Examensarbete
Energieffektivisering genom
installationstekniska lösningar
- Tillämpat på ett projekterat modulhus i Alnarp med fokus på
energianvändning inom ventilation med värmeåtervinning och
solceller
Författare: Linnea Schindelar & Jesper Tuvner
Handledare: Katarina Rupar-Gadd Examinator: Michael Strand Handledare, företag: Mattias Stein & Joakim Forsberg, WSP
Datum: 2020-06-03 Kurskod: 2BT01E, 15 hp Ämne: Energi- och miljöteknik Nivå: Grundläggande
Sammanfattning
FN:s klimatpanel IPCC har tagit fram rapporter som visar att de närmaste årens agerande är avgörande för hur de katastrofala klimatförändringarna kommer se ut. En aspekt som behöver förbättras är energianvändningen världen över och en sektor som har en hög energianvändning är; bostads- och servicesektorn. I Sverige är det 39 % av den totala energianvändningen som går till bostads- och servicesektorn. För att minska det här fokuseras det mycket på passiva strategier som isolering, högkvalitativa fönster och lufttäthet.
Ett sätt att bygga hus på är genom att bygga färdiga sektioner på fabrik och frakta dem för att sedan montera dem på plats, den typen av byggnader heter modulhus. I den här
undersökningen är det ett modulhus beläget i Alnarp i Malmö som granskas. Byggnaden är projekterad till 1 650,3 m2 och har på södra sidan av byggnaden ett stort
fönsterkomplex.
Syftet med undersökningen är att komma med energieffektiviseringsåtgärder, samtliga kopplade mot aktuell BBR där ett modulhus från en modulhustillverkare ska uppnå kriterierna för GULD i Miljöbyggnad 3.0. Det här kommer ske genom granskning, simulering och optimering av installationstekniker i energisimuleringsprogrammet VIP-Energy.
Miljöbyggnad 3.0 är ett bedömningssystem som ger ut certifikat till byggnader om de uppnår specifika krav. Certifikatet är uppdelat i BRONS, SILVER och GULD, där GULD är den med högst krav. Den här undersökningen fokuserar på energianvändningen under Miljöbyggnad 3.0. Eftersom cirka 90 % av tiden tillbringas inomhus är det viktigt att inomhusklimatet är av god kvalitet, vilket innebär att en stor energiandel går dit. Vad som påverkar energianvändningen inom ventilationen är värmeåtervinning, tryckfall i systemet samt verkningsgraden på ventilationsaggregatet och fläktarna. En annan viktig faktor är att nyttjandet av solceller på byggnaden och användandet av solceller i Sverige ständigt ökar.
Olika ventilationsaggregat för byggnaden simulerades, vilket gjordes i IV Produkt Designer G305. Informationen som togs fram från simuleringen kunde sedan sättas in i VIP-Energy. Utöver utbyte av ventilationsaggregat granskades även de olika
klimatskalen som modulhustillverkaren har, olika värmesystem samt olika typer och storlekar på solcellsanläggningen. VIP-Energy presenterar energianvändningen för byggnaden i kWh/m2 år vilket sedan jämfördes mot målet för Miljöbyggnad GULD på 48 kWh/m2 år.
Summary
The UN Climate Panel IPCC has produced reports showing that the actions of the next few years will be decisive for what the catastrophic climate change will look like. One aspect that needs to be improved is energy use worldwide and one sector that has a high energy use is; the housing and services sector. In Sweden, 39% goes to the housing and service sectors of the total energy use. To reduce this, a lot of focus is on passive strategies such as insulation, high quality windows and air tightness.
One way to build houses is by building finished sections at the factory and then shipping them to mount them on the spot, this type of building is called modular house. In this study, a modular house located in Alnarp in Malmö is being examined. The building is projected to 1 650,3 m2 and has a large window complex on the south side of the building.
The purpose of the study is to come up with energy efficiency measures, all linked to the current BBR where a modular house from a modular house manufacturer shall meet the criteria for GOLD in Swedish Environmental Building (Miljöbyggnad) 3.0. This will be done through review, simulation and optimization of installation techniques in VIP-Energy.
Swedish Environmental Building (Miljöbyggnad) 3.0 is a rating system that issues certificates to buildings if they meet specific requirements. The certificate is divided into BRONZE, SILVER and GOLD, where GOLD is the one with the highest requirements. This study focuses on the energy use under Swedish Environmental Building
(Miljöbyggnad) 3.0. Since we spend about 90% of our time indoors, it is important that the indoor climate is of good quality, which means that a large share of energy goes to that part. What affects the use of energy within the ventilation is heat recovery, pressure drop in the system and the efficiency of the unit and fans. Another important factor is the use of solar cells in the building and the use of solar cells in Sweden is constantly
increasing.
Abstrakt
FN:s klimatpanel IPCC har tagit fram rapporter som visar att de närmaste årens agerande är avgörande för hur klimatförändringarna kommer att se ut. Energianvändningen världen över måste minska och en sektor som har en stor energianvändning är bostads- och servicesektorn som står för 39 % av Sveriges totala energianvändning.
I den här undersökningen granskades ett projekterat modulhus på 1 650,3 m2 beläget i Alnarp i Malmö, där syftet var att komma med energieffektiviserande åtgärder kopplade mot aktuell BBR. Granskningen skedde i VIP-Energy, genom simulering och optimering av installationstekniker.
Kriterierna som undersöktes är från bedömningssystemet Miljöbyggnad 3.0 där målet på den här undersökningen var att nå GULD, vilket är de med högst krav. Eftersom vi spenderar ca 90 % av vår tid inomhus är det viktigt att inomhusklimatet är av god
kvalitet, vilket innebär att en stor energiandel går till den delen. En annan viktig faktor är nyttjandet av solceller på byggnaden och användandet av solceller i Sverige ökar ständigt.
Olika ventilationsaggregat simulerades i IV Produkt Designer G305 och informationen som fåtts från det kunde sedan sättas in i VIP-Energy. Utöver utbyte av
ventilationsaggregat granskas även de olika klimatskalen, värmesystem samt olika typer och storlekar på solcellsanläggningen. Energianvändningen för byggnaden jämförs sedan mot målet för Miljöbyggnad GULD på 48 kWh/m2 år.
För den specifika byggnaden rekommenderas att välja ventilationsaggregatet Envistar Flex 400 med en solcellsanläggning på 225 m2 på byggnadens söderlutande tak. Om inte fjärrvärme skulle varit ett krav från beställaren hade rekommendationen varit att använda en värmepump istället som värmesystem.
Nyckelord:
Förord
Examensarbetet har utförts som avslutning på vår treåriga utbildning inom programmet Energi och Miljö, Högskoleingenjör (180 hp) på Linnéuniversitetet i Växjö. Projektet har utförts på våren i andra läsperioden 2020 och motsvarar 15 hp, där arbetet genomfördes i samarbete med konsultbolaget WSP samt en modulhustillverkare.
Vi vill tacka WSP i Jönköping som gett oss möjligheten att utföra den här
undersökningen och informationen de bidragit med. Där ett extra stort tack ska gå till Mattias Stein, Project Manager inom Systems VVS och Energi samt Certifierad
Energiexpert och Joakim Forsberg, VVS- och Energikonsult, på WSP. All handledning, information och kunskap som ni bidragit med under projektets gång är vi ytterst
tacksamma över.
Vi vill även tacka modulhustillverkaren för att vi fått ta del av deras data samt
möjligheten att få besöka och gå runt i deras fabrik. Slutligen vill vi tacka vår handledare på Linnéuniversitetet, Katarina Rupar-Gadd för all hjälp och vägledning som hon bistått oss med under projektets gång.
