar motsvarar antalet gradtimmar.

Gradtimmar betecknas enligt integralen

𝐺𝑡 = ∫_{å𝑟𝑒𝑡}(𝑇𝑔𝑟ä𝑛𝑠 − 𝑇𝑢𝑡𝑒) 𝑑𝑡 . Då Om utetemperaturen är lägre än

gränstemperaturen uppstår ett

kylbehov. I byggnader utan aktiv kylning accepteras dessa övertemperaturer inomhus under den varma delen av

året. Alternativt används tabellerade värden av ytans storlek i så kallade gradtimmetabeller där

ingångsdatan för att erhålla antalet gradtimmar är byggnadens gränstemperatur och ortens normalårstemperatur (Warfvinge 2001, 7). Alternativet till att använda gradtimmar är att använda sig av graddagar, (graddygn). Samma beräkningsmetod används här som vid beräkning med timmar men med en, av tradition, bestämd temperaturskillnad där Tg är satt till 17 ͦC och den bildade ytan begränsas till när utetemperturen är lägre än 11 ͦC (Warfvinge 2001, 8).

2.9

Transmission

Transmission är ett värmeflöde som flödar ut genom byggnadens klimatskal och ventilationskanaler. Transmission sker i form av strålning, konvektion och värmeledning. Varm luft rör sig alltid mot kallare

platser, enligt termodynamikens nollte huvudsats (NE.se), och därför är byggnadens klimatskal en känslig punkt när det kommer till energiförluster, då den avskiljer den varma sidan från den kalla uteluften. Transmission påverkas av klimatfaktorer som sol, vind och nederbörd. Ett värmetillskott av solinstrålning kan medföra en förhöjd inomhustemperatur vilket i sin tur, tillfälligt, bidrar till

minskade transmissionsförluster medan vind och regn ger motsatt effekt. Ett snöbelagt tak bidrar till ett högre värmemotstånd vilket i sin tur minskar transmissionen genom taket. När snön sedan smälter

Figur 5. Skiss över ett

varaktighetsdiagram som används för framtagning gradtimmar (Gt)

16 kan det ge upphov till ökade transmissionsförluster. (Petersson 2013, 366)

2.9.1

Transmission genom homogena konstruktioner

I en homogen konstruktion är materialsammansättningen genomgående lika över hela konstruktionens yta.

Figur 7. Visar principen av ett homogent materialskikt och värmeflödet (transmissionen) över detta skikt Källa: SICOMP

2.9.2

Transmission genom heterogena konstruktioner

När en konstruktion inte har samma materialsammansättning rakt igenom anses konstruktionen vara av heterogen struktur. I dessa fall måste transmissionen genom varje enskild del beräknas separat för att sedan addera ihop de olika delarna till en gemensam transmissionsförlust (Paroc.se 2018). Delarna kan vara t.ex. fönster eller en bit av en vägg. Delen kan innehålla ett eller flera material. Det viktiga är att delarna har ett likadant material-innehåll.

17

2.10

Värmekonduktivitet

Benämns även som ett materials värmeledningsförmåga och skrivs som λ (lambda). Denna storhet beskriver ett materials förmåga att släppa igenom värme och definierar den värmemängd som passerar genom en kvadratmeter av ett material med en tjocklek på en meter, per sekund, detta då temperaturdifferensen på vardera sida av materialet är en grad Kelvin eller Celsius. Detta avser materialets totala värmetransport vilket innebär värmeledning i dess fasta material och

strålningsöverföring och konvektionsöverföring av värme inuti materialets porer (Petersson 2013, 147).

2.11

Värmeledningsmotstånd

Ett mått på en konstruktions eller ett materials värmeisolerande förmåga och benämns som R i formler (Petersson 2012, 245). Ett högt R-värde betyder en god värmeisolering. Detta värde är det inverterade U-värdet (värmegenomgångskoefficienten).

2.12

Värmeöverföring

Värmeöverföring är transport av termisk energi där temperaturskillnader råder och sker enlig termodynamikens nollte huvudsats, (NE), endast från ett varmare till ett kallare medium. Det finns tre olika sätt för värmen att transporteras mellan två föremål. Antingen genom strålning,

konvektion eller värmeledning beroende på om det sker mellan fasta material, gas, vätska eller fast medium (varmahus).

Enligt Stefan Nilsson, (varmahus) gäller följande fördelning av värmeförluster i ett hus: • Strålning 20 % - Värmeförluster från fönster och utvändiga ytor som är varmare än

omgivningen.

• Konvektion 50 % - Värmeförluster genom luftväxling och ventilation samt luftcirkulation som uppstår då utvändiga tak- och väggytor är varmare än omgivningen.

• Ledning 30 % - Värmeförluster som leds ut genom tak, väggar och husgrund.

2.12.1

Strålningsvärme

Strålning förekommer oavsett om mediernas fas är gas, vätska eller fast och behöver inget transporterande medium då värmeöverföringen kan ske genom vakuum. Det är atomernas värmerörelse som bidrar till elektromagnetisk strålning när ett föremål överstiger den absoluta nollpunkten (-273 ͦC) (varmahus).

2.12.2

Konvektion

18 är det konvektionen som bidrar till förstärkande värmeöverföring och ökande tryckförhållande (varmahus).

