Energirenovering af en 50 er ejendom. Designmappe. Diplom Bygningsdesign Architectural Engineering. Mads Holten Rasmussen René Bukholt

Transkript

1 Energirenovering af en 50 er ejendom Designmappe Diplom Bygningsdesign Architectural Engineering Mads Holten Rasmussen René Bukholt

2

3 Indholdsfortegnelse Designfase 1 Dagslys og Termisk indeklima Indledning 06 Vinduer som varmekilde 07 Optimering af dagslys 08 Reference, dagslys 09 Reference, termisk indeklima 10 Dagslysstudie, lystransmittans 12 Dagslysstudie, vægtykkelse 13 Optimering af dagslys Scenarier -SYDVEST Scenarie 1 -Skillevægge fjernet 14 Scenarie 2 -Oprimeret altan 15 Scenarie 3 -Altandør i altanbagvæg 16 Scenarie 4 -Øget glasareal mod altan 17 Scenarier -NORDØST Scenarie 1 -Skillevægge fjernet 18 Scenarie 2 -Vinduesareal mindsket 19 Opsummering 20 Nedbringelse af overtemperaturer Gennemtænkt solafskærmning Optimal udformning 21 Løsning mod nordøst 22 Løsning mod sydvest 23 Indflydelse på dagslys 24 Karm som solafskærmning 25 Designfase 2 Energiforbrug og ventilation Indledning 29 Optimering af sydfacader Udnyttelse af passiv solvarme En dynamisk facadeløsning 30 Det tredje spor 31 Eksisterende ventilationsløsning Forudsætninger for energirammeberegning Klimaskærmen 33 Ventilation og energitillæg 34 Energiforbrug 35 Optimeret ventilationsløsning Introduktion 37 Mekanisk udsugning 39 Balanceret mekaniks ventilation Udførelse 41 CFD, forudsætninger 42 Støj- og trækgener 43 Opblanding 45 Energiforbrug 47 Opsummering af resultater 49 Referencer 51 Resultat af Designfase 1 26 Side 03

4 Side 04

5 Designfase 1 Optimering med rumbaserede simuleringer Fokus Dagslys og det termiske indeklima

6 Designfase 1 Indledning Dagslysforholdene har indflydelse på menneskers trivsel og velvære og har kvaliteter som kunstig belysning ikke kan erstatte. Rum med god dagslystilførsel og åbenhed bidrager positivt til et behageligt indeklima, og samtidig kan behovet for kunstig belysning mindskes, med det resultat at energiforbruget sænkes. Redskaber Vinduerne spiller den centrale rolle hvad angår dagslysforhold og tilgangen af passiv solvarme. Her kan en række redskaber benyttes til at finde en optimal balancegang af dette. Overtemperaturer er ubehagelige at opholde sig i. Det kan være svært at komme af med denne varme. At åbne et vindue og udlufte naturligt er ikke nødvendigvis tilstrækkeligt, og temperaturen i løbet af dagen kan derved stige til et uacceptabelt niveau. Konsekvenserne kan bl.a. være at brugeren afskærmer vinduerne, hvorved dagslystilgangen og udsynet begrænses. Det er uhensigtsmæssigt da disse kvaliteter netop udgør et vindues primære funktioner. Orientering Hvilken retning vinduerne er rettet er underordnet for dagslyssimuleringerne. Det har derimod stor indflydelse på tilgangen af solvarme. Ruder Der findes forskellige rudetyper. Nogle tillader meget solvarme og dagslys, andre gør ikke. U-værdi Når der efterisoleres og vinduerne forbedres, mindskes varmetabet. Dermed kan den passive solvarme gå hen og blive en ulempe i forhold til overtemperaturer. Ventilation Ventilation er i sommerperioder nødvendig for at holde temperaturen nede. Vinduesandel Udover den arkitektoniske værdi, skal vinduesandelen vælges ud fra dagslysforhold og i hvor stor grad den kan nedbringe behovet for opvarmning, uden at give overtemperaturer. Reflektanser Dagslysforholdene er afhængige af overfladernes reflektanser. Det kan undersøges hvilken indvirkning dette har. Rumopbygning I forhold til dagslysforholdene kan det undersøges om der skal fjernes skillevægge. Afskærmning Ved at afskærme kan overtemperatur forhindres, men det forringer samtidig udsyn, solvarme om vinteren samt dagslys. Dynamisk afskærmning eller lignende kan derfor være en mulig løsning Side 06

7 Vinduer som varmekilde Passiv solvarme Energiforbrug vil ikke præge Designfase 1, men da der skal optimeres på vinduernes størrelse og placering, kan et mindre studie af forskellige vinduers energitilskud indledningsvis synliggøres. Et studie i vinduers varmetilskud For et vindue er der både et energitilskud og et energitab. Ved at undersøge en række rudetyper, er det muligt at finde en balance mellem disse to parametre, således at vinduet kan give et positivt tilskud til energiregnskabet. Bestemmelse af energitilskud Der regnes på to vinduesorienteringer. Dette gøres for to af ejendommens facader, hvor det undersøgte vindue potentielt set vil blive monteret. Der gøres følgende antagelser ved beregningen: Vinduets glasandel udgør 80 % af det samlede areal Der er ingen skygger på vinduet Vinduet er monteret med trækarm med U-værdi 1,4 W/m 2 K Sydvest 298,5 kwh/m 2 Nordøst 189,6 kwh/m 2 Energibalance for 5 typer vinduer med orienteringer som vist på plan. Glasegenskaber for Pilkington ruder (30). 2-lags U w [W/m 2 K] g-værdi [-] I tabellen ses det først hvordan, de forskellige rudetyper performer i et vindue orienteret mod nordøst hhv. sydvest. Det ses at én af ruderne har en god nok isoleringsevne og lav nok g-værdi til at give et positivt energitilskud selv mod nordøst. Der vises et resultat, der er vægtet efter at 50 % af vinduet er orienteret mod nordøst og 50 % mod sydvest. Dette er en forsimpling i forhold til den virkelige vinduesfordeling, men stadig et tilnærmet sammenligningsgrundlag. Her ses at de fleste vinduer viser en positiv energibalance. LT [-] Nordøst [kwh/m 2 ] Sydvest [kwh/m 2 ] 50/50 [kwh/m 2 ] 4-16Ar-S(3)4 1,16 0,61 0,8-12,3 40,9 14,3 4-16Ar-K4 1,48 0,72 0,75-24,5 38,2 6,8 3-lags 4-12Ar-4-12Ar-4 1,72 0,68 0,74-52,3 7-22,7 4K-16Ar-4-16Ar-K4 1,00 0,58 0,63-2,4 48,1 22,9 4-18Ar-S(3)4-18Ar-S(3)4 0,67 0,52 0,71 18,3 63,6 41 Solvarme, der er til rådighed på den nordøst- og den sydvestvendte facade. Konklusion Ruderne er i dag så gode, at det er muligt at udforme et vindue således, at det bidrager positivt til energiregnskabet. Vinduet fungerer altså samlet set som en varmekilde frem for en konstruktionsdel med et varmetab. Det er dog stadig vigtigt at huske det største energitilskud kommer i sommerperioder, og at vinduet udelukkende bidrager med energitab så snart solen ikke er fremme. Så længe der ikke forekommer overtemperaturer, behøves vinduesarealet ikke begrænses. NORD Side 07

8 Optimering af dagslys I synergi med overtemperaturanalyse Dagslys I dagslysanalyser undersøges dagslysfaktoren i en højde af 0,85 meter over gulvplan, som er den højde hvor man normalt har brug for en ordentlig belysning. Dagslysfaktoren er et udtryk for hvor stor en del af det lys, der fra himlen er til rådighed, som når ind i rummet. Der undersøges for en standard CIE overskyet himmel, hvor lysintensiteten er størst i toppen og mindre i bunden. Der er flere faktorer, som spiller ind når dagslyset skal optimeres: Vinduesudformning, størrelse og placering Rudens lystransmittans Overfladernes reflektanser Overophedning Som vist i studiet omkring vinduer som varmekilde, er det fra et energimæssigt synspunkt fornuftigt at have et stort vinduesareal mod sydøst. Bidraget fra den passive solvarme er her større end varmetabet. Her skal det haves i mente at det store energitilskud også forekommer uden for opvarmningssæsonen, hvilket kan resultere i overophedning. Der skal derfor være en balance mellem det valgte vinduesareal og risikoen for overophedning. Metode Til dagslyssimuleringer benyttes Relux (8), og med dette værktøj undersøges det først for hvor stor indflydelse lystransmittansen har på dagslystilganen til rummene. Herefter optimeres der ud fra en dagslysmæssig betragtning på vinduesløsninger, hvilket sker sideløbende med at det termiske indeklima undersøges i simuleringsprogrammet BSim. At benytte et kompliceret simuleringsprogram som BSim i den tidlige designfase er fordelagtigt fordi det giver et realistisk billede af hvilke følgevirkninger en konkret designændring har på det termiske indeklima i de undersøgte rum. Dagslysmodel fra dagslyssimuleringsprogrammet Relux. Beregningsflade i højden 0,85 m. Ved simulering af det termiske indeklima ønskes et Worst Case Scenario, og derfor sker undersøgelserne på baggrund af en lejlighed, som ligger midt i bygningen. Denne lejlighed har kun varmetab gennem facadevæggene da de øvrige flader er støder op til de andre lejligheder. Der vælges en lejlighed, der ligger langt fra knækket, da der ikke er nogen skyggevirkning, og derfor er det værste scenarie. Side 08

