Livscykelkostnadsanalys av småhus

Transkript

1 Livscykelkostnadsanalys av småhus en jämförelse av Boverkets energikrav och ett lågenergihus Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnad KARL ANDERSSON TOMMY CHIAUSSA Institutionen för Bygg- och miljöteknik Avdelningen för Byggnadsteknologi Byggnadsfysik CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, Sverige 2007 Examensarbete 2007:116

2

3 EXAMENSARBETE 2007:116 Livscykelkostnadsanalys av småhus en jämförelse av Boverkets energikrav och ett lågenergihus Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnad KARL ANDERSSON TOMMY CHIAUSSA Institutionen för Bygg- och miljöteknik Avdelningen för Byggnadsteknologi Byggnadsfysik CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, Sverige 2007

4 Livscykelkostnadsanalys av småhus en jämförelse av Boverkets energikrav och ett lågenergihus Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnad KARL ANDERSSON TOMMY CHIAUSSA KARL ANDERSSON OCH TOMMY CHIAUSSA, 2007 Examensarbete 2007:116 Institutionen för Bygg- och miljöteknik Avdelningen för Byggnadsteknologi Byggnadsfysik Chalmers Tekniska Högskola Göteborg Telefon: Chalmers Reproservice Göteborg, 2007

5 Life Cycle Cost analysis of small houses a comparison of Boverket s energy requirements and energy efficient houses Master s Thesis in Civil Engineering KARL ANDERSSON TOMMY CHIAUSSA Department of Civil and Environmental Engineering Division of Building Technology Building Physics Chalmers University of Technology ABSTRACT Energy effective buildings, with low energy consumption, are a frequently discussed topic nowadays. The construction sector in Sweden is approximately using 40 percent of the nation s total energy consumption. At the same time, the energy consumption continues to increase along with the global economic growth. The purpose of this thesis is to generate energy data concerning detached single family houses, for a reference house and for several construction alternatives. These alternatives classify three different levels of the specific energy consumption. This thesis indicates whether the alternatives are good enough to apply in the case of a future more strict energy demand. The thesis contains evaluations and presentations of economical differences by introduce the life cycle cost analysis. Additionally, the residents potential to minimize the energy cost and lower the environmental impact is discussed. The different alternatives in building construction have been simulated with a detailed and transient energy simulation software, BSim. The results from the simulations, together with cost calculations of improvements in the constructions, are used for the calculations of the life cycle cost. The life cycle cost calculations are applied on every alternative to determine their actual potential to become a good investment in a longer perspective. The simulation of the reference house located in Gothenburg, resulted in a specific energy consumption of 85,6 kwh/(m 2,year). A structure with more energy effective windows, walls and doors, combined with less air leakage and energy preserving systems e.g. solar panels and ventilation system with heat recovery, contribute to a house with low energy consumption. In this case, the specific energy consumption is calculated to about 49 kwh/(m 2,year). In a larger perspective, to approach low energy buildings, the additional investments is about 6,5 % larger in relation to the total production cost of the reference house. The results from the life cycle cost analysis and outcomes from variation of different parameters show an economical beneficial in a longer point of view. To obtain more energy effective buildings, without compromising the indoor climate, a more long-term thinking and an active commitment of everyone involved in the construction process, has to be adapted. Key words: Life Cycle Cost, LCC, Energy simulations, Single family houses, Low energy house, Passive house, Specific energy consumption I

