Energioptimering av kommersiell byggnad

Transkript

1 Tillhör examensarbete TVIT-5057 Ida Åkesson Installationsteknik Energioptimering av kommersiell byggnad Genom lagstiftning blir kraven på byggnaders energiprestanda allt hårdare och intresset för passivhus blir allt större. För att klara av alla allt hårdare ställda krav behöver byggnaders energiprestanda bli bättre. Hur går man till väga för att förbättra energiprestandan? Går det att bygga en kommersiell fastighet som ett passivhus? Ett systematiskt sätt att gå till väga för att minska energianvändningen är att använda sig av Kyoto-pyramiden, där man början nedifrån och arbetar sig uppåt. Välj energi Visa, reglera Utnyttja solenergin Minimera elbehovet Minimera värmebehovet Figur 1 - Kyoto-pyramiden Samtidigt som energiprestandan förbättras får inte inomhusklimatet försämras. En byggnad ska ju först och främst kunna användas för det den är tänkt för. Hur stor påverkan olika åtgärder har på en byggnads energiprestanda och inomhusklimat går att simulera i olika datorprogram. I denna fallstudie har IDA ICE använts. När simuleringar görs bör man tänka på att man bygger en modell av verkligheten och att resultatet kan komma att variera i olika grad med verkligheten beroende på felkällor och förenklingar. IKEA Umeå Resultatet bygger på en fallstudie gjord på IKEA Umeå, som är ett normalstort IKEA varuhus i två plan. Entrén ligger mot väster. Grundmodellen av varuhuset i IDA ICE har ett U medel på 0,2 W/(K m 2 ), ett luftläckage q 50 på 0,59 l/s m 2 och köldbryggorna är inställda på väldigt dåliga. Denna grundmodell får resultat enligt tabell 1 och 2. Tabell 1 - Energibehov för grundmodellen Levererad energi kwh/m 2 Installationsanläggning 9,1 Utrustning 14,3 Belysning 18,5 Fastighetsel 41,8 Bränslepanna 42,9 Fastighetsbränsle 42,9 Totalt 84,7 Tabell 2 - Komfortreferens för grundmodellen timmar med operativ temperatur över 27 C i värsta zonen timmar med operativ temperatur över 27 C i zon med medelvärde befolkade timmar med termiskt missnöje 10 % 0 % 73 % Minimera värmebehovet Värmebehovet minskas genom att förbättra luftläckaget, U-värden och köldbryggor. För att göra detta behöver konstruktionen ändras. Dessutom undersöks hur stor betydelse ett materials värmereglerande egenskaper har genom att undersöka två typer av konstruktioner, en av betong och en av plåtsandwich.

2 Betongkonstruktionen har en högre värmekapacitet och en långsammare värmeledningsförmåga än plåtkonstruktionen. Därför kan en betongkonstruktion jämna ut temperaturskillnader bättre än en plåtkonstruktion. Plåtkonstruktionen har fördelen att den kan göras tätare, och får därmed lägre luftläckage, q 50. Konstruktionernas U-värde kan anses vara likvärdiga. Som tabell 3 visar använder konstruktionen av betong marginellt mindre energi än den i plåtsandwich. Båda konstruktionerna sänkte energianvändningen. Den konstruktion som ger bäst komfort per använd energi är plåtsandwichkonstruktionen. Hur klimatet upplevs visas i tabell 4. Minimera elbehovet Belysning är den enskilt största posten, vilket kan ses i figur 2. Genom att studera gällande krav och vilken typ av ljuskälla som används skulle elbehovet kunna minskas. De installerade ljuskällorna har ett lågt ljusutbyte, och 70 % av den använda energin blir värme. Energibehovet skulle kunna minskas om belysningen byttes ut mot LEDlampor. Tabell 3 - Levererad energi efter minskat värmebehov betong plåt kwh/m 2 kwh/m 2 Installationsanläggning 10,9 13,8 Utrustning 14,3 14,3 Belysning 18,5 18,5 Fastighetsel 43,7 46,6 Bränslepanna 11,0 10,4 Fastighetsbränsle 11,0 10,4 Totalt 54,6 57,0 Tabell 4 - Komfortreferens efter minskat värmebehov timmar med operativ temperatur över 27 C i värsta zonen timmar med operativ temperatur över 27 C i zon med medelvärde befolkade timmar med termiskt missnöje betong plåt Figur 2 - Diagram över energianvändningen för betongkonstruktion Det finns även system med fiberoptik som kan föra in direkt solljus i byggnad. Resultatet från ett sådant system kommer att variera beroende ort, land och omgivning. I studien har det inte undersökts om denna teknik sänker energibehovet nämnvärt på en ort med de ljusförhållanden som råder i Umeå. Behovsstyrning av belysning sänker energi-, kyl och uppvärmningsbehovet. Utnyttja solenergi Orientering Byggnadens orientering påverkar både energianvändningen som inomhusklimatet.

