Bouwfysische Gegevens Thermische Isolatie. Toelichting bij de bladen met thermische prestaties

Transcriptie

1 Bouwfysische Gegevens Thermische Isolatie Toelichting bij de bladen met thermische prestaties

2 Toelichting bij de bladen met thermische prestaties. Het Bouwbesluit stelt eisen aan de thermische kwaliteit van een gebouw met als doel energiebesparing en het voorkomen van vocht- en schimmelproblemen. In het Bouwbesluit worden eisen gesteld aan de minimale warmteweerstand van een uitwendige scheidingsconstructie tussen een verwarmde ruimte en de buitenlucht. Daarnaast worden eisen gesteld aan de binnenoppervlakte temperatuurfactor (f-factor). Warmteweerstand van een scheidingsconstructie De warmteweerstand van een materiaallaag is: R = d λ R = warmteweerstand in m 2.K/W -1 ; d = dikte in m; l = warmtegeleidingscoëfficiënt in W/(m.K). De warmteweerstand van een constructie (R c ) die uit n lagen bestaat is gelijk aan de som van de weerstanden van iedere laag afzonderlijk: d d d d n R = c λ λ λ λ n Voor de bepaling van de totale warmteweerstand lucht op lucht (R l ) geldt: R = R + R + R l se c si R se = overgangsweerstand buiten; R si = overgangsweerstand binnen; Voor de warmteovergangsweerstanden worden de in onderstaande tabel gegeven rekenwaarden volgens NEN 1068 aangehouden. Constructieonderdeel R si (m 2.K)/W R se (m 2.K)/W Vloeren bij een naar boven gerichte warmtestroom 0,10 0,10 Vloeren boven buitenlucht 0,17 0,04 Vloeren boven onverwarmde ruimte of kruipruimte 0,17 0,17 Uitwendige scheidingsconstructies boven verwarmde ruimte, waarvan de grootste hellingshoek met de horizontaal kleiner of gelijk is aan 75 0,10 0,04 Overige scheidingsconstructies grenzend aan de buitenlucht 0,13 0,04 Overige scheidingsconstructies 0,13 0,13

3 Luchtlagen in een bouwkundige constructie kunnen een zekere bijdrage geven aan de warmteweerstand van de constructie (R c -waarde). Onderscheid wordt gemaakt tussen niet of zwak geventileerde luchtlagen enerzijds en sterk geventileerde luchtlagen anderzijds op grond van onderstaande criteria. Een verticale luchtlaag geldt als niet of zwak geventileerd indien eventuele openingen, hetzij aan de bovenzijde hetzij aan de onderzijde, waardoor de luchtlaag met de buitenlaag in verbinding staat, samen geen grotere doorsnede hebben dan 1000 mm 2 per meter gevellengte. Een niet verticale luchtlaag geldt als niet of zwak geventileerd indien eventuele openingen, waardoor de luchtlaag met de buitenlaag in verbinding staat, samen geen grotere doorsnede hebben dan 500 mm 2 per meter gevellengte. Indien de grootte van de ventilatieopeningen meer bedraagt dan de bovengenoemde waarden geldt de betreffende luchtlaag als sterk geventileerd. De warmtedoorgangscoëfficiënt van een scheidingsconstructie De warmtedoorgangscoëffi ciënt (U) wordt berekend met de volgende vergelijking: U = ( 1+ α) L/ A + U con U is de warmtedoorgangscoëfficiënt van het (constructie-)onderdeel, in W/(m 2.K); DU is een toeslag (uitsluitend in rekening te brengen bij omgekeerd dak) in W/(m 2.K); L is de thermische koppelingscoëfficiënt van het onderdeel, in W/K; A con is de geprojecteerde oppervlakte van het onderdeel, in m 2 ; α is een correctiefactor waarin optredende inwendige convectie en/of uitvoeringsinvloeden zijn verdisconteerd. De waarde a moet als volgt worden bepaald: 1. indien het onderdeel een isolatielaag bevat die aan weerszijden wordt begrensd door een luchtlaag van meer dan 5 mm dikte, dan geldt a=1, tenzij er voorzieningen zijn getroffen om convectie te voorkomen; 2. indien het onder 1. gestelde niet van toepassing is en indien als isolatiemateriaal uitsluitend cellulair glas is toegepast, dan geldt a=0; 3. indien noch het onder 1. noch het onder 2. gestelde van toepassing is, maar het onderdeel afgezien van de eventuele afwerklagen (waaronder buitenspouwbladen) onder geconditioneerde en beheerste omstandigheden wordt vervaardigd, dan geldt a=0,02; 4. indien noch het onder 1. noch het onder 2. en noch het onder 3. gestelde van toepassing is dan geldt a=0,05. De relatie tussen de warmteweerstand en de warmtedoorgangscoeffi cient kan het beste als volgt worden weergegeven: 1 R = U R R c si se U is de warmtedoorgangscoëfficiënt van het onderdeel in W/(m 2.K); R si is de warmteovergangsweerstand aan de zijde van de ingaande warmtestroom in m 2.K/W; R se is de warmteovergangsweerstand aan de zijde van de uitgaande warmtestroom in m 2.K/W.

