Energi +Hus P1 Projekt Gruppe D315 Byggeri & Anlæg Aalborg Universitet Den. 19. december 2012

Transkript

1 Energi +Hus P1 Projekt Gruppe D315 Byggeri & Anlæg Aalborg Universitet Den. 19. december 2012

2

3 Studenterrapport Første Studieår v/ Det Teknisk- Naturvidenskabelige Fakultet Byggeri og Anlæg Strandvejen Aalborg Titel: Energi +Hus Projekt: P1-projekt Projektperiode: Oktober December 2012 Projektgruppe: D315 Deltagere: Morten B. Jakobsen Mette Larsen Jesper Lauridsen Jakob Kondrup Sørensen Karl Kristian Almerstrøm Vinojan Vethanayagam Mikkel Færgemand Hansen Vejledere: Jesper Nørgaard Synopsis: Dette P1-projekt omhandler moderne beboelsesejendomme i form af energi +Huse. Rapporten er overordnet delt op i to dele, hvor den første del er et litteraturstudie, som har til formål at redegøre og analysere for de teoretiske aspekter, der ligger til grund for et +Hus. Materialevalgene er afgørende for det færdige resultat. Derfor vil materialernes egenskaber og funktioner fylde en stor del. Herunder vil der også indgå beregninger. Formålet med denne del er at finde de optimale materialevalg med henblik på at opføre +Huset. I den anden del, +Huset, videreføres resultaterne. Produktet er et energi +Hus, som er et hus, der producerer mere energi, end det bruger. Dette +Hus vil blive designet i henhold til Bygningsreglementet for 2010, samt retningslinjer for bygningsklasse 2015 samt Oplagstal: 10 Sidetal: 68 Bilag på CD: 17 Afsluttet Løbende igennem projektet vil teorien blive holdt op med virkelighedens faktorer, hvor især brugeradfærd spiller en væsentlig rolle. Rapportens indhold er frit tilgængeligt, men offentliggørelse (med kildeangivelse) må kun ske efter aftale med forfatterne.

4

5 Forord Denne rapport er udarbejdet af en gruppe studerende på 1. semester på Byggeri og Anlægsuddannelsen ved Aalborg Universitet. Model og Virkelighed er det overordnede tema for projektet, hvor valg af projekt er faldet på Plus/Minus-Energi-Byggeri - Hvor svært kan det være?. Forudsætningerne for at læse rapporten er et vist kendskab til BR10 samt den moderne byggesektor i al almindelighed. Der rettes stor tak til vejleder Jesper Nørgaard for inspirerende og givende vejledning samt konstruktiv kritik igennem hele forløbet. Læsevejledning Der vil igennem rapporten fremtræde kildehenvisninger, og disse er samlet i en kildeliste bagerst i rapporten. Der er i rapporten anvendt kildehenvisning efter Harvardmetoden, så i teksten refereres en kilde med [Efternavn, År]. Denne henvisning fører til kildelisten, hvor bøger er angivet med forfatter, titel, udgave og forlag, mens internetsider er angivet med forfatter, titel og dato. Figurer og tabeller er nummereret i henhold til kapitel, dvs. den første figur i kapitel 7 har nummer 7.1, den anden, nummer 7.2 osv. Forklarende tekst til figurer og tabeller findes under de givne figurer og tabeller. Løbende i rapporten benyttes begrebet +Hus. +Husets definition er identisk med energi +Husets, men er ofte brugt i rapporten, da det er et mere anvendt begreb. I rapporten bliver der afrundet decimaler med henblik på at skabe en mere læselig rapport. Alle decimaler er brugt i selve udregningerne. Morten B. Jakobsen Mette Larsen Jesper Lauridsen Jakob Kondrup Sørensen Karl Kristian Almerstrøm Vinojan Vethanayagam Mikkel Færgemand Hansen v

6

7 Indholdsfortegnelse Kapitel 1 Indledning 1 Kapitel 2 Problemformulering Problemformulering Problemafgrænsning Kapitel 3 National Politik 5 Kapitel 4 Typer af huse Lavenergihuse klasse Passivhuse Energineutrale huse Nul-energi huse Energi +Huse Kapitel 5 Casehus 11 Kapitel 6 Teknisk Transmissionstab Transmissionskoefficient Isolans Varmeledningsevne Linjetab Isolering Varmeledningsevne Transmissionskoefficient Vinduer Transmissionskoefficient Solenergitransmittans Energireference Solindfald Kapitel 7 Elementer på +Huset Terrændæk Sundollit gulvisolering Vægkonstruktion Rockwool Super A-Murbatts Loftkonstruktion Rockwool Flexibatts Vinduer Vinduer på huset vii

