Warmte-isolatie. Warmte-isolatie. Technische informatie over de warmte-isolatie vindt u online onder:

Transcriptie

1 Warmte-isolatie Warmte-isolatie Technische informatie over de warmte-isolatie vindt u online onder: 1

2 Definitie thermische brug Een thermische brug in een constructie is heel algemeen te definiëren als: een gedeelte in de constructie waar een grotere warmtetransmissie van binnen naar buiten plaatsvindt dan in de rest van de constructie. Deze grotere transmissie is het gevolg van de kleinere warmteweerstand van de thermische brug in vergelijking met de weerstand van de omliggende bouwdelen. De thermische brug beïnvloedt daarnaast ook zijn omgeving: vanuit de omgeving wordt warmte naar de thermische brug toegetrokken zodat het uiteindelijke warmteverlies nog groter is. De gevolgen van een thermische brug hangen samen met de relatief lage warmteweerstand van een materiaal ( door materiaal bepaalde thermische brug ) en in veel gevallen met de plaats van een thermische brug ( geometrische thermische brug ). Het gevolg van de lagere warmteweerstand van een thermische brug is warmteverlies en een lagere oppervlaktetemperatuur aan de binnenzijde van de constructie. Vanwege hun plaats (in hoeken van ruimten, langs de vloer of het plafond) zijn veel thermische bruggen ook nog eens slecht bereikbaar voor de in het vertrek aanwezige warme luchtstromen. Effecten van thermische bruggen Wanneer lucht met een bepaalde concentratie waterdamp in aanraking komt met een constructieoppervlak met een temperatuur gelijk aan of lager dan de dauwpuntstemperatuur van die lucht, treedt tegen het oppervlak condensatie op. Bij een gemiddelde luchtvochtigheid kunnen zowel inwendige- als oppervlaktecondensatie zich voordoen bij bouwfysische gebreken aan de bouwkundige detaillering. Een belangrijk gebrek bij het bouwkundig detailleren zijn thermische bruggen. In de nabijheid van een thermische brug kan door oppervlaktecondensatie schimmel gaan vormen. De schimmelvorming leidt tot het vrijkomen van schimmelsporen in de ruimte en kan aanzienlijke schade toebrengen aan de gezondheid van de bewoners. Schimmelsporen veroorzaken allergieën en kunnen daarom sterke allergische reacties bij mensen teweegbrengen, zoals sinusitis, rhinitis en astma. Door de in het algemeen langdurige dagelijkse blootstelling in woningen is het risico groot dat de allergische reacties chronisch worden. hebben samengevat dus de volgende effecten: kans op condenswater kans op schimmelvorming kans op schade aan gezondheid (allergieën etc.) hoger warmteverlies 2

3 Dauwpuntstemperatuur De dauwpuntstemperatuur θ d van een ruimte is de temperatuur waarbij het vocht dat in de ruimtelucht aanwezig is, niet meer in dampvorm door de ruimtelucht wordt vastgehouden maar in de vorm van waterdruppels wordt afgegeven. De relatieve luchtvochtigheid van de ruimte is dan 100%. De luchtlagen die direct grenzen aan koudere oppervlakken van de bouwconstructie nemen de temperatuur aan van het koude oppervlak. Als de minimale oppervlaktetemperatuur van een thermische brug onder de dauwpuntstemperatuur ligt, condenseert het vocht in de lucht grenzend aan deze thermische brug op het koude oppervlak en ontstaat druppelvorming. De dauwpuntstemperatuur is alleen afhankelijk van de temperatuur en vochtigheid van de omgevingslucht (zie afbeelding 1). Hoe hoger de vochtigheid en hoe hoger de temperatuur van de omgevingslucht, des te hoger is de dauwpuntstemperatuur en des te eerder ontstaat er condens op koudere oppervlakken. In het algemeen is in binnenruimten de gemiddelde temperatuur ca. 20 C en de relatieve luchtvochtigheid ca. 50%. Dit betekent dat de dauwpuntstemperatuur dan 9,3 C is. In ruimten met een hoge vochtproductie, bijvoorbeeld de badkamer, wordt ook een hogere vochtigheid van 60% of meer bereikt. De dauwpuntstemperatuur ligt dan ook hoger waardoor het risico van condensvorming toeneemt. De dauwpuntstemperatuur bij een luchtvochtigheid van 60% ligt bijvoorbeeld al bij 12,0 C. De dauwpuntstemperatuur is in hoge mate afhankelijk van de relatieve luchtvochtigheid. Een kleine verhoging van de luchtvochtigheid leidt al tot een aanzienlijke hogere dauwpuntstemperatuur van de omgevingslucht. Een stijging van de relatieve vochtigheid resulteert in een aanzienlijke toename van het risico van condensvorming op koude oppervlakken van bouwelementen. Schimmelvormingstemperatuur De vochtigheid op oppervlakken van bouwelementen die vereist is voor de groei van schimmel, wordt al bereikt vanaf een luchtvochtigheid van 80%. Dit betekent dat zich op koude oppervlakken van bouwelementen schimmel vormt als het oppervlak ten minste zo koud is dat de luchtlaag direct ernaast een vochtigheid krijgt van 80%. De temperatuur waarbij dit het geval is, is de zogenaamde schimmelvormingstemperatuur θ S. Schimmelvorming kan al voorkomen bij temperaturen boven de dauwpuntstemperatuur. Voor het ruimteklimaat 20 C/50% bedraagt de schimmelvormingstemperatuur 12,6 C. Dat is dus 3,3 C hoger dan de dauwpuntstemperatuur. Daarom is voor het voorkomen van bouwschade (schimmelvorming) de schimmelvormingstemperatuur belangrijker dan de dauwpuntstemperatuur. Het is dus niet voldoende dat de binnenoppervlakken warmer zijn dan de dauwpuntstemperatuur van de omgevingslucht: De oppervlaktetemperaturen moeten ook hoger zijn dan de schimmelvormingstemperatuur! Dauwpuntstemperatuur 20 C 18 C 16 C 14 C 12 C 10 C 9,3 C 8 C 22 C 20 C 18 C Schimmelvormingstemperatuur 20 C 18 C 16 C 15,3 C 14 C 12,6 C 12 C 10 C 8 C 22 C 20 C 18 C 6 C 6 C 40% 50% 60% 70% 80% 90% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Relatieve vochtigheid omgevingslucht ϕ Afbeelding 1: De dauwpuntstemperatuur is afhankelijk van vochtigheid en temperatuur van de omgevingslucht. Relatieve vochtigheid omgevingslucht ϕ Afbeelding 2: De schimmelvormingstemperatuur wordt bepaald door de vochtigheid en temperatuur van de omgevingslucht. 3

