Opleiding Duurzaam Gebouw: A2M. Isolatiematerialen: hoe kiezen? Leefmilieu Brussel. Keuze van isolatie vanuit hygrothermisch oogpunt.

Transcriptie

1 Opleiding Duurzaam Gebouw: Isolatiematerialen: hoe kiezen? Leefmilieu Brussel Keuze van isolatie vanuit hygrothermisch oogpunt A2M Aline BRANDERS Architect-partner A2M

2 Doelstelling van de presentatie Begrijpen welke gevolgen de keuze van een isolatiemateriaal heeft op de levensduur van het gebouw, op basis van technische aspecten Begrijpen welke invloed de keuze van een type van isolatiemateriaal heeft op de overdracht en de opslag van warmte en vocht doorheen en in de muren 2

3 Plan van de uiteenzetting Inleiding 01 Warmtestromen 02 Luchtstromen 03 Vochtigheidsstromen > damp > vloeibaar water > ontwerpstrategieën > ontwerptools Conclusie 3

4 Inleiding A2M 4

5 Inleiding Comfort van de gebruiker - Thermisch: 19,7 tot 24, 7 C straling van de wanden operatieve temperatuur - Lucht: snelheid < 2m/s - Vochtigheid: 40 tot 60 % RV -. Efficiëntie gebouwschil Behoud van comfort met een minimum aan actieve energie Kwaliteit van de constructie Controle van de kwaliteit van uitvoering van de gebouwschil A2M 5

6 Inleiding A2M De zwakke punten in het ontwerp van een gebouwschil kunnen worden gecorrigeerd met mechanische en technologische middelen 6

7 Inleiding A2M In gebouwen met een hoge prestatie zijn deze capaciteiten rechtstreeks geïntegreerd in de fysieke gebouwschil van het gebouw. Hierdoor is minder energie nodig om het comfort ervan te behouden. 7

8 Inleiding A2M 1. Warmtestromen 2. Luchtstromen 3. Vochtigheidsstromen 8

9 Inleiding: materialen De overdracht en de transfer houden hoofdzakelijk verband met de poreuze structuur en de aard van de materialen Insulation materials, éd. Détails A. Evrard 9

10 Isolatiematerialen Densiteit Dikte Massa per m² Isolatie Vochtigheid Diffusiviteit Effusiviteit ISOLATIE OP MINERALE BASIS Rotswolplaten Glaswolplaten Cellulaire glasplaten Kalkzandsteenplaten ISOLATIE OP SYNTHETISCHE BASIS Paneel in geëxpandeerd polystyreen (EPS) Paneel in geëxtrudeerd polystyreen (XPS) Paneel in polyurethaan ISOLATIE OP BASIS VAN NATUURLIJKE VEZELS Cellulose in bulk Soepele cellulosemat Soepele houtvezelmat Stijve houtvezelplaat Kurkplaat Half-stijve plaat in hennepvezels Kalk-hennepmengsel Glaswol Geëxtrudeerd polystyreen Cellulose Houtvezels Kurk Kalk-hennep 10 Architecture et Climat

11 Inleiding: materialen Het thermisch geleidingsvermogen van de materialen is uiteraard een belangrijke parameter Kingspan maar het is niet de enige! 11

12 Inleiding: materialen Acht parameters zijn noodzakelijk voor de gebundelde berekeningen van de dynamische overdracht en opslag van temperatuur en vocht in de wanden: densiteit (ρ) [kg/m³] porositeit (ε) [%] soortelijke warmte (c) [J/kg] thermisch geleidingsvermogen (λ) [W/mK] dampdiffusieweerstandsfactor (µ) [-] vochtigheidsgraad bij 80% RV (w 80 ) [kg/m³] vochtigheidsgraad bij capillaire verzadiging (w f ) [kg/m³] absorptiecoëfficiënt (A) [kg/m²s 1/2 ] 12

13 Inleiding: materialen Voor sommige materialen mag de aanwezigheid van vocht niet worden genegeerd, omdat dit de andere parameters kan beïnvloeden. A. Evrard, PhD UCL,

