Energianalys av Lidö värdshus vandrarhem

Transkript

1 Energianalys av Lidö värdshus vandrarhem Albin Risfelt Bachelor of Science Thesis KTH School of Industrial Engineering and Management Energy Technology EGI-2013 SE STOCKHOLM

2 Bachelor of Science Thesis EGI-2013 Energy analysis of Lidö Inn Albin Risfelt Approved Examiner Catharina Erlich Commissioner Supervisor Catharina Erlich Contact person Abstract This report describes the energy usage of Lidö Inn with a focus on the youth hostel that is the biggest building of all the buildings belonging to Lidö Inn. The project was given by Skärgårdsstiftelsen and their environmental focus Green islands. The rapport will work towards finding improvements that can be made on the building to lower its usage of energy. The first part of the report is a study of literature that focuses on energy usage in buildings and heat transfers. As comparison average values for hotels and restaurants have been gathered to give the reader a better picture of the result. The program DesignBuilder has been used in the project to simulate the energy usage for Lidö Inn and in the study of literature some of the programs functions are explained to make it easier for the reader to understand what is being calculated. The results show that Lidö Inn would save energy by changing from the windows they have now to some more energy and the payback time would be 15 years. The report also shows that Lidö Inn should invest in heating up the building to 5 C during the winter because of the low increase in energy cost compared to the cost of repairing the building if the pipes were to crack and flood the floor. -2-

3 Sammanfattning Projektet innefattar energianalyser för Lidö värdshus med fokus på vandrarhemmet, den byggnad som är i störst behov av hjälp. Projektet är på uppdrag från Skärgårdsstiftelsen och deras miljöarbete Green Islands. Lidö värdshus består av många byggnader och ligger ute i Stockholms skärgård. Syftet är att hitta möjliga förbättringar för byggnaden gällande energianvändningen. I rapporten inleds det med en litteraturstudie med fokus på ämnet energianvändning i byggnader och värmetransporter. Som jämförelser har genomsnittliga värden för hotell och resturanger används för att läsaren ska få en bättre bild av hur arbetet gått. Programmet DesignBuilder kommer att användas och förklaras därför för att ge läsaren bättre förståelse för programmet förklaras även beräkningsmodeller. I rapportens resultat ses att Lidö värdshus vandrarhem skulle spara energi på att byta fönster och detta skulle ge en återbetalningstid på ca 15 år. Lidö värdshus vandrarhem skulle också spara in pengar på att underhållsvärma byggnaden till 5 C då eventuella skador på byggnaden skulle kosta mer än den energi som går åt för uppvärmningen. -3-

4 Innehållsförteckning Abstract... 2 Sammanfattning... 3 Nomenklatur Projektet Syfte Problemformulering Problemformulering och mål Litteraturstudie Genomsnittlig energianvändning i hus Lidö värdshus Elförbrukning för Lidö värdshus Klimatskal U-värde Värmetransporter Konvektion Strålning Ledning Fönster Isolering Ventilation Metod Stil Designbuilder Aktivitet Belysning Ventilation Isolering Resultat och Diskussion Simulation Simulation Resultat simulation 1,1 & 1, Simulering

5 4.5 Simulation Byte av isolering Simulation Simulation Noggrannhetsanalys Aktivitet Belysning Kontorsutrustning Fönster Diskussion och Slutsats Referenser

6 Nomenklatur Tecken Benämning SI-enhet U U-värde W m 2 K d Diameter m λ Värmeledningstal W/(m K) T Temperatur C α Värmeövergångstal W m 2 K Pt Persontäthet St/m 2 n Antal personer St A Area m 2 E Arbete J P Konvektion W/m 2 K p Effekt W t Tid s Q Energi J 1 Projektet 1.1 Syfte Detta projekt kommer behandla problemet med Lidö värdshus och vandrarhems energianvändning och kommer fokusera på möjliga förändringar i byggnaden för att minska energianvändningen. Syftet är att analysera huruvida Lidö värdshus skulle tjäna på att ha öppet på vinterhalvåret eller endast underhållsvärma byggnaden om eventuella ändringar i byggnaden görs. Test kommer göras med bland annat byte av isolering och fönster för att minska värmeutsläppen från byggnaden och i sin tur minska energianvändningen. Fokus kommer ligga på Lidö värdshus och vandrarhem då det är där det kan göra störst inverkan då ändringar i byggnaden görs och det är den byggnaden som löper risk att förstöras under kalla vintrar på grund av fuktskador som uppstår. -6-

7 1.2 Problemformulering Några frågor har satts upp för att kunna ge ett så bra resultat som möjligt Hur ser energianvändningen ut i Lidö värdshus idag? Hur kan byggnaden ändras för att optimera denna energianvändning? Är det realistiskt att genomföra de ändringarna? Vilka möjligheter finns det under vinterhalvåret? 1.3 Problemformulering och mål Lidö värdshus ska analyseras ur ett energibesparingsperspektiv. Denna analys vill de kunna använda för att se eventuella förändringar de kan göra i byggnaden för att spara in på energi för uppvärmning. För tillfället så är värmen påsatt i värdshusdelen med helt avstängd under vintern i vandrarhemmet vilket skadar vandrarhemmet. Med eventuella förändringar i byggnaden kan priset för att underhållsvärma på vintern bli så pass lågt att det är värt att hålla byggnaden underhållsvärmd för att undvika köldskador. Mål Analysera vandrarhemmets energianvändning och värmeförluster Ta reda på förbättringar som kan göras på byggnaden Priser på dessa förbättringar Lönsamheten -7-