6 II

7 Livscykelkostnadsanalys av småhus en jämförelse av Boverkets energikrav och ett lågenergihus Examensarbete inom civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnad KARL ANDERSSON TOMMY CHIAUSSA Institutionen för bygg- och miljöteknik Avdelningen för Byggnadsteknologi Byggnadsfysik Chalmers Tekniska Högskola SAMMANFATTNING Energieffektiva byggnader, med lågt energibehov som följd, är i nuläget ett högaktuellt ämne. Byggsektorn i Sverige står uppskattningsvis för ca 40 procent av nationens totala energianvändning. Samtidigt ökar energianvändningen och fortsätter att stiga i takt med den globala ekonomiska tillväxten. Syftet med rapporten är att ta fram data för ett enfamiljshus, utefter ett referenshus beläget i Göteborg tillsammans med ett flertal byggnadstekniska åtgärdsalternativ, som visar skillnader i specifik energianvändning och livscykelkostnader. Genomförd analys ska ligga till grund ifall alternativa åtgärder anses lämpliga ur entreprenörers perspektiv då energikraven kan pressas ytterligare i framtiden. I rapporten ingår utvärdering och presentation av skillnader i kostnader samt brukarens potential till att spara energikostnader, och i slutändan minska miljöpåverkan. De olika alternativen som tagits fram har simulerats med det detaljerade värme- och energitekniska simuleringsprogrammet BSim. Därefter nyttjas resultaten från BSim för analys av husalternativens livscykelkostnader. Livscykelkostnadsberäkningarna utförs på varje alternativ lösning för att bedöma dess potentialer till en god investering sett ur ett längre tidsperspektiv. Energisimuleringsprogrammet beräknade referenshusets specifika energianvändning till 85,6 kwh/(m 2,år). Energieffektiviserande åtgärder som energieffektivare fönster, tjockare isolering, lufttätare klimatskal samt installationer som solfångare och ett från- och tilluftsventilationssystem med värmeåtervinning, bidrar till ett hus med lågt energibehov. Den specifika energianvändningen för lågenergihusen resulterade i omkring 49 kwh/(m 2,år). Sett ur ett helhetsperspektiv är tilläggsinvesteringen för lågenergihusen en extrakostnad om ca 6,5 % i förhållande till den totala investesteringskostnaden för referenshuset. LCC-analysens resultat samt resultaten vid variation av känsliga parametrar påvisar lågenergihusens ekonomiska fördelaktighet sett ur ett längre tidsperspektiv. För att åstadkomma energieffektiva byggnader, utan att inomhusklimatet försämras, kommer det i framtiden krävas ett långsiktigt tänkande och ett aktivt engagemang av byggprocessens alla aktörer. Nyckelord: LCC, Energisimuleringar, Småhus, Lågenergihus, Passivhus, Specifik energianvändning III

8 IV

9 INNEHÅLL ABSTRACT SAMMANFATTNING INNEHÅLL FÖRORD NOMENKLATUR I III V IX XI 1 INLEDNING Bakgrund Syfte Mål Metod Värme- och energitekniskt simuleringsprogram Analys av livscykelkostnader Avgränsningar Tidsramar Geografisk orientering Systemgränser för miljön 5 2 ENERGIFLÖDET I BOSTÄDER TEORIBAKGRUND Energibalans för en bostad Transmissionsförluster Ventilationsförluster Tappvarmvattenförluster Tillskottsenergi Boverkets förändrade energikrav Uppföljning av Boverkets energikrav 15 3 LÅGENERGIHUS TEORIBAKGRUND Definition av lågenergihus Klimatskärmen Installationer Krav för lågenergihus Utveckling av lågenergihus i Sverige Utveckling av lågenergihus i Europa Uppföljning av krav Marknadens reflektioner Svagheter med lågenergihus 24 4 ENERGIFÖRSÖRJNING Energislag 25 V

10 4.1.1 Fjärrvärme Värmepump Solenergi Energipris Allmän energiprisutveckling Elprisutveckling Fjärrvärmeprisutveckling 29 5 ENERGISIMULERING Analys med värme- och energitekniskt simuleringsprogram Val av värme- och energitekniskt simuleringsprogram Uppbyggnad av BSim Uppbyggnad av byggnadsmodeller i BSim Husens belägenhet Vindlaster Sollaster Tappvarmvattenbehov Referenshusets uppbyggnad Klimatskal Ytterväggens köldbryggor Installationer Luftläckage Energisimuleringsresultat R-huset Mellanhusens uppbyggnad Klimatskal Ytterväggens köldbryggor Installationer Luftläckage Energisimuleringsresultat M-husen Lågenergihusens uppbyggnad Klimatskal Ytterväggens köldbryggor Installationer Luftläckage Energisimuleringsresultat L-husen Inneklimatsresultat för R- och L-huset Sammanställning av alternativen 54 6 LIVSCYKELKOSTNADSANALYS LCC-analysens fördelar Att räkna med LCC-analys LCC-beräkningar Indata till LCC-beräkningarna LCC-beräkningsresultat 57 7 KÄNSLIGHETSANALYS Känsliga faktorer i BSim Känsliga faktorer i LCC-analysen 63 VI

