Energirigtigt valg af vinduer

Transkript

1 VIA UNIVERSITY COLLEGE, CAMPUS HORSENS Energirigtigt valg af vinduer I den tidlige designfase Michael Krabsmark Kamp Jensen sem. Speciale Bygningskonstruktøruddannelsen Vejleder: Poul Børison Hansen

2 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer Abstract This report is about energy wise window solutions in the early design face. And if it s possible to form a view of the casting factors early in the design process. The report is based on analyzing already know programs and tools, and assess their capability based on calculations. The report describes the process in developing a new program VIN Ark, based on the shortcomings, in the analyzed programs and tools. VIN Ark shows that it s possible to analyze on the consequences of wrong disposition of window areas, based on a low information level. Side 2 af 37

3 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer Indholdsfortegnelse Forord... 1 Abstract Indledning Baggrundsinformation og præsentation af emne Begrundelse for emnevalg og faglige formål Problemformuleringens spørgsmål Afgrænsning Valg af teoretisk grundlag og kilder Valg af metode og empiri Rapportens struktur og argumentation Arkitektens rolle Arkitektens rolle At disponere kvaliteter omkring vinduer Energimæssig disponering af vinduer frem til nu Hvad bringer fremtiden Delkonklusion Værktøjer Værktøjer til energirigtig disponering af vinduer OptiBuild Programmet Anvendelse BYG SOL Programmet Anvendelse E ref Formlen Anvendelse Delkonklusion Værktøjets brug Beregnings forudsætninger Side 3 af 37

4 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer 4.2 Optimering med OptiBuild Fremgangsmåde Resultat Optimering med Byg Sol Fremgangsmåde Resultat Optimering med E ref Fremgangsmåde Resultat Delkonklusion Udvikling af et nyt program Incitamenter for at lave et nyt program Hvordan skal programmet udformes Fremstilling af det nye værktøj Hvordan reagerer Be10 på orienteringer Beregningerne bag VIN Ark Vejledning til VIN Ark Aktuel Beregningen Database Udskrift Optimering med VIN Ark Fremgangsmåde Resultat Delkonklusion Konklusion Billedliste Kildeliste Bilag Side 4 af 37

5 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer 1 Indledning 1.1 Baggrundsinformation og præsentation af emne I mit afsluttende speciale på bygningskonstruktør uddannelsen, har jeg valgt at undersøge hvordan arkitekter, og andre partere i byggeriet der agerer på samme tekniske niveau som en arkitekt, kan inddrage energimæssige forhold ved vinduesdisponeringer. 1.2 Begrundelse for emnevalg og faglige formål Jeg har valgt at undersøge hvordan arkitekter inddrager energimæssige overvejelser ved disponering og orientering af vinduesarealer i beboelsesbygninger, dels fordi der i fremtiden stilles højere krav til de energimæssige egenskaber for beboelsesbygninger. Og dels for at kortlægge hvilke værktøjer der er tilgængelige for arkitekter når vinduesarealerne skal disponeres energimæssigt optimalt. Findes der programmer/værktøjer der kan udnyttes til disponeringen?, og kan disse programmer bruges af arkitekter og ansatte hos en arkitektvirksomhed? Vil de programmer/værktøjer gøre den samlede projektering af bygningen lettere, ved at indtænke de energimæssige overvejelser allerede i skitseringen? Disse spørgsmål er blot noget af det jeg i denne rapport ønsker at analysere. Det er ikke alene arkitektens ansvar at disponering af vinduer løses energimæssigt korrekt, og det vil formodentligt aldrig blive det, men at indarbejde de energimæssige foranstaltninger i en tidlig skitseringsfase vil lempe den senere projektering. De detaljerede energimæssige forhold vil til stadighed kræve beregninger fra branchens teknikkere, men en mulighed for tidligt at belyse kritiske områder som overtemperaturer eller manglende energitilskud fra vinduerne, vil være til gunst for det senere projekteringsarbejde. 1.3 Problemformuleringens spørgsmål Hvordan kan arkitekter inddrage energimæssige overvejelser ved disponering af vinduesarealer og orienteringer i beboelsesbygninger? o Findes der værktøjer der i en tidlig designfase kan belyse de energimæssige forhold ved vindues disponering? o Fungerer disse værktøjer efter hensigten, og hvordan afspejles disse resultater i en energirammeberegning? o Kan mulighederne for analyse i den tidlige designfase forbedres? 1.4 Afgrænsning Denne rapport vil ikke omhandle programmer/værktøjer til disponering af vinduer, som vil kræve et højere teknisk niveau end der må forventes af en ansat i en arkitektvirksomhed. Da jeg her vil prøve at belyse de energimæssige overvejelser, set fra skrivebordet i en arkitektvirksomhed. Side 5 af 37