2.12.3

Ledning

Värme kan transporteras i all materia genom värmeledning men sker främst genom fasta material. Detta beror på temperaturskillnaden och materialets värmeledningsförmåga.

Värmeledningsförmågan mäts i W/(mK) och beskriver hur stor effekt värme i watt som leds genom en meter av materialet när temperaturskillnaden är en grad (varmahus).

2.13

Köldbryggor

En köldbrygga är en del eller flera delar av husets konstruktion där värmeförluster sker i betydligt större omfång skillnad mot resterande delar av klimatskärmen (Petersson 2013, 278). Förutom värmeförluster bidrar det även till fukt, mögel och smuts. Dessa delar är sett till omgivande temperatur kallare och bidrar till sämre förmåga att isolera och täta. Vanliga köldbryggor är krypgrund, en av de större då marken och grundmurarna alltid är kallare än den inventilerande uteluften under sommartid på grund av att krypgrunden är väldigt värmetrög. Även i källare uppkommer vanligen också köldbryggor likt krypgrunden. Andra köldbryggor kan vara bakom möbler, vid kallvattenledningar, där golv möter vägg, där tak möter vägg, vid fönster, bristande isolering etc. Ett bra sätt att detektera dessa köldbryggor är att använda sig utav en infraröd metod med hjälp av en värmekamera då den visar tydligt vart i klimatskärmen transmissionen är störst (lfs-web).

Olika typer av köldbryggor

Allmäna köldbryggor

Köldbryggor i byggnadsdelar, t.ex. träreglar, balkar och metallreglar (Petersson 2012, 279).

Linjära köldbryggor, Ψk

Anslutningar mellan olika byggnadsdelar, t.ex mellan vägg och tak eller mellanvägg och markplatta (Petersson 2012, 279). Enligt Isover utgör dessa köldbryggor ca 20-30% av den sammanlagda värmeförlusten och är då viktig att ta med i beräkningen.

Punktformiga köldbryggor, Xj

19

3

EKONOMISKA ASPEKTER

3.1

Elavtal

Vilket avtal som används kan vara en faktor till höga elräkningar men de är bara en liten del av den totala summan som betalas. Jakob Eliasson, energipolitisk expert och samhällspolitisk chef hos villaägaren tyder på att 40 – 60 % av elräkningen, beroende på vilket pris som sätts på den

nordiska elmarknaden, (Nordpool), kommer ifrån kostnader för elcertifikat, punktskatt på elen och till detta tillkommer även moms och skatt. Eliasson påvisar även att det är hushållen som betalar, framförallt småhusägare genom att det är endast dom som betalar elskatt och moms då den elintensiva industrin inte behöver göra det. Dessa 40 - 60 % är väldigt svårt att försöka påverka då det är politiskt lagt men inte omöjlig. Det gäller att småhusägare lyfter sina frågor och för

diskussioner inom energipolitiken medialt för att rösten ska bli hörd. Om man istället ser till den andra delen där förbrukning och avtal spelar roll gäller att man regelbundet ser över sina avtal och undviker onödigt hög elförbrukning (villaägaren).

Elavtalets fyra delar

:

• Elpriset (elkostnaden) Möjligt att påverka genom att välja elhandelsföretag och elavtal. • Nätavgiften betalas till det lokala elnätsföretaget och för överföring av elen.

• Elcertifikatsavgift (skatt) regleras av staten och främjar produktion av förnybar el. • Moms (25 %) regleras av staten. Denna avgift tillkommer även på energiskatten.

3.2

Återbetalningstid

Återbetalningstiden är den tid som erhålls då grundinvesteringen sätts i relation till

20

4

TILLÄMPLIGA METODER

4.1

Energiberäkningar

Då energibehovet skall beräknas för en byggnad måste vetskap finnas om ortens

temperaturförutsättningar. Denna information kan erhållas genom att studera VVS-handböcker eller via SMHI. Hänsyn ska tas till byggnadens energitekniska egenskaper som påverkar

byggnadens energianvändning, exempelvis byggnadens värmetröghet och tillskott i form av gratisvärme. Detta är faktorer som minskar behovet av levererad energi (köpt energi), (boverket 2012, 27 - 28).

4.1.1

Handberäkningsmetoder

Vid energiberäkningar med handberäkningsmetoder används generellt sett graddagar eller gradtimmar för orten för att erhålla tidsfaktorn. Hur dessa tas fram kan läsas i teoridelen,

gradtimmar och graddagar, och de kan erhållas genom tabellerade värden från exempelvis SMHI. För att erhålla tabellerade värden behövs ingångsdata i form av normalårstemperatur och

gränstemperatur. Normalårstemperaturen finns dokumenterad för olika orter och kan erhållas via SMHI och gränstemperaturen sätts generellt sett till 17 ͦC vid enklare handberäkningar (boverket 2012, 28).

4.1.2

Standarder

Det finns standarder som kan användas för fastställning av energianvändning i byggnader, t.ex. SS-EN ISO 13790:2008. Denna standard beskriver tre olika beräkningsmetoder med olika

tidsupplösning. Vilken metod som anses relevant bedöms efter byggnadens termiska tröghet, solinstrålning etc.

