Webbsidan är senast uppdaterad:
Timmerhus - Värme
Timmerhus - mekanismen bakom dess värmehållning
Inledning
Det är allmänt kännt att timmerhus är "varma" hus dvs. förbrukar mindre energi i uppvärmning än man kunde förvänta sig med hänsyn till timrets rena isolerande förmåga, dess värmegenomgångstal / värmegenomgångskoefficient / U-värde [W/m2°C].
Detta är numera även fastställt vetenskapligt och det brukar anges att timmerhusen har 25-30% lägre energiförbrukning än de borde ha med hänsyn till timrets U-värde! (en källa)
Jag har däremot ännu inte sett någon teknisk / vetenskaplig förklaringsmodell till vad som ger timret denna egenskapen, mekanismen bakom detta, annat än att det är en "tung stomme" som kan lagra (buffra) värme i sig i sin massa.
Jag presenterar här mitt förslag på en teknisk fysikalisk förklaringsmodell, som jag tror kan förklara mycket av timrets värmande förmåga. Denna förklaringsmodell har legat och grott ända sedan tidiga 1990-talet hos mig och den kom fram än starkare när jag utvärderade risken för mögelskador i min parkerade ouppvärmda husvagn och då utvecklade en Solsorptionsavfuktare.
Men jag har tidigare inte gjort några beräkningar över hur verksam den kan vara.
Så det här blir lite av en hypotestestning av min ansats och fundering!
Bakgrund
När jag var i 14-årsåldern (runt 1971) experimenterade jag med torkning av kristallvattnet ur kopparsulfat
CuSO4 · 5H2O vid låg temperatur på vanligt vattenburet värmeelement. Efter lång tids torkning blev kopparsulfaten nästan vit. Tillsatte man därefter vatten hörde man hur det började "puttra" (koka) i saltet och det blev riktigt varmt. Därmed hade jag upptäckt den kemiska värmepumpen! (Har för mig den inte var officiellt upptäckt ännu då.)
När jag många år senare (troligen under 1990-talet någon gång) läste om ett forskningsprojekt som skulle försöka klarlägga varför timmerhus är så förhållandevis snåla med uppvärmningsenergi kopplade jag snabbt ihop denna kunskap med torkning och uppfuktning av timret i husen, dvs timmerhusen har en inbyggd kemisk värmepump och kemisk värmelagring genom sin konstruktion, i och med dess mekanism med fuktkvot - blev min ansats / hypotes då.
- ClimateWell: How it works (om kemisk värmepump)
- ClimateWell, kemisk värmepump (wikipedia med många externa länkar)
- Kemisk lagring ger skjuts åt solvärme, om kemiskt lagrade värme
- Google: TCA, Thermo Chemical Accumulator
Fuktkvoten i timmerhus agerar kemisk värmepump / energilager
Min ansats är att fuktkvotens variation under dygnet samt under året medför en termokemisk energilagring med en kemisk värmepumpsfunktion i en timmerstomme. Solvärmen dagtid torkar ut en del fukt ur timmerstommen, samtidigt som den värms något, sedan fuktas timmerstommen upp igen under nattens höga luftfuktighet och då frigörs minst ångbildningsenergin för det kondenserade vattnet i timret. (Troligen mer då fukten binds hårdare än bara som kondenserat vatten i träet.)
Därmed får en timmerstomme ytterligare en inbyggd funktion som till viss del motverkar nattkylans nedkylning av timret, förutom värmetrögheten i den tunga timmerstommen, är min hypotes!
Samma under året, där vinterhalvåret i snitt har högre relativ fuktighet (RH 85-95%) ute än sommarhalvåret (RH 55-65%), vilket medför att timret torkas ut på sommaren och blir därmed ett kemiskt värmelager som senare frigör värme när timret fuktas upp igen under den fuktiga vintern. Den direkta solvärmen under sommaren gör detta än mer markant.
Har läst (en källa) att ett timmerhus som torkat färdigt har en fuktkvot mellan 8% och 12 % beroende på årstid. Går säkert att hitta mer uppgifter om detta.
Mekanismen med träets fuktkvot medför att upptorkning av timret är temperaturoberoende och bara beroende av luftens relativa fuktighet. Så upptorkningen kan ske vid låg temperatur (jämför frystorkning), t.ex. vid solbelyst timmervägg vintertid. Sedan kan, åtminstone teoretiskt, den lagrade värmeenergin frigöras vid en högre temperatur när träet återfuktas igen, då troligen företrädesvis under natten då den relativa luftfuktigheten ofta är mycket hög.
