Konstruktion passivhus Fredrik Karlsson 1 Konstruktion - Isolering 2 Hur kan värme transporteras? Värmeenergi transporteras genom • Ledning • Strålning • Konvektion 3 Naturen visar: Porösa material minskar värmeförluster Fåglar ökar luftmängden mellan fjädrarna och förbättrar så sin isolering 4 Vad är U-värdet? U-värdet kallas också värmegenomgångskoefficient. Enhet är Watt/kvadratmeter och Kelvin [W/m²,K]. Värdet anger hur mycket värme som går genom konstruktionen per kvadratmeter och en grad temperaturskillnad mellan inne- och utetemperatur. 5 Beräkning av U-värde 1 dimensionell, homogen tvärsnitt Betong Isolering Puts d = materialtjocklek [m] = materialets ledningsförmåga [W/mK] Rsi/se = inre/yttre värmeövergångsmotstånd [m²K/W] R = värmemotstånd [m²K/W] U = värmegenomgångskoefficient [W/m²K] 6 Ledningsförmåga för några material Material Material Aluminium 200 Puts Betong 1,7 Sandsten EPS 0,033-0,040 Stål Gipsskiva 0,22 Tegel Kalksandsten 0,95 Träd Mineralull 0,033-0,042 Trädspånskiva 0,9-1,2 2,4 60 0,5-0,7 0,14-0,16 0,14 Källa: Tillämpad byggnadsfysik, Bengt-Åke Petersson 7 Isoleringsmaterial EPS 0,035 Mineral-/Stenull 0,035 - 0,05 Foamglass/cellglas Kalciumsilikat Vakuumisolering 0,050 - 0,075 0,060 0,008 Naturprodukter (träd, kork, hampa, ull,…) > 0,04 Fuktigt material har sämre isolerförmåga! Använd helst tillverkarens data, men var kritiskt, ofta anges bästa möjliga materialvärde 8 5 min arbetstid Övning: Beräkna U-värde för ett homogent väggtvärsnitt Puts Betong Mineralull Puts = 0,70 W/mK = 1,70 W/mK = 0,033 W/mK = 1,00 W/mK Rsi/se beroende av värmeströmriktning (se facklitteratur), här Rsi = 0,13 mK/W Rse = 0,04 mK/W U = 0,13 W/m²K Källa: Tutorium 1 Byggnadsfysik Ruhr-Universitet Bochum 9 Beräkning av U-värde 2 dimensionell, inhomogent tvärsnitt Träsk. Isolering Puts Träsk. Trä Puts Isolering Träsk. Puts Trä 10 Rekommenderade U-värden för passivhus enligt internationell certifiering Tak 0,15-0,25 Fönster 1,2 Tak Lågenergihus 0,15 Passivhus Fönster Vägg 0,15 (= 24cm isolering) Vägg 0,20-0,30 Bottenplatta 0,30-0,35 0,8 Bottenplatta 0,15 11 Beräkning av Transmissionsvärmeförluster QT = U*A*GT A = Omslutningsarea [m²] GT = Graddagar (Tid som radiatorn behövs) [Kh/år] Vilka möjligheter finns att minimera Q ? T Förbättra U-värdet Minimera omslutningsarea 12 KOMPAKT? 13 A / V = Omslutningsarea / volym - Ju lägre desto bättre! Minskar övriga kostnader för att uppnå passivhusstandard. 14 Betydelse större omslutningsarea vid samma boyta 10% större än kvadrat 20% större än kvadrat 2 cm extra isolering 4 cm extra isolering Värden gäller centraleuropa! 15 Vanliga konstruktioner för passivhus lätt konstruktion med trä och isolering tung konstruktion med kalksandsten och isolering medeltung konstruktion med betong, trädplattor och isolering tung konstruktion i ett skikt tung konstruktion sandwichelement 16 17 Ex på trävägg Vägg i Passivhus Granbäck 1 Träpanel. 2 PAROC XMV 080, Vindtät. 3 Korslagd regelstomme med 45 mm isolering, PAROC UNS 37z, Vägg-/Bjälklagsskiva Trä. 4 Bärande stomme med mellanliggande isolering 170 mm,PAROC UNS 37z, Vägg-/ Bjälklagsskiva Trä. 5 Fristående isolerskikt 170 mm (utan reglar) PAROC UNS 37z, Vägg-/Bjälklagsskiva Trä. 6 PAROC XMW 001, Plastfolie. 7 Installationsskikt med 70 mm isolering, PAROC UNS 37z, Vägg-/Bjälklagsskiva Trä. 8 Gipsskiva. U-värde: 0,09 W/m2 18 På www.passiv.de finns det certifierade konstruktioner för passivhus med U-värde ≤ 0,15 W/m²K 19 Köldbryggeminimerade produkter för takkonstruktionen 20 Isoleringstjocklek ≈ 1 ölback 21 Typiska U-värden 22 Fukttransport 23 Hur sker fukttransport? Fukt transporteras genom • Diffusion • Kapilarsugning • Ledning 24 Luftens vattenhalt Varm luft kan ta upp mer vattenånga än kall Luftens vattenhalt [g/m [g/m³] Vatten Mättnadsångkurva, daggpunkt Vattenånga Lufttemperatur [ºC] När luften är mättad, kondenserar tillkommande vattenånga. 