Teknik och forskning | 9 okt 2023

Köldbryggor från byggnad till vvs

Hur tar vvs-konstruktören hänsyn till köldbryggorna vid dimensionering av ett värmesystem? Studien beskriver ”hälsotillståndet” för köldbryggorna samt hur dessa hanteras under projekteringsfasen framför allt mellan byggnadskonstruktör och vvs-konstruktör. Det urval som görs av konstruktörerna sker mot bakgrund av att det redan sker ett utbyte av information för U-värden på de olika byggnadsdelarna.

Studien om köldbryggor är utförd vid Tekniska högskolan i Jönköping inom huvudområdet Byggnadsteknik. Insamlingsmetoder av kunskap för studien har bestått av litteraturstudier och dokumentanalyser. Därutöver har byggnadskonstruktörer och vvs-konstruktörer intervjuats om köldbryggor i tre olika geografiska orter, Jönköping, Motala och Myresjö.

Köldbrygga

En köldbrygga definieras som en lokal del i en konstruktion där isolerförmågan är sämre och därmed värmeledningsförmågan större än övriga delar i en byggnad [1]. Man behöver därför ta hänsyn till köldbryggornas påverkan vid en värmebehovsberäkning då dessa leder till större värmeförluster.

Inom byggnadsfysik är begreppet köldbrygga något som uppstår då den svagaste länken i byggnadsskalet, där anslutningar mellan byggnadselement sker, är i kontakt med den kallare utsidan vilket då leder till ofrivillig värmeförlust från den varma sidan.

Köldbryggor är en naturlig konsekvens då man måste ha anslutningar mellan byggnadsdelar. Men då köldbryggorna har så stor påverkan på energieffektiviseringen, då andra delar av byggnaden har blivit så pass välisolerade, så är det nödvändigt med teknikutveckling för att lyckas nå de satta klimatmålen. Främst då U-värdet för respektive byggnadsdel, såsom yttervägg, fönster och dörrar, inte inkluderar köldbryggor som uppstår i anslutningarna mellan olika byggnadsdelar.

Typer av köldbryggor

I huvudsak finns det tre typer av köldbryggor: Punktformiga och linjära köldbryggor samt köldbryggor i klimatskalet, till exempel reglar i en yttervägg.

Köldbryggor kan även dels vara tvådimensionella, dels tredimensionella vilket skapar olika förutsättningar på vilket sätt de ska beräknas. Figur 1 illustrerar den linjära (längsgående) köldbryggan som sker mellan två ytterväggar som då utgör hörnet på en byggnad.

Konsekvenser av köldbryggor

Köldbryggor förekommer alltid i en byggnadsstomme och utgörs dels av detaljlösningar där man är medveten om köldbryggor redan innan huset står färdigt, då anslutningar är ofrånkomliga mellan byggnadsdelar [1], dels kan de även vara en följd av felaktiga byggmetoder.

Köldbryggornas andel i en värmeeffektbehovsberäkning tenderar att öka i takt med att isolermängden ökar på de olika byggnadselementen, såsom tak, ytterväggar, golv, fönster och dörrar. Anslutningarna mellan byggnadselement med dess köldbryggor får därmed en större påverkan på den totala värmeförlusten och i förlängningen på hur stor andel energi som måste köpas för att täcka upp förlusterna som sker via klimatskalet.

Dåliga detaljlösningar skapar extra stora värmeförluster i form av köldbryggor. Figur 2 visar konsekvenserna mellan anslutning yttervägg och balkong samt runt fönster för det termiska flödet (flödet av temperatur/grader).

Utöver värmeförlusterna som inträffar på grund av köldbryggorna kan det leda till att yttemperaturerna lokalt kan bli låga och därigenom orsaka dålig termisk komfort för brukarna genom strålningsdrag. En annan konsekvens kan vara en ökad smutsavsättning på de kalla ytorna och i värsta fall kan ytkondensation inträffa. En låg yttemperatur medför alltid en ökad risk för ytkondensation och därmed fuktskador.

