Det Teknisk-Naturvidenskabelige Basisår Byggeri og Anlæg Strandvejen 1-14 9000 Aalborg Tlf. 96 35 97 33 Fax 98 13 63 93 www.but.auc.dk Titel: Reducering af varmebehovet for enfamiliehuse fra 1960 erne Tema: Virkelighed og modeller Projektperiode: 6. oktober til 17. december 003 Projektgruppe: B147 Synopsis: Deltagere: Allan Filskov Jørgensen Jakob Lyngs Jens Kresten Nørgaard Madsen Kenneth Daugaard Terkelsen Martin Møller Per Kjærsgaard Andersen Rune Christensen Vejledere: Hovedvejleder: Mogens Steen-Thøde Bi-vejleder: Jannick Schmidt Oplagstal: 15 Sideantal: 79 Bilagsantal og -art: Ingen Afsluttet den: 17. december 003 Det overordnede emne i P1-perioden er virkelighed og modeller, og denne rapport vil omhandle forbedringer af varmebehovet i parcelhuse fra 1960`erne. Parcelhuse udgør en væsentlig del af de husstande, der ikke lever op til nutidens standarder angående varmetab. Som referencehus anvendes der i rapporten et typehus fra 1960 erne. Til at belyse reduceringsmulighederne for husets varmetab inddrages beregnings- og isoleringsmetoder, der vil give et indblik i, hvilke effekter forbedringerne og de forskellige isoleringsmaterialer udgør. Derudover opstilles en forsimplet livscyklusvurdering, MEKA, som giver indblik i udvalgte isoleringsmaterialers miljøpåvirkning gennem hele materialets levetid. Der konkluderes på, i hvilket omfang det er muligt at opnå en varmetabsreducerende effekt ved forbedringer i referencehuset. Vha. BV95 er husets varmebehov efter de tænkte forbedringer beregnet til 314,13 MJ/m. Dette energiforbrug er dog ikke lavt nok til at efterleve kravene for energirammen i BR-S98. Desuden viser det sig ud fra MEKA-vurderingen, at Papiruld er det mest miljøvenlige produkt af de fire produkter, rapporten omhandler, hvorimod EPS er det mindst miljøvenlige.
Forord Denne rapport er produktet af gruppe B147 ved Aalborg Universitets som P1-projekt, gennemført i perioden 6-10-003 til 17-1-003, med eksamen d. 16-1-004. Rapporten henvender sig til de studerende på Teknisk Naturvidenskabeligt fakultet ligeledes på Aalborg Universitet. Det overordnede emne for projekt-perioden er Virkelighed og modeller hvor denne rapport omhandler de mange enfamiliehuse som blev opført i 1960 erne, og disses varmebehov. Der bliver i rapporten taget udgangspunkt i et specifikt typehus, hvorpå der udføres beregninger efter DS-418, ligesom der gøres økonomiske overvejelser ud fra BV-95. Rapporten omhandler ligeledes det miljømæssige aspekt der er omkring efterisolering af disse huse. Kildehenvisningerne er angivet i parentes, og står i alfabetisk orden i litteraturlisten, hvor der er nærmere oplysninger omkring kilden. Gruppen har i forbindelse med projektet været i universitetets fysiklaboratorium på Badehusvej, og vil i den forbindelse takke ingeniørassistent Carsten Jørgensen, der har været behjælpelig med udstyr og lokaler til det udførte forsøg. Ligeledes vil vi takke hovedvejleder, lektor Mogens Steen- Thøde, og bi-vejleder, amanuensis Jannick Schmidt, der gennem hele perioden har været engagerede og givet gode svar på de spørgsmål gruppen har stillet. 1
Indholdsfortegnelse 1. Indledning 5. Hvorfor reducere energiforbruget? 7.1 Problemstilling 7 3. Introduktion af 60 er huset 10 3.1 1960 ernes boligbyggeri 10 3. Referencehuset 11 4. Krav til varmeisolering i byggeri 1 4.1 BR-66 1 4. BR-S 98 13 5. Hvordan reduceres varmebehovet? 15 5.1 Varmebehov 15 5. Indsatsområder 15 5.3 Efterisolering 15 5.4 Ændringer i husets facade 16 5.5 Udskiftning af vinduer 16 5.6 Genanvendelse af energi 17 6. Problemformulering og -afgrænsning 17 7. Efterisoleringsmetoder 19 7.1 Hulmursisolering 0 7. Udvendig efterisolering 0 7.3 Indvendig efterisolering 0 7.4 Fordele og ulemper 1 7.5 Efterisolering af lofter 7.6 Dampspærre 7.7 Vindtæt lag 8. Rapportens isoleringsmaterialer 3 8.1 Stenuld 3 8. Glasuld 4 8.3 Papiruld 4 8.4 EPS 4 8.5 Skematisk oversigt 5 9. Varmeteori 5 9.1 Hvad er varme? 6
