9789144096476

Boken är skriven i första hand för civilingenjörsutbildningen och högskoleingenjörsutbildningen vid högskolor och universitet. Avsikten är att skapa en reell förståelse för den byggnadsfysikaliska funktionen, speciellt med sikte på hållbar fuktsäkerhet och god energieffektivitet, och därav formulera principlösningar och väl fungerande utföranden. Boken lämpar sig därför också väl som referens- och handbok för yrkesverksamma ingenjörer, arkitekter och fastighetsförvaltare.

byggnadsfysik

Denna bok behandlar tillämpningen av byggnadsfysikens värme, fukt och luft i husbyggnader och dess väggar, tak och grunder, ­anpassad till nya svenska normer och EU:s direktiv om husbyg­gande, energihushållning och beständighet. Boken går igenom byggnadsfysikalisk dimensionering och hur den utifrån formulerade funktionskrav, belastningar och beräkningar leder fram till korrekta och funktionsdugliga konstruktionslösningar, där övergripande mål som ­komfort, hälsa, energieffektivitet och god beständighet tas tillvara.

Teori och beräkningar är anpassade till både kretsanalys och konventionell motståndsberäkning. I boken erbjuds också ett stort antal övningar med fullständiga lösningar.

| Tillämpad

Tillämpad byggnadsfysik

Bengt-Åke Petersson

Bengt-Åke Petersson är associate professor i husbyggnadsteknik och byggnadsfysik vid Chalmers Tekniska Högskola och har lång erfarenhet av forskning och undervisning inom dessa områden.

Till ämpad byggnadsfysik

Femte upplagan

Bengt-Åke Petersson Art.nr 7789 5:e uppl.

www.studentlitteratur.se

978-91-44-09647-6_01_cover4.indd 1

2013-09-24 08.18

Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av lagen om upphovsrätt. Kopiering, utöver lärares begränsade rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-Presskopias avtal, är förbjuden. Sådant avtal ­tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare t.ex. kommuner/universitet. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnarens huvudman eller BONUS-Presskopia.

Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av ­a llmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till ­upphovsman/rättsinnehavare.

Denna trycksak är miljöanpassad, både när det gäller papper och tryckprocess.

Art.nr 7789 ISBN 978-91-44-09647-6 Upplaga 5:1 © Författaren och Studentlitteratur 2001, 2013 www.studentlitteratur.se Studentlitteratur AB, Lund Omslagslayout: Henrik Hast Printed by Elanders Poland, Poland 2013

Innehåll

Innehåll, 3 Nomenklatur, 11 Förord, 17 Förord till andra upplagan, 19 Förord till tredje upplagan, 20 Förord till fjärde upplagan, 21 Förord till femte upplagan, 22 1

Den effektiva byggnaden, 23

2

Generella funktionskrav , 31

2.1 2.2 2.3

Energihushållning, 34 Komfort och hälsa, 45 Beständighet och livslängd, 53

3

Byggnadsfysikalisk dimensionering, 59

3.1 3.2

Aktiv del i hela byggprocessen, 59 Funktionskrav att uppfylla, 62 3.2.1 Fuktskydd – skydd mot vattenånga och vatten, 62 3.2.2 Värmeskydd – skydd mot oönskad värmetransport, 63 3.2.3 Nederbördsskydd – skydd mot regn och snö, 64

© Författaren och Studentlitteratur

Innehåll

3.3

3.4

3.2.4 Vindskydd – skydd mot utomhusluftens påverkan i värmeisoleringsskikten, 65 3.2.5 Luftläckageskydd - lufttäthet, 65 3.2.6 Tjälskydd – skydd mot frost, 66 Identifiering av klimatbelastningar, 66 3.3.1 Fuktkällor, 67 3.3.2 Värmekällor, 68 3.3.3 Luftrörelser och Lufttryck, 68 Metoder för dimensionering, 69 3.4.1 Fuktsäkerhetsprojektering, 69 3.4.2 Bedömning av resultaten, 70 3.4.3 Verifiering, 71 3.4.4 Kvantitativ bestämning, 71 3.4.5 Kvalitativ bedömning, 72 3.4.6 Beprövade lösningar, 72 3.4.7 Projektering och verifiering av energianvändningen, 73 3.4.8 Checklistor vid dimensioneringen, 73 3.4.9 Plan för byggnadsfysikalisk dimensionering, 74

4

Laster och gränsvärden , 77

4.1

Uteklimat, 77 4.1.1 Temperatur och fuktighet, 79 4.1.2 Vind och nederbörd, 86 4.1.3 Solstrålning, 92 4.1.4 Nattutstrålning, 97 4.1.5 Klimat i mark, 98 4.1.6 Tjäle och frostfritt djup i mark, 100 Inneklimat, 103 4.2.1 Temperatur och fuktighet, 103 4.2.2 Radon, 109 4.2.3 Andra luftföroreningar, 111 Ventilation och luftläckage – luftomsättning, 112

4.2

4.3

© Författaren och Studentlitteratur

Innehåll

4.4

4.8

Byggfukt och uttorkning, 114 4.4.1 Byggfukten, 114 4.4.2 Uttorkning av byggfukt, 117 Materials beständighet , 123 Normalt klimat i byggnadsdelar, 128 Energihushållning, 132 4.7.1 Byggnaders energibalans, 132 4.7.2 Förluster och tillskott i energibalansen, 133 4.7.3 Specifik energianvändning – gränsvärde, 137 4.7.4 Gränsvärde för genomsnittligt Um-värde, 139 4.7.5 Gränsvärde för eluppvärmning, 140 4.7.6 Gränsvärde för mindre byggnaders värmeisolering, 140 Lågenergihus – passivhus – NNE-hus, 143

