RAKENNUSFYSIIKKA Kylmäsillat

Transkriptio

1 Kylmäsillat Kylmäsillan määritelmä Kylmäsillat ovat rakennuksen vaipan paikallisia rakenneosia, joissa syntyy korkea lämpöhäviö. Kohonnut lämpöhäviö johtuu joko siitä, että kyseinen rakenneosa poikkeaa tasaisesta muodosta ( geometrinen kylmäsilta ), tai siitä, että rakenneosassa on paikallisesti materiaaleja, joilla on suuri lämmönjohtavuus ( materiaalista johtuva kylmäsilta ). K Kylmäsiltojen vaikutukset Kylmäsillan alueella paikallisesti kohonnut lämpöhäviö johtaa sisäpintojen lämpötilan laskuun. Kun pintalämpötila laskee niin kutsutun homesienelle otollisen lämpötilan T Si alapuolelle, rakennukseen alkaa muodostua hometta. Jos pintalämpötila laskee jopa kastepistelämpötilan T KP alapuolelle, tiivistyy huoneilmassa oleva kosteus kylmille pinnoille kasteeksi. Jos kylmäsillan alueelle on muodostunut hometta, voi huoneeseen vapautuvista homesieni-itiöistä aiheutua asukkaille huomattavia terveydellisiä haittoja. Homesieni-itiöillä on allergisoiva vaikutus, ja ne voivat siksi aiheuttaa ihmisissä voimakkaita allergisia reaktioita, kuten sivuontelotulehduksia, nenän tukkoisuutta ja astmaa. Pitkäaikaisesti huoneistossa oleskeltaessa päivittäinen altistuminen saattaa johtaa siihen, että allergisista reaktioista tulee kroonisia. Kylmäsiltojen vaikutukset ovat siis tiivistettynä seuraavat: Homesienen muodostumisen vaara Terveydellisten haittojen (allergiat jne.) vaara Kosteuden muodostumisen vaara Kohonnut lämmitysenergian häviö Kastepistelämpötila Huoneen kastepistelämpötila T KP on lämpötila, jossa huoneilma ei enää pysty sitomaan kosteutta, minkä seurauksena kosteus tiivistyy vesipisaroiksi. Huoneilman suhteellinen kosteus on tällöin 100 prosenttia. Rakenneosien kylmempien pintojen kanssa suorassa kosketuksessa olevat huoneilman ilmakerrokset jäähtyvät samaan lämpötilaan kuin rakenneosien kylmät pinnat. Jos kylmäsillan alhainen pintalämpötila on kastepistelämpötilaa matalampi, laskee myös kyseisen kohdan ilmanlämpötila kastepistelämpötilan alapuolelle. Tästä on seurauksena, että tässä huoneilman kerroksessa oleva kosteus tiivistyy kylmälle pinnalle kosteudeksi kosteudesta tulee "kastetta". Kastepistelämpötila on riippuvainen ainoastaan huoneilman lämpötilasta sekä huoneilman kosteudesta (katso kuva 1). Mitä korkeampia huoneilman kosteus ja huoneilman lämpötila ovat, sitä korkeampi on myös kastepistelämpötila, eli sitä nopeammin kylmille pinnoille muodostuu kosteutta. Sisätilojen huoneilmaston lämpötila on keskimäärin n. ja suhteellinen huoneilman kosteus n. 50 prosenttia. Tällöin kastepistelämpötila on 9,3 C. Tätä kosteammissa tiloissa, esimerkiksi kylpyhuoneessa, kosteus voi olla jopa yli 60 prosenttia. Vastaavasti myös kastepistelämpötila on korkeampi ja kosteuden muodostumisen vaara kasvaa. Huoneilman kosteuden ollessa 60 prosenttia on kastepistelämpötila jo 12 C (katso kuva 1). Kuvan 1 käyrän jyrkkyydestä on hyvin nähtävissä, miten riippuvainen kastepistelämpötila on huoneilman kosteudesta: Jo pieni huoneilman kosteuden kohoaminen johtaa huoneilman kastepistelämpötilan huomattavaan nousuun. Tästä on seurauksena tiivistyneen kasteen muodostumisen riskin selkeä kohoaminen rakenneosien kylmillä pinnoilla. 6