9. Varmebalance 6 9.3 Varmetransport 7 9.4 Varmeledning 7 9.5 Konvektion 30 9.6 Stråling 30 9.7 Transmissionskoefficient 30 9.8 Transmissionskoefficient for vinduer 31 9.9 Kuldebroer 33 9.10 Varmetab 33 9.11 Korrektion af transmissionskoefficient 34 10. Husets dimensionerende varmetab før forbedring 35 10.1 Glaspartiernes transmissionskoefficient 35 10. Transmissionskoefficient for yderdøre 36 10.3 Varmetab gennem glaspartier og yderdøre 36 10.4 Tung ydervægs transmissionskoefficient 37 10.5 Varmetab gennem tung ydermur 37 10.6 Lette ydervægges transmissionskoefficienter 38 10.7 Varmetabet gennem lette ydervægge 39 10.8 Gulvets transmissionskoefficient 39 10.9 Varmetabet gennem gulvet 40 10.10 Loftets transmissionskoefficient 40 10.11 Varmetab gennem loft 41 10.1 Varmetab gennem samlinger omkring vinduer og døre 41 10.13 Det naturlige ventilationstab. 4 10.14 Samlet varmetab før forbedring 4 11. Husets dimensionerende varmetab efter forbedringer 43 11.1 Varmetabet gennem glaspartier 43 11. Varmetab gennem tung ydervæg 44 11.3 Loftets varmetab 44 11.4 Samlet varmetab 45 1. Delkonklusion 45 13. Økonomisk perspektiv 45 13.1 Afgrænsning 46 13. Prisopgørelse for materialeindkøb 46 3
13.3 Redegørelse for beregning af varmebehov 47 13.4 Beregning af varmebehov 48 13.5 Beregning af tilbagebetalingstid 51 13.6 Delkonklusion 5 14. MEKA vurdering 5 14.1 Produkternes ydelse 53 14. MEKA vurdering af isoleringsmaterialer 53 14.3 Afgrænsning 55 14.4 Ekspanderet polystyren (EPS) 55 14.5 Glasuld (Isover) 56 14.6 Stenuld (Rockwool) 56 14.7 Papiruld 57 14.8 Delkonklusion 58 15. Konklusion 59 16. Kildefortegnelse 61 17. Kildekritik 65 17.1 Fagtekniske udgivelser 65 17. Internet 65 17.3 Lærebøger 65 17.4 Vejledere 66 Appendiks 67 Appendiks A Eksempler på varmeledningsevne 67 Appendiks B Forsøg 67 B.1 Formål 67 B. Apparatur 68 B.3 Fremgangsmåde: 68 B.4 Resultater 69 B.5 Fejlkilder 71 B.6 Vurdering 73 B.7 Konklusion 74 Appendiks C Formel for varmestrøm gennem ét materialelag 74 Appendiks D Formel for varmestrøm gennem flere lag 75 4
1. Indledning Af Danmarks samlede energiforbrug i 00 udgjorde energiforbruget i husholdninger ca. 30 %, hvoraf energiforbruget til rumopvarmning udgjorde ca. 83 % (ens.dk 00). Det er således store mængder energi, som årligt bruges til at opvarme de danske boliger ca. 5 % af det samlede energiforbrug. Tallene i sig selv gør det interessant at undersøge, hvor og hvorledes energiforbruget til boligopvarmning kan reduceres med henblik på at opnå størst mulige besparelser. Som Tabel 1 viser, udgør parcelhuse i dag en forholdsvis stor del af det samlede danske husstandsantal. 100000 1000000 800000 600000 Antal husstande 400000 00000 0 Parcelhuse Flerfamiliehuse Række-,kæde- og dobbelthuse Stuehuse til landbrugsejendomme Kollegier Sommerhuse Anden helårsbeboelse Fælleshusholdninger Type Figur 1 Fordeling af Danmarks husstande efter hustype (DST, 003) 1960 ernes parcelhuse har desuden vist sig at have svært ved at holde på varmen. Parcelhusene er derfor et potentielt område for energibesparelser, hvilket ligger til grund for, at rapporten fokuserer på netop disse. Ovenstående graf fortæller imidlertid ikke noget om, hvor stort et varmetab parcelhusene har, og er således kun interessant ud fra et kvantitativt synspunkt. Som Tabel viser, blev størstedelen af parcelhusene bygget i 1960 erne og 1970 erne. 5
160000 140000 10000 Antal parcelhuse 100000 80000 60000 40000 0000 0 Før 1900 1900-1904 1905-1909 1910-1914 1915-1919 190-194 195-199 1930-1934 1935-1939 1940-1944 1945-1949 1950-1954 Byggeår Figur Fordeling af Danmarks parcelhuse efter byggeår (DST, 003) 1955-1959 1960-1964 1965-1969 1970-1974 1975-1979 1980-1984 1985-1989 1990-1994 1995-1999 000-00 I 1960 erne var der ikke nævneværdige krav til parcelhusenes maksimale årlige energiforbrug, og derfor blev disse ikke isoleret efter de standarder, som anvendes i dag. I 1970 erne blev kravene skærpet pga. oliekriserne (Byggecentrum, 003). 1960 ernes parcelhuse bruger således forholdsvis store mængder energi til opvarmning, hvilket bl.a. bidrager til Danmarks samlede CO - udledning og dermed den globale miljøbelastning. Samtidig koster det boligejere dyrt at opvarme deres huse, og der eksisterer således både private og samfundsmæssige interesser i at reducere parcelhusenes energiforbrug til opvarmning. En måde, hvorpå energiforbruget kan mindskes, er at efterisolere disse huse. Umiddelbart må der forventes store besparelser, da der ifølge producenter af isoleringsmaterialer er tale om årlige økonomiske besparelser på gennemsnitligt 6.000 kr. (Isover, 003), og årlige miljømæssige besparelser på lidt over 1.500 kg CO (Rockwool, 003) pr. husstand. Desuden skønnes, at 5-10 % af Danmarks samlede CO -udledning kan henledes til ældre ruder og dårligt konstruerede vinduer (Vestergaard, 001), hvorfor disse også udgør et stort potentiale. Udover en økonomisk og miljømæssig forbedring, lover isolerings- og vinduesfabrikanterne desuden forøget sundhed som følge af et markant bedre indeklima (Rockwool, 003a) og (velfac.dk, 003). 6