25 Temperaturförlopp i en vägg Temperaturförloppet i ett homogent materialskikt är ungefär lineär. Kondens Om temperaturen i materialet sjunker under luftens daggpunkt, blir det kondens. Källa: Föreläsning fukt Byggnadsfysik Ruhr-Universitet Bochum 26 Temperaturförlopp i en vägg Tx = Ti – Rx/Rtot(Ti-Te) Punkt x Tx = Temperatur punkt x Ti = Temperatur inne Rx = Motstånd alla skikt från insidan till punkt x Rtot = Motstånd hela konstruktion Källa: Föreläsning fukt Byggnadsfysik Ruhr-Universitet Bochum 27 Fuktproblem Mögelrisk vid T≤12,6ºC! Jämförelse: Ångdiffusion ger 1 g vatten / dag /m² 360 g vatten / dag/ m 1 mm fog 28 Isolera råsponten för att minska fuktrisk 29 Fönster 30 U-värdeberäkning för fönster UW = U-värde fönster (window) UF = U-värde karm (frame) UG = U-värde glas (psi-värde) = koefficient för lineär köldbrygga [W/mK] är ingen konstant men beroende på situation för inbyggnad av glas i karmen och karmen i fönsteröppning Internationell Passivhuskriterium Uw ≤ 0,85 W/m²K; UG ≤ 0,8 W/m²K Svensk krav: Uw ≤ 0,9 W/m²K 31 32 Indata för beräkning av Areor window glas frame window glas glas Inbygg frame 33 5 min arbetstid Övning: Beräkna Uw UG = 0,6 W/m²K UF = 1,2 W/m²K spacer = 0,08 W/mK Fönsteröppning bredd 2m, högt 1m Karmbredd 0,10 m 34 AW = 2m*1m = 2m² AG = (2m-2*0,1m)*(1m-2*0,1m)=1,44m² AF = 2m²-1,44m² = 0,56m² lF = 2x(2m+1m-4*0,1m)=5,2m UW = (0,6*1,44+1,2*0,56+0,08*5,2)/2 =0,976 W/m²K 35 Absorption Reflexion Transmission solfaktor g = transmission + 0,5*absorption Engelska: total solar transmittance (TST)/Solar Heat Gain Coefficient (SHGC used in US); Tyska: Gesamtenergiedurchlassgrad (g) Kompendium ”Sommerlicher Wärmeschutz”, Vorlesung Bauphysik II, Ruhr-Universität Bochum 36 Bidrag från solen, QS r: Reduktionsfaktor tar hänsyn till karmen, skuggning, nedsmutsning och solinstrålningsvinkel g: Solenergitransmission vid 90ºvinkel instrålning genom glasskivan G: Solinstrålning under uppvärmningssäsong g (solenergitransmission) ≠ LT (ljusgenomsläpp) Internationell Passivhuskriterium: g > 0,5 37 Vad är operativa temperaturen? Temperaturen som beskriver den samlade inverkan av luftens och omgivande ytornas temperatur T = (T +T )/2 opt luft ytor 38 Strålning från ytor påverkar vår komfortkänsla. Om temperaturdifferensen mellan två eller fler ytor är > 3K, känner vi diskomfort. 39 Varför blir det kondens på utsidan av fönstret på morgonen? 40 Placering av fönster i väggen Rekommenderad inbyggnad Ofördelaktig inbyggnad Hitta optimala läget med hjälp av en köldbryggeberäkning. Tänk också på skuggning och lägre bidrag från solen. Ofördelaktig inbyggnad kan nästan fördubbla husets energianvändning. 41 Exempel: Inbyggnad fönster Karmen framför murverk i isoleringsskikt Punkmässig infästning med metallvinklar Tape för lufttäthet Kraftfördelning via trälist 42 Fönsterhöjder för att undvika kallras 43 44 Solavskärmning Utvändiga persienner Mellanliggande persienner Invändiga persienner Med utvändiga persienner tränger mindre värme in i huset än med invändiga persienner Kompendium ”Sommerlicher Wärmeschutz”, Vorlesung Bauphysik II, Ruhr-Universität Bochum 45 Köldbryggor 46 Geometrin och kompakthet påverkar även köldbryggor Vad är en köldbrygga? En del av byggnaden, där värmetransport är större än i omgivande konstruktionen 47 Vilka köldbryggor finns? materiel tjocklek Varje hörn och varje genomföring är en köldbrygga! geometriska Bildkällor: kompendiet ”Wärmebrücken” W.Willems 48 Temperaturförlopp i köldbrygga 49 Köldbrygga vid sanering/fuktproblem Ändring av yttemperatur Innan sanering konventionell sanering passivhus sanering Temperaturförlopp i hörn med skåp framför väggen 50 Obruten isoleringsskikt runt hela huset Omkring ett passivhus måste man