2 Kylmäsillat SCHÖCK ISOKORB Homesienelle otollinen lämpötila Homesienen kasvuun tarvittava rakenneosien pinnan kosteus saavutetaan jo huoneilman kosteuden noustessa 80 prosenttiin. Näin ollen rakenneosien kylmille pinnoille muodostuu homesientä rakenneosan pinnan ollessa niin kylmä, että sen välittömässä läheisyydessä olevan ilmakerroksen kosteus on 80 prosenttia. Lämpötilaa, jossa näin tapahtuu, kutsutaan homesienelle otolliseksi lämpötilaksi T Si. Homesienen kasvu alkaa siis jo kastepistelämpötilan yläpuolella. Kun huoneilmasto on /50 %, homesienelle otollinen lämpötila on 12,6 C eli 3,3 C korkeampi kuin kastepistelämpötila. Siksi homesienelle otollinen lämpötila on rakennusvahinkojen (homesienen muodostumisen) välttämisen kannalta merkityksellisempi kuin kastepistelämpötila. Ei riitä, että sisäpinnat ovat lämpimämmät kuin huoneilman kastepistelämpötila pintojen lämpötilan on oltava myös homesienelle otollista lämpötilaa korkeampi. Kastepistelämpötila 18 C 16 C 14 C 12 C 10 C 9,3 C 8 C 22 C 18 C Homesienelle otollinen lämpötila 18 C 16 C 15,3 C 14 C 12,6 C 12 C 10 C 8 C 22 C 18 C 6 C 6 C 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % Huoneilman suhteellinen kosteus ϕ Kuva 1: Kastepistelämpötilan riippuvuus huoneilman kosteudesta ja lämpötilasta Huoneilman suhteellinen kosteus ϕ Kuva 2: Homesienelle otollisen lämpötilan riippuvuus huoneilman kosteudesta ja lämpötilasta 7

3 Kylmäsillat Kylmäsiltojen lämpötekniset ominaisarvot Kylmäsiltojen lämpötekniset vaikutukset kootaan yhteen seuraavien ominaisarvojen avulla: Lämpötekninen vaikutus Kvalitatiivinen kaavio Ominaisarvot Kvantitatiiviset yksikkötiedot K Homesienen muodostuminen Kosteuden muodostuminen Lämpökäyrät Lämpöhäviö Lämpövirtalinjat Alin pintalämpötila T S,min Lämpötilatekijä f Rsi ψ-arvo χ-arvo Näiden ominaisarvojen laskeminen on mahdollista ainoastaan konkreettisesti esillä olevan kylmäsillan lämpöteknisen FE-laskennan kautta. Tätä varten rakenteen kylmäsillan geometrinen muoto sekä kyseisessä rakenneosassa käytettyjen materiaalien lämmönjohtavuus mallinnetaan yhdessä tietokoneella. Laskennassa ja mallintamisessa sovellettavat reunaehdot on määritelty DIN EN standardissa. Kvantitaviivisten ominaisarvojen lisäksi FE-laskennassa saadaan selville myös lämmön jakautuminen rakenteessa ( lämpökäyräkaavio ) sekä lämpövirtalinjojen kulkumuoto. Lämpövirtalinjakaavio osoittaa, mitä kautta lämpöhäviö rakenteesta tapahtuu, ja näin ollen kylmäsillan lämpöteknisesti heikot kohdat ovat helposti tunnistettavissa. Lämpökäyrät ovat viivoja tai alueita, joilla on sama lämpötila ja jotka osoittavat lämpötilojen jakautumisen laskennan kohteena olevassa rakenneosassa. Lämpökäyrät kuvataan usein 1 C:n lämpötilavälein. Lämpövirtalinjat ja lämpökäyrät ovat aina kohtisuorassa toisiinsa nähden (katso kuvat 3 ja 4). Lisäkonduktanssit ψ ja χ Viivamainen lisäkonduktanssi ψ ( ψ-arvo ) osoittaa viivamaisessa kylmäsillassa juoksumetriä kohti aiheutuvan ylimääräisen lämpöhäviön. Pistemäinen lisäkonduktanssi χ ( χ-arvo ) osoittaa vastaavasti ylimääräisen lämpöhäviön pistemäisessä kylmäsillassa. Lisäkonduktanssit erotetaan sisämittojen ja ulkomittojen mukaisiin ψ-arvoihin siitä riippuen, käytetäänkö ψ-arvon laskemisessa sisä- vai ulkomittojen mukaisia pintoja. Energiansäästöasetuksen mukaisessa lämpösuojassa on käytettävä ulkomittojen mukaisia ψ- arvoja. Jos ei muuta ole mainittu, ovat kaikki näissä teknisissä tiedoissa annetut ψ-arvot ulkomittojen mukaisia arvoja. Kuva 3: Esimerkki puhtaasti geometrisesta kylmäsillasta. Kaavio lämpökäyristä ja lämpövirtalinjoista (nuolet). Kuva 4: Esimerkki puhtaasti materiaalista aiheutuvasta kylmäsillasta. Kaavio lämpökäyristä ja lämpövirtalinjoista (nuolet). 8

