Värmelagring i byggnader : Kan en god värmelagringsförmåga kompensera ett högt U-värde?

Sammanfattning: Idag bor ungefär en tredjedel av jordens befolkning i hus som är byggda av lera. I Sverige byggs det endast i liten skala med detta byggmaterial och då främst i egen regi. De människor som sysslar med detta tror att leran har goda egenskaper som byggnadsmaterial, bland annat en god värmelagringsförmåga. När det idag byggs hus sätts stort fokus på att husens U-värden ska vara så låga som möjligt medan man bortser ifrån konstruktionens värmelagringsförmåga. En massiv lervägg utan isolering får ett högt U-värde, vilket man idag vill undvika. I BBR ställs krav på en byggnads energiförbrukning och på ett U-medelvärde för dess klimatskal. I detta arbete undersöktes det om leran har såpass goda egenskaper vad gäller värmelagring att det kan kompensera för dess höga U-värde och se hur värmelagringsförmågan och värmeledningen samverkar. Syftet var att se om det är möjligt att bygga ett hus med lerväggar i Sverige som klarar BBR:s krav på energihushållning och målet var att redovisa en vägg av lera som klarar detta. För att värmelagringen ska fungera krävs i huvudsak två saker; bra värmelagringsförmåga i klimatskalet och att inomhustemperaturen svänger. Svängning i temperaturen inomhus uppkommer av så kallad gratisvärme från personer, hushållsapparater och solinstrålning. Under de delar av dygnet då gratisvärmen är stor kommer det att bli ett överskott av energi. Meningen är att väggarna ska ta upp den energin och lagra den till ett tillfälle då det är kallare inne och då avge den. På detta sätt görs en energibesparing samtidigt som komforten ökar i och med att temperatursvängningarna dämpas. De tillfällen då väggen är varmare än inomhustemperaturen kommer energi att avges från väggen. Mängden av denna energi kallas värmetröghet och har enheten kJ/m². För att få fram denna energimängd användes en fördjupad metod inom värmelagring. Metoden går ut på att väggen delas in i flera skikt och värmetransporterna mellan varje skikt räknas ut. I och med denna förflyttning av energi så kommer temperaturen i varje skikt att ändras. Dessa beräkningar görs på 24 timmar jämnt uppdelat i tidssteg. I de fallen då det finns en värmetröghet kommer temperaturen i det innersta skiktet vid ett eller flera tidssteg att överskrida inomhustemperaturen, och därmed avge energi. Energin från de olika tidsstegen summeras för att få den totala värmetrögheten. Dessa beräkningar gjordes i Excel. Den andra delen, förutom värmelagring, som är viktig i dessa energiberäkningar är U-värdet. Även detta räknades ut i Excelprogrammet. För att se hur U-värde och värmetröghet samverkar räknades energiförbrukningen ut för ett hus där väggkonstruktionen varierades. Genom att hålla alla värden konstanta utom just värmetrögheten och U-värdet kunde skillnader observeras. Den konstanta indatan skapades genom att anta en fiktiv villa som motsvarar en svensk ”medelvilla”. Data för denna byggnad matades sedan in i ett energiberäkningsprogram, gjort av Jens Beiron, för att få fram dess årliga energiförbrukning. Dessa resultat jämfördes sedan med det norra och södra kravet på energihushållning som ställs i BBR. Två fall sattes upp, i det första fallet gjordes en jämförelse mellan en massiv lervägg och en träregelvägg. Det andra fallet gick ut på att optimera lerväggen (isolera), om denna inte skulle klara BBR:s krav vad gäller energihushållning. Resultatet från fall 1 visade att en massiv lervägg inte skulle klara kravet om den inte hade en tjocklek på 1800mm (norra zonens krav) och 4800mm (södra zonens krav). Väggen behövde en tjocklek på minst 720mm för att överhuvudtaget ge tillbaka värme till rummet. Träregelväggen däremot klarade kravet med en isoleringstjocklek av 500mm (södra zonens krav) och 200mm (norra zonens krav). För att ge tillbaka värme behövde väggen ha en isoleringstjocklek på 250mm. I fall två testades en lervägg med 100mm cellplast och 200mm cellplast med den sammanlagda väggtjockleken på 400mm i båda fallen. Värmetrögheten var god i båda fallen så länge inte isoleringen sattes på insidan av väggen då den bidrog till att ingen värme kunde transporteras in i konstruktionen. Den varianten med 100mm isolering klarade den norra zonens krav medan den med 200mm isolering även klarade det södra kravet. Av resultaten kunde man se att en konstruktion måste ha ett någorlunda lågt U-värde för att kunna lagra värme från ett tillfälle till ett annat. Detta beroende på att värmegenomgångsmotståndet annars blir så pass litet att värmen istället transporteras rakt igenom väggen. En massiv lervägg skulle under detta arbetes förutsättningar inte klara kraven. En isolerad lervägg skulle däremot kunna göra det. Träregelväggen får ett lågt U-värde men låg värmetröghet medan den isolerade lerväggen får ett högre U-värde fast hög värmetröghet samtidigt som båda dessa klarar kraven. Detta visar att värmetrögheten faktiskt kan kompensera ett lägre U-värde.