Läs mer om den mekanism som kallas Fuktbuffring i trä, där jag redogör tekniskt för detta ihop med en del källhänvisningar.
För att då dra nytta av den här "värmepumpseffekten / kemiska energilagringen" ska timmerstommen ligga ytterst ut mot uteluften och inte ha någon annan isolering utanpå sig!
Lite grova överslagsberäkningar för termokemisk energilagring i timmerhus
Jag gör här lite grova beräkningar för ett tänkt timmerhus med måtten 10x5x3m (lxbxh).
Furu har en densitet på 500kg/m3 samt jag räknar med 15cm tjocka timmerväggar.
Hela timmerstommen väger då (antar att dörr + fönster motsvarar runt 8m2):
(2 x (10 x 3 + 5 x 3) - 8) x 0,15 x 500 = 6150kg
En fuktkvot som varierar mellan värdena 8% och 12% under året motsvarar då:
(12% - 8%) x 6150 = 246kg vatten, vilket med vattnets ångbildningsvärme på 2260 kJ/kg motsvarar en energi av 154kWh. Inte så mycket men visar principen i alla fall.
Med 20cm tjocka timmerväggar (vanligt idag om man vill ha timmerhus utan tilläggsisolering i väggarna) skulle det bli runt 206kWh istället, för den husstorleken jag räknar på.
Därmed är det sannolikt variationen i fuktkvot över kortare tidsperioder som är mest verkningssamt i ett timmerhus, om min hypotes / ansats stämmer.
SP Sveriges Forskningsinstitut har utvärderat en timmervägg mot en massivträvägg och "överraskande" funnit att timmerväggen med sina sprickor och skarvar har ett 3-5% bättre U-värde än massivträväggen! (källa)
Jag gissar att det beror på att timmerväggen med sina sprickor dels får lite isolerande luft i sig, dels får en större aktiv yta som kan utbyta fukt med ytterluften.
Jag provar en överslagsberäkning för att testa den ansatsen:
Mitt studerade timmerhus har en yttre väggyta om:
2 x (10 x 3 + 5 x 3) - 8 = 82m2.
Jag gissar att alla sprickor i timret samt timrets form i övrigt minst fördubblar den ytan som då är i kontakt med ytterluften och får då 164m2 ytteryta för timmerväggen.
Under ett dygn når en fuktkvotsändring 1mm in i trä, på en vecka ca 12mm in samt på fyra veckor ca 25mm in i träet (källa).
Då kan man räkna ut följande med antagande att RH (relativa fuktigheten) kan variera 40% under dygnet, vilket motsvarar en fuktkvotsändring runt 10%, samt på veckobasis kanske fuktkvoten kan variera 5% i det yttre träet, vilket ger en kemisk energibuffrande förmåga i timret av:
1 dygn: 164m2 x 0,001m x 0,10 x 500kg/m3 x 2260kJ/kg = 5,1kWh
1 vecka: 164m2 x 0,012m x 0,05 x 500kg/m3 x 2260kJ/kg = 31kWh
4 veckor: 164m2 x 0,025m x 0,05 x 500kg/m3 x 2260kJ/kg = 64kWh
Nu börjar siffrorna bli lite intressantare, men inte riktigt så stora som jag trodde!
Det här tycker jag ändå bevisar att min hypotes / ansats i grunden stämmer, men ger mindre än jag hoppats på! Kanske är ytan i timrets sprickor än mycket större än mina antagande om 2ggr (mycket troligt) och då kanske dygnslagringen kommer upp i siffror som börjar få mer ordentlig betydelse.
Dessa grova värden jag räknat ut har ju inte en så praktiskt påverkande storlek på sin nivå, tyvärr!
Men ger kanske ändå en förklaring till den 3% - 5% bättre värmehållningen för en timmervägg med sina sprickor, jämfört med en massivträvägg.
För den / de ytor som blir direkt soluppvärmda rör det sig garanterat om betydligt större variation i fuktkvot och därmed om mer buffring av kemisk värmeenergi, vilket då kanske kommer upp i nivåer som har lite praktisk betydelse i alla fall, om än inte så mycket som jag antog i min ansats!