8 2 Litteraturstudie 2.1 Genomsnittlig energianvändning i hus En stor del av energin i bostäder går åt till uppvärmning och denna energi lämnar sedan huset i form av värme. Denna värme försvinner genom alla delar av huset, väggar, tak, fönster och dörrar. Den största förlusten uppkommer vid dörrar och fönster, 35 % av värmen från hela huset transmitteras här (Energimyndigheten, 2012). För en villa är den genomsnittliga energianvändningen ungefär kwh per år (Energimyndigheten, 2011). Av dessa kwh per år är det ca kwh energi som går år till uppvärmning av huset, 5000 kwh till hushållsel samt 5000 kwh som används för att värma upp varmvattnet. Då man ser att uppvärmningen står för över 50 % av energianvändningen i en genomsnittlig villa är det viktigt att isolera huset samt välja rätt fönster för att minska energiförlusterna, vilket kommer i mer detalj i stycken nedan. Jämfört med 25 år sedan, då många värmde sina hus med direktel, så är elanvändningen på grund av elektronik i hemmet ca 1,6 gånger så stor nu. (Energirådgivaren, 2011) Vid betraktandet av en genomsnittlig lägenhet i Sverige så ses att den har en energianvändning på ca kwh/år, vilket är mindre än hälften så mycket som energianvändningen i den genomsnittliga villan. Vilket till stor del har att göra med storleken på byggnaden men även antalet personer som finns i byggnaden, i en villa är det genomsnittligt fler personer än i en lägenhet. (E-on, 2013) Då Sverige har stor skillnad på sommar och vinterklimat påverkas energianvändningen för uppvärmning ganska mycket under året, se figur

9 12 Effektbehov i en villa under ett vinterdygn 2,5 Effektbehov i en villa under ett sommardygn 10 2 Effekt, KW Effekt, KW 1, , Timmar Timmar Fig 1/2: Effektbehov hos en villa under ett vinter och sommardygn(e-on, 2013) Genom granskning av figur 1 och 2 noteras betydligt större effektbehov under ett vinterdygn i jämförelse med ett dygn under sommaren. Detta bevisar att behovet av bra isolering är mycket viktigt för att minska energianvändningen. Dock kan effektbehovet bero på andra saker också då en familj oftast spenderar mer tid av dygnet hemma under en vinterdag samt mer energi går åt till belysning och annat då Sverige har ljust nästan hela dygnet på sommaren. 2.2 Lidö värdshus Lidö värdshus vandrarhem är uppbyggt av flertalet mindre byggnader och några stora byggnader. De största är värdshuset och vandrarhemmet. Det är byggnaden som ägarna kallar vandrarhemmet som denna rapports uträkningar är gjorda för. Lidö värdshus har öppet för konferenser och bröllop. Mellan maj och midsommar, från och med midsommar till och med en vecka in i augusti har de sommaröppet för vanliga gäster sen till oktober har de återigen endast öppet för konferenser och bröllop. Under ett verksamhetsår så har Lidö värdshus ungefär 2000 gästnätter som sprids ut under året. På vintern så har själva värdshuset en underhållstemperatur på 10 grader C där medan vandrarhemmet inte har någon uppvärmning och därmed får samma temperatur som utomhus. Detta leder i sin tur till skador på byggnaden (Hugo Olofsson, 2013). Lidö värdshus vandrarhem använder sig för nuvarande av ett vattenburet eluppvärmt värmesystem. -9-

10 2.3 Elförbrukning för Lidö värdshus Lidö värdshus är ett stort hus som är uppdelat i två delar där ena delen har matsal, kök och liknande medan den andra delen har rum för besökare. Fig 3: Månadsvis elförbrukning hos lidö värdshus under ett år (Vattenfall, 2013) I figur 3 syns Lidö värdshus månadsvisa elanvändning under perioden första april 2012 till första april 2013 (Vattenfall, 2013). Det man tydligt kan se är att värdshuset använder ungefär lika mycket elektricitet under hela tiden det håller öppet. Detta skulle kunna ändras med hjälp av bättre isolering då uppvärmningen är en relativt stor del av energianvändningen. Trots att vandrarhemmet är stängt under vintern så dras ganska mycket ström. Detta beror på att Lidö värdshus huvudbyggnad är underhållsuppvärmd som tidigare nämnts. En sak man skulle kunna jämföra är om förbättrad isolering och bättre fönster skulle resultera i en så pass stor energiminskning under tiden som värdshuset är öppet för att göra det värt att underhållsvärma vandrarhemmet under vinterhalvåret för att undvika skador på fastigheten då rör och annat fryser och sedan spricker. -10-

11 2.4 Klimatskal För att minska energiförluster i form av värme i huset behövs ett bra klimatskal. Ett klimatskal är husets ytterhölje vilket betyder det som skyddar insidan från huset från omgivningen så som väggar, tak, fönster och golv. För att kunna ha ett effektivt bra klimatskal behövs ett bra ventilationssystem då det bättre klimatskalet inte släpper igenom samma mängd luft som ett sämre skulle göra. För ett effektivt klimatskal måste även uppvärmning och isolering anpassas efter varandra, om isoleringen installeras innan värmeanläggningen kan man investera i en mindre värmeanläggning som då får bättre drift. I ett typhus med 100m 2 vindsbjälklag med en ökning av isolation från 20 till 50cm mineralull minskar värmeförlusterna med ca 1200kWh per år (Energimyndigheten, 2009) Trots bra isolering kan det förekomma köldbryggor i klimatskalet för ett hus, dessa köldbryggor är punkter där klimatskalet är svagare än i övriga huset på grund av till exempel en sockel av betong eller liknande. 2.5 U-värde U-värdet är det värde som anger klimatskalets förmåga att bromsa värmeflödet och det mäts i Watt per kvadratmeter och grad (W/m 2 K). Gradtalet i enheten beror på skillnaden i temperatur inomhus och utomhus. Om ett material har ett U-värde på 1,5 betyder det att materialet släpper ut 1,5 Watt per kvadratmeter om det är en grads skillnad på ute- och innetemperaturen. Det man strävar efter är alltså ett lågt U-värde, fönster har oftast det högsta U-värdet i ett hus och det är därför fönster släpper igenom mest värme(energimyndigheten, 2009b). Ekvation 1 visar hur U-värdet förenklat kan räknas ut och det är en kvot mellan värmeledningstalet, λ, och materialets isolertjocklek d. (Energimyndigheten, 2009b) U = λ d Ekv.1 Fig 4: Värmeförluster genom olika delar av huset Figur 4 visar ett typiskt flödesschema för värme i ett hus då utomhustemperaturen är lägre än inomhustemperaturen. Figuren visar också att det är via fönster och dörrar som den största -11-