6 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer I opgaven vil jeg ligeledes ikke komme ind på andre alternativer, der energimæssigt og økonomisk kan modregne et energimæssigt dårligt orienteret vinduesareal. Da jeg alene fokuserer på vinduets rolle i en given bygnings energibalance. I min opgave vil jeg, for at kunne afgrænse et arbejdsområde, beskæftige mig med de typiske ydelser i forbindelse med projekteringen af små boligbyggerier, det kunne være mindre lejlighedsbyggerier og enfamiliehuse. Opgaven er bygget op omkring de ydelser der er naturligt forekommende når en bygherre henvender sig til et arkitektfirma, og ønsker at få projekteret et enfamiliehus på en given med grund. 1.5 Valg af teoretisk grundlag og kilder Rapporten er opbygget på baggrund af beregninger, foretaget ud fra SBI Anvisning 213, Bygningers energibehov: Be10 beregningsprogrammet. Rapporten sammenholder resultater fra beregningsprogrammet Be10, med beregningsmetoder baseret på Kompendium 5 og 7 fra Viden Om Vinduer, DTU Byg. 1.6 Valg af metode og empiri Rapporten baseres på afprøvning af allerede kendte analyseværktøjer og programmer. Der indsamles kvalitative data ved at sammenholde resultatet af disse analyser med beregningsprogrammet Be10. På baggrund af mangler i disse data udvikles et nyt program, VIN Ark. 1.7 Rapportens struktur og argumentation Rapporten er opbygget med en 3 delt struktur. Første del er et indledende afsnit indeholdende de emner der ønskes undersøgt. Anden del er hovedafsnittet i rapporten, der indeholder analyse af de foretagne beregninger, samt vurdering af disse beregninger. I tredje og sidste del konkluderes indledningsafsnittets spørgsmål på baggrund af hovedafsnittet. Side 6 af 37

7 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer 2 Arkitektens rolle 2.1 Arkitektens rolle I det følgende vil jeg belyse arkitektens arbejdsområder og rutiner i forbindelse med disponeringen af vinduesarealer. Jeg vil komme ind på hvilke opgaver, i forbindelse med disponeringen som typisk vil ligge hos arkitekten, og hvilke faktorer vedrørende vinduer en arkitekt har mulighed for at tage stilling til i opgaverne. Jeg vil ikke berøre vinduers energitekniske forhold da det ligger udenfor en arkitekts formåen, og ligeledes fordi det til stadighed vil være en del af en given teknisk bistand for det enkelte byggeri. Når arkitekten kontaktes af kunden(bygherre) vil et samspil mellem kundens ønsker, og arkitektens viden og erfaring på området, danne grundlag for udformningen af en bygning, fra skitse til opførsel. Arkitekten har gennem hele projekteringsforløbet ansvaret for at boligen udformes med højst mulig kvalitet, men hvordan defineres kvaliteten? Nogen vil definere det som materialevalget andre eventuelt som disponeringen af rum og lys, der findes ingen konkrete svar på kvaliteten af en bolig. Kvaliteten er relativ og fremstår som en individuel vurdering. Det er dog arkitektens opgave at orientere sig om bygherres vurdering af kvalitet. I min optik defineres kvaliteten af boligen på forskellige tidspunkter i projekteringen. De store kvalitetsmæssige forhold som f.eks. udformning og placering af rum fastlægges i starten af projekteringen, mens de mindre kvalitetsmæssige forhold som f.eks. inventar og overflader afklares senere i forløbet. Det er derfor af høj prioritet, at der disponeres korrekt og energimæssigt fornuftigt, når der disponeres med vinduesarealer i den tidlige designfase, da det er her grundlaget for lysindfaldet i boligen fastlægges. Revidering af vinduesarealer og orientering i en sen projekteringsfase (pga. energimæssige problemer), vil ydermere stille arkitekten i et dårligt lys overfor bygherre. Da bygherre ved at hyre en professionel forventer et kvalitativt resultat der tager højde for alle forhold fra start til slut. 2.2 At disponere kvaliteter omkring vinduer I det følgende vil jeg belyse hvilke forhold der gør sig gældende ved disponering af kvaliteter omkring vinduer. Der er mange faktorer der spiller ind når der snakkes om kvalitet af boliger, disse faktorer kan være: Funktioner og placering af rum, æstetik udvendig og indvendig, placering af vinduer og hvorledes lyset ledes ind i boligen. Kvaliteten omkring vinduer i beboelsesbygninger er evnen til at skabe forbindelse mellem verden udenfor og livet inde i boligen. Hullet som skabes i form af et vindue, skal også kunne bringe lys ind i boligen, samtidig med at det skal sætte beboeren i forbindelse med verden udenfor boligen. En erfaring der er gjort af mange, der er konkluderet følgende i forbindelse med forsøgshuset "Bolig for livet": Side 7 af 37