4 Bouwfysische kengetallen van thermische bruggen De bouwfysische effecten van thermische bruggen worden vastgelegd met de volgende kengetallen: Bouwfysisch effect Schimmelvorming Condensvorming Kwalitatieve weergave Isothermen (verloop temperatuur) Warmteverlies Fluxen (verloop warmtestroom) Kengetallen Kwantitatief kengetal Minimale oppervlaktetemperatuur θ min Binnenoppervlaktetemperatuurfactor f n;ri ψ-waarde χ-waarde Deze kengetallen kunnen uitsluitend worden berekend door een berekening van de warmtestroom door de desbetreffende thermische brug op basis van de eindige elementenmethode. Hiervoor wordt de geometrische opbouw van de constructie in nabijheid van de thermische brug in de computer gemodelleerd met de warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) van de gebruikte materialen. De randvoorwaarden voor de berekening en modellering zijn vastgelegd in NEN Deze berekening levert naast de kwantitatieve kengetallen ook een weergave van de temperatuurverdeling binnen de constructie ( isothermenverloop ) en het verloop van de warmtestroomlijnen (fluxen). De weergave met warmtestroomlijnen geeft de weg aan waarlangs de warmte door de constructie verloren gaat. Zodoende zijn de warmtetechnische zwakke punten van de thermische brug goed te herkennen. De isothermen zijn lijnen of oppervlakken met dezelfde temperatuur en geven de temperatuurverdeling binnen het berekende bouwelement aan. Isothermen worden vaak weergegeven met temperatuurstappen van 1 C. Warmtestroomlijnen en isothermen staan altijd loodrecht op elkaar (zie afbeelding 3 en 4). De warmtedoorgangscoëfficiënten ψ en χ Net als bij de f-factor neemt, naarmate een gebouw beter wordt geïsoleerd, het transmissieverlies via de constructie aansluitingen een grotere plaats in. De warmte kiest de weg van de minste weerstand. Hierdoor gaat bij gebouwen met hoge R c -waarden verhoudingsgewijs veel energie verloren via onderlinge constructieaansluitingen. Deze lineaire warmteverliezen ( ψ-waarden ) moeten worden ingevoerd in de berekening van de energieprestatiecoëfficiënt (EPC) van een gebouw. De χ-waarde geeft het extra warmteverlies per strekkende meter van een lineaire thermische brug aan. Evenzo geeft de puntvormige warmtedoorgangscoëfficiënt χ ( χ-waarde ) het extra warmteverlies via een puntvormige thermische brug aan. Deze χ-waarde is (nog) niet opgenomen in de Nederlandse bouwregelgeving. Afbeelding 3: Voorbeeld van een geometrische thermische brug: het aandeel buitenlucht is groter dan het aandeel binnenlucht. Weergave van de isothermen en warmtestroomlijnen (pijlen). Afbeelding 4: Voorbeeld van een materiaalafhankelijke thermische brug: de constructie wordt onderbroken door een materiaal met een lagere warmteweerstand. Weergave van de isothermen en warmtestroomlijnen (pijlen). 4

