Probleemloos isoleren van hellende daken met prefab dakelementen Risico s, schadevoorbeelden en oplossingen
Inhoud 2 Bladzijde Verantwoording 3 Conclusies en aanbevelingen 4 Het belang van goed isoleren 7 Typen onderdakconstructies voor hellende daken 10 Belangrijke begrippen 17 Eigenschappen van isolatiematerialen 25 Schadevoorbeelden 29 Bronnen 70
Verantwoording Dit boekje gaat over prefab dakelementen. Deze zijn in de markt bekend onder allerlei namen zoals daksegment, sporenkap, dakdoos, dooselement, allemaal al dan niet gesloten, en sandwichelement. Allereerst zijn wij daarom tot één simpele aanduiding gekomen van in feite maar drie typen prefab dakelementen: het foliekap dakelement, het dooselement en het sandwichelement. Welke andere benamingen over dezelfde opbouw gaan hebben wij uiteraard ook aangegeven. Net als bij een eerder boekje van Unidek B.V. wordt de kern van dit boekje gevormd door 20 voorbeelden van schades. Belangrijk is hierbij hoe met de betreffende typen dakelementen die schades kunnen worden voorkomen. Zoals dat van ons verwacht mag worden betreffen die schades ook daken die gemaakt zijn met sandwichelementen, toch een belangrijk domein van Unidek. Want ook bij sandwichelementen kan het misgaan door een slecht ontwerp, onzorgvuldige uitvoering of een oneigenlijke toepassing. Wij geven aan dat met alle drie de typen dakelementen een goed dak kan worden gemaakt, als er maar rekening wordt gehouden met de specifieke eigenschappen, want elk type heeft voordelen maar ook zwakke punten. Voorafgaand aan de schadevoorbeelden wordt een aantal belangrijke begrippen beknopt behandeld, met wat meer aandacht voor specifieke bouwfysische problemen, waardoor de isolerende eigenschappen in het geding komen. Deze problemen hebben enerzijds betrekking op vochtinvloeden en anderzijds op extra warmteverliezen als gevolg van luchtinfiltratie. Ook voor deze aspecten geldt dat wordt aangegeven hoe de betreffende problemen effectief verholpen kunnen worden. Wij wensen u een nuttig gebruik toe van dit tweede isolatieboekje onder bijna hetzelfde motto als dat van het eerste: probleemloze dakelementen bestaan niet, probleemloos isoleren van hellende daken wel. Prof. ir Nico Hendriks BDA Dakadvies B.V. Gorinchem, 2010 3
2. Conclusies en aanbevelingen Uit de beschouwingen in dit boekje en de schadevoorbeelden kunnen de volgende conclusies worden getrokken en aanbevelingen worden gedaan. Het belang van goed isoleren is groot. Niet alleen kunnen daar grote energie- en dus kostenbesparingen mee worden bereikt, zelfs meer dan met enige andere maatregel, maar in verband daarmee is ook de milieuwinst groot, vooral omdat isoleren een belangrijke bijdrage levert aan de vermindering van de uitstoot van het broeikasgas CO 2. Goed isoleren wordt voor een belangrijk deel mede bepaald door goede details en een goede uitvoering, teneinde de theoretisch grote isolatiewaarden in de praktijk waar te maken. Na de montage van de dakelementen moet de eventueel benodigde waterdichte afwerking, maar in ieder geval de waterkerende afwerking zo spoedig mogelijk worden aangebracht om het indringen van vocht zoveel mogelijk te beperken. Hierdoor worden bouwfysische problemen zoals inwendige condensatie, mogelijke houtrot en ook teruggang in de isolatiewaarde voorkomen. De benodigde maatregelen verschillen per type dakelement. De luchtstroming in een hellend dakconstructie met een open waterkerende afwerking zoals bij een pannendak kan een grote invloed uitoefenen op de thermische prestatie van het dak, vooral bij dakelementen met een poreuze isolatie zoals minerale wol. Het is daarom van groot belang lekken in de constructie te voorkomen, zowel aan de bovenzijde van de dakelementen als aan de onderzijde daarvan. De benodigde afdoende maatregelen verschillen ook hier weer per type dakelement. 4
