Lämpöhäviölaskuri - Lämmitysjärjestelmien mitoitus ja eristyksen vertailu

Lämmönhäviölaskuri

Lämmönhäviölaskuri arvioi, kuinka nopeasti lämpö poistuu huoneesta watteina ilmaistuna. Se käyttää huoneen kokoa, sen lämmöneristyksen laatua sekä sisä- ja ulkolämpötilan eroa. Tulos osoittaa likimääräisesti, kuinka paljon lämmitystehoa huone tarvitsee pysyäkseen lämpimänä.

Lämpö virtaa aina lämpimistä alueista kylmiin. Talvella lämpö siirtyy lämmitetystä huoneesta seinien, katon ja lattian läpi kylmempään ulkoilmaan. Lämmitysjärjestelmän on korvattava menetetty lämpö, jotta huoneen lämpötila pysyy vakaana. Menetettävän lämpömäärän tietäminen watteina auttaa valitsemaan sopivan kokoisen lämmittimen tai lämpöpatterin ja arvioimaan, kannattaako lisäeristys kustannusten kannalta.

Lämmönhäviön kaava

Laskuri käyttää rakennusfysiikassa vakiintunutta kaavaa:

$Q = U \times A \times \Delta T$

• Q on lämmönhäviöteho watteina (W).
• U on U-arvo eli lämmönläpäisykerroin watteina neliömetriä ja kelviniä kohti (W/m²K). Pienempi U-arvo tarkoittaa parempaa eristystä.
• A on kokonaispinta-ala, jonka läpi lämpö poistuu, neliömetreinä (m²).
• ΔT on sisä- ja ulkolämpötilan ero Celsius-asteina tai kelvineinä.

Kaavassa kerrotaan kolme tekijää: kuinka helposti lämpö kulkee rakennusmateriaalin läpi, kuinka suuri lämmön kulkureittiä tarjoava pinta-ala on ja kuinka suuri lämpötilaero on. Suurempi lämpötilaero tai pinta-ala lisää lämmönhäviötä. Sama koskee suurempaa U-arvoa.

Laskurissa käytettävät U-arvot

Laskuri tarjoaa neljä kiinteää eristystasoa, joista kuhunkin liittyy tyypillinen U-arvo:

Nämä ovat koko huonetta koskevia karkeita keskiarvoja, eivät yksittäisen materiaalin arvoja. Todellisella seinällä, ikkunalla ja katolla on kullakin oma U-arvonsa, ja ikkunat päästävät yleensä läpi paljon enemmän lämpöä kuin eristetyt seinät.

Pinta-ala

Laskuri laskee yhteen suorakulmaisen huoneen kaikkien kuuden pinnan alan: neljän seinän, katon ja lattian.

$A = 2 \times (L \times W + L \times H + W \times H)$

L, W ja H ovat huoneen pituus, leveys ja korkeus metreinä. Tässä menetelmässä jokaisen pinnan oletetaan olevan ulospäin. Todellisessa talossa lämmitetyn naapurihuoneen kanssa yhteiset seinät menettävät vain vähän tai eivät lainkaan lämpöä, joten tällä tavalla tehty koko talon arvio on yleensä hieman liian suuri.

Lämpötilaero

ΔT on yksinkertaisesti sisälämpötila miinus ulkolämpötila. Tavallisissa lämpöolojen tarkistuksissa käytetään usein alinta lämpötilaa, jonka odotetaan vallitsevan kyseisenä päivänä. Pysyvää lämmitysjärjestelmää mitoittavat insinöörit käyttävät sen sijaan paikkakunnan mitoituslämpötilaa, joka on esimerkiksi ASHRAEn kaltaisten järjestöjen julkaisema standardoitu kylmän sään arvo, eivätkä siellä koskaan mitattua alinta lämpötilaa.

Lämmönhäviölaskurin käyttö

1. Mittaa huone. Syötä sisätilan pituus, leveys ja korkeus metreinä.
2. Valitse eristystaso. Valitse heikko, keskimääräinen, hyvä tai erinomainen rakennuksen iän ja rakenteen perusteella. Jos olet epävarma, valitse heikompi taso, sillä se vähentää lämmittimen alimitoituksen riskiä.
3. Aseta lämpötilat. Syötä ylläpidettävä sisälämpötila ja ulkolämpötila, johon haluat varautua.
4. Lue tulos. Laskuri näyttää kokonaispinta-alan, käyttämänsä U-arvon, lämpötilaeron, kokonaislämmönhäviön watteina ja voimakkuusluokituksen.

Voimakkuusluokituksen toiminta

Voimakkuusluokitus ei perustu pelkkään watteina ilmoitettuun lukuun, koska suuri huone menettää luonnostaan enemmän watteja kuin pieni huone samalla eristyksellä. Sen sijaan laskuri jakaa lämmönhäviön huoneen tilavuudella, jolloin tulokseksi saadaan wattimäärä kuutiometriä kohti (W/m³), ja vertaa sitä neljään luokkaan:

Pieni, huonosti eristetty huone voi saada luokituksen ”erittäin suuri” melko pienellä kokonaiswattimäärällä, kun taas suuri, hyvin eristetty halli voi saada luokituksen ”pieni” suuremmasta kokonaisluvusta huolimatta. Jakaminen tilavuudella tekee luokituksesta vertailukelpoisen erikokoisissa huoneissa.

Laskuesimerkki

Tarkastellaan huonetta, joka on 5 m pitkä, 4 m leveä ja 2,5 m korkea ja jonka eristys on keskimääräinen (U = 1,0 W/m²K). Huone lämmitetään lämpötilaan 21 °C, kun ulkona on 0 °C.