12 värmeförlusten förekommer. För att tydligare bevisa skillnaden i värmeutsläpp i en villa sammanställs tabell 1 nedan där olika delar i huset ställs upp med deras U-värden. Del i hus Tabell 1: U-värde för delar av hus (Fönster, fukt & innemiljö, 2013) (Energimyndigheten, 2013) Tvåglasfönster (Vanligt glas) 2,4 2,6 Treglasfönster (Vanligt glas) 1,8 2,1 Ytterväggar ( mm tjockt) 0,18 Tak ( mm tjockt) 0,13 Genomsnitt för ett hus 0,50 U-värde (W m 2 K) Tabell 2 visar U-värde i ytterväggarna i små hus före och efter tilläggsisolering. Den visar även skillnaden i U-värde på hus byggda olika årtionden från 1920 talet. Tabell 2: U-värde för små hus före och efter tilläggsisolering (Energimyndigheten, 2009c) Byggår U-värde W/m 2 K (innan tilläggsisolering) ,60 0, ,50 0, ,45 0, ,30 0, , , Värmetransporter U-värde W/m 2 K (Efter tilläggsisolering) Det finns tre typer av värmetransporter och de är konvektion, ledning och värmestrålning. Nedan kommer en kort beskrivning av de tre sorterna Konvektion Konvektionen är rörelse i vätska eller gas och en fast kropp. Används vid uppvärmning av hus genom att luften vid rummets fönster blir kallare än luften i övriga rummet, denna luft som kyls ner får då lägre densitet och sjunker till marken och sprids sedan till resten av rummet. För att undvika detta så sätter man element eller annan värmekälla under fönstren och luften håller sig då varmare och kyler inte ner rummet på samma sätt. (Energihandbok, 2013) -12-

13 Fig 5: Konvektion i ett rum Med hjälp av konvektionen kan U-värdet tas fram, se ekvation 2 (Atomic, 2013) P = αa T Ekv. 2 Där α är värmeövergångstalet, A är tvärsnittsarea och T är temperaturen Strålning Strålningen uppkommer då atomernas rörelse ger upphov till elektromagnetiskt strålning, alltså avger alla material som har en temperatur på över absoluta nollpunkten värmestrålning. Ett bra exempel på värmestrålning är solens uppvärmning av jorden. (Nilsson, 2012) Ledning Värme kan överföras genom alla material via ledning, det förekommer inget utbyte av material eller liknande då värmen överförs via ledning. Hur mycket varje material leder beror på materialets värmeledningsförmåga som i sin tur mäts i W m nedan kommer tabell 3 visa på några värmeledningsförmågor hos material. -13-

14 Tabell 3: Värmeledningstal för olika material Material W/m C Koppar 390 Järn 75 Betong 1,7 Glas 0,9 Vatten 0,6 Trä 0,14 Luft 0,024 Då man tittar på den totala förlusten från ett hus när det kommer till ledning, strålning och konvektion så kan man se att strålning står för 20 %, konvektion 50 % och ledning 30% (Nilsson, 2012) 2.7 Fönster Då den största värmeförlusten uppkommer genom de fönster som finns i huset så kan man använda sig av olika sorters fönster för att minsta U-värdet och på så sätt bevara värmen bättre. Det finns olika sorters ramar till fönster som är olika bra på att hålla värmen inne i huset, det finns till exempel aluminium och metallramar som är väldigt starka och hållbara men då metall leder värme bra behöver dessa någon sorts lagring mellan in och utsidan på ramen så att inte värmen leds igenom så lätt, denna lagring kan vara av gummi eller liknande material som inte leder värme lika bra. Anledningen till att man oftast använder träramar är för att de är också väldigt hållbara och leder väldigt mycket mindre värme än vad metallramarna gör (Energy gov, 2012). För att göra fönster ännu effektivare så fyller man ofta tomrummet mellan glasskivorna med gas istället för luft, oftast argon eller krypton som har högre resistans mot värmeflödet än luft har. Om man införskaffar fönster med Low-e skikt så kommer de att reducera energiförlusterna med upp till 50 % dock kostar dessa fönster ungefär 15 % mer än vanliga fönster (Energy gov, 2012). I tabell 4 nedan sammanställs priser på olika fönstertyper och storlekar, de priser som ställs upp i tabellen är endast för inköp så ytterligare installationskostnader kan förekomma. Det traditionella fönstret är tvåglasfönster. PVC fönstret med lägst U-värde är av polyvinylklorid material vilket sänker U-värdet på fönstret medan fönstret Grund snarare är ett billigt fönster då lågt U-värde inte är i fokus (Skanska Byggvaror, 2013). -14-

15 Tabell 4: Fönstertyper, U-värde och pris på fönster(skanskabyggvaror, 2013) Fönstertyp Storlek(dm) U-värde W/m 2 K Pris(Kr) Tradition sidohängt 5x5 1, Tradition sidohängt 10x10 1, PCV-fönster 5x5 1,2 795 Grund sidohängt 5x5 2,7 645 Grund Sidohängt 10x10 2, Isolering Ett sätt att minska U-värdet på gamla hus är att tilläggsisolera till exempel väggar och tak. Hus som har ett vindsutrymme kan behöva tilläggsisolera det då mycket värme transmiteras inifrån ut genom vinden. Det är dock viktigt att inspektera detta utrymme efter isolering då det lätt kan leda till fuktskador då inomhusluften som är varmare kommer upp och kondenseras. Lösningar på detta kan vara att se till att det blir helt tätt mellan våningarna (Energimyndigheten, 2012). Bra isolering i huset kommer resultera i ett varmare hus på vinterhalvåret även ett svalare hus på sommarhalvåret. Då det krävs mindre energi för att värma upp ett hus som inte läcker ut mycket värme kommer det även resultera i lägre uppvärmningskostnader. (Energimyndigheten, 2012 Energimyndigheten, 2009c) -15-