8 Gruppe D315 Indholdsfortegnelse 7.5 Linjetab Ventilationstab Energibehov Kapitel 8 Energikilder Solceller Lovgivningen på området Solceller på byggeriet Solfangere Opbygning Jordvarme Opbygning Jordvarme i Byggeriet Valg af varmekilde Dimensionering af jordvarmeanlæg Dimensionering af solfangeranlæg Det endelige valg Kapitel 9 Indeklima Termisk klima Termisk komfort PMV og PPD Atmosfærisk indeklima Kapitel 10 Brugeradfærd i boliger Brugernes energivariation Muligheder for energibesparelse Kapitel 11 +Huset Fra model til virkelighed Beregninger til Be Be10 til virkelighed Fra Casehus til +Hus Kapitel 12 Konklusion 61 Litteratur 65 viii

9 Indledning 1 Igennem de seneste år er der for alvor kommet fokus på den globale opvarmning og de konsekvenser, den menes at medfører. Konsekvenserne omfatter både mennesker, natur samt klimaet, og derfor bør verden tage stilling og agere. Én ting er, at konsekvenserne mærkes, én anden er, at mennesket sandsynligvis er en del af problemet igennem udledningen af drivhusgasserne. Klimaforandringerne har indflydelse på menneskets levemåde, hvor ekstreme vejrforhold og naturkatastrofer synes at blive mere hyppige og intense end tidligere. Hedebølger, tørke, orkaner og oversvømmelser er blot nogle af de vejrfænomener, som hvert år koster menneskeliv. På baggrund af ovenstående beskæftiger forskere sig hele verden over med problemerne og forsøger at klarlægge, hvad der ligger til grund for disse ekstreme vejrforhold. Hovedparten er enige om, at pilen helt eller delvist skal rettes mod os selv. Den menneskelige udledning af drivhusgasser ser ud til at være en betydende faktor i dette regnskab. Drivhusgasserne udledes blandt andet på grund af behovet for el- og varmeproduktion, transport, husholdning og lignende, som oftest er baseret på fossile brændsler [EEA, 2012]. På nuværende tidspunkt arbejdes der både internationalt og nationalt med at nedbringe energiforbruget og udledningen af drivhusgasser - emissionsreduktion. Kyoto-aftalen er anset som det første trin i retningen mod en nedtrapning af drivhusgasser. Herefter fulgte den Europæiske Klimakommission op på emissionsreduktionerne. Alt dette har ført til nationale programmer, som alle sigter mod at reducere emissionerne. I Danmark har regeringen en energipolitisk målsætning, hvor et af punkterne består i at nedbringe bruttoenergiforbruget med 12% inden 2020 [Energistyrelsen, 2012a]. I takt med den teknologiske udvikling og stigende velstand, stilles der større krav til energiforbruget. Dette afspejler sig blandt andet i byggesektoren, hvor nye metoder og materialer optimerer nutidens energieffektive bygninger. Det er også nødvendigt, hvis energiforbruget i byggesektoren skal reduceres, da dette tegner sig for omkring 40% af Danmarks samlede energiforbrug [Energistyrelsen, 2012b]. Energien i bygninger bruges til f.eks. lys, varme og ventilation. Derfor er bygninger ét af indsatsområderne. Her udgør beboelsesbygninger en stor andel af de samlede bygninger, og er det derfor det, der primært er fokus på. De skærpede krav til boligerne kommer til udtryk i bygningsreglementet, hvor husets tekniske egenskaber skal være i højsædet. Nye bygningers energiforbrug er derved reduceret i forhold til forbruget i ældre bygninger. Dog er bygningens energiforbrug under indflydelse af brugernes adfærd, og det kan derfor være svært at opnå den estimerede energireduktion. På baggrund af dette er de globale bekymringer taget ned på et konstruktivt, nationalt niveau. Formålet med dette projekt er derfor at undersøge, hvordan moderne 1

10 Gruppe D Indledning byggematerialer kan udnyttes optimalt. Dertil kommer eventuelle energiproducerende tiltag, som er med til at gøre huset til et +Hus. De optimale valg og løsninger integreres herefter i produktet, som er selve +Huset. I teorien kan dette konstrueres uden synderlige problemer, men problemerne opstår, når teorien skal implementeres i virkeligheden. Konflikten mellem hus og brugeradfærd har vist sig at være blandt de største problemstillinger de seneste år, og er af samme årsag en del af problemstillingen i dette projekt. 2

