DAGSLJUSINSLÄPP MED LÅG ENERGIFÖRLUST I FLERBOSTADSHUS

DAGSLJUSINSLÄPP MED LÅG ENERGIFÖRLUST I

FLERBOSTADSHUS

Fallstudie av lägenhet på Bäckby Torggatan 8 i Västerås

MARIA HANNA

MERRY KARABEDIAN

Akademin för ekonomi, samhälle och teknik Kurs:Examensarbete i byggnadsteknik Kurskod: BTA 205

Ämne:Byggnadsteknik Högskolepoäng: 15 hp

Program: Högskoleinjörsprogrammet i byggnadsteknik

Handledare:Zahra Shadravan, Robert Öman Examinator: Bozena Guziana

Uppdragsgivare: Archus Arktiektur AB Datum: 2021-11-22

E-post:

Mha18003@student.mdh.se

ABSTRACT

Purpose: This degree project aims to study how different choices regarding the size, location and type of windows affect daylight entry in an apartment building in Västerås. We have chosen to calculate the energy requirement when changing the window type, size and shielding factor. The purpose is also to come up with solution proposals that balance daylight input and energy for a smaller energy need in the apartment building. Method: The research method is based on a literature study that will lay the foundation for the work and a case study where a visit to the concerned building has been carried out. Interviews have also been conducted with experts in daylight and energy issues. Energy calculations and daylight- related calculations have also been made using the computer program Daylight Visualizer.

The goal of the program is to find out the value of the daylight factor in two different apartments on two different floors. In each apartment, three different rooms in three different latitudes (north, west, and south) have been studied. Results: The results present several factors that affect daylight intake. These are screening angles, orientation, room height, room depth, building structure and placement of balconies. The properties of the windows in terms of daylight transmittance (LT value) and solar heat gain (g value) are very important to get a good result regarding both daylight and heat in the building. The balance between daylight and solar heat gain to reducing the energy needs for heating during the winter and cooling during the summer. The result based on the computer program for the first window alternative show that that the value of the daylight factor in all three rooms on the 12th floor (third floor) was between 0.59–0.31% and on the 19th floor (tenth floor) 1.01–

0.91%. The calculations of the energy balance show as monthly results, and the calculated annual need for active heating is about 27 MWh / year. The corresponding result according to calculations by the consulting company Kadesjös is approximately 59 MWh / year, but the difference between its calculations has not been studied further in this degree project.

Conclusions: The calculation results indicate that the building has a very limited energy requirement for active heating in relation to its size and this is logical given that the heat losses are relatively small in terms of transmission, Exhaust and supply air ventilation with heat recovery (FTX system), and air leakage. The heat losses through window glazing in this case constitute to only about 12% of the building's total heat losses.

Keywords: Daylight factor, energy balance, window, daylight transmittance, shading coefficient, energy requirements, solar heat gain

FÖRORD

Det här examensarbetet är det sista examinerande moment på Mälardalens Högskola för Högskoleingenjörsprogrammet i byggnadsteknik på 180 hp och är en avslutande kurs med 15 hp. Detta arbete har gett oss möjligheten att undersöka dagljusinsläpp och energibalans i ett flerbostadshus beläget i Bäckbytorggata 8, Västerås. Området är beläget mellan den nya diagonalagatan som binder ihop Välljärnsgatan i öster och Smältverksgatan i väster.

Detta arbete har skrivits i samarbete med arkitektföretaget Archus Arkitektur.

Vi vill tacka vår handledare från Archus Arkitektur AB, Martin Wentz, som hjälpt oss med att utveckla förslaget för examenarbetet och användningen av diverse dataprogram för att ta reda på dagsljusberäkningar. Vi vill även tacka vår handledare Robert Öman för hjälpen och tålamodet att besvara våra frågor och handledningen vid våra beräkningar. Vi vill även rikta ett tack till Zahra Shadravan för hennes medverkande och stöd i detta arbete. Slutligen vill vi rikta ett tack till vår examinator Bozena Guziana för hennes stöd och för att ha gjort

vetenskapligt skrivande till en lärorik upplevelse.

Västerås i november 2021

Merry Karabdian Maria Hanna

SAMMANFATTNING

Detta examensarbete lyfter fram problematiken kring bostäder gällande tillgången till

dagsljuset, och hur denna tillgång kan utvecklas för att få bättre ljus inomhus, vilket spelar en stor roll i människans liv eftersom en försäkrad tillgång till dagsljus leder till en bra

inomhusmiljö. Syftet med arbetet är att studera hur olika val avseende fönstrens storlek, placering och typ påverkar dagljusinsläpp i ett flerbostadshus i Västerås. Vi har valt att beräkna energibehovet vid ändring av fönsterstyp, storlek och avskärmningsfaktor. Syftet är också att komma fram till lösningsförslag som balanserar dagljusinsläpp och energi för ett mindre energibehov i flerbostadshuset.

Forskningsmetoden bygger på en litteraturstudie som ska lägga grunden till arbetet och en fallstudie där ett studiebesök till den studerade byggnaden har utförts. Det har

även genomförts intervjuer med experter inom dagsljus och energifrågor. Det har också gjorts energiberäkningar och dagsljusrelaterade beräkningar med hjälp av dataprogrammet Daylight Visualizer, för att ta reda på värdet på dagsljusfaktorn i två olika lägenheter på två olika våningsplan. I varje lägenhet har tre olika rum i tre olika väderstreck (norr, väster och söder) studerats.

I resultaten presenteras ett antal faktorer som påverkar dagsljusinsläppet. Dessa är avskärmningsvinklar, orientering, rumshöjd, rumsdjup, byggnadsform och placering av balkonger. Fönstrens egenskaper när det gäller dagsljustransmittans (LT-värdet) och solvärmeinläckning (g-värdet) är mycket viktiga för att få ett bra resultat avseende både dagsljus och värme i byggnaden. Balansen mellan dagsljus och solvärme bidrar till minskning av de energibehov som kommer från uppvärmningen under vintern och kylbehovet under sommaren. Resultatet utifrån dataprogrammet för det första fönsteralternativet visade att värdet på dagsljusfaktorn i alla tre rummen på plan 12 (tredje våningsplan) blev mellan 0,59–0,31 % och på plan 19 (tionde våningsplan) 1,01–0,91 %. Beräkningarna av energibalans visas som månadsvisa resultat, och det beräknade årsbehovet för aktiv

uppvärmning är ca 27 MWh/år. Motsvarande resultat enligt beräkningar av konsultföretaget Kadesjös är ca 59 MWh/år, men skillnaden mellan dess beräkningar har inte studerats närmare inom detta examensarbete.

I diskussionen visas att resultaten för dagsljuset blev oväntade. Det blev stora skillnader mellan dagsljusfaktorerna, vilka leder till mindre dagsljusinsläpp. Detta på grund av olika faktorer och felkällor, som har bortsetts i programvaran som har använts, till exempel fasadmaterialet, byggnadsomgivningar med avskärmningsvinklar, färger och vissa material som reflekterar mer ljus än andra. Beräkningarna av energibalans tyder på att byggnaden faktiskt kan ha ett värmeöverskott (kylbehov) under ca halva året, med viss reservation för osäkerheter i beräkningarna. Solavskärmning är mycket viktigt för att begränsa det här värmeöverskottet. Resultatet med ett betydande värmeöverskott är logiskt med hänsyn till byggnadens storlek och förhållandevis små värmeförluster.

Slutsatserna som dras av detta examensarbete är att när fönstrens storlek och utformning kombineras och anpassas, reduceras energianvändningen. Avslutningsvis anser vi att det valda fönstret är effektivt och välanpassat för dagsljusinsläpp, beroende på fönstrets egenskaper (storleken). Beräkningsresultaten tyder på att byggnaden har ett mycket

begränsat energibehov för aktiv uppvärmning i förhållande till sin storlek och detta är logiskt

med tanke på att värmeförlusterna är förhållandevis små avseende både transmission, fläktstyrd ventilation och luftläckning. Värmeförlusterna genom fönsterglasning utgör i det här fallet bara ca 12 % av byggnadens totala värmeförluster.

