Innhold
Elektronisk måling av dynamisk U-verdi
Definasjoner og forklaringer
Fluks
Fluks er et mål for strømmen av noe gjennom for eksempel en flate, en åpning eller et legeme, og brukes i fysisk og anvendt matematikk.
Strømmen i en ledning er altså fluksen av elektroner som passerer et tverrsnitt per tidsenhet (I=U/R). Fluks kan også betegne den mengde av et fluid som passerer et tverrsnitt per tidsenhet (Fluks=ΔP/R). Vektorfelt kan for for eksempel beskrive hvordan et fluid strømmer. Ved å vite hastighetsvektorene til et fluid i rommet, kan man ved ulike integraler beregne fluksen til fluidet, eksempelvis finne ut hvor stor masse av en gass som passerer gjennom en åpning i et rom.
Fluks ble først brukt av Michael Faraday (https://snl.no/Michael_Faraday)
om magnetisk fluks, men brukes i dag mer generelt. Energifluks er overflate-bombardemens-rate av energi. Energifluksen mot en flate angir hvor mye energi som stråler inn mot flaten per tidsenhet, og måles i watt per kvadratmeter (W/m²)
Slik kan fluks visualiseres. Ringene viser overflatens grensekant. De røde pilene står for energiladninger, og kan være strømmende partikler, subatomære partikler, lydbølger, fotoner etc. Antallet piler som passerer gjennom ringen, kalles fluks.
U-verdi
U-verdi eller varmegjennomgangskoeffisient er et teoretisk måleenhet som brukes i bygningsindustrien for å angi en bygningsdels varmeisolerende evne. U-verdien angir hvor mye varme pr. tidsenhet, målt i watt, som kan strømme gjennom et areal på 1 m² ved en konstant temperaturforskjell på 1 K (1 °C) mellom varm og kald side av konstruksjonen. U-verdien regnes ut ved å legge sammen varmemotstanden (R) i de ulike sjiktene i bygningsdelene og varmemotstanden ved innvendig og utvendig overflate (Rsi og Rse). U-verdien er da lik 1/Rtot. Det vil si at høy varmemotstand i bygningsdelen gir lav U-verdi. Høye verdier angir stor varmeledning og dårlig isolerende evne. En godt isolert bygningsmateriale har derfor lav U-verdi. Det er viktig å ha materialer med gode og lave U-verdier for å klare energikravene som teknisk forskrift § 14 krever. Ved hver revisjon av teknisk forskrift (TEK) øker kravet til U-verdi i bygningsmaterialer, men forskriften godtar omfordeling prinsipp i energiregnskapet. Det vil si at bygningsmaterialer med dårlig U-verdi tillates dersom den totale energirammen er oppfylt. Energibehovet til byggverk finner man ved regne ut transmisjonstapet. I transmisjons beregningene må man dermed kjenne alle U-verdier i bygningsmaterialene som brukes fordi U-verdien er den koeffisienten som er grunnsteinen for beregningene.
Begreper:
-
Homogen vegg: konstruksjonen består kun av et materiale, for eksempel betongvegg.
-
Ikke-homogen vegg: konstruksjonen består ulike materialer som til sammen utgjør konstruksjonen av en vegg. Hvert materiale har sin unike varmemotstand (R)
Ved en ikke-homogen vegg må man ta høyde for å finne U-verdien med veggen ved å dele opp i de forskjellige materialene og beregne disse hver for seg frem til ventilert hulrom. Ventilert hulrom er det hulrommet som er mellom ytterkledning og vindsperre.
