Tekniska byråns information NÅGOT OM SAMSPELET MELLEN KLIMATKRAV,ANLÄGGNINGS- KOSTNADER OCH ENERGIFÖRBRUKNING FÖR KONTORSBYGGNADER

Transkript

1 Byggnadsstyrelsen Tekniska byråns information Klimat NÅGOT OM SAMSPELET MELLEN KLIMATKRAV,ANLÄGGNINGS- KOSTNADER OCH ENERGIFÖRBRUKNING FÖR KONTORSBYGGNADER Föredrag av Professor Enno Abel, avdelningen för installationsteknik CTH I text på sidan 6 hänvisas till KBS anvisningar. Dessa anvisningar finns nu inarbetade i Byggnadsstyrelsens tekniska föreskrifter Krav och råd del A.

2 r

3 NÅGOT OM SAMSPELET MELLAN KLIMATKRAV, ANLÄGGNINGS- KOSTNADER OCH ENERGIFÖRBRUKNING FÖR KONTORSBYGGNADER Prof Enno Abel, avdelningen för installationsteknik, C T H. Allmänt I en modern kontorsbyggnad svarar de tekniska installationerna för cirka 25 % av den totala anläggningskostnaden för byggnaden. Aggregatrum, maskinrum och schakt tar i anspråk mellan 5 och 10 % av den totala byggnadsvolymen. De tekniska installationerna utgör däremot en tung del av byggnaden såväl i fråga om anläggningskostnader som utrymmesbehov. En byggnad kräver energi i form av värme för värmning av huset, för luftbehandling och för varmvattenberedning och i form av elektricitet för belysning, för drift av fläktar och pumpar samt för drift av de maskiner som används i samband med verksamheten i byggnaden, All energi som förbrukas i byggnaden tillförs via de tekniska installationerna. Av Sveriges hela energiförbrukning åtgår cirka 40 % för försörjning av byggnader.. Det är därmed cirka 170 TWh/år som förbrukas härför. Detta motsvarar cirka 15 milj ton olja/år. Ur energisynpunkt är. byggnadssidan således av mycket stor betydelse, och. därmed de tekniska installationerna eftersom det är via dem som byggnadens energiförbrukning sker. Att vi har hus och kan bygga hus utgör en av de väsentliga förutsättningarna för människans utveckling och tillvaro. Sj älva byggnaden utgör den avskärmning som gör det möjligt för oss att, i stort oberoende av cmgivning och utekliina.t, isolera och bibehålla det klimat som krävs för att vi skall. kunna vara verksamma och

4

5 2 fungera väl. De tekniska installationernas uppgift är bl a att åstadkomma detta klimat. De utgör i sig en förutsättning för att vi skall kunna använda våra byggnader. Genom att det är de tekniska installationerna som skall åstadkomma rumsklimatet, kommer krav som ställs i fråga om klimat att i första hand avspeglas i de tekniska installationernas utformning. Man kan generellt säga att ju större krav som ställs på rumsklimatet, desto mer komplicerade och omfattande blir de tekniska installationerna och därmed anläggningskostnaderna för dessa, och desto mer energi förbrukar huset. Ju mer komplicerade de tekniska installationerna är desto mer underhåll och skötsel kräver de för att fungera tillfredsställande. I praktiken måste man räkna med att resurserna för skötsel och underhåll alltid är begränsade vilket leder till att sannolikheten för att de tekniska installationerna skall fungera bristfälligt ökar ju mer komplicerade de är. Här ligger kanske den främsta orsaken till att kraven som bestämmer de tekniska installationernas utformning inte bör ställas högre än absolut nödvändigt. I det följande belyses något sambandet mellan klimatkrav, anläggningskostnader och energiförbrukning i kontorshus. Anläggningskostnaderna kan ses som ett mått på hur komplicerad anläggningen är. Ju högre dess specifika anläggningskostnader är desto större är därmed risken för att driftstörningar kan uppstå. Det finns många faktorer som påverkar anläggningskostnader och energiförbrukningar. De i det följande givna sifferuppgifterna måste därför ses som riktvärden som i första hand är avsedda att belysa tendenser.

