KÖLDBRYGGOR I PREFABRICERADE SANDWICHVÄGGAR AV BETONG

Transkript

1 KÖLDBRYGGOR I PREFABRICERADE SANDWICHVÄGGAR AV BETONG DETALJERADE 2D-BERÄKNINGAR ENLIGT STANDARD ISO 10211:2017 Thermal bridges in prefabricated concrete sandwich wall panels Numerical calculations in 2D according to ISO 10211:2017 Sebastian Kruth Examensarbete, 30 hp Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik, 300 hp Institutionen för tillämpad fysik och elektronik, Vt 2018 EN1814

2 Sammanfattning År 2010 beslutade Europaparlamentet att från år 2021 ska alla nya byggnader vara nära-nollenergibyggnader (NNE). I linje med förslaget fick myndigheten Boverket i uppdrag av regeringen att skapa Sveriges definition på NNE-byggnader och ta fram riktlinjer som är kopplade till energikraven. Första steget enligt Kyoto-pyramiden för att effektivisera en byggnads energianvändning är att minska dess värmebehov där primära åtgärden är att förbättra byggnadens klimatskärm. En egenskap som påverkar klimatskärmens prestanda är köldbryggor som kan uppstå vid komponentanslutningar. Idag kan olika metoder och dimensionsval användas för att beräkna köldbryggor och utslaget kan variera kraftigt beroende dessa val. Enligt Boverket ska köldbryggor beräknas enligt standard ISO 13789:2017. Standarden hänvisar dock till två andra beräkningstandarder nämligen förenklad (ISO 14683) eller detaljerad beräkning (ISO 10211). Förutom detta kan beräkningen göras utifrån tre olika dimensionsval. Målet med denna studie var att utföra detaljerade tvådimensionella beräkningar enligt standard ISO 10211:2017 med köldbryggeberäkningsprogrammet Flixo. Detta med syfte att försöka reda ut den oklarhet som kan uppstå vid beräkning av köldbryggor samt belysa osäkerheten kring val av metod. Rapporten ska även fungera som ett beräkningsunderlag för ett antal köldbryggedetaljer som Veidekke Entreprenad i Stockholm kan nyttja vid behov. Simuleringar har utförts enligt standard ISO 10211:2017 för tre vanligt förekommande köldbryggor kopplat till sandwichväggar i betong. Dessa tre detaljer har beräknats för fyra olika prefab-leverantörer som Veidekke Entreprenad samarbetar med, där samtliga har relativt liknande konstruktionslösningar. Utifrån studien har en djupare inblick erhållits gällande köldbryggeproblematiken. Beskrivningar i standard 10211:2017 upplevs kunna förbättras med detaljerade exempel. Simuleringsprogrammet Flixos användarvänlighet och genomgångar bidrog till bättre förståelse. Från studien bedömdes att tre val för dimensioner ger en onödig förvirring där inre dimensioner upplevs mer överflödig än de andra två. Studien visar på i dessa fall märkbart varierade resultat för liknande konstruktionslösningar, vilket ger alarmerande signaler till användning av andra beräkningsmetoder, så som schabloniserade värden.

3 Abstract In year 2010, the European Parliament decided that from year 2021 all new buildings should be nearly zero-energy buildings (NZEB). As a result, the Swedish government gave the authority Boverket the task to create the Swedish definition of NZE-buildings and develop guidelines related to the coming energy requirements. The first step in the Kyoto pyramid principle to lower the energy use of a building is to reduce its heat demand, where the primary action is to improve the building envelope thermal performance. One aspect that affects the performance of the building envelope is thermal bridges. Today, different methods can be used to calculate thermal bridges and the impact greatly varies depending on which method is chosen. According to Boverket, thermal bridges should be calculated according to standard ISO 13789:2017. However, the standard refers to two different calculation standards, one simplified (ISO 14683) and one detailed method (ISO 10211). In addition, these calculations can be done considering three different dimension choices. The aim of this study was to perform detailed calculations of two-dimensional thermal bridges according to the standard ISO 10211:2017. This was done with Flixo, a thermal bridge calculation program. The purpose was to describe the confusion that may arise when calculating thermal bridges, but also highlight uncertainty about selecting different calculation methods. In addition, the report will serve as a calculation document for chosen details that Veidekke Entreprenad can utilize when necessary. Simulations have been performed for three common thermal bridges in connection to concrete sandwich walls. These details have been calculated for four different prefabrication suppliers, suppliers that cooperates with Veidekke Entreprenad, all with relatively similar construction design. From the study a deeper knowledge has been obtained regarding thermal bridges. The descriptions in Standard 10211:2017 could greatly improve with detailed- and more thorough examples. The simulation program Flixo contributed to a better understanding of this. From the study, one could conclude that three choices of dimensions to calculate thermal bridges rose an unnecessary confusion, whereas internal dimension felt more redundant than the rest. The study also shows that for these cases, the result varies greatly even though the construction design is similar, sending out alarming signals and doubt in using other methods such as simplified calculations from ISO standard 14683:2017.

4 Förord Detta Examensarbete på 30 högskolepoäng avslutar mina studier på Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik vid institutionen för tillämpad fysik och elektronik (TFE) på Umeå universitet. Projektet har genomförts våren 2018 i samarbete med Veidekke Entreprenad i Stockholm och Exengo Installationskonsult AB. Jag vill börja med rikta ett stort tack till mina handledare Ho-Man Wong och Erik Danielsson på Exengo, som har fungerat som ett bollplank och stöttat mig under arbetets gång. Även tack till Mats Johnson på Veidekke i Stockholm för de snabba svaren och informationen som gavs. Tack även till Mark Murphy för snabba återkopplingar. Till sist vill jag rikta ett stort tack till min sambo som stöttar mig i allt. Seabastian Kruth Stockholm, maj 2018

5 Innehåll 1 Inledning Bakgrund Syfte och mål Avgränsningar Teori Värmetransport Värmemotstånd och U-värde Köldbryggor Klimatskärmens värmegenomgångskoefficient Metod Sandwichdetaljer Programvaror Simulering Detalj mellanbjälklag (MB) Detalj fönsteranslutning (FA) Detalj balkonginfästning (BI) Resultat Detalj yttervägg-mellanbjälklag (MB) Detalj yttervägg-fönsteranslutning (FA) Detalj yttervägg-balkonginfästning (BI) Diskussion Framtida arbeten Slutsatser 45

6 Referenser 46 A Bilagor A.1-A.12: Detaljerade resultat från beräkningar av samtliga detaljer. A.1 Bilaga MB i A.2 Bilaga MB ii A.3 Bilaga MB iii A.4 Bilaga MB iv A.5 Bilaga FA v A.6 Bilaga FA vi A.7 Bilaga FA vii A.8 Bilaga FA viii A.9 Bilaga BI ix A.10 Bilaga BI x A.11 Bilaga BI xii A.12 Bilaga BI xiv B Bilaga B - Beräkningar för fönsterantagande och balkongers totala inverkan xvi B.1 Antagande om fönster och fönsterkarm xvi B.2 Bilaga balkongberäkning xxi i

7 1 Inledning I ett omarbetat direktiv från 2010 av Europaparlamentet framförs att byggnader står för 40 % av Europas sammanlagda energiförbrukning [1]. För Sverige går omkring en tredjedel av landets totala energianvändning till bostäder och lokaler [2]. De primära mål som ställs i EU-direktivet är att från år 2021 ska alla nya byggnader vara nära-nollenergibyggnader (NNE), för byggnader till offentliga myndigheter börjar detta gälla redan från år 2019 [1]. Efter ett regeringsbeslut år 2014 fick myndigheten Boverket i uppgift att föreslå Sveriges definition på NNE-byggnader och ta fram riktlinjer kopplat till energikraven [3]. I linje med förslaget har regler ändrats i plan och byggförordningen som trädde kraft i april 2017, som till följd har lett till de inskrivna NNE-krav som nu finns i boverkets byggregler [4]. NNE-kraven har lett till stora förändringar kring hur byggnadens energianvändning ska definieras. Förändringarna inför nya begrepp i BBR så som primärenergital, primärenergifaktor och geografiska justeringsfaktorer [5]. Primärenergitalet tar hänsyn till en byggnads energiprestanda från primärenergi till förbrukad energi, till skillnad från tidigare definition på specifik energianvändning som tar hänsyn till levererad (köpt) energi. Primärenergitalet korrigeras beroende på vilken energikälla som använts för uppvärmning där mindre miljövänliga källor ger mer ofördelaktig påverkan. Vidare har den tidigare uppdelningen av fyra klimatzoner har istället ersatts av geografiska justeringsfaktorer för att justera klimatskillnaderna i landet. Första steget för kraven var införandet av det nya beräkningssättet. Steg två inför år 2021 ska kraven skärpas ytterligare vilket framtvingar ansträngande åtgärder för att minska byggnadens energiprestanda. Kyotopyramiden illustrerar den optimala ordningen av energisparande åtgärder för att mest effektivt minska en byggnads energianvändning [6], se Figur 1 nedan. Figur 1 Grundprinciper för energisparande åtgärder [7] 1