Linnea Schindelar & Jesper Tuvner
Innehållsförteckning
1. Introduktion ... 1 1.1. Bakgrund ... 1 1.1.1. Kyotopyramiden ... 2 1.1.2. Beskrivning av modulhuset ... 3 1.1.3. Projektgrupp ... 3 1.2. Syfte och mål ... 4 1.2.1. Målfrågor ... 4 1.3. Avgränsningar ... 4 1.4. Ordlista ... 5 2. Teori ... 6 2.1. Modulhus ... 62.1.1. Transport av hus och hussektioner ... 6
2.2. Värmebalans ... 6 2.2.1. Transmission klimatskal ... 7 2.2.2. Klimatskal Modulhustillverkaren ... 8 2.3. BBR-energikrav ... 8 2.3.1. Primärenergital ... 8 2.4. BEN 2 ... 9 2.5. Certifiering ... 9
2.6. Miljöbyggnad 3.0 krav: GULD ... 10
2.6.1. Värmeeffektbehov (1) ... 11
2.6.2. Solvärmelast (2)... 12
2.6.3. Energianvändning (3) ... 12
2.6.4. Andel förnybar energi (4) ... 13
2.6.5. Ventilation (7) ... 13
2.6.6. Termiskt klimat vinter (9) ... 14
2.6.7. Termiskt klimat sommar (10) ... 14
2.7. Luftbehandling ... 15 2.7.1. Ventilationssystem ... 15 2.7.2. Värmeåtervinning ... 16 2.7.3. Luftflöde ... 18 2.7.4. Tryckfall ... 18 2.7.5. Energieffektivisera ventilationsanläggningar ... 18
2.7.6. Effektiva fläktar – SFP-tal ... 18
2.8. Solenergi ... 19 2.8.1. Placering ... 19 2.9. Värmesystem ... 20 2.9.1. Fjärrvärme ... 20 2.9.2. Värmepump ... 21 2.10. VIP-Energy ... 22 3. Metod ... 23 3.1. Kritik ... 23 4. Genomförande ... 25 4.1. Fastställande av mått på ritningar ... 25 4.2. Beräkning av ventilationsaggregat ... 25 4.3. VIP-Energy ... 26 5. Resultat ... 27 5.1. Modulhuset ... 27
5.2. Energimålet med standard klimatskal ... 28
5.3. Energianvändningen med respektive klimatskal ... 29
5.4. Energianvändningen beroende på solcellsanläggningens storlek ... 29
5.5. Energianvändningen med olika antal ventilationsaggregat ... 30
5.6. Energianvändningen med olika värmesystem ... 31
6. Diskussion ... 32
6.1. Energimålet med standard klimatskal ... 32
6.2. Energianvändningen med respektive klimatskal ... 32
6.3. Energianvändningen beroende på solcellsanläggningens storlek ... 33
6.4. Energianvändningen med olika antal ventilationsaggregat ... 33
6.5. Energianvändningen med olika värmesystem ... 34
7. Slutsats ... 36
Referenser ... 37 Bilaga 1 – Planritningar över modulhuset ... I
Bilaga 2 – Sammanställning av mått på modulhuset ... I
Bilaga 3 – Sammanställning av simulerade ventilationsaggregat ... I
1
1. Introduktion
FN:s klimatpanel IPCC har tagit fram rapporter som visar att de närmsta årens agerande är avgörande för hur de katastrofala klimatförändringarna kommer se ut. För att målet, att begränsa den globala uppvärmningen till 1,5 grader, måste utsläppen av växthusgaser minska kraftigt. Sverige har som mål att senast år 2045 ska nettoutsläpp av växthusgaser vara noll och efter det nå negativa utsläpp. Det innebär att Sveriges utsläpp ska vara minst 85 % lägre jämfört med år 1990 där resterande utsläpp ska arbetas bort med kompletterande åtgärder. För att nå det här måste utsläppen minska i alla sektorer i samhället. [1] Genom att minska energianvändningen minskar också utsläppen. En sektor som står för en stor andel av den totala energianvändningen är bostad- och
servicesektorn, den sektorn står för ca 39 % [2]. För att minska den andelen granskas idag möjligheten att installera högpresterande isolering [3]. I den här undersökningen kommer möjligheten att optimera den moderna installationstekniken istället för att isolera mera att granskas. Byggnaden som kommer att granskas är ett projekterat modulhus. Ett sätt att bygga på ett kontrollerat och klimatsmart sätt är att bygga hussektioner på fabriken i så kallade moduler.
1.1. Bakgrund
Av Sveriges slutliga energianvändning står bostads- och servicesektorn för 146 av 378 TWh, se Figur 1. Energibärarna el och fjärrvärme utgör 80 % av de 146 TWh varav 19 % är till uppvärmning [2]. För att klara de uppsatta målen måste energianvändningen
minska och det finns stor potential att applicera och utnyttja de tekniska delarna i huset, såsom ventilationssystem och solceller.
Figur 1: Energianvändningen i Sverige 2019 uppdelat i tre sektorer. [2]
Den största delen av energianvändningen i en byggnad utgörs av uppvärmning och tappvarmvatten. Energiförlusterna är det som driver uppvärmningsbehovet och det är genom ytterväggar, tak, fönster, golv och ventilation som dessa förluster sker. Genom värmeåtervinning i ventilationssystemet kan energiförlusterna minska och därmed
minskar uppvärmningsbehovet och energianvändningen. Nära-nollenergibyggnader är ett begrepp som har blivit väldigt aktuellt när minskningen av energiförlusterna diskuteras, eftersom EU tagit fram ett direktiv som fastslår att alla nya byggnader ska vara nära-nollenergibyggnader från och med 2021. [4] Nära nollenergireglerna i Sverige innebär att systemgränsen ändras från levererad energi till byggnadens primärenergi, att
2
tagits bort och ersatts med primärenergital samt att en primärenergifaktor infördes för bland annat el, fjärrvärme, biobränsle och olja. [5] Det finns flera olika sätt att bygga nära-nollenergibyggnader på där några exempel är; passivhus, plushus samt lågenergihus. Passivhus är en byggnad som har låga transmissionsförluster genom klimatskalet vilket innebär att byggnaden har låga värmeförluster. I passivhusstandarden ingår bland annat lufttäthet, energieffektiva fönster och ett väl isolerat klimatskal. [6] I Skandinavien har det tagits fram en tolkning från Kyotoprotokollet, vilket är en överenskommelse mellan olika länder i hur klimat ska arbetas med. Utifrån det protokollet har en metod arbetats fram om hur minskning av energibehovet ska gå till vilket benämns som
Kyotopyramiden. [7]
1.1.1. Kyotopyramiden
Vid energieffektivisering av byggnader är Kyotopyramiden en bra utgångspunkt, se Figur
2. Den bygger på vad som har störst inverkan på energieffektiviseringen och i vilken
ordning som de energibesparande åtgärderna skall utföras. Grunden i pyramiden är att minimera värmebehovet. För att göra det krävs det att värmeförluster i ventilation, genom väggar, tak och golv minimeras. Nästa steg i pyramiden är att minimera elbehovet, vilket kräver energieffektiva apparater i byggnaden och ett effektivt ventilationssystem. Att utnyttja solenergin är nästa del i pyramiden, där bland annat orientering i förhållande till väderstreck, storlek och placering av fönster, solavskärmning samt solceller tas i
beaktning. För att få en optimal energianvändning i byggnaden bör delar som går att styra optimeras för verksamheten i byggnaden. Nästa steg i pyramiden, visa och reglera,
påvisar att om exempelvis behovsstyrd värme/ventilation kan implementeras kan också energianvändningen minska. Toppen av pyramiden och det sista steget, är att välja energikälla som passar till de andra delarna i pyramiden. [7]
Figur 2: Kyotopyramiden, beskriver i vilken ordning de energibesparande åtgärderna ska genomföras.
3
1.1.2. Beskrivning av modulhuset
Modulhuset är ett planerat kontor till Sveriges lantbruksuniversitet beläget i Alnarp i Malmö, vilket är i södra Sverige. Den planerade byggnaden har två våningar med en total golvarea på 1 650,3 m2, där bottenvåningen är på 1 031,2 m2 och övervåningen är på 619,1 m2, se bilaga 1. Den totala uppvärmda ytan är 1 650,3 m2. Mot söder har
byggnaden stora glaspartier samt två ytor med öppen takhöjd. Den totala fönsterarean på södersidan är 94,5 m2, se bilaga 2. I Figur 3 visas byggnadens fasadritningar i olika väderstreck. I byggnaden finns det på första våningen bland annat ett frölager, ett molekylärlabb, ett odlingsrum, teknikrum samt ett auditorium och på andra våningen finns det flera kontor samt en lång korridor. Teknikrummet på plan ett har en area på 7x7,85 m vilket blir 54,9 m2.
1.1.3. Projektgrupp
Undersökningen görs i samverkan med konsultföretaget WSP, vilka har delat med sig av ett projekt från en modulhustillverkare. Projektet handleds tillsammans med konsulter på WSP samt Linnéuniversitetet. Data som räknas på genom undersökningens gång erhålls från modulhustillverkaren.
4
1.2. Syfte och mål
Syftet med undersökningen är att komma med energieffektiviseringsåtgärder, samtliga kopplade mot aktuell BBR där ett modulhus från en modulhustillverkare ska uppnå kriterierna för GULD i Miljöbyggnad 3.0. Det här kommer ske genom granskning, simulering och optimering av installationstekniker i energisimuleringsprogrammet VIP-Energy. Målet är att genom simuleringar visa hur installationsteknik kan minska energianvändningen.
1.2.1. Målfrågor
Kan energimålet 48 kWh/m2 år nås med klimatskal standard?
Hur mycket påverkas energianvändningen av respektive klimatskal?
Hur mycket påverkas energianvändningen av storleken på solcellsanläggningen? Är det gynnsammare att använda fler mindre ventilationsaggregat jämfört med ett
större?
Vilket värmesystem är mest energisnålt av värmepump och fjärrvärme?
1.3. Avgränsningar
I den här undersökningen kommer endast optimering av installationstekniker granskas. Granskningen avser endast det givna exempelmodulhuset, där klimatdatan anpassas till södra Sveriges klimat. Vid uppnående av Miljöbyggnad GULD kommer inte
indikatorerna: ljud, radon, fuktsäkerhet, dagsljus, legionella, loggbok för byggvaror, utfasning av farliga ämnen eller stommen och grundens klimatpåverkning tas i beaktning. Den ekonomiska aspekten kommer inte heller undersökas i det här projektet. Som
simuleringsprogram för beräkning av energianvändning kommer VIP-Energy att användas.
