2008:105 CIV
E X A M E N S A R B E T E
Applicering av konceptet Passivhus
på ett industriellt byggt
flerbostadshus i trä
Alexander Berglund
Magnus Eklöf
Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnadsteknik Institutionen för Samhällsbyggnad Avdelningen för Byggkonstruktion
I
Förord
Detta är ett examensarbete på 30 poäng som är den avslutande delen på utbildningen Civilingenjör Väg- och Vattenbyggnad vid Luleå Tekniska Universitet. Arbetet har utförts vid institutionen för Samhällsbyggnad, avdelningen för byggkonstruktion – träbyggnad samt i samarbete med Nationella träbyggnadsstrategins fortbildningsprogram. Arbetet har varit intressant och lärorikt och de förhoppningar vi har för arbetet är att det ska ge läsaren en god inblick i begreppen som berörs samt ge Bygg-i-trä idéer om eventuella förändringar som kan utföras för att få en energisnålare byggnad till de planerade återstående etapperna av Älvsbacka Strand.
Vi vill tacka våra familjer samt nära och kära som hjälpt oss genom att ge oss såväl goda som dumma idéer. Vi vill även rikta ett särskilt tack till följande personer.
• Examinator/handledare Lars Stehn, Luleå tekniska universitet • Handledare Jenny Sundkvist, Luleå tekniska universitet • Per Nordbrandt, Bravida AB
• Håkan Risberg, Martinsons Byggsystem AB • Lars Oscarsson, Lindbäcks AB
• Dick Marklund, VVS-konsulterna Skellefteå AB • Ylva Sarden, Luleå tekniska universitet
• Ulf Olsson, Luleå tekniska universitet • Jutta Schade, Luleå tekniska universitet
Utöver dessa personer vill vi även rikta ett tack till övriga folk i branschen som hjälpt oss samt alla personer som svarat på den enkät vi skickade ut. Den positiva respons vi fick från detta har hjälpt oss att kämpa vidare med arbetet.
Luleå, Maj 2008
II
Sammanfattning
I och med att det svenska samhället blir mer och mer medvetet om dagens energifrågor så har beställare börjat söka sig till energieffektivare lösningar. 40 procent av Sveriges totala energianvändning går till bostadssektorn och 85 procent av denna går till husets drift- och brukstid. En ökning av byggnaders energieffektivitet har därmed en stor betydelse för att uppnå en effektivare energianvändning i Sverige. Syftet med denna rapport är att undersöka en av dessa lösningar, nämligen Passivhus, och se hur denna kan appliceras på ett industriellt byggt flerbostadshus i trä.
Metoderna som användes för att samla in data till examensarbetet var; litteraturstudier av såväl böcker, rapporter, examensarbeten, licentiatavhandlingar, akademiska artiklar och Internet. Författarna genomförde även två kortare intervjuer och det förekom även en del samtal med kunniga personer för att få bukt med en del frågetecken som uppkommit längs arbetets gång. En enkät skickades ut till beställare runt om i landet för att undersöka och kartlägga beställares syn på energifrågor i byggbranschen samt deras intresse i konceptet Passivhus. Utöver detta har även energiberäkningar utförts för att applicera konceptet Passivhus på det befintliga huset i projektet Älvsbacka Strand. Detta hus är ett flerbostadshus som byggs i Skellefteå och består av 18 lägenheter fördelat på 7 våningar. Huset anses vara ett industriellt byggt flerbostadshus i trä då det byggs genom två separata prefabsystem. Passivhus är ett hus utan konventionellt värmesystem, det vill säga ett hus som värms upp av personenergi och energi från hushållsapparater. Konceptet syftar till att minimera energiförbrukningen i ett hus.
Enkäten var två sidor och relativt lättbesvarad. Enkäterna skickades ut till beställare belägna från Malmö i söder till Haparanda i norr. Frågorna behandlade först allmän information om företagen för att författarna skulle kunna kategorisera resultaten bättre. Det visade sig att de flesta svar erhölls ifrån beställare lokaliserade i norra Sverige. En större andel av de svarande sade sig tillhöra offentliga fastighetsbolag. Efter detta kom ett kapitel om energi för att kunna ge en bild av hur beställare arbetar med energifrågor idag där det visade sig att alla svarande ansåg att energifrågan är mycket viktig jämfört med andra frågor i deras projekt. En större del ställer sig även positivt till att betala mer för att få en bättre byggnad ur energisynpunkt. Enkäten pekar även mot att en större del av de svarande jobbar idag emot att förbättra installationslösningar. Sista kapitlet på enkäten behandlade konceptet Passivhus, om beställarna var familjära med detta begrepp samt om det var något som de skulle kunna tänka sig arbeta med. Större delen svarade att de var familjära med begreppet Passivhus och ställer sig positiva till det och tror att det är något som är aktuellt för dem och deras kunder om de kan erbjudas i samma prisklass som konventionella hus. Orsaker till att beställare inte använder sig av Passivhus är främst de ökade byggkostnaderna samt bristen på kunskap.
För att undersöka Älvsbacka Strands energiförbrukning användes energiberäkningsprogrammet VIP+ 4.1.0. Indata erhölls genom kontakt med ansvariga entreprenörer på projektet och genom kontakt med kunniga personer inom branschen. En handberäkning utfördes på utvald del av klimatskalet för att kontrollera att indatan hade används på ett korrekt sätt i programmet. Den slutgiltiga specifika energianvändningen som erhölls i programmet uppgick till 106 kWh/m2, år för Älvsbacka Strand som det står idag. Utifrån detta så förändrade författarna huset stegvis för att nå ner till de befintliga kraven som finns idag för Passivhus. Detta innefattade att byta från ett frånluftsventilationssystem till ett
III
såkallat FTX-system. Klimatskalet gjordes tätare och även tjockare samt att fönsterna gavs ett lägre värmeledningstal för att överensstämma med Passivhuskravet. Utöver detta så gavs två alternativ till installationslösningar, solfångare och återvinning av värme ur gråvattensystemet. Med alla dessa förändringar så erhölls ett värde på 54 kWh/m2, år vilket uppfyller Passivhus kravet på 55 kWh/m2, år.
Tre slutsatser drogs utifrån de utförda beräkningarna samt enkätundersökningen. Trenden hos beställare visar idag, precis som beräkningarna visar, att en effektivisering av installationssystemen är det som skulle spara på energin i bostadshus mest. Den lösning som ger överlag bäst resultat är just att byta från ett F-system till ett FTX-system. När det kommer till just Passivhus spelar tätheten en väldigt stor roll och ett effektivare arbete med plastfoliet i produktionsskedet kan spara på energin markant. Det är då speciellt området runt fönsterna som ställer till problem och i ett system där fönsterna monsteras in i väggarna på fabrik gynnas tätheten då ett noggrannare arbete kan utföras under en kontrollerad miljö.
IV
Abstract
Due to the fact that the Swedish society today leans towards a more energy efficient lifestyle, orderers are searching for new, more energy efficient solutions. 40 percent of Sweden’s total energy usage is today consumed by the housing sector and 85 percent of that is consumed by the houses operation and maintenance. An increase of houses energy efficiency would therefore have a great impact upon reaching a more efficient energy usage in Sweden. The purpose of this report is to examine one of these solutions, namely Passivhus, and see how this solution can be applied to an industrial built multi story residential building built entirely in wood. A questionnaire was conducted to examine how orderers handle questions regarding energy and the concept Passivhus today.
The methods used to gather information for this master thesis were literature studies, thesis, academic articles, licentiate thesis and the Internet. Two short interviews were carried out in order to gain more information and to straighten out some of the question marks that had developed during the writing. A questionnaire was sent out to orderers around the country in order to map their opinion and examine their interest in the concept Passivhus. Simulations have also been carried in order to apply the concept Passivhus on the specific project that was examined in the thesis. The project is called Älvsbacka Strand and the house examined in the project consists of 18 apartments and 7 floors. It is an industrial built multi story residential building and is built using two separate prefabricated systems.
The concept Passivhus is defined as a house without a conventional heating system, thus a system that’s heated by the energy generated by people and domestic appliances. The concept aims towards minimizing the energy consumption of a house.
The questionnaire that was conducted was relatively easy to answer since it was made quite short with multiple choice questions. The questionnaires were sent out to orderers located in all parts of the country. The first part of the questionnaire handled general information about the companies in the survey in order for the authors to be able to categorize the answers. Most of the answers received were from orderers located in the northern part of Sweden. A large share of the people answering the questionnaire belonged to a public real estate company. The second part of the questionnaire handled questions regarding energy in order to give the authors a picture of how contractors work with this today. The result showed that the energy question is something that is considered very important among contractors compared to other questions in a project. Many of the people answering the questionnaire are positive to invest more money in order to get a more energy efficient building. The result from the questionnaire also shows that many of the orderers today work with improving the installations in their projects. The last part of the questionnaire handled the concept Passivhus, if the contractors were familiar with this concept and if it was something they would consider working with. A large amount of the orderers answering the questionnaire were familiar and positive to the concept and said it would be in their and their clients immediate interest if the concept could be offered in the same price range as conventional houses. The reason why the concept Passivhus is not built in a larger scale that today is mainly due to increase in construction costs that the concept brings and the lack of knowledge among both contractors and orderers.
