Energianvändning i byggnader. Energibalans.

Transkript

1 Energianvändning i byggnader. Energibalans. Lunds universitet LTH Avd Energi och ByggnadsDesign Inst för arkitektur och byggd miljö 39% av den totala energiförbrukningen i Sverige används i byggnader 1

2 39% av den totala energiförbrukningen i Sverige används i byggnader Industri Transporter Byggsektorn Källa: STEM Konstruktion Hushållsel, Driftel verksamhetsel Energi för uppvärmning av byggnader och tappvarmvatten Nya passivhus i Sverige 2

3 Ett passivhus är en mekaniskt ventilerad byggnad som med ett välisolerat och lufttätt klimatskal använder minimalt med energi för uppvärmning Det skall vara möjligt att värma byggnaden genom att distribuera värmen via tilluften (normala luftmängder och ej återcirkulation av luft) Men luft är en dålig värmebärare vilket ställer höga krav på att minska energiförlusterna i byggnaden! 3

4 Energi och effekt Energi är alltid bevarat. Kan inte skapas, förstöras, bara omvandlas. Rörelseenergi Lägesenergi Efter den blivit det vi vill ha blir den ofta värme Energi och effekt Enhet på energi är Joule [J] 1 J är samma sak som 1 Ws 4

5 Energi och effekt I hus för vi in energi för att bland annat skapa värme, men även ljud, ljus, rörelse osv. Vi för alltså in energi, ofta el, och omvandlar den till vad vi vill ha. Energi och effekt Effekt är hur mycket energi som omvandlas varje sekund. Ju mer man omvandlar varje sekund desto högre effekt tar man ut. 1 J varje sekund innebär 1 W. 5

6 Energi och effekt Enhet på energi är Joule [J] 1 J är samma sak som 1 Ws Enhet på effekt är Watt [W] 1 W är samma sak som 1 J/s dvs 1 Ws/s Totala energibehovet för en byggnad Uppvärmning Ventilation Tappvarmvatten Fastighetsel Hushållsel 6

7 Energibalans Energi och effekt 10 W/m 2 Hus på 170 m 2 = 1700 W=1700 J/s 3600 s/h 24h/dygn 365 dygn/år 8760 h/år s/år J/år 7

8 Energi och effekt 10 W/m 2 Hus på 170 m 2 = 1700 W 8760 h/år 1700 * 8760 = Wh/år = kwh/år 10 * 8760 = Wh/m 2,år = 87,6 kwh/m 2,år Värmeeffektbehov Dimensionerar uppvärmningssystemet Totala värmeeffektbehovet = transmissionsförluster + ventilationsförluster 8

9 Transmissionsförluster Värmetransport genom konstruktionsdelar Köldbryggor Q t = Q köldbryggor + ΣU j *A j Beräkna U-värde U-värdesmodellen Börja med att beräkna byggnadsdelens totala värmemotstånd, R tot U tot = 1/R tot 9

10 Beräkna U-värde R = d/λ (m 2 K/W) d = tjocklek på skiktet λ = värmeledningsförmåga för materialet R tot = R si + d/λ + R se R si är det inre och R se det yttre värmeövergångsmotståndet R si = 0.13 och R se = 0.04 Inhomogena material 15% träregel och 85% mineralull λ regel+min.ull = 0,15*λ träregel + 0,85* λ mineralull 10

11 Transmissionsförluster U (W/m 2,K) A (m 2 ) UA (W/K) Fönster Dörrar Vägg Tak Golv Summa: Några λ - värden Trä 0,14 Plywood 0,14 Betong 1,7 Lättbetong 0,12 Gipsskiva 0,25 Spånskiva 0,14 Golvspånskiva 0,18 Träfiberskiva 0,14 Stål 50 Rostfritt stål 17 Puts 1,0 Fasadtegel 0,60 11

12 Materialegenskaper Isolerguiden Markmotstånd SBN 1980 Dela upp golvet i inre och yttre randfält 12

13 Markmotstånd m j1 *A 1 +m j2 *A 2 = m jtot *A tot m jtot (m 2 K/W) Ventilation Q vent = ρ*c*q vent *(1-η) + ρ*c*q läckage ρ = luftens densitet, normalt 1,2 kg/m3 c = luftens värmekapacitet, normalt 1000 J/kg, C q vent = uteluftsflöde, m 3 /s η = verkningsgrad för ventilationens återvinning q läckage = läckageluftflöde, m 3 /s 13

