Examensarbete i byggteknik Energieffektiviserande åtgärder och klimatutredning av krypgrund Energy efficiency measures and climate investigation of a crawl space foundation Författare: Handledare företag: Per Petersson, Mikael Andersson, FLK AB Växjö Handledare och examinator: Anders Olsson, Linnéuniversitetet, Institutionen för teknik, Växjö Termin VT12 15 hp Examensarbete/2BY03E
Sammanfattning Krypgrunder är ur energi- och klimatsynpunkt en komplicerad konstruktion där balans mellan ventilation, värme och fukt är svår att finna. I äldre byggnader där grundbjälklaget är oisolerat tillåts värme att ledas till den kalla kryprumsluften. Med dagens höga energipriser är detta ett stort problem. I det här examensarbetet behandlas problematiken i krypgrunder i allmänhet och för Kungsmadskolan i Växjö i synnerhet, där undersökning av energiförlust samt en klimatutredning gjorts i nuvarande konstruktion. I studien framgår det att mycket värme leds från plan 1 till krypgrunderna och att både temperaturen och den relativ fuktighet är mycket hög i krypgrunderna redan i mars månad. Tilläggsisolering av grundbjälklaget föreslås. En sådan åtgärd skulle kraftigt reducera värmeförlusten men på samma gång sänka temperaturen nere i krypgrunden. Det kan leda till en förhöjning av den relativ fuktigheten och större risk för mikrobiell tillväxt men eftersom konstruktionen är nästan fri från organiska material bedöms åtgärden ändå som lämplig. En kalkyl på kostnaden för den energieffektiviserande åtgärden presenteras och dess påverkan på klimatet i krypgrunden granskas. III
Summary Crawl space constructions are, from an energy and climate point of view, a complex structure in which the balance between ventilation, heat and moisture is difficult to find. In older buildings where the ground floor is not insulated, heat is allowed to be conducted to the cold crawl space air. With today's high energy prices, this is a big problem. In this thesis the problems of crawl spaces in general and Kungsmadskolan in Växjö in particular are dealt with. A study of energy loss and a climate study made in the current construction are conducted. The investigation shows that much heat is conducted from level 1 to the crawl space and that both the temperature and relative humidity is very high in the crawl space already in March. Additional insulation of the base slab is proposed, such a measure would greatly reduce heat loss but at the same time lowering the temperature in the crawl space. It can lead to an increase of the relative humidity and a higher risk of microbial qrowth, but since the construction is almost free of organic materals the measure is still considered as appropriate. An appropriate energy efficiency measure with a cost estimate is presented and its impact on the climate in the crawl space is evaluated. IV
Abstrakt I det här examensarbetet behandlas problematiken i krypgrunder i allmänhet och för Kungsmadskolan i Växjö i synnerhet, där undersökning av energiförlust samt en klimatutredning gjorts för nuvarande konstruktion. En lämplig energieffektiviserande åtgärd i form av tilläggsisolering tas fram och dess påverkan på klimatet i krypgrunden utvärderas. Kalkyler innehållande investeringskostnad och årlig besparing presenteras. Nyckelord: Kungsmadskolan, krypgrund, energieffektivisering, värmeledning, tilläggsisolering, fukt, mikrobiell tillväxt. V
Förord Denna studie är ett examensarbete skrivet vid institutionen för teknik på Linnéuniversitetet i Växjö. FLK Sverige AB står bakom grundidén till undersökningen, vilken har förfinats genom ett nära samarbete som underlättats av att vi under stora delar av arbetets genomförande befunnit oss på FLK Sverige ABs kontor i Växjö. Förvaltare av det studerade objektet, Kungsmadskolan i Växjö, är det kommunala fastighetsbolaget VöFAB. Vi vill rikta ett stort tack till FLK Sverige AB och våra handledare där, Per Petersson och Mikael Andersson, som hjälpt oss med tips, information, utrustning och uppmuntrande ord. Ett stort tack till Anders Olsson, som varit vår handledare och examinator på Linnéuniversitetet, för dina tips, korrigeringar och att du alltid varit tillgänglig under arbetets gång. Tack till Linnéuniversitetet för att vi fick låna mätloggrar, tack till Studieverkstaden vid Universitetsbiblioteket för hjälp med grammatik och meningsuppbyggnad, och ett tack till VöFAB för tillhandahållande av ritning och dokument samt till deras energiexpert Bruno Birgersson för att du tagit dig tid att besvara alla våra frågor. Växjö, maj 2012 Alexander Eliasson och Marcus Janshagen VI
Innehållsförteckning SAMMANFATTNING... III SUMMARY... IV ABSTRAKT... V FÖRORD... VI 1. INTRODUKTION... 1 1.1 BAKGRUND... 1 1.2 SYFTE OCH MÅL... 2 1.3 AVGRÄNSNINGAR... 2 1.4 METOD... 3 2. TEORI... 5 2.1 KRYPGRUND... 5 2.1.1 Krypgrundens uppbyggnad och funktion... 5 2.2 VÄRMETRANSPORTENS FYSIKALISKA GRUNDER... 6 2.2.1 Värmeledning... 7 2.2.2 Strålning... 7 2.2.3 Konvektion... 9 2.3 ENERGI... 9 2.3.1 Köldbrygga... 9 2.3.2 Värmemotstånd, R T, och Värmegenomgångskoefficient, U- värde... 10 2.3.4 Ekonomisk besparing vid tilläggsisolering... 11 2.4 FUKT... 12 2.4.1 Luftfuktighet... 12 2.4.2 Fukt i material... 13 2.4.3 Fuktrörelse... 14 2.4.4 Markfukt... 18 2.5 MIKROBIELL TILLVÄXT... 18 2.5.1 Problem och hälsoeffekter... 19 2.6 BESKRIVNING AV TEORETISKA ÅTGÄRDER... 20 2.6.1 Sanering av krypgrund... 20 2.6.2 Förbättra energiförbrukningen... 21 2.6.3 Förbättra krypgrundens klimat... 21 2.6.4 Ta vara på värmen i krypgrunden... 21 3. GENOMFÖRANDE... 23 3.1 FÖRUTSÄTTNINGAR OCH STATUS FÖR KUNGSMADSKOLAN... 23 3.1.1 Uppvärmning... 23 3.1.2 Grundkonstruktionen... 23 3.1.3 Krypgrunden... 24 3.2 FÄLTMÄTNING... 24 3.2.1 Mätinstrument... 24 3.2.2 Mätning loggrar... 25 3.2.3 IR- temperaturmätning... 26 3.3.4 Planlösning krypgrunder... 26 3.4 SIMULERING AV KLIMATDATA... 28 VII
