Lågenergihus i Norden - Rationell energirenovering

Transkript

1 1 Lågenergihus i Norden - Rationell energirenovering Åke Blomsterberg Energi och ByggnadsDesign Institutionen för Arkitektur och Byggd Miljö Lunds Tekniska Högskola

2 Syfte - IEA Annex 50 Prefabricerade system för energieffektivisering av bostadshus 2 Studera, analysera och utveckla metoder för energieffektiva om- och tillbyggnader av befintliga flerbostadshus, vilket inkluderar prefabricerade komponenter och systemlösningar tillbyggnad på tak och komplettering/tilläggsisolering av fasader integrering av förnybar energi demonstrationsprojekt framtagande av projekteringsriktlinjer Finansiärer: CERBOF, SBUF,, Malmö

3 3 Innehåll IEA Annex 50 Internationella exempel Marknadsöversikt 10 steps to a prefab module Demonstrationsprojekt Slutsatser

4 4 IEA ECBCS Annex 50 Prefabricated Systems for Low Energy Renovation of Residential Buildings A: Concept definition and specification B: Integrated roof system C: HVAC and solar system D: Façade elements E: Monitoring and dissemination

5 5 Deltagande länder Portugal: University of Minho / Porto University Austria: AEE - Institute for Sustainable Technologies Belgium: Arcelor Research Centre Liege, University of Liège France: Saint-Gobain Insulation, Centre Scientifique et Technique du Bâtiment CSTB Sweden: Lunds tekniska högskola / Christer Nordström Architects Germany: Fraunhofer-Institute for Building Physics Czech Republic: ENVIROS / Brno University of Technology The Netherlands: Cauberg-Huygen Consulting Engineers Switzerland: Empa / HS Luzern / FHNW Basle

6 Bostadsområde Dieselweg 3-19 / Graz, Österrike Ägare: GIWOG Gemeinnützige Industrie Wohnungs AG Arkitekt: Architekturbüro Hohensinn ZT GmbH Energikoncept: ESA-Energie Systeme Aschauer GmbH Rapport: AEE INTEC Plats: Graz, Austria Datum: Tekniska nyckellösningar Passivsolfasad klimatväggskoncept Pre-fabricering av alla fasadkomponenter Värmetillförsel med hög soltäckning Värme- och varmvattendistribution mellan fasad och befintlig vägg Decentraliserat ventilationssystem med värmeåtervinning Styrning och övervakning via Internet Åke Blomsterberg,

7 7 Bakgrund Status före renovering: Ytterväggar, golv och tak saknar värmeisolering Fönster behöver renoveras Värmetillförsel: 13% fast bränsle, 33% olja, 54% el Decentraliserad varmvattenberedning med el Låg termisk och brukarkomfort Höga driftkostnader Beräknade projektdata för byggnaden före renovering Plats Dieselweg 3-19, Graz Höjd 345 m Graddagar (12/20) Kd Byggnadsår 1952 Antal lägenheter 126 Bruksarea m² Energianvändning (värme) 142 kwh/(m²a)

8 8 Renoveringskoncept Mål: 91% reduktion av värmebehovet 89% reduktion av CO 2 - emissionen Ökat fastighetsvärde Förbättring av kvaliteten hos innemiljön Designdata för renoverad byggnad Renoveringsår Antal lägenheter 134 Bruksarea m² Energianvändning (värme) 14 kwh/(m²a)

9 9 Renoveringsdetaljer Fasadlösningar Befintlig vägg Kompenserings- och utjämningsplan Pre-fabricerad modul Konstruktion av ytterväggar: Befintlig vägg Invändig puts 300 mm Yttervägg Utvändig puts Kompenserings- och utjämningsplan 100 mm Rockwool mellan regelkonstruktion Pre-fabricerade fasadmoduler 18 mm OSB-board 120 mm Regelkonstruktion med rockwool 15 mm MDF- board 30 mm Solvägg 29 mm Ventilationsspalt 6 mm Härdat glas 618 mm Medel U-värde: 0,02? 0,12 W/m²K Värme och ventilation Decentraliserat ventilationssystem med värmeåtervinning (verkningsgrad = 73%) Ventilationskanalerna integrerade i fasadmodulerna Elektrisk eftervärme av tilluften om så behövs

