S 12-043 - DTU Byg - Danmarks Tekniske Universitet
Danmarks Tekniske Universitet Institut for Byggeri og Anlæg Udvikling og analyse af højisolerede klimaskærmskonstruktioner Bachelorprojekt Martin Buhl Juli 2012 Forord Dette projekt er udarbejdet af Martin Buhl, s092799, i perioden 1. februar til 9. juli 2012 ved DTU Byg på Danmarks Tekniske Universitet. Projektet er afslutningen på bachelorstudiet i Byggeteknologi og repræsenterer 20 ECTS-point. Projektet er udført under vejledning af Professor Svend Svendsen, DTU Byg, hvem jeg gerne vil takke for hjælp og vejledning. Der er til rapporten vedlagt en cd-rom med beregningsmateriale. Se bilagslisten for nærmere beskrivelse af indhold. 9. juli 2012 Martin Buhl, s092799 i Resumé Skærpelserne i bygningsreglementet til bygningers energiforbrug har medført en udvikling inden for isoleringsmaterialer der gør, at der er mange forskellige produkter på markedet. Projektet undersøger derfor forskellige traditionelle og nye isoleringsmaterialer mht. isoleringsevne og pris. Den økonomisk bedste løsning findes vha. energispareprisen, der er en økonomisk model der bruges til at vurdere hvor rentabel en given investering er. I analysen af klimaskærmen tages der udgangspunkt i et typehus fra Lind & Risør der er optimeret til at overholde energirammen for bygningsklasse 2020 på 20 kWh/m2 pr. år. Energispareprisen for de forskellige isoleringsmaterialer sammenlignes ved en fastlagt U-værdi. Ved at bruge denne metode sammenlignes isoleringsmaterialerne direkte mod hinanden. I beregningen af energispareprisen tages der højde for de meranlægsudgifter der måtte være ved at bruge en større isoleringstykkelse. Dette gælder bl.a. for ydervæggen, hvor en øget tykkelse vil kræve et tilsvarende bredere fundament. Udover analysen af energispareprisen ses der også på dagslysforhold og indeklima. Hvis der benyttes et isoleringsmateriale med en høj varmeledningsevne vil det føre til en tykkere ydervæg, hvilket vil føre til et fald i dagslysfaktoren i boligen, da denne bl.a. afhænger af ydervæggens tykkelse. For at kompensere for de tykkere ydervægge foretages der en optimering af vinduernes størrelse vha. programmet Velux Daylight Visualizer, sådan der for alle vægtykkelser opnås den samme dagslysfaktor i boligens rum. Når vinduesstørrelserne er blevet optimeret ses der på antallet af overophedningstimer i boligen, da dette bl.a. afhænger af vinduernes størrelse. Analysen af indeklimaet udføres i programmet WinDesign, hvor effekten af et større vinduesareal på boligens opvarmningsbehov også undersøges. Det konkluderes, at det for terrændækket og taget bedst kan betale sig at isolere med materialer der har en høj varmeledningsevne, da disse har den laveste energisparepris. I ydervæggene er der flere merudgifterne at tage højde for, hvilket virker til fordel for de dyre isoleringsmaterialer med en lav varmeledningsevne. Her er resultatet derfor mere blandet. I dagslysoptimeringen og i undersøgelsen af indeklimaet konkluderes det, at der kan opnås et godt indeklima mht. dagslys og overtemperaturer i boliger både vha. tynde og tykke vægge. Ydermere viser undersøgelsen, at et større vinduesareal ikke har nogen synlig effekt på boligens opvarmningsbehov. ii Abstract The restrictions in the new building code concerning the overall energy use in dwellings have led to a development within the field of building insulation. As a consequence of this there are now many different available insulation products. This project examines a number of different insulation materials according to their thermal conductivity and price. The best solution from an economical point of view is found by calculating the cost of conserved energy (CCE), which is an economic optimisation method used to determine the most profitable solution. In the analysis of the building envelope an optimized type house from Lind & Risør is used as a starting point. The type house has been modified and now meets the requirements in the energy frame for building class 2020, which is 20 kWh/m2 per year. The cost of conserved energy for the different insulation materials is calculated at a fixed value for the heat transfer coefficient. By using this method the insulation materials are compared directly to each other. When calculating the cost of conserved energy the price for the construction cost is taken into consideration. E.g. when building an outer wall, an increase in the wall thickness will lead to a similar increase in the width of the foundation. Besides the analysis of the cost of conserved energy the daylight factor and indoor environment will be assessed as all. If an insulation material with a high thermal conductivity is used in the outer walls, this will lead to a thicker wall and thereby decrease the daylight factor since the daylight factor depends on the thickness of the wall among others. In order to compensate for the thicker walls, an optimization of the window sizes will be performed using the program Velux Daylight Visualizer. Using this method will allow the same amount of daylight to enter the room no matter how thick the walls are. When the window sizes have been optimized an analysis of the potential overheating in the dwelling will be performed since this mainly depends on the window areas. The program WinDesign will be used to evaluate the indoor environment together with an analysis concerning whether the room heating demand is influenced by the window area. The result is, that for the slab and the roof the best solution is achieved by using an insulation material with a high thermal conductivity since these materials have the lowest cost of conserved energy. In the walls there are more construction costs which work in favour of the more expensive materials with low thermal conductivities. Therefore the results are not as clear for the analysis of the walls. In the optimization of the daylight and the investigation of the indoor environment the results show that acceptable solutions can be based on both thin and thick walls. Furthermore the investigation shows that the window area has no significant effect on the heating demand of the dwelling. iii Indholdsfortegnelse Forord....................................................................................................................................................... i Resumé ................................................................................................................................................... ii Abstract .................................................................................................................................................. iii 1 Indledning ....................................................................................................................................... 1 1.1 Baggrund ................................................................................................................................. 1 1.2 Formål ..................................................................................................................................... 1 1.3 Metode.................................................................................................................................... 1 1.3.1 Typehuset........................................................................................................................ 2 1.4 Isoleringsmaterialer ................................................................................................................ 4 1.5 Energispareprisen ................................................................................................................... 6 1.5.1 Klimaskærmens energiforbrug........................................................................................ 8 2 Litteraturstudie ............................................................................................................................... 9 3 Analyse af terrændækket .............................................................................................................. 11 4 3.1 Design.................................................................................................................................... 11 3.2 Isoleringsmaterialer .............................................................................................................. 11 3.3 Økonomi................................................................................................................................ 13 Analyse af ydervæggene ............................................................................................................... 16 4.1 Design.................................................................................................................................... 16 4.2 Isoleringsmaterialer .............................................................................................................. 18 4.3 Økonomi................................................................................................................................ 19 4.4 Holdbarhed ........................................................................................................................... 21 4.5 Dagslysforhold i boligen ........................................................................................................ 22 4.5.1 Fordele ved en høj dagslysfaktor .................................................................................. 22 4.5.2 Dagslysoptimering i Velux Daylight Visualizer .............................................................. 23 4.6 5 Indeklima............................................................................................................................... 25 Analyse af tagkonstruktionen ....................................................................................................... 30 5.1 Design.................................................................................................................................... 30 5.2 Isoleringsmaterialer .............................................................................................................. 31 5.3 Økonomi................................................................................................................................ 31 6 Konklusion ..................................................................................................................................... 33 7 Litteraturliste ................................................................................................................................ 35 8 Bilagsliste ...................................................................................................................................... 37 iv 1 Indledning 1.1 Baggrund Med de seneste års skærpelser i bygningsreglementet og med den nylige introduktion af bygningsklasse 2020 er kravene til bygningers energiforbrug løbene blevet strengere. Kravene er blevet skærpet som et led i planen om at nedbringe Danmarks samlede energiforbrug, og dermed også udledningen af CO2. Med tiden vil et lavere energiforbrug også sikre Danmark en højere forsyningssikkerhed, da man så er mindre afhængig af fossile brændstoffer fra andre lande. Strenge krav til lavt energiforbrug vil også kunne skabe grøn vækst og sikre beskæftigelse i Danmark. Bygningsklasse 2020 stiller krav om et samlet energiforbrug i boliger til opvarmning, ventilation, køling og varmt brugsvand på højst 20 kWh/m2 pr. år. Den nye bygningsklasse er blevet introduceret allerede nu, på trods af at den først vil gælde ved lov i år 2020. På den måde har byggebranchen nogle år til at vende sig til den nye standard og til at udvikle nye produkter og billige standardløsninger der kan hjælpe til at overholde de strenge krav for bygningsklasse 2020. Den løbende skærpelse af bygningsreglementets krav til energiforbruget har resulteret i, at mange bygningsdele er blevet videreudviklet og optimeret til at have et lavere energiforbrug. Det gælder f.eks. ruder og vinduesrammer, ventilationsanlæg og isoleringsmaterialer. Blandt isoleringsmaterialerne er der både sket en videreudvikling af kendte materialer og der er blevet udviklet nye materialer, hvilket betyder at der er mange forskellige isoleringsmaterialer på markedet. F.eks. producerer Isover glasuld med tre forskellige varmeledningsevner. De materialer der har en lav varmeledningsevne isolerer selvsagt bedst, men de er også dyrere. I rapporten vil det derfor blive undersøgt, hvilke af de mange isoleringsmaterialer det bedst kan betale sig at bruge, og i hvilke dele af klimaskærmen de egner sig bedst. 1.2 Formål Projektets formål er at sammenligne forskellige traditionelle og nye isoleringsmaterialer med henblik på at finde den økonomisk bedste løsning der samtidig overholder opstillede krav til energiforbrug, lysforhold og indeklima. 1.3 Metode I rapporten sammenlignes forskellige isoleringsmaterialer i terrændækket, ydervæggene og taget. I terrændækket og taget vil energispareprisen for de forskellige isoleringsmaterialer blive udregnet og undersøgt, og den økonomisk bedste løsning vil blive fundet. I ydervæggene vil den økonomisk bedste løsning også blive fundet på baggrund af energispareprisen. Ydermere vil der i analysen af ydervæggene blive foretaget en dagslysoptimering, da store vægtykkelser kan have en effekt på dagslysfaktoren. Optimeringen vil blive foretaget i programmet Velux Daylight Visualizer og vil basere sig på de forskellige vægtykkelser der blev fundet i forbindelse med udregningen af energispareprisen. Til sidst vil det blive undersøgt hvorvidt de optimerede vinduesarealer vil føre til overtemperaturer i boligen. Vinduesarealets effekt på opvarmningsbehovet vil også blive undersøgt. Undersøgelsen af overtemperaturer i boligen og boligens opvarmningsbehov vil blive udført vha. af programmet WinDesign. 