Bij foliekap elementen is de belangrijkste oorzaak van problemen beschadiging van de onderdakfolie tijdens de uitvoering. Dit type dakelementen moet dan ook met grote omzichtigheid worden gemonteerd om beschadigingen en niet goed sluitende overlappen te voorkomen. Juist bij deze dakelementen is het van zeer groot belang dat alle naden en aansluitingen stromingsdicht worden afgewerkt. Bij dakdozen bestaat het risico van inwendige condensatie, enerzijds wanneer er tijdens de uitvoering vocht in de dakdozen terecht is gekomen en anderzijds wanneer er door niet goed stromingsdicht afgewerkte naden convectief damptransport kan plaatsvinden. Bij sandwichelementen, ook die welke aan de bovenzijde zijn voorzien van een waterdichte cachering is het zeer belangrijk dat de naden tussen de elementen aan de binnenzijde zorgvuldig stromingsdicht worden afgewerkt en aan de buitenzijde zorgvuldig worden afgeplakt met tape, teneinde het risico van infiltrerend vocht, vooral tijdens de uitvoeringsfase te elimineren. Het verdient aanbeveling om in dakelementen altijd een functionele, goed aangesloten dampremmende laag aan te brengen. Het verdient aanbeveling om bij dakhellingen < 25 en een dakbedekking van waterkerende elementen (dus niet waterdicht) altijd een waterdichte onderlaag aan te brengen. De daarvoor benodigde maatregelen verschillen per type dakelement en zijn beschreven onder het kopje preventie van de betreffende schadevoorbeelden. 5
Figuur 1 Kostenverdeling maatregelen (wereldwijd) 100 50 0-50 Warm water maken Cellulose ethanol Bosbouw maatregelen Grondbeheer Verbetering Kernenergie industriële Biodiesel machines Globale opwarming -100 Energiezuinige personenauto s Verlichtingssystemen Energiezuinige vrachtauto s Beter isoleren Windenergie Zonneënergie Verbetering winning en opslag kolen Vermindering dure energieopwekking 40 /t -150 0 5 10 15 20 25 30 Potentiële redcutie uitstoot CO2 in gigaton / jaar (in 2030) - Kostenbesparende maatregelen - Weinig kostende maatregelen, die echter absoluut noodzakelijk zijn om de opwarming te beperken tot 2 C - Mogelijke duurdere maatregelen 6
3. Het belang van goed isoleren Het belang van isoleren ligt uiteraard in het besparen van energie, wat een belangrijk financieel voordeel oplevert. Steeds belangrijker wordt daarbij ook de grote bijdrage die energiebesparing in het algemeen en die door isoleren in het bijzonder levert aan de reductie van de CO 2 -uitstoot. Zoals bekend is deze reductie noodzakelijk om de opwarming van de aarde te beperken tot maximaal 2 C. Nu zijn er vele manieren om energie te besparen, maar wat niet zo bekend is dat van al die manieren het verbeteren van de isolatie verreweg het meest kostenefficiënt is. Dit wordt getoond in figuur 1, die is gebaseerd op de uitgangspunten van het Kyoto-protocol. De maatregelen met een gelige kleur leveren niet alleen een belangrijke bijdrage aan de reductie van de uitstoot van CO 2, maar besparen tegelijkertijd ook kosten. De meest besparende maatregel is beter isoleren. Opmerkelijk aan de grafiek in figuur 1 is verder dat deze duidelijk laat zien dat maatregelen aan de vraagzijde veel kostenefficiënter zijn dan die aan de leverende zijde. Ondanks dit feit zijn de steunmaatregelen van zowel de Europese Unie als de Nederlandse Overheid vooral gericht op de levering van energie. 7
Exploitatiefase Het energieverlies door een bouwdeel zoals het dak, is evenredig aan de U-waarde. Als vuistregel kan worden aangehouden dat het aardgasgebruik overeenkomt met 10 keer de U-waarde [lit.5]. Dat is echter niet meer dan een indicatie omdat er diverse factoren zijn die het werkelijke gasverbruik in gebouwen beïnvloeden, zoals: inhoud en oppervlakte; oriëntatie; rendement van de installatie; glaspercentage en glassoort; gebruik van de binnenruimte; type gevel en type dak; eventuele koelinstallatie. Bij een woning van 600 m 3 en 80 m 2 dakoppervlakte bijvoorbeeld en een eenvoudige verwarmings-installatie op basis van een HR + -ketel bedraagt