Rakennusfysiikka. Sander Toomla Tohtorikoulutettava

Transkriptio

1 Rakennusfysiikka Sander Toomla Tohtorikoulutettava

2 Viikko 1 & 2 Viikko 1: 1. Referenssianalyysi. 2. Toiminnallinen analyysi. 3. Luonnos. Viikko 2: 1. Rakenteiden rakennusmateriaalien valinta. 2. Rakennetyyppinen valinta 3. Luonnoksen täydentäminen materiaalimerkinnöillä. 4. Rakennuksen tuotantotavan ja tuotantotekniikan valinta tehdyn osituksen mukaisille osille 2

3 Tämä viikko (viikko 3) Rakennuksen perustamistapa; pohja- ja maarakenteiden ratkaisut. Rakenteiden eristysratkaisut. Rakennetyyppien mitoituksen tarkistaminen. Rakennuksen ovet ja ikkunat. Luonnoksen tarkistaminen eristeiden mitoituksen jälkeen. Rakennuksen poikkileikkauksen ja yhden liittymän yksityiskohtaisempi suunnittelu. Jos vielä jää aikaa kannattaa panostaa 3D-mallinnukseen; valmistuspiirustusten laatimiseen. 3

4 Rakennusfysiikka Keskiviikko: Osa-alueet Oleelliset lämpö ja kosteusteknisen toiminnan vaatimukset ja lähtökohdat Toimivat pientalon rakenneratkaisut Torstai: Kertaus ja laskennan lähtökohdat U-arvon laskenta Lämpö- ja kosteusjakauman laskenta rakenteessa (Bonus: Jää- ja uimahallien rakennusfysikaalinen toiminta) 4

5 Rakennusfysiikan osa-alueet Rakennusfysiikan (building physics) määritelmät ovat usein vaihtelevia kaikki paitsi runko ja geo Palotekniikka? Simo Hostikka Akustiikka? Sisäilma? Heidi Salonen Energia? Lämmön, ilman ja kosteuden siirtymisen huomioiva rakenteiden suunnittelu (RIL 255) 5

6 Lämmön, ilman ja kosteuden siirtymisen huomioiva rakenteiden suunnittelu Lämpö pysyy rakennuksen sisällä Ilma ei vuoda rakenteiden läpi hallitsemattomasti Kosteus ei aiheuta rakenteissa ongelmia (home, laho, sisäilmaongelmat jne.) 6

7

8 Lämpö ja ilma Kuinka eristävä ja tiivis rakennuksen pitää olla? kaikki käy kunhan E-luku on ok soveltamisen varaa Energiatehokkuus voidaan saavuttaa monella tavalla kannattaa kuitenkin turvautua varmoihin ratkaisuihin 8

9 E-luku Maankäyttö- ja rakennuslaki SRMK D3 (2012) ja ohjeena D5 (2012) E-luku E-luku on laskettava ja se ei saa ylittää raja-arvoja Rakennuksen ostoenergiankulutus painotettuna energiamuotojen kertoimilla Esim. pientalo <120 m2 : 204 kwh/m2,a Ps. Määräykset ovat uudistumassa pian! Ilmastotavoitteet 9

10 Energiatehokkuus Erittäin moninainen kokonaisuus, jota suomessa kuvataan E- luvulla. Otetaan huomioon: Kesän lämpötilat Ilmanpitävyys Rakennusosien lämmönläpäisy (U-arvot) Vuotoilma Ilmanvaihto Lämpökuormat LKV 10

11 Lämmöneristämisen ongelma Kun lämmöneristeen määrää lisätään, niin lisähyödyt koko ajan vähenevät Toimivatko paksut lämmöneristeet oletusten mukaan. Kuivavatko rakenteet, kertyykö niihin kosteutta. Ei enää paksumpia eristeitä!

12 Kosteustekninen toiminta Rakennus on suunniteltava ja rakennettava siten, ettei siitä aiheudu sen käyttäjille tai naapureille hygienia- tai terveysriskiä kosteuden kertymisestä rakennuksen osiin tai sisäpinnoille. Rakennuksen näiden ominaisuuksien tulee normaalilla kunnossapidolla säilyä koko taloudellisesti kohtuullisen käyttöiän ajan. -SRMK C Olennainen vaatimus Rakennusfysikaalinen osaaminen on tämän ehdon täyttämistä kaikissa tilanteissa 12

13

14 Kosteustekninen toiminta Estetään veden pääsy rakenteisiin ja mahdollistetaan kuivuminen Rakennuksen sijainti Ilmatiiveys + diffuusion estäminen Alipaine Tuuletusraot Kapillaarikatkot Salaojat 14

