4 januari 2024 I Husbyggaren nummer 3, 2022 skrev Max Tillberg om optimeringsmetoder för fasader. I denna artikel fångar Max upp många av de frågor och kommentarer han mött efter att den första artikeln publicerades (Bild: Merkurhuset, fotograf Sören Håkanlind).
Läs hela artikeln som pdf:
Kraven på moderna byggnader är så stränga och motstridiga att det i princip är omöjligt att uppfylla dem utan någon form av optimeringsprocess, speciellt om byggnaden skall certifieras. Dessutom finns det ofta ett flertal olika sätt att uppfylla ställda krav med olika för- och nackdelar. Att göra en förändring i ett tidigt skede av ett projekt är betydligt enklare och billigare än i senare skede. Av den anledningen bör en så stor del av optimeringsprocessen göras så tidigt som möjligt, gärna under program- och systemhandlingsskedet. Utmaningen med detta är att initialt är mycket okänt. Har man t.ex. bara en programbeskrivning och inte någon byggnadsgeometri blir mycket av optimeringen generella design principer.
Vad man kan optimera?
I princip kan man optimera alla delar av en byggnad men vissa parametrar är betydligt vanligare än andra då de har stor inverkan. Följande är parametrar är sådana som jag ofta optimerar eller i alla fall önskar att jag hade optimerat:
Byggnadskroppens orientering och form.
I de flesta projekt jag är involverad i är byggnadskroppens volym något man inte kan optimera då man helt enkelt fyller byggrätten i så stor omfattning som möjligt. Jag har t.o.m. varit med om att byggnader fått pyramidform då detta var byggrättens begränsningslinjer. I de projekt där man har en frihet att optimera dessa parametrar kan man antingen välja att använda förenklade metoder, t.ex. att beskriva byggandens innehåll på ett förenklat sätt eller använda förenklade indikatorer, t.ex. formfaktorn som är förhållandet mellan golvyta och omslutande klimatskal. I den bästa av världar hade man modellerat byggnaden i hög upplösning men då detta är tidsödande är den mest kraftfulla metoden att kombinera representativa rum tillsammans med massmodellering av övriga volymer.
Invändig layout
Att utvärdera och optimera denna parameter kräver ett synnerligen nära samarbete mellan olika aktörer vilket gör det till en av de svåraste att optimera. Av den anledningen optimeras sällan den invändiga layouten även om det kan ha stor inverkan på byggnadens prestanda.
Våningshöjd
Våningshöjden är en av de viktigaste designparametrarna och hanteras ofta genom erfarenheter från referensprojekt. Våningshöjden begränsar tekniska systemval, stomlagring och flera andra designparametrar vilket innebär att det är en parameter som skall bestämmas så tidigt som möjligt.
Glasandel, läge och form på glasning, typ av glas samt solskydd
Utformningen av glas och solskydd är en av de parametrar som nästan alltid optimeras i någon form. Anledningen till detta är att det är både enkelt och har stor inverkan på byggnaden. Optimeringen kan ske under hela byggnadsprocessen, även in i förvaltningsskedet.
Ytskikt
Ytskikt har stor inverkan på byggnadens utseende men oftast inte på dess prestanda vilket innebär att denna parameter kan optimeras i ett sent skede.
VVS-system, styrsystem och börvärden och ventilationsflöden
Detta är en av de absolut viktigaste designparametrarna och samtidigt en av de svåraste då de kräver stor teknisk kunskap. Speciellt detaljutformningen av styrsystem kan ha mycket stor inverkan på byggnadens prestanda samtidigt som det är en parameter som är enkel att ändra på, även under förvaltningsskedet.
Lufttäthet, köldbryggor och infästningar
Optimeringen av dessa parametrar beror till stor del på detaljutformningen av byggnaderna vilket gör att de är mycket svåra att optimera i tidiga skeden. Vanligtvis blir i stället egenskaperna för dessa parametrar kravställande.
Rumsdjup och zonindelning av belysning
Denna parameter optimeras olika beroende på byggnadstyp. I ett flerbostadshus är planlösningen bestämd i ett tidigt skede och rumsdjup och lägenhetsutformning är ofta en del i optimeringsprocessen. I kontorsbyggnader är planlösningen inte bestämd vilket innebär att egenskaper som rumsdjup kan bli en förutsättning vid avtal med hyresgäst.