Ju fler köldbryggor man har desto mer noggrann måste man vara vid val av metod

Byggnader uppnår sällan de förväntade energimålen när man väl mäter energianvändningen under driftskedet. Anledningen kan dels vara uppförandefasen, då i form av byggentreprenörens ansvar, dels användarnas beteende, klimat, felaktiga installationer, täthet på byggnad, brist på injustering och driftsättning samt inte korrekt utfört underhåll [2] [3].

Metoder att beräkna punktformiga och linjära köldbryggor

Det finns fyra olika tillgängliga metoder för att ta reda på storleken på den linjära samt punktformiga köldbryggan när väl detaljer på anslutningarna är färdiga. De fyra metoderna ger olika mängd förväntad noggrannhet och alla metoderna är accepterade enligt svenska institutet för standarder enligt SS-EN 14683:2017:

• Handberäkningar med hjälp av formler som ger en felmarginal på ± 20 procent.
• Färdiga detaljbibliotek med bestämda parametrar (ψk). Felmarginal på ± 20 procent.
•  Standardutförda schablonvärden från tabell av beräknade köldbryggor med en felmarginal på ± 0–50 procent.
• Numeriska analyser via beräkningsprogram ger en felmarginal på ± 5 procent.

Standarderna tillåter den ansvariga att välja den metod som anses lämplig såsom schablonvärden alternativt numerisk analys för köldbryggorna. Det är alltså ett stort ansvar att värdera och välja den metod som är mest lämplig till accepterade felmarginaler. Vid val av metod bör dock dess noggrannhet återspegla den noggrannhet som krävs vid beräkningarna, det vill säga man ska gärna ta hänsyn till längderna (mängden) för de linjära köldbryggorna vid val av metod enligt standarderna. Detta innebär att ju fler köldbryggor man har desto mer noggrann måste man vara vid val av metod med tanke på den stora variation som kan bli konsekvensen av fel metod.

Längden är även viktig i sammanhanget och här finns det tre olika sätt att definiera längden (lk) på den linjära köldbryggan enligt SS-EN 14683:2017:

• Inre dimensioner – mätt mellan de färdiga inre ytorna på varje rum i en byggnad, det vill säga exklusive tjockleken på inre skiljeväggar.
• Övergripande inre dimensioner – mätt mellan de färdiga inre ytorna på de yttre elementen, det vill säga man tar inte hänsyn till skiljeväggar alls.
• Yttre dimensioner – mätt mellan de färdiga yttre ytorna på de yttre elementen i en byggnad.

Vem beräknar köldbryggorna?

I studien kan man konstatera att det är väldigt få byggnadskonstruktörer som faktiskt beräknar de punktformiga och linjära köldbryggorna. Den enskilt största orsaken till att byggnadskonstruktörerna i studien inte gör beräkningar för köldbryggorna är att man oftast lämnar pris för ett uppdrag i konkurrens. Trots att byggnadskonstruktören önskar göra detaljerna så bra som möjligt, ur alla tänkbara tekniska aspekter, så förväntas de till exempel i en totalentreprenad i slutänden ändock leverera smidiga, enkla samt rationella anslutningar på byggnadsdelarna av ekonomiska skäl för entreprenören eller för att hålla egen projektbudget.

Av intervjuerna framkommer att ingen information om köldbryggorna förmedlas alls från en byggnadskonstruktör till vvs-konstruktören. Orsaken är återigen att byggnadskonstruktörerna sällan eller aldrig räknar på köldbryggorna och därav faller det naturligt att man inte har någon information att dela med sig av utöver U-värdena.

VVS-konstruktören i studien efterfrågar i sin tur inte köldbryggornas inverkan utan är enbart intresserad av U-värdena för respektive byggnadsdel för att kunna genomföra sin värmeeffektbehovsberäkning. Enstaka vvs-konstruktörer tar hänsyn till köldbryggorna genom generella påslag medan andra inte gör det. En av vvs-konstruktörerna ger ett exempel på varför man gör påslag på U-värdena: ”då dessa är mer teoretiska eller bättre i teorin då en entreprenör kan bygga till exempel väggen sämre så önskar man ha extra säkerhetsmarginaler för den osäkerhet som finns under och efter uppförandeskedet”.

