Vakuumisoleringspaneler – tillämpning på bostadsobjekt i miljonprogrammet Av Europas 160 miljoner byggnader är en majoritet (cirka 85 procent) inte energieffektiva samtidigt som mer än 40 procent av den totala energianvändningen kan relateras till byggsektorn. Därav är det av stor vikt att de existerande byggnaderna renoveras med detta mål i sikte. På senare tid har kravet med begränsat utrymme vid bland annat renoveringar medfört att tunnare tjocklekar på isoleringsmaterial eftersöks, varför implementering av vakuumisoleringspaneler (VIP) räknas som en attraktiv lösning. Det finns för närvarande cirka fyra miljoner småhus och flerbostadshus i Sverige. För att uppnå omfattande energieffektiviseringar krävs renovering av det befintliga bostadsbeståndet, med tanke på dess relativt långsamma omsättning. Idag är ungefär 750 000 lägenheter byggda under miljonprogrammet och dessa är i behov av renovering inom kort. För att kunna klara redan uppsatta energieffektiviseringsmål krävs att det befintliga bostadsbeståndet renoveras med målet att uppnå en nivå som dagens byggnormer. Samtidigt bör nyproducerade bostäder byggas så energieffektiva som möjligt. Enligt den svenska regeringens fastställda delmål för energianvändning och miljökvalitetsmålet, God bebyggd miljö, ska den totala energianvändningen per uppvärmd areaenhet i bostadshus och lokaler minskas med 20 procent till år 2020 samt 50 procent till år 2050 i förhållande till årsförbrukningen 1995. Bebyggelsesektorn ska dessutom vara helt oberoende av fossila bränslen för energianvändning, i fas med att andelen förnybar energi ökar med kontinuerlig takt till år 2020, Boverket (2009). Energistudier utArtikelförfattare är Navid Gohardani, doktorand i Byggvetenskap vid KTH, Kungliga Tekniska Högskolan, i Stockholm. 22 förda av ledande experter visar att en ekonomisk optimerad tjocklek på värmeisolering för byggnader bör ligga på cirka 300 till 500 mm beroende på rådande klimatförhållanden. Numera resulterar byggnormernas krav ofta i en värmegenomgångskoefficient (U-värde) för väggar och tak, motsvarande en isoleringstjocklek med riktvärdet 200 mm. En problemställning med tjock värmeisolering uppenbarar sig inte minst vid renoveringsåtgärder av flerbostadshus, där tillläggsisoleringen ytterligare hämmar de oftast redan begränsade boytorna. Renovering av bostadsobjekt uppförda under miljonprogrammet Att använda vakuumisoleringspaneler vid renoveringar ger bland annat upphov till en högeffektiv isolering med obetydlig ökning av väggtjocklek, genom att de högpresterande isoleringsmaterialen är upptill cirka sex till åtta gånger effektivare än exempelvis mineralull. En panel med en tjocklek på 20 till 30 mm motsvarar exempelvis 100 till 150 mm mineralull. Detta innebär att byggnader kan erhålla effektivare energiprestanda och ändå behålla det ursprungliga arkitektoniska uttrycket. För befintliga byggnader och objekt där boarean redan är bestämd och inte kan förändras, är maximering av utnyttjbar boyta ett önskemål. För att inte förlora energi som konsekvens av ineffektiv isolering, brukar oftast tjockleken på den befintliga isoleringen utökas varvid detta bidrar till att boytan blir mindre. Trots att initialkostnaden för vakuumisoleringspaneler är relativ hög, kan den rättfärdigas med den bättre isoleringseffekt som den uppvisar i samband med maximering av boytan som båda var för sig innebär ett sparande i energi och utrymme. Energipriset samt dess förväntade utveckling och produktionskostnaderna är de faktorer som bör tas i beaktande vid en ekonomisk dimensionering av värmeisoleringen för en byggnad. Detta medför i sin tur att byggkostnaden ökar i samband med att driftkostnaden minskar. Genom att ta fram den lägsta totalkostnaden för byggoch uppvärmningskostnader kan den mest ekonomiska isoleringstjockleken för varje konstruktion bestämmas. För övrigt bör aven hänsyn tas till faktorer som rän- ta, avskrivningstid samt energipris och dess utveckling. Vakuumisoleringspaneler Vakuumisoleringspaneler består av tunna, formbara paneler med poröst material som inneslutits i ett lufttätt hölje och skiljer sig från konventionella isoleringsmaterial i den bemärkelsen att gaskonduktiviteten