5 De minimale oppervlaktetemperatuur θ min en de oppervlaktetemperatuurfactor f n;ri De minimale oppervlaktetemperatuur θ min is de laagste oppervlaktetemperatuur die optreedt in de nabijheid van een thermische brug. De waarde van de minimale oppervlaktetemperatuur bepaalt of bij een thermische brug condens of schimmel wordt gevormd. De minimale oppervlaktetemperatuur is dus een kengetal voor de bouwfysische effecten van een thermische brug. De kengetallen θ min en ψ-waarde zijn afhankelijk van de constructieve opbouw van de thermische brug (geometrie en de warmtegeleidingscoëfficiënt van de materialen waaruit de thermische brug bestaat). De minimale oppervlaktetemperatuur is daarnaast nog afhankelijk van de vastgestelde buitenluchttemperatuur: hoe lager de buitenluchttemperatuur, des te lager is de minimale oppervlaktetemperatuur (zie afbeelding 5). Naast de minimale oppervlaktetemperatuur wordt als kengetal ook de binnenoppervlaktetemperatuur f n;ri (f-factor) gebruikt. Deze f-factor is het aan het temperatuursverschil tussen binnen en buiten (θ i θ e ) gerelateerde temperatuursverschil tussen minimale binnenoppervlaktetemperatuur en buitenluchttemperatuur (θ min θ e ): f n;ri = θ min θ e θ i θ e De f-factor is een relatieve waarde. Dit heeft als voordeel dat deze waarde alleen afhankelijk is van de detaillering van de thermische brug en niet, zoals θ min, van de vastgestelde buitenlucht- en binnenluchttemperaturen. Als men de f-factor van een thermische brug kent, kan omgekeerd met behulp van de luchttemperaturen de minimale oppervlaktetemperatuur worden berekend: θ min = θ e + f n;ri (θ i θ e ) In afbeelding 5 wordt bij een constante binnentemperatuur van 18 C voor verschillende f-factoren de afhankelijkheid van de minimale oppervlaktetemperatuur van de aangrenzende buitentemperatuur weergegeven. 20 C θ i 18 C 1,0 15 C f n;ri = 0,80 16 C 14 C f n;ri = 0,65 θ 10 C min f n;ri = 0,50 5 C 11,7 C θ min 12 C 10 C 8 C 6 C 0, f n;ri 0 C 15 C 10 C 5 C 0 C 5 C Buitentemperatuur θ e 4 C 2 C 0 C 0,2 0,0 Afbeelding 5: De minimale oppervlaktetemperatuur is afhankelijk van de aangrenzende buitentemperatuur. De binnentemperatuur is constant 18 C.. Afbeelding 6: Bepaling van de f-factor (f n;ri ). 5

6 Bepaling van thermische bruggen en lineaire warmteverliezen Bepaling van de minimale binnenoppervlaktetemperatuurfactor Het Bouwbesluit stelt in artikel 3.27 een eis aan de binnenoppervlaktetemperatuur (f-factor): woon- en logiesfuncties f n;ri 0,65 niet tot bewoning bestemde gebruiksfuncties f n;ri 0,50 NEN 2778 gaat uit van een binnentemperatuur in woonruimten van 18 C en een buitentemperatuur van 0 C. Dit betekent dat, ter beperking van het risico van schimmelvorming, in nabijheid van thermische bruggen de minimale oppervlaktetemperatuur moet voldoen aan de volgende minimale eis: θ min 11,7 C Bepaling van de lineaire warmteverliezen De warmteverliescoëfficiënt door transmissie beschrijft het warmteverlies via de gebouwschil. Om de warmteverliezen te bepalen wordt het warmteverlies via oppervlakten bepaald (gekoppeld aan een R c of U-waarde). Daarnaast wordt er rekening gehouden met het warmteverlies via lineaire thermische bruggen (gekoppeld aan een ψ-waarde). Het warmteverlies via lineair thermische bruggen is op verschillende manieren te bepalen, hier is in hoofdstuk 6.6 bij stilgestaan. In de zogenaamde uitgebreide methode wordt de warmteverliescoëfficiënt door transmissie volgens NEN 1068 formule (2) als volgt bepaald: H T;mi = H D + H g;mi + H U + H A;mi Hier wordt H D bepaald volgens (formule (10) van NEN 1068): H D = Σ (A T;i U C;i ) + Σ (ι k ψ k ) + Σ χ j i k j Waarbij: H g;mi : is de stationaire warmteverliescoëfficiënt via de grond, in W/K; H g;mi : is de stationaire warmteverliescoëfficiënt via de grond, in W/K; H u : is de warmteverliescoëfficiënt via aangrenzende onverwarmde ruimten, in W/K; H A;mi : is de warmteverliescoëfficiënt via aangrenzende verwarmde ruimten, in W/K. Afbeelding 10: Schematisch weergave van het warmteverlies door transmissie. 6