16 2.9 Ventilation Mycket energi kan även förloras via oisolerade ventilationsschakt som visas i figur 6 nedan (Svensk ventilation, 2013). Ventilation är viktigt i en byggnad med bra klimatskal då det är med hjälp av ventilationen byggnaden får in ny luft till huset då de bra klimatskalen inte släpper igenom mycket. Ventilationen kan även användas för uppvärmning då den varma inomhusluften som åker ut kan värma upp luften som kommer in utifrån som sedan åker runt i huset. Innomhusluften bör bytas ut mot ny ren luft en gång varannan timma för att personerna i byggnaden och byggnaden själv ska må bra, byggnaden kan få det så kallade sjuka hussyndromet då material i byggnaden skadas på grund av dålig ventilation (Energimyndigheten, 2012b) (Storuman, 2013). Byggnader använder även naturlig ventilation vilket är då fönster och dörrar öppnas av personerna i byggnaden för daglig användning. Med bra ventilation minskar kostnaderna för nedkylning av byggnaden under sommaren då mer värme kan släppas ut och ny luft komma in. Fig 6: Värmeförlust i ventilation med olika isolering(svensk ventilation, 2013) -16-

17 3 Metod Detta kapitel behandlar olika antaganden och metoder som används för att beräkna energiförlusterna samt potentiella förändringar på Lidö värdshus vandrarhem för att förbättra energiförhållandena. Simuleringsprogrammet Designbuilder kommer att användas för att simulera Lidö värdshus vandrarhems värmeförluster vilket kommer ge en bra bild över hur byggnaden kan förändras för att minska förlusterna (Designbuilder, 2013). Designbuilder är ett program där man kan bygga en modell av byggnaden man vill analysera och sedan se hur stora värmeförlusterna är i denna byggnad. Inställningar som material, uppvärmningssätt och storlek på fönster kan justeras för att få ett så bra resultat som möjligt. En del antaganden kommer att göras tillexempel storleken på fönster i byggnaden och material i väggar och isolering. Detta kommer resultera i en brist på exakt data men däremot kommer den procentuella skillnaden vid ändringar i byggnaden att vara desamma oavsett. I Designbuilder kan man välja plats i världen på den modell man bygger för att få så exakta data som möjligt men Lidö finns inte som val i Designbuilder så plats har valts till Stockholm. Då Lidö värdshus har en del små hus runt om har fokus på vandrarhemmet valts för att resultatet ska kunna göra så stor inverkan som möjligt. 3.1 Stil 2 För att få fram jämförelseinformation har rapporten Stil 2 används, Stil 2 är en rapport som utreder byggnader/lokalers energianvändning i Sverige från Energimyndigheten för att kartlägga vad lokalens energi går åt till. I Stil 2 tas den procentuella genomsnittliga energianvändningen för uppvärmning fram i jämförelse med den totala energianvändningen. För hotell är den procentuella energianvändningen för uppvärmning 27,5% och för restauranger 15 %, detta då den största energianvändningen hos restauranger går åt till köket i form av el (Energimyndigheten, 2011b). 3.2 Designbuilder Designbuilder är ett simuleringsprogram som är framtaget för att kunna beräkna byggnaders energianvändning. Programmet använder beräkningsmodeller för temperatur vid olika geografiska platser, tryck, flöden med mera i modellen av byggnaden. Man kan även ställa in vilken del som ska vara riktad åt norr för att på så sätt få en exakt bild av energin man får via strålning från solen. Lidö värdshus vandrarhem har byggts upp i Designbuilder efter ritningen som erhållits av Skärgårdsstiftelsen och därefter kommer material till så stor noggrannhet det går att föras in korrekt se tabell 5. Därefter kommer olika förändringar i isolering / fönster med mera att analyseras för att ta reda på vad som kan förändras för att optimera energianvändningen i byggnaden. I figur 7 ses layouten på Designbuilder (Designbuilder, 2013). -17-

18 Fig 7: Designbuilder layout 3.3 Aktivitet Då man analyserar byggnader i Designbuilder behöver man sätta in rätt antal personer så att persontätheten blir korrekt. Då det är ett värdshus har personer lagts in i byggnaden hela dygnet. I ekvationen nedan beskrivs definitionen av persontätheten som Designbuilder använder vilket i fallet med Lidö värdshus anpassas antalet gäster. Pt = n A Ekv 3 Aktiviteten i vandrarhemmet har antagits genom att snitta ut antalet gästnätter på alla öppna dagar under året och sedan beräkna ut hur många personer per kvadratmeter det innebär. 3.4 Belysning Designbuilder tar hänsyn till mängden energi som går åt till belysning då detta påverkar den totala energianvändningen. Det som Designbuilder använder för att beräkna energiåtgången för belysning är energin som kan fås med hjälp av att tidsintegrera effekten. E = Q dt Ekv 4 Och om effekten är konstant över tiden leder detta till E = Q t Ekv 5 De ekvationer som Designbuilder använder för att beräkna belysningen i rummen på de skapade modellerna använder ekvation 4 och 5 och är: Effekt Effekt per lampa antal lampor = Area Area Energi = Effekt Area Tid Area Ekv 6 Ekv 7-18-

19 Det är alltså ekvation 7 som Desingbuilder slutligen använder för att beräkna energiåtgången för belysningen i byggnader. 3.5 Ventilation Desigbuilder beräknar ventilationen genom att använda sig av ekvation 8 som beskriver hur många liter ny luft per kvadratmeter ventilationssystemet blåser in i byggnaden (Designbuilder, 2013). Luft per area = Tilluft Ekv 8 Area I Designbuilder kan ventilationen ställas in på flertalet olika sätt tillexempel vilken sorts fläktar som används eller hur värmeåtervinningen är. Det går också att ställa in naturliga ventilationen i byggnaden vilket är dörrar och fönster som öppnas och i sin tur släpper in och ut luft. (Designbuilder, 2013). 3.6 Isolering Då man räknar på isolering i byggnader så räknar man ut ett medel U-värde (se 1.3 Klimatskal). Detta använder även Designbuilder vid beräkningar på isoleringen. I Designbuilder kan man välja på en stor mängd material som man kan använda i sin byggnad, dessa material har specifika värden för värmeledningstal och så vidare. Man kan också välja specifika dörrar respektive fönster för att få fram ett så exakt värmegångstal som möjligt. Detta värmegångstal används i sin tur för att beräkna klimatskalet. Vid val av fönster och väggar kan man antingen ställa in ett önskat värmegenomgångstal så att Designbuilder bestämmer de nödvändiga materialen eller så kan man själv välja material och deras tjocklek för att få fram ett önskat resultat. -19-