4 Bepaling warmtegeleidingscoëfficiënt De warmteweerstand van een materiaal wordt conform NEN 1068;2001 bepaald door de warmtegeleidingscoëffi ciënt l en de dikte van het materiaal. De l-waarde wordt gemeten bij een gemiddelde temperatuur over het materiaal van 10 ºC. Deze meetwaarde wordt daarom aangeduid als (l D ). Om de warmteweerstand van een constructie te kunnen berekenen moet de rekenwaarde van de warmtegeleidingscoëffi ciënt van alle aanwezige materialen bekend zijn. Deze rekenwaarde van de warmtegeleidingscoëffi ciënt is vast te stellen door: metingen en formules: l-metingen worden uitgevoerd in een laboratorium waarvan de resultaten(l D ) vervolgens gecorrigeerd worden volgens NEN 1068 (notatie: l reken ); tabelwaarden die vermeld staan in NEN 1068 of waarnaar wordt doorverwezen (notatie: l). Veelal zijn de tabelwaarden ongunstiger dan de l-waarden die worden bepaald via laboratoriummetingen en/of formules. De tabelwaarden moeten dan ook in eerste plaats gezien worden als een categorisch veilige bovengrens. De rekenwaarde van de warmtegeleidingscoëffi ciënt wordt afgerond op drie decimalen. Praktijkinvloeden worden niet meegenomen in de bepaling van l reken. Deze invloed wordt wel meegenomen bij de bepaling van de warmteweerstand van een constructie. Rekenwaarde voor isolatiematerialen De rekenwaarde voor isolatiematerialen wordt bepaald door metingen en formules: λ = λ F F F reken D A T M waarbij: l D = warmtegeleidingscoëfficiënt op basis van metingen, een statistische verwerking daarvan en toepassing van de afrondingregels. F A = correctiefactor voor de veroudering. Voor fabrieksmatig vervaardigde isolatiematerialen geldt de waarde 1. Voor in-situ vervaardigde isolatielagen varieert de waarde van 1,20 tot 1,60 (zie tabel). F M = correctiefactor voor vochtinvloeden. Voor isolatiematerialen toegepast in dakconstructies in een niet vochtige toepassing (geen contact met regenwater) geldt de waarde 1. Voor een omgekeerd-dak geldt: XPS met grind, tegels op tegeldragers of mortellaag, F M = 1,02; XPS in begroeid dak volgens NEN 1068; F M = 1,07; XPS in begroeid dak volgens SBR ; F M = 1,2 1,5. F T = correctiefactor voor de temperatuur. Voor isolatiematerialen toegepast in dakconstructies boven een niet of normaal verwarmde ruimte (zoals niet verwarmde opslag tot verblijfsruimte, verwarmd voor het verblijven van mensen) geldt: F T = 1. Bij koelhuizen en droogkamers moet de correctiefactor worden ontleend aan NEN-EN-ISO Tabel - Correctiefactoren voor de veroudering van niet-fabrieksmatig in-situ vervaardigde isolatielagen Isolatiemateriaal Minerale wol vlokken (MW) Gebonden geëxpandeerd polystyreen parels (EPS) Polyurethaan (PUR) Geëxpandeerd, gesiliconiseerd perliet (EPB) Andere materialen voor niet-fabrieksmatig vervaardigde isolatielagen F A 1,20 1,20 1,30 1,20 1,60