8 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer Familien nyder det store vinduesareal, der giver dem kontakt til omgivelserne, udsigt og ikke mindst masser af dagslys. Familien oplever, at de bruger mindre lys i Bolig for livet end i deres gamle 70 er hus. Det der kendetegner huset, det er der det store lysindfald, og det vil jeg altså ha! siger Sophie Simonsen. ( Boliger for livet er et forsøgsbyggeri på et højt energimæssigt plan, hvor beboerne skal vænne sig til energirigtig adfærd. Men huset og dets store vindues arealer og tekniske installationer skal også vænne sig til beboerne. Når der disponeres vinduer til et enfamiliehus skal arkitekten forsøge at inddele rummene og funktionerne i boligen, så resultatet bliver så optimalt som muligt. Dermed menes at lyset fordeles rundt i bygningen, iht. solens placering på forskellige tidspunkter af dagen. Et eksempel er et soveværelse der som oftest, såfremt forholdende tillader det, orienteres mod øst. Dette gør, at det rum der anvendes som det første på dagen, er det første rum der modtager dagslys. Og på den måde får beboerne glæde af daglyset mest muligt. Det er ikke kun i soveværelset at vi som personer kan have glæde af dagslys, det være sig over hele boligen. Det største behov for dagslys findes i opholdsrum og rum der er at siddestille med dette, her vil manglen på dagslys, afføde en dårligere kvalitet af boligen. Med dagslys menes der her hvordan rummet tilføres lys fra solen, både som direkte sollys men også som diffust lys. "Tilstrækkeligt dagslysindfald i boligen er på et rent funktionelt plan en basal forudsætning for kvalitet af boligen, og der skal enorme mængder kunstlys til for at ækvivalere dagslysets styrke" (SBi 2005:15, s. 130) 2.3 Energimæssig disponering af vinduer frem til nu I det følgende vil jeg kortlægge hvorledes arkitektvirksomheder i dag indtænker energimæssige overvejelser i projekteringen, og hvilke forhold i dette arbejde der kan forbedres med de muligheder der er i dag. I en given projekterings situation kan der være mange forskellige meninger og ideologier om, hvorvidt det er en arkitekt der skal indtænke energimæssige forhold, eller om det er en opgave for en tilknyttet teknikker. Jeg vil her tage udgangspunkt i en situation, hvor arkitekten kun stiller krav til vinduets varmetabsmæssige egenskaber. Hidtil har arkitekten typisk kunnet nøjes med, at opgive en u værdi på vinduet, for at en teknikker senere i forløbet kan regne ud fra den i en energirammeberegning. Men ved store eksponerede vindues arealer mod syd kan det få store konsekvenser. Der er i høj grad over den sidste årrække blevet opført mange byggerier med et stadigt stigende vinduesareal orienteret mod syd, hvilket har resulteret i mange byggerier der er plaget af overophedning og problemer med kontrol af varmeinstallationer, som en følge heraf. Dette er et problem med meget Side 8 af 37

9 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer fokus på, samtidig er det en problemstilling der også skal indtænkes i fremtiden, da små fejl i de energimæssige disponeringer vil give forholdsmæssige store udsving i energibehovet. I fremtiden vil byggeri efter 2015 og 2020 stille krav til en energimæssig korrekt tilgang til projekteringen, og der skal med større tydelighed lægges vægt på de energimæssige forhold (SBi 2006). På nuværende tidspunkt er der mulighed for at opføre huse efter 2015 og Erfaringerne herfra skal være med til at afhjælpe den proces det er, at indordne sig under et nyt reglement med strengere krav. Over de seneste tre år er der opført omkring 250 huse 1, der som minimum lever op til de energikrav, der bliver standard i Lektor Tine Steen Larsen fra Strategisk Forskningscenter for Energineutralt Byggeri ved Aalborg Universitet, har undersøgt energiforbrug og indeklima i otte af disse passivhuse. Nogle af husene fungerer rigtig godt, men andre har haft problemer med indetemperaturer på over 30 grader. Denne betragtning kommenterer Tine Steen Larsen med følgende: Der er en del banale fejl i husene, som arkitekter og ingeniører ikke har tænkt over. Men faktum er, at de bliver begået igen og igen, så det er på tide, at de kommer frem i lyset, (Ingeniøren, ) 2.4 Hvad bringer fremtiden Allerede i energirammen for 2010 er der stillet endnu højere krav til at varmetabet fra ny opførte boliger skal sænkes, og i 2015 og 2020 vil der ske yderligere stramninger. Det er stramninger der stiller krav til et endnu lavere varmetab fra bygningskomponenterne, sammenstillet med et krav om lavere energiforbrug til at opvarme bygningerne. Begge dele vil i høj grad have indflydelse på, hvordan vi skal disponere vores vinduesarealer. For tager vi ikke højde for varmetabet og energitilskuddet, vil det eksempelvis medføre yderligere investering i teknisk udstyr, som f.eks. solvarme og ventilationsanlæg, for at opretholde energibalancen. Samtidig bør vi benytte os af den gratis varme vi kan hive direkte ind gennem vinduerne, for ikke at få et højere energiforbrug til opvarmning af bygningen. Disse eksempler viser en nødvendighed i at fokusere på de energimæssige overvejelser ved vinduer. Men under hele processen skal vi samtidig holde et skarpt øje med overophedning. Overophedningen vil kunne fremkomme, ved at varmen akkumuleres i rummet og de omliggende konstruktioner. Og fordi kravene i 2010, 2015 og 2020 kræver mindre varmetab vil overophedning af rummet tage længere tid om at foretage sig, set i forhold til tidligere. Disse er alle faktorer der kommer til at være medspillere, når der i fremtiden skal tænkes på disponering af vinduesarealer, derfor er det en nødvendighed, at belyse de energimæssige forhold, der er omkring vinduer allerede i skitseringen. Ikke at alle de energitekniske løsninger kan afklares her, men der kunne eventuel være mulighed for, at opdage de risici der måtte være rent energimæssigt. På den måde kan der igangsættes en dialog med byggeriets teknikkere endnu tidligere i projekteringsfasen end der gøres i dag. 1 Ingeniøren, Side 9 af 37