1 For at have en baggrund at sammenligne isoleringsmaterialerne på tages der udgangspunkt i et typehus fra Lind & Risør. Typehuset overholdte oprindeligt BR10, men er i kandidatspecialet ”Undersøgelse og udvikling af metode til økonomisk optimering af lavenergiboliger” [Grøn M, Roed S, 2011] blevet optimeret til at overholde bygningsklasse 2020. Boligen har efter optimeringen et årligt energiforbrug beregnet i Be10 på 18,36 kWh/m2, hvilket overholder kravet for bygningsklasse 2020 på 20 kWh/m2. I projektet [Grøn M, Roed S, 2011] blev boligen optimeret økonomisk vha. det Excel-baserede beregningsprogram CCE-Calc, der er et program der udregner energispareprisen for alle de energibesparende komponenter i boligen og derefter foreslår den økonomisk mest optimale sammensætning af komponenter til netop at overholde energirammen. Boligen er altså allerede blevet optimeret mht. vinduer, ventilationsanlæg, isoleringstype og -tykkelse, m.m. Programmet CCE-Calc har dog et meget begrænset udvalg af isoleringsmaterialer og det er derfor valgt at sammenligne forskellige isoleringsmaterialer i dette projekt. For at sammenligne isoleringsmaterialerne på lige fod, sammenlignes de økonomisk ved den U-værdi der i rapportens optimering [Grøn M, Roed S, 2011] blev fundet nødvendig for at overholde bygningsklasse 2020. Uværdierne kan ses i Tabel 1. Ved f.eks. at sammenligne forskellige isoleringsmaterialer i terrændækket ved en U-værdi på 0,070 W/m2K fås der en direkte sammenligning af isoleringsmaterialerne, og det kan så undersøges hvilken type isolering der billigst kan levere et lavt varmetab der lever op til bygningsklasse 2020. Det skal bemærkes at der for bygningsklasse 2020 ikke er nogen krav til varmetabet fra de forskellige dele af klimaskærmen, bygningen skal blot overholde energirammen på 20 kWh/m2 pr. år. Derfor repræsenterer de valgte U-værdier heller ikke noget krav der skal overholdes generelt, de er alene valgt fordi de ved den tidligere optimering er blevet fundet tilstrækkelige til, i samarbejde med flere andre energibesparende komponenter, at overholde energirammen. Tabel 1: De forskellige isoleringsmaterialer vil blive sammenlignet ved U-værdierne i denne tabel. Klimaskærm Terrændæk Ydervægge Tag U-værdi 0,070 W/m2K 0,080 W/m2K 0,070 W/m2K Note om WinDesign: Ved brugen af det Excel-baserede computerprogram WinDesign har jeg oplevet en del problemer med fejlmeldinger i Excel der gjorde, at programmet pludselig ikke ville fungere længere. Disse problemer ophørte da jeg under regnearket ”WinDesign” låste alle regnearkene op vha. koden ”bygdtu” og i øvrigt fulgte vejledningen i de seks punkter der står beskrevet samme sted. Koden fandt jeg i en PowerPoint præsentation på samme hjemmeside som WinDesign kan downloades fra: http://www.vinduesvidensystem.dk/Windesign.html 1.3.1 Typehuset Det optimerede typehus præsenteres her kort, da det vil blive brugt gennem hele rapporten. Med en vægtykkelse på 300 mm har huset et bruttoareal på 159 m2, og består af syv primære rum og fem sekundære rum. Huset kan ses på Figur 1. Der er ikke nogen væg mellem køkkenet og spisestuen, og rummet fungerer derfor som et stort køkken-alrum. I denne rapport vil der hovedsagligt blive set på de primære rum, der er markeret med grøn på Figur 1. På figuren er syd opad. 2 Vinduesstørrelserne for de primære rum i typehuset kan ses i Tabel 2. Nogle af vinduerne er glasarealer i terrassedøre. I disse terrassedøre går glasset ikke helt ned til gulvet, da glas i denne højde har meget lille effekt på dagslysfaktoren, men kan have en stor effekt på overophedning. Spisestuen har én dobbeltfløjet terrassedør, stuen har også én dobbeltfløjet terrassedør og soveværelset har en enkelt terrassedør. I denne rapport vil optimeringen tage udgangspunkt i dette typehus, og der vil derfor ikke blive tilføjet nye ting som f.eks. ovenlysvinduer. Husets facon vil heller ikke blive undersøgt, på trods af at dette har en effekt på bygningens energiforbrug. Huset har dog i forvejen en ret simpel grundplan (rektangulær), hvilket er en fordel i forhold til mere komplekse grundplaner. En simpel grundplan giver en mindre omkreds af bygningen og dermed også et mindre facadeareal, hvilket resulterer i et lavere varmetab gennem facaden [Hviid C, Petersen S, 2005]. Tabel 2: Vinduesstørrelser for alle de primære rum i typehuset. Ved den senere optimering af dagslyset vil der blive taget udgangspunkt i disse størrelser. Vinduesstørrelser Rum Værelse Køkken Spisestue Stuen Soveværelse Værelse Værelse Nr. 1 2a 2b 3 4 5 6 Vindueshøjde m 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 Vinduesbredde m 1,2 1,2 1,9 1,9 1,9 1,2 1,2 0,6 Antal vinduer stk. 1 1 1 2 1 1 1 1 Samlet vinduesareal m2 2,04 5,27 6,46 3,23 2,04 3,06 Figur 1: Grundplan af det typehus der analyseres. De primære rum er markeret med grøn mens de sekundære rum er markeret med blå. På figuren er syd opad. 3 1.4 Isoleringsmaterialer Nedenfor gennemgås kort de forskellige typer isolering der vil blive undersøgt. Tabel 3 viser en oversigt over de forskellige isoleringsmaterialers egenskaber. Isoleringsmaterialerne er delt op i to grupper: Traditionelle isoleringsmaterialer, der har været på markedet i lang tid, og nye isoleringsmaterialer, der er relativt nye inden for byggebranchen eller inden for almindelig bygningsisolering. Traditionelle isoleringsmaterialer Polystyren Polystyren findes i to former; ekstruderet polystyren (XPS) og ekspanderet polystyren (EPS), hvor EPS er den mest anvendte af de to til bygningsisolering i Danmark. Ekspanderet polystyren er en celleplast bestående af en masse luftfyldte celler der giver en god isoleringsevne. EPS har både en stor trykstyrke og en kapillarbrydende effekt, hvilket gør den velegnet i f.eks. fundamenter, kældervægge og terrændæk, hvor der stilles krav om lav fugtoptagelse samt høj trykstyrke. Varmeledningsevnen for EPS ligger i intervallet 0,033 – 0,041 W/mK. I Danmark forhandles EPS isolering hovedsagligt af Sundolitt, Thermisol og Styrolit. Mineraluld Mineraluld dækker over isoleringstyperne glasuld og stenuld. Produkterne fremstilles i en proces hvor enten sten eller glas, sammen med nogle andre råvarer, smeltes og derefter spindes i meget tynde fibre. Fibrene presses herefter sammen til måtter, plader eller andre produkter alt efter ønske. Mineraluldens specielle fiberstruktur giver en god isoleringsevne pga. den stillestående luft mellem fibrene. Stenuld forhandles i Danmark primært af Rockwool, hvor den bedste isolering er klasse 34 (0,034 W/mK). Glasuld forhandles af Saint-Gobain Isover, der som det bedste har udviklet en klasse 32 glasuld. Nye isoleringsmaterialer PUR Betegnelsen PUR dækker over isoleringsmaterialer laver af polyurethan (PUR) og polyisocyanurat (PIR). PUR er et plastmateriale med en lukket cellestruktur der under produktionen skummes op vha. gassen cyclopentan. PUR isolering kan fremstilles med stor variation i massefylde og stivhed. Som bygningsisolering findes materialet som plader og blokke og kan også benyttes som kernen i et sandwichelement med højstyrkebeton på hver side. PUR isolering benyttes også i forbindelse med isolering af fjernvarmerør, ventilationskanaler, køle/frysesektoren m.fl. Udfordringen ved PUR isolering er at undgå at drivmidlet (cyclopentan) ikke diffunderer ud og erstattes af atmosfærisk luft. Dette vil med tiden kunne forhøje materialets varmeledningsevne. PUR bygningsisolering kan fås med en varmeledningsevne ned til 0,022 W/mK og leveres i Danmark af Kingspan og ThermiSol. Fenolskum Fenolskum er en celleplast der fremstilles i hårde plader. Under produktionen blæses materialet op med en gas, hvilket giver den lave varmeledningsevne. Produktet leveres i Danmark af Kingspan, der sælger materialet med forskellige ting såsom alufolie eller papir klistret på siden af isoleringspladerne. 4 Aerowool Aerowool er udviklet af Rockwool og består af stenuldsfibre tilsat aerogel. Aerogel er baseret på silicium og er et meget let materiale der næsten udelukkende består af luft fanget i en cellestruktur på nanoskala. Aerowool markedsføres under navnet Aerorock som en kompositplade bestående af Aerowool isolering, en dampspærre og en gipsplade. Aerowool har en varmeledningsevne på 0,019 W/mK. Grå EPS Grå EPS er almindelig EPS isolering hvor der i produktionsfasen er tilsat grafit, deraf materialets grå farve. Grafitten hjælper til at reflektere og opsuge infrarød stråling og materialet holder derved bedre på varmen. Grå EPS har samme mekaniske egenskaber som almindelig EPS mht. trykstyrke og fugtoptagelse. Både Sundolitt, Thermisol og Styrolit har udviklet deres egen grå EPS med en varmeledningsevne ned til 0,031 W/mK. Tabel 3: Oversigt over de forskellige isoleringsmaterialers egenskaber. Isoleringsmateriale EPS Stenuld Glasuld PUR Fenolskum Aerowool Grå EPS Varmeledningsevne W/mK 0,033-0,041 0,034-0,038 0,032-0,040 0,022-0,026 0,021-0,023 0,019 0,031 Densitet kg/m3 15-40 30-45 15-25 35-60 35 180 15 I forbindelse med undersøgelsen af isoleringsmaterialerne har det været vigtigt at få nogle realistiske og tidssvarende priser på de undersøgte materialer. Jeg har derfor rettet henvendelse til flere producenter med henblik på at få oplyst en pris for nogle af deres produkter. Kilderne til de priser for isoleringsmaterialer der anvendes i rapporten er listet i Tabel 4. Tabel 4: Tabellen viser hvem der har oplyst de priser der benyttes i rapporten. Producent Sundolitt as ThermiSol A/S Rockwool A/S Kingspan Insulation Rockwool A/S Isover A/S Isolering Sundolitt S60 Sundolitt S80 Sundolitt S150 Climate C60 Climate C80 Titan SlimLine+ Aerowool Kooltherm K8 FlexiBatts Super FlexiBatts Murfilt 37 Murfilt 34 Murfilt 32 Kilde Oplyst telefonisk af salgskonsulent Simon Bruun Stubtoft Oplyst pr. e-mail af salg og marketingschef Jan Kjeldsen Oplyst pr. e-mail af teknisk chef Marina Mazin Oplyst pr. e-mail af business development manager Scott McMonagle Priserne er tidligere blevet indsamlet i forbindelse med rapporten ”Økonomisk optimeret design af lavenergihuse baseret på komponenters pris-ydelsesdata” [Nielsen K, Secher A, 2011]. Priserne er således taget fra denne rapport. 5 1.5 Energispareprisen Energispareprisen er en økonomisk model der bruges til at vurdere hvor rentabel en given investering er. Energispareprisen kaldes også Cost of Conserved Energy (CCE) eller Cost of Saved Energy (CSE). Helt konkret fortæller energispareprisen hvor meget det koster at spare én kWh. Energispareprisen tager både højde for den årlige forrentning af lån, teknisk og økonomisk levetid samt de energibesparelser som de forskellige tiltag medfører. Definitionen af energispareprisen ses i Ligning 1 [Petersen S, Svendsen S, 2011]. Der hvor energispareprisen udmærker sig, er ved sammenligningen af forskellige energibesparende tiltag, hvor de tiltag med den laveste energisparepris let kan identificeres og udvælges. Når energiforbruget skal nedbringes i en bygning opnås dette normalt ved at kombinere forskellige energibesparende komponenter og tiltag. Ved hjælp af energispareprisen kan den mest økonomiske kombination af alle disse komponenter findes, ved at sørge for at alle de udførte tiltag har den samme energisparepris. Hvis alle tiltagene har den samme energisparepris er man sikker på, at alle tiltagene er drevet lige langt rent økonomisk, hvilket betyder at det ikke længere er muligt at bruge mere af ét tiltag og derved få en endnu billigere løsning. hvor, ∗ , ∗ å Δå Δ,å (1) CCE = Energispareprisen - [kr./kWh] n = Den økonomiske levetid, eller den tid som lånet løber over. I Danmark er dette typisk 30 år, hvilket også vil blive brugt i rapporten - [år] nt = Den tekniske levetid. Den tid det energibesparende tiltag forventes at fungere efter hensigten. Vil i rapporten blive sat til 100 år for isoleringsmaterialer - [år] a(n, r) = Annuitetsfaktor der omregner den samlede pris for investeringen til en fast årlig ydelse på lånet over n år - [-] Itiltag = Den samlede pris for det energibesparende tiltag. Vil i rapporten bestå af prisen for selve isoleringsmaterialet samt diverse meranlægsudgifter - [kr.] VOårlig = Vedligeholdelsesomkostninger for det energibesparende tiltag - [kr./år] f1, f2 = Den primære energifaktor. Vil i Bygningsreglement 2020 være 0,6 for fjernvarme og 1,8 for elektricitet - [-] ∆Eårlig = Den årlige energibesparelse som følge af tiltaget - [kWh/år] ∆Edrift, årlig = Det årlige energiforbrug af tiltaget. F.eks. strøm til ventilationsanlæg og varmepumper - [kWh/år] 6 Annuitetsfaktoren udregnes vha. Ligning 2 [Petersen S, Svendsen S, 2011]. , hvor, 1 1 (2) r = Realrenten. Her benyttes værdien 2,5 %, idet realrenten siden 1990 har ligget fast mellem 2 og 3 % [Tommerup H, Svendsen S, 2008]. Realrenten beskriver det mulige afkast hvis pengene var blevet investeret andetsteds. Hvis det energibesparende tiltag betragtes som en investering, skal tiltaget som minimum give et afkast svarende