FACULTEIT INGENIEURSWETENSCHAPPEN EN ARCHITECTUUR Prof. A. Janssens Vakgroep Architectuur en Stedenbouw Onderzoeksgroep Bouwfysica en Installaties Filip Van Mieghem Soudal NV Everdongenlaan 18-20 2300 Turnhout uw kenmerk contactpersoon N. Van Den Bossche ons kenmerk e-mail nathan.vandenbossche@ugent.be datum 2012-08-24 tel. en fax T +32 9 264 3927 F +32 9 264 4185 Luchtdichtheid van raamaansluitingen in houtskeletbouw installatie met ankers Op 27 mei 2011 gaf Soudal NV de opdracht aan Nathan Van Den Bossche om de luchtdichtheid te meten van vier type-oplossingen voor raamaansluitingen in houtskeletbouw volgens NBN EN 12114:2000. De type-oplossingen zijn ontwikkeld in onderling overleg tussen Soudal NV en Universiteit Gent. Bij elke aansluiting werd gezocht naar een oplossing die praktisch realiseerbaar is in een werf-situatie. Bij twee van de vier oplossingen werd het raam met traditionele raamankers bevestigd, bij de twee andere proeven werd gebruik gemaakt van een multiplex omkasting rond het raam om het raam te bevestigen in de houtskeletstructuur. Bij de verschillende opstellingen zijn producten van Soudal NV gebruikt om de luchtdichtheid te garanderen, namelijk Soudal Flexifoam, Soudal Acryrub, Soudafoil 330D en SWS tape. De luchtdichtheid van de verschillende uitvoeringsdetails zijn getest in het Testcentrum voor Gevelelementen van Universiteit Gent (Notified Body, n 1769 CPD 89/106/EEC). De testen zijn uitgevoerd op een full-scale opstelling, waarbij een raam werd ingebouwd in een houtskeletstructuur volgens de uitvoeringsdetails die ontwikkeld werden. De resultaten zijn gecorrigeerd naar lekkage door het schrijnwerk, de wand, en de testkast, en weerspiegelen dus de luchtdichtheid van de aansluiting in zijn geheel, en niet van de gebruikte materialen op zich. In deze studie is enkel onderzoek gedaan naar de initiële prestaties van de oplossingen met betrekking van luchtdichtheid. Bij de ontwikkeling van de type-oplossingen is er aandacht besteed aan duurzame detaillering (bijvoorbeeld door correcte dimensionering van kitvoegen), maar het effect van veroudering valt buiten het bestek van dit onderzoek. Er zijn 2 methodes getest om de luchtdichtheid te verzekeren van de aansluiting: - Gebruik van Soudal Flexifoam - Gebruik van SWS tape
1. Proefopstelling en testprocedure 1.1. Procedure De luchtdichtheid is gemeten volgens de richtlijnen in de norm NBN EN 12114:2000 Thermische eigenschappen van gebouwen Luchtdoorlatendheid van bouwcomponenten en bouwelementen. De proef is uitgevoerd op een gekalibreerde testbank, en het labo volgt alle eisen gesteld in EN ISO 17025:2005. De verschillende sensoren voldoen aan de eisen gesteld in NBN EN 12114:2000. De proeven zijn uitgevoerd binnen de beperkingen opgelegd in NBN EN 12114:2000: - Temperatuur in het interval [15 C; 30 C] - Relatieve vochtigheid binnen interval [25%; 75%] Tijdens de luchtdichtheidsproef is het gemeten debiet Q tot samengesteld uit verschillende componenten: Qtot Qtestkast Qaansluitin g Qwand Qschrijnwer k m³ / h. m Het debiet Q testkast is het lekdebiet door de gehele testkast, die de verbinding maakt tussen de te testen component (houtskeletbouwwand en raam) en de debietsmeter die onmiddellijk na de ventilator geplaatst is. De lekkage door de wand wordt aangeduid met Q wand, en Q schrijnwerk is het luchtverlies door het schrijnwerk. De lekkage van de testopstelling is gemeten zowel voor als na de proeven om eventuele