10 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer 2.5 Delkonklusion Arkitekter tegner og disponerer en bygning, herefter tager teknikkerne over og beregner således på de valg arkitekterne har taget. Beregninger af den type vil jeg kalde, at forsvare arkitektens valg, men er det de rigtige valg der er truffet. Arkitekterne skal, for at leve op til de høje krav i fremtiden, være bedre til at indtænke de energimæssige forhold der gør sig gældende ved energirigtig disponering af vinduer. Dermed ikke sagt at der skal lempes på de arkitektoniske kvaliteter af bygningerne, men at der flyttes en del af fokus over på konsekvenserne af netop de kvaliteter. For at håndtere de strengere krav i fremtiden, er kommunikationen mellem byggeriets partere på det energimæssige område, nødt til at blive bedre. Der skal allerede i den tidlige designfase udføres analyser omkring vinduesarealerne indvirkning på bygningens energibalance. Dels for at nedsætte energibehovet, men også for at indtænke overtemperaturerne i bygningens udformning, da fremtidens energikrav øger risikoen for overtemperaturer ved fejldisponeringer. Side 10 af 37

11 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer 3 Værktøjer 3.1 Værktøjer til energirigtig disponering af vinduer I det følgende vil jeg belyse hvilke værktøjer der er til rådighed ved analyser af energimæssige forhold ved vinduesdisponering. Jeg vil komme ind på de værktøjer der vil kunne agere på et niveau, svarende til den tidlige design fase for et byggeri. Således afgrænses området for programmer til et niveau der svarer til en arkitekts tekniske formåen. 3.2 OptiBuild Programmet OptiBuild er et program der er udviklet af Cenergia Energy Consultants i 2001, som et projekteringsværktøj for nybyggerier og renoveringer. Programmet ligger til fri download på Cenergia Energy Consultans hjemmeside 2. Programmet er opbygget omkring analyser af økonomiske forhold ved energibesparende foranstaltninger i en given bygning. Programmet er simpelt opbygget og resultatet er en grafisk opstilling af de konkrete besparelsesmuligheder. En stor del af programmet omhandler tekniske installationer og deres energiøkonomiske aspekter, hvilket jeg ikke vil komme ind på i denne opgave Anvendelse Programmet er inddelt med en meget overskuelig brugerflade, samt forholdsvis få indtastningsmuligheder. Et programlayout der i høj grad egner sig til brugen i den tidlige designfase, hvor der stadig er mange uafklarede valg. Dog må det efter afprøvning konkluderes, at analysemulighederne omkring vinduer er meget sparsomme. Hvorvidt optimering via OptiBuilds resultater er energimæssigt fornuftigt, vil en senere beregning vise. Under analysering med programmet optegnes en meget grov skitse af bygningens geometri, efter optegning er der mulighed for manuelt at tilrette bygningens længde og bredde. Herefter er næste punkt, at bladre gennem de 4 facader og tildele dem hver en procentsats iht. fordelingen af vinduer mod netop den orientering. Dette er en yderst simpel og overskuelig måde at indtaste tingene på, som giver brugeren en mulighed for hurtigt, at ændre i arealerne om nødvendigt. Herefter angives nogle forudsætninger for installationerne i bygningen, eller rettere de installationer som ønskes analyseret. Efter installationerne er næste punkt, at angive hvor bygningen er lokaliseret, samt at angive en U værdi på vægkonstruktionen og en U værdi på vinduerne. Når disse relativt få punkter er indtastet i programmet, er man klar til at gå videre til kernedelen i programmet, de økonomiske forhold ved energibesparende tiltag. Her er der mulighed for at indtaste forudsætninger for indkøb og drift manuelt, hvilket muliggør en evt. projekt specifik analyse. 2 Side 11 af 37