To be able to examine the energy consumption of the project Älvsbacka Strand, the authors used an energy calculation program called VIP+ 4.1.0. The information needed for the
V
program to be able to calculate the energy consumption was received by contact with contractors currently working on the project and with several competent people within the trade. A calculation was made by hand on a chosen part of the house wall. This was done to check if the information had been plotted correctly into the energy calculation program. The final specific energy usage of the project Älvsbacka Strand as it stands today was calculated by the program to be 106 kWh/m2, year. On the basis of this, the authors changed the house gradually to be able to reach the requirements of the concept Passivhus. This included changing the current ventilation system to a FTX-system. The house walls and roof was made thicker and denser and the windows were given a lower heat conduct index. In addition to all this, two alternative installation solutions were drawn up. One was the use of sun panels and the other was the use of a system that recycles the heat from the wastewater. Including one of these installations solutions among with the other solutions that were drawn up, a new specific energy usage of 54 kWh/m2, year was obtained. This satisfies the requirement for a Passivhus which was 55 kWh/m2, year.
Three conclusions were drawn based on the calculations and the result from the questionnaire. The trend amongst orderers today show just as the calculations shows that more efficient installation systems is the best solution for lowering the energy usage of a residential house. The best solution is to change the F-system to a FTX-system. The denseness of the walls and roof of a Passivhus is very important and a more efficient work with plastic film in the production phase can lower the energy usage of a house significantly. It is especially important in the area around the windows. In a construction system where the windows are implemented into the walls in an industrial environment, thus a controlled environment, a better result can be achieved.
Innehållsförteckning
1. Inledning ... 1 1.1 Bakgrund ... 1 1.2 Mål & Syfte... 2 1.3 Forskningsfrågor ... 2 1.4 Avgränsningar ... 2 1.5 Rapportens disposition ... 3 2. Metod... 4 2.1 Tillvägagångssätt... 4 2.2 Forskningsansats ... 4 2.3 Datainsamling... 5 2.3.1 Enkäter ... 5 2.3.2 Intervjuer... 6 2.4 Informationsinsamling ... 6 3. Fallbeskrivning ... 8 3.1 Älvsbacka Strand... 8 3.2 Bygg-i-trä ... 9 3.2.1 Lindbäcks AB ... 9 3.2.2 Martinsons Byggsystem AB ... 103.2.3 White Arkitekter AB... 10
4. Teoretisk referensram... 11
4.1 Passivhus ... 11
4.1.1 Fördelar och nackdelar med Passivhus... 11
4.1.2 Värmeförluster ... 12
4.1.3 Lindåshusen ... 14
4.1.4 Kravspecifikation... 14
4.2 Industriellt träbyggande... 16
5. Energiberäkningar ... 18
5.1 Älvsbacka Strand i VIP+ 4.1.0... 18
5.1.1 Klimat och allmänna data ... 18
5.1.2 Byggnad ... 19
5.1.3 Drift – Temperatur, processenergi och tappvarmvatten ... 21
5.1.4 Ventilationssystem... 21 5.1.5 Installationssystem... 21 5.1.6 Ekonomi... 22 5.2 Kontrollberäkning av U-värde ... 22 5.2.1 λ-värdesmetoden... 22 5.2.2 U-värdesmetoden ... 23
5.2.3 Resulterande totalt värmemotstånd... 23
6. Resultat... 24
6.1 Älvsbacka Strand i VIP+ 4.1.0... 24
6.1.1 Värmegenomgångskoefficient ... 24
6.1.2 Tillförd och avgiven energi ... 24
6.1.3 Jämförelse mellan Älvsbacka Strand och BBR:s krav ... 25
6.2 Kontrollberäkning av U-värde ... 25
6.2.1 λ-värdesmetoden... 25
6.2.2 U-värdesmetoden ... 26
2
6.3 Älvsbacka Strand som Passivhus i VIP+ 4.1.0 ... 28
6.3.1 Ventilationssystem... 28
6.3.2 Byggnad ... 29
6.4 Resultat från enkätundersökning... 30
6.4.1 Inledande frågor... 31
6.4.2 Allmänna frågor om energi... 32
6.4.3 Frågor om Passivhus... 33
7. Diskussion och slutsatser ... 34
7.1 Diskussion ... 34 7.1.1 Enkätundersökning ... 34 7.1.2 Resultat av energiberäkningar ... 34 7.2 Slutsats ... 37 7.3 Framtida forskning ... 38 8. Referenser ... 39 8.1 Tryckta källor ... 39 8.2 Elektroniska källor ... 39 8.3 Muntliga källor... 40 9. Bilageföreteckning... 41
1
1. Inledning
Detta kapitel inleds med bakgrunden till detta examensarbete som sedan följs av mål och syfte samt de forskningsfrågor som tagits fram. De avgränsningar som gjorts beskrivs och avslutningsvis finns en beskrivning av rapportens disposition för att läsaren lättare ska kunna följa rapporten.
1.1 Bakgrund
Byggindustrin står idag inför stora förändringar. I takt med att allmänheten uppmärksammar dagens miljöproblem, klimatförändringar och ökande energikostnader så har beställare börjat söka sig till lösningar som ger en effektivare energianvändning.
Av Sveriges totala energianvändning går cirka 40 procent till bostadssektorn och detta har lett till att byggnaders betydelse för samhällets energiförbrukning inte kan förbises. 85 procent av energianvändningen inom bostadssektorn går till husets drift under dess brukstid, cirka 15 procent av energin går till att bygga huset och mindre än en procent går till rivning. En ökning av bostäders energieffektivitet och en minskning av energianvändningen för uppvärmning av bostäder kan därför ha stor betydelse för att kunna uppnå en effektivare energianvändning i Sverige.1
Figur 1, Energianvändning i bostadssektorn
Sveriges riksdag antog ett miljömål i juni 2006. Syftet med miljömålet är att med utgångspunkt i 1995 års användning minska energianvändningen till 2020 med 20 procent och till 2050 minska med 50 procent. Ett steg i att nå dessa mål och minska onödig energianvändning i landets byggnader samt skapa ett hållbart samhälle var att införa lagen om energideklaration den 1 oktober 2006. Denna lag innebär att samtliga av Sveriges byggnader ska energideklareras till 2009. Energideklarationen beskriver en byggnads energianvändning och lagen bygger på ett EG-direktiv som syftar till att göra våra byggnader mer energieffektiva och på så sätt minska EU:s beroende av importerad energi.2
Det har även skett en del ändringar i Boverkets byggregler, BBR, vilket är en regelsamling för byggande. De ändrade reglerna trädde i kraft den 1 juli 2006. De största förändringarna har skett i avsnittet energihushållning, där kraven för minskad energianvändning har ökat.3 Till
följd av bland annat de ändringar som skett i BBR, införandet av lagen om energideklaration
1 http://www.iva.se/upload/Verksamhet/Projekt/Energiframsyn/Bebyggelse%20v1.pdf 2 http://www.boverket.se/templates/page.aspx?id=2513&epslanguage=SV
2
tillsammans med ökande energikostnader och allmänhetens uppmärksamning av bebyggelsens betydelse för dagens klimatförändringar har uppförandet av byggnader med hög energieffektivitet och därmed låg energiförbrukning ökat.4 Passivhus är en av dessa
byggnadstyper vars energiförbrukning är minimal. Konceptet bygger på att ta tillvara på energi från solinstrålning samt person och processenergi.
Beställare som står som förvaltare kan tänkas vara villiga att betala extra för att få en bättre byggnad ur energisynpunkt, däremot kan det vara svårare att motivera byggföretag och beställare som inte står som förvaltare att ta dessa extra kostnader som lönar sig först i förvaltningsskedet. Detta är ett problem som bör ses över för att kunna nå de mål som Sverige har satt upp för att minska samhällets energiförbrukning.
1.2 Mål & Syfte
Syftet var att undersöka konceptet Passivhus och hur detta kan appliceras till byggprojektet Älvsbacka Strand som uppförs av gruppen Bygg-i-trä. Målen är att öka kunskaperna om energieffektivisering av byggnader, undersöka beställares syn på energifrågor och hur aktuellt Passivhus är i dagsläget samt att komma med rekommendationer till Bygg-i-trä angående framtida energieffektivisering av det byggnadskoncept som uppförs i projektet Älvsbacka Strand.
1.3 Forskningsfrågor
Forskningsfrågorna som leder fram till målen och som ska besvaras av arbetet är följande: • Vilken energiförbrukning har Älvsbacka Strand enligt programmet VIP+?