9 Reference Dagslys 1% Inddata Der regnes på en lejlighed med lyst trægulv, cremehvide vægge og pudset gipsloft. 1,5% 2% 3% 5% 5,1% 4,9% Ydervæggene har størst indflydelse omkring indhakket ved altanen. Her regnes der med gule teglsten og råt betonloft og -gulv. 5% Glassets lystransmittans er på 75 %, hvilket svarer til en almindelig 2 til 3 lags energirude. Overflade Reflektans [%] Væg, indvendig 77 Væg, udvendig 45 Loft 78 Gulv 58 Altanbrystning 90 Altanloft/gulv 50 NORDØST Gulvareal 21,25 m 2 Vinduesareal 4,32 m 2 Vinduesandel 20 % Observationer Dagslystilgangen i de nordøstvendte rum er ganske fornuftig. Middelværdien er over 2 %, og lyset kommer godt ind i rummene. Dagslystilgangen i stuen er også god. Kun bagerst i rummet falder dagslysfaktoren til under 2 %. Det sydøstvendte soveværelse er meget ringe belyst. Dagslyset kommer ikke ret langt ind i rummet, hvilket må skyldes altanen. Den endelige løsning 4,4% 1,56% 3% SYDVEST Gulvareal 29,46 m 2 Vinduesareal 7,70 m 2 Vinduesandel 26 % 0 Side 09

10 Reference Termisk indeklima Termisk indeklima For at få en idé om det termiske indeklima, i forhold til overtemperatur, benyttes programmet BSim. Der er foretaget nogle forsimplinger for at lette beregningsprocessen. Som det ses på figuren til højre simuleres der på de to typiske lejligheder. Disse er delt op i to termiske zoner, en sydvest- (rød) og nordøstvendt (blå) zone. De grå volumener, er skyggegivende flader mod sydvest og en hovedtrappen mod nordøst. Det ses at der ikke er moduleret et gelænder for altanen. Dette vil betyde at vinduerne ud til altanen er mere eksponeret til solen end i virkeligheden. Herudover er alle lette skillevægge fjernet med undtagelse den bærende væg, der opdeler de to zoner samt lejlighedsskellene. Det antages at de lette skillevægge har så lille en termisk masse, at den ikke vil have betydning for det termiske indeklima. Derfor modelleres disse ikke. Klimaskærm Klimaskærmen beregnes dels som den eksisterende, og dels som en efterisoleret. Da der i Designfase 1 ikke kigges på energi, er det nødvendigt at antage nogle isoleringstykkelser. Der er i beregningen regnet med følgende: Eksisterende: Standard 2-lags termoruder* 360 mm teglstensvæg Efterisoleret: Gode 3-lags energiruder* Udvendig efterisolering med 220 mm Rockwool Facadesystem mod nordøst (28). Indvendig efterisolering med 80 mm iq-therm mod sydvest (29). *Begge vinduer har en karm på 10 mm, hvilket udgør kompensation for sprosser. Model fra BSim, der viser opdeling af de to termiske zoner, der beregnes på. Side 10

11 Reference Termisk indeklima Inddata Ud over konstruktionsopbygning, er der en række andre parametre, der skal fastsættes. Det har igen her været nødvendigt at gøre nogle antagelser. Ventilation Den naturlige ventilation afhænger af hvordan den enkelte bruger benytter boligen. Statens Byggeforskningsinstitut har lavet nogle standardværdier for det maksimalt opnåelige luftskifte pr. time, som kan skabes i en bolig. Derudover fastsætter de en værdi for hvad ventilationen i en bolig er om vinteren. oved en rumhøjde på 2,6 m er værdierne (3): Ventilation vinter: Ventilation sommer: 0,42 gange i timen 1,25 gange i timen Zone Timer over 26 o C Timer over 27 o C Klimaskærm som eksisterende Sydvest Nordøst Klimaskærm efterisoleret mod nordøst - alle vinduer med energiruder Sydvest Nordøst Klimaskærm efterisoleret på begge sider Sydvest Nordøst Under 25 timer over 27 o C og under 100 timer over 26 o C, er målet (20). Internt varmetilskud Det interne varmetilskud fra personer og apparatur er ud fra SBi anvisning 213 (3) givet til: Personbelastning: 1,5 W/m 2 Apparatur: 3,5 W/m 2 I boliger og lignende med manuelt styrede vinduer kan det højst antages, at vinduerne kan stå åbne 75 % af tiden. Der kan således i boliger med manuelt styrede vinduer normalt antages en ventilation på 0,9 liter/sek. pr. m² opvarmet etageareal som gennemsnit i varme sommerperioder. - (3) Konklusion Referencen Som ejendommen står i dag, er de sydvestvendte rum præget af overtemperaturer. Det blev desuden i forgående studie vist, at dagslysforholdene her er begrænsede. De nordøstvendte rum er på et fornuftigt niveau hvad angår begge af disse parmetre. Efterisoleret Efter der isoleres, opstår der overtemperaturproblemer i samtlige rum. Med den eksisterende ventilationsløsning vil det derfor være uundgåeligt, at der skal udvikles en solafskærmningsløsning. Da dette er et faktum, vil der som det første blive optimeret på dagslysforhold og kvaliteten af rummene. Når først der er opnået et tilfredsstillende niveau for disse parmetre, vil der blive fokuseret på det termiske indeklima. Side 11

12 % Dagslysstudie Lystransmittansens indflydelse 1% 5,1% 4,3% 1,5% 4,3% 5% 4,9% 2% 5,6%4,3% 5,5%4,3% 5,1% 3% 5% 1,56% 3,6% 3% 4,4% 1,28% 4,7%3,6% 1,56% 1,65% 1,28% Den endelige løsning LT = 63% Lystransmittans, LT LT=63% Lystransmittansen er et udtryk for hvor meget lys der lukkes gennem vinduet. Det undersøges hvor langt ind i rummene der kan forventes en dagslysfaktor på 2 % ved forskellige transmittanser. Dette gøres for den værste rude (LT = 63 %) og den bedste rude (LT = 80 %) fra forgående studie omkring vinduernes energibalance. Side 12 LT = 75% LT=75% Som sammenligning simuleres der på en rude med lystransmittans på 75 %. Denne rude vil også blive benyttet i de følgende studier, da den repræsenterer en god middelværdi for en almindelig 2 til 3 lags energirude. LT = 80% Konklusion LT=63%LT=80% Lysmængden der kommer ind gennem ruden er direkte proportional med lystransmittansen. På illustrationerne er det også tydeligt at se hvor stor indflydelse lystransmittansen har. Desværre er det ofte sådan, at den termisk bedste rude har den ringeste lystransmittans. Studiet i vinduer som varmekilde viser at den bedste af de undersøgte ruder har en lystransmittans på 71 %. Dette ligger tæt op af ruden med LT = 75 %, som benyttes i de kommende analyser.