8 Första steget i pyramiden är att minska byggnadens värmebehov, där den primära åtgärden vanligen är att förbättra byggnadens klimatskärm, det vill säga den del av byggnaden som gränsar till utemiljön. Med klimatskärm talas det ofta om vilken värmegenomgångskoefficient konstruktioner innefattar, och benämns vanligen som U-värden. U-värden är något leverantörer kan tillhandahålla men det finns andra aspekter som påverkar klimatskärmen och som även kan ligga utanför leverantörernas systemgräns, däribland köldbryggor. Köldbryggor uppstår i delar av en byggnads klimatskärm där värmemotståndet är lägre än omgivande isolering, vilket resulterar i en värmebrygga från in- till utsida av byggnadens klimatskärm. Enligt organisationen FEBY kan köldbryggor ofta motsvara cirka 20 % av den totala transmissionsförlusten av en byggnads klimatskärm [8]. Enligt Boverket kan linjära köldbryggor motsvara % för småhus och för flerbostadshus kan inverkan vara ännu större [9]. Denna andel varierar dock beroende på vilket dimensionssystem som används vid kvantifiering samt hur byggnaden är konstruerad. I nuvarande Europeiska standarder finns tre olika dimensionsval, nämligen invändigt-, total invändigt- och utvändigt mått [10]. Detta kan medföra en viss osäkerhet och risk för beräkningsfel om parter använder olika dimensioner. I Berggren och Walls studie [11] från 2012 visades att dimensionsvalen varierade märkbart för en grupp Svenska konsulter. Organisationen Sveby, som drivs av bygg- och fastighetsbranschen, skrev 2017 ett PM med mål att förtydliga areadefinitioner från Boverkets byggregler, BBR [12]. Rekommenderat dimensionsval från dokumentet är totalt invändiga mått som då överensstämmer med beräkningsmetod enligt BBR. Förutom att dimensionsval påverkar köldbryggors värde finns olika sätt att ta hänsyn till dess inverkan. I den konsoliderade versionen av BBR nämns att köldbryggor skall beräknas enligt standarden ISO 13789:2017 [5]. Standarden hänvisar till antingen förenklade beräkningar och schablonsvärden, ISO 14683, eller detaljerade beräkningar, ISO Beroende på metodval kan köldbryggors totala inverkan variera kraftigt. 1.1 Bakgrund Veidekke Entreprenad ingår i Veidekkekoncernen vilket är ett av Skandinaviens fjärde största bygg-, anläggnings- och bostadsutvecklingsföretag [13]. VeidekkeMAX är ett relativt nytt koncept om helhetstänk runt byggnadsprojekt, där fokus ligger båda på teknik och process som kan ge ekonomiska, tids- och miljömässiga fördelar. 2

9 Sedan 1960-talet då miljonprogrammet initierades, ökade produktionen av prefabricerade komponenter (Prefab) till bostäder. Konceptet med Prefab grundar sig i strävan till ett mer effektiv byggprocess. VeidekkeMAX-projekt använder idag prefabricerade byggsystem av betong för bland annat produktion av flerbostadshus. Betong är ett beprövat byggmaterial som har många fördelar, som fukttålighet, brinner inte, ger flexibel formbarhet med flera andra aspekter. Förutom MAX-konceptet har Veidekke beslutat att alla nya flerbostadshus som byggs i samarbete med Veidekke Entreprenad ska certifieras enligt de kriterier som företaget Svanens ställer. Svanen ställer bland annat höga krav på miljöaspekter kring byggnadsprocesser, material och energianvändning i flerbostadshus. Sandwichväggar i betong är något VeidekkeMAX använder vanligen till dagens byggprojekt. Sandwichväggarna kommer som färdiga moduler, vanligen med tre sammangjutna lager, bestående av betong-isolering-betong. Dessa modulsegment kan sedan fästas samman med andra färdiga komponenter vilket medför en snabbare byggprocess. Sandwichkomponenterna levereras ofta med tillhörande U-värden men lämnar eventuellt ute andra parametrar som köldbryggor. När dessa segment monteras kan det uppstå köldbryggor vid anslutningar, exempelvis vid fönster, balkonger och bjälklag. Leverantörerna kan även modifiera detaljlösningarna så det passar projektet, vilket kan resultera i en variation av köldbryggevärdet för konstruktionen. Från VeidekkeMAX egenregi ansätts ett schablonvärde för köldbryggor i tidigt skede av projektprocessen. Detta görs tills utförliga köldbryggeberäkningar för projektet har genomförts enligt Europeisk standard ISO-13789:2017, vilket också ligger i linje med Svanens kriterier. 1.2 Syfte och mål Målet med denna studie är att utföra numeriska tvådimensionella (linjära) beräkningar enligt standard ISO 10211:2017 [10] av ett antal köldbryggedetaljer till Veidekke Entreprenad i Stockholm. Tre vanligt förekommande köldbryggor för sandwichväggar från fyra olika leverantörer ska beräknas, nämligen anslutningar för yttervägg-mellanbjälklag, yttervägg-fönsterkonstruktion och yttervägg-balkong. Dessa beräkningar ska fungera som ett beräkningsunderlag för de utvalda detaljer som Veidekke Entreprenad kan nyttja vid behov. Studien vill även försöka reda ut den oklarhet som kan uppstå vid beräkning av köldbryggor samt belysa osäkerheten av att välja alternativa metoder än ISO 10211:

10 Utifrån dessa mål är syftet med studien att försöka besvara följande frågeställning: Hur beräknas linjära köldbryggor enligt standard ISO 10211:2017? Finns det anledning att ha tre olika dimensionsval för beräkning av köldbryggor? Vilka problem kan uppstå vid andra metoder än detaljerade beräkningar för köldbryggor? 1.3 Avgränsningar Tre-dimensionella fall utesluts i denna avhandling Enbart värmetransport genom konduktion tas i hänsyn Beräkningsmetod för köldbryggor mot mark utesluts i denna avhandling Beräkningar av värmeförluster sker i stationärt tillstånd, därmed kommer ingen hänsyn tas till olika materials specifika värmekapacitet Då fönsterkonstruktion var okänd för projekten samt att fokus ligger på sandwichväggen, har en typmodell för fönster konstruerats som användes för samtliga involverade modeller Beräkningar för tre köldbryggedetaljer per leverantör och efter Europeisk standard Avhandling är avsedd för Veidekke Entreprenad i Stockholm, Sverige 2 Teori Detta avsnitt presenterar information och teoretiskt underlag som rapporten bygger på. Eftersom rapporten vill klargöra beräkningsmetod för köldbryggor ges en grundläggande beskrivning av ämnet värmetransport med inriktning av hur köldbryggor beräknas. 4

11 2.1 Värmetransport Värmetransport, eller värmeöverföring, är termisk energi som förflyttas på grund av temperaturdifferenser i ett system och dess omgivning. Detta beror på att material alltid försöker jämna ut sina temperaturskillnader. Värmetransport i byggnaders klimatskärm kan i huvudsak ske på tre sätt, nämligen genom konduktion, konvektion eller strålning. Beskrivning av konvektion och strålning utesluts i denna avhandling då hänsyn endast tas vid värmeövergångsmotstånd för ytor som nämns senare i rapporten. Konduktion Värmeledning genom konduktion menas med ett materials förmåga att leda värme. Diverse material kan variera i förmågan att leda värme och parametern som beskriver ett dess konduktiva egenskap benämns som värmekonduktivitet. Värmeöverföring via konduktion beror också på geometri, som area och tjocklek, samt vilken temperaturdifferens det finns över materialet. Endimensionell värmeledning kan det beskrivas enligt Fouriers lag i ekvation 1 nedan: där: q = λ dt dx (1) q är värmeflöde (W/m 2 ) λ är värmekonduktiviteten för ett material W/(m K) dt/dx är temperaturgradienten över ett material (K/m) 2.2 Värmemotstånd och U-värde Termiskt motstånd, eller värmemotstånd, anger ett materialskikts värmeisoleringsförmåga. Värmemotståndet består av egenskaper från skiktets konduktivitet och tjocklek och definieras som parametern R. Från omskriven Ekvation 1 kan alltså värmemotståndet fås, där omskrivningssteg visas i Ekvation 2 nedan. q = λ dt dx = λ dx dt = 1 R 5 dt (2)

12 Där R alltså är värmemotståndet för ett materialskikt (m 2 K/W). Ju högre värde, desto bättre termiskt motstånd har skiktet. Förutom värmemotstånd i material finns även inom byggnadsfysiken värmeövergångsmotstånd vid ett materials yta som är i kontakt med omgivande luft. Värmeövergångsmotstånd benämns vanligen som R s med tillhörande index för omgivning och beror på värmeövergångskoefficienter från konvektion och strålning mot ytan. Vid beräkning av det totala värmemotståndet i byggnadsdelar ska samtliga värmeövergångskoefficienter inkluderas. Olika medelvärden för diverse ytdelar erhålls från standarden SS-EN ISO 6946:2017 [14]. För att få en tydlig bild av begreppet värmemotstånd visas ett exempel på en sandwichvägg med tre skikt i Figur 2 nedan. Figur 2 Exempel på tvärsnitt av en sandwichvägg som visar uppdelningen av tillhörande lager och deras värmemotstånd. T insida respektive T utsida är inne- samt utetemperaturen. Väggens totala värmemotstånd fås genom att summera alla värmemotstånd vilket görs i Ekvation 3 nedan. 6

