Byggnadsfysik

Installationsteknik

Funktionskrav

Sedan den 1 juli 1996 gäller vid ombyggnad Boverkets ändringsråd (BÄR 96), som i första hand talar om varsamhet. BBR gäller alltså inte generellt utan "så långt det är möjligt". För övningens skull förbiser jag till viss del detta varsamhetskrav.

BBR anger som minimiluftflöde 0,35 l/s^.m². Dimensionerande flöde blir däremot en bit högre. För skolor och daghem föreskrivs ett luftflöde om minst 8 l/s per person. Med en normal grupp bestående av 15 barn och två personal på bottenvåningens 60 m² blir det 136 l/s. Det skapar ett ventilationsbehov av ca 1,8 oms/h, i första hand baserat på hygienkrav. Vid omsättningar högre än 0,6 oms/h fordras förvärmning av inblåsningsluften varför ett FTX-system behövs.

I lokaler avsedda för barnverksamhet fordras en golvtemperatur på minst 20 °C.

Energihushållningsaspekter stipulerar ett luftläckage på max 1,6 l/sm² vid 50 Pa.

Önskvärt men inget krav är en RF i inomhusluften mellan 30 - 70 %.

Lufthastigheten inomhus får inte överstiga 0,15 m/s.

Assymetri i strålning < 10 °C

Byggnadsdelar med mer än 2 W/m2 får utgöra max 40 % av ytterväggarea.

Frånluftsflöden: kök 10 l/s

toalett 10 l/s

städrum 15 l/s

Det är viktigt att flödena från dessa rum verkligen blir högre än från övriga rum, eftersom luften annars kan vandra från toaletter/kök till angränsande rum.

Övriga krav

Estetisk hänsyn

Ekologiska hänsyn och kretsloppstänkande

Beständighet och underhållsvänlighet skall vara vägledande vid material- och systemval

Energieffektivitet

Årligt värme- och elbehov

Värmeenergibehov 30 290 kWh

Elenergibehov 5 375 kWh

Tekniskt system

Värmeförsörjning

Som basvärme utnyttjas en pelletspanna i kombination med ackumularortank. Tillskottsvärme från värmeväxlare samt elbatteri i ventilationssystemet.

Distributionen sker om möjligt av resurshushållningsskäl med befintligt ledningsnät och befintliga radiatorer. Huset har en tung stomme vilket gör att det kan vara motiverat att utnyttja en ev lägre nattaxa för uppvärmning. Då finns dessutom en överkapacitet på elektricitet som är bättre att utnyttja än den som produceras under dagtid, om man tvingats starta reservkraftverk som är fossilbränleeldade.

Ventilation

Pigkammaren används som installationsrum för ventilationsanläggningen. Därifrån kan man dra kanaler via köket och under trappan till salongerna i bottenvåningen. Till övervåningen kan schakt tas upp från köket och sedan till vinden för vidare distribution till de olika rummen via lågimpulsdon. Med tanke på risken för nedsmutsade kanaler gäller att tilluften skall gå så kort väg som möjligt genom distributionssystemet, medan evakueringen kan gå längre.

Värmeväxlaren har en verkningsgrad av 80 %. Vid en inblåsningstemperatur av 18 °C blir energibesparingen maximal redan vid en sådan verkningsgrad. Högre värde är alltså inte lönsamt, och lägre skulle förutsätta att man kunde acceptera en lägre inblåsningstemperatur.

En stor del av uppvärmningen går åt till att kompensera för den borttransporterade luftens värmeinnehåll. Därför är det motiverat att tidsstyra ventilationen så att den går ner till miniflöden när lokalerna inte används.

Anläggningskostnad ca 500 kr/m2 = ca 108 000 kr (1993 års priser).

Klimathållning

Basvärmen distribueras via radiatorerna i varje rum och de förses med direktverkande termostatventiler för att förhindra övervärme. För att hålla nere investeringskostnaderna och klimatanläggningens komplexitet accepteras temperaturer över 20 °C. Den korta tid (ca 15 % av årets dagar som till stor del infaller under semestern när lokalerna inte används) som det inträffar kan man kompensera med fönstervädring och mera utevistelse. Den via ventilationen borttransporterade värmen får under uppvärmningssäsongen kompenseras genom ett återvinningsaggregat som förvärmer tilluften, som kommer att ha en konstant temperatur, så länge utomhustemperaturen är lägre än inomhustemperaturen.