til det realrenten giver. n = Den økonomiske levetid - [år] Det antages at de vedligeholdelsesomkostninger der måtte være i forbindelse med ydervægge, tag og terrændæk er grundlæggende udgifter der skal betales lige meget hvilken type eller mængde isolering der er brugt. Derfor vil VOårlig ikke blive brugt i formlen, da det netop er isoleringsmaterialer der bliver undersøgt i denne rapport. Ligeledes vil ∆Edrift, årlig heller ikke blive brugt, idet isoleringen ikke har et energiforbrug til drift. Der vil også blive set bort fra den primære energifaktor, da denne hovedsagligt bruges hvis der er intentioner om at sammenligne energispareprisen med energiprisen på el og varme. Den forkortede formel der vil blive brugt i rapporten ses i Ligning 3. ∗ , ∗ !" ./"%&' Δå (3) Idéen bag energispareprisen er, at hvis energispareprisen for et tiltag er lavere end den aktuelle energipris, så bør man anvende tiltaget, idet der så er penge at spare. Det er dog meget svært at forudsige hvordan energiprisen vil udvikle sig i fremtiden, og derfor erstattes energiprisen med en energiramme som øvre grænse for et tiltags rentabilitet. Energispareprisen benyttes så til at finde den kombination af tiltag der billigst muligt overholder energirammen. I det her tilfælde er energirammen på 20 kWh/m2 pr. år, hvilket svarer til bygningsklasse 2020. I denne rapport vil der blive benyttet en variabel reference til at udregne energispareprisen. Det betyder, at isoleringstykkelsen vil blive øget gradvist med 10 mm ad gangen, og både energibesparelsen (∆Eårlig) og prisen (Itiltag) vil referere til det lille ekstra lag isolering. På den måde findes den marginale energisparepris, hvilket er den metode der bedst kan løse problemet med at finde den kombination af tiltag der billigst overholder energirammen. I modsætning til denne metode står middelenergispareprisen hvor der benyttes en fast reference. Ved at bruge en fast reference fås den gennemsnitlige pris for at spare én kWh, hvilket bedre kan sammenlignes med energiprisen, da denne også er baseret på middelværdier og f.eks. ikke tager højde for højere energipriser under spidsbelastninger [Hansen S, 2011]. I denne rapport er målet at sammenligne forskellige isoleringsmaterialer i forskellige dele af klimaskærmen og energispareprisen vil derfor blive brugt lidt anderledes. Den nødvendige U-værdi for de forskellige dele af klimaskærmen vil blive fastsat, og alle de isoleringsmaterialer der 7 sammenlignes vil så få sammenlignet deres energisparepris ved denne U-værdi. På den måde kan isoleringsmaterialerne sammenlignes direkte. 1.5.1 Klimaskærmens energiforbrug For at kunne udregne energispareprisen skal energiforbruget af det undersøgte tiltag være kendt. Energiforbruget pr. m2 terrændæk, ydervæg eller tag kan udregnes vha. Ligning 4 [Petersen S, Svendsen S, 2011]. hvor, å ( ) ∗ *+ (4) Qi = Det årlige energiforbrug af den del af klimaskærmen der undersøges - [kWh] Ui = U-værdien af den del af klimaskærmen der undersøges - [W/m2K] DH = Antallet af gradtimer i opvarmningssæsonen - [kKh] Der regnes kun på opvarmningssæsonen, da det antages at det ikke vil være nødvendigt med køling i kølingssæsonen. Antallet af gradtimer i opvarmnings- og kølingssæsonen afhænger af længden af disse sæsoner, hvilket kan beregnes efter DS/EN ISO 13790:2008. Længden af sæsonerne afhænger bl.a. af bygningens specifikke ventilations- og transmissionstab og vil derfor variere alt efter hvor godt isoleret bygningen er. I rapporten [Hansen S, 2011] er længden af sæsonerne blevet bestemt for et referencehus der opfylder kravene til bygningsklasse 2020. Det vurderes at disse data godt kan overføres til det typehus der undersøges i denne rapport. Længden af opvarmnings- og kølingssæsonen kan ses i Tabel 5. Når længden af opvarmnings- og kølingssæsonen er bestemt, kan antallet af gradtimer bestemmes ud fra referenceåret DRY [Jensen J M, Lund H, 1995]. Antallet af gradtimer på et år bestemmes som den summerede forskel mellem lufttemperaturen inde og ude på timebasis. I opvarmningssæsonen sættes indetemperaturen til 20 oC mens den i kølingssæsonen sættes til 26 oC. For terrændækket sættes udetemperaturen ifølge DS 418:2011 til 10 oC året rundt, da dette er temperaturen af jorden under boligen. Af den grund er antallet af gradtimer ”mod jord” anderledes. Antallet af gradtimer kan ses i Tabel 5. De Excel regneark hvori energispareprisen er blevet udregnet kan findes på den vedlagte cd-rom. Tabel 5: Længden af opvarmnings- og kølingssæsonen samt de tilhørende gradtimer. Antallet af gradtimer er anderledes for terrændækket, da temperaturen af jorden under boligen ifølge DS 418:2011 skal sættes til 10 0C. Sæson Opvarmningssæson Kølingssæson Gradtimer Gradtimer i opvarmningssæsonen Gradtimer i kølingssæsonen Gradtimer i opvarmningssæsonen mod jord Gradtimer i kølingssæsonen mod jord Længde af sæson 31/10 – 30/3 8/4 – 10/10 Antal gradtimer 67,62 kKh 24,40 kKh 36,24 kKh 32,61 kKh 8 2 Litteraturstudie Nedenfor gennemgås kort nogle af de tekster der er blevet læst i forbindelse med denne rapport. Teksterne er blevet læst med henblik på at indsamle den nyeste viden på det undersøgte område. Method for component-based economical optimisation for use in design of new lowenergy buildings [Petersen S, Svendsen S, 2011] Artiklen beskriver hvad energispareprisen er og hvordan den beregnes. Energispareprisen er en økonomisk model der bruges til at udregne prisen for at spare 1 kWh, og tager højde for faktorer såsom forrentning af lån, teknisk og økonomisk levetid og den årlige energibesparelse. Metoden er ment til at blive benyttet tidligt i designfasen og kan hjælpe til at udvikle et godt udgangspunkt for bygningen. Artiklen forklarer vigtigheden af, at alle energisparepriserne skal være ens for at opnå den bedste løsning. Der præsenteres også en metode til at opnå ens energisparepriser. Energiprisen udskiftes også som øvre grænse for et tiltags rentabilitet, og i stedet indføres konceptet med en energiramme som øvre grænse. Til sidst i artiklen er der et beregningseksempel hvor metoden fremvises på en simpel kontorbygning. Analyse 6. Komponentkrav, konkurrence og eksport. En kortlægning af innovation i byggekomponenter [Svendsen et al, 2011] Rapporten består af en række delanalyser, hvor hver delanalyse beskæftiger sig med en relevant bygningsdel. Bilag 1 i rapporten beskæftiger sig med klimaskærmskonstruktionen, og er derfor det bilag der er mest relevant i forhold til denne rapport. I delanalysen om klimaskærmskonstruktionen ses der først på bedre isolerede klimaskærmskonstruktioner baseret på tykkere isolering. Det skønnes at udviklingen inden for luftfyldte isoleringsmaterialer såsom stenuld og glasuld vil medføre isoleringsmaterialer med en varmeledningsevne på ned til 0,027 W/mK frem mod 2020. Den mulige reduktion i energiforbrug for et typisk parcelhus vha. tykkere isolering vurderes til mellem 4,4 og 8,3 kWh/m2 pr. år. Prisen for de luftfyldte isoleringsmaterialer forventes ikke at stige, da man regner med at en større produktion vil holde prisen nede. I den del af rapporten der vurderer bedre isolerede klimaskærmskonstruktioner baseret på bedre isolering, ses der bl.a. på den forventede udvikling af EPS. Det forventes at varmeledningsevnen for EPS vil falde til 0,024-0,026 W/mK frem mod 2020. Et isoleringsmateriale som VIP (Vacuum Insulation Panels) forventes ikke at blive nødvendig ved nybyg, da man sagtens kan projektere sig ud af problemer med store vægtykkelser. VIP kan dog være relevant ved renovering hvor der ofte ikke er særlig meget plads. Den mulige reduktion i energiforbrug for et typisk parcelhus vha. bedre isolering vurderes til mellem 3,7 og 7,8 kWh/m2 pr. år. Strategi for udvikling af integrerede lavenergiløsninger til nye bygninger [Svendsen et al, 2009] Rapporten beskriver kort mulighederne for at sænke det samlede energiforbrug i Danmarks bygningsmasse, men ser også mere konkret på f.eks. strategier for lavenergiløsninger til klimaskærmen. Her gennemgås en lang række tunge og lette konstruktioner for alle klimaskærmens 9 dele. De forskellige konstruktioner vurderes i en SWOT-analyse, hvor deres styrker, svagheder, muligheder og trusler analyseres. Det vurderes bl.a. at alle tunge klimaskærme kan udvikles til lavenergiløsninger, men der er behov for at mindske prisen, da merudgifterne ved ekstra isolering er store. Det nævnes også at det er billigere at opnå en besparelse i energiforbruget ved at isolere klimaskærmen fremfor at investere i andre energibesparende tiltag, hvorfor det er logisk at investere i ekstra isolering. For lette klimaskærmskonstruktioner vurderes et stort potentiale på grund af gode egenskaber i forhold til pris, isoleringsevne og vægtykkelse. Det fugtige danske klima nødvendiggør dog hurtige byggeforløb og en stor grad af præfabrikation for at forhindre skader. I et bilag til rapporten gennemgås desuden flere forskellige typer af isolering mht. deres egenskaber og eventuelle fordele og ulemper. Optimal isolering af klimaskærmen i relation til nye skærpede energibestemmelser [Tommerup H, Svendsen S, 2005] Med baggrund i de nye skærpede energikrav og bortfald af kravet om mindste U-værdier for bygningsdele undersøger rapporten hvordan der billigst muligt kan spares energi. Meget tyder på, at den billigste måde at opnå en energibesparelse i boligen er ved at isolere klimaskærmen. Energispareprisen beregnes for konstruktioner i terrændækket og taget, hvor der vha. V&S Prisdata tages højde for diverse merudgifter. Energispareprisen beregnes i forhold til en fast reference. Ved isolering med EPS skal isoleringstykkelsen i terrændækket være af mindst samme størrelse som i taget, da dette billigst vil opfylde energirammen. Det konkluderes, at en bolig for en relativ beskeden merudgift kan isoleres til både lavenergiklasse 1 og 2, bl.a. ved at øge isoleringstykkelsen i terrændækket og i taget og ved at bruge et ventilationsanlæg med varmegenvinding. 10 3 Analyse af terrændækket 3.1 Design Terrændækket er opbygget med 100 mm løse letklinker nederst der fungerer som kapillarbrydende lag. Det kapillarbrydende lag skal have en tykkelse på minimum 75 mm. Hvis den samlede isoleringstykkelse er større end 75 mm, hvilket er tilfældet her, kan de løse letklinker helt undværes, forudsat at det anvendte isoleringsmateriale virker kapillarbrydende. Letklinkerne er dog medtaget, da de 75 mm materiale der virker kapillarbrydende skal regnes med en forhøjet varmeledningsevne på 20 % 1, hvilket ellers ville gå ud over isoleringens varmeledningsevne. De isoleringstyper der sammenlignes i terrændækket er almindelig hvid EPS og grå EPS, begge fra producenten Sundolitt as. Terrændækkets opbygning er vist i Tabel 6. Isoleringens tykkelse samt varmeledningsevne er ikke medtaget i tabellen, da det er disse forhold der skal undersøges. Målet er at isolere terrændækket så det opnår en transmissionskoefficient på 0,070 W/m2K. Ifølge DS 418:2011 skal isolansen for konstruktioner med gulvvarme regnes fra varmekildens plan, da det er her varmetabet starter. De isolanser der ligger over gulvvarmen indgår derfor ikke i beregningen af U-værdien. Af samme grund er det ikke defineret hvilken type gulvbelægning der benyttes, da dette er uden betydning for Uværdien. Tabel 6: Oversigt over terrændækkets opbygning. Idet der er indlagt gulvvarme regnes isolanserne over gulvvarmen ikke med i u-værdien, da varmetabet først starter under gulvvarmen. Opbygning af terrændækket Inde Ude Overgangsisolans Gulvbelægning Beton over gulvvarme Beton med 1 % armering under gulvvarme Isolering Løse letklinker Løse letklinker, kapillarbrydende Overgangsisolans U-værdi [W/m2K] Tykkelse mm Varmeledningsevne W/mK 50 50 2,44 25 75 0,085 0,102 Isolans m2K/W 0 0 0 0,02 0,29 0,74 1,50 0,070 3.2 Isoleringsmaterialer De isoleringsmaterialer der sammenlignes kan ses i Tabel 7. Sundolitt Climate C60 og C80 er grå EPS. For de andre produkter af hvid EPS gælder, at densitet, varmeledningsevne, trykstyrke og pris følges ad. Jo større densitet, jo lavere varmeledningsevne og jo højere trykstyrke og pris. Sundolitt laver EPS isoleringsplader med trykstyrker på op til 120/400 kPa (langtids-/korttidslast), men disse produkter er meget dyre, og den ekstra trykstyrke vil slet ikke være nødvendig i et enfamilieshus. 1 Ifølge DS 418:2011 afsnit 7.2.2 og 7.2.3 skal varmeledningsevnen for materialer ”mod jord” regnes som , ,-.-- ∗ 1,2 11 Tabel 7: Oversigt over de isoleringsmaterialer der sammenlignes. Isoleringstype Varmeledningsevne Densitet W/mK kg/m3 Sundolitt S60 0,041 13 Sundolitt S80 0,038 15 Sundolitt S150 0,036 23 Sundolitt Climate C60 0,033 13 Sundolitt Climate C80 0,031 15 * Trykstyrken er angivet som [langtidslast/korttidslast] Trykstyrke* kPa 18/60 25/80 45/150 18/60 25/80 Pris kr./m3 654 740 1.223 899 1.020 Isoleringens trykstyrke er bestemt ud fra standarden DS/EN 13163. Den tilladte langtidslast er defineret som den last der over en periode på 50 år vil føre til en deformation på 2 % af isoleringens tykkelse. Den tilladte korttidslast er defineret som den last der over en kort periode vil føre til en materialedeformation på 10 %. Sundolitt Climate C60 og C80 har de samme egenskaber som henholdsvis Sundolitt S60 og S80 mht. densitet og trykstyrke, det er kun varmeledningsevnen der adskiller dem. Hvis prisen og varmeledningsevnen skal sammenlignes for grå og hvid EPS ses det altså bedst ved at sammenligne disse produkter. Climate C60 er 37 % dyrere end S60 og isolerer 20 % bedre. Sammenlignes de to andre produkter ses det, at Climate C80 er 38 % dyrere end S80 og isolerer 18 % bedre. De undersøgte isoleringsmaterialer har forskellige varmeledningsevner og det kræver derfor forskellige tykkelser for at opnå en samlet transmissionskoefficient på 0,070 W/m2K for gulvkonstruktionen. De nødvendige tykkelser kan ses i Tabel 8. Isoleringstykkelsen er udregnet vha. Ligning 5 nedenfor. Det antages at der ikke er nogen luftspalter i isoleringen, hvorfor U’=U ifølge DS 418:2011. ) 01- 0-. 