5

Material – egenskaper och funktioner, 145

5.1 5.2 5.3

Funktionskrav att uppfylla, 146 Materialegenskaper – definitioner, 146 Materialskikt – funktioner, 148 5.3.1 Material som värmeisolering, 149 5.3.2 Material som vind- och lufttätning, 152 5.3.3 Material som diffusionsspärr, 153 5.3.4 Material som vattentätning, 154 5.3.5 Andra vanliga byggnadsmaterial, 155

6

Funktionskrav och utföranden, 159

6.1

Tak, 160 6.1.1 Kalltak , 163 6.1.2 Tak med begränsad ventilation – allmänt, 168 6.1.3 Parallelltak – tak med litet ventilationsutrymme, 169 6.1.4 Tak med litet vindsutrymme, 170 6.1.5 Kommentarer till tak som ventileras, 171 6.1.6 Kalltak som motflödestak , 175

4.5 4.6 4.7

© Författaren och Studentlitteratur

Innehåll

6.2

6.3 6.4

6.1.7 Varmtak , 176 6.1.8 Betongtak, 177 6.1.9 Lättbetongtak med utvändig värmeisolering, 179 6.1.10 Lättbetongtak med invändig värmeisolering, 179 6.1.11 Omvända tak och duo-tak, 181 6.1.12 Träullsplattak, 184 6.1.13 Plåttak, 185 Väggar, 187 6.2.1 Ytterfasad av olika material, 193 6.2.2 Lätta väggar, 196 6.2.3 Tunga väggar, 198 Fönster, 200 Grunder, 208 6.4.1 Golv på mark, 212 6.4.2 Källarväggar, 219 6.4.3 Krypgrunder, 224

7

Tillämpad värme, fukt och luft, 231

7.1

Lufttryck och luftrörelser i konstruktioner, 232 7.1.1 Lufttryck, 232 7.1.2 Luftflöden, 239 Värmetransport i konstruktioner, 242 7.2.1 Värmeledning, 242 7.2.2 Strålning, 250 7.2.3 Konvektion – värme, 257 7.2.4 Strålning och konvektion vid ytor – värmeövergångsmotstånd , 259 7.2.5 Ledning, strålning och konvektion i luftspalter – luftskikts värmemotstånd, 261 Värmeisolering i hus och konstruktioner, 263 7.3.1 Maximalvärde för genomsnittligt Um-värde, 263 7.3.2 Genomsnittlig värmegenomgångskoefficient Um, 264 7.3.3 Tjälfri grundläggning – värmeisolering, 285 7.3.4 Värmebalanser för ventilerade utrymmen, 286

7.2

7.3

© Författaren och Studentlitteratur

Innehåll

7.4

7.5 7.6

7.7

Energibehov och effektbehov, 294 7.4.1 Energibehov, 295 7.4.2 Effektbehov, 296 7.4.3 Tidskonstant, 296 Ekonomisk dimensionering, 297 Fukt i hus och konstruktioner, 303 7.6.1 Fukt i luft, 304 7.6.2 Fukt i material , 308 Fukttransport i konstruktioner, 312 7.7.1 Diffusion – ångtransport, 313 7.7.2 Kondensation och avdunstning vid ytor, 320 7.7.3 Konvektion – ångtransport, 324 7.7.4 Kapillärsugning – vattentransport, 325 7.7.5 Fuktbalanser för ventilerade utrymmen, 326

8

Beräkningsverktyg med resistanser, 333

8.1

Totalt värmemotstånd RT, 333 8.1.1 Byggnadsdelar med homogena materialskikt, 334 8.1.2 Byggnadsdelar med sammansatta materialskikt, 335 Temperatur- och fuktfördelning med hjälp av beräkningsschema, 345 8.2.1 Temperaturfördelning, 346 8.2.2 Ånghaltsfördelning – ej kondensrisk, 352 8.2.3 Ånghaltsfördelning – kondensrisk, 355 8.2.4 Ånghaltsfördelning genom tjock värmeisolering – kondensrisk, 361

8.2

9

Beräkningsverktyg med konduktanser, 365

9.1 9.2

Byggnaders värmeisolering, 365 Värmetransport genom klimatskärmen U-värde, 367 9.2.1 Konduktanser för olika typer av byggnadsdelar, 368 9.2.2 Byggnadsdelar med homogena materialskikt, 370

© Författaren och Studentlitteratur

Innehåll

9.5 9.6

9.2.3 Byggnadsdelar med sammansatta materialskikt, 371 9.2.4 Korrigering av värmegenomgångskoefficienten U, 379 9.2.5 Konduktans för golv på mark eller isolerad mark i krypgrunder, 380 Temperaturer, 383 9.3.1 Temperatur mitt under en platta på mark, 383 9.3.2 Golvtemperatur längs yttervägg, 386 9.3.3 Temperaturfördelning , 388 Fuktfördelning och kondensberäkning, 390 9.4.1 Ånghaltsfördelning – ej kondensrisk, 391 9.4.2 Ånghaltsfördelning – kondensrisk – uttorkning, 394 Uttorkning betongplattor och betongväggar, 397 Klimatskärmens lufttäthet, 400

10

Övningar, 403

9.3

9.4

10.1 Lufttrycksdifferenser, 404 10.2 Luftflöden, 406 10.3 Värmeledning, 407 10.4 Temperaturfördelningar, 410 10.5 Strålning, 413 10.6 Konvektion – värme, 415 10.7 Värmebalanser , 416 10.8 Totalt värmemotstånd RT, 417 10.9 Värmegenomgångskoefficient U, 424 10.10 Fukt i luft, 431 10.11 Fukt i material, 433 10.12 Diffusion – ångtransport, 434 10.13 Ånghaltsfördelning, 437 10.14 Kondensering och uttorkning, 443 10.15 Fuktkriterier och värmeisolering, 450 10.16 Konvektion – ångtransport, 455 10.17 Värme och Fuktbalans, 460 © Författaren och Studentlitteratur