7 In de zogenaamde forfaitaire methode is het niet nodig om de lengte van alle lineaire thermische bruggen in te voeren. Bij de forfaitaire methode hoeft alleen de lengte van de perimeter worden ingevoerd. De perimeter is omschreven als de som van de lengtes van de randen van de vloerdelen, welke grenzen aan de buitenlucht of aan een onverwarmde ruimte buiten de thermische schil. Er wordt een vaste waarde aangehouden voor de ψ-waarde van de perimeter. Voor het warmteverlies van de lineaire thermische bruggen (buiten de perimeter) wordt een toeslag bepaald bovenop de U-waarde van dichte (ondoorschijnende) vlakken. Het warmteverlies via aangrenzende onverwarmde ruimtes worden bij de forfaitaire methode geacht niet aanwezig te zijn; een aangrenzende onverwarmde ruimte wordt beschouwd als buitenlucht. In de zogenaamde forfaitaire methode wordt de warmteverliescoëfficiënt door transmissie volgens NEN 1068 als volgt bepaald: H T;mi = H D;for + H g;for;mi + H U;for + H A;for Hier wordt H D bepaald volgens (formule (4) van NEN 1068): H D;for = Σ (A T;i (U C;i + ΔU for )) i Waarbij: H g;for;mi : is de stationaire warmteverliescoëfficiënt via de grond, in W/K; H u : is de warmteverliescoëfficiënt via aangrenzende onverwarmde ruimten en is 0 W/K; H A;mi : is de warmteverliescoëfficiënt via aangrenzende verwarmde ruimten en is W/K. 7

8 Balkon als thermische brug De niet-geïsoleerde balkonaansluiting Bij niet-geïsoleerde aansluitingen van balkonplaten leidt de combinatie van een geometrische thermische brug (koelrib-effect van de balkonplaat) en de lage warmteweerstand van beton tot een groot warmteverlies, zodat de niet-geïsoleerde balkonaansluiting tot de meest kritische thermische bruggen van de uitwendige scheidingsconstructie hoort. Het gevolg is een sterke daling van de opper vlaktetemperaturen ter plaatse van balkonaansluitingen en een groot energieverlies. In de bevestigingszone van het niet geïsoleerde balkon is er daardoor een grote kans op schimmelvorming. Effectieve thermische isolatie met Schöck Isokorf De Schöck Isokorf is, door de bouwfysisch en constructief geoptimaliseerde constructie (minimale wapeningsdoorsneden, gebruik van materialen met bijzonder lage warmtegeleidingscoëfficiënt), een zeer effectieve isolatie van de balkonaansluiting. 8

9 Balkon als thermische brug De equivalente warmtegeleiding λ eq De equivalente warmtegeleiding λ eq is de totale warmtegeleiding van alle componenten van de Schöck Isokorb en is bij dezelfde isolatiedikte een maat voor de warmte-isolatie van de aansluiting. Hoe kleiner λ eq, hoe hoogwaardiger de warmte-isolatie van de balkonaansluiting is. De λ eq -waarden worden bepaald door gedetailleerde koudebrugberekeningen en omdat elk product een individuele geometrie en uitrusting heeft, resulteert dit voor elke Schöck Isokorb in een eigen waarde. Voor de vergelijking van dragende warmte-isolatie-elementen met verschillende isolatiediktes wordt in plaats van λeq de equivalente warmteweerstand R eq gebruikt, die behalve met de equivalente warmtegeleiding λ eq ook rekening houdt met de isolatiedikte van het element. Hoe groter Req, hoe beter de warmte-isolatie is. Req wordt berekend uit de equivalente warmtegeleiding λ eq en de isolatiedikte d, als volgt: R eq = d λ eq Verschil tussen ψ-waarde en λ eq De equivalente warmtegeleidingscoëfficiënt λ eq van het Schöck Isokorf element is een maatstaf voor de isolerende werking van het element, terwijl de ψ-waarde de thermische isolatie van de totale balkonaansluiting vertegenwoordigt. De ψ-waarde verandert als het detail verandert, ook als het aansluitelement van Schöck ongewijzigd blijft. Omgekeerd is de ψ-waarde van een detail bij een vaststaande detaillering afhankelijk van de equivalente warmtegeleidingscoëfficiënt λ eq van het Schöck Isokorf element. Hoe geringer λ eq, des te geringer de ψ-waarde (en hoe hoger de minimale binnenoppervlaktetemperatuur). 9