• Vilka åtgärder måste utföras för att Älvsbacka Strand ska kunna nå energikraven för ett Passivhus?
• Vilka åtgärder har störst betydelse för den totala energiförbrukningen i Älvsbacka Strand?
• Vilken syn har beställare på konceptet Passivhus och hur arbetar de för att nå de nya energikraven?
1.4 Avgränsningar
För att arbetet inte skulle bli allt för omfattande så har avgränsningar dragits. Det finns ett flertal olika energiberäkningsprogram på marknaden idag och i detta arbete så har endast ett av dessa används, nämligen VIP+ 4.1.0. Anledningen till denna avgränsning är att arbetet skulle bli för omfattande om flertalet program användes samt att universitetet endast hade tillgång till detta program. Energiberäkningarna har endast utförts på projektet Älvsbacka Strand och dess byggsystem. Ingen djupare undersökning har utförts på kostnader utan fokus var att söka möjliga åtgärder för att öka energieffektiviseringen. Arbetet är även begränsat till att bara undersöka det svenska konceptet Passivhus och därmed inte det koncept som används i Europa då dessa skiljer sig ifrån varandra.
3
Den enkät som utfördes skickades endast ut till beställare och endast beställare i Sverige. Enkäten begränsades i antalet frågor för att erhålla så bra respons som möjligt och även göra den lättarbetlig vid sammanställningstillfället.
1.5 Rapportens disposition
Kapitel 1 – Introduktion Här beskrivs bakgrunden till examensarbetet, mål och syfte formuleras, forskningsfrågor tas fram och avgränsningar görs.
Kapitel 2 – Metod I kapitlet beskrivs examensarbetets tillvägagångssätt samt metodval.
Kapitel 3 – Fallbeskrivning
Detta kapitel innehåller en presentation av projektet Älvsbacka Strand samt beskrivning av de
involverade företagen.
Kapitel 4 – Teoretisk referensram Kapitlet behandlar teorin bakom Passivhus samt industriellt träbyggande.
Kapitel 5 – Energiberäkningar
I kapitlet beskrivs de energiberäkningar som utförts med hjälp av programmet VIP+ samt de
kontrollberäkningar som gjorts för hand.
Kapitel 6 – Resultat Här återges resultaten från energiberäkningarna och kontrollberäkningarna samt enkätundersökningen.
Kapitel 7 – Diskussion och slutsatser I detta kapitel diskuteras resultaten från arbetet. Slutsatser dras och förslag till framtida forskning ges i detta kapitel.
4
2. Metod
Detta kapitel inleds med att beskriva tillvägagångssättet i syfte att ge en överskådlig bild av vilka aktiviteter som skett under arbetets gång. Därefter presenteras metodvalen samt hur och varför dessa utförts.
2.1 Tillvägagångssätt
Arbetet inleddes med att det upprättades en problemformulering där ett syfte togs fram. I samband med detta påbörjades en bred litteraturstudie kring ämnet Passivhus i syfte att öka och fördjupa författarnas kunskaper i konceptet samt att kunna skapa en bas inom ämnet att arbeta vidare på. I och med denna litteraturstudie inleddes även utformningen av rapporten. Ett platsbesök på Älvsbacka Strand gjordes i ett tidigt skede i samband med ett seminarium med temat industriellt träbyggande. Seminariet och platsbesöket gav författarna en överblick över projektet samt en initiell kontakt med de inblandade företagen. Efter en kritisk granskning av konceptet Passivhus påbörjades energiberäkningar i programmet VIP+ 4.1.0. Denna beräkning utfördes i två steg, en beräkning på det befintliga huset samt en beräkning där denna byggnad konverterades till ett Passivhus med hjälp av den kravspecifikation som finns för detta. Parallellt med energiberäkningarna påbörjades utformningen av en enkätundersökning. Enkätundersökningen utfördes för att undersöka intresset hos beställare för konceptet passivhus. Efter att önskad svarskvot uppfylldes påbörjades en sammanställning av enkätundersökningens resultat. Halvvägs in i arbetet utfördes ett andra platsbesök i samband med ett miljöuppföljningsmöte. Detta möte gav författarna information angående installationer samt en chans att presentera sitt arbete för eventuella intressenter. Avslutningsvis genomfördes två kortare intervjuer för att få in ytterligare information och klara ut en del frågetecken angående ventilation och täthet. Därefter sammanställdes diskussionskapitlet, slutsatser drogs och examensarbetet kunde slutföras.
2.2 Forskningsansats
Det finns två olika typer av metoder för insamling och bearbetning av information. Dessa två metoder är kvantitativ och kvalitativ metod. Kvantitativa metoder innebär analys av information i numerisk form genom bland annat statistiska analyser. Forskare inriktade mot kvantitativa metoder samlar in fakta och studerar relationer mellan olika uppsättningar av fakta. De strävar efter att hitta mätbara, kvantifierbara och om möjligt även generaliserbara slutsatser. En typisk kvantitativ metod är enkätundersökning vars resultat sammanställs numeriskt. Metoderna för att bearbeta textmaterial kallas för kvalitativa metoder. Forskare som tillämpar denna metod är intresserade av att ta reda på hur människor upplever sin värld enligt Bell. Målet för dessa forskare är snarare insikt än statistisk analys.5
Under den inledande delen av detta examensarbete utfördes litteraturstudier och insamling av sekundärdata av kvalitativ form som huvudsakligen analyserades och användes till den teoretiska referensramen. Även primärdata som ritningar samt rapporter från projektet samlades in och utgjorde underlaget till energiberäkningarna. Intervjuerna som utfördes var av kvalitativ form. Informationen från enkäten var däremot av kvantitativ karaktär då resultatet av denna analyserades och sammanställdes i siffror. Examensarbetet kan därför anses använda sig av både en kvalitativ och kvantitativ ansats.
5
2.3 Datainsamling
Det finns två typer av data att skilja på, primär- och sekundärdata. Primärdatainsamling behandlar data från primära källor såsom ögonvittnesskildringar och förstahandsrapporteringar, övriga källor kallas sekundärkällor.6 Exempel på primärkällor är
protokoll från ett sammanträde, intervjuer samt enkäter och observationer.7 Bell beskriver en
primärkälla som något som kommer till stånd eller som man får tag i under projektets gång. Sekundärkällor innebär däremot enligt Bell en tolkning av saker och ting som redan inträffat och baseras på en primärkälla. Insamling av primärdata har i detta examensarbete skett genom ritningar, rapporter, intervju samt enkätundersökning. Sekundärdata har samlats in i form av litteraturstudier som berör ämnet men även artiklar från internet och databaser.
2.3.1 Enkäter
Enkäter gör det möjligt att inhämta en stor mängd primärdata på en relativt kort tid. Till skillnad från intervjuer så är enkäter avsevärt mindre tidskrävande.8 Enkäter består av ett
formulär innehållande ett antal standardiserade frågor med övervägande fasta svarsalternativ som respondenten själv fyller i. Svarsalternativen kan vara graderade på en skala eller vara ja/nej alternativ.9 Frågeformuleringarna är standardiserade vilket innebär att alla frågor och
svarsalternativ presenteras på samma sätt för alla respondenter. Genom väl utformade frågor och svarsalternativ kan ett lättolkat resultat fås.
Det finns flera för och nackdelar med enkät som datainsamlingsmetod. Enkät är överlägsen intervjuförfarandet inom vissa områden medan intervjun är överlägsen inom andra. Nackdelar med denna form av datainsamlingsmetod är att enkätundersökningar ger ofta ett större bortfall än intervjuundersökningar. Eftersom det inte går att få en personlig kontakt med respondenten och att det inte heller finns någon möjlighet att ställa frågor så är risken för feltolkningar och uppenbara missuppfattningar större vid enkätundersökningar än vid intervjuer. Ytterligare nackdelar är svårigheten att motivera individen till att delta. En stor spridning på svaren kan förekomma vilket kan göra det svårt att få fram ett bra resultat ur enkätstudien. Fördelen med denna typ av undersökning är att ett stort antal respondenter kan nås under relativt kort tid och en stor mängd information kan erhållas.10
Enkätundersökningens syfte var att undersöka och kartlägga beställares syn på energifrågor i byggbranschen samt deras intresse i konceptet Passivhus. Enkäten är uppdelad i inledande frågor, allmänna frågor och därefter en del med frågor angående passivhus. Urval av enkätpersoner styrdes delvis av intressenterna till Nationella Träbyggnadsstrategins fortbildningsprogram.
Enkäten skickades ut till 49 beställare runt om i landet. Eftersom respondenterna var spridda över landet gjorde enkäter det möjligt att nå ut till alla på ett kostnadseffektivt och mindre tidskrävande sätt jämfört med intervjuer. Enkätundersökningens distributionsform var postenkät, vilket innebär att formuläret skickades med postbefordran innehållande ett frankerat svarskuvert. Enkäten utformades så att den skulle vara lätt att förstå och gå snabbt att fylla i och på så sätt hoppades författarna kunna få en hög svarsfrekvens.