Innehåll

Referenser och litteratur, 467 Bilagor, 473 I II III IV

Klimatdata, 473 Effektiv motstrålningstemperatur från himlavalvet, 486 Tjäldjup i mark, 487 Relativa strålningstal och konvektiv värmeöverföringskoefficient, 488 V Korrektioner för U-värdesberäkning, 489 VI U-värden för fönsters glasdel och fönsterspalters värmemotstånd, 492 VII Krypgrunders ventilation, 494 VIII Luftskikts värmemotstånd, 494 IX Materialskikts värmemotstånd, 495 X Jordarters värmemotstånd, 496 XI Deklarerad värmledningsförmågan ldekl för vanliga värmeisoleringsmaterial, 497 XII Deklarerad värmeledningsförmåga ldekl för andra vanliga byggnadsmaterial , 500 XIII Materials värmekapacitet, 502 XIV Byggfukt i material, 503 XV Ånggenomsläpplighet och ånggenomgångsmotstånd för material och skikt, 504 XVI Fuktjämvikt och sorptionskurvor, 506 XVII Mättnadsånghalt, 510 XVIII Konstruktionsexempel, 512 Sakregister, 523

© Författaren och Studentlitteratur

Nomenklatur

A

area (m²)

B

bredd (m)

c

specifik värmekapacitet (Ws/kgK, J/kgK)

cρ

volymetrisk värmekapacitet (Ws/m³K, J/m³K)

d

tjocklek (m)

g

tyngdaccelerationen (m/s²)

g

fuktflödestäthet (kg/m²s, g/m²s)

G

fukttillskott (kg/s)

G

fuktflöde (kg/s, g/s)

G

avgiven/upptagen fuktmängd (kg/m², g/m²)

G

avgiven/upptagen fuktmängd för hel yta (kg, g)

K

konduktans för värmeflöde (W/K)

K´

konduktans för fuktflöde (m³/s)

K

luftläckage (m³/m²Pa)

L

längd (m)

n

luftomsättning, ventilationsgrad (h-1, s-1)

ps

vattenångans mättnadstryck (Pa)

P

tryck (Pa)

q

värmeflödestäthet (W/m²)

Q

värmeflöde (W)

Q

värmemängd (Wh, J,) 1)

© Författaren och Studentlitteratur

11

Nomenklatur

R

värmemotstånd (m²K/W, m²°C/W)

RT

totalt värmemotstånd (m²K/W, m²°C/W)

Rse

yttre värmeövergångsmotstånd (m²K/W, m²°C/W)

Rsi

inre värmeövergångsmotstånd (m²K/W, m²°C/W)

Ra

luftflöde (m³/s)

r

ångbildnings- och kondensationsvärme (Ws/kg)

t

tid (s, h)

T

temperatur (°C, K)

Tekv

ekvivalent temperatur (°C, K)

T

operativ temperatur (°C, K)

Te

utetemperatur (°C, K)

Ti

innetemperatur (°C, K)

Tsat

daggtemperatur (°C, K)

Ts

yttemperatur (°C, K)

Tse

utvändig yttemperatur (°C, K)

Tsi

invändig yttemperatur (°C, K)

op

ΔTår värmeförbrukningstal, gradtimmar per år (Kh/år) u

fuktkvot (kg/kg)

U

värmegenomgångskoefficient (W/m²K, W/m²°C)

Ψ

linjär värmegenomgångskoefficient (W/mK)

Χ

punktformig värmegenomgångskoefficient (W/K)

v

vindhastighet (m/s)

v

ånghalt, fukthalt (kg/m³)

vs

mättnadsånghalt (kg/m³)

ve

ånghalt ute (kg/m³)

vi

ånghalt inne (kg/m³)

V

volym (m³)

w

fukthalt (kg/m³)

Z

ånggenomgångsmotstånd (s/m)

12

© Författaren och Studentlitteratur

Nomenklatur

α

absorptions (-)

αe

yttre värmeöverföringskoefficient (W/m²K, W/m²°C) 2)

αi

inre värmeöverföringskoefficient (W/m²K, W/m²°C) 2)

αc

värmeöverföringskoefficient för konvektion (W/m²K, W/m²°C) 2)

αr

värmeöverföringskoefficient för strålning (W/m²K, W/m²°C) 2)

αsol

absorptans för kortvågig solstrålning (-)

β

ångövergångskoefficient (m/s)

δ

ånggenomsläpplighet (m²/s)

ε

relativt strålningstal för långvågig strålning (-)

εö

ömsesidigt strålningstal (-)

λ

värmeledningsförmåga, värmekonduktivitet (W/mK, W/m°C)

λdekl deklarerad värmeledningsförmåga, värmekonduktivitet λber

beräkningsvärde för värmeledningsförmåga, värmekonduktivitet

μ

dynamisk viskositet (kg/ms)

ρ

densitet (kg/m³)

ρ

reflektans (-)

σ

Stefan Boltzmanns konstant (W/m²K4)

τ

transmittans (-)

τ

tidskonstant (h)

ϕ

relativ ånghalt, relativ fuktighet, RÅ, RF, RH (-, %)

Δ

beskriver differenser, exempelvis temperaturskillnad ΔT, ånghaltsskillnad Δv etc.

1)

För värmemängd (Ws, J) används samma beteckning Q som för värmeflöde Q (W), vilket gör att sammanhanget får utvisa vad som avses.