13 Dagslysstudie Vægtykkelsens indflydelse Væggens tykkelse har betydning for hvor meget dagslys, der kan komme ind i rummene. En simpel geometrisk betragtning afslører at en lille karmtykkelse tillader en større indfaldsvinkel for dagslyset end en stor karmtykkelse. Derfor er det relevant at kigge på vægtykkelsens indflydelse på dagslysfaktoren. 3,9% 3,9% 3,4% 3,4% Præcis hvor stor indflydelse karmtykkelsen har, kan ses på illustrationerne til højre. Mod nordøst øges væggens tykkelse med 220 mm. Grundet den store vindueshøjde og -bredde, er konsekvensen ikke så stor. Mod sydvest øges vægtykkelsen med 80 mm. Her er konsekvensen ganske ubetydelig. 3,5% 3,5% 3,4% 3,4% Konklusion Grundet de store vinduer, vil mængden af dagslys ikke blive begrænset mærkbart ved en forøgelse af væggenes tykkelse. Det er dog uundgåeligt, at udsynet svækkes en smule. Eksisterende 36 cm teglstensvæg Efterisolerede vægge 36 cm 36 tegl cm tegl efterisoleret efterisoleret Side 13

14 5% 5,1% Scenarie 1 - SYDVEST Skillevægge fjernet Inddata I Scenarie 1 er skillevæggen mellem stuen og soveværelset fjernet. Reflektanser for flader, og lystransmittans for ruderne er som i referencescenariet. Det indtegnede interiør er kun visuelt, og indgår ikke i beregningerne. 4,4% 1,56% 1% 1,5% 2% 3% 5% 4,9% 3,5% DF = 2 % for Scenarie 1 3% Den endelige løsning 0 Observationer 3,6% Fjernelsen af den eksisterende skillevæg gør, at lyset fra de to rum interagerer på en måde, så der hvor soveværelset lå, kommer en mere acceptabel belysningsstyrke. Halvvejs inde i denne del af rummet, falder dagslysfaktoren til under 2 %. Som forsøg udføres en simulering, hvor altanen er fjernet. Her ses det at dagslysfaktoren stiger markant. Altanen har altså en stor indflydelse på dagslyset. Derfor vil der i de næste scenarier blive arbejdet på at forbedre dagslysforholdene i området bag altanen. Side 14 2 Altanreflektanser Altan fjernet 4,6% 3 Uden altan Overflade Reflektans [%] Væg, indvendig 77 Væg, udvendig 45 Loft 1 78 Gulv 58 Altanbrystning 90 Altanloft/gulv 50 Uden skillevægge SYDVEST Gulvareal 29,46 m 2 Vinduesareal 7,70 m 2 Vinduesandel 26 %

15 Scenarie 2 - SYDVEST Optimeret altan Inddata I Scenarie 2 er der arbejdet med altanfladerne. Brystningen er erstattet af en glasbrystning, og væggene er filtset hvide. Altanloftet har en høj reflektans som tilsvarer loftet i rummene, og gulvet har ligeledes samme reflektans som i rummene. 1% 1,5% 2% 3% 5% 4,9% 3,6% DF = 2 % for Scenarie 1 3% Den endelige løsning Observationer Dagslysfaktoren bliver en smule bedre ved at optimere altanens reflektanser. Den røde linje indikrerer hvor Scenarie 1 havde en dagslysfaktor på 2 %. Det ses at lyset kastes lidt længere ind i rummet, men effekten er begrænset. Der sker ikke ændringer i det termiske indeklima, da ingen af de ændrede parametre har væsentlig indflydelse på dette. Overflade Reflektans [%] Væg, indvendig 77 Væg, udvendig 77 Loft 78 2Gulv 58 Altanbrystning Glas (LT = 75 %) Altanloft 78 Altangulv 58 Altanreflektanser SYDVEST Gulvareal 29,46 m 2 Vinduesareal 7,70 m 2 Vinduesandel 26 % Parmetre der er forskellige fra referencescenariet er markeret med fed og kursiv. Side 15

16 Scenarie 3 - SYDVEST Altandør i altanbagvæg Inddata I Scenarie 3 er altandøren flyttet fra altanens sidevæg om i bagvæggen. Altandørens bredde øges til en M9 dør, og dette bevirker at vinduet bliver en smule smallere. Samlet betyder det at vinduesarealet øges fra 7,7 m 2 til knap 7,9 m 2. 1% 1,5% 2% 3% 5% 4,9% 3,7% DF = 2 % for Scenarie 1 3% Den endelige løsning Observationer Effekten af at flytte altandøren er større end hvad der blev vundet ved at optimere på altanens flader. Det er nu kun i hjørnet af stuen at dagslysfaktoren er på under 2 %. En ulempe ved løsningen er, at der efterlades et hul i altanens sidevæg, som vil være svær at lappe, så det falder ind med de oprindelige teglstensvægge. Antallet af timer med overophedning stiger med 12 % for den sydvestlige del af lejligheden, som i forvejen døjer med overtemperaturer. Side 16 Overflade Reflektans [%] Væg, indvendig 77 Væg, udvendig 45 4Loft 78 Gulv 58 Altanbrystning 90 Altanloft/gulv 50 Vinduer mod altan SYDVEST Gulvareal 29,46 m 2 Vinduesareal 7,88 m 2 Vinduesandel 27 % Parmetre der er forskellige fra referencescenariet er markeret med fed og kursiv. Zone Reference over 27 o C Scenarie 3 over 27 o C Ændring ifht. reference Klimaskærmen er efterisoleret på begge sider Sydvest % Nordøst %

17 Scenarie 4 - SYDVEST Øget glasareal mod altan Inddata I studiet omkring vinduers energitilskud blev det eftervist, at et sydvestvendt vindue giver et positivt energitilskud, såfremt der ses bort fra skyggevirkning. Ved altanen er der en betydelig skyggevirkning, som vil indfluere på resultatet. Det bør dog være dagslysmæssige og oplevelsesmæssige fordele i at øge glasarealet mod altanen. I Scenarie 4 øges vinduesarealet mod altanen. Den eksisterende dør kombineres med den rykkede dør fra Scenarie 3, og dermed efterlades ingen huller, som det var tilfældet i Scenarie 3. 3,7% 1% 1,5% 2% 3% 5% 4,9% 3,8% DF = 2 % for Scenarie 1 3% Den endelige løsning 4 Observationer Dagslysfaktoren i rummet forbedres yderligere i forhold til Scenarie 1, og det er nu kun lidt af rummet, der ikke er belyst til en dagslysfaktor på 2 %. En anden kvalitet Vinduer mod altan ved denne løsning er, at altanen i højere grad integreres i køkkenalrummet, som derved vil virke større og mere luftig. Antallet af timer med overophedning stiger yderligere ved det øgede vinduesareal. For at denne løsning kan benyttes, kræves en effektiv solafskærmning, som begrænser antallet af overophedningstimer. Overflade Reflektans [%] Væg, indvendig 77 Væg, udvendig 45 5Loft 78 Gulv 58 Altanbrystning 90 Altanloft/gulv 50 Vinduer mod altan SYDVEST Gulvareal 29,46 m 2 Vinduesareal 11,1 m 2 Vinduesandel 38 % Parmetre der er forskellige fra referencescenariet er markeret med fed og kursiv. Zone Reference over 27 o C Scenarie 4 over 27 o C Ændring ifht. reference Klimaskærmen er efterisoleret på begge sider Sydvest % Nordøst % Side 17

18 Scenarie 1 - NORDØST Skillevægge fjernet Inddata I Scenarie 1 er skillevæggen mellem køkkenet og værelset fjernet. Reflektanser for flader, og lystransmittans for ruder er som i referencescenariet. I midten er der indlagt en gang med badeværelse. Når dørene mod gangen er åbne, vil dagslyset i gangen være tilstrækkeligt til de aktiviteter som her finder sted. Badeværelset vil have behov for kunstig belysning. 3,9% Observationer Rummet er så godt belyst, at vinduesarealet kan reduceres. Studiet i vinduers varmetilskud viser at de fleste rudetyper giver et energitab på den nordøstvendte facade, men en enkelt rudetype giver dog i denne orientering et tilskud. 1% 1,5% 2% 3% 5% 4,9% 5,4% I og med dagslyset er bedre end hvad der kan forventes, er der muligheder i at arbejde med vinduernes udformning. Hermed kan der stiles mod at opnå et varieret facadeudtryk på den nordøstvendte facade. 3% Den endelige løsning 1 Uden skillevægge Overflade 2 Reflektans [%] Væg, indvendig 77 Væg, udvendig 45 Loft Med gang 78 Gulv 58 NORDØST Gulvareal 14,17 m 2 Vinduesareal 4,32 m 2 Vinduesandel 30 % Side 18

19 Scenarie 2 - NORDØST Vinduesareal mindsket Inddata I Scenarie 2 er vinduesarealet mindsket. Dette er sket ved at reducere bredden af det ene vindue. Arealet foran dette vindue kan fx benyttes som arbejdsplads. Dette er sket på baggrund af at brugeren hovedsageligt vil opholde sig i rummet om natten, hvor der ikke er mulighed for et energitilskud, hvorfor et mindre vinduesareal og et større isoleret vægareal er at fortrække. Man kunne forestille sig at ovenliggende og nedenforliggende lejligheder kunne have nogle andre løsninger, med det resultat at facaden bliver mere differentieret. Dette kan ske uden at det vil efterlade ar, da facaden alligevel efterisoleres på ydersiden. 1% 1,5% 2% 3% 5% 4,9% 3,7% 3% bolig værelse adgang Den endelige løsning rum vindue Forslag til arkitektonisk forbedring af gadefacade udarbejdet af Tanja Jordan arkitekter (1). Observationer isolering rum Dagslyset i rummet er stadig ganske udmærket. I bagerste hjørne hvor uopvarmede facadevinduet er reduceret i bredden, falder dagslysfaktoren til under 2 %. Der er ikke nød- dor vindue vendigvis behov for særlig meget lys her, så det vurderes at være acceptabelt. Dette Scenarie viser at det er muligt at arbejde med vinduernes størrelse efter hvilke funktioner i rummene de skal tjene. Dermed kan der opnås et spil i facaden, som giver en mere livlig arkitektonisk oplevelse. hammershusvej - nye muligheder 3 Overflade Reflektans [%] Væg, indvendig 77 Væg, udvendig 45 Loft Vinduesareal 78 Parmetre der er forskellige fra Scenarie 1 er markeret med fed og kursiv. mindsket Gulv 58 NORDØST Gulvareal 14,17 m 2 Vinduesareal 3,06 m 2 Vinduesandel 22 % Side 19