Det intressanta här är att man kan få en lagring / buffring av solenergi i timmerstommen som sträcker sig om tidsperioder upp till flera veckor, vilket knappast gäller för ren lagring i timrets massa. Men timrets tyngd och värmelagring i dess massa samverkar säkert fint med denna mekanismen med kemisk värmelagring genom ändring av timrets fuktkvot, tror jag.
Här utnyttjar man förmågan att lagra solenergi kemiskt via förändring i timrets fuktkvot, i min Solsorptionsavfuktare utnyttjar jag samma princip för lagring av "soltorka" kemiskt i träpellets.
Kanske detta ändå kan ge inspiration till en lite mer vetenskaplig utvärdering av någon, där man även kunde titta på om man kan optimera träets utformning för kontakten med uteluften samt om fuktbuffringen i träet kan ökas genom någon lämplig saltimpregnering, för ökad kemisk värmelagringsförmåga!
Finns nog mekanismer kring hur fukten rör sig inom timret i en timmervägg också, om det finns någon form av "fuktkvotsfront" som rör sig fram och tillbaka och hur då det påverkar väggens praktiska dynamiska värmegenomgångstal.
Lite mer att läsa: Energiåtgång i verkligheten, massivträhus / timmerhus testade.
Jag tar gärna emot feedback och synpunkter i min Gästbok (där finns även mailkontakt).
Energilagring i den tunga timmerstommen
Jag vill bara kort beröra den buffrande temperaturutjämnande energilagringen i den tunga timmerstommens massa. För att kunna lagra energi i en massa krävs en dynamisk temperaturvariation och ju större Δtemp är under en lagringscykel ju mer värmeenergi kan lagras i massan!
För skön boendekomfort inomhus vill vi ha en stabil rumstemperatur (= liten temperaturvariation) inne, möjligen med en kontrollerad mindre nattsänkning. Det innebär att om vi har den tunga timmerstommen in mot huset innemiljö, med en kraftig isolering på utsidan, kan vi nästan inte alls dra fördel av den tunga timmerstommens möjlighet till värmebuffring.
Det är utomhus vi har en stor variation i temperatur, dels mellan natt och dag, dels genom direkt solbestrålning av fasaden. Med timmerstommen ytterst i väggen, utan någon utvändig isolering, har vi tillgång till både stora temperaturväxlingar under dygnet samt direkt solvärme, vilka båda kan dra nytta av värmelagringen i timmerstommens tyngd. (Och sedan då lite till genom variation i dess fuktkvot, enligt vad jag skrev i de tidigare avsnitten här.)
Sedan tillkommer problematiken vid invändig isolering kring fuktvandring, risk för fuktutfällning där daggpunkten nås i väggkonstruktionen etc., vilket jag inte tänker beröra här.
För jämförelse med erfarenheter jag gjort:
Under 1980-talet bodde jag i en gammal skånsk tegellänga byggd 1886. Den låg i väst-östlig-riktning med långsidan mot söder. Söderväggen var dubbelt så tjock som övriga väggar i huset, och efter en längre tids funderande och analyserande kom jag fram till att det var en medveten konstruktion för att lagra solvärmen i väggen.
Väggarna var massiva och uppbyggda ytterst av halvsten (ca 12cm) hårdbränt mörkrött tegel och där innanför råtegel (obränd lersten), halvstens (ca 12cm) råtegel innerst mot väster / norr / öster och 1½stens råtegel för söderväggen. Alla innerväggar i huset var av halvstens råtegel.
Insidan på ytterväggarna var "uppreglade" så det bildas en 15-20mm luftspalt och där innanför satt en 15mm tretexskiva med tapet på. Ingen isolering i övrigt för ytterväggarna.
Huset var runt 12m långt och söderväggen drygt 2,5m hög. Råtegel har en densitet runt 1700 kg/m3 (källa) och där ligger troligen det hårdbrända massivteglet också.
Med fyra fönster på tillsammans max 5m2 yta innehöll söderväggen då:
(12 x 2,5 - 5) * 4 x 0,12 x 1700 = 20400kg dvs 20,4 ton tegel att lagra solvärme i!
Dessutom har också råtegel en aktiv fuktkvot, likt trä, som kan lagra lite värme kemiskt genom torkning / kondensering av fukt i materialet.