5
1.4. Ordlista
Clo-värde – Beskriver den värmeisolerande förmågan av kläder en clo motsvarar 0,155
Km2/W och definieras som klädseln hos en man vid stillasittande i ett rum och upplever
termisk komfort vid den operativa temperaturen 20˚C. [8]
Met-värde – Värmeavgivning vid en specifik aktivitetsgrad, en met motsvarar 60 W/m2
hudyta. Vid stillasittande är den 1,2 met. [8]
Operativ temperatur – Temperatur som beskriver lufttemperaturen och
värmestrålningen mellan omgivande ytor och människor. Den är medelvärdet av omgivande ytors temperatur och lufttemperaturen samt ger en bättre bild av temperaturupplevelsen. [8]
G-värde - Ett fönsters g-värde beskriver hur mycket solenergi, i procent, som glaset på
fönstret släpper igenom till rummet. [8]
Uteluft – Den luft som tillförs byggnaden, ofta genom ventiler i fasaden. [8]
Tilluft – Luften som passerat, filtrerats och värmts upp av ventilationsaggregatet som
sedan tillförs rummet genom kanaler och olika tilluftsdon. [8]
Frånluft – Den luft som sugs ut ur rummet genom frånluftsdon. [8]
Avluft – Den luft som led ut ur byggnaden genom ventilationskanaler och sedan ofta
6
2. Teori
I det här avsnittet presenteras teorin gällande viktiga faktorer som påverkar
energianvändningen i byggnaden. Även de olika kraven som ställs på en byggnad för att den ska bli godkänd eller bli certifierad tas upp.
2.1. Modulhus
Modulhus är hus som byggs i färdiga sektioner som sedan transporteras ut och monteras ihop på plats. Det finns huvudsakligen två faktorer som styr upplägget vid konstruktion av modulhus. Den största faktorn är att sektionerna transporteras på landsväg och därför finns det begränsningar i hur stora sektionerna kan vara. Den andra faktorn är hur mycket som kan göras klart på fabrik; normalt är målet att göra klart så mycket som möjligt för att sedan komplettera på plats.
Att bygga modulhus är ett effektivt sätt att säkerhetsställa byggkvalitén på. Husen byggs i sektioner på fabrik i en torr och säker miljö där varje del av konstruktionen kan
kontrolleras, vilket resulterar i ett jämnt resultat utan risk för påverkan av väder och vind. Detta skapar även goda förutsättningar och arbetsförhållanden.
2.1.1. Transport av hus och hussektioner
Storleken på modulsektionerna begränsas av trafikverkets regler som säger att
nytillverkade hus och hussektioner som ska transporteras på landsväg inte bör överskrida bredden 4150 mm. Dessa regler gör att modulhustillverkarens sektionsstorlekar begränsas då de fraktas på vägen. Undantag kan göras för enstaka sektioner eller om det finns speciella skäl för dispens. Om dispens ska ges bör dessa enstaka sektioner ingå i en större leverans som ska till samma adress. Totallängden på transporter i Sverige utan dispens får inte överskrida 24 m och totalhöjden 4,5 m inklusive trailer. [9] Det här gör att
utformningen av hussektionerna begränsas.
2.2. Värmebalans
En byggnads värmebalans består av värmetillförsel i form av solinstrålning, värmesystem och intern värmegenerering. Värmeförlusterna är främst ventilationsförluster,
7
Figur 4: En byggnads energibalans där det orangea är ventilation, grön är transmission, blå är luftläckage, gul är solinstrålning, röd är värmesystem och de interna lasterna är från personer samt elektroniska apparater.
2.2.1. Transmission klimatskal
Klimatskal är den avgränsning som omger byggnadens uppvärmda yta, såsom golv, väggar, fönster och tak. Transmission är de värmeflöde som går igenom klimatskalets olika delar samt vid anslutningar mellan de olika delarna, så kallade köldbryggor. [8]
Värmeförluster genom byggnadens klimatskal beror på temperaturskillnaden mellan båda sidor av skiljeväggen, värmemotståndet och ytan på byggnadsdelen. Värmemotståndet i en byggnadsdel bestäms av de olika materialen i väggen, tjockleken och
värmeledningsförmågan, λ (W/m K), hos materialet. [10]
Den genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten, Um även kallat U-värde, är ett värde
på klimatskalets genomsnittliga isoleringskvalitet uttryck i W/m2 K. En faktor som också påverkar energianvändningen hos en byggnad är klimatskalets lufttäthet. Otätheter i klimatskalet medför luftläckage som gör att energianvändningen ökar; dessa otätheter gör också att det blir svårt att kontrollera ventilationsflöden i byggnaden då luften tar andra vägar än de kontrollerade ventilationsvägarna. [11]Formfaktorn är ett förhållande mellan den omslutande arean(Aom) och byggnadens uppvärmda area(Atemp), desto mindre
omslutande area desto mindre transmissionsförluster och därmed mindre
energianvändning, enligt ekv.1. Därför är det ofta bättre att bygga fler våningar för att få en mindre formfaktor, jämfört med att bygga samma yta på ett plan. [12]
𝐹𝑜𝑟𝑚𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 (𝐹) = 𝐴𝑜𝑚
𝐴𝑡𝑒𝑚𝑝 (ekv.1)
En hustyp med låga värmeförluster är passivhus och är ett vanligt förkommande alternativ då beställaren vill bygga energisnålare. Passivhus är byggda så att
8
passiva strategier som isolering, högkvalitativa fönster och lufttäthet. Genom de lösningarna minskas energianvändningen för byggnaden. [13, 14]
2.2.2. Klimatskal Modulhustillverkaren
Då modulhusen begränsas av transporten mellan fabrik och byggplats, begränsas även möjligheten för isolering. Modulhustillverkaren har då tagit fram två olika typer av väggar, som går att bygga i fabriken, där den första är standard klimatskal och den andra är tillval klimatskal. Om det inte räcker med tillval klimatskal har modulhustillverkaren möjlighet att efterisolera på plats om modulhuset levereras utan den färdiga fasaden.
På standard klimatskal är väggarna uppbyggda med stenull, reglar och sedan gipsskivan där tjockleken på respektive del är 45 mm, 145 mm och 13 mm. Den totala tjockleken på väggen är 203 mm och det totala U-värdet blir 0,204 W/m2K.
Tillval klimatskal har samma uppbyggnad som standard klimat skal med skillnaden att tjockleken på reglarna är 220 mm istället för 145 mm. Den totala tjockleken på väggen blir då 278 mm med ett U-värde på 0,151 W/m2K.
2.3. BBR-energikrav
Boverket är en myndighet i Sverige för samhällsplanering, byggande och boende. Deras uppdrag är att vägleda och ta fram föreskrifter samt att de ansvarar för tillsyn över
energideklarationer. De har även ansvar över att tillämpningen av att plan- och bygglagen följs. [15]Boverkets byggregler, BBR, ger ut allmänna råd och föreskrifter för byggandet av byggnader. [16]
BBR ställer idag väldigt övergripande krav gällande hur många kilowattimmar
primärenergi per kvadratmeter och år en byggnad får använda. [17]. Detta krav varierar beroende på var i Sverige byggnaden är lokaliserad samt om det är en lokal eller en bostad. Kravet omfattar den energin som normalt levereras till byggnaden vilket är: uppvärmning, komfortkyla, tappvarmvatten och fastighetselen. Det som inte räknas med är hushållsenergin eller verksamhetsenergin. [18] Boverket kommer med uppdateringar kring dess regler, där antingen nya krav eller förtydliganden sker. Nuvarande regelverk är BBR 28. [19]
2.3.1. Primärenergital
För att kunna sätta upp gemensamma krav mellan olika byggnader krävs en gemensam faktor att granska och en faktor som BBR har satt upp är primärenergitalet.
9
2.4. BEN 2
BEN 2 är en sammanställning av Boverkets föreskrifter gällande fastställande av byggnadens energianvändning vid normalt brukande och ett normalår. Föreskrifterna utkom 2017 och är de som är gällande idag och gäller både för nyproducerade byggnader och vid renovering. BEN 2 är uppdelad i olika sektioner såsom småhus, flerbostadshus, kontorslokaler, förskolor, grund- och gymnasieskolor samt högskolor och universitet. Varje sektion har schablonvärden angående brukarindatan vilket är indelad i
parametrarna: innetemperatur, luftflöden, solavskärmning, tappvarmvatten,
verksamhetsenergi och personvärme, se Tabell 1. [20] När byggnadens faktiska värde inte är känt ska dessa schablonvärden användas.
Tabell 1: Parametrar ur BEN 2 gällande lokaler.
