- Byggnadsfysik
Byggnadens värmetröghet jämnar ut temperatursvängningarna
Värmetrögheten är ett mått på husets termiska stabilitet och förmåga att lagra värme, exempelvis i väggarna, grunden och bjälklagen. Beroende på vilka material man har använt så kan olika mycket värme lagras. Ett välbekant exempel på hur värmetrögheten fungerar i praktiken är att hus med tung stomme t.ex. betonghus ofta är svalare än trähus på sommaren eftersom betonghuset kan ta upp mer solvärme utan att det leder till övertemperaturer.
I ett hus med hög värmetröghet lagras mycket värme i byggnadsmaterialen. När den omgivande temperaturen sjunker så frigörs denna lagrade värme och hjälper till att hålla inomhusluften uppvärmd under en längre period. På så sätt motverkar husets värmetröghet variationerna i inomhustemperaturen vid kraftiga variationer i utomhustemperaturen. Vid tillfälliga perioder av extrem kyla frigörs den lagrade värmen så att inomhustemperaturen hålls på en behaglig nivå utan att man behöver tillföra extra mycket värme.
Olika material har olika god värmelagringsförmåga
När man jämför olika byggnaders värmetröghet används ofta tidskonstanten, τ (tau), som mått. Ju högre tidskonstant desto högre värmetröghet. Tidskonstanten anges i timmar eller dygn och är ett matematiskt definierat mått på hur lång tid det tar för inomhustemperaturen att minska 63 % av temperaturdifferensen vid ett temperaturomslag, se figur 1.
Figur 1. Byggnader får stor tidskonstant och hög värmetröghet om de har stor värmekapacitet i kombination med mycket små effektförluster.
Det är inte bara tunga material som betong och massivt tegel som har hög värmelagringsförmåga, även massivträ har mycket goda värmelagringsegenskaper trots sin låga densitet.
Jämför man en innervägg som består av två gipsskivor på regelstomme med en där man istället har 100 mm massivträ mellan gipsskivorna så har den sistnämnda 4,5 gånger högre värmelagringsförmåga. Mittemellan ligger lågdensitetslättbetong- och tegelblock.
Figur 2. Värmekapacitet och värmelagring i vanliga byggmaterial
Rätt material på rätt plats
För att den lagrade värmeenergin ska komma till nytta är det viktigt att materialen med hög värmelagringsförmåga har bästa möjliga kontakt med inomhusluften. Lägger man isoleringen på fel sida om t.ex. en betongyttervägg eller en gjuten bottenplatta så isolerar man bort hela den positiva effekten. Det är bara ca 10-15 cm av materialet som deltar i energiutbytet så att ha ännu tjockare konstruktioner lönar sig inte ur energisynpunkt.
Dimensionera för rätt temperatur
För att använda sig av termisk tröghet börjar man med att ta reda på den dimensionerande vinterutetemperaturen (DVUT). Detta är den lägsta temperatur som man ska använda i sina effektförlustberäkningar och varierar dels med det geografiska läget och dels med byggnadens värmetröghet.
I figur 3 anges DVUT för ett passivhus för ett antal olika orter i Sverige och för tre olika konstruktioner med olika värmetröghet. Den minst värmetröga konstruktionen med regelstomme och lätta bjälklag har lägst tidskonstant, 72 timmar (den röda kolumnen). Nästa konstruktion i ordningen har dessutom en betongplatta som höjer tidskonstanten till 144 timmar (gul kolumn). Dessa båda första konstruktioner är vanliga bland småhus. Den tredje konstruktionen i jämförelsen (grön kolumn) är ett mellantungt hus med betongplatta och betongmellanbjälklag och har en tidskonstant på 288 timmar (12 dygn). I hus där man dessutom bygger mellanväggar i betong kan man utan större problem komma upp i tidskonstanter på 500 timmar, dvs. ca 3 veckor. Dessa sistnämna konstruktioner är vanliga i flerbostadshus.
Tittar man på vilken DVUT man ska beräkna sina energiförluster efter så ser man att den ökar med ökad värmetröghet. För Stockholm är DVTU=-16°C för =72 timmar medan den är -12,7°C för =288 timmar. Skillnaden i DVUT beror helt enkelt på att den högre värmetrögheten hjälper till att jämna ut temperaturen vid tillfälliga köldknäppar. När byggnadens värmetröghet blir mer än 288 timmar närmar sig DVUT så småningom månadens medeltemperatur under de kallaste vintrarna. Då kan man inte uppnå mer i relation till DVUT.
Figur 3. Tidskonstant och dimensionerande vinterutetemperaturer, DVUT för utvalda orter och tidskonstanter, enligt SS 24300-1”Byggnaders energiprestanda. Del 1: Effektklassning av värmebehov”
Högre värmetröghet ger större frihet i utformningen
När man utformar ett hus och inser att man inte får ihop värmeförlustberäkningen vid en så låg DVUT som det geografiska läget och effektkravet per kvadratmeter kräver så finns det två sätt att lösa problemet.
Den första lösningen är att försöka minska förlusterna genom att göra huset mer kompakt dvs. bygga huset i två plan istället för ett, dra ner på fönsterarean eller isolera mer.
Den andra lösningen på problemet är att utnyttja byggnadsmaterialens värmekapacitet och välja andra material och konstruktioner som gör att värmelagringsförmågan i huset ökar. Det kan t.ex. betyda att man väljer att använda en gjuten bottenplatta, bygger innerväggar av massivträ, betong eller tegel, eller har betongbjälklag istället för lätta bjälklag. På så sätt kan man få en mer moderat DVUT och se till att värmeförlusterna håller sig innanför gränserna även när man har kvar den önskade byggnadsutformningen.
Passiv- och lågenergihus kan därför utformas på många sätt. Det gäller bara att välja rätt kombination av material och förutsättningar.