11 7.3 Känslighet av energipriser 66 8 SLUTSATSER Rekommendationer 68 9 DISKUSSION FÖRSLAG PÅ FORTSATTA STUDIER REFERENSER 77 BILAGOR Bilaga 1 Bilaga 2 Bilaga 3 Bilaga 4 Bilaga 5 Bilaga 6 Bilaga 7 Bilaga 8 Bilaga 9 Indata till BSim Handberäkning av U-värden för klimatskalet HEAT2- och köldbryggsberäkningar Lufttäthetsberäkningar Täthetsprovningar av R-huset Energibesparingsåtgärder på R-huset LCC-kostnader Indata till LCC-verktyget ENORM-beräkningar VII

12 VIII

13 FÖRORD Examensarbetet har utförts under sommaren och hösten år 2007 på Institutionen för bygg- och miljöteknik, Avdelningen för byggnadsteknologi, Byggnadsfysik vid Chalmers Tekniska Högskola. Rapporten är det sista momentet som avlutar studier på civilingenjörsprogrammet Väg- och vattenbyggnad med inriktning Byggnadens tekniska funktion och omfattar 30 poäng. Författarna till denna rapport är Karl Andersson och Tommy Chiaussa. Stort tack till våra handledare, doktorand Henrik Karlsson på byggnadsfysik och Veronica Yverås på JM AB som har visat engagemang och intresse för vårt arbete och för den tid de avsatt för diskussion. Författarna vill även rikta ett stort tack till våra opponenter, all personal på Avdelningen för byggnadsteknologi, Byggnadsfysik samt personal i forskargruppen på Installationsteknik som har bidragit med många kloka yttranden vilket höjt nivån på denna rapport. Många tack till er! Vi vill även tacka platschefen Lars Edvardsson och alla arbetsledarna på JM AB som arbetat på byggarbetsplatsen för refererenshuset, Kjell-Åke Henriksson på JM AB i Stockholm och Ingrid Olsson, kalkylator på JM AB Göteborg, för ert enorma tålamod vid våra aldrig sinande frågor. Ett sista tack till övriga examensarbetare på våning två i Forskarhuset på Väg- och vattenbyggnation på Chalmers för trevligt umgänge under alla frukost-, lunch- och eftermiddagstillfällen. Göteborg, november 2007 Karl Andersson Tommy Chiaussa IX

14 X

15 NOMENKLATUR Beteckningar λ Värmekonduktivitet, värmeledningsförmåga [W/(m,K)] ψ Värmegenomgångskoefficient för den linjära [W/(m,K)] köldbryggan ξ Värmegenomgångskoefficient för den punktformiga [W/(m,K)] köldbryggan U Värmegenomgångskoeffecient för en konstruktionsdel. [W/(m 2,K)] U*A Förlustfaktor för en konstruktionsdel. [W/K] Allmänna begrepp A temp Golvarean i temperaturreglerade utrymmen avsedd [m 2 ] att värmas till mer än 10 C begränsade av klimatskärmens insida. Garage inräknas inte i denna yta. 1 BOA Boarea, bruksarea för boutrymmen. Synonymt med [m 2 ] uthyrningsbar area. Omfattas företrädesvis av utrymmen avsett för vistelse, kommunikation, hygien viss förvaring m.m. ovan mark, dock ej förråd och garage. 2 Dagg- Temperatur då vattenångan i luften börjar kondensera [ºC] temperatur på en yta. Energi- Byggnadens mått på dess energieffektivitet, knutna [kwh] prestanda till normalt bruk. Klimatskal Innefattas av ytterväggar, golv, tak, fönster och dörrar [-] som är det direkt skyddande skalet av BOA. Klimatzon Norrbottens län, Västerbottens län, Jämtlands [-] norr län, Västernorrlands län, Gävleborgs län, Dalarnas län och Värmlands län. 3 Klimatzon Övriga län än klimatzon norr. 4 [-] söder Operativ Den samlade inverkan av luftens och omgivande ytornas [ºC] temperatur temperatur. 1 Svensk Areamätning. Internet 2 Ibid. 3 Boverket. Boverkets byggregler (BFS2006:12). Internet 4 Ibid. XI