3.4.1 Beskrivning av simuleringsprogrammet IDA ICE 4.0... 28 3.4.2 Simuleringsförloppet... 29 3.5 KOMPLETTERANDE BERÄKNINGAR... 33 3.5.1 Areaberäkning isolering... 33 3.5.2 U- värdeberäkningar... 33 3.5.3 Energiberäkning... 33 3.5.4 PayOff- kalkyl... 35 4. RESULTAT OCH ANALYS... 36 4.1 FÄLTMÄTNING... 36 4.1.1 Stora krypgrunden... 37 4.1.3 Lilla krypgrunden... 39 4.1.4 IR- temperaturmätning... 40 4.2 SIMULERINGSRESULTAT... 41 4.2.1 Osäkerhet i simuleringsresultat... 41 4.3 BERÄKNINGAR... 41 4.3.1 Areaberäkning krypgrunden... 41 4.3.2 Areaberäkning pelare... 42 4.3.3 U- värdeberäkning... 43 4.3.4 Energiberäkning... 43 4.3.5 PayOff- kalkyl... 47 5. SLUTSATSER OCH DISKUSSION... 52 5.1 FUKT I KRYPGRUNDERNA... 52 5.1.1 Fuktens påverkan på betongstommen... 52 5.2 FÄLTMÄTNING OCH BESÖK... 52 5.2.1 Luftkvalitet... 53 5.2.2 Brandrisk vid isolering runt installationer... 53 5.2.3 Utrymme vid befintliga installationer... 53 5.3 SIMULERING... 54 5.4 LÄMPLIG LÖSNING FÖR KUNGSMADSKOLAN... 54 5.4.1 Diskussion om val av mest lämplig lösning... 55 5.4.2 Slutsats om val av mest lämplig lösning... 56 5.4.3 Sanering av organiskt material i krypgrunden... 56 5.4.4 Bortvalda lösningar... 57 5.4.5 Konsekvenser vid framtida höjning av innetemperatur... 58 6. REFERENSER... 59 7. BILAGOR... 61 VIII
1. Introduktion Krypgrunder är ur energi- och klimatsynpunkt en komplicerad konstruktion där balans mellan ventilation, värme och fukt är svår att finna. I äldre byggnader där grundbjälklaget är oisolerat tillåts värme att ledas till den kalla kryprumsluften. Med dagens höga energipriser är detta ett stort problem. För att komma till rätta med sådana problem krävs tilläggsisolering. Utöver de eventuella energibesparingar som tilläggsisoleringen bidrar till kan en effekt av denna bli att krypgrundens temperatur sänks vilket i sig leder till en högre relativ fuktighet. För organiska material som trä är mikrobiella angrepp en oundviklig följd av en lång exponering av för hög relativ fuktighet, vilket kan reducera konstruktionens hållfasthet och innebära hälsorisker för personer som vistas i byggnaden. Uteluftventilerade, kalla krypgrunder är en konstruktion som ofta drabbas av problem till följd av hög fuktbelastning. Enligt företaget Anticimex (2010), som utför olika typer av besiktningar på bostäder och andra typer av byggnader, finns det problem med fukt och mikrobiella angrepp i mer än hälften av alla uteluftventilerade krypgrunder. 1.1 Bakgrund Kungsmadskolan i Växjö byggdes 1962 och har sedan dess byggts till vid flera olika tillfällen. Skolan är kommunalt driven och inrymmer ca 1200 gymnasielever och 180 anställda. Från början var Kungsmadskolan huvudsakligen inriktade på praktiska utbildningar, vilket innebar en relativt låg inomhustemperatur på 16-18 grader. Med tiden har detta ändrats då fler teoretiska utbildningar tillkommit. Idag ligger inomhustemperaturen på 18-20 grader med planer på att höja temperaturen ytterligare då allt fler teoretiska utbildningar inryms i byggnaden. Målet på 20-22 grader som följer omstruktureringen kan komma att inverka på temperaturen och fuktigheten i krypgrunden samt bidra till ytterligare värmeledning (Birgersson, 2012). 1
Då marken i Växjö till stor del består av ganska tät morän har ytvatten svårt att infiltrera (Engström, 2012). Kungsmadskolan ligger i en svacka intill ett vattentorn och en dagvattenledning går rakt genom en del av krypgrunden. FLK Sverige AB har på uppdrag av VöFAB tidigare utfört inventering av Kungsmadskolans installationer och bland annat upptäckt vattenansamlingar i krypgrunden. Engström menar att dagvattenledningen läcker vid stora flöden och att det vid riktigt stora flöden kan vatten välla upp vatten ur brunnarna. Om dessa faktorer kan vara bidragande orsaker till det fuktiga klimatet i grunden är inte utrett. 1.2 Syfte och mål Syftet är dels att beräkna energiförlusterna för ett år till följd av värmeledningen, dels att undersöka klimatstatus i krypgrunden. Målet är att ta fram lämpliga åtgärder för att minska värmeledningen, utreda dess effekt på klimatstatus, samt att beräkna åtgärdens lönsamhet och PayOff-tid. Utöver detta syftar arbetet till att förklara problematiken kring krypgrunder i allmänhet och fuktens påverkan på konstruktioner och installationer. 1.3 Avgränsningar Mätningar görs endast i Kungsmadskolan Enbart klimatet i krypgrunden beaktas Lämpliga åtgärder för enbart Kungsmadskolan ska redovisas Endast värmeläckage genom grundbjälklaget beaktas med hänsyn till energibesparing Endast dagens inomhustemperatur på 18-20 grader beaktas i beräkningar Hänsyn tas inte till kalkylränta och inflation 2
1.4 Metod Mätdatainsamling från fältmätningar i Kungsmadskolans krypgrunder och omgärdande utomhusklimat (referensmätning). Besök i krypgrunderna för inspektion i samband med avläsning av loggar. Litteraturstudie genom böcker, internet och rapporter omfattande olika värme-, fukt- och energibegrepp, krypgrundernas konstruktion och deras vanliga problem samt kända åtgärder och hälsorisker. Intervjuer med kunniga personer inom området från FLK, Linnéuniversitetet, VöFAB och Växjö kommun. Temperatursimulering med energi- och inneklimatprogrammet IDA ICE 4.0 Beräkningar på energiförluster genom grunden samt möjliga energibesparingsmetoder. Beräkningar avseende fuktstatus och teoretisk effekt av alternativa åtgärder. 3
4
2. Teori 2.1 Krypgrund Från början kallades konstruktionstypen för torpargrund men denna har sedan utvecklats till dagens olika varianter av krypgrunder. Konstruktionen är uppbyggd så att det bildas en luftficka mellan mark och byggnad. En fördel med den här typen av konstruktion är att det lätt går att ta sig ner under byggnaden för kontroll och reparation (Lindenstone Innovation, 2009). Figur 2.1. Illustration av krypgrund, ritad av Villa Aktuellt i Stockholm. 2.1.1 Krypgrundens uppbyggnad och funktion Enligt Åberg (1995) finns det olika typer av krypgrunder, så som uteluftsventilerad, öppen plintgrund, inneluftsventilerad, oventilerad och torpargrund. Den uteluftsventilerade krypgrunden bygger på ett isolerat bjälklag och en oisolerad grundmur med ventiler där uteluften tas in. Ofta förses marken med ett lager makadam som fungerar som ett kapillärbrytande skikt. Denna konstruktion kan medföra stora problem på sommaren när utomhusluften är varmare än luften nere i krypgrunden vilket leder till att den relativa fuktigheten ökar när den varma, fuktiga uteluften kommer in i och kyls av i krypgrunden. Detta kan i sin tur leda till mikrobiell tillväxt i grundkonstruktionen. Öppen plintgrund innebär att huset är uppställt på plintar eller pålar som tar upp all last från byggnaden. Detta gör att det bildas hålrum under byggnaden ända ut till fasaderna. Denna konstruktion är svårare att hålla varm och 5