En viktig åtgärd för att förhindra drag och värmeförluster är att vindtäta fönster och dörrar med lister. Hygienkravet att föra bort föroreningar i inomhusluften tillgodoses enligt BBR:s normer.

Kravuppfyllnad

Med de föreslagna konstruktionsändringarna och det nya värme- och ventilationssystemet kommer kravspecifikationen att tillgodoses, möjligen med undantag för den operativa temperaturen. Vid dimensionerande utetemperatur kommer yttemperaturen på ytterväggens insida att sjunka till ca 15,3 °C.

Golvtemperaturen blir:

Dimensionerande luftflöde är så stort att det kommer att säkerställa en bra lufthygien. Likaså kommer kravet på lufttäthet att uppfyllas.

Byggnadsmaterial

Fuktproblem

U-medelvärdesberäkningen visade att huset har ett mycket dåligt isoleringsvärde. Därför blir det motiverat att tilläggsisolera framför allt på vinden men också ytterväggarna. Även efter en sådan åtgärd har huset dåliga värden, framför allt beroende på källarens värmeläckage. Det är mycket omständigt att tilläggsisolera källarväggar och -golv på ett riktigt sätt, då isoleringen helst skall ligga på utsidan. En annan lösning kan vara att isolera golvbjälklaget underifrån. Det kommer att innebära en sänkt medeltemperatur och höjd relativ fukthalt i källaren.

Vid tilläggsisolering av både vindsbjälklaget och yttervägg samt golvbjälklag krävs att man gör en fuktbalansberäkning på den nya konstruktionen för att utreda om den är säker ur fuktsynpunkt. Vid en invändig tilläggsisolering av ytterväggen kommer den befintliga väggen att hamna längre ut i konstruktionen, och därvid kallare. Bjälklagen som vilar i ytterväggen blir köldbryggor i ännu större utsträckning än tidigare, och det föreligger också risk för luftläckage vid upplagen. Det innebär förhöjd risk för kondens. Vindsbjälklaget däremot kommer att bli varmare om man lägger på ny isolering uppifrån, och blir därvid säkrare.

Den gamla ytterväggen har haft ett olämpligt förhållande mellan de innersta och yttersta skiktens ånggenomgångsmotstånd. Lämpligt är att de har ett förhållande ca 1 : 5 med det tätaste inåt. Här har förhållandet varit det omvända, ca 46 : 1 !

Vid analys av virket på Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut har man hittat rikligt med mögelsporer och -hyfer i framför allt vindsbjälklaget. Det syntes inte med blotta ögat och jag kunde inte känna någon lukt men vid mikroskopering var det ingen tvekan. Sporadiska mögelförekomster har även hittats på andra delar i konstruktionen, men inte så mycket som i vindsbjälklaget. En fuktbalansberäkning ger beskedet att i delar av originalkonstruktionen blir den relativa fukthalten över 88 % under hela året ( se bilaga ).

Fuktdimensionering

Den förväntade fuktproduktionen från personer blir måttlig. Jag utgår från att ett barn har 25 % av en aktiv vuxens utsöndring (de uppgifter jag hittat ), och det blir 0,0038 kg/h. 17 personer ger ett tillskott av 0,64 kg/h.

Fukttillskottet blir bara 0,6 g/h från människorna och till detta kommer ett mindre från växter och kök/WC.

Tilläggsisoleringen av vindsbjälklaget ledde till en säkrare konstruktion med betydligt lägre RF året om. Det räckte att temperaturen höjdes i konstruktionen för att RF i den mest kritiska punkten skulle sjunka med ca 65 % ( se bilaga ).

Detsamma kan man förvänta av källarbjälklaget som isoleras underifrån, varigenom temperaturen i bjälklaget kommer att höjas.

