Stadga och beständighet i konstruktioner

Problemet med att använda trä som stommaterial vid längre spännvidder är inte ett

hållfasthetsproblem utan ett deformationsproblem då lätta stommaterial är svåra att hindra från nedböjning och vibrationer m m. (K Samela 2003, s3).

Det är inte bara för brukarna av en byggnad som nedböjning är ett problem. För ett låglutande tak kan nedböjning orsaka bakfall så att vattenavrinningen påverkas och skapa

vattensamlingar på taket. Vattensamlingarnas last kan förorsaka brott i konstruktionen eller leda till vattenskador (Svenskt trä, 2018b).

Enligt Rehnström (2011) kan nedböjningen motverkas genom att överhöja balkelementen. Vid en sådan process kröks elementen vid produktion och fixeras i det läget till dess att limmet härdat. Lämpligt är att överhöjningen motsvarar den nedböjning som härrör från egentyngden plus 30 % av den variabla lasten.

Trä har som tidigare nämnts en naturlig egenskap att buffra fukt och är relativt fuktbeständigt upp till en viss RF, se avsnitt 2.9.2. Det är främst två fuktrelaterade orsaker som påverkar träets beständighet: svampangrepp och röta. Anledningen är att trä är ett organiskt material. Riktvärden att förhålla sig till är att RF inte bör överstiga 75 – 80 % under någon längre

period för att undvika risk för mögel och röta, dock är temperaturen även en viktig parameter i sammanhanget (Petersson, 2013).

Figur 16 till vänster: LIM 2 diagram som visar risk för mögelpåväxt på t.ex. trä utifrån temperatur, RF och tid baserad på Andersson (2018).

Figur 17 till höger: LIM 2 diagram som visar risk för mögelpåväxt på t.ex. tapet utifrån temperatur, RF och tid baserad på Andersson (2018).

Enligt (Svenskt trä, 2017d) varierar RF inomhus mellan 10 - 25% och 45 - 60% beroende på årstid. Det innebär att träkonstruktioner som befinner sig i en tempererad inomhusmiljö sannolikt inte löper risk för, de ovan beskrivna, angreppen härrörda fukt.

På träguiden står att läsa att trä har goda syrabeständighetsegenskaper och klarar relativt sura miljöer ner till ett pH-värde om 2 medan stål börjar brytas ned redan vid ett pH-värde om 5. Trä påverkas heller inte av salter (Svenskt trä, 2018).

Stål har inte lika god fuktbeständighet som trä utan börjar rosta redan vid 60% RF. Ju högre RF och halter av föroreningar, ju mer rostar stålet. Svaveldioxider och klorider (läs salter) kan medföra att hastigheteten med vilken stålet rostar kan mångdubblas. Rostskyddsmålning är den vanligaste metoden av rostskydd (SBI, 2016). Stål är ett oorganiskt material och utsätts därav inte för röta men med påbyggnad av smuts kan mögel få fäste även i en

stålkonstruktion.

I större delen av Sverige är korrosivieteten låg och håller sig inom korrosivitetsklass C2. Dock finns en geografisk aspekt som skiljer inlandet från kustområden och i synnerhet västkusten där havet är salt. Vid västkusten är korrosiviteten mycket hög och uppnår korrosivitetsklass C4-C5 (Reuterswärd, 2010).

2.5.6. Energihushållning

För beställaren är driftskostnaden en viktig parameter vid valet av material. Då

referensobjektet i den här studien är en uppvärmd byggnad så tillkommer kostnader för

uppvärmning, avkylning och installationer i byggnaden. Den del av energihushållningskraven i BBR (BFS 2011:6, kap 9) som rent krasst kan sägas omfatta byggnadens stommaterial är dels hur byggnadens tidskonstant, utifrån DVUT (dimensionerande vinter-ute-temperatur),

varierar beroende av stommaterialet och dels, i de fall då den termiska massan tas hänsyn till vid energibalansberäkningar, effektbehovet.

2.5.6.1. Hygrotermisk massa

Hygrotermisk massa som begrepp innebär rent tekniskt att fenomenet termisk massa, som anger ett materials temperaturökning i förhållande till tillförd värme, uppträder samtidigt som fenomenet hygroskopisk massa, som anger ett materials förmåga att absorbera eller emittera fukt i förhållande till den omgivande relativa fuktigheten i luften kring materialet. De båda fenomenen uppträder inte samtidigt hos alla material och således har inte alla material hygrotermisk massa. Eftersom vatten och det andra materialet har olika värmekapacitet så ändras materialets värmekapacitet dynamiskt med materialets fuktinnehåll. På så sätt absorberar och emitterar materialet även energi dynamiskt med materialets fuktinnehåll (Lundstadsveen, 2016). En förutsättning är dock att träet, invändigt, inte täcks med något diffussionstätt skikt och att ventilationssystemet anpassas.