20 Opsumering Dagslys vs. overtemperatur Dagslys Ved at kombinere de forskellige redskaber, der er listet op i starten af mappen, er lejligheden gået fra at bestå af mørke små rum til at være en åben lys lejlighed. Skillevæggene er fjernet for opnå at større og lysere rum, der lever op til de krav der i dag stilles til boligen. Ud over at det ekstra vinduesareal mod altanen, tillader et godt dagslysniveau, så er det også med til at aktivere altenen. Hvor altenen før lå mørk og afskåret er den nu blevet en åben og integreret del af køkkenalrummet. Mod nordfacaden, har det vist sig at vinduesarealet kan mindskes og stadig have et acceptabelt dagslys. Dette betyder at der kan arbejdes med facadens udtryk inden for en vis margen. Dette vil der dog ikke blive arbejdet videre med. 5% 5,1% 3,7% Termisk indeklima Det har vist sig at det termiske indeklima kommer til at lide under tilstræbelsen efter at nedsænke energiforbruget og forbedre dagslyset. Overtemperaturen kommer op i et sådan niveau at den ventilation SBi foreskriver, der kan regnes med, ikke er tilstrækkelig. Det er derfor nødvendigt at se på løsnininger, der udelukkende tager sig af dette problem. Der skal dog søges løsninger der i videst muligt omfang, ikke går ind og forringer de forhold, der indtil videre er opnået. 4,4% 3,7% 1,56% 3 Vinduesareal 3,8% 3,5% mindsket Zone Reference over 27 o C Scenarie 4 over 27 o C Ændring ifht. reference Klimaskærmen er efterisoleret på begge sider Sydvest % Nordøst % 0 4 Vinduer mod altan 5 1 Vinduer Uden mod skillevægge altan Side 20

21 Gennemtænkt solafskærmning Optimal udformning Det undersøges hvor meget overtemperaturerne kan nedbringes, hvis det forudsættes at udsynet og dagslyset ikke må påvirkes betydeligt. Sol på udsnit af nordøstfacaden midt juli kl 8:30. Illustration fra Ecotect. Tanken En fornuftig solafskærmning, der skal forhindre overtemperatur, skal være udformet på en sådan måde, at den skærmer nøjagtigt hvor der er brug for den. Afskærmningen må gerne have andre kvaliteter end blot at forhindre solens varmestråling i at trænge ind på uønskede tidspunkter. Den er med til at give facaden et udtryk, som, hvis det bliver gjort på den rette måde, ikke kommer til at virke som en nødløsning, men snarer en arkitektonisk kvalitet. Metoden Programmet Ecotect er et nyttigt værktøj når den rette udformning til solafskærmningen skal findes. En overdimensioneret solafskærmning udformes, og herefter lægges en analyseflade på denne solafskærmningsflade. Efterfølgende kan det analyseres hvor meget sol, der blokeres et specifikt sted på afskærmningsfladen. Den overdimensionerede solafskærmning kan til slut beskæres således at den afskærmer den ønskede mængde sol. Metoden til design af solafskærmning er udviklet med inspiration i Autodesks egen Training Package (9). Side 21

22 Gennemtænkt solafskærmning Løsning mod nordøst Mod nordøst er det morgensolen, som ønskes skærmet af. I og med solen står i en lav vinkel tidligt på dagen, er det svært at afskærme effektivt. En analyseflade lægges så den skygger for oversiden af vinduet, samt for den side af vinduet, der vender mod syd. På analysefladen tegnes et diagram over hvor meget sol, der passerer fladen for at Nu er det bare at designe en solafskærmning ud fra udarbejdede analyse. En løsning kunne være som nå gennem vinduet. Dette gøres for perioden juli-august i tidsrummet 8:00-11:00. den vist til højre. Hvor fladen er gul/rød penetrerer flest solstråler fladen i denne periode. Det er derfor ønskeligt at udforme afskærmningen så den dækker her. 8:00 9:00 10:00 Februar Sol endnu ikke oppe Soltilgang i perioden juli-august i tidsrummet 8:00-11:00 Solafskærmning mod nordøst. Skygge som i juli kl 09:00. Her vist som udført i en perforeret stålplade. April Udover at være funktionel, har den optimerede solafskærmning også æstetiske kvaliteter. Afskærmningen på den nørdøstvendte gadefacade skal udformes anderledes end på den nordvestvendte, og det skaber en let variation. Mulig udformning af solafskærmning. På den enkelte facade er variationen ikke så stor, da orienteringen for alle vinduer er den samme. Øverst, hvor tagudhænget har stor indflydelse, vil solafskærmningens udformning dog være anderledes. Juli I byområder hvor skyggevirkningen fra omkringliggende bygninger har stor indvirkning, vil der kunne opstå store variationer i solafskærmningen på den enkelte facade. Det gør solafskærmning til et arkitektonisk interessant værktøj. I tabellen kan det ses hvordan afskærmningen virker i årets løb. Side 22

23 Gennemtænkt solafskærmning Løsning mod sydvest Mod sydvest er det middagssolen, som ønskes skærmet af. Da solen står højt på himmelen i dette tidsrum, skal afskærmningen udformes så den skærmer for vinduets overside. På analysefladen tegnes et diagram over hvor meget sol, der passerer fladen i perioden juli-august i tidsrummet 11:00-14:00. 12:00 13:00 14:00 Februar Soltilgang i perioden juli-august i tidsrummet 11:00-14:00 Solafskærmning mod sydvest. Skygge som i juli kl 13:00. Her vist som udført i et lyst materiale. April Solafskærmningen bevirker at antallet af overophedningstimer, mod sydvest kan halveres. Dermed kan det konkluderes, at afskærmningen virker efter hensigten. Overophedningstimerne er stadig over det tilladelige. Dette vil der blive arbejdet med i Designfase 2, hvor ejendommens ventilationsløsning optimeres. Mulig udformning af solafskærmning. Juli I tabellen kan det ses hvordan afskærmningen virker i årets løb. Zone Scenarie 4 over 27 o C Afskærmet over 27 o C Ændring ifht. reference Klimaskærmen er efterisoleret på begge sider Sydvest % Nordøst % Side 23

24 Gennemtænkt solafskærmning Indflydelse på dagslys 1% 1,5% 3,9% 2% 3% 4,9% 3,9% 3,4% 3,4% 3,6% 3,6% 3,4% 3,4% 5% 3% 3,5% Den endelige løsning 3,5% Uden solafskærmning denuden solafskærmning solafskærmning 2,6% Det ses at solafskærmningens reflektans ikke har den store indflydelse på dagslystilgangen. Dette skyldes at det kun er en meget lille del af dagslyset der kommer ind fra en vinkel som er lavere end solafskærmningen. Selvom der ikke er stor dagslysmæssig forskel, har solafskærmningens farve indflydelse på hvordan det opleves når man ser ud af vinduet. Side 24 3%3% 2,6% 2,6% Mørk Mørk solafskærmning Lys solafskærmning Mørk solafskærmning solafskærmning Lys Lyssolafskærmning solafskærmning Solafskærmningen vil uanset materialevalg bevirke, at dagslyset i rummene mindskes. Det er interessant at se hvor stor en indflydelse solafskærmningen har. Der udføres derfor simuleringer, hvor forskellige typer materialer analyseres. Reflektansens betydning 2,6% Translucent solafskærmning Glas Glassolafskærmning solafskærmning(lt=5 (LT= En translucent løsning Hvis solafskærmningen udføres i opal acryl, vil fladen blive illumineret af det lys, der falder på den. Fladens ringe gennemsigtighed vil derimod bevirke at meget af solvarmen blokeres, hvilket er det centrale formål med solafskærmningen. I simuleringen er benyttet en lystransmittans på 50 %. Da meget opal acryl har en højere lystransmittans, kan der i virkeligheden forventes et bedre resultat. For den translucente solafskærmningsløsning holdes dafslysfaktoren på over 2 %, hvilket er fornuftigt. Opal acryl er ofte benyttet til lamper.