20 4 Resultat och Diskussion Resultatet är beräknat utifrån en modell av Lidö värdshus vandrarhem tillverkad i simuleringsprogrammet Designbuilder. Resultatet visar olika simuleringar som motsvarar olika tidsperioder och energiförhållanden för byggnaden med målet att ta fram eventuella förbättringar i byggnaden för att minska energianvändningen. Fig 8: Bild av Lidö värdshus vandrarhem framtagen ur simuleringsprogrammet Designbuilder. Modellen av Lidö värdshus vandrarhem har tagits fram med vissa antaganden som redovisas i tabell 5. Antagandet personer per kvadratmeter har gjorts som en jämn utspridning av alla gästnätter över öppettiderna samt antagande att det är lika mycket folk i byggnaden hela dygnet. Belysningen är satt till standardbelysning enligt Designbuilder. (Designbuilder, 2013b) Tabell 5: Tabell över indata för Designbuilder Vägg Vägg Ytterlagrer Furu, 0.1m Mellanlager Polystyren 0.08m Innerlager Gipsskiva 0.1m U-värde W/m 2 K Fönster Fönster Antal lager 2 Gas mellan lager Luft, 13mm Antal fönster 40st U-värde 1.96 W/m 2 K -20-

21 Belysning Belysnings energi Belysning 5 W/m 2 /100lux Aktivitet Aktivitet Gästnätter 2000h Boendeyta 452m 2 Antal öppetdagar 190dagar Gäster/kvadratmeter 0.4 gäster/kvadratmeter Temperatur Temperatur under öppettider Underhållstemperatur Temperatur 22 C 5 C Öppettider 1maj 10oktober -21-

22 4.1 Simulation 1.1 Simulation 1.1 använder de givna indata från tabell 5 med temperatur för öppettider för att räkna ut energianvändningen under tiden då Lidö värdshus har öppet. Figur 9/10 Visar energianvändningen för uppvärmning av vandrarhemmet under perioden 1 maj till 10 oktober samt utomhustemperaturen uppmätt med en termometer som inte blivit utsatt för någon fukt utan endast den torra lufttemperaturen Energianvändning för uppvärmning av lidö värdshus vandrarhem 1 maj - 10 oktober kwh Utomhustemperatur vid lidö värdshus under perioden 1 maj - 10 oktober C Figur 9/10: Energianvändning för uppvärmning av vandrarhemmet samt utomhustemperaturen. Vid analys av figur 9/10 ses tydligt att energianvändningen för uppvärmning är beroende av utomhustemperaturen. I tabell 7 kan totala energianvändningen ses samt totala energianvändningen för uppvärmning. Tabell 7: Energianvändning för vandrarhemmet. Energianvändning kwh Total energianvändning Energianvändning för uppvärmning 5700 Energianvändning för kylning Simulation 1.2 I simulation 1.2 avses tiden på året då Lidö värdshus vandrarhem är stängt alltså 11 oktober till 30 april. Under denna period kommer ingen person vara i huset samt att belysningen kommer vara avstängd. Temperaturen sätts till underhållstemperatur enligt tabell 5. I figur 11/12 ses energianvändning för underhållsuppvärmning samt utomhustemperaturen vid Lidö värdshus, båda under perioden 11 oktober 30 april. -22-

23 Energianvändning för underhållsuppvärmning av Lidö värdshus vandrarhem 11 oktober - 30 april kwh Temperatur vid Lidö värdshus under perioden 11 oktober - 30 april C -6 Fig ur 11/12: Energianvändning vid underhållsuppvärmning samt utomhustemperatur för samma period Tabell 8 visar den totala energianvändningen då Lidö värdshus vandrarhem underhållsvärms vilket är den energi som används för uppvärmning. Tabell 8: Energianvändning 11 oktober 30 april Energianvändning kwh Total energianvändning Då temperaturen är satt till 5 C och inget annat är igång i byggnaden kommer all energianvändning att gå åt till uppvärmning av byggnaden. 4.3 Resultat simulation 1,1 & 1,2 Tabell 6 sammanställer energianvändningen från simulation 1,1 och 1,2 för att få en överblick på ett års energianvändning för Lidö värdshus vandrarhem. 1 maj 10 oktober Total energianvändning Energianvändning för uppvärmning Energianvändning för kylning Tabell 6: Sammanställning av ett års energianvändning kwh 5700 kwh kwh 11 oktober 30 april Total energianvändning Energianvändning för uppvärmning kwh kwh -23-

24 1 år Total energianvändning Energianvändning för uppvärmning Energianvändning för kylning kwh kwh kwh Vid inspektion av tabell 6 ses tydligt att om Lidö värdshus skulle lägga in underhållsuppvärmning i sitt vandrarhem så skulle deras energibehov ökas med ungefär 45% vilket är en stor ökning av den totala energianvändningen. I litteraturstudien har rapporten Stil 2, se 4.1 Stil 2, använts och fått fram generella procentmängder energi som används för uppvärmning jämfört med resten för hotell och restauranger. I detta fall har Lidö värdshus en energianvändningsprocent för uppvärmning på 43% under hela året och 15% under det halvår som värdshuset är öppet. Dessa siffror är ganska bra under tiden värdshuset är öppet däremot är det ett procentuellt sämre värde sett under hela året. Dock är siffrorna från Stil 2 baserade på året runt verksamhet men inte i denna studie, därför blir andelen energi till uppvärmning högre här. 4.4 Simulering 2.1 I simulering 2.1 så ersätts de nuvarande tvåglasfönstren i vandrarhemmet med fyrglasfönster och gasen mellan glasskivorna ersätts med Argon istället för luft. Se tabell 7 Tabell 7: ändringar i indata från tabell 5 Antal glas 4st Gas mellan glas Argon 13mm / 6mm Antal fönster 40st U-värde 1,056W/m 2 K De tre utrymmen med gas mellan glasskivorna är 13mm respektive 6mm och 6mm. Första simuleringen sker för tiden då vandrarhemmet är öppet under året, 1 maj 10 oktober. -24-