6 Patel, R. & Davidsson, B. (1991) Forskningsmetodikens grunder. Studentlitteratur, Lund. 7 Bell, J. (2000) Introduktion till forskningsmetodik. Studentlitteratur, Lund.
8 Ibid. 9 Ibid.
6
2.3.2 Intervjuer
Fördelar med intervjuer är dess flexibilitet. Vid en intervju kan respondentens beteende och hur svaret avges analyseras, vilket ett skriftligt svar vid en enkät inte kan. Vid en intervju finns möjlighet att ställa följdfrågor och svaren kan på så sätt utvecklas och fördjupas. En nackdel är att intervjuer är en tidskrävande metod och det kan därför vara svårt att hinna med mer än ett fåtal intervjuer. 11
Det finns flera olika former av intervjuer som beror på hur intervjun är upplagd och hur den genomförs. Dessa är bland annat strukturerade, semi-strukturerade och ostrukturerade intervjuer. Är alla frågor i förhand bestämda och tas upp i en särskild ordning kallas det för strukturerad intervju. Om ämnesområdena är bestämda i förväg och frågorna formuleras efterhand samt om undersökaren ställer frågorna när det anses vara lämpligt med tanke på respondentens svar på tidigare ställda frågor är intervjumetoden en så kallad semi-strukturerad intervju. Ostrukturerad intervju har helt formen av ett samtal där frågorna formuleras efterhand.12
Två intervjuer genomfördes mot slutet av examensarbetet med syfte att få ut mer information till examensarbetet samt att klara ut en del frågetecken angående ventilation och täthet som uppstått under arbetets gång. För att besvara dessa frågor och samla in mer information tog författarna kontakt med Bravida i Luleå och Passivhuscentrum. Bravida valdes ut eftersom det ansågs vara ett lämpligt företag med kunskap inom området ventilation som författarna hade frågor. Bravida är Skandinaviens främsta totalleverantör av installations- och servicetjänster och levererar tjänster främst inom el, vs och ventilation. Passivhuscentrum tog författarna kontakt med för att kunna få svar på frågor angående täthetsproblem i hus. Passivhuscentrum är en resurs för passivhusmarknadens aktörer och konsumenter. De sysslar med utbildning i passivhusteknik, rådgivning och samverkar med marknadens aktörer.
Båda intervjuerna var delvis strukturerade intervjuer då en del frågor var formulerade i förväg. Däremot hade de båda formen av ett samtal och en del nya frågor kom upp under samtalens gång vilket gör att intervjuerna även kan anses vara ostrukturerade. Den första intervjun genomfördes av båda författarna med två respondenter. Den sista intervjun genomfördes via telefon av en av författarna. Under intervjuernas gång togs anteckningar.
2.4 Informationsinsamling
För att få tag i så mycket information som möjligt har teori hämtats från många olika källor. Relevanta böcker, rapporter, examensarbeten, licentiatavhandlingar, akademiska artiklar samt Internet ligger till grund för litteraturstudierna. Dessa söktes via databaserna Lucia och Libris. Litteraturstudien gav en inblick på vart forskningen inom berört område befinner sig och vart den är på väg. Under arbetes gång har tid ägnats till kontinuerliga litteraturstudier samt informationssökning via Internet, studiebesök och databaser. Sökord som gav bäst resultat var passivhus, energisnåla hus samt industriellt byggande. Eftersom passivhus är ett relativt nytt begrepp i svenska byggindustrin var det svårt att hitta information i böcker. Internet gav däremot bättre resultat. Risker med att hämta information från Internet är att det inte alltid är tillförlitliga källor och extra noggrannhet vid granskning av den erhållna informationen är därför viktigt.
11 Bell, J. (2006) Introduktion till forskningsmetodik. Studentlitteratur, Lund.
12 Björklund, M. & Paulsson, U. (2003) Seminarieboken – att skriva, presentera och opponera. Studentlitteratur, Lund
7
Nackdelar med litteraturstudier enligt Patel, R. & Davidsson, B. är att det är en väldigt tidskrävande process. Utöver detta kanske inte all nödvändig information finns tillgänglig. En klar fördel är dock mängden information som finns att tillgå.13
8
3. Fallbeskrivning
Kapitlet syftar till att presentera byggprojektet Älvsbacka Strand samt bolaget Bygg-i-trä AB som står som både beställare och entreprenör.
3.1 Älvsbacka Strand
Sedan regelverket ändrats år 1994 är det numera lättare att få tillstånd att bygga i trä på höjden och därför har trämaterialet gjort en stark återkomst i byggbranschen. Med stöd i en nationell träbyggnadsstrategi på regeringsnivå planläggs flera nya projekt och fler företag och kommuner uppmärksammar fördelarna med trä som byggnadsmaterial.
I Skellefteå uppförs projektet Älvsbacka Strand, ett bostadsområde som är avsett att omfatta tre flerbostadshus där varje hus rymmer 18 lägenheter fördelat på 6 plus 1 våningar. I en första etapp byggs ett hus, som sedan ska utvärderas innan beslut tas om kommande två hus. Som stomsystem används planelement i massivträ från Martinsons Byggsystem AB och prefabricerade våtrumsvolymer från Lindbäcks AB. Byggsystemet som används förväntas ge både kortare byggtider och lägre produktionskostnader. Byggprocessen har anpassats väl till det nordiska klimatet bland annat genom montagesystemet Extoler. Extoler kombinerar väderskydd och lyftkran vilket ger fuktsäkrad produktion samtidigt som lyftkranen ersätter den traditionella byggkranen14. En fuktsäkrad produktion är i detta projekt väldigt viktigt då
klimatskalet och stommen är prefabricerad och anländer till bygget oskyddad.
Figur 2, Älvsbacka Strand Källa: Nationella Träbyggnadsstrategin
Varje våning rymmer två större lägenheter, placerade på var sin ända i huset och däremellan en mindre lägenhet. De två större lägenheterna är fyrarummare på cirka 90 m2 och den något mindre är en trerummare på cirka 67 m2. På plan sex finns två stora lägenheter på cirka 118 m2 med en spiraltrappa upp till ett rum som är något indraget på översta våningen. Samtliga lägenheter har breda balkonger med utsikt mot söder. Mer detaljerade planritningar över lägenheterna kan ses i bilaga 1.