(boverket 2012, 28)

4.1.3

Datorprogram

Vanligtvis används datorprogram för beräkning av för beräkning av energianvändning. Det finns ett relativt stort utbud av dessa program där vissa är mer eller mindre komplicerade.

Tidsupplösningen i detta fall ska vara timmar och ställer krav på fler beräkningar med högre tidsupplösning för att noggrannheten ska bli högre än i en handberäkning (boverket 2012, s 28).

4.2

Transmission och λ-värde

21

4.3

Värmeledningsmotstånd

För beräkning av värmeledningsmotstånd skall enligt standard SS-EN ISO 6946:2017

värmemotståndet beräknas enligt två olika metoder λ-värdesmetoden och U-värdesmetoden. Dessa benämns som det lägre gränsvärdet respektive det högre gränsvärdet. Detta för att båda metoderna innehåller vissa brister. Nackdelen med U-värdesmetoden är att värmeflöden endast antas ske vinkelrätt mot byggnadsdelen. Det värmeflöde som sker från sidled tas därför inte med i beräkningarna och det R-värde som erhålls kommer därför att bli högre än i verkligheten.

Vid användning av λ -värdesmetoden tas hänsyn till värmeflödena från sidled. Användning av dessa värden kommer att ge ett lägre R-värde än i verkligheten. Därför används båda metoderna och ett genomsnittligt värde för värmeledningsmotståndet beräknas (Hamrin 1996, 22). Denna metod är lämplig för isolerade byggnadsdelar innehållande träreglar men lämpar sig inte då det värmeisolerade skiktet bryts av starkt värmeledande material, t.ex. stålreglar. I dessa fall finns andra metoder som är mer anpassade (Petersson 2012, 335).

4.4

Gränstemperatur

För enklare handberäkningar används oftast gränstemperaturen 17 ͦC. Vid beräkning används formeln (Warfvinge 2001, 6):

𝐭𝐠 = 𝐭𝐢𝐧𝐧𝐞 −𝐏𝐠𝐫𝐚𝐭𝐢𝐬

𝐐𝐭𝐨𝐭 ( ͦ𝐂 −

𝐖 𝐖 ͦ𝐂 )

Där tinne är bostadens innetemperatur, Pgratis är gratisvärmetillskottet och Qtot är bostadens totala specifika värmeeffektförlust som är summan av transmissions-, ventilations- och

läckageförluster.

4.5

Fönsters U-värde

Ur energihänseende utgör fönstren en viktig del av klimatskärmen. För att kunna bedöma deras del i värmeförlusterna måste en för fönstrets värmegenomgångskoefficient mätas eller beräknas. För detta finns europastandarder för både mätning och beräkning, SS EN 14351-1:2006+A1:2010. Enligt denna standard kan ett fönsters U-värde fastställas enligt tre olika alternativ:

- Enligt tabellvärden Från litteratur

- Genom beräkning

Med utgångspunkt från en angiven teststorlek på fönstret enligt standarderna - Genom provning

Med hot box-metoden, med utgångspunkt från en angiven teststorlek på fönstret enligt standarderna

22 Fönstertillverkaren har i uppgift att deklarera U-värdet enligt aktuell produktstandard. Detta kan ge ett missvisande U-värde då förhållandet mellan karm, ram och glas varierar stort. Vid beräkning av en byggnads energianvändning bör det uppmärksammas hur U-värdet tagits fram då den verkliga värmetransmissionen för vissa fönsterstorlekar kan vara något högre än det deklarerade värdet (boverket 2012, 47).

4.6

Övriga byggmaterial

För dessa material som inte anses ha isolering som huvudsyfte deklareras från tillverkaren normalt ingen information om materialets termiska egenskaper utan dessa uppgifter får sökas på annat håll. Ett alternativ är standarden SS-EN ISO 10456:2007 där beräkningsvärden för byggmaterialens värmekonduktivitet ges i tabellerad form.

4.7

Köldbryggor

Det finns olika sätt att ta hänsyn till köldbryggor vid beräkning. Vanliga metoder enligt Larsson och Berggren (2015, 24):

- Schablonpåslag

Är ett procentpåslag på klimatskärmens totala transmission. Detta används vanligtvis vid tidiga skeden i ett byggprojekt och detta kan vara missvisande för att man inte tar hänsyn till byggsystem och isoleringstjocklek.

- Katalogvärden

Generellt ett mer tillförlitligt att ta hänsyn till köldbryggans påverkan än att använda ett schablonpåslag.

- Simuleringsprogram

En beräkningsmetod som i vårt fall inte är känt.

Då köldbryggor är beroende av dess längd finns det tre sätt att beräkna mått på. Dessa kan göras utvändiga, invändiga och totalt invändiga mått. För invändiga mått tas inte mellanbjälklaget och ytterväggar med i beräkningarna för längd av köldbryggan, detta gör att samma typer av

23

5

METOD OCH GENOMFÖRANDE

5.1

Faktametod

Projektets utgångspunkt har varit standarder som sedan byggts vidare med annan litteratur i form av böcker och hemsidor inom området energi- och byggteknik. Inspiration och struktur har erhållits från liknande examensarbeten som inriktats på transmission genom olika konstruktioner där

energiberäkningar för byggnader har gjorts. Detta har givit kött på benen i form av tillvägagångssätt och tips till bra litteratur inom området. Framförallt har internet varit en god källa till kunskap då det finns mycket tillgänglig information om detta område utlagt. För att säkra informationens

tillförlitlighet har hemsidor begränsats till företag som tillhandahåller information inom det verksamhetsområde som företaget är verksam inom. Böcker har varit studentlitteratur inom områdena byggfysik och energiteknik samt även PDF-dokument har använts. Dessa PDF-dokument har använts vid tidigare och liknande arbeten.