6 1 1 M

7 3 Kontorsrummets värmebalans I den senaste upplagan av Svensk Byggnorm, som måste följas vid all nybyggnation, ställs långt drivna krav i fråga om husens värmeisolering. För ett kontorsrum i ett nybyggt hus innebär det att man praktiskt taget alltid har ett värmeöverskott i rum som används. Detta åskådliggörs av Fig 1, där värmeöverskottet i ett kontorsrum på 1 person visas. Belysningen tigg er vid normal kontorsnivå 15 W / m2. Detta motsvarar en ej alltför stark allmänbelysning i kombination med bordslampa. Man ser ur figuren att först vid utetemperaturen närmare - 20 C, blir rummets värmeförluster så stora att hela den i rummet alstrade värmeeffekten bortförs. VhRM 'E öve ' S)c-oY-r Iw). 200 Jf '' INS'Å LN11L UTE TEMP t 40 ( c) - 20 L L ,y m att tillföras från dessa så att rummet antar en jämviktstemperatur, som bl a beror av utetemperaturen. Detta kan man se ur Fig 2 som visar den ungefärliga jämviktstemperaturen i ett fasadbeläget rum som ligger mellan utrymmen med temperaturen + 22 C. Jämi 1 Fig 1 Kontorsrummets värmebalans Ett kontorsrum som inte används och där belysningen är släckt förlorar emellertid också värme till omgivningen. Finns inte i rummet någon värmekälla, 1 börjar dess temperatur att sjunka och rummet blir efter hand svalare än omgivande rum. Då kommer värme

8 i

9 4 viktstemperaturen blir givetvis lägre ju fler ovärmda rum som ligger intill varandra. T EM'E R ATV R61r 1 t TT ltcwr R vm Mt f t]ut oi l.yf$tt1g C.fl RAD%ATOt t c // t2 S t2s ZZ / ZO 9ZO i ls - 20 fo Q si0 Zo,, UTETMP (C) 41 Fig 2 Jämviktstemperaturen i ett rum utan intern värmebelastning eller värmekälla Man ser här att rumstemperaturen kan hållas vid en något så när konstant nivå endast om värmeöverskottet förs bort från rum som används och värme tillförs rum som inte används. Det naturliga är att ge kontorsrummet en ventilation som mäktar föra bort värmeöverskottet då rummet används och att förse rummet med en värmeradiator som ger ett erforderligt värmetillskott då rummet är tomt. I praktiken varierar inte värmeöverskottet i ett rum enbart med utetemperaturen. En mängd faktorer kommer in som kan ge stora variationer. Radiatorn ges då lämpligen även uppgiften att svara för temperaturregleringen vid varierande värmebelastning i rummet. 1 1 Man får därmed den för k.ontorslokaler vanliga lösningen som visas i Fig 3. nlwt -4- Fig 3 Byggnadsstyrelsens standardlösning för kontorsbyggnader t,ororskm RADIATOR K-o.K por

10 0

11 5 Här svarar således ventilationen för - bortförsel av värmeöverskott - renhållning av rumsluft medan radiatorn svarar för - temperaturreglering - temperaturhållning i tomma rum Luftbehandlingsanläggningen är normalt i drift endast under arbetstid.