2)

Alternativ benämning är värmeövergångskoefficient

© Författaren och Studentlitteratur

13

Nomenklatur

Grundenheter i SI-systemet: längd massa tid temperatur

meter kilogram sekund kelvin

(m) (kg) (s) (K)

Härledda enheter: kraft tryck energi effekt frekvens

newton pascal joule watt hertz

(N) (Pa) (J) (W) (Hz)

temperatur grad Celsius (°C)

1 N = 1 kg·m/s² 1 Pa = 1 N/m² 1 J = 1 Nm 1 W = 1 J/s 1 Hz = 1/s 1 °C = 1 K

Tilläggsenheter för volym och tid: liter minut timme dygn

(l) (min) (h) (d)

1 l = 1 dm³ 1 min = 60 s 1 h = 60 min 1 d = 24 h

Prefix: T G M k m μ n

tera giga mega kilo milli my nano

1012 109 106 103 10-3 10-6 10-9

Namn och uttal för beteckningar med grekiska bokstäver

α alfa [alfa] ε epsilon [e psilon] ρ rho [ro:]

β beta [bε:ta] λ lambda [lambda] σ sigma [si:gma]

δ delta [delta] μ my [my:] τ tau [tau] ϕ fi [fi:]

Δ Delta [delta]

Χ Chi [chi:]

Ψ Psi [psi:]

14

© Författaren och Studentlitteratur

Nomenklatur

Omvandlingsenheter: Tryck P

(Pa)

ersätter tryck/påkänning p (kp/cm²) 1 kp/cm² =98066 Pa, 10 kp/cm² ≈1 MPa ≈1 N/mm² 1 mm vp (mm vattenpelare) =9,81 Pa 1 mm Hg (torr) =133,3 Pa, 1 bar =105 Pa 1 atm (normalatmosfär) =101325 Pa 3 Fukthalt w (kg/m ) ersätter fuktprocent (%) Fuktkvot u (kg/kg) ersätter viktprocent fukt (%) Ånghalt v (g/m3) ersätter ångtryck p (mm Hg) vid ångmättnad och följande temperaturer gäller 0°C: 4,58 mmHg motsvarar 4,85 g/m3 (3,78 kg/kg) 10°C: 9,21 mmHg ” 9,41 g/m3 (7,64 kg/kg) 20°C: 17,54 mmHg ” 17,28 g/m3 (14,69 kg/kg) Ånggenomsläpplighet δ (m ²/s) ersätter fuktdiffusionstal k d (g/m²mmHg) Temperatur T 0°C = 273,13K, 1°C = 1K Energi Q (Wh) ersätter energi P (cal) Joule=Ws ersätter kalori (cal), 1 kcal=4187 J, 1 kWh =3,6 ·106 J Effekt Q (W) ersätter effekt W (kcal/h), 1 kcal/h =1,163 W Värmeledningsförmåga, värmekonduktivitet λ (W/mK, W/m°C) ersätter värmeledningstal λ (kcal/mh°C) 1 kcal/mh°C =1,163 W/mK, W/m°C Värmeflödestäthet q (W/m2) ersätter värmeflöde q (kcal/m2h) 1 kcal/m2h =1,163 W/m2 Värmeöverföringskoefficient α (W/m²K, W/m²°C) ersätter värmeövergångstal α (kcal/m²h°C) 1 kcal/m²h°C =1,163 W/m²K, W/m²°C Värmegenomgångskoefficient U (W/m²K, W/m²°C) ersätter värmegenomgångstal k-värde (kcal/m²h°C) 1 kcal/m²h°C =1,163 W/m²K, W/m²°C Värmemotstånd R (m2K/W, m²°C/W) ersätter värmemotstånd M, m (m2h°C/kcal) 1 m2h°C/kcal = 0,8598 m2K/W, m2°C/W Värmemotstånd R m²K/W ersätter värmemotstånd (M-värde, m-värde) 1 m²h°C/kcal = 0,85985 m²°C/W, m²K/W © Författaren och Studentlitteratur

15

Förord

Föreliggande bok behandlar tillämpningen av byggnadsfysikens värme, fukt och luftfunktion i husbyggnader och i dess olika delar såsom tak, väggar och grunder.

Boken är skriven för civilingenjörsutbildningen och högskoleingenjörsutbildningen vid landets universitet och högskolor. Bokens inriktning mot att skapa förståelse för de byggnadsfysikaliska problemen speciellt fuktsäkerhet och energieffektivitet och därav formulera principlösningar och utföranden gör den lämplig att också användas som byggnadsteknisk handbok för arkitekter, konsulter och fastighetsförvaltare.

Materialet i boken är huvudsakligen sammanställt från tidigare skrivna kompendier som använts inom civilingenjörsutbildningen och högskoleingenjörsutbildningen vid Chalmers Tekniska Högskola i Göteborg. Med hänsyn till de olika utbildningsprogrammen är en del av kapitlen skrivna i första hand för respektive utbildning. Sålunda är kapitlet Beräkningsverktyg med konduktanser i första hand skrivet för civilingenjörsutbildnigen, medan kapitlen Tillämpad värme, fukt och luft och Beräkningsverktyg med resistanser samt Övningar i första hand är skrivna för högskoleingenjörsutbildningen och motsvarande kandidatprogram. Delar i kapitlen kan dock med fördel användas i båda utbildningsprogrammen. Övriga kapitel är mer gemensamma för de olika utbildningarna och kan studeras utifrån de olika kursernas uppläggning.

I civilingenjörsutbildningen utgör den här boken den tillämpade delen i ämnet byggnadsfysik, som tillsammans med grundläggande teoribeskrivning i boken Introduction to Building Physics av professor Carl-Eric Hagentoft vid institutionen för byggnadsfysik Chalmers, utgör ämnets kurslitteratur.