13 R vägg = R si + d 1 λ 1 + d 2 λ 2 + d 3 λ 3 + R se (3) Där: R si & R se R i = d i λ i är värmeövergångsmotstånd för den inre samt yttre ytan (m 2 K/W) som erhålls enligt ISO 6946:2017 [14] är värmemotståndet för respektive skikt i (m 2 K/W) U-värde Alla material har olika förmågor att överföra värme. Parametern som beskriver dess isoleringsförmåga kallas värmegenomgångskoefficient, benämns vanligen som U-värde W/(m 2 K). Genom att sammansätta olika material med varandra kan U-värdet variera för den komponenten. Om exempelvis isoleringen ändras i Figur 2 kommer totala U-värde även ändras. Detta beror på att U-värdet är reciprok mot dess totala motstånd. För väggexemplet har vi alltså enligt Ekvation 4 nedan. U vägg = 1 R vägg (4) Notera att detta är ett förenklat exempel där värmeflödet antas vara endimensionellt och i stationärt tillstånd, men även att de olika skikten är homogena. Om ett skikt har inhomogena delar kan värmeflödet tänkas byta riktning och snabbt komplicera beräkningen. Beroende på hur komplex en detalj är kan numeriska beräkningar via simulationsprogram underlätta beräkningsprocessen. 2.3 Köldbryggor Köldbryggor uppstår i den del av en byggnad där den termiska konduktiviteten är högre än omgivande klimatskärm. Vanligast förekommer köldbryggor där klimatskärmens geometri ändras, i anslutningar eller där diverse byggnadskomponenter penetrerar byggnadens klimatskärm. I Figur 3 nedan visas 7

14 ett exempel på en byggnad där delar som reglar, hörn och fönster utgör mer värmeförluster än omgivande komponenter. Figur 3 Termografering av ett hus där köldbryggor utgör större värmeförluster än omgivande isolering [15]. Köldbryggor som väggreglar eller kramlor, medräknas vanligen i anslutande komponenter till ett gemensamt U-värde [9]. Linjära köldbryggor De köldbryggor som enskilt beräknas benämns vanligen som linjära eller punktformiga köldbryggor. Linjära köldbryggor, Ψ, klassas som ett homogent värmeflöde per längdenhet W/(m K) [16]. Det kan till exempel vara anslutningar mellan väggar och grund, fönsteranslutningar, balkonger med flera. I Figur 4 nedan visas ett exempel på en linjär köldbrygga av yttervägg-bjälklaganslutning. 8

15 Figur 4 Simulerat exempel från programmet Flixo på en linjär köldbrygga, där strömlinjer av värmeflödet visas från insida (höger) till utsida (vänster). I Figur 4 ses strömlinjer från värmeflödet där kanterna vid anslutning yttervägg-mellanbjälklag leder värmen bättre än övriga väggen. Köldbryggan sträcker sig alltså längs med anslutningspunkten och blir med det linjär. Punktformiga köldbryggor Punktformiga köldbryggor, χ, är värmebryggor som punktvis penetrerar klimatskärmen, det kan till exempel vara punktformiga balkong- eller fasadinfästningar. I Figur 5 nedan visas ett simulerat exempel av en metallinfästning i en yttervägg. 9

16 Figur 5 Simulerat exempel av en punktformig köldbrygga, där strömlinjer av värmeflödet visas från insida (höger) till utsida (vänster). I Figur 5 syns det från strömlinjerna att stålet leder värme bättre än omgivande material. Punktformiga köldbryggor beräknas vanligen i 3D, men i denna avhandling kommer de punktformiga köldbryggor som uppstår behandlas som linjära. Detta för att uppskatta deras ungefärliga inverkan. Förutom att köldbryggor påverkar byggnaders transmissionsförluster kan de också ge andra negativa aspekter, bland annat: Oacceptabel yttemperatur invändigt Kondensation som på sikt kan resultera i mögeltillväxt Oönskad temperaturreglering om en termostat är närliggande Beräkningsmetoder Det finns flera metoder för att beräkna köldbryggor för en byggnad men beroende på metodval kan resultatet variera märkbart. Punktformiga köldbryggor kan enligt ISO 14683:2017 vanligen försummas [17]. Finns det dock ett betydande antal punktformade köldbryggor i byggnaden skall dessa beräknas enligt standarden ISO 10211:2017. Vad betydande antal innebär är alltså upp till utförare att besluta. Beräkningar av linjära köldbryggor ger olika avvikelser beroende på vilken metod som används. Numeriska beräkningar ger vanligen avvikelse på ± 5 % av verkligt 10

17 resultat, ± 20 % för värden tagen från kataloger eller manuella beräkningar och ± 0-50 % för definierade standardvärden [17]. I en studie från 2012 av Berggren och Wall [18] gjordes en enkätstudie om köldbryggor där över 70 st konsulter i Sverige var involverade och över 60 % av dessa innefattade en arbetslivserfarenhet på 5 år eller mer. Metodval för hänsynstagande av köldbryggor visade på en tydlig variation där 43 % mängdberäknade köldbryggor och multiplicerade med schablonsvärden, 25 % gjorde ett schablonspåslag som kunde variera mellan 5-20 % och 32 % utförde numeriska beräkningar. Dimensioner Ψ-beräkningar varierar beroende på vilket dimensionsval man utgår ifrån. Idag finns det tre olika dimensionssystem som kan nyttjas och det är vitalt att vara konsekvent då ett dimensionssystem är valt. Dimensionsvalen benämns som invändiga, totalt invändiga eller utvändiga dimensioner. I Figur 6 nedan illustreras samtliga val. Figur 6 Tre utgångspunkter av dimensioner enligt ISO 13789:2017, invändiga (i), totalt invändiga (oi) och utvändiga (e) [11]. I ISO 13789:2017 benämns inte rekommenderad dimensionsval, vilket medför att vid kvantifiering är utföraren själv som bestämmer. Mer om dimensioner kopplat 11

18 till Sverige nämns Kapitel 2.4. Beroende på vilken del av byggnaden som undersöks så kan totalt invändig dimension ha samma värde som invändig eller utvändig dimension. I Figur 7 nedan visas två typiska områden där köldbryggor kan uppstå. Figur 7.A är anslutning yttervägg-mellanbjälklag och Figur 7.B är ytterväggshörn. Figur 7 Två exempel på anslutningar av en byggnad som klargör hur dimensioner definieras, där A) är anslutning yttervägg-mellanbjälklag och B) är ett ytterväggshörn. I Figur 7 är de olika dimensionerna definierad som invändig (i), totalt invändig (oi) och utvändig (e). Exemplet är gjort för att försöka klargöra definitionen av totalt invändig dimension som kan upplevas mer oklar än de andra två. Linjära köldbryggor är beroende av U-värden från intilliggande komponenter, komponenters kvalitet och design vid anslutningspunkter. Ψ-värden kan vara positivt eller negativt beroende på vilken metod som används [19]. Om utvändiga dimensioner används för beräkning av Ψ för exempelvis ett vägghörn så kommer det leda till en överskattning av värmeförlusten, eller snarare att man tar hänsyn till hörnet två gånger. Detta kan därmed leda till att Ψ-värdet för vägghörnet blir negativt och för att få en bättre förståelse mellan positiva/negativa Ψ-värden demonstrerar Figur 8 nedan två utgångsexemplar för beräkning av ett vägghörn. 12

19 Figur 8 Exempel på då Ψ kan få ett positivt a) respektive negativt värde b) beroende på vilka mått som används i beräkningen. Bild b) i Figur 8 beräknas med utvändig dimension, vilket leder till att vägghörnet tas i hänsyn två gånger och att Ψ kan bli negativt. Uttrycket som nämns i Ekvation 6 senare i rapporten förtydligar detta. ISO 10211:2017 Den internationella standarden ISO 10211:2017 redogör för detaljerade beräkningar av köldbryggor i byggnadskonstruktioner, värmeflöden och yttemperaturer [10]. Den specificerar randvillkor för modellering, termiska randvillkor och relationer för att sedan beskriva beräkningsmetoder av köldbryggor i 2D- och 3D-fall. Rapportens avgränsar sig till beräkningar i 2D för linjära köldbryggor samt exkluderar beräkning mot mark. Det ska också nämnas att standarden är baserad på följande antaganden: Alla material till byggnadskomponenter är oberoende av temperatur Det finns inga värmekällor inuti byggnadskomponenterna 13

20 Kommande del beskriver regler för modellering, simplifieringskriterier och metod för numeriska 2D-beräkningar av köldbryggor. Modellering Vanligtvis är det inte möjligt att modellera och göra beräkningar av en hel klimatskärm. Istället delas byggnaden upp i flera segment som ISO kallar cut-off planes. När denna uppdelning utförs ska alla skillnader av beräknat resultat undvikas mellan de uppdelade modeller och om byggnaden behandlats som hel [10]. För segment av 2D-geometrisk modell där köldbryggan är det centrala elementet måste angränsande komponenter ha en minimumlängd, d min (m), som uppfyller kriterierna enligt nedan [10]: d min 1 m från den linjära köldbryggan d min 3b, där b är tjockleken på den angränsande komponenten som exempelvis en sandwichvägg I Figur 9 nedan visas ett segmentexempel på anslutning av yttervägg-mellanbjälklag och balkongurklipp. Figur 9 Minimumkriterier av längder vid segmentuppdelning av ett cut off plane där b står för väggens tjocklek. 14

