Free Press

Selv om hovedfokus i forbindelse med bygningers miljøpræstationer nu er på kulstofforbrug, er der stadig behov for at tage hensyn til bygningsvævets termiske ydeevne som en medvirkende faktor. Termisk ydeevne måles i form af varmetab og udtrykkes i byggebranchen almindeligvis som en U-værdi eller R-værdi. U-værdiberegninger vil uvægerligt være nødvendige, når der fastlægges byggestrategier. En række af begreberne har en subtilt enslydende betydning, og der kan findes modstridende fortolkninger på internettet. De forskellige terminologier, og hvordan de hænger sammen, forklares i denne artikel.

U-værdi eller termisk transmittans (omvendt af R-værdi)

Termisk transmittans, også kendt som U-værdi, er den hastighed, hvormed varme overføres gennem en konstruktion (som kan være et enkelt materiale eller et kompositmateriale), divideret med forskellen i temperatur på tværs af denne konstruktion. Måleenhederne er W/m²K. Jo bedre isoleret en konstruktion er, jo lavere vil U-værdien være. Udførelses- og installationsstandarder kan have stor indflydelse på varmetransmittansen. Hvis isoleringen er dårligt monteret, med huller og kuldebroer, kan varmetransmittansen være betydeligt højere end ønsket. Termisk transmissionsgrad tager hensyn til varmetab som følge af ledning, konvektion og stråling.

Beregning af U-værdi

Den grundlæggende beregning af U-værdien er relativt enkel. I det væsentlige kan U-værdien beregnes ved at finde det reciprokke af summen af varmemodstandene for hvert materiale, der indgår i det pågældende bygningselement. Bemærk, at ud over materialemodstandene har de indvendige og udvendige flader også modstande, som skal lægges sammen. Der er tale om faste værdier.

Der findes en række standarder, der dækker beregningsmetoder for varmetransmittans. Disse er anført i afsnittet “Nyttige links og referencer” i slutningen af denne artikel.

Enkle U-værdiberegninger kan foretages på følgende måde ved at betragte bygningselementets konstruktion lag for lag. Bemærk dog, at der herved ikke tages hensyn til kuldebroer (f.eks. ved vægbånd), luftspalter omkring isolering eller de forskellige termiske egenskaber ved f.eks. mørtelfuger. I dette eksempel er der tale om en hulmur:

Ledningsevne
(k-værdi) Modstand = Tykkelse ÷ ledningsevne
(R-værdi)

0.77 W/m⋅K

0.04 W/m⋅K

1.13 W/m⋅K

0,343 W/m²K

Materiale	Tykkelse
Udvendig overflade	–	–	–	0.040 K m²/W
Lejsten	0.100 m	0.130 K m²/W
Glasuld	0.100 m	2.500 K m²/W
Betonblokke	0.100 m	0.090 K m²/W
Puds	0.013 m	0.50 W/m⋅K	0.50 W/m⋅K	0.026 K m²/W
Indvendig overflade	–	–	0.130 K m²/W
Total			2.916 K m²/W
U-værdi =		1 ÷ 2,916 =

Bemærk, at i ovenstående eksempel er byggematerialernes ledningsevne (k-værdier) frit tilgængelige online; især hos producenterne. Faktisk vil brugen af producentdata forbedre nøjagtigheden, hvis de specifikke produkter, der specificeres, er kendt på beregningstidspunktet. Selv om det er muligt at tage højde for mørtelfuger i ovenstående beregning ved at vurdere det procentvise areal af mørtel i forhold til det murværk, der er lagt i mørtel, skal man huske på, at dette er en grov teknik sammenlignet med den mere robuste metode, der er beskrevet i BS EN ISO 6946I.

Måling af U-værdi

Selv om konstruktionsberegninger er teoretiske, kan der også foretages målinger efter opførelse af byggeriet. Disse har den fordel, at de kan tage højde for håndværksmæssig udførelse. Beregninger af varmetransmittansen for tag eller vægge kan udføres ved hjælp af en varmestrømningsmåler. Denne består af en termopilsensor, der er fastgjort til testområdet for at overvåge varmestrømmen fra inde til ude. Varmetransmittansen beregnes ved at dividere den gennemsnitlige varmestrøm (flow) med den gennemsnitlige temperaturforskel (mellem inde og ude) over en sammenhængende periode på ca. 2 uger (eller over et år i tilfælde af en gulvplade i jorden på grund af varmelagring i jorden).