11 Problemformulering 2 I de seneste år er der blevet sat stort fokus på den globale klimasituation. Der bliver globalt og nationalt sat fokus på de mulige konsekvenser for klimaet, som opstår på baggrund af menneskets forbrug af CO 2. Denne påvirkning regnes for at bidrage til den globale opvarmning af jorden. Der er derfor indgået internationale aftaler om, at dette forbrug bør nedsættes for at undgå at påvirke naturens balance. Der er en international politisk målsætning om, at CO 2 -forbruget skal nedsættes, og i disse år har klimasituationen været diskuteret til hudløshed i flere fora. Klimasituationen er under konstant forandring og menneskeheden må acceptere, at den er en aktiv part i dette regnskab. Derfor bør mennesket beherske sig og undgå unødvendig forbrug, når det kommer til energi. Både globalt og nationalt anvendes energikilder, som har et stort CO 2 -udslip. Derfor er det væsentligt at have fokus på de områder, hvorpå dette energiforbrug kan nedsættes - eller måske helt erstattes med andre og mere grønne energikilder. I Danmark er der allerede lavet en række tiltag, og opsat mål for hvor meget CO 2 -forbruget skal nedsættes inden Grundlæggende deles det danske energiforbrug op i to sektorer; erhverv og privat. Erhvervssektoren er blevet underlagt klare politiske krav om at nedsætte energiforbruget med henblik på at reducere CO 2 -udslippet. Derimod er der i privaten større frihed til at vælge, hvorvidt det ønskes at deltage i den nationale nedsætning af energiforbruget. Et af de steder, hvor der alligevel er stillet en række krav, er på boligsektoren i form af bygningsreglementer, som beskriver, hvor meget energi nybyggede huse må udlede. Med nutidens teknologi er der skabt lettere betingelser for at bygge disse energirigtige huse, som bruger langt mindre energi end hidtil set. 2.1 Problemformulering I takt med behovet for energireducering og kravene til nybyggerier vil der i denne opgave være fokus på følgende: Hvordan optimeres et hus, så dette producerer mere energi, end det bruger - et energi +Hus? 3

12 Gruppe D Problemformulering 2.2 Problemafgrænsning Med udgangspunkt i ovenstående problemformulering vil der blive set på mulighederne for at optimere et sådan hus uden at gå på kompromis med æstetik og det naturlige udseende. Målsætningen er ikke at producere et stort energioverskud, men derimod at designe et moderne +Hus, som er selvforsynende forstået på den måde, at der produceres mere energi end +Huset bruger på årsbasis. Ydermere ønskes det, at brugeren af +Huset et i fysisk og psykisk komfort, hvilket sætter fokus på indeklimaet, men også at +Huset er brugervenligt, så der ikke opstår konflikter imellem +Hus og bruger. Det er også relevant at kigge på det økonomiske aspekt i dette forløb, men sådanne beregninger vil være for omfattende, såfremt dette skal være et gennemgående element i rapporten. Selvom der ikke laves dybdegående beregninger, tages der stadig højde for, at løsningerne skal være forsvarlige set i et økonomisk perspektiv. På baggrund af denne afgrænsning opstilles følgende problemstillinger: Hvilke materialer vil være optimale at anvende til at opføre et +Hus. Hvordan kan moderne energikilder integreres i et +Hus, så disse udnyttes optimalt? Hvilken indflydelse har indeklimaet i et +Hus? Hvilken betydning har brugeradfærd for et +Hus? Med denne problemformulering samt de underordnede problemstillinger, som er et resultat af problemafgrænsningen, er rammerne for projektet således fastlagt. 4

13 National Politik 3 Som led i den internationale målsætning om at nedbringe udledningen af drivhusgasser og reducere energiforbruget, har Danmark som nation valgt at være en aktiv del i denne proces. Derfor er der i dag både en Energistyrelse samt Klimakommission, der varetager den danske klima- og energipolitik. Klimakommissionen er nedsat i marts 2008, og har blandt andet til formål at give et bud på, hvordan Danmark i fremtiden kan blive uafhængige af fossile brændstoffer. Energistyrelsen er en styrelse i Klima- og Energiministeriet, som varetager opgaver indenfor produktion og forbrug af energi. Derudover har Energistyrelsen også ansvaret for den nationale indsats, der ydes på områderne indenfor klima og energi [Energistyrelsen, 2012a]. Selvom fokus er på nationale områder, afhænger disse ofte af udefrakommende faktorer. Således er der også, nationalt, taget udgangspunkt i EU s ambition om emissionsreduktionerne, som ligger på mellem 60% til 80% inden Nationalt er dette løftet til et højere niveau, hvor det er bekendtgjort, at Danmark skal være uafhængige af fossile brændstoffer, hvilket betyder at VE-andelen (VE, vedvarende energi) skal være 100% inden år 2050, som illustreret på figur 3.1 [Energistyrelsen, 2012c]. Dette er først og fremmest en delvist påtvunget opgave, da det internationalt ønskes, at udledning af drivhusgasser reduceres. Som sidegevinst vil dette være en stor økonomisk og miljømæssig fordel for Danmark, såfremt landet i fremtiden bliver selvforsynende. Figur 3.1. Danmarks langsigtede vision om at opnå en VE-andel fra 12% i 2008 til 30% i 2020 og endelig 100% i