het gasverbruik voor een gemiddelde R c van 2,5 m 2.K.W -1 globaal circa 800 m 3 per jaar. Bij verhoging van de R c -waarde naar 4,0 m 2.K.W -1 daalt het gasverbruik met ruim 280 m 3 aardgas naar circa 520 m 3 per jaar. Milieuwinst door isoleren Figuur 1 laat al zien dat het effect van goed isoleren op de reductie van de CO 2 -uitstoot groot is. Daar komt bij dat door meer te isoleren het energiegebruik en dus ook het gasverbruik tijdens de exploitatiefase vermindert, hetgeen ook verlaging van de milieubelasting inhoudt, omdat immers ook bij de productie van gas sprake is van milieubelasting. Hierbij is heel belangrijk dat de milieubelasting door de productie van isolatiemateriaal eenmalig is, terwijl de milieubelasting door gasproductie gedurende het hele leven van een bepaalde woning plaatsvindt vanwege het stoken. Dit betekent dat besparing op het gasverbruik elk jaar een bijdrage levert aan de verlaging van de milieubelasting. Milieubelasting kan niet in één getal worden uitgedrukt omdat het om diverse sterk verschillende aspecten gaat. Bij levenscyclusanalyses wordt in het algemeen een tiental aspecten beschouwd. De vier belangrijkste zijn: energiegebruik, broeikaseffect (CO 2 -uitstoot), verzuring en zomersmog. 8
In figuur 2 wordt voor deze vier aspecten het verschil in milieubelasting gegeven bij R iso = 2,5 m 2.K.W -1 en R iso = 4,0 m 2.K.W -1, zoals berekend voor het isolatiemateriaal en het gasverbruik in 25 jaar. Uit figuur 2 blijkt heel duidelijk dat de besparing op milieubelasting, waaronder de CO 2 -uitstoot door verhoging van de R iso -waarde van 2,5 naar 4,0 m 2.K.W -1 enorm is. Figuur 2 Verschil in milieubelasting voor verschillende R-waarden [lit. 11] 30 25 20 15 10 5 0 Energie Broeikaseffect (CO2 uitstoot) Verzuring Zomersmog isolatiemateriaal Riso = 2,5 isolatiemateriaal Riso = 4,0 gasverbruik 25 jr bij Riso = 2,5 gasverbruik 25 jr bij Riso = 4,0 Alle typen dakelementen die in dit boekje worden behandeld zijn zeer geschikt voor het opnemen van grote isolatiedikten, zodat ook een optimale bijdrage geleverd kan worden aan niet alleen energiebesparing maar ook milieuwinst. Dit boekje zal verder duidelijk maken dat om ook in werkelijkheid een goede isolatiewaarde te bereiken een goede detaillering en uitvoering van de dakelementen cruciaal is om de theoretische isolatiewaarde ook in de praktijk waar te maken. 9
4. Typen onderdakconstructies voor hellende daken De onderdakconstructies voor hellende daken kunnen in eerste instantie verdeeld worden in het traditionele dak en prefab dakelementen. Het traditionele dak bestaat in het algemeen uit gordingen (soms uit sporen) met daartussen isolatie, aan de onderzijde afgewerkt met een plafondconstructie en aan de bovenzijde met dakbeschot, waarop de tengels en panlatten worden bevestigd. Dakelementen zijn geprefabriceerde elementen, voorzien van tengels en/of panlatten die door aaneenschakeling of als geheel de onderconstructie vormen van een dak, geschikt voor een waterkerende bedekking met pannen of een andere schubvormige afwerking. Dakelementen zijn onder te verdelen in: elementen met een kleine overspanning; dit zijn elementen die behalve bij de eindopleggingen op meerdere plaatsen worden ondersteund door gordingen of sporen. elementen met een grote overspanning; die uitsluitend worden ondersteund ter plaatse van opleggingen op eind- of tussenwanden of dragen zonder steunpunt van muurplaat tot nok. In dit boekje worden alleen het traditionele dak en de elementen met een grote overspanning behandeld. Tabel 1 geeft een overzicht van de in dit boekje gehanteerde type-aanduidingen en de daarbij behorende eenvoudige benaming, die is gekozen om de verschillende typen zo duidelijk mogelijk te kunnen onderscheiden. Andere benamingen die in de praktijk en in de literatuur ook voorkomen staan eveneens vermeld. 10