12 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer Efter indtastning af forudsætninger genereres nogle let overskuelige diagrammer hvor investeringen fremgår, samt besparelsen ved at foretage energibesparende foranstaltninger. Programmets output indeholder oplysninger om investering, levetid og tilbagebetalingstid. Men da grundlaget for det energimæssige ved vinduer er meget begrænset, stiller jeg mig tvivlende overfor om programmet i det hele taget kan anvendes ved byggeri efter kravene i 2010, 2015 og Programmet giver dog et godt indblik i det økonomiske aspekt ved energibesparende foranstaltninger, og man danner sig hurtigt et overblik over de potentiel bedste investeringer for byggeriet. 3.3 BYG SOL Programmet BYG SOL er et værktøj der ligesom OptiBuild, er udviklet af Cenergia Energy Consultants som et projekteringsværktøj til nybyggeri og renovering. Programmet er fra 2009, og ligger ligeledes til download på Cenergia Energy Consultans hjemmeside 3. Programmet er udformet som et regneark hvor brugeren har mulighed for, at indtaste forskellige forudsætninger for en given bygningsform der ønskes analyseret. Programmet analyserer overordnet på tekniske installationer og andre energimæssige foranstaltninger som f.eks. merisolering og ventilationssystemer, dog koncentreret om solenergianlæg som solvarme og solceller. Programmet berører også enkelte forhold omkring energimæssige overvejelser omkring vinduer, men dette er ikke den primære funktion i programmet. Jeg vil her ikke komme ind på analyserne omkring solenergi anlæg og øvrige tekniske installationer, i stedet fokusere på de energimæssige analyser omkring vinduer som programmet rummer Anvendelse Regnearket er udformet i Microsoft Excel og er meget overskueligt, regnearket er ikke låst for redigering og muliggør derved en personalisering af outputtet fra programmet. Regnearket er delt op i 5 ark samt en tilhørende vejledning. De 5 ark er: Reference Optimering Økonomi Resultat Byg.data Reference Under reference indtastes forudsætningerne for den bygning der ønskes analyseret, der kan bl.a. angives etageareal, bygningsform, installationsprincipper, etc. 3 Side 12 af 37

13 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer Her kan også indtastes orienteringer af bygningens vinduesarealer. Orienteringerne indtastes i procentsatser, og ændres disse kommer resultatet straks til syne i en graf på samme ark. Denne funktion giver indirekte brugeren mulighed for at lege med en evt. omdisponering af vinduesarealerne, for at belyse de energimæssige forhold ved orienteringerne. Der kan dog desværre ikke differencers mellem vinduesvalget på de respektive facader, og derved opnås der ikke en så specifik energimæssig analyse iht. orientering som man kunne ønske sig. Optimering Under optimering er det muligt at indtaste forudsætninger for energimæssige forbedringer af bygningen, forbedringerne sammenholdes under indtastningen med de oplysninger, som er tildelt referencebygningen. Der er mulighed for at angive flere typer af foruddefinerede forbedringer, derved opnår man via programmet hurtigt et overblik over de bedste energibesparende tiltag, såvel økonomisk som energimæssigt. Den økonomiske side af analysen klares løbende med de trufne valg i en spalte til højre, her belyses anlægsomkostningerne af de givne forbedringer. Under optimering fremgår overtemperaturer både i referencebygningen og i den optimerede bygning. Dette giver mulighed for at se hvilken indflydelse de valgte forbedringer har på eventuelle overtemperaturer. Ydermere er der under optimering mulighed for at angive et beløb til honorar eller tilskud til en given investering. Økonomi Under økonomi indtastes forudsætningerne for investeringen, her kan angives faktorer for prisstigninger på energipriser, hvilket giver en god mulighed for et realistisk skøn på en anlægssum. Ydermere er der under økonomi mulighed for at tilpasse renter og skatter i investeringsøjemed. Resultat Arket Resultat er produktet af analysen, her fremgår indflydelsen af de valgte tiltag, både økonomisk og energimæssigt. Arket er udformet som to koloner, en for reference bygningen samt en for den optimerede, og her kan brugeren hurtigt se effekten af forbedringerne. Resultatet kan aflæses i kwh/m² pr. år, og er et udtryk for et estimeret energibehov for bygningen, samt andelen af energibehovet der dækker overtemperaturer. Byg.data Byg.data er hjertet i programmet, her er alt data indført der danner grundlag for programmets bagvedliggende beregninger. Her har brugeren mulighed for at granske i de foruddefinerede beregningsforudsætninger, og eventuelt justere i disse, hvis det kan komme en given analyse til gunst. Ved alle valg under arkene Reference og Optimering er der mulighed for at vælge brugerdefineret. Brugerdefineret giver således mulighed for selv at Side 13 af 37