14 Gruppe D National Politik En selvstændig energiforsyning vil betyde, at der nationalt kan fokuseres på andet end energi og frygten for den kommende mangel på fossile brændstoffer. Dette er bestemt ikke nogen nem opgave, og bestræbes det, at Danmarks energiforsyning udelukkende kommer fra vedvarende energikilder, er det ikke hensigtsmæssigt blot at øge produktionen af vedvarende energi. En reducering af det nationale energiforbrug er også en nødvendighed, hvis ambitionen om at være selvforsynende i 2050 skal indfries. I første omgang er fokus på målene for Den 22. marts i år lykkedes det regeringen at opnå en historisk bred energiaftale, hvor grundlaget netop er effektivisering og reducering [Energiministeriet, 2012]. Specielt to områder i den nye energiaftale er relevante for dette projekt: En reduktion på 12% af det nationale energiforbrug i 2020 i forhold til Mindst 30% af det samlede energiforbrug skal stamme fra vedvarende energi. Ved første øjekast ligner dette to særskilte opgaver, men graves der dybere, er der argumenter for, at disse punkter afhænger af hinanden. En reduktion på 12% af de fossile energikilder vil betyde, at VE-andelen stiger. Hvis ambitionen er at være selvforsynende, må produktionen være større eller lig forbruget. Derfor kan der med fordel kastes et blik på fordelingen af den nationale energiproduktion. Diagrammerne i figur 3.2 inkluderer kun første kvartals værdier, og på den baggrund kan der ikke konkluderes noget generelt. Figur 3.2. Danmarks energiproduktion for henholdsvis 1. kvartal 2008 og 2010 [Dansk Statistik, 2010]. Fakta er dog, at VE-andelen i første kvartal af 2010 er steget med over 2,5%-point sammenholdt med første kvartal i Ud fra disse diagrammer kan det ikke ses, hvilke ændringer der er sket, men blot at forholdet har ændret sig i en positiv retning, set fra et klimavenligt perspektiv. Kigges der på de bagvedliggende værdier, tegner der sig et godt billede af, hvad der ligger til grund for den stigende VE andel. 6

15 Aalborg Universitet Råolie Naturgas Vedvarende Energi 1. kvartal ,4 PJ 103,1 PJ 34,5 PJ 1. kvartal ,6 PJ 81,2 PJ 34,5 PJ Tabel 3.1. Energiproduktion i Peta Joule (10 15 ) i Danmark ( ) [Dansk Statistik, 2010] Som det bemærkes i tabel 3.1 er produktionen af vedvarende energi konstant over den to årige periode, som i begge tilfælde er 34,5 PJ. Grunden til den stigende VE andel er derimod et resultat af produktionsreduceringen af både råolie og naturgas. På den måde fungerer regeringens to punkter som et sammenhængende element, hvor de vil være afhængige af hinanden. Banen er således kridtet op, da der ønskes et energieffektivt samfund med minimalt energispild. Det betyder, at der øjensynligt er grundlag for boliger med et minimalt energiforbrug eller måske lige frem et hus, der producere mere energi, end der er behov for. 7