Ud fra de nævnte problemstillinger og hertil potentielle løsningsmuligheder, formuleres rapportens initierende problem: Hvordan kan varmeforbruget i et enfamiliehus fra 1960 erne reduceres, og af hvilken størrelse er de potentielle besparelser? Med udgangspunkt i det initierende problem vil der i rapporten blive undersøgt, specifikt hvilke krav der var til byggeri af parcelhuse i 1960 erne samt hvilke krav, der er i dag. Herudfra vil potentielle muligheder for reducering af energiforbruget i husene blive vurderet på baggrund af varmetabsberegninger for et specifikt parcelhus. Da rapporten bl.a. omhandler de miljømæssige følger af parcelhusenes manglende isolering, vil der blive vurderet, om de miljømæssige konsekvenser, der følger produktionen af varmetabsreducerende materialer, kan opvejes af en reducering af varmeforbruget. Ligeledes vil der med udgangspunkt i parcelhusejernes økonomiske interesser blive beregnet, hvor lang tilbagebetalingstiden for en sådan investering er.. Hvorfor reducere energiforbruget? I tiden efter. verdenskrig oplevede den vestlige verden et opsving i velfærden. Samtidig ændrede de kulturelle mønstre sig meget, bl.a. gjorde et stort antal kvinder deres debut på arbejdsmarkedet. Tilsammen medførte dette, at den danske befolkning fik et større økonomisk råderum og således mulighed for erhvervelse af flere forbrugsgoder. Perioden blev startskuddet til opførelsen af parcelhuse, idet en større del af den danske befolkning flyttede ud af de små lejligheder, for i stedet at bygge parcelhuse i udkanten af byerne. Resultatet af denne udflytning taler sit tydelige sprog, idet der i årene fra 1958-1973 blev opført ca. 750.000 nye familieboliger, hvoraf langt hovedparten var parcelhuse (Haue 1993, s. 178)..1 Problemstilling Grundet højkonjunktur og en relativ lav oliepris, var kravene til danskernes energiforbrug ikke særlig store i 1960 erne. Dette er netop grunden til, at 1960 ernes parcelhuse generelt er dårligt isolerede sammenlignet med nutidens nybyggeri. Der er altså i realiteten tale om, at der blev opført 750.000 boliger, som havde et meget stort energiforbrug. På daværende tidspunkt blev det dog ikke anset for værende et problem, idet miljødebatten endnu ikke havde slået igennem, og olieprisen som sagt var lav (boligtorvet.dk, 003). 7
I 1973 indtraf imidlertid den første oliekrise, da prisen på råolie steg markant. En række konflikter mellem visse olieproducerende lande og de internationale olieselskaber resulterede i, at olieprisen steg fra 1,8 dollar pr. tønde i slutningen af 1960 erne til 5,11 dollar i oktober 1973. I oktober 1975 var olieprisen godt 600 % højere end niveauet i 1970 (Den store danske encyklopædi, opslag: Olie). Ydermere bidrog den anden oliekrise i 1979 til yderligere prisstigninger. I 1960 erne anvendtes stort set kun olie til opvarmning (ens.dk, 00), hvorfor de voldsomme prisstigninger satte dybe økonomiske spor i den danske nationaløkonomi. For at nedbringe omkostningerne til opvarmning, blev kravene til boligernes varmetab skærpet. Siden 1973 er der løbende blevet gennemført en serie af stærkt øgede krav til bygningers energiegenskaber (isoleringskrav), hvilket i dag afspejler sig i både BR-95 og BR-S 98 (EFS, 000). Derforuden var stigende interesse for at forbedre miljøet også årsag til, at kravene blev skærpet..1.1 Miljø Op gennem 1960 erne skete en stigning i udledningen af 80000,0 70000,0 CO-udledning i Danmark 1000 tons 60000,0 50000,0 40000,0 30000,0 0000,0 10000,0 0,0 1960 196 1964 1966 1968 1970 197 1974 1976 1978 1980 198 1984 1986 1988 1990 199 1994 1996 Figur 3 Udledningen af CO i Danmark fra 1960 til 1980 (UNEP, 003) År 1998 drivhusgassen CO, hvilket ses på Tabel 3. Som konsekvens af stigende CO -udledning, forøgedes motivationen for at reducere denne. Både fra national og international side blev der fremsat ønsker om at nedbringe udledningen (se afsnit.1.). Ifølge Statens Byggeforskningsinstitut tilstræbes disse reduceringer også i dag, især fordi det skønnes, at kuldioxid er ansvarlig for ca. halvdelen af det samlede bidrag til drivhuseffekten (SBI 19, 000, s.4). Eftersom CO netop dannes ved bl.a. forbrænding af fossile brændstoffer såsom olie og kul, er det ønskeligt at reducere boligers varmetab for at skåne miljøet. Ved forbrænding af fossile brændstoffer afgives også andre miljøbelastende stoffer såsom SO og NO x. Fokus vil i denne rapport dog være rettet mod det generelle energiforbrug. De lovmæssige krav der i dag er til bygningers varmetab, er et resultat af de sidste mange års politiske tiltag, som er gennemført på baggrund af ønsker om både økonomiske og miljømæssige forbedringer. 8