tillämpas därför bäst på hus som inte ska vara uppvärmda eller bara tillfälligt uppvärmda. I en inneluftsventilerad krypgrund isoleras marken och grundmuren, vilket gör att det går att ha mindre isolering i bjälklaget. Principen går ut på att krypgrunden istället ventileras inifrån byggnaden och på detta sätt slipper man problem med fukt. Däremot kan driftkostnaden bli högre då man även värmer upp grunden. Det finns tre olika ventilationssystem som används, undertryck-, balanserat- och övertryckssystem. En oventilerad krypgrund bildar ett utrymme under byggnaden som sluts samman mellan bjälklag, isolerad grundmur och isolerad markyta. Byggnaden måste vara uppvärmd och konstruktionen är inte lämplig att ha på radonhaltig mark. Torpargrunden är en föråldrad konstruktion och liknar den uteluftventilerade krypgrunden. Lasterna tas upp i plintar som mellan sig har en icke bärande grundmur med ventiler som går att öppna och stänga. Isolering kan förekomma i bjälklaget men är i sådana fall sparsam. (Åberg, 1995) 2.2 Värmetransportens fysikaliska grunder Enligt Sandin (2010) Strävar alltid Värme och energi efter balans och jämvikt i systemet. Genom ledning, strålning och konvektion uppnås denna värmetransport. Värme frigörs vid kondensation och binds vid avdunstning. Den totala värmeöverföringen i en byggdel är summan av ledning, strålning och konvektion, vilka alla anges i samma enhet (W/m 2 ). Fakta, begrepp och formler nedan är hämtade ur boken Praktisk byggnadsfysik av Kenneth Sandin (2010). 6
2.2.1 Värmeledning I en homogen, ogenomskinlig och fast kropp överförs värme då en temperaturskillnad uppstår. Energin överförs från molekyl till molekyl och strävar efter en utjämning av de olika temperaturerna, dock sker ingen fysisk förflyttning av molekyler. Fourier ställde upp den grundläggande lagen för värmeledning år 1822 och i tabell 2.1 anges värmekonduktiviteten, λ, för några vanligt förekommande byggnadsmaterial. För endimensionell värmeledning gäller: q = λ dt dx (W/m! ) (1) q = värmeflöde (W/m 2 ) λ = värmekonduktivitet (W/mK)!"!" = temperaturgradient (K/m) Tabell 2.1. Exempel på λ-värden för några material (Sandin, 2010). Material λ (W/mK) Stål 60 Betong 1.7 Trä 0.14 Murbruk 1.0 Mineralull 0.033-0.040* *Se tillverkarens specifika värde. 2.2.2 Strålning Ett bra exempel på värmestrålning är solens uppvärmning av jorden. Termisk strålning avges från alla kroppar i form av elektromagnetisk energistrålning. Den termiska strålningens frekvensområde är 10-8 - 10-5 m. När strålning träffar en yta delas den upp i absorption, reflektion och transmission. Vid absorption tas strålningen upp av kroppen, vid reflektion studsar den och vid transmission går strålningen rakt genom kroppen. 7
Tillsammans är dessa tre lika stora som den totalt infallande strålningen och kan betecknas enligt ekvation 2: α + ρ + τ = 1 (2) α = Absorption ρ = Reflektion τ = Transmission Kroppar som absorberar all strålning kallas svarta kroppar. I praktiken är ingen kropp är helt svart men i vissa fall kan nästan full absorption uppnås. Att räkna med svarta kroppar är dock praktiskt då lagarna för detta är ganska enkla. Stefan Boltzmanns lag anger en svart kropps strålning och betecknas enligt ekvation 3: q s = σ s T 4 (W/m 2 ) (3) σ s = 5.7 10 8 (W/m 2 K 4 ) T = kroppens temperatur (K) Då strålning huvudsakligen absorberas av kroppar med lägre emittans/absorptans än svarta kroppar används ekvation 4 enligt nedan: q s = ε σ s T 4 (W/m 2 ) (4) ε = Emittanskvot, förhållandet mellan en verklig ytas strålning och en svart kropp 8
2.2.3 Konvektion När en gas eller vätska flödar förbi en yta kommer ett utbyte av värme att ske. Från en varmare yta kommer värme bortföras och till en kallare kommer värme tillföras. Newton beskrev redan år 1701 värmetransporten från ytan av ett fast ämne till luft genom uttrycket (Sandin 2010): q k = α k (T 0 T l ) (W/m 2 ) (5) α k = Värmeöverföringskoefficient pga. konvektion (W/m 2 K) T 0 = Yttemperatur (K) T 1 = Lufttemperatur (K) 2.3 Energi En byggnads klimatskärm isolerar och skyddar det inre klimatet från främst temperatur och fukt utomhus. Tillsammans med installationer utformas och optimeras dessa på så sätt att energibehovet blir så lågt som möjligt. Detta görs enligt Petersson (2001) genom att ta hänsyn till nedanstående faktorer: Värmeisolering av klimatskärmen Lufttäthet hos klimatskärmen Ventilation Värmeproduktion och värmedistribution Effektiv värmeanvändning Effektiv elanvändning 2.3.1 Köldbrygga En köldbrygga är en konstruktionsdetalj i byggnad där ett material med dålig värmeisolering bryter av ett material med god värmeisolering, t.ex. där ett betongbjälklag bryter igenom en isolerande yttervägg och kragar ut som en balkong (Nationalencyklopedin, 2012). 9
2.3.2 Värmemotstånd, R T, och Värmegenomgångskoefficient, U-värde Värmemotståndet, R T, beskriver enligt Petersson (2001) en byggnadsdels förmåga att förhindra värme att transporteras. Med hjälp av värmemotståndet kan värmegenomgångskoefficienten eller det så kallade U- värdet med hänsyn till värmeförluster och köldbryggor för varje specifik konstruktionsdel tas fram. U-värdet beskriver värmeisoleringsgraden i byggnaden. Ju lägre U-värde en byggnadsdel har desto bättre isolerad är den. En byggnadsdel kan antingen vara uppbyggd genom homogena- eller sammansatta skikt och beräknas på olika sätt. I en byggnadsdel som är uppbyggd med homogena skikt består varje skikt av endast ett material med en viss tjocklek, d, samt en värmeledningsförmåga, λ. Därför kan de olika skiktens värmemotstånd, R, adderas ihop från luften på den ena sidan till luften på den andra sidan och på så sätt få byggnadsdelens totala värmemotstånd, R T. Det totala värmemotståndet R T beräknas enligt följande: R T = R si + d 1 λ P1 + d 2 λ P2 + d 3 λ P3 + R se (m 2 K/W) (6) R si = inre övergångsmotstånd (m 2 K/W) R se = yttre övergångsmotstånd (m 2 K/W) d i = skikttjocklek för skiktet (m) λ Pi = praktiskt tillämpbar värmeledningsförmåga för skiktet (W/mK) Med ett sammansatt skikt menas att skiktet innehåller mer än ett material, vars värmeledningsförmåga skiljer sig från varandra. Om en byggnadsdel är konstruerad med ett eller flera sammansatta skikt tas det hänsyn till vid beräkning genom två olika metoder; λ-värdesmetoden och U- värdesmetoden. Från resultaten av de både metoderna tas sedan ett medelvärde fram, vilket blir det totala värmemotståndet, R T. 10
