Slingerbulten 12 Effekt- och energiberäkning W7007B, 2015-02-18 Alexander Stark LULEÅ TEKNISKA UNIVERSITET 0
Innehåll Teckenförklaring... 1 Sammanfattning av rapport... 2 Beskrivning av huset... 3 Installationssystem... 4 Beräkning av U-värde för byggnadsdelar.... 5 λ-värdesmetoden... 5 U-värdesmetoden... 5 Klimatskal 1 (Hus)... 8 Väggar... 8 Tak... 11 Grund... 13 Fönster och dörrar... 14 Klimatskal 2 (Kallgarage)... 15 Väggar... 15 Tak... 16 Grund... 17 Dörr och garagedörr... 17 Klimatskal 3 (Förråd)... 18 Väggar... 18 Tak... 20 Grund... 20 Dörr... 20 Sammanvägt U-värde... 21 Klimatskal 1 (hus)... 22 Klimatskal 2 (kallgarage)... 23 Klimatskal 3 (förråd)... 24 Beräkning av massa... 25 Klimatskal 1 (hus)... 26 Klimatskal 3 (förråd)... 27 Byggnadens specifika värmeförlust... 27 Klimatskal 1 (hus)... 28 Klimatskal 3 (förråd)... 29 Tidskonstanten... 29
Klimatskal 1 (hus)... 30 Klimatskal 3 (förråd)... 30 Dimensionerande vinterutetemperatur, DVUT... 30 Klimatskal 1 (hus)... 30 Klimatskal 3 (förråd)... 30 Sammanfattning... 30 Värmeeffektbehov... 31 Transmissionsförluster... 32 Oavsiktlig ventilation eller luftläckage... 35 Ventilationsförluster... 35 Solinstrålning... 36 Internt genererad värme... 37 Gratisvärme... 38 Dimensionerade effektbehov... 39 Värmeenergibehov... 39 Klimatskal 1 (hus)... 39 Värmeenergibehov med gradtimmar... 40 Energibehov för hushållsel:... 41 Energibehov för varmvatten:... 41 Energibehov för spa:... 41 Energitillskott... 41 Klimatskal 1 (hus) totala behov av energi:... 41 Klimatskal 3 (förråd)... 42 Värmeenergibehov med gradtimmar... 42 Energibehov för hushållsel:... 43 Klimatskal 3 (förråd) totala behov av energi:... 43 Sammanfattning... 44 Energieffektiviseringar... 45 Alternativ 1 - Installation av FTX-System.... 45 Alternativ 2 - Täta fönster och dörrar.... 46 Alternativ 3 - Sänka inomhustemperaturen till 20 grader.... 46 Referenslista... 48 Elektroniska källor, Litteratur... 48
Teckenförklaring Tecken Förklaring Enhet d Tjocklek m λ Värmeledningsförmåga W/mK R Värmemotstånd m 2 K/W Σ Summa U Värmegenomgångskoefficient W/m 2 K Um Genomsnittlig värmegenomgångskoefficient W/m 2 K A Area m 2 b Bredd m h Höjd m w Ytterväggens tjocklek m B Karakteristisk dimension m dg Ekvivalent tjocklek (grund) m l Längd m w Totalväggtjocklek m P Omkrets m m Massa kg ρ Densitet kg/m 3 V Volym m 3 c Värmekapacitet J/kgK q Ventilationsflöde m 3 /s Q tot Specifik värmeförlust W/K ψ Punktköldbrygga W/mK T Temperatur 0 C P Effekt W X Värmegångstal för punktformig köldbrygga W/K ɳ Verkningsgrad S Solinstrålning W/m 2 E Energi Wh Gt Gradtimmar 0 Ch/år 1
Sammanfattning av rapport I denna rapport beräknas i huvudsak energibehovet och dimensionerad värmeeffekt för huset och förrådet. Då dessa har separata värmesystem. Huset har två värmepumpar och en kamin som huvudsakligen värmer upp byggnaden. Förrådet har ett element, frys och kylskåp. Hela byggnaden delas upp i tre klimatskal för att få en mer korrekt beräkning av det totala energibehovet. Dessa tre klimatskal har följande gemensamma U-värde. Klimatskal 1 (hus) har 0,292 W/m 2 K Klimatskal 2 (kallgarage) har 1,342W/m 2 K Klimatskal 3 (förråd) har 0,461 W/m 2 K Då garage är ett kallgarage beräknas endast den total energin för E tot för huset och E tot för förrådet. Detta resulterade till 23027,199 kwh/år. Jämfört med villaägarnas energiförbrukning på 23236 kwh/år. Den dimensionerande värmeeffekten för huset och förråd: Klimatskal 1 (hus) P dim = 4746,867 + 396,272 + 3588,417 (W) P dim hus = 8731, 034 W Klimatskal 3 (förråd) P dim = 1014,345 + 66,995 + 425,018 (W) P dim förråd = 1506, 358 W Totala Pdim blir då 10,237 kw. För effektivisering rekommenderas ett FTX-system, detta skulle ge en sänkning med 25% av energiförbrukningen som är idag. 2