16 Vistelsezon Den del av byggnaden som människor normalt uppehåller sig. [-],[m 2 ] Q energi Byggandens energianvändning för normalårstemperatur [kwh/år] utomhus samt för vädring och normalt brukande av tappvarmvatten. specifik Q energi Specifik energianvändning. Definierar en byggnads [kwh/(m 2,år)] maximalt tillåtna energianvändning per uppvärmd golvarea. Byggtekniska begrepp COP Värmefaktor. Mått på värmepumpens effektivitet. [-] DUT Dimensionerande utetemperatur. Den beräknade [ºC] utetemperatur som inträffar högst en gång per utvald tidsperiod då en extrem utetemperatur medför att innetemperaturen väntas sjunka ett visst antal grader. EUT Extrem utetemperatur. Den temperatur som ventilations- [ºC] systemet dimensioneras efter, då hänsyn inte kan tas till byggnadens värmetröghet. FTX-system Från- och tilluftsdistributionssystem med värmeväxlare. [%] Värmeväxlarens prestanda betecknas med en verkningsgrad. FVP Frånluftsventilation med värmepump. Värme tas från [-] frånluften och ges till exempelvis tappvattensystemet eller det vätskeburna radiatorsystemet. Års- Uppvärmningssystemets årsgenomsnittliga effektivitet. [-] verkningsgrad Internvärme Det värmetillskott som tillförs byggnaden genom exempelvis personer, hemelektronik, belysning mm. [W] Lufttäthet Definieras och mäts som det luftflöde i l/s som passerar en [l/(s,m 2 )] ytenhet av klimatskalet då ett referenstryck råder. PE-folie Polyetenfolie, vars funktion är att förhindra den diffusiva [-] fukttransporten och luftgenomflöden. VÅV Värmeåtervinning ur ventilationsluften. [-] XII

17 Ekonomiska begrepp LCC Livscykelkostnad - Life Cycle Cost [kr] Totala kostnaden under en produkts livslängd, dvs inköpspris plus nuvärdet av drift- samt underhållskostnader under en bestämd kalkylperiod. Kalkylränta Krav på ränta av investering, som utgår från utebliven [%] alternativ investering. Kapital- Räntekostnad på lånat kapital. [%] kostnad Realränta Ränta minus inflation. [%] XIII