.1. Politiske tiltag Som umiddelbar konsekvens af oliekrisen i 1973 udgav den daværende regering af 1976 Danmarks første energiplan, Dansk Energiplan 1976. Hovedtemaet var her at øge den nationale forsyningssikkerhed gennem omlægning af brændselsforbruget, dvs. gøre Danmark mindre afhængig af international olieforsyning, samt mindske det samlede energiforbrug. De første grønne afgifter blev indført i 1977, hvor der bl.a. blev lagt afgift på strømforbruget i form af øre/kh. Da den anden oliekrise indtrådte i 1979, var Danmarks afhængighed af importeret olie siden 1973 faldet fra 9 % til 76 %, hvilket dels skyldtes energibesparelser, og dels at elproduktionen i højere grad var baseret på kul (ens.dk, 00). Den danske regering forhøjede på ny energiafgifterne med henblik på energibesparelser både i 1979 og 1980. Efter 1970 ernes oliekriser vedtog Folketinget i 1981 Lov om begrænsning af energiforbruget i bygninger (Lovtidende, 1981, s. 779). Samme år fremlagde regeringen Energiplan 81, hvis hovedtema var en flerstrenget energiforsyning og effektiv energianvendelse med henblik på bl.a. forsyningssikkerhed. Op gennem 1980 erne forhøjedes afgifterne på kul og el næsten årligt, og i 198 introduceredes naturgas fra Tyskland for første gang i Sønderjylland, hvor også lov om statstilskud til energibesparelser i bygninger blev indført. To år senere indgik 1973 1. oliekrise regeringen og Socialdemokratiet forlig Dansk energiplan 1976" - Øge forsyningssikkerhed 1976 om at støtte efterforskningen af naturgas; og udbygningen af naturgasforsy- - Mindske det samlede forbrug 1977 Introduktion af grønne afgifter 1979. oliekrise ningen fik endnu et skub, da VKRregeringen og Socialdemokratiet i Energiplan 81" Lov om begrænsning af 1981 1981 - flerstrenget energiforbruget i bygninger energiforsyning 1990 blev enige om at øge anvendelsen af kraftvarme, naturgas og andre anvendelsen af Lov om statstilskud til 1981 energibesparelser i bygninger Enighed om at øge Energi 000" miljøvenlige brændsel miljøvenlige brændsler. Samme år - opnå fald i energiforbruget og 1990 1990 CO-udledningen fremlagde regeringen en ny energiplan, 199 - Lov om normer for Energi 000, hvis målsætning var, at energiforbrugende udstyr - Lov om begrænsning af 1994 opnå et fald i energiforbruget og CO - elopvarmning emissionen på hhv. 15 og 0 % frem til Energi 1" 1996 - Realisering af de overordnede Kyoto-protokollen målsætninger i Energi 000" år 005 i forhold til 1988-niveauet. - Reducering i udledningen af 1994 drivhusgasser Blot to år senere, i 199, fremlagde Danmark selvforsynende 1996 med energi regeringen et nyt energiskærpende initiativ i form af CO -pakken. Hermed indførtes CO -afgifter på hus- Figur 4 Kronologisk oversigt over dansk energihistorie 9 CO-pakken - CO-afgifter på husholdninger og virksomheder - tilskud til energibesparelse i erhvervslivet - færdiggørelse af fjernvarmenettet
holdninger og erhvervsliv, samt elproduktionstilskud og tilskud til energibesparelser i erhvervslivet. Pakken omfattede også renovation og færdiggørelse af fjernvarmenettet, samt omstilling af ældre boliger til kraftvarme. Året efter fremlagde energiministeren en opfølgning til Energi 000, og parallelt hermed blev der fremsat lovforslag om normer for energiforbrugende udstyr, samt begrænsning af elopvarmning m.v. Disse blev dog først vedtaget i 1994. I 1995 skærpede regeringen igen kravene til energiforbrug i erhvervslivet med Erhvervene og energien, der bl.a. strammede de grønne afgifter samt CO -afgiften (ens.dk, 00). 