Energieffektivisering av byggnader med superisolering Pär Johansson, Tekn. Dr. par.johansson@chalmers.se Bygg- och miljöteknik Byggnadsteknologi 2014-04-24 1
5xENERGI Bakgrund EU: Energianvändningen ska minska med Kulturminnesmärkta byggnader får ej förvanskas Superisolering kan spara energi samtidigt som byggnadernas arkitektur bevaras 20% till 2020 50% till 2050 2
Sveriges energianvändning Energianvändning (TWh) 700 600 500 400 300 200 100 0 Utrikes transporter och användning för ickeenergiändamål Förluster i kärnkraften Omvandlings- och distributionsförluster, exkl. kärnkraft Bostäder och service* ~40 % Inrikes transporter Industri Statens energimyndighet. (2013). Energiläget 2013, ET 2013:22. Eskilstuna, Sverige. *bostäder, lokaler exklusive industrilokaler, fritidshus, areella näringar och övrig service vilket inkluderar byggsektorn, gatu- och vägbelysning, avlopps- och reningsverk, el- och vattenverk 3
Bostäders energianvändning Energianvändning (kwh/m 2 ) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Uppvärmning flerbostadshus Uppvärmning småhus Bostäder, BBR 20* Klimatzon 3, 90 kwh/m 2 Klimatzon 2, 110 kwh/m 2 Klimatzon 1, 130 kwh/m 2 Bostäder med elvärme Klimatzon 3, 55 kwh/m 2 Klimatzon 2, 75 kwh/m 2 Klimatzon 1, 95 kwh/m 2 Statens energimyndighet. (2013). Energiläget 2013, ET 2013:22. Eskilstuna, Sverige. *gäller from 1 juli 2013 4
Bostadsbeståndet % av byggnadsbeståndet 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 BBR 20, kapitel 9 Energihushållning U-värde på yttervägg (W/(m 2 K)) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Byggår Byggår Boverket. (2010). Energi i bebyggelsen - tekniska egenskaper och beräkningar - resultat från projektet BETSI. Karlskrona, Sverige. 5
Vad är superisolering?! Värmekonduktivitet, λ (mw/(m K)) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Superisolering! <25 6
Vad är inte superisolering? Reflekterande folier Värmereflekterande målarfärger 7
Minskar tjockleken på isoleringen 140 mm 20 mm 9
Värmetransport i isoleringsmaterial Värmekonduktivitet (mw/(m K)) 60 50 40 30 20 10 0 Ledning gas (luft) 0 20 40 60 80 100 Densitet (kg/m 3 ) 12
Aerogel Berge, A., and Johansson, P. 2012. Literature Review of High Performance Thermal Insulation (Report 2012:2). Gothenburg, Sweden: Chalmers University of Technology, Department of Civil and Environmental Engineering. 13
Aerogel Monolitisk λ=17-19 mw/(m K) Granulat λ=13-20 mw/(m K) Berge, A., and Johansson, P. 2012. Literature Review of High Performance Thermal Insulation (Report 2012:2). Gothenburg, Sweden: Chalmers University of Technology, Department of Civil and Environmental Engineering. 14
Används mest i kompositer http://www.fixit.ch http://www.fixit.ch Polymerfilm λ=14-16 mw/(m K) Berge, A., and Johansson, P. 2012. Literature Review of High Performance Thermal Insulation (Report 2012:2). Gothenburg, Sweden: Chalmers University of Technology, Department of Civil and Environmental Engineering. Kalkputs λ=28 mw/(m K) http://www.fixit.ch 15
Fjärrvärmerör med aerogel/vip Minskade förluster 15-20% Ingen försämring efter 1 år 16
Vakuumisoleringspaneler (VIP) Laminat med tunna metaliserade plastfilmer Söm Poröst kärnmaterial Photo: VARIOTEC Photo: va-q-tec AG 17
VIP: Från kylteknik till byggnader 1930 första patent (Tyskland) 1963 mer specifierat patent (USA) 1990-talet ersättning för CFC 1998 fasad in Tyskland Kylda transporter Kylskåp Varuautomater Källa: va-q-tec Byggnader Källa: Panasonic Källa: ZAE Bayern 18
FÄLTFÖRSÖK I GÖTEBORG: KVARTERET MALÖRTEN 19
Kvarteret Malörten CHALMERS MARIAPLAN 20