5 In l D is opgenomen het verouderingseffect als gevolg van het uittreden van gassen voor geëxtrudeerd polystyreen (XPS), hard polyurethaanschuim (PUR) en fenolschuim (PF). Voor isolatiematerialen geldt dat in eerste instantie de warmtegeleidingscoëffi ciënt l 90/90 wordt bepaald. Deze waarde is representatief voor minimaal 90% van de productie met een betrouwbaarheid van 90% (zie NEN 1068, bijlage L). Vervolgens wordt l D bepaald door de l 90/90 naar boven af te ronden naar de dichtstbijzijnde 0,001 W/(m.K). De waarde l D is onderwerp van regeling van de CE-markering onder de Richtlijn Bouwproducten. Voor fabrieksmatig vervaardigde isolatiematerialen toegepast in standaard dakconstructies geldt: λ = λ F F F = λ 111 = λ reken D A T M D D Bij een omgekeerd-dak correctiefactor F M toepassen. De rekenwaarde voor isolatiematerialen kan ook bepaald worden via de tabel uit NEN 1068, bijlage D. Warmteverlies door transmissie Het warmteverlies door transmissie wordt behandeld in NEN 1068:Thermische isolatie van gebouwen Rekenmethoden van oktober 2001, die is aangepast aan de Europese regelgeving en normering. Hierbij is NEN 1068 zeer ingrijpend veranderd. Belangrijke aanpassing is de nauwkeurige berekening van warmteverliezen waarbij ook rekening wordt gehouden met warmteverliezen naar de grond en het meerekenen in het totale warmteverlies van lijnvormige aansluitingen (koudebruggen of thermische bruggen). In deze norm wordt het warmteverlies door transmissie nauwkeurig beschreven waarbij het uitgangspunt is dat het warmteverlies wordt bepaald via de numerieke methode. Voor degene die minder ingevoerd zijn in bouwfysica en het berekenen met de numerieke methode is een praktijkrichtlijn opgesteld, NPR 2068: Thermische isolatie van gebouwen Vereenvoudigde rekenmethode. Bij het berekenen van het warmteverlies door transmissie kan gebruik worden gemaakt van de intensieve rekenmethode uit NEN 1068 of de minder intensieve methode uit NPR 2068 waarbij dan wel rekening moet worden gehouden met een conservatievere uitkomst. In NEN 1068 is het warmteverlies door transmissie als volgt beschreven: H = L + L + H T D S U L D = de directe koppelingscoëfficiënt tussen verwarmde binnenruimte en de buitenlucht in W/K; L S = de stationaire warmteverliescoëfficiënt via de grond in W/K; H u = de warmteverliescoëfficiënt via onverwarmde ruimten in W/K. Bij het berekenen van warmteverlies door transmissie moet de gebouwomhulling worden gemodelleerd in vlakke en lijnvormige elementen. Het is vaak ondoenlijk om een kompleet gebouw te modelleren tot een enkel geometrisch model. Meestal wordt het gebouw verdeeld in verschillende onderdelen (inclusief het maaiveld) door het gebruik van snijvlakken. Deze onderverdeling moet zo worden uitgevoerd dat verschillen in het berekeningsresultaat tussen het opgedeelde gebouw en het gebouw als geheel wordt vermeden. Deze onderverdeling in verschillende geometrische modellen wordt bereikt door geschikte snijvlakken te kiezen. Hierbij wordt het gebouw gemodelleerd tot een aaneengesloten systeem van vlakvormige en lijnvormige elementen. Regels voor het modelleren zijn omschreven in de EN ISO :1995(E). Dit betreft de afstand tot een (lineaire) koudebrug en aanpassingen van de dimensie (transformatie). De afsnijvlakken bij vlakvormige elementen worden aangegeven bij de beschrijving van het bepalen van de R c - en U-waarden.

6 De afsnijvlakken bij lijnvormige elementen worden aangegeven bij de beschrijving van het bepalen van de Ψ -waarden. Aanpassingen aan de dimensie van het geometrisch model ten opzichte van de werkelijke geometrie van het constructieonderdeel zijn toegelaten zolang zij geen signifi cante invloed op het berekeningsresultaat hebben. Hiervoor zijn voorwaarden opgenomen in de van toepassing zijnde normen. In de volgende fi guur is dit schematisch weergegeven. Verdeling van de uitwendige scheidingsconstructie in vlakke en lijnvormige elementen Bij het bepalen van het totale warmteverlies tussen de verwarmde binnenruimte en de buitenlucht geldt de basisformule: L D = AT ;1 U i + k i K ψ k L D = de directe koppelingscoëfficiënt tussen de verwarmde binnenruimte en de buitenlucht in W/K; A T;1 = de geprojecteerde oppervlakte van het ondoorschijnend vlakke element of het raam of de deur i van de uitwendige scheidingsconstructie bepaald in m 2 ; U i = de warmtedoorgangscoëfficiënt van dat element i van de uitwendige scheidingsconstructie in W/(m 2.K); k = de lengte van de lineaire thermische brug k in m; Ψ k = de lineaire warmtedoorgangscoëfficiënt van de thermische brug k in W/(m.K) In de volgende fi guur is een visuele indicatie van deze formule gegeven.