Alla formler är tagna från (Catarina Warfvinge, 2010) och (Petersson, 2013). Beskrivning av huset Huset är 1 ½ plan och är byggt av lättbetong och ligger i Åhus, Skåne. Byggåret är 1978 och renoverades 2008. Stommen av huset är i lättbetong med putsad fasad och grunden är platta på mark. Bottenvåningen är 141,6 m 2, boarean 233,6 m 2, byggnadsvolymen 703 m 3 och tomten är 958,5 m 2. Ovanvåning består av delvis varmt tak och ventilerad vind. När villan byggdes var den en typisk villa byggd kring slutet av 1970-talet. Källarlös med gavelspets i träpanel. Takstol och mellanbjälklag sammanfogas i en triangel något bredare än gavelbredden. Sadeltak med ett takfall på 47 grader. Fasaden är låg och känns bred. Taket täcks av svarta betongpannor och fönstersnickeriet i vit kulör. Asymmetri med ett utstickande garage. Huset skiljer sig dock lite, med en stomme i lättbetong och putsad fasad. 2008 togs lockpanelen på gavelspetsen ner och huset tilläggisolerads med frigolit. Hela bostaden är idag täckt med puts i en brun/beige färg. Isoleringen bidrog till betydligt bättre U-värde men även djupa fönster nischer. Putsen och två runda fönster gjorde så att huset lämnade 1970-tals eran och placerades i postmodernismens tidiga skede, med putsad fasad och fönster i varierad form. Entré-dörren ändrades även till ett modernistiskt dörrparti, med en rund glasning som är inspirerad av 1930-talets funkisstil. 3
Installationssystem Ventilationssystem är ett mekaniskfrånluftsystem. Principen är densamma som självdrag med skillnaden att luften drags ut mekaniskt med hjälp av fläktar. Husets kanalsystem är placerat på vinden med utblås ovanför köket. Detta ger också ett undertryck i huset vilket är bra, övertryck kan leda till fuktproblem i väggar då luften trycks in i klimatskalet. Det är därför viktigt att rensa filtret i systemet regelbundet så att det inte blir ett övertryck i huset. Aggregatet är placerat uppe på taket vid utblåset av köksfläkten. Köksfläkten har dock ett eget fläktsystem. Den mekaniska frånluften tar hand om frånluft ifrån tvättstuga och tre toaletter. För övriga utrymmen som sovrum och vardagsrum sker tilluftens flöde igenom yttervägg. Se bild: Det finns en fläkt som fördelar överskottsvärme från kamin upp till ovanvåningen. Detta för att få ett behagligare inomhusklimat i hela huset. Huset värms upp av två värmepumpar, kamin och golvvärme. En värmepump är placerad vid huvudentrén på östra sidan av huset, ovanför trappan. Den andra värmepumpen är placerad på ovanvåning i nordvästra hörnet, ovanför garagetaket. Kaminen är i mitten av huset och bidrar till att hålla nere energibehovet. Huset har även ett flertal element, dessa är dock ej aktiva. Luftomsättningar för ventilationen antas vara 0,5 oms/h, då huset har en normal takhöjd på 2,4 meter. Detta enligt BBR (6:251) 4
Beräkning av U-värde för byggnadsdelar. Samtliga u-värde är beräknade enligt λ-värdesmetoden och U-värdesmetoden. λ-värdesmetoden Vid λ-värdesmetoden behandlas de olika skikten som ett homogent lager vid beräkning av värmeflödet. För de skikt som är inhomogena räknas ett λmedel ut genom följande uträkning: λ medel = Fältandel skikt 1 d reglar + Fältandel skikt 2 d mineralull För att beräkna U- värdet behövs värmemotståndets, R, beräknas. R beräknas enligt följande: Ri = di λi Sedan beräknas R T λ och slutligen U T λ ut: R T λ = R si + R se + R i U T λ = 1 R λ R si är det inre och R se det yttre värmeövergångsmotståndet. EN SS-ISO 6946 anger följande värden i m 2 C/W. Detta enligt Swedisol Isolerguiden Bygg 06, s 35: Väggar: R si= 0,13 R se= 0,04 Tak: R si= 0,10 R se= 0,04 Golv: R si= 0,17 R se= 0,04 U-värdesmetoden Vid U-värdesmetoden tar man hänsyn till fältandelar. Det innebär att man tittar hur stor del av värmestransporten som sker i de olika beståndsdelarna i varje lager. Ett skikt som i kommande fall innehålla både reglar och isolering vilka i sin tur har olika värmemotstånd. För att beräkna U värdet börjar man med att ta fram ett motstånd (R) för hela väggen när man går genom reglarna (Rregel) och ett värde när man går genom mineralull (Riso). Man kommer få olika R-värden genom reglarna och isoleringen. Sedan beräknas ett gemensamt U ut genom att ta fältandelarna av värmen som går genom reglarna respektive isoleringen: U regel Fältandel regel + U iso + Fältandel iso där: 5