Ytterväggen däremot blev betydligt sämre med en invändig tilläggsisolering med 95 mm cellulosafiber. Det ledde till att temperaturen i den ursprungliga väggen sjönk så mycket att RF därigenom nådde kritiska värden under hela året ( se bilaga ). Det hjälpte inte ens med en polyetenfolie innanför gipsen. Trots den uppnåddes värden på 100 % RF i delar av väggen. Slutsatsen är att jag inte kan rekommendera någon invändig isolering, och eftersom en utvändig är olämplig ur kulturhistorisk synvinkel får man betala med en betydligt högre energiåtgång. Energibesparingen med en fullständig isolering skulle bli ca 15 000 kWh/år, men med fasaderna orörda stannar den vid ca 7 000 kWh/år.

Mögelangrepp

Provresultaten från SP i Borås visade på riklig mögelförekomst i vissa konstruktionsdelar, framför allt vindsbjälklaget, och i undertaket till badrummet. Det man hittade var hyfer och sporer i riklig mängd. Dock kunde man inte se möglet med blotta ögat och jag hade inte känt någon lukt fast jag undersökt sågspånet noga. Jag blev förvånad när jag fick reda på resultatet, jag hade trott att allt var bra! Klart är alltså att det inte är säkert att man ser ett mögelangrepp. Visst hade vi sett lite missfärgningar på undertaksvirket, men det var inte det som slog en utan att det överlag såg så nytt ut efter alla åren.

Det är många faktorer som spelar in när det gäller fuktbalansen i en konstruktion. Temperaturfördelningen, fuktproduktionen, ingående materials täthet och fuktupptagningsförmåga samt ventilationen har betydelse för storleken på fukthalten i de ingående materialen. Förhållandena är dessutom inte stationära utan faktorerna varierar hela tiden. En stationär beräkning ger ändå en fingervisning kring vilka tillstånd som det pendlar.

När jag nu fick anledning att räkna på fuktjämvikten i konstruktionen visade det sig att den inte varit säker. Vindsbjälklaget t. ex. har inte varit tillräckligt diffussionstätt. En beräkning av förhållandena i februari månad när temperaturen är som lägst ger resultatet att det i delar av sågspånsisoleringen har varit 100 % RF konstant. Till och med i juli när det är som varmast (men fuktigast) har RF legat över 80 % . Detta är de två ytterligheterna mellan vilka det har pendlat. Mögel kan växa redan vid 70 % RF och temperaturer över 0 °C.

Det är förmodligen det förhållande att det varit trä och sågspån i bjälklaget som räddat det från värre fuktskador. Trots en så lång exponering har skadorna begränsats till mögelpåväxt. Trämaterial är mycket hygroskopiskt, så det har kunnat buffra fukten och avge den senare. Troligtvis har den största mängden fukt transporterats via konvektion. Det uppstår ett övertryck inomhus när man värmer upp luften, och det leder till en luftrörelse genom otätheter i konstruktionen. Normalt står den för den största delen av fuktvandringen.

100 % RH

(Säve/februari)

Ånggenomsläpplighet trä

Ånggenomgångsmotstånd vindpapp

Z träpanel = s/m

Z_tot = s/m

g = kg /m³s 0.46 kg/m² per månad

Genom diffusion har i extremfallet (ständigt 100 % RF) teoretiskt ca 0,5 liter vatten passerat per kvadratmeter och månad i februari (jag räknar på februari för att det är den kallaste månaden, med störst risk för fuktkondensering). Det skall jämföras med att trämaterialet och sågspånet i samma kvadratmeter kan ta upp ca 25 liter vatten från luften. ( 1 m³ trämaterial kan absorbera ca 120 kg vatten, och 1 m² vindsbjälklag innehåller 0,22 m³ trä )

Vidare har temperaturen på vinden åtminstone vid solsken varit högre än utomhus, det har verkat uttorkande, men å andra sidan har vinden varit dåligt ventilerad, den saknar helt ventilationsgaller.

När uppstod möglet?

Jag kan tänka mig tre stadier som byggnadsmaterialet gått igenom:

Det har betydelse hur materialet har behandlats under avverkning, lagring och under byggtiden. Under den här tiden kan blånadssvampar ha uppstått. Lagringen av sågspånet till bjälklagen kan ha varit bristfällig.