Tabel 1 Type-aanduiding hellend onderdakconstructies en benamingen. Aanduiding Benaming in Overige voor komende dit boekje benamingen Type 0 Traditioneel dak Gordingen- of sporenkap met dakbeschot Type 1 Foliekap element Daksegment, dooselement, open dakdoos, sporenkap Type 2 Dakdoos Gesloten dakdoos, gesloten sporenkap, gesloten daksegment Type 3 Sandwichelement Sandwich dakelement, sandwich dakplaat Het traditionele dak is opgenomen als referentie en wordt verder niet beschreven. De typen 1, 2 en 3 worden hierna kort behandeld met een beschrijving en kenmerken, de principeopbouw, nok- en voetdetail. Bovendien wordt van ieder type een aantal bekende fabricaten genoemd. type 1: foliekap ElEmEnt (daksegment, open dooselement, open dakdoos, sporenkap) De foliekap elementen zijn samengesteld uit langsribben en eventueel dwars- of eindribben waarop aan de onderzijde plaatmateriaal is bevestigd. Tussen de ribben is isolatie opgenomen, in de praktijk is dit meestal minerale wol (MWG of MWR). De langsribben zijn aangebracht in de richting van de overspanning en lopen door tot op de oplegging. Indien dwars- of eindribben zijn toegepast dan zijn deze tussen de langsribben geplaatst. Deze ribben dienen voor afsluiting van het element, ondersteuning van de plaatranden en aansluiting op de andere elementen. Alle naden en aansluitingen moeten stromingsdicht worden afgewerkt, bijvoorbeeld met PUR/PIR-schuim, en tape vastgeklemd met latten. De elementen worden aan de bovenzijde voorzien van een onderdakfolie. Dit dient bij voorkeur een waterdicht dampopen membraan te zijn (WDO), hoewel in de praktijk ook vaak een waterkerende damopen membraan (WKD) wordt toegepast. 11
Figuur 3 Principe-opbouw type 1: foliekap element isolatie panlat tengel onderdakfolie afdichting onderplaat aftimmering Figuur 4 Nokdetail type 1: foliekap ruiter dampremmende laag tengels en panlatten onderdakfolie isolatie dampremmende laag aftimmering Figuur 5 Voetdetail type 1: foliekap vogelwering bescherming dakelement isolatie 45 ondersteuning gootbeugel Fabrikanten Bekende fabrikanten van foliekapelementen zijn: De Mâr Houtkonstrukties, De Groot Vroomshoop, Vurenhawa en Brabant Prefab B.V. 12
Type 2: Dakdoos (gesloten dakdoos, gesloten sporenkap, gesloten daksegment) Dakdozen zijn in feite hetzelfde opgebouwd als foliekapelementen, met het verschil dat niet alleen aan de onderzijde maar ook aan de bovenzijde plaatmateriaal is bevestigd. Ook bij dakdozen wordt een onderdakfolie toegepast, die in het algemeen wordt geplaatst onder de bovenplaat, voornamelijk om beschadiging van de folie tijdens het transport te voorkomen. Het is uiteraard ook mogelijk om de onderdakfolie in het werk te plaatsen. Aangezien bij dakhellingen < 25 wordt aanbevolen altijd een waterdichte laag aan te brengen onder de pannen, wordt het toepassen van dakdozen voor dergelijke flauwe dakhellingen ontraden in verband met de grote kans op vochtinsluiting tijdens de uitvoering, waardoor aantasting van vooral de bovenplaat kan ontstaan (zie ook schadevoorbeelden 11, 13 en 15). Figuur 6 Principe-opbouw type 2: dakdoos isolatie panlat tengel bovenplaat onderdakfolie afdichting onderplaat aftimmering dampremmende laag 13
Figuur 7 Nokdetail type 2: dakdoos ruiter tengels en panlatten onderdakfolie bovenplaat isolatie dampremmende laag aftimmering Figuur 8 Voetdetail type 2: dakdoos vogelwering bescherming dakelement isolatie 45 ondersteuning gootbeugel Fabrikanten Bekende fabrikanten van dakdozen zijn: De Mâr Houtkonstrukties, De Groot Vroomshoop, Vurenhawa en Brabant Prefab B.V. 14