Fasadsystem och isolering
Val av fasadtyp hänger samman med stomsystem, t.ex. om byggnaden har bärande fasad eller ej. Fasadens egenskaper som tex. U-värde kan optimeras relativt oberoende av fasadtyp även om det underlättar om fasadsystemet är känt.
Primärsystemoch energiproduktion
Detta är parametrar som kan optimeras i lite senare skede. De omfattar olika typer av värmepump- och kylmaskinlösningar, borrhål, solceller och annan energiproduktion samt energiåtervinning. Beroende på vald systemgräns kan dessa parametrar ha mycket varierande inverkan på byggnadens prestanda.
Termisk massa och stomsystem
Nyttan med denna parameter beror till stor del på andra system som t.ex. solinstrålning och styrningen av tekniska system. Vid en konstant belastning är nyttan av stomlagring med hjälp av byggnadens termiska massa begränsad.
Metodik
Att optimera byggnader utifrån energianvändning, inneklimat och dagsljus kräver effektiva och exakta simuleringsverktyg. Optimering sker i samarbete mellan en mängd aktörer, bl.a. arkitekt, energisamordnare, energiingenjör, konstruktör och VVS-konsult. En utmaning är hur informationsutbyte skall ske mellan aktörer. Från arkitekt behövs byggnadsgeometrier av olika slag, oftast i form av BIM men även CAD och t.o.m. handskisser tillsammans med indikatorer som areor av olika slag. Från energiingenjör kommer framför allt olika indikatorer men även alternativa geometriska förändringar som glasandel och isoleringsmängd. Från VVS-konsulten kommer tekniska system med tillhörande styr- och börvärden samt kravställningar på termisk komfort och luftkvalitet.
För att optimeringsprocessen skall vara effektivt krävs ett fungerande informationsutbyte. En utmaning är att de flesta moderna BIM-miljöer är slutna och informationen inte kan användas direkt om man inte sitter i samma BIM-miljö) men då BIM-miljöerna ofta fokuserar på enstaka yrkesroller och dessutom kräver dyra licenser är detta allt för ofta inte möjligt. För att lösa detta måste BIM-data exporteras från de olika BIM-miljöerna vilket innebär att information förloras och förvanskas. Vanliga utbytesformat för BIM är IFC och gbXML. De senaste åren har dock Revit och ArchiCAD blivit lite öppnare, t.ex. genom Rhino inside och Specklemen fortfarande är informationsutbytet långt ifrån effektivt.
Under optimeringsprocessen behöver olika aktörer informera varandra så att man kan förbättra byggnaden. Utmaningen med kvantitativa indikatorer är att förstå samband i byggnaden och vad som behöver göras för att förbättra den ytterligare. Kan indikatorn kopplas till geometriska parametrar kan de med fördel visualiseras färgkodat på respektive geometri. Vanliga färgskalor är rött-orange-grönt vilket signalerar grad av måluppfyllelse samt temperaturskala från blå till rött eller lila som anger storlek på optimerad parameter utan att ange måluppfyllelse. Ett exempel på detta är risk för övertemperatur i rum, vilka färgkodas. Genom färgkodningen kan t.ex. arkitekten förstå samband mellan rummens läge och utformning och hur väl de uppfyller ställda krav.
Samband mellan väderstreck och solinstrålning (Ladybug Tools)
För att kunna använda en BIM-modell för optimering krävs en konsekvent topologisk representation, ofta i form av rum eller zoner. I IFC-filer representeras dessa av IfcSpaces och IfcZones. Dessa representationer består både av geometrier och tillhörande information. Tyvärr skapar sällan arkitekter denna information vilket innebär att representationerna måste skapas i efterhand utifrån geometriska element vilket försvårar en effektiv iterativ designprocess. I samband med att dessa representationer skapas reduceras BIM-modellerna med 90-99% beroende på vilket skede man befinner sig. För att få en effektiv process rekommenderar jag att följande:
- BIM-modellen skall utbytas helst utan konverteringar, tex. RVT-fil i stället för IFC. Detta förutsätter dock att man genomför optimeringen i samma miljö eller har möjlighet att utvinna nödvändig information ur de ursprungliga BIM-modellerna.
- Byggnadens luftvolym skall vara helt fylld av rum eller spacesvars indelning ska vara bestämd i samråd mellan inblandade aktörer.Antalet rum är inledningsvis ganska litet med representativa rum i fasad i kombination med grövre indelning av mörka ytor.