9
3.2 Bygg-i-trä
Martinsons Byggsystem AB, Lindbäcks AB och White Arkitekter AB är grupperingen som är initiativtagare till Älvsbacka Strand. En serie forskningsprojekt inom industriellt byggande inleddes för ett par år sedan och ur dessa projekt växte det fram ett samarbete mellan ett antal olika träaktörer. Detta ledde till bildandet av bolaget Bygg i Trä AB i december 2005. Tio olika företag var med från start men har mynnat ut i de tre företagen Martinsons Byggsystem AB, Lindbäcks Bygg AB och White Arkitekter.15 Dessa väletablerade företag har utvecklat,
projekterat och byggt flera tusen lägenheter runtomkring i landet. Tillsammans specialiserar de sig nu på att bygga flervåningshus med trästomme efter ett egenutvecklat system som ska erbjuda ett kostnadseffektivt byggande med hög prefabriceringsgrad och stor flexibilitet. Älvsbacka Strand är pilotprojektet och den gemensamma utgångspunkten är en stark övertygelse om träets framtid.16
3.2.1 Lindbäcks AB
Lindbäcks AB är ett familjeägt företag som grundandes 1924. Företaget arbetar som en totalentreprenad och sköter därmed sin egen projektering och produktion. Verksamhetsåret 2006 omsattes cirka 270 miljoner kronor och företaget hade vid samma år cirka 100 anställda.17 Lindbäcks AB är det företag med längst erfarenhet av träbyggande av de företag
som deltar i samverkansprojektet. Det industriella byggandet som ger flexibla, torra och kostnadseffektiva hus med kort leveranstid, tillhör framtiden enligt Lindbäcks AB. De främsta marknaderna är i Norrland och i Mälardalen.18
Figur 3, Tillverkningsprocess av volymmoduler Källa: Lindbäcks AB
Lindbäcks byggsystem fungerar på så sätt att färdiga volymer tillverkas i fabrik. Produktionen är kundorderstyrd vilket innebär att produktion mot ett färdiglager inte existerar. I fabriken sker tillverkning av lägenhetsskiljande väggar, mellanväggar, innertak samt golvbjälklag längs olika produktionslinjer och fasta arbetsstationer. Elementtillverkningen sker vid de avsedda arbetsstationerna. När alla element är tillverkade för att producera en komplett volym, transporteras elementen till någon av stationerna för volymmontering där elementen monteras samman till en volym. Därefter sker volymkomplettering längs flera separata volymbanor. Vid volymkompletteringen utförs resterande arbeten såsom installationsarbete,
15http://www.utmarktsamhallsbyggnad.se/templates/CommonPage.aspx?id=517 16http://www.whiteview.se/alvsbacka/
17 http://www.lindbacksbygg.se/bygg/frame.html
10
golvläggning och köksinredning. När volymen är färdigställd täcks den med presenning och transporteras sedan ut till byggarbetsplatsen. På byggarbetsplatsen sker montering av volymelementen och även sammankoppling av installationer mellan de olika volymerna. En av fördelarna med detta byggsystem är eftersom element och volymtillverkning sker i inomhusmiljö behöver det inte tas någon hänsyn till det yttre klimatet förrän montagearbetet på arbetsplatsen blir aktuellt.19 I dagsläget producerar Lindbäcks åtta volymer per dag, vilket
motsvarar en bostadsyta på cirka 200 m2.20
3.2.2 Martinsons Byggsystem AB
Martinsons Byggsystem AB är en del av koncernen Martinson Group där sju företag ingår och där vart och ett är specialiserat på sitt verksamhetsområde. Koncernen har cirka 400 anställda och omsätter drygt en miljard kronor per år. Martinsons Byggsystem AB utvecklar, marknadsför och uppför byggnader som är tillverkade med stomsystem av trä och de är idag ensamma på den svenska marknaden när det gäller att uppföra flervåningshus med massivträ stommar. Martinsons har ett egenutvecklat byggsystem där det ingår både stommar av limträ och massivträ. Byggdelarna tillverkas i fabriksmiljö och levereras som en komplett byggsats. Byggelementen monteras oftast direkt för att undvika lagring på byggarbetsplatsen och risk för fuktskador. Stomsystemens utformning möjliggör snabb montering och därmed korta byggtider.21
3.2.3 White Arkitekter AB
Företaget grundades år 1951 av Sidney White och är idag Sveriges största arkitektbyrå med cirka 500 anställda och en omsättning på cirka 300 miljoner per år. White Arkitekter AB är ett arkitektföretag ägt av medarbetarna med spridning över Sverige och Danmark. Verksamheten innefattar planering och gestaltning av miljön, från arkitektur, stadsbyggnad och landskapsarkitektur till inredning, miljö, byggnadsvård och projektledning.22
19 Bergström, M. (2001) Industrialiserad produktion av flervåningshus med trästomme 20 http://www.lindbacksbygg.se/bygg/frame.html
21 http://www.martinsons.se/default.asp?id=21242 22 http://www.white.se/
11
4. Teoretisk referensram
I detta kapitel presenteras resultatet från de litteraturstudier som utförts på områdena Passivhus och industriellt träbyggande.
4.1 Passivhus
Konceptet Passivhus myntades i början av 90-talet av en tysk vid namn Wolfgang Feist. Med det menade han ett hus som värms upp passivt utav värmen från personer, elektriska apparater och solens strålning. Passivhus är alltså ett hus utan ett konventionellt uppvärmningssystem, det vill säga ett hus med en låg energiförbrukning. År 1996 startade Wolfgang Feist Passivhaus Institut som är ett forskningsinstitut där forskning och framställning bedrivs för att ta fram energieffektiva metoder främst då kring konceptet Passivhus.23 Tyskland, Österrike
och Schweiz är länder som har kommit långt i Passivhus byggandet. I Tyskland har det byggts tusentals Passivhus och Österrike har antagit en ny byggnorm som följer Passivhuskonceptet. Energieffektivisering av bostäder är även en viktig angelägenhet för EU som arbetar med att ta fram en ny byggnorm med Passivhuskraven som lägsta standard.24 Värt att notera är att det
tyska konceptet Passivhus inte är detsamma som det vi i Sverige använder då kraven skiljer sig men grundkonceptet är dock detsamma. I detta arbete behandlas enbart den Svenska versionen av Passivhus.
4.1.1 Fördelar och nackdelar med Passivhus
Huvudfördelen med Passivhus är just den minskade energiförbrukningen och det faktum traditionella värmesystem ej behöver installeras. Eftersom det behövs tjockare isolering, värmeväxlare för ventilation och även mycket bättre fönster och dörrar så ökar byggkostnaderna. Dessa tas dock igen av en lägre kostnad för energianvändningen och uppvärmningssystemet i huset. En ytterligare fördel är att Passivhus har ett väldigt bra inomhusklimat. Detta erhålls i och med att lufttätheten gör att drag minimeras och att ventilationssystemet som används filtrerar den ingående luften. Samtidigt är det viktigt att påpeka att inte alla är överens om att just inomhusklimatet blir bättre i ett Passivhus.
Tidningen Arkitekten gjorde i februari år 2005 en intervju med olika kunniga personer inom byggbranschen och fråga hur de ställde sig till Passivhus. En av dessa var Christer Harrysson, professor i bygg- och energiteknik på Örebro universitet. Han är en av de som ställer sig kritiskt till Passivhus, eller som de även kallas ”Hus utan värmesystem”. Han menar på att det finns vanliga hus med frånluftsventilation och vattenradiatorer som ligger på samma energiförbrukningsnivå. Han menar även på att kalla Passivhus ”Hus utan värmesystem” är fel då de har ett el-batteri som värmer tilluften. Ett hus med centraliserad uppvärmning som Lindåshusen, vilket är Sveriges första Passivhus, är inte bra för inomhusklimatet enligt Christer då man inte kan få en differentiering av värmen. Det vill säga, man kan inte själv välja om man vill ha en viss temperatur i ett rum och en annan temperatur i ett annat rum. Och Christer Harrysson är inte själv med att dela dessa synpunkter utan även Lennart Henriz, verksamhetsutvecklare på JM ställer sig tveksam till Passivhus. Enligt honom ligger det inte i JM:s eller deras kunders ekonomi att bygga Passivhus då det rör sig om stora investeringar och längre payoff-tider. Han påpekar även på att systemet kan ha problem med temperaturen
23 http://www.passiv.de/
12
då hus utan värmesystem ligger på ca 20 grader med temperatursvängningar på upp till 3 grader och JM:s kunder vill normalt ha 21-23 grader inomhus.25
Att bygga ett Passivhus kräver en hel del arbete från såväl projektören och entreprenören. Noggrannhet när man bygger är mycket viktigt då minsta lilla otäthet i klimatskalet gör att huset inte längre kan behålla erforderlig mängd värme vilket i sin tur leder till att BBR:s krav på inomhusmiljö inte kommer att kunna upprätthållas utan att ett värmesystem tillsätts. Detta skulle då leda till att huset inte längre skulle kunna klassas som ett Passivhus. I och med denna noggrannhet i både projekterings- och byggfasen så tar ett Passivhus längre tid att bygga än en konventionell byggnad vilket ger högre byggkostnader. Noggrannhet är inte bara en nackdel. I och med att det krävs en sådan hög noggrannhet så höjs kvaliteten på arbetet då ett fel blir förödande.
Det är inte bara kraven på entreprenören och projektörerna som ökar när man väljer att bygga ett Passivhus, kraven ökar även på de boende. För att systemet ska kunna fungera så bör de boende spara på energianvändningen, det vill säga att inte lämna lampor på i onödan, använda nya energisnåla vitvaror och andra elektriska apparater samt hushålla med varmvattnet.
4.1.2 Värmeförluster
Det talas om tre stora värmeförluster när det kommer till Passivhus. Dessa är transmissionsförluster, ventilationsförluster och avloppsförluster.
Transmissionsförluster kan sägas vara värme som leds ut via ytor såsom väggar, golv, fönster, dörrar och tak. Då ett Passivhus inte tillåter lika stora transmissionsförluster som ett vanligt hus krävs därmed mycket mer omfattande isolering samt bättre dörrar och fönster. Transmissionsförlusterna är beroende av byggnadens täthet, köldbryggor samt hur väl isolerade väggar, tak och golv är. Just köldbryggor står för en stor del av transmissionsförlusterna i en byggnad och i Passivhus ska dessa undvikas.26
För att begränsa värmeförlusterna i ventilationssystemet så använder Passivhus sig av värmeväxlare. Ett sådant system funkar på så sätt att den varma luften som lämnar huset värmer upp den kalla luften som ventileras in i huset. Med detta kan man få energibesparningar upp till 50-60 procent.
Figur 4, Ventilationssystem med värmeväxlare Källa: Energimyndigheten
25 http://www.arkitekt.se/s14341 26 http://www.passivhuscentrum.se/
13
Figur 4 visar hur ett FTX-system fungerar, det vill säga ett ventilationssystem med värmeväxlare. I punkt ett så tas kalluft in och värms sedan upp i punkt två med hjälp av frånluften som fås ifrån punkt fyra och ett el-batteri. Efter att ha värmt upp tilluften så lämnar frånluften huset i punkt fem.27. Klara nackdelar med ett FTX-system är dels att det kräver
mycket underhåll och rengöring, att det är en väldigt stor investering samt att de äldre systemen har svårigheter att uppfylla ljudkraven. Problemet med ljudet har dock förbättrats de senaste åren.