U regel= 1 R Regel U iso= 1 R iso Beräkning av U För att få ett gemensamt U-värde utifrån resultaten utifrån λ- och U-värdesmetoden beräknas snittet av de båda: U = U u värdesmetoden+u λ värdesmetoden 2 Ingångsvärde för påslag U U f är en korrektionsterm för extra värmeflöde orsakade av metalliska färstanorningar i konstruktionen. Denna term är oftast försumbar. U g är en korrektionsterm som tar hänsyn till normala utförandefel vid montering av konstruktion. U r är en korrektion för nederbörd vind som påverkar värmeförlusterna vid omvända tak. R w är en korrektionsterm för temporär påverkan av vatten. Alla korrektionstermer är tagna från tillämpad byggnadsfysik om inget annat anges. U-värdena är beräknade i den varmaste klimatzonen. Värmen flyttar sig från varmare till kallar del. Värmeledningsförmåga (λ värde), densitet och väremkapacitet för olika material, tabell 1 Material λ [W/mK] Densitet kg/m 3 c Källa Puts (kalkcementbruk) 1,000 1800 900 Tabell 12.35, tillämpad byggnadsfysik. Lättbetong 0,12 500 1000 Isolerguiden Bygg 06, s 70. Tabell 12,37, tillämpad byggnadsfysik Mineralull 0,039 50 800 Formel- och tabell samling byggnadsfysik. Tabell 12.30, tillämpad byggnadsfysik 6
Frigolit (EPS-skiva) 0,036 - - Cellplast Finja s80 OSB-skiva 0,130 600 1500 Beijerbygg Vindskiva 1,14 - - Honeycore, Vindskiva Gips 0,22 800 800 Formel- och tabellsamling byggnadsfysik. Reglar, brädor och träpanel (trä) 0,14 500 1500 Tabell 12.36 och 12,37, tillämpad byggnadsfysik. Betong 1,7 2300 900 Formel- och tabellsamling byggnadsfysik. Tabell 12,37, tillämpad byggnadsfysik. Makadam 1,4 - - Isover, mark och anläggning, s 31. 7
Klimatskal 1 (Hus) Väggar Vid beräkning av väggarnas U-värdet användes λ-värdesmetoden och U-värdesmetoden enligt ovan. Korrektionstal för yttervägg i betong eller lättbetong är 0, enligt Swedisol Isolerguiden Bygg 06, s 36. Resterande korrektionstal är tagna ur tillämpad byggnadsfysik Samtliga lambda värden är tagna ur tabell 1 8
Reglar cc 600 mm. 9
10
Tak Vid beräkning av takets U-värdet användes λ-värdesmetoden och U-värdesmetoden enligt ovan. Takstolar cc 1200 mm. 11
Glespanel och luft ses som ett icke ventilerat luftskikt, enligt tabell 12,26, tillämpad byggnadsfysik. R g=0,16. 12
Grund P är grundens omkrets i yttermått. A är plattans invändiga area. Beräknar sedan om dg < B så är: Om dg >= B så är: B = 2 A P d g = w + λ mark (R f + 0,17) U = 2 λ mark π B + d g ln (π B d g + 1) U = Enligt formel ovan fås följande tabell: λ mark (0,457 B + d g ) 13
Fönster och dörrar U-värden för fönster och dörrar är tagna från Swedisol Bilaga A och Energimyndigheten. 14
Klimatskal 2 (Kallgarage) Väggar Vid beräkning av väggarnas U-värdet användes λ-värdesmetoden och U-värdesmetoden enligt ovan. Reglar cc 600mm. Reglar och luft ses som ett icke ventilerat luftskikt, enligt tabell 12,26, tillämpad byggnadsfysik. R g=0,18. 15
Tak Reglar cc 600mm. Reglar och luft ses som ett icke ventilerat luftskikt, enligt tabell 12,26, tillämpad byggnadsfysik. R g=0,16. 16
Grund Grunden är beräknad enligt ovan. Dörr och garagedörr För U-värde för garagedörr togs samma värde som för en dörr alltså 1,4 W/m 2 K 17
Klimatskal 3 (Förråd) Väggar Reglar cc 600mm. 18
Reglar cc 600mm (45*95). 19
Tak Reglar cc 600mm (45*120). Reglar och luft ses som ett icke ventilerat luftskikt, enligt tabell 12,26, tillämpad byggnadsfysik. R g=0,16. Grund Samma grund som klimatskal 2, U-värde = 0,91767 W/m 2 K Dörr U-värde för där 1,4 W/m 2 K. 20