4 Kylmäsillat SCHÖCK ISOKORB Alin pintalämpötila T S,min ja lämpötilatekijä f Rsi Alin pintalämpötila T S,min on alin kylmäsillan alueella esiintyvä pintalämpötila. Alimman pintalämpötilan arvo on ratkaisevaa sen osalta, tiivistyykö kylmäsiltaan kosteutta tai muodostuuko siihen hometta. Alin pintalämpötila on siis kylmäsillan kosteusteknisten vaikutusten ominaisarvo. Ominaisarvot T S,min und ψ ovat riippuvaisia kylmäsillan rakenteesta (kylmäsillan muodostavien materiaalien geometriasta ja lämmönjohtokyvystä). Alin pintalämpötila on lisäksi riippuvainen välittömässä läheisyydessä olevan ulkoilman lämpötilasta mitä alhaisempi ulkoilman lämpötila on, sitä alhaisempi on myös alin pintalämpötila (katso kuva 5). Vaihtoehtona alimmalle pintalämpötilalle käytetään kosteusteknisenä ominaisarvona myös lämpötilatekijää f Rsi. Lämpötilatekijä f Rsi on ulko- ja sisäpuolen väliseen lämpötilaeroon (T S T u ) suhteessa oleva lämpötilaero alimman pintalämpötilan ja ulkoilman lämpötilan välillä (T S,min T u ): f Rsi = T S,min T u T S T u f Rsi -arvo on suhteellinen arvo ja sillä on näin ollen se etu, että se on riippuvainen ainoastaan kylmäsillan rakenteesta, ei välittömässä läheisyydessä olevasta ulkoilman ja sisäilman lämpötilasta, kuten T S,min. Kun f Rsi -arvo tunnetaan, voidaan myös laskea ilman sisä- ja ulkolämpötilojen avulla alin pintalämpötila: T S,min = T u + f Rsi (T S T u ) Kuvassa 5 esitetään eri f Rsi -arvoille alimman pintalämpötilan riippuvuus välittömässä läheisyydessä olevan ilman ulkolämpötilasta, kun sisälämpötila on koko ajan. 25 C T S = 1,0 15 C θ min 10 C f Rsi = 0,9 f Rsi = 0,8 f Rsi = 0,7 15 C T S,min = 12,6 C 10 C T S,min 0,8 f Rsi = 0,7 0,6 f Rsi 5 C 5 C 0,4 0 C C -10 C -5 C 0 C Ulkolämpötila Kuva 5: Alimman pintalämpötilan riippuvuus välittömässä läheisyydessä olevasta ulkolämpötilasta. Sisälämpötila jatkuvasti. 0 C T u = 5 C Kuva 6: f Rsi -arvon määrittely 0,2 0,0 9