14 Ventilation Qvent = ρ*c*qvent*(1-η )+ ρ*c*qläckage ρluft 1.2 kg/m 3 cp luft 1000 J/kg K Obs! 1J=1Ws η 0.8 Obs! η = verkningsgrad på VVX. Utan VVX (tex självdrag) är verkningsgraden 0 qvent,krav 0.35 l/s,m 2 qläck 0.05 l/s,m 2 Golvarea 160 m 2 qvent m 3 /s qläck 0.03 m 3 /s Q 46.8 W/K Värmeeffektbehov Totala värmeeffektbehovet = transmissionsförluster + ventilationsförluster [W/K] ΔT den kallaste dagen effektbehovet i W 14

15 Soltillskott genom fönster Fönster ger oftast ökat värmebehov, bara om U-värdet är lågt kan värmebalansen över året bli positiv Tillskottet varierar beroende på orientering, U-värde och g-värde för glaset samt husets allmänna isolernivå (bättre hus kräver bättre fönster) Normalt kan bara en del av solinstrålningen utnyttjas, resten ger övertemperaturer Normala antaganden om energianvändning i hushåll gratisvärme dvs internlaster från boende och deras användning av apparater (hushållsel) och fläktar( driftel ) Beror av antalet boende och total boyta Enl EN832 godtas 5 W/m² om landets normer inte säger annat För hus med energisnåla apparater kan 3-4 W/m² antas 15

16 Energibehov Hur gå från effekt till energi? 16

17 17

18 Totalt energibehov för varmvatten? Normal användning: ca l/person, dag anses högt jämfört med andra länder i Europa, l/pers är bra 18

19 Energibehov varmvatten Medelvärde mängd köpt kallvatten : 141 m 3 /år Antag 40% blir varmvatten : 56,6 m 3 /år Antag grundvattentemp 6 C Temp in vatten : 60 C E = 1,16*56,6* (60 6) = 3548 kwh/år Metoder för energibehovsberäkningar Handberäkningar: Graddagar eller gradtimmar Enklare energiberäkningar på dator: Steady-state beräkningar, huvudsakligen månadsvis / alt. per dag eller per timme Avancerade energiberäkningar på dator: Dynamiska simuleringar timme för timme eller med ännu kortare upplösning 19

20 Handberäkning Fördelar Ger ett ungefärligt uppvärmningsbehov Kan enkelt beräkna maxeffekten för värme Genomskinligt, principerna blir tydliga Nackdelar Bristande noggrannhet Fördelningen över året syns ej Innetemperaturer beräknas inte Komfort kan ej bedömas Enklare datorberäkningar Fördelar Ger ett ungefärligt uppvärmningsbehov Tar ofta hänsyn till solinstrålning Fördelningen över året redovisas, vanligen månadsvis Nackdelar Tar ej hänsyn till värmelagring Mindre genomskinligt, principerna döljs Innetemperaturer beräknas inte Soltillskottet kan vara schabloniserat 20

21 Avancerade energisimuleringar Fördelar Ger mycket utdata om uppvärmning, kylning, inne- och yttemperaturer mm Tar hänsyn till solinstrålning, värmelagring, internlaster etc Kan hantera avancerade byggnader, t ex kontor med mycket glas, eller mycket installationer Nackdelar Kräver mycket indata och mer kunskap om systemen Mindre genomskinligt, principerna döljs Boverkets Byggregler BBR 21

22 Boverkets Byggregler BBR Källa: BBR

23 Krav på inneklimatet Krav på ventilation 23

24 Krav på ventilation Lufttäthet Kapitel 6: Hygien, hälsa och miljö 24

25 Lufttäthet Byggnadskrav Luftläckning genom klimatskalet får vara maximalt 0.3 l/s m² vid +/- 50 Pa Fönster U-värde < 0.90 W/m²K mätt av ackrediterat provningslaboratorium enligt standard SS-EN ISO Innemiljökrav Ljud från ventilationssystemet: minst ljudklass B i sovrum. Tillufttemperatur: högst 52 grader i tilluftsdon 25

26 Energideklarationer Syftar till att byggnader ska bli mer energieffektiva. Skall innehålla förslag på energiförbättrande åtgärder. Energideklarationer Källa: BFS 2007:4 26