12 D i

13 6 Klimatkraven för statliga kontorsbyggnader finns angivna i Byggnadsstyrelsens anvisningar för kontorshus. Dessa anvisningar säger följande: KBS-anvisningar. Vintertid får operativa temperaturen underskrida + 18 C ( SBN).. Sommartid Alt.l Operativa temperaturen + 27 C far under Juli inte överskridas under mer än 15 timmar (10% av arbetstiden). Alt.2 Operativa temperaturen + 25 C får under Juli månad inte överskridas under mer än 15 timmar.. Fuktning installeras inte. Förberedelser för eventuell framtida installation vidtas.. Lufthastigheten får ej överstiga 15 cm/sek inom vistelsezonen. I Anvisningarna har man istället för den direkta mätbara lufttemperaturen infört begreppet operativ temperatur. Den operativa temperaturen är en fiktiv temperatur som grundas på värmebyte mellan kroppen och dess omgivning. Lufttemperaturen är normalt högre än den operativa temperaturen genom att i den operativa temperaturen finns medtagen den avkylningseffekt svala väggytor och fönsterytor ger. För temperaturen sommartid finns två alternativ givna. Alternativ 2 är tillämpbart för kontorshus i så bullerstörd stadsmiljö att fönstervädring inte kan påräknas. I praktiken innebär alternativ 2 att tilluften måste kylas maskinellt under varma årstiden. Sedan ett antal vetenskapliga undersökningar, genomförda under slutet av 60-talet, visat att fuktning av ventilationsluft i sig inte syns ha betydelse för välbefinnandet, man praktiskt taget genomgående upphört installera anläggningar för fuktning av komfortskäl. Sålunda förekommer i dag inte fuktning av luft i statliga kontorsbyggnader och ej heller fuktas luften i sjukhus. Vid verksamhet av kontorskaraktär kan lufthastigheter ned till cirka 20 cm / sek, har satts som övre gräns i KBS - anvisningarna, får anses ligga betryggande lågt. Här har berörts de krav i fråga om klimat som gäller för den planerade kontorsbyggnaden i södra Klara. Man kan fråga sig vilka konsekvenser det skulle få för de tekniska installationerna om dessa krav förändrades. Detta belyses något i det följande.

14 0 4

15 7 Energiförbrukning När man diskuterar energiförbrukningar kan de storheter man rör sig med ofta bli svårgripbara. Överskådligare bild kan fås om man går över till specifika storheter exempelvis energiförbrukning per tidsenhet eller energiförbrukning per person. I det följande sker det senare, d v s energiförbrukningarna anges som kw per person och år. De givna siffervärdena grundas på att personbeläggningen i ett statligt kontorshus normalt ligger vid cirka en person per kvm totalyta. Följande sammanställning visar hur energiförlusterna och energiförbrukningarna fördelas under året. kwh/år, pers TRANSMISSION FÖNSTER TRANSMISSION VÄGGAR 900 OFRIVILLIG VENTILATION 900 STYRD VENTILATION VARMVATTEN 300 : VÄRMEENERGI BELYSNING FLÄKTAR KYLA 400 ELENERGI OMRÄKNAT VÄRME I OLJA MOTSVARANDE 800 liter olja/pers, år EL MOTSVARANDE liter olja/pers, år

16 4 0

17 8 För att något bildligare åskådliggöra är energimängderna även omräknade i oljemängd. Vid omräkning av elenergi till olja har hänsyn tagits till värmekraftverkets termiska verkningsgrad. Man ser här att kontorsarbetsplatsens energiförbrukning för en person ligger i närheten av vad som krävs för försörjning av exempelvis ett radhus. Det är således avsevärda energimängder som den kontorsarbetande personen förbrukar. Skärps kraven på klimathållningen i kontorshuset kommer energibehovet att öka. Detta framgår av Fig 4, som visar hur kontorsbyggnadens energiförbrukning stiger med stigande kravnivå. Man ser i denna figur att om man kräver att rumstemperaturen sommartid alltid skall hållas vid 22 i stället för 24 å 25, sker en nästan 10 å-ig ökning av byggnadens årliga energiförbrukning. 8Y6 cri 4 $ F NE R6 1'S` R.BR UK.N M!o C)cWh1ÅR) 5ooo Fig 4 Sambandet mellan temperaturhållningskrav och byggnadens energiförbrukning :ooc vgrr1 (T40 T%Lt :T$P RUM5TEMP SouA.T1 ( c.) " 0 EL`tSN INiSEFFEKT (W/rh) tio o 0 i