Nyckelord: Dagsljusfaktor, energibalans, fönster, dagsljustransmittans, avskärmningsfaktor, energibehov, solvärmeinläckning

INNEHÅLL

1 INLEDNING ...1

1.1 Bakgrund... 1

1.2 Syfte ... 2

1.3 Frågeställningar ... 2

1.4 Avgränsning ... 2

2 METOD ...3

2.1 Litteraturstudie ... 3

2.2 Intervjuer med experter ... 3

2.3 Fallstudie... 3

2.3.1 Platsbesök ... 3

2.4 Beräkningar ... 4

2.4.1 Dagsljusrelaterade beräkningar ... 4

2.4.2 Energiberäkningar ... 4

3 ÄMNESMÄSSIG REFERENSRAM ...4

3.1 Faktorer som påverkar dagsljusinsläpp ... 4

3.1.1 Fönsterplacering, -storlek och antal glas ... 6

3.1.2 Rummets höjd och djup ... 7

3.1.3 Väggytornas reflektion ... 8

3.1.4 Byggnadens omgivningar ... 8

3.1.5 Väderstreck ... 8

3.2 Nyttan av dagsljuset för energianvändningen... 9

3.2.1 Anpassningen av fönsterutformningen för att klara dagsljuset ... 9

3.2.2 Lågenergiförlust i ett flerbostadshus ...10

3.2.3 Hög Dagsljusfaktor med mindre energiförlust i ett flerbostadshus ...10

3.2.4 Nyttan av dagsljuset for att minska energianvändningen ...11

3.3 Effekten av att ha god tillgång till dagsljus och inomhusmiljö ...12

3.3.1 Rumsupplevelse ...12

3.3.2 Bättre inomhusklimat...12

3.3.3 Bättre belysning inomhus med mindre energianvändning ...12

3.3.4 Hälsoeffekter ...12

3.4 Vägledande principer som hindrar dagsljuset i ett flerbostadshus ...13

3.4.1 Avskärmningsvinklar ...13

3.4.2 Byggnadsform ...14

3.4.3 Fönster ...15

3.4.4 Materialval ...16

3.4.5 Orientering ...16

3.4.6 Avskärmningsvinklar förhållande till solhöjd ...17

3.5 Energibehovet i flerbostadshus med fokus på fönster ...17

3.5.1 Moderna designfönster ...17

3.5.2 Byggnads storlek och formel (värmeförlust) ...19

3.5.3 Fönstrens inverkan på byggnadens energibalans ...19

3.5.3.1. Transmissionsförlust från fönster ... 19

3.5.3.2. Luftläckning (både mellan bågar och karmar / mellan karmar och ytterväggar) ... 19

3.5.3.3. Solvärmeinläckning: passiv solvärme ... 20

3.5.4 Uppvärmningssäsong ...20

3.5.5 Övertemperatur ...22

3.5.5.1. Fönsters roll vid problem med övertemperatur ... 22

3.5.6 Energibalans ...23

3.5.7 Köpt energi för aktiv uppvärmning ...24

3.5.8 Solavskärmning (passiv solvärme via fönster) ...24

3.5.9 Energieffektiva byggnader, inneklimat ...25

3.5.10 Avskärmningsfaktor ...26

3.5.11 Tillskottsvärme ...26

4 AKTUELL STUDIE ... 27

4.1 Beskrivning av studieobjektet ...27

4.1.1 Platsbesök ...28

4.1.2 Planbeskrivning för lägenheter ...29

4.1.3 Byggnadens omgivningar och storlek ...30

4.1.4 Tekniska beskrivningar ...31

4.2 Dagsljusberäkning på fönsteralternativ 1 och fönsteralternativ 2 med olika dimension och olika väderstreck ...31

4.2.1 Dagsljusfaktor ...32

4.2.2 Fönsterglasarea (AF-METODEN) ...32

4.2.3 Utvalda fönstersmått i byggnaden ...32

4.2.4 Fönsteralternativ 1 ...33

4.2.5 Fönsteralternativ 2 ...33

4.3.1 Flerbostadshus ...34

4.3.2 Ingångsvärden ...34

4.3.3 Uppvärmning ...35

4.3.4 Månadsvisa beräkningar för januari månad ...35

4.3.4.1. Specifika ventilationsförluster genom mekaniska ventilation ... 36

4.3.4.2. Specifika luftläckageförluster ... 36

4.3.4.3. Specifika transmissionsförluster ... 37

4.3.4.4. Specifika värmeförluster ... 37

4.3.4.5. Total värmeenergiförlust per dag, beräknad i januari ... 37

4.3.5 Passivt värmetillskott...38

4.3.5.1. Dygnsberäkning av passiv värme från hushållsel ... 38

4.3.5.2. Dygnsberäkning av passiv värme från tappvarmvatten ... 38

4.3.5.3. Dygnsberäkning av passiv värme från personvärme ... 38

4.3.5.4. Solvärmeinläckning ... 38

4.3.6 Energibalansberäkning ...39

5 RESULTAT ... 40

5.1 Dagsljusberäkning för fönsteralternativ 1 och fönsteralternativ 2 med olika dimensioner och olika väderstreck ...40

5.2 Energibehovet för fönsteralternativ 1 ...41

6 DISKUSSION... 43

6.1 Dagsljusberäkning i flerbostadshuset vid ändring av fönstertyp, dimensioner och placering ...43

6.2 Energibehovet för fönsteralternativ 1 ...44

7 SLUTSATSER ... 44

8 FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE... 47

REFERENSER ... 48

BILAGA 1: INTERVJU MED NICOLAS ROY FRÅN VELUX FÖRETAGET... 54

BILAGA 2: INTERVJU MED STEPHANIE AMGERAINI FRÅN WHITE ARKITEKTER: ... 56

BILAGA: 3 HELA PLANEN TILL HUSKROPPEN ... 58

BILAGA 4: PLAN 12 (VÅNINGSPLAN 3) & PLAN 19 (VÅNINGSPLAN 10) ... 59

BILAGA 5: RESULTAT FÖR FÖNSTERALTERNATIV 1 FRÅN VELUX ... 60

BILAGA 6: RESULTAT FÖR FÖNSTERALTERNATIV 2 FRÅN VELUX ... 61

BILAGA: 7 TEKNISKA BESKRIVNINGAR FÖR BYGGNADEN ... 62

BILAGA 8: OLIKA FÖNSTERSMÅTT OCH BESKRIVNINGAR (FÖR ARCHUS FÖRETAGET, FÖNSTERALTERNATIV 1 OCH FÖNSTERALTERNATIV 2). ... 65

BILAGA 9: AF-METODEN BERÄKNING FÖR OLIKA FÖNSTER ... 66

BILAGA 10: TEMPERATURSKILLNAD MELLAN INOMHUS OCH UTOMHUS ... 67

BILAGA 11: BYGGNADSDELAR MED AREA ... 67

BILAGA 12: FÖNSTER TYPER OCH FÖNSTERDÖRRAR... 68

BILAGA 13: FÖNSTERGLASAREA AF-METODEN BERÄKNINGAR FÖR ALTERNATIV 1 & 2 ... 70

BILAGA 14: BERÄKNING FÖR SOLVÄRMEINLÄCKNING FÖR ALTERNATIV 1 ... 71

BILAGA 15: MÅNADSVIS ENERGIBALANSBERÄKNING... 72

BILAGA 16: INDATATABELL FÖR OLIKA PARAMETER ... 75

BILAGA 17: ENEERGIBEALANSBERÄKNING FÖR HUS A FRÅN KADESJÖS ... 76

BILAGA 18: BYGGNADSAREA ... 77

BILAGA 19: INDATA U-VÄRDE OCH LUFTLÄCKNINGSVÄRDE ... 78

BILAGA 20: EXEMPEL PÅ AREAN FÖR KARMAR OCH BÅGAR ... 79

FIGURFÖRTECKNING

Figur 1. Fotografering av byggnaden från studiebesöket visar olika fönstertyper och - placering i olika väderstreck på fasaden. ... 3 Figur 2. Grundläggande del av dagsljuset som passeras in från himmelen, solinstrålning och

Figur 3. Förklaring till olika medelsnittliga värden för dagsljusfaktor i ett rum som tolkar om olika rum upplevelse beroende på procentsvärdet för dagsljusfaktorn. Från

Alenius (u.å.) ... 5 Figur 4. Här visas principen för hur solinstrålning reflekteras, absorberas och transmitteras

in till ett rum genom ett 2-glasfönster. Transmissionen sker både direkt som kortvågig strålning, och sekundärt genom att absorptionen höjer glasens

yttemperatur. Det här beskriver solvärmeinläckning, och alltså inte dagsljus. Från Energy.extweb. Sp (u.å) ... 6 Figur 5. Reflektionen av ljuset från byggnads omgivningar till exempel höga byggnader,

markyta . Denna faktor hindrar mängden av dagsljuset som måste nås att komma in i byggnaden. Från Andersen et al., 2014 ... 8 Figur 6. En byggnad sektion som visar upp hur påverkar avskärmningsvinkel ljuset och hur

vinkel graden ökar sig, när man kommer ner i de våningsplanen. Därmed sambandet med hur långt in dagsljuset når in i en byggnad. Från Alenius et al., 2019 ... 13 Figur 7. Påverkningen av byggnadsvolym och geometriska utformningen på mängden av

dagsljuset som passerar in i en byggnad och hur mycket ljus har byggnaden

tillgång till. Från Alenius et al., 2019 ...14 Figur 8. De olika former av byggnader (geometrier)som har undersökt för att ta reda på

vilken typ av dessa byggnader bidrar till bra tillgång av dagsljus. Från Eminovic Helmersson & Hansen, 2018 ... 15 Figur 9. Bilder för befintliga byggnader och utvecklingen med (sDA-värdet som visar

dagsljus tillgängligheten. Från Dogan et al., 2016 ... 15 Figur 10. Påverkan av fönsterorientering på mängden av dagsljuset som nås in i huset från

olika väderstreck. Från Andersen et al., 2014 ...16 Figur 11. Byggnaden avskärmningsvinkel med solen och solens höjdläget påverkar

tillkommande ljuset i byggnaden. Rätt solvinkel och orientering, förbättrar

tillgången till sol på en byggnads fasad. Från Alenius et al., 2019 ... 17 Figur 12. Exempel på energianvändningens fördelning och uppvärmning i ett flerbostadshus.