7 Visuele weergave van de formule voor de bepaling van het warmteverlies. A U ψ1 ψ3 A U ψ2 ψ5 A U ψ4 De lineaire warmtedoorgangscoëfficiënt van thermische bruggen De lineaire warmtedoorgangcoëffi ciënt (Y) wordt berekend uit de formule: 2 ψ = L b U D i i 1+ α i Ψ is de lineaire warmtedoorgangscoëfficiënt van het rekendetail, in W/m.K; L 2D is de thermische koppelingscoëfficiënt van het 2D rekendetail, in W/m.K; b i is de breedte van het rekendetail als flankerend element opgenomen deel van het (constructie-) onderdeel i, in m; U i is de warmtedoorgangscoëfficiënt van (constructie-)onderdeel i, in W/(m 2.K); α i is de correctiefactor Invloed bevestigingsmiddelen Wanneer een laag isolatiemateriaal wordt bevestigd met mechanische bevestigingsmiddelen kan de invloed daarvan als thermische bruggen volgens NEN 1068:2001 op twee manieren worden berekend. De eerste manier behelst een computerberekening, uitgaande van een nauwkeurige 3-D-modellering op basis van de eindige-elementenmethode. Voor de tweede methode wordt de isolatielaag met bevestigers beschouwd als quasi-homogeen. Voor een dergelijke laag moet de warmtegeleidingscoëffi ciënt (l) worden bepaald volgens: ( λ A + λ A ) mat iso fa fa λ = ( A + A ) mat fa l mat is de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal in W/(m.K); l fa is de warmtegeleidingscoëfficiënt van de doorbrekende constructieve verbinding, in W/(m.K); A mat is de (netto) oppervlakte van de laag, in m 2 ; A fa is de (totale) doorsnede-oppervlakte van de doorbrekende constructieve verbinding, in m 2. De invloed van ankers, stiften of schroeven op de warmtegeleidingscoëffi ciënt van het materiaal waarin zij zijn opgenomen mag buiten beschouwing worden gelaten.

8 Binnenoppervlaktetemperatuurfactor De binnenoppervlaktetemperatuurfactor ( f-factor) wordt gedefi nieerd met de volgende formule: f ri ( θ = ( θ i θe ) θ ) s;i;min e waarbij: f ri = de binnenoppervlaktetemperatuurfactor; θ s;i;min = de laagste temperatuur op het binnenoppervlak; θ e = de buitenluchttemperatuur in C; = de binnenluchttemperatuur in C. θ i De overgangsweerstanden zijn anders dan de overgangsweerstanden die van toepassing zijn bij het bepalen van de warmteweerstand van een constructie zoals weergegeven in NEN In NEN 1068 worden namelijk warmteverliezen berekend en is de overgangsweerstand gerelateerd aan de gemiddelde temperatuur, terwijl in NEN 2778 juist het effect van de niet-uniforme temperatuurverdeling van belang is om het risico van (lokale) condensatie te beoordelen. De overgangsweerstanden die van toepassing zijn bij het bepalen van de binnenoppervlaktetempera tuurfactor zijn ontleend aan NEN de volgende overgangsweerstanden moeten worden aangehouden: naar buitenlucht: R e = 0,04 m 2.K/W; naar binnenlucht: a. R i = 0,13 m 2.K/W voor beglazingen tussen binnenlucht en buitenlucht; b. R i = 0,25 m 2.K/W voor alle vlakken die niet onder a. of c. vallen; c. R i = 0,50 m 2.K/W voor alle gesloten binnenoppervlakken lager dan mm boven het vloer niveau, met de volgende uitzonderingen: c.1 een zone van het binnenoppervlak rond een driehoeksvlak bestaande uit twee gevels en een vloer die aan de onderzijde grent aan de buitenlucht of aan de bodem. Het oppervlak bestaat uit drie vierkanten van 500 mm bij 500 mm gelegen op de drie samenkomende vlakken waarbij de drie vierkanten een gemeenschappelijk hoekpunt bezitten; c.2 hellende vlakken die een hoek van meer dan 20 maken met de verticaal; c.3 het oppervlak, gelegen binnen een grenslijn op een afstand van 100 mm rond dagkanten van ramen, deuren en kozijnen; c.4 alle oppervlakken in niet-verwarmde aangrenzende ruimten. De overgangsweerstand R i = 0,50 m 2.K/W is gebaseerd op de verminderde warmteoverdracht die optreedt ten gevolge van tegen de wand geplaatst meubilair. De vermelde uitzonderingen houden er rekening mee dat dit op een aantal plaatsen onwaarschijnlijk is of redelijkerwijs vermeden kan worden. Ter plaatse van deze uitgezonderde oppervlakken geldt a. voor zover het beglazingen betreft en b. voor de overige oppervlakken. Randtemperaturen voor de bepaling van de genormeerde binnenoppervlaktetemperatuur Bij de berekening van de genormeerde binnenoppervlaktetemperatuur f ri;n dienen de volgende randtemperaturen te worden toegepast: buitenluchttemperatuur θ e = 0 C; binnenluchttemperatuur θ i = 18 C; bodemtemperatuur op 3 m beneden het maaiveld θ b;-3m = 10 C; de luchttemperatuur in niet-verwarmde aangrenzende ruimten dient te zijn bepaald volgens van NEN 2778.