18 XIV

19 1 INLEDNING Energifrågan har varit ett omtalat ämne under en längre tid men har på senare år fullkomligt exploderat. Sverige och världen står inför en stor omställning där energianvändningen står i fokus. Energianvändningen är en stor utmaning för samhället som måste öka andelen förnyelsebar energi och samtidigt minska energikonsumtionen. Byggsektorn står uppskattningsvis för ca 40 procent av Sveriges totala energianvändning, vilket ökar dess ansvar att reducera denna siffra. 5 År 1999 upprättade Boverket detaljerade miljömålsförslag för det nationella programmet God bebyggd miljö, där målet med energibehovet för nya byggnader år 2010 högst skulle vara 90 kwh/(m 2,år). Kravet i de reviderade byggreglerna (BBR12), trädde i kraft den 1 juli år 2007, motsvaras av en specifik energianvändning av 110 kwh/(m 2,år) i Sverige söder om Dalälven, och är därmed ännu inte nere på den nivå som energimålsättningen var. På drygt 30 år har den totala energianvändningen i Sverige ökat med ca 7 %, från 381 TWh år 1973 till 406 TWh år Av de befintliga husen och även gällande nybyggnation av hus krävs en åtstramning och energieffektivisering. Den enda energibäraren som minskat i användning är oljeprodukter, som efter oljekrisen på 1970-talet fick svensk energipolitik att ändra inriktning och ersätta olja med i stor utsträckning el och fjärrvärme. 6 Rapporten klargör olika kostnaders fördelning vid energiförbättrande åtgärder vid nybyggnation av småhus. Vidare presenteras bakgrunden till studien och varför den genomförts med dess syfte, metod och avgränsningar. 1.1 Bakgrund Byggnader med hög energieffektivitet, med lågt energibehov som följd, och dess efterfrågan har de senaste åren ökat betydligt i Sverige. Energieffektivisering av, och i, bostäder är inte bara en angelägenhet ur svensk synvinkel utan viktigt för hela EU. De mediala effekterna av frekventa rapporter om den globala uppvärmningen tvingar hela samhället att engagera sig. Samtidigt ökar den globala energianvändningen och fortsätter att stiga i takt med den globala ekonomiska tillväxten. Det förekommer i dagsläget många debatter om vad olika åtgärder skulle innebära för den globala miljön och dess fortsatta utveckling då jordens befolkning ständigt växer. Ett samarbete mellan regeringen, kommuner och företag vars syfte är att skapa en utveckling mot en hållbar bygg- och fastighetssektor i Sverige är Bygga-bo-dialogen. Med detta samarbete vidtas konkreta åtgärder för en hållbar utveckling då enighet har träffats genom frivillig överenskommelse mellan parterna. För att avgränsa dialogerna 5 SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut. Effektivare energianvändning i sikte. Internet 6 Energimyndigheten. Energiindikatorer 2006, Uppföljning av Sveriges energipolitiska mål. Internet. 1

20 läggs fokus på tre områden: hälsosam innemiljö, effektiv resurs- och energianvändning. 7 Byggsektorns uppdrag har blivit att göra förändringar och justeringar vad gäller energianvändningen vid nybyggnation och av befintliga hus i drift. Den nationella myndighet som tar fram föreskrifter för nya byggnader och övriga frågor om samhällsplanering, bostadsfrågor, stads- och bebyggelseutveckling är Boverket, med regelsamlingen Boverkets byggregler, förkortat BBR. 8 Den 1 juli 2007 trädde BBR: s nya energikrav i kraft (BBR12), vilket kom att påverka byggsektorns nybyggnation av småhus. På standardhusen behövdes vissa ändringar och tillägg genomföras rörande både byggnads- och installationsrelaterade syften då energikraven pressades. Detta öppnar synen för livscykelperspektivet och blir allt mer aktuellt vid investeringsbedömningar. Då byggmaterial och energikostnader har haft en stadig uppgång krävs nu mer fokus på energieffektivare hus för att få ner driftskostnaderna. Driften av ett hus under dess livslängd står för en stor andel av husets totala energianvändning. Andelen kan vara så stor som 85 % under husets livscykel vilket ökar betydelsen av energieffektiva hus i framtiden. 9 En förutsättning för energieffektiva hus är att det finns både god arkitektur och konstruktion samt ett tillräckligt bra utförande. Vad gäller arkitekturen på objektet så utarbetas den med avseende på planlösning, fönsterstorlekar, fönsterutformning etc. Den konstruktionsrelaterade utformningen avser bl.a. val av isolertjocklek, byggnadsteknisk detaljutformning som förhindrar uppkomst av köldbryggor och att en lufttät klimatskärm erhålls. Goda isolerings- och lufttäthetsförutsättningar i klimatskärmen grundar sig i stor utsträckning av hur väl arbetsutförandet infriats. Med en bakgrund där dessa kvalifikationer är uppfyllda finns förutsättningar för brukaren att få önskad komfort, god luftkvalitet, liten tillförsel från värmesystemet och därmed ett energieffektivt hus. Brukarens beteende är något som i slutänden dock avgör husets energianvändning i stor utsträckning, det vill säga de människor som nyttjar eller bor i huset. 1.2 Syfte Syftet med studien är att ta fram data för ett specifikt småhus som visar skillnaden i kostnader för husköparen i ett bestämt tidsperspektiv. Ett flertal byggnadstekniska alternativ undersöks samt utvärderas. Genomförd analys ska ligga till grund för huruvida alternativa åtgärder anses lämpliga ur entreprenörers perspektiv då energikraven kan pressas ytterligare i framtiden. Resultaten skall skapa en kvalitativ bas vid marknadsföring av de nya standardhusen kontra lågenergihusen. I rapporten ingår utvärdering och presentation av skillnader i kostnader samt brukarens potential till att spara energikostnader, och i slutändan bidra till mindre miljöpåverkan. 7 Byggabodialogen. Internet 8 Boverket. Om Boverket. Internet 9 Petersson, Bengt-Åke.(2004). Tillämpad byggnadsfysik. Lund. Studentlitteratur 2

