En byggnads värmebalans beskriver hur mycket värmeenergi som tillförs till en byggnad och som avges från densamma. Energiflödenas storlek bestäms till stor del av den yttre klimatbelastningen, verksamheten, byggnadens egenskaper och krav på inomhusmiljö. Det finns alltid en balans mellan tillförd energi och bortförd energi över tid.
Den tillförda värmeenergin omfattar:
- Energi som tillförs byggnaden för uppvärmning av rum, ventilationsluft och tappvarmvatten
- Värmetillskott som sker från apparater, belysning, solinstrålning och personvärme.
Den bortförda värmeenergin omfattar:
- Transmissionsförluster genom klimatskärmens olika delar såsom väggar, tak, grund och fönster.
- Luftläckage (infiltrationsförluster) genom fasad samt runt fönster och dörrar.
- Ventilationsförluster via frånluften.
- Värmeförluster via avlopp.
- Systemförluster, vilka uppstår då all tillförd energi inte kan tillgodogöras på ett nyttigt sätt. (Systemförluster beskrivs ofta med en systemverkningsgrad.)
- I lokalbyggnader tillkommer också bortförd överskottsvärme genom kyla.
Hur posterna i energibalansen fördelar sig skiljer sig åt beror på byggnadens utformning och vilken verksamhet som bedrivs. Bostäder behöver exempelvis mer uppvärmning av varmvatten än kontor och många andra lokalbyggnader.
Värmebehov
I de flesta byggnader finns krav på att rumstemperaturen inte får bli för låg, normalt inte under +20–22°C. Därmed finns det, då det är kallare ute än inne, ett behov av värme för att täcka värmeförluster på grund av transmission och luftinfiltration genom klimatskärmen, det vill säga genom väggar, fönster, tak och golv. Det behovet kommer att till del täckas av internt värme som alstras inomhus av människor, av belysning och elektriska apparater och av solinstrålning. Först när värmeförlusten är större än det interna värmet behövs uppvärmning. Uppvärmningsbehovet varierar under året och beror, utöver av utetemperaturen, av byggnadens egenskaper och verksamheten i byggnaden. Figuren nedan visar tre exempel på vad rumstemperaturen skulle bli vid -10oC ute i ett hus utan någon uppvärmning. Det krävs sedan aktiv uppvärmning till det rumstemperaturen skall vara, det vill säga till +20–22°C.
Utan någon internvärme (från människor, apparater, belysning, och solinstrålning) kommer innetemperaturen i byggnaden att bli samma som utetemperaturen. Detta oavsett hur väl byggd, eller välisolerad byggnaden är. Detta illustreras av det första huset i bilden ovan. Är det -10°C ute kommer det även att bli det inne i byggnaden. Här blir uppvärmningsbehovet för att hålla önskad innetemperatur (exempelvis 20°C) lika stort som värmeförlusten genom klimatskärmen.
Med människor, apparater och belysning som avger värme och solinstrålning genom fönstren kommer innetemperaturen utan uppvärmning att bli högre än utetemperaturen. Hur mycket högre beror på den interna värmeutvecklingen. I exemplet ovan räcker internvärmen till att värma byggnaden till 0°C när det är -10°C utomhus. Här blir uppvärmningsbehovet för att hålla önskad innetemperatur mindre än värmeförlusten genom klimatskärmen.
I en välisolerad byggnad kan värmeförlusten genom klimatskärmen bli rätt liten, även om det är kallt ute. Eftersom värmeförlusterna är mindre räcker i det här exemplet internvärmen till att värma byggnaden till +10°C när det är -10°C ute. Här blir uppvärmningsbehovet för att uppnå önskad innetemperatur litet.
I bostäder finns det vanligen behov av uppvärmning under en stor del av året eftersom internlasterna inte är så stora.
I lokalbyggnader, som exempelvis kontor, kan däremot internlasterna vara betydligt högre (fler människor och apparater i förhållande till ytan) och uppvärmningsbehovet betydligt mindre. I många av dessa byggnader, särskilt nya energieffektiva, finns det endast ett uppvärmningsbehov när byggnaden inte används (till exempel nattetid eller helger) eller de allra kallaste timmarna på året.
Kylbehov
Det finns ett kylbehov i byggnaden när värme behöver föras bort för att inte innetemperaturen ska överstiga en lägsta accepterad temperatur.
I bostäder är höga innetemperaturer sällan ett stort problem i vårt klimat, även om det kortare perioder under sommaren kan bli besvärande varmt. Normalt installeras därför ingen särskild teknik, eller system, för att föra bort överskottsvärme i dessa byggnader. Höga temperaturer kan istället till viss del avhjälpas med solavskärmning och genom vädring.
I lokalbyggnader, som kontor, skolor, sjukhus, köpcentrum, etc., finns däremot ett värmeöverskott under verksamhetstid under större delen av året. Normalt kräver man därför för lokaler både att rumstemperaturen inte får sjunka under en lägsta nivå och inte heller stiga över en högsta nivå. Det krävs därför både ett system för värmetillförsel och system för att föra bort värmeöverskott (Abel & Elmroth, 2008). Värmetillskott från utrustning, processer och personer kan vara så stora att lokalen måste kylas för att det inte ska bli oacceptabelt varmt inne även när det är kallt ute. Värmeöverskottet kan dock även i dessa byggnader till viss del reduceras genom solavskärmning, vilket då minskar behovet av kyla.
Exempel på energibalansen i bostadshus
Nedan visas två exempel på hur fördelningen av olika poster i en värmebalans kan se ut för ett flerbostadshus. Det första är en byggnad med relativt hög energianvändning och det andra är ett så kallat lågenergihus, som använder mindre energi än vad byggreglerna kräver. Oavsett hur stora de olika posterna är så råder balans mellan tillförd och bortförd värme. Genom mindre förluster i lågenergihuset behöver mindre energi tillföras.
Att minska energibehovet
Åtgärder som minskar värmeförlusterna genom en byggnads klimatskärm ger ett minskat värmebehov, men samtidigt ett större överskott av värme under året. I bostadshus är varje minskning av värmeförlusten genom byggnadens klimatskärm en energiteknisk vinst. Ju mer välisolerad och ju tätare ett bostadshus görs, desto mindre blir energibehovet. I lokaler är det å andra sidan bortförsel av överskottsvärme under arbetstid som är mest energikrävande. Här är det är därför de åtgärder som minskar de klimatstyrande installationernas energibehov och åtgärder som minskar den interna värmeutvecklingen (värme från ex. belysning och apparater) som ger de stora energivinsterna (Abel & Elmroth, 2016).