14 1.Warmtestromen 14

15 Warmtestromen C C Een temperatuurverschil (ΔT), bijvoorbeeld tussen binnen en buiten, brengt van nature warmtestromen mee die het thermisch evenwicht trachten te bereiken. A2M 15

16 Warmtestromen C 0-15 C Een temperatuurverschil (ΔT), bijvoorbeeld tussen binnen en buiten, brengt van nature warmtestromen mee die het thermisch evenwicht trachten te bereiken A2M 16

17 Warmtestromen C 0-15 C Door isolatie van de wanden kan deze overdracht worden tegengegaan, m.a.w. kan de warmte (of koelte) in een welbepaald volume worden behouden. A2M 17

18 Warmtestromen binnen buiten 20 C 4 C A2M 18

19 Warmtestromen U Warmteoverdracht doorheen een wand 19

20 Warmtestromen U Warmteoverdracht doorheen een wand - Hangt af van de materialen (dikte en λ- waarde) - Eenheid: W/m²K U = 1/ (R1+R2+..) Waarbij Ri = di/λi di = dikte λi = thermisch geleidingsvermogen A2M 20

21 Warmtestromen Architecture passive ATG (Belgische technische goedkeuring) ETA (Europese technische goedkeuring) Europees certificaat van overeenstemming λ-waarde bepaald conform norm EN ISO Gemiddelde U-waarden van de wand in een passiefgebouw U = +/- 0,10 W/m²K 21

22 Warmtestromen De volgende parameters moeten in aanmerking worden genomen: Thermisch geleidingsvermogen Dampdiffusieweerstandsfactor Absorptie en vochttransport Thermisch vermogen Drukweerstand Brandwerendheid Ecologische impact Type van materiaal volgens toepassing (soepel, stijf, bulk, ) 22

23 Warmtestromen A2M Buiten Architecture passive 23

24 Warmtestromen A2M 24

25 Warmtestromen Isolatie aan de buitenkant 25 A2M

26 Warmtestromen A2M Geïntegreerd Architecture passive 26

27 Warmtestromen 27 A2M

28 23 cm 23 cm 23 cm 16 cm 23 cm Voorbeeld: plat dak 8 cm 40 cm 16 cm PU (λ = 0,024 W/mK) + 2,2 cm OSB (λ = 0,13 W/mK) totale U = 0,143 W/m²K 8 cm 40 cm 2,2 cm OSB (λ = 0,13 W/mK) + 23 cm cellulose (λ = 0,038 W/mK) totale U = 0,157 W/m²K 8 cm 40 cm + Houten balken hartafstand 40 cm (λ = 0,15 W/mK) Indien 20% hout: totale U = 0,239 W/m²K 8 cm 40 cm 4 cm 2,2 cm OSB (λ = 0,13 W/mK) + 27 cm cellulose (λ = 0,038 W/mK) + 4 cm celit (λ = 0,048 W/mK) ter hoogte van de balken totale U = 0,189 W/m²K 28

29 % hout sterk beperkt +/- 2% 10 x minder! 29

30 Warmtestromen A2M Binnen Architecture passive 30

31 Warmtestromen Isolatie aan de binnenkant 31 A2M

32 2.Luchtstromen 32

33 Luchtstromen 0 Pa 0 Pa Net zoals een temperatuurverschil tussen binnen en buiten (ΔT) een warmtestroom veroorzaakt, zorgt een verschil in luchtdruk (Δp) voor luchtstromen doorheen de wand. A2M 33

34 Luchtstromen 0 Pa + 4 Pa* 4 Pa* * Verschil in relatieve druk A2M Deze luchtstromen zijn ofwel gecontroleerd (via de ventilatie), ofwel niet-gecontroleerd. De niet-gecontroleerde stromen hebben een grote impact op het vlak van - energie - gezondheid 34

35 Luchtstromen binnen buiten A2M 35

36 Luchtstromen 2 Luchtdichtheid 36

37 Luchtstromen 14 cm 3 cm 1m 1m Spleet van 1 mm U = 0.3 W/m²K > U = 1.44 W/m²K! Berekend met windkracht 2-3 (20Pa), T i= 20 C, T e=-10 C Of 4.8 x slechter A2M 37