Nedan visas ekvationen för det totala värmemotståndet: R T = R T λ!r T U 2 (m 2 K/W) (7) R!! = λ-värdesmetoden som representerar det lägre gränsvärdet R!! = U-värdesmetoden som representerar det högre gränsvärdet U-värdet visar på den energiförlust som sker genom byggnadens delar per kvadratmeter och grad Kelvin. Värmegenomgångskoefficienten definieras genom att ta inversen av det totala värmemotståndet, R T, som visar nedan: U = 1 R T (W/m 2 K) (8) För den totala invändiga yta som avgränsar utrymmet mot marken, uteluften eller ej uppvärmt utrymme beräknas den genomsnittliga värmegenomgångskoefficienten, U m, enligt nedan: U m = (U i A i ) A om (W/m 2 K) (9) U i = värmegenomsgångskoefficient för enskild byggnadsdel med aren A i enligt kapitel om särskilda korrigeringar (Petersson 2001, s. 234) (W/m 2 K) A om = total omslutande area som gränsar mot inneluft (m 2 ) För mer ingående beskrivningar av formler olika metoder se boken Tillämpad byggnadsfysik av Bengt-Åke Petersson (2001). 2.3.4 Ekonomisk besparing vid tilläggsisolering Genom tilläggsisolering kan en ekonomisk besparing göras. För att kunna beräkna besparingen behöver man enligt Petersson (2001) ta hänsyn till 11
faktorer som nuvarande energikostnad samt tilläggsisoleringens materialoch arbetskostnad. För att förbättra värmeisoleringen kan antingen tjockleken på isoleringen ökas eller isoleringsmaterial med lägre värmeledningsförmåga väljas så att byggnadsdelen får ett lägre U-värde. Ju tjockare isolering som väljs desto högre bli byggkostnaden, samtidigt som driftkostnaden blir lägre. En avvägning mellan investeringskostnad och besparing måste göras. Beräkningar för att ta fram den eventuella ekonomiska besparingen kan göras genom ett antal metoder. I den här studien väljs PayOff-metoden där återbetalningstiden beräknas och ingen hänsyn till kalkylräntan tas. Metoden visar hur många år som krävs för att besparingen per år ska betala av grundinvesteringen. (Bo Lilja, 2012) 2.4 Fukt Idag ligger stort fokus på energifrågan, husen ska byggas så täta som möjligt för att förhindra värmeläckage och därmed höga elräkningar. Felaktigt utförd tilläggsisolering eller tätning kan dock göra att fukten blir instängd. Fukt kommer alltid ta sig in i konstruktioner men det behövs också ett sätt för fukten att torka ut. Fakta, begrepp och formler nedan är hämtade ur boken Praktisk byggnadsfysik av Kenneth Sandin (2010). 2.4.1 Luftfuktighet Vattenånga är en naturlig del av luften och mäts i byggnadsfysikaliska sammanhang med ånghalten, v kg/m 3, vilket beskriver mängden vatten i kilogram per kubikmeter luft. När ånghalten i luften når en viss gräns, mättnadsånghalten v s kg/m 3, till följd av att luften kyls ner, nås daggpunkten. Om luften kyls till en temperatur vars mättnadsånghalt är lägre än luftens aktuella ånghalt kondenserar vattenångan och övergår till vatten eftersom luftens ånghalt aldrig kan vara högre än mättnadsånghalten. 12
I Sverige varierar den relativa fuktigheten i luften mellan 60-80% under sommaren och upp till 80-90% på vintern. Relativ fuktighet på upp till 95-100% kan uppstå vid dimma och regn och ner till 35-40% en varm torr dag. Relativa fuktigheten; φ = v/v s (%) (10) ν = verklig ånghalt (kg/m 3 ) ν s = mättnadsånghalt (kg/m 3 ) Ånghalt g/m 3 25 Mättnadsånghalt g/m 3 20 15 10 5 Temperatur C 0-20 - 18-16 - 14-12 - 10-8 - 6-4 - 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Figur 2.2. Diagram visar mättnadsånghaltens temperaturberoende (Sandin, 2010). 2.4.2 Fukt i material Fukt i material kan antingen vara kemiskt eller fysikaliskt bundet. Det kemiskt bundna vattnet är ur byggnadsfysikalisk synvinkel mindre intressant då det är så hårt bundet i materialet. Vatten bundet till materialet på fysikalisk nivå är däremot viktigt då det är förångningsbart. Den mängd vatten som finns i ett material benämns fukthalt, w kg/m 3. Intressant i sammanhanget är förhållandet mellan fuktinnehållet och mängden torrt material vilket anges i viktprocent och benämns fuktkvot, u. 13
Sambandet mellan fukthalt och fuktkvot; w = u ρ (kg/m 3 ) (11) w = fukthalt (kg/m 2 ) u = fuktkvot (kg/m 2 ) ρ = materialets skrymdensitet (kg/m 3 ) Beroende på omgivningens fuktinnehåll kan ett material antingen ta upp vatten, dvs. uppfuktning eller absorption, avge vatten, dvs. uttorkning eller desorption, eller vara i jämvikt. Porositeten, n, bestämmer mängden vatten som kan upptas i ett visst material. Benämningen vattenmättnadsgrad betecknas S och beskriver andelen vattenfylld porvolym i ett material. Vattenmättnadsgrad: w S = (kg/m 3 ) (12) n ρ w n = porositet ρ w = vattnets densitet (kg/m 2 ) 2.4.3 Fuktrörelse Att veta hur fukt rör sig i material är viktigt för att förstå hur en krypgrunds klimat fungerar. Fukt i material rör sig i huvudsak genom diffusion, konvektion eller kapillärsugning där diffusion och kapillärsugning är de vanligaste transportsätten. Fuktrörelsens olika transportsätt sker ofta i samspel, vilket kan göra dem svåra att urskilja. Fuktdiffusion, eller ångtransport, drivs av skillnader i ånghalt. Precis som värme genom ledning försöker jämna ut temperaturskillnader i material så strävar ångan efter en jämn fördelning i luft och material. Dock förekommer fuktdiffusion i sin rätta mening inte i material, vilket innebär att 14
fukttransport beroende på ånghaltsskillnad är ett mer passande begrepp inom byggnadsfysiken. I ett poröst material ges fukttransporten av; g = δ dv dx (kg/m2 s) (13) δ = ånggenomsläpplighetskoefficienten (m 2 /s)!"!" = Ånghaltsgradient (kg/m3 ) I en homogen konstruktion är fuktflödet rätlinjig då stationära förhållanden råder, vilket ges av: g = δ v i!v u d (kg/m 2 s) (14) ν = ånghalt (i = inomhus, u = utomhus) (kg/m 3 ) d = konstruktionens tjocklek (m) En konstruktions ytor ger ett visst motstånd mot transport av fukt vilket ånggenomgångsmotståndet tar hänsyn till och beräknas enligt nedan: Z = d/δ (s/m) (15) Tabell 2.2. Exempel på δ-värden (Sandin, 2010). Material δ (m 2 /s) Stillastående luft 25 10-6 Betong K30 0.3-1.5 10-6 Lättbetong 5-15 10-6 Fasadtegel 3-6 10-6 Trä, gran 0.3-2 10-6 Mineralull =15kg/m 3 25 10-6 Den drivande kraften för luftkonvektion är lufttrycksskillnader i konstruktioner som uppstår av vind, temperaturskillnader och ventilationssystem. Ordet konvektion betyder medbringande, i detta fall medbringande av fukt. Konvektionen förstärks ju större skillnad det är 15