25 Gennemtænkt solafskærmning Karm som solafskærmning Indrykning af vindue Ved at placere vinduet 200 mm inde i murhullet skabes en naturlig afskærmning, som kan bidrage til, at overtemperaturen sænkes. Der vil ikke være mærkbare ændringer af dagslystilgangen, da det kun er en lille del af vindueskarmen hvor reflektansen ændres fra indervæg til ydervæg. 12:00 13:00 14:00 Februar Soltilgang i perioden juli-august i tidsrummet 11:00-14:00 Solafskærmning mod sydvest. Skygge som i juli kl 13:00. April Solafskærmningen er mest effektiv ved middagstid. I juli måned er halvdelen af vinduet afskærmet fra den kraftige middagssol kl 12. Man skal dog ikke langt hen over middag før effekten er ubetydelig. Juli I tabellen kan det ses hvordan afskærmningen virker i årets løb. Zone Scenarie 4 over 27 o C Indryk over 27 o C Ændring ifht. reference Klimaskærmen er efterisoleret på begge sider Sydvest % Nordøst % Side 25

26 Resultat af Designfase 1 Efter erfaringer gjort i Designfase 1, vælges en løsning som tager udgangspunkt i følgende ændringer i forhold til eksisterende forhold: Indervægge fjernes 1% 5% 5,1% Vinduer mod altan som vist i Scenarie 4 for det sydvestvendte rum Solafskærmsløsning Indrykning af vinduer 1,5% 2% 4,4% 1,56% 3,5% 4,9% På den nordøstvendte facade er der ingen energi- eller dagslysmæssig grund til at ændre på vinduerne. Derfor bibeholdes de eksisterende vinduer. På den sydvestvendte facade, forbedres dagslys og rummets oplevelse, ved at åbne op mod altanen. Det har dog nogle konsekvenser i forhold til antallet af timer med overtemperatur. Det der har den største indflydelse på overtemperaturerne er, at konstruktionerne efterisoleres. Den indvendige efterisolering på den sydvestvendte facade bevirker dels at varmetabet mindskes, og dels at den massive teglstensvægs termiske masse går tabt. Derfor er det interessant at kigge på et resultat med og uden denne isoleringsløsning. 3% 5% Reference 0 1 Uden skillevægge Zone Eksisterende over 27 o C Resultat over 27 o C Ændring ifht. reference Uisoleret Efterisoleret på begge facader Sydvest % Nordøst % Uisoleret Efterisoleret på nordøstfacade Sydvest % Nordøst % Når klimaskærmen efterisoleres på begge facader, stiger antallet af overophedningstimer mod sydøst, til trods for at der monteres solafskærmning. Det kan ses, at antallet af overophedningstimer mindskes når det kun er den udvendige efterisolering mod nordøst, der udføres. Dette er til trods for at vinduesarealet mod sydvest øges mod altanen. I det videre forløb vil der blive arbejdet videre med to løsninger hhv. med og uden indvendig efterisolering. Den endelige løsning 3% Resultat Som det kan ses af figuren, er dagslysfaktoren, på trods af solafskærmningen væsentligt forbedret. Side 26

27 Sydvestfacade med solafskærmning ved samtlige lejligheder og øget vinduesareal mod altaner. Nordøstfacade med solafskærmning ved samtlige lejligheder. Side 27

28

29 Energirenovering af en 50 er ejendom Designfase 2 Optimering af bygningsmassen som helhed Fokus Energiforbrug og ventilation

30 Designfase 2 Indledning Med udgangspunkt i rapportens afsnit Optimeringsparametre samt erfaringer gjort i Designfase 1, vil der i Designfase 2 blive udarbejdet mere konkrete løsninger i forhold til energiforbrug og ventilation. I den første del redegøres der for energiforbruget ved forskellige isoleringsmæssige tiltag. Der arbejdes med 3 spor, som tager udgangspunkt i forskellige metoder: I den anden del undersøges forskellige ventillationsløsninger, som har til formål at nedbringe varmetabet. Der simuleres dels på den energimæssige gevinst ved løsningerne, og dels på hvordan løsningerne influerer indeklimaet. Der arbejdes desuden med konkrete løsninger til hvordan anlæggene bedst muligt integreres i den eksisterende ejendom. Spor 1 Her benyttes kun udvendig isolering. Dette gøres på facaderne, som på planen er markeret med rød. Spor 2 Her efterisoleres alle facader, som vist på planen, hvor den indvendige isolering er markeret med blå. Spor 3 Her efterisoleres der som i Spor 1. I denne løsning arbejdes der desuden med at udnytte mest muligt af solvarmen, som kommer ind på den sydvendte facade. Der udvikles en intelligent løsning så den passive solvarme kun tages ind når der er brug for den. Side 29

31 Dynamisk facadeløsning Den viste løsning er fra Berlin. Her kan beboeren selv tilpasse lejlighedens facade efter behov. Fra I en vintersituation hvor beboeren er på arbejde, trækkes afskærmningen til side for at sikre at solens varme kan udnyttes. I dagtimerne hvor beboeren er hjemme, er det rart at kunne se ud. Her er afskærmningen ligeledes trukket fra. For I en sommersituation hvor beboeren er på arbejde trækkes afskærmningen for. I de sene aftentimer hvor det er mørkt udenfor og lyst i lejligheden, vil store glaspartier hurtigt komme til at fungere som udstillingsvinduer. Hvis bebeoeren føler sig overbegloet, eller blot vil have lidt privatliv, kan afskærmningen trækkes for. Side 30

32 Passiv solvarme Det tredje spor Tanken Det er tidligere vist at de nye vinduer har en bedre U-værdi end den uisolerede teglstensvæg. Da indvendig isolering er en risikabel løsning, som ofte er forbundet med fugtproblemer, vil det derfor i stedet kunne betale sig at øge glasandelen på den sydvestvendte facade. Udover den bedre isoleringsevne vil det tillade mere passiv solvarme, som vil sænke opvarmningsbehovet. Konsekvensen er at det vil øge overtemperaturen om sommeren. Med inspiration fra den dynamiske facadeløsning fra Berlin, udvikles en solafskærmningsløsning som forhindrer dette. Praktisk udførelse Brystningen under vinduet fjernes, hvilket øger vinduesarealet. Dagslysmæssigt er der ved en beregning ikke den store ændring, da det vundne vinduesareal ligger under beregningsfladen på 0,85 m. Oplevelsesmæssigt er der dog forskel, da især det forbedrede udsyn giver en kvalitet. Aktiviteter i gulvhøjde, som fx børneleg, vil også mærke en forbedret tilgang af dagslys. Det store vinduesareal sikrer en større mængde passiv solvarme, men da det ikke altid er ønskeligt at modtage denne, skal det være muligt at afskærme en del af vinduet. Af hensyn til dagslys er det bedst at afskærme arealet fra bunden. Der udvikles derfor en løsning, som fungerer som en slags dynamisk brystning. Vinduesindrykningen på 200 mm, der er et resultat af Designfase 1, giver god plads til montering af solafskærmning med motor og andet. En dynamisk løsning I perioder hvor beboeren ikke er hjemme, kan systemet styres af en computer. Med information fra sensorer og evt. nærliggende vejrstationer, kan systemet vurdere hvilken position for solafskærmningen, der er ideel. Når beboeren er hjemme, skal det være muligt at overrule automatikken og stille solafskærmningen som det ønskes. Solafskærmningen kan maksimalt dække et areal, svarende til den eksisterende brystning, og derfor opretholdes udsynet som det er i dag. Overtemperaturer Da vinduesbrystningen udskiftes med glas, mindskes den termiske masse. Eftersom den termiske masse er god til at udflade temperatursvingningerne over døgnet, er det interessant at udføre en simulering, for at få et indtryk af hvor stor betydning dette har for overtemperaturtimerne. Isoleringsevnen for glasset er bedre end for den uisolerede teglstensvæg, og derfor vil løsningen bevirke at varmetabet mindskes. Dette har også indflydelse på antallet af overtemperaturtimer. BSim Vinduesareal Timer over 27 o C SunRad [kwh/år] Heating [kwh/år] Eksisterende vinduesareal (Spor 1) 3, Øget vinduesareal - uafskærmet 5, Øget vinduesareal - afskærmet som eksisterende Afskærming 33 % For at få et nuanceret sammenligningsgrundlag er der ikke lavet én beregning hvor solafskærmningen selv slår fra og til. Der er istedet lavet to beregninger for det øgede vindue, med og uden afskærmning. Disse skal kombineres for at få en idé om den dynamiske afskærmnings indvirkning. Øget vinduesareal - uafskærmet Her ses at varmeforbruget går fra 2626 kwh/år til 2401 kwh/år. Dettes skyldes vinduets bedre isoleringsevne og det øgede tilskud af solvarme, som SunRad er et udtryk for. Øget vinduesareal - afskærmet som eksisterende Med en afskærmning på 33 %, der svarer til den eksisterende brystning, ses at varmeforbruget falder fra 2626 kwh til 2534 kwh. Dette er et udtryk for vinduets bedre isoleringsevne. Samtidig ses også at temperaturen stiger fra 77 timer over 27 o C til 81 timer over 27 o C. Dette er dels et resultat af vinduets bedre isoleringsevne, og dels en konsekvens af at noget af væggens termiske masse går tabt. Side 31