25 Energianvändning under 1 maj - 10 oktober med nya fönster kwh Utomhustemperatur vid lidö värdshus under perioden 1 maj - 10 oktober C Fig ur 13/14: Energianvändning med nya fönster samt utomhustemperatur för samma period Figur 13 visar energianvändningen för Lidö värdshus vandrarhem under perioden 1 maj till 10 oktober med nya fönster installerade i byggnaden, i jämförelse med figur 9 syns en lägre energianvändning under perioden, exakta värden för energianvändningen redovisas i tabell 8. Tabell 8: värden för energianvändningen under simulation 2.1 Energianvändning kwh Total energianvändning Energianvändning för uppvärmning 5150 Energianvändning för kylning I jämförelse med tabell 6 visas att med nya fönster installerade i byggnaden kommer energianvändningen under tiden då vandrarhemmet har öppet att minska. -25-

26 4.5 Simulation 2.2 Simulation 2.2 kommer redovisa värden för energianvändningen hos vandrarhemmet då det är stängt och underhållsvärms till 5 C precis som i simulation 1.2, med skillnaden i fönster. Energianvändning vid underhållsuppvärmning med nya fönster 8 Temperatur vid Lidö värdshus under perioden 11 oktober - 30 april kwh C -6 Fig ur 15/16: Energianvändning vid underhållsuppvärmning med nya fönster samt utomhustemperatur. I figur 15 syns att ingen energianvändning behövs i början av oktober samt slutet av april då det vid dessa tillfällen är över 5 C utomhus vilket resulterar i att ingen underhållsuppvärmning behövs. Tabell 9: Värden för energianvändning i simulation 2.2 Energianvändning kwh Total energianvändning Även här syns en minskning i energianvändning efter bytet till fönster som släpper igenom mindre värme. Denna skillnad skulle kunna ökas ännu mer med andra sorters glas och gaser mellan gasen. Tabell 10 visar skillnaden i energianvändning för simulation 1 och 2. Tabell 10: Energianvändning för simulation 1 och 2 Simulation 1 kwh Total energianvändning Energianvändning för uppvärmning Energianvändning för kylning Simulation 2 Total energianvändning

27 Energianvändning för uppvärmning Energianvändning för kylning Kostnadsanalys Med en total energianvändningsminskning på 3000kWh och ett elpris på 49,5 öre / kwh inklusive moms taget från Lidö värdshus elfaktura hos Vattenfall fås en total kostnadsminskning på 1485kr / år för uppvärmning samt en kostnadsminskning på 693kr / år med avseende på kylningen under sommaren. Vilket inkluderar underhållsuppvärmning på vinterhalvåret, denna uppvärmning i sig ligger på en kostnad av 6336kr med nya fönster och 6930 kr utan nya fönster. Den summan som skulle sparas in efter byte av fönster måste jämföras med priset för bytet av alla fönster i byggnaden. Värdshuset har 40 fönster vilket ses i modellen i Designbuilder och vid inköp av fönster kan priserna från tabell 4 användas. I uträkningen nedan används priset på PCV fönster då de har lägst U-värde. Inköpspris = = 31800kr Ekv 9 För att räkna ut när denna investering har återbetalat sig så används ekvation 10. Återbetalnignstid = Detta visas grafiskt i figur = 14,6år Ekv besparing inköpspris Fig ur 17: Illustration av återbetalningen för byte av fönster per år. Diskussion En återbetalningstid på 14,6 år är helt rimligt då livslängden på byggnaden tas till hänsyn samt minskningen i miljöpåverkan vilket är ett fokus för Green Island projektet. I ekvation 6 tas dock inte installationspris till åtanke vilket kan variera mycket men kan resultera i att återbetalningstiden ökas med upp till 10år då den börjar bli för orimlig för att satsa på. En -27-

28 underhållsuppvärmning under vintermånaderna är att rekommendera då kostnaden för denna inte är speciellt hög. 4.6 Byte av isolering Undersökning två i försök att hitta möjliga förbättringar på byggnaden, Lidö värdshus vandrarhem, blir att byta eller lägga till isolering i väggarna på värdshuset. Denna simulation kommer göras med samma grund som för byte av fönster, öppettider samt underhållsuppvärmning, med olika isolering som varierande variabel. Tabell 11 visar indata för simulationerna. Tabell 11: indata för simuleringar vid byte av isolering Vägg Vägg Ytterlagrer Furu, 0.1m Mellanlager Polystyren 0.08m Innerlager Gipsskiva 0.1m U-värde 0,269 W/m 2 K Fönster Fönster Antal lager 2 Gas mellan lager Luft, 13mm Antal fönster 40st U-värde 1,96 W/m 2 K Belysning Belysnings energi Belysning 5 W/m 2 /100lux Aktivitet Aktivitet Gästnätter 2000h Boendeyta 452m 2 Antal öppetdagar 190dagar Gäster/kvadratmeter 0.4gäster/kvadratmeter Temperatur Temperatur -28-

29 Temperatur under öppettider Underhållstemperatur 22 C 5 C Öppettider 1maj 10oktober 4.7 Simulation 3.1 Simulation 3.1 ändrar lagren i väggen till värdena som visas i tabell 12. Tabell 12: Ändringar i väggen på Lidö värdshus vandrarhem. Vägg Ytterlager: lager 1 Furu 0,1m Lager 2 Polystyren 0,08m Lager 3 Gipsskiva 0,1m Lager 4 Expanded polystytene 0,013m Innerlager: Lager 5 Gipsskiva 0,05m U-värde 0,233 W/m 2 K Tabell 13 visar resultatet för simulation 3.1 och figur 18/19 visar resultatet för energianvändning i jämförelse med utomhustemperaturen i grafiskt format. Tabell 13: Energianvändningsvärden för simulationen med extra isolering. Energianvändning kwh Total energianvändning Energianvändning för uppvärmning 5100 Energianvändning för nedkylning