21 En modell kan innehålla mer än en central köldbryggedetalj. I dessa fall måste segmentuppdelningen ske minst d min från varje köldbrygga eller, om avståndet är mindre än d min, behövs uppdelning till i ett symmetriplan. I Figur 10 nedan visas ett exempel på hur ett sådant fall kan se ut. Figur 10 Exempel på en konstruktion där linjära köldbryggor uppstår vid bestämda avstånd l W (m) I Figur 10 ses hur segmentuppdelningen ska ske enligt symmetriplan. 2D-beräkning av linjära köldbryggor Beräkning av värmeflödet för linjära köldbryggor (2D) fås enligt Ekvation 5 nedan. Φ = L 2D (T i T e ) (5) Där: L 2D T i T e är effektförlustkoefficient av en anslutning som fås från 2D-simuleringar W/(m K) är invändiga temperaturen (K) är utvändiga temperaturen (K) Beräkning av Ψ-värden bestäms enligt Ekvation 6 nedan. 15

22 N j Ψ = L 2D U j l j (6) j=1 Där: U j är värmegenomgångskoefficient för inblandade 1D-sektioner j W/(m 2 K) l j är längden där U j gäller (m) är antalet endimensionella komponenter N j 2.4 Klimatskärmens värmegenomgångskoefficient När alla parametrar för byggnadens klimatskärm är kända, så som längder, areor, U-värden och köldbryggor, så kan byggnadens totala isoleringsförmåga beräknas fram. Från standarden ISO 14683:2017 beskrivs klimatskärmens värmegenomgångskoefficient, H D (W/K), enligt Ekvation 7 nedan: H D = n m p A i U i + l k Ψ k + χ j (7) i=1 k=1 j=1 där: U i är värmegenomgångskoefficienten för byggnadsdel i W/(m 2 K) A i är, beroende på areaval, tillhörande ytarean (m 2 ) Ψ k är värmegenomgångskoefficienten för linjär köldbrygga k W/(m K) l k är, beroende på areaval, längden på köldbrygga k (m) χ j är värmegenomgångskoefficienten för den punktformiga köldbrygga j (W/K) 16

23 Boverket Boverket är myndigheten som tar fram föreskrifter för hur byggnader ska konstrueras och är kravställande vid uppförande av byggnaden. I föreskriften Boverkets byggregler (BBR) ställs diverse krav som omfattar byggnaden, bland annat energihushållning som ställer krav på byggnaders energiprestanda. Det finns även krav på klimatskärmens prestanda, där en genomsnittlig värmegenomgångskoefficient, U m W/(m 2 K), ska beräknas och erhålls enligt Ekvation 8 nedan [5]. Notera här att Ekvation 7 är täljaren i Ekvation 8 U m = n i=1 A iu i + m k=1 l kψ k + p j=1 χ j A om (8) Där: U m är genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten för byggnaden W/(m 2 K) A om är omslutande area som begränsar uppvärmda delar av byggnaden mot mark, det fria eller mot delvis uppvärmda utrymmen (m 2 ) [12] I formeln ska en byggnads alla värmetransporter summeras och sedan divideras med den omslutande arean. Definitionen på A om enligt BBR är uppvärmda ytors area som begränsar uppvärmda delar mot det fria, mark eller delvis uppvärmda utrymmen. Som det nämndes i tidigare avsnitt finns det olika alternativ för beräkning av invändig area, vilket gör det missvisande för brukaren eftersom här finns utrymme att tolka omslutande area annorlunda. I studien av Berggren och Wall [11] svarade 48 % att omslutande area definieras bäst med invändiga dimensioner, medan 36 % tyckte totalt invändig dimension var den närmsta definitionen. Med avseende på denna missvishet skrev organisationen Sveby ett PM som mål att förtydliga definitionen på omslutande area [12]. Förtydligandet beskriver den omslutande area som totalt invändig area, vilket alltså rekommenderas i Sverige. Sedan år 2011 har kravet till U m för flerbostadshus varit oförändrad och legat på U m 0.4 W/(m 2 K). I en remiss från Boverket inför de skärpta NNE-kraven kommer denna ändras till U m 0.35 W/(m 2 K) [20], vilket ger incitament till ökat intresse av de olika delar som tillhör klimatskärmen. 17

24 3 Metod I detta avsnitt presenteras de olika faserna av utförandet. Målet med utförandet är delvis att ge grund till ett beräkningsunderlag som Veidekke Entreprenad kan utgå från vid nya projekt. Inledande beskrivs vilka komponentdetaljer i anslutning med sandwichväggar som har undersökts samt vilka programvaror som har använts. Vidare beskrivs randvillkor, tillvägagångssätt av simuleringar och beräkningar samt beskrivning av alla olika detaljer. För att få någon struktur av vilka detaljer som hör till samma leverantör, tilldelas fortsättningsvis de olika leverantörerna ett index från 1 till 4. Exempelvis så kallas mellanbjälklag av leverantör 1 för detalj MB-1 och så vidare. 3.1 Sandwichdetaljer När komponentdetaljer ansluts till sandwichväggar uppstår risk för köldbryggor vid infästningar. Denna studie har undersökt detaljer från fyra olika byggprojekt som Veidekke har varit delaktig i, alla med olika prefableverantörer. För varje projekt har tre infästningsdetaljer undersökts. Detaljerna är alla mot sandwichväggen och är följande: Yttervägg-Fönsteranslutning Yttervägg-Mellanbjälklag Yttervägg-Balkonginfästning Då typdetaljerna för fönsteranslutning och mellanbjälklag har liknande lösningar från samtliga leverantörer gjordes varsin fallstudie för dessa. Typdetaljerna för Balkonginfästning var mer komplex att jämföra då infästningslösningarna och även längderna varierade. Istället har en generell formel skapats för total köldbryggeinverkan av en balkong, med syfte att komplettera balkongernas beräkningsunderlag. Formeln testades sedan på balkongdetaljer från samtliga leverantörer. 18

25 3.2 Programvaror I detta avsnitt presenteras vilka programvaror som nyttjades vid utförandet. För modellering och köldbryggeberäkning nyttjades två program, AutoCAD och Flixo. AutoCAD AutoCAD är ett CAD-program som används vid modellering och ritning i 2D och 3D. Det är ett beprövat program som vanligen används i byggbranschen av arkitekter och ingenjörer. Detaljerna som har undersökts kommer från CAD-ritningar i form av DWG-filer. I DWG-underlagen har konstruktörerna angett verkliga mått i sina detaljerade modeller. Modellerna har modifierats i programmet så de uppfyller kraven i ISO 10221:2017 som nämndes tidigare i kapitel 2.3 och sedan konverterats till filer i DXF-format, vilket möjliggör kompatibilitet för andra program, däribland simuleringsprogrammet Flixo. Flixo Programmet Flixo är ett simuleringsprogram avsett för i huvudsak detaljerade beräkningar av köldbryggor enligt standarder ISO 10211:2017 och ISO :2017. Förutom det finns andra funktioner som medföljs, såsom beräkning av U-värde för konstruktioner, yttemperaturer i motverkande syfte för kondensation och mögel osv. Programmet har ett lätthanterligt gränssnitt med hjälpande genomgångar tillgängliga för programmets inbyggda funktioner. Alla beräkningar i programmet sker i 2D med randvillkor i stationärt tillstånd. Något som styrker valet av köldbryggeberäkningsprogram är en jämförelserapport där liknande program har testats och jämförts för olika egenskaper där Flixo ansågs mest kvalificerad [21]. En betydande del för detta arbete var att programmet har möjlighet att importera DXF-filer och samverkar därför väl med AutoCAD. Detta underlättade arbetet för modellering av alla detaljer. Det finns även rapporter där Flixo och liknande program har testats och jämförts för olika egenskaper där Flixo var det program som ansågs mest kvalificerad [21]. En vital del för arbetet var också att programmet måste ha möjlighet att importera de DXF-filer som skapades i AutoCAD vilket Flixo kan. 19

26 3.3 Simulering I detta kapitel beskrivs innefattande tillvägagångssättet vid utförande av samtliga simuleringar och beräkningar. Inledande förklaras hur materialval har gjort, vilka randvillkor som har nyttjats och metodiken i programmet Flixo. Vidare presenteras alla modeller med tillhörande egenskaper. Material För att få så verklighetstrogna resultat som möjligt har en grundlig genomsökning av materialegenskaper skett. Primärt har information hämtats direkt från leverantörer eller tidigare underlag som fanns tillgänglig [22]. Om information saknades har Flixos materialdatabas använts, där det bland annat finns material som följer standarden SS ISO 10456:2007 [23]. Materialdata som användes för varje leverantör kan ses i respektive modellfigur i senare avsnitt. Randvillkor Alla simulering har utförts med samma randvillkor. Vid simulering där fönster ingår finns ett tillhörande randvillkor som tar hänsyn till karmens hörn som följer ISO Randvillkoren för temperatur och motstånd presenteras i Tabell 1 nedan: Tabell 1 Randvillkor som användes för simulering Temperatur ( C) R s (m 2 K/W) Exterior, normal Exterior, frame, normal Interior, frame, reduced Interior, frame, normal Interior, normal, horizontal Randvillkoret Exterior, frame, normal användes endast vid konstruktionen för typmodell av fönster som nämns i Bilaga B.1. 20