33 Passiv solvarme Det store glasareal sikrer en bedre adgang til passiv solvarme. Den passive solvarme fra vinduet udnyttes, så vinduet kommer til at fungere som en form for radiator. En radiator, der ikke kan slukkes, er en dårlig idé i varme sommerperioder. Den dynamisk solafskærmningsløsning kommer derfor til at fungere som termostat for denne radiator. Solafskærmningen gør det muligt at variere det eksponerede vinduesareal. Side 32

34 Klimaskærmen Arealer og konstruktioner 36 cm teglsten til indvendig efterisolering 48 cm teglsten til indvendig efterisolering Skråloft Spidsloft 36 cm teglsten til udvendig efterisolering Betondæk mod uopvarmet kælder 48 cm teglsten til udvendig efterisolering Kældervæg mod uopvarmet kælder Arealopmåling Arealopmålingen er udført ved at tegne klimaskærmen efter reglerne givet i DS418 (36). Brystningerne under vinduerne er ikke tegnet med i modellen. Disse er efterfølgende opmålt og fratrukket. Det samme gælder kviste samt vinduer og døre. Konstruktionsopbygninger *Afhænger af væggens tykkelse Side 33 De eksisterende ydervægge fremstår uisolerede, i massive teglsten. U = 1,07 til 1,85 W/m 2 K* På nordfacaden efterisoleres der udvendigt med 220 mm Rockwool facadesystem. U = 0,14 til 0,15 W/m 2 K* På sydfacaden efterisoleres der indvendigt med 80 mm iq-therm. U = 0,27 til 0,31 W/m 2 K* Kvistvægge og lofter er isoleret med 260 mm mineraluld. U = 0,18 W/m 2 K Kælderdækket forventes at kunne isoleres med 50 mm mineraluld mellem strøer mm mineraluld på kælderloft. U = 0,17 W/m 2 K Eksisterende spidsloft er isoleret med 300 mm mineraluld. U = 0,15 W/m 2 K Eksisterende skrålofter er isoleret med mineraluld så U-værdien er som for spidslofter. U = 0,15 W/m 2 K Der benyttes Protec vinduer med energiruder. Til ovenlysvinduer benyttes Velux vinduer med energiglas. U facade = 0,63 til 0,70 W/m 2 K. U ovenlys = 1,1 W/m 2 K. Klimaskærmen er modelleret i SketchUp. Vinduer Med udgangspunkt i studiet omkring vinduer som varmekilde, udført i Designfase 1, vælges en 3-lags Pilkington rude med argon. Rudens navn er 4-18Ar-S(3)4-18Ar- S(3)4. Det er ønskeligt at have en så stor glasandel som muligt, og derfor vælges en vinduesproducent, som kan levere en smal karm i et stærkt materiale. Protec 7 vinduer laves i et kompositmateriale, og dermed kan karmbredden mindskes til 56 mm for et vindue med gående ramme (31). Tætning af klimaskærm Klimaskærmen er ikke tæt, og det vil den heller ikke kunne blive. Ved udskiftning af vinduer, efterisolering af vægge osv., kan den dog gøres tættere end den er i dag. Erfaringer viser at det ved renovering er muligt at komme ned på passivhusniveauet 0,6 l/s pr. m 2 (34). En tæt klimaskærm bevirker at varmetabet sænkes. Brugeren skal dog nu i højere grad sørge for at lufte ud, da der ellers vil kunne opstå fugtproblemer.

35 Installationer Ventilation og energitillæg Ventilation Ventilationen af ejendommen sker ved et mekanisk anlæg, som sørger for en konstant udsugning. Frisklufttilgangen kommer dels fra infiltrationen, og dels fra friskluftventiler monteret i ydervæggen. Denne løsning giver et betydeligt varmetab, da den friske luft ikke forvarmes inden den tages ind i lejlighederne. Der er derfor grund til at finde alternative løsninger, hvilket vil blive behandlet senere. Varmetab fra installationer Ejendommen har en varmecentral knyttet til hver enkelt opgang. Hver varmecentral består af en fjernvarmeveksler, og to pumper, som sørger for cirkulation af varmt brugsvand hhv. centralvarme. Ved fornuftige valg af komponenter og isolering, skønnes følgende årlige varmetab fra installationerne: 7 stk. fjernvarmevekslere Ca kwh/år Ca. 240 lbm varmtvandsrør Ca kwh/år Ca. 240 lbm varmtvandsvandscirkulationsrør Ca kwh/år Trin 2 Friskluftventil Varmt brugsvand Der regnes med et standard varmtvandsforbrug på 250 l/m 2 pr. år (3). Det samlede energiforbrug for opvarmning af vandet fra 10 o C til 55 o C er: 1287 m 3 varmt brugsvand Ca kwh/år I ejendommen findes 7 varmecentraler som denne. Trin 1 Udsugning på spidsloft Pumper Ved udskiftning af pumper til nye automatisk modulerende pumper, kan det årlige elforbrug til drift af disse skønnes til: Den eksisterende ventilator kører på trin 2, og det betyder at den har en SEL-værdi (specifikt elforbrug til lufttransport) på 550 J/m 3 (33). Exhausto boxventilator 7 stk. varmefordelingspumper Ca kwh/år 7 stk. varmtvandscirkulationspumper Ca kwh/år Rørføring i kælderen er nedhængt under loftet. Tillæg til energirammen Ved beregning af energirammen medtages energiforbrug til installationer, samt opvarmning af varmt brugsvand ikke. I stedet udregnes et overslag på hvor meget det udgør, og det bliver efterfølgende lagt til de beregnede scenarier. Samlet tillæg til energirammen (elforbrug ganget med faktor 2,5) Energiforbrug [kwh] Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmning ,7 Elforbrug ,0 Varmt brugsvand , ,4 Fjernvarmen afgiver via en veksler varme til brugsvand og centralvarmen. Side 34

36 Energiforbrug Energirammeberegning for de 3 spor Eksisterende vinduer vs. Designfase 1 resultat Det ses i de to tabeller for Spor 1, at er der en energimæssig gevinst ved, at benytte det opnåede resultat af vinduesareal og afskærmning fra Designfase 1. Dette skyldes, at det øgede vinduesareal på den sydvestvendte facade er bedre isolerende end teglvæggen. Samtidig kommer der, trods solafskærmningen, også et større tilskud af passiv solvarme. For Spor 2, hvor der isoleres på begge sidder af facaden, er der næsten ingen energimæssig gevinst ved at benytte løsningen fra Designfase 1. Dette skyldes at den indvendige isolering er bedre isolerende end energiruderne, og at tilskudet fra den passive solvarme ikke er stort nok, pga. afskærmningen. Resultater På søjlediagrammet, på modstående side, er resultaterne for de tre spor, med nye vinduesløsninger og afskærmning, sat op. Spor 2 har det laveste energiforbrug, men også flest overtemperaturtimer. Spor 1 har færrest overtemperaturtimer, men også det højeste energiforbrug. Spor 3 er en god mellemvej. Energiforbruget er ikke så lavt som i Spor 2, men tilgengæld er antallet af overtemperaturtimer næsten halveret. Spor 1 kræver det mindste indgreb i bygningen, og Spor 2 benytter en indvendig isoleringsløsning, som indebærer en risiko for fugtproblemer. Spor 3 kræver en intelligent solafskærmningsløsning og større vinduer, hvilket er dyre komponenter. Spor 3 er til gengæld den eneste løsning der ud over at spare energi, samtidig giver en arkitektonisk kvalitet, ved at åbne stuen op mod det grønne område. Spor 1 Vinduer som eksisterende. Kun udvendig efterisolering. Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 61,6 Elforbrug 7,7 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 5,7 Samlet energiforbrug 89,8 Energimærke Klasse C Spor 2 Vinduer som eksisternede. Udvendig og indvendig efterisolering. Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 51 Elforbrug 7,7 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 6,9 Samlet energiforbrug 80,4 Energimærke Klasse C Spor 3 Vinduer + solafskærmning fra Designfase 1. Kun udvendig efterisolering. Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 60,6 Elforbrug 7,7 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 4,8 Samlet energiforbrug 87,9 Energimærke Klasse C Vinduer + solafskærmning fra Designfase 1. Udvendig og indvendig efterisolering. Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 51,8 Elforbrug 7,7 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 5,8 Samlet energiforbrug 80,1 Energimærke Klasse C Ny vinduesløsning mod syd. Kun udvendig efterisolering. Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 57,0 Elforbrug 7,7 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 5 Side 35 Samlet energiforbrug 84,5 Energimærke Klasse C