10 Fasadlösningar Att isolera med solvärme Speciell solarcomb konstruktion (cellulosa) omvandlar ljus till värme Ventilerade glaspaneler skyddar solarcomb konstruktionen från väder och mekaniskt slitage Ökad yttre yttemperatur minskade transmissionsförluster genom ytterväggen Hög ljuddämpning Solarcomb konstruktion kan målas i alla färger 10 Pre-fabricerade moduler: Skarvarna är horisontella En skarv är vid taket En skarv är ovankant fönster Varje modul är matchad med modulen under Fördelar med renoveringskonceptet Energiprestanda = passivhusstandard Förbättring av livskvaliteten inne och ute Smart och snabb konstruktion på byggplatsen De boende störs mindre under byggproduktionsfasen Det befintliga bärande systemet påverkas inte Köldbryggor elimineras Hög kvalitet tack vare pre-fabricering i fabriksbyggnad Väderoberoende tillverkning Smart och snabb byggplats

11 11 Byggproduktion Tillvägagångssätt från prototyp till serieproduktion av moduler: 3D mätning på platsen av byggnadsfasaden Projektering av varje modul and alla detaljritningar (fönsteranslutningar m.m.) Montering av en prototyp till fasadmodul De enskilda modulerna tillverkas efter mätningarna på platsen, detaljritningarna och prototypen Förberedelse på platsen innan montering av fasadmodulerna: Installation av hisschakt Borrning hål för for ventilation rör Installation av utjämningsplan Montering av mellan regelkonstruktionen Montering av ångspärr Montering av enskilda fasadmoduler: De prefabricerade modulerna transporteras på lastbil till byggplatsen. Efteråt lyfts de av en lastbilsmonterade kran på plats på byggnadens fasad.

12 12 Mät- och uppföljningssystem Renoveringskostnad Syfte: Utvärdering och prestandaanalys Energianvändning och energiproduktion (värmepump, solfångare) Mätningar av relevanta komfortparametrar: rumstemperatur, relativ luftfuktighet och CO 2 koncentration, Utvärdering av renoveringskoncept med avseende på byggnadsfysik Luftkvalitet inne på vinter och sommar Kostnad 88 millioner kr exkl. moms (utan markarbete) 8000 kr per m² (bruksarea efter renovering) 8500 kr per m² (bruksarea före renovering)

13 Bostadsområde Dieselweg 4 / Graz 13 Byggår lägenheter Bruksarea m² Värmeenergi 184 kwh/m²a Efter ombyggnad 16 lägenheter Bruksarea m² Värmeenergi 12 kwh/m²a

14 14

15 15 Åke Blomsterberg,

16 16 Lärdomar -Alla 204 lägenheterna var uthyrda före och under renoveringen. -Före: uppvärmning baserad på el, olja och kol. -Före: inga hissar. -Boende: majoriteten seniorer. -Före: byggnaderna var i mycket dåligt skick pga. ålder. -Syfte: hållbar, generell teknisk lösning passivhusstandard, värme baserad på hållbar energi, hälsosamt rumsklimat vi var tvungna att finna en bra finansiell lösning för att kunna övertyga de boende att acceptera renoveringen. -Stöd från det österrikiska systemet för stöd till allmännyttiga bostäder och ytterligare stöd från forskningsfonder och ett speciellt stöd från miljöförvaltningen för Styria. -Efter: socialt låg hyra kombinerad med rimlig avskrivningstid. Georg Pilarz (CEO) GIWOG AG Åke Blomsterberg,

17 Från 50-talet till nollenergi. Flerbostadshus, Zürich, Schweiz. Ägare: Peter Rieben,Markus und Sara Rieben, Zürich Arkitekt: kämpfen für architektur, Zürich Energikoncept: René Naef, Zürich Rapport: Nadja Grischott Plats: Zürich Datum: Tekniska nyckellösningar Stora prefabricerade träfasadelement Balanserad ventilation med värmeåtervinning Markvärmepump - 260m djup Vacuumsolfångare 12.5 m² Solcellssystem 15 kwp Åke Blomsterberg,

18 18 Bakgrund - Endast mindre renoveringar. - Originalstatus. - Söderfasade renoverad och värmepannan bytt en gång. - Klimatskärmen i bra skick. - Balkonger och räcken något rostiga. - De flesta fönstren från 1954, några hade bytts för några år sedan; standard tvåglasfönster. - Kök och badrum i originalskick. - Oljepannan från 1983 värms med el. Projektdata för byggnaden före renovering Plats Höjd Zürich 506 m Graddagar (12/20) 3735 Kd Byggnadsår 1954 Antal lägenheter 5 Uppvärmd golvarea 477m² Total värmeenergi (inkl. varmvatten) kwh Spec. energianvändning 228 kwh/(m² a) Hyra (netto) kr/år