Formel for U-verdi er som følge U=1/R(varmemotstand) og når vi har forskjellige materialer blir setter man inn formelen slik U=1/(R1+R1+R3+….). Dersom man ikke har tilstrekkelig informasjon på varmemotstanden til materialet, så kan man også regne med varmeledningsevne (λ) som har benevnelse (W/mK). lambdaverdien på bygningsmaterialer finnes i tabeller på byggforsk.no eller oppgis av leverandør. For å beregne om lambdaverdien (λ) til varmemotstand (R) så brukers formel R=d(dimensjon i mm)/Lambda verdi
Betegnelser:
-
Varmemotstand R= m2k/W
-
Varmekonduktivitet = Lambda verdi = W/mk
For å få en komplett beregning av u-verdi må vi i tillegg ta hensyn til indre varmemotstand og eksterne varmemotstand (Ri og Re). (sjå vedlagt bilde. Men det er også en ting til som vi må ta med når det gjelder Ikke homogen vegg og det er delta U, dette er en faktor for «dårlig håndverk, teori og praksis bygging ikke helt går i hop som gjør at du får en litt dårligere u-verdi.
figur av «ikke homogen vegg».
Når vi har tatt med alle delene vil en komplett formel for u-verdi bli sjåandes slik ut.
Ved beregninger av ikke homogene konstruksjoner skal man medregne 𝞓U som en korreksjonsfaktor. Dette er en fast konstant på 0,0,15 W/m²K. og legges inn i formelen ved å kompensere for unøyaktigheter eller ved «for dårlig utført arbeid». Dette kan være f,eks luftspalter, mekaniske festemidler som går gjennom isolasjonen og nedbør på omvendte tak.
Fig 1. "ikke-homogen vegg"
Når vi har tatt med alle delene vil en komplett formel for U-verdi bli seende slik ut:
1.1.3
Standardtall:
-
∆U= 0,015 W/m²k
-
Ri= 0,13 m²k/w
-
Re= 0,04 m²k/W
Det er en ting til man må tenke over når det skal regnes ut total U-verdi i en bindingsverksvegg. Denne har færre lag av materialer noen steder og disse må regnes for seg, før man kan slå sammen U-verdiene.
Regner man på en vegg på 36 mm (1 ½’) utgjør ca 91% isolert vegg og 9 % treverk. Om man regner på en vegg som er 48 mm (2’) utgjør ca 88% isolert vegg og 12% treverk. Utsparinger over 60*60 mm må regnes ut og trekkes fra.
En annen måte å regne ut U-verdien på en vegg, er å ta utgangspunkt i øvre grenseverdi + nedre grenseverdi (legering) / 2. legering tar utgangspunkt i en kvadratmeter med vegg
Ved denne regnemetoden bruker vi disse formlene :
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.2.6
Varmeovergangsmotstand
Definisjonen på U-verdi er definert som den varmestrømmen som går gjennom 1m² av en konstruksjon når lufta på hver side av konstruksjonen har en temperaturdifferanse på 1K.
Helt inn mot overflata av en konstruksjon vil det alltid være et luftlag som ligger tilnærmet i ro. Dette luftlaget er temmelig tynt, men siden stillestående luft varmeisolerer svært godt, vil dette sjiktet likevel ha en tydelig påvirkning, og vi kan ofte kjenne at ytterveggen i rommet er kaldere enn romlufta. Dette gjelder også på utsiden av veggen, men på grunn av vær og vind blir virkningen av dette sjiktet bare rundt ⅓ av det innvendige sjiktet. Denne isolasjonseffekten i overflata av en konstruksjon kallar vi varmeovergangsmotstanden til konstruksjonen.
Å finne helt korrekte verdier for varmeovergangsmotstand lar seg nesten ikke gjøre. Det er avhengig av hvor ru overflata er, og av vind og luftstrømmer som endrar seg over tid, og dessuten spiller også varmestråling fra overflata en rolle. For å gjøre det praktisk har det blitt definert et par standardverdier som vi kan bruke:
Innvendig overgangsmotstand: Ri = 0,13m²K/W
Utvendig overgangsmotstand: Re = 0,04m²K/W
Varmemotstanden er den inverse verdien av varmeledningsevnen for det aktuelle sjiktet.
Varmeledningsevne/ varmekonduktivitet og Lambdaverdi
“Varmetransporten er avhengig av materialenes varmekonduktivitet (også kalt varmeledningsevne). Varmekonduktiviteten blir gjerne forkortet med den greske bokstaven lambda, λ, og blir ofte bare omtalt som λ (lambda)-verdien.”