I högskoleingenjörsutbildningen och motsvarande kandidatprogram utgör boken däremot både teoridel och tillämpningsdel för byggnadsfysiken

© Författaren och Studentlitteratur

17

inom ämnet byggnadsteknik. Genomgången av de olika momenten varvas här med enkla beräkningsexempel och avslutas med ett övningskapitel med uppgifter och lösningar.

Bokens målsättning är att skapa kunskap om byggnaders fukt- och värmefunktion och utnyttja denna praktiskt vid projektering, dimensionering och utförande. Beskrivningen utgår därför från generella funktionskrav som hälsosam innemiljö och god komfort, energihushållning och beständighet och hur byggnaders olika konstruktioner och detaljer bör utformas och dimensioneras med hänsyn till belastningar, materialegenskaper och andra byggnadstekniska funktionskrav.

Här aktualiseras också begreppet byggnadsfysikalisk dimensionering som innebär flera viktiga moment under hela byggprocessen. Betydelsefulla delar är därvid att kvalitativt bedöma konstruktioner och kvantitativt bestämma deras funktion, likaväl som att analysera och förstå redan tidigare befintliga lösningar. För kvalitetskontroll föreslås checklistor att vara bra redskap vilka systematiskt följs upp och tryggar för god framtida fuktsäkerhet och energieffektivitet i byggnaden.

Då denna upplaga är den första som sammanställts från tidigare kompendiematerial tar jag gärna emot synpunkter på såväl innehåll och upplägg som layout och skrivning för att så bra som möjligt tillgodose de behov som finns för kommande upplagor.

Göteborg i oktober 2001 Bengt-Åke Petersson

18

© Författaren och Studentlitteratur

Förord till andra upplagan

Syftet med denna revidering är att i första hand beskriva byggnaders värme och fuktfunktion utifrån de nya normer som nu gäller i Sverige enligt SS-EN ISO European Standard, samt att i övrigt komplettera innehållet med hänsyn till synpunkter som kommit in under de tre åren boken har använts.

När det gäller dimensionering av byggnaders värmeisolering är dessa nya normer anpassade till svenska förhållanden för att inte isoleringsnivån ska försämras. I praktiken innebär det att kraven har ökat något medan beräkningsmodellen för dimensionering har gjorts generösare.

För vidare bearbetning tar jag gärna emot idéer och synpunkter på bokens innehåll och upplägg.

Göteborg i augusti 2004 Bengt-Åke Petersson

© Författaren och Studentlitteratur

19

Förord till tredje upplagan

Då den tillämpade byggnadsfysiken utgör en väsentlig del inom husbyggandet är det angeläget att så tidigt som möjligt sprida kunskap om nya vetskaper och tillämpningar som kan nyttiggöras i den undervisningsoch informationsverksamhet som denna bok är avsedd för.

Medan förra revideringen var en första anpassning till nya normer om byggnaders värmeisolering utifrån Europeisk Standard, är denna revidering en anpassning till den nya helhetssyn på byggnaders energianvändning som ligger i linje med EU:s direktiv om Energy Performance of Buildings.

Från att tidigare ha värmeisoleringskrav på enskilda byggnadsdelar ligger nu kraven på all den energianvändning som har med värmeförlusterna att göra för hela husbyggnaden med dess olika byggnadsdelar, installationer och elanvändning. Detta är naturligtvis ett mycket bättre sätt att reglera energihushållningen då det öppnar upp för nya inovativa lösningar på såväl byggnaden och dess installationer och apparater, som för de boendes beteenden och levnadssätt med hänsyn till besparing och hushållandet med energin.

Den nya energinormen medför ingen generell skärpning av energihushållningskraven mer än att man rekommenderas att verifiera energiförbrukningen. Skärpning av kraven kan dock förväntas komma senare.

För övrigt är bokens innehåll huvudsakligen oförändrat förutom några smärre justeringar och tillägg.

För vidare bearbetning tar jag gärna emot idéer och synpunkter på bokens innehåll och upplägg.

Göteborg i juni 2007 Bengt-Åke Petersson

20

© Författaren och Studentlitteratur

Förord till fjärde upplagan

Denna fjärde version av boken Tillämpad byggnadsfysik uppdaterar Boverkets senaste revideringar i byggnormen om skärpta regler för kvalitetssäkring av byggnaders energianvändning och fuktsäkerhet. Därmed är det möjligt att tydligare formulera anvisningar för projektering och verifiering av såväl energistatus som fukttillstånd.

I övrigt har en del smärre justeringar och förtydliganden gjorts i syfte att göra materialet mer korrekt och lättillgängligt för läsaren.

För vidare bearbetning tar jag gärna emot idéer och synpunkter på bokens innehåll och upplägg – maila gärna uppdateraboken@gmail.com.

Göteborg i juni 2009 Bengt-Åke Petersson

© Författaren och Studentlitteratur

21

Förord till femte upplagan

Denna femte revidering av Tillämpad byggnadsfysik uppdaterar nya skärpta funktionskrav om energianvändningen i våra husbyggnader enligt Boverkets senaste byggregler.

Vad gäller energikraven avser de nu med tidigare kompletteringar ligga i nivå med vad som anses vara rimligt med hänsyn till dagens bygg- och energikostnader, även om reglerna ger utrymme för ytterligare hushållning med energin.

Samtidigt är en del smärre justeringar och förtydliganden gjorda i texten för att göra materialet mer korrekt och lättillgängligt för läsaren.

För vidare bearbetning tar jag tacksamt emot synpunkter och idéer på bokens innehåll och upplägg – maila gärna uppdateraboken@gmail.com.

Göteborg i augusti 2013 Bengt-Åke Petersson

22

© Författaren och Studentlitteratur

3 Byggnadsfysikalisk dimensionering

3.1 Aktiv del i hela byggprocessen Inom byggnadstekniken liksom inom andra tekniska områden används begreppet dimensionering för att med hjälp av olika metoder utforma olika tekniska lösningar. För att speciellt säkerställa den värme- och fukttekniska funktionen för en byggnads klimatskärm är det oftast nödvändigt att genomföra en fullständig byggnadsfysikalisk dimensionering.