Sammanvägt U-värde U- värdet för husets olika delar har sammanställts till ett sammanvägt U-värde (Um). I det sammanvägda U-värdet tar man hänsyn till korrektionstermer. Korrektionerna kan bero på kontraktionens utformning, nederbörd och klimatpåverkan. Man tar hänsyn till väder- och vindpåverkan. Även linjära köldbryggor har tagits hänsyn till. I detta fall har det valts att inte ta med punktformiga köldbryggor. Skorstenen räknas inte som punktköldbrygga då kamin används regelbundet. Beräkning av genomsnittligt U-värde: n m U m = i=1 U korr,i A i + k=1 l k Ψ k [W/m 2 K] = A om Där: A om = A i Värmegenomgångskoefficienten för linjära köldbryggor (Ψ) plockades från Tillämpad byggnadsfysik och längderna på köldbryggorna beräknades utifrån cad. Köldbryggor Tabell 2, köldbryggor Linjära köldbryggor Värmegenomgångskofficient (W/mK) Ψ vägg möter tak 0,02 Ψ vägg möter vägg 0,03 Ψ vägg möter golv 0,02 Ψ fönster 0,02 Ψ dörr 0,02 21
Klimatskal 1 (hus) Tabell 3, genomsnittligt U-värde för klimatskal 1 (hus) Genomsnittligt U-värde klimatskal 1 (hus) U m = 0,292 [W/m 2 K] 22
Klimatskal 2 (kallgarage) Tabell 4, genomsnittligt U-värde för klimatskal 2 (kallgarage) Genomsnittligt U-värde för klimatskal 2 (kallgarage) U m = 1,342 [W/m 2 K] 23
Klimatskal 3 (förråd) Tabell 5, genomsnittligt U-värde för klimatskal 3 (förråd) Genomsnittligt U-värde klimatskal 3 (förråd) U m = 0,461 [W/m 2 K] 24
Beräkning av massa Beräkning av massan är gjord på klimatskal 1 (huset) och klimatskal 3 (förråd). Klimatskal 2 (kallgarage) är inte beräknat då detta inte är varmt. Material i denna beräkning är belägna innanför ytterskalets mineralull eller 10 cm in i ytterskalet. n m j = d j A j i=1 ρ j mj = massa för respektive konstruktionsskikt j (kg) dj = tjocklek av material Aj = Area av material ρ j = densitet av material Därefter beräknades n i=1 m j c j för att senare beräkna tidskonstanten. 25
Klimatskal 1 (hus) Tabell 6, massberäkning och värmekapacitet klimatskal 1 (hus) Densitet och värmekapacitet är enligt tabell XX. n i=1 m i c i för klimatskal 1 (hus) är 63312,0392 kj/k enligt tabell 6. 26
Klimatskal 3 (förråd) Tabell 7 massberäkning och värmekapacitet klimatskal 3 (förråd) n i=1 m i c i för klimatskal 3 (förråd) är 4799,687 kj/k enligt tabell 7. Byggnadens specifika värmeförlust Qtot = byggnadens specifika värmeförlust n Q tot = U j A j + (q v (1 ɳ) + q ov ) ρ c p i=1 Förklaring av värmeförlusterna, Qtot kan egentligen skrivas så här: n Q tot = U j A j + ψ k l k + X j + ρ c p q v (1 ɳ) + ρ c p0 q ov n i=1 i=1 U j A j + ψ k l k + X j är effektförlusterna via väggar, golv, tak, fönster, dörrar och köldbryggor. ρ c p q v (1 ɳ) är effektförlusterna via ventilation och ρ c p0 q ov är luftläckage (W/ 0 C). ρ = luftens densitet: 1,2 kg/m3 cp = luftens specifika värmekapacitet: 1000 J/kgK qv = styrt ventilationsflöde (m3/s) qov = oavsiktligt ventilationsflöde (m 3 /s) 27
Klimatskal 1 (hus) Beräkning av ventilationsflöde och oavsiktligt ventilationsflöde: Ventilationsflöde V hus = 703,3 m 3 innanför ytterskal. Vanlig uppskattning ~ 0,5 oms/h (vid en normal takhöjd på 2,4 meter) q v = 0,5 V hus q v = 0,5 703,3 1 3600 (m3 /s) 1 3600 (m3 /s) q v = 0,093 (m 3 /s) Oavsiktligt ventilationsflöde Vanlig uppskattning ~ 0,1 oms/h q ov = 0,1 V hus q ov = 0,1 703,3 1 3600 (m3 /s) 1 3600 (m3 /s) q ov = 0,01 (m 3 /s) Sätter in dessa värden i: n Q tot = U j A j + (q v (1 ɳ) + q ov ) ρ c p i=1 I detta fall är ɳ = 0, då ventilationssystem är ett f-system och ger ingen återanvändning. I uträkning av Qtot tas även köldbryggorna med. Detta ger ekvationen. n Q tot = U j A j + ψ k l k + X j + (q v (1 ɳ) + q ov ) ρ c p n i=1 i=1 U j A j + ψ k l k + X j fås från tabell 3, beräkning av sammanvägt u-värde. Efter insättning av värden fås följande resultat: Q tot = 270, 093 (W/K) 28