27 Metodik i Flixo Detta avsnitt beskriver tillvägagångssätt för köldbryggeberäkning i programmet Flixo. För att kunna simulera samtliga detaljer importerades först de modifierade modellerna från AutoCAD till Flixo. Vidare betecknades alla delar med tillhörande material och randvillkor. Som exempel på hur denna process såg ut används en detalj på mellanbjälklag-yttervägg från leverantör 1 och visas i Figur 11 nedan. Figur 11 Från importerad- till färdigställd modell av ett mellanbjälklag från en leverantör där alla delar har betecknats med tillhörande materialdata och randvillkor. I Figur 11 ser man urklipp från material- och verktygsmenyn, där verktyget assign property nyttjades för att ansätta alla delar med tillhörande material. Då alla beräkningar ska uppfylla noggrannhetskraven i standard ISO 10211:2017 måste modellen diskretiseras, vilket sker genom att modellen delas upp i ett nät av triangelelement, eller mesh. Hur denna uppdelning kan se ut visas i Figur 12 nedan, där rutan för mesh-inställning också visas. 21

28 Figur 12 Mesh-inställning i Flixo, där man även kan se uppdelningen av triangelelement för modellen. Detaljer i modellen som är mindre tilldelas automatisk mer fler element för att öka noggrannheten i beräkningen. När rutan kryssats i för ISO (röda ringen i Figur 12) kommer Flixo automatiskt beräkna modellen två gånger, första gången med största möjliga elementstorlek och andra med dubbelt så många element som jämförs mot varandra. Denna process upprepas tills den relativa skillnaden är mindre än 1 %, samt att maximala avvikelsen av beräkning för värmeflödet är mindre än [24]. Efter mesh-indelning kan modellen simuleras. Efter simulering kan olika beräkningar göras i programmets resultatsida där bland annat köldbryggor kan beräknas fram. Figur 13 nedan visar två köldbryggeberäkningar, en med hänsyn till yttre- och totalt invändiga dimensioner medan den andra utgår från inre dimensioner. Ett exempel från Flixos resultatsida visas i Figur 13 nedan. 22

29 Figur 13 Resultatsida med utförd köldbryggeberäkning, där modell till vänster är för (e) & (oi) medan höger är för (i). Fallet med mellanbjälklag består två konstruktioner, yttervägg och bjälklag, där valet i Flixo kallas "2-constructions". För invändig metod (högra modellen i Figur 13) måste beräkning i detta fall ske för övre respektive nedre våning då ingen hänsyn tas till mellanbjälklagets tjocklek. De två beräkningarna I & II i Figur 13 summeras sedan till ett värde Ψ i,tot. Beräkningen sker med tre klick, där de första två klicken avser referenspunkter för modellen. Utförs alltid moturs enligt märkning som syns i Figur 13. Tredje klicket avser mittreferenspunkten och från detta ges Ψ-värdet enligt Ekvation 6 som också syns i figuren. Förutom köldbryggor finns även möjlighet att erhålla temperaturegenskaper, exempelvis punkt för lägsta yttemperatur, θ si,min. Figur 14 nedan visar exempel på olika ytegenskaper för temperatur. 23

30 Figur 14 Temperaturdistribution med olika temperaturegenskaper, där mätning av minsta yttemperatur sker mellan punkt A och B. Ytegenskaper och temperaturdistributionen över modellen kan hjälpa upptäcka utsatta områden där det exempelvis finns risk för kondensationsbildning. Denna avhandling tar ingen hänsyn till denna aspekt, men kommer dock beräknas som del av beräkningsunderlag till Veidekke. Dessa resultat presenteras Bilagor A.1-A.12. Följande avsnitt beskriver modellerna från de olika leverantörer för de tre detaljer som ska undersökas, nämligen yttervägg-mellanbjälklag (MB), fönsteranslutning (FA), balkonginfästning (BI). 3.4 Detalj mellanbjälklag (MB) Fyra detaljer för mellanbjälklag har undersökts varav alla har liknande konstruktion. För vissa detaljer finns återkommande komponenter. Det utfördes därför en kontrollsimulering utan dessa komponenter för att se känsligheten av deras påverkan. Om det uppstod en märkbar skillnad har hänsyn till skillnaden tagits. Alla MB-detaljer med tillhörande materialdata presenteras nedan. MB-1 Modellen för MB-1 visas i Figur 15 nedan. 24

31 Figur 15 Detalj MB-1 med tillhörande material och randvillkor. MB-1 har ett antal metallstavar som återkommer längs väggen (färgad lila i Figur 15). Det utfördes därför ett test för att se om deras inverkan var försumbara eller inte. Här penetrerar inte mellanbjälklaget väggens isolering, vilket leder till oförändrat tjocklek av väggisolering. MB-2 Modellen för MB-2 visas i Figur 16 nedan. 25

32 Figur 16 Detalj MB-2 med tillhörande material och randvillkor. MB-2 har även den ett antal metallstavar som återkommer längs med väggen (färgad lila i Figur 16). Det utfördes därför ett test för att se om deras inverkan var försumbara eller inte. Här penetreras även väggens isolering något av mellanbjälklaget. MB-3 Modellen för MB-3 visas i Figur 17 nedan. 26

33 Figur 17 Detalj MB-3 med tillhörande material och randvillkor. MB-3 har en mindre vertikal metallstav som återkommer längs väggen men utgör försumbar inverkan (färgad lila i Figur 15). Här penetreras inte väggens isolering av mellanbjälklaget, vilket leder till oförändrat tjocklek av väggisolering. MB-4 Modellen för MB-4 visas i Figur 18 nedan. 27

34 Figur 18 Detalj MB-4 med tillhörande material och randvillkor. MB-4 har metallstavar som återkommer längs med väggen. Den har även ett större utrymme med stillastående luft i anslutningspunkt. 3.5 Detalj fönsteranslutning (FA) I detta kapitel beskrivs de antaganden och åtgärder som gjorts för att kunna simulera alla modeller av fönsteranslutningar. Initialt beskrivs egenskaper från en skapad typmodell av en fönsterkonstruktion, följt av modellbeskrivning av samtliga fönsteranslutningar. Antagande om fönster och fönsterkarm För att kunna utföra linjära köldbryggeberäkningar mellan yttervägg och fönsteranslutning skapades en simplifierad typmodell av en fönsterkonstruktion. 28

35 Typmodellen skapades utifrån en av Flixos mallar som är validerad enligt standarden ISO-10077:2. All teori, antaganden och tillvägagångssätt för konstruktionen kan ses i Bilaga B.1. Resultatet av fönsterkontruktionens egenskaper och det totala U-värdet på konstruktionen, U W, kan ses i Tabell 2 nedan. Tabell 2 Beräkningsdata och U W till fönsterantagande Värde Enhet U g W/(m 2 K) A g m 2 U f 1.1 W/(m 2 K) A f m 2 Ψ g l g W/K U W 0.88 W/(m 2 K) Vidare saknades detaljer för infästning av fönsterkonstruktion och vägg tillgänglig. Det utfördes därför två tester, en där fönsterkarm är i direkt anslutning till väggdetalj, den andra där en 0.01 meter tjock drevningsremsa tillsammans med mjukfog placerats mellan yttervägg och fönsterkonstruktion. Målet med testerna var att komma så nära ett referensintervall från tidigare rapport med liknande väggdetalj. I Figur 19 nedan visas båda typerna. Figur 19 Urklipp av testmodeller för fönsteranslutning där modell 1 är placerad i direktkontakt med väggen medan modell 2 har en drevremsa och tillkommande mjukfog emellan. Resultaten från testerna visas i Tabell 3 nedan. 29

36 Tabell 3 jämförelse mellan tidigare rapport och typmodell Från rapport W/(m K) Modell 1 W/(m K) Modell 2 W/(m K) Ψ installed Resultatet av Modell 2 är nästan precis i mitten av intervallet från referensrapporten och dessutom mer verklighetstrogen. Modell 2 kommer därför användas för simulering av samtliga detaljer för fönsteranslutningar. Nedan följer de modeller som användes vid simulering av detalj fönsteranslutning. FA-1 Modellen för FA-1 visas i Figur 20 nedan. Figur 20 Detalj FA-1 med tillhörande material och randvillkor. FA-1 har en strimma av glasullisolering (ISOVER OL-A) som bryter en annars homogen betongomslutning vid infästningssektionen. Strimman av glasull följs nedan av ett större parti stenull. 30

37 FA-2 Modellen för FA-2 visas i Figur 21 nedan. Figur 21 Detalj FA-2 med tillhörande material och randvillkor. FA-2 har ett lager med isolering av mineralull som bryter den annars homogena betongomslutning vid infästningssektionen. FA-3 Modellen för FA-3 visas i Figur 22 nedan. 31