19 19 Renoveringskoncept Sammanfattning av renoveringen -Öka bostadsytan ny våning på taket och utbyggnad markplan. -Renovering av klimatskärmen till Minergie-P, bevarande av den arkitektoniska kvaliteten. -Nytt värmesystem, gamla radiatorer, nytt ventilationssystem, nytt tappvarmvattensystem och nytt elsystem. -Markvärmepump, solfångare och horisontellt solcellssystem på taket. -Nya kök och badrum.. Projekterade data för renoverad byggnad Renoveringsår Antal lägenheter: 6 Uppvärmd golvarea: 655m² Total värmeenergi (inkl. varmvatten) Spec. energianvändning Energibesparing (per m²) 81% Hyra (netto) Extra kostnad kwh/a 38 kwh/(m² a) kr/år kr/år Hyreshöjning per m² 39 % Åke Blomsterberg,

20 20 - Exakt lasermätning av de befintliga fasaderna. - Cellulosaisolering för att fylla spalter och öppningar. - Uppmätt lufttäthet 0,5 (h- 1), ovanvåningen 0.4 (h- 1). Väggkonstruktion U-värde: 0.18 W/(m² K) (insida till utsida) Inre puts 10 mm Tegelvägg 320 mm Yttre puts 20 mm + Prefabricerat element Tolerans / Värmeisolering (cellulosa) 20 mm Isolering (cellulosa Isocell/reglar) 180 mm Trä softboard 40 mm Yttre puts 10 mm Totalt 600 mm

21 21

22 22 Åke Blomsterberg,

23 23 U-värden Före Efter Reduktion W/(m² K) Väggar 1,07 0,18 83 % Källarbjälklag 1,60 0,18 89 % Tak 1,19 0,11 91 % Fönster 2,5 0,8 68 % Renovering (m²) Före Efter Ökning Uthyrbar area % Energiprestanda kw/m²år Värme+varmvatten (primär energi) Före Efter Reduktion (Minergie-P standard) Total renoveringskostnad: SEK SEK/m² uppvärmd golvarea SEK/m² uthyrbar golvarea 81 % Slutsatser: Tilläggsvärden måste täcka större delen av renoveringskostnaderna. Byggnaden blev en ny byggnad. Framtiden: optimering av byggprocessen, distributionssystemet för ventilation och konstruktionen av de prefabricerade elementen.

24 24 Renovering till passivhusstandard med prefabricerade element Ett projekt av Aramis/Alleewonen i Roosendaal By courtesy of VDM renovatie. Cor Peerdeman 6 sept Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

25 134 Social Rental Houses, byggda under 60-talet Renovering jfr nybyggnation 25 Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

26 26 Renovering as usual Rengöring av fasader, nya fogar, impregnering (ca 1000 kr/ m 2 ) Byte av takpannor och värmeisolering på insidan av taket (ca 1000 kr/ m 2 ) Golv? Lufttäthet? Good looking, energibesparing på pappret Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

27 27 Projekt Kroeven Complex 505 och social rental enfamiljshus: 246 passivhusrenoveringar (2 koncept) 124 nybyggda passivhus, som ersätter 90 befintliga hus Complex 505: 134 hus passivhusrenoveringar 116 nybyggda passivhus av sex typer Complex 506: 112 hus passivhusrenoverade 8 nybyggda passivhus Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

28 Utmärkande drag för renoveringsprocessen (Complex 505) Kvarboende under renoveringen Beslut i samråd med hyresgästerna, före, under och efter renoveringen Underentreprenörer kr per bostad 650 kr högre månadshyra 650 kr energibesparing per månad, garanterad av Aramis/Allee Wonen Ny klimatskärm av träregelkonstruktion, av VDM renovatie Drachten/Drogeham 28 Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

29 29 Åtgärder: (källa: VDM) Passiv: Energiprestanda definierad map: Värme Total primär energianvändning i kwh/m 2 år Viktiga punkter: Mycket bra värmeisolering av klimatskärmen Undvik köldbryggor Lufttäthet Boendekomfort: Ventilation, rumstemperatur Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

30 Gammalt och nytt 30 Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

31 31 I-Profiler från Sverige Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

32 I-profiler, OSB inre skikt, montering av fönster 32 Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

33 33 Fyllning med cellulosa R c =10 m 2 K/W, kontroll av fyllnad genom vägning Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

34 34 Under byggproduktionen Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

35 35 Yttre väggskalet borttaget Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

36 36 Borttagning av taket, ny takås Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

37 37 Placering av åtta element per hus Lectoraat Duurzaam Gebouwde Omgeving Paviljoen 2030 Opleiding Bouwkunde

38 38 Påbyggnad, tak, av befintliga flerbostadshus - prefabricering Intervjuade: Martinssons Byggsystem Lindbäcks Bygg Moelven Byggmodul Setra Group Bau how Stanly Plåt