5 Vastaava lämmönjohtavuus λ eq λ eq (1-ulott.) W/(K m), Schöck Isokorb -tyyppi K K Parvekelaatan paksuus h [mm] Schöck Isokorb - tyyppi 1) F 0 F 90 F 0 F 90 F 0 F 90 F 0 F 90 F 0 F 90 K10-CV30 K10-CV30-V8 K20-CV30 K20-CV30-V8 K30-CV30 K30-CV30-V8 K30-CV30-V10 K40-CV30 K40-CV30-V8 K40-CV30-V10 K40-CV30-VV K50-CV30 K50-CV30-V8 K50-CV30-V10 K50-CV30-VV K60-CV30 K60-CV30-V8 K60-CV30-V10 K60-CV30-VV K70-CV30 K70-CV30-V8 K70-CV30-V10 K70-CV30-VV K80-CV30-V8 K80-CV30-V10 K80-CV30-VV K90-CV30-V8 K90-CV30-V10 K90-CV30-VV K100-CV30-V8 K100-CV30-V10 K100-CV30-VV 0,107 0,126 0,134 0,180 0,198 0,224 0,298 0,298 0,307 0,315 0,321 0,322 0,326 0,334 0,345 0,350 0,354 0,364 0,369 0,373 0,375 0,380 0,383 0,119 0,127 0,188 0,200 0,201 0,213 0,223 0,223 0,232 0,244 0,254 0,254 0,318 0,318 0,327 0,336 0,342 0,342 0,346 0,355 0,365 0,370 0,374 0,385 0,390 0,393 0,395 0,400 0,404 0,095 0,103 0,121 0,128 0,160 0,188 0,172 0,184 0,192 0,192 0,201 0,213 0,222 0,222 0,282 0,282 0,291 0,299 0,305 0,305 0,309 0,317 0,327 0,332 0,335 0,345 0,350 0,353 0,355 0,360 0,363 0,114 0,122 0,140 0,148 0,179 0,190 0,207 0,191 0,221 0,232 0,241 0,241 0,310 0,318 0,324 0,324 0,328 0,336 0,346 0,351 0,354 0,364 0,369 0,372 0,374 0,379 0,382 0,092 0,116 0,123 0,153 0,164 0,180 0,164 0,184 0,184 0,192 0,277 0,284 0,290 0,290 0,294 0,311 0,315 0,318 0,328 0,332 0,335 0,337 0,342 0,345 0,110 0,117 0,134 0,182 0,198 0,182 0,221 0,230 0,230 0,295 0,302 0,308 0,308 0,312 0,319 0,329 0,333 0,336 0,346 0,350 0,353 0,355 0,360 0,363 0,089 0,096 0,112 0,119 0,172 0,158 0,168 0,176 0,176 0,184 0,256 0,256 0,276 0,276 0,280 0,287 0,296 0,300 0,303 0,312 0,316 0,319 0,321 0,325 0,328 0,106 0,113 0,129 0,163 0,174 0,189 0,185 0,201 0,211 0,219 0,219 0,273 0,273 0,281 0,288 0,293 0,293 0,297 0,304 0,313 0,317 0,320 0,329 0,334 0,336 0,338 0,342 0,345 0,086 0,093 0,108 0,114 0,165 0,169 0,169 0,176 0,186 0,245 0,245 0,259 0,283 0,287 0,290 0,298 0,302 0,305 0,307 0,311 0,314 0,102 0,109 0,124 0,131 0,168 0,178 0,185 0,185 0,261 0,261 0,269 0,280 0,280 0,284 0,291 0,299 0,303 0,306 0,315 0,319 0,321 0,323 0,327 0,330 1) samat λ eq -arvot tyypeillä CV50 10

6 Vastaava lämmönjohtavuus λ eq SCHÖCK ISOKORB λ eq (1-ulott.) W/(K m), Schöck Isokorb -tyyppi K Parvekelaatan paksuus h [mm] Schöck Isokorb - tyyppi 1) F 0 F 90 F 0 F 90 F 0 F 90 F 0 F 90 F 0 F 90 K10-CV30 K10-CV30-V8 K20-CV30 K20-CV30-V8 K30-CV30 K30-CV30-V8 K30-CV30-V10 K40-CV30 K40-CV30-V8 K40-CV30-V10 K40-CV30-VV K50-CV30 K50-CV30-V8 K50-CV30-V10 K50-CV30-VV K60-CV30 K60-CV30-V8 K60-CV30-V10 K60-CV30-VV K70-CV30 K70-CV30-V8 K70-CV30-V10 K70-CV30-VV K80-CV30-V8 K80-CV30-V10 K80-CV30-VV K90-CV30-V8 K90-CV30-V10 K90-CV30-VV K100-CV30-V8 K100-CV30-V10 K100-CV30-VV 0,084 0,090 0,104 0,111 0,145 0,159 0,170 0,179 0,186 0,186 0,235 0,235 0,242 0,249 0,257 0,263 0,278 0,290 0,292 0,294 0,298 0,300 0,105 0,120 0,126 0,174 0,178 0,178 0,185 0,195 0,250 0,251 0,269 0,269 0,272 0,279 0,287 0,291 0,293 0,305 0,308 0,309 0,313 0,316 0,081 0,087 0,101 0,107 0,131 0,140 0,153 0,150 0,164 0,173 0,179 0,179 0,226 0,226 0,233 0,239 0,243 0,243 0,247 0,261 0,267 0,274 0,278 0,281 0,282 0,288 0,096 0,102 0,116 0,122 0,168 0,156 0,165 0,178 0,187 0,241 0,241 0,248 0,254 0,262 0,267 0,279 0,281 0,289 0,293 0,295 0,297 0,303 0,079 0,085 0,098 0,104 0,127 0,148 0,145 0,158 0,173 0,173 0,224 0,230 0,238 0,243 0,251 0,254 0,257 0,270 0,277 0,093 0,112 0,118 0,150 0,150 0,159 0,165 0,165 0,172 0,187 0,187 0,232 0,232 0,238 0,244 0,248 0,248 0,252 0,257 0,265 0,278 0,282 0,284 0,289 0,291 0,077 0,083 0,096 0,101 0,123 0,131 0,143 0,132 0,140 0,147 0,147 0,153 0,216 0,222 0,226 0,226 0,229 0,235 0,242 0,245 0,247 0,255 0,260 0,262 0,265 0,267 0,091 0,096 0,109 0,115 0,137 0,145 0,154 0,160 0,160 0,166 0,224 0,224 0,230 0,235 0,239 0,240 0,243 0,248 0,255 0,259 0,261 0,274 0,278 0,281 0,076 0,081 0,093 0,120 0,128 0,139 0,128 0,142 0,142 0,148 0,156 0,209 0,214 0,221 0,227 0,233 0,237 0,239 0,246 0,249 0,251 0,256 0,089 0,094 0,106 0,112 0,133 0,152 0,149 0,169 0,216 0,216 0,222 0,227 0,231 0,231 0,240 0,246 0,250 0,252 0,259 0,262 0,265 0,269 1) samat λ eq -arvot tyypeillä CV50 11

