Sjukhuset ska testas i datorn
Med hjälp av tusentals ekvationer exekverade i datorer testas installationerna i det nya Karolinska sjukhuset. Det ska säkra att energianvändningen håller sig under 120 kWh per kvadratmeter.
Byggbranschen borde bli bättre på att utnyttja modeller. Det anser Per Sahlin från företaget Equa, som genomför ett stort virtuellt testprojekt av Nya Karolinska Sjukhuset. Han sitter i ett kontor med glasväggar – för ljusinsläppets skull – i Solna, på gångavstånd från sjukhuset. Men när han och hans kollegor tittar på sjukhuset är det ändå oftast i datorn. Vad som händer på plats just nu är inte deras bekymmer. Deras uppdrag är att räkna ut vad som ska hända, innan det finns något att titta på.
Halverad energianvändning
Modellen omfattar omkring 2 000 variabler för vart och ett av de planerade 8 000 rummen. Det kan handla om temperatur inuti väggen och i olika delar av rummet, medelvärdet under femton minuter, med mera. Målet med beräkningarna är att slippa stora misstag vad gäller innemiljö och energianvändning längre fram i projektet. Modellen av Karolinska sjukhuset ska bland annat se till att energianvändningen inte överstiger 120 kWh per kvadratmeter och år, exklusive verksamhetsel. Det är hälften mot i dag och mer än hundra kWh mindre än för de flesta andra sjukhus, om än inte minst i Sverige. Det rekordet lär sjukhusen i Borås eller Örebro ha, se Energi & Miljö 4/10.
– Modellen håller reda på alla flöden i ett hus, inklusive personer. Vi kan se vad som händer om man till exempel byter fönster. Jag är helt säker på att det inte finns något sjukhus som man räknat så noga på som man gör här, berättar Per Sahlin.
Räkna först, bygg sedan
Med en bakgrund i matematik utvecklar han och kollegorna datormodeller som ska göra det möjligt att prova olika sorters installationer innan installation. Tre av de fjorton anställda som doktorerat, har gjort det i matematik. Per Sahlin är docent byggvetenskap från KTH. Bland de övriga anställda finns experter från byggbranschen och andra branscher där företaget verkar.
Men även om företaget har fullt upp med modeller av byggprojekt anser Per Sahlin att branschen kunde bli ännu bättre på att räkna först och bygga sedan.
– Branschen är uppfinningsbenägen. Det som är speciellt är att man provar de smarta idéerna i en kåk som kostar miljarder, eller hundra miljoner i alla fall, istället för att göra en modell. Det är fullskaleexperiment som gäller i byggbranschen, säger han.
Ekvationsmodell
Företagets metod utvecklades i slutet av 1980-talet, på Institutet för tillämpad matematik i Stockholm. Tanken var att använda ekvationer för att beskriva samband i datormodeller istället för algoritmer vilket var en vanligare logik för beräkningar i dator på den tiden. Ekvationerna gör det lättare att få stora mängder beräkningar med varierande in- och utdata att gå ihop.
Bakgrunden till behovet av att alls räkna på byggnader var energifrågan som var aktuell då på grund av oljekrisen. Att modellen utvecklades berodde också på att Per Sahlin själv var väldigt intresserad av energianvändningen i byggandet.
Modellen knoppades av från institutet 1995 och blev ett företag där namnet Equa är första ledet i engelskans equation, ekvation.
Men energifrågan prioriterades ner i omvärlden strax därefter och att spara energi blev en icke-fråga i byggbranschen. Modellen används dock på annat håll, för att modellera tunnlar till exempel; den har bland annat använts för Citybanan. Processindustrin, företrädd av Alfa Laval bland andra har också använt ekvationsmodellen. Där har man en lång tradition av att bygga pilotanläggningar för att testa idéer.
– Vi är beroende av bra användare som gör bra saker med våra produkter. Dessutom är det roligare att jobba med dem som vill ha mer och uppskattar det man gör. 2006 hade vi ett möte och diskuterade om vi skulle strunta i byggbranschen. Men vi beslutade att satsa på en version fyra och strax därefter vaknade folk i byggsektorn till. Förslag till förbättringar forsade in och sedan har det varit fullt i inkorgen, berättar Per Sahlin.