30 Energianvändning med extra isolering 1 maj - 10 oktober Utomhustemperatur vid lidö värdshus under perioden 1 maj - 10 oktober kwh C Fig ur 18/19: Energianvändning med ny isolering samt utomhustemperatur Ett tillägg på två lager, ett isolerlager och ett lager gipsskiva resulterade i en ökning av den totala energianvändningen under perioden 1 maj 10 oktober. Närmare titt på energianvändningen visar en minskning av energin för att värma upp huset men en ökning av energi för att kyla ner. 4.8 Simulation 3.2 I simulation 3.2 kommer samma extraisolering som redovisas i tabell 13 att användas och analyseras under perioden 11 oktober till 30 april. Figur 20/21 visar resultatet för totala energianvändning i jämförelse med utomhustemperaturen och tabell 14 visar var energin går åt. Energianvändning med ny isolering 11 oktober - 30 april 8 Temperatur vid Lidö värdshus under perioden 11 oktober - 30 april kwh C -6 Figur 20/21: Energianvändningen för underhållsuppvärmning samt utomhustemperaturen -30-

31 Tabell 14: Energianvändningen under perioden 11 oktober 30 april Energianvändning kwh Total energianvändning Då simulation 3.2 beräknar energianvändningen för Lidö värdshus vandrarhem under vinterhalvåret då det är underhållsuppvärmt är den totala energianvändningen samma som den energianvändning som behövs för uppvärmning. Resultat För att få en överblick över hur energianvändningen är under ett år så slås värden från simulation 3.1 och 3.2 ihop i tabell 15 Tabell 15: Totala energianvändningen under ett år. Simulation 3.1 kwh Total energianvändning Energianvändning för uppvärmning 5100 Energianvändning för kylning Simulation 3.2 Energianvändning för uppvärmning Under ett år Total energianvändning Energianvändning för kylning Energianvändning för uppvärmning I jämförelse med Lidö värdshus vandrarhem som det är idag, se tabell 7, så har den totala energianvändningen efter ny isolering minskat med 800 kwh. Däremot ses att den totala energianvändningen för uppvärmning har minskat, det är alltså under året så vandrarhemmet är öppet som energianvändningen har ökat. -31-

32 Kostnadsanalys Med ett elpris på 49,5 öre / kwh kan den totala minskningen i kostnad från elfaktura beräknas som Minskning = ( ) 0,495 = 396kr Ekv. 11 Det som kan ses i denna kostnadsanalys är att Lidö värdshus skulle spara 396 kr per år i elfaktura om de investerade i sortens tilläggsisolering som används i simulation 3. Då endast material för detta skulle göra att återbetalningstiden blev långt över acceptabelt är detta inte en värd investering. (Byggmax, 2013) Diskussion Ökningen av den totala energianvändningen under tiden då vandrarhemmet har öppet beror troligen på faktumet att då mindre kyla kommer in i byggnaden släpps även mindre värme ut ur byggnaden. Då det, i simulationen, alltid är folk inne i byggnaden kommer det alltid att generera värme som inte kan släppa ut lika lätt. Detta skulle kunna förhindras med hjälp av ett bra ventilationssystem. Det är alltid bra att sätta in ventilationssystem efter isolering då det är känns hur bra den behöver vara för att skapa ett bra klimatskal, se 1.4 klimatskal. Det skulle inte vara värt för Lidö värdshus att investera i en sådan tilläggsisolering då resultatet är för dåligt i jämförelse med kostnaden för inköp och installation, resultatet skulle med tjockare isolering resultera i lägre energianvändning för uppvärmning dock skulle den totala energianvändningen fortfarande inte sjunka till en önskvärd nivå då ventilationen inte är tillräckligt bra i jämförelse med hur mycket klimatskalet stoppar värmeövergången. -32-

33 5 Noggrannhetsanalys Under simulationerna i Designbuilder så har en stor mängd data antagits och använts vilket medför stor risk för att små ändringar gör stor skillnad i resultatet därför görs en noggrannhetsanalys på information som antagits för att iakta skillnaden i resultaten. 5.1 Aktivitet Under simulationerna har en viss mängd personer antagits vara i byggnaden under hela dygnen, denna siffra är baserad på antalet gästnätter samt vandrarhemmets öppettider. Tabell 16 kommer redovisa skillnaden i resultatet då mängden personer i byggnaden ändras då byggnaden är som den ser ut idag. Det är även bara av intresse att se på energianvändningen under perioden 1 maj 10 oktober då inga personer antas vara i byggnaden resten av året. Tabell 16: noggrannhetsanalys med fokus på aktivitet i byggnaden. Personer per kvadratmeter Total energianvändning(kwh) Ur tabell 16 ses att då antalet personer i byggnaden minskar så minskar energianvändningen och detta beror på att denna simulation utspelar sig under sommaren och med mindre personer i huset behövs mindre kylning, det är av samma anledning som mycket fler personer i huset resulterar i en större energianvändning. Hade simulationen varit över vintermånaderna istället så hade fler personer i byggnaden troligen resulterat i lägre energianvändning då de genererar mer värme och under vintern går det åt mer energi för uppvärmning än kylning. 5.2 Belysning Vid uträkning av den totala energianvändningen beräknas även belysningen och därför bör den noggrannhetskollas vilket kommer ske tabell 17. Denna koll sker endast i perioden 1 maj 10 oktober då det endast är då vandrarhemmet har gäster. Antalet gäster i denna analys är satt till grundantalet för vandrarhemmet som det är nu. Tabell 17: Noggrannhetsgranskning av belysning Belysning(W/m 2 /100lux) Energianvändning kwh Då det är en stor byggnad och belysningen ligger på lika mycket i alla rum gör skillnaden i belysning stor skillnad på energianvändningen. -33-

34 5.3 Kontorsutrustning Under simulationerna har kontorsutrustning varit igång i byggnaden och därför kommer detta också noggrannhetsanalyseras. Modellen är inställd som byggnaden är idag. Även denna simulation är beroende på personer i byggnaden och kommer alltså att ske under 1 maj 10 oktober. Tabell 18: noggrannhetsgranskning av kontorsutrustning Arbete (W/m 2 ) Energianvändning kwh 11, I tabell 18 visas värdet på energianvändningen i förhållande till kontorsutrustning i Lidö värdshus vandrarhem 5.4 Fönster Då ena förslaget är att byta fönster på vandrarhemmet kommer en noggrannhetsanalys på olika sorters fönster i tabell 19 för att se hur stor skillnaden blir. Simulationen kommer ske 1 maj 10 oktober med grundinställningar för vandrarhemmet. Tabell 19: noggrannhetsgranskning för olika fönster. Fönster Energianvändning kwh Generic CLEAR 3mm Perfectly CLEAR 3mm Generic CLEAR 6mm