5.2

Metod för genomförande

Projektet bygger främst på handberäkningar för att beräkna energiförluster genom klimatskärmen. Dessa handberäkningar är av kvantitativ metod och genomförs i enlighet med beräkningsgången från boken ”Tillämpad byggfysik” samt PDF-dokumentet ”Värmebehovsberäkning” där bland annat värmeledningsmotståndet beräknas med två metoder, λ-värdesmetoden och U-värdesmetoden. Dessa beräkningar har kompletterats med termografering utav klimatskärmen för detektering av otätheter. Denna mätning har utförts enligt standard SS-EN 13187 som benämns: ”Byggnaders termiska egenskaper - en kvalitativ metod för lokalisering av termiska ofullkomligheter i

klimatskärmen – Infraröd metod (värmekamera)”. Mätningarnas resultat har rapporterats med ett program som följde med värmekameran, var i inrapporteringen bygger på denna standard.

För beräkning av återbetalningstid användes payback-metoden.

5.3

Sektionsuppdelning

5.3.1

Sektionsuppdelning enligt U-värdesmetoden

24

Figur 9. Bilder tagna ur byggnadens originalritning som visar byggnadens materialfördelning över projekterad yta. Där den svarta inramningen motsvarar ytan som består av tegel och den röda inramningen visar ytan som består av träpanel. Bilderna illustrerar byggnaden från utsidan

Figur 10. Illustration över dolt material, i detta fall träreglar och spikläkt. Bilden är illustrerad i Microsoft Visio

5.3.2

Sektionsuppdelning enligt λ-värdesmetoden

25 in i 6 skikt. Hur dessa skikt är uppdelade kan visuellt beskådas med hjälp av grafiskt illustrerade bilder i ”Bilaga 3”.

5.4

Mått och areor

5.4.1

Klimatskärm exklusive fönster

Vilka mått och vilken area som har varit relevant att ta reda på har att göra med vilken metod för värmemotståndsberäkning som avsetts att göras. Denna metod uteslöt det ytterhörn som kan ses i ”figur 10”, mellan vägg med fönster och vägg utan fönster. Detta då måtten har erhållits genom mätning på klimatskalets varma sida. För förståelse för hur klimatskalet delats in för beräkning av respektive metod, se avsnittet om sektionsuppdelning. De areor som beräknats är klimatskalets totala area i det rum som projektet avser, arean för tegelsektionen respektive panelsektionen (se figur 9). Den totala arean som utgörs av väggreglar och reglarnas area i tegel- resp. panelsektionen samt arean som bestod av spikläkt. Gällande beräkning av U-värdesmetoden behövdes även areorna för samtliga sektioner.

Mått har erhållits genom att studera byggnadens originalritningar samt mätningar.

Originalritningar har bidragit med förståelse för vilken materialsammansättning som råder i klimatskalet samt erhållande av tjockleken på de olika materialen. De mått som varit av betydelse för detta projekt har varit tjocklek (d), längd (l), höjd (h) och bredd (b). Samtliga mått har behövts för att kunna beräkna värmemotståndet (R). De mått som inte fanns att tillgå genom ritningar eller beställningsorder fick uppskattas genom att ta reda på vilka mått som är vanliga i bygghandeln för respektive material. Detta var fallet med material som finns dolda inuti väggen, t.ex. väggreglar och spikläkt. För tjocklek (d) har originalritningens skala, (1:5), använts för att omberäkna ritningens mått till verkligt mått. För förklaring av förkortningarnas betydelse, se nomenklatur.

Måtten för den totala väggarean Atot uppmättes med måttband på klimatskärmens varma sida och

beräknades enligt areaformeln för kvadratiska och rektangulära ytor.

𝐴𝑡𝑜𝑡 = (𝑙𝑟𝑢𝑚 + 𝑏𝑟𝑢𝑚) ∗ ℎ𝑟𝑢𝑚 − 𝐴𝑓ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 (1)

Arean för tegelsektion (Ategel) resp. panel (Apanel) beräknas även separat (svart och rödmarkerad

sektion, se figur 9) under sektionsuppdelning. Dessa ytor beräknades med ekvation.

𝐴𝑡𝑒𝑔𝑒𝑙 = 𝑙𝑡𝑒𝑔𝑒𝑙 ∗ ℎ𝑟𝑢𝑚 (2)

𝐴𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 = 𝐴𝑡𝑜𝑡 − 𝐴𝑡𝑒𝑔𝑒𝑙 (3)

För att erhålla den totala ytan som utgjordes av väggreglar uppskattades en total längd för reglarna. Genom att skapa sig förståelse för hur en regelkonstruktion är uppbyggd, (bolist.se) kunde man genom mätning och förutsättning om att reglarna var placerade med måttet cc-600 beräkna den totala längden för reglarna. Arean blev således reglarnas längd (lregel) multiplicerat

med reglarnas bredd (bregel).