mellan lufttryck inomhus och utomhus, ju större skillnad det är i inneluftens och uteluftens ånghalt samt ju otätare konstruktionen är. I en krypgrund kan det råda undertryck eller övertryck i förhållande till lufttrycket utomhus. Vid undertryck vintertid kommer kall och torr luft sugas in i konstruktionen. Luften som sugs in värms upp samtidigt som inneluften kyls ner och den relativa fuktigheten ökar. Den kalla och torra luften kommer då bidra till en uttorkning av materialet vilket motverkar fuktdiffusionen. Om det råder övertryck kommer krypgrundens varma och fuktiga luft att pressas ut genom konstruktionens otätheter. Detta medför att den relativa fuktigheten ökar då den varma inneluften möter den kalla uteluften och fukt kan komma att fällas ut i konstruktionen om det är tillräcklig kallt utomhus. Den maximalt kondenserade vattenmängden vid övertryck i konstruktion kan beräknas enligt nedan: g kond = L (v i v us ) (kg/m 2 s) (16) L = genomströmmande luftmängd (m 3 /m 2 s) ν i = inneluftens ånghalt (kg/m 3 ) ν us = uteluftens mättnadsånghalt (kg/m 3 ) När ett material kommer i kontakt med fukt i vätskeform kommer den enligt Sandin (2010) vilja fördela sig jämnt över materialet, dvs. transporteras från fuktrika områden till torrare. I krypgrunden sker detta främst i marken då vatten sugs uppåt. Detta sker genom att ett undertryck bildas i markens porer vilket ger en uppåtriktad kraft som beskrivs enligt nedan: p = 2 σ cosθ r (Pa) (17) σ = ytspänning (N/m) θ = randvinkel (=0 för vanliga byggmaterial) (, rad) r = porens radie (m) 16
Hastigheten med vilken vattnet sugs upp i porerna kan beskrivas enligt nedan: dz = r σ dt 4 η z (Pa) (18) η = vattnets dynamiska viskositet (Ns/m 2 ) z = stighöjden (m) Ett materials uppsugna vattenmängd ges av: G = A t (kg/m 2 ) (19) A = kapillaritetskoefficient (kg/m 2 t =tid (s) m = motståndstal (s/m 2 ) s) Tabell 2.3. Exempel på m- och A-värden för några material (Sandin, 2010). Material m (s/m 2 ) A (kg/m 2 s) Tegel =1900 kg/m 3 0.5 10 6 0.5 Betong K20 6 10 6 0.05 Betong K40 50 10 6 0.01 Lättbetong =550 kg/m 3 10 10 6 0.1 Cementbruk 1 10 6 0.1 17
2.4.4 Markfukt Enligt Åberg (1999) är markfukt ett väldigt vanligt problem i krypgrunder och kan vid avdunstning vara farlig för konstruktionen. Beroende på om ytan är våt, fuktig eller torr så avdunstar fukten på olika sätt. Med en våt yta menas att det på något sätt ansamlats fritt vatten. Detta kan ha skett genom kapillärsugning eller läckage av vatten utifrån. Avdunstningen kommer då att fortsätta tills vätskemängden är borta. En torr yta bildas då ångtransporten i luften är större än kapillärsugningen i marken. I detta fall styrs avdunstningen av markens ångmotstånd och skillnaden i ångtryck mellan fukten och markytan (Åberg, 1999). Figur 2.3. Markfukt i Kungsmadskolan. 2.5 Mikrobiell tillväxt Enligt Ljungby Fuktkontroll & Sanering AB (2012a) är mikrobiell tillväxt ett stort problem i krypgrunder och består oftast av någon form av svamp eller bakterie. De vanligaste svampgrupperna består av mögelsvamp, blånadssvamp, rötsvamp, hussvamp och mögelbakterier. Mögelsvamp kan bildas när den relativa fuktigheten under en tid överstiger ca 75 %. Mögelsvamp i stor utsträckning kan leda till sanitära problem i den utsatta byggnaden och biverkningar på människor, som exempelvis astma eller allergi. Blånadssvamp är inte direkt farligt, utan missfärgar bara virke. Däremot blir det angripna virket fuktigare, vilket i sig kan leda till mer allvarliga problem som rötsvamp. Rötsvamp och hussvamp utgör ett mer allvarligt angrepp då de på kort tid kan bryta ner virket snabbt i en byggnad. 18
Däremot krävs det oftast en högre relativ fuktighet för att den ska bryta ut, uppemot 85 % eller högre med undantaget för hussvampen som kan angripa vid lägre fuktighet. Mögelbakterien syns inte för blotta ögat men kan upptäckas genom sin karakteristiska doft. En viss grupp av mögelbakterien är Aktinomyceter som kan förekomma på i stort sett ren betong. Relativ fuktighet på runt 75 % och högre samt temperaturer på mellan 20-25 grader är gynnsamt för mikrobiell tillväxt. Svampar och bakterier har visats växa mycket bra i utrymmen där det finns näring i form av organiskt material. Om materialet är nedsmutsat av jord och damm ökar tillväxten ännu mer. Ju längre tid byggnaden påverkas av ovanstående faktorer desto högre är risken för att mikrobiell tillväxt ska börja. Således är även tiden en betydelsefull faktor. (Ljungby Fuktkontroll & Sanering AB, 2012a) Figur 2.4. Mikrobiell tillväxt i Kungsmadskolan. 2.5.1 Problem och hälsoeffekter Krypgrunder är ofta extremt utsatta för fukt vilket i förlängningen kan leda till både reducering av konstruktionens hållfasthet och hälsoeffekter på människor. Det är därför av stor vikt att lokalisera och sanera fukt så fort som möjligt. Utrymmet i en krypgrund är inte avsett för människor att vistas i men mikrobiell lukt från grunden kan tränga upp i allmänna lokaler och därmed bli ett problem. Att vistas i byggnader med fuktproblem har påvisade hälsoeffekter på människor. Enligt Socialstyrelsen (2006) kan en dålig inomhusmiljö 19
medverka till hälsoproblem som luftvägsinfektioner och mer diffusa symtom som irritation i ögon och luftvägar, hosta och trötthet samt förvärra vissa överkänslighetsreaktioner för personer med astma eller allergi. Hälsoeffekter orsakade av mögel är ofta besvärliga och kan i fall där den drabbade har nedsänkt immunförsvar innebära livsfara. (Ljungby Fuktkontroll & Sanering, 2012b) Olägenhet för människors hälsa Vid bedömningen av om fukt och mikroorganismer i bostäder och lokaler för allmänna ändamål innebär olägenhet för människors hälsa enligt 9 kap. 3 miljöbalken bör tillsynsmyndigheten beakta bl.a. om det förekommer synlig mikrobiell växt och/eller mikrobiell lukt i bostadsrum eller lokaler för allmänna ändamål, mikroorganismer eller mikrobiell lukt befaras spridas från byggnadskonstruktionen eller från t.ex. källare, grund eller vind, till bostadsrum eller andra rum där människor vistas stadigvarande, fuktskador inte åtgärdas och detta innebär en risk för att mikroorganismer kan växa till, och fuktskador har åtgärdats bristfälligt, t.ex. vid uttorkning och utbyte av mikrobiellt angripet material. (Socialstyrelsens allmänna råd om tillsyn enligt miljöbalken fukt och mikroorganismer, SOSFS 1999:21) 2.6 Beskrivning av teoretiska åtgärder 2.6.1 Sanering av krypgrund Då det kan finnas kvarliggande organiskt material i krypgrunden i form av exempelvis gammalt byggmaterial kan sanering vara ett lämpligt förslag till åtgärd. Eftersom organiskt material är utmärkta saker för mögel att börja växa på och sedan spridas vidare i grunden. 20