1996 blev året, hvor regeringen fremsatte en ny samlet energihandlingsplan Energi 1 med henblik på at realisere de overordnede målsætninger i Energi 000 om reduktion af CO - emissionen. Året efter underskrev Danmark Kyoto-protokollen, og forpligtede sig sammen med 37 andre industrilande således til at reducere udledningen af drivhusgasser med 5, % i perioden 008-1 i forhold til 1990. I 1998 vedtog EU s miljøministre, at EU som led i Kyoto-protokollens realisering skulle forpligtes til en reduktion på 8 %, mens Danmark forpligtede sig til en reduktion på 1 %. Samme år blev Danmark selvforsynende med energi (ens.dk, 00). Denne energihistorie er sammenfattet på Figur 4. 3. Introduktion af 60 er huset I dette afsnit beskrives baggrunden for boligbyggeret i 1960 erne, og datidens typiske konstruktioner gennemgås. For beskrivelse af lovkravene henvises til afsnit 4. Dernæst udvælges et typisk 60 er typehus som referencehus, på hvilket der senere i rapporten bliver gennemført varmeteoretiske beregninger. 3.1 1960 ernes boligbyggeri Før 1960 blev mange nybyggerier af enfamiliehuse finansieret vha. statslån. For at få statslån måtte et byggeri opfylde en række krav, bl.a. med hensyn til størrelse, pris og indretning. F.eks. var badeværelse et krav. Dette medførte, at mange huse stort set var ens, selvom de var tegnet og opført individuelt. Sidst i 50 erne systematiserede man Figur 5 Referencehuset, Type B (Arkitekternes Typehuskontor) dette, og opførte egentlige typehuse, som hurtigt indtog markedet. Fordelene ved de næsten ens huse var mange: Arkitekt var en engangsudgift; mange af komponenterne kunne masseproduceres 10
centralt; prisen var kendt på forhånd, og som bygherre kunne man udpege det ønskede hus i et katalog over færdige huse. I 1958 blev Arkitekternes Typehuskontor, som har tegnet denne rapports referencehus, oprettet, og mange mindre firmaer fulgte hurtigt efter. Det gængse typehus var et etplans længdehus med lavt saddeltag. I 60 erne begyndte man at bygge i moduler som medførte, at mange af typehusene blev opført som lette konstruktioner med bærende indervægge af letbeton eller lægter. Som klimaskærm muredes udenpå en halvstens skalmur, der ofte kun blev ført op til vinduernes underkant. Derover, og på gavltrekanterne, blev der i stedet dækket af med brædder, såkaldte snedkerpartier (Nygaard, 003). Den mængde isolering der normalt blev brugt på lofterne, øgedes omkring 1960 fra 5 mm til 80 mm, og isolering i væggene blev i samme tidsrum mere udbredt (SBI 106, 1977). 3. Referencehuset Rapportens energiberegninger tager udgangspunkt i et konkret referencehus fra 1960 erne. Valget er faldet på et Type B, som er et etplans parcelhus på 1 m bebygget areal og 110 m Figur 6 Plantegning over Type B (Arkitekternes Typehuskontor) boligareal. Det er tegnet af Arkitekternes Typehuskontor, og ses på Figur 5 og Figur 6. Huset er udført med lavt saddeltag beklædt med bølgeeternit. Ydermuren er ikke en let væg, men opført som 9 cm uisoleret hulmur med snedkerpartier mellem vinduerne. Disse er tolags termoruder med trærammer i to størrelser. De fem vinduer i stuen måler hver 10 x 140 cm, hvor- 11
af glasset måler 100 x 10 cm. De resterende 14 vinduer måler hver 10 x 10 cm, hvoraf glasset måler 100 x 100 cm. Gulvet består af mm brædder på strøer uden isolering mellem gulv og kælderdækket (SBI 106, 1977), hvoraf sidstnævnte er et klaplag 1. 4. Krav til varmeisolering i byggeri Kravene til varmeisolering i byggeri har som tidligere nævnt ændret sig meget fra 1960 erne og til i dag. Præcis hvordan og hvor store disse ændringer er, gennemgås i det følgende, der tager udgangspunkt i bygningsreglementerne BR-66 samt BR-S98. Det skal her bemærkes, at der i dag findes to gældende bygningsreglementer, BR-95 og BR-S98, som hhv. er gældende for byggeri generelt (BR-95) og for småhuse (BR-S98). Hovedkravet i såvel BR-66 som BR-95 og BR-S98 er, at bygninger skal varmeisoleres, så unødvendigt energiforbrug undgås. I BR-95 og BR-S98 er det desuden et krav, at der samtidig sikres gode sundhedsmæssige forhold. Skærpelserne fra BR-66 til BR-S98 betragtes i det følgende til dels som ændringer i kravene til U-værdier for de respektive bygningsdele. Et materiales U-værdi er et udtryk for dets varmeledningsevne. En lav U-værdi er ensbetydende med god isoleringsevne; se Appendiks A for eksempler på U-værdier. Med til dels menes her, at hovedkravet i BR-S98 kan efterleves på anden vis, end ved blot at overholde kravene til U-værdier. Dette beskrives i det følgende. 4.1 BR-66 Kravene til varmeisolering kunne i 1966 udelukkende opfyldes ved at overholde den for hver enkel bygningsdel givne U-værdi. Af Tabel 1 ses de ifølge BR-66 krævede U-værdier: 1 Et tyndt lag beton lagt direkte ovenpå afrettet jord. 1