Klimatskal 3 (förråd) Samma beräkningar görs för klimatskal 3 (förråd) som klimatskal 1 (hus). Detta ger: V förråd = 38,4 m 3 Ventilationsflöde Då inget rör är kopplat från F-system till förrådet antas detta ha ett eget självdragssystem. q v = 0,5 38,4 q v = 0,011 m 3 /s 1 3600 (m3 /s) Oavsiktligt ventilationsflöde q ov = 0,1 38,4 1 3600 (m3 /s) q ov = 0,002 m 3 /s n Q tot = U j A j + ψ k l k + X j + (q v (1 ɳ) + q ov ) ρ c p n i=1 i=1 U j A j + ψ k l k + X j fås från tabell 5, beräkning av sammansatta u-värde. Efter insättning av värden fås följande resultat: Tidskonstanten Q tot = 38, 760 (W/K) Tidskonstanten är ett mått som anger värmetrögheten för en byggnad, alltså värmelagringen. Den anges i timmar eller dygn och är ett matematiskt definierat mått på hur lång tid det tar för inomhustemperaturen att minska 63 % av temperaturdifferensen vid ett temperaturomslag. Desto högre denna är desto längre kan byggnaden hålla värmen. Formel för tidkonstanten är: τ b = n i=1 Q tot m j c j 1 3600 mj = massa för respektive konstruktionsskikt j (kg) cj = specifik värmekapacitet för respektive skikt j (J/kgK) n i=1 m j c j är värmekapaciteten hos materialskikt i kontakt med inomhusluften. 29
Klimatskal 1 (hus) n i=1 m j c j fås från tabell 6 och Q tot är byggnadens specifika värmeförlust. τ b = Klimatskal 3 (förråd) Tidskonstanten beräknas enligt ovan. n i=1 63312,0392 103 270,1 τ b = 2,713 dygn 1 (3600 24) m j c j fås från tabell 7 och Q tot är byggnadens specifika värmeförlust. τ b = 4799,687 103 38,760 τ b = 1,433 dygn Dimensionerande vinterutetemperatur, DVUT 1 (3600 24) Klimatskal 1 (hus) Med hjälp av tidkonstanten kan sedan dimensionerande vinterutetemperatur, DVUT bestämmas. I tabell 4.1 (Catarina Warfvinge, 2010) väljs Lund som närmsta ort, enligt τ b är DVUT mellan -10,6 och -10,1 0 C. DVUT anges som -10,328 0 C. Klimatskal 3 (förråd) Samma sak görs för förrådet. DVUT anges som -11,170 0 C. Sammanfattning DVUT är den lägsta medeltemperaturen under minst ett dygn som normalt inträffar under ett år på en ort. Alltså borde DVUT hus och DVUT förråd antas vara samma DVUT (det lägsta). Jag har dock valt att bortse från detta och fortsatt med beräkningar utifrån dessa värden. 30
Värmeeffektbehov P t + P ov + P v = P w + P s + P i Pt, Transmissionsförluster Pov, Oavsiktlig ventilation eller luftläckage Pv, Ventilationsförluster Pw, Värme från värmesystemet Ps, Solinstrålning Pi, Internt genererad värme 31
Transmissionsförluster Värmeflöde genom golv, väggar, tak, dörrar fönster etc. Man tar även hänsyn till köldbryggor. Specifika värmeförlustfaktorn, Q t beräknas för att sedan beräkna transmissionsförlusterna. Detta för att även ta med köldbryggorna. I detta fall har det valts att inte ta med punktformiga köldbryggor. Skorstenen räknas inte som köldbrygga då kaminen används regelbundet. Q T = U i A i + ψ k l k + X j (W/K) Transmissionsförluster P t = Q t (T inne DVUT) DVUT = dimensionerande vinterutetemperatur ( o C) ψ k l k = värmegenomgångstal för linjär köldbrygga (W/mK) = linjära köldbryggans längd (m) T inne = inneluftstemperatur ( o C) U i = värmegenomgångstal för en byggnadsdel (W/m 2 K) A i = byggnadsdelens invändiga area (m 2 ) X j = värmegenomgångstal för punktformig köldbrygga (W/K) För transmissionsförluster beräknas för klimatskal 1 (hus) och klimatskal 3 (förråd). Klimatskal 2 (kallgarage) antas ha samma Tinne som utetemperatur (DVUT), Pt för klimatskal 2 blir då 0. Beräkningar görs enligt ovan. 32
Klimatskal 1 (hus), Transmissionsförluster Tabell 8, transmissionsförluster klimatskal 1 (hus). Transmissionsförlusterna för klimatskal 1 (hus) är: P t =4746,867 W 33
Klimatskal 3 (förråd), Transmissionsförluster Tabell 9, transmissionsförluster klimatskal 1 (hus). Transmissionsförlusterna för klimatskal 3 (förråd) är: P t =1014,345 W 34
Oavsiktlig ventilation eller luftläckage P ov = q ov ρ c p (T i DVUT) T i = innetemperatur Klimatskal 1 (hus) Tabell 10, oavsiktlig ventilations eller luftläckage i klimatskal 1 (hus). Klimatskal 3 (förråd) Tabell 11, oavsiktlig ventilations eller luftläckage i klimatskal 3 (förråd). Ventilationsförluster Ventilationsförluster om värmeåtervinning finns: P v = q v (1 ɳ) ρ c p (T inne DVUT) ɳ= verkningsgrad för värmeåtervinning i FTX system. Vanlig uppskattning ca 50-93%. Oavsiktlig ventilation eller luftläckage. I detta fall är ɳ=0, vilket ger formel: P v = q v ρ c p (T inne DVUT) 35