37 Energiforbrug Energirammeberegning for de 3 spor 160,0 140, ,0 Energiklasse C Overophedning [Timer > 27 O C] Energiforbrug [kwh/m 2 ] 100,0 80,0 60,0 Energiklasse B Energiklasse A2 87, ,1 84,5 81 Opvarmningsbehov Overophedning Straf Varmt brugsvand Elforbrug Overophedning Sydvest Overophedning Nordøst 40,0 Energiklasse A1 20,0 0,0 5 Spor 1 Spor 2 Spor Side 36

38 Mekanisk ventilation Mindskning af ventilationstab Eksisterende ventilationsløsning Eksisterende ventilationsløsning Den nuværende ventilationsløsning består, som tidligere beskrevet, af et udsugningsanlæg. Forsyningen af frisk luft sker som følge af infiltration, samt gennem friskluftventiler. Dette er en uhensigtsmæssig løsning, da varmen bliver suget ud uden at noget af den genvindes. A) Ventilator og taggennemføring B) Udsugning fra køkken C) Udsugning fra bad D) Friskluftventil i opholdsrum Varmepumpe Det er muligt, at udnytte den opvarmede luft, der udsuges. Til dette kan et aggregat med væskebaseret varmegenvinding benyttes. Energien, som tilføres væsken, udnyttes ved hjælp af en varmepumpe og kan bidrage til rumopvarmningen og eller brugsvandet. Fordelen ved denne løsning er, at den eksisterende kanalføring kan genanvendes. Ulempen er at der stadig suges kold luft ind. Denne løsning vil ikke blive undersøgt yderligere, da effekten i høj grad afhænger af hvilket produkt, der vælges og derfor ikke indebærer væsentlige designmæssige udfordringer. Optimeringsforslag -balanceret ventilation med varmegenvinding En anden ventilationsløsning er at benytte balanceret mekanisk ventilation med luftbaseret varmegenvinding. Via en veksler overføres varmen fra udsugningsluften til den kolde indblæsningsluft uden at den forurenede luft kommer i kontakt med den friske. En fordel ved denne løsning er, at indblæsningsluften forvarmes, hvilket øger den termiske komfort i rummene samtidig med at ventilationsvarmetabet mindskes. En anden fordel er, at anlægget bidrager til et større luftskifte om sommeren. Den naturlige ventilation gennem vinduer og andet kan lægges sammen med indblæsning fra det balancerede system. Denne løsning kræver ny rørføring til indblæsningsluften. Varmepumpe A) Ventilator og taggennemføring B) Aggregat for væskebaseret varmegenvinding C) Udsugning fra køkken D) Udsugning fra bad E) Indblæsning i opholdsrum Optimeringsforslag A) Aggregat med varmeveksler B) Taghætter (indtag/afkast) C) Udsugning fra køkken D) Udsugning fra bad E) Indblæsning i opholdsrum Principskitser fra Exhausto (33). Side 37

39 Balanceret mekanisk ventilation Balanceret mekanisk ventilation i de eksisterende lejligheder. Side 38

40 Mekanisk udsugning Analyse af eksisterende anlæg Volumen 18,2 m 3 Analyser af rumforhold I simuleringsprogrammet BSim regnes der med ideel opblanding af ventilationsluften. I virkeligheden forholder det sig ikke sådan, og derfor er det interessant at få et mere nuanceret billede af, hvordan de lokale forhold i rummet er. Fx vides det ikke umiddelbart om der er trækproblemer fra friskluftsventilen eller, om der er generende kuldenedfald ved ydervæggen. Til at få en idé om disse forhold udføres en CFD-beregning (Computational Fluid Dynamics) af et rum i referencelejligheden. Forudsætninger for CFD-beregning Indblæsningen sker gennem åbningen i en friskluftventil. Åbningen har dimensionerne 130x20 mm, og den er placeret så luften blæser opad. Der regnes med et luftskifte på 0,69 gange i timen, for stuen, som følger af at hele lejligheden antages at have et luftskifte på en halv gang i timen. Simuleringen tager udgangspunkt i en vintersituation hvor udetemperaturen og dermed indblæsningsluften er 0 o C. Rumtemperaturen holdes på 20 o C. Da der ikke er moduleret en radiator, bliver varmen fordelt til hele rumluften. I simuleringen er alle flader adiabatiske (der sker ingen varmetransport), med undtagelse af ydervæg og vindue. Ydervæggen er uisoleret, og vinduet er den tidligere valgte lavenergirude. Terrassedøren er ikke medregnet. Trækgener Trækgener vurderes ud fra luftens temperatur, hastighed og turbulensintensitet. På illustrationerne på modstående side, ses i første kolonne, et udtryk for den procentdel af folk, der et givent sted i rummet forventes at være generet af træk. (DR, %). Det ses at luften bliver blæst op i loftet og falder ned lidt inde i rummet. På den måde falder hastigheden. På trods af at luften ikke har en stor hastighed, er der stadig anledning til trækgener ved fødderne og ved hovedet, hvilket skyldes indblæsningsluftens lave temperatur. Afgivelse af forureningskilde For at få en idé om ventilationens effektivitet med hensyn til at fjerne den brugte luft, indsættes en forureningskilde. I dette tilfælde er der tale om en CO 2 -mængde svarende til én person, der sidder i midten af rummet og forholder sig i et stillesiddende aktivitetsniveau. Det viser sig at dette system fjerner forureningskilden ganske godt. Der når ikke at ske en betydelig opblanding før CO 2 -partiklerne bliver suget ud. Rumluftens gennemsnitlige CO 2 -indhold er i dette tilfælde: 387 PPM CO 2 Resultaterne for den mekaniske udsugning vil senere blive sammenlignet med et balanceret mekanisk ventilationsanlæg med varmegenvinding. Volumen 48,4 m 3 Luftskifte 33,6 m 3 /h Luftskifte 16,8 m 3 /h Volumen 29,1 m 3 Luftskifte 16,8 m 3 /h Udsugning Udsugning Friskluftsventil Lufttilførslen sker gennem en friskluftventil placeret i ydervæggen. Side 39

41 Mekanisk udsugning Trækgener og CO 2 som forureningskilde Træk CO 2 -indhold Plan foran indblæsning Midterplan Midterplan Horisontalt Midterplan DR, % utilfredse 30 % 27 % 34 % 21 % 18 % 15 % 12 % 9 % 6 % 3 % 0 % 800 PPM CO PPM 600 PPM 500 PPM 400 PPM Side 40

42 Balanceret mekanisk ventilation Udførelse i praksis Ventilation med luftbaseret varmegenvinding Frisk udeluft Brugt udsugningsluft Valg af anlæg Der vælges et anlæg med lavt strømforbrug (SEL) og en høj varmegenvindingsgrad. Brugt Anlægget skal have mulighed for bypass af varmevekslerenafkastluft om sommeren, således at varmegenvindingen kan sættes ud af drift når der er behov for køling. Frisk, forvarmet indblæsningsluft I lejlighederne monteres al mekanik over et nedhængt loft i gangen. Indblæsningen til opholdsrummene sker ved riste monteret i de vægge som vender mod gangen. Udsugning sker fra køkken og toilet, og dette foregår fra den eksisterende kanalføring. Brugt afkastluft Frisk udeluft Brugt udsugningsluft Brugt afkastluft Den mest effektive måde at ventilere på, er ved et ventilationsanlæg med varmegenvinding. På denne måde undgås det at trække udeluften direkte ind i stuen. Dette vil mindske energiforbruget til opvarmning, da indblæsningsluften gratis kommer op på en højere temperatur. Udsugning Brugt udsugningsluft Frisk udeluft Frisk, forvarmet indblæsningsluft Frisk indblæsningsluft Decentral varmeveksler Afkast Indblæsning Om vinteren genvindes varmen fra udsugningsluften ved at blæse Om sommeren blæses luften forbi veksleren (bypass). luften gennem en veksler. Brugt afkastluft Frisk Forslag til installering udeluft Brugt udsugningsluft Frisk Udsugning indblæsningsluft Den brugte luft udsuges efter det eksisterende system fra et aggregat på loftet. Inden luften sendes op ad de eksisterende skakte på toilet og køkken, passerer den varmeveksleren og afgiver sin varme til indblæsningsluften. Indblæsning Der trækkes frisk luft fra facaden vha. en mindre ventilator, der er tilknyttet den decentrale varmeveksler. Luften kan fx hentes fra trappeopgangen, hvor den korte afstand resulterer i et lavt tryktab i rørene. Luften bliver i veksleren varmet op, af den brugte udsugningsluft, inden den føres ind i rummene. Side 41 Friskluft