“Teoretisk fremstilt vil varmekonduktiviteten være den varmemengde (W) pr. tidsenhet som ved stasjonære forhold går gjennom 1 m² av et materiale med tykkelse 1 m, når temperaturforskjellen mellom varm og kald side er 1 K (Kelvin).”
Korrigert U-verdi
Praktiske målinger har vist at U-verdien gjerne blir litt dårligere enn beregningene skulle tyde på, det kan komme av mange grunner. Det blir ikke tatt hensyn i beregningene av påvirkningen av spiker og armeringsjern, eller små luftbobler i isolasjonen. Det kan være feil i kvalitet eller slurv i utføringen. Derfor legger man inn en korrigering for å nærme oss virkeligheten. I standarden NS-EN ISO 6946 står det beskrevet regler for å fastsette sikkerhetsmarginen. Kan det dokumenteres at utføringen kommer inn under en godkjent kontrollordning, kan denne faktoren reduseres eller sløyfes helt.
Hygrotermisk masse
Hygrotermisk masse er et nytt begrep som er skapt av NTI. Utgangspunktet er tatt fra begrepet hygroskopisk, som betegner ulike stoffer som trekker til seg fuktighet fra omgivelsene og termisk masse. Altså materialenes evne til å lagre energi.
Forskning viser at hygrotermiske konstruksjoner virker som energireservoarer i de rom den er eksponert. Energibalansen er avhengig av utvekslingen av fukt mellom inneluft og de hygroskopiske materialene som bli eksponert, som trevirke.
Varmestrømmen stammer fra temperaturforskjeller.
Temperaturforskjeller i et gitt system gir en varmestrøm. Den induserte varmefluksen flyter alltid fra det varme til den kalde siden. Varmestrømmer er overalt.
Her er noen eksempler:
-
Føttene dine blir kalde av å stå på et kaldt gulv. Siden gulvet har en lavere temperatur enn føttene, strømmer varmen fra føttene til gulvet.
-
Å stå nær en brann føles varmt. Temperaturen på en brann er mye høyere enn omgivelsene. Derfor utstråler varmen fra brannen til omgivelsene.
-
Å føle seg varm i en badstue. Siden lufttemperaturen i en badstue er høyere enn kroppens temperatur, flyter varmen fra luften inn i kroppen.
For at det skal eksistere varmefluks, krever det ikke bare en temperaturforskjell, men også et medium som varmen strømmer gjennom. Varme kan strømme gjennom faste materialer (det kalles ledning), gjennom gasser og væsker (som kalles konveksjon) og gjennom elektromagnetisk bølger (som kalles stråling).
Varmefluks avhenger av temperaturforskjellen og termisk overføring koeffisienten. Følgende likning definerer varmestrømmen med hensyn til temperaturforskjellen og termisk overføringskoeffisient.
HF = Varmefluks, W/m²
T = Temperatur forskjell i K (kelvin)
HTC = Varmeledningsevne, W/(m²K)
og dette er en formel for varmefluks
A = Areal
ð = Varmeledningskoffesienten
T1 og T2= Temperatur overflate og omgivelse
“Hvis gulvet er kaldere (dvs. større temperaturforskjell), føles føttene kaldere. Hvis du bruker sko med tykke gummisåler i stedet for barfot (dvs. lavere varmeoverføringskoeffisient), føles føttene varmere.”
3.3
3.2
Illustrasjon varmestrømning gjennom matriale. (bilde: GreenTEG)
Heat Flux/ Varmefluks
www.greenTEG.com har dette å fortelle om Varmefluks:
“Varmefluks er frekvensen av varmeenergi som passerer gjennom en overflate. Avhengig av den nøyaktige definisjonen av varmestrømmen, kan enheten uttrykkes som enten W/m² eller som W.”
Animasjon, fluks strømning gjennom materialet (illustrasjon: Eirik Flister)