Klimatskal 1 (hus) Ttilluft = DVUT om tilluften är ouppvärmd Tabell 12, ventilationsförluster i klimatskal 1 (hus). Klimatskal 3 (förråd) Tabell 13, ventilationsförluster i klimatskal 3 (förråd). Solinstrålning Ur Tabell 12.7 i tillämpad byggnadsfysik fås solinstrålning mot fasader i Wh/m 2. Ur tabellen väljs Malmö som närmsta ort, värdena summeras för söder, väster, norr och öster. Även areor för fönster i alla väderstreck summeras. Vi vill se hur mycket värme som ges av solinstrålning. Detta ger formel Si= solinstrålning (W/m2) Ai=Area av fönster (m2) P s = S i A i (τ i ) τ i = Transmittans, 0,7. Hur mycket av solenergin som övergår till värme i huset. Enligt tillämpad byggnadsfysik, 3 glas-fönster. Wh / 3600= W 36
Klimatskal 1 (hus) Tabell 14, solinstrålning i klimatskal 1 (hus). Klimatskal 3 (förråd) Förrådet har inga fönster och därför ingen solinstrålning. Internt genererad värme E el är energibehov för hushållsel. E vv är energibehov för varmvatten. Dessa beräknas med följande formler: P i = Antal personer 100 + 0,75 E el 24 + 0,2 E vv 24 E el = 4,5 antal lgh + 0,045 (A temp ) E vv = 5 antal lgh + 0,015 (A temp ) Klimatskal 1 (hus) I huset bor tre personer, det finns el och varmvatten i byggnaden. A temp hus = Bottenvåning + ovanvåning = 141,6 + 126,98 = 268,580 m 2 E el = 4,5 antal lgh + 0,045 (A temp ) = 16,586 kwh/dygn E vv = 5 antal lgh + 0,015 (A temp ) = 9,029 kwh/dygn P i = 3 100 + 0,75 16,586 103 24 + 0,2 9,029 103 24 P i = 893,555 W 37
Klimatskal 3 (förråd) Internt genererad värme i förrådet. Personerna vistas i huset och därför försummas dessa. Det finns el men inget varmvatten i förrådet. Detta ger formel: E el = 4,5 antal lgh + 0,045 (A temp ) P i = 0,75 E el 24 A temp förråd = 16 m 2 E el är energibehovet för hushållsel, i förrådet finns ett kylskåp och en frysbox. Detta ger följande formel: E el = 0,045 (A temp ) + E kyl + E frys Energiförbrukning för en äldre kyl är ca 400 kwh/år och en större frysbox uppskattas till 1000 kwh/år. (enligt vattenfall) E el = 0,045 16 + 400 365 + 1000 365 (kwh/dygn) E el = 4,556 kwh/dygn => P i = 0,75 4,556 103 24 P i = 142,363 W Gratisvärme Klimatskal 1 (hus) P g = P i + P s P g = 893,555 + 145,001 W = 1038.555 W Klimatskal 3 (förråd) Då ingen solinstrålning finns i förråd blir gratisvärme: P g = P i P g = 142,363 W 38
Dimensionerade effektbehov P dim = P t + P ov + P v Pdim är en funktion av inneluftstemperatur, massa på konstruktionsskikt och U-värde för konstruktionsskikt. Klimatskal 1 (hus) P dim = 4746,867 + 396,272 + 3588,417 (W) Klimatskal 3 (förråd) P dim hus = 8731, 034 W P dim = 1014,345 + 66,995 + 425,018 (W) P dim förråd = 1506, 358 W Värmeenergibehov För att sedan få den totala värmeenergin läggs E tot(hus) och E tot(förråd). Förrådet värms upp med direkt el och huset med värmepump och kamin. E tot hus+förråd = E tot hus + E tot förråd Klimatskal 1 (hus) Husets totala behov av energi: E tot = E uppv + E el + E vv E tot = E uppv + 365(E el + E vv ) + E spa E kamin 39
Värmeenergibehov med gradtimmar Huset består av två värmepumpar som antas ha en värmefaktor på 2,7 enligt Greenmatch. (1kWh ger alltså 2,7 kwh värme) Euppv divideras då med värmefaktorn för att få ut det totala energibehovet (köpta energin). E uppv = Q tot G t E uppv = 270,093 97483,800 1000 365 2,7 = 26,717 kwh/dygn Gt = gradtimmar ( Ch/år), beräknas nedan. Qtot = byggnadens specifika värmeförlust Temperaturgräns För att få ut gradtimmar behövs temperaturgränsen beräknas enligt: Tabell 15, temperaturgräns för klimatskal 1 (hus) T gräns = T inne P g Q tot Gradtimmar Sedan tas T un (normalårtemperatur) ur tabell 4.5 (Catarina Warfvinge, 2010), närmsta ort är Lund/ Växjö. Tar ett värden mellan dessa orter. T un= 7,5 0 C Med T g= 18,155 0 C och T un= 7,5 0 C kan sedan gradtimmarna (G t) bestämmas med tabell 4.4 (Catarina Warfvinge, 2010). Gradtimmar, G t=97483,800 0 Ch/år 40
