Konstruktion passivhus. Fredrik Karlsson

Transkript

1 Konstruktion passivhus Fredrik Karlsson 1

2 Konstruktion - Isolering 2

3 Hur kan värme transporteras? Värmeenergi transporteras genom Ledning Strålning Konvektion 3

4 Naturen visar: Porösa material minskar värmeförluster Fåglar ökar luftmängden mellan fjädrarna och förbättrar så sin isolering 4

5 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

6 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

7 Ledningsförmåga för några material Material Material Aluminium 200 Puts 0,9-1,2 Betong 1,7 Sandsten 2,4 EPS 0,033-0,040 Stål 60 Gipsskiva 0,22 Tegel 0,5-0,7 Kalksandsten 0,95 Träd 0,14-0,16 Mineralull 0,033-0,042 Trädspånskiva 0,14 Källa: Tillämpad byggnadsfysik, Bengt-Åke Petersson 7

8 Isoleringsmaterial EPS 0,035 Mineral-/Stenull 0,035-0,05 Foamglass/cellglas 0,050-0,075 Kalciumsilikat 0,060 Vakuumisolering 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

9 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 Källa: Tutorium 1 Byggnadsfysik Ruhr-Universitet Bochum U = 0,13 W/m²K 9

10 Beräkning av U-värde 2 dimensionell, inhomogent tvärsnitt Träsk. Isolering Puts Träsk. Trä Puts Träsk. Isolering Trä Puts 10

11 Rekommenderade U-värden för passivhus enligt internationell certifiering Tak 0,15-0,25 Tak 0,15 Fönster 1,2 Lågenergihus Passivhus Fönster 0,8 Vägg 0,20-0,30 Vägg 0,15 (= 24cm isolering) Bottenplatta 0,30-0,35 Bottenplatta 0,15 11

12 Beräkning av Transmissionsvärmeförluster QT = U*A*GT A = Omslutningsarea [m²] GT = Graddagar (Tid som radiatorn behövs) [Kh/år] Vilka möjligheter finns att minimera QT? Förbättra U-värdet Minimera omslutningsarea 12

13 KOMPAKT? 13

14 A / V = Omslutningsarea / volym - Ju lägre desto bättre! Minskar övriga kostnader för att uppnå passivhusstandard. 14

15 Betydelse större omslutningsarea vid samma boyta 10% större än kvadrat 2 cm extra isolering Värden gäller centraleuropa! 20% större än kvadrat 4 cm extra isolering 15

16 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 17

18 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

19 På finns det certifierade konstruktioner för passivhus med U-värde 0,15 W/m²K 19

20 Köldbryggeminimerade produkter för takkonstruktionen 20

21 Isoleringstjocklek 1 ölback 21

22 Typiska U-värden 22

23 Fukttransport 23

24 Hur sker fukttransport? Fukt transporteras genom Diffusion Kapilarsugning Ledning 24

25 Luftens vattenhalt Varm luft kan ta upp mer vattenånga än kall Vatten Luftens vattenhalt [g/m³] Mättnadsångkurva, daggpunkt Vattenånga Lufttemperatur [ºC] När luften är mättad, kondenserar tillkommande vattenånga. 25

26 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

27 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

28 Fuktproblem Mögelrisk vid T 12,6ºC! 360 g vatten / dag/ m Jämförelse: Ångdiffusion ger 1 g vatten / dag /m² 1 mm fog 28

29 Isolera råsponten för att minska fuktrisk 29

30 Fönster 30

31 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 32

33 Indata för beräkning av Areor window glas frame window glas glas Inbygg frame 33

34 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

35 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

36 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

37 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

38 Vad är operativa temperaturen? Temperaturen som beskriver den samlade inverkan av luftens och omgivande ytornas temperatur Topt = (Tluft+Tytor)/2 38

39 Strålning från ytor påverkar vår komfortkänsla. Om temperaturdifferensen mellan två eller fler ytor är > 3K, känner vi diskomfort. 39

40 Varför blir det kondens på utsidan av fönstret på morgonen? 40

41 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

42 Exempel: Inbyggnad fönster Karmen framför murverk i isoleringsskikt Punkmässig infästning med metallvinklar Tape för lufttäthet Kraftfördelning via trälist 42

43 Fönsterhöjder för att undvika kallras 43

44 44

45 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

46 Köldbryggor 46

47 Geometrin och kompakthet påverkar även köldbryggor Vad är en köldbrygga? En del av byggnaden, där värmetransport är större än i omgivande konstruktionen 47

48 Vilka köldbryggor finns? materiel tjocklek Varje hörn och varje genomföring är en köldbrygga! geometriska Bildkällor: kompendiet Wärmebrücken W.Willems 48

49 Temperaturförlopp i köldbrygga 49

50 Köldbrygga vid sanering/fuktproblem Ändring av yttemperatur Innan sanering konventionell sanering passivhus sanering Temperaturförlopp i hörn med skåp framför väggen 50

51 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

52 5 min arbetstid Typiska punkter för köldbryggor 52

53 Köldbryggebrytande skikt på och under yttervägg 53

54 Ny köldbryggebrytande fundament vid sanering 54

55 Isolering under/bredvid bottenplatta Ledningförmåga Under bottenplatta Yttervägg Fasade 55

56 Yttervägg på källarbjälklag (ouppvärmd källare) Ouppvärmd källare 56

57 Anslutning vägg/fundament eller källare Isoleringssten 57 Köldbryggakoefficient i W/(mK) Ledningsförmåga isoleringssten i W/(mK)

58 Köldbrygga infästning Aluminium Värmeförluster via randinfästning kan vara upp till 40% av hela ytterväggens värmeförluster 58

59 Köldbrygga infästning Värmeförluster via randinfästning kan vara upp till 40% av hela ytterväggens värmeförluster 59

60 Inhomogena byggdelar = 0,013 W/mK U = 0,128 W/m²K +20%, relevant! Försumbar köldbrygga vid vanlig regleravstand = 0,005 W/mK U = 0,117 W/m²K +9%, beakta köldbrygga! 60

61 Köldbryggorna kan vara punktformig eller linjär En köldbrygga ger större energiförluster och högre skaderisk Källa: bok Vandrande fukt Strålande värme, Carl-Erik Hagentoft 61

62 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

63 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

64 Köldbryggorberäkningsprogram HEAT Också tredimensionell Therm Freeware Matlab 64

65 65 Källor:

66 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

67 TÄTHET 67

68 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

69 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

70 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

71 Tänk igenom vilka arbetssteg som måste göras först 71

72 Anslutning folie / puts 72

73 Anslutning folie / puts 73

74 Obruten ångspärr 74

75 Blockskarvar, skarvar i anslutning tak/vägg 75

76 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

77 Byggnadens lufttäthet EN 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

78 Infiltration n = 0,67 Ex. hus på 100 m 2 q 2 50 = 0,6 l/s, m q N = 0,6*(4/50) 0,67 = 0,11 l/s, m 2 Vilket motsvarar ca 14 kwh/m 2,år q 50 = 0,3 l/s, m 2 q N = 0,3*(4/50) 0,67 = 0,055 l/s, m 2 Vilket motsvarar ca 7 kwh/m 2,år 78

79 Byggnadens lufttäthet 79

80 Byggnadens lufttäthet Exempel: Trekantens sporthall. Utetemperatur: 6ºC 80

81 Byggnadens lufttäthet Exempel: Lgh i Nybro vind ca 3-4m/s (ingen provtryckning) 81

82 Genomföringar Installationer innanför tätskiktet 82