14 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer indsætte forudsætningerne for de valgte ting, derved kan der indarbejdes et specifikt produkt for analysen, under de forudsætninger programmet stiller for redigering. Stilles der skarpt på programmets muligheder for at analysere konkret på vinduesløsninger i en given bygning, har programmet langt hen af vejen de nødvendige foranstaltninger. Dog kunne det være ønskeligt at kunne analysere på mere end et manuelt indtastet vindue af gangen, og i højere grad at arbejde med en eventuel differentiering af vinduesvalget på de enkelte facader. Men programmets tilgang til analyser og niveauet på det nødvendige informationsniveau er i min optik helt optimalt, for alle byggeriets partere i den tidlige designfase. 3.4 E ref Formlen I Bygningsreglementet for 2010 er der kommet krav til vinduers energibalance, både ved renovering og nybyggeri. I den forbindelse har SBi 4 udviklet en formel der skal danne grundlag for et vindues energiperformance. Formlen stiller krav om, at et givent vinduessystem skal overholde en E ref værdi på over 33 kwh/m² pr. år. E ref værdien er et udtryk for et givent vinduessystems evne til at tilføre det bagvedliggende rum energi, sammenholdt med dets varmetabsmæssige egenskaber. Udregningen for det pågældende vinduessystem er beregnet ud fra et standard vindue, uden sprosser og andre modifikationer. Standard vinduet defineres som et et fløjs vindue med oplukkelig felt på 1230 x 1480mm. Men dette begrænser ikke udformningen af vinduerne, eller tilføjelsen af modifikation som: sprosser, friskluftsventiler eller lydruder, da kravet er udregnet fra et vindue i det fælles referencemål. E ref er i bund og grund et udtryk for hvordan et vindue performer rent energimæssigt, og er således et produkt af de to faktorer: hvor meget varme lukker vinduet ind, og hvor meget lukker det ud. Faktorerne er baseret på fyringssæsonen, der går fra 24. september til 13. maj. Ud fra formlen kan man se om vinduet, samlet set over en fyringssæsonen, bidrager til bygningens opvarmning eller om der er et varmetab. Er resultatet negativt er der et samlet varmetab, hvorimod hvis den er positiv vil vinduets energitilskud overstige dets varmetab. Formlen E ref For facadevinduer beregner vinduesproducenten energitilskuddet som 5 : E ref = ((I x g w ) (G x U w )) = ((196,4 x g w ) (90,36 x U w )) I: Solindfald korrigeret for g værdiens afhængighed af indfaldsvinklen. 4 Statens Byggeforskningsinstitut 5 BR 10, bilag 6 (7.4.2) Side 14 af 37

15 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer g w : Total solenergitransmittans for vinduet. G: Gradtimer i fyringssæsonen baseret på en inde temperatur på 20 C. U w : Grundlaget for formlen Varmetransmissionskoefficient for vinduet. I: Solindfaldet gennem vinduer afhænger af vinduernes orientering. For at opnå et fælles grundlag er referencehuset inddelt med følgende orienteringer: Nord 26 % Syd 41 % Øst/vest 33 % Denne fordeling giver et korrigeret solindfald på 196,4. g w Den totale solenergitransmittans også kaldet rudens g værdi, betegnes med et "g" og er et udtryk for hvor meget af den energi der tilføres rudens yderside ved solstråling, der videreføres til det bagvedliggende rum. Et vindues samlede gw værdi afhænger i høj grad af rudens g værdi, men tildels også af absorptionen af solstråling i ramme/karmkonstruktionen. g w værdien er således et udtryk for den direkte transmitterede solstråling gennem vinduets glasareal, samt den del af solstrålingen som glasset og ramme /karm konstruktionen absorberer, der tilsammen tilføres det bagvedliggende rum. G: Gradtimer i fyringssæsonen sættes i Danmark til 90,36 ud fra DRY 6 U w Vinduers isolerende evne beskrives med varmetransmissionskoefficienten, der kaldes U værdien. U værdien for vinduer betegnes med symbolet U w og findes på baggrund af U værdien for ramme/karm konstruktionen og ruden, samt den lineære transmissionskoefficient. Den lineære transmissionskoefficient betegnes med symbolet ψ g, denne angiver det ekstra varmetab, der er i kuldebroen mellem samlingen af rude og karm, på baggrund af rudens kantkonstruktion Anvendelse Anvendelsen af E ref værdien skiller sig ud fra de to andre, da der her er tale om et regnestykke frem for et decideret program. Som projekterende har man med E ref værdien kun indsigt i produktet af vinduets energimæssige egenskaber. En analyse af 6 Danish Reference Year Side 15 af 37

16 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer vinduesdisponeringen ved ensidig fokusering på E ref værdien vil medføre en ikke individuel stillingtagen til de energimæssige faktorer. Producenterne bruger E ref værdien til at bestemme energibalancen for et givent vinduessystem, de opgiver E ref værdien på vinduet, hvis den er produceret i det nationale reference mål (1230 x 1480mm). Alle vinduesproducenter og deres vinduestyper, der ønskes solgt på det danske marked, skal således have udregnet en unik E ref værdi for netop det system, og på baggrund af denne kan de projekterende således vælge mellem forskellige producenter og deres typer af vinduer. Udvælgelsen minder her om den vi kender tidligere fra vindues disponering ud fra U værdi, dog er det her vinduets energibalance der er i fokus, ikke blot U værdien. Producenterne har på den måde mulighed for at spille på flere heste i forbindelse med udvikling af nye typer af vinduer. De kan altså lægge vægt på hvor meget energi et vindue kan tilføre en bygning, sammenholdt med varmetabet, frem for tidligere hvor det alene var varmetabet der var udslagsgivende. Ved analyse med E ref værdien får man dog ikke belyst energitilskuddet iht. orienteringerne, da det er faktorerne bag E ref værdien der er energimæssigt udslagsgivende. Vælges den bedste E ref værdi er det højst usandsynligt, at det er den optimale løsning til alle orienteringer, og muligheden for at differentiere valget iht. orientering, kan kun gøres ved kendskab til de bagvedliggende faktorer. E ref værdien giver ydermere ikke muligheder for at belyse eventuelle overtemperaturer, og tages faktorerne bag E ref værdien ikke i betragtning ved disponering, kan det endda have en negativ effekt i form af overophedning. 3.5 Delkonklusion Programmer til analyse af de energimæssige forhold der gør sig gældende ved vindues disponeringer findes, og de berører på deres respektive niveau disse forhold. Listen af programmer er lang men de egnede for arkitekter og ansatte på en arkitekt tegnestue, kan koges ned til de ovennævnte 3 programmer/værktøjer. Disse kan alle danne grundlag for en analyse hver på sin måde. Dog er det en generel betragtning, at alle programmer mangler en mulighed for at differentiere forskellige typer på de forskellige facader. OptiBuild virker ved første gennemgang som et ældre værktøj, der alene kan fokusere på U værdien, og er et værktøj til økonomisk analyse. Dog har programmet muligheden for at fordele vinduesarealet via procentsatser på de forskellige facader, hvilket giver brugeren muligheden for leje med en evt. omdisponering. BYG SOL er et godt udgangspunkt for analyser omkring vinduer, og produktet der opnås med programmet er af relativ høj kvalitet sammenlignet med det lave nødvendige informationsniveau. Programmet er udformet med en simpel og overskuelig brugerflade, der hurtigt leder brugeren igennem analysen. Dog savnes muligheden for at analysere på Side 16 af 37