16

17 Typer af huse 4 Byggesektoren udleder ca. 40% CO 2 af Danmarks samlede energiforbrug. Dette ønskes reduceret igennem optimering af klimavenlig nybyggeri, hvor det følgende afsnit belyser de typer af lavenergihuse, der er. Der er flere forskellige definitioner af lavenergihuse, som har hver deres betegnelse, men ikke alle typer er fastsat med en konkret definition i henhold til direktiver. Kravene for energirammen dækker det samlede tilførte energibehov, som er energi til opvarmning af boligareal, varmt brugsvand, køling og ventilation. Forbrugernes elforbrug er ikke medregnet i energirammen [Bygningsreglementet, 2012a]. Derudover er der nogle begreber indenfor de energiressourcer, som der anvendes. Det er on-side, off-side og forsyningsnet. On-side beskriver elementer, som er mulige at tilføje til huset, hvilket for eksempel kan være solceller, solfangere og i nogle tilfælde en vindmølle. Ved off-side hentes der vedvarende energi udefra, som anvendes til at generere energi on-side. Dette kan eksempelvis være biodiesel, træpiller eller, at der ejes en andel i f.eks. en vindmølle eller solcellepark. Det sidste begreb er forsyningsnet. Dette betyder, at huset er tilsluttet et netværk, hvor energien produceres af forskellige energiselskaber. Dette kan f.eks. være fjernvarme, atomkraftværk og naturgas [Marszal et al., 2012]. Det er ikke nok at stille en række tekniske direktiver op for at få et lavenergihus til at fungere. De forskellige typer af lavenergihuse kræver tilvænning fra forbrugerne, og ikke mindst deres vaner, da det har stor indflydelse på husets optimale udnyttelse. Her er det en nødvendighed at se på forbrugernes livsstil, da det ellers kan påvirke el- og varmeforbruget. For at hjælpe forbrugerne kan der installeres intelligente styringssystemer på blandt andet el, varme og belysning. I det følgende beskrives der fem forskellige typer af huse, som er energibesparende. Lavenergihuse klasse 2020 Passivhuse Energineutrale huse Nul-energi huse Energi +Huse 4.1 Lavenergihuse klasse 2020 I bygningsreglementet for 2010 findes en definition på lavenergibygninger for bygningsklasse For at en bygning kan klassificeres som en lavenergibygning klasse 2020, gælder der, at: Bygningens samlede behov for tilført energi, som blandt andet er varmt brugsvand, ventilation og opvarmning ikke overstiger 20 kwh/m 2 pr. år. 9

18 Gruppe D Typer af huse Ifølge bygningsreglementet forventes det, at lavenergibygninger klasse 2020 er et lovkrav for nybyggerier og renovering fra Det vil sige, at bygningerne som minimum skal følge dette lovkrav [Bygningsreglementet, 2012b]. 4.2 Passivhuse Da der ønskes, at energiforbruget reduceres indenfor byggesektoren, benyttes konceptet passivhuse, som første gange blev realiseret i i Tyskland. Disse huse blev hurtigt en succes, da det er huse med et meget lavt energiforbrug til henholdsvis rumopvarmning, teknik og husholdning. Kravene for passivhuse er strammere end ved lavenergihuse klasse Definitionen på et passivhus lyder således: Det samlede varmebehov skal være begrænset til 15 kwh/m 2 pr. år. Det primære energibehov, som blandt andet er varmt brugsvand, ventilation, strøm til husholdningsapparater, opvarmning og nedkøling er begrænset til 120 kwh/m 2 pr. år. Passivhus er ikke en beskyttet betegnelse, hvilket vil sige, at alle i princippet kan kalde deres hus for et passivhus uden, at huset er det. Dertil er der lavet en certificeringsordning, hvor der gælder, at hvis bygningen opfylder kravene til et passivhus, får bygningen et certifikat [sbi, 2012]. 4.3 Energineutrale huse Et energineutralt hus er et hus, hvis samlede forbrug er lig med den netto energi, som produceres i huset [Marszal et al., 2012]. 4.4 Nul-energi huse Et nul-energi hus defineres som et hus, der ikke har brug for varmetilførsel før udetemperaturen falder til 0 C. Det er derfor sjældent nødvendigt at tilføre varme til huset fra et forsyningsnet.[trelleborg, 2012] 4.5 Energi +Huse Definitionen af et energi +Hus er, at det skal producere mere energi fra VE-kilder end bygningen forbruger pr. år, hvilket betyder, at forbrugerens elforbrug ikke medregnes. Et energi +Hus bygningsforbrug vil hovedsageligt være dækket af on-side og/eller off-side VEenergikilder til at få netto forbruget i minus. +Huset kan være tilkoblet et forsyningsnet, når disse VE-energikilder ikke dækker netto forbruget. Udover dette er +Huset normalt tilkoblet et forsyningsnet til dækning af elforbrug [Energi +Huset, 2012]. Definitionen af energibesparende typer af huse er nu fastsat, samt hvilke forudsætninger og forventninger, der er til et energi +Hus. I det efterfølgende tages der udgangspunkt i et casehus, som vil danne grundlag for beskrivelsen af, hvorledes et energi +Hus kan opføres. 10