1 .- 02-3 413- ,13- (5) Ligning 6 viser udregningen af den nødvendige isoleringstykkelse for Sundolitt S60. 0,070 % 78 1 4=>? 91,50 0,74 0,29 0,02 0,041%/78 @ 7 8/% (6) 4=>? 0,487 Ved store isoleringstykkelser i terrændækket er der en risiko for, at deformationen af isoleringsmaterialet bliver for stor. Deformationer skal så vidt muligt holdes på et minimum, og deformationer større end 2 mm i terrændækket kan forårsage revner i skillevægge samt være skyld i løse fliser på vægge og gulve [Dansk Beton, 2007]. Det anbefales desuden, at der i boliger med mere end 300 mm isolering i terrændækket benyttes EPS plader med en trykstyrke svarende til S80 eller bedre [Komfort Husene, 2010]. For at undersøge de mulige deformationer af terrændækket benyttes beregningsprogrammet ”SundDATEPS” der er udviklet af Sundolitt as og er tilgængeligt på 12 deres internet hjemmeside2. Programmet er beregnet til dimensionering af terrændæk på EPS og kan give vejledende værdier til dimensionering af betondæk med tilhørende armering samt vurdere terrændækkets bæreevne. Programmet beregner deformationerne på baggrund af standarden DS 415. Det ønskes undersøgt hvorvidt nogle af terrændækskonstruktionerne vil deformere mere end 2 mm. For at finde deformationen af terrændækket skal der i programmet indsættes værdier for isoleringens tykkelse og trykstyrke. Der indsættes også informationer omkring tykkelsen af betondækket og typen af underlag under isoleringen. For at få en deformation skal der tilføjes nogle laster. Den lastkombination der benyttes stammer fra DS/EN 1991-1-1, kategori A (bolig)3. Lastkombination: • • • Fladelast: 2,0 kN/m2 Linielast: 4,0 kN/m (bredde = 0,1 m) Punktlast: 2 kN (størrelse = 0,1 x 0,1 m2) Deformationen af de forskellige isoleringsmaterialer kan ses i Tabel 8 i kolonnen yderst til højre. Det ses at to isoleringsmaterialer overskrider den valgte grænse på 2 mm. Det drejer sig om Sundolitt S60 der deformerer 2,56 mm og Sundolitt Climate C60 der deformerer 2,12 mm. Disse to produkter kan altså ikke bruges til at isolere terrændækket i den konkrete bolig. Det var forventet at disse to produkter ville have en relativ stor deformation grundet deres lave trykstyrke. Ved at kassere de to produkter følges desuden vejledningen omkring at benytte isolering med egenskaber svarende til S80 eller bedre for isoleringstykkelser over 300 mm [Komfort Husene, 2010]. 2 Tabel 8: Oversigt over de nødvendige isoleringstykkelser for at opnå en U-værdi på 0,070 W/m K. Deformationen af de konkrete isoleringstykkelser ses i kolonnen yderst til højre. Isoleringsmateriale Sundolitt S60 Sundolitt S80 Sundolitt S150 Sundolitt Climate C60 Sundolitt Climate C80 Varmeledningsevne W/mK 0,041 0,038 0,036 0,033 0,031 Tykkelse af isolering m 0,48 0,45 0,42 0,39 0,36 Deformation mm 2,56 1,79 1,08 2,12 1,51 3.3 Økonomi For at finde den isoleringsløsning der bedst kan betale sig benyttes energispareprisen (CCE – Cost of Conserved Energy). Den marginale energisparepris fortæller hvor meget det koster at spare den sidst sparede kWh for en specifik løsning. Normalt bruges energispareprisen til at se samlet på alle energisparende komponenter og tiltag i det planlagte byggeri. Ved at bruge komponenter og tiltag der har den samme energisparepris, mens bygningen stadig overholder energirammen, kan den økonomisk bedste løsning findes, idet alle tiltagene så er drevet lige langt rent økonomisk. I det her tilfælde vil energispareprisen dog blive brugt lidt anderledes, idet den samlede U-værdi for terrændækskonstruktionen vil blive fastholdt på 0,070 W/m2K. På den måde kan de forskellige isoleringsmaterialer sammenlignes direkte, og det isoleringsmateriale der så har den laveste energisparepris ved en U-værdi på 0,070 W/m2K repræsenterer den mest økonomiske løsning. 2 3 http://www.sundolitt.dk/sundolitt/teknik/beregning/terrandaks-bareevne DS/EN 1991-1-1 "Eurocodes 1: Last på bærende konstruktioner - Del 1-1: Generelle laster", kategori A (bolig) 13 Energispareprisen beregnes som beskrevet i afsnit 1.5. Et eksempel på beregningen af den marginale energisparepris for isoleringsmaterialet Sundolitt S60 kan ses i bilag 1. Beregninger for alle isoleringsmaterialerne kan findes på den vedlagte cd-rom. Ved beregningen af energispareprisen skal der tages højde for de meranlægsudgifter der er i forbindelse med at grave ekstra jord væk ved de større isoleringstykkelser. Meranlægsudgifterne er anslået vha. V&S Prisdata [Byggecentrum, 2012] hvor kategorien ”Muld at afrømme og bortkøre” er valgt. Det antages at byggegrunden er flad og at der derfor ikke er et behov for at planere, hvilket ellers kunne have betydet, at der alligevel skulle have været jord kørt til eller fra stedet. I Tabel 9 er prisen for afrømning og bortkørsel af henholdsvis 200, 300 og 400 mm muld angivet. Prisen dækker udgravning af hele husets grundareal på 159 m2. Tabel 9: Merudgifter fundet i V&S Prisdata. Ved store isoleringstykkelser skal der fjernes mere jord, hvilket øger prisen. Kategori fra V&S Prisdata 200 mm muld at afrømme og bortkøre 300 mm muld at afrømme og bortkøre 400 mm muld at afrømme og bortkøre Mængde m3 (159 m2 * 0,2 m) (159 m2 * 0,3 m) (159 m2 * 0,4 m) Pris kr. 3.129 4.164 5.090 De fundne datasæt fra V&S Prisdata indsættes i en graf i Excel. På Figur 2 ses det, at sammenhængen mellem prisen og den udgravede dybde stort set er lineær. Prisen for at udgrave til den ønskede dybde kan findes vha. Ligning 7, der er fundet ved at tilføje en tendenslinje til grafen i Figur 2 og dividere med 159 m2. Der divideres med husets areal, da energispareprisen udregnes per kvadratmeter. Grunden til, at det er nødvendigt at have en formel der udtrykker prisen som følge af dybden er, at det er den marginale energisparepris der udregnes. Dette betyder at energispareprisen udregnes for små stigninger i isoleringstykkelsen ad gangen, og meranlægsudgifterne skal derfor være kendt for alle tykkelser. B CD 9802 ∗ 4EF4G 1187 1597 (7) Muld at afrømme og bortkøre 6,000 Pris [kr.] 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Dybde [m] Figur 2: Figuren viser sammenhængen mellem prisen og den udgravede dybde. 14 Den beregnede energisparepris er vist i Tabel 10. Som det er beskrevet ovenfor, kan Sundolitt S60 og Climate C60 ikke benyttes, idet de store isoleringstykkelser og den lave trykstyrke vil føre til for store deformationer. De er blot medtaget for at vise deres energisparepris i forhold til de andre produkter. Sundolitt S150 er heller ikke relevant for den konkrete bolig, da dette materiale har en meget høj trykstyrke, hvilket resulterer i en høj pris og derfor også en høj energisparepris. I de fleste enfamilieshuse vil det ikke være nødvendigt med så stor en trykstyrke, medmindre der f.eks. er planer om at stille bærende skillevægge direkte på isoleringen uden særskilt fundament. Sundolitt S150 er medtaget i Tabel 10 for at vise, at energispareprisen for isoleringsmaterialer med en højere trykstyrke også er tilsvarende højere. De isoleringsmaterialer der er relevante at sammenligne i denne sammenhæng er Sundolitt S80 og Climate C80. De to produkter er markeret med fed skrift i Tabel 10. Energispareprisen for de to produkter er også afbildet på Figur 3. Det ses på Figur 3 at Sundolitt S80, der består af almindelig hvid EPS, har en lavere energisparepris end Climate C80, der består af grå EPS. Det kan altså ikke betale sig at investere i grå EPS i terrændækket, medmindre specielle forhold gør at man gerne vil holde isoleringstykkelsen på et minimum. Forskellen på de to materialers energisparepris er dog kun på 0,15 kr./kWh, hvilket er en relativ lille forskel der let kunne udlignes hvis f.eks. prisen for grå EPS faldt. Hvis der i et byggeri optræder flere meranlægsudgifter som følge af tykkere isolering end der er taget højde for i denne rapport, vil dette være til fordel for Climate C80. Dette kan resultere i, at Climate C80 ender med en lavere energisparepris end Sundolitt S80. Priserne for isoleringsmaterialer og udgiften til meranlægsudgifter skal derfor vurderes fra gang til gang for den konkrete byggesag. Tabel 10: Energispareprisen for de forskellige isoleringsmaterialer. De isoleringsmaterialer der er relevante at sammenligne for den konkrete bolig er markeret med fed skrift. Det drejer sig om Sundolitt S80 og Climate C80. Isoleringsmateriale Sundolitt S60 Sundolitt S80 Sundolitt S150 Sundolitt Climate C60 Sundolitt Climate C80 Varmeledningsevne Isoleringstykkelse mm 500 450 425 400 365 W/mK 0,041 0,038 0,036 0,033 0,031 15 Energisparepris kr./kWh 2,32 2,45 3,62 2,53 2,60 Energispareprisen for terrændækket 3.00 2.75 2.50 2.25 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 Energispareprisen [kr./kWh] Figur 3: Energispareprisen for Sundolitt S80 og Climate C80. Det ses at S80 er den bedste løsning økonomisk, da dette isoleringsmateriale har den laveste energisparepris. 4 Analyse af ydervæggene I analysen af ydervæggene vil der først blive set på hvilke tykkelser der er nødvendige for at opnå en samlet U-værdi for ydervægskonstruktionen på 0,080 W/m2K ved brug af forskellige isoleringsmaterialer. Energispareprisen for de forskellige isoleringsløsninger og tykkelser vil derefter blive sammenlignet. I energispareprisen er der taget højde for de meranlægsudgifter der er ved opførelsen af en ydervæg. F.eks. kræver en tykkere ydervæg også et bredere fundament og et bredere tag. De forskellige vægtykkelser der vil optræde ved brug af forskellige isoleringsmaterialer vil desuden have en effekt på dagslysfaktoren i boligen. For at skabe de samme forhold i boligen uanset typen af isolering og væggens tykkelse, vil størrelsen af vinduerne blive optimeret til hver enkelt vægtykkelse vha. simuleringsprogrammet Velux Daylight Visualizer. På den måde opnås der den samme dagslysfaktor i boligen for alle vægtykkelser. Når de forskellige vinduesarealer er kendt, vil det blive undersøgt hvorvidt nogle af disse løsninger vil føre til overophedning. Dette vil blive gjort i programmet WinDesign, der kan udregne rumtemperaturer på timebasis over et helt år. WinDesign vil også blive brugt til at undersøge hvorvidt et større vinduesareal vil have en effekt på det årlige varmebehov. 4.1 Design Ydervæggen er opbygget som en let konstruktion med et træskelet med krydslægtning. Som søjler er valgt Finnforest I-bjælker fra Moelven der er en I-formet og træbaseret bjælke [Moelven, 2012]. De træbaserede I-bjælker udgør en mindre del af konstruktionen end hvis der var blevet anvendt traditionelle rektangulære træstolper, og U-værdien er derfor lavere. På Figur 4 ses et vandret snit i ydervæggen samt et billede af de anvendte I-bjælker. Væggen er opbygget med 2 x 13 mm gipsplader indvendigt, herefter er der 45 mm isolering med krydslægtning og bag ved det er der opsat en dampspærre. Dampspærren er placeret lidt inde i isoleringen for at undgå skader og huller ved opsætning af diverse installationer. På den anden side af dampspærren er der opsat isolering med en I-bjælke pr. 600 mm. Der er valgt en I-bjælke hvor flangen er 58 mm bred og 36 mm dyb og hvor kroppen er 10 mm bred. Den samlede dybde af bjælken afhænger af isoleringens tykkelse. Ved store isoleringstykkelser vil bjælken udgøre en 16 mindre procentdel af isoleringen, da det kun er kroppen der ændrer længde mens flangerne ikke ændrer dimensioner. Bjælkens gennemsnitlige tykkelse gennem isoleringen er beregnet til 18 mm +/- 2 mm alt efter isoleringens tykkelse. Dette bruges til at finde den gennemsnitlige varmeledningsevne for de lag i ydervæggen der både indeholder isolering og træ. Varmeledningsevnen beregnes i Ligning 8 på baggrund af DS 418:2011. På ydersiden af isoleringen er der placeret en vindspærre i pladeform. Efter vindspærren er der 50 mm ventileret hulrum og yderst er der en facadebeklædning der også fungerer som regnskærm. Ifølge DS 418:2011 skal isolansen for det ventilerede hulrum og for facadebeklædningen samt den udvendige overgangsisolans erstattes med den indvendige overgangsisolans for konstruktionen, i det her tilfælde 0,13 m2K/W. Dette gælder for konstruktioner med et ventileret hulrum hvor ventilationen sker gennem åbninger større end 15 cm2 pr. meter vandret længde for lodrette hulrum. ,13- Hæ ,13- ∗ 58277 ,æ ∗ 1877 60077 (8) ,æ 0,13%/78 Figur 4: Til venstre: Vandret snit i ydervæggen. Den grønne linje markerer dampspærren (www.Isover.dk). Til højre: Et billede af de træbaserede I-bjælker der anvendes i ydervæggen (www.Moelven.dk). Opbygningen af ydervæggen kan ses i Tabel 11. Hvis der ses bort fra isoleringen har væggen en tykkelse på 107 mm. Til sammenligning har en hulmur med tegl og porebeton en tykkelse uden isolering på 208 mm. En let ydervæg kræver dog en smule tykkere isolering, da der er træ placeret inde i isoleringen, men alt i alt opnås der en tyndere konstruktion ved at bruge en let ydervæg. Det ønskes at isolere ydervæggen så der opnås en samlet transmissionskoefficient for konstruktionen på 0,080 W/m2K. Formålet er at sammenligne forskellige traditionelle og nye isoleringsmaterialer, og der vil derfor kun blive foretaget ændringer i isoleringstypen og mængden deraf. Der vil ikke blive set på forskellige opbygninger og typer af ydervægge. I forbindelse med de store isoleringstykkelser der givetvis vil optræde, vil der dog blive set på vinduernes størrelse. Ved store isoleringstykkelser i ydervæggen vil lysindfaldet gennem vinduerne blive mindre, og dagslysfaktoren i boligen vil derfor også være mindre. Ved at gøre vinduerne en smule større, kan der kompenseres for det mindre lysindfald og dagslysfaktoren kan derved holdes på et acceptabelt niveau. 