15 Rakennusfysiikan kysymykset Täyttävätkö valitut rakenteet sekä ikkunat ja ovet U-arvon vaatimukset? Käytämme vaatimuksena vertailuarvoja. Onko rakenteissa estetty ilmavirtaukset ja diffuusio? Miten liitoksessa otetaan huomioon kosteustekninen toiminta? 15

16 Mikä toimii? Pyörää ei tarvitse keksiä uudelleen: hyviä esimerkkejä olemassa paljon Edellisen viikon jäljiltä pitäisi olla rakenteet jo (alustavasti) valittuna Nyt tarkistetaan niiden rakennusfysikaalinen toimivuus 16

17 Esim. rakenneratkaisuista 17

18 Miksi mikäkin kerros? 18

19 Märkätilan rakenteet 19

20 Liitokset Tässä punnitaan todellinen osaaminen ja tässä on myös yleisimmin ongelmia!??? 20

21 Liitosdetaljit 21

22 Pientalon tyypillisiä ilmavuotokohtia :

23 Routasuojauksen periaate Routaantuneen maan tarttuminen perustuksiin estetään /TRSSO/

24 Routasuojaus tässä harjoituksessa 100mm eriste talon ympäri Nurkkiin 200mm 1,5m nurkista (seinälinjaa pitkin) Kellariin/perusmuuriin C4 mukaisesti 24

25 Ovet ja ikkunat Erittäin tärkeässä roolissa sekä viihtyvyyden että energiatehokkuuden kannalta Valo Ylilämpö Lämpöhäviö 25

26 Valitaan rakenneratkaisut

27 U-arvon ja T/RH muutosten laskenta

28 Taustat Monimutkaiset, monikerroksiset rakenteet ovat vaativia Usein laskenta ja tarkastelu tehdään jollakin ohjelmistolla ja dynaamisesti ottaen huomioon sään muutokset jne. Tässä osiossa esitetään pelkistetty tarkastelu, jolla saadaan alustava käsitys asiasta. 28

29 Laskennan periaate Korkeampi potentiaali: lämpö tai kosteus Muutos, tasoittuminen Vastus Matalampi potentiaali: lämpö tai kosteus Potentiaaliero = = = = 29

30 Ulko-olosuhteet Määräävä tekijä suunnittelussa ja laskennassa Muuttuu koko ajan Päivätasolla Vuositasolla Ilmaston lämpeneminen Tässä tapauksessa lasketaan hetkellinen tilanne (tammikuu) 30

31 Kostean ilman ominaisuudet Kostea ilma on sekoitus ilmaa ja vesihöyryä Ilma voi sitoa itseensä vain tietyn maksimimäärän vesihöyryä, joka riippuu ilman lämpötilasta Esim. 20 C ilma voi sitoa noin 17,3 g/m3 kosteutta ja 0 C vain 4,85 g/m3 Ilmassa ei kuitenkaan oikeasti ole melkein koskaan maksimimäärää vettä! Todellista vesipitoisuutta kuvataan absoluuttisella kosteuspitoisuudella, joka ei riipu lämpötilasta Suhteellinen kosteus RH on absoluuttisen ja maksimaalisen kosteuspitoisuuden osamäärä 31

32 Materiaaliominaisuudet Materiaaliominaisuudet määräävät rakenteen toiminnan Lämmönvastus R estää lämmön kulkeutumista R määräytyy paksuuden ja lämmönjohtavuuden mukaan Kosteudenläpäisyvastus Zp estää kosteuden kulkeutumista Zp määräytyy paksuuden ja läpäisevyyden mukaan 32

33 U-arvon laskenta Laskelma suoritetaan kerroksittain jokaisen kerroksen R-arvo lasketaan erikseen C4 mukaisesti Rakennekerroksen R-arvo saadaan jakamalla rakenneosan paksuus d materiaalin lämmönjohtavuudella λ Saadut R-arvot lasketaan yhteen, jolloin saadaan arvo R T Vain tuuletustilan sisäpuoliset rakenteet otetaan huomioon Rakenteen pinnassa oleva seisova ilmakerros toimii yhtenä rakenneosana R T :hen tulee siis ottaa mukaan ulko- ja sisäpuolinen seisovan ilmakerroksen lämmönvastus eli R se + R si Huom. SRMK C jos rakenteessa on hyvin tuulettuva ilmakerros U-arvo on yhteenlasketun R-arvon (R T ) käänteisluku U-arvoa verrataan viranomaisen antamaan maksimiarvoon (vertailuarvoon)