26 Då värmemotståndet beräknades med λ-metoden behövdes specifika regelareor för tegel resp. panelsektion. Samma procedur utfördes som vid beräkning av totala regelarean med utgångspunkt för reglarna i panelsektionen. Arean för reglarna i tegelsektionen erhölls genom att subtrahera den totala regalarean med regelarean i panelsektionen.

𝐴𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎𝑟𝑡𝑒𝑔𝑒𝑙 = 𝐴𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎𝑟 − 𝐴𝑟𝑒𝑔𝑙𝑎𝑟𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 (5)

Arean för spikläkten erhölls genom att kontrollera antalet spikläkt och multiplicera detta antal med spikläktens bredd och längd. Spikläkten var inte utplacerad på originalritningen, utan andra

metoder, för att bestämma dimension och antal har fått göras. I en glipa som finns i anslutning mellan yta 1 och yta 2 i figur 9, dvs. i anslutning mellan panel och tegel kunde en tunn linjal petas in och det gick helt enkelt att känna sig fram till var spikläkten var placerad. På detta sätt kunde antalet spikläkt bestämmas. Längden (lspikläkt) för detsamma antogs vara samma som längden för

panelsektionen, då spikläkten används för att fästa upp panelbrädorna. Tjocklek (d), samt bredd (bspikläkt) har kontrollerats genom att studera liknande produkter på byggvaruhus.

𝐴𝑠𝑝𝑖𝑘𝑙ä𝑘𝑡 = 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙𝑠𝑝𝑖𝑘𝑙ä𝑘𝑡 ∗ 𝑙𝑠𝑝𝑖𝑘𝑙ä𝑘𝑡 ∗ 𝑏𝑠𝑝𝑖𝑘𝑙ä𝑘𝑡 (6)

5.4.2

Fönster

Måtten för fönstren hittades i beställningslistan som medföljde originalritningarna då huset byggdes. Fönstren i detta rum som undersökts har modulmåttet 10/16. Detta betyder att

öppningen, var i fönstret är placerat, har måttet 1000*1600 mm. Själva fönstret (fönsterbåge+glas + fönsterkarm) är därför något mindre. Det faktiska måttet på ett 10/16 fönster är enligt

bygghemma.se, med reservation för undantag beroende av tillverkare, oftast 20 mm mindre på bredd resp. längd. Detta för att kunna möjliggöra justering av fönster och tätning med drevremsa. På grund av ovan nämnda antogs måttet för resp. fönster vara 980mm (lFönster)*1580 mm (hFönster). Arean beräknas således enligt:

𝐴𝑓ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 = 𝑙𝐹ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 ∗ ℎ𝐹ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 ∗ 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙𝑓ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 (7)

5.5

Bestämning av värmekonduktivitet (λ)

Värmekonduktiviteten har erhållits genom färdiga tabellvärden, (Petersson 2012, 276), ur boken ”byggnaders klimatskärm”. För fönstren behövs inget λ-värde utan här kommer ett uppskattat tabellvärde för värmegenomgångskoefficienten, U, att användas.

5.6

Värmeledningsmotståndet (R) och

värmegenomgångskoefficient (U)

5.6.1

Klimatskärm exklusive fönster

λ-27 värdesmetoden med hjälp av beräkningsgången i boken Tillämpad Byggnadsfysik (Petersson, 2013, 336-344).

Klimatskärmens totala värmemotstånd (RT) erhölls efter att ett medelvärde av de två metoderna, U-värdesmetoden och λ-värdesmetoden, beräknats enligt följande formel nedan:

𝑅𝑇 =𝑅𝑢𝑇+𝑅𝜆𝑇

2 (19)

Ett för ytan sammanvägt värmemotstånd beräknades enligt nedanstående formel:

Ru = Rse+R1+R2+R3+…..Rm+Rsi (m2K/W) (8)

Rse och Rsi, beräknades som 1

𝛼 där α var värmeövergångskoefficienten på den kalla resp. varma sidan (alvarez, s 400), α beräknades enligt följande formler enligt Teknisk formelsamling (Fagergren, S, 2015):

c <5 m/s 5,8+3,95*c = 𝛼 (9)

c >5 m/s 7,15*c0,78 _{= 𝛼 (10)}

Dessa värden var beroende av vindhastigheten. Vindhastigheten inomhus sattes givetvis till 0 och därför användes formel 9 för att beräkna Rsi. För Rse gällde den genomsnittliga vindhastigheten som erhölls från den närmast placerade mätstationen. Denna vindhastighet, ett medelvärde mellan åren 1961 och 2004, erhölls från SMHI. Den mätstation som låg närmast var placerad i Kalmar.