0,40 Bygningsdel U-værdi [/m K] Ydervægge af teglsten i bygninger med etager og derunder, bortset fra kælder 0,85 Ydervægge af teglsten i andre bygninger 1,10 Andre ydervægge med vægt over 100 kg/m 0,85 Ydervægge med vægt under 100 kg/m 0,50 Ydervægge af glas som for vinduer Skillevægge mod tagrum som for ydervægge Skillevægge mod uopvarmede rum 1,70 Gulvkonstruktioner direkte på terræn nyttelast under 400 kg/m nyttelast over 400 kg/m 0,60 Gulve over ventilerede kryberum 0,50 Etageadskillelser over det fri (portrum og lign.) 0,40 Etageadskillelser mod uopvarmede rum 0,50 Etageadskillelser mod delvis opvarmede rum (kælderrum med fritliggende varmerør) 0,70 Etageadskillelser mod særligt varme rum (kedelrum, bagerier og lign.) 0,50 Lofts- og tagkonstruktioner, der begrænser opvarmede rum 0,40 Vindueskarmlysningsarealet mindre end 60 % af ydervægsarealet 3,00 Vindueskarmlysningsarealet mere end 60 % af ydervægsarealet,70 Døre 3,00 Tabel 1 U-værdikrav ifølge BR-66 for forskellige bygningsdele 4. BR-S 98 I Bygningsreglementet for Småhuse, BR-S98, der er gældende i dag, kan hovedkravet opfyldes på tre forskellige måder. For småhuse, der opvarmes til mindst 18 C, er mulighederne: Overholde U-værdikrav til de enkelte bygningsdele og begrænse arealet af vinduer og yderdøre til % af det opvarmede etageareal. Overholde varmetabsrammen for bygningen med ændrede U-værdier og arealer af vinduer og yderdøre. Overholde energirammen for bygningens varmebehov til opvarmning og ventilation. (SBI 190, 1997) 4..1 U-værdikrav At overholde U-værdikravene vil sige, at de enkelte bygningsdele ikke må overstige de i Tabel givne U-værdier. 13
Bygningsdel U-værdi [/m K] Ydervægge med vægt under 100 kg/m 0,0 Ydervægge med vægt over 100 kg/m og kældervægge mod jord 0,30 Skillevægge og etageadskillelser mod delvist opvarmede eller uopvarmede rum 0,40 Terrændæk, kældergulve og etageadskillelser over det fri eller ventilerede kryberum 0,0 Terrændæk, kældergulve og etageadskillelser over det fri eller ventilerede kryberum, hvor der er gulvvarme 0,15 Loft- og tagkonstruktioner, herunder skunkvægge 0,15 Flade tage og skråvægge direkte mod tag 0,0 Vinduer og yderdøre, ovenlys og glasvægge samt lemme (gælder ikke ventilationsåbninger mindre end 500 cm ) 1,80 Tabel U-værdikrav ifølge BR-S98 for forskellige bygningsdele 4.. Varmetabsramme At overholde varmetabsrammen vil sige, at bygningens U-værdier og vinduesarealer kan ændres, hvis det samlede varmetab derved ikke bliver større, end hvis de givne U-værdier i Tabel opfyldes. Bygningens enkeltdele skal dog mindst isoleres svarende til U-værdierne i Tabel 3. Bygningsdel U-værdi [/m K] Ydervægge med vægt under 100 kg/m 0,30 Ydervægge med vægt over 100 kg/m og kældervægge mod jord 0,40 Skillevægge og etageadskillelser mod delvist opvarmede eller uopvarmede rum 0,60 Terrændæk, kældergulve mod jord og etageadskillelser over det fri eller ventilerede kryberum uanset om der er gulvvarme eller ej 0,30 Loft- og tagkonstruktioner, herunder skunkvægge 0,5 Flade tage og skråvægge direkte mod tag 0,5 Vinduer og yderdøre, ovenlys og glasvægge samt lemme (gælder ikke ventilationsåbninger mindre end 500 cm ),90 Tabel 3 Mindste U-værdikrav ifølge BR-S98 for forskellige bygningsdele 4..3 Energiramme At overholde energirammen vil sige, at bygningens vindues- og dørarealer kan vælges frit og U- værdier ændres, hvis blot det samlede årlige varmebehov til rumopvarmning samt ventilation ikke overstiger 80 MJ/m pr. år for etplanshuse. De enkelte bygningsdele skal dog mindst isoleres svarende til U-værdierne i Tabel 3. 14
5. Hvordan reduceres varmebehovet? Det følgende kapitel omhandler potentielle områder, hvor varmetabet kan reduceres. Der vil være en gennemgang af de hyppigst anvendte samt alternative metoder. 5.1 Varmebehov For at opfylde BR-S98 vha. energirammen kræves som ovenfor nævnt, at bygningens samlede varmebehov er mindre end et nærmere specificeret forbrug angivet i MJ. Varmebehovet defineres som det beregnede årlige nettovarmebehov til rumopvarmning og ventilation. I definitionen af varmebehovet indgår således ikke eventuelt forbrug til produktion og fordeling af varmen (SBI 190, 1997, s. 6). For at forenkle projektering vha. energirammen blev PC-programmet Bygningers Varmebehov 95 udgivet sammen med BR-95. Dette program, som i daglig tale kaldes BV95, gør det nemmere at gennemføre beregning af varmebehov, og bruges i denne rapport i afsnit 13.4. 