43 Balanceret mekanisk ventilation CFD Opblanding Grundet det lave luftskifte, der skal leveres, og ud fra et ønske om at nedbringe gener fra støj og træk, arbejdes der med lave hastigheder. Risikoen ved dette er, at opblandingen ikke vil være tilstrækkelig, og derfor udføres der en CFD simulering. Der regnes på to scenarier for hvor indblæsningsarmaturet bør placeres i stuen. Volumen 18,2 m 3 Luftskifte 16,8 m 3 /h Udsugning Scenarie 1 Scenarie 2 Indblæsning placeres længst muligt fra døren. Hvis den lave ind blæsningshastighed gør at luften vil søge direkte mod udsugningen (døren), bør denne løsning give en bedre opblanding end hvis ind blæsningen placeres i den del af væggen der vender mod gangen. Indblæsning placeres lige over døren. Det kan frygtes at den lave indblæsningshastighed bevirker at indblæsningsluften suges direkte ud, inden den når at blive opblandet med luften i rummet. Udsugning Forudsætninger for CFD-beregning Indblæsningen sker gennem et hul i dimensionerne 200x50 mm. Der simuleres som for udsugningen på en vintersituation hvor udetemperaturen er 0 o C og rumtemperaturen holdes på 20 o C. Ventilationen kører med en varmegenvinding på 80 %, og det betyder at indblæsningsluften har en temperatur på 16 o C, i denne statiske situation. Scenarie 1 Indblæsning monteret i væg mod opgang Volumen 48,4 m 3 Luftskifte 33,6 m 3 /h Scenarie 2 Indblæsning monteret i væg mod gang Volumen 29,1 m 3 Luftskifte 16,8 m 3 /h Den friske luft blæses ind i rummene af en rist i dimensionerne 200x50 mm. Side 42

44 Balanceret mekanisk ventilation Støj og træk Støj For at et mekanisk ventilationsanlæg kan fungere i beboelsesrum er det afgørende, at anlægget ikke larmer. Hvis der er støjproblemer, slukker beboeren om muligt for anlægget, og så tjener det ingen nytte. Da det er ønskeligt at højne indeklimaets kvalitet er det under alle omstændigheder vigtigt at tage højde for støj, da dette forringer det akustiske indeklima. Rådgivende ingeniører Cenergia stiller normalt krav om, at et støjniveau på 25 dba overholdes (34). Til indblæsning benyttes en ALE rist fra Halton i dimensionerne 200x50 mm monteret i en PRI boks. På diagrammet nedenfor, kan støjgenerne fra anlægget aflæses for det ønskede luftskifte. Det kan ses at kravet på 25 dba overholdes. Træk For at holde en god kvalitet af indeklimaet, er det vigtigt at indblæsningen ikke udformes sådan at det giver trækgener for de personer der opholder sig i rummet. Illustrationerne på modstående side viser hvor stor en procentdel af personer, der et givet sted i rummet forventes at være generet af træk. Illustrationerne viser, at der for ingen af scenarierne opstår trækgener i midten af rummet. Det gør der derimod for referencen, hvilket skyldes indblæsningsluftens lave temperatur. I planet foran indblæsningerne, ses at trækken for Scenarie 1 og 2, bevæger sig ned i opholdszonen. Trækgenerne skyldes hovedsageligt indblæsningsretningen og hastigheden. Et større armatur kan vælges, for at sænke indblæsningshastigheden, for dermed at undgå gener fra træk. Dette kan dog muligvis forringe opblandingen. En anden løsning er, at blæse luften op mod loftet, så den ikke med det samme falder ned i opholdszonen. Det kan konkluderes at hvis der vælges et armatur, der blæser opad, vil trækgenerne i Scenarie 1 og 2 kunne mindskes i opholdszonen. Derimod vil der ikke kunne gøres noget ved trækgenerne, der opstår fra friskluftsventilen, da dette skyldes udetemperaturen, som ikke kan styres. Side 43

45 Balanceret mekanisk ventilation Trækgener Plan foran indblæsning Midterplan Reference Scenarie 1 Scenarie 2 DR, % utilfredse 30 % 27 % 34 % 21 % 18 % 15 % 12 % 9 % 6 % 3 % 0 % Side 44

46 Balanceret mekanisk ventilation Opblanding Partiklernes forløb Ved at følge et antal partikler fra indblæsningen, og ind i rummet, kan indblæsningsluftens forløb bestemmes. For begge scenarier kommer indblæsningsluften helt ind i rummet. Hypotesen om at den lave lufthastighed skulle betyde, at luften blot ville falde ned ad væggen og direkte ud af døren, kan derfor vises at være ubegrundet. Dog ville en indblæsning rettet op mod loftet være bedst, jævnfør analyserne omkring trækgener. Scenarie 1 Som forsøg udsendes 39 partikler fra hver indblæsningskanal, og disse følges 150 meter. Resultatet af forsøget viser følgende: Scenarie 1 16 partikler har forladt rummet (41 %) Scenarie 2 20 partikler har forladt rummet (51 %) Forsøget vidner imidlertid om at opblandingen er bedst for Scenarie 1. CO 2 som forureningskilde Som ved friskluftventilen, udsendes en forureningskilde af CO 2. Rumluftens gennemsnitlige CO 2 indhold for referencen og de to scenarier: Reference 387 PPM CO 2 Scenarie PPM CO 2 Scenarie PPM CO 2 Det ses at referencen med friskluftsventil fjerner forureningskilden mest effektivt. Dette kan bl.a. skyldes at luften bliver blæst ind på modsatte side af udsugningen og dermed har retning mod udsugning. Scenarie 2 lader til at håndtere CO 2 -partiklerne bedre end Scenarie 1. Resultatet er muligvis anderledes ved en anden placering af forureningskilden. Scenarie 2 Der er samlet set ikke ét af de to Scenarier, der er entydigt bedst. Indblæsningen kan derfor placeres, hvor det er mest hensigtsmæssigt i forhold rørføring. Farve indikerer partikelnummer Side 45

47 Balanceret mekanisk ventilation CO 2 som forureningskilde Vertikalt midterplan Horisontalt midterplan Reference Scenarie 1 Scenarie PPM 700 PPM 600 PPM 500 PPM 400 PPM CO 2 Side 46

48 Balanceret mekanisk ventilation Energiforbrug Varmegenvinding Ud over at et balanceret mekanisk ventilationssystem med varmegenvinding kan højne komforten, så har det også det centrale formål, at nedbringe ventilationsvarmetabet. Der er valgt et anlæg med en varmegenvindingsgrad på 85 %, hvilket er bedre end de 70 % bygningsreglementet foreskriver (15). For at synliggøre gevinsten ved at vælge et bedre anlæg end hvad der foreskrives i bygningsreglementet, bliver der også simuleret på et scenarie hvor varmegenvindingen er på 70 %. Resultater Som det kan ses betyder de ekstra procent i varmegenvindingen at ejendommen kommer ned i Energiklasse A2 for Spor 2 og Spor 3. Det er med en varmegenvinding på 85 % muligt at komme helt ned på et årligt energiforbrug på 19,4 kwh/m 2 for Spor 2. For spor 1 er resultatet 26,7 kwh/m 2. Heraf er de 2,7 kwh/m 2 et resulatat af varmetab fra rør og fjernvarmevekslere. Hvis der kun ses på tab fra klimaskærmen, ligger opvarmningsbehovet fra 16,7 kwh/m 2 til 24 kwh/m 2. Dette kan sammenlignes med energibehovet til opvarmning af varmt brugsvand som ligger på 14,8 kwh/m 2. Da energitabet fra hele klimaskærmen næsten er kommet ned på et niveau der svarer til hvad det kræver af energi at levere varmt brugsvand, kan det konkluderes at omkostningen ved at spare mere energi vil blive for stor. Hvis det ønskes at komme helt ned i Energiklasse A1 (< 35,2 kwh/m 2 ), gøres dette derfor bedre ved at producere noget energi i stedet for at spare den. Dette kan gøres med aktive systemer som en varmepumpe eller et solvarmeanlæg. Spor 1 Balanceret mekanisk ventilation. VGV 70 % Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 33,6 Elforbrug 10,2 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 0 Samlet energiforbrug 58,6 Energimærke Klasse B Spor 2 Balanceret mekanisk ventilation. VGV 70 % Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 25,7 Elforbrug 10,2 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 0 Samlet energiforbrug 50,7 Energimærke Klasse B Spor 3 Balanceret mekanisk ventilation. VGV 70 % Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 30,3 Elforbrug 10,2 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 0 Balanceret mekanisk ventilation. VGV 85 % Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 26,7 Elforbrug 10,2 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 0 Samlet energiforbrug 51,7 Energimærke Klasse B Balanceret mekanisk ventilation. VGV 85 % Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 19,4 Elforbrug 10,2 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 0 Samlet energiforbrug 44,4 Energimærke Klasse A2 Balanceret mekanisk ventilation. VGV 85 % Energiforbrug [kwh/m 2 ] Opvarmningsbehov 23,8 Elforbrug 10,2 Varmt brugsvand 14,8 Tillæg for overtemperaturer 0 Side 47 Samlet energiforbrug 55,3 Energimærke Klasse B Samlet energiforbrug 48,8 Energimærke Klasse A2