Binnenisolatie: fysische fenomenen van warmte- lucht en vochttransport

Transcriptie

1 Binnenisolatie: fysische fenomenen van warmte- lucht en vochttransport A. Janssens Onderzoeksgroep Bouwfysica, Constructie en Klimaatbeheersing Vakgroep Architectuur en Stedenbouw, Universiteit Gent Met dank aan: Staf Roels en medewerkers Laboratorium Bouwfysica, Departement Bouwkunde, K.U.Leuven Binnenisolatie van muren Stand van de techniek Workshop in het kader van IWT-SBO-project Heat, air and moisture performance engineering Binnenisolatie: fysische fenomenen van warmte-, lucht- en vochttransport Overzicht Inleiding Evaluatie van koudebruggen Hygrothermisch gedrag Invloeden luchtlekken 1

2 Inleiding Oorspronkelijke functies buitenmuren: = Opvangen belasting + Regenwering U 2.0 W/m²K U 1.5 W/m²K Dikte Buitenpleister Massieve muren: Eentrapsdichting Spouwmuren: tweetrapsdichting Slechte isolatie: risico oppervlaktecondensatie Inleiding Na-isolatie van bestaande gebouwen: aanbrengen binnenisolatie navulling van spouwmuren Foto De Volkskrant, NL Maar - onzekerheid over de juiste opbouw - onzekerheid over kwaliteit van de materialen - onzekerheid over uitvoeringskwaliteit - onzekerheid over binnenklimaat maken na-isolatie soms tot een delicate ingreep 2

3 Belangrijkste hygrothermische aandachtspunten bij binnenisolatie Koudebruggen Hygrothermisch gedrag Vorstvastheid metselwerk Inwendige condensatie Invloeden luchtlekken Kunnen geavanceerde (numerieke) modellen helpen om de prestaties en risico s van na-isolatie te beoordelen? Evaluatie koudebruggen 3

4 Evaluatie koudebruggen Numerieke berekening (2D) Resultaten: 1. Warmteverlies 2. Temperaturen (vochtgedrag) ( i = 8 W/m²K) ( i = 5 W/m²K) U 1, L 1 kleinste si Kengetal: 2D (LiUi ( ) e ) i e n Kengetal: si f e 0.2 i e U 2, L 2 Ontwerpcriterium: f > 0.7 Evaluatie koudebruggen Belang gebruik plaatselijke overgangscoëfficiënten bij evaluatie lokale oppervlaktetemperatuur r U si i ( i e ) i oppervlaktetemperatuur Overgangscoëfficiënt i : warmtestraling convectie i = 8 si = 18.5 i = 4 si = 17.0 i = 5 si = 17.6 i = 20 C e = 0 C U = 0.6 W/(m²K) i = 2 si =

5 Criteria voor vochtbeheersing Dampdruk (Pa) 2500 RV =100% % 1500 p i /0.8 p i 1000 Geen schimmel D (p i /0.8) Temperatuur ( C) Vermijden van schimmelontwikkeling: Relatieve vochtigheid aan oppervlak kleiner dan 80% Vertalen naar eis voor temperatuurfactor f: D (pi / 0.8) f e i e Criterium hangt af van dampdruk binnenlucht Criteria voor vochtbeheersing Klimaatklassen laten toe in ontwerpfase een inschatting van de dampdruk binnen te maken BKK p i * pi-pe** Beschrijving Functie (Pa) (Pa) 1 <1165 < e Zeer lage dampproductie Loods,werkplaats,sporthal 2 <1370 < e Kleine dampproductie of ventilatiesysteem Grote woning, kantoor, school, restaurant, 3 <1500 < e Matige dampproductie Kleine woning, flats, of beperkte ventilatie ziekenhuis, 4 >1500 > e Grote dampproductie Zwembad, wasplaats, * Jaargemiddelde waarde ** Weekgemiddelde meetwaarden 5

6 Binnenklimaat Onderzoeksproject Vocht in daken 18 sociale woningen Criteria voor vochtbeheersing Minimale temperatuurfactor? Tem mperatuurfactor (-) Binnentemperatuur ( C) D (p i / 0.8) f e i e Ontwerpeis: f Veilig criterium i Schimmel blijft mogelijk in onverwarmde lokalen met onvoldoende ventilatie 6

7 Oplosbare koudebruggen door aangepaste detaillering 20 C NIET WEL 10 f 0.2 = 0.58 e = 0.25 W/mK f 0.2 = 0.70 e = 0.08 W/mK 0 Niet-oplosbare koudebruggen Opleg zware vloer op massieve muur met binnenisolatie f 0.2 = 0.67 e = 0.63 W/mK 7

8 Niet-oplosbare koudebruggen PS SI-waarde/temperatuurfact tor f neemt licht toe e Isolatiedikte (cm) Opleg zware vloer op massieve muur met binnenisolatie Invloed isolatiedikte Niet-oplosbare koudebruggen Aangepast ontwerp binnenisolatie vermindert risico op vochtproblemen 2D-warmteverliezen zijn moeilijk te reduceren e = 0.53 W/mK f 0.2 =

9 Invloed koudebruggen op warmteverlies door gevel met binnenisolatie Onoplosbaar : Vloeren Binnenmuren Fundering Invloed koudebruggen op warmteverlies door gevel met binnenisolatie Onoplosbaar : Vloeren Binnenmuren Fundering U-waarde (W/m²K) Met koudebruggen Zonder koudebruggen Isolatiedikte (m) 9

