CLT-rakenteiden rakennusfysikaalinen toimivuus

Transkriptio

1 CLT-rakenteiden rakennusfysikaalinen toimivuus Tutkija: VTT / erikoistutkija Tuomo Ojanen Tilaaja: Digipolis Oy / Markku Helamo Laatinut: Lappia / Martti Mylly

2 Tehtävän kuvaus Selvitettiin laskennallista simulointia apuna käyttäen CLTseinärakenteidenkosteusteknistä toimivuutta (WUFI 5.0 Pro 2). Rakenteiden toimivuutta arvioitiin tarkastelemalla niiden kosteuden kuivumiskykyä, kosteustasoja ja homeen kasvuriskiä.

3 Tarkastelussa käytetyt rakenteet Tarkasteltuja tapauksia kolme, joiden CLT-kerrostenpaksuudet ovat 95 mm, 145 mm ja 245 mm. Rakenteiden eristerunko 42 mm:n puutavarasta 600 mm:n jaolla Lämmöneristeenä käytettiin puukuitueristelevyä Tuulensuojalevynä käytettiin 12 mm:n paksuista huokoista puukuitulevyä (Tuulileijona) Ulkoverhous 22 mm:n puuverhous CLT-elementtienvalmistuskosteus 14 % kuivapainosta (76% RH-tasapainokosteus)

4 CLT-levy puukuitueristeellä b [m] λ n [W/m 2 K] m a pintavastus m u 0,10 ulkoverhous, paneeli 0,023 0,120 0,19 ilmarako m i 0,022 0,20 huokoinen puukuitulevy 0,012 0,052 0,23 puurunko+eristys 0,198 0,046 4,27 * CLT ,100 0,120 0,83 pintavastus m s 0,10 0,355 Σm a = 5,92, u= * Puurungon suhteellinen lämmönjohtavuus puurunko, b= 48 mm k 600 λ n = puukuitueriste λ n = seinärakenne λ n, rel =

5 CLT-levy mineraalivillaeristeellä Ulkoseinä uv-paneelit, puukuitulevy, eristys+runko, CLT-levy b [m] λ n [W/m 2 K] m a C (up.) C (sp.) pintavastus m u 0,10-20,0-19,3 ulkoverhous, paneeli 0,023 0,120 0,19-19,3-18,0 ilmarako m i 0,022 0,20-18,0-16,6 jäykkä mineraalivilla 0,180 0,046 3,95 * #REF! #REF! CLT 100 0,100 0,120 0,83 #REF! #REF! pintavastus m s 0,10 #REF! 22,0 0,325 Σm a = 5,37, u= 0,186 * Puurungon suhteellinen lämmönjohtavuus puurunko, b= 42 mm k 600 λ n = 0,120 puukuitueriste λ n = 0,040 seinärakenne λ n, rel = 0,046

6 Tutkittavat rakenteet Ulkoseinä uv-paneelit, puukuitulevy, eristys+runko, CLT-levy b [m] λ n [W/m 2 K] m a C (up.) C (sp.) pintavastus m u 0,10-20,0-19,3 ulkoverhous, paneeli 0,022 0,120 0,18-19,3-18,0 ilmarako m i 0,023 0,20-18,0-16,6 0,012 0,052 0,23-16,6-15,0 puurunko+eristys 0,145 0,046 3,18 * -15,0 7,3 CLT 245 0,245 0,120 2,04 7,3 21,6 pintavastus m s 0,10 7,3 22,0 0,447 Σm a = 6,04, u= 0,166 * Puurungon suhteellinen lämmönjohtavuus puurunko, b= 42 mm k 600 λ n = 0,120 puukuitueriste λ n = 0,040 seinärakenne λ n, rel = 0,046

7 Vertailtavat rakenteet Ulkoseinä uv-paneelit, kipsilevy, eristys+runko, höyrynsulku, kipsi b [m] λ n [W/m 2 K] m a C (up.) C (sp.) pintavastus m u 0,10-20,0-19,3 ulkoverhous, paneeli 0,022 0,120 0,18-19,3-18,0 ilmarako m i 0,023 0,20-18,0-16,5 tuulens. Gyproc 0,009 0,130 0,07-16,5-16,0 puurunko+eristys 0,220 0,041 5,37 * -16,0 22,5 Höyrynsulkumuovi sisäv. kipsilevy 0,013 0,130 0,10 22,5 23,2 pintavastus m s 0,10 22,5 22,0 0,287 Σm a = 6,12, u= 0,163 * Puurungon suhteellinen lämmönjohtavuus puurunko, b= 42 mm k 600 λn= 0,120 mineraalivilla λn= 0,035 seinärakenne λn, rel= 0,041