Parametrar Delparametrar Delparametrar Värden
Innetemperatur Lägsta lufttemperatur (°C) 21
23 Solavskärmning Beteendestyrd avskärmning (avskärmningsfaktor) 0,71 Tappvarmvatten Energi (kWh/m2 A temp år) 2/ηtvv Verksamhetsenergi Energi (kWh/ m2 A temp år) Årsschablon 50 Internlast (%) Möjlig att tillgodogöras 100 Persontäthet (m2 A temp / person) 20 Personvärme Tid (h/d/v) 9/5/47 Effektavgivning (W/person) 108
Ett allmänt råd från Boverket är att ett energipåslag på 4 kWh/m2 Atemp år, adderas på
energianvändningen för att kompensera för vädring.Detta värde adderas om inget annat värde kan motiveras. [20]
2.5. Certifiering
Sweden Green Building Council (SGBC) är en organisation som grundades i juni 2009 av tretton olika svenska organisationer och företag. Vid den här perioden fanns ingen
politisk vilja att driva hållbara samhällsbyggnadsfrågor, vilket ledde till att olika företag gick ihop för att starta upp certifieringen. Deras mål är att jobba efter både ekonomiska, ekologiska och sociologiska aspekter för att få en helhetsbild inom hållbart
samhällsbyggande. [22]
SGBC har tagit fram ett certifikat som heter Miljöbyggnad och är den vanligaste
10
versionen av krav som byggnaden ska uppfylla då kraven förnyas allt eftersom. Därefter skickas en ansökan in, och granskas av en tredje part. Slutligen bekräftas granskningen av Certifieringsrådet och ett certifikat skickas ut. Det här certifikatet ska sedan verifieras efter 2 år för att säkerställa att byggnaden håller standarden. [24]
2.6. Miljöbyggnad 3.0 krav: GULD
Kraven för att få certifieringen GULD i Miljöbyggnad 3.0 är väldigt hårda och
svåruppnådda. Det behövs en hög ambition och en stark miljöprofil för att lyckas. Det är 1577 byggnader som har fått certifieringen Miljöbyggnad, där 1166 av dem har nått SILVER och endast 178 byggnader har fått GULD. [25] Kraven innefattar bland annat att människorna som bor i byggnaden eller personalen som jobbar i fastigheten måste
uppleva det som ett guldhus. [26] Det finns totalt femton indikatorer som granskas under Miljöbyggnad, vilket är:
(1) Värmeeffektbehov (2) Solvärmelast (3) Energianvändning (4) Andel förnybar energi (5) Ljud
(6) Radon (7) Ventilation (8) Fuktsäkerhet
(9) Termiskt klimat vinter (10) Termiskt klimat sommar (11) Dagsljus
(12) Legionella
(13) Loggbok med byggvaror (14) Utfasning av farliga ämnen
(15) Stommen och grundens klimatpåverkan
Av alla femton indikatorer är det sju som främst kommer granskas eftersom de är energirelaterade. De sju indikatorerna är värmeeffektbehov (1), solvärmelast (2),
energianvändning (3), andel förnybar energi (4), ventilation (7) samt termiskt klimat för vinter (9) och sommar (10), se Tabell 2. [21] För att kunna få betyget GULD krävs det att
ingen av indikatorerna har betyg BRONS, då en sämre del av byggnaden inte kan kompenseras upp på ett annat ställe. [27] Vid certifiering av byggnader bedöms inte alla rum i en byggnad utan endast de som anses som kritiska.
11
Tabell 2: Visar de givna indikatorerna som krävs för att uppnå Miljö byggnad GULD. [21]
Indikatorer BRONS SILVER GULD
Värmeeffektbehov (1) [W/m2, Aom vid DVUT]
< 30* Fgeo < 24* Fgeo < 18 * Fgeo
Solvärmelasttalet (2) [W/m2 golvarea] < 40 < 32 < 22 Energianvändning (3) [kWh/m2, A temp] Primärenergital + mätplan < 70% av BRONS + mätplan < 60% av BRONS + mätplan
Andel förnybar energi (4) > 50% > 75% > 80% + > 5% är lokalt genererad Ventilation (7) > 7 l/s p + 0,35 l/s m2 BRONS + CO
2 <1000
ppm
SILVER + Enkät
Termiskt klimat vinter (9) PPD <15% vid DVUT PPD <10% vid DVUT SILVER+ Enkät Termiskt klimat sommar
(10)
PPD <15% en kritiskt varm och solig dag
PPD <10% en kritiskt varm och solig dag
SILVER+ Enkät
2.6.1. Värmeeffektbehov (1)
Värmeeffektbehovet är värmeförlusterna som uppstår på grund av luftläckage, ventilation och värmetransmission på de delarna av byggnaden som är uppvärmda till 10 °C eller mer (Atemp). Då värmeeffektbehovet ska beräknas när det är som kallast under ett
normalår är den geografiska placeringen (Fgeo) betydelsefull. I Malmö, som ligger i södra
Sverige, där modulhuset är projekterat är den geografiska justeringsfaktorn 0,9. Det totala värmeeffektbehovet (P) som baseras på transmissions-, ventilations- och luftläckageeffekt ska därefter divideras byggnadens omslutandearea (Aom), enligt ekv.2.
𝑃𝑡𝑜𝑡 =𝑃𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛+𝑃𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛+𝑃𝑙𝑢𝑓𝑡𝑙ä𝑐𝑘𝑎𝑔𝑒
𝐴𝑜𝑚 (ekv.2)
Transmissionernas totala effekt beräknas utifrån lufttemperaturen inne, den
12
Det som ska redovisas i ansökan till Miljöbyggnad angående värmeeffektbehov är samma parametrar som används för att beräkna transmissioners totala effekt. I de fall där DVUT används med en högre tidskonstant än ett dygn ska även beräkningar redovisas samt beräkningsvillkoren vid energiberäkningsprogram med simulering. Om betyget GULD eftersträvas ska även köldbryggorna redovisas. [21]
2.6.2. Solvärmelast (2)
Solvärmelast är solvärmen som bidrar till uppvärmning i ett rum då solljuset passerar genom ett fönster. Anledningen till att det här simuleras är för att kunna begränsa övertemperaturen samt begränsa effektbehovet för komfortkyla på sommaren.
Solvärmelasttalet (SVL) är solvärmen som tillförs till ett rum per kvadratmeter golvarea. För att uppnå Miljöbyggnad GULD krävs det att solvärmelasttalet är mindre än 22 W/m2golvarea och det beräknas endast för fönster som vetter mot söder. För fönster som vetter åt ett väderstreck gäller ekv.3.
𝑆𝑉𝐿 = 800 ∙ 𝑔𝑠𝑦𝑠𝑡∙𝐴𝑔𝑙𝑎𝑠
𝐴𝑟𝑢𝑚 (ekv.3)
Där högsta solinstrålningen av ett vertikalt fönster är ungefär 800 W/m2 under ett normalår i Sverige och gsyst är det sammanvägda g-värdet för fönsterglaset och
solskyddet. Om byggnaden är skuggad av träd eller närliggande byggnader kan solvärmetalet simuleras med datorprogram. [21]
Parametrar som påverkar solvärmelasten och som ska redovisas är placering av byggnad med avseende på omkringliggande byggnader som eventuellt kan skugga. Även de kritiska rummen och på vilket våningsplan de ligger ska markeras på planritningar samt väderstreck på de kritiska rummen. Det ska även finnas motivering till varför de kritiska rummen har valts eller undantagits. De fönster som bedöms ska vara markerade på fasadritningen och för de bedömda rummen ska golvarea och hur stor del den arean utgör av våningsplanets totala Atemp. Fönsterglasarea, g-värde, solskyddstyp och gsyst-värden i
de bedömda rummen ska också redovisas. Om det finns balkonger, loftgångar eller burspråk får de räknas som solskydd i de bedömda rummen. Den beräknade SVL ska även redovisas för varje bedömt rum samt sammanlagt indikatorbetyg. [21]
2.6.3. Energianvändning (3)
Energin som en byggnad normalt använder under ett år beräknas i kWh/m2 Atemp och är
den siffran som jämförs med BBR:s energikrav, primärenergitalet. Det som ingår i definitionen av den årliga energianvändningen är energin för uppvärmning,
varmvattenbredning, komfortkyla samt fastighetsenergi och det är den levererade energin som beräknas. Energianvändningen ska avse den verkliga användningen av byggnaden och därmed innefatta antal personer, närvarotid, innetemperatur sommar som vinter, verksamhetsel, drifttider, forcering av ventilation och manuell styrning av solskydd. [21]
Två år efter att idrifttagningen skett ska energianvändningen jämföras med den
13
energianvändningen kunna delas upp i rumsuppvärmning, värmning av ventilation, varmvattentappning, varmvattencirkulation, komfortkyla, fastighetsel, verksamhetsel och hushållsel. Det här kan separeras genom att ha en genomtänkt strategi för övervakning och avläsning samt rätt antal och rätt placerade mätare, även kallat en mätplan. [21]
BBR:s energikrav ligger på 80 kWh/m2år och för att få certifiering för GULD på
energianvändningen (3) krävs det att energianvändningen understiger 60 % av det kravet, vilket motsvarar 48 kWh/m2år. Energianvändningen ska även bli verifierad genom en uppmätning. För att få GULD krävs att en uppföljning av driftstatistiken sker en gång i månaden. [21]
När det gäller preliminär certifiering för Miljöbyggnad GULD ska ansökan redovisa vilket energiberäkningsprogram som använts, indata som använts till energiberäkningen, resultatet från beräkningen, så som energibehov för värme, ventilation, fastighetsel, komfortkyla med mera. Den ska även innehålla hur mycket energi som tillförts från solceller eller solfångare samt hur förvaltningsrutinerna ser ut. [21]
2.6.4. Andel förnybar energi (4)
Denna indikator handlar om hur stor andel av byggnadens totala energianvändning per år som är förnybar. Den baseras på årlig energianvändning enligt indikator (3), brukarnas verksamhetsenergi, egenproducerad energi och eventuellt hushållsel som är frivillig att ha med. Den energi som kommer från sol, vind, vatten och biomassa räknas som förnybar energi. [21]
När det gäller sol- och vindenergi får bara energin som byggnaden kan nyttja beaktas, inte den producerade elektricitet som säljs ut på elnätet. För att få certifieringen GULD krävs att 80 % av den använda energin är förnybar och att el och fjärrvärme är