5.6.1.1 U-värdesmetoden

Värmeledningsmotståndet för ingående material och luftspalt har beskrivits enligt följande förhållande:

𝑅 =𝑑

𝜆 respektive 𝑅 = 1

𝑈𝑙𝑢𝑓𝑡 där Uluft tas ur tabellvärden och är beroende av luftspaltens tjocklek

används formeln nedan för respektive sektion. Med dessa värden insatta blir formeln enligt följande: 𝑅𝑢 = 𝑅𝑠𝑒 +𝑑1 𝜆1+ 1 𝑈𝑙𝑢𝑓𝑡+ 𝑑2 𝜆2 + 𝑑3 𝜆3 + 𝑑4 𝜆4+ 𝑑5 𝜆5+ 𝑅𝑠𝑖 (m 2_{K/W) (11)}

Formel 12 användes för att beräkna Ru och har använts för samtliga sektioner. Därefter

inverterades de erhållna R-värdena för att erhålla värmegenomgångskoefficienterna enligt formel nedan:

𝑈𝑢 = 1

𝑅𝑢 (W/(m

28 p beräknades enligt formel, där Asektion var arean för berörd sektion och Atot är klimatskalets totala

area:

𝑝 =𝐴𝑠𝑒𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛

𝐴𝑡𝑜𝑡 (13)

Av formel 12 och 13 erhölls värde för värmegenomgångskoefficienten, (U), för respektive sektion samt sektionernas andel av den totala ytan.Då samtliga U-värden erhållits beräknades ett för hela klimatskalet sammanvägt U-värde. Detta U-värde, (UuT), erhölls genom att multiplicera U-värdet för respektive sektion med förhållandet, (p), mellan den berörda sektionens area och klimatskalets totala area enligt:

𝑈𝑢𝑇 = 𝑝1 ∗ 𝑈𝑢1 + 𝑝2 ∗ 𝑈𝑢2 + 𝑝𝑛 ∗ 𝑈𝑢𝑛 … .. (14)

Därefter inverterades UuT och därav erhölls ett sammanvägt värmeledningsmotstånd (RTU)

beräknat med U-värdesmetoden, enligt:

𝑅uT = 1

𝑈𝑢𝑇 (m

2_{K/W) (15)}

5.6.1.2 λ-värdesmetoden

Till att börja med beräknades λ-värdet för respektive material. Genom att ta hänsyn till hur stor andel (p) som respektive material utgjorde i det skikt det ingick i med hjälp av en

areafördelningsberäkning kunde senare ett sammanvägt λ-värde beräknas för varje skikt enligt formel nedan:

𝜆𝑠𝑘𝑖𝑘𝑡𝑋 = 𝑝1 ∗ 𝜆1 + 𝑝2 ∗ 𝜆2 + 𝑝𝑛 ∗ 𝜆𝑛 … (16)

λ1, 2…. osv. är värmekonduktiviteten för respektive material som ingår i berört skikt och p1, p2…. Är materialets utgjorda andel i skiktet. När λ-värde erhållits för varje skikt kunde väggen betraktas som en homogen konstruktion och ett sammanvägt R-värde kunden sedan beräknas enligt formeln nedan, där d är tjockleken för respektive skikt:

𝑅𝜆𝑇 = 𝑅𝑠𝑖 + 𝑑1 𝜆𝑠𝑘𝑖𝑘𝑡1+ 𝑑2 𝜆𝑠𝑘𝑖𝑘𝑡2+ 𝑑𝑛 𝜆𝑠𝑘𝑖𝑘𝑡𝑛… .. (m 2_{K/W) (17)}

29 tegelsektionen och en gång för panelsektionen. Ett sammanvägt λ-värde erhölls då för respektive sektion. För att få det genomsnittliga värdet för hela väggkonstruktionen kommer användes följande formel, där p i detta fallet är respektive sektions andel av den totala väggarean och RλTtegel och RλTpanel är det genomsnittliga lambdavärdet för tegelsektion respektive panelsektion:

RλT = p ∗ 𝑅λTtegel + p ∗ 𝑅λTpanel (18)

5.6.1.3 Klimatskärmens sammanvägda värmeledningsmotstånd

När bägge metoder använts kunde ett sammanvägt värmeledningsmotstånd beräknas. Detta värde beräknades enligt formeln nedan:

𝑅𝑇 = 𝑅𝑢𝑇+𝑅λT

2 (19)

Det genomsnittliga U-värdet för klimatskalet erhölls genom att invertera RT enligt:

𝑈𝑇 = 1

𝑅𝑇 (20)

5.6.1.4 Fönster

För de befintliga fönsterna beräknades inget värde för värmeledningsmotståndet utan ett

uppskattat värde för fönstrets värmegenomgångskoefficient (U). Värdet som använts är 2,75, vilket är ett medelvärde för tvåglasfönster utan isolerrutor (Peterson 2012, 200).

5.7

Termografering

5.7.1

Detektering av otätheter

Utfördes enligt standard SS-EN 13187. Kvalitativ metod för lokalisering av termiska ofullkomligheter i klimatskärmen. En infraröd metod där en värmekamera användes.

5.7.2

Genomförande av Termografering

Allmänna kriterier vid utförandet

30 • Kännedom om typen och placeringen av husets värmesystem samt klimatskärmens

materialinnehåll och uppbyggnad. • Ytans strålningsegenskaper (emissivitet). • Väderförhållande och inomhusklimat.

• Genomförandet av mätningen ska vara lättillgänglig. • Miljöpåverkan

• Andra viktiga faktorer

- IR-kamerans användningsmanual följdes noggrant.