17 Tabel 11: Ydervæggens opbygning. Isolansen for det ventilerede hulrum og facadebeklædningen samt den udvendige overgangsisolans er erstattet af den indvendige overgangsisolans for konstruktionen der er 0,13 m2K/W. Opbygning af ydervæggen Inde Ude Overgangsisolans Gipsplader Isolering med 3 % træ Dampspærre Isolering med 3 % træ Vindspærre i pladeform Ventileret hulrum Facadebeklædning Overgangsisolans U-værdi [W/m2K] Tykkelse mm Varmeledningsevne W/mK 26 45 0,25 - 9 50 22 0,30 Isolans m2K/W 0,13 0,104 0 0,03 0,13 0 0 0,080 4.2 Isoleringsmaterialer De isoleringsmaterialer der sammenlignes i ydervæggen er glasuld fra Isover, stenuld fra Rockwool, fenolskum fra Kingspan, PIR-plader fra ThermiSol og Aerowool fra Rockwool. Egenskaberne for de forskellige isoleringsmaterialer kan ses i Tabel 12. Aerowool fra Rockwool, der består af stenuld blandet med aerogel, er ikke et selvstændigt produkt, men sælges som en kompositplade bestående af Aerowool, en dampspærre og en gipsplade under navnet Aerorock. Aerorock har en samlet tykkelse på enten 30 eller 50 mm og er beregnet til indvendig efterisolering af bygninger, hvor der oftest er brug for smalle løsninger. På trods af at Aerowool endnu ikke sælges som et selvstændigt isoleringsmateriale er det valgt at tage produktet med i sammenligningen pga. den meget lave Uværdi. Det virker sandsynligt at Rockwool i fremtiden vil markedsføre Aerowool som isoleringsmateriale, idet det har en lavere varmeledningsevne end både fenolskum og PUR. Rockwool har ikke prissat Aerorock i Danmark endnu, og derfor bruges prisen fra det tyske marked. Teknisk chef Marina Mazin fra Rockwool A/S har i en mail oplyst, at kompositpladen Aerorock sælges i Tyskland til omkring 31.000 kr./m3. For at få prisen for Aerowool alene, skal udgifterne til dampspærre og gipsplader samt fastgørelsen af disse fratrækkes prisen. Det er meget svært at sige hvilken effekt dette vil have på prisen, men det antages at Aerowool står for ca. halvdelen af prisen og den fastsættes derfor til 15.000 kr./m3. Selv når prisen halveres fra 31.000 kr./m3 til 15.000 kr./m3 ligger prisen for Aerowool markant højere end samtlige af de andre produkter der sammenlignes. Dette skyldes eventuelt den høje pris for aerogel, der er en bestanddel i Aerowool. Prisen for Aerowool på 15.000 kr./m3 er meget usikkert sat, og det skal bemærkes at den ikke er oplyst af Rockwool A/S, det er udelukkende mit eget skøn at sætte prisen til 15.000 kr./m3. Et af de andre produkter der undersøges er ThermiSols nye produkt Titan SlimLine+. Produktet består af hårde PIR-plader der er belagt med alufolie på begge sider. På den ene side af PIR-pladen er der påsat 20 mm mineraluld, der med sin bløde struktur giver plads til vindbånd og ujævnheder i muren. PIR-pladerne har en varmeledningsevne på 0,023 W/mK, mens mineralulden har en varmeledningsevne på 0,035 W/mK [ThermiSol, 2012]. PIR-pladerne monteres i to lag med den påsatte mineraluld udad, sådan at der på begge sider af isoleringen er mineraluld. De hårde PIRplader kan have tykkelser fra 50 til 107 mm, mens mineralulden altid er 20 mm. De 20 mm mineraluld der sidder på hver side af isoleringen har ikke den store effekt på U-værdien, men er udelukkende påsat for at tage højde for ujævnheder i muren. Der vil dog blive taget højde for 18 mineralulden ved beregning af den påkrævede isoleringstykkelse. Kooltherm K8 fra Kingspan består af en hård plade af fenolskum med alufolie på begge sider. Tabel 12: Oversigt over de forskellige isoleringsmaterialer der sammenlignes i ydervæggen. Isoleringsmateriale Isover Rockwool ThermiSol Kingspan Rockwool Murfilt 37 Murfilt 34 Murfilt 32 FlexiBatts Super FlexiBatts Titan SlimLine+ Kooltherm K8 Aerowool Varmeledningsevne W/mK 0,037 0,034 0,032 0,037 0,034 0,023 0,021 0,019 Pris kr./m3 233 280 400 442 552 2.375 1.723 15.000 U-værdien for ydervæggen beregnes vha. Ligning 9. Ifølge DS 418:2011 antages det at der ikke er nogen luftspalter mellem isoleringslagene og at U-værdien derfor ikke behøver blive korrigeret. ) 1 90,13 0,104 0,03 0,13 413- ,13- (9) Hæ @ 7 8/% 4.3 Økonomi Energispareprisen for ydervæggen er beregnet som beskrevet i afsnit 1.5. Der er for alle isoleringsmaterialerne fundet den tykkelse der giver en samlet U-værdi for ydervæggen på 0,080 W/m2K. For at kunne sammenligne isoleringsmaterialerne er det energispareprisen ved denne tykkelse der sammenlignes. I energispareprisen er der taget højde for de merudgifter der optræder i forbindelse med at etablere en tykkere ydervæg, som f.eks. bredere tag og bredere fundament. Huset bygges på et betonfundament med midterisoleret letklinkerbeton i soklen. Til fundamentet skal der graves en 90 cm dyb rende hvor de nederste 70 cm fyldes med beton. Oven på betonen mures to lag Leca termblokke. Bredden af renden, betonfundamentet og Leca termblokkene afhænger af væggens totale tykkelse. De merudgifter der er brugt er fundet i V&S Prisdata [Byggecentrum, 2012]. Da det er den marginale energisparepris der udregnes er det ikke nok at finde merudgifterne for den anvendte vægtykkelse alene, idet energispareprisen udregnes for små stigninger i isoleringstykkelsen ad gangen. Derfor er der for hver af de anvendte kategorier fra V&S Prisdata fundet nogle priser baseret på forskellige vægtykkelser. Disse datasæt er så blevet importeret til Excel, hvor de er blevet afbildet grafisk og der er blevet tilføjet en tendenslinje der viser sammenhængen mellem vægtykkelsen og prisen. De fundne sammenhænge kan ses i Tabel 13. I Tabel 13 er også angivet værdien af tendenslinjens R2, der viser hvor meget tendenslinjen afviger fra de indtastede datasæt. Alle værdierne for R2 er meget tæt på 1,00, hvilket betyder at tendenslinjerne, og dermed formlerne, afspejler sammenhængen mellem pris og vægtykkelse korrekt. Alle formlerne divideres med 110 m2, hvilket svarer til arealet af ydervæggen fratrukket arealet af vinduerne, da energispareprisen udregnes for én kvadratmeter ydervæg. 19 Tabel 13: Oversigt over de anvendte kategorier fra V&S Prisdata samt de formler fra Excel der er blevet fundet for sammenhængen mellem vægtykkelsen og prisen Kategori fra V&S Prisdata ”X” mm rende - maskinudgrave og bortkøre Beton 20 MPa passiv miljø i fundament Fundament af Leca termblokke, d = X mm Betontagsten alm. dobbelt-S, rød Formel fundet i Excel B CD 18174 ∗ 4Læ 1382 1107 R2 0,99 1736 ∗ M54,57 ∗ 0,77 ∗ 4Læ N 2389 B CD 1107 1,00 162 ∗ O 2272 B CD 1107 1,00 3165 ∗ M54,57 ∗ 4Læ N 35015 B CD 1107 O 2 ∗ P 0,99 3,95 4Læ S ∗ M18,15 2 ∗ 4Læ N QRD253 Energispareprisen inklusive merudgifter kan ses i Tabel 14 og på Figur 5. De tre isoleringsmaterialer der har den laveste energisparepris er Murfilt 34 og Murfilt 32, der begge er glasuld, og Kooltherm K8 der er lavet af fenolskum. De to dyreste er Titan SlimLine+ og Aerowool. Aerowool ligger igen markant højere end de andre isoleringsmaterialer, hvilket kan skyldes den meget usikre prissætning. Kooltherm K8 er det isoleringsmateriale der klarer sig bedst hvis man sammenligner de nye typer isolering, og kan altså måle sig med det traditionelle isoleringsmateriale glasuld på trods af at Kooltherm K8 har en pris pr. kubikmeter der er over fire gange så stor som prisen pr. kubikmeter for Murfilt 32. Dette viser, at merudgifterne for at opføre en tykkere ydervæg har en effekt på energispareprisen. Generelt ligger de beregnede energisparepriser dog meget tæt, og det skal derfor vurderes fra gang til gang hvilket materiale der bedst kan betale sig. I den her sammenligning er glasuld fra Isover f.eks. billigere end stenuld fra Rockwool, men priserne for isoleringsmaterialerne kan variere, og det kan være man får et godt tilbud der gør at Rockwool bliver den billigste løsning. Blandt de tre produkter med den laveste energisparepris vil Kooltherm K8 umiddelbart være den mest attraktive løsning, da denne kan opnås med en vægtykkelse på 0,40 m, mens Murfilt 34 og Murfilt 32 kræver en vægtykkelse på henholdsvis 0,55 og 0,53 m. I Tabel 14 ses også de nødvendige vægtykkelser for at opnå en U-værdi på 0,080 W/m2K. Den angivne tykkelse er inklusive væggens egen tykkelse på 107 mm. 20 Tabel 14: Oversigt over energispareprisen for de forskellige isoleringsmaterialer. Isoleringsmateriale Isover Rockwool ThermiSol Kingspan Rockwool Murfilt 37 Murfilt 34 Murfilt 32 FlexiBatts Super FlexiBatts Titan SlimLine+ Kooltherm K8 Aerowool Varmeledningsevne W/mK 0,037 0,034 0,032 0,037 0,034 0,023 0,021 0,019 Vægtykkelse m 0,59 0,55 0,53 0,59 0,55 0,43 0,40 0,38 Energispareprisen kr./kWh 3,44 3,17 3,18 3,70 3,48 3,90 3,19 12,59 Energispareprisen for ydervæggen 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 Energispareprisen [kr./kWh] Figur 5: Grafen viser energispareprisen for ydervæggen. Det ses at flere af produkterne ligger meget tæt. Aerowool er ikke afbildet på grafen, da energispareprisen for denne ligger betydeligt højere end for de andre produkter. 4.4 Holdbarhed I isoleringsmaterialer såsom glasuld, stenuld og EPS er det almindelig atmosfærisk luft i produktet der giver den gode isoleringsevne. I produkter som PUR og fenolskum benyttes dog en gas med en lavere varmeledningsevne for at få en lavere U-værdi. F.eks. fremstilles PUR ved at opskumme et plastmateriale med gassen cyclopentan. Ulempen ved disse produkter er, at gassen over lang tid kan diffundere ud og blive erstattet af atmosfærisk luft. Hvis dette sker, vil varmeledningsevnen stige, og man risikerer at ende med et produkt der har samme varmeledningsevne som de produkter der er baseret på atmosfærisk luft, på trods af at man i sin tid betalte flere penge for det. Med tiden vil energiforbruget af bygningen også stige, hvilket selvfølgelig ikke er intentionen. PUR er testet efter DS/EN 13165 og fenolskum er testet efter DS/EN 13166. Ifølge de to standarder skal den deklarerede varmeledningsevne korrigeres for den ældning der sker på 25 år. Hvor meget varmeledningsevnen reelt stiger på de 25 år, og hvor meget den stiger efterfølgende, er svært at vurdere, og producenterne har ikke noget tilgængeligt materiale omkring ældningen af deres egne produkter. Det er også svært at finde andet materiale om ældning af isolering med cyclopentan, da det er en relativ ny gas i isoleringssammenhæng, idet man før i tiden brugte CFC-gasser indtil disse blev ulovliggjort grundet deres ødelæggende virkning på ozonlaget. En rapport udarbejdet af Dansk 21 Teknologisk Institut i 1996 undersøger ældningen af præisolerede fjernvarmerør [Dansk Fjernvarme, 2004]. I rapporten konkluderes det, at varmeledningsevnen for et rør isoleret med cyclopentanopskummet celleplast stiger med 15 % fra 0,0285 W/mK til 0,033 W/mK på 10 år. Umiddelbart kan diffusionen af gas fra et fjernvarmerør ikke sammenlignes med den fra bygningsisolering, men det fastslår at der altså sker en afgasning af isoleringens drivmiddel. Flere producenter påstår dog at det folie eller papir der er klistret på siden af isoleringspladerne begrænser diffusionen. 4.5 Dagslysforhold i boligen Hvis der anvendes store isoleringstykkelser i ydervæggen vil dette være specielt tydeligt omkring vindues- og døråbninger. Dette kan som før nævnt medføre problemer i kraft af at både lysindfaldet og udsynet gennem vinduer begrænses. De forskellige vægtykkelser der er fundet i afsnit 4.3 vil have hver deres effekt på dagslysfaktoren i boligen. I det følgende afsnit vil der blive foretaget en optimering af vinduesstørrelserne i programmet Velux Daylight Visualizer, sådan at der for alle vægtykkelser opnås den samme dagslysfaktor i boligen. Dagslysfaktoren vil kun blive optimeret i de primære rum4, da det er her behovet for dagslys er størst. I rapporten [Grøn M, Roed S, 2011] blev vinduesstørrelserne optimeret i forhold til en vægtykkelse på 0,3 m. Det er disse vinduesstørrelser der vil blive taget udgangspunkt i. Vinduesstørrelserne kan ses i Tabel 2 på side 3. Da der ikke er nogen specifikke krav til dagslysfaktoren for boliger i bygningsreglementet, er det valgt at opstille følgende tre krav til dagslysfaktoren [Grøn M, Roed S, 2011] for at sikre en høj dagslysfaktor og en god spredning af lyset. I. II. III. Dagslysfaktoren midt i rummet må ikke være lavere end 3 %. Der skal være en dagslysfaktor på 2 % på en linje der løber på tværs af rummet, parallelt med det største vindue. Dagslysfaktoren må ikke være lavere end 1 % nogen steder i rummet. 