Ett annat stort problem som finns med Passivhus är just det att det ställs krav på de boende och deras rutiner. Avloppsförluster är ett exempel på detta. Det varma vattnet bostaden gör av med vid tvätt, diskning, dusch, matlagning med mera är ingenting beställaren direkt kan styra över och är därmed väldigt svårt att motarbeta.28 En minskning av dessa avloppsförluster kan
dock erhållas genom värmeåtervinning från gråvattnet, det vill säga det förbrukade vattnet vid dusch, diskning och tvätt. Snålspolande kranar kan även användas samt att använda separat mätning av kall- och varmvatten för vardera lägenhet så att hyresgästen får bära sina egna vattenkostnader.
Tappvarmvattnet i Passivhus brukar värmas upp utav såkallade solfångare. Detta är en anläggning som omvandlar solens strålar till värme. Det finns två olika typer av solfångare som är aktuella vid försörjning av tappvarmvattnet för ett hus. Dessa är plana (glasade) solfångare och vakuumrörsolfångare. Den konstruktionsmässiga skillnaden mellan dessa berörs inte djupare i detta arbete utan kort kan det sägas att den plana glasade solfångaren är vanligast på marknaden idag och är lättare att installera än vakuumrörsolfångaren som är dyrare och ger en högre verkningsgrad. Nedan ses en bild hur ett solvärmesystem fungerar.
Figur 5, Solvärmesystem
Källa: http://www.orsa.se/energiradgivning/solenergi.html
För att få maximal effekt från solfångaren så ska den placeras åt söder och med en lutning på cirka 40 grader mot horisontalplanet. Dimensionerna på en solfångare som enbart ska värma upp tappvarmvatten brukar för flerbostadshuslägenheter variera på mellan 3-4 m2 per lägenhet
27http://www.energimyndigheten.se/ 28 http://www.passivhuscentrum.se/
14
medans värmelagret, det vill säga ackumulatortanken, brukar ha en volym på 0,2-0,3 m3 per lägenhet.29 En klar fördel med ett solvärmesystem är det faktum att bidrag kan erhållas från
länsstyrelsen. Maximalt bidrag för lägenheter i flerbostadshus är 5000 kr per lägenhet.30
4.1.3 Lindåshusen
Det mest kända Passivhus projektet i Sverige är Lindåshusen söder om Göteborg. Dessa 20 radhus blev färdigbyggda år 2001 och är Sveriges första Passivhus. Hans Eek är arkitekten som ritat radhusen i Lindås och kan ses som Passivhusens förgrundsgestgalt i Sverige. Dessa radhus är mycket välisolerade och lufttäta för att minimera värmeläckage från bostaden. Varje radhuslägenhet har en solfångare på 5m2 som täcker cirka 40 procent av värmebehovet av tappvarmvatten. De har även en effektiv ventilationsvärmeväxlare med värmepatron som extra värmekälla för uppvärmning under särskilt kalla dagar. Den installerade effekten för detta är mindre än 10 W/m2 vilket nu även har blivit definitionen på Passivhus i södra Sverige. Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut har genomfört mätningar under byggtiden och två år efter färdigställandet. Dessa mätningar har visat att medelvärdet för den totala energianvändningen under 12 månader var 8 279 kWh vilket kan jämföras med 15 000 kWh för ett nybyggt radhus byggt enligt konventionella metoder.31
Efter Passivhusprojektet i Lindås har antalet byggda passivhus ökat markant. Allt fler beställare har börjat blicka mot just detta sätt att bygga och de kommande åren kommer antalet byggda Passivhus att öka från de 200 stycken som finns idag till ca 900 stycken enligt figur 6.32
Figur 6, Passivhustillverkning i Sverige Källa: Passivhuscentrum
4.1.4 Kravspecifikation
För att ett hus ska kunna klassas som ett Passivhus så måste vissa grundkrav uppfyllas, utöver de krav som BBR ställer. Dessa krav finns till för att minimera energibehovet i bostaden. Följande värden är indelande i klimatzonerna söder respektive norr.
29 http://www.orsa.se/energiradgivning/solenergi.html 30 http://www.boverket.se/upload/bidrag%20och%20blanketter/bifogade%20filer/Blanketter/Solvärme/1148.pdf 31http://www.energieffektivabyggnader.se/download/18.360a0d56117c51a2d30800050409/Marknadsoversikt_0 006.pdf 32 http://www.passivhuscentrum.se/
15
Söder Norr
Effektkrav: 10 W/m2 14 W/m2
Effektkraven adderas med 2 W/m2 om det handlar om fristående byggnader mindre än 200m2.
Söder Norr
Energikrav: 45 kWh/m2, år 55 kWh/m2, år
Med energikrav avses hela byggnadens energianvändning exklusive hushållselen. Det är viktigt att påpeka att till skillnad från effektkraven så är energikraven inget krav utan en rekommendation. Anledningen till detta är att man avvaktar tills man erhållit ytterligare resultat från redan uppförda hus i Sverige. Dessa krav adderas med 10 W/m2, år om det handlar om fristående byggnader mindre än 200 m2. Energikraven för ett Passivhus kan jämföras med ett konventionellt byggt hus där följande energikrav finns att hämta i BBR.
Söder Norr
Energikrav (konventionellt): 110 kWh/m2, år 130 kWh/m2, år
Den luft som läcker ut genom klimatskalet får maximalt uppgå till 0,3 l/s m2 vid +/- 50 Pa. Används tilluftssystemet som värmebärare så skall tilluften högst uppgå till 52 grader i respektive tilluftsdon.
Det ska även göras möjligt att på ett lätt sätt kunna läsa av energianvändningen som byggnaden har på månadsbasis. Hushållsel och värmeenergi läses av var för sig. Utöver det så ska även vattenvolymen till varmvattenberedning mätas och antal boende noteras.
Den årliga varmvattenanvändningen kan delas in i två grupper, för lägenheter och för villor, parhus och radhus.
Lägenheter: 12 m3/lägenhet + 18 m3/person
Villor, parhus och radhus: 16 m3/person
Alla fönster och glaspartier i byggnaden skall max ha ett genomsnittligt U-värde på 0,9 W/m2K.33
33
16
4.2 Industriellt träbyggande
I Sverige har det varit förbjudet att bygga hus med trästommar över två våningar sedan 1874. Detta var på grund av 1800-talets stora stadsbränder. År 1994 ändrades dock de svenska byggnormerna och istället för att nu totalt bortse från trä som stommaterial i höga hus så ska dimensioneringen utgå ifrån bedömningar av vad som verkligen kan inträffa för den aktuella byggnaden.34
Industriellt byggande och framför allt industriellt byggande i trä är något som fått större utrymme i Sverige. Byggföretagen satsar allt mer på att öka lönsamheten, få ner driftkostnaderna samt öka kvaliteten. Begreppet industriellt byggande står för en effektiv, kostnadsmedveten och en mer lönsam byggprocess. Industriellt byggande innebär att tillverkningsprocesserna sker i en sluten industriell miljö samt att så mycket som möjligt av montagebyggandet görs i fabrik och inte ute på plats. En standardisering av den fysiska produktionen samt projekteringen är en förutsättning för ett effektivare och lönsammare byggande. Industriellt byggande är inget nytt koncept. Under 60 och 70-talet skedde det ett produktionsfokuserat, ej kundorienterat industriellt byggande i form av miljonprogrammet då en miljon bostäder skulle byggas på tio år. Frågan som är intressant är hur industriellt träbyggande kan kombineras med Passivhus konceptet. För att reda ut detta måste först begreppet industriellt träbyggande redas ut och undersöka hur detta koncept är förberett för att producera Passivhus.
I artikeln ”Industrialized housing: definition and categorization of the concept” presenteras ett koncept för ett industriellt bostadsbyggande uppbyggt av åtta karakteristiska och nödvändiga delområden.35 De delområden som är särskilt viktiga för att kunna nå Passivhus kraven är
tekniska system, förtillverkning av byggdelar samt planering och kontroll av processen. Dessa tre delområden presenteras kort nedan.
Figur 7, Industriellt byggande, åtta delområden Källa: Träbyggnadskansliet
34 http://www.boverket.se/upload/publicerat/bifogade%20filer/2006/Sundsvalls-inre-hamn.pdf 35 Jerker Lessing, Lars Stehn och Anders Ekholm -
17
Planering och kontroll av processen är det första nödvändiga delområdet. För att kunna uppnå
målen och erhålla ett maximalt värde till kunden krävs en tydlig struktur och styrning från början till slut av projektering, tillverkning, montage samt kompletterande byggplatsarbete. Detta kräver en noggrann planering och omfattande förberedelser av alla olika faser i processen. Målet är att minimera antalet fel och de aktiviteter som inte tillför något värde. En kritisk punkt i Passivhus är täthet. Vid industriellt träbyggande kan det tänkas uppstå en hel del skarvar vilket kan ställa till problem med täthetskraven som ställs för Passivhus. För att undvika detta krävs omfattande förberedelser vilket gör delområdet planering och kontroll av processen viktig.