Denna byggnadsfysikalisk dimensionering definierar sådana åtgärder i byggprocessen som ska bidra till för byggnaden y y y y

god innemiljö och god komfort låg energiförbrukning god beständighet rimlig miljöbelastning

samt att byggnaden inte får skador eller olägenheter som direkt eller indirekt orsakas av y fukt y luft eller y temperaturförhållanden För husbyggnader kan man konstatera att byggnadsfysiken påverkar hela byggnadsprocessen, från byggherrens tidiga planering till förvaltningen © Författaren och Studentlitteratur

59

3 Byggnadsfysikalisk dimensionering

och driften av byggnaderna. Det är därför oerhört viktigt att den byggnadsfysikaliska dimensioneringen finns med redan tidigt i byggprocessen, där den kan innebära värdering och beräkningar för alternativa tekniska lösningar och innovationer, värdering av kvaliteter, samt även kommunikationer mellan olika aktörer.

BYGGPROCESSEN FÖRVALTNINGSPROCESSEN

utredning produktbestämning produktframställning

PRODUKTBESTÄMNING programskede projekteringsskede

PROJEKTERINGSSKEDE förslagshandlingar huvudhandlingar bygghandlingar

Viktigt ! att den byggnadsfysikaliska dimensioneringen finns med tidigt i byggprocessen

Figur 3.1 Genom att aktivt medverka för korrekta värme- och fukttekniska lösningar skapas förutsättningar för sunda byggnader med lång brukstid.

Många allvarliga problem som påverkar komfort och hälsa hos de personer som vistas i byggnader kan härledas till bristande byggnadsfysikalisk funktion. Den primära orsaken kan vara bristande kunskaper om material och konstruktioner eller produktionsmetoder som medfört ur byggnadsfysikalisk synpunkt felaktiga val av material och utföranden. Det kan också vara ändrade brukarvanor hos de boende, eller förändrade användningar av byggnaderna, vilket förändrat förutsättningarna för värme, fukt och luft i byggnaderna och dess konstruktioner. En tidig byggnadsfysikalisk analys och bedömning skulle sannolikt påvisa funktionen och möjliggöra korrekta utföranden i såväl nybyggnader som ombyggnader och andra förändringar i befintliga hus.

60

© Författaren och Studentlitteratur

3.1 Aktiv del i hela byggprocessen

Exempel på byggnadsfysikaliska överväganden för olika utförandealternativ I upphandlingsskedet: y önskemål om god ljudisolering kan kräva tjockare betongplattor, som i byggskedet ger större fuktinnehåll och därmed längre torktider y önskemål om kort byggperiod kan ge otillräcklig uttorkning y val av lätt eller tung stomme kan påverka förutsättningarna för passiv solvärme, nattsänkning etc.

I projekteringsskedet: y val av konstruktionslösning, exempelvis ventilerande eller massiva konstruktioner y val av olika ångtäta skikt, olika material med olika fuktlagringsegenskaper, etc. y den termiska isoleringens utförande som kan göras på olika sätt och därmed göra det mer eller mindre känsligt för fuktpåverkan och nedsatt funktion I produktionsskedet: y olika förutsättningar för uttorkning av byggfukt för vinterbyggen respektive sommar/höstbyggen y dyrare betong liksom vakuumbehandling reducerar torktiden y material som klassas som utbytbara kan i själva verket ha mycket olika egenskaper vad gäller fukt, lufttäthet och motsvarande, vilket förutsätter precisering av de byggnadsfysikaliska egenskaperna lika väl som underhandskontakter med konstruktören Även i driftsskedet är det viktigt att vara medveten om byggnadens byggnadsfysikaliska funktion vad gäller värme, fukt- och luftförhållanden.

Speciellt bör uppmärksammas: y förändringar i användandet av byggnaden eller i brukarnas vanor, vilket kan förändra fuktförhållanden med fuktskador som följd y minskad ventilation i självdragsventilerade hus kan öka fuktbelastningen skadligt mycket

© Författaren och Studentlitteratur

61

3 Byggnadsfysikalisk dimensionering

y förändring av ventilation eller ventilationssystem och lufttäthet i byggnaden medför oftast andra lufttrycksförhållanden över byggnadskonstruktionen med risk för luftläckage och fuktskador y reparationer och renoveringsarbeten medför ofta ändrade förutsättningar för värme-, fukt- och luftförhållanden, vilket måste särskilt beaktas och nödvändiga byggnadstekniska åtgärder vidtas för att säkerställa konstruktionens byggnadsfysikaliska funktion.

3.2 Funktionskrav att uppfylla En byggnadsfysikalisk dimensionering är ett behövligt tillvägagångssätt för att skapa förutsättningar för väl fungerande byggnader som uppfyller de funktionskrav och mål om utnyttjande och drift som beskrivits ovan.

För att uppnå dessa funktionsmål, vilka naturligtvis mer eller mindre beror av varandra, måste också ett antal krav om delfunktioner uppfyllas.

Genom att formulera varje delfunktionskrav så att det svarar mot en viss typ av de olika klimatbelastningarna, kan man med en byggnadsfysikalisk dimensionering systematiskt ta hänsyn till alla former av klimatbelastningar som förekommer i praktiken.