Originalkonstruktionen från 1919 har under hela året medgivit en fukthalt om minst 80 % RF och över 0°C i delar av sågspånsisoleringen och i ytterväggen. Efter ett antal år har man moderniserat och klätt alla väggar och tak med en 5 mm tjock masonitskiva som rimligtvis lett till att fuktvandringen ut genom konstruktionen har minskat. (Se bilaga )

Från och med vintern 95 - 96 har huset stått obebott och oeldat. Då har ingen fuktproduktion skett inomhus, så huset har ställt in sig efter uteluftens temperatur och fuktinnehåll. Dock kan s.k. sommarkondens uppstå, d.v.s. att om uteluften är varmare än inomhusluften (under våren) kan fukt kondensera mot de innersta skikten i väggen. Det är dock inget långvarigt förhållande och åtminstone i ytterväggen är tjärpappen som sitter under fasadpanelen betydligt tätare än den vindpapp som sitter innerst. Det innebär att fukten har svårt att vandra utifrån och in.

Akustiska frågeställningar

Tänkbara störkällor är trafikbuller och ventilationsljud, men framför allt en hög ljudnivå inomhus som blir följden av att barn leker och stojar. Av egen erfarenhet vet jag att just det kan vara mycket psykiskt tröttande och därför är det viktigt att försöka minimera det.

Träbjälklag har dåliga egenskaper när det gäller stegljudsdämpning. Det var av avgörande betydelse när jag valde ny funktion för huset. Det skulle knappast gå att klara kraven på dämpning i mellanbjälklaget om huset skulle inretts till bostäder. Med fritidshem på båda planen kommer jag runt det problemet. Alla mellanväggar hamnar också inom samma verksamhet och klarar sig från åtgärder.

Akustiska krav

Eftersom verksamheten endast kommer att bedrivas på dagtid är kraven på dämpning i ytterväggarna inte lika höga som de skulle varit om någon del skulle använts för sömn. Ljudklass C enligt Svensk Standard SS 02 52 67 medför en ljudisolering i ytterväggen med .
Högsta värde på ljudtrycksnivå p gr av vägtrafik och installationer L_A = 30 dB (BFS 1993:57)

Vad det gäller invändigt buller är det alltså intressantast att titta på möjligheterna att reducera ljudnivåerna i lekrummen. I första hand gäller det i frekvensområdet 100 - 3000 Hz, d vs den mänskliga röstens omfång. I bullriga lokaler innebär en kort efterklangstid en snabbare dämpning av ljudet. För skolsalar rekommenderades (i SBN) en efterklangstid på < 0.85 sekunder.

Lösningar

Tänkbara lösningar är att utnyttja naturliga absorbenter som textilier, men även porösa och resonans-absorbenter.

I taket kan man montera träfiberplattor med perforerat ytskikt. De bör monteras på distanser på så sätt att plattan hamnar på ett avstånd från taket som är 2 gånger plattans tjocklek. Detta medför en högre absorptionsfaktor än om plattorna skulle monteras dikt an.

För att få en dämpning i önskat frekvensområde kan avståndet d beräknas ur formeln:

Det ger ett beräknat avstånd d i frekvensområdet 100 - 3000 Hz på 2.5 - 0.085 m. Med normala tjocklekar på akustikplattor (10 - 20 mm) kan man alltså inte få den maximala dämpningen att hamna inom det önskade frekvensområdet, utan den hamnar mellan 12 - 24 kHz.

En annan lämplig åtgärd kan vara att klä stolssitsar och bordskivor på undersidan med en porös skummatta med en tät yta. På så vis kan man öka ytan med porösa absorbenter. Om den dessutom är perforerad i ytan erhålls en ytterligare dämpning runt resonansfrekvensen.

Om man lägger filtar på borden och vaxdukar över dem, får man en mycket effektiv dämpning av allt porslinsskrammel och dylikt.

Vid den invändiga tilläggsisoleringen kommer de nya skikten att utgöra en membranabsorbent, som byggs upp av väggskivan och utrymmet bakom som fylls med isoleringsmaterial. Vid dess grundresonansfrekvens blir det ett absorbtionsmaximum om väggen tillåts svänga med, den får alltså inte vara för styv. Regelavståndet har därvid betydelse och bör inte understiga 60 cm. En sådan vägg ger en absorptionsfaktor av mellan 0,2 - 0,5.