34 λ-arvoista λ n, λ declared, λ design? Mistä λ-arvot haetaan? Kaikki paitsi lämmöneristeet Materiaalivalmistajat/viralliset tuotekortit RIL 255 EN ISO SRMK C4 (2003) Lämmöneristeet Valmistajan ilmoittamat tiedot Pääasia on laskennan ymmärtäminen, ei pilkun viilaus

35 Epätasa-aineinen Esim puurinko ja sen välissä villat rakennekerros Esim. 600mm välein runkotolppa (50 mm) f a puuosalle 50/600 f b villalle 550/600 R arvot eri kerroksille d/λ Sijoitus kaavaan

36 Pintavastuksista : SRMK C4 (2003) 5.1. Pintavastuksien suuruudet ovat seurausta säteilystä ja konvektiosta pinnoilla : Sisäpintojen ja ulkopintojen lämpövastukset ovat erilaiset ja ulkopintojen lämpövastus vaihtelee hyvin paljon säätilan mukaan. Avaruuden vastasäteilyn takia pintavastus voi olla talvella jopa negatiivinen.

37 Sisäpuolinen ja ulkopuolinen pintavastus Sisäpuolinen pintavastus R si (m 2 K / W) Ulkopuolinen pintavastus R se (m 2 K / W)

38 Lämpötilajakuma rakenteissa Miten lämpötila muuttuu rakenteen sisällä? Lasketaan villan kohdalta, eli jätetään puurungot huomioimatta! 38

39 Entä se kosteus? Lasketaan ensin sisä- ja ulkoilman kosteuspitoisuudet/osapaineet Selvitetään materiaalien kosteudenläpäisyvastukset Lasketaan jakauma rakenteen sisällä Lasketaan RH vertaamalla pitoisuuksia kriittisiin pitoisuuksiin 39

40 Zp arvot Huom! [(m2spa)/kg] ja 10^9 tai 10^10 Paksuuskorjaukset! Lähteet RIL 255 RIL Muut 40

41 41

42 Esimerkki EXCEL MyCoursesissa Lasketaan olosuhteet aina kunkin kerroksen välissä Muistakaa syöttää sisä- ja ulko-olosuhteet 42

43 Tämä viikko (viikko 3) 1. Rakennuksen perustamistapa; pohja- ja maarakenteiden ratkaisut. 2. Rakenteiden eristysratkaisut. 3. Rakennetyyppien mitoituksen tarkistaminen. 4. Rakennuksen ovet ja ikkunat. 5. Luonnoksen tarkistaminen eristeiden mitoituksen jälkeen. 6. Rakennuksen poikkileikkauksen ja yhden liittymän yksityiskohtaisempi suunnittelu. 7. Jos vielä jää aikaa kannattaa panostaa 3D-mallinnukseen; valmistuspiirustusten laatimiseen. 43

44 Palautus viikko 3 DL YKSI tiedosto Selkeä raportti Selityksiä Referenssejä kaverikin ymmärtää - periaate 44

45 1. Rakennuksen perustamistapa; pohjaja maarakenteiden ratkaisut. Selkeä kuva Tarpeeksi yksityiskohtainen selitys Myös routasuojaus 45

46 2&3 Rakenteiden eristysratkaisut ja tarkistukset. Esitä päivitetty leikkauskuva koko rakennuksesta alkuun Tämän jälkeen esitä rakenneratkaisut (US, YP, AP) detaljikuvina sekä niihin liittyvät laskut (U-arvo, T ja RH jakauma) Esitä YKSI liitosdetalji ja sen keskeisimmät rakennusfysikaaliset tekijät (esim. kapillaarikatko) 46

47 4. Rakennuksen ovet ja ikkunat. Rakennukseen valitaan määräykset täyttävät ikkunat Esitä ikkunan tiedot niin tarkasti kuin ne ovat saatavilla. Ainakin U-arvo ja tieto valon läpäisevyydestä (g-arvo) 47

48 BONUS: Uima- ja jäähallien toiminta

49 Uimahallien erikoispiirteet Lämpö ja kosteus katossa vuoden ympäri Pintojen lämpötila Vuodot Haihdunta Materiaalit ja niiden kestävyys Ikkunat Osastoinnit Energiatehokkuus 49

50 Jäähallien erikoispiirteet Matala lämpötila ja korkea RH Ulkoilma on ongelma 50% lämmitys 50% jäähdytys Kylmäprosessin hyödyntäminen Lauhde Painesuhteiden hallinta, ilmavirtojen suunta 50