Från Hyresgästföreningen, 2013. ...21 Figur 13. Exempel på värdet för olika källor på värmeförluster och fördelningen i ett

flerbostadshus. Från Hyresgästföreningen, 2013. ... 22 Figur 14. Total andel solenergi som tillförs ett rum vinkelrätt genom ett fönster. Från Okal. &

Kivioja,2014. ... 23 Figur 15. Beskriver energibalansen för en byggnad som presenterad mängden av energi som

tillförs till och avges från en byggnad. Från Energilyftet, (u.å.) ... 23 Figur 16. Exempel på årlig energibalans för ett traditionellt hus jämfört med ett lågenergihus.

Den ena är befintligt småhus med frånluftssystem och den andra är

lågenergismåhus med FTX system samt båda har olika värde på köpt energi. Från Energilyftet, (u.å.) ... 24 Figur 17. Värmetillskottet (g-värde)för fönstrets och förmåga att ta tillvara på passiv solvärme

som leder till en minskning av energibehovet för uppvärmning. Från Velux, (u.å.) ... 25 Figur 18. Byggnadens utseende i slutet av projektet, byggnadens vänstra sida är hus A som

studeras om. Från Bostads AB Mimer (2020) ... 27

Figur 19. Kartan på området och placering av byggnaden (hus A) i området. Från

Stadsbyggnadsförvaltningen, Västerås stad (2017/2018) ... 28

Figur 20. Byggnadens utseende under olika tider morgon, dag och kväll. Från Bostads AB Mimer, 2020. ... 28

Figur 21. Fotografering av byggnadens utseende från olika väderstreck (söder och väster). . 29

Figur 22. Byggnadens planlösning i våningsplan 3. Från Bostads AB Mimer ... 29

Figur 23. Byggnadens planlösning i våningsplan 10. Från Bostads AB Mimer ... 30

Figur 24. Byggnadens placering i området och antal våningsplan som byggnaden består av. Från Bostads AB Mimer ... 30

Figur 25. Byggnadens fasad från olika väderstreck. Från Archus AB ... 31

Figur 26. Visar 3D bild för byggnaden med olika fönstersmått för alternativ 1 ... 34

Figur 27. Visar planen och 3D bild för byggnaden med olika fönstersmått för alternativ 2 ... 34

TABELLFÖRTECKNING

Tabell 1. Dagsljus och solenergitransmittans värde vid olika fönstertyper samt avskärmningsfaktor. Värdena varierar beroende på glastypen och beläggningen. .. 7

Tabell 2. Olika typer av fönster med olika U-värde och egenskaper beroende på antal glas som fönster har. ... 18

Tabell 3. Exempel på värden för avskärmningsfaktor vid olika fönsterstyp, där presnteras en glasfönster och två glasfönster med olika typer av gardiner... 20

Tabell 4. Värden på avskärmningsfaktor och avskärmning för några olika fönsterglasning med varierande egenskaper. ... 26

Tabell 5. Byggnadens olika fönstersmått, ytan och dagsljustransmittans värde i olika väderstreck ... 32

Tabell 6. Utvalda fönstersmått, ytan och dagsljustransmittans värde för den första fönsters alternativ. ... 33

Tabell 7. Utvalda fönstersmått, ytan och dagsljustransmittans värde för den andra fönsters alternativ ... 33

Tabell 8. Fönster glasarea i olika väderstreck och arean för karmar ... 35

Tabell 9. Årliga genomsnittlig värdena för energiförbrukning KWh/år för hushållsel /fastighetsel , tappvarmvatten och passiv värme. ... 35

Tabell 10. Transmissionsförlust för hela byggnadsdel som visas i (bilaga 12) ... 37

Tabell 11. Månadsviseneergi balanas beräkning ... 39

Tabell 12. Resultat för dagsljusfaktor och AF-metoden ... 40

Tabell 13.Resultat för dagsljusfaktor och AF-metoden från alternativ 1 ...41

Tabell 14. Resultat för dagsljusfaktor och AF-metoden fråm alternativ 2 ...41

Tabell 15. Resultat för totala behovet av aktiv uppvärmning för hela året ... 42

BETECKNINGAR

Beteckning Beskrivning Enhet

AF Fönsterglasandelmetoden %

Aglas Fönsterarea m²

Agolv golv area m²

Gsyst Sammanvägt g-värde för fönster.

Solskydd (-)

Arum golv arean i rummet m²

U Värmegenomgångskoefficient W/(m² °C)

Qtot Specifika värmeförluster W/°C

P Värmeeffekt kW

ṁ Massflöde kg/s

Cp Specifik värmekapacitet KJ/kg °C

Δo Temperaturskillnad °C

Esol Solvärmeinläckning per dag typ kWh/dygn

F1 Avskärmningsfaktor Faktor som räknas på värde

mellan 0 och 1 Tsol Transmitterad solvärmeinläckning

genom ett glas, tabellvärde Wh/(m² dygn) Ψ Specifik värmeförlust för en linjär

termisk brygga W/m °C

Qv Specifika ventilationsförluster genom

mekanisk ventilation W/°C

Ρ Luftens densitet Kg/m³

qv Ventilationsflöde m³/s

n Luftflöde oms/h

V Byggnadsvolym m³

Beteckning Beskrivning Enhet

AF Fönsterglasandelmetoden %

Aglas Fönsterarea m²

Agolv golv area m²

gsyst Sammanvägt g-värde för fönster.

Solskydd (-)

Arum golv arean i rummet m²

U Värmegenomgångskoefficient W/(m² °C)

Qtot Specifika värmeförluster W/°C

P Värmeeffekt kW

ṁ Massflöde kg/s

Beteckning Beskrivning Enhet

cp Specifik värmekapacitet KJ/kg °C

Δo Temperaturskillnad °C

Esol Solvärmeinläckning per dag typ kWh/dygn

F1 Avskärmningsfaktor Faktor som räknas på värde

mellan 0 och 1

FÖRKORTNINGAR

Förkortning Beskrivning VV-energi Tappvarmvatten

DF Dagsljusfaktor

BBR Boverkets byggregler

2D Tvådimensionell modell

3D Tredimensionell modell

LT Dagsljustransmittans

Atemp Invändig golv area som ska temperatur regleras oms/h Luftomsättning per timme

DEFINITIONER

Definition Beskrivning

Värmeförlust Förluster av värme som förs över från en varm till en kylig yta

Energibalans Beskrivningen av mängden energi som förses i byggnader och som avges från densamma för att byggnaden ska vara i balans

Megabyte En datamätningsenhet

Energiprestanda Talar om hur bra byggnadens energirelaterade egenskaper är. Det är ett sammanvägt mått på byggnadens byggnadstekniska och

installationstekniska egenskaper

Definition Beskrivning

Solvärmelast Värmen som kommer in och värmer rummet från solen via ett fönster

Lågemissionsskikt Ett skikt som är smalt, gjort av metall för att förbättra glasets värmeisolerande egenskaper

Dagsljusfaktor En enkel beräkningsform som visar andelen dagsljus inuti rummet

Transmittans Ett mått utan siffertal avgränsat av omständigheter mellan strålningsflödet som transporteras till det inträffade strålningsflödet

Avskärmningsfaktor Är förhållandet (kvoten) mellan solvärmeinläckning genom ett fönster och motsvarande solvärmeinläckning genom en vanlig 3 mm glasruta.

Dagsljustransmittans En måttenhet som visar hur mycket dagsljus som inkommer via ett fönster i procent

g- värde Solvärmeinläckning genom en fönsterglasning som andel av den solstrålning som träffar glasningen på utsidan.