Grundresonansfrekvensen blir

== 74 Hz

(m = gipsskivans ytvikt, d = avstånd mellan skikten)

En förutsättning är att tomrummet fylls med ett material med strömningsmotstånd, annars kan stående vågor uppkomma där.

Även trägolv som vilar på reglar utgör membranabsorbenter, i detta fall med en grundresonansfrekvens på

= 42 Hz

Önskvärt är en låg grundresonansfrekvens (< 100 Hz) för att få en bra dämpning av ljud utifrån. Grundresonansfrekvensen blir:

(m = ytvikt för plankvägg resp. gipsskiva)

= 80 Hz

En annan viktig åtgärd både ur energispar- som ljudisoleringssynpunkt är att omsorgsfullt täta vid fönster och dörrar.

kan beräknas ur formeln:

T = 0,16 ^. V/A (V = rumsvolymen, A = ytans absorption m² sabine)

A = ( = absorptionskoefficienten, S = ytans storlek m²)

V = 60 m² * 2,6 m = 156 m³

Material	(500 Hz)	S m2	A
Trägolv på reglar	0,10	60	6
9 mm gips på reglar 100	0,10	59	5,9
16 mm akustikplatta	0,56	50	28
Skumplast 20 mm	0,35	10	0,035
Bomullstyg på vägg	0,49	8	3,92
Total absorption			43,9

Efterklangstiden T = 0,16^. 156/43,9 = 0,56 s

Som framgår av tabellen är det akustikplattorna som står för den största dämpningen.

Milöpåverkan

Återbruk

Kretsloppsdelegationen har just lanserat "Faktor 10"-programmet. Det innebär i korthet att västvärldens behov av resurser skall minska till en tiondel av dagens. Byggbranschen är en resurskrävande del som dessutom producerar stora mängder avfall. En viktig del i kretsloppsanpassningen av den är att i mycket större omfattning än tidigare ta vara på det redan byggda i flera avseenden. Framför allt att underhålla för att förhindra för tidigt åldrande, men också att återvinna så långt det är möjligt. Den högsta formen av återvinning av byggnader som "tjänat ut" är att finna en ny funktion för den. Det innebär alltid en kapitalförstöring att riva ett fungerande hus. I prioritetsordning kommer sedan återbruk, materialåtervinning, energiutvinning och sist deponi.

Att bygga om villan till fritidshem innebär att motsvarande mängd jungfruligt material som skulle behövts för att bygga nytt sparas. Dessutom minskar deponin med samma mängd som vid en rivning skulle betraktats som avfall.

Huset som sådant kan utan problem återanvändas, med komplettering av isoleringsmaterial och vissa nya installationer. Stommen, golvskikt, dörrar, fönster, vitvaror, vissa installationer, utvändiga skikt som fasad och takpannor är i sådant skick att det vore ansvarslöst att kassera dem. Golven t ex består av massiva brädor och är efter renovering redo att tjänstgöra i ett sekel till. Likadant är det med de halvfranska dörrarna.

Tillkommande material:

I jämförelse med andra isoleringsmaterial är cellulosafiber energisnålt vid tillverkningen och ger inga utsläpp. Det tillverkas av finfördelat material av träfiber eller papper och man tillsätter borsalt som brand- och rötskydd. Det är giftigt i stora koncentrationer vilket inte är aktuellt vid bruk, men kanske vid tillverkningen. Cellulosafiber är fuktreglerande genom att det har stor fuktupptagningsförmåga. På så vis kan det buffra fuktöverskott och därigenom balansera fukthalten inomhus.

Drift

framställs av förnybara biprodukter från trävaru- och skogsindustrin, som spån och hyggesrester, men kan även framställas av andra biologiska material som halm, fröskal mm. Det håller en jämn kvalitet, som ger en stabil och ren förbränning. Det har högre energiinnehåll än ved, och ca 1/3 av oljans. Överhuvud taget är det väsentligt att försöka minska användningen av fossila bränslen så mycket som möjligt. Globalt sett är de det helt dominerande energislaget.

En förutsättning för att eldningen skall bli effektiv är att ackumulatortank installeras. Då kan man ha full fart på brasan när man eldar, vilket ger renare avgaser. I tätbebyggda områden krävs numera att pannor skall vara miljögodkända, och ett krav är att de inte får släppa ut mer än max 30 mg tjära/MJ bränsle. Moderna pelletspannor klarar de kraven med god marginal.