17 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer forskellige vindues typer ved de forskellige orienteringer, eller blot muligheden for at analysere på flere typer af vinduer. Generelt arbejder programmet på et relativt acceptabelt niveau for arkitekter og deres formåen. E ref skiller sig ud fra brugen af de to andre ved at dette mere er et værktøj, eller en rettesnor, for det rigtige valg af vinduer, frem for et decideret program. E ref værdien alene er et meget analogt analysegrundlag, dog vil det oftest give et positivt resultat at disponere ud fra denne værdi. Holdes der ikke sideløbende fokus på faktorerne bag analysen, kan det resultere i fejldisponeringer og overtemperaturer. En generel betragtning af de programmer og værktøjer der er på markedet i dag er, at de behandler de energimæssige forhold på et fornuftigt niveau. Dog skal resultatet af de nævnte programmer og værktøjer vurderes ved beregning, disse beregninger vil fremgå af det efterfølgende afsnit. Side 17 af 37

18 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer 4 Værktøjets brug I det følgende vil jeg belyse brugen af de førnævnte værktøjer ved analysen af de energimæssige forhold omkring vinduer i en given bygning. Til dette har arkitektfirmaet Kristian H. Nielsen i Herning, udlånt mig tegningsmateriale på et enfamiliehus, beliggende ved Ikast i midtjylland. Tegninger af bygningen fremgår af bilag 1. Ved modtagelse af projektmaterialet, d er status på projektet, at det ligger til forhåndsgodkendelse hos myndighederne, og detaljeringsgraden af konstruktionerne er meget lav. Projektstadiet er et godt udgangspunkt for overvejelser omkring de energimæssige løsninger af vinduerne, samt et godt tidspunkt, at få belyst risikoen for eventuelle overtemperatur i bygningen. 4.1 Beregnings forudsætninger For at skabe et fælles sammenligningsgrundlag ved brugen af de forskellige programmer og værktøjer, er der foretaget en beregning af bygningens energiramme. Beregningen er foretaget i Be10, hvor bygningens arealer og dennes varmetab er indlagt. Der er ikke gjort overvejelser i forbindelse med de tekniske installationers indvirkning på energibehovet eller overtemperaturer, og disse forudsætninger forekommer uændret gennem alle beregninger. Denne beregning skal ses som en ufærdig beregning, og er alene udført som referencegrundlag for brugen af de førnævnte værktøjer. Der er under beregning ikke foretaget detaljerede udregninger på bygningens tekniske installationer eller varmetabsmæssige egenskaber. Disse er i stedet baseret på tabelopslag iht. Håndbog for Energikonsulenter 2008 (Energistyrelsen, 2009). På baggrund af disse ender energibehovet for referenceberegningen i Be10 på 65,1 kwh/m² pr. år, hvoraf de 4,24 kwh/m² pr. år udgør bidraget til overtemperaturer 7. Vinduesvalget til referenceberegningen er baseret på bygningsreglementets minimumskrav til U værdi på 1,4 W/m²K og en g værdi på 0,63. Beskrivelse af byggeri Referencehuset er et enfamiliehus med indbygget garage, huset er opført i en kubistisk byggestil og har et samlet bruttoareal på 345 m², inkl. kælder og garage. Huset er projekteret beliggende på Remmebakken i Ikast. Grunden er kendetegnet ved at være en meget skrånende grund, der giver muligheden for en stor horisontal udsigt over et lavtliggende engareal. Denne udsigt ønskes udnyttet med et store glasarealer. Huset er som udgangspunkt orienteret mod nord/øst, de interne rum orienteret i denne retning er: spisestue, alrum, badeværelse samt tre værelser. Huset opføres som fuldmuret med flad tagdækning, vinduer udføres som træ alupartier med partielt blændede felter. Der er projekteret med et vinduesareal på 125m², som resulterer i en vinduesprocent på 36,1 %, der er fordelt således: 7 Se bilag 2 for resultatrapport fra Be10 Side 18 af 37