ursprungsgaranterad. Fem procent av den förnybara energin ska även vara lokalt genererad och användas i byggnaden för att GULD ska uppnås, se Tabell 2. [21]
2.6.5. Ventilation (7)
Denna indikator ska främja projektering, förvaltning och byggande av god ventilation i byggnader. För lokaler ska ventilationssystemet kunna tillföra tillräckligt med uteluft för att kraven från BBR ska uppfyllas. Där koldioxiden i människors utandning är den största föroreningskällan uppfylls luftkvalitetskravet om uteluftflödet är 7 l/s och person samt ett tillägg på 0,35 l/s och m2 golvarea. När beräkningar av koldioxidhalten görs ska dessa utföras per rum och hur många som vistas i rummet, parametrar som påverkar
beräkningarna utöver antal personer, är den fysiska aktiviteten i rummet, tilluftsflödet och koldioxidhalten i tilluften. [21]
För att få ett mått på hur bra vistelsezonen är ventilerad i ett rum används
14
Ventilationens betygskriterier i lokaler för Miljöbyggnad BRONS och SILVER är ett uteluftsflöde på minst 7 l/s och person samt 0,35 l/s per m2 Atemp. Uteluftsflödet ska även
uppfylla arbetsmiljöverkets krav och det ska finnas rutiner för kontroll av luftkvalitén samt att koldioxidhalten får bara tillfälligt passera 1000 ppm. För att nå GULD finns det två alternativ, antingen ska SILVER uppfyllas plus att en specifik enkät, som fylls i av de som använder byggnaden, godkännas. Eller så får koldioxidhalten bara tillfälligt passera 900 ppm i ett rum, se Tabell 2 i kapitel 2.6. [21]
2.6.6. Termiskt klimat vinter (9)
Indikatorn för termiskt klimat vinter (9) utgår från bra termiskt klimat inomhus vintertid. Eftersom bra termiskt klimat är en subjektiv bedömning är det svårt att mäta exakt vad som är bra termiskt klimat, därför kan enkäter användas för att hjälpa till med
bedömningen. Om det inte finns uppgifter om verksamheten eller om de som använder byggnaden kan ett clo-värde på 1,0 clo, ett met-värde på 1,2 met, lufthastighet på 0,15 m/s och en relativ luftfuktighet på 50 % användas. Används dessa värden finns det då ett accepterat intervall för den operativa temperaturen vintertid beroende på vilket Predicted Percentage Dissatidfied, PPD, som används. PPD är förväntad andel missnöjda personer och kan varieras. Det innebär att i en grupp människor förväntas 10 % av dem vara missnöjda med det termiska klimatet i rummet. Vid PPD ≤ 10 % är intervallet för den operativa temperaturen 12,0 – 22,0˚C. [21]
Redovisning av resultatet ska innehålla den värmeeffekt som är installerad i rummet för att rumsluftstemperaturen ska kunna säkerhetsställas. Om mätning av det termiska klimatet ska göras så ska de ske enligt svensk standard (SS-EN ISO 7726) [29] för att GULD ska uppnås. För preliminär certifiering krävs redovisning av kritiska rum och deras specifika utformning. Golvarea på det kritiska rummet, hur stor del den arean är av våningsplanets Atemp, fönsterarea i rummet och dess U-värde, den beräknade operativa
temperaturen, lufttemperatur och andra relevanta U-värden är de delar som ska redovisas för bedömning. Vilken typ av simuleringsprogram och vilka parametrar som använts som indata vid simulering ska också redovisas. Det ska också finnas motivering till valet av kritiskt rum i redovisningen. [21]
2.6.7. Termiskt klimat sommar (10)
Denna indikator kontrollerar det termiska inneklimatet en kritiskt varm och solig
sommardag. I de fall där det inte finns komfortkyla i byggnaden kan det termiska klimatet bedömas genom kontroll av vädringsmöjligheterna och om solskyddet är tillräckligt. Om det inte finns någon information om verksamheten eller brukarna kan ett clo-värde på 0,5 clo och ett met-värde på 1,2 met, en relativ fuktighet på 50 % och en lufthastighet på 0,20 m/s användas vid beräkning av den operativa temperaturen. Intervallet på temperaturen för PPD ≤ 10 % är då 24,0 – 27˚C för bostäder och lokaler. [21]
15
För att GULD ska uppfyllas ska det finnas rutiner för hur förvaltningen och kontroller av det termiska klimatet sommar ska utföras. Rutinerna kan innefatta kontroll av funktion på komfortkylsystem, vädringsmöjligheter, temperaturer, enkäter eller rutiner för hur
klagomål på klimatet ska behandlas. [21]
Redovisning av det termiska klimatet sommar kan ske enligt samma princip som
Termiskt klimat vinter (9) men kan även redovisas utifrån den förenklade metoden som är baserad på Solvärmelast (2). Med den förenklade metoden ska redovisning ske med avseende på internlaster, vädringsmöjligheter, g-värde och solskydd. [21]
2.7. Luftbehandling
Eftersom cirka 90 % av tiden tillbringas inomhus är det viktigt att inomhusklimatet är av god kvalitet. Luften ska bytas ut så att föroreningar som koldioxid inte ska ackumuleras i byggnaden. Även ämnen som avges från byggmaterialen samt mögel kan vara
hälsofarliga och måste ventileras bort för att inneluften ska hålla god kvalitét. Därför ska ventilationssystemet utformas på så sätt att det uppfyller BBRs krav på ett lägsta flöde av uteluft ska vara på 0,35 l/s m2 golvarea när någon vistas i byggnaden. Vid behovs- och
närvarostyrd ventilation kan luftflödes minskas för att minska energiförbrukningen i byggnaden. Flödet av uteluft får dock inte stängas av helt utan får som lägst gå ner till 0,1 l/s m2 golvarea när det inte vistas någon i byggnaden. Behovs- och närvarostyrd
ventilation kan även vara specifik för olika rum i byggnaden. Exempelvis kan
uteluftsflödet i kontor där ventilationen varit reducerad gå tillbaka till normalt flöde när någon kommer in i rummet eller vid förutbestämda tider. När luftflödet varit reducerat en tid måste flödet återgå till normalt flöde för att säkerhetsställa att en omsättning av luftvolymen har genomförts innan rummet används igen. Flödesreduktionen får inte utgöra varken hälsorisker eller skada byggnaden och installationer. [30]
2.7.1. Ventilationssystem
Det finns huvudsakligen tre typer av ventilationssystem; självdragssystem, mekanisk frånluftsventilation och mekanisk till- och frånluftsventilation. Självdragsventilationen drivs av den termiska drivkraften, dvs. att ventilationsflödet skapas tack vare
temperaturskillnaderna på ute- och inneluft. Varm luft expanderar och blir lättare vilket medför att den varmare luften stiger och samma mekanism gäller för den kalla luften som blir tyngre och sjunker. Denna typ av ventilation kan verka med eller utan fläktar och om den inte kombineras med värmeåtervinning uppfyller självdrag inte BBRs krav för energisnålt byggande. I det mekaniska frånluftssystemet drivs flödet av en fläkt som drar ut den smutsiga luften samtidigt som tilluften kommer från ventiler i väggen. I
16
2.7.2. Värmeåtervinning
Innan tilluften sprids i byggnaden behöver den ofta värmas eftersom
inblåsningstemperaturen vanligtvis har en temperatur mellan 15 och 18˚C och i stora delar av landet kan utelufttemperaturen vara lägre än så stora delar av året. För att värma den kalla uteluften används ofta värmeåtervinning med hjälp av en värmeväxlare som tar tillvara på värmen i frånluften. En värmeåtervinnare orsakar extra tryckfall vilket gör att fläktarbetet ökar och därmed energianvändningen. Däremot väger värmebesparingen normalt upp för den extra elenergin som driver fläkten. För att beskriva hur effektivt värmeåtervinnaren kan överföra värme används temperaturverkningsgrad. Det är förhållandet mellan den aktuella temperaturändringen och den största möjliga temperaturändringen. Den beror på storleken på den värmeväxlande ytan och värmeövergångstalen på båda sidor om den yta som överför värme. [8]
Vid låga utetemperaturer räcker det inte med värmeåtervinning för att värma uteluften, då måste luften också eftervärmas i ett luftvärmebatteri. Ett luftvärmebatteri är ofta
vattenburet och består av parallella plåtar med korsande rör som innehåller varmvatten och på sätt kan värme överföras till luften som strömmar igenom luftvärmebatteriet. För att beräkna effektbehovet för luftvärmebatteriet används ekv.4. [8]
𝑃 = 𝜌 × 𝑐𝑝× 𝑞 × (𝑇2− 𝑇1) (ekv.4) Där:
P = effektbehovet (W)
ρ = luftens densitet ca 1,2 kg/m3
cp = luftens specifika värmekapacitet ca 1000 J/kgK
q = luftflöde (m3/s)
T2 = temperatur på luften före batteriet(˚C)
T1 = temperatur på luften efter batteriet (˚C)
Värmeåtervinning i ventilationssystem kan minska energianvändningen i byggnaden med upp till 55 % jämfört med en byggnad som inte har någon värmeåtervinning. Hur mycket energi som kan sparas beror på vilken typ av värmesystem, hur mycket elektricitet som går åt för att driva värmeåtervinningssystemet och lufttätheten i byggnaden. Eftersom systemet kräver mer elektricitet men minskar den totala energianvändningen i byggnaden behövs noggrann projektering. I fall med fjärrvärme som värmekälla har
energianvändningen till och med ökat istället för minskat. [32]
Det finns tre vanliga typer av värmeväxlare som används i luftbehandlingsaggregat: Plattvärmeväxlare, vätskekopplade värmeväxlare och roterande värmeväxlare.