Type 3: Sandwichelement (sandwich dakelement, sandwich dakplaat) Sandwichelementen bestaan uit relatief dunne onderen bovenplaten van vochtbestendige spaanderplaat waartussen een hardschuimkern (meestal PUR/PIR of EPS) volledig is gehecht aan het plaatmateriaal, waardoor deze kern bijdraagt aan de sterkte en stijfheid van de elementen. Op de bovenplaten zijn tengels gelijmd; de verticale naden worden afgedicht met een kunststof afdekprofiel of met PUR/PIR-schuim. Voor bijzondere toepassingen, zoals bij dakhellingen onder 25 kan de bovenplaat worden afgewerkt met een waterdichte folie. In dat geval moeten in het werk, direct na het monteren de naden worden afgeplakt met een geschikte tape. Figuur 9 Opbouw van sandwichelement met kopse stootvoeg type 3: sandwichelement bovenplaat tengel hardschuim kern (EPS of PIR/PUR) onderplaat kunststofprofiel eventueel randhout Figuur 10 Nokdetail type 3: sandwichelement nokruiter-beugel ondervorst afdichting 15
Figuur 11 Voetdetail type 3: sandwichelement muurplaat afdichting gootbeugelplank goot Fabrikanten Bekende fabrikanten van zijn: Unidek (EPS), IsoBouw (EPS), Unilin (PUR/PIR) en Opstalan (PUR/PIR). 16
5. Belangrijke begrippen In dit boekje worden diverse begrippen gehanteerd, zowel bij de behandeling van bouwfysische aspecten, isolatiematerialen en soorten hellend dakelementen als de schadevoorbeelden. Deze begrippen worden hierna toegelicht. Warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) De warmtegeleidingscoëfficiënt van een bepaald materiaal is de warmtestroomdichtheid (W.m -2 ), die in een laag van 1 m ontstaat bij 1 K ( C) temperatuurverschil. Aan weerszijden van die laag, in eenheden uitgedrukt dus W.m -1.K -1. Warmtestroomdichtheid De warmtestroomdichtheid is de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid (J.s -1 ) per m 2 door een bepaalde constructie stroomt; omdat 1 J.s -1 1W, is de eenheid W.m -2. Warmteweerstand (R) De warmteweerstand van een constructie is letterlijk de weerstand van deze constructie tegen warmte (doorgang); deze weerstand is evenredig aan de dikte en omgekeerd evenredig aan de mate van warmtegeleiding (warmtegeleidingscoëfficiënt) in eenheden uitgedrukt dus m 2.K.W -1. U-waarde De U-waarde van een constructie (warmtedoorgangscoëfficiënt) is de reciproke waarde van de warmteweerstand van een constructie inclusief de overgangsweerstanden R i (binnen) en R e (buiten). De U-waarde geeft de hoeveelheid warmte aan die per K ( o C) en per m 2 oppervlak door de constructie gaat. De eenheid is W.m -2.K -1. Vochtinvloed Vocht kan bij isolatiemateriaal diverse effecten teweeg brengen. Het kan bijvoorbeeld de samenhang van isolatiemateriaal doen afnemen, maar het heeft vooral invloed op de warmtegeleidingscoëfficiënt. Die invloed is nogal gecompliceerd. Bij een in meer of mindere mate vochtig isolatiemateriaal bestaat de totale warmtestroom uit drie verschillende componenten: 17
component 1 warmtetransport door uitsluitend geleiding in de natte vaste fase, maar zonder massa (vocht) stroom. Dit is wat bedoeld zou moeten worden met de warmtegeleiding van nat materiaal. component 2 warmtetransport door enthalpiestroom wanneer sprake is van vochttransport in vloeibare of dampfase. Enthalpie kan hier worden gezien als de extra warmtestroom die ontstaat door een vochtstroom. De vochtstroom zelf ontstaat door een verschil in dampdruk. component 3 warmtestroom als gevolg van faseveranderingen van het vocht. Hiermee wordt bedoeld dat bij een vochtig isolatiemateriaal, vloeibaar vocht aan de warme zijde verdampt, waardoor warmte aan de contactzijde wordt onttrokken en aan de koude zijde waterdamp condenseert, waardoor warmte wordt afgegeven. Vooral bij open poreus materiaal, zoals minerale wolisolatie, versterken de faseveranderingen de schijnbare warmtestroom gedurende het vochttransport, maar aan het eind van dit proces komt de warmtestroom dichtbij de droge conditie waarden onder de voorwaarde dat de hoeveelheid vocht in de vloeibare fase relatief klein is. Wanneer echter de hoeveelheid vocht zodanig hoog is dat een belangrijk deel van de open ruimte in de isolatie gevuld is met water, dan zal de warmtegeleiding het droge conditie niveau niet bereiken. Bij relatieve dichte kunststof schuimen zoals EPS en PUR/PIR is het vochttransport en de daarmee samenhangende faseverandering