Dessa funktionskrav kan formuleras var för sig på följande sätt, även om man måste inse att de på intet sätt är oberoende av varandra i den sammanhållna konstruktionen och byggnaden. y y y y y y

Fuktskydd Värmeskydd Nederbördskydd Vindskydd Luftläckageskydd Tjälskydd

3.2.1 Fuktskydd – skydd mot vattenånga och vatten Med fuktskydd avses material eller materialskikt som tar hand om förekommande fuktbelastning i form av vattenånga och fritt vatten på sådant sätt, att fuktskador inte uppstår och konstruktionens funktion i 62

© Författaren och Studentlitteratur

3.2 Funktionskrav att uppfylla

övrigt inte äventyras (exempelvis så att inte värmeisoleringsmaterialet blir fuktigt eller vått och därav reducerar sin värmeisoleringseffekt).

Fuktskyddet måste därmed undanröja risken för skadlig påverkan från ångtransport och vattentransport enligt följande y y y y

fuktkonvektion fuktdiffusion kapillärsugning byggfukt

y gravitation

exempel på åtgärd: lufttäthet, lufttäta skikt exempel på åtgärd: diffusionstäta skikt exempel på åtgärd: kapillärbrytande skikt exempel på åtgärd: bygg torrt, tillräckliga torktider alternativt vacuumsugning av betong exempel på åtgärd: vattenavledning från konstruktionen.

Ett fuktskydd kan även utgöras av fuktlagrande material i konstruktionen som medger uppfuktning och därefter uttorkning i tillräcklig grad för att bära tillfälliga fuktbelastningar. Sådan fuktbuffring kan huvudsakligen ske för dygnsvisa variationer.

Utöver alternativen med fuktskyddande skikt och material kan fuktskydd skapas med hjälp av värmeisolerande material, vilket finns eller placeras på sådant sätt i konstruktionen att dess fuktförhållanden gynnas, normalt genom att konstruktionen hålls varmare. Exempelvis medför utvändig värmeisolering av en byggnadsstomme varmare och därmed torrare material i stommen än med invändig isolering.

3.2.2 Värmeskydd – skydd mot oönskad värmetransport Med värmeskydd avses värmeisolerande material i konstruktionen som rätt inbyggt tillsammans med övriga material ger tillräcklig värmeisoleringseffekt med hänsyn till önskad energihushållning och komfortabel och hälsosam inomhusmiljö.

Värmeskydd för en konstruktion innebär att minimera värmetransporterna ledning, strålning och konvektion genom att y eliminera ofrivillig ventilation – infiltration exempelvis: god lufttäthet i konstruktionens alla delar och anslutningar

© Författaren och Studentlitteratur

63

3 Byggnadsfysikalisk dimensionering

y skydda mot transmissionsförluster – köldbryggor exempelvis: tillräcklig värmeisolering så homogent som möjligt med ett minimun av köldbryggor y skapa förutsättningar för tillräckligt höga yttemperaturer exempelvis: eliminering av köldbryggor, tillräcklig värmeisolering y undvika störningsrisk för värmeisoleringen på grund av luftrörelser och vätskerörelser exempelvis: lufttäta skikt, ång- och vattentäta skikt Värmeskydd kan dessutom skapas då konstruktionen till viss del kan utjämna termiska dygnsvariationer eller dämpa tillfälliga temperaturändringar genom y värmelagringsegenskaper exempelvis: tung stomme eller andra tunga material och beklädnader y byggnadens respons på köldknäppar, värmeböljor, driftsavbrott, etc. exempelvis: tung stomme eller andra tunga material och beklädnader

3.2.3 Nederbördsskydd – skydd mot regn och snö Med nederbördsskydd avses ett eller flera materialskikt på yttertak och ytterväggar inklusive markkonstruktioner, som tar hand om regn och slagregn och annan nederbörd i form av snö, så att det inte tränger in i konstruktionerna och medför skador.

Nederbördsskydd innebär att eliminera skaderisker som följd av nederbörd genom att y utestänga regn och snö från konstruktionen - vattenavledning med vattentäta tätskikt eller konstruktioner exempelvis: enskiktstäckning resp. takpannor på underlagstäckning - avleda vattnet från byggnaden exempelvis: häng- och takrännor med avledning - avleda yrsnö att ta sig in på kallvinden via takfotsöppningar exempelvis: horisontell vindavledare vid takfot utefter fasaden y acceptera nedfuktning och uttorkning av fukttåligt och frostresistent material, eventuellt med bakomvarande luft- och dräneringsspalt exempelvis: skalmur av fasadstenstegel, lättbetongväggar eller fasadputs

64

© Författaren och Studentlitteratur

3.2 Funktionskrav att uppfylla

y skydda fasadmaterial mot skvättande regnvatten från mark exempelvis: avsluta träpanelbrädor tillräckligt högt ovanför marken y dränering för markkonstruktioner exempelvis: dränerande markmaterial och dräneringsledningar

3.2.4 Vindskydd – skydd mot utomhusluftens påverkan i värmeisoleringsskikten Med vindskydd avses materialskikt som förhindrar påtvingade luftrörelser från vindtryck och därmed konvektionsvärmeförluster i värmeisoleringsmaterial i konstruktioner.

Vindskydd skapas genom att y applicera vindskyddande materialskikt på luftgenomsläppliga värmeisoleringsmaterials ytor där lufttrycksdifferenser kan tänkas förekomma exempelvis: vindtät skiva mot mineralullsisolering i ventilerande luftspalt y täta utvändigt förekommande fogar och otätheter mellan byggdelar och i anslutningar exempelvis: tätning av fogarna mellan förtillverkade byggelement, täta otätheter i anslutningarna mellan olika byggnadsdelar

3.2.5 Luftläckageskydd - lufttäthet Med luftläckageskydd eller som det ofta benämns lufttäthet avses att konstruktionen är så lufttät med hänsyn till normalt förekommande lufttrycksdifferenser att luftläckaget är så ringa att det inte medför någon konvektionsfukt från inomhusluften till konstruktionens inre delar som kan förorsaka fuktskador.