2.7.2.1. Plattvärmeväxlare
17
rengöra, men är en enkel teknik vilket har gjort att den är vanlig i villor och flerfamiljshus. Tryckfallet över en plattvärmeväxlare är från cirka 150 Pa. [8]
Figur 5: Schematisk bild av en plattvärmeväxlare. Bilden är hämtad från Svensk ventilation som har godkänt att den används i rapporten [33]
2.7.2.2. Vätskekopplade värmeväxlare
Den här värmeåtervinningstypen har två luftbatterier. Ett batteri ligger i tilluftskanalen där vattnet i den gemensamma vattenkretsen kyls och det andra batteriet ligger i frånluftskanalen där vattnet värms upp. Vattnet cirkulerar i kretsen med hjälp av en pump. Då värmen överförs via vatten är temperaturverkningsgraden relativt låg, ca 50 %, men kan höjas till omkring 55 % med djupare batteri. Det medför dock att
tryckmotståndet ökar på luftsidan och elenergin till fläktar i systemet ökar. I denna typ av värmeväxlare är tryckfallet från ca 200 Pa. [8]
2.7.2.3. Roterande värmeväxlare
En roterande värmeväxlare är uppbyggd av en korrugerad metallplåt rullas i lager och bildar ett rotorhjul med många små kanaler där till- och frånluft kan strömma igenom, se
Figur 6. Detta hjul roterar och den veckade plåten värms av frånluften och avger sedan
denna värme till tilluften. Då till- och frånluft har kontakt med samma ytor i rotorn kan det finnas risk för att förorenad frånluft läcker till aggregatets tilluftssida. Det kan
undvikas med hjälp av en renblåsningssektion som sitter mellan till- och frånluftkanalen. För att inte rotorhjulet ska utsättas för damm, som minskar temperaturverkningsgraden, ska både uteluft och frånluft filtreras. Temperaturverkningsgraden i en roterande värmeväxlare kan komma upp i omkring 85 % och har ett relativt lågt tryckfall som är från ca 100 Pa. [8]
18
2.7.3. Luftflöde
Att kunna styra och reglera luftflödet i ett ventilationssystem kan innebära stora vinster för energianvändningen i en byggnad. Det finns tre grupper av ventilationssystem som har olika flödessystem; konstantflödessystem, variabelflödessystem och behovsstyrd ventilation. Konstantflödessystem eller CAV-system (Constant Air Volume) har ett konstant luftflöde på både till- och frånluft under verksamhetstiden även om det inte är någon verksamhet igång. Variabelflödessystem, även kallat VAV-system (Variable Air Volume), kan däremot variera under drifttiden. Variationerna i ett VAV-system styrs av till exempel personnärvaro, temperatur eller koldioxidhalt vilket innebär att rum som inte används kan ventileras minimalt och därmed minskar energianvändningen. Behovsstyrd ventilation, DCV-system (Demand Controlled Ventilation), kan styras automatiskt efter om rummet används, detta via en givare för temperatur eller koldioxidhalt, eller så kan det styras manuellt. [8]
2.7.4. Tryckfall
I ett ventilationssystem uppstår tryckfall, vilket är ett mått på tryckskillnaden mellan två olika punkter. Ett tryckfall uppstår då det blir friktion mellan luften och kanalväggarna men även på grund av en inre friktion i luften. Det blir också en engångsförlust när det blir dimensionändringar eller svängningar i systemet. Summan av alla tryckfall som uppstår när luften passerar olika kanaldelar och komponenter är tryckfallet som blir över hela systemet. Fläkten måste kunna kompensera för systemets tryckfall genom
tryckstegring. [8] Det är inte önskvärt att ha ett högt tryckfall i systemet då det innebär att fläktarna får jobba hårdare för att cirkulera luften. För att minska tryckfallet kan
kanalsystemet optimeras eller ett större aggregat användas, vilket ger en lägre energiförbrukning. [34]
2.7.5. Energieffektivisera ventilationsanläggningar
Runt 20 – 40 % av en byggnads uppvärmningsbehov går till att värma upp ventilationsluften. För att minska den andelen krävs det att någon form av
värmeåtervinning används och beroende på vilken värmeväxlare som används kan mellan 50 – 75 % av värmen återvinnas i frånluften. Därefter bör det verkliga
ventilationsbehovet fastställas. Ofta finns möjligheter till att minska ventilationsbehovet genom att minska flödet under de timmarna behovet inte är så stort. Genom de åtgärderna blir det en betydande energieffektivisering eftersom elbehovet för drift av fläktar
minskar, dessutom sparas värme i byggnaden. För att kunna bibehålla flödet som kanalerna är dimensionerade för, krävs att systemet underhålls genom att kontinuerligt byta ut filter och rengöra kanalerna [35]
2.7.6. Effektiva fläktar – SFP-tal
19 𝑆𝐹𝑃 =𝑃𝑡𝑖𝑙𝑙𝑢𝑓𝑡+𝑃𝑓𝑟å𝑛𝑙𝑢𝑓𝑡
𝑞𝑚𝑎𝑥 𝑘𝑊/(𝑚
3/𝑠) (ekv.5)
Där:
Ptilluft = eleffekt tilluftfläkt (kW)
Pfrånluft = eleffekt frånluftfläkt (kW)
qmax = luftflödet (m3/s)
Genom att minimera tryckfallen i systemet med noggrann projektering av kanaler, luftbehandlingsaggregat och fläktar kan ett lågt SFP-tal uppnås. Eftersom
teknikutvecklingen går mot effektivare ventilationssystem går utvecklingen mot ett allt lägre SFP-tal. För ett nyare FTX-system ligger SFP-talet mellan 1,5 och 2 kW/m3/s. [8]
2.7.7. Obligatorisk ventilationskontroll
Ventilationssystemet utgör en stor del av energianvändningen i en modern byggnad samtidigt som luftföroreningar och luftväxling är en viktig del i byggnadens funktion. För att ventilationssystemets funktion ska bevaras och för att fel och brister ska upptäckas i tid ska enligt lag en Obligatorisk ventilationskontroll, OVK. Det är ofta enkla åtgärder som krävs för att ventilationssystemets funktion ska bevaras, såsom filterbyte samt
rengöring av värmeväxlare eller batteri. I en OVK ska till- och frånflöden, smuts i kanaler och underhållsinstruktioner kontrolleras samt tillufttemperaturen mätas. I vissa fall kan brukarnas synpunkter samlas in. Denna kontroll utförs av en certifierad besiktningsman som upprättar och skriver på ett protokoll. Det är sedan ägaren av byggnadens som ser till att eventuella brister åtgärdas. Beroende på typ av byggnad och ventilationssystem ser besiktningen olika ut och sker med olika tidsintervall. [8]
2.8. Solenergi
Solenergin stod för 0,1 % av Sveriges elproduktion 2017. Det finns stor potential att öka den då trenden är att den genomsnittliga tillväxten av solcellsanläggningar varit mellan 40 – 80 % per år mellan 2010 och 2017. [37, 38]
En solcellsanläggning är mer än endast en solpanel på taket; för att få el från
anläggningen krävs även andra komponenter. På taket installeras ett monteringssystem i en lämplig lutning för solljuset, därefter fästs solcellerna fast i det. När solen lyser på solcellerna omvandlas energin i solljuset till likström. Likströmmen går vidare till en växelriktare som gör om likströmmen till växelström. Solcellsanläggningen är ansluten till byggnadens elcentral och en elmätare sätts in för att mäta hur mycket el som matas in och ut på elnätet. Den behövs om anläggningen skulle producera mer el än den som används för stunden i byggnaden; det finns även möjlighet att lagra den överproducerade elen i ett batteri. [39]
2.8.1. Placering
20
skuggning över panelerna vilket försämrar produktionen. En annan viktig faktor är lutningen på panelerna, vanligtvis väljs en lutning mellan 10 – 50 grader som optimal lutning. En avvikelse på 10 grader från den optimala lutningen ger en försämrad effekt med 1– 2 % av årsproduktionen. [40]
2.9. Värmesystem
Valet av värmesystem i en byggnad har stor påverkan på hur energianvändningen kommer se ut, genom att välja värmesystem som bäst passar för byggnaden kan energianvändningen minska. I Sverige är det vanligast att värma fastigheter med
fjärrvärme; ungefär hälften av alla fastigheter värms på det sättet [41]. Därefter är det el som är den vanligaste energikällan för uppvärmning, antingen genom direktverkande el eller med en värmepump. [42]
2.9.1. Fjärrvärme
När fjärrvärmenätet byggdes i Sverige användes mestadels olja som bränsle, men oljan har succesivt ersatts av biobränslen i form av träprodukter för att minska klimatpåverkan. Den här typen av uppvärmning används i tätorter och bygger på att ett gemensamt
värmeverk producerar värme som sedan försörjer fastigheterna i tätorten med värme. [8]
Det finns tre huvudsakliga delar i ett storskaligt fjärrvärmesystem: värmeverk,