1 INLEDNING

Det är en utmaning att utforma byggnader som tillgodoser människors behov av dagsljus.

Det är därför ett framstående krav i Boverkets byggregler (BBR) Sharp et al. (2014). I Sverige föreligger det utmaningar med att få in dagsljus som skall anses vara tillräckligt och uppfylla de krav som ställs för människors behov. Detta pga. långa och mörka vintersäsonger där antalet timmar solljus är begränsat under dagen. Dagsljus inomhus kan ha flera positiva effekter och är viktigt för individens hälsa. För att få ett tillskott av D-vitamin måste man dock vistas utomhus, eftersom fönsterglas avskärmar den ultravioletta strålning som bidrar till D-vitamin via huden. Dagsljuset kan även bidra till mindre energianvändning, dels genom ett mindre behov av elbelysning inomhus och dels genom ett mindre behov av aktiv

uppvärmning tack vare solvärmeinläckning (Sharp et al., 2014).

Eftersom bristande dagsljusinsläpp har stora effekter på människors hälsa och även kan leda till ökad energianvändning är det intressant att studera vilka faktorer som påverkar

dagsljusinsläpp. Det också intressant att studera dagsljusinsläpp ur ett

energianvändsningsperspektiv som är en viktig aspekt i nuläget för alla byggnader (Sharp et al., 2014).

1.1 Bakgrund

I denna studie lyfts svårigheterna med att få bra tillgång till dagsljus in i bostäder samt hur detta kan förbättras då detta spelar stor roll för människors välbefinnande och byggnadens energianvändning, eftersom god tillgång till dagsljus leder till bra inomhusmiljö och även möjliggör balans av energi i byggnaden. Nordin och Petersson (2015) kom fram i sin studie

”Dagsljus i Miljöbyggand” att dagsljus inte kan bytas ut med artificiellt ljus. Felaktigt projekterat dagsljusinsläpp kan ge negativa effekter som bländning, bidra till höga temperaturer inomhus och minskad komfort.

Det som även kan hända är att det kan vara svårt att nå goda dagsljusförhållanden i

byggnader. Som anledningarna till detta nämner författarna dels det att byggnaderna byggs tätare i städer och dels de åtstramande energikraven samt avsaknaden av kunskap som krävs för att uppnå goda dagsljusförhållanden (Nordin & Petersson, 2015).Andra anledningar som beskrivs är att kvantitet prioriteras framför kvalitet och frågan om dagsljus ofta har mindre prioritet i byggprojekt. ”Idag finns det ingen vilja till att göra uppoffringar för att nå bättre dagsljusförhållanden. Mindre balkonger, byta material eller färger är exempel på

förändringar som kan göras” (Nordin & Petersson, 2015, s.53).

International Energy Agency påpekar att god tillgång till dagsljus leder till en reducering av elanvändning inomhus när det gäller belysning. Ett exempel är en svensk undersökning som utfördes på en typ av byggnad som påvisade att 50 procent av elanvändningen kan sparas

genom god tillgång till dagsljus i kombination med närvarogivare och responsiva system (Bournas & Dubois, 2019).

Nybyggda flerbostadshus, som är byggda för att de ska vara mer energieffektiva, använder mer köpt energi än förväntat (Kempe, 2021). De har kommit fram till att endast 25 % av nybyggda flerbostadshus uppfyller byggnadens beräknade energiprestanda. En orsak till detta kan vara att energianvändningen för tappvarmvatten har visat sig vara betydligt högre än det var i standardanvändandet. I några exempel påvisas att uppmätt förbrukning av köpt energi är hela 70 % högre än vad som beräknats vid projekteringen (Kempe, 2021).

1.2 Syfte

Syftet med detta arbete är att studera hur olika val av fönster avseende storlek, placering och typ påverkar dagljusinsläppet i ett flerbostadshus i Västerås. Arbetet går också ut på att beräkna energibehovet vid ändringen av fönstertyp, storlek och avskärmningsfaktor. Syftet är också att komma fram till lösningsförslag som balanserar dagljusinsläpp och energi för ett mindre energibehov i flerbostadshuset.

1.3 Frågeställningar

• Hur kan utformning och placering av fönster på väggen anpassas för att släppa in dagsljus på bästa möjliga sätt?

• Hur kan dagsljuset utnyttjas för att minska energianvändningen?

• Hur fås det så hög dagsljusfaktor som möjligt för de studerade lägenheterna, utan att göra för stora avkall på energianvändning vid beräkning?

• Hur blir resultatet för dagljussinsläppet i flerbostadshuset på Bäckbytorggata 8 vid ändringen av fönsterstorlek och placering?

• Hur blir resultatet för energibehovet i flerbostadshuset på Bäckbytorggata 8 vid ändringen av fönsterstorlek och placering?

1.4 Avgränsning

Detta examensarbete är avgränsat till att beräkna dagsljusinsläppet för två olika lägenheter på två olika våningsplan. I varje lägenhet studeras dagsljusfaktorer för tre olika rum i tre olika väderstreck (norr, väster och söder) vid ändring av fönsterstorleken och måtten.

Byggnaden är ett flerbostadshus som ligger i Västerås och har totalt elva våningar. När det gäller energiperspektiven är arbetet avgränsat till energibalansberäkningar i hela

huskroppen. De kommer beräknas och studeras på ett fönsteralternativ vid ändring av fönstermått, fönsterarea och värde på avskärmningsfaktor. I detta arbete utförs inga ekonomiska beräkningar för energi.

2 METOD

Examensarbete bygger på litteraturstudie, intervjuer med experter och fallstudie.

2.1 Litteraturstudie

Litteraturstudien fokuserar på dagsljusfrågor, hur viktigt dagsljuset är inomhus, hur det påverkas av olika faktorer i ett flerbostadshus i Västerås och hur energianvändningen ska minimeras. Grundstödet till arbetet omfattar tidigare examensarbeten och vetenskapliga artiklar samt rapporter från statliga myndigheter, såsom Boverket och

Folkhälsomyndigheten o.s.v.

2.2 Intervjuer med experter

Intervjuer med två olika experter i dagsljus och energibalans i flerbostadshus genomfördes som komplement till litteraturstudie. Den ena intervjun var med Nicolas Roy som är Senior Daylight Specialist på företaget VELUX. Den andra intervjun var med Stephanie Angeraini som är miljöspecialist på företaget White Arkitekter och som har en M.Sc i energieffektiv byggnadsdesign (se bilaga 1 och 2).

2.3 Fallstudie

Fallstudie omfattar dagsljusrelateraden beräkningar för fönsteralternativ 1 och 2. Dessutom energibehov beräkningar för bara fönsteralternativ 1, i ett flerbostadshus som ligger på Bäckby Torggatan 8 i Västerås.

2.3.1 Platsbesök

Platsbesök utfördes för att studera väderstreck och placering av fönster och för att kunna se hur byggnaden såg ut i verkligheten jämfört med ritningarna.

Figur 1. Fotografering av byggnaden från studiebesöket

2.4 Beräkningar

2.4.1 Dagsljusrelaterade beräkningar

Dagsljusrelaterade beräkningar har efter överenskommelse med handledare på Archus Arkitektur AB genomförts med datorprogramvaran VELUX Daylight Visualizer. Den ger möjligheten att studera dagljussinsläpp i olika byggnadstyper oavsett storlek. Den kan analysera hur mycket ljus som kommer in och var i huset det finns bristfällig tillgång till dagsljus samt räknar fram värdet på dagsljus faktorn. Dessutom använts AF-metoden för att beräkna fönsterglasarea (fönsterandel) för två fönsteralternativ 1 och 2.

2.4.2 Energiberäkningar

För att bedöma byggnaders energieffektivitet i flerbostadshuset, genomfördes månadsvisa beräkningar av energibehovet genom stöd av den årliga energianvändningen. Resultaten redovisas i tabellform med hjälp av Microsoft Excel. Det genomfört beräkning för bara fönsteralternativ 1.

3 ÄMNESMÄSSIG REFERENSRAM

3.1 Faktorer som påverkar dagsljusinsläpp

Fönster sänder ut stora mängder av dagsljus in till huset som beror på olika faktorer såsom fönstrens placering, antal glas som finns (d.v.s. om det är två- eller treglasfönster), om glasen har lågemissionsskikt och fönsterstorlek. Rummets höjd och djup, samt vägg- och takytornas reflektion kan också påverka storleken på dagsljusinfallet (Energy.extweb. sp, u.å.)¹. En annan viktig faktor för dagsljus är hur byggnadens omgivning ser ut, hur höga andra byggnader är och hur hög vegetationen är utanför byggnaden. Alenius (u.å.) skriver i sin rapport att dagsljus kan variera kraftigt beroende på vilken årstid det är, vad byggnaden har för geografiskt läge, geometriform och solens läge. Författarens uppfattning av dagsljus är att den innehåller tre viktiga aspekter som arkitekten ska tänka på när det gäller

designprocessen. Detta är solstrålning, reflekterat ljus, och diffust himmelsljus (Alenius, u.å.).