19 Casehus 5 I dette projekt arbejdes der med opbygningen af et hus, som producerer mere energi, end det bruger på årsbasis. Der tages udgangspunkt i et casehus fra Danfoss, hvor grundplanen er vist på figur 5.1, og snittegning på figur 5.2 med henblik på at opføre et +Hus. Casehuset er klassificeret som et +Hus med plads til en familie med børn med et areal på 185 m2. I projektet vil grundplanen forblive som den er i Danfoss casehus. Med dette udgangspunkt vil der blive set og beregnet på, hvilke byggetekniske muligheder der er for at opføre et hus, som leverer mere energi, end det bruger. I den forbindelse vil der blive gået i dybden med tekniske muligheder for produktion af energi til elektricitet og varme. Ydermere vil der blive lavet vurderinger og beregninger på materialevalg til opførelse af et +Hus. Endelig vil der blive sat fokus på, hvordan husets beboere kan have indflydelse på, om et hus kan fungere som et +Hus eller ej. På figur 5.1 ses en plantegning af Danfoss casehus, som projektet bliver opbygget omkring. Plantegninger viser huset med interiør. Dette er der ikke er taget forbehold for i beregningerne i denne rapport. Endelig er husets ydre areal på 185 m2, mens det indre areal er på 158 m2. Figur 5.1. Plantegning af Danfoss casehus. Huset indre areal er på 158 m2 eksklusion garagen på 71,4 m2 [Danfoss, 2012a] 11

20 Gruppe D Casehus På figur 5.2 ses et tværsnit af Danfoss casehus. Denne viser husets ydervægskonstruktion og tagkonstruktionen. Ydervæggen er konstrueret af teglsten af dansk normalformat, 260 mm rockwool, dampspærre, murpap, m.m. Derudover viser tværsnittet et tag med en to siders hældning på 25, og en indvendig lofthøjde på 2520 mm. Figur 5.2. Tværsnit af Danfoss casehus.[danfoss, 2012a] På figur 5.3 ses en grundplans tegning af Danfoss casehus. På denne tegning kan det ses, at solcellerne i casehuset er vendt henholdsvis mod sydøst og sydvest. Derudover kan det ses, at huset følger grunden. Figur 5.3. Grundplan, Danfoss casehus.[danfoss, 2012a] 12

21 Aalborg Universitet Med udgangspunkt i disse grundtegninger er de ydre rammer for et +Huset opsat. Der vil i den resterende del af denne rapport, blive set på, forskellige metoder til at optimere et +Hus, herunder byggeelementer, energikilder, elektroniske styringssystemer samt brugeradfærd. Dette gøres med henblik på at samle disse forskellige faktorer og komme med et bud på, hvordan et +Hus optimeres. 13

22

23 Teknisk 6 I dette afsnit vil de materialer, som er nødvendige for, at der kan designes et energi +Hus, beskrives. Materialerne vil blive beskrevet fra en teknisk vinkel, hvor de væsentlige tekniske specifikationer for hvert af disse materialer, vil blive beskrevet. Herefter bliver der beregnet på materialer på baggrund af den teoretiske del af afsnittet. Materialerne er energirigtige, således energitabet formindskes. Desuden vil der ikke blive kigget på materialer, som stadig er i konceptfasen, men kun materialer, som bliver produceret, og er i handel. 6.1 Transmissionstab Når temperaturen inde i en bygning er højere end udenfor bygningen, vil der forekomme en varmetransport, som resulterer i et varmetab. Dette varmetab er defineret ved formel 6.1. Φ = U A T (6.1) Hvor: Φ Varmetabet [W] U Transmissionskoefficienten [W/m 2 K] A Arealet [m 2 ] T Temperatur forskellen i [K] Transmissionskoefficient Når der kigges på, hvor stort et energiudslip der forekommer, bruges transmissionskoefficienten, som også kaldes U-værdien. U-værdien indgår i formel 6.1, hvor den angiver, hvor stor en mængde energi, der transmitteres gennem et materiale pr. m 2, når der er en temperaturforskel på 1 K på hver sin side af materialet. For at opnå det mindst mulige varmetab, skal U-værdien være så tæt på 0 som muligt. Det ideelle tilfælde ville være en U-værdi på nul, da der ikke vil forekomme nogen varmestrømning. U-værdien er givet ved formel 6.2. U = 1 R = 1 R si + R h + R se (6.2) Hvor: 15