distributionsnät och fjärrvärmecentralen i fastigheterna, se Figur 7. Från värmeverket kommer vatten som har en temperatur mellan 70˚C och 120˚C med högt tryck för att undvika att vattnet kokar. Det varma fjärrvärmevattnet, som kallas primärvatten, leds och cirkulerar i välisolerade rör under mark i ett slutet system. I varje fastighet finns en fjärrvärmecentral som innehåller värmeväxlare som tar vara på värmen i primärvattnet och för över det till fastighetens egna värmesystem, sekundärsidan. Fjärrvärmevattnets system och fastighetens värmesystem är skilda från varandra för att undvika att
21
Figur 7: Uppbyggnaden av ett fjärrvärmesystem. Bilden är hämtad från Gislaved energi som har godkänt att den används i rapporten. [43]
I fjärrvärmecentralen finns det minst två värmeväxlare, en för fastighetens uppvärmning och en för uppvärmning av tappvarmvattnet. I fastighetens värmesystem finns det shuntgrupper som är till för att reglera temperaturer i värmesystemet och
luftvärmebatteriet. Shunten är kopplad så att det varma framledningsvattnet och det något avsvalnade returvattnet kan blandas, för att temperaturen inte ska vara för hög när det skickas ut på värmesystemet. [8]
2.9.2. Värmepump
En värmepump är uppbyggd av fyra huvudkomponenter; förångare, kompressor,
kondensor och expansionsventil. De här gör att den värmeenergi som finns i värmekällor med låg temperatur kan användas till uppvärmning av till exempel byggnader. Som värmekälla kan exempelvis grundvatten eller uteluft användas. Genom att använda värmeenergin i värmekällan för att värma ett köldmedium och få det att övergå till gasfas i förångaren kan trycket sedan öka i kompressorn så temperaturen stiger. När köldmediet går igenom kondensorn tvingas köldmediet tillbaka till flytande form och därmed avges värme. Efter det passerar det expansionsventilen där trycket och temperaturen minskar ytterligare. Därefter åker köldmediet tillbaka till förångaren för att genomgå samma process igen, se Figur 8. [8]
22
För att få en uppfattning av hur effektiv processen är används ett förhållande mellan avgiven värmeenergi och den energi som krävs för att driva processen. Detta förhållande kallas värmefaktor och överstiger alltid ett, eftersom den erhållna värmemängden alltid är större än mängden tillförd elenergi. Värmefaktorn beror på temperaturen hos värmekällan samt vilken temperatur den avgivna värmen har. Gränsvärdet för värmefaktorn kommer från termodynamiken och ges av temperaturförhållandet T1/(T1-T2), där T1 är
temperaturen på den kalla sidan och T2 på den varma. [44]
Värmefaktorn kallas även COP (Coefficient Of Performance) och är förhållandet mellan den avgivna effekten vid kompressorn och den eleffekt som tillförts kompressorn, se ekv.6. Det är detta förhållande som gör värmepump till ett effektivt sätt att använda el som uppvärmningsmetod. COP-värdet varierar vanligtvis mellan 3-4 och blir högre vid mindre temperaturskillnad mellan kondensor och förångare. [8]
𝜀 =𝑃𝑓+𝑃𝑘
𝑃𝑘 (ekv. 6)
Där:
ε = COP-värde
Pf = energi upptagen vid förångaren (W)
Pk = tillförd el till kompressorn (W)
2.10. VIP-Energy
VIP-Energy är ett simuleringsprogram som beräknar energiförbrukningen i byggnader. För att få tillgång till programmet krävs licens, vilket köps av företaget Strusoft som även tillhandahåller programvaran. [45] Programmet kalkylerar energiflöden utifrån kända och mätbara faktorer och jämför resultatet med gällande regler för energihushållning. I simuleringen beräknas energiförbrukningen över en specifik tidsperiod. Den här tidsperioden brukar avse ett år men programmet kan beräkna för kortare tidsperioder. Programmet är konstruerat kring en dynamisk beräkningsmodell och beräknar
23
3. Metod
Målet med projektet är att det angiva modulhuset ska uppnå energikriterierna i
Miljöbyggnad GULD, där Miljöbyggnad 3.0 är versionen som kommer användas. I den versionen är det indikatorerna (1), (2), (3), (4), (7), (9), och (10) som kommer granskas och dessa punkter är värmeeffektbehov (1), solvärmelast (2), energianvändning (3), andel förnybar energi (4), ventilation (7) samt termiskt klimat för vinter (9) och sommar (10).
För att uppnå målet krävs en större kunskapsgrund, och för att få det ska en
litteraturstudie genomföras. Ifrån litteraturstudien ska en grundläggande beskrivning av Miljöbyggnad 3.0 framgå samt de sju punkterna i Miljöbyggnad som ska granskas. Betygskriterierna för respektive punkt ska även bli tydligt från litteraturstudien. Utöver Miljöbyggnad ska det bli tydligt vilka parametrar av installationsteknikerna som påverkar energianvändningen i en byggnad. Efter litteraturstudien ska informationen
sammanställas i teoriavsnittet.
Nästa steg är att göra olika simuleringar i VIP-Energy för att nå så låg energiförbrukning som möjligt. Innan det görs behövs däremot olika ventilationsaggregatet för byggnaden simuleras och det kommer ske i IV Produkt Designer G305. Den information som tagits fram från det kan sedan sättas in i VIP-Energy. Utöver utbyte av ventilationsaggregat kommer även de olika klimatskalen, olika värmesystem samt olika typer av solceller att undersökas. Utifrån de här simuleringarna är målet att få en så låg energiförbrukning som möjligt för att nå GULD kriterier i Miljöbyggnad 3.0. Energiförbrukningen som VIP-Energy kommer att beräkna är baserad på en årsförbrukning.
Resultatet i den här rapporten är kvantitativ eftersom resultatet kommer fås utifrån simuleringarna i VIP-Energy. Granskningens resultat är baserad på ett angivet modulhus, vilket innebär att om samma lösningar tillämpas på en annan byggnad kommer resultatet skilja sig. Projektet kan däremot påvisa vilka faktorer som är relevanta att justera.
3.1. Kritik
Undersökningen utgår ifrån en specifik byggnad vilket leder till att en stegvis metod för att minska energianvändningen genom tekniska lösningar inte kommer uppfyllas. Dock är det svåruppnått att få en generell metod för att minska energianvändningen när det
kommer till tekniska lösningar eftersom det beror på hur byggnaden är projekterad samt hur den ska brukas.
Vid val av luftflöde i byggnaden nyttjades erfarenheten som konsulterna på WSP har. Vid tidigare arbeten med modulhustillverkaren har WSP konstaterat att deras byggnader brukar ha ett luftflöde på 0,8 l/s m2, vilket undersökningen sedan har utgått från genom hela arbetet. Det hade gått att projektera upp hela ventilationssystemet för att få ett konkret luftflöde samt tryckfall över systemet. Den metoden valdes dock inte eftersom tiden för projektet inte räckt till samt att fokus då hamnat på fel saker.
24
Energimyndigheten, Trafikverket och Naturvårdsverket. De vetenskapliga artiklarna som har använts är hämtade från Sciencedirect som är en databas för vetenskapliga artiklar med beprövad erfarenhet. När det gäller regelverk och rekommendationer för certifiering har Miljöbyggnadsmanualer om metodik och kriterier använts från SGBC. Informationen skriven om ventilationssystem kommer till största del från boken ”Projektering av VVS-installationer” från 2010. Informationen anses vara relevant i den då fakta om
25
4. Genomförande
Projektet började med att fastställa ett syfte och mål för att kunna klargöra vad som skulle fokuseras på och efter det kunde data börja samlas in. För att uppnå syftet som
formulerats behövdes beräkningar och simuleringar genomföras.
4.1. Fastställande av mått på ritningar
För att kunna simulera modulhuset i VIP-Energy behövde byggnaden byggas upp i programmet. Alla väggar, golv, tak, fönster, dörrar och köldbryggors längder mättes i Bluebeam Revu, som är ett program för att bestämma längder i ritningar, se bilaga 2. Efter det fanns all data för att kunna bygga upp modulhuset i VIP-Energy, då information om byggnadens isoleringsmaterial hade erhållits från konsultbolaget WSP. Den
sammanlagda arean för respektive väderstreck på den specifika delen lades in i VIP-Energy enligt Figur 9.
Figur 9: Exempelbild på vad VIP-energy efterfrågar när byggnaden byggs upp.
4.2. Beräkning av ventilationsaggregat
För att bestämma det mest optimala ventilationsaggregatet simulerades 170 olika varianter av aggregat från IV-produkt, se bilaga 3, i ett program som heter IV Produkt Designer G305. Modellerna som testades var; Envistar Flex, Envistar Top och Envistar Compact. Alla ventilationsaggregat som simulerats sammanställdes sedan i ett
26
Figur 10: Exempelbild på vad VIP-Energy frågar efter angående ventilationssystemet.