18 1 D 0

19 9 Krav på luftfuktning under den kalla årstiden leder likaledes till ökad energiförbrukning. Detta visas i Fig 5 för en luftbehandlingsanläggning med återluftföring under den kalla årstiden. Här fås sålunda en nära %-ig ökning av värmeförbrukningen om man från att inte ha befuktat går över till en fuktning som höjer rumsluftens relativa fuktighet till 50 I en anläggning utan återluftföring blir motsvarande ökning av energiförbrukningen avsevärt mycket större. Man ser här att ur energisynpunkt finns klara skäl för att se restriktivt på fuktning. I MIN FUKT. `i t1 N o t Fig 5 i Sambandet mellan krav på luftfuktnina och byggnadens energiför- V6KNZ VALBEHov brukning då luf tbehand- Ckluh At,P, 1 lingsaggregatet arbetar X med återluft vintertid f _ r ' 111 L11TBENANDLIN& HtII i 1111i i%1 1 ov R ; I I YRE o % r nl.. LP% P T LLA,T NA RELP tw LUFTFUIt% Hel Anläggningskostnader Anläggningskostnaderna för de tekniska installationerna är givetvis intressanta i sig eftersom de tekniska installationerna svarar för en så stor del av byggna-

20

21 10 dens totalkostnad. Som nämndes inledningsvis är 1 emellertid anläggningskostnaderna även intressanta genom att de ger en bild av hur komplicerade och därmed skötsel- och underhållskrävande, de tekniska installationerna är. f På likartat sätt som i Fig 4 visas anläggningskostnaderna i Fig 6. Man ser här att anläggningskostnaderna för luftbehandlingsanläggningen, här räknade i kronor/ person; stiger markant med ökade klimatkrav. Således fördyras luftbehandlingsanläggningen med cirka 40 % om man kräver att rumstemperaturen sommartid alltid skall hållas vid 22 C i stället för 24 å 25. Ökas belysningseffekten från här valda cirka 15 W/m2, stiger anläggningskostnaden i likhet med energiförbrukningen mycket kraftigt. ÄNLÅG 1tiNG51COSTNAA YEATIO1 (1cR/ PERSe 4) 30.ooo -- -_.- ---r Fig 6 Sambandet mellan temperaturhållningskrav och anläggningskostnad för luftbehandlingsanläggningen io.ooo r.wrl a 4 HÖC5TR T$LL$ Trb RUMSTEMP sotw1ar,t%d 30 ' c 25 r bel.ysningsffe (Wlrn -) LT

22 y r

23 Rent allmänt kan man utgå från att ju högre anläggningskostnaden för luftbehandlingsanläggningen är desto större äri praktiken risken för att man kan få driftstörningar. Ett undantag från detta mönster utgör dock luftfuktare. Installationskostnaderna för dessa är visserligen relativt små i praktiken. På service- och underhållssidan krävs emellertid betydande insatser för att en luftfuktningsanläggning skall fungera väl. Åter luf tföring r De för luftbehandling erforderliga energimängderna som redovisats i avsnittet "Energiförbrukning", avser genomgående luftbehandlingsan1äggningar med återluftföring under den kalla årstiden. Återluftföring innebär att en del av frånluf ten återförs till tilluftssidan så att det totala tilluftsf lödet blott till en mindre del består av uteluft. I kontor brukar vid kall väderlek upp till 60 å 80 å av det totala luftflödet recirkuleras på detta sätt. Härigenom reduceras värmebehovet för luftuppvärmning till en liten bråkdel av vad det skulle vara om luftbehandlingsanläggningarna arbetade med enbart uteluft och ingen värmeenergi återvanns ur frånluften. Man kan även reducera det för värmning av tilluften erforderliga värmebehovet genom att via värmeväxlare återföra värmeenergi från frånluften till tilluften. Då kommer tilluften alltid att bestå av enbart uteluft. Den för värmeåtervinning erforderliga värmeväxlingsutrustningen är emellertid relativt dyrbar jämfört med utrustningen för återluftföring, som kostnadsmässigt är försumbar. Värmeåtervinningsutrustning kräver vidare normalt mer skötsel och underhåll än utrustning för återluftföring. I kontor är återluftsföring den naturliga lösningen för energibesparing. I exempelvis sjukhus och laboratorier däremot tillåts inte återluftsföring utan här får man tillgripa värmeåtervinning. 1 Fig 7 visas principen