2.6.2 Förbättra energiförbrukningen Då det i många gamla byggnader saknas bjälklagsisolering mellan plan 1 och krypgrund kan energiförluster i form av värmeledning ner i grunden vara ett problem. Tilläggsisolering av bjälklag för att hindra värmeledning kan bli aktuellt att undersöka för att se hur mycket energi som kan sparas genom en sådan åtgärd. Tilläggsisolera grundmur och mark så att en varmgrund bildas kan undersökas som en lösning till att förbättra klimatet nere i en krypgrund. 2.6.3 Förbättra krypgrundens klimat Ett annat problem som existerar i byggnader med krypgrunder är mikrobiell tillväxt till följd av hög fukt. Installation av avfuktare och värmefläkt kan vara en lämplig åtgärd då det ofta är både svalt och fuktigt nere i krypgrunderna, detta för att få bukt på grundens fuktproblem. Lägga ut plastfolie för att stoppa markfukten kan vara en tillräcklig effektiv och ekonomisk lösning då markfukten kan vara en stor bidragande faktor till hög relativ fuktighet i krypgrunder. 2.6.4 Ta vara på värmen i krypgrunden Om temperaturen nere i krypgrunden är väldigt hög av exempelvis värmeledning från plan 1 så kan installation av ett värmeåtervinningssystem vara lämpligt för att på så sätt återvinna värmen. 21
22
3. Genomförande 3.1 Förutsättningar och status för Kungsmadskolan Figur 3.1. Kungsmadskolan, bild tagen av VöFAB. 3.1.1 Uppvärmning Uppvärmningen sker med fjärrvärme och byggnaden förbrukar ungefär 1,75 GWh/år. Senaste årets energiförbrukning låg totalt på 2,74GWh/år. Nämnda energiförbrukningsuppgifter gäller för både byggnad 1 och 2, men i studien undersöks endast byggnad 1. Se bilaga 1. 3.1.2 Grundkonstruktionen Byggnaden är grundlagd på pelare och murar av betong på utbredda plattor som bildar en uteluftventilerad krypgrund. De yttre grundmurarna är uppbyggda av 30 centimeter betong klass II Std K250, värmeisolering av 3 cm kork från överkant betongplatta och 50 centimeter nedåt. Vattenisoleringen består av cementslamning samt asfaltstrykning och vattentät betong. Sockeln är uppbyggd av betong mot slät form och betongfärg. De inre grundmurarna är uppbyggda av 15-25 centimeter betong klass II Std K250. Den invändigt bärande stommen består av 30x40 centimeter betongpelare där balkar av strängbetong är upplagda på. Bjälklaget mellan krypgrunden och plan 1 är uppbyggt med 25 centimeter bärande, korsarmerade betongplattor. Marken är inte täckt med något skikt utan består bara av fast sand på morän. Se bilaga 2 och 3. 23
3.1.3 Krypgrunden Krypgrunden är av typen uteluftventilerad med ett fåtal ventiler. Den är uppbyggd med en oisolerad grundmur och pelare av betong, ett oisolerat betongbjälklag och utan något skikt på marken. Antalet ventiler gör att grunden är dåligt ventilerad och då varken mycket av den kalla luften på vintern eller den varma på sommaren når ner i grunden och värmeledning sker från plan 1 så håller krypgrunden en varm temperatur året runt. Den relativt täta moränen i krypgrunden, tillsammans med en läckande dagvattenledning, gör att utöver värmen är det en mycket hög relativ fuktighet i grunden. Se bilaga 2 och 3. 3.2 Fältmätning Fältmätningen innefattar fyra stycken loggrar som hängs upp på olika platser, två stycken i den stora krypgrunden, en i den lilla krypgrunden samt en utanför byggnaden som referensmätning. Utöver loggrarna uppmättes även luft- och yttemperaturen med en IR-temperaturmätare vid ett tillfälle. 3.2.1 Mätinstrument Loggrar är av typen Tinytag Ultra 2 TGU-4500, vilka mäter både temperatur och den relativa fuktigheten. De är tvåkanaliga och mäter temperaturer från - 25 till +85 C och relativ fuktighet från 0 till 95 % RH. Mätintervallen kan ställas in från 1 gång per sekund till 1 gång per 10 dagar. Beroende på vilket intervall som väljs har loggrarna olika egenskaper, om minutintervall väljs kan exempelvis max, min och normalvärden mätas. Hur länge batteriet håller beror helt på vilket intervall som ställs in med en maximal livslängd på 1-2 år. Avläsning av mätvärden från loggrarna sker med hjälp av en dator och programmet EasyView där sedan all data kan exporteras till exempelvis Microsoft Excel (INTAB Interface-Teknik AB, 2011). 24
Testo 830-T2 är ett kombi-instrument som både kan mäta yttemperaturerna beröringsfritt med laserpunkter och lufttemperaturen med externa givare (Nordtec Instrument AB, 2012). 3.2.2 Mätning loggrar Loggrarna placeras ut vid Kungsmadskolan den 28:e februari och avläses sedan 29:e mars. De benämns logg 1, logg 22, logg 33 och logg utomhus, se figur 3.5. Den stora krypgrunden är belägen norr om den lilla och har en yta på 5002 m 2 och en takhöjd på ca 2 meter. Här placeras logg 1 (figur 3.2) och logg 33 (figur 3.3), den ena i den östra sidan och den andra i västra sidan av grunden. Figur 3.2. Logg 1 Figur 3.3. Logg 33 Den lilla krypgrunden yta är 1789 m 2 med en takhöjd på ca 2.5 meter och en lite högre temperatur än den stora. Här placeras logg 22 centralt (figur 3.4). Figur 3.4. Logg 22 25
För att ta reda på temperaturen utanför krypgrunderna som en referensmätning hängdes logg utomhus upp i östra hörnet mellan stora och lilla krypgrunden, enligt figur 3.5. Figur 3.5. Logg utomhus 3.2.3 IR-temperaturmätning IR-temperaturmätningen av luft- och yttemperatur utfördes 29:e mars på fem ställen nere i den stora krypgrunden samt på samma ställen ovan på plan 1. De benämns Temp 1, Temp 2 och Temp 3 i den stora krypgrunden och Temp 4 och Temp 5 i den lilla krypgrunden, se figur 3.6. 3.3.4 Planlösning krypgrunder I figur 3.6 visas planlösning för krypgrunderna där loggrarnas position är utmärkta med ringar samt temperaturmätningen med IR-mätarna är utmärkta med kryss. 26
Figur 3.6. Planlösning krypgrunder (Tillhandahållen av FLK Sverige AB). 27