- Rum/spaces ska ha konsekventa namn och beskrivningar då dessa ligger till grund för ett dubbelriktat flöde av information.
- BIM-modellen skall innehålla gemensam information som glasningar, rum/zoninformation, omgivande kontext samt om möjligt projektkrav.
- Om möjligt skall informationsutbyte ske inom de aktuella miljöerna, t.ex. i Revit och om detta inte är möjligt, i en gemensam plattform, t.ex. ett webbaserat dashboard med 3D-visualisering.
- Använd samma analysmetoder och verktyg under hela optimeringsprocessen för att undvika diskontinuiteter i resultat.
- I de fall då det inte är uppenbart vilken aktör som optimerar vilken aspekt av en byggnadär det lämpligt att man optimerar gemensamt med fokus på olika aspekter. Detta gäller t.ex.parametrar som har stor arkitektonisk inverkan.
Indikatorer
Optimering sker med hjälp av kvantitativa indikatorer som till exempel byggnadens energianvändning (kWh/m², år), dagsljusfaktor eller Fangers komfortindex. Lättast är om en optimeringsprocess enbart har en aggregerad kvantifierbar indikator att optimera, t.ex. hur många poäng man får enlig LEED. Problemet med detta är att ju mer man aggregerar desto mindre ser man. Om man optimerar byggnadens totala energianvändning skulle en åtgärd kunna öka värmeanvändningen och minska kylanvändningen lika mycket så att åtgärden inte verkar ha någon inverkan.
Beslutsprocessen
För att ta beslut i en optimeringsprocess är det lämpligt att beslutskriterierna bestäms innan det färdiga underlaget för beslut finns framtaget. Om inte är risken överhängande att beslutsunderlaget ignoreras.
I alla projekt finns det ekonomiska begränsningar som är avgörande för den slutgiltiga byggnadsutformningen. Dessa är lämpliga att införa i optimeringsprocessen så tidigt som möjligt. Om inte finns det en stor risk att den optimerade byggnaden inte ens går att genomföra. Det samma gäller alla typer av begränsningar.
Realistiska beräkningar och icke linjära samband
Många optimeringar tar tyvärr inte hänsyn till komplexiteten i ett byggnadsprojekt, specielltinte brukarbeteenden. Ett exempel på detta är glas och solavskärmningar. Studerar man enbart den optimala glasstorleken avseende värmebalans ser man att den optimala glasytan är förvånansvärt stor då man kan skörda solvärme vintertid. I verkligheten innebär all denna sol en betydande bländningsrisk vilket innebär att hyresgästerna kommer montera bländskydd vilka förhindrar nyttjandet av solinstrålning vintertid. Gör man en mer realistisk optimering av glasyta där man tar hänsyn till bländning ser man att den optimala arean är betydligt mindre, i alla fall om man inte monterar motoriserade solskydd.
En stor utmaning med optimering av byggnader är att mycket inte är linjärt men också att det saknas exakta gränsvärden. Ett exempel på detta är kylbehov i rum. Minskar kylbehovet minskar inte bara kylenergin och storleken på de tekniska installationerna utan man kan ersätta de tekniska systemen med mer energieffektiva lösningar. Är kylbehovet tillräckligt litet kan man byta från vattenburna kylbafflar till luftburna VAV-system och t.o.m. förlita sig på frikyla. Det samma gäller glas- och solskydd där man med ett tillräckligt effektivt solskyddsglas kan använda invändiga solavskärmningar i stället för utvändiga.
Begränsningar i simuleringsmodeller
Alla simuleringsverktyg som används för byggnadsoptimering har begränsningar och det är viktigt att känna till dessa. Vissa verktyg, speciellts de som är integrerade i BIM-verktyg som Revit och ArchiCAD,förutsätter mycket liten kunskap hos användaren. I princip är det bara att trycka på en knapp. Detta gäller oavsett komplexitet på byggnaden. Arkitekten (dessa verktyg riktar sig ofta till arkitekter) kan alltså designa en extremt komplicerad byggnad, t.ex.en självdragsventilerade dubbelskalsfasad och simuleringsverktyget hanterar detta utan varningar. Anledningen att detta fungerar är att verktyget automatiskt förenklar modellen till dess att den går att simulera vilket innebär att det finns en överhängande risk att hela optimeringsprocessen är felaktig.
Artikeln är nedkortad, läs hela artikeln som pdf här:
Max Tillberg
Specialist inomhusklimat, Civ. ing
EQUA Solutions AB