1 Hemsidan har redigerats av Carina Johansson SP, Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

Med hjälp av dagsljusfaktor (DF) kan det enkelt visa förhållandet mellan en punktbelysning in i huset och den oskuggade platsen under en molnig himmel. När det gäller

beräkningsdelen av dagsljusfaktor används det en standardhimmel för alla väderstreck på jorden och platser. Enligt boverkets byggregler och föreskrifter behövs det minst 1,0%

dagsljusfaktor för att uppfylla god tillgång till dagsljus (Alenius,u.å).

Enligt Stephanie Angeraini (personlig kommunikation, 12 maj 2021) på White Arkitekter har flera faktorer betydlig påverkan på dagsljusinsläppet i byggnader. Avskärmningsvinklarna mellan byggnaderna har största betydelsen för tillgången till direkt himmelljus in i

byggnaderna. Vidare är byggnadens form, såsom rumshöjd, rumsdjup, placering av

balkonger och loftgångar, andra viktiga faktorer. Även byggnadens orientering påverkar, dvs.

hur olika rum med olika funktioner är placerade med tillgång till dagsljus. De har sin betydelse med tanke på dagsljus som intas. Vidare har detaljer som materialval, invändigt såväl som utvändigt, sin påverkan på hur mycket ljus som släpps in och hur mycket ljus som

Figur 2. Grundläggande del av dagsljuset som passeras in från himmelen, solinstrålning och ljuset som reflekteras runt kring byggnaden. Från Alenius (u.å.)

Figur 3. Förklaring till olika medelsnittliga värden för dagsljusfaktor i ett rum som tolkar om olika rum upplevelse beroende på procentsvärdet för

dagsljusfaktorn. Från Alenius (u.å.)

Att fönsterdimensioner och placeringar är viktiga är sedan tidigare känt, men enligt Stephanie Angeraini (personlig kommunikation, 12 maj 2021) är det även andra detaljer i fönstret som har stor påverkan i byggnadens dagsljusinsläpp. Fönstrens egenskaper när det gäller dagsljustransmittans (LT-värdet) och solvärmeinläckning (g-värdet) är mycket viktiga för att få ett bra resultat avseende både dagsljus och värme i byggnaden. Balansen mellan dagsljus och solvärme bidrar till minskning av energibehovet för uppvärmningen under vinterperioden och kylbehovet under sommaren. Ovannämnda faktorer är viktiga att ta hänsyn till tidigt i projekteringsprocessen för att få bra tillgång till dagsljus som möjligt. Det är också nödvändigt att i tidiga planeringsstadier kontrollera hur byggnaden ska ta till vara dagsljus och vilken energianvändning byggnaden ska ha för att minska byggnadens

energiförlust när byggnaden används.

3.1.1 Fönsterplacering, -storlek och antal glas

Enligt Energy.extweb. sp (u.å.), transmitterar fönsterna stora mängder av dagsljus in till huset och anser att det är viktigt att få stora mängder av dagsljus in i rummet och detta genom att ha större fönster. De hävdar att fönsterstorleken i rummet måste vara mellan 10–

12% av rummets area. När dagsljus som träffar ett fönster och ljuset passerar genom

glasfönstret, kallas det för att ljuset transmitteras. Andra delen av dagsljuset fastnar i fönstret där den absorberas och en liten del av ljuset reflekteras ut tillbaka. Minskning av dagsljus kan föreligga i alla glasrutor, vilket är kopplat till antal delar i ett fönster. Ju mer fönsterdelar ett fönster har desto mindre dagsljus kan passera genom fönstret. Tvåglasfönster släpper in 80%

av dagsljus in till ett rum, medans fönster med tre glas släpper in 75 % dagsljuset. Om fönster innehåller lågemissionsskikt kommer det resultera i mindre insläppt dagsljus. Ett exempel på det är ett 3-glas fönster med 2- lågemissionsskikt, där transmittansen blir ungefär 65% för dagsljus (Energy.extweb. Sp, u.å.)

Den del av solstrålningen som absorberas i glaset gör också att den värmer glaset, där den sänder värme till utsidan eller till insidan. Denna sekundära värmeledning, kan användas som extra värme i huset. Hur mycket solvärme som kommer in till rummet beror på hur många fönsterglas som finns i fönstret, och om det har lågemissionsskikt eller inte. I tabell 1 ges en överblick om mängden dagsljus och solvärmen som passerar genom fönster som har

Figur 4. Här visas principen för hur solinstrålning reflekteras, absorberas och

transmitteras in till ett rum genom ett 2-glasfönster. Transmissionen sker både direkt som kortvågig strålning, och sekundärt genom att absorptionen höjer glasens yttemperatur. Det här beskriver solvärmeinläckning, och alltså inte dagsljus. Från Energy.extweb. Sp (u.å)

olika glaskombinationer. För bostäder rekommenderas det att transmittansen av dagsljusinsläpp ska vara minst 63%, och transmittansen av solenergi minst 52 % (Energy.extweb. Sp, u.å.)

Tabellen 1 från Energy.extweb. Sp, (u.å.), visar solenergitransmittans och

dagsljustransmittans för olika fönsterglastyper. Värdena i tabellen kan variera beroende på vilken glas typ det är och vilken typ av beläggning det är på dessa. Om det är 2-glasfönster med två klara glas, är dagsljustransmittans 80 % och solenergitransmittansen 75 % .

Avskärmningsfaktorn räknas genom att multiplicera solenergitransmittans värden på 1,14 (g- värde).

Tabell 1. Dagsljus och solenergitransmittans värde vid olika fönstertyper samt avskärmningsfaktor.

Värdena varierar beroende på glastypen och beläggningen, från (Energy.extweb. sp, u.å).

Fönstertyp

Dagsljus- transmittans

%

Solenergi- transmittans

%

Avskärmningsfaktor F1

2-glasfönster med

två Klara glas 80 75 86

• 2-glas isolerruta med ett lågemissionsskikt

• 3-glasfönster med

75 65 74

Tre Klara glas 75 70 80

3-glas isolerruta med ett lågemissionsskikt

70 60 68

3-glas isolerruta med två lågemissionsskikt

65 50 57

3.1.2 Rummets höjd och djup

Byggnadsformen kan påverka rummets höjd och djupt. Högre rumshöjd i sig hjälper inte till att dagsljuset passera in till rummet. Detta sker med förutsättningen att det finns även höga fönster på väggarna. På ett enklare sätt, medans djupa huskroppar leder till djupare rum som har liten fasadyta där dagsljuset inte kan passera långt in till hela rummet Alenius et al.

(2019). De utskjutande delarna av byggnaden som stora fönster och balkonger påverkar tillgången på dagsljus i intilliggande rum eller i underliggande rum. Rummets höjd och djup anpassas till hur fönster ska placeras och vad fönster har för storlek samt dess exponering till den öppna himlen. Om huskroppar är mycket djupa, blir resultatet att alla rum i huset ska

få till rum med tillräckligt stora fönster som resulterar i tillräcklig dagsljusinsläpp (Alenius et al., 2019).

3.1.3 Väggytornas reflektion

”Ljuset kan ge reflexer, ju blankare den belysta ytan är desto starkare blir reflektionen”. Små saker räcker för att kunna alstra en mycket irriterande reflektion. Ett exempel till det är om huset som ligger framför har en glasyta eller exteriördetaljer med en solskyddfilm som speglar. Detta gör att det inte blir möjligt att kunna titta ut via fönster pga. irriterande reflektion. Även bildskärmar kan påverkas av rektionen och synbarheten på dessa kan upplevas väldigt låg (Olsson & Uttke, 2011).

3.1.4 Byggnadens omgivningar

En av de viktiga faktorerna som hindrar dagsljusinsläppet att nå byggnaden, är byggnadens omgivning, alltså vad som finns runtomkring den (byggnader, vegetation, markyta etc.), begränsar hur stor del av ljuset som når byggnaden och därmed tar sig in i byggnaden.

Takfönster kan vara ett alternativ för att få in mer dagsljus i byggnaden pga. att dessa har mer yta som är exponerad mot himlen. Figur 5 visar en tydlig skillnad på olika

fönsterplaceingar och hur dagsljuset påverkas av dessa med hänsyn till omgivningen (Andersen et al., 2014).