duidelijk aanzienlijk lager dan bij minerale wolisolatie (glaswol en steenwol), waardoor dus ook de additionele warmtestroom veroorzaakt door de componenten 2 en 3 typisch kleiner is dan bij minerale wolisolatie. Het bovenstaande betekent dat het nauwkeurig meten van de invloed van vocht op de warmtegeleidingscoëfficiënt van poreuze isolatiematerialen zoals minerale wol niet goed mogelijk is. In het bijzonder de faseveranderingen verstoren de meetresultaten. Figuur 12 laat het resultaat zien van metingen in het BDA Laboratorium aan respectievelijk PUR/PIR-schuim, EPS en steenwol. Vooral door de genoemde faseveranderingen heeft steenwol bij lage vochtgehaltes (0 8 vol.%) een 18
schijnbaar aanzienlijke hogere waarde dan op grond van berekeningen te verwachten zou zijn. Deze berekende resultaten zijn aangegeven met de zwarte bolletjes in de grafiek. Hieruit blijkt dat bij relatief hoge vochtgehaltes (> 10 vol.%) de gemeten waarden goed overeenkomen met de berekende waarden. Figuur 12 Invloed vochtgehalte op de gemeten warmteweerstand van isolatiematerialen (PUR/PIR, EPS en MWR), voor MWR vergeleken met berekende waarden, aangegeven met [lit. 3]. (W.m 1.K 1 ) Warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) 0,110 0,105 0,100 0,095 0,090 0,085 0,080 0,075 0,070 0,065 0,060 0,055 0,050 0,045 0,040 0,035 0,030 0,025 0,020 Berekende waarden van minerale w o l Minerale wol Geëxpandeerd polystreen PIR/PUR schuim 0 5 10 15 20 Vochtgehalte (vol. %) 19
Benadrukt wordt dat vochtgehaltes > 5 vol.% in de praktijk alleen voorkomen onder extreme omstandigheden. Bij prefab dakelementen kan dit het geval zijn wanneer deze na montage geruime tijd verder onafgewerkt blijven, zodat grote hoeveelheden regenwater in de elementen kunnen dringen. Sandwichelementen met een waterdichte cachering zijn hierbij in het voordeel, waarbij direct moet worden aangetekend dat bij dergelijke elementen de naden direct na het monteren zorgvuldig waterdicht afgeplakt moeten worden. Convectief warmtetransport Het warmteverlies als gevolg van luchtstromingen door en langs de isolatie in hellende daken (convectief warmteverlies) wordt in de gebruikelijke berekeningen nauwelijks meegenomen. Deze berekeningen zijn immers gebaseerd op warmtetransport door diffusie. In het algemeen wordt wel het effect meegenomen van een met de buitenlucht in verbinding staande luchtspouw, dat wil zeggen dat de warmteweerstand daarvan in de berekening wordt verwaarloosd. In werkelijkheid speelt convectief warmteverlies een grote rol. Figuur 13 toont allereerst de luchtstromen langs de dakschilden en boven de isolatie in de dakschilden. Hieruit volgt al direct dat wanneer het dakgedeelte onder de luchtspouw niet luchtdicht is er op allerlei plaatsen luchtstromingen kunnen ontstaan die aanzienlijke warmteverliezen met zich meebrengen. Figuur 13 Luchtstromen langs en in de dakschilden. wind evenwijdige stroming stroming in dakspouw wervelstroming (druk) loslatende wervels (zuiging) gebied van loslatende stroming bij dakvoet 20
Figuur 14 geeft een schematisch overzicht van de mogelijke luchtstromen om en in de isolatielaag [lit. 2]. Hierbij kan onderscheid worden gemaakt in vier soorten langsstroming en verder rotatiestroming. De langsstromen zijn: 1. dakventilatie met buitenlucht; 2. stroming van buitenlucht onder en door de warmteisolatie, ook wel genoemd windspoeling; 3. stroming van binnenlucht langs de binnenzijde van de warmte-isolatie; 4. stroming van binnenlucht langs de buitenzijde van en door de warmte-isolatie. Dit wordt ook wel binnenluchtspoeling genoemd. Figuur 14 Vier mogelijke luchtstromen langs en door de isolatie in de dakschil. Langsstroming kan alleen optreden wanneer de lagen onder of boven de warmte-isolatie ergens lekken vertonen. Als ook nog de isolatielaag zelf poreus is zoals bij minerale wol dan combineren de vier soorten langsstromen zich met in- en exfiltratie en de rotatiestroming tot één stromingsbeeld. Hiervan zijn de stroom-modellen 1 en 3 vrij onschuldig, maar de modellen 2 en 4 hebben een zeer negatieve invloed op de thermische prestatie van het dakschild. Hierbij komt ook nog dat windspoebuiten binnen isolatie Model 1 Model 2 Model 3 Model 4 21