21 1.3 Mål Målet med denna studie är att granska energiprestandan för ett referenshus och utvärdera förslag på åtgärder för att åstadkomma ett energieffektivare hus. Åtgärderna ska generera ett s.k. lågenergihus, efter passivhuskonceptet på ca 50 kwh/(m 2,år) och även ett hus med energiprestanda som motsvarar en standard någonstans mellan referenshusets och lågenergihusets standard. De olika alternativens utformningar och tekniska val kommer i slutänden att skapa en helhetsbild av kostnader beroende på val av grad på energieffektivitet utan att påverka kvaliteten av inneklimatet. Därmed kommer ett underlag att finnas som bas för byggföretagens marknadsföring och säljstrategier där husköpare uppmuntras att köpa hus med lågt energibehov. Med detta skapas en högre investeringskostnad men en lägre driftskostnad, som ger ett mer ekonomiskt och miljövänligt hus, vilket i slutänden gynnar alla parter. I framtiden kommer detta förhoppningsvis att stimulera byggnadsmarknaden med större konkurrens och lägre priser vilket medför en ökad lönsamhet av att bygga lågenergihus. 1.4 Metod En bred litteraturstudie ligger till grund för förståelse av ett lågenergihus, dess energiflöden samt dess uppbyggnad. För att kunna genomföra studien har sedan ett reellt objekt använts som utgångspunkt. Efter studie av olika byggnads- och installationstekniska lösningar, individuellt och i kombination, utvärderas alternativen. Detta görs ur ett ekonomiskt- och energibesparande perspektiv, efter vidtagna åtgärder, genom att exempelvis: förbättra isolering av väggar, tak, grund etc. byta standardfönster till lågtransmitterande fönster bygga lufttätare minimera köldbryggor installera en från- och tilluftsvärmeväxlare installera en värmepump installera solfångare nyttjat för värmning av tappvarmvatten En översiktlig bedömning görs av de olika alternativen, var på de simuleras med ett värme- och energitekniskt simuleringsprogram. Därefter finjusteras de olika lösningarna innan de används vid analys av livscykelkostnad. LCC-beräkningar utförs på varje alternativ lösning för att bedöma dess potentialer till en god investering Värme- och energitekniskt simuleringsprogram Med energisimuleringsprogrammet BSim kan byggnadens energibalans simuleras. Energisimuleringen görs detaljerat för att verifiera att de alternativa lösningarna som tagits fram klarar BBR-kraven samt de krav för passivhuskonceptet med avseende på energianvändningen. 3