Kvarteret Malörten Landshövdingehus från 1930, ombyggt sent 1970-tal Trä Referens Testvägg 110 m 2 Tegel 22
Vägg tilläggsisolerad på utsidan 20 mm glasull 20 mm VIP T i 28x70 mm träläkt 20 mm glasull T i 20 mm glasull T e 22 mm träpanel 28 mm luftspalt 30 mm glasull 20 mm VIP 0,2 mm fuktspärr Bärande tegel/träplank T e 24
Landshövdingehus (1,1) Bostadsbeståndet % av byggnadsbeståndet 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 BBR 20, kapitel 9 Energihushållning U-värde på yttervägg (W/(m 2 K)) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Punkterad VIP (0,54) Köldbryggor (0,22, 0,28, 0,40) Med VIP (0,17) Byggår Byggår Byta fönster: -15% Boverket. (2010). Energi i bebyggelsen - tekniska egenskaper och beräkningar - resultat från projektet BETSI. Karlskrona, Sverige. Energianv. (kwh/m 2 ) Före: 158,7 Efter: 127,5-20% 26
Temperatur och RH Temperature ( C) and RH (%) 100 80 60 40 20 0-20 RH tilläggsisolerad Temp referens RH referens Temp tilläggsisolerad Temperature and relative humidity in the 2 nd floor wall. The reference wall (centerof-panel) is compared to the retrofitted wall during 2011, 2012 and January 2013. 29
LABORATORIEFÖRSÖK: ISOLERING PÅ INSIDAN 30
Ex: Lyckholms bryggeri 31
Beräkningar ger förutsättningar U-värde före Torr: 1.28 W/(m 2 K) Blöt: 2.94 W/(m 2 K) U-värde efter Torr: 0.21 W/(m 2 K) Blöt: 0.23 W/(m 2 K) Köldbryggor 0.49 W/(m 2 K) -62% U-värde -30% energianvändning 32
Laboratorieförsök: invändig VIP 33
Laboratorieförsök: invändig VIP 34
Klimatskalssimulator Utomhus Inomhus Kontroll Vägg 35
RH i träbalksändarna Relative humidity (%) 100 80 60 40 20 0 W3c W4c W3c VIP W4c VIP 0 1 2 3 Number of weeks 37
RH i träbalksändarna (centrum) Relative humidity (%) 100 80 60 40 20 0 W4b VIP W3b W3b VIP W4b 0 1 2 3 Number of weeks 39
ERFARENHETER FRÅN CENTRALEUROPA 40
VIP: Testats i byggnader sedan 1998 2000-2004: 20 fältförsök inom IEA Annex 39 30-50 års livslängd baserat på accelererade åldringsförsök Kvalitetskontroll Manuellt Photo: Axel Berge 41
5xENERGI VIP: Testats i byggnader sedan 1998 2000-2004: 20 fältförsök inom IEA Annex 39 30-50 års livslängd baserat på accelererade åldringsförsök Kvalitetskontroll Manuellt Värmekamera Photo: ZAE Bayern 42
Platta tak och takterasser Mineralull 120 mm Samma nivå Willems, W. and Schild, K. (2005). Vacuum Insulated Constructions in Detail. Proceedings of the 7th Symposium on Building Physics in the Nordic Countries, June 13-15, 2005, Reykjavík, Iceland. pp. 928-936. 43
Platta tak och takterasser (25 000 m 2 ) Source: Dr. Samuel Brunner, EMPA 44
Väggar 45
VIP i yttervägg (puts) Pilotprojekt i Ebnat-Kappel, Schweiz 46
VIP i yttervägg (puts) VIP mellan skyddande skiva 47
Inre tilläggsisolering Köpenhamn Martin Morelli, Leif Rønby, Svend Erik Mikkelsen, Maja G. Minzari, Troels Kildemoes, Henrik M. Tommerup. (2012). Energy retrofitting of a typical old Danish multi-family building to a nearly-zero energy building based on experiences from a test apartment. Energy and Buildings Volume 54 2012 395 406 http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.07.046 51
Kontorshus München Första kommersiella VIP-projektet Betongstomme med VIP, PUR mellan Ultra low energy standard (20 kwh/m 2,å) 52
Slutligen Superisolering kan spara energi samtidigt som byggnadernas arkitektur bevaras Tunnare isolering: faktor 5 för samma U-värde Kostar mer: faktor 5 för samma U-värde Aerogel och vakuumisolering mest lovande idag Reflekterande folier och isolerande målarfärger uppfyller knappast det tillverkarna lovar 53
http://www.lib.chalmers.se/ 54
för en hållbar framtid 55