ling (model 2) leidt tot lage winterse binnenoppervlaktetemperaturen en zomers tot infiltratie van warme lucht. Binnenlucht-spoeling (model 4) verhoogt de kans op inwendige condensatie in de winter. De meest beruchte combinatie van de beschreven luchtstromingen is die van de rotatiestroming, zoals weergegeven in figuur 15. Deze luchtstroom treedt alleen maar op bij poreuze isolatie zoals minerale wol. Een dergelijke stroming doet zich bij EPS en PUR/PIR niet voor. Dit verschijnsel is ook bekend van spouwisolatie in gevelconstructies. Het risico van rotatiestroming is echter bij hellende daken aanzienlijk groter omdat het enerzijds veel voorkomt dat zich aan beide zijden van de isolatielaag een luchtspouw bevindt en er in het dakelement allerlei naden voorkomen, die lang niet altijd zorgvuldig gesloten zijn. Diverse onderzoeken en berekeningen laten zien dat de gevolgen van rotatiestroming, vooral bij poreuze isolatiematerialen, vrij gemakkelijk kunnen leiden tot een verlaging van de warmteweerstand met 50%. Figuur 15 Rotatiestroom rond de (minerale wol) isolatie. buiten binnen 22
Daarnaast leidt ook luchtinfiltratie als gevolg van niet verkleefde overlappen van de onderdakfolie tot grote extra verliezen, zoals figuur 16 laat zien, voor een zadeldak met een foliekap en minerale wolisolatie [lit. 4]. Figuur 16 Afname van thermische prestatie van een dakelement met minerale wolisolatie door luchtinfiltratie [lit. 4]. % 50 40 Lijzijde (NO) Losse overlap Gekleefde overlap Loefzijde (ZW) 50 40 Afname thermische prestatie (%) 30 30 20 20 10 10 0 10 20 25-6 -4-2 0 2 4 6 Loodrechte windsnelheid (m s -1 ) 0 10 20 25 Toename (%) Het betreft hier een dak onder een helling van 45, waarbij de onderdakfolie rechtstreeks is aangebracht op de minerale wol. Hierbij is een vergelijking gemaakt tussen normale, dat wil zeggen niet gekleefde overlappen en gekleefde overlappen. Uit figuur 16 blijkt het volgende: bij gebruik van een onderdakfolie met losse overlappen is er tot 40% verlies in thermische prestatie aan de loefzijde als gevolg van luchtinfiltratie; als gevolg van luchtinfiltratie is er bij een onderdakfolie met losse overlappen een warmtewinst aan de lijzijde; deze wordt veroorzaakt door de warme lucht die door de wind wordt meegenomen vanuit de isolatie aan de loefzijde. Dit effect is er uiteraard niet bij een onderdakfolie met gekleefde overlappen; de thermische prestatie is aanzienlijk beter bij gebruik van een onderdakfolie met gekleefde overlappen. Koude-brugwerking Een koude-brug is dat relatief kleine gedeelte van een constructie dat een belangrijk lagere warmteweerstand heeft dan het grootste deel van de constructie. Het is eigenlijk beter te spreken van thermische brug, omdat het niet de koude is die wordt getransporteerd, maar juist de warmte. Koude-brugwerking speelt ook bij dakelementen een belangrijke rol. 23
De invloed van houten ribben in dakelementen waar tussen zich de isolatie bevindt, kan berekend worden volgens NEN 1068: NEN 1068: 2001/A5:2008. Hiervoor worden twee methoden gegeven, te weten een wat behoudende handrekenmethode en een nauwkeurige methode, waarbij gebruik wordt gemaakt van een computerprogramma, uitgaande van een 3D modellering volgende de eindige-elementenmethode. Constructieve aspecten Dakelementen kunnen een belangrijke constructieve functie vervullen in een hellend dak. Allereerst is er de overspannende functie, waarbij dakelementen zijn onder te verdelen in: elementen met een klein draagvermogen, dat wil zeggen een kleine overspanning, die naast de eindopleggingen op meerdere plaatsen worden ondersteund door gordingen of