7 SCHÖCK ISOKORB Paloluokka R 90 Kaikki betoniliitoksiin (teräsbetoni/teräsbetoni) käytettävät Schöck Isokorb -tyypit ovat saatavissa R 90-toteutuksena. Paloluokka R 90 Mikäli parvekkeiden paloluokkaa koskevat erityiset paloluokkavaatimukset, voidaan Schöck Isokorb -eriste-elementti toimittaa paloluokka R 90-toteutuksena 1) (merkintä esim. Schöck Isokorb -tyyppi K50-CV30-h180-F90). Tällöin tehtaalla asennetaan Schöck Isokorb -eriste-elementin ylä- ja alapuolelle asianmukaiset R 90-materiaalit (katso kuva). Parvekeliitoksen R 90-luokituksen edellytyksenä on, että myös parvekelaatta ja välikatto täyttävät DIN standardin mukaiset palonkestoluokkaa R 90 koskevat vaatimukset. Eristekerroksen muodostavasta materiaalista valmistetut integroidut paloeristenauhat ja 10 mm Schöck Isokorb -eriste-elementin yläpuolella olevat palosuojalevyt takaavat sen, tulipalon aikana liitoksen saumat pysyvät tiiviinä niin, etteivät kuumat kaasut yllä Schöck Isokorb -eriste-elementin raudoitustankoihin (katso kuva). Näin saavutetaan paloluokan R 90 vaatimukset ilman rakennuksen puoleisia paloturvallisuuteen liittyviä lisätoimenpiteitä (esim. rappaus). Det A Palosuojanauha Det A Palosuojalevy esim.: Schöck Isokorb -tyyppi K50-CV30-h180-F90 1) Braunschweigin teknillisen yliopiston ibmb-laitoksen lausunto 12

8 SCHÖCK ISOKORB Huomautuksia/Paloluokat R 90 ja R 30 SCHÖCK ISOKORB Huomautuksia Schöck Isokorb -eriste-elementtiä ympäröiviä rakenteita ei saa kiinnittää alempaan Schöck Isokorb -palosuojalevyyn esim. ruuveilla tainauloilla. Jos R 90-mallinen Schöck Isokorb -eriste-elementti asennetaan osin huoneen puoleisiin seiniin tai välipohjaan (esim. tyyppi K), on rakennuksen puoleinen lisäeriste valmistettava mineraalivillasta, jonka sulamispiste on > 1000 C (esim. Rockwool). Paloluokka R 30 Paloluokan R 30 vaatimukset täyttyvät jo Schöck Isokorb -peruselementeillä (ilman palosuojalevyjä). Tätä varten Schöck Isokorb - eriste-elementti on asennettu seinän sisään. Muut esimerkkiä Schöck Isokorb -tyyppiä K koskevat reunaehdot on esitelty seuraavissa kuvissa. laatoitus + laasti rappaus laatoitus + laasti A1-materiaali (esim. mineraalivilla) rappaus rappaus Esimerkki R 30 -rakenteesta seinän alueella Schöck Isokorb -tyypissä K Esimerkki R 30 -rakenteesta oven alueella Schöck Isokorb -tyypissä K 13