38 ZWARE CONSTRUCTIE Bezetting binnen buiten LICHTE CONSTRUCTIE Damprem Luchtdichte verf Luchtdichtheid langs buiten: EPDM op dunne betonwand A2M A2M 38

39 Luchtstromen TV

40 3.Vochtigheids- stromen 40

41 Vochtigheidsstromen Vochtigheidsstromen kunnen verschillende vormen aannemen: - Vloeibaar - Gasvormig (damp) A2M 41

42 Vochtigheidsstromen Dampstromen 42

43 Vochtigheidsstromen: damp binnen buiten 20 C 4 C Vp: 120 Pa A2M Vp: 70 Pa 43

44 Vochtigheidsstromen: damp binnen buiten 20 C 28 C Vp : 120 Pa Vp : 180Pa A2M 44

45 Vochtigheidsstromen: damp Atmosferische druk Hoogte Waterdampdruk Droge temperatuur 45

46 Vochtigheidsstromen: damp Abs. vochtigheid Diagram van de vochtige lucht (MOLLIER) Verzadigingscurve Relatieve vochtigheid Temperatuur Architecture et Climat 46

47 Vochtigheidsstromen: damp μd = μ * dikte van de materialen Eenheid m Waarbij μ: dampdiffusieweerstandsfactor (vergeleken met een onbeweeglijke luchtlaag) 47 A2M

48 Vochtigheidsstromen: damp Materiaal Dikte (e) Sd-waarde (µ x e) Lucht referentiewaarde Gips Minerale wol Cellulosewatten Isolerend onderdakpaneel in houtvezel OSB-plaat Damprem Damprem met variabele Sd Damscherm Gewapend beton Polyethyleen Aluminiumfolie EP-folie (geniet) Glas Niet-geverifieerde commerciële gegevens Opmerking: voor zeer dunne materialen wordt vaak alleen de Sd-waarde opgegeven Bijvoorbeeld Intello: variabele µd van 0,25 tot 25 m Vario: variabele µd van 0,2 tot 4 m Dampscherm > 10m 48

49 Waarde Vochtigheidsstromen: damp Dampremmend membraan met variabele Sd Forte Hoge diffusieweerstand in de winter Winter Zomer Faible Lage diffusieweerstand in de zomer Gemiddelde relatieve luchtvochtigheid [%] Architecture et Climat 49

50 Vochtigheidsstromen: damp Condensatie Oppervlakkig Intern door convectie door diffusie Sommige bouwsystemen houden zwaardere risico s in: isolatie aan de binnenkant, houtskeletbouw, compact dak, hybride systemen, dikke isolatielagen, 50 A2M

51 Oppervlaktecondensatie Voorbeeld: keuken Koude buitenmuur en venster Indien de temperatuur aan de oppervlakte onder het dauwpunt van de omgevingslucht ligt, is er oppervlakkige condensatie. Lage dampdruk Verplaatsing van de damp Hoge dampdruk (aan de bron) Dampbron: Waterketel en koken = hoge temperatuur en grote hoeveelheid water beschikbaar 51

52 Oppervlaktecondensatie Voorbeeld: Keuken Om condensatie te vermijden: Venster openzetten: - de damp gaat rechtstreeks naar buiten - de dampdruk binnen neemt af Radiator op het koude oppervlak om de temperatuur boven het dauwpunt te houden. Dampkap: -dampafvoer aan de bron -de dampdruk binnen neemt af 52

53 Oppervlaktecondensatie 53 A2M

54 Oppervlaktecondensatie Dauwtemperatuur: 12 C voor 60% RV en 20 C Abs. vochtigheid Wat gebeurt er op de koude oppervlakken in een verwarmde ruimte? Omgeving Verzadigingscurve Relatieve vochtigheid Architecture et Climat Dauwtemperatuur Temperatuur 54

55 Oppervlaktecondensatie Dauwtemperatuur: 14 C voor 70% RV en 20 C Wat gebeurt er in een vertrek waar de vochtigheidsgraad toeneemt zonder aangepast afvoersysteem? Abs. vochtigheid Verzadigings -curve Relatieve vochtigheid Architecture et Climat Temperatuur 55