9 Volgens het Bouwbesluit moet de binnenoppervlaktetemperatuurfactor (f-factor) voor gebouwen met een woonfunctie minimaal 0,65 bedragen. Voor gebouwen met een andere functie moet de binnenoppervlaktetemperatuurfactor (f-factor) minimaal 0,5 bedragen. Hoe hoger de f-factor is (maximaal 1) des te kleiner is de kans op oppervlaktecondensatie en schimmelgroei. De bepaling van de f-factor staat vermeld in NEN Minimale waarde R c Als ondergrens voor de Rc-waarde gelden de eisen zoals beschreven in het Bouwbesluit, afdeling 5.1 Thermische isolatie nieuwbouw (R c;min ). De energiezuinigheid van een bouwwerk wordt in het Bouwbesluit meer geregeld via de energieprestatiecoëffi ciënt. Met de energieprestatiecoëffi ciënt wordt de energieprestatie van het volledige gebouw behandeld, waarin het warmteverlies door transmissie slechts een onderdeel is. Vanuit de berekening van de energieprestatiecoëffi ciënt kan het noodzakelijk blijken dat de warmteweerstand van de uitwendige scheidingsconstructie hoger moet worden ontworpen om aan de eis te kunnen voldoen. In de praktijk komt dit vaak voor waarbij regelmatig de Rc-waarde van het dak ten minste 5 (m 2.K)W moet zijn of soms zelfs nog hoger. Dit is een keuze van de ontwerper van het gebouw maar is dan voor dat gebouw wel bindend. Berekeningsprincipe Met een numerieke rekenmethode worden de temperatuurverdeling in en de warmtestroom door een constructie berekend wanneer de randvoorwaarden en de constructieve gegevens bekend zijn. Voor dit doel wordt het geometrische model onderverdeeld in een aantal geschakelde materiaalblokken, ieder met een eigen homogene warmtegeleidingscoëffi ciënt. De temperatuurverdeling over de knooppunten van het netwerk en de warmtestromen door de materiaalcellen wordt bepaald door een iteratieve berekeningsmethodiek. Deze rekenmethode staat bekend onder de naam eindige elementen methode of eindige differentiemethode. De bouwfysische berekeningen zijn uitgevoerd volgens NEN 2778 Vochtwering in gebouwen Bepalingsmethoden. Het bepalen van de warmtestromen door de constructie is uitgevoerd volgens de numerieke rekenmethode van NEN 1068 Thermische isolatie van gebouwen Rekenmethoden. Met behulp van het rekenprogramma Bisco van Physibel is met een numerieke rekenmethode die voldoet aan de in NEN 1068 gegeven validatiecriteria, de lineaire tweedimensionale thermische koppelingscoeffi cient (L 2D ) van het rekenmodel van de aansluiting tussen verschillende constructiedelen bepaald volgens: 2 L D = + i e ( Φ Φ )/( 2l) L 2D is de lineaire tweedimensionale thermische koppelingscoefficient, in W/(m.K); Φ i is de totale ingaande warmtestroom bepaald door het stelsel van vergelijkingen op te lossen voor een temperatuursverschil van 1 K, in W; Φ e is de totale uitgaande warmtestroom bepaald door het stelsel van vergelijkingen op te lossen voor een temperatuursverschil van 1 K, in W; is de lengte waarover de doorsnede van het rekenmodel homogeen of quasi-homogeen blijft.