4.3. VIP-Energy
Efter att ovanstående informationen fastställs kunde simuleringarna i VIP-Energy påbörjas. Vid simuleringarna användes klimatdata från SMHI som dokumenterats i Malmö mellan åren 1981– 2010 [46]. Med hjälp av konsulter på WSP kunde även
bruksdata för byggnaden bestämmas som utgår från BEN, byggnadens energianvändning vid normalt brukande och ett normalår. Verksamhets- och fastighetsenergi till rumsluft, extern fastighetsenergi, personvärme, högsta och lägsta rumstemperatur samt
tappvarmvatten är den bruksdata som ligger till grund för de interna lasterna i byggnaden, vilket presenteras under resultatavsnittet i Tabell 3.
I programmet utfördes flera olika simuleringar, där det första som undersöktes var energianvändningen utan några tekniska lösningar. Det innebär att byggnaden inte hade någon solcellsanläggning och den saknade även en värmeåtervinning samt drifttider på ventilationssystemet. Detta utfördes för att få ett referensvärde att utgå från och
27
5. Resultat
I resultatavsnittet 5.1 introduceras data som är specifik till det angivna modulhuset och i avsnitten efter presenteras resultatet som fåtts från simuleringarna i VIP-Energy. Ett schablonvärde på 4 kWh/m2 år för vädring, vilket är ett standardvärde, adderas på energiprestandatalet som fås av VIP-Energy. Det här talet har adderats på
energiprestandatalet i alla diagram i resultatavsnittet. För att kompensera för eventuella ändringar i projekteringen har ett ingenjörsmässigt antagande gjorts där en marginal på 10 % under målet används. Målet ligger på 48 kWh/m2 år, vilket innebär att
energianvändningen enligt vårt antagande behöver nå 43,2 kWh/m2 år i simuleringen.
5.1. Modulhuset
Det har gått att ta fram specifik data gällande byggnaden med hjälp av konsulter på WSP som har kännedom om den aktuella modulhustillverkaren och hur deras byggnader generellt ser ut. Med deras erfarenhet och program från tidigare projekt med
modulhustillverkaren kunde följande parametrar som presenteras i Tabell 3 bestämmas.
Tabell 3: Specifik data för modulhuset.
Parametrar
Verksamhetsenergi till rumsluft W/m2 5,49
Fastighetsenergi till rumsluft W/m2 1
Fastighetsenergi extern W/m2 0,38 Personvärme W/m2 1,39 Tappvarmvatten W/m2 0,85 Rumstemperatur högsta °C 24,00 Rumstemperatur lägsta °C 20,88 Luftflöde l/s 1300
Informationen från Tabell 3 kunde föras in i VIP-Energy för att få fram de interna lasterna i byggnaden. Området där byggnaden ska byggas har ett utvecklat fjärrvärmenät och därför används fjärrvärme som uppvärmningskälla.
De värden som simulerades fram i IV Produkt Designer G305 för respektive aggregat presenteras i Tabell 4 nedan. Ventilationsaggregaten simulerades sedan i VIP-Energy för att se hur de olika storlekarna påverkar energianvändningen i byggnaden vars resultat presenteras i kapitel 5.5.
28
Tabell 4: Jämförelse av de sex olika ventilationsaggregaten i VIP-Energy.
Envistar Flex Längd [mm] Bredd [mm] Tilluft [Pa] Tilluft verkningsgrad Frånluft [Pa] Frånluft verkningsgrad Temp.verkningsgrad torr 100 2130 1070 451 53,2 431 54,6 87,4 190 2430 1450 583 63,7 554 64,1 85,5 240 2200 1450 561 64,0 532 64,7 85,5 300 2200 1666 500 64,4 478 64,1 86,6 360 2660 1666 484 61,1 469 62,9 86,7 400 2200 1930 454 61,5 439 62,2 87,3
Ventilationssystemet är i drift från vecka 2 till 29 och från vecka 33 till 51, vilket innebär att systemet är i drift alla veckor utom 5 när det är semester. Veckorna som
ventilationssystemet är i drift går det mellan kl. 7 på morgonen till kl. 17 eftermiddagen med ett luftflöde på 1300 l/s, se Tabell 5.
Tabell 5: Drifttiderna för ventilationssystemet.
Tilluft l/s Frånluft l/s Från vecka Till
vecka Starttid Sluttid
1300 1300 2 29 7 17
1300 1300 33 51 7 17
5.2. Energimålet med standard klimatskal
Första målfrågan var om energimålet att nå Miljöbyggnad GULD, 48 kWh/m2 år, var
möjligt att uppnå med modulhustillverkarens standard klimatskal. Utan tidsstyrd
ventilation, återvinning eller solcellsanläggning blev byggnadens energianvändning 158,6 kWh/m2 år. Den streckade delen av stapeln representerar vad återvinning hade kunnat
bespara. Målet nåddes genom att sätta in drifttider, enligt Tabell 5 ovan, och
värmeåtervinning på ventilationssystemet samt en solcellsanläggning på 225 m2. Efter de
insatserna blev energianvändningen 43,2 kWh/m2 år, vilket var det satta målet för projektet. I Figur 11 illustreras skillnaden mellan referensen och målet.
Ventilationsaggregatet som användes var Envistar Flex 400 i båda fallen.
Figur 11: Skillnaden på energianvändningen med och utan tekniska lösningar.
75,7 43,2 82,9 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Utan tekniska lösningar Flex 400, solcellsanläggning 225 m²
k
W
h
/m
2år
Energimål med standard klimatskal
29
5.3. Energianvändningen med respektive klimatskal
Modulhustillverkaren kan välja olika väggtyper beroende på hur isolerad byggnaden ska bli, i den här undersökningen benämns de som standard och tillval klimatskal. Skillnaden mellan de två alternativen blev 4,2 kWh/m2 år, se Figur12. I simuleringen med VIP-Energy användes samma ventilationsaggregat, samma storlek på solcellsanläggningen och samma drifttider fast med olika väggtyper på klimatskal.
Figur 12: Skillnaden mellan energianvändningen med standard klimatskal och tillval klimatskal.
5.4. Energianvändningen beroende på solcellsanläggningens storlek
Solcellsanläggningens storlek påverkar energianvändningen. För att se hur mycket skillnaden storleken gör jämfördes olika storlekar i VIP-Energy. Taket på södersidan lutar 10° och solcellerna har beräknats med samma lutning. Utan solcellsanläggning blev energianvändningen 53,6 kWh/m2 år, med 225 m2 blev energianvändning 43,2 kWh/m2 år och med 500 m2 blev energianvändningen 41,9 kWh/m2 år. Det ger en skillnad på 11,7 kWh/m2 år mellan största och minsta stapeln, se Figur 13.
Figur 13: Skillnaden på energianvändningen mellan olika storlekar på solcellsanläggningen. 43,2 39 0 10 20 30 40 50
Standard klimatskal, Flex 400, solcellsanläggning 225 m²
30
Utöver storleken på solcellsanläggningen jämfördes även tre olika typer av solceller, vilka presenteras i Tabell 6. Det blev ingen skillnad på energianvändningen mellan
Perlight och Leapton. Det skilde däremot 0,1 kWh/ m2 år mellan de två och exemplet från VIP-Energy, där det var exemplet från VIP-Energy som hade den högre
energianvändningen.
Tabell 6: Tre olika typer av solceller som testats och de värden som användes i VIP-Energy.
Modell Verkningsgrad solcell [%] Temperaturkoefficient [%/ K] Intensitetskoefficient [%/ (W/m²)] Högsta celltemperatur [˚C] Lägsta celltemperatur [˚C] Exempel VIP 18 – 0,43 0,38 200 – 25 Perlight 19,3 – 0,36 0,38 85 – 40 Leapton 19,05 – 0,4 0,38 85 – 40
Värden om solcellerna Perlight och Leapton har hämtats från solcellsföretagen Solkraft Växjö AB och Solhybrid AB medan exemplet från VIP-Energy är en teoretisk solcell. [47, 48, 46] Företagen valdes då kontakt redan fanns och för att kunna jämföra olika solcellstyper.
5.5. Energianvändningen med olika antal ventilationsaggregat
Att växla storlek på och antal ventilationsaggregat resulterade i att energianvändningen ändrades med 0,2 kWh/m2 år mellan ett stort eller fyra mindre aggregat. Det stora ventilationsaggregatet var det med lägst energianvändning. Figur 14 visar skillnaden mellan olika alternativ med samma totala luftflöde. Fyra mindre ventilationsaggregat av typen Envistar Flex 100 gör att energianvändningen blir 43,4 kWh/m2 år, jämfört med ett större aggregat av typen Envistar Flex 400 eller två Envistar Flex 190 då
energianvändningen blir 43,2 kWh/m2 år. Energianvändningen med
ventilationsaggregatet Envistar Flex 190 blir 43,8 kWh/m2 år. Samtliga alternativ har simulerats med standard klimatskal och en solcellsanläggning på 225 m2.
Figur 14: Visar skillnaden på energianvändningen mellan olika storlekar samt antal på ventilationsaggregat.