Utförande

I utförandet användes en värmekamera av modellen testo 875-i. För mer utförlig beskrivning av instrumentets specifikationer, se ”bilaga 2”. I byggnaden fanns ett vattenburet värmesytem med en radiator med längden ca 5 meter resp. höjden ca 0,4 meter placerad på väggen vid fönsterna, se ”bilaga 2”. Ytan som undersöktes ansågs ha hög mätnoggrannhet då materialen i klimatskärmen har en hög emissionsfaktor. Materiel med hög emissionsfaktor är exempelvis Papper, keramik, gips, trä, färger (Instruktionsbok värmekamera). Då mätningen utfördes rådde ett kallt utomhusklimat med snöfall och ingen påtaglig solstrålning. Temperaturen och vindhastighet var ca -5 grader celsius respektive 3 m/s (SMHI). Inomhus rådde en normal inomhustemperatur på 21 grader Celsius och givetvis uppmättes ingen vindhastighet. För att mätningen skulle kunna utföras så korrekt som möjligt stängdes

termostatventilen till radiatorn för att förhindra termisk påverkan. Gardiner och stänger togs ned samt blommor och prydnadssaker. Bord och stolar flyttades bort från klimatskärmen för att bereda plats för mätning.

5.8

Transmission

Transmissionsberäkningarna utgick från standard SS-EN 13789:2017 och såg ut som följande:

Hd=∑i Ai*Ui+∑k lk*Ψk+∑j Xj (W/K)

Där Hd är effekten som på grund av transmission försvinner ut genom klimatskärmen. I detta projekt har Hd benämnts Q, (Warfvinge 2001, 5). De linjära köldbryggorna togs i akt med hjälp av Katalogvärden som hämtades ur boken Tillämpad byggnadsfysik (Petersson, 2013, 279-280). Köldbryggornas värmegenomgångskoefficienter (Ψk) multiplicerades med längden på köldbryggan

(l) som visas i formel 21 nedan. De punktformiga köldbryggorna (Xj) har försummats på grund av

dess låga inverkan på den totala effektförlusten.

Transmissionen i detta projekt kunde då beräknas enligt formeln 21:

𝑄𝑣ä𝑔𝑔 = 𝐴𝑡𝑜𝑡 ∗ 𝑈𝑇 +∑k lk*Ψk (W/K) (21)

Transmissionen för fönster följdes enligt formel 22:

31

5.9

Normalårstemperatur (tute)

Denna temperatur behövdes som ingångsdata för att erhålla antalet gradtimmar, vilket behandlas längre fram i kapitlet. Normalårstemperaturen erhölls från den mätstation som var närmast placerad aktuell byggnad. För att hitta normalårstemperaturen för berört område söktes den närmaste stationen upp och ett stationsnummer erhölls från en lista över SMHI:s meteorologiska stationer.

Detta stationsnummer (klimnr) användes för att ta reda på normalårstemperaturen för området.

5.10

Gränstemperatur (tg)

Temperaturen 17 ͦC har använts i detta projekt och detta värde används också generellt vid enklare beräkningar (Boverket, s 28).

5.11

Gradtimmar (Gt)

Gt hämtades som tabellerat värde ur Appendix A, (Warfvinge 2001, 36), där ingångsdata för att erhålla Gt var ortens aktuella normalårstemperatur (Tute) samt gränstemperaturen (gt).

Gradtimmarna var tabellerade efter gränstemperaturen, Tg, från -5 till 25°C och

normalårstemperaturen, Tun, från -2 till 8°C. Dessa är alltså bara tabellerade i heltal. För en högre noggrannhet i beräkningarna har värdena interpoleras. Felmarginalen vid interpolation av

normalårstemperaturen och gränstemperaturen är mindre än 100°Ch respektive 50°Ch.

5.12

Energiförlust

Energiförlusten eller värmebehovet till följd av transmission har beräknats som produkten av transmissionsförlusten och antalet gradtimmar för berörd ort. Värmebehovet för att värma en yta från utetemperaturen till gränstemperaturen sett över ett år beräknas enligt Warfvinge med formeln nedan:

E = Qtot ∗ Gt (Wh)

Tabell 3. Transumt ur lista som visar stationsnummer för specifika orter/städer

32

I detta fall blev formeln för vägg respektive fönster:

𝐸𝑣ä𝑔𝑔 = 𝑄𝑣ä𝑔𝑔 ∗ 𝐺𝑡

1000 (𝑘𝑊ℎ) (23)

𝐸𝑓ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 = 𝑄𝑓ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 ∗ 𝐺𝑡

1000 (𝑘𝑊ℎ) (24)

5.13

Efter tilläggsisolering och fönsterbyte

Detta är ett hypotetiskt avsnitt. Inga åtgärder har genomförts i verkligheten. De åtgärder som hypotetiskt har genomförts är en tilläggsisolering och byte av de tidigare fönstren till moderna energifönster. Det som beräknas är den nya energiförlusten efter att åtgärder vidtagits.

5.13.1

Beräkningsgång tilläggsisolering

Beräkning, av värmemotstånd, värmegenomgångskoefficient, transmission och slutligen effektförlust, utfördes enligt tidigare metoder.