kunna rita isoleringsskiktet runt hela huset utan att lyfta på pennan. Källa: ”Konstruktionshandbuch für Passivhäuser”, Passivhausinstitut 51 5 min arbetstid Typiska punkter för köldbryggor 52 Köldbryggebrytande skikt på och under yttervägg 53 Ny köldbryggebrytande fundament vid sanering 54 Isolering under/bredvid bottenplatta Ledningförmåga Under bottenplatta Yttervägg Fasade 55 Yttervägg på källarbjälklag (ouppvärmd källare) Ouppvärmd källare 56 Isoleringssten Köldbryggakoefficient i W/(mK) Anslutning vägg/fundament eller källare Ledningsförmåga isoleringssten i W/(mK) 57 Köldbrygga infästning Aluminium Värmeförluster via randinfästning kan vara upp till 40% av hela ytterväggens värmeförluster 58 Köldbrygga infästning Värmeförluster via randinfästning kan vara upp till 40% av hela ytterväggens värmeförluster 59 Inhomogena byggdelar = 0,013 W/mK Försumbar U = 0,128 W/m²K köldbrygga vid vanlig +20%, relevant! regleravstand = 0,005 W/mK U = 0,117 W/m²K +9%, beakta köldbrygga! 60 Köldbryggorna kan vara punktformig eller linjär En köldbrygga ger större energiförluster och högre skaderisk Källa: bok ”Vandrande fukt Strålande värme”, Carl-Erik Hagentoft 61 Ψ (psi) = värmegenomgångskoefficient för en linjära köldbrygga (W/mK) t.ex. en anslutning av två ytterväggar < 0,01 W/mK (internationellt krav) Χ (chi) = värmegenomgångskoefficient för en punktformiga köldbrygga (W/mK) < 0,02 W/K (internationellt krav) 62 När gäller en konstruktion som köldbryggefri? En konstruktion gäller som köldbryggefri enlig internationell definition om samtliga byggdelar har Ψ < 0,01 W/m,K X < 0,02 W/K 63 Köldbryggorberäkningsprogram HEAT Också tredimensionell Therm http://windows.lbl.gov/software/therm/therm.html Freeware Matlab … 64 Källor: http://anderzzon82.blogspot.com/ 65 Köldbryggor – kom ihåg Undvik helst köldbryggor Om ett skikt blir brutet, så använd material med låg ledningsförmåga Slut isolering alltid utan hål eller sprickor Undvik extra hörn eller bygg vinkel maximal 90º 66 TÄTHET 67 När är en byggnad tät? En byggnad kan aldrig vara 100% tät. Passivhus efter internationell certifiering ska ha mindre än 0,6 oms/h Passivhus efter svensk definition ska ha mindre än 0,3 l/(s,m²) 68 I ett passivhus måste man kunna rita täthetsskiktet utan att lyfta pennan. Hög täthet nås om: Alla detaljer är enkla att bygga Stora obrutna ytor används Tekniker inte blandas Genomförningar genom täthetssikt undviks förutom absolut nödvändiga 69 Byggnadens lufttäthet Kan man räkna ut byggnadens lufttäthet? Nej, det finns inte något datorprogram eller liknade som kan räkna ut lufttätheten hos olika byggnader. Dvs. man måste ut och mäta i verkligheten. 70 Tänk igenom vilka arbetssteg som måste göras först 71 Anslutning folie / puts 72 Anslutning folie / puts 73 Obruten ångspärr 74 Blockskarvar, skarvar i anslutning tak/vägg 75 När ska luftläckage testas? Under byggskedet eller när huset är färdigt? Både och eftersom i byggskedet kan luftläckning åtgärds men slutvärdet behövs också för beräkningar 76 Byggnadens lufttäthet EN 13829 Standarden går ut på att man provtrycker byggnaden med hjälp av en fläkt som man placerar i ytterdörr. Där fläkten drar in eller ut luft ur byggnaden och skapar +/- 50Pa tryckdifferens mellan insida och utsida av byggnaden. Man kan även provtrycka vissa delar av en byggnad t.ex. lägenheter i ett hyreshus. 77 Infiltration n = 0,67 Ex. hus på 100 m2 q50 = 0,6 l/s, m2 qN = 0,6*(4/50)0,67 = 0,11 l/s, m2 Vilket motsvarar ca 14 kWh/m2,år q50 = 0,3 l/s, m2 qN = 0,3*(4/50)0,67 = 0,055 l/s, m2 Vilket motsvarar ca 7 kWh/m2,år 78 Byggnadens lufttäthet 79 Byggnadens lufttäthet Exempel: Trekantens sporthall. Utetemperatur: 6ºC 80 Byggnadens lufttäthet Exempel: Lgh i Nybro vind ca 3-4m/s (ingen provtryckning) 81 Genomföringar Installationer innanför tätskiktet 82