4.5.1 Fordele ved en høj dagslysfaktor Der findes i det nuværende bygningsreglementet ikke nogen krav til mængden af dagslys i boliger, der står blot at rummene skal have en tilgang af dagslys der gør at de er ”vel belyste” (BR10, afsnit 6.5.2, stk. 1). En god dagslysfaktor i boligen kan ellers hjælpe til at reducere behovet for elektrisk belysning og derved nedsætte boligens samlede energiforbrug. Dette vil dog ikke have en effekt på hvorvidt boligen overholder energirammen for bygningsklasse 2020 på 20 kWh/(m2 år), idet energirammen for boliger kun skal dække den tilførte energi til opvarmning, ventilation, køling og varmt brugsvand (BR10, afsnit 7.2.5.2, stk. 1). Der er altså ikke noget lovmæssigt incitament til at optimere dagslysforholdene i boliger. Der er dog andre gode grunde. I SBi-anvisning 230 i Bygningsreglementet nævnes det, at ”Dagslyset har en række kvaliteter, som aldrig kan opnås alene ved kunstig belysning, og det har stor betydning for menneskers almene trivsel og velvære” (BR10, afsnit 6.5.1, SBi-anvisning 230 stk. 1). Udover den positive effekt på menneskers helbred og humør, kan bedre udnyttelse af dagslyset som før nævnt også give et lavere forbrug af elektrisk belysning. I et studie af elektrisk belysning i boliger udført i rapporten ”Undersøgelse og udvikling af metode til elektronisk optimering af lavenergiboliger ” [Grøn M, Roed S, 2011] er det for den undersøgte bolig fundet, at der ved en optimering af dagslysfaktoren i midten af alle primære rum fra 2 % til 3 % kan 4 Primære rum inkluderer stue, værelser og køkken. Sekundære rum inkluderer badeværelser, bryggers, entré og gangarealer. 22 spares 542 timer årligt på almen belysning og 1962 timer årligt på specialbelysning5, svarende til henholdsvis 3,2 % af behovet for almen belysning og 6 % af behovet for specialbelysning. Solindstråling gennem boligens vinduer kan desuden hjælpe med at opvarme boligen hvorved der kan spares noget energi til opvarmning. Hvis vinduesarealerne bliver for store, eller hvis der f.eks. er mange vinduer mod syd, kan solindstrålingen dog føre til overophedning, hvilket helst skal undgås. På Figur 6 ses effekten af væggens tykkelse på dagslyset. Figuren viser dagslysfaktoren i to næsten ens rum, hvor den eneste forskel er vægtykkelsen der er på henholdsvis 600 mm og 300 mm. Det ses at den tykkere væg begrænser lysindfaldet betragteligt. Figur 6: Billedet til venstre viser et kvadratisk rum med en vægtykkelse på 600 mm. På billedet til højre er vægtykkelsen det eneste der er ændret, væggen er nu kun 300 mm. De to rum har en gennemsnitlig dagslysfaktor på henholdsvis 2,0 % og 1,4 %. Simuleringen er gennemført i Velux Daylight Visualizer. 4.5.2 Dagslysoptimering i Velux Daylight Visualizer Programmet Velux Daylight Visualizer vil blive brugt til at finde dagslysfaktoren i de primære rum i boligen. De undersøgte isoleringsmaterialer kræver hver deres vægtykkelse for at opnå en U-værdi på 0,080 W/m2K. Tykkelserne kan ses i Tabel 14 på side 20. I Velux Daylight Visualizer vil der blive foretaget en optimering af vinduesstørrelserne sådan at de tre opstillede krav til dagslysfaktoren bliver overholdt for alle vægtykkelser. Programmet fungerer ved at man først opbygger yder- og indervægge og vælger en tykkelse for ydervæggen. Dernæst opbygges et tag. Taget sættes til at have et udhæng på 0,2 meter. Når dette er gjort indsættes vinduerne i ydervæggen og deres dimensioner fastsættes. Ruden placeres 0,15 m inde i væggen målt fra ydersiden. Inden dagslysfaktoren bliver simuleret skal der vælges nogle data for de forskellige dele af huset som har indflydelse på dagslysfaktoren. Som gulvbelægning vælges et lyst trægulv med en reflektans på 0,84. Til vægge og loft vælges en hvid, mat maling der også har en reflektans på 0,84. Rudens transmittans sættes til 0,68, hvilket svarer til en tre-lags energirude. Bygning placeres geografisk i København sådan at dagslysfaktoren bliver målt for danske breddegrader. Programmet indstilles til at finde dagslysfaktoren i et plan 0,8 m over gulvet. Efter simuleringen undersøges det hvorvidt dagslysfaktoren i boligen overholder de tre opstillede krav. Hvis dette ikke er tilfældet øges vinduesarealet og der køres en ny simulering ved den samme vægtykkelse. Af æstetiske og økonomiske årsager er det forsøgt at optimere vinduerne til så vidt muligt at have samme mål. Dette er dog svært at opfylde, specielt for de store vægtykkelser, hvor 5 Med specialbelysning menes de belysningskilder der ikke bruges til at oplyse rummet generelt, f.eks. skrivebords- og natlamper og lamper over køkkenborde. 23 der i nogle rum er behov for store vinduesarealer for at opnå en tilstrækkelig dagslysfaktor. For at give boligen et pænt ydre er det dog valgt at have samme brystning på alle vinduer og samme brystning på alle ruder i terrassedøre. De optimerede vinduesarealer kan ses i Tabel 15. I tabellen deler Murfilt 34 og Super FlexiBatts kolonne, og det samme gør Murfilt 37 og FlexiBatts. Dette skyldes at materialerne har samme varmeledningsevne og derfor samme vægtykkelse. Det ses tydeligt at en større vægtykkelse kræver et større vinduesareal. Når vægtykkelsen er 0,38 m er der brug for 25,3 m2 vindue og når vægtykkelsen er 0,59 m er der brug for 30,9 m2. På Figur 7 ses et billede af dagslysfaktoren for den bolig der er isoleret med Kooltherm K8 og har en vægtykkelse på 0,4 m. I bilag 2 er der indsat billeder fra alle seks dagslysoptimeringer. I bilag 3 ses en komplet oversigt over de optimerede vinduesstørrelser. Hvis boligen har en stor vægtykkelse, er der dog alternativer til blot at øge vinduesstørrelsen for at optimere dagslyset. F.eks. er ovenlysvinduer og lysskakter gode til at bringe lyset ind i dybe eller store lokaler. En anden måde at bringe mere lys ind i boligen er ved at bruge skrå vinduesfalse. I en rapport fra DTU Byg [Szameitat J, 2012] studeres effekten af skrå vinduesfalse på dagslyset i bygninger. Her konkluderes det, at skrå vinduesfalse kan have stor effekt på dagslyset, og at de skrå vinduesfalse godt kan udføres på en hensigtsmæssig måde, der gør at vinduets energitilskud forbliver cirka det samme. I denne rapport vil der dog ikke blive arbejdet med ovenlys eller skrå vinduesfalse, da formålet med rapporten er at sammenligne forskellige isoleringsmaterialer i et typisk dansk typehus. Tabel 15: Oversigt over vinduesarealerne efter optimeringen i Velux Daylight Visualizer. Murfilt 34 og Super FlexiBatts, og Murfilt 37 og FlexiBatts står i de samme kolonner da de har samme U-værdi og derfor også samme vægtykkelse. Vægtykkelse Isoleringsmateriale Primære rum Værelse Køkken Spisestue Stuen Soveværelse Værelse Værelse Total [m2] Nr. 1 2a 2b 3 4 5 6 0,38 m Aerowool 0,40 m Kooltherm K8 0,43 m Titan SlimLine 0,53 m Murfilt 32 m2 2,72 m2 2,81 m2 2,89 6,16 6,42 6,84 3,78 2,55 3,23 25,3 7,20 3,87 2,81 3,40 26,5 24 0,59 m Murfilt 37/ FlexiBatts m2 3,06 0,55 m Murfilt 34/ Super FlexiBatts m2 3,15 6,60 6,97 7,25 7,53 7,56 3,96 2,89 3,40 27,3 7,98 4,18 3,06 3,60 28,9 8,17 4,28 3,24 3,78 29,9 8,36 4,47 3,33 3,96 30,9 m2 3,24 Figur 7: Figuren viser dagslysfaktoren for boligen når den er isoleret med Kooltherm K8 og derfor har en vægtykkelse på 0,4 m. Dagslysfaktoren er kun simuleret i de primære rum. De sorte rum på figuren repræsenterer de sekundære rum. 4.6 Indeklima Det ønskes undersøgt om der kan skabes et tilfredsstillende indeklima i boligen ved brug af de forskellige isoleringsmaterialer. Helt præcist vil det blive undersøgt om de store vinduesarealer, der er forårsaget af store isoleringstykkelser, vil føre til overophedning i boligen. Det vil også blive undersøgt om de store vinduesarealer har en effekt på bygningens opvarmningsbehov. Undersøgelsen vil blive lavet vha. programmet WinDesign, hvori der vil blive lavet en simulering for alle de primære rum i boligen. Der vil blive lavet to simuleringer i WinDesign. I den første simulering er boligen isoleret med Kooltherm K8 og har derfor en vægtykkelse på 0,40 m og de tilhørende vinduesarealer fundet i afsnit 1.5.2. I den anden simulering er boligen isoleret med Murfilt 34 og har en vægtykkelse på 0,55 m med tilhørende vinduesarealer. Disse to løsninger er valgt fordi det er de to løsninger der har den laveste energisparepris, og samtidig har de en stor forskel i vægtykkelsen. Informationer om vinduesstørrelser for de to simuleringer kan ses i Tabel 16. De to simuleringer der er foretaget i WinDesign kan findes på den vedlagte cd-rom. Tabel 16: Data omkring vinduesstørrelser for de to udførte simuleringer i WinDesign. Simulering 1 Kooltherm K8 0,40 m 3,19 kr./kWh 134,3 m2 164,9 m2 Højde Bredde m m 1,70 1,65 1,70 1,50 1,80 2,15 1,80 2,00 1,80 2,15 1,70 1,65 1,70 1,50 1,70 0,50 * Stuen har to vinduespartier der har de samme dimensioner. ** Værelset har to vinduer med forskellige dimensioner. Isoleringsmateriale Vægtykkelse Energisparepris Indvendigt gulvareal Bruttoareal Vinduesstørrelser Rum Nr. Værelse 1 Køkken 2a Spisestue 2b Stuen* 3 Soveværelse 4 Værelse 5 Værelse** 6 25 Simulering 2 Murfilt 34 0,55 m 3,17 kr./kWh 134,3 m2 173,3 m2 Højde Bredde m m 1,80 1,75 1,80 1,65 1,90 2,25 1,90 2,15 1,90 2,25 1,80 1,80 1,80 1,55 1,80 0,55 WinDesign har brug for informationer omkring boligens ventilation og mulighederne for udluftning. Derfor skal dette først udregnes. I det følgende vil udregningerne for simulering 1 blive gennemgået kort. De samlede udregninger for ventilation og udluftning i simulering 1 og 2 kan ses i bilag 4. Ventilation Ifølge bygningsreglementet skal der være en ventilation på mindst 0,3 l/s pr. m2 i boliger (BR10, afsnit 6.3.1.2, stk. 1). I køkkenet skal ventilationen dog være på 20 l/s pr. m2 (BR10, afsnit 6.3.1.2, stk. 5). Det beregnede behov for ventilation kan ses i Tabel 17. Ventilation er omregnet til h-1, da det er denne enhed WinDesign bruger. Der er regnet med en rumhøjde på 2,5 m. Køkkenet og spisestuen er et sammenhængende køkken-alrum, og ventilationen er derfor regnet samlet for de to rum. Ventilation for rum nr. 1: 14,67 ∗ 0,3T/DU . 7 4,4T/D 4,4T/D ∗ 3600D/& ∗ 0,0017V /T 15,87 V /& 15,87V /& 0,43& 14,67 ∗ 2,57 Tabel 17: Den beregnede ventilationsmængde for boligens primære rum. WinDesign bruger enheden 1/h, og ventilationen er derfor omregnet til denne enhed. Simulering 1 Rum Værelse Køkken Spisestue Stuen Soveværelse Værelse Værelse Nr. 1 2a 2b 3 4 6 9 Bruttoareal m2 14,6 11,5 24,7 39,3 17,7 11,2 14,2 Ventilation l/s pr. m2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Aktuel ventilation l/s 4,4 20 7,4 11,8 5,3 3,4 4,3 Aktuel ventilation h-1 0,43 1,09 0,43 0,43 0,43 0,43 Udluftning Når temperaturen i boligen bliver for høj er der mulighed for at åbne vinduer og døre for at holde temperaturen nede. Udluftningen i hvert rum afhænger af hvor stort et areal der kan åbnes af vinduer og døre. Det antages at vinduer kan åbne svarende til 25 % af deres areal, mens døre kan åbne svarende til 80 % af deres areal. Ifølge SBi-anvisning 213 kan der regnes med et luftskifte ved udluftning på 1,8 l/s pr. m2 hvis udluftningen sker via åbninger der sidder i samme side af rummet og hvis det effektive åbningsareal svarer til mindst 4,0 % af bruttoarealet for rummet. Hvis vinduerne er manuelt styrede sænkes dette luftskifte dog til 1,2 l/s pr. m2, da det antages at vinduerne ikke altid vil blive åbnet ved høje temperaturer. Hvis beregningen foretages for en bolig sænkes luftskiftet yderligere, idet man påregner at vinduerne kun kan stå åbne 75 % af tiden. Det samlede luftskifte ved udluftning ender altså på 0,9 l/s pr. m2 for denne bolig hvis det effektive åbningsareal er mindst 4,0 % af rummets bruttoareal. Hvis det effektive åbningsareal overstiger 4,0 % af rummets bruttoareal forhøjes luftskiftet tilsvarende. Dette er vist i Ligning 10. 26 Luftskiftet ved udluftning for rum nr. 1 udregnes. Værelset har et bruttoareal på 14,6 m2 og et vinduesareal på 2,81 m2. Det antages at vinduet kan åbne svarende til 25 % af dets areal, hvilket i det her tilfælde svarer til 0,70 m2. Vinduets effektive åbningsareal på 0,70 m2 svarer til 4,8 % af værelsets bruttoareal. Idet åbningsarealet er større end 4,0 % af bruttoarealet kan luftskiftet hæves i forhold til de oprindelige 0,9 l/s pr. m2. 4,8% ∗ 0,9T/DU . 7 1,08T/DU . 7 4,0% (10) Samme metode er brugt på de resterende rum. Resultatet kan ses i Tabel 18. For nogle af rummene er åbningsprocenten sat til 80 %, da der i disse rum er døre der kan åbne. Det drejer sig om følgende rum: spisestuen har en dobbeltfløjet terrassedør der kan åbnes, stuen har en dobbeltfløjet terrassedør der kan åbnes, soveværelset har en enkelt terrassedør der kan åbnes. Det totale areal af disse døre er større end deres vinduesareal, idet dørene ikke er lavet med glas helt ned til gulvet. Glasset i bunden af dørene er som før nævnt blevet fjernet, da glas i den højde har en meget lille effekt på dagslysfaktoren, men kan have en stor effekt på overophedningstimer. Tabel 18: Den beregnede udluftning for boligens primære rum. WinDesign bruger enheden 1/h, og udluftningen er derfor omregnet til denne enhed. Simulering 1 Rum Værelse Køkken Spisestue Stuen Soveværelse Værelse Værelse Nr. 1 2a 2b 3 4 6 9 Bruttoareal m2 14,6 11,5 24,7 39,3 17,7 11,2 14,2 Udluftning l/s pr. m2 1,08 1,24 3,76 2,20 2,63 1,41 1,34 Aktuel udluftning l/s 15,8 14,3 92,9 86,4 46,4 15,8 19,1 Aktuel udluftning h-1 1,56 4,26 3,17 3,78 2,03 1,93 Med oplysningerne om ventilation og udluftning for hvert enkelt rum kan simuleringen i WinDesign næsten foretages. Der skal blot indsættes nogle værdier for boligen som vil blive beskrevet i det følgende. Først indsættes dimensionerne for alle vinduer i boligen. Disse er tidligere nævnt i Tabel 16. Til vinduerne benyttes en rude af typen Climatop ULTRA N 4-16-4-16-4 med argonfyldning. Den har en U-værdi på 0,58 W/m2K og en g-værdi på 0,50. Den benyttede ramme hedder Hansen Profile Xframe og har en U-værdi på 1,34 W/m2K. For at beregne boligens transmissionstab indsættes værdierne fra Tabel 19. Da bygningen har en let ydervæg sættes varmekapaciteten i WinDesign til ”medium”. Det interne varmetilskud sættes til 5 W/m2. Det antages at bygningen bygges meget tæt, og derfor sættes infiltrationen til 0 h-1. Ventilationsanlægget sættes til en varmegenvinding på 0,85. 