5. Indsatsområder I det følgende bliver fire hyppigt anvendte metoder til reduktion af varmebehovet i et enfamiliehus belyst: Efterisolering Ændringer i husets facade Udskiftning af vinduer Genanvendelse af energi 5.3 Efterisolering Ved efterisolering forstås yderligere isolering af en given konstruktionsdel eller et helt hus. Inden for efterisolering af enfamiliehuse er tre af de hyppigst anvendte metoder: Indvendig efterisolering, udvendig efterisolering og hulrumsindblæsning. Hvilken af metoderne der anvendes, afhænger af husets konstruktion, og naturligvis af den pågældende husejers investeringslyst. Da der til hver af metoderne hører både fordele og ulemper, sker valget derfor også ud fra en opvejning heraf. En mere detaljeret redegørelse for efterisoleringsmetodernes fordele og ulemper er at finde i afsnit 7.4. 15
5.3.1 Produkter på markedet Til isolering/efterisolering findes en lang række produkter med forskellige egenskaber og priser. De fleste af disse produkter kan bruges til hver af de tre tidligere nævnte efterisoleringsmetoder. Det mest anvendte materiale er mineraluld, i form af glasuld og stenuld. Foruden mineraluld anvendes også ekspanderet polystyren (EPS), der dog er væsentligt dyrere. Af andre alternativer kan nævnes Perlite, Papiruld og letklinker, der alle har stort set samme isoleringsevne som mineraluld. Disse produkter er ofte tilsat en række kemiske forbindelser for at forbedre brandegenskaberne (Teknologisk Institut 1999, s.14). 5.4 Ændringer i husets facade De seneste år er der blevet eksperimenteret meget med at mindske energiforbruget til opvarmning ved at forøge mængden af tilført gratisvarme. Dette lader sig hovedsageligt gøre gennem ændringer i husets facade i form af bl.a. store sydvendte vinduespartier, som forøger mængden af solindfald og dermed tilført gratisvarme. Dog er en sådan facadeændring forholdsvis dyr, hvilket giver anledning til overvejelser omkring tilbagebetalingstiden. Foruden opførelse af sydvendte vinduespartier, kan en facadeændring også omfatte hel eller delvis udskiftning af en eksisterende husfacade. Denne løsning forøger ikke nødvendigvis mængden af tilført gratisvarme, men reducerer varmeudslippet gennem facaden grundet bedre isolering. Igen skal nævnes, at en sådan facadeændring er forholdsvis dyr, hvorfor der bør overvejes, hvor lang tid det tager, før varmebesparelsen dækker omkostningerne til facadeændringen. Både opførelse af sydvendte vinduespartier og udskiftning af en eksisterende facade er direkte ændringer i husets konstruktion, hvorimod en mere indirekte løsning kunne være anlæggelse af en nordvendt jordvold omkring huset. Her forsøges jordvarmen udnyttet i efterårs- og vintermånederne, idet jorden er længere tid om at blive afkølet end den atmosfæriske luft. Til gengæld er jorden også længere tid om at blive opvarmet i forårs- og sommermånederne, hvorfor denne indsats virker mere som en tilnærmelsesvis udligning af årstiderne. Dette kan dog også betragtes som en fordel, da varmebehovet er forholdsvist lille i sidstnævnte periode der eksisterer nærmere et kuldebehov i sommermånederne, som jordvolden hjælper med at opfylde (Jespersen, 00, s.4). 5.5 Udskiftning af vinduer Fra 1960 erne og til i dag er der sket en udvikling indenfor vinduers isoleringsevne. I 1960 erne anvendtes typisk -lags termoruder med en U-værdi på ca. 3,0 /m K. Der bliver til stadighed udviklet nye og væsentlig forbedrede ruder, som f.eks. superlavenergiruder med U-værdi på 1,0 /m K (Jespersen, 00, s. 67). Varmeudslippet gennem en vindueskonstruktion fra 1960 erne er 16