3.4 Simulering av klimatdata Med uppmätta temperatur- och fuktdata som utgångspunkt skapas en modell som används för simulering av krypgrundens klimat under ett år med Växjö stads normalårstemperatur som utomhusreferens. Denna modell bygger på den befintliga konstruktionen i Kungsmadskolan och siktar mot att efterlikna av oss uppmätta data. Därefter modifieras konstruktionen i simuleringsprogrammet för att ge en så klar bild som möjligt av följderna vid eventuella åtgärder i krypgrunden. Syftet med simuleringen är främst att få fram månadstemperaturer för ett helt år då möjlighet att mäta utöver mars och april månad ej funnits. Simulerad data används därefter för att genom ekvation 1 beräkna värmeledningen ned till krypgrunden och därigenom energiförlusten. Viktigt att påpeka är att simuleringen motsvarar normalårstemperaturen i Växjö mellan åren 1960-1991 vilket innebär att referenstemperaturer och simulerade temperaturer med stor sannolikhet kommer skilja sig från verkligheten (Meteorologisk Institutt, 2012). 3.4.1 Beskrivning av simuleringsprogrammet IDA ICE 4.0 IDA Indoor Climate and Energy (IDA ICE) is an innovative and trusted whole-year detailed and dynamic multi-zone simulation application for study of thermal indoor climate as well as the energy consumption of the entire building. The physical models of IDA ICE reflect the latest research and best models available, and the computed results compare well with measured data. (EQUA Simulation AB, 2012) Enligt ovan beskriver tillverkaren EQUA sin produkt IDA Indoor Climate and Energy 4.0 (översatt inomhusklimat och energi) som ett simuleringsprogram kapabelt att studera och beräkna inomhusklimat och 28
energibehovet i en hel byggnad. Programmet bygger på senaste forskning och de bästa modeller tillgängliga för beräkningar. Resultaten stämmer väl överens med uppmätt data. 3.4.2 Simuleringsförloppet För att programmet ska ge en korrekt simulering av klimatet är det nödvändigt att all indata är korrekt. Indata i aktuellt fall består av eller beskrivs genom Konstant temperatur inomhus Normalårstemperatur utomhus för Växjö stad enligt Meteorologisk institutt (2012) Konstruktionsbeskrivning Byggnadens orientering Grundläggningsdjup Marktyp Köldbryggor Värmeavgivning från installationer etc. Konstruktionstäthet Ventilationshål Byggnaden ritas upp i programmet och delas in i klimatzoner. Dessa zoner representerar de olika klimatförhållanden som råder i och utanför byggnaden. Programmet beräknar och simulerar interaktionen mellan zonerna och dess intilliggande ytor vilket resulterar i en rapport med diagram och tabeller. Simuleringarna behandlar enbart temperatur i krypgrunderna för de olika fall som beskrivs i avsnitt 3.4.2. Därefter granskas dessa fall för att komma fram till den mest lämpliga lösningen med hänsyn till investering och 29
energibesparing. För den valda lösningen görs en närmare undersökning av en eventuell tilläggsisolerings troliga inverkan på fuktstatus i krypgrunderna. Simulationskalibrering och modelldefiniering Genom finjustering av faktorer som köldbryggor, självdragsventiler, U- värden etc. har en modell kalibrerats för att efterlikna uppmätta data så långt möjligt. För den valda modellen åskådliggörs simuleringsresultat i figur 3.7 och figur 3.8. Uppmätta data för perioden 2012-02-28 2012-03-29 återfinnes i bilaga 4. Efter finjustering av indata definieras modell enligt figur 3.7 och 3.8 och denna ligger till grund för årstemperaturer vid energiberäkningar. Figur 3.7. Simulering av temperaturen i den stora krypgrunden under perioden jan-maj. Periodens max- och min-temperatur stämmer överens med motsvarande uppmätta värden. 30
Figur 3.8. Simulering av temperaturen i den lilla krypgrunden under perioden jan-maj. Periodens max- och min-temperatur stämmer överens med motsvarande uppmätta värden. Viktigt att notera angående simuleringarna i IDA ICE 4.0 Normalmedeltemperaturer i Växjö stad ligger till grund för simuleringar. Period då mätning utfördes hade en medeltemperatur jämförbar med normalmedeltemperatur för april månad. Simuleringsprogrammet IDA ICE utgår i början av simuleringen från att värme finns lagrad i konstruktionen, därför kan man i diagram se en temperatursstabilisering under simuleringens inledande 1-2 veckor. Programmet plottar två kurvor, en röd kallad mean air temperature (översatt luftens medeltemperatur) och en blå kallad operative temperature (översatt operativ temperatur). Den röda kurvan är i detta fall intressant då den inte väger in yttemperatur som den operativa temperaturen gör. Hänsyn tas inte till köldbryggorna som pelarna utgör utan simuleringen utgår från att pelarna är fullt isolerade. 31
Simulering m.h.t. nuvarande konstruktion i krypgrunderna För att få en tydlig bild av den nuvarande värmeledningen från den uppvärmda inomhusluften ner i krypgrunden månadsvis under ett normalår krävs en simulering av temperaturer. Baserat på värmeledningen beräknas sedan hur stor energiförlusten är månad för månad. Simulering m.h.t. tilläggsisolering undersida bjälklag samt pelarisolering Genom att tilläggsisolera grundbjälklagets undersida, vilket illustreras i figur 3.9, hindras en del av värmen från att ledas ner i krypgrunderna och bjälklagets ovansida hålls varm. I simulering används grafitcellplast som beskrivs i produktdatablad enligt Cellplast Direkt Sverige AB (2012) samt SPU-isolering enligt SPU Oy (2012) samt avsnitt 3.5.3 under rubriken isoleringsmaterial. Utöver isolering av grundbjälklag är isolering av betongpelare en kompletteringsisolering som kan ge stor energibesparing. Detta beaktas i simuleringar genom att bjälklagets totala yta inklusive betongpelarnas yta isoleras vilket illustreras i figur 3.9. Figur 3.9. Illustration av placering av isolering samt principen för värmeledning genom pelare. 32