Tekniska system tas fram i separata utvecklingsprocesser för att kunna minimera defekter och
skapa en effektiv process. I processen testas, justeras och utvecklas de tekniska lösningarna. Dessa tekniska system används sedan i olika unika projekt. Exempel på tekniska system är elektriska system och övriga installationssystem. Det rör sig om bland annat ventilationssystem, solfångare samt system för värmeåtervinning från spillvatten. Dessa system har stor inverkan på energiförbrukningen i en bostad. Erfarenheter från projekten används för att fortsätta utvecklingen av de olika systemen.
Förtillverkning av byggnadsdelar är ett viktigt delområde och även något som är utmärkande
för industriellt byggande. Byggnadsdelar tillverkas i en miljö som är anpassad för en effektiv produktion, där avancerad utrustning kan användas och där det finns en god arbetsmiljö. För att minimera arbete på byggarbetsplatsen så har de förtillverkade byggnadsdelarna hög färdigställandegrad. Så många delar av byggnaden som möjligt tillverkas utanför byggarbetsplatsen i fabrik för att slutligen kunna monteras på plats. Förtillverkning av byggnadsdelar möjliggör ett effektivt byggande och även en möjlighet att göra ett noggrannare arbete i en kontrollerad miljö vilket kan tänkas gynna Passivhus konceptet.
Integrering av logistik i byggprocessen är ett nödvändigt delområde eftersom förtillverkning
av byggnadsdelar i fabrik kräver noggrann planerad transport till arbetsplatsen. Genom att flytta aktiviteter från byggarbetsplatsen till att tillverka byggnadsdelarna i fabriksmiljö, ökar kraven på att materialflöde och logistik fungerar väl och är anpassat till verksamheten. Flöden till tillverkningsenheterna samt koordineringen av byggplatsens logistik involveras i detta arbete. Detta är särskilt viktigt då förtillverkning av byggnadsdelar kräver noggrann planering av transport då förvaring på arbetsplatsen bör undvikas på grund av ökad risk för att fuktigt material byggs in i stommen.36
36 NCC White - Flerbostadshus utan värmesystem – Passivhus i flera våningar
18
5. Energiberäkningar
Detta kapitel behandlar de energiberäkningar som gjorts med hjälp av programmet VIP+ 4.1.0 samt de kontrollberäkningar som utförts för hand.
5.1 Älvsbacka Strand i VIP+ 4.1.0
VIP+ 4.1.0 är ett program som används vid beräkning av energiförbrukning för uppvärmning. Energiförbrukningen beräknas med hänsyn till kända och mätbara delenergiflöden. Dessa energiflöden styrs av klimatdata så som till exempel solinstrålning och utetemperatur hämtat ifrån bland annat SMHI. Programmet är uppbyggt kring en såkallad dynamisk beräkningsmodell vilket betyder att beräkningen upprepas timme för timme under ett år. I bilden nedan visas de energiflöden som kan behandlas i programmet.37
Figur 8, Indata för beräkning Källa: Strusoft
5.1.1 Klimat och allmänna data
Valet av ort, som i detta fall är Skellefteå, styr de klimatdata som erhålls från SMHI. Dessa klimatdata behandlar solstrålning, utetemperatur, vindhastighet och relativ fuktighet.
För att solinstrålningen ska behandlas på ett korrekt sätt så krävs även information om horisontvinkel och solreflektion från mark. En mörk markyta har en låg reflektionsfaktor och en vattenyta har en hög. Normalvärden för dessa brukar ligga kring 20-50 procent. I och med att projektet Älvsbacka Strand ligger intill Skellefteå älv så har ett relativt högt värde på 30 procent antagits. Ändring av detta ingångsvärde påverkar inte resultatet nämnvärt. Hur
19
området omkring huset ser ut påverkar horisontvinkeln, där en högre sådan ger mindre solinstrålning och ett hus som därmed kräver mer energitillförsel. Genom ritnings- och platsobservationer har horisontvinklar för de olika väderstrecken antagits. Hänsyn har i detta fall även tagits till den byggnad som är planerad att uppföras efter den beräknade byggnaden. Detta då denna kommer att ha en stor påverkan på horisontvinkeln för den östliga delen av den beräknade byggnaden. Prövning har även skett med andra värden då ingen hänsyn togs till huset och det visade sig att detta skulle ge en mindre specifik energiförsörjning då solstrålningen värmer mer. Anledningen till att detta fall inte valdes var att inte få ett för lågt värde utan i dimensionerings syfte använda det ”värsta” fallet. Ingen hänsyn har tagits till eventuell avskärmning från byggnadens balkong då denna har en glasbeklädnad och ansågs släppa igenom det mesta av solinstrålningen.
Beroende på hur beskyddat huset i fråga är så krävs olika värden på hur stor andel av klimatfilens vindbelastning som träffar byggnaden. I programmets normalvärden används 90 procent för fritt exponerad bebyggelse, 70 procent för något skyddad bebyggelse samt 45 procent för innerstadsbebyggelse. Genom besök på platsen och genom att studera ritningar så har författarna kommit fram till att projektet Älvsbacka Strand kan anses ligga i en något skyddad bebyggelse i och med träd och befintlig bebyggelse runt omkring. Detta ger då att 70 procent av klimatfilens vindbelastning används.
5.1.2 Byggnad
Byggnadens olika delar definieras genom att ange materialsammansättning, solabsorbtion, värmeledningstal samt täthet i form av hur mycket luft konstruktionen släpper igenom. Då ingen provtryckning kunnat utföras på Älvsbacka Strand har ett värde på 0,8 l/s m2 använts då detta kan anses vara ett normalvärde för flerbostadshus. I programmet används även en korrektionsterm för värmeledningstalet som tar hänsyn till konstruktionens utformning och hur denna påverkar möjligheten att utföra ett korrekt isoleringsarbete, vilket ger byggnadsdelens slutliga värmeisoleringsfunktion.
När byggnadsdel valts så anges orientering, det vill säga om byggnadsdelen i fråga står mot till exempel norr, söder, öst eller väst. Detta är viktigt då både vind och solinstrålning påverkar på olika sätt för olika orienteringsriktningar. Därefter definieras area, längd eller antal samt vilken nivå byggnadsdelarna befinner sig på. Huset i fråga ansågs vara cirka 21 meter högt och marknivån låg på cirka 10 meter ovan vattenytan enligt ritning. Den södra fasaden valdes till balkongfasaden som var riktad emot ån. Ingen hänsyn har tagits till eventuell vridning på huset då dessa var så pass små att det inte skulle göra någon nämnvärd skillnad.
Grundplattan är i programmet uppdelad i två olika sektioner. En sektion som innefattar de yttre kanterna på plattan och den andra resterande delen. Förenklat så är grundplattan homogen och består i programmet av tre olika lager, ett dräneringslager av grus, cellplastisolering och slutligen ett betonglager. Denna förenkling har gjorts för att göra det möjligt att få in plattan i VIP+ utan att spendera för mycket tid med olika tjocklekar som i slutändan inte spelar någon större roll rent byggnadsfysiskt. Solabsorbtionen på plattan kan anses vara noll då denna inte har någon kontakt med solen. Marknivån på byggplatsen ligger enligt ritning på 10 meter över vattnet och därmed sattes lägsta nivå till detta. Korrektionstermen för värmeledningstalet har valts till 0,010 W/m2 K som är ett standardvärde för en platta på mark med ett underliggande lager isolering.
20
I projektet finns det fem olika typer av ytterväggar som förekommer på olika delar av byggnaden. Dessa gavs beteckningarna YV01 till YV05. Cirka 70 procent av väggarean i klimatskalet utgörs av väggtypen YV01. YV05 utgör hela väggarean på översta våningen och resterande väggar, det vill säga YV02-04 utgör små områden på våning 1-6. Skillnaden mellan dessa väggar är minimal och de innehåller i stort samma lagerföljd med vissa mått som skiljer sig. Normalvärdet för solabsorptionen på väggar anses ligga mellan 50 till 70 procent där mörk färg absorberar mer och ljus färg absorberar mindre. Då ytterväggarna är målade i en stark röd färg samt en vit så valdes solabsorbtionen på samtliga väggar till 70 procent.