24 Gruppe D Teknisk R R si R h R se Isolansen [m 2 K/W] Indre isolans Den homogene isolans Ydre Isolans Korrektion af transmissionskoefficient U-værdien for et materiale i en bygningsdel er ikke altid den samme, som den U-værdi den har, når materialet af blevet implementeret i byggeriet. Dette skyldes, at installationen af materialer sjældent er perfekt installeret, hvilket resulterer i, at U-værdien derfor ikke er den samme som angivet af producenten. Derfor gøres der brug af korrektioner, som tager forbehold for disse fejl. Der skelnes mellem tre korrektioner [Dansk Standard, 2011]: sprækker og spalter i isoleringen bindere og tilsvarende mekaniske fastgørelser nedbør på omvendt tag Isolans En anden måde at anskue formindskelsen af varmetabet er ved at se på et materiales varmemodstandsevne (R), som indgår i formel 6.2. Varmemodstanden er beskrevet ved formel 6.3. Jo højere varmemodstand et materiale har, jo bedre kan det isolere, og dermed formindskes varmetabet gennem bygningsdelen. R = d λ (6.3) Hvor: d λ Tykkelsen [m] Varmelidningsevne [W/mK] Da der ønskes det mindst mulige varmetab, er det essentielt at have fokus på tykkelsen af materialet, samt dets varmeledningsevne. Overgangsisolans Bygningsdele er i sig selv også isolerende, da der forekommer en isolans ved varmetransport ved bygningsdelene. Denne isolans kaldes for overgangsisolansen, og gælder for begge sider af bygningsdelen. Det er sammenspillet mellem konvektion og stråling, som resulterer i isolans omkring bygningsdelene. Overgangsisolansen er forskellig for varmestrømningens retning samt, om det er den indre eller den ydre side, som det kan ses i tabel 6.1. Varmestrømnings retning Opad Vandret Nedad R si 0,10 0,13 0,17 R se 0,04 0,04 0,04 Tabel 6.1. Overgangsisolanser for indre- og ydre overgangsisolanser [Dansk Standard, 2011]. 16

25 6.2. Isolering Aalborg Universitet Varmeledningsevne Varmeledning er en varmetransport, hvor frie elektroner i et materiale vil overføre varmen i form af kinetisk sammenstød [Den Store Danske]. Denne egenskab kaldes for varmeledningsevnen (λ). Jo lavere en varmeledningsevne et materiale har, jo mindre varmegennemstrømning og dermed mindre varmetab. Altså er varmeledningsevnen en vigtig faktor, når det kommer til bestræbelsen efter et lavt varmetab Linjetab Linjetabet er defineret som varmetabet gennem en lineær kuldebro, hvor det er forskellen mellem den endimensionelle og den todimensionelle varmestrøm [Dansk Standard, 2011]. Φ Ψ = Ψ L T (6.4) Hvor: Φ Ψ L Linjetabet [W/mK] Længden [m] 6.2 Isolering Isoleringen er betegnelsen for materialer med lav varmeledningsevne. Dette ses i tabel 7.3, hvor den har den største varmemodstand af elementerne i ydervæggen. Dens gode evner til at modvirke varmetabet skyldes netop dets lave varmeledsningsevne. Disse vil der nu kigges nærmere på Varmeledningsevne For at finde et materiale, som vil være fordelagtigt at installere som isoleringsmateriale i +Huset, kan der kigges på forskellige materialers varmeledningsevner. Materialer har vidt forskellige varmeledningsevner, som det kan ses i tabel 6.2. Materialer λ [W/mK] Aluminium 220 Rustfrit stål 17 Beton Glas 0.8 Mursten Mineraluld (Sten- og glasuld) Stillestående luft 0,024 Tabel 6.2. λ-værdien for forskellige materialer. [Bolius, 2012] 17

26 Gruppe D Teknisk Som det kan ses i tabel 6.2, er aluminium et godt materiale til at lede varmen. Dette opleves eksempelvis ved, at aluminiums stellet på en cykel kan føles koldere, end sædet der fyldt med skum. Følelsen af at aluminium er koldere skyldes netop aluminiums høje varmeledningsevne (ved antagelse af, at stellet er koldere end hånden). Modsat aluminium, som det ses i tabel 6.2, har stillestående luft en lav varmeledningsevne på 0,024 W/mK, hvilket næsten er identisk med værdien for mineraluld (0,03-0,10 W/mK). Mineraluld er et materiale, hvor stillestående lufts lave varmeledningsevne udnyttes. Dette sker ved, at mineraluld er et porøst materiale, hvori luftens indkapsles således, at lufts isolerende egenskab udnyttes til at formindske varmetabet. Dette gør mineraluld fordelagtigt til brug som isoleringsmateriale Transmissionskoefficient Som beskrevet i afsnittet for transmissionskoefficienten, kan et materiales evne til at holde på varmen beskrives ved dets U-værdi. Som det kan ses på figur 6.1, falder U-værdien for isoleringen, når tykkelsen øges. Desuden kan det også ses på grafen, at den kan beskrives som værende en hyperbel. Dette giver et andet perspektiv til tykkelsen af isoleringen, når der tænkes på formel 6.3 for isolansen. Formlen viste, at jo tykkere en isolering der blev brugt, jo bedre isolerede det. Men i og med at den aftager tilnærmelsesvis eksponentielt, vil det efter en isoleringstykkelse på mm ikke kunne betale sig, da U-værdien aftager ubetydeligt lidt. Figur 6.1. Udviklingen af U-værdien når tykkelsen stiger for isoleringen. Beregningen er foretaget på Rockwools Super A-Murbatts isolering Rockwool [2012b]. 6.3 Vinduer Vinduet har en række forskellige funktioner i en bygning. Ud over at vinduet skal kunne give udsyn og fungere som klimaskærm på samme tid, skal det også kunne give dagslys ind til rummene i bygningen. Ved at tilføre dagslys kan der spares på den kunstige belysning, men sollys er også en fysiologisk nødvendighed for mennesker [Jacobsen og Jørgensen, 2011]. Vinduer har også den egenskab, at når de bliver bestrålet af solens stråler, vil det bagvedliggende rum blive opvarmet. Ved den korrekte udnyttelse af dette varmetilskud, 18