3.5 Kompletterande beräkningar Utöver de fältmätningar och simuleringar som beskrivs ovan krävs vissa kompletterande beräkningar för att ta fram resultat som fyller studiens syfte. Till hjälp att utföra beräkningarna användes datorprogrammet Microsoft Excel 2011. 3.5.1 Areaberäkning isolering För att få fram hur stor yta som ska isoleras krävs en mindre areaberäkning. Detta för att dra bort ett visst antal kvadratmeter från krypgrundens totala area för alla pelare, trapphuset samt andra ytor som tar upp plats och ej kan eller behövs isoleras. Utöver krypgrundens totala isoleringsarea behövs även pelarnas area runt om beräknas. Detta på grund av att pelarna utgör en köldbrygga från plan 1 och bör isoleras. 3.5.2 U-värdeberäkningar U-värdesberäkningen ligger till grund för att ta reda på det totala värmeflödet som sker genom bjälklaget. Värmemotståndet, R T, enligt ekvation 6 tas fram för det nuvarande bjälklaget samt de olika framtagna isoleringsalternativen och därefter beräknas U-värdet genom inversen på var och en av de olika värmemotstånden enligt ekvation 8. 3.5.3 Energiberäkning Målet med energiberäkningen är att komma fram till storleken på besparingarna som kan göras vid olika tilltänkta tilläggsisoleringar under rubriken isoleringsmaterial nedan, vilket mäts i kwh/år. Genom att beräkna temperaturdifferensen mellan inomhusluften som är satt till 20 grader och den simulerade lufttemperaturen i krypgrunderna kan värmeledningen däremellan beräknas enligt ekvation 1 och mäts i W/m 2. För att beräkna det 33
totala värmeflödet i kwh/år multipliceras värmeledningen med den totala arean enligt avsnitt 4.3.1 och 4.3.2, det aktuella U-värdet enligt avsnitt 4.3.3 samt med antalet timmar på ett år. Viktigt att ta hänsyn till är hur stor del av värmeledningen som faktiskt betalas för. Andra källor till värme som personbelastning, installationer och solinstrålning (se figur 3.10) spelar stor roll och varierar från månad till månad. Under sommarmånaderna är den faktiska fjärrvärmetillförseln som minst, då solinstrålningen är hög, samtidigt som skolan står tom från mitten av juni till mitten av augusti och ofta hålls på minimidrift. Under vintermånaderna är fjärrvärmetillförseln som högst samtidigt som solinstrålningen är som lägst. Dessa förutsättningar tas i beaktning genom en faktor som beskriver hur stor del av det totala värmeförlusten som betalas för och har beräknats enligt avsnitt 4.3.4. Figur 3.10. Illustration av värmetillskott och värmetransport i en byggnad. Isoleringsmaterial I beräkningarna ställs två utvalda isoleringsalternativ med tjocklekar från 50 till 200 mm mot varandra och dess fördelar och nackdelar vägs, se tabell 3.1. Grafitcellplast från Cellplastdirekt är en något billigare variant av de två med en god värmeledningsförmåga. SPU-isolering har utvecklat en cellplast som har en väldigt låg värmeledningsförmåga. Enligt Kenneth Finnas på SPU-isolering är det på grund av de små cellerna i materialet samt att 34
isoleringen är gasfylld. Detta gör att materialet blir väldigt tätt och väta har svårt att tränga genom. I en krypgrund kan detta vara till både fördel och nackdel då ytan som isoleringen fästs mot måste vara torr och fri från organiskt material. Tabell 3.1. Jämförelse av isoleringsmaterial med avseende på lämplighet i krypgrund. GRAFITCELLPLAST JÄMFÖRELSE SPU- ISOLERING + - + - Billigare Ej brandklassad Brandklassad Dyrare Typgodkänd Högre värmeledningsförmåga Låg värmeledningsförmåga krypgrundslösning Mögelbeständig 3.5.4 PayOff-kalkyl Material- och arbetskostnad tas fram för två olika typer av isoleringar med fyra olika tjocklekar och används för att beräkna en total grundinvestering för de olika isoleringsalternativen. Genom energiberäkningar tas energibesparingar i kwh/år fram för de olika alternativen. I PayOff-kalkylen beräknas besparingarna i kwh/år om till kr/år genom VöFABs fjärrvärmepris för 2010. De här resultaten används för att få fram en PayOff-tid genom att ta grundinvesteringen i förhållande till den årliga besparingen. Hänsyn tas inte till inflation och kalkylränta. Utöver PayOff-tiden tas även de eventuella besparingarna fram för efter 10, 15 och 20 år. Detta genom att multiplicera den årliga besparingen med antal år och sedan ta det minus grundinvesteringen. 35
4. Resultat och analys 4.1 Fältmätning I tabell 4.1 nedan visas en mindre sammanfattning av loggrarnas mätvärden under perioden 28:e februari till 29:e mars. Sammanställt med lägsta, högsta och medelvärde för temperaturen och den relativa fuktigheten för de olika loggrarna. Tabell 4.1. Sammanfattning mätdata loggrar MÄTVÄRDEN LOGGRAR STORA KRYPGRUNDEN LILLA KRYPGRUNDEN LOGG 1 LOGG 33 LOGG 22 LOGG UTOMHUS Högsta temperatur Högsta temperatur Högsta temperatur Högsta temperatur 16,18 16,72 19,15 17,69 Lägsta temperatur Lägsta temperatur Lägsta temperatur Lägsta temperatur 14,57 15,53 17,6-5,60 Medeltemperatur Medeltemperatur Medeltemperatur Medeltemperatur 15,30 15,99 18,43 5,54 Högsta RH% Högsta RH% Högsta RH% Högsta RH% 100 105,6 95,93 101,14 Lägsta RH% Lägsta RH% Lägsta RH% Lägsta RH% 89,70 86,26 86,86 28,14 Medel RH% Medel RH% Medel RH% Medel RH% 99,41 102,12 93,09 76,83 Ju närmare våren och sommaren tiden går desto högre blir utomhustemperaturen och skillnaden mellan krypgrundens och utomhusklimatets temperatur blir mindre vilket leder till en högre relativ fuktighet nere i grunderna. Det här kan tydligt ses genom att jämföra någon av loggrarna 1, 33 eller 22 med utomhusgivaren i de mer omfattande tabeller där temperatur och relativ fuktighet visas för två tillfällen per dag som finns i bilaga 4. Viktigt att notera är att den relativa fuktigheten, RH%, ej i 36
praktiken kan överstiga 100 %. Att den visar så höga värden beror på mätfel i instrumentet och tolkas som att den relativa fuktigheten är 100 %. 4.1.1 Stora krypgrunden I figurerna nedan beskrivs två olika förhållanden. I figur 4.1 och figur 4.3 åskådliggörs temperatur och relativ fuktighet i samma diagram för att visa på hur dessa följer varandra ju närmare sommar tiden går. Det är intressant då det är lätt att tro att den relativa fuktigheten ska sjunka ju högre temperaturen blir, enligt avsnitt 2.4.1. I figur 4.2 och figur 4.4 beskrivs krypgrundens temperatur och utomhustemperaturen. Det går tydligt att se att de stora dygnsvariationerna i utomhustemperaturen inte påverkar krypgrundens temperatur märkbart utan håller sig stabil. C$$ Temperatur$och$rela3v$fuk3ghet$i$krypgrund$ Logg#1# Temperatur# Rela<v#fuk<ghet# 20# 19# 110# 105# 18# 17# 16# 15# 14# 13# 12# 11# 10# 28,feb# 29,feb# 01,mar# 02,mar# 03,mar# 04,mar# 05,mar# 06,mar# 07,mar# 08,mar# 09,mar# 10,mar# 10,mar# 11,mar# 12,mar# 13,mar# 14,mar# 15,mar# 16,mar# 17,mar# 18,mar# 19,mar# 20,mar# 21,mar# 22,mar# 23,mar# 24,mar# 25,mar# 26,mar# 27,mar# 28,mar# 29,mar# Figur 4.1. Förhållandet mellan temperatur och relativa fuktigheten för logg 1 100# 95# 90# 85# 80# 75# 70# RH%$ 37