27 Energibalans hur energiförbättra? Väggkonstruktion Totalt 170 mm isolering. U-värde: 0.27 W/m2K 27

28 U-värden passivhusvägg Värnamo: Yttervägg: 0.10 W/m 2,K Frillesås: Yttervägg: 0.10 W/m 2,K Villa Malmborg: Yttervägg: 0.10 W/m 2,K Alingsås: Yttervägg: 0.11 W/m 2,K Väggkonstruktion förslag på förbättringar? 28

29 Exempelkonstruktion - yttervägg 29

30 Exempelkonstruktion - yttervägg Exempelkonstruktioner - yttervägg 30

31 31

32 Exempelkonstruktion - yttertak Exempelkonstruktion - yttertak 32

33 Exempelkonstruktion - grund Exempelkonstruktion - grund 33

34 Exempelkonstruktion grund vid befintlig konstruktion 34

35 Täthet - syfte Hög verkningsgrad på värmeväxlaren 35

36 Täthet - syfte Undvika drag Täthet och fuktsäkerhet Undvika att varm fuktig luft tar sig ut i den tjocka konstruktionen 36

37 Temperaturförändringar Täthet anges som: Luftläckage genom klimatskalet i l/s, m 2 37

38 Täthetsprovning Trycksätt i förhållande till omgivande lufttryck Mät luftläckage Täthetsprovning två olika sätt Vanlig Blåser upp som en ballong eller suger ur som bullpåse Area: total area mot alla ytor Mottrycksprovning Omgivande lägenheter har samma tryck Area: kalla ytor 38

39 Leta läckage! Värmekamera Bild: SP 39

40 Resultat av täthetsprovning Täthet 40

41 Täthet - skarvar Väggkonstruktion - installationsskikt 41

42 Takkonstruktion - installationsskikt Undvik köldbryggor Bild: SP 42

43 Köldbryggor Väggkonstruktion förslag på förbättringar? 43

44 Yttervägg med bruten köldbrygga Köldbryggor Kan simuleras i beräkningsprogrammet HEAT 44

45 Köldbryggor Energianvändning för uppvärmning kwh/m 2 (ej temperaturkorrigerad) 45

46 Index över total energianvändning per ytenhet i bostäder och lokaler Slutlig energianvändning inom sektorn bostäder och service m.m

47 Energianvändning för uppvärmning, småhus Källa SCB, Energimyndigheten Energianvändning för uppvärmning, flerbostadshus Källa SCB, Energimyndigheten 47

48 Energianvändning för uppvärmning, lokaler Källa SCB, Energimyndigheten Elanvändning inom sektorn bostäder och service m.m , normalårskorrigerad 48

49 Hushållsel och driftel fördelat på olika bostadsformer samt lokaler Källa SCB, Energimyndigheten Tänk nytt, tänk hållbart! att bygga och förvalta för framtiden MILJÖVÅRDSBEREDNINGENS DIALOG BYGGA/BO (2000) 49

50 Tänk nytt, tänk hållbart! att bygga och förvalta för framtiden MILJÖVÅRDSBEREDNINGENS DIALOG BYGGA/BO (2000) Tänk nytt, tänk hållbart! att bygga och förvalta för framtiden MILJÖVÅRDSBEREDNINGENS DIALOG BYGGA/BO (2000) 50

51 Hemuppgift: Hur mycket energi förbrukar ditt boende? Hur kan energiförbrukningen minska? Energistatistik Eget hus / bekantas hus Hemuppgift: Namn: Inlämnas senast 19/ per majl till Per-Gunnar Burström Hustyp: Adress: Atemp m 2 Antal personer i hushållet: st Uppvärmningssystem: Köpt energi uppvärmning: Köpt energi hushållsel: Köpt mängd kallvatten: Köpt mängd varmvatten: kwh/år kwh/år m 3 /år m 3 /år kwh/m 2,år kwh/m 2,år 51

52 Hemuppgift: Hur mycket energi förbrukar ditt boende? Hur kan energiförbrukningen minska? Föreslå minst tre konkreta åtgärder för att minska energianvändningen som kan appliceras på ditt hus. Utgå från befintliga konstruktioner. Tänk på att det ska vara praktiskt genomförbart! 52