27 6.3. Vinduer Aalborg Universitet kan der spares penge, og derudover skånes miljøet også. Det er først over det sidste årti, at bevidstheden omkring vinduets evner og samtidig dets mangler har resulteret i, at der er forsket og stillet skrappere krav i bygningsreglementerne. Retningslinjerne for bygningsklasse 2020 er ikke en undtagelse, og der vil kun blive stillet endnu skrappere krav, end det ses i bygningsreglementet i dag. Derfor stiller det krav til vinduesproducenterne, som for tiden producerer mere og mere energivenlige vinduer, som kan anvendes i fremtiden Transmissionskoefficient U-værdien angiver hvor stor en varmestrøm (W ), der strømmer gennem 1 m 2 af vinduerne, når temperaturforskellen er 1 K mellem den indvendige og udvendige side af vinduet. Jo lavere en U-værdi der er tale om, jo bedre isoleringsevner har vinduet. Ligning 6.5 angiver U-værdien for vinduer [Østergaard, 2010a]. Hvor: U w = A g U g + A f U f + L g Ψ g A w (6.5) U w U-værdien af hele vinduet i [W/m 2 K] U g U-værdien af glasset i [W/m 2 K] U f U-værdien af ramme-karmarealet i [W/m 2 K] A g Synligt glasareal i [m 2 ] A f Ramme-karmareal i [m 2 ] L g Glassets areal i [m 2 ] A w Vinduets areal i [m 2 ] Som det ses i ligning 6.5 afhænger vinduets U-værdi blandt andet af glasandelen (f f ), som vil stige i takt med størrelsen af vinduet stiger. Dette kan også ses i grafen for figur 6.2. Her ses det, at U-værdien falder i takt med, at størrelsen for vinduet stiger. Dermed kan det bedst betale sig at have store vinduer. 19

28 Gruppe D Teknisk Figur 6.2. U-værdien for forskellige størrelser af vinduer i casehuset samt et referencevindue, hvor x-aksen angiver glasandelen i vinduet. Dataetiketten angiver vinduets dimensioner. Grafen er baseret på vinduesmodellen Idealcombi Futura Solenergitransmittans Når solen skinner, bidrager den ikke kun med sollys igennem vinduerne. Solens langbølget infrarøde strålinger bliver transmitteret ind i huset gennem vinduerne, hvor de bliver omdannet til kortbølget infrarøde strålinger, som giver varme [Science Daily, 2012]. Solenergitransmittansen, også kaldet g-værdien, angiver den procentdel af solens energi, som passerer gennem vinduet og kommer ind i bygningen. Jo højere en g-værdi, jo mere energi kommer der ind gennem vinduet. Som det ses på figur 6.3 er det ikke al strålingen, som kommer gennem ruden. Dette skyldes, at vinduet reflekterer en hvis mængde af strålerne. Desuden er der en mængde af strålerne, som absorberes i glasset og mellemrummet mellem glaslagene. Fra dette mellemrum er der en vis procentdel, som ledes ud igen, hvor resten ledes ind i bygningen. Størrelserne på g-værdien er forskellige fra vindue til vindue, da alle vinduer er produceret forskelligt alt efter krav og specifikationer. Figur 6.3. Sollystransmittansen for et vilkårligt vindue [De Store Bygningers Økologi, 2012]. Grafen i figur 6.4 viser, at g-værdien stiger, når vinduets størrelse stiger. Det vil sige, at større vinduer er bedre end små vinduer, da de store vinduer kan lade mere solenergi passere end de små. Hvis der forekommer store vinduer, betyder det ikke, at de har en 20