Målingernes nøjagtighed er afhængig af en række faktorer:

• Størrelsen af temperaturforskellen (større = mere nøjagtig)
• Vejrforhold (overskyet er bedre end solrigt)
• God vedhæftning af termopæle til testområdet
• Duration af overvågningen (længere varighed giver et mere nøjagtigt gennemsnit)
• Flere testpunkter giver større nøjagtighed, for at afbøde anomalier

To komplicerende faktorer, der kan påvirke materialers varmetransmissionsegenskaber, omfatter:

• Ambient temperatur, bl.a. på grund af latent varme
• Effekten af konvektionsstrømme (øget konvektion bidrager til varmestrømmen)

U-værdiberegner

Da beregning af U-værdier kan være tidskrævende og kompleks (især hvor der f.eks. skal tages højde for kuldebroer), er der blevet frigivet mange online U-værdiberegnere. Mange af disse er dog kun tilgængelige på abonnement, og dem, der er gratis, har en tendens til at være for forsimplede. En anden mulighed er at anmode om en beregning fra f.eks. en isoleringsproducent, hvis produkt er specificeret.

Building Regulations Approved Documents L1A, L2A, L1B og L2B i England og Wales henviser alle til publikationen BR 443 Conventions for U-value calculationsII for godkendte beregningsmetoder, mens det tilhørende dokument U-value conventions in practice. Arbejdseksempler med BR 443III giver nyttig vejledning.

R-værdi eller termisk isolering (omvendt af U-værdi)

Termisk isolering er det omvendte af varmetransmittans; med andre ord, et materiales evne til at modstå varmestrømmen. R-værdier er mere almindeligt anvendt i visse dele af verden (f.eks. Australasien), i modsætning til Storbritanniens præference for U-værdier. Måleenhederne for varmetransmittans er m²K/W, og igen er et højere tal udtryk for bedre ydeevne (i modsætning til det lavere tal, der ønskes for U-værdi).

k-værdi, eller varmeledningsevne (også kendt som lambda- eller λ-værdi; reciprok af termisk resistivitet)

Termoisk ledningsevne er et materiales evne til at lede varme. Følgelig betyder en høj varmeledningsevne, at varmeoverførsel gennem et materiale vil ske med en højere hastighed; bemærk, at dette også er temperaturafhængigt. Enhederne for varmeledningsevne er W/m⋅K. I modsætning til U-værdier og R-værdier er k-værdier dog ikke afhængige af tykkelsen af det pågældende materiale.

Y-værdi, eller termisk admittans eller varmeoverførselskoefficient

Evnen hos et materiale til at absorbere og afgive varme fra et indre rum, når rummets temperatur ændrer sig, kaldes termisk admittans (eller varmeoverførselskoefficient) og er defineret i BS EN ISO 13786:2007 Termisk ydeevne for bygningsdeleIV. Dette danner også grundlaget for “imple Dynamic Model” i CIBSE Guide A: Environmental designV, som bruges til at beregne kølebelastninger og rumtemperaturer om sommeren. Jo højere den termiske admittance er, jo højere vil den termiske masse være. Termisk admittans svarer til termisk transmittans (og anvender de samme måleenheder). Den måler imidlertid et materiales termiske lagringskapacitet, dvs. materialets evne til at lagre og afgive varme over en periode, typisk 24 timer. I lighed med varmetransmittansen er måleenhederne W/m²K.

Bemærk, at termisk admittans “Y-værdi” ikke må forveksles med termisk brobygningsfaktor “y-værdi”, som i standardvurderingsproceduren (SAP), tillæg K, defineres som værende afledt af den lineære varmetransmittans.

Psi (Ψ)-værdi eller lineær varmetransmittans

Målet for varmetab som følge af en varmebro betegnes lineær varmetransmittans (i modsætning til “areal”-varmetransmittans, der ellers betegnes U-værdi), hvor måleenhederne igen er W/m²K. Psi-værdier anvendes til at generere y-værdier (varmebrofaktor) i tillæg K til standardvurderingsproceduren.

Thermisk resistivitet (reciprok af varmeledningsevne)

Thermisk resistivitet er et materiales evne til at modstå varmeledning gennem det. Ligesom k-værdien er denne egenskab ikke afhængig af tykkelsen af det pågældende materiale. Enhederne for termisk resistivitet er K⋅m/W.

Termisk ledningsevne (reciprok af termisk modstand)

Dette henviser til den varmemængde, der ledes gennem et materiale med et givet volumen, i en tidsenhed, dvs. ledningshastigheden. Som sådan er måleenhederne W/K.

Thermisk modstand (reciprok af termisk ledningsevne)

Dette er et mål for, hvor godt et materiale kan modstå varmeledning gennem det, og måles i K/W. Som med termisk ledningsevne er det et mål for overførselshastigheden for et givet volumen.