Askan fungerar bra som gödning, det har ett rikt innehåll av kalium och fosfor, två viktiga näringsämnen. Därför är det lämpligt att återföra den som skogsgödning för att kompensera för uttaget. Den har ett högt PH, vilket gör att den kan fungera på samma sätt som kalkning.

Negativa effekter av användande av biobränslen är främst CO₂ - utsläpp, men så länge de kompenseras av att en växande massa kan ta upp en lika mycket, blir det inget nettotillskott. Odlingen medför att odlingsbar mark exploateras, och odlingarna blir monokulturer som påverkar den biologiska mångfalden. Om odlingarna göds kan läckage av gödningsämnen leda till övergödning av vattendrag och sjöar.

Allt levande fyller en viktig funktion och om någon art slås ut kan det få konsekvenser för andra delar av det ekologiska systemet. Det finns en naturlig balans, och om den rubbas kan det leda till kollaps för ett lokalt system. Övergödningen är en sådan rubbning där ett överskott på ett näringsämne gynnar vissa organismer som kommer att dominera.

Installationer

Fördelen med en värmepump är att den med en liten insats av driftel kan utvinna en större mängd värmeeffekt. Dock kräver den ett medium för överföringen, och de har länge varit mycket skadliga för framför allt ozonskiktet. Vid drift har de läckt ut, likaså vid underhåll och skrotning. Därför är det av stor vikt att man väljer en anläggning som fungerar med de nya och harmlösare preparaten.

Normalt råder en jämvikt mellan bildande och nedbrytande av ozonskiktet i atmosfären. Genom utsläpp av främst klorflourkarboner (CFCl) har en forcerad nedbrytning av ozonskiktet kunnat märkas. Ett ökat infall av UV-strålning (som ozonet normalt filtrerar bort) leder till missväxt och ökad frekvens av cancer.

kräver tillsyn, rengöring och byte av filter regelbundet, annars kan man få hälsoproblem. Man bör sträva efter att erhålla låga flödeshastigheter och små tryckfall över komponenter. Det innebär en tystare gång och lägre energiförbrukning.

En bristande ventilation leder till förhöjda värden av fukt, emmissionsprodukter och utdunstningar från människor. Då finns en ökad risk för att de som vistas i lokalerna skall få besvär med irriterade slemhinnor, hud eller allmänna symptom som trötthet, huvudvärk och koncentrationssvårigheter.

Genom att reglera belysningen så att den inte alltid är tänd även om det inte behövs, kan man spara energi. Detta gäller dock bara om man har ett värmeöverskott och därmed behöver kyla. I detta exempel blir värmen från lamporna en del av den interna värmelasten.

I möjligaste mån behåller jag befintliga installationer för att spara resurser. Dock kan det vara motiverat att byta WC-stolarna till snålspolande, eller om det är möjligt urinseparerande. Moderna stolar förbrukar bara ca 25 % av den mängd vatten en äldre stol behöver.

Det finns inga alternativ till metaller i installationer som distributionskanaler och aggregat. Det talar för att man försöker minimera antalet installationer och att söka enkla lösningar. Metaller är ändliga resurser som det därför är viktigt att man återvinner efter att de tjänat ut.

Tillverkningen av plaster är energikrävande och mycket miljöstörande. Råmaterialet är till största delen olja och gas och således en ändlig resurs. De avger en lång rad ämnen som är besvärliga för ex allergiker. Vid förbränning avger de stora mängder miljöskadliga ämnen. Även om man kan rena förbränningsgaserna framgångsrikt finns ett koncentrat av tungmetaller, klororganiska föreningar etc kvar i askan och filter. Därför skall man så långt det är möjligt undvika plaster, men just i avloppsledningar är det svårt att finna några bra alternativ. Liksom för metaller är det viktigt att plasterna återvinns.

Ämnen som inte förekommer naturligt, utan som vi raffinerat fram och anrikat eller tillverkat, är alla presumtiva miljögifter när de sprids. De kan ha en okontrollerad påverkan på det biologiska livet som ofta inte blir känd förrän skadan redan är skedd.

	Återbruk med framtidsstuk