degradatie van de opstelling te controleren. Het verschil tussen die twee metingen bleek verwaarloosbaar. Het totaal debiet Q tot kunnen we als het bruto debiet beschouwen, Q aansluiting is het netto debiet, en de som van Q testkast, Q wand en Q schrijnwerk is het tarra debiet. Op onderstaande figuur is het verloop van de drukken weergegeven. Er worden eerst drie korte pulsen gegeven, en het lekdebiet wordt gemeten bij 8 opeenvolgende drukstappen, zowel in overdruk als onderdruk. Figuur 2 geeft een beeld van de opstelling. Figuur 1: drukverloop tijdens proef volgens NBN EN 12114:2000. 2
1.2. Opstelling Figuur 2 (a-c): opstelling luchtdichtheidsmetingen met stalen frame, houtskeletbouwwand met OSB. Bij de kallibratiemetingen werd de OSB open gelaten zodat eventuele lekkage door de OSB geen invloed heeft op de resultaten. De opstelling bestaat uit een houtskeletbouwwand van 1.96m breed en 2.28m hoog met daarin een raam gemonteerd van 1.23m breed en 1.48m hoog. De schrijnwerkaansluiting op zich bestaat uit 5.42m lineaire voeg (omtrek raam) + 4 hoeken, maar de resultaten worden per meter voeg uitgedrukt. De grootte van het raam (1.23m*1.48m) is gebaseerd op de meest courante afmeting voor draaikipramen in de markt (enquête van het WTCB, 2009; intern rapport). Andere types ramen zijn meestal groter en zullen per lopende meter aansluiting minder hoeken bevatten: daarom is het conservatief en veilig om de resultaten van deze metingen toe te passen op andere raamaansluitingen. De houtskeletbouwwand heeft een standaard opbouw met kepers van 3,5cm*17cm, met een hart-op-hart afstand van 45cm, afgewerkt met een OSB van 18mm. De naden tussen de OSBplaten werden met tape luchtdicht afgewerkt, en de OSB werd luchtdicht verkleefd op de houtskeletstructuur. De luchtdichtheid van de OSB is van ondergeschikt belang. Voor en na elke meting werd een kallibratiemeting gedaan op de opstelling: eventuele lekkage via de OSB zit vervat in die kallibratiemeting. Het raam werd aan de structuur bevestigd met behulp van ankers. Bij de opstelling werd enkel de OSB-plaat geïnstalleerd op de skeletstructuur: er is dus geen bijkomend effect van regenschermen, isolatie of afwerkingslagen aan de binnenzijde, waardoor de metingen een veilige benadering zijn van de werkelijke prestaties. 3
1.3 Normomstandigheden De resultaten werden steeds omgerekend naar een debiet bij normomstandigheden (20 C, 50% relatieve vochtigheid, 101325Pa) aan de hand van volgende formule: Met het debiet bij normomstandigheden [m³/h], ρ 0 de massadichtheid van de lucht bij normomstandigheden (=1,1988 kg/m³), en voor de omstandigheden tijdens de metingen: het gemeten debiet [m³/h], p a de luchtdruk [Pa], RH de relatieve vochtigheid [%] en T de temperatuur [K]. De maximale fout op de meetinstrumenten is respectievelijk 20Pa, 2% RH en 0,5K. 1.4 Foutenanalyse Om de luchtdichtheid van verschillende aansluitingen met elkaar te kunnen vergelijken wordt steeds het debiet berekend bij 50Pa. Om het onzekerheidsinterval van het resultaat te bepalen werd met volgende aspecten rekening gehouden: - Fout bij omrekening naar normomstandigheden door fout op meetinstrumenten. Monte-Carlo analyse van 1000 simulaties toont echter aan dat de maximale fout beperkt is tot 0,14% en dus verwaarloosbaar. - Fout door linearisatie en best fit naar power law aan de hand van een inverse t-distributie. Dit geeft een zicht op de onzekerheid van de stromingscoëfficient C en