Vid jämförelse med en bekants då nybyggda hus på 1,5 plan med samma boyta men väldigt tjock modern isolering både i väggar och tak, förbrukade våra hus ungefär lika mycket energi! Min skånska tegellänga hade då golv som låg direkt i sanden på marken (=dragfritt) samt jag hade lagt in 12cm gullfiberisolering upp mot kallvinden, förutom de väldigt tjocka golvtiljorna uppe på vinden.
En vindstilla solig vinterdag i februari med runt -10°C utetemp kunde söderväggens mörkröda tegel värmas upp så de kändes ljumma på utsidan, dvs till en temperatur väl över 20°C!
Taket med 45° taklutning hade en långt utstickande takfot som skuggade runt 2/3-delar av söderväggen vid den högt stående solen på sommaren, så huset höll sig svalt då!
Detta huset fick därmed en rimlig uppvärmningskostnad tack vare dess lagring av solvärme i den tunga söderväggen! Man kunde förr :-)
Länkar & Referenser
Några övriga instressanta länkar: Uppdaterat: 2020-06-24
Svenska byggnadsvårdsföreningen
Byggnadsvårdstorget
ArkitekturSyn, ett intressant företag
FST - Föreningen Svenska Timmerhus
TimerHUS & Interiör (Gamla Nr, är vilande) - Tidningen för dig som älskar gedigna trähus.
Gård & Torp - Tidning med inspiration, tips och idéer för dig som älskar gamla hus.
Hålla Hus - Timmerstommen.
Det Vita Timmerhuset, (privat blogg, Vita Lyckan)
Bygge av varmluftssolfångare - beskrivning inkl. foton
Svenska Linoljeföreningen - med info samt länkar till medlemsföretag.
Energiautonomt timmerhus, som Naturbruksskolan Svenljunga byggt tillsammans med bland andra Leader Sjuhärad. Med elproduktion från sol och vind och en grund som lagrar värme under sommaren har stugan fått stor uppmärksamhet för att vara nytänkande inom självhushållning.
Småhusens arkitektur i Sverige
Knuttimring i Sverige
Hålla Hus
Timmerhus.se
TimmerhusForum
Stockholms läns museum, Byggnadsvård
Ekologiska timmerhus
Knuttimring (Wikipedia)
Transition-rörelsen (SvD)
Omställning Sverige
Hela Sverige ska leva
Energiboken - varsam energiförbättring för småhusägare, länk 2
Bra Böcker om Byggnadsvård - Svenska Byggnadsvårdsföreningen
Josef Davidsson, Gjutjärnskaminer, Vedspisar, Smalspisar - fint för vedeldning.
Mittuniversum - en gammal f.d. bondgård i Mälardalen där det pågår praktisk byggnadsvård parallellt med nyfiket undersökande av livet förr (privat blogg).
Nätverk och föreningar inom byggnadsvård - en länksamling på Byggnadsvårdsbloggen.
IsoTimber - ett nytt massivtimmerliknande isolerande byggmaterial. Mycket intressant!
Lite länkar till varmvatten / varmvattenberedare i mindre vedeldad / solvärmd skala:
Varmvattenberedare 12L rostfri på 1/2-meters rökrör, med avtappningskran
Kanske är det den vedeldade varmvattentanken som erbjuds i "Eremitens Koja"
Bilder varmvattenberedare på rökrör i Erimitens Koja (blogg)
Foto: Varmvattentank på rökrör, direkt på vedkamin / vedspis (alternativ.nu)
Arvesund: Ladhus, Kojor och Bodar - Ett företag som säljer
Några andra varmvattenbredare för vedeldning eller vedkamin (rökrör), som jag hittade:
Varmvattentank med rökrör genom - för vedeldad bastu alt. vedkamin
Vedeldad varmvattenberedare / Kota Murgryta 50-80L,
Rökrör med varmvattenslinga av tunnt rör (värmepumpsforum)
Kaldewei
Svensk annons: Kaldewei vedeldad 80L varmvattenberedare
Samt en solvärmd enklare varmvattendusch:
Soluppvärmde enkel lyxig dusch för utebruk (demerx.se)
Mer vedkaminer för mindre bostäder
Kombikaminen Unicombi: pelletskamin och vedkamin, även variant för värma varmvatten
Lite länkar inom närliggande områden:
Off-the-grid (Wikipedia)
Hultabygdens Kretsloppsförening
Klimatsmart jordbruk
Survivalism (prepper)
Swedish Survivalist
Swedish Prepper
Introduktion till survivalism
Alternativ.nu - om självhushållning och alternativt liv
Ecoprofile Sverige - energi - Sveriges största miljöforum
36 organic m2 - blogg om att bygga om ett uthus på gården till ett litet miljövänligt hem.