3 Ett förvånande resultat var att en byggnads orientering påverkar resultatet mer än konstruktionstypen. Resultatet visas i figur 3. Östlig orientering ger med betongkonstruktionen bäst komfort och lägst uppvärmningsbehov. Tyvärr så ökar kylbehovet, vilket leder till att det totala energibehovet blir ett av de större. I fallet med plåtsandwich sammanfaller bäst klimat per använd energi med lägst energibehov. Det bästa inomhusklimatet uppstår i östlig och nordöstlig riktning. Liksom i fallet med betongkonstruktionen har dessa riktningar lågt uppvärmningsbehov men ett ökat kylbehov som orsakar ökat totalt energibehov. Orsaken till de stora skillnaderna är att fönster orsakar värmeförluster då de har ett lägre U- värde än omgivande klimatskal. De kan även bidra till uppvärmning på grund av att de släpper in solljus som värmer. Enbart ökad fönsterarea leder till att värmeförlusten blir större. Värmeförlusterna blir totalt sett större än den värmeenergi som tillgodogörs genom solinstrålning. Användning av behovsstyrd solavskärmning istället för fast solavskärmning ger i de flesta orienteringarna minskat energibehov. Men det finns fall då det kan leda till ökat energibehov. Kombinationen behovsstyrd solavskärmning och ökad fönsterarea kan ge både ökad som minskad energianvändning. Solceller och solfångare Energi som kommer från solceller och solfångare som finns placerade på fastigheten får lov att dras av från byggnadens specifika energibehov, om den kan tillgodogöras med en gång. Den gynnsammaste vinkeln kan variera beroende på vilken latitud fastigheten ligger på. Vinkeln har även betydelse och om man vill gynna produktionen en viss månad eller om man ser maximal produktion per år. Figur 3 - Energianvändning i olika orienteringar

4 Visa och reglera Visa och reglera görs mestadels genom att installera mätare så att brukaren kan se energianvändningen och förändra sitt eget bruksmönster. Energibehovet kan även minskas genom att koppla in automatiska system som känner av behovet, t.ex. närvaro. Sådana system kan då anpassa t.ex. ventilation och belysning efter behov. I ett varuhus är även val av dörrar vid entréer av stor betydelse här. Dörrar som öppnas vid behov när någon går in eller ut ur en byggnad jämfört med att dörrarna är alltid helt öppna under öppningstid minskade i detta fall energibehovet med 73 % för hela byggnaden. Med dörrar som aldrig orsakar att blir helt öppet mellan inne och ute, såsom karuselldörrar, borde kunna minska energianvändningen ännu mer. Samtidigt förbättras arbetsmiljön för de som arbetar i närheten av öppningar eftersom draget minskar. Välj energi Vilka energislag som är bäst ur miljösynpunkt beror på hur energin produceras. Vid uppvärmning och kyla borde hänsyn tas till hur stora utsläppen blir när värmen och kylan produceras. Både el och fjärrvärme/kyla kan produceras så att de inte bidrar eller bidrar till öka växthusgaser i atmosfären. Beräkningen av det specifika energibehovet ser olika ut beroende om beräkning sker enligt BBR (boverket) eller FEBY 12 (definierar passivhusstandard). BBR räknar med hur byggnaden kommer att användas. Vid beräkning enligt FEBY 12 används standardiserade interna laster för att ge ett resultat som går att jämföra med andra byggnader. Båda har olika energikrav om byggnaden klassas som eluppvärms eller inte. Även definitionen om icke eluppvärmd byggnad skiljer sig åt. FEBY 12, till skillnad mot BBR, viktar även olika energikällor mot varandra om flera olika energikällor används. Resultat När Kyoto-pyramiden använts på IKEA Umeå har den slutgiltiga energianvändningen minskat. Lägst energianvändning gav plåtkonstruktionen. Betongkonstruktion gav det bästa inneklimatet. Skillnaderna i energianvändning och inomhusklimat är små. Vid val av den bästa konstruktionen behöver inneklimat viktas mot energianvändningen. Den totala energianvändningen har som bäst sjunkit från 84,7 kwh/m 2 till 31,9 kwh/m 2. Hur stor byggnadens specifika energianvändning blir beror på var energin produceras. Exempelvis sägs verkningsgraden för fjärrvärme vara 1, eftersom energiförlusterna när värmen produceras sker utanför fastighetsgränsen. Energi från solceller får som tidigare nämnts dras bort från den specifika energianvändningen så länge den kan tillgodogöras med en gång.

5 Tabell 5 Levererad energi vid slutresultat plåt sö betong ö kwh/m 2 kwh/m 2 Installationsanläggning 7,2 7,8 Utrustning 14,3 14,3 Belysning 17,9 17,8 Fastighetsel 39,4 39,9 fjärrvärme 10,7 10,6 fjärrkyla Fastighetsenergi 10,7 10,6 fjärrverk Totalt 50,1 50,6 Solceller -18,2-18,3 Producerad el -18,2-18,3 Grand total 31,9 32,2 När energibehovet räknats enligt FEBY:s formel där energislag viktas mot varandra går det att konstatera att byggnadens energiprestanda är så bra att byggnaden kan klassas som ett plusenergihus. Slutsats Studien har visat att det går att minska energianvändningen genom att använda och kombinera befintlig teknik. Störst betydelse för energianvändningen har varit sänkta U- värden och ökad lufttäthet. Samtidigt har inomhusklimatet blivit bättre. Studien har inte haft fokus på ekonomi men det har ändå funnits en tanke bakom vad som är rimligt att genomföra. Studien visar på vad som är möjligt om ambitionen finns. Tabell 6 - Komfortreferens vid slutresultat timmar med operativ temperatur över 27 C i värsta zonen timmar med operativ temperatur över 27 C i zon med medelvärde befolkade timmar med termiskt missnöje plåt sö betong ö Ida Åkesson Kristianstad Även om missnöjet med inomhusklimatet fortfarande är högt så har det sjunkit. Förmodligen beror den höga andelen med missnöjda på att godsmottagningens zon är medräknad. Denna zon har ett större temperaturspann mellan tillåtna temperaturer jämfört med zoner inuti varuhuset, där det är tänkt att människor ska vistas.