38 Figur 22 Detalj FA-3 med tillhörande material och randvillkor. FA-3 har ett lager med isolering av mineralull som bryter den annars homogena betongomslutning vid infästningssektionen. Detta lager fortsätter även runt betongtoppens insida. Notera här att det är andra egenskaper på mineralull än i FA-2. FA-4 Modellen för FA-4 visas i Figur 23 nedan. 32

39 Figur 23 Detalj FA-4 med tillhörande material och randvillkor. FA-4 har ett lager med isolering av materialet PIR (polyisocyanurat) som bryter den annars homogena betongomslutning vid infästningssektionen. 3.6 Detalj balkonginfästning (BI) Det finns mängder av olika designer på balkonginfästningar och designen kan även skilja från projekt till projekt för samma leverantör. I underlag från de olika leverantörerna uppkom tre olika lösningar på balkonginfäsningar nämligen inspänd, inspänd med dragstag och endast dragstag. Med inspänd balkong menas att balkongen penetrerar fasadens isolering med bärande balkongklackar. Dragstag, som hjälper med bärkraften, penetrerar också väggen men ofta i form av punktformiga köldbryggor. Avhandlingen kommer dock behandla dessa som linjära köldbryggor som sammanvägs med balkongens övriga inverkan. För mellanbjälklag och fönsteranslutningar behöver vanligen köldbryggevärdet endast multipliceras med dess motsvarande längd. Balkongers utformning kan 33

40 förändras beroende på dess storlek och design, vilket direkt påverkar balkongens totala köldbryggepåverkan. Exempelvis om ett längre fönster efterfrågas ändras vanligen inte designen utan kan beräknas med den ökade löpmetern. För balkonger kan det innebära extra klackar eller dragstag som ska inkluderas i beräkningen. Då rapporten ska fungera som beräkningsunderlag till Veidekke Entreprenad har en generell formel skapats för en balkongs totala köldbryggevärde som visas i Ekvation 9 nedan. Formeln har sedan testats för specifika balkonger från de fyra leverantörerna som beskrivs i kommande avsnitt. Ψ balkong = n Ψ klacki l klacki X klacki + m Ψ dragstagj l dragstagj Y dragstagj i=1 j=1 l balkong (9) Där: Ψ klacki är kördbryggevärdet för balkongklack i W/(m K) l klacki är längden av balkongklack i (m) X klacki är antal balkongklackar i W/(m 2 K) n är totalt antal olika klackdetaljer. Ψ dragstagj är linjära köldbryggevärdet för dragstag j W/(m K) l dragstagj är bredden av dragstag j längs med väggen (m) Y dragstagj är antal dragstag j l balkong är balkongens totala längd mot fasaden (m) m är totalt antal olika dragstagsdetaljer. Om det exempelvis endast finns en typ av klack och dragstag kan summatecknen förbises. BI-1 Detalj BI-1 är inspänd med sju återkommande betongklackar och fyra ingjutna bärstavar i stål per klack som sammansätts med bjälklaget. BI-1 visas Figur 24 nedan. 34

41 Figur 24 Detalj BI-1 med tillhörande material och randvillkor. Klacken fogingjutes med bjälklaget med betong. BI-2 Detalj BI-2 är inspänd med två tunnare metallklackar och tillkommande dragstag för bärkraft. Två modeller skapades, en för balkongklack och en för infästning av dragstag som kan ses i Figur 25 nedan. 35

42 Figur 25 Detalj BI-2 med tillhörande material och randvillkor. Vänstra modellen visar balkong med metallklack medan högra modellen visar dragstag som penetrerar vägg. BI-3 Detalj BI-3 är inspänd med totalt tre betongklackar. Två betongklackar är kombinerad med stålstavar som sammansätts i bjälklaget. Den tredje betongklacken skiljer sig jämfört med de andra två och är belägen vid balkongdörren. För att försöka uppskatta påverkan av klacken vid balkongdörren utfördes därför två tester med olika överdelar. Först ansattes en sandwichvägg som överdel för att uppskatta inverkan av endast klacken. Vidare testades modellen tillsammans med den redan skapade fönsterkonstruktion som beskrevs i avsnitt 3.5. Detta gjordes med syfte att se ungefärligt påslag på grund av infästning kombinerat med balkongdörr. Modellerna som användes för BI-3 visas i Figur 26 nedan. 36

43 Figur 26 Detalj BI-3 med tillhörande material och randvillkor, där a) är modellen för de två betongklackar med ingjutna stålstavar, b) är balkongklack vid balkongdörr med sandwichvägg som överdel och c) är balkongklack vid balkongdörr med fönsterkonstruktion som överdel. Vid senare beräkningar av balkongers totala inverkan har hänsyn tagits för BI-3 av modellerna b) och c) för betongklacken vid balkongdörren. BI-4 Detalj BI-4 är infäst endast med två dragstag där balkongplattan ligger mot fasadens betongvägg och penetrerar därmed inte väggens isolering. Två modeller skapades, en för balkonginfästning och en för dragstag och visas i Figur 27 nedan. 37

44 Figur 27 Detalj BI-4 med tillhörande material och randvillkor. Vänstra modellen är balkonginfästning medan högra modellen visar dragstagsdetalj som penetrerar väggen. 38

45 4 Resultat I detta avsnitt presenteras de olika resultaten från de olika simuleringarna. Resultaten är indexerad med respektive dimensionsval. För beräkningar med invändiga mått när fler våningar står index I och II för över- respektive nedervåning. 4.1 Detalj yttervägg-mellanbjälklag (MB) Resultat av köldbryggevärden för detaljer yttervägg-mellanbjälklag presenteras i Tabell 4 nedan. För mer ingående information se Bilagor A.1-A.4. Tabell 4 Ψ-värden för mellanbjälklagsdetaljerna. Ψ e,oi W/(m K) Ψ i,i W/(m K) Ψ i,ii W/(m K) Ψ i,tot W/(m K) MB MB MB MB I tabell 4 ses resultatet för alla dimensionsval. I båda fallen lägger sig detalj MB-1 lägst och vid utvändigt mått är påverkan så låg att den kan klassas som köldbryggefri. Något resultatet visar är att utfallen kan variera kraftigt, exempelvis för utvändiga mått så är MB-1 mer än en tiopotens lägre än övriga samt att MB-4 ligger dubbelt så högt än MB-2 och Detalj yttervägg-fönsteranslutning (FA) Resultat för detaljer yttervägg-fönsteranslutning presenteras i Tabell 5 nedan. Notera här att dimensioner för utvändigt, invändigt och totalt invändigt är samma för samtliga beräkningar. För detaljerad beräkning se Bilagor A.5-A.8. 39

46 Tabell 5 Resultat av köldbryggevärden för alla fönsteranslutningsdetaljer. Ψ installed,e,oi,i W/(m K) FA FA FA FA För att visuellt se design- och materialskillnaden vid anslutningspunkten för de olika modellerna visas ett urklipp med modellerna bredvid varandra i Figur 28 nedan. Figur 28 Urklipp av alla fönsterdetaljer bredvid varandra med beskrivna breddförhållanden mätt i millimeter. Från tabell 5 kan det ses att resultaten varierar relativt kraftigt. FA-2 gav minsta utslag på W/(m K), medan FA-1 och FA-3 gav båda högre värden. Figur 28 visar variationen av design vid infästningspunkten för de olika detaljerna. 4.3 Detalj yttervägg-balkonginfästning (BI) För att få total inverkan per balkong måste resultaten viktas mot dess tillhörande längd av balkongen. Från underlag kunde mått på samtliga balkonger hämtas och den totala inverkan för varje balkong kunde beräknas. Resultatet presenteras i Tabell 6 nedan. För enskilda detaljerad beräkning av modeller se bilagor A.9-B.2. 40

47 l balkong (m) Ψ e,oi W/(m K) Ψ i,tot W/(m K) BI BI BI BI Tabell 6 Resultat av köldbryggepåverkan av balkongdetaljerna. Tabell 6 visar på varierade längder på balkongerna. Resultaten mellan dimensionsvalen utgav mindre skillnad för dessa modeller. Balkongmodellen som gav störst köldbryggevärde var BI-1 som hade sju inspända klackar på 6 meter medan minsta värdet gavs av BI-4 som endast hade två tillhörande dragstag till balkongplatta på 4.8 meter. 41