1. Pinta-ala: 2 × (5 × 4 + 5 × 2,5 + 4 × 2,5) = 2 × (20 + 12,5 + 10) = 2 × 42,5 = 85 m²
2. Lämpötilaero: 21 − 0 = 21 °C
3. Lämmönhäviö: 1,0 × 85 × 21 = 1 785 W
4. Huoneen tilavuus: 5 × 4 × 2,5 = 50 m³
5. Tilavuuteen suhteutettu lämmönhäviö: 1 785 ÷ 50 = 35,7 W/m³, joka sijoittuu välille 30–50, joten laskuri luokittelee huoneen suureksi.

Sama huone samoilla lämpötiloilla osoittaa, kuinka paljon eristys vaikuttaa tulokseen:

Lämmönhäviö muuttuu suoraan U-arvon mukaisesti, kun pinta-ala ja lämpötilaero pysyvät samoina, mutta U-arvo ei pienene jokaisessa vaiheessa samalla suhteella. Siirtyminen heikosta keskimääräiseen eristykseen puolittaa U-arvon (2,0:sta 1,0:een), mikä puolittaa lämmönhäviön täsmälleen 3 570 W:sta 1 785 W:iin. Siirtyminen keskimääräisestä erinomaiseen eristykseen puolestaan pienentää U-arvon neljäsosaan (1,0:sta 0,25:een), joten myös lämmönhäviö pienenee neljäsosaan, 1 785 W:sta 446 W:iin, ei vain puoleen.

Rajoitteet

Tämä kaava antaa vakiintuneen tilan arvion, joka soveltuu vertailuihin ja karkeaan mitoitukseen, mutta siitä puuttuu useita todellisia vaikutuksia:

• Ilmavuodot. Ovien, ikkunoiden ja rakojen ympäriltä tulevat vedot voivat muodostaa suuren osan rakennuksen todellisesta lämmönhäviöstä. Kaava ei huomioi niitä.
• Kylmäsillat. Rangat, palkit ja muut runkorakenteet johtavat lämpöä nopeammin kuin niitä ympäröivä eriste.
• Ikkunat ja ovet. Laskuri käyttää koko huoneelle yhtä U-arvoa, mutta lasi päästää yleensä lämpöä läpi moninkertaisesti eristettyyn seinään verrattuna.
• Auringon lämpökuorma. Ikkunoista tuleva auringonvalo voi päivällä kompensoida osan lämmönhäviöstä.
• Yhteiset sisäseinät. Kahden lämmitetyn huoneen väliset seinät menettävät vain vähän lämpöä, mutta kaavassa niiden oletetaan olevan ulospäin.

Sertifioidussa lämmitysjärjestelmän mitoituksessa pätevän asentajan tai energia-arvioijan tulisi ottaa nämä tekijät huomioon paikan päällä tehtävien mittausten avulla.

Usein kysyttyä

Mikä on lämmönhäviölaskuri?

Se on työkalu, joka arvioi, kuinka monta wattia lämpöä huone menettää ulos huoneen koon, eristyksen ja sisä- ja ulkolämpötilan eron perusteella. Tulos osoittaa likimääräisesti, kuinka paljon lämmitystehoa huone tarvitsee.

Mitä kaavaa se käyttää?

Q = U × A × ΔT, missä Q on lämmönhäviö watteina, U rakennusmateriaalien U-arvo yksikkönä W/m²K, A kokonaispinta-ala neliömetreinä ja ΔT lämpötilaero asteina.

Miten voimakkuusluokitus lasketaan?

Laskuri jakaa kokonaislämmönhäviön huoneen tilavuudella saadakseen wattimäärän kuutiometriä kohti ja luokittelee sen pieneksi (alle 15 W/m³), kohtalaiseksi (15–30), suureksi (30–50) tai erittäin suureksi (50 tai enemmän). Kukin luokka alkaa alarajastaan ja päättyy juuri ennen seuraavaa rajaa. Näin suuria huoneita ei rangaista epäoikeudenmukaisesti niiden koon vuoksi.

Minkä U-arvon valitsen?

Valitse ”heikko” (2,0) vanhoille, eristämättömille rakennuksille, ”keskimääräinen” (1,0) tavallisille taloille, jotka on rakennettu 1980-luvulta 2000-luvulle, ”hyvä” (0,5) nykyaikaisille, hyvin eristetyille taloille ja ”erinomainen” (0,25) vain passiivitalostandardin mukaan rakennetuille rakennuksille. Jos olet epävarma, heikomman tason valitseminen vähentää lämmittimen alimitoituksen riskiä.

Huomioiko laskuri ikkunat erikseen?

Ei. Se käyttää koko huoneelle yhtä U-arvoa. Ikkunat menettävät yleensä neliömetriä kohti paljon enemmän lämpöä kuin eristetyt seinät, joten suurilla ikkunoilla varustettu huone menettää käytännössä enemmän lämpöä kuin laskuri näyttää.

Mikä on U-arvon ja R-arvon ero?

Ne kuvaavat samaa ominaisuutta vastakkaisista näkökulmista. U-arvo mittaa, kuinka nopeasti lämpö kulkee materiaalin läpi (pienempi on parempi), kun taas R-arvo mittaa, kuinka hyvin materiaali vastustaa lämmön virtausta (suurempi on parempi). Niiden välinen yhteys on R = 1/U.

Lähteet

1. ASHRAE. ASHRAE Handbook—Fundamentals. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
2. Chartered Institution of Building Services Engineers. CIBSE Guide A: Environmental Design. CIBSE.
3. U.S. Department of Energy. ”Insulation.” energy.gov/energysaver/insulation.
4. Passive House Institute. ”Passive House Requirements.” passivehouse.com.