39 39 Påbyggnad av befintliga flerbostadshus - prefabricering Fördelar med prefabricerade volymelement och byggdelar: Snabbt montage Liten störning under byggtiden Förkortad byggtid Högre kvalité och erfarenhetsåterföring Enklare säkerställa god kvalité Låg vikt möjlig med lättbyggnadssystem

40 40 Påbyggnad, tak, av befintliga flerbostadshus - prefabricering Svårigheter med prefabricerade volymelement och byggnadsdelar: Komplicerat med anslutning till befintliga installationer Ökade laster på befintlig byggnad Transport av volymelement Planlösning och utformning begränsas av byggsystem

41 41 Påbyggnad, tak, av befintliga flerbostadshus - prefabricering Utvecklingsvägar prefabricerade volymelement och byggnadsdelar: Förbättrad energieffektivitet Effektivare värmeisolering Rationellare platsmontering

42 42 Tilläggsisolering fasader prefabricering Intervjuade: Skanska Sto Scandinavia Trivselhus

43 43 Tilläggsisolering fasader prefabricering Erfarenhet finns från Brogården Småhustillverkare har erfarenhet från småhus Prefabricerade fasadelement kan kräva omfattande byggplatsanpassning Intresse finns

44 44 Uppgradering av ventilationssystem i befintliga flerbostadshus - prefabricering Intervjuade: Exhausto Systemair Fläktwoods IV Produkter Svensk Fastighetsteknik

45 45 Uppgradering av ventilationssystem i befintliga flerbostadshus - prefabricering Prefabricerade luftbehandlingsaggregat med effektiv värmeåtervinning (FTX) finns Viss anpassning kan krävas på platsen Centrala och lägenhetsaggregat Ett antal leverantörer har erfarenhet från verkliga installationer och ser en stor marknad

46 46 Uppgradering av ventilationssystem i befintliga flerbostadshus - prefabricering Eleffektiva fläktar finns sedan länge Tryckstyrning av F-fläktar Idag EC-fläktar < 1,5 m³/s Ett antal leverantörer har erfarenhet från verkliga installationer Ventilationskanaler monteras på platsen Prefabricerade ventilationskanalsmoduler saknas

47 47 Uppgradering av ventilationssystem i befintliga flerbostadshus - prefabricering Fläktar Äldre befintliga fläktar har som regel en hög elanvändning Värmeåtervinning på ventilationen I flerbostadshus byggda före 1975 är detta ovanligt Energisparpotentialen är av storleksordningen 30 kwh/m²år (Wahlström & Blomsterberg 2009) Bra kompletta luftbehandlingsaggregat finns, som dock kan förbättras ytterligare med avseende på energieffektivitet och anpassning till installation Åke Blomsterberg,

48 48 Uppgradering av ventilationssystem i befintliga flerbostadshus - prefabricering Ventilationskanaler Vid uppgradering från S-drag eller F-ventilation är dragningen av tilluftskanaler ett problem. Vid uppgradering från S-drag till fläktventilation kan S-dragskanalerna behöva förbättras. Ökad prefabricering och enklare installation behövs. Ventilationssystem med värmeåtervinning Framförallt måste bättre och billigare systemlösningar utvecklas. Detta gäller framförallt med avseende på rationell installation. Åke Blomsterberg,

49 49 Ten steps to a Pre-fabricated module IEA Annex 50 Initial situation Existing building stock New building envelope Fire prevention Sound insulation Building Physics and ecology Basic module kit Joint and fixing techniques Service module kit Active module kit

50 50

51 51

52 52

53 53

54 54

55 55

56 Arbetssätt för att hitta 56 energisparåtgärder Genomgång ritningar Stadsarkivet (A, K, vent finns) Statistikgenomgång, OVK, Energideklaration, BETSI Platsbesök och inventering Statusgenomgång av komponenter i byggnads- och installationssystem Luftlödesmätning Täthetsprovning och termografering Mätning av värme per byggnad, påbörjad okt 2009 Energiberäkningar för att matcha verkliga byggnader VIP Energy Förslagsberäkningar av energieffektiviseringsåtgärder Kostnadsbedömningar

57 57 Aktuell status i byggnaderna - Bra underhållna, men inga omfattande energisparåtgärder genomförda. - PCB fogar runt fönster måste ersättas. - Fönstren behöver bytas av ålderskäl. - Det finns inga uteluftventiler. - Energianvändningen (fjärrvärme) är hög pga. dåliga U-värden och mekanisk frånluft utan värmeåtervinning.