delvis eller helt har eliminerats, Annex39 A/B (2005). I isoleringsmaterial som mineralull och glasull sker värmeöverföringen genom strålning samt via molekylkollisioner och luftrörelser i porer i materialen. Genom eliminering av denna gaskonduktivitet kan egenskaperna hos isoleringen förbättras markant eftersom panelernas kärnmaterial är placerat i vakuum. Höljet hindrar anslutning till omgivningen, varvid vakuum upprätthålls på insidan. Kärnan kan bestå av tjockare plåt, tunn plastfilm, eller flera lager polymera filmer i anslutning till ett tunt lager av aluminium, Johansson (2012). När det omslutande materialet viks längs en panelkant kan en så kallad köldbrygga bildas, på grund av höljets goda värmeledningsförmåga. För att minimera dessa kanteffekter bör lämpligen panelerna vara rektangulära och så stora som möjligt. Vakuumisoleringspaneler behöver hanteras varsamt för att förhindra att mekaniska skador uppkommer på höljet. Ingen spikning eller beskärning får utföras för att vakuumet och den värmeisolerande förmågan hos panelerna ska kunna bibehållas. För vakuumisolerade sandwichpaneler (VIS) används en helsvetsad metallbarriär som omslutande skikt. Dessa är mer ro- Figur 1: Jämförelse mellan mineralull och vakuumisoleringspaneler. Bygg & teknik 5/12 busta samt har bättre lastbärande egenskaper i jämförelse med vakuumisoleringspaneler. Idag bedöms livslängden för vakuumisolerade paneler till cirka 30 till 50 år, beroende på de ingående egenskaperna. Därav är det viktigt att byggtekniskt försäkra sig om att panelerna enkelt kan bytas ut vid exempelvis renoveringsåtgärder. Tilläggsisolering med vakuumisoleringspaneler Det finns många faktorer som styr valet av lämpligt isoleringsmaterial såsom kompressionsresistans, ångmotstånd, livslängd för isoleringen, dess tjocklek och naturligtvis priset. Kostnaden för ett utförande med vakuumisoleringspaneler vid renoveringsåtgärder hamnar i dagsläget på cirka 40 000 kronor per kubikmeter isolering eller 3 000 kronor per meter vägg, medan denna kostnad ligger mellan 800 till 2 000 kronor per kubikmeter eller 300 till 752 kronor per meter vägg, för mineralull, Gohardani (2010). En anledning till varför priset för vakuumisoleringspaneler är högre i förhållande till andra konventionella isoleringsmaterial kan vara att denna typ av isolering är förhållandevis ny inom bostadsbyggandet. Detta innebär att produktion, distribution och implementeringskedjor som är relaterade till vakuumisoleringspaneler i nuläget inte är optimala. Dessa faktorer kan förändras med tiden i samband med att användning av vakuumisoleringspaneler blir allt vanligare. Ännu en faktor som bör tas i åtanke är att övriga isoleringsmaterial oftast massproduceras, vilket i sin tur innebär att priset för dessa blir lägre än priset för vakuumisoleringspaneler som i nuläget inte massproduceras i samma omfattning. Implementering av vakuumisoleringspaneler är i synnerhet fördelaktig med avseende på den boarea som kan sparas. Det- ta har sitt ursprung i att vakuumisoleringspaneler har ett större värmeöverföringsmotstånd i jämförelse med konventionella isoleringsmaterial. Ett högre värmeöverföringsmotstånd innebär att tunnare paneler kan användas. Trots att vakuumisoleringspaneler inte kan implementeras i alla byggnader, har deras funktion och tillämpning blivit alltmer vanlig vid renoveringar av befintliga byggnader, fasader och isolering inomhus. Studier visar att användning av vakuumisoleringspaneler bidrar till att kostnader för landutrymmen och de isoleringskostnader som tillkommer till följd av dessa kan reduceras drastiskt. Vid åtgärder som inkluderar tilläggsisolering av klimatskal är fukt samt köldbryggor i väggar och taksammanfogningar svåra att utesluta helt och hållet. Vid tilläggsisolering bör följande fuktfaktorer undvikas: ● Ytkondensation vid sammanfogningar ● Kondensation från ventilation ● Kondensation från ångdiffusion ● Kondensation av luftläckor. För att illustrera effekten av en investering i vakuumisoleringspaneler har en studie utförts där paneler med dimensionen L • B = 1 000 • 600 mm² och tjockleken t = 30 mm samt värmeledningsförmågan λcenter = 0,004 W/(m • K), undersökts för en tidsperiod av cirka 