3.1.5 Väderstreck

Fönstrets orientering (väderstreck) och årstid har stor inverkan på fönstrets bidrag av dagsljus inomhus. Dagsljuset blir för svagt och blåfärgad i rummet som är riktad mot norr och kommer av ljuset från himmel samt ljus reflekterat av omgivningen. Rum som är riktade mot väst eller öst nås av ett gult eller orangefärgat ljus samt rum är riktade mot söder nås av ett gult och varmt ljus (luxaflex,u.å).

Figur 5. Reflektionen av ljuset från byggnads omgivningar till exempel höga byggnader, markyta . Denna faktor hindrar mängden av dagsljuset som måste nås att komma in i byggnaden. Från Andersen et al., 2014

3.2 Nyttan av dagsljuset för energianvändningen

3.2.1 Anpassningen av fönsterutformningen för att klara dagsljuset

Valet av att placera fönstren och deras proportion påverkar hur ljuset sprids vidare in i rummet Enligt Alenius et al., (2019), och om fönstren placeras högt kommer ljuset att nå längre in i rummet medan en låg placering kommer att resultera i ett koncentrerat ljusrum.

Att välja ha fönster från flera olika håll och med detaljutformning kan minska hårda kontraster samt skapa en bättre visuell komfort som är en viktig aspekt i rummets

upplevelse. Det innebär att aspekterna ljus och utblick ibland måste delas upp vid utformning av fönstren för att på så sätt få med alla dessa aspekter i slutresultatet (Alenius et al., 2019).

Designfaktorer som främst påverkar hur fönstren designas och placeras är rumsvolym, rumsform och möjligheter till kontakt med utsidan. En övervägning måste då ske mellan antalet fönster, fönsterstorlek och placering av fönstren för att uppnå den önskade

dagsljusprestandan (Roy, 2021). Det kan strävas efter att placera fönstren så att en utsikt över himmel, mark och landskap uppnås. Högre placerade fönster gör att dagsljuset når djupare in i rummet, dock inte hur långt in som helst, då viss begränsning föreligger, även om hela fasaden skulle bestå av glas. Även takfönster kan bidra med dagsljus. Rätt placering och rätt lutning på takfönstret kan ge upp till 2–3 gånger mer tillgång till dagsljus än vanliga fasader av motsvarande storlek. Bäst är att kunna kombinera dagsljus från flera olika

riktningar, dvs från fasad och tak (Roy, 2021).

Enligt Stephanie Angeraini (personlig kommunikation, 12 maj 2021), fönstrens dimensioner har stor betydelse för dagsljusinsläppet som också påverkas av en rad andra faktorer, såsom rummets dimensioner, funktionstyp, orientering och även de omkringliggande byggnaderna.

Ett fönster som placeras centralt i fasaden kommer att resultera i jämnare dagsljusnivåer jämfört med ett fönster som inte placeras centralt i fasaden. Även fönstren som placeras i vertikalled påverkar dagsljusinsläppet markant. Placeras fönstret högre upp i fasaden kommer det att resultera i mer dagsljusinsläpp än ett fönster som placeras lägre i fasaden.

Hur dagsljuset når oss beror även på dess orientering. Kommer dagsljuset från norr är det mer reflekterat och diffust, även mjukare och med en jämnare ljuskvalitet. Kommer det istället från söder, blir det mer direkt och intensivt och ger mer passiv solvärmelast

(solvärmeinläckning). Det medför vidare att det behövs effektiva solavskärmningssystem för fönster som är riktade mot söder men också mot öster och väster.

Som redan nämnt kan rätt Fönstertyp har betydande effekter på byggnadens totala

energiförbrukning samt inomhusmiljön i byggnaden. För att kunna få in mycket dagsljus, ska det inte väljas hur stora fönster som helst då detta kan resultera i förhöjda

inomhustemperaturer på sommaren och även bidra till ökad insyn, vilket kan kännas obehagligt (Niu & Santamouris, 2020). Förhöjda värmelaster leder i sin tur till förhöjt kylbehov som direkt påverkar det totala energibehovet. Detta innebär att en balans måste hittas så att tillräckligt dagsljusinsläpp erhålls samtidigt som energikraven uppfylls.

Energimålen som kravställs på byggnader ska kunna nås. Detta innebär även att beaktning av

inomhusmiljön måste göras. Denna process är kopplad till fönsterdesign (Niu &

Santamouris, 2020).

3.2.2 Lågenergiförlust i ett flerbostadshus

Rogers et al (2015) tar upp att enligt en rad studier ett effektivt utnyttjande av dagsljus i byggnader minskar dess energianvändning av elektrisk belysning med 20–60%. Detta understöds för närvarande i BBR. Nyttjas dagsljus på ett effektivt sätt kan det resultera i ett svalare inomhusklimat sommartid, vilket kan leda till ett minskat kylbehov. Detta förutsätter dock att det finns en väl fungerande styr- och reglersystem och att den direkta solstrålningen effektivt begränsas eftersom den kan ge upphov till ökat kylbehov. I kommersiella byggnader, där det totala effektbehovet är stort, kan ett effektivt nyttjande av dagsljus bidra till ett

minskat totaleffektbehov då verksamheternas aktivitetstider sammanfaller då dagsljuset är som högst. Kylbehovet som direkt är kopplat till byggnadens totala effektbehov kan minskas genom att använda dagsljus som ljuskälla, då detta inte alstrar lika mycket värme (Rogers et al., 2015).

3.2.3 Hög Dagsljusfaktor med mindre energiförlust i ett flerbostadshus

Enligt Angeraini (2021) ska flera saker göras för att nå en hög Dagsljusfaktor och minska energiförlust. Djupa balkonger och loftgångar ska undvikas och balkongstorleken försöka minskas i den mån det går. Balkonger kan minska upp till 50% av dagsljusinsläppet beroende på storlek, eventuell inglasning och material. Men om balkongernas funktion är att minska solvärmelasten (solvärmeinläckning) på sommaren, då måste de minskas med hänsyn till solvärmelastens (solvärmeinläckning) pålastning (Angeraini, 2021).

Vidare ska ljusare material integreras i balkongerna och balkonginklädnader eftersom de kan reflektera mer dagsljus, till exempel ljusare undertak och golv. Dessa kan vara mest

användbara vid djupa rum i anslutning till balkongerna. Om möjligheten finns är det bättre att placera balkonger där dagsljusinsläpp inte påverkas, t.ex. ska placering direkt ovanför ett fönster undvikas. Fasadens design bör beakta balkongernas design och placering för att inte minska dagsljusinsläppet för mycket. På en mer detaljerad nivå är det nödvändigt att välja rätt typ av fönster där bra balans mellan LT-värde, g-värde och U-värde erhålls. (Angeraini, 2021). Högre LT-värde för fönster mot norr rekommenderas, då solskyddsglas inte behövs.

För att åstadkomma gynnande förhållanden för både dagsljus och energi i en byggnad och ha en balans mellan dessa aspekter, måste dessa faktorer planeras tidigt i

projekteringsprocessen för en byggnad. Tidiga skeden, såsom stadsplaneringen som i sin tur styr byggnadens orientering, påverkar i slutändan balansen mellan dagsljus och

energiförbrukning i en byggnad (Angeraini, 2021).

I ett projekt finns det många krav och aspekter med olika hög prioriteringsgrad som måste uppfyllas. Oftast kan dessa vara starkt kopplade till verksamheten och prioriteras i sin tur högre än ändra krav, såsom energi och dagsljus. Ett exempel på dessa är t.ex.

sjukhusbyggnader, där byggnadens funktion och dess system alltid går före energikraven.

Även i sådana fall kan det ändå åstadkommas rätt så gynnsamma förhållanden om det redan i planering- och projekteringsstadiet skapas ett nära samarbete med fönster- och

energispecialister (Angeraini, 2021).

3.2.4 Nyttan av dagsljuset for att minska energianvändningen

Dagsljus minimerar energianvändningen och bidrar även positivt till människors

välbefinnande. Exponeringen av dagsljus påverkar vår hälsa samtidigt som solljuset är en ljuskälla. Om denna ljuskälla ska utnyttjas, ska alla aspekter betraktas nogat (Kranti Kumar

& Kranthi, 2019).