Lufttäthet skapas genom att y förse konstruktioners hela insida inkl. anslutningar med ett lufttätt skikt exempelvis: heltäckande lufttät folie eller papper på träregelkonstruktioner y konstruktionen är helgjuten eller tät murad utan sprickor och otätheter exempelvis: platsgjuten betongkonstruktion, murade konstruktioner

© Författaren och Studentlitteratur

65

3 Byggnadsfysikalisk dimensionering

y konstruktionens insida tätas i förekommande skarvar exempelvis: tätning av fogarna mellan förtillverkade betong- eller lättbetongelement, speciell tätning mellan olika byggnadsdelar

3.2.6 Tjälskydd – skydd mot frost Med tjälskydd avses att undanröja risken för skador på byggnader som följd av tjällyftning i marken. Tjäle är då marken med sitt markvatten fryser till is och expanderar och marken häver sig över normal nivå.

Tjälen tränger ner olika djupt i olika delar av landet beroende på klimatet.

Tjäle kan förorsaka sprickor och andra sättningsskador i byggnader som följd av tjällyftning och tjällossning.

Tjälskydd kan skapas genom att y tillföra undergrunden tillräcklig värme exempelvis: begränsa värmeisoleringen under grundplattan y minska värmeförlusterna från marken runt byggnaden exempelvis: öka markisoleringen runt byggnaden y grundlägga byggnaden på tjälofarlig mark alternativt på frostfritt djup i marken exempelvis: grus och sten är ej tjälfarliga material, frostfritt djup i marken varierar i landet från cirka 1,1 m i söder till 2,5 m längst i norr

3.3 Identifiering av klimatbelastningar De klimatbelastningar som verkar på byggnader och byggnadskonstrukioner härrör både från utomhusklimatet och inomhusklimatet. Inomhusklimatet är dessutom en funktion av utomhusklimatet. För konstruktioner mot mark utgör markens värme- och fuktegenskaper och vatteninnehåll dess klimatiska påverkan.

Klimatets olika delbelastningar är också beroende av varandra, exempelvis sjunkande lufttemperatur som medför ökande fuktighet som i sin tur kan leda till kondens på eller i konstruktioner, fuktrörelser och dimensionsförändringar etc. Likaså kan samtidiga olika delbelastningar medföra svårare total klimatisk belastning på konstruktioner, exempelvis då regn

66

© Författaren och Studentlitteratur

3.3 Identifiering av klimatbelastningar

förekommer i samband med vind vilket medför slagregn. Slagregn är en betydligt svårare klimatbelastning än enbart regn.

Längre fram i boken är beskrivet och kvantifierat olika typer av klimatbelastningar, såsom temperatur och fuktighet, vind och regn, solstrålning, klimat i mark, inneklimat, byggfukt, etc.

När det gäller konstruktioners reaktion på klimatpåverkan är det dessutom så att den beror både på klimatpåverkans art och intensitet och på materialens och konstruktionens egenskaper och uppbyggnad, vilket har betydelse för val av material och konstruktionsutformningar.

För att skapa översikt över de olika typerna av klimatbelastningarna, delas de upp i nedanstående tre huvudgrupper, vilka definieras under följande rubriker nedan. y fuktkällor y värmekällor y luftrörelser och lufttryck

3.3.1 Fuktkällor Med fuktkällor menas sådana belastningar som har med vatten och vattenånga att göra, såsom y y y y y

nederbörd (regn, snö, hagel) luftfukt (inomhus, utomhus) markfukt byggfukt läckage

Nederbörden avser regn, snö eller hagel ofta men inte alltid i samband med mer eller mindre hård vind.

Luftfukten avser vattenångan såväl i inomhusluften som i utomhusluften.

Markfukten avser såväl markvatten som vattenångan i marken.

Byggfukten är normalt den mängd vatten och vattenånga som efter nybyggnad ska lämna materialen och konstruktionen tills fuktjämvikt

© Författaren och Studentlitteratur

67

Boken är skriven i första hand för civilingenjörsutbildningen och högskoleingenjörsutbildningen vid högskolor och universitet. Avsikten är att skapa en reell förståelse för den byggnadsfysikaliska funktionen, speciellt med sikte på hållbar fuktsäkerhet och god energieffektivitet, och därav formulera principlösningar och väl fungerande utföranden. Boken lämpar sig därför också väl som referens- och handbok för yrkesverksamma ingenjörer, arkitekter och fastighetsförvaltare.

byggnadsfysik

Denna bok behandlar tillämpningen av byggnadsfysikens värme, fukt och luft i husbyggnader och dess väggar, tak och grunder, ­anpassad till nya svenska normer och EU:s direktiv om husbyg­gande, energihushållning och beständighet. Boken går igenom byggnadsfysikalisk dimensionering och hur den utifrån formulerade funktionskrav, belastningar och beräkningar leder fram till korrekta och funktionsdugliga konstruktionslösningar, där övergripande mål som ­komfort, hälsa, energieffektivitet och god beständighet tas tillvara.

Teori och beräkningar är anpassade till både kretsanalys och konventionell motståndsberäkning. I boken erbjuds också ett stort antal övningar med fullständiga lösningar.

| Tillämpad

Tillämpad byggnadsfysik

Bengt-Åke Petersson

Bengt-Åke Petersson är associate professor i husbyggnadsteknik och byggnadsfysik vid Chalmers Tekniska Högskola och har lång erfarenhet av forskning och undervisning inom dessa områden.

Till ämpad byggnadsfysik

Femte upplagan

Bengt-Åke Petersson Art.nr 7789 5:e uppl.

www.studentlitteratur.se

978-91-44-09647-6_01_cover4.indd 1

2013-09-24 08.18