sporen; elementen met een groot draagvermogen en dus een grote overspanning, die uitsluitend worden ondersteund ter plaatse van opleggingen op eind- of tussenwanden of zonder steunpunt dragen van muurplaat tot nok. Daarnaast kunnen dakelementen een bijdrage leveren aan de windstabiliteit. Deze functie kan vooral vervuld worden door ruimtelijke elementen met een grote overspanning. Dit zijn de dakelementen zoals beschreven in hoofdstuk 4 van dit boekje. Geluid Alle bekende geprefabriceerde dakelementen zoals omschreven in hoofdstuk 4 kunnen aan de basiseisen die gesteld zijn in het Bouwbesluit voldoen. Indien er in een project specifiek hogere eisen gesteld worden zullen er aanvullende maatregelen getroffen moeten worden. Deze verschillen per type hellend dakelement. 24
6. Eigenschappen van isolatiematerialen Geëxpandeerd polystyreen (EPS) Beschrijving EPS is de Engelse afkorting van Expanded Polystyrene en is een vrijwel altijd wit kunststof schuim. EPS bevat per m 3 ongeveer 10 miljoen parels. Iedere parel bestaat uit ongeveer 3000 gesloten cellen die met lucht gevuld zijn. De parels zijn onderling versmolten door een stoomproces. Aldus bestaat EPS voor 2% uit polystyreen en voor 98% uit lucht. EPS producten worden vervaardigd in de vorm van blokken, platen of vormdelen. De aanduiding van de EPS kwaliteiten was oorspronkelijk gebaseerd op de volumieke massa. Volgens de nieuwe norm NEN-EN 13163 is de aanduiding thans gebaseerd op de druksterkte bij 10% vervorming. Karakteristieke eigenschappen [lit. 12] Volumieke massa (ρ) : 15 45 kg.m -3 Soortelijke warmte (c) : ± 1470 J.kg -1.K -1 Warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) : 0,031 0,040 W.m -1.K -1 Hygrisch gedrag : weinig hygroscopisch en niet capillair Diffusieweerstandsgetal (μ) : 35 + 2,1 (ρ 15) Voor overige eigenschappen in vergelijking met andere isolatiematerialen zie tabel 2 op pagina 28. Glaswol (MWG) Beschrijving De internationale afkorting voor glaswol is MWG (Mineral Wool Glassfibre). In het huidige productieproces wordt glaswol voor 75% vervaardigd uit gerecyclede glasscherven, 5% zand, 3% soda en 17% andere grondstoffen. Deze grondstoffen worden gemengd en in een oven omgesmolten tot vloeibaar glas. Via een spinproces, waarbij een bindmiddel wordt toegevoegd worden vezels vervaardigd die na het uitharden door dit bindmiddel bij elkaar gehouden worden. Aldus worden pla- 25
ten of rollen verkregen. Glaswol wordt gekenmerkt door lange amorfe vezels en een elastisch (terugverend) gedrag. Karakteristieke eigenschappen [lit. 12] Volumieke massa (ρ) : 12 32 kg.m -3 Soortelijke warmte (c) : ± 1030 J.kg -1.K -1 Warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) : 0,031 0,045 W.m -1.K -1 Hygrisch gedrag : weinig hygroscopisch. De hydrofobe bindhars maakt de vezels waterstotend. Diffusieweerstandsgetal (μ) : 1,2 Voor overige eigenschappen in vergelijking met andere isolatiematerialen zie tabel 2 op pagina 28. Polyurethaan- en Polyisocyanuraatschuim (PUR / PIR) Beschrijving Polyurethaanschuim en Polyisocyanuraatschuim (PUR / PIR) kunnen zowel in een discontinu productieproces worden vervaardigd als in een continu productieproces. Dit harde kunststof schuim wordt verkregen door een reactie van polyisocyanaten met polyolen al dan niet in combinatie met isocyanuraat groepen. Het gesloten poriëngehalte bedraagt ten minste 92%. Het verschil tussen PUR en PIR zit hem in de hoeveelheid isocyanaat: bij PUR bedraagt dit 50 tot 55 gew.% en bij PIR 60 tot 65 gew.%. Bij PIR is dit zoveel dat het met zichzelf een polymeergroep vormt. Karakteristieke eigenschappen [lit. 12] Volumieke massa (ρ) : 30 32 kg.m -3 Soortelijke warmte (c) : ± 1470 J.kg -1.K -1 Warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) : 0,023 0,026 W.m -1.K -1 Dit zijn de gemiddelde eindwaarden na veroudering. Hygrisch gedrag : weinig hygroscopisch en niet capillair Diffusieweerstandsgetal (μ) : 60 80 26