Termisk masse

Den termiske masse (i modsætning til termisk admittans) er indtil nu stort set ignoreret i den britiske byggeindustri og udledes af den specifikke varmekapacitet (et materiales evne til at lagre varme i forhold til dets masse), densitet og termisk ledningsevne (hvor let varme kan bevæge sig gennem et materiale). Termisk ledningsevne anvendes af SAP 2009 i form af “k”-værdien (eller kappa-værdien) ved beregning af parameteren termisk masse (TMP). K-værdien er varmekapaciteten pr. arealenhed af den “termisk aktive” del af konstruktionselementet (kun de første ca. 50 mm af elementets tykkelse har en reel indvirkning på den termiske masse, da den mindskes med stigende dybde i elementet; ud over 100 mm er effekten ubetydelig). Det skal bemærkes, at “k”-værdien er en tilnærmelse, da der er gjort antagelser om omfanget af de termisk aktive volumener i et materiale; desuden ses der bort fra virkningen af varmeledningsevnen ved beregning af den periode, hvor varme absorberes og afgives fra materialet. BS EN ISO 13786VI indeholder en mere effektiv metode til bestemmelse af termisk masse. Termisk masse bør ikke forveksles med isolering.

Den termiske masses betydning kan ikke understreges nok, hvilket illustreres af disse eksempler:

Thermisk admittans

Vægopbygning	U-værdi	Thermisk masse
200mm mursten 13mm “våd” puds	2 W/m²K	4.26 W/m²K	169 kJ/m²K
100mm mursten 150mm mineraluldsfyldt hulrum 100mm gasbetonblok 13mm gipsplader tørretumbling på 10mm klodser	0.19 W/m²K	1,86 W/m²K	9 kJ/m²K

Bemærk, hvor ringe den termiske masse i den moderne hulmur er, sammenlignet med den massive murstensvæg. Ved at erstatte 13 mm “våd” puds med en 13 mm “våd” puds kan man imidlertid øge admittansen betydeligt:

Vægopbygning	U-værdi	Thermisk admittans	Thermisk masse
100mm mursten 150mm mineraluld-fyldt hulrum 100mm gasbetonblok 13mm “våd” puds	0.19 W/m²K	2,74 W/m²K	60 kJ/m²K

Afkobling af gipspladerne på denne måde kan således ses at fjerne næsten fuldstændigt den effektive termiske masse i et hus bygget efter moderne standarder og teknikker.

Anvendelsen af termisk masse til bekæmpelse af overophedning om sommeren behandles mere detaljeret i artikelserien Klimatilpasning i bygninger: Overskudsvarme, del etVII og toVIII.

Dekrement

Beskriver den måde, hvorpå et materiales massefylde, varmekapacitet og varmeledningsevne kan bremse varmens passage fra den ene side til den anden og også reducere disse gevinster, når de passerer igennem det. Dette har derfor en indflydelse på en bygnings termiske ydeevne i varmere perioder. Disse kaldes henholdsvis dekrementforsinkelse og dekrementfaktor.

Kemisk fase

Når et materiale skifter tilstand fra fast stof til væske eller fra væske til gas, kan materialets varmeledningsevne ændres. Dette skyldes absorption og frigivelse af latent varme og kan også ske i mindre skalaer, der kan være fordelagtige i konstruktionen.

Materialer bliver mere og mere let tilgængelige, der kan give en høj termisk masse fra små volumener. Disse stoffer, der kaldes faseændringsmaterialer (PCM), er stoffer, som kan lagre og frigive latent varme ved henholdsvis smeltning og størkning inden for et snævert temperaturområde. Disse materialer kan mikroindkapsles i visse typer byggematerialer som f.eks. gips eller ler for at danne enten vægbeklædningsplader eller loftsplader. De kan også makroindkapsles i f.eks. varmevekslerplader til brug i køle- og ventilationsanlæg og undersøges med henblik på at blive inkorporeret i PU-skumplader til anvendelser som f.eks. metalbelagte kompositbeklædningspaneler. Fordelen ved PCM’er er, at de kan tilvejebringe betydelige mængder termisk masse, samtidig med at de i sig selv er meget tynde; dvs. at den termiske masse forekommer uforholdsmæssigt stor i forhold til materialets fysiske tykkelse.

PCM’er kunne tilbyde en praktisk løsning til genindførelse af termisk masse i lette bygninger for at modvirke overophedning, og de drøftes mere detaljeret i artikelserien Climate change adaptation in buildings: Overskudsvarme (del to)IX.

Interesserer du dig for mere indhold som dette? Tilmeld dig NBS eWeekly nyhedsbrev.

Tilmeld dig nu