50 år. Resultat visas för tre olika räntesatser r1 = 3 procent, r2 = 5 procent och r2 = 7 procent där fastighetsägarens inkomst per kvadratmeter yta och år, visas mot nettokostnaden för vakuumisoleringspaneler med den givna inköpskostnaden på 1 090 kronor per panel, enligt figur 2. En prisjämförelse mellan vakuumisoleringspaneler och konventionell isolering visar att den sistnämnda är cirka 100 kronor billigare per kvadratmeter. Emellertid är värmeledningsförmågan för vakuumisoleringspaneler cirka sex till åtta gånger mindre. Figur 2 visar att en investering i Figur 2: Hyresintäkt i kronor per kvadratmeter yta och år plottat mot nettokostnaden av vakuumisoleringspaneler i kronor per kvadratmeter vägg och år, för olika räntesatser, r. Bygg & teknik 5/12 vakuumisoleringspaneler avskriver insatsbeloppet efter en tidsperiod av cirka 50 år, Gohardani & Gudmundsson (2011). Köldbryggor En köldbrygga är en försvagning i klimatskalet, där värmeflödet ut ur byggnaden är större än i övriga delar av klimatskalet. Köldbryggor förekommer bland annat runt fönster, vid balkonginfästningar samt anslutningar mellan väggar och bjälklag. Köldbryggor utgörs ofta av material som har hög värmeledningsförmåga som stål eller betong. Effekten av uppkomst av köldbryggor medför att vissa innerytor av byggnaden blir kallare än resterande partier. Effekten av köldbryggor kan beskrivas av den linjära värmegenomgångskoefficienten Ψ. Det specifika värmeflödet QΨ som avlägsnas ut genom byggnaden ges enligt nedanstående samband: QΨ = Ψ • l [W/K] där Ψ betecknar den linjära värmegenomgångskoefficienten [W/mK] och l är köldbryggans längd [m]. Den linjära värmegenomgångskoefficienten Ψ definieras som skillnaden mellan värmeförlusten för konstruktionen och konstruktionens U-värde, där effekten av köldbryggor försummats. Fallstudie – Hovsjö, Södertälje Hovsjö bostadsområde i Södertälje, söder om Stockholm, tillkom under 1972 till 1974 som ett resultat av satsningarna i miljonprogrammet. Bostadsområdet består av 2 200 lägenheter och utbreder sig på en area som är cirka en halv kvadratkilometer. På grund av det stora antalet boende som uppgår till cirka 6 000 personer, räknas Hovsjö till ett av Sveriges folktätaste bostadsområden. För att kunna möta de krav som framtiden ställer på energieffektivitet finns det därför utrymme för förbättringar inom bostadsområdet i form av reducering av energiförbrukning genom bland annat tilläggsisolering och allmän upprustning. För att kunna jämföra betydelsen av olika isoleringsmaterial vid tilläggsisolering, utfördes en studie på en typisk väggsektion från ett flerbostadshus inom Hovsjö bostadsområde. I studien undersöktes värme- och fuktöverföringsproblem för det aktuella klimatskalet under naturliga väderförhållanden. I ett fall simulerades tilläggsisolering med vakuumisoleringspaneler på utsidan av sammanfogningen mellan lättbetongvägg och bjälklag. Figurerna 3 och 4 på nästa sida visar temperaturfördelningen samt det totala värmeflödet som resultat av kopplad värme- och fukttransport till följd av värmeövergång och diffusion. Tilläggsisolering av balkongplattor med vakuumisoleringspaneler Balkongplattor är bra exempel på köldbryggor. Tidigare energieffektiviserings- 23 Figur 3: Temperaturfördelningen för köldbryggan där vakuumisoleringspaneler placerats som yttre isolering och lättbetong som inre skikt. I figuren är Tutsida = -10 °C och Tinsida = 20 °C. projekt har ansett det nödvändigt att avlägsna och ersätta dessa med nya fribärande balkongplattor, eller att förlänga hela ytterväggen utanför balkongen, för att bryta värmegenomgången orsakat av köldbryggan. Vakuumisoleringspaneler sparar betydande utnyttjbar boyta i väggtjocklek jämfört med konventionella isoleringsmaterial, speciellt vid ombyggnader då dessa är bättre anpassade för att kunna användas med större precision och effektivitet vid isolering av stora linjära och punktformade köldbryggor. I en aktuell undersökning som utförts i Sverige med huvudmålet att utvärdera möjligheterna av energirenoveringar med hjälp utav högpresterande isoleringsmaterial, övervägdes möjligheten att tilläggsisolera en balkongplatta av betong parallellt med skapandet av ytterligare