35 6 Diskussion och Slutsats Då detta projekt har gjorts utifrån en modell av Lidö värdshus vandrarhem stämmer inga exakta siffror på energianvändningen, däremot så stämmer de ungefärliga skillnaderna då olika alternativ testas. Vid analys av resultatet kan läsare se att ett byte av fönster till bättre, mer energivänliga, fönster kan vara värt att investera i. Detta då energianvändningen minskar vilket i sin tur resulterar i att elpriset minskar för Lidö värdshus. I kostnadsanalysen har ej pris för installation av fönster kunnat analyseras. Däremot kan det ses att en återbetalningstid på ungefär 15 år är helt rimligt för ett värdshus då byggnaden med största sannolikhet kommer stå kvar även efter detta. Och med ännu mer energieffektiva fönster så skulle resultatet bli en större minskning av energianvändningen vilket kan ses i noggrannhetsanalysen av fönster. Vid tillägg i isoleringen på byggnaden sågs en minskning av energianvändningen under tidsperioden då inga besökare är i byggnaden och den underhållsvärms till 5 C vilket är positivt. Däremot sågs en ökning av energianvändningen för Lidö värdshus vandrarhem under den period då de tar emot besökare. Denna ökning kan bero på att med bättre klimatskal, vilket är resultatet av bättre isolering, så släpps inte lika mycket värme ut från byggnaden då ventilationen inte anpassas efter behovet. Analysen av energianvändningen visade att den energi som användes för uppvärmning under denna period även den sjönk men energin som användes för kylning av byggnaden ökade. Den totala energianvändningen minskade även här dock mycket mindre än då bytet av fönster gjordes, detta resulterade i en lägre prisminskning för elanvändning och priset för en tilläggsisolering är betydligt större än priset för byte av fönster då det är ett mycket större jobb. Speciellt då det finns risk att ett nytt ventilationssystem skulle behövas. För att sammanfatta dessa två test är det värt att byta fönster på Lidö värdshus vandrarhem så länge de investerar i bra fönster som har ett lågt värmeövergångstal. Detta skulle sänka energianvändningen under året och med det göra byggnaden mer miljövänlig vilket är ett av målen med Skärgårdsstiftelsens Green Island projekt. Då värdshuset inte har några planer på att stänga plus att Stockholms skärgård fortfarande kommer vara ett besöksvänligt område om många år så kommer bytet av fönster att återbetala sig. Däremot är det inte värt att investera i tilläggsisolering för hela huset då det är så pass stort att kostnaden för renoveringen skulle gå på långt mycket mer än den låga elprisminskningen vilket skulle resultera i en återbetalningstid som Lidö värdshus inte kan räkna med att få återbetalt. I simulationerna har underhållsvärme under perioden 11 oktober 30 april antagits då detta var ett av de stora frågetecknen i problemformuleringen. Denna investering är så pass låg att det inte råder några tvivel om att det är värt för Lidö värdshus att investera i. Priset på en reparation av ett sprucket rör på grund av att de frusit är allt för hög för att riskera. Skulle alla rör spricka samt huset fuktskadas i processen så kommer priset sannolikt bli högre än underhållsuppvärmningen för flera år framöver. I noggrannhetsanalysen kan läsaren se att många små ändringar av antaganden resulterar i stora skillnader i den totala energianvändningen vilket resulterar i relativt stor osäkerhet i resultatet. Antagandet med en konstant mängd personer i byggnaden hela tiden är en faktor som kan ändra på resultatet då Lidö värdshus vandrarhem under vissa perioder har bröllop som genererar mycket besökare samt andra tillfällen då inga besökare är i byggnaden. En stor påverkan på energianvändningen är även belysning samt kontorsmaterial då de i nuläget är simulerade för att användas i alla rum i byggnaden vilket inte är vad som kommer hända i verkligheten och kommer resultera i att den verkliga skillnaden då belysning inte används inte -35-

36 kommer vara lika stor som i simulationen. Dock kommer det ej användas lika mycket energi för belysning från början. -36-

37 7 Referenser (Atomic, 2013) Hämtat 2013/06/10 (byggmax, 2013) (Designbuilder, 2013) Designbuilder software Ltd. Turtorial vidoes, tillgängliga på (Designbuilder, 2013) Designbuilder help (E-on, 2013): Hämtad 2013/04/05. (Energihandbok, 2013) (Energimyndigheten, 2009): Hämtad 2013/04/05. Värme i villan =/Broschyrer&id=7c1f9d13d4c24660b f74e7482 (Energimyndigheten, 2009b): hämtad 2013/04/05. Fönster och dörrar, uppdaterad 2011/03/28 (Energimyndigheten, 2009c): Hämtad 2013/04/06. Att tilläggsisolera hus- fakta, fördelar och fallgropar =/Broschyrer&id=1dfed97728e34e66926adb71a9504a12 (Energimyndigheten, 2011): Uppdaterad 2011/11/22. Ny regional energistatistik för små hus (Energimyndigheten. 2011b) uppladdad =/Rapporter&id=6600d5f52bfa488685f9de b8 (Energimyndigheten, 2012): Uppdaterad 2012/04/25. (Energimyndigheten, 2012b) uppdaterad 2012/03/23 (Energimyndigheten, 2013): Uppdaterad 2013/04/08, information hämtad 2013/04/10. (Energirådgivaren, 2011): information hämtad 2013/04/03. (Enerygy gov, 2012): (Fönster, fukt & innemiljö): hämtad 2013/04/

38 (Hugo Olofsson, 2013) Mail från Hugo Olofsson som jobbar på Lidö värdshus den 4e juni 2013 (Nilsson, 2012): Hämtat 2013/04/09. (Skanskabyggvaror, 2013) Hämtat 2013/06/07 (Storuman, 2013) hämtad 2013/06/27 miljo/energi/energiradgivning/klimatskal-och-ventilation/ventilation/ (Svensk ventilation, 2013) Hämtat 2013/05/07 (Vattenfall, 2013): Lidö inloggningsuppgifter hämtat 2013/04/