58 Aktuell status i byggnaderna 58 ur energisynpunkt Källare under samtliga hus, uppvärmda till mer än 20 C Tvättstugor, utrustning fr 1995 och framåt Belysning i källare och trapphus är timerstyrd Värmecentralerna från , styrutrustning kompletterad 2000 Fasader, utfacknings/lättbetongväggar med låg isoleringsgrad Fönster, höga U-värden och otäta, 2-glas utvändigt i låghus Takpapp omlagt ca 1990, högt U-värde för takkonstruktioner Stora värmeförluster genom köldbryggor, speciellt vid balkonger Lägenheter saknar tilluftsventiler, många vädrar Inomhustemp C Frånluftsventilation, med flöden från 1967 års norm Nya tryckstyrda fläktar i låghus, utbytta kring år 2000 Remdrivna originalfläktar i höghus, frånluftsvp för varmvatten I området 1800 m värmekulvert - kulvertförluster

59 59 Syfte med renoveringen Minst 50 % reduktion av energianvändningen för värme Renovera det som behöver renoveras Hyresgästerna får inte störas under genomförandet Inga större ändringar av den befintliga byggnaden Ingen hyreshöjning i den befintliga byggnaden Två nya våningsplan med högre hyra och lägre energianvändning

60 60 Viktigaste energieffektiviseringsåtgärder - Tilläggsisolering (20 cm) av minst tre fasader (prefabricerade fasadelement). - Tilläggsisolering av taket dvs. prefabricerade nya våningsplan. - Nya lågenergifönster. - Solfångare på taket.

61 61 Förslag till åtgärder i hus 10 Idag: värme + varmvatten + fastighetsel = 464 MWh (185 eller 139 kwh/m²) Värme El 0-20 Tilläggsisolering tak Fönsterbyte och 1 grads sänkning Tilläggsisolering fasad Fördelningsmätning FVP FTX Injustering och termostatinst Solfångare Utflyttad fasad MWh per år

62 62 Kombination av åtgärder Tilläggsisolering av tak dvs. påbyggnad Fönsterbyte, inkl en grad sänkning av inomhustemperatur Tilläggsisolering av fasader Fördelningsmätning av varmvatten, per lägenhet FTX-aggregat Solfångare Värmeeffektbehovet reduceras med 70 % och värmeenergibehovet med 80 % Uppskattad investering inkl. påbyggnad exkl. moms, solvärme, fördelningsmätning = kr/m² exkl. påbyggnad eller kr/m² inkl. påbyggnad

63 63 Befintlig byggnad inkl. källare A temp = m² Befintlig byggnad exkl. källare A temp = m² Påbyggnad A temp = m²

64 64

65 65

66 66

67 67

68 68

69 69

70 Förstudie inför teknikupphandling för rationell isolering av klimatskärmen 70 Kristina Mjörnell SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

71 71 Målsättning med teknikupphandlingen Att få en marknadsdriven utveckling av rationella lösningar för förbättrad energiprestanda (isolering och täthet) hos klimatskärmen Lösningarna ska kunna produceras och monteras på ett rationellt sätt vara kostnadseffektiva och ha en låg miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv vara beständiga vilket innebär lågt underhållsbehov och låg risk för skador

72 72 Arbetsgång vid teknikupphandling Kravspecifikation Anbudsförfarande Utvärdering Spridnin g Vidareutveckling Förstudie Beställargrupp Gemensam upphandling Tekniktävling Teknikupphandling tid Figur: Schematisk bild över arbetsgången i teknikupphandling, tekniktävling och gemensam upphandling. Källa: Persson, 2004

73 73 Beställargruppen Huvudman: SABO Svenska Bostäder Helsingborgshem Sigtunahem Sjöbohem Lindesbergbostäder

74 74 Tidplan Aktivitet Genomförd till Projektstart Etablera beställargrupp Studiebesök beställargruppen Utlysning av teknikupphandlingen inkl informationsspridning Sista inlämning av tävlingsförslag Utvärdering av tävlingsförslag Slutrapport etapp Projektstart etapp Tilläggsisolering/åtgärder på klimatskärmen i provhus klara Uppföljning och utvärdering Vinnare utses

75 75 Prefabricering för renovering Volymelement för påbyggnad finns i princip Ventilationsaggregat finns Fasadelement finns i princip Snabbt montage Liten störning under byggtiden Förkortad byggtid Högre kvalité och erfarenhetsåterföring Enklare säkerställa god kvalité Viss anpassning på platsen krävs Lägre kostnad? Intresse finns bland leverantörer Marknaden ännu för liten låg efterfrågan Åke Blomsterberg,