Enligt Stephanie Angeraini (personlig kommunikation, 12 maj 2021), kan en byggnad med bra tillgång till dagsljus minska elljusanvändning i byggnaden, vilket bidrar till att minska energianvändning. Ett fönster som är välutformat i förhållande till dagsljuset och

solvärmelasten (solvärmeinläckning) kan också bidra till att minska energianvändning (minska kylbehov på sommaren och värmebehov på vinter). En byggnad som utnyttjar dagsljus på ett effektivt sätt har stor besparingspotential ur energisynpunkt då den köpta energin byts ut mot gratisenergi från solen. För kommersiella byggnader har besparingarna visat sig hamna mellan 20–60%. För bostadshus i t.ex. Danmark utgör elbelysning 15–17% av den totala elanvändningen. Detta har dock kunnat dras ner på genom installation av

takfönster. Denna åtgärd, som var en del av en studie som genomfördes år 2012 och var riktad mot enfamiljshus, visade sig minska elförbrukningen med 16–20%. Besparingen syntes i minskade belysningskostnader. Studien genomfördes i åtta europeiska städer där husen hade olika förutsättningar, bland annat riktningarna på husen varierade. I en svensk studie utförd genom simulering visade det sig att elbehovet minskade med 23–42% för ett enfamiljshus i Stockholm vid installeringen av takfönster (Angeraini et al. 2017).

Att människor stimuleras positivt av dagsljuset och dess ständigt föränderliga mönster har även visat sig bidra positivt till den mänskliga produktiviteten (Gregg D., 2016). Detta kan uppnås genom att skapa en direkt länk mellan människan och dagsljuset, vilket även resulterar en visuellt stimulerande miljö. Slutligen kan det påvisas att genom optimal integration av dagsljusstrategier kan byggnadens totala energiförbrukning minskas med ca en tredjedel (Gregg D., 2016).

3.3 Effekten av att ha god tillgång till dagsljus och inomhusmiljö

3.3.1 Rumsupplevelse

Upplevelsen av ett rum förändras av ljudet som släpps in och av rummets förutsättningar.

Till exempel rum med ljusa väggar och tak visar sig upplevas större och luftigare än samma rum med mörkare färger på tak och väggar. Ett annat exempel är att en kortare vägg med mörkare färger ser bredare och kortare ut, kontra en kort vägg med ljusa färger som upplevs smalare och längre (Fridell Anter ,2011).

Enligt Secher och Edvinsson (2014) blev det en sämre upplevelse i rummet när ljus släpps in ljus från höga horisontella fönster som uppfattas lite instängt i rummet. Det visade sig att det var mest fönsterplaceringen som hade stor inverkan på rumsupplevelsen. Fönsterytans arearesultat visade sig däremot inte påverka upplevelsen i rummet. Studien som Secher och Edvinsson (2014) har gjort visade att rum som är mörkare upplevs ha högre rumslighet i jämförelse med rum som är ljusare (Secher & Edvinsson, 2014).

3.3.2 Bättre inomhusklimat

Dagsljuset som släpps in i huset ger inte bara skönare känsla, utan det är en viktig faktor för att ha bra inomhusmiljö. Forskare från University of Oregon har undersökt dagsljusbetydelse för huset och att dagsljuset hjälper till med att döda mikroorganismer som till exempel bakterier som orsakar luftvägssjukdomar. Resultaten från samma forskning visar att det existerar halva antalet bakterier i ett rum som har tillgång till dagsljus, jämfört med det rum som saknar dagsljus (luxaflex,u.å).

3.3.3 Bättre belysning inomhus med mindre energianvändning

För att kunna förstå vad som händer runtomkring oss och hur vi känner, behöver vi ljus för att uppfatta allt. Vid en god ljussättning sammanställas belysningen och dagsljuset för att korrekt förstå utrymmen eller rummet som man befinner sig i och hjälper till att få

lämpligare dygnsrytm. Tröttheten som människor känner under vintertiden är på grund av dålig belysning och dagsljus. Däremot under andra årstider känns det piggare när det finns mycket bättre tillgång till dagsljuset (Ergonomiprodukter Sverige AB, u.å.).

Andersen et al. (2014) rapporterar för att kunna spara energi och belysa rum och omgivning är det en fördel om dagsljuset nyttjas, vilket i sin tur reducerar användningen av elektrisk belysning. Undersökningen visar förmågan för ökat dagsljusinsläpp för ett hus med och utan takfönster för att minska behovet av elbelysning beläget på åtta olika alternativa platser i Europa. Resultaten till denna studie visade att ett ökat dagsljus reducerar behovet av syntetisk ljus med 16–20% och detta är beroende på placeringen och riktningen av huset (Andersen et al. , 2014).

3.3.4 Hälsoeffekter

Dagsljusets påverkan på människor har stor betydelse för hälsan och det måste tillföras tillräcklig med dagsljus in i bostaden eftersom människor spenderar ungefär 90 % av tiden

inomhus. En överläkare från Psykiatrisk Center i Köpenhamn, Klaus Martiny förklarar att dagsljuset låter oss arbeta mest gynnsamt (Velux, u.å.). Läkaren berättar:

Ljus ger oss energi, förhöjer vårt humör och förbättrar vår sömnrytm så att sömnen blir djupare och bättre. Därför är det idealiskt för oss att få in så mycket dagsljus som möjligt i våra hem så att vi kan följa dagsljusets naturliga rytm - det är ju det vi är skapta för.

Utöver dessa kan bristen av dagsljus leda till sömnbesvär och psykiska sjukdomar. I nuläget brukar sömnbesvär skötas med mediciner. Det bör istället ses över vilka fördelar med ljus som finns för att hindra och vårda störningar i dygnsrytmen och ha en bättre sömn (Tufvesson, 2019).

3.4 Vägledande principer som hindrar dagsljuset i ett flerbostadshus

3.4.1 Avskärmningsvinklar

God tillgång till den omedelbara dagsljus in i ett hus är relaterat till avskärmningsvinkeln, som har en viktig roll. Möjligheten för att uppskatta åtkomsten av dagsljus kan göras för en tidsperiod via en skärningspunkt (vinkel) åt den fria himlen. I en förhållandevis likartad gatusektion finns möjligheten att tillämpa en avskärmningsvinkel i 2D. Åtkomsten till dagsljus influeras av avskärmningar som till exempel utstickande byggnadsdelar från den egna byggnaden. Figur 6 visar att man nås av mindre dagsljus ju längre ner i en byggnad man kommer pga. högre avskärmningsvinklar från omkringliggande byggnader (Alenius et al., 2019).

Figur 6. En byggnad sektion som visar upp hur påverkar avskärmningsvinkel ljuset och hur vinkel graden ökar sig, när man kommer ner i de våningsplanen. Därmed sambandet med hur långt in dagsljuset når in i en byggnad. Från Alenius et al., 2019

3.4.2 Byggnadsform

Den geometriska utformningen av en byggnad har effekt på den mängd av dagsljus som kommer in i huset. Dagsljuset hos djupa byggnader är bara inskränkta vid fönster som placeras i fasaden. Oavsett hur mycket glas som befinner sig i fasaden, är det viktigt att kunna uppnå ett acceptabelt värde till dagsljusfördelning (DF> 2%) några meter från fasaden (Andersen et al., 2014).

Vilken form byggnaden har samt byggnadstätheten kring byggnaden påverkar hur mycket dagsljus byggnaden kommer ha tillgång till, vilket i sin tur kommer att ha sina effekter på byggnadens energiprestanda. Därför är det av yttersta vikt att redan i planerings- och projekteringsfasen av byggnaden har dessa aspekter i åtanke för att kunna förutse vilka effekter de kommer ha på verksamheten som byggnaden är tänkt uppföras för, då det i efterhand kan vara rätt omöjliga att göra något åt (Andersen et al., 2014).

Genom en studie för urbana miljöer i Skandinavien med Köpenhamn som referens, har det modellerats och simulerats ett stadsnät och laborerats med olika byggnadsformer på en tomt för att kunna jämföra vilken byggnadsform som bidrar till att mer kunna nyttja dagsljuset, vilket i sin tur har en direkt koppling till byggnadens energiprestanda. Studien visade att byggnadstätheten kring byggnaden inte hade något linjärt samband med dagsljustillgången.

Studien visade däremot att byggnaderna som hade störst tillgång till dagsljus var punkthusen (Typ F i figur 8). Det såg även ut att de hus som var byggda som ett omslutande kvarter (Typ C i figur 8) hade nästan samma tillgång till dagsljus som punkthusen. Däremot hade dessa en betydligt större volym och massa. Det har ändå kunnat konstaterats att det inte finns någon generell hustyp som kan ge upphov till bättre dagsljusförhållanden, utan klimatförhållanden och stadsgeometrin var det betydande faktorerna istället (Eminovic Helmersson & Hansen, 2018).