27 Tabel 19: Transmissionstab fra boligen. Længden af linjetabene og deres størrelse er beregnet ifølge DS 418:2011. Konstruktionstab U-værdi W/m2K 0,070 0,080 0,070 Ψ-værdi W/mK 0 0,13 0 Terrændæk Ydervæg Tag Linjetab Væg/tag Væg/gulv Væg/vinduer Areal m2 164,9 112 164,9 Længde m 55,3 55,3 70,7 Husets udhæng kaster i gennemsnit en skygge på 13o på husets vinduer, hvilket også indsættes i programmet. Orienteringen af alle vinduerne indsættes, og der tilføjes en bevægelig solafskærmning med en solafskærmningsfaktor på 0,15. Kølingen slås fra, da det ikke antages at være nødvendigt. Det vælges at der skal bruges udluftning når temperaturen overstiger 23 oC, og hvis temperaturen overstiger 26 oC vil WinDesign registrere det som overophedningstimer. Til sidst indsættes bruttoarealet for hvert rum sammen med transmissionstabet for hvert rum. Transmissionstabet for hvert rum beregnes ud fra det samlede transmissionstab og den procentdel som rummet udgør af husets samlede areal. Der gennemføres nu en simulering for hvert rum. Resultatet kan ses i Tabel 20. WinDesign kan desværre kun arbejde med én værdi for ventilation og én værdi for udluftning ad gangen, så derfor er man nødt til at udføre simuleringen for ét rum ad gangen idet rummene ikke har de samme værdier for udluftning og ventilation. Ifølge DS 474:1993 må antallet af overophedningstimer hvor temperaturen overstiger 26 oC ikke overstige 100 timer om året. Tabel 20: Resultatet fra WinDesign for de to udførte simuleringer. Rummenes varmeforbrug og antallet af overophedningstimer ses i tabellen. Køkkenet og spisestuen regnes som ét stort rum. Isoleringsmateriale Vægtykkelse Energisparepris Vinduesareal Rum Nr. Værelse 1 Køkken 2a Spisestue 2b Stuen 3 Soveværelse 4 Værelse 5 Værelse 6 Vægtet gennemsnit Simulering 1 Kooltherm K8 0,40 m 3,19 kr./kWh 26,5 m2 Varmeforbrug Overophedning kWh/m2 pr. år timer/år 6,0 43 12,0 23 Simulering 2 Murfilt 34 0,55 m 3,17 kr./kWh 29,9 m2 Varmeforbrug Overophedning kWh/m2 pr. år timer/år 5,8 45 11,4 23 7,5 9,3 10,3 10,5 7,13 kWh/m2 7,4 9,2 10,8 10,4 7,04 kWh/m2 21 27 84 69 28 22 30 91 72 Hvis antallet af overophedningstimer for de to simuleringer sammenlignes, ses det at antallet er en smule højere i simulering 2 end i simulering 1. Den største forskel er rum nr. 5, hvor overophedningstimerne stiger med 7 timer pr. år. Generelt er forskellen mellem de to simuleringer dog meget lille, på trods af at der er 3,4 m2 vindue mere i boligen i simulering 2 end i simulering 1. Den meget lille forskel i overophedningstimer kan skyldes at der er regnet med solafskærmning for vinduerne. Der regnes også med udluftning i rummene hvis temperaturen overstiger 23 oC. Dette kræver selvfølgelig at brugerne får åbnet vinduerne på de rette tidspunkter, ellers vil det føre til flere overophedningstimer. I den udregningsmetode fra SBi-anvisning 213 der er benyttet, er der allerede taget højde for, at det er manuelle vinduer i en bolig, og at der derfor ikke altid er mulighed for at de kan stå åbne. Dette er gjort ved at sænke luftskiftet ved udluftning fra 1,8 l/s pr. m2 til 0,9 l/s pr. m2 ved et effektivt åbningsareal på 4,0 % af bruttoarealet. Der kan dog være stor forskel på hvorvidt brugerne af den konkrete bolig formår at få åbnet vinduer og døre i perioder med overophedning. Et problem kunne også være overophedning om natten, hvor de færreste mennesker har lyst til at sove med åbne vinduer eller døre. Dette problem kan kommes til livs ved at installere et ventilationsanlæg med en større effekt, der dermed kan sørge for ventilationen selv om vinduer og døre holdes lukkede. Et sådant ventilationsanlæg vil dog have en negativ effekt på boligens energiforbrug, og det skal derfor undersøges om boligen stadig overholder bygningsklasse 2020 med et større ventilationsanlæg. Hvis boligen viser sig ikke at overholde kravene med et stort ventilationsanlæg, kan der f.eks. isoleres yderligere i klimaskærmen for at få energiforbruget under grænsen for bygningsklasse 2020. Det skal bemærkes at boligen er bygget med en let ydervæg, hvilket giver en lav varmekapacitet. Boligen kan altså ikke akkumulere særlig meget varme i dens vægge. Hvis boligen var bygget med en tung ydervæg ville antallet af overophedningstimer højst sandsynlig være lavere, da den større varmekapacitet ville modvirke pludselige svingninger i temperaturen ved enten at optage eller afgive varme. Hvis behovet for rumopvarmning sammenlignes for simulering 1 og simulering 2, ses det at der er en meget lille forskel. I simulering 1 er der et vægtet behov for rumopvarmning på 7,13 kWh/m2 pr. år, mens der i simulering 2 er et vægtet behov på 7,04 kWh/m2 pr. år. Så selv om der i simulering 2 er mindre ydervæg og mere vindue end i simulering 1, og selv om ydervæggen har en betydelig lavere U-værdi end vinduet, så har det ingen målbar effekt på opvarmningsbehovet. Dette skyldes, at det valgte vindue, og mange andre nye vindue, har meget lave U-værdier og forholdsvis høje g-værdier, hvilket betyder at vinduerne bidrager positivt til bygningens opvarmning. I BR10 er der krav om, at vinduer i bygningsklasse 2020 ikke må have et negativt energitilskud i opvarmningssæsonen (BR10, afsnit 7.2.5.1, stk. 2). Dette er pudsigt, da der ellers ikke er opsat specifikke krav til varmetabet fra enkeltdele af klimaskærmen for bygningsklasse 2020, men blot et krav om at boligen overholder energirammen. Kravet kan skyldes at man gerne vil sikre at folk bruger nogle gode vinduer, og ikke bare bruger nogle dårligere vinduer og så kompenserer for det ekstra varmetab ved at isolere resten af klimaskærmen yderligere. Idet kravet om et energiforbrug på maksimalt 20 kWh/m2 pr. år for bygningsklasse 2020 er baseret på udvendige mål, kan en tyk væg faktisk hjælpe til at overholde energirammen, da huset så har et større bruttoareal. Kravet kunne i stedet være baseret på indvendige mål, da dette ville give en bedre sammenligning af forskellige bygningers energiforbrug, og det ville fjerne fordelen ved at bygge et dårligt isoleret hus hvor der så kompenseres ved at have tykke ydervægge. 29 I de to simuleringer er der benyttet et internt varmetilskud på 5 W/m2; 1,5 W/m2 fra personer og 3,5 W/m2 fra apparater og belysning. I en rapport fra DTU Byg [Svendsen et al, 2011] konkluderes det, at fremtidens apparater og belysning vil bidrage med mindre varme, idet disse bliver mere og mere effektive. En realistisk værdi for varmetilskuddet fra apparater og belysning vurderes at være 1,5 W/m2. På den måde havner det samlede interne varmetilskud på 3 W/m2 i modsætning til de oprindelige 5 W/m2. Denne reduktion i varmetilskuddet vil resultere i et større behov for opvarmning, og vil derfor have indflydelse på hvorvidt bygningen overholder energirammen eller ej. I rapporten fra DTU Byg konkluderes det yderligere, at energiforbruget for en bolig kan komme ned på 25 W/m2 pr. år hvis det lave interne varmetilskud benyttes. Dette betyder, at hvis det nye lave varmetilskud blev brugt på den undersøgte bolig i denne rapport, så ville boligen højst sandsynlig ikke overholde energirammen for bygningsklasse 2020. I det tilfælde skulle der optimeres yderligere på boligens energiforbrug for at komme under kravet i energirammen. 5 Analyse af tagkonstruktionen 5.1 Design Tagkonstruktionen er opbygget med gitterspær og har et ventileret, koldt loftrum. Taget er opbygget med et 19 mm træloft indvendig. Over dette er der opsat 45 x 45 mm lægter som forskalling med 600 mm mellemrum. Mellem lægterne isoleres der med 45 mm isolering. Over lægterne er der opsat en dampspærre, og over denne er der 45 x 95 mm spærfødder med 1000 mm mellemrum. Mellem spærfødderne isoleres med et lag svarende til spærføddernes højde på 95 mm. Oven på spærfødderne isoleres yderligere for at opnå den ønskede totale isoleringstykkelse. Selve taget består af tagsten på lægter med et vindtæt undertag. Opbygningen af tagkonstruktionen kan ses i Tabel 21. Langs ydervæggen vil det være nødvendigt at skære noget af isoleringen af, da der ikke er plads til det pga. tagets hældning på 25o. Ifølge DS 418:2011 anneks M.2.1 falder denne bolig under kategorien ”Afskæring, hvor der ikke kan opnås et negativt linjetab”. Denne kategori omfatter bygninger hvor der mindst er 140 mm isolering i ydervæggen og mindst 140 mm isolering over murremmen. Det betyder at transmissionstabet for taget udregnes på basis af udvendige mål og at der ikke er noget fradrag fra linjetabet, idet Ψ = 0 W/mK benyttes. Det ønskes at isolere taget så det opnår en U-værdi på 0,070 W/m2K. Tabel 21: Opbygning af tagkonstruktionen. Ifølge DS 418:2011 sættes den samlede isolans for loftrum og tagbeklædning til 0,3 m2K/W for den valgte type tagbeklædning. Målet er at isolere taget så det opnår en U-værdi på 0,070 W/m2K. Andelen af træ i isoleringen er beregnet som tidligere beskrevet i afsnit 4.1. Opbygning af tagkonstruktionen Inde Ude Overgangsisolans Træloft Isolering med 7,5 % træ Dampspærre Isolering med 4,5 % træ Isolering Overgangsisolans Tagsten på lægter med vindtæt undertag U-værdi [W/m2K] Tykkelse mm Varmeledningsevne W/mK 19 45 0,13 - 95 - - Isolans m2K/W 0,10 0,15 0 0,04 0,3 0,070 30 5.2 Isoleringsmaterialer De isoleringsmaterialer der sammenlignes i taget er næsten de samme som dem der blev sammenlignet i ydervæggen. Det drejer sig om glasuld fra Isover, stenuld fra Rockwool, fenolskum fra Kingspan og Aerowool fra Rockwool. Egenskaberne for isoleringsmaterialerne kan ses i Tabel 22. U-værdien for taget udregnes vha. Ligning 11. ) 013- 1 (11) M0,10 0,15 0,04 0,3 013- 0,0457 ,13- HX,Y%æ 0,0957 ,13- HZ,Y%æ N7 8/% 413- 0,147 ,13- Tabel 22: Oversigt over de isoleringsmaterialer der sammenlignes i taget. Isoleringsmateriale Isover Rockwool Kingspan Rockwool Murfilt 37 Murfilt 34 Murfilt 32 FlexiBatts Super FlexiBatts Kooltherm K8 Aerowool Varmeledningsevne W/mK 0,037 0,034 0,032 0,037 0,034 0,021 0,019 Pris kr./m3 233 280 400 442 552 1.875 15.000 5.3 Økonomi Energispareprisen for tagkonstruktionen udregnes som beskrevet i afsnit 1.5. Energispareprisen for isoleringsmaterialerne sammenlignes ved den isoleringstykkelse der giver en U-værdi på 0,070 W/m2K. De isoleringstykkelser der kræves for at opnå denne U-værdi kan ses i Tabel 23. I forbindelse med isolering af taget er der ikke nogen merudgifter at tage højde for. Ved store isoleringstykkelser udnyttes blot det tomme loftrum. Der vil ske en større afskæring af isolering langs ydervæggen ved store isoleringstykkelser, men det vil ikke have betydning for udregning af U-værdien eller for linjetabet i samlingen mellem ydervæg og tag. Energispareprisen for de forskellige isoleringsmaterialer kan ses i Tabel 23 og på Figur 8. Det materiale der har den laveste energisparepris er Murfilt 37, tæt fulgt af Murfilt 34. Energispareprisen for Aerowool ligger markant højere end de andre produkter pga. den meget høje pris for isoleringsmaterialet. Prisen for Aerowool er dog, som tidligere beskrevet, meget usikker. Heller ikke Kooltherm K8 har en energisparepris der kommer i nærheden af de billigere mineraluldsprodukter. Generelt set er det de materialer der har en høj varmeledningsevne der har den laveste energisparepris, hvilket både ses når de tre typer Murfilt sammenlignes og når de to typer FlexiBatts sammenlignes. I det her tilfælde er Murfilt 37 dog billigere end FlexiBatts på trods af at begge produkter har en varmeledningsevne på 0,037 W/mK, men det skal vurderes i den konkrete byggesag hvilket produkt der bedst kan betale sig, da priserne på de to materialer kan svinge, eller man kan finde et godt tilbud. Da der i beregningen af energispareprisen ikke er medtaget nogen merudgifter, giver resultatet et godt billede af den rene pris for isoleringsmaterialerne. Generelt kan det ikke betale sig at investere i dyre isoleringsmaterialer med en lav varmeledningsevne selv om der skal bruges en mindre mængde af 31 disse. Nogle af energisparepriserne ligger dog meget tæt, og det det skal, som før nævnt, vurderes fra gang til gang om det kan betale sig at købe et isoleringsmateriale med en lavere varmeledningsevne. Tabel 23: Energispareprisen for de forskellige isoleringsmaterialer. Energispareprisen er fundet for den isoleringstykkelse 2 der giver en samlet U-værdi for taget på 0,070 W/m K. Den nødvendige tykkelse for at opnå denne U-værdi ses også i tabellen. Isoleringsmateriale Isover Rockwool Kingspan Rockwool Murfilt 37 Murfilt 34 Murfilt 32 FlexiBatts Super FlexiBatts Kooltherm K8 Aerowool Varmeledningsevne W/mK 0,037 0,034 0,032 0,037 0,034 0,021 0,019 Isoleringstykkelse m 0,52 0,48 0,46 0,52 0,48 0,32 0,29 Energispareprisen kr./kWh 0,36 0,40 0,55 0,68 0,78 1,53 11,55 Energispareprisen for tagkonstruktionen 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 Energispareprisen [kr./kWh] Figur 8: Grafen viser energispareprisen for de forskellige isoleringsmaterialer. Aerowool er ikke afbildet på grafen, da energispareprisen for denne ligger betydeligt højere end for de andre produkter. 