Energibehov för hushållsel: E el = 4,5 antal lgh + 0,045 (A temp ) Atemp= 268,580 m 2 den totala arean innanför ytterväggarna som är värmd till mer än 10 C. E el = 4,5 1 + 0,045 268,580 E el = 16,586 kwh/dygn Energibehov för varmvatten: E vv = 5 antal lgh + 0,015 (A temp ) E vv = 5 1 + 0,015 268,580 E vv = 9,029 kwh/dygn Energibehov för spa: Enligt villaägaren finns det ett spa (jacuzzi) som är igång hela året. Detta uppskattas att dra 500kWh/månaden. E spa = 500 12 = 6000 kwh/år Energitillskott Kaminen i huset uppskattas eldas mellan 3-4m 3 ved/år. Enligt isover ger 1m 3 ved ca 1630 kwh, detta ger ett energitillskott på 5705 kwh/år. I dagsläget är veden gratis och räknas inte med i köpt energi. Kaminen ger ett energitillskott till Etot. Klimatskal 1 (hus) totala behov av energi: E kamin = 3,5 1630 = 5705 kwh/år E tot = 365 E uppv 2,7 + 365(E el + E vv ) + E spa E kamin E uppv = 26,717 kwh/dygn 41
E el = 16,586 kwh/dygn E vv = 9,029 kwh/dygn E spa = 6000 kwh/år E kamin = 5705 kwh/år E tot = E uppv + 365(E el + E vv ) + E spa E kamin E tot hus = 365 26,717 + 365(16,586 + 9,029) + 6000 5705 (kwh/år) E tot = 19396, 128 kwh/år Klimatskal 3 (förråd) Förrådet har el, element, inget varmvatten och ingen lägenhet. Detta ger formel: E tot = E uppv + E el Värmeenergibehov med gradtimmar E uppv = Q tot G t E uppv = 38,760 50781,200 1000 365 = 5,393 kwh/dygn Gt = gradtimmar ( Ch/år), beräknas nedan. Qtot = byggnadens specifika värmeförlust. Temperaturgräns För att få ut gradtimmar behövs temperaturgränsen beräknas enligt: T gräns = T inne P g Q tot Tabell 16, temperaturgräns för klimatskal 3 (förråd) 42
Gradtimmar Sedan tas T un (normalårtemperatur) ur tabell 4.5 (Catarina Warfvinge, 2010), närmsta ort är Lund/ Växjö. Tar ett värden mellan dessa orter. T un= 7,5 0 C Med T g= 11,327 0 C och T un= 7,5 0 C kan sedan gradtimmarna (G t) bestämmas med tabell 4.4 (Catarina Warfvinge, 2010). Gradtimmar, G t=50781,200 0 Ch/år. Energibehov för hushållsel: E el = 4,5 antal lgh + 0,045 (A temp ) A temp förråd = 16 m 2 E el är energibehovet för hushållsel, i förrådet finns ett kylskåp och en frysbox. Detta ger följande formel: E el = 0,045 (A temp ) + E kyl + E frys Energiförbrukning för en äldre kyl är ca 400 kwh/år och en större frysbox uppskattas till 1000 kwh/år. (enligt vattenfall) E el = 0,045 16 + 400 365 + 1000 365 (kwh/dygn) E el = 4, 556 kwh/dygn Klimatskal 3 (förråd) totala behov av energi: E tot = 365 (E uppv + E el ) E tot = 365 (5,393 + 4,556) = 3631, 072 kwh/år 43
1279 1229 1104 1205 1493 1851 2026 1881 2085 2429 3328 3352 Sammanfattning Den totalt köpta energin blir då: E tot = E tot hus + E tot förråd E tot = 19396,128 + 3631,072 = 23027,199 kwh/år De nuvarande villaägarna flyttade in 2013-14, enligt deras elräkning ligger energiförbrukning på 23262 kwh/år. Se tabell 17 Tabell 17, el-förbrukning i kwh. EL-FÖRBRUKNING 2014 D E C J A N FEB M A R A P R M A J J U N J U L A U G SEP O K T NOV Den redovisade energiförbrukning som är på planschen är förra ägarnas energiförbrukning (36900 kwh/år). Skillnaden är att förra ägaren värmde upp huset med endast golvvärmen, från toaletterna, walking-closet, kök och hall. I denna beräkning är värmepumparna beaktade och förrådet som en enskild klimatzon. 44
Energieffektiviseringar Energieffektiviseringarna är endast fokuserade på huset. Energibehovet ligger nu på 19396,128 kwh/år efter att energitillskott från kamin är inlagt. Då huset nyligen är tilläggs isolerat görs inga beräkningar på att lägga till mer isolering i/på huset. Villan har ett sammanvägt U-värde på 0,292 W/m 2 K. Detta är väldigt bra för ett hus byggt av lättbetong år 1978. Alternativ 1 - Installation av FTX-System. Sätter man in ett nytt FTX-system med verkningsgraden 93%. Q tot ändras enligt: n Q tot = U j A j + (q v (1 ɳ) + q ov ) ρ c p i=1 ɳ = 0,93 FTX-systemets verkningsgrad. Q tot = 166,862 W Tidskonstaneten ändras τ b = Då T gränsen också är beroende av Qtot. 64775,05 103 155,463 τ b = 4,392 dygn 1 (3600 24) T gräns = 15,776 0 C T gräns = T inne P g Q tot Detta ger ett nytt DVUT enligt tabell 4.1 (Catarina Warfvinge, 2010): DVUT anges som -9,9216 0 C. Gradtimmar ändras då Tgräns sänks till 15,776 0 C. Enligt tabell 4.4 (Catarina Warfvinge, 2010). G t = 78415,6 0 Ch/år. Då Euppv är beroende av Gradtimmar och Qtot ändras även det totalaenergibehovet. E uppv = Q tot G t 45