YV-01 YV-02 YV-03 YV-04 YV-05
25 Limträpanel 25 Limträpanel 25 Limträpanel 25 Limträpanel 25 Limträpanel
28x70 CC1200 Läkt 28x70 CC1200 Läkt 28x81 CC1200 Läkt 28x70 CC1200 Läkt 28x70 CC1200 Läkt
Vindskyddsväv Vindskyddsväv Vindskyddsväv Vindskyddsväv 9 GU-Skiva
45x195 CC1200 Regel 45x195 CC1200 Regel 45x195 CC1200 Regel 45x195 CC1200 Regel 45x195 CC1200 Regel
195 Isolering 195 Isolering 195 Isolering 195 Isolering 195 Isolering
83 Massivträ 95 Massivträ 83 Massivträ 83 Massivträ 0,2 Plastfolie
0,2 Plastfolie 0,2 Plastfolie 0,2 Plastfolie 0,2 Plastfolie 45x45 CC600 Regel
45x45 CC600 Regel 45x35 CC600 Regel 45x45 CC600 Regel 45x45 CC600 Regel 45 Isolering
45 Isolering 35 Isolering 45 Isolering 45 Isolering 13 Gips
15 Protect F 15 Protect F 15 Protect F 15 Protect F 15 Protect F
Tabell 1, Materialföljd i samtliga ytterväggar
I programmet tas ingen hänsyn till vindskyddsväven eller till plastfolielagret som finns i väggen då dessa inte påverkar värmeledningskapaciteten. Antaganden har gjorts så att trä med ett värmeledningstal på 0,14 W/m K har valts för limträpanelerna, läkterna, reglarna och massivträt. För isoleringen har mineralull med ett värmeledningstal på 0,036 W/m K valts och för gipsskivorna, GU-skivorna samt Protect F skivorna 0,22 W/m K. En korrektionsterm för värmeledningsförmågan avseende köldbryggor på väggarna har valts till 0,03 W/m2 K då byggnaden innehåller en hel del skarvar.
Fönstren har delats upp i två olika kategorier, de med en värmeledningskapacitet på 1,2 respektive 1,3 W/m2 K. De fönster som har en värmeledningskapacitet på 1,3 W/m2 K är de som går att öppna medan resterande är fasta.
För att det ska vara möjligt att föra in taket i programmet så måste en hel del förenklingar utföras. Taket i detta fall har delats in i två olika taktyper enligt figur 9.
21
Materialföljden som kan ses i tabell 2 för de två olika taken skiljer sig nämnvärt varpå denna förenklade indelning gjordes. Ingen hänsyn har tagits till att taken lutar och inte heller till de ventilerade utrymmena som finns på kanttaken. De ventilerade utrymmena anses vara för små för att påverka värmeledningskapaciteten nämnvärt.
Övertak Kanttak
Ytlagspapp Ytlagspapp Underlagspapp Underlagspapp
22 Råspont 22 Råspont
50 Regel och Luftspalt 45x195 Regel CC1200 Vindskyddsväv Vindskyddsväv 45x450 Limträ
CC1200 360 Isolering
400 Isolering 145 Reglar och Isolering Ångspärr Ångspärr 45 Reglar och
Isolering 70 Reglar och Isolering
13 Gips 13 Gips
15 Gips 13 Gips
Tabell 2, Materialföljd i tak
Ytlagspapp, underlagspapp, vindskyddsväv och ångspärr har inte använts i programmet då dessa inte nämnvärt påverkar värmeledningsförmågan i taket. Takpappen som används i projektet Älvsbacka Strand är av en mörk karaktär och påverkar därmed solabsorbtionen betydligt. Ett värde har antagits på 90 procent. Slutligen så har ett värde på korrektionstermen för värmeledningsförmågan för taket valts till 0,02 W/m2 K då taket kan anses innehålla mindre skarvar och genomgående köldbryggor än väggarna.
5.1.3 Drift – Temperatur, processenergi och tappvarmvatten
Programmet tar även hänsyn till processenergi, personenergi och termostatinställningar för maximum och minimumtempteraturer. Inmatning av dessa värden är uppdelad på så sätt att hänsyn tas till veckodagar och helger samt tid på dygnet. Dessa värden är hämtade ifrån Boverkets skrift ”Termiska beräkningar” där en undersökning har gjorts för att fastställa boendes energianvändningsrutiner.
5.1.4 Ventilationssystem
I VIP+ 4.1.0 så går det att lägga till ett obegränsat antal ventilationsaggregat. Varje aggregat får en egen uppsättning drifttider och flöden. Fläkttrycket anges tillsammans med verkningsgraden för att beräkna fläktens elförbrukning. I byggnader som nyttjar ventilationssystem med värmeväxlare ska även värmeväxlarens verkningsgrad anges. Denna avser hur stor del av energiinnehållet i frånluften som återvinns. Programmet stödjer även forcering av luftflödena för att kunna kyla luften om temperaturen överstiger en viss grad. Projektet Älvsbacka Strand använder sig utav ett frånluftsventilationssystem med tre aggregat med ett lufttryck på 120 Pa och 60 procent verkningsgrad. En omsättningshastighet på 0,5 oms/h ska erhållas enligt BBR:s krav året runt.
5.1.5 Installationssystem
De olika installationssystemen som behandlas är solfångare, värmepump, återvinning av spillvatten och komfortkyla. Solvärme fås via en såkallad solfångare och denna påverkas av solstrålning från klimatfil, horisontvinkel, orientering och solfångarens lutning. I programmet kan det specificeras vart den återvunna värmen från värmepumpen eller solfångaren skall
22
användas. De tre val som finns att tillgå är uppvärmning av tilluft, uppvärmning av radiatorer och uppvärmning av tappvarmvatten. Har byggnaden ett system som återvinner värme från spillvatten till tappvarmvatten så ska systemets verkningsgrad anges i procent där det normala värdet kan anses ligga runt 25 till 30 procent.
5.1.6 Ekonomi
Olika energipriskombinationer matas in i programmet där skilda energipriser kan ges för uppvärmning av rum, tilluft och tappvarmvatten, processenergi, elenergi till värmepumpar, fläktar och pumpar samt fjärrkyla. Energipriser anges i vilken tid på dagen det rör sig om och om det rör sig om vardag eller helgdag. Gällande de ekonomiska beräkningarna i programmet så har priser från Skellefteå Kraft använts. Processenergi- och elenergipriset har satts till 0,5 kr/kWh och rum, tilluft och tappvarmvatten till 0,4 kr/kWh. Detta är dock något som inte behandlas djupare i resultatet.
5.2 Kontrollberäkning av U-värde
För att kontrollera att det erhållna värdet från VIP+ var korrekt och att inga misstag gjordes vid inmatning av värdena så har en kontrollberäkning av U-värdet för vägg YV-01 skett då denna vägg är den som finns bäst representerad på byggnaden. Uträkningarna har utförts med hjälp av två metoder, λ-värdes- respektive U-värdesmetoden. Dessa metoder representerar ett undre samt ett övre gränsvärde och för att få ett rimligt och tillräckligt bra slutvärde bör ett medelvärde från de båda metoderna tas.
5.2.1 λ-värdesmetoden
Denna metod förutsätter att väggen består av planparallella skikt som är vinkelräta mot värmeflödesriktningen. För varje sådant skikt så beräknas ett sammanvägt λ-värde för de ingående materialen där dessa viktas avseende på vartdera materials ytandel i värmeflödesriktningen.
Figur 10, Förklaringsbild till λ-värdesmetoden
1 1 1 pA λA pB λB λ = ⋅ + ⋅ (5.1) = i
p Andel av materialet i=A,B vinkelrätt värmeflödets riktning
=
2 , 1 i
λ Beräkningsvärde av värmeledningsförmågan för materialskikt 1 och 2 med
ytandelarna i=A,B
När varje materiallagers λ-värde är känt så kan byggnadsdelens värmemotstånd beräknas som en summa av alla de ingående materiallagrens värmemotstånd.
se si T R d d R R = + + + 2 2 1 1 λ λ λ (5.2) = si R Inre övergångsmotstånd = 0,13 m2K/W
23 = se R Yttre övergångsmotstånd = 0,04 m2K/W = 2 , 1
d Tjockleken för skikten 1 och 2 (m)
5.2.2 U-värdesmetoden
Byggnadsdelen delas in i ytor på ett sådant sätt att varje delyta endast innehåller homogena materialskikt. Ett totalt värmemotstånd räknas ut för varje indelad yta där dessa värden sedan inverteras och sammanvägs med de andra ytdelarna till ett vägt U-värde.
Figur 11, Förklaringsbild till U-värdesmetoden
se A A si TA R d d R R = + + + 2 2 1 1 λ λ (5.3)
Det sammanvägda U-värdet räknas ut och inverteras därefter till det totala värmemotståndet.
TB B TA A U R p R p U = ⋅ 1 + ⋅ 1 (5.4) U U T U R = 1 (5.5)
5.2.3 Resulterande totalt värmemotstånd
För att erhålla ett så rimligt och bra resultat som möjligt så tas ett medelvärde av värmemotståndet fram från de två tidigare förklarade metoderna. Detta medelvärde inverteras sedan för att erhålla det slutgiltiga U-värdet för byggnadsdelen.38
T T U T T T R U R R R 1 2 ⇒ = + = λ (5.6)