8 Vertailtavat rakenteet Ulkoseinä uv-paneelit, puukuitulevy, eristys+runko, ilmansulku, kipsi b [m] λ n [W/m 2 K] m a C (up.) C (sp.) pintavastus m u 0,10-20,0-19,3 ulkoverhous, paneeli 0,022 0,120 0,18-19,3-18,0 ilmarako m i 0,023 0,20-18,0-16,5 tuulens. Gyproc 0,009 0,130 0,07-16,5-16,0 puurunko+eristys 0,220 0,046 4,82 * -16,0 18,5 Ilmansulkupaperi sisäv. kipsilevy 0,013 0,130 0,10 18,5 19,2 pintavastus m s 0,10 18,5 22,0 0,287 Σm a = 5,58, u= 0,179 * Puurungon suhteellinen lämmönjohtavuus puurunko, b= 42 mm k 600 λn= 0,120 puukuitueriste λ n = 0,040 seinärakenne λn, rel= 0,046

9 Vertailtavat rakenteet Ulkoseinä uv-paneelit, puukuitulevy, eristys+runko, betoni, kipsi b [m] λ n [W/m 2 K] m a C (up.) C (sp.) pintavastus m u 0,10-20,0-19,3 ulkoverhous, paneeli 0,022 0,120 0,18-19,3-18,0 ilmarako m i 0,023 0,20-18,0-16,6 huokoinen puukuitulevy 0,012 0,052 0,23-16,6-15,0 puurunko+eristys 0,200 0,041 4,88 * -15,0 19,2 betonirunko 0,095 0,900 0,11 19,2 20,0 pintavastus m s 0,10 19,2 22,0 0,352 Σm a = 5,80, u= 0,172 * Puurungon suhteellinen lämmönjohtavuus puurunko, b= 42 mm k 600 λ n = 0,120 mineraalivilla λ n = 0,035 seinärakenne λ n, rel = 0,041

10 Kosteusteknisen toimivuuden tarkastelussa huomioitavat seikat Elementtien liimasaumat aiheuttavat paikallisen kosteudensiirron lisävastuksen, joka on kuitenkin ilmeisen pieni eikä tätä tarvitse ottaa huomioon. Rakenne oletettiin kokonaisuutena ilmatiiviiksi siten, että vuotoilmavirtojen kuljettama kosteus ei vaikuta rakenteen kosteuteen.

11 Ympäristön olosuhteiden vaikutukset

12 Vesihöyryn kyllästymispitoisuudet ja-paineet 60 Absoluuttinen kosteus, V sat [g/m 3 ] (RH = 100 %) Vesihöyrynosapaine, p sat [Pa], RH = 100 %

13 Vesihöyryn osapaineen tasapainolämpötiloja Rh ulko T kesä,40% T kesä,60% T talvi,15% T talvi,30% 60 13, , , ,5 60 7,5 80 5,

14 Tarkastelun kriteerit Laskennassa käytetään kriteereinä rakenteen kuivumiskykyä ja homeenkasvun riskiä sen kriittisissä kohdissa Homeen kasvua kuvaava indeksi on välillä 0-6 Taso 1: pinnassa mikroskoopilla havaittavaa hometta Taso 3: home voidaan erottaa paljain silmin Taso 6: pinta kauttaaltaan homeessa

15 CLT-elementtien keskimääräinen kosteuspitoisuus

16 Rakenteiden kokonaiskosteus tarkastelujakson aikana

17 Tulokset ja niiden tarkastelu Rakenteiden kuivumiskyky: kaikissa tapauksissa CLTrakenteen kosteustaso oli laskeva. Mitä ohuempi CLTrakenne on, sitä nopeammin kuivuminen tapahtuu. Kosteusriskin tarkastelu: sisäilman kosteustason kasvaminen tarkastelussa ei vaikuta olennaisesti rakenteen toimintaan. Hometarkastelu: homeen laskennallinen kasvu ei saavuttanut kriittisellä rajapinnalla arvoa 1. Homekasvun riskitarkastelu osoittaa, että rakenteet ovat kosteusteknisesti turvallisia.