Värmemotståndet som erhölls för vägg utan tilläggsisolering adderades ihop med det värmemotstånd som tillkom i och med tilläggsisoleringen enligt formel 25:

𝑅𝑇𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟 = 𝑅𝑇𝑖𝑛𝑛𝑎𝑛 +RTtilläggsisolering (25)

Beräkningen av värmemotståndet för tilläggsisoleringen genomfördes med både U-värdesmetoden och λ-värdesmetoden. Två stycken sektioner tillkom vid beräkning med U värdesmetoden och 4 skikt vid beräkning med λ-metoden, se ”bilaga 3” för skikt 7-11. R inventerades därefter för att erhålla värdet U enligt formel 20. Därefter beräknades effektförlusten och energiförlusten med ekvationerna 26 respektive 27. Efter den hypotetiska tilläggsisoleringen har ett schablonvärde på 20 % (Boverket 2012, 53) använts. Detta då denna metod lämpar sig i tidiga skeden av projekt (Larsson & Berggren 2015, 24). Detta schablonvärde multiplicerades med den totala väggarean och värmegenomgångskoefficienten som beräknats efter tilläggsisolering enligt ekvation 26.

𝑄𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟 = 𝐴𝑡𝑜𝑡 ∗ 𝑈𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟 + 0.2 ∗ 𝐴𝑡𝑜𝑡 ∗ 𝑈𝑒𝑓𝑡 (W/K) (26) 𝐸𝑣ä𝑔𝑔𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟 = 𝑄𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟 ∗ 𝐺𝑡

1000 (𝑘𝑊ℎ) (27)

5.13.2

Fönster

33

5.14

Återbetalningstid

Payback-metoden användes för att beräkna investeringarnas återbetalningstid, där denna är

förhållandet mellan investeringskostnaden (kr) och inbetalningsöverskottet, den årliga besparingen som erhölls på grund av dessa investeringar (kr/år). Formeln blev enligt Hedborg, 2011:

Å𝐭𝐞𝐫𝐛𝐞𝐭𝐚𝐥𝐧𝐢𝐧𝐠𝐬𝐭𝐢𝐝 = 𝐈𝐧𝐯𝐞𝐬𝐭𝐞𝐫𝐢𝐧𝐠

𝐢𝐧𝐛𝐞𝐭𝐚𝐥𝐧𝐢𝐧𝐠𝐬ö𝐯𝐞𝐫𝐬𝐤𝐨𝐭𝐭 (år)

5.14.1

SCOP

SCOP-värdet för berörd värmepump hittades på energimyndighetens hemsida. Energimyndigheten hade utfört ett test på precis den värmepump som finns i berört hushåll och med testförhållanden som väl motsvarar de förhållanden som råder i berört område.

5.14.2

Prisuppgifter

5.14.2.1 Tilläggsisolering

Prisuppgifter har hämtats från byggvaruhuset Byggmax. På företaget Isovers hemsida finns instruktioner om hur en tilläggsisolering går till och vilka material som behövs. Vetskap har därigenom erhållits. Genom mätning i befintligt rum har längd- och ytmått erhållits och därefter har en beställningsorder utförts på byggmax så prisuppgifter kunde erhållas. Detta projekt kommer vid eventuellt genomförande att utföras på egen hand och därför har inga prisuppgifter för arbete tagits fram.

5.14.2.2 Fönster

Prisuppgifter för fönster har hämtats från byggvaruföretaget skånska byggvaror för två olika modeller samt prisuppgifter för övrigt tillkomna uppgifter har hämtats från byggvaruföretaget byggmax och där hemsidans ”gör det själv”-tjänst har använts för att få vetskap om vilka material som behövts. En fönstermodell i PVC-plast och en modell av aluminiumbeklätt träfönster. Bägge fönster är utrustade med energiglas men fönstrets totala U-värde skiljde åt och även priset skiljde en del. Inga hantverkartjänster har tagits i beaktning då eventuella fönsterbyten kommer utföras på egen hand.

5.14.3

Beräkningsgång av återbetalningstid

5.14.3.1 Vägg

Återbetalningstiden har beräknats som kvoten mellankostnaden för tilläggsisoleringen och den besparing man gör per år. D.v.s. differensen i kostnad mellan den energiförlust väggen utan extra isolering och väggen med extra isolering och sedan med hänsyn taget till värmepumpens SCOP. Elpriset som används är snittpriset för 2017 (Eon).

𝐸𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔 = (𝐸𝑣ä𝑔𝑔 − 𝐸𝑣ä𝑔𝑔𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟)/𝑆𝐶𝑂𝑃 (𝑘𝑊ℎ

å𝑟 ) (28)

34

Å𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑡𝑎𝑙𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑡𝑖𝑑 =𝐾𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑 𝑡𝑖𝑙𝑙ä𝑔𝑔𝑠𝑖𝑠𝑜𝑙𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔

𝐵𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔 (år) (30)

5.14.3.2 Fönster

Samma princip som för väggen gäller för fönster.

𝐸𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔 = (𝐸𝑓ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 − 𝐸𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑓ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟)/𝑆𝐶𝑂𝑃 (𝑘𝑊ℎ å𝑟 ) 𝐵𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔 = 𝐸𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔 ∗ 𝑒𝑙𝑝𝑟𝑖𝑠 (kr/år) Å𝑡𝑒𝑟𝑏𝑒𝑡𝑎𝑙𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑡𝑖𝑑 =𝐾𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑 𝑓ö𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 𝐵𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔 (år) 5.14.4 Elpris