Handbok för vardagsekologi
PERMAKULTUR: Design för ett hållbart levande, bakgrund
FOBO Ekologisk trädgårdsodling
Cabin Porn Inspiration for your quiet place somewhere. Foton på ensliga små stugor.
Midsummer solar roofs, Clix - är Sveriges snyggaste integrerade solcellstak. Vi har utgått från ett vackert falsat plåttak och på det fäst våra tunnfilmssolceller. Lösningen ger ett estetiskt tilltalande integrerat tak.
eio Händig med el– en liten elhandbok
VISS, VattenInformationsSystem Sverige, Länsstyrelsen
Prepparen: Vattenfilter
Utsidan: Hur långt ner törs man dricka vattnet?
Grayl GEOPRESS PURIFIER, Termosliknande vattenfilter
Vattenrenare Sunwind Gravity, beredskapsverige.se
Rinkaby Rör
Tiny-House, minihus, liten stuga, off-grid
Tiny house i Sverige – Regler för hus på hjul!
Småhus – Fördelar och nackdelar med att bo litet!
Ventilation i litet hus – Attefallshus, Bolundare & Tiny house
LUNOS EGO Hybridenhet, decentraliserad FTX-ventilation, 5-20 m³/h, 1-4,5 W, 12 V DC
Fresh Air and the LUNOS e2 System - TinyHome
Energiboken, "Ledande experter på miljö, energifrågor och byggnadsvård lär dig om hur energiförluster uppstår, vilka åtgärder som sparar mest energi, att du inte behöver byta fönster för att uppnå goda energivärden, hur du tilläggsisolerar på rätt sätt och vilket uppvärmnings-system som är långsiktigt hållbart – och passar just för dina förutsättningar."
Byggnadsvård i praktiken: Värmen i gamla hus
Tilläggsisolera – men inte för mycket!
Det Självförsörjande huset, på energi med bekvämt modernt boende, byggdagbok
Huset som försörjer sig självt, samma självförsörjande hus
Niklas och Louise byggde ett självförsörjande hus, samma hus
Data för plywood: (hittat på Internet)
En exteriörlimmad plywood kan ha en diffusivitet på 0,02-0,44 medan till exempel en porös träfiberskiva har mellan 1-9. Till och med en cementfiberskiva andas bättre än plywooden. En omålad gipsskiva också.
För vanligt trä skiljer det i riktning längs eller vinkelrätt mot fibrerna. Men du har en faktor 10-100 gånger högre diffusivitet än hos en exteriörlimmad plywoodskiva.
Man använder urealim mellan varje skikt av knivskuret trä. Limmet härdar till bakelit och bildar ett slags "plastlager" mellan träskikten i skivan. Desto fler lager av trä och lim desto mindre fukt släpps igenom skivan.
"Fuktdiffusiviteten i träbaserade skivor är beroende av relativa luftfuktigheten, vilket gäller för flertalet material. För träbaserade skivor har dessutom densitet och limtyp en relativt stor inverkan. Fukttransporten uttryckt som ånggenomgångsmotstånd (s/m) är tjockleksberoende.
För plywood har också limtypen stor betydelse, men variationerna verkar vara större, troligen beroende på hur väl limmet täcker ytan mellan de olika fanérskikten. Fenolhartslimmad plywood (som dominerar i Sverige) har låg diffusivitet."
Källa:
Fuktdiffusion i träbaserade skivor – Liu Tong, Birgit Östman
TräteknikCentrum, Institutionen för träteknisk forskning Jönköping
En vindduk för diffusionsöppen isolering har ca 10-20x10³ s/m max i motstånd.
Konstruktionsplywood i 15mm tjocklek har ca 40x10³ s/m.
De flesta hus som byggs och man säger "andas" använder ångbroms om ca 100x10^3 s/m.
Man vill ha minst 3ggr ånggenomgångsmotstånd på insida vägg jämfört med utsida vägg. För isolerade ytterväggar med hygroskopiskt material / träfiber / celllulosa.
Av Bosse, Copyright © 2010 - Bosse at frittliv.autonomtech.se
Denna webbsida publicerades publikt första gången 2010-12-19.