Kristine Nore, forskare vid Norsk treteknisk institutt, uppger att trä fungerar som en

energireservoar till följd av möjligheten att lagra energirikt vatten i cellerna. Nore uppger att experiment visar på att det finns latent värme i vatten motsvarande 2,5kJ/g vilken kan

utnyttjas genom att uppföra byggnader i trä eftersom trä som material har den hygroskopiska egenskapen att absorbera och emittera fukt (Nore, 2017). I Sundbyberg uppfördes 2014 träbyggnaden kv. Strandparken som ett FoU-projekt finansierat av SBUF (Malmqvist et al., 2018). Vid projekteringen av kv. Strandparken beräknades energianvändningen till 74,6 [kWh/m2 och år] medan det uppmätta utfallet blev 49,2 [kWh/m2 och år]. Differensen, menar Nore, är bl.a. till följd av byggnadens hygrotermiska massa. Vidare uppger Nore att studier visar på att den hygrotermiska masseffekten kan sänka en byggnads energibehov med 10 -15% och bör tas hänsyn till då en byggnad projekteras (Nore, 2017).

2.5.6.2. Hanstad Skole

Enligt Skari¹⁴ så uppfördes, i Elverum i Norge, en skolbyggnad i KL-trä med obehandlade ytskikt invändigt och ett relativt tunt termiskt skikt av mineralull med träbeklädnad utvändigt. Enligt Oyen15 medförde de obehandlade innerskikten av KL-trä att man kunde sänka

byggnadens bastemperatur med två grader mot ett rum där invändiga ytor är klädda med gips. Vidare uppgav Oyen att toppbelastningsbehovet av energi reducerades med ca 50 % och att detta sammantaget sänkte behovet av fläktkapacitet för termisk komfort betydligt. Det som låg till grund för att göra allt det här möjligt tillskrevs träets termiska- och hygrotermiska massa. Eftersom träet självt bidrar till temperaturregleringen av inomhusklimatet så kunde det mekaniska kylsystemet uteslutas men även värmetekniska installationer reduceras vilket var en bidragande orsak till att motivera projektet ekonomiskt. En annan motiverande faktor var utförandetiden. Oyen uppger att den 700m2 stora skolbyggnadens uppfördes på så lite som 10 dagar.

Projektet var det första i kommunal regi som vann utmärkelsen ”innlandets trepris” (Elverum kommun, 2018).

2.5.6.3. Tidskonstant, effektbehov och topplast

Tidskonstanten är ett matematiskt mått på en byggnads värmetröghet och definieras som ”hur lång tid det tar för inomhustemperaturen att minska 63 % av temperaturdifferensen vid ett temperaturomslag”. Tidskonstanten anges i dagar eller timmar och är proportionell mot byggmaterialens värmekapacitet och omvänt proportionell mot byggnadens effektförluster enligt sambandet EQ 3 (Isover, 2011).

=

Där

∑( × ): Värmekapacitet hos materialskikt i kontakt med inomhusluften. ∑( × ) + ∑( × ) + ∑( ): Effektförluster via klimatskal, köldbryggor och stomkompletteringar.

× × × × (1 − ): Effektförluster via ventilation.

× × _ä : Effektförluster via läckage genom otätheter i klimatskalet.

En tung stomme med termisk massa ökar tidskonstanten relativt en lätt stomme men det Kristine Nore och Ola Oyen egentligen säger är att även en lätt stomme med hygrotermisk massa ökar tidskonstanten. Att byggnadens tidskonstant ökar innebär principiellt att den dimensionerande vinter-ute-temperaturen ökar och byggnadens uppvärmningssystem kan dimensioneras efter mer fördelaktig temperatur. Således minskar effektbehovet och ett mindre kraftfullt uppvärmningssystem behövs för byggnaden (Johansson & Nilsson, 2014).

14 Hans-Erik Skari, Elverum kommun, 2018-10-22.

För en värmepump gäller att den normalt dimensioneras mot 95 % av det årliga energibehovet av byggnaden. Då ska pumpens effekt uppgå till 65 - 70% av det maximala effektbehovet som gäller för byggnaden. För att täcka upp resterande energibehov (läs topplasten) kompletteras energisystemet med någon annan komponent, vanligen en elpatron (Energimyndigheten, 2010). Figur 19 nedan visar hur uppvärmningsbehovet förhåller sig till installerad effekt. De grå areorna visar energibehovet av topplasten som vanligtvis kommer från en dyrare och eventuellt mer klimatbelastande energikälla och de vita areorna under grafen visar

byggnadens uppvärmningbehov som tas om hand av det primära energisystemet. Notera hur variationerna jämnats ut, hur topplastbehovet sjunkit och att den installerade effekten är lägre för byggnaden med en hög tidskonstant.

Figur 19: Grafisk presentation över uppvärmningsbehov, topplast och installerad effekt för en byggnad med låg respektive hög tidskonstant baserad på Johansson & Nilsson (2014).