18 Kesäkondenssitilanteen tarkastelu Kesäkondenssi tarkoittaa lämmöneristeen ja sen sisäpuolisen kerroksen rajapinnalle tapahtuvaa kosteuden kertymistä (kriittinen rajapinta). Rakenteiden alkukosteus oletettiin korkeaksi (80% RHtasapainokosteus). Rakenteiden tuuletustilan ilmanvaihto oli heikennetty puutteelliselle tasolle (kosteus pääsi lisääntymään). Tarkastelujakso 3 kuukautta ( )

19 Homeen kasvun riski kesäkondenssitapauksissa

20 Laatijan näkökulma: keskimääräiset lämpötilat vaikuttavat merkittävästi rakenteiden kosteuskäyttäytymiseen alueellisesti 20 Keskimääräiset vuorokautiset lämpötilat C 5 0 kosteus siirtyy ulkoa sisään tasapainokosteusalue Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo Syys Loka Marras Joulu Kemi Helsinki Berliini -5 kosteus siirtyy sisältä ulos

21 Yleisiä johtopäätöksiä CLT-elementillä on edellytykset tasoittaa sisäilman lyhytaikaista lämpötilaja kosteuskuormien vaikutusta ja siten parantaa termistä viihtyisyyttä. Pienehköt poikkeamat puulajien vesihöyryn läpäisevyyksissä eivät merkittävästi vaikuta fysikaaliseen toimivuuteen. Toimivuuteen liittyvät riskit ovat samat kuin puurunkorakenteissa (esim. suojaus sateelta, rakenteiden tuuletus, oikeat pintakäsittelymateriaalit jne). Kosteiden tilojen rakenteilta edellytetään tarkoituksenmukaista kosteussuojausta. Rakenteet eivät toimi Suomessa rakennusfysikaalisesti samoin kuin esim. Keski-Euroopassa (Suomessa diffuusio kulkee kahteen suuntaan riippuen vuodenajasta).

22 CLT-koetalo rakennusfysikaalinen toimivuus Tutkimukset tekijänä Lapin ammattikorkeakoulu / Mikko Vatanen 22

23 Kokeiden yleisjärjestelyt CLT-koetalon rakenteissa oli yhteensä 48 mittauspistettä, joissa olevat anturit mittasivat lämpötilaa ja suhteellista kosteutta 1 minuutin välein. Mittauspisteistä saatua dataa esitetään paikallisesti esitystietokoneella sekä sitä myös visualisoidaan www. kiintopuu.fi -nettisivuilla. Rakenteista saadun mittausdatan pohjalta on tuotettu raportissa oleva lämpö-ja kosteusteknisen toiminnan analysointi. Ilmankostuttimella pidettiin koetalon sisäilman suhteellista kosteutta % tasolla. Ilmankostuttimen avulla tavoiteltu kosteuslisän tuotto oli keskimäärin 2-3 g/m3.

24 Koetalon kosteus- ja lämpöjakauma, lämpöeristeenä selluvilla MHe & MMy 24

25 Koetalon kosteus- ja lämpöjakauma, lämpöeristeenä mineraalivilla Koetalon kosteusjakauma, eristeenä mineraalivilla MHe & MMy 25

26 Johtopäätökset CLT-koetalon rakennusfysikaalisista tutkimuksista Mittausdatan avulla tehtyjen analysointien perusteella voidaan todeta, että CLT-koetalon vaipparakenteet toimivat lämpö- ja kosteusteknisesti hyvin. Analysoinnin perusteella voidaan myös todeta, että CLT-levy toimii rakenteessa tehokkaana höyrynsulkuna estäen samalla haitallisen diffuusion esiintymisen. CLT-levyä oikein käytettäessä rakenteessa ei siis tarvita erillistä höyrynsulkua. Mittausdatan laskennallisen tarkastelun perusteella voidaan todeta, että CLT-koetalon rakenteissa ei ole ollut homeen kasvun edellyttämiä olosuhteita heinä-syyskuun aikajaksolla. Tutkimukset tukevat hyvin esityksen alussa olevaa teoreettista tutkimusta.