24 á

25 12 för återluftsföring och värmeåtervinning. 1 Fig 8 visas motsvarande anläggningskostnader. l TERLuF T FÖRfN G FRÅNLUFT Fig 7 Principen för återluftföring och för värmeåtervinning genom värmeväxling UTELUFT c.=c;' " LUTBENAT'1DLI NG cd TILLUFT 1 )\TER.\JtN%Ts& C,ENOM VARMEVÄXI..NG QÅN l,v T UÅK.MEYÅXL1NC UTLUF T '/ARME våx LUFTBEHATNtLINL- c='d' TILWT ANl.A66 N1N6S KosT NAD IFöR LvFTBM %*1'1DU4G ( kr / P EKS ON) 2 Q Fig 8 Anläggningskostnad för luftbehandlingsanläggningen vid återluftföring respektive värmeåtervinning genom värmeväxling I$d0to o,ooo S ,...._.. -- ' UTM4 ' MAD (JTAJiJ MAD ic'4t.a. KYo KYLA kya ÅTERLUFT krej%tstw4 FöRil6 MEDELST 1 M&Ji EVÄXLAR E i Det kan synas egendomligt att man på det här sättet cirkulerar luft i byggnader och det kan därför vara motiverat att något närmare beröra luftåterföringen i kontorssammanhang. Som visats inledningsvis har man i rum som används ett värmeöverskott praktiskt taget under hela året. Detta värmeöverskott skall

26 4%

27 13 bortföras medelst ventilationsluften, genom att denna tillförs rummet med en viss undertemperatur. Även om man ser enbart på temperaturhållningen, finns det således ett behov av ett visst ventilationsluftflöde även vid låga utetemperaturer. Med hänsyn till luftfördelningens stabilitet i ventilationsanläggningen är vidare möjligheten att sänka ventilationsluftflödet begränsad. Man kan därför inte helt enkelt sänka luftflödet då utetemperaturen sjunker, utan måste bibehålla ett visst normalluftsflöde året om. Genom återluftföringen kan dock uteluftsandelen i detta normalluftsflöde begränsas avsevärt då det är kallt ute. Ur hygienisk synpunkt blir detta acceptabelt bl a genom att man i praktiken utnyttjar blott en mindre del av de ventilerade lokaler som finns i en kontorsbyggnad. Exempelvis är en del kontorsrum tomma då sammanträdesrummen används och vice versa, en del kontorsrum är tomma p g a förrättningar på annat håll, en del kontorsrum är tomma p g a sjukfrånvaro eller tänstledighet. Frånluften från sådana tomma lokaler har i princip samma renhet som tillluften vilket leder till att frånluften i huset totalt sett är renare än frånluften från ett rum som används. Genom filtrering renas vidare den cirkulerade luften liksom uteluften och totalt sett blir halten av luftburna föroreningar i tilluft med återluftföring obetydligt högre än tilluft utan återluftföring. Detta åskådliggörs i Fig 9. 70% ÅTERwFT 700 joo 1 1' 4.400,1.oyo x ,OL D -- _y _ 600 å00 p. 4.OLo a4o 4o Fig 9 Exempel på hur tomma rum bidrar till luftrenheten vid återluftöring

28 4

29 a7 i

30 l

31 ...1