E uppv = 166,862 78415,600 1000 365 2,7 = 13,277 kwh/dygn Totala energibehovet: E tot = 365 E uppv + 365(E el + E vv ) + E spa E kamin E tot = 13,277 + 365(16,586 + 9,029) + 6000 5705 (kwh/år) E tot = 14490, 556 kwh/år Med ett nytt FTX-system så skulle köpt energi sänkas med 25 %. Från 19396,128 kwh/år till 14490,556 kwh/år. Detta är en sänkning med 4905,572 kwh/år. Med villaägarnas nuvarande elkostnad (0,82 kr/kwh) skulle de spara ca 4000 kr/år med ett nytt ventilationssystem. Installation av ett nytt FTX-system beräknas ligga på ca 50 000 kr. Detta ger en återbetalningstid på ca 12 år. Det finns även plats med ett FTX-system på vinden. Kommentar - Detta kan vara ett rimligt alternativ ifall villaägarna är intresserade av energieffektivisera huset. Alternativ 2 - Täta fönster och dörrar. Detta alternativ är oftast inte intressant då det är en dyr investering och ger liten påverkan på energiförbrukningen. Dock spännande och se vilken effekt det ger på detta hus. Installation av nya fönster med ett u-värde på 0,9 W/m 2 K från exempelvis elitfönster och nya ytterdörrar från swedoor med 0,62 W/m 2 K. Dessa värden sätts in och beräknas som rapporten. Sammanvägt U-värde för huset skulle sänkas från 0,292 W/m 2 K till 0,244 W/m2K. Detta skulle göra så att energibehovet sänks till 18100,194 kwh/år alltså en sänkning på 1296,128 kwh/år. Kommentar - Ingen värd investering. Alternativ 3 - Sänka inomhustemperaturen till 20 grader. Sänka inomhustemperaturen med 2 grader ger en total energiförbrukning på ca 17752,234 kwh/ år. Detta är en minskning med 1643,894 kwh/ år. Kommentar Att ha en inomhustemperatur på 22 grader är en bekvämligt, vilket jag tror villaägarna är beredda att betala. Kostar ca 112kr/ månaden. 46
(Dessa åtgärder är endast räknat på huset (klimatskal 1) de tar även hänsyn till energitillskott från kamin, ca 5705kWh/år. Detta blir en övrig kostnad på ca 1750kr/år (3,5m 3 *500 kr). Energitillskottet från kaminen är subtraherat från det totala energibehovet. ) 47
Referenslista Elektroniska källor Swedisol Isolerguiden Bygg 06: http://www.isover.se/files/isover_se/om_isover/kontakta_oss/broschyrer_bygg/swedisol%20- %20Isolerguiden%20Bygg%2006.pdf hämtad 2015-02-15 Bygghemma, Cellplast Finja s80: http://www.bygghemma.se/utomhus/bygg/isolering/cellplast/cellplast-finja-s80/p-216835 hämtad 2015-02-16 Beijerbygg, OSB.skiva: http://www.beijerbygg.se/store/privat/byggmaterial/byggskivor/osb/osb-3-11x1197x2500-conti- 900215760 hämtad 2015-02-16 Honeycore, Vindskiva: http://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ccaqfjaa&url=http%3 A%2F%2Fwww.honeycore.se%2Fsv%2Fdownload%2Ffile%2Ffid%2F71&ei=mdfQVOPeHfQygO7v4CIBA&usg=AFQjCNEjTZM6It8yy5-gmWp5bemVH44vDQ&bvm=bv.85076809,d.bGQ hämtad 2015-02-16 Swedisol Bilaga A: http://www.swedisol.se/sites/default/files/undersidor/filer/pdf_bilaga_a.pdf hämtad 2015-02-16 Energimyndigheten: http://www.energimyndigheten.se/press/pressmeddelanden/pressmeddelanden-2008/ytterdorrartestade/ hämtad 2015-02-16 Isover mark och anläggning http://www.isover.se/files/isover_se/om_isover/kontakta_oss/broschyrer_bygg/mark_anl.pdf hämtad 2015-02-16 Greenmatch: http://www.greenmatch.se/blogg/2014/08/vad-saeger-vaerdet-foer-cop-om-vaermepumpen hämtad 2015-02-17 Litteratur Catarina Warfvinge, M. D. (2010). Projektering av VVS-installationer. Petersson, Bengt-Åke (2013). Tillämpad byggnadsfysik. 48