32 6 Konklusion I terrændækket viste undersøgelsen at det bedst kan betale sig at investere i almindelig hvid EPS fremfor grå EPS. Energispareprisen for Sundolitt S80, der er hvid EPS, ligger på 2,45 kr./kWh, mens den for Climate C80 ligger på 2,60 kr./kWh. I tagkonstruktionen kan det også bedst betale sig at investere i et isoleringsmateriale med en høj varmeledningsevne. For taget gælder, at jo højere varmeledningsevne, jo lavere energisparepris. Den laveste energisparepris for taget er 0,36 kr./kWh. Resultaterne for terrændækket og taget skyldes, at der i disse dele af klimaskærmen er ingen eller få meranlægsudgifter. Store merudgifter er en fordel for isoleringsmaterialer med en lav varmeledningsevne, da tynde konstruktioner vil have færre merudgifter. I ydervæggen viste det sig, at de to bedste materialer er glasuld og fenolskum. Murfilt 34 og Murfilt 32 har en energisparepris på henholdsvis 3,17 og 3,18 kr./kWh og Kooltherm K8 har en energisparepris på 3,19 kr./kWh. I ydervæggen er der altså så tilpas mange merudgifter, at det ikke længere nødvendigvis kan betale sig at investere i den billigste isolering, ligesom det var tilfældet for terrændækket og taget. Det kan dog ikke siges hvilken løsning der er billigst, da de tre nævnte energisparepriser for ydervæggen ligger så tæt, at de må regnes som værende ens, da der er en hvis usikkerhed omkring isoleringsmaterialernes pris og merudgifterne. Priserne kan variere alt efter hvor meget man køber og om man får et godt tilbud, og energispareprisen skal derfor vurderes for den konkrete sag fra gang til gang. Analysen for ydervæggene viste desuden, at der ved store vægtykkelser er et behov for større vinduer for at opretholde en god dagslysfaktor. Ved en vægtykkelsen på 0,38 m er der brug for 25,3 m2 vindue og ved en vægtykkelsen på 0,59 m er der brug for 30,9 m2 vindue. Det er her meget tydeligt at de store vægtykkelser begrænser lysindfaldet. Samme analyse viste dog, at de større vinduesarealer ikke har særlig stor indflydelse på antallet af overophedningstimer. Ved en forøgelse af vinduesarealet fra 26,5 m2 til 29,9 m2 var den største stigning i antallet af overophedningstimer fordelt på de enkelte rum på 7 timer, mens den mindste stigning var på nul timer. Ved simuleringen var der dog anvendt solafskærmning og udluftning via åbne vinduer og døre. Det større vinduesareal havde heller ikke nogen effekt på boligens opvarmningsbehov. Med et vinduesareal på 26,5 m2 var opvarmningsbehovet 7,13 kWh/m2 mens det for et vinduesareal på 29,9 m2 var faldet en smule til 7,04 kWh/m2. Dette viser effekten af moderne vinduer. For ydervæggen kan det konkluderes, at der kan opnås en tilfredsstillende dagslysfaktor og et godt indeklima med både tynde og tykke konstruktioner. En tyk konstruktion med et større vinduesareal vil heller ikke have indflydelse på opvarmningsbehovet, såfremt der benyttes nogle gode vinduer. Den laveste energisparepris for de tre forskellige dele af klimaskærmen kan ses i Tabel 24. Samlet set kan det bedst betale sig at investere i mere isolering i taget, da energispareprisen her er langt lavere end de andre energisparepriser. Dette skyldes at der ikke er nogen merudgifter i taget. I terrændækket er der ganske få merudgifter, men isoleringsmaterialet er dyrere, da der her kræves isolering med en høj trykstyrke. Ydervæggen har den højeste energisparepris, hvilket hænger sammen med de mange merudgifter der er for denne del af klimaskærmen. Hvis boligen skulle optimeres samlet, skulle der altså fjernes noget isolering fra væggen og terrændækket og isoleringstykkelsen i taget skulle øges. Dette vil også give en slankere ydervæg, der for mange vil være at foretrække, på trods af at analysen viste at det var muligt at opnå et tilfredsstillende indeklima med både tykke og tynde vægge. En tynd ydervæg med et mindre vinduesareal vil også kræve mindre af brugerne af boligen, da der ikke vil være behov for at åbne vinduerne til udluftning lige så ofte som ved store vinduesarealer. 33 Tabel 24: Sammenligning af energispareprisen for de bedste løsninger fra hver del af klimaskærmen. Klimaskærm Terrændæk Ydervægge Tag Bedste energisparepris 2,45 kr./kWh 3,17 kr./kWh 0,36 kr./kWh 34 7 Litteraturliste Grøn M, Roed S (2011): ” Undersøgelse og udvikling af metode til økonomisk optimering af lavenergiboliger”, DTU Byg Nielsen K, Secher A (2011): ”Økonomisk optimeret design af lavenergihuse baseret på komponenters pris-ydelsesdata”, DTU Byg Petersen S, Svendsen S (2011): ”Method for component-based economical optimisation for use in design of new low-energy building”, DTU Byg Svendsen et al (2011): ”Analyse 6. Komponentkrav, konkurrence og eksport. En kortlægning af innovation i byggekomponenter”, DTU Byg Svendsen et al (2009): ”Strategi for udvikling af integrerede lavenergiløsninger til nye bygninger”, 2. udgave, LavEByg og DTU Byg Tommerup H, Svendsen S (2005): ”Optimal isolering af klimaskærmen i relation til nye skærpede energibestemmelser”, DTU Byg Tommerup H, Svendsen S (2008): ”Forslag til nye energikrav til eksisterende bygningers klimaskærm”, DTU Byg Hansen S (2011): ”Økonomisk optimering af bygningsdele til brug for integreret design af bygninger”, DTU Byg Jensen J M, Lund H (1995): ”Design Reference Year, DRY – Et nyt dansk referenceår”, Laboratoriet for varmeisolering, Danmarks Tekniske Universitet Dansk Beton (2007): ”Mere isolering i terrændæk øger risiko for revner i vægelementer”, Internet: http://www.bef.dk/files/DanskBeton/Letbeton/Artikler%20i%20Bladet%20Beton/3-2007.pdf (hentet d. 6. juli 2012) Komfort Husene (2010): ”Svømmende betondæk på Ekspanderet PolyStyren (EPS)”, Internet: http://www.komforthusene.dk/files/KOMFORT%20HUSENE/Projektering/Klimask%C3%A6rm/01Terr %C3%A6nd%C3%A6k/Terr%C3%A6nd%C3%A6k.pdf (hentet d. 6. juli 2012) Byggecentrum (2012): ”V&S Prisdata”, Internet: http://www.byggecentrum.dk/data-og-software/vsprisdata/ (hentet d. 6. juli) Moelven (2012): ”I-Bjælker”, Internet: http://www.moelven.com/dk/Produkter/Traekonstruktioner/Trakonstruktioner/Moelven-bjalkesystem/I-bjalke/I-Bjalker/?filters=Kategori%202;Ibj%C3%A6lke%7C (hentet d. 6. juli) Dansk Standard (2011): ”DS 418: Beregning af bygningers varmetab”, 7. udgave ThermiSol (2012): ”ThermiSol Titan SlimLine+”, Internet: http://www.thermisol.dk/assets/files/danmark/produktdocs/65066_DATABLAD_TITAN_SLIMLINE_web.pdf (hentet d. 6. juli) 35 Dansk Fjernvarme (2004): ”Vurdering af restlevetid af præisolerede fjernvarmerør”, Internet: http://www.dfj.dk/Faneblade/ForskningFANE6/FogU/~/media/FogU%20Konto/200201%20Restlevetid%20for%20pr%C3%A6isolerede%20r%C3%B8r.ashx (hentet d. 6. juli) Szameitat J (2012): ”Visual and thermal performance of window-wall assemblies with different geometries in highly insulated buildings”, DTU Byg Statens Byggeforskningsinstitut (2008): “SBi-anvisning 213: Bygningers energibehov”, version 4.08.07 Erhvervs- og Byggestyrelsen (2010): ”Bygningsreglement 2010”, Internet: http://www.ebst.dk/bygningsreglementet.dk (hentet d. 6. juli) Hviid C, Petersen S (2005): ”Metode til optimering af nyt lavt boligbyggeri til lavenerginiveau”, DTU Byg Benyttede computerprogrammer: WinDesign – Internet: http://www.vinduesvidensystem.dk/Windesign.html Velux Daylight Visualizer – Internet: http://viz.velux.com/ SundDATEPS – Internet: http://www.sundolitt.dk/sundolitt/teknik/beregning/terrandaks-bareevne 36 8 Bilagsliste Bilag 1 Beregning af energispareprisen for Sundolitt S60 Bilaget viser opbygningen af det regneark der er blevet brugt til at udregne energispareprisen for Sundolitt S60. Beregningen af de andre energisparepriser kan ses på den vedlagte cd-rom. Bilag 2 Dagslysoptimering i Velux Daylight Visualizer Bilaget indeholder billeder af den dagslysoptimering der er foretaget i boligen for seks forskellige vægtykkelser. Bilag 3 Vinduesdimensioner efter dagslysoptimering Bilaget viser vinduesdimensionerne efter dagslysoptimeringen for alle de forskellige vægtykkelser. Bilag 4 Beregning af ventilation og udluftning for simulering 1 og 2 i WinDesign Bilaget viser beregningerne af ventilation og udluftning til brug i WinDesign. Hele simuleringen i WinDesign kan ses på den vedlagte cd-rom. På den vedlagte cd-rom findes følgende filer med beregningsmateriale: Filer hvor energispareprisen beregnes: • • • Energispareprisen_Terrændækket.xlsx Energispareprisen_Ydervæggene.xlsx Energispareprisen_Tagkonstruktionen.xlsx Filer fra WinDesign: • • WinDesign_Simulering 1_Kooltherm K8.xlsm WinDesign_Simulering 2_Murfilt 34.xlsm 37 Bilag 1 – Beregning af energispareprisen for Sundolitt S60 nø [år] 30 nt [år] 100 r 0.025 a 0.048 Varmelednings- Isoleringspris Tykkelse Merudgifter evne Udgravning 2 W/mK kr./(cm m ) cm kr./m2 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 0.041 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 6.54 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 22.9 23.5 24.1 24.7 25.3 26.0 26.6 27.2 27.8 28.4 29.0 29.7 30.3 30.9 31.5 32.1 32.7 33.4 34.0 34.6 35.2 35.8 36.4 37.1 37.7 38.3 38.9 39.5 40.1 40.8 41.4 38 DH [kKh] 36.24 I_tiltag E_årlig CCE U-værdi kr./m2 kWh/m2 kr./kWh W/m2K 186.4 193.5 200.7 207.9 215.0 222.2 229.3 236.5 243.6 250.8 257.9 265.1 272.3 279.4 286.6 293.7 300.9 308.0 315.2 322.4 329.5 336.7 343.8 351.0 358.1 365.3 372.5 379.6 386.8 393.9 401.1 4.19 4.08 3.97 3.86 3.77 3.67 3.58 3.50 3.42 3.34 3.27 3.20 3.13 3.07 3.00 2.94 2.89 2.83 2.78 2.73 2.68 2.63 2.59 2.54 2.50 2.46 2.42 2.38 2.34 2.31 2.27 0.89 0.94 0.99 1.05 1.10 1.16 1.22 1.27 1.33 1.40 1.46 1.52 1.59 1.65 1.72 1.79 1.86 1.94 2.01 2.08 2.16 2.24 2.32 2.40 2.48 2.56 2.65 2.74 2.82 2.91 0.116 0.112 0.109 0.107 0.104 0.101 0.099 0.097 0.094 0.092 0.090 0.088 0.086 0.085 0.083 0.081 0.080 0.078 0.077 0.075 0.074 0.073 0.071 0.070 0.069 0.068 0.067 0.066 0.065 0.064 0.063 Bilag 2 – Dagslysoptimering i Velux Daylight Visualizer Vægtykkelse: 0,38 m Isoleringsmateriale: Aerowool Vægtykkelse: 0,40 m Isoleringsmateriale: Kooltherm K8 Vægtykkelse: 0,43 m Isoleringsmateriale: Titan SlimLine+ 39 Vægtykkelse: 0,53 m Isoleringsmateriale: Murfilt 32 Vægtykkelse: 0,55 m Isoleringsmateriale: Murfilt 34 eller Super FlexiBatts Vægtykkelse: 0,59 m Isoleringsmateriale: Murfilt 37 eller FlexiBatts 40 Bilag 3 – Vinduesdimensioner efter dagslysoptimering Rum Nr. Værelse 1 Køkken 2a Spisestue 2b Stue 3 Soveværelse 4 Værelse 5 Værelse 6 Rum Nr. Værelse 1 Køkken 2a Spisestue 2b Stue 3 Soveværelse 4 Værelse 5 Værelse 6 Aerowool Højde Bredde [m] [m] 1.70 1.60 1.70 1.40 1.80 2.10 1.80 1.90 1.80 2.10 1.70 1.50 1.70 1.40 1.70 0.50 Kooltherm K8 Højde Bredde [m] [m] 1.70 1.65 1.70 1.50 1.80 2.15 1.80 2.00 1.80 2.15 1.70 1.65 1.70 1.50 1.70 0.50 Titan SlimLine+ Højde Bredde [m] [m] 1.70 1.70 1.70 1.55 1.80 2.20 1.80 2.10 1.80 2.20 1.70 1.70 1.70 1.50 1.70 0.50 Murfilt 32 Murfilt 34/Super FlexiBatts Højde Bredde Højde Bredde [m] [m] [m] [m] 1.80 1.70 1.80 1.75 1.80 1.55 1.80 1.65 1.90 2.20 1.90 2.25 1.90 2.10 1.90 2.15 1.90 2.20 1.90 2.25 1.80 1.70 1.80 1.80 1.80 1.50 1.80 1.55 1.80 0.50 1.80 0.55 41 Murfilt 37/FlexiBatts Højde Bredde [m] [m] 1.80 1.80 1.80 1.70 1.90 2.35 1.90 2.20 1.90 2.35 1.80 1.85 1.80 1.60 1.80 0.60 Bilag 4 – Beregning af ventilation og udluftning for simulering 1 og 2 i WinDesign Ventilation og udluftning for simulering 1 med Kooltherm K8 og en vægtykkelse på 0,40 m. Ventilation Indvendigt gulvareal Rum Nr. Værelse 1 Køkken 2a Spisestue 2b Stue 3 Soveværelse 4 Værelse 5 Værelse 6 m2 Andel af Bruttoareal samlet areal m2 % 11.9 9.4 20.1 32 14.4 9.1 11.6 8.9 7.0 15.0 23.8 10.7 6.8 8.6 14.6 11.5 24.7 39.3 17.7 11.2 14.2 Ventilation l/s/m2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 l/s 4.38 20.00 7.40 11.78 5.30 3.35 4.27 m3/h 15.8 72.0 26.6 42.4 19.1 12.1 15.4 1/h 0.43 1.09 0.43 0.43 0.43 0.43 Udluftning Nr. 1 2a 2b 3 4 5 6 Samlet areal Åbningsprocent Effektivt Åbningsprocent Udluftning af vinduer Dør = 80 % åbningsareal af gulvarealet og døre Vindue = 25 % 2 m % m2 % l/s/m2 l/s m3/h 2.81 25 0.70 4.80 1.08 15.8 56.8 2.55 25 0.64 5.52 1.24 14.3 51.6 5.16 80 4.13 16.73 3.76 92.9 334.4 4.80 80 3.84 9.78 2.20 86.4 311.0 2.58 80 2.06 11.68 2.63 46.4 167.2 2.81 25 0.79 6.28 1.58 17.7 63.6 3.40 25 0.95 5.97 1.50 21.4 77.1 42 1/h 1.56 4.26 3.17 3.78 2.28 2.17 Ventilation og udluftning for simulering 2 med Murfilt 34 og en vægtykkelse på 0,55 m. Ventilation Indvendigt gulvareal Rum Nr. Værelse 1 Køkken 2a Spisestue 2b Stue 3 Soveværelse 4 Værelse 5 Værelse 6 m2 Andel af Bruttoareal samlet areal m2 % 11.9 9.4 20.1 32 14.4 9.1 11.6 8.9 7.0 15.0 23.8 10.7 6.8 8.6 15.4 12.1 25.9 41.3 18.6 11.7 15.0 Ventilation l/s/m2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 l/s 4.61 20.00 7.78 12.38 5.57 3.52 4.49 m3/h 16.6 72.0 28.0 44.6 20.1 12.7 16.2 1/h 0.43 1.05 0.43 0.43 0.43 0.43 Udluftning Nr. 1 2a 2b 3 4 5 6 Samlet areal Åbningsprocent Effektivt Åbningsprocent Udluftning af vinduer Dør = 80 % åbningsareal af gulvarealet og døre Vindue = 25 % 2 m % m2 % l/s/m2 l/s m3/h 3.15 25 0.79 5.13 1.15 17.7 63.8 2.97 25 0.74 6.12 1.38 16.7 60.1 5.40 80 4.32 16.66 3.75 97.2 349.9 5.16 80 4.13 10.0 2.25 92.9 334.4 2.70 80 2.16 11.63 2.62 48.6 175.0 3.24 25 0.81 6.90 1.55 18.2 65.6 3.78 25 0.95 6.32 1.42 21.3 76.5 43 1/h 1.66 4.31 3.24 3.77 2.24 2.05
© Copyright 2024