Värmelagring i byggnad – termisk massa

Teknik för värmelagring

Aktiva byggnadselement är byggnadsdelar som aktivt används för att transportera och/eller lagra värme, ljus, vatten och luft. I detta avsnitt behandlas byggnadsdelar och deras förmåga att lagra värme och/eller kyla i den termiska massan från en period till en annan och på så sätt minska behovet av tillförd värme eller kyla.

Man kan använda en byggnads termiska massa aktivt eller passivt. Passiv värmelagring sker i den termiska massan hos alla byggnadsdelar (men också inredning mm). Värme- och kyllagringsförmågan är relativt god i vanliga byggnadsmaterial, men

övergångsmotståndet mellan luft och material minskar åtkomsten av lagringspotentialen drastiskt. I byggnader med normal energianvändning har studier visat att den termiska massans inverkan på den totala energianvändningen är marginell. I mycket

energieffektiva byggnader är den termiska massans betydelse för den totala energianvändningen ännu inte helt klarlagd. Se vidare [Ståhl, 2009].

Genom att låta vatten eller luft passera i kanaler eller rör i den termiska massan utnyttjas den termiska massan aktivt och mer effektivt. Det finns idag olika system för detta.

Erfarenheter, referenser

System för att utnyttja den termiska massan aktivt finns idag och som exempel omnämns i det pågående Annex 44 arbetet systemet Thermodeck som är ett system med

tilluftskanaler i mellanbjälklag av betong.

I Sverige och andra länder har ett system med markförlagda tilluftskanaler använts för att nytta marken för förvärmning av tilluften under vintern och avkylning under sommaren. På några meters djup har marken i princip konstant temperatur under året. Exempel på erfarenhet från sådana system är att det sker en avkylning av luften sommartid som innebär risk för kondens på tilluftskanalernas ytor och därmed en ökad risk för tillväxt av mikroorganismer. Om en effektiv teknik kunde användas för att tillföra denna ”avkylande eller förvärmande effekt” till byggnaden utan att luften från kanalen tillfördes innemiljön skulle detta vara en fördel för luftkvaliteten inne.

Tekniken är ofta lämpligast i klimat med stora dygnsvisa temperatursvängningar. Om brukare kan acceptera viss svängning i inomhustemperatur är det en fördel (svängningen brukar upplevas som negativ). De exponerade ytan hos de termiska massorna måste vara tillräcklig.

Om tekniken medför att topparna vad gäller värme eller kylbehov kapas kan aggregat med lägre effekt installeras.

Ytterligare kunskap om den termiska massans betydelse i mycket energieffektiva byggnader behövs.

I ett passivhus kan en stor termisk massa vara både en fördel och en nackdel. Det är en fördel när det gäller att jämna ut svängningar rumstemperaturer beroende varierande interna laster under dygnet. Nackdelen är att om byggnaden av någon anledning blir kraftigt nedkyld kan det ta väldigt lång tid att komma upp i normal temperatur igen.

Underhåll

Passiv termisk massa behöver inget underhåll. Aktiv termisk massa kan bygga på att luft eller vatten förs runt i ett system och därmed har pumpar eller fläktar ett underhållsbehov.

Det kan även vara aktuellt med rutiner för rengöring av systemen i vissa fall.

Livslängd

Beakta livslängd hos eventuella pumpar och fläktar.

Att läsa mer

Ståhl, F, Influence of thermal mass on the heating and cooling demands of a building unit, Chalmers 2009

5.2.6

Fasomvandlande material – PCM

Teknik för fasomvandling

Då ett material övergår från flytande till fast form frigörs energi. På samma sätt upptas energi då ett material går från fast form till flytande. Denna energi frigörs respektive upptas utan att temperaturen förändras hos materialet. På detta sätt får så kallade fasomvandlande material (PCM)bättre värmelagrande egenskaper än traditionella byggnadsmaterial. Genom att välja material som har sin fasomvandling vid

rumstemperatur kan denna energi utnyttjas som värmelagring. Vanligtvis används salter (oorganiska) eller parafiner (organiska). Hur mycket energi som kan tas upp respektive avges bestäms av materialets smält- och ångbildningsentalpi. Mängden energi ligger i regel som mest på runt 100 Wh/kg material.

Det finns idag exempelvis skivmaterial med PCM inblandat, men det finns även i form av granulat. PCM kan också användas som kompakta värmelager i väggar golv och tak. I ytterväggar kan det placeras både på insida av och utsidan av väggens isolering. Placeras det fasomvandlande materialet på insida av isoleringen lagras ett värmeöverskott inomhus från en period till en annan. På marknaden finns det färdiga byggelement med PCM i.

Erfarenheter referenser

I Sverige finns endast ett fåtal kända objekt där fasomvandlande material har används och då i huvudsak i samband med värmeväxlare. Studier och försök vid olika högskolor och universitet har dock visat på att det fungerar bra att använda PCM som värmelagrande material i byggnader. Förutsättningen är att det finns gott om överskottsvärme i form av sol eller internlaster.

Underhåll och livslängd

Ett fasförändringsmaterial är inte helt reversibelt vilket gör att applikationen har en livslängd och en verkningsgrad som hela tiden minskar för varje fasövergång som äger rum.

Övrigt

De organiska (parafiner) fasomvandlande materialen är enkla att använda, ej korrosiva och stabila. Nackdelen är att de är dyra och brännbara.

Oorganiska fasomvandlande material har hög latent värmelagringsförmåga per vikts- eller volymenhet, är billig och brandsäkra. Nackdelen är att de är svåra att tillverka och är korrosiva.

Avsaknad av dimensioneringsverktyg samt den dåliga hållbarheten och

långtidsegenskaperna hos PCM, förhindrar ökad användning. PCM skulle vara mer praktiskt att använda vid säsongslagring där fasövergångarna inte sker lika ofta. Se kapitlet om säsongslagring. Tyvärr finns det ingen teknik utvecklad för detta ännu.

Att läsa mer

Arbete pågår inom IEA ECBCS Annex 44 där PCM är en teknik som beaktas.

Olsson M, Linder Kristofer, 2009. latent värmelagring i väggar. Umeå Universitet