10 Invloed koudebruggen verminderen: voorbeelden van oplossingen Invloed koudebruggen op warmteverlies door gevel met binnenisolatie Invloed metalen stijl- en regelwerk 10

11 Binnenisolatie: fysische fenomenen van warmte-, lucht- en vochttransport Overzicht Inleiding Evaluatie van koudebruggen Hygrothermisch gedrag Invloeden luchtlekken Hygrothermisch gedrag Gevelmetselwerk met binnenisolatie: Lagere temperaturen Slechtere droging na bevochtiging door regen Hogere vochtgehaltes Verhoogd risico op vorstschade Oplossingen: Gevel beschermen tegen slagregen Gevelbekleding, buitenpleister, hydrofobering, Of evalueren vorstgevoeligheid metselwerk 11

12 Onrechtstreekse beoordeling vorstgevoeligheid Vorstbestendigheidsindex GC voor keramische materialen (NBN B27-010: 1983) Achtergrond: Aan regen blootgesteld metselwerk langdurig bovencritisch vochtig Vorstgevoeligheid gerelateerd aan capillaire eigenschappen: w c : capillair vochtgehalte (kg/m³) w sat : verzadigingsvochtgehalte (kg/m³) A: waterabsorptiecoëfficiënt (kg/m²s 0.5 ) Correlatie vorstproeven en capillaire eigenschappen: GC = w c /w sat 240 A/(d.w sat ) Vorstbestendiger als GC daalt (< 0) Onrechtstreekse beoordeling vorstgevoeligheid Toepassing van vorstgevoelige materialen: GC < -2.5: zeer vorstbestand Opgaande muur zonder afscherming Horizontaal metselwerk Schoorstenen -2.5 < GC < -0.95: normaal vorstbestand Afgeschermde muur GC > -0.95: niet vorstbestand Muur beschermd tegen koude of water 12

13 Inwendige condensatie Binnenisolatie botst met basisregels: Sterkst isolerende en meest dampopen laag aan koude zijde gebouwschil Minst isolerende en meest dampdichte laag aan warme zijde gebouwschil Binnenisolatie = verhoogd risico op inwendige condensatie Inwendige condensatie Van Glaserdiagramma tot numerieke WLV-modellen risico op inwendige condensatie bij binnenisolatie beoordelen via methode van Glaser temperatuur dampdruk p v,sat p v d µd dampdichte isolatiematerialen (PUR, XPS, CG, ) normaal geen probleem 13

14 Inwendige condensatie dampopen isolatiematerialen (MW, ) temperatuur dampdruk p v,sat inwendige condensatie p v µd Inwendige condensatie dampopen isolatiematerialen (MW, ) temperatuur dampdruk p v,sat p v minimale µd-waarde dampscherm µd Dampopen isolatiematerialen in combinatie met continu uitgevoerde damprem 14

15 Inwendige condensatie Glasermethode is handige tool om snel inzicht te krijgen, maar heel wat aannames en dus beperkingen van de methode - methode is stationair: randvoorwaarden worden constant verondersteld - de vochtcapaciteit van de materialen is niet ingerekend - enkel dampdiffusie wordt beschouwd Alternatief: niet-stationaire rekenmodellen voor warmte-, luchten vochttransport in bouwdelen Hygrothermisch gedrag Verschillende (commerciële) pakketten beschikbaar MOIST LATENITE MATCH 15

16 Hygrothermisch gedrag Voorbeeld wand met binnenisolatie minerale wol 200 vochtgehalte [kg/m³] v dagen 15 dagen 25 dagen 30 dagen 35 dagen afstand tot buitenvlak [m] Hygrothermisch gedrag Voorbeeld wand met binnenisolatie calciumsilikaatplaat 200 vochtgehalte [kg/m³] v dagen 15 dagen 25 dagen 30 dagen 35 dagen afstand tot buitenvlak [m] 16

17 Hygrothermisch gedrag VOORDEEL t.o.v. GLASERMETHODE Correctere beoordeling van prestaties omdat slagregen, vloeibaar water transport, capillair gedrag, e.d. kunnen ingerekend worden. Gelijktijdig kan het vochtgehalte in metselwerk, het aantal vorst-dooicycli, beoordeeld worden. Hygrothermisch gedrag Voordeel: ook 2D (en 3D) simulaties zijn mogelijk Figuur van 17

18 Hygrothermisch gedrag Analyse van constructiedetails bij renovatieprojecten Bv. raamaansluiting Rijksmuseum Amsterdam Rapport Ulrich Ruisinger, TUDresden, 2005 Hygrothermisch gedrag 18

19 Invloeden luchtlekken Tekortkoming hygrothermische tools: inrekenen van luchttransport! bv. massieve muur isolatie +afwerking gekleefd op muur Invloeden luchtlekken 19

20 Besluit Bouwfysische aandachtspunten bij binnenisolatie: Koudebruggen: Vochtproblematiek oplosbaar door aangepaste detaillering Verhoogde warmteverliezen blijven ter plaatse van structurele bouwknopen Regenwering en vorstbestendigheid gevelmaterialen Oplossingen voor inwendige condensatie Gebruik van dampremmende isolatiematerialen Dampopen isolatiemateriaal met continu dampscherm Capillair actieve isolatie bij specifieke toepassingen Luchtdichte uitvoering van systeem en aansluitingen Geavanceerde (numerieke) modellen ter beschikking voor bouwfysische voorstudie 20