Om man sällan eller aldrig gör beräkningar på köldbryggornas inverkan på värmeflödet innebär det att man har en okänd faktor som  leder till variationer och därmed en stor osäkerhet.

När det gäller äldre byggnader görs ett påslag motsvarande 20 procent på värmebehovet generellt i samband med ombyggnationer. Vid nybyggnation är dock påslagen mindre generösa då man gör ett påslag motsvarande 10 procent. I andra fall görs det inga påslag alls utöver att avrunda talen på rumsnivå då husen har blivit så pass välisolerade och täta. Ett argument som framkom i intervjuerna är att extrema temperaturer sällan inträffar och man numer snarare har ett problem med ett varmare klimat då kylbehoven ökar istället.

Utfallet av studien påvisar att köldbryggorna försummas då ingen hänsyn eller för liten hänsyn tas till köldbryggornas faktiska inverkan på en byggnads energiförbrukning.  Köldbryggorna kan leda till att upp emot 38 procent av värmeenergin går till spillo i ett välisolerat flerfamiljshus [4].

Lärdomar från studien

Utifrån vetskapen om att byggnaderna har blivit alltmer välisolerade, då kraven har ökat, och att vi av naturliga anledningar fortsatt har svårisolerade köldbryggor som står för en större andel av byggnadens totala värmeläckage så finns det ett kunskapsglapp som behöver hanteras.

Enligt Svenska institutet för standarder (SIS) uppskattar man att noggrannheterna i de tillgängliga beräkningsmetoderna kan variera köldbryggorna mellan 0 och 50 procent i felsäkerhetsmarginaler, och detta ger en fingervisning om problematiken med köldbryggorna. Om man sällan eller aldrig gör beräkningar på köldbryggornas inverkan på värmeflödet innebär det att man har en okänd faktor som  leder till variationer och därmed en stor osäkerhet.

Byggnadskonstruktörer räknar sällan på köldbryggorna och vvs-konstruktörer tar inte alltid hänsyn till köldbryggornas inverkan vid beräkning av värmeeffektbehovsberäkning. Detta innebär att vi har utmaningar som behöver hanteras för att dels uppfylla förväntade energikrav för beställare, dels för kravställare. Alla köldbryggor behöver inte beräknas numeriskt; det är de som är svårbedömda och många till antalet man bör inrikta sig på, då det kan finnas vinning i att göra den analysen.

När man dimensionerar ett värmesystem och inte tar hänsyn till köldbryggornas inverkan på den totala värmeförlusten så innebär det att värmesystemet inte har kapacitet att kompensera för alla förluster för att uppnå en värmebalans.

Framtiden för köldbryggor

Kunskapen om köldbryggor och deras betydelse för att minska energibehoven behöver lyftas väsentligt och vara ett lika självklart inslag som andra beräkningar och analyser i projekten.

I studien har ett medvetet urval av just byggnads- samt vvs-konstruktör gjorts då det redan sker ett utbyte av information för U-värden på de olika byggnadsdelarna. Därmed punktas två rekommendationer till respektive konstruktör som kan öka kunskaperna om köldbryggorna.

Byggnadskonstruktör:

• Bör beräkna köldbryggorna för att få bättre förståelse för köldbryggornas inverkan på den faktiska energiförbrukningen, då det oftast är konstruktören som utfört detaljerna för anslutningarna av de olika byggnadselementen.
• För att få teknikutveckling så bör bra exempel tränga undan dåliga exempel på anslutningar som enbart fokuserar på att göra anslutningarna så smidiga, enkla och rationella som möjligt.

VVS-konstruktör:

• Behöver ta hänsyn till köldbryggornas inverkan vid beräkning av värmeeffektbehovsberäkning genom att öka kunskaperna om köldbryggorna och dess faktiska påverkan på förlusterna som sker från klimatskalet.
• Behöver i tidigt skede i projekten fråga om köldbryggor, så fråga inte enbart efter U-värdena – även köldbryggornas inverkan måste beaktas för att ha rätt indata till själva värmeeffektbehovsberäkningen. Köldbryggorna är en del av transmissionsförlusterna som påverkar hur stor värmeeffekt som måste tillföras samt i slutänden även energiförbrukningen för en byggnad.

Text: Samer El Kari