Figur 7. Påverkningen av byggnadsvolym och geometriska utformningen på mängden av dagsljuset som passerar in i en byggnad och hur mycket ljus har byggnaden tillgång till. Från Alenius et al., 2019

För att få fram en byggnadstyp som har bättre dagsljusförhållanden har dagsljusanalyser för en byggnad gjorts. Det har bibehållits byggnadsvolym och massa och har kommit fram till ett antal förslag som har resulterat i olika grader av förbättringar. Figur 9 visar de olika

utformningarna under studiens gång, där A visar den befintliga byggnaden, B visar förslaget och B ’visar en ytterligare förbättring av förslaget med atriumgårdar (Eminovic Helmersson

& Hansen, 2018).

3.4.3 Fönster

Ljuset som nås in i huset från solen påverkas av dimensionen och positionen av fönstret.

Vanligtvis tas mer ljus emot inne i ett rum via ett fönster som är positionerat på högre nivå.

Grannfasader och avspegling från marken i de täta bebyggelser har stor roll på inkommande Figur 8. De olika former av byggnader (geometrier)som har undersökt för att ta reda på vilken typ av dessa byggnader bidrar till bra tillgång av dagsljus. Från Eminovic Helmersson

& Hansen, 2018

Figur 9. Bilder för befintliga byggnader och utvecklingen med (sDA-värdet som visar dagsljus tillgängligheten. Från Dogan et al., 2016

påverka hur mycket dagsljus som kommer in i ett rum. Behovet av större fönster blir mer i de lägre belägna våningsplanen i ett flerbostadshus för att kunna uppfylla kraven till dagsljus.

Fönsterdimensioner avgränsas med tanke på energikrav från olika myndigheter. Därför är det viktigt att i god tid se över fönsterkrav i förhållande till fönsterdimensioner innan man går vidare till nästa skede (Alenius et al., 2019).

3.4.4 Materialval

Med hänsyn till avspegling anses färgen på material vara av stort intresse då det är alltid de yttersta lagren, alltså ytskikten av ytor som reflekterar ljus. De mörka ytorna speglar mindre medans de ljusare ytorna speglar mer ljus, vilket medför att rumsupplevelsen blir irriterat pga. speglingar och små ljusreflektioner. Den upplevelsen brukar oftast inte uppskattas av de individer som vistas i rummet. I ett rum anses de ljusa lodräta ytorna vara bättre än mörka ytor när det kommer till avspegling och reflektion av ljus. Däremot gagnas solavskärmning i form av markiser för att ha kontroll över ljuset som kommer från solen. För att minimera risken för bländning och öka absobtionen av solljuset anses mörka markiser och andra solavskämning installationer vara fördelaktiga (Andersen et al., 2014).

3.4.5 Orientering

Riktningen på fönstren har stor påverkan på tillgången av dagsljus in i huset. Ljus som kommer från norr, ofta via takfönster, upplevs oftast som praktisk och skön ljus in i huset och som blir stadig hela dagen. Solljus som kommer att nå en byggnad förändras under dagen och når huset från olika håll pga. jordens rotation (Andersen et al., 2014).

Figur 10. Påverkan av fönsterorientering på mängden av dagsljuset som nås in i huset från olika väderstreck. Från Andersen et al., 2014

3.4.6 Avskärmningsvinklar förhållande till solhöjd

Åretrunt, solens höjdläge förändras under året och beroende på breddgrad. Genom att rita upp en sektion i rätt orientering kan man grovt uppskatta tillgången till sol på fasad och innergård med en vinkel mot söder kl. 12.00. Den vinkel bland nordpolen och 90 grads mittlinjen ger möjligheten för att erhålla sol vinkeln, dessutom att tillägga eller subtrahera lutningen på jordaxeln och till slut subtrahera den utsträckningen av bredden (Alenius et al., 2019).

3.5 Energibehovet i flerbostadshus med fokus på fönster

I detta kapitel förklaras förenklad översikt av byggnaders värmebalans, och nedan

presenteras fönster inverkan på en byggnads energibalans, (-) tecken menas med förlust och med (+) tecken menas tillskott (värmetillskott). Där kan man skilja mellan:

”– Transmissionsförluster. Här måste man skilja på glasdelen och på bågar + karmar.

– Luftläckning, både mellan bågar och karmar och mellan karmar och yttervägg.

+ Solvärmeinläckning (passiv solvärme). Här skiljer man inte på synligt ljus (43 % av solinstrålningen) och den solinstrålning som vi inte kan se (57 % av solinstrålningen).

+ Dagsljus inne via fönster. Bidrar till synligt ljus inne, och kan spara lite energi genom något minskad användning av elbelysning dagtid” (Öman,2020/2021).

3.5.1 Moderna designfönster

Värmetransporten (värmeförlusten) i form av transmission genom 1 m² fönster är mycket större än genom 1 m² yttervägg, och det kvantifieras av att U-värdet för ett fönster ofta är ca 10 gånger högre än U-värdet för omgivande vägg. Förutom värmeförlusten av transmission har man också ofta en betydande värmeförlust av den luftläckning som sker mellan

fönsterbåge och fönsterkarm, och mellan fönsterkarm och yttervägg (Öman, 2021).

Stora mängder värme passera in via fönstren. Gamla fönster bestod av två glas och hade U- värdet 2,8 W / (m² °C). Moderna fönster har glas där det är möjligt att uppnå ett mindre U-

Figur 11. Byggnaden avskärmningsvinkel med solen och solens höjdläget påverkar

tillkommande ljuset i byggnaden. Rätt solvinkel och orientering, förbättrar tillgången till sol på en byggnads fasad. Från Alenius et al., 2019

värdet på ca 1,3 W / (m² °C). Det även finns fönster där glasningens U-värde är betydligt lägre än 1,0.U-värdet för gamla 2-glasfönster kan alltså sänkas med mer än 2/3.Detta innebär att en halvering av U- värdet är tekniskt möjligt vilket också̊ innebär en halvering av värmen som transporteras ut genom fönstret (Hedman &Wennberg, 2016)

Tabell 2. Olika typer av fönster med olika U-värde och egenskaper beroende på antal glas som fönster har (Hedman &Wennberg, 2016).

Spännvidden på fönsters U-värden är från ca 1 till ca 3 W / (m² °C). Äldre 2-glasfönster hade U-värden inom intervallet 2,4 - 3,0 W / (m² °C) som det visas i tabellen ovan, medan 3- glasfönster med t ex två bra lågemissionsbeläggningar och gasfyllning kan få ett betydligt bättre U-värden som t.o.m. kan komma ner till 1,0 W / (m² °C) för glasdelen. Det innebär att ett fönsterbyte från äldre 2-glasfönster till nya två- eller treglasfönster kan medföra att transmissionsförlusterna genom glasdelen kan komma att minska med ca 2/3 (Öman, 2021).

Stora värmemängder som passerar in via fönster påverkas av olika faktorer, men en av faktorerna är hur många glas fönstren består av. Dagsljus som passerar in påverkas dels av glasets egenskaper, som t. ex lågemissionsbeläggningarna som finns på glasen. En annan faktor som påverkar hur mycket värme som passerar in är antalet beläggningar på

fönsterglasen. Antal ytor spelar också en roll i mängden värme som kan överföras in och ut ur ett fönster med hjälp av strålning. Detta beror på reflektion och absorption av energi vid varje fönsteryta. Bågar och karmar som finns runt fönster har även dessa stor betydelse för att minska mängden värme som flödar ut från huset. Runt och intill bågar och karmar kan värmeisoleringen vara undermålig och ibland kan även fönstren byggas på fel sätt. För att undvika problem måste fönstret vara välisolerade för att förhindra att köldbryggor uppstår (Hedman & Wennberg, 2016).

Byggnaden förlorar värme när värmeenergi strålar ut via tak, väggar, fönster, golv och ventilationssystem. Även otätheter i konstruktionen bidrar till värmeförluster.

Undersökningar och mätningar för ett exempel till ett hus visar att nästan 35% av

värmeförlusten för en byggnad beror på bristfälliga fönsterkonstruktioner. Konstruktion på bågar och karmar, antal glas i fönster, vilken typ av glas som används i fönstren samt gasfyllningen mellan glasen påverkar energibalansen i fönstret. Värme transponeras från värmt till kallt och en större temperaturskillnad resulterar i större värmetranmission genom fönstret. U-värdet för ett fönster är et mått på hur mycket som transporteras från den varma sidan till kalla sidan. Ett låg U-värdet indikerar lägre värmeförluster och mindre drag

(Energi- och klimatrådgivarna i Skåne, u.å.).

Fönster typ Fönsteregenskaper U-värdet W/(m² °C) Äldre 2-glasfönster Saknar belägningar och

gasfyllningar 2,4 – 3 Äldre 3-glasfönster Saknar belägningar och

gasfyllningar 1,8–2

2-glasfönster 1,5

3-glasfönster 1,1 1-2