48 5 Diskussion Studiens huvudmål var att utföra numeriska beräkningar för köldbryggor enligt standard ISO 10211:2017. Genom detta har regler beskrivits för att utföra tvådimensionella simuleringar, dock exklusive beräkning mot mark där ytterligare regler måste följas för simulering. Under studien var känslan att innehållet i standarden kan förbättras. Exempelvis med mer utförliga beskrivningar/exempel på olika fall. Detta var något som programmet Flixo kompletterade med, där tillhandahölls ett stort utbud av genomgångar och exempel. Det användarvänliga gränssnittet gjorde det relativt lätt att sätta sig in i programmet. Med kombination av beskrivningar från standarden och genomgångar från programmet erhölls god förståelse för detaljerade köldbryggeberäkningar. Efter att ha jämfört med andra liknande köldbryggerapporter och diskussioner med handledare [22], gav simuleringarna från de olika detaljerna rimliga värden. Något som också stödjer noggrannheten från programmets sida är att Flixo fick bäst i test när diverse simuleringsprogram jämfördes i två uppsatser, en av Martin C. Müller och en av Christian Übelhör [21]. Dimensionsval och köldbryggepåverkan Att förstå dimensionsvalen kändes personligen oklar till en start vilket denna rapport förhoppningsvis har klargjort. Rapporterna från SBUF och SVEBY [16, 12] hjälper även till förtydligande av de olika dimensionsval som finns. Tydligast resultatvariation för de olika dimensionsvalen var fallen med yttervägg-mellanbjälklag. Om det uppstår kommunikationsbrist mellan den som mängdar längder/areor och den som utför beräkningar kan utslaget i detta fall variera med 40 % eller mer (se relativ resultatskillnad för MB-4). Beräkningar för invändiga dimensioner var mer mödosam än de andra då man ofta fick utföra dubbla beräkningar som sedan summerades. Utvändiga och totalt invändiga dimensioner krävde endast en beräkning. Invändiga- och utvändiga dimensioner går även emot de areakrav som ställs i boverket. När U m i Ekvation 8 beräknas ska täljarens totala ytarea sammanfalla med A om vilket alltså ger incitament till att nyttja totalt invändiga mått även vid köldbryggeberäkningar. Utvändiga mått kan dock vara av intresse vid undersökning av negativa köldbryggevärden för vissa detaljer. 42

49 U-värden och konstruktionsdetaljer Om man ser till Ekvation 6 så framgår det att inverkan av den linjära köldbryggan beror på vilka egenskaper intilliggande komponenter har. Därför gäller köldbryggeresultaten som redovisas i denna rapport endast för konstruktion i kombination med de valda isoleringsegenskaperna och är inte universella. Ett isoleringsmaterial med bättre isoleringsförmåga kan leda till att köldbryggans relativa inverkan ökar. Prestandan på isoleringen kommer troligen bara bli bättre, vilket medför att köldbryggors relativa påverkan kommer öka och blir en vital faktor för hela klimatskärmens isoleringsprestanda. Alla FA-detaljer har beräknats med samma fönsterkonstruktion. Ingen hänsyn har tagits till hur fönstret fästs in i väggen. Beroende på projekt och vilket fönster som ska fästas in är det inte säkert att valda isoleringsmaterial/design är densamma. Det finns även andra aspekter som kan motverka en optimal lösning för fönsteranslutningen, till exempel utrymmeskrav för fönsterbänk/bräda eller att det kanske är en ekonomisk fråga. Med det sagt så framgår det tydligt att komponentdesignen på isoleringen i kontakt med fönsterkarmen har stor vikt på den totala inverkan som fönstret gör. Om man jämför fallen FA-2 och FA-3 kommer ett påslag på grund av ytterväggens isoleringsdesign till fönstrets totala U-värde vara 0.15 W/(m 2 K) respektive 0.44 W/(m 2 K). Detta kan ur energisynpunkt men även ekonomisynpunkt vara fördelaktigt att undersöka olika alternativ för infästning framför ett bättre U-värde på fönstret. De specifika balkongmodeller som testades gav stor variation på utslag. Utslaget beror som sagt på balkongens design och längd. Vid granskning av underlag framkom att balkongdetaljerna har ingen generell motsvarighet vilket gör det svårt att konkret avgöra balkongers ungefärliga köldbryggepåverkan. Ur energisynpunkt framkom dock att punktformiga köldbryggor var till stor del bättre än linjära köldbryggor. Det vill säga att balkonger med dragstag är mer förmånlig än de med inspända klackar, vilket även var fallet för dessa modeller. Att dragstag inte alltid väljs kan bero på andra praktiska aspekter, till exempel att fasaddesignen ska se ut på ett visst sätt, eller kanske att fasadväggen i sig inte är designad för den vikt en balkong med dragstag tillför. Schabloniserade värden VS beräknade värden Enligt Boverkets handbok för energihushållning beskrivs det att generellt påslag om 20 % på framräknat U-medel för att ta hänsyn till inverkan av köldbryggor. Det står inte vid vilket tillfälle det är lämpligt att göra generellt påslag på 43

50 köldbryggor. Ska påslaget göras vid brist på information om konstruktioner, begränsad kompetens för numeriska köldbryggeberäkningar eller ambitionsnivån för byggprojektet? Oberoende på vilken anledning man väljer att göra ett påslag så kvarstår frågan hur en byggherre kan garantera att energianvändningen, när byggnaden är i drift, har samma energiprestanda som utförda beräkningar. Denna studie påvisar att med liknande konstruktionslösningar kan resultatet fortfarande variera. Även i standarden ISO 14683:2017 illustreras att schablonmässiga köldbryggevärden varierar kraftigt för olika typmodeller. Med avseende på att köldbryggeresultaten varierar med liknande konstruktionslösningar, hur kan det säkerhetsställas att flerbostadshus som uppförs med andra eller inga prefab-betongelement medför ännu mer varierat resultat gällande köldbryggor? Första steget att minska en byggnads energibehov är att se över värmeeffektbehov enligt Kyoto-pyramiden. Genom detaljerade beräkningar för köldbryggor minskas risken för eventuella felkällor. Om nu NNE-kraven ställer högre krav på att byggnaders energianvändning, där energikravet på byggnadens klimatskärm skärps för första gången sedan år 2011, måste byggherrar utföra handlingar i samma riktlinje som energikraven. Idag finns ofta grundliga detaljritningar för olika infästningar och kan med planerade materialval redan beräknas i projekteringsfasen. På så sätt kan det i tidigt skede upptäckas eventuella problem samt att det finns möjlighet att göra nödvändiga åtgärder innan projektets start. 5.1 Framtida arbeten Ett framtida projekt skulle vara att utföra köldbryggeberäkningar för samtliga delar i ett flerbostadshus byggt av byggsystem i prefab. Utöver de tre detaljer som detta examensarbete har fokuserat finns bland annat takanslutning, hörnanslutning, grunddetaljer. Detta för att undersöka den totala inverkan köldbryggor har på byggnaden. Stämmer verkligen 20 %? eller är schablonvärde högre eller lägre? Till exempel i en förstudie från Belok jämfördes avvikelser mellan antagna och uppmätta värden för ett lågenergihus där påverkan av köldbryggor var 40 % jämfört med antagande om 20 % [25]. Utöver detta kan man även undersöka den årliga energiförlust som köldbryggorna då utgör. 44

51 6 Slutsatser ISO-standarder presenterar tre utgångspunkter för dimensionsval vid köldbryggeberäkningar men det står ingenstans vad rekommenderat dimensionsval är. Att ha denna valmöjlighet ökar risken för felkällor. För vissa detaljer i denna studie varierade resultatet 40 % eller mer mellan invändiga och övriga dimensioner. Detta beror på att invändiga dimensioner exkluderar mellanbjälklagets längd och påverkar därmed U j l j -faktorerna i Ekvation 6. Det resulterade Ψ-värde ska dock vägas upp av ett ändrat U i A i -värde i Ekvation 7. Under studien krävde även invändiga dimensioner ofta dubbla beräkningar vilket känns mödosamt. Med avseende till dessa aspekter kan slutsatsen dras att fler dimensionsval ger en onödig förvirring, där invändiga dimensioner bedöms som mer överflödig än de andra två. Det ska även tilläggas att totalt invändiga mått rekommenderas i Sverige och kan lätt blandas ihop med just invändiga dimensioner. Studien har utfört detaljerade beräkningar enligt ISO-10211:2017. Under studien upplevdes detalj för fönsteranslutning som mest komplex att beräkna. Först behövdes karmens U-värde beräknas enligt ISO-10077:2 för att sedan göra beräkning för fönsteranslutning mot yttervägg. Eftersom fönster ofta har en stor löpmeter i ett flerbostadshus och enligt denna studie kan påverka fönstrets prestanda kraftigt borde det finnas utförliga exempel av fönsteranslutning men även andra vanligt förekommande delar som finns schabloniserade i standard ISO-14683:2017. Boverkets krav på köldbryggeberäkning ska beräknas enligt ISO-13789:2017. Med det sagt är det fortfarande oklart hur noggranna resultaten blir då valmöjligheten finns att beräkna med förenklad metod (ISO-14684) eller detaljerad metod (ISO-10211). Denna studie har visat att för liknande konstruktionsdetaljer kan resultatet variera kraftigt. Detta ger alarmerande signaler för nyttjandet av schabloniserade värden. När program som Flixo finns, men också att leverantörer/konstruktörer idag kan leverera detaljerade ritningar finns få incitament till att nyttja andra metoder än detaljerade beräkningar. Inför de nya NNE-kraven skärps kravet på klimatskärmens prestanda för första gången sen år En vital faktor för att uppfylla de nya energikraven är att byggbranschen ser över de val som ger eventuella felkällor i klimatskärmens prestanda och väljer metoder som ger bäst utgångspunkt. 45