19 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer Nord: 35,8 % Syd: 26,4 % Øst: 17,8 % Vest: 20,0 % 4.2 Optimering med OptiBuild Fremgangsmåde Som udgangspunkt indtegnes bygningskroppen i grundplan, dog er der her kun mulighed for at lave en rektangulær bygningsform, hvilket begrænser mulighederne for at lave en præcis og specifik beregning. Efter det angives vinduesarealerne for hver af de fire facader, det angives ved at skyde en markør til den ønskede procentsats. Herefter indtastes typen af byggeri der egner sig bedst til beregningen, hvorefter U værdier for vægge og vinduer indsættes. Dette er reelt den eneste mulighed der er for at korrigere de energimæssige forhold omkring vinduerne i programmet. Herefter genereres der diagrammer med de forskellige energibesparende tiltag, hvor der kan aflæses de forskellige forhold ved vinduerne Resultat Efter brugen af OptiBuild, kan referenceberegningen i Be10 revideres, med de forbedrede forhold som OptiBuild har kunnet belyse. Disse forhold begrænser sig til at U værdi kravet på vinduerne kan skærpes som det eneste. Denne skærpning vil komme til udtryk i beregningen ved, at det samlede varmetab fra bygningens klimaskærm nu er reduceret. Ved hjælp af OptiBuild kan vi nedsætte vinduets U værdi til 0,1 W/m²K, men et realistisk skøn på 1,1 W/m²K som samlet varmetab for vinduet vil danne et fornuftigt udgangspunkt. Der tages udgangspunkt i et vindue med 2 lags glas. Det samlede energibehov for bygningen er nu 55,6 kwh/m² pr. år, og overtemperaturen er 4,91 kwh/m² pr. år 8. Resultatet viser at man med OptiBuild kun har mulighed for at forbedre bygningens varmetab via OptiBuild, det tager ikke højde for den tilførte energi. Og her fremkommer konsekvenserne ved ensidig fokusering på U værdien, overtemperaturerne i bygningens rum stiger, og dermed også energibehovet til at nedkøle rummet igen. 4.3 Optimering med Byg Sol Fremgangsmåde I BYG SOL indtastes der under arket Reference de oplysninger som programmet kan håndtere, dette er b.la.: bruttoareal, vinduesareal, bygnings tekniske installationer samt konstruktionsopbygning. Resultatet af referenceindtastningen er en bygning med et 8 Se bilag 3 for resultatrapport fra Be10 Side 19 af 37

20 Michael Krabsmark Kamp Jensen Energirigtigt valg af vinduer energibehov på 89,1 kwh/m² pr. år, og et forbrug til overtemperaturer på 13,5 kwh/m² pr. år, iht. BYG SOLs beregninger. Under arket Optimering skal de energimæssigt forbedrende forhold indtastes. For vinduer er der en række foruddefinerede vinduer at vælge imellem. Vinduerne og deres forudsætninger er oplistet her: U værdi: g værdi: 1 lags klart glas 5,8 W/m²K 0,85 2 lags klart glas 2,9 W/m²K 0,75 2 lags energirude BR08 1,5 W/m²K 0,63 2 lags energirude m. gas 1,2 W/m²K 0,63 3 lags energi rude 1,0 W/m²K 0,53 Solafskærmende glas 1,2 W/m²K 0,30 Energibehovet ved valg af de enkelte løsninger som BYG SOL fordeler det kan ses herunder: Energibehov: i kwh/m² pr. år Energibehov til overtemperaturer: i kwh/m² pr. år 1 lags klart glas 243,6 12,5 2 lags klart glas 133,5 14,2 2 lags energirude BR08 86,0 13,5 2 lags energirude m. gas 76,7 15,1 3 lags energi rude 69,3 10,3 Solafskærmende glas 80,5 1,1 Ud fra dette ses det at løsningen med 3 lags energiglas er den energimæssigt mest optimale løsning, da energibehovet lander på 69,3 kwh/m² pr. år. Men ud af de 69,3 kwh/m² pr. år er de 10,3 kwh/m² pr. år, alene et energiforbrug til dækning af overtemperaturer i bygningen. Ses der på det Solafskærmende glas nedbringes referencebygningens energibehov til overtemperaturer fra en andel på 15,2 % af det samlede behov til 1,3 %. Ved valget af 3 lags energi rude, vil procentdelen være 14,8 %, og dermed relativt uændret fra referencebygningen. Hvis man derimod i et tænkt eksempel forestiller sig en bygning der overvejende er orienteret mod syd, ville denne procentsats for 3 lags energi rude være meget højere. Her ville det solafskærmende glas eventuelt være det bedste valg Resultat For at etablere et muligt sammenligningsgrundlag mellem de forskellige værktøjer vælges at analysere videre med det bedste vindue med 2 lags glas i BYG SOL. Side 20 af 37