Intresset på väg upp igen
Att energifrågan är aktuell igen till följd av klimatoro och insikten att energiråvarorna är begränsade tror han är en orsak till det ökande intresset. Energipriset är också på väg uppåt.
– Värdet på fastigheter kopplas till hur energieffektiva de är. Så folk som håller i pengarna blir medvetna om att energi inte förblir nästan gratis.
Till det kommer alla miljömärkningssystem. Nya Karolinska ska Leed-märkas. Därför går det inte längre att överdimensionera installationerna och hoppas på det bästa utan det gäller att räkna och optimera så att energianvändningen minskar med bibehållen komfort.
På ett sjukhus som Karolinska handlar det inte först och främst om komfort utan om smittskydd och hygien. Luften byts ut flera gånger oftare än i kontor. Det går inte heller att använda luft-luftvärmeväxlare på grund av smittrisken. Istället blir det vätskebaserade lösningar och något sämre verkningsgrad. Risken för att luftströmmarna möts måste elimineras. Till det kommer särskilda behov i laboratorier och operationssalar och elenergi till bilar som ska kunna laddas på området. All energi ska vara förnybar.
Skiftande verksamheter
Summa summarum handlar det om 320 000 kvadratmeter med väldigt varierande verksamhet. För värmen finns borrhålslagret med 165 stycken 220 meter djupa borrhål och fjärrvärme. Kylan kan komma från frikyla utomhus, från fjärrkyla, från egen kylanläggning och från borrhålen. Energianläggningen ger ytterligare tusentals variabler i modellen. Antalet variabler räknas alltså i miljoner.
– Ska man räkna ut hur mycket energi en 70-tals kåk behöver räcker det kanske med fem ekvationer och baksidan av ett kuvert men för nya Karolinska räcker inte den modellen alls, sammanfattar Per Sahlin.
Att få ihop datorkraften som ska klara beräkningarna är en utmaning för sig. Valet har fallit på att utnyttja moln, alltså hyra processorer. Sjukhuset delas upp i flera modeller. Varje hus kan modelleras för sig eftersom det inte finns någon nämnvärd termisk koppling mellan husen. Energicentralen är också en modell för sig.
Minsta möjliga miljöbelastning
Husmodellerna delas in i våningsplan. Varje våningsplan blir en process och tilldelas en processor. Eftersom våningsplanen påverkar varandra termiskt så delar de variabler och därför körs processerna parallellt, så långt det går. Att göra en körning kan ta några timmar och för varje våningsplan behövs kanske hundratals körningar. Det handlar om att prova ut olika förslag med målet att få till installationer som klarar sin uppgift med minsta möjliga miljöbelastning.
Kollegan Pär Carling i rummet intill är en av flera personer som ska se till att modellen verkligen fungerar för bygget av det nya sjukhuset. Han hjälper konsulterna Sweco och ÅF att använda modellen så att den ger ett bra resultat.
– Konsulterna sitter med vårt program och bygger modellen med hjälp av ritningar och annat underlag. Rent generellt är det ett jobb i sig att ragga rätt på indata. Sedan får man jämföra med mätdata och justera. Men den delen är jag inte med om i det här projektet, säger Pär Carling.
Ett rum – minsta enhet
BIM finns förstås med som indata när det är möjligt. Ju bättre information desto bättre modell. Men det finns en gräns för vad som är meningsfullt att veta. I det här projektet räknar man med ett rum som minsta enhet, även om det finns modeller som även delar upp rummen i delar. Det är inte heller meningsfullt att ta reda på hur möblerna står. Hur mycket sjukhuset kommer att läcka är också svårt att ta reda på i förväg, här gäller det att göra antaganden som är rimliga.
– Vi säger att beskriver ni det rätt, så räknar vi rätt, säger Per Sahlin.
Till slut är det ändå brukarna som avgör.
– Den stora utmaningen är hur huset används, hur ofta och när man öppnar fönstren till exempel. Det kan man inte råda över. Men man kan vara säker på att om huset används som modellerat, då kommer resultatet av modellerandet att stämma, säger Per Sahlin.
Strax innan intervjun är slut, fälls markiserna som skärmar av solen utanför kontoret in. Automatiskt.
Text Kerstin Lundell, Energi & Miljö nr 6/7 sid 24-26