52 Referenser [1] Europaparlamentet och Europeiska unionens råd. Europaparlamentet och rådets direktiv 2010/31/eu, (Omarbetad). [2] Energimyndigheten. Nära-nollenergibyggnader. energimyndigheten.se/energieffektivisering/program-och-uppdrag/ nne/, [Online; Hämtad ]. [3] Boverket. Förslag till svensk tillämpning av nära-nollenergibyggnader, Rapport 2015:26 - Regeringsuppdrag. [4] Boverket. Boverkets föreskrifter om ändring i verkets byggregler (2011:6) föreskrifter och allmänna råd, BFS 2017:5 BBR 25. [5] Boverket. Boverkets byggregler (föreskrifter och allmänna råd), bbr, (Konsoliderad version, 2017). [6] Swedisol. Energieffektivisering. energieffektivisering, n.d. [Online; Hämtad ]. [7] Swedisol. Kyotopyramiden. images/kyotopyramiden-30417, [Online; Hämtad ]. [8] FEBY. Köldbryggor - en vit fläck på kunskapskartan, [9] Boverket. Handbok för energihushållning enligt boverkets byggregler, -utgåva 2, [10] International Organization for Standardization. SS-EN ISO 10211:2017 Thermal bridges in building construction Heat flows and surface temperatures Detailed calculations, [11] Björn Berggren and Maria Wall. Se byggsystemet, inte byggdelen, vid beräkning av energiförluster [12] Sveby. Sveby pm förtydligande av areadefinitioner för tempererad golvarea, köldbryggor och lufttäthetsmätningar, [13] Veidekke. Om oss, n.d. [14] International Organization for Standardization. SS-EN ISO 6946: Building components and building elements Thermal resistance and thermal transmittance Calculation methods,

53 [15] Autodesk Sustainability workshop. Total r-values and thermal bridging. total-r-values-and-thermal-bridging, n.d. [Online; Hämtad ]. [16] SBUF Skanska. Undvik fel och fällor med köldbryggor, [17] International Organization for Standardization. SS-EN ISO 14683:2017 Thermal bridges in building construction Linear thermal transmittance Simplified methods and default values, [18] Maria Wall Björn Berggren. Se byggsystemet inte byggdelen vid beräkning av energiförluster. Bygg och Teknik, 104(3):34 36, [19] Jenni Pusila. Thermal bridge comparison - thermal benefits of clt, [20] Boverket. Konsekvensutredning BBR (B). boverket.se/contentassets/5b22890b437542c9bfb240bebb1efa93/ konsekvensutredning-bbr---b.pdf, [Online; Hämtad ]. [21] Flixo. Flixo - software comparison. comparison/, n.d. [Online; Hämtad ]. [22] Exengo. Information från exengos energikonsulter, [23] International Organization for Standardization. SS-EN ISO 10456: Building materials and products Hygrothermal properties Tabulated design values and procedures for determining declared and design thermal values, [24] Flixo. Flixo manual - version 8. flixo-manual.pdf, n.d. [Online; Hämtad ]. [25] Peter Filipsson & Jan-Olof Dalenbäck. Energiberäkningar Avvikelser mellan projekterat och uppmätt energibehov, [26] International Organization for Standardization. SS-EN ISO : Thermal performance of windows, doors and shutters Calculation of thermal transmittance Part 2: Numerical method for frames, [27] Svanen. Svanenmärkning av fönster och ytterdörrar, (Version 4.6, 19 mars mars 2021). [28] Elitfönster. Fönster & altandörrar. fonster-altandorrar/, n.d. [Online; Hämtad ]. 47

54 [29] Snidex. Produkter, n.d. 48

55 A Bilagor A.1-A.12: Detaljerade resultat från beräkningar av samtliga detaljer. A.1 Bilaga MB-1 Figur A.1 Detaljberäkning för modell MB-1 i

56 A.2 Bilaga MB-2 Figur A.2 Detaljberäkning för modell MB-2 ii

57 A.3 Bilaga MB-3 Figur A.3 Detaljberäkning för modell MB-3 iii

58 A.4 Bilaga MB-4 Figur A.4 Detaljberäkning för modell MB-4 iv

59 A.5 Bilaga FA-1 Figur A.5 Detaljberäkning för modell FA-1 v

60 A.6 Bilaga FA-2 Figur A.6 Detaljberäkning för modell FA-2 vi

61 A.7 Bilaga FA-3 Figur A.7 Detaljberäkning för modell FA-3 vii

62 A.8 Bilaga FA-4 Figur A.8 Detaljberäkning för modell FA-4 viii

63 A.9 Bilaga BI-1 Figur A.9 Detaljberäkning för modell BI-1 ix

64 A.10 Bilaga BI-2 x

65 Figur A.10 Detaljberäkning för modell BI-2 och tillhörande dragstag xi

66 A.11 Bilaga BI-3 xii

67 Figur A.11 Detaljberäkning för modell BI-3. Bild 1 visar klack A, medan bild 2 visar två modeller för sammanvägning av klack B. xiii

68 A.12 Bilaga BI-4 xiv

69 Figur A.12 Detaljberäkning för modell BI-4, balkongdel bild 1 och dragstag bild 2 xv

70 B Bilaga B - Beräkningar för fönsterantagande och balkongers totala inverkan B.1 Antagande om fönster och fönsterkarm Metoden för köldbryggeberäkning tillhörande fönsterdetaljer kan vara smått förvirrande. När fönsterleverantörer presenterar standard U-värden för deras produkter utgår de från Ekvation 10 nedan. U W = U g A g + U f A f + Ψ g l g A W (10) Där: U W är U-värde för fönsterkonstruktion W/(m 2 K) A g är area på fönsterkonstruktion, (A g + A f ), (m 2 ) U g är U-värde för fönster W/(m 2 K) A g är area för fönster (m 2 ) U f är U-värde för karm W/(m 2 K) A f är area för karm (m 2 ) Ψ g är Ψ-värdet för den linjära köldbryggan mellan fönster och karm W/(m K) är längden av den linjära köldbryggan mellan fönster och karm (m) l g Beroende på karmens design kan Ψ-värdet variera mellan sidor, topp och bottendelar. För att få den adekvata prestandan hela fönstret, måste hänsyn tas till anslutningen mellan vägg och fönsterkonstruktion enligt Ekvation 11 nedan. U W,installed = U g A g + U f A f + Ψ g l g + Ψ installed l installed A W (11) Där: xvi

71 Ψ installed är Ψ-värdet för den linjära köldbryggan mellan vägg och fönsterkonstruktion W/(m K) l installed är längden av den linjära köldbryggan mellan vägg och fönsterkonstruktion (m) Detaljer för Fönster och karm fanns inte tillgängliga från tillhörande projekten, istället skapades en typmodell av en fönsterkonstruktion som sedan användes till samtliga detaljer. Modellen utgick från en tidigare projektrapport där köldbryggeberäkning gjorts på en fönsteranslutning. En fönstermall importerades från Flixo som följer standarden ISO :2017 för fönsterberäkningar [26]. Då samtliga projekt är nybyggda antas att mer energisnåla fönster använts. Efter att ha jämfört ett par av Sveriges största fönsterleverantörer och även Svanens kriterier för fönster ansågs ett U-värde mellan U W = (W/m 2 K) klassas som ett bra riktvärde [27, 28, 29]. U-värdet för fönster har antagits runt 0.7 (W/m 2 K). Flixo användes för att beräkna ramens U-värde. I Figur B.1 nedan visas typmodellen som konstruerats och dess egenskaper. xvii

72 Figur B.1 Typmodell för fönsterkonstruktion, där U-värdeberäkning för karm visas. Som Figur B.1 visar blev U-värdet för karm U f = 1.1 (W/m 2 K). Med antagning av U g, mått enligt ISO :2017, beräknat U f och importerat värde av Ψ g från en fönsterleverantör, beräknades fönsterkonstruktionens U-värde med hjälp av Ekvation 10. Värden som användes samt resultatet ses i Tabell 7 nedan. xviii

73 Tabell 7 Beräkningsdata till fönsterantagande Värde Enhet U g W/(m 2 K) A g m 2 U f 1.1 W/(m 2 K) A f m 2 Ψ g l g W/K U W 0.88 W/(m 2 K) U-värde för fönstret ligger alltså inom det riktvärdet som sattes och kommer användas för samtliga simuleringar. Vidare fanns inte detaljer för infästning av fönsterkonstruktion och vägg tillgänglig. Det utfördes därför två tester, en där fönsterkarm är i direkt anslutning till väggdetalj, och en där en drevningsremsa med tjocklek 0.01 m har placerats mellan dessa. Målet med testerna var att komma så nära värdet från tidigare rapport med liknande väggdetalj. I Figur B.2 nedan visas båda typerna. Figur B.2 Testmodeller av fönsteranslutning där modell 1 är placerad i direktkontakt med väggen medan modell 2 har en drevremsa och tillkommande mjukfog emellan. Resultaten visas i Tabell 8 nedan. Tabell 8 jämförelse mellan tidigare rapport och typmodell Från rapport W/(m K) Modell 1 W/(m K) Modell 2 W/(m K) Ψ installed xix

74 Resultatet av Modell 2 är nästan precis i mitten av intervallet från referensrapporten och kommer därför användas för simulering av samtliga detaljer för fönsteranslutningar. xx

75 B.2 Bilaga balkongberäkning Figur B.3 Beräkning av balkongernas totala köldbryggeinverkan med hjälp av Ekvation 9 xxi