56 Binnencondensatie zonder diffusie binnen buiten 20 C 4 C Vp: 120 Pa A2M Vp: 70 Pa 56

57 Binnencondensatie zonder diffusie binnen buiten 19 C 28 C Vp: 120 Pa A2M Vp: 180 Pa 57

58 Binnencondensatie zonder diffusie binnen int. buiten ext. ext. buiten int. binnen A2M A2M 58

59 Binnencondensatie door convectie 2 C!! 20 C

60 Binnencondensatie door convectie binnen buiten!! Temperatuur buiten < temperatuur binnen Druk buiten > druk binnen Luchtdichtheid! Wind Overdruk Onderdruk Geen luchtscherm of afwerking Aansluiting muur/dak Geen bepleistering Aansluiting muur/kozijn Afdichting raam Afdichting deur T binnen Druk binnen Aansluiting muur/raam Architecture et Climat 60

61 Synthese stromen Warmtestromen Δ T Luchtstromen Δ p Vochtigheidsstromen damp Δ pv vloeibaar water?? 61 A2M

62 Stromen van vloeibaar water 62

63 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Verschillende bronnen van vocht - Intramoleculair water - Regenwater - Opstijgend vocht - Condensatie - Waterschade 63 A2M

64 Hygroscopische zone Watergehalte Capillaire zone Oververzadigingzone Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Watergehalte Droge staat Hygroscopische zone Capillaire zone Oververzadiging Watergehalte in de materialen = W [kg/m 3 ] Invloed van alle hygrothermische parameters van de materialen: - Volumieke massa - Thermisch vermogen - Thermisch geleidingsvermogen Relatieve vochtigheid [%] Vochtretentiecurve 64 Architecture et Climat

65 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Droge staat Hygroscopische zone Capillaire zone Oververzadiging Hygroscopiciteit van een materiaal: Vermogen om de luchtvochtigheid snel te absorberen. bezit de eigenschap een grote hoeveelheid vocht op te nemen bij contact materialen met een hoog percentage microporiën Capillariteit van een materiaal: Vermogen om vocht door te geven doorheen materialen met open poriën variabele snelheid volgens grootte en vorm van de poriën, 65

66 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Hygroscopisch materiaal met lage capillariteit: voorbeeld: hout het vochtigheidsgehalte verschilt van het ene jaar tegen het andere volgens vochtige en natte periodes geen probleem zolang: geen residuele vochtigheid die zich jaarlijks opstapelt het vochtigheidsgehalte geen ontwikkeling van schimmels of verrotting van materiaal veroorzaakt (< 20% voor hout) Weinig hygroscopisch capillair materiaal: voorbeeld: baksteen vochtige zone over een bepaalde dikte geen probleem zolang: evenwicht tussen bevochtiging en droging (vochtige zone breidt zich niet te veel uit) vorstbestendig materiaal geen zouten risico van uitbloeiing (muuruitslag) Niet-hygroscopisch, niet-capillair materiaal: voorbeeld: XPS geen opslagcapaciteit druppels blijven hangen op het oppervlak tot het er te veel zijn en het water wegvloeit 66 schade indien het niet wordt afgevoerd (voorbeeld van gedraineerde spouw)

67 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Damptransfer in een met water verzadigd materiaal Droge staat Hygroscopische zone Capillaire zone Oververzadiging 67 Architecture et Climat

68 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Transfer van vloeibaar water Droge staat Hygroscopische zone Capillaire zone Oververzadiging Diffusie aan de oppervlakte Water geabsorbeerd aan de oppervlakte van de poriën van het materiaal = sorptielaag Transfers veroorzaakt door een verschil in relatieve vochtigheid in het materiaal RV RV Capillaire geleiding Poriën gevuld met water Transfers veroorzaakt door een verschil in capillaire druk in het materiaal 68 Architecture et Climat

69 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Transfer van vloeibaar water Droge staat Hygroscopische zone Capillaire zone Oververzadiging In dezelfde zin, ongeacht het type: van zones met een hoge relatieve vochtigheid naar zones met een lage relatieve vochtigheid 69 Architecture et Climat

70 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water binnen buiten Transfer van vloeibaar water Transfer van damp A2M 70