22 1.4.2 Analys av livscykelkostnader Vid ekonomiska analyser vid extra investeringar, gentemot investeringar som har gjorts vid standardbyggnation, används ett LCC-verktyg. Verktyget är utvecklad av Älvstranden Utveckling AB. 10 Tanken med metoden är att visa på ett överskådligt sätt att extra investeringar har potential att löna sig ekonomiskt med sänkta driftkostnader som följd. De totala boendekostnaderna kommer alltså inte att bli högre då räntekostnaderna för investeringen täcks av en sänkt energidriftskostnad. 1.5 Avgränsningar Denna rapport behandlar enbart småhus med möjlighet till inkoppling på ett fjärrvärmenät. Ett referenshus motsvarande ett 2-planshus om 121 kvm BOA används som bas där energieffektiviserande åtgärder föreslås och utvärderas ur ett livscykelanalytiskt perspektiv. I rapporten berörs, i huvudsak, enbart ämnesområdena av byggnadsteknisk och byggnadsekonomisk karaktär. Rapporten vänder sig till personer redan insatta i byggsektorns frågeställningar. Kunskap om byggnadens energibalans och byggnadsekonomiska förkunskaper krävs för att kunna tillgodogöra sig hela innehållet i rapporten. För att lyckas genomföra denna studie inom rimlig tid och med skäliga informationsmängder krävs vissa avgränsningar då ämnesområdet är stort. Nödvändiga aspekter och avgränsningar att ta i beaktning är inom vilket tidsram analysen belyser, husets geografiska position i landet samt miljöpåverkan förklaras i följande kapitel Tidsramar För att få en rimlig och därmed sanningsenlig bild av analysen ansätts en tid som sedan nyttjas i LCC-analysen. Tidsramens inverkan blir stor med avseende på t.ex. driftskostnad per år om den väljs på 25 eller 50 år. Därför har en rimlighetsbedömning gjorts med hjälp av erfaret branschfolk, där en tidsram om mellan 30 år konsulterades fram Geografisk orientering Denna rapport berör endast området i och omkring Göteborgregionen där även tilltänkt byggnation av husen är tänkt att genomföras i framtiden. Klimatdata kommer därför att användas från Göteborgsområdet. 10 Värmsjö, Per. M.fl. Energioptimering av flerbostadshus, en LCC-studie av ett nybyggnadsprojekt i Sannegårdshamnen. Internet 4

23 1.5.3 Systemgränser för miljön Denna rapport beaktar endast energianvändningen under brukstadiet av byggnadens livscykel, då större delen av husets totala behov av energi, under dess livstid, är under brukstiden, vilket visas i figur 1.1. För lågenergihus förändras denna fördelning då större energianvändning tillkommer vid byggnationen samt att energianvändningen minskar under brukstiden. Figur 1.1 Energianvändningen för ett traditionellt byggt småhus under dess livscykel Petersson, Bengt-Åke (2004). Tillämpad byggnadsfysik. Lund. Studentlitteratur 5

24 6

25 2 ENERGIFLÖDET I BOSTÄDER TEORIBAKGRUND Med energiflödet för byggnader menas all den energi som tillförs byggnaden i form av exempelvis uppvärmning, hushållsel, personvärme och solinstrålning samt energi som bortförs i form av förluster. Termodynamikens första huvudsats 12 säger att energi inte kan skapas av sig självt eller förintas, utan bara omvandlas till andra energiformer, vilket även gäller i en bostad. De olika energiformerna i huset omvandlas och utbyte sker med omgivningen vilket skapar ett energiflöde, en energibalans mellan inflöden och utflöden. För att bibehålla energibalansen i ett hus, och därmed en komfortabel temperaturnivå inomhus, tillförs eller bortförs energi i form av värme eller kyla. 2.1 Energibalans för en bostad Sverige och Nordeuropa har oftast ett kallt klimat utomhus i relation till övriga Europa. Detta bidrar till att tillförsel av energi i form av värme är nödvändigt för att bevara ett gott termiskt inneklimat, då internvärmetillskottet är relativt litet i förhållande till dess BOA. Andra positiva bidrag som inverkar relativt stort, främst på sommaren, är solinstrålning, där den kortvågiga solinstrålningen omvandlas till värmeenergi. Värmeenergi som i huvudsak lämnar byggnaden, och som betraktas som förluster, är främst transmissionsförluster, ventilationsförluster, varmvattenförluster och förluster i form av köldbryggor. Dessa olika energi- och värmeförluster förklaras mer ingående i följande kapitel. Som figur 2.1 visar sätts en systemgräns precis utanför huset. Även in- och utgående parametrar för byggnadens värmebalans visas. 12 Nationalencyklopedin, Internet 7