arkitektoniska värden. I denna studie skulle vakuumisoleringspaneler monteras ytterst på kanten av balkongplattan medan den övre och nedre delen skulle täckas med konventionell isolering såsom mineralull. Figur 5 illustrerar den arkitektoniska gestaltningen av ett flerbostadshus med balkongplattor som försetts med en kombi- Figur 4: Totala värmeflödet för köldbryggan där vakuumisoleringspaneler placerats som yttre isolering och lättbetong som inre skikt. nation av vakuumisoleringspaneler samt mineralull. I studien utfördes bland annat simuleringar med Finita elementmetoden (FEM) för att visa samspelet mellan vakuumisoleringspaneler och konventionella isoleringsmaterial. Baserat på resultaten från denna studie kunde bland annat verifieras att tilläggsisolering av balkongplattan reducerar den linjära värmegenomgångskoefficienten Ψ vid anslutning till yttervägg, med cirka 50 procent. Detta motsvarar en reduktion från cirka 1,2 W/mK till ungefär 0,6 W/mK jämfört med skicket innan renoveringsåtgärden. Den ungefärliga energibesparing som följer av ett sådant genomförande motsvarar cirka 50 kWh per meter balkonganslutning. Därutöver kommer risken för kondens på insidan och frostskador i den omgivande betongen med stor sannolikhet att reduceras till följd av att balkongplattan kommer att förbli torr och varm. Figur 6 illustrerar temperaturfördelningen i anslutningen mellan balkongplattan och ytterväggskonstruktionen, med och utan tilläggsisolering. Den nyrenoverade lösningen baserades på en 200 mm balkongplatta täckt med 50 mm mineralullsisolering på ovan- och undersidan, medan den yttre kanten antogs vara isolerad med vakuumisoleringspaneler med en tjocklek motsvarande 15 mm. Slutsats Generellt kan vakuumisolerade element brukas i situationer där en högeffektiv värmeisolering efterfrågas samtidigt som det förekommer utrymmesbegränsningar hos konstruktionen. För tillämpningar inom bostadsbyggandet används vakuumisoleringspaneler numera mestadels för värmeisolering av väggar och golv. För dessa ändamål behövs skyddsåtgärder i form av förstärkningar för att garantera en implementering utan läckage. Vakuumisolerade sandwichpaneler uppvisar däremot en hög lastbärande förmåga och kan därmed brukas under strängare förhållanden än vakuumisoleringspaneler. Den främsta fördelen med dessa högpresterande termiska isoleringsmaterial är bland annat en högeffektiv termisk isolering med obetydlig ökning av exempelvis väggtjocklek, genom ett värmeöverför- Figur 5: Arkitektonisk gestaltning av ett flerbostadshus med isolerade balkongplattor, Orrling & Larsson (2009). 24 Bygg & teknik 5/12 Figur 6: FE-analys av temperaturfördelningen hos tilläggsisolerade balkongplattor i befintligt skick (till vänster) samt efter tilläggsisolering med mineralull och vakuumisoleringspaneler (till höger). ingsmotstånd som kan vara upptill cirka sex till åtta gånger effektivare än konventionell isolering, såsom mineralull. Avslutningsvis önskar artikelförfattaren tacka Forskningsrådet för miljö, areella näringar och samhällsbyggande (Formas) samt Stiftelsen för utveckling av energieffektivt byggande för erhållet forskningsanslag beträffande energieffektivt byggande. ■ Referenser Boverket (2009). Så mår våra hus – redovisning av regeringsuppdrag be- Bygg & teknik 5/12 träffande byggnaders tekniska utformning. Annex39 A/B (2005). Vacuum Insulation in the Building Sector, Systems and Applications. HiPTI-High Performance Thermal Insulation, IEA/ECBCS Annex39 Report Subtask A/B. Gohardani, N. (2010). Vakuumisolering vid byggnadsrenovering och tilläggsisolering, Kungliga Tekniska Högskolan. Gohardani, N. & Gudmundsson, K. (2011). Sustainable building renovation and refurbishment with applications of Vacuum Insulation Panels, Proccedings Vol. 2, SB11 World Sustainable Building Conference, Helsinki, Finland. Johansson, P. (2012). Retrofitting of old Exterior Wall with Vacuum Insulation Panels: Measurements of Thermal Properties, Moisture Performance and Practical Considerations, Department of Civil and Environmental Engineering, Chalmers University of Technology. Orrling, A. & Larsson, J. (2009). Form & teknik vid upprustning av 1960-/70talshus, White och ÅF, Stockholm. 25