71 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water vereenvoudigde methode: A Twee coëfficiënten: - Absorptie van water dat in contact zou komen met het materiaal. - Herverdeling van het vocht dat in de poriën van het materiaal zit = absorptiecoëfficiënt Eenheid: kg/m 2 s 1/2 71 A2M

72 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Methode van de Karsten Waterdruk uitgeoefend op het oppervlak Overeenkomstige windsnelheid, loodrecht op het oppervlak We kijken naar de hoeveelheid water geabsorbeerd tussen de 5 e en de 15 e minuut. /1000 (ml kg) x 2000(5 cm² 1 m²) / 600s Absorptiecoëfficiënt: A (kg / m 2 s 1/2 ) EN ISO

73 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water 73 A2M

74 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Tube van Pleyers pmp 74

75 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Tube van Pleyers 75

76 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Vochtwerende middelen In tegenstelling tot de filmvormende bekledingen op basis van acryl, polyurethaan of epoxyhars dichten vochtwerende middelen op basis van organosiliciumverbindingen de oppervlakteporiën van minerale ondergronden niet af, maar vormen ze een ultradunne film op de wanden van de poriën. = Hydrofobe impregnatie op basis van silaan/siloxaan (zonder solventen) Conform EN De vochtwerende middelen moeten voldoen aan een aantal eisen: - Drastische afname van de waterabsorptie - Behoud van de dampdoorlatendheid - Goed penetratievermogen - Alkali-echt - UV-bestand - Geen vergeling, glans of hechting - Onschadelijk - Milieucompatibel Vochtwering (a) Vulling van de poriën (b) Filmvormende afdichting (c) van het oppervlak van een minerale ondergrond. Producten: -Tecnichem -Wacker -Sika -Rainguard - 76

77 Vochtigheidsstromen: vloeibaar water Methode van Karsten Vochtwerend middel Verbluffend resultaat na meer dan vijftig jaar: uit de test met de Karstenpijp blijkt dat de niet-behandelde bepleistering 5 ml water absorbeert op 10 minuten tijd, terwijl het vochtwerend gemaakte oppervlak vrijwel niets absorbeert. 77

78 Synthese damptransfers transfers van vloeibaar water 78

79 Vochtigheidsstromen: synthese Transfer van waterdamp Hoge dampdruk Lage dampdruk Transfer van vloeibaar water Hoge relatieve vochtigheid Lage relatieve vochtigheid 79

80 Vochtigheidsstromen: synthese Abs. vochtigheid Buiten Binnen Omgeving Verzadigings -curve Int. Relatieve vochtigheid Ext. Dauwtemperatuur Temperatuur 80 Architecture et Climat

81 Vochtigheidsstromen: synthese Buiten Binnen Droog Nat Verzadigd Damp Damp en vloeibaar water Vloeibaar water 81

82 Vochtmigratie Ontwerpstrategieën 82

83 Vochtigheidsstromen: strategieën 1. VOCHT BESTRIJDEN AAN DE BRON Vocht buiten: regenscherm, windscherm, vochtwerende middelen, injecties, inkuipingen, afdichtingsdetails,... Vocht binnen: ventilatie (Essentieel! Vooral bij passiefbouw!!) 83 A2M

84 Vochtigheidsstromen: strategieën 2. CONDENSATIE VERMIJDEN Thermische bruggen beperken >< oppervlakkige condensatie Slechte luchtafdichting beperken Architecture et Climat >< binnencondensatie door convectie Transfers door diffusie beperken >< binnencondensatie door diffusie 84

85 Vochtigheidsstromen: strategieën 3. HET DROOGPOTENTIEEL VAN DE WANDEN GARANDEREN Fout! dampscherm gesloten waterafstotend ondoorlatend dampscherm open waterafstotend ademend Architecture passive 85

86 Waarde Vochtigheidsstromen: strategieën Dampremmend membraan met variabele Sd-waarde Sterke diffusieweerstand in de winter Winter Zomer Lage Faible diffusieweerstand in de zomer Gemiddelde relatieve luchtvochtigheid [%] Architecture et Climat 86