26 Figur 2.1 Energibalans för hus där förlusterna innefattas av transmissionsförluster, luftläckning, ventilationsförluster och dylikt. 13 Med hjälp av husets energiflöden kan en energibalans beräknas som ekvation 2.1 visar. Energibehovet för huset baseras på normal och avsedd användning. 14 Q energi = Q t + Q v + Q l + Q tvv + Q dr,el Q vå Q tillskott [kwh/år] (2.1) Q t = transmissionsförluster inkl köldbryggor Q v = ventilationsförluster Q l = luftläckageförluster, ex vädring, otätheter i klimatskalet Q tvv = uppvärmning av tappvarmvatten Q dr,el = elenergibehov för fläktar, värmepumpar, pumpar, mm. samt distributions- och reglerförluster Q vå = tillgodogjord värme från solpaneler, värmepumpar, värmeväxlare, etc. Q tillsk. = tillgodogjord värme från personer, tappvarmvatten, belysning, etc Transmissionsförluster Transmissionsförlusten genom en byggnadsdel, t.ex. en vägg, bestäms av skillnaden i ytter- och innertemperatur samt av byggnadsdelens värmegenomgångskoefficient, U- värdet [W/(m 2,K)]. Totalt sett utgör transmissionsförlusterna störst andel av byggnadens totala värmeförluster. Denna energiförlust är värmetransport genom byggnadens klimatskal. Transmissionsförluster utgörs av strålning, ledning och konvektion. Husets isoleringsgrad (värmemottstånd) står omvänt proportionellt med byggnadens förluster. Ett mått på värmeflödet genom en konstruktionsdel är, 13 Boverket. Boverkets byggregler (BFS2006:12) 14 Petersson, Bengt-Åke (2004). Tillämpad byggnadsfysik. Lund. Studentlitteratur 8

27 värmegenomgångskoefficient U-värdet. Om t.ex. ett fönster har ett lågt U-värde innebär det att isoleringen är god. 15 Vid beräkning av det teoretiska U-värdet erfordras materialets tjocklek, d [m], samt dess värmekonduktivitet, λ [W/(m,K)], som ger materialets värmeövergångsmotståndet R [(m 2,K)/W], se ekvation 2.2 och 2.3. Då väggar, tak, grund etc. inte utgörs av homogena och solida material utan kombinationer av material sinsemellan krävs en formel som tar hänsyn till detta. Även köldbryggor måste beaktas vid beräkning av det samlade U-värdet. Denna formel beskrivs och förklaras i ekvation 2.4. R j d j = [(m 2,K)/W] (2.2) λ j U j = R se 1 + R j + R si [W/(m 2,K)] (2.3) Fönster och dörrar är konstruktionsdelar som står för stora värmeförluster då dess isolerande förmåga är sämre än övriga konstruktioner av klimatskärmen. Det är därför viktigt att välja komponenter med så låga U-värden som möjligt eller, som ibland nödvändigtvis, hålla nere dess area i förhållande till total ytterväggsarea för att begränsa energianvändningen i största möjliga utsträckning. Ett bra fönster, med låg energianvändning som följd, motsvarar ett U-värde på ca 0,8-1,0 W/(m 2,K) vilket bidrar till möjligheten att avskaffa radiatorerna under fönster utan att problem med drag och kallras uppstår. 16 En negativ konsekvens av energieffektiva fönster är att utvändig kondens lätt uppstår under kalla klara nätter då glaset blir kallare än omgivande utomhusluft. Kondens uppstår eftersom fönsterrutans yta, som vetter mot uteluften, och dess daggpunkt passeras, vilket gör att en del av uteluftens ånghalt kondenserar på fönsterrutan. Fenomenet upphör helt på förmiddagen då utomhustemperaturen ökar vid solens uppgång. I figur 2.2 nedan visas andelen transmissionsförluster för ett traditionellt småhus. Figur 2.2 Principiell bild över transmissionsförlusterna på ett traditionellt hus. De 15 % som saknas täcks av ventilationsförluster,tappvarmvattenförluster Sandin, Kenneth (1996). Värme och fukt. Lund. Kompendium i byggnadsfysik 16 Maria Wall. Bygg energieffektivt Kunskapen finns! Forskningsrådet Formas 17 Energimyndigheten. Din uppvärmning. Internet 9