typisk forholdsvist stort pga. de mange kuldebroer, se afsnit 9.9, og vil derfor være et centralt indsatsområde for reducering af varmetabet. Tabel 4 viser U-værdier for forskellige rudetyper: Materiale: 1-lags rude -lags gammeldags -lags energitermo- Superlavenergirude termorude rude med argon med krypton U-værdi: 5,9 / m K,9 / m K 1,3 Tabel 4 U-værdier for forskellige rudetyper (Jespersen, 00, s. 67) / m K 1,0 / m K Det skal bemærkes, at U-værdierne kun gælder for selve glasset og ikke for vinduet som helhed. For hele vinduet medtages U-værdier for samtlige materialer i konstruktionen. Foruden det tredje glaslag i superlavenergiruder, er disse forsynet med en usynlig metalbelægning på glasset, en såkaldt lavemissionsbelægning, samt argon- eller kryptongas, der isolerer bedre end normal luft. Disse faktorer tillader solstråling at slippe gennem ruden, og reflekterer samtidig en stor del af den indvendige stråling, så det samlede varmeudslip reduceres (nilsenvinduer.dk, 003). 5.6 Genanvendelse af energi For at mindske ventilationstabet, se afsnit 9.10, kan der installeres ventilationssystem med varmeveksler. Systemet fungerer ved, at den opvarmede indeluft føres ud i varmeveksleren via ventilationsanlæggets kanaler, og forbi den kolde udeluft, som ventileres ind. Således opvarmes den indventilerede udeluft af den varme indeluft, se Figur 7. Systemet kræver, at huset er tilnærmelsesvis tæt, da effektiviteten afhænger af, hvor megen indtrængende luft der opvarmes. Af samme årsag sætter systemet derfor også en begrænsning for, hvor ofte døre og vinduer må åbnes, for at systemet bibeholder den ønskede effekt. Afkastning Udeluft Varmegenvinding Indblæsning Udsugning Figur 7 Varmeveksler (Efter DS 418, 1986) 6. Problemformulering og -afgrænsning Fokus i rapporten er lagt på det store antal enfamiliehuse, der blev opført i løbet af 1960 erne, og som ikke er blevet forbedret energimæssigt siden. Grunden hertil er, at disse i overvejende grad er utidssvarende isoleret, og udgør således en stor potentiel energibesparelse. 17
Der findes adskillige og meget forskelligartede løsningsmodeller til at reducere enfamiliehuses varmetab, men det vil i denne rapport kun være mulighederne for efterisolering i vægge og loft samt udskiftning af vinduer, der bliver belyst. Rapporten afgrænses til de tre isoleringstyper: Mineraluld (Rockwool og Isover), EPS (polystyren) og Papiruld. Valget af mineraluld og EPS er sket, fordi de er meget udbredte løsninger, og har været på markedet i mange år - for mineralulds vedkommende siden 1930 erne. Der fokuseres på Papiruld, da det er repræsentant for de mange nye isoleringsmaterialer, der er kommet på markedet i de seneste ti år (Jespersen, 00). Til beregning af bygningers dimensionerende varmetab benyttes DS 418. Det dimensionerende varmetab er indført for at have et standardiseret sammenligningsgrundlag for bygningers varmetab, og for at kunne dimensionere opvarmningsanlæg. Her regnes med faste dimensionerende inde- og udetemperaturer, og der tages ikke højde for bygningens orientering. Teorien bag disse beregninger gennemgås og anvendes til bestemmelse af referencehusets varmetab før og efter de opstillede forslag til forbedring. Formålet med dette afsnit er, at sammenholde det beregnede energibehov med kravet til energirammen for småhuse i BR-S98. Som grundlag for de økonomiske beregninger benyttes computerprogrammet BV95 (Bygningers Varmetab 95), som er udgivet af Byggeforskningsinstituttet i 1995. Programmet udregner en bygnings årlige energiforbrug til opvarmning, som derefter kan bruges til beregning af de økonomiske besparelser ved en given investering. Programmet medtager de i DS 418 krævede varmetabsberegninger, samt en række yderligere faktorer som f.eks. bygningens orientering og de svingende temperaturer over året. Dette afsnit tjener til at eftervise, hvorvidt det realistisk set kan betale sig at investere i efterisolering og udskiftning af vinduer, afhængig af tilbagebetalingstidens længde. Denne er netop motiverende for, om en forbedring bliver udført eller ej. Med hensyn til beregningerne på husets varmetab, bliver disse jf. DS 418 afgrænset til kun at behandle endimensionale varmestrømme. Forudsætningen for de endimensionale varmestrømme er, at de materialer, som varmen gennemstrømmer, er homogene og planparallelle med en varmestrøm, som står vinkelret på materialerne. Disse forhold er i praksis ikke opfyldt, og varmestrømmene foregår da i flere dimensioner. Da teorien ikke tager hensyn til dette, er beregningerne på de flerdimensionale varmestrømme udeladt. Reducering af energiforbruget til opvarmning vurderes også i et miljømæssigt perspektiv. Her undersøges, om der eksisterer en positiv nettomiljøgevinst ved at vurdere, hvorvidt miljøomkostningerne ved produktion kan genvindes under brugs- og bortskaffelsesfasen. For at undersøge dette, udarbejdes en livscyklusvurdering efter MEKA-princippet (Materialer, Energi, Kemikalier, 18