87 1. VOCHT BESTRIJDEN AAN DE BRON 2. CONDENSATIE VERMIJDEN 3. HET DROOGPOTENTIEEL VAN DE WANDEN GARANDEREN 87

88 Migratie van vocht Belangrijke parameters 88

89 Vochtstromen: belangrijke parameters Waterdampdoorlatend Cellenglas XPS EPS Kurk Houtvezels Hennepwol PUR Cellenbeton Houtwol Cellulosewatten Rotswol Glaswol 89

90 Vochtstromen: belangrijke parameters Niet vatbaar voor rotting Hygroscopisch en capillair Niet of weinig hygroscopisch en capillair Cellenbeton EPS XPS PUR Kurk Cellenglas Niet vatbaar voor rotting, maar wel voor verwering (bij veel water) Glaswol Rotswol Vatbaar voor verrotting en verwering (indien kritiek watergehalte wordt overschreden) Cellulosewatten Houtwol Hennepwol Houtvezels 90

91 Migratie van vocht Ontwerptools 91

92 Vochtigheidsstromen: tools Statische methode Glaser-methode Snel Statisch hygrothermisch regime Te voorzichtig Buiten Zone met binnencondensatie Binnen Dampdruk Verzadigingdsdruk Excel-werkblad te downloaden op website > Calculs > La façade > La condensation interne d une paroi voor analyse van wanden met 1 tot 5 lagen. 92

93 Vochtigheidsstromen: tools Glaser-methode (statisch, zonder regen, zonder zon) > Condensations internes Architecture et Climat 93

94 Vochtigheidsstromen: tools Glaser-methode (statisch, zonder regen, zonder zon) > Condensations internes Architecture et Climat 94

95 Vochtigheidsstromen: tools Dynamische methode WUFI Pro WUFI 2D WUFI Bio Delphin MOIST MATCH Wufi: Dynamische berekening hygrothermisch gedrag van de wand 95

96 Vochtigheidsstromen: tools Zonder vochtwering Met vochtwering A2M 96

97 Vochtigheidsstromen: tools WUFI Pro WUFI 2D WUFI Bio Delphin MOIST MATCH Dynamische methode Wufi -resultaat: watergehalte gesimuleerd over 3 jaar Berekening Wufi Detail MDW 97

98 WUFI Pro WUFI 2D WUFI Bio Delphin MOIST MATCH Dynamische methode 98

99 Vochtigheidsstromen: tools ISOLIN - ISOLIN-gids Aline Branders / Arnaud Evrard / André De Herde - ISOLIN-tool Arnaud Evrard / Cédric Hermand / André De Herde Publicatie en dvd op bestelling: 99

100 Vochtigheidsstromen: tools ISOLIN-tool: 7000 WUFI Pro-simulaties! Buitenklimaat Type van metselwerk Type van isolatie Dikte van isolatie Binnenklimaat Buitenbekleding Reeds bestaande binnenbekleding Dampremmend membraan Architecture et Climat 100

101 Vochtigheidsstromen: tools ISOLIN 101

102 Vochtigheidsstromen: tools ISOLIN Verificatie van de criteria 102

103 Migratie van vocht Control tools 103

104 104

105 pmp 105

106 Conclusie: stromen en strategieën Warmtestromen Δ T Luchtstromen Δ p Vochtigheidsstromen damp Δ pv vloeibaar water Δ RV 106 A2M

107 Conclusie: stromen en strategieën 107 A2M

108 Conclusie: aandachtspunten Voor een performante gebouwschil: Kennis van de belangrijkste hygrothermische parameters van de materialen waaruit elk bouwdeel bestaat. Kijken naar de impact van elk bouwdeel op het complex waarvan het deel uitmaakt. In het geval van configuraties die risico s inhouden, controle van het hygrothermisch gedrag van de wand met behulp van dynamische software, rekening houdend met de ontwerpprincipes! Een goede uitvoering is essentieel! 108

109 Indien u zich hier nog verder in wil verdiepen

110 Indien u zich hier nog verder in wil verdiepen 110

111 Indien u zich hier nog verder in wil verdiepen 111

112 Indien u zich hier nog verder in wil verdiepen 112

113 Indien u zich hier nog verder in wil verdiepen 113

114 Contact Aline Branders Architect Master in de architectuur en de duurzame ontwikkeling Architect-partner bij A2M Verantwoordelijke voor de pool Onderzoek & Ontwikkeling Website: 114