stromingsexponent n. - Foutenpropagatie in power law: [ ] Met r: pearson correlation coefficient. Op basis van een 30-tal metingen werd hiervoor als conservatieve aanname -0,5 genomen. C en n zijn immers negatief gecorreleerd. - Op basis van een t-distributie op 40 metingen werd vastgesteld dat het 95%- betrouwbaarheidsinterval van de debietsmeting resulteert in een fout van 3,965%. - Het netto debiet wordt bekomen door het tarra-debiet af te trekken van het brutodebiet. Door de uitgebreide foutenanalyse is er geen systematische fout in de opstelling mogelijk, en kunnen de fouten kwadratisch opgesteld worden. De totale onzekerheid is dus steeds afhankelijk van de meting zelf, en de kallibratiemeting voor de opstelling. Bijgevolg kan de fout dus variëren van meting tot meting. 4
2. Opstelling met Flexifoam 5
De bouwknopen zijn EPB-aanvaarde bouwknopen volgens de regels het VEA. Hiervoor moeten de knopen voldoen aan één van de drie basisregels voor EPB-aanvaarde bouwknopen, in dit geval voldoen de knopen aan basisregel 2. De werkwijze wordt hieronder besproken voor de knoop aan de onderkant van het raam. Dit is het meest negatieve geval, bijgevolg voldoen ook de twee andere knopen. 6
Het raam werd geïnstalleerd met ankers, en als afwerking werd aan de dagkant een houten afwerking geplaatst. Na voorbevochtiging werd de voeg over de volledige diepte opgespoten met Soudal Flexifoam. Aan de binnenzijde werd het overtollig schuim na uitharding weggesneden. Onderstaande tabel geeft het totale debiet Q, het debiet Qcorr dat gecorrigeerd werd naar normomstandigheden, en Qfit is de lekkage per lopende meter volgens de fit door de metingen. De netto luchtlekkage wordt bekomen door de kallibratiemeting af te trekken van deze bruto-meting. Opstelling ankers Soudafoam datum 30/03/2012 type druk druk Q Qcorr Qfit [Pa] [m³/h] [m³/h] [m³/h.m] onderdruk overdruk 53 0,63 0,63 0,13 80 0,99 0,99 0,18 104 1,19 1,18 0,22 120 1,39 1,38 0,24 152 1,60 1,60 0,29 190 1,92 1,91 0,35 237 2,21 2,21 0,41 297 2,62 2,62 0,49 46 0,56 0,56 0,11 78 0,92 0,92 0,17 99 1,14 1,14 0,21 118 1,31 1,30 0,24 149 1,57 1,57 0,29 194 1,98 1,98 0,36 241 2,42 2,42 0,44 300 2,93 2,92 0,53 7
Debietsmeting bij onderdruk Debietsmeting bij overdruk Bruto Kalibratie Onderdruk Overdruk gemiddelde Q50 [m³/h/m] 0,1121 0,1206 0,1164 95% onzekerheidsinterval 50Pa 0,0024 0,0037 0,0030 Q50 [m³/h/m] 0,0855 0,0818 0,0837 95% onzekerheidsinterval 50Pa 0,0084 0,0068 0,0076 Netto Q50 [m³/h/m] 0,0266 0,0388 0,0327 95% onzekerheidsinterval 50Pa 0,0088 0,0077 0,0082 8
3. Opstelling met SWS tape 9
De bouwknopen zijn EPB-aanvaarde bouwknopen volgens de regels het VEA. Hiervoor moeten de knopen voldoen aan één van de drie basisregels voor EPB-aanvaarde bouwknopen, in dit geval voldoen de knopen aan basisregel 2. De werkwijze wordt hieronder besproken voor de knoop aan de onderkant van het raam. Dit is het meest negatieve geval, bijgevolg voldoen ook de twee andere knopen. 10
In een tweede opstelling werd gebruik gemaakt van SWS tape. Aan de ene zijde werd de dubbelzijdige kleefstrook van de SWS tape verkleefd op het buitenschrijnwerk, met in de hoeken een overlengte. Ter plaatse van de OSB werd de SWS tape verkleefd met de butylstrook op de folie. Ter plaatse van de hoeken werd een beetje Soudafoil 330D gespoten als bijkomende veiligheid. De folie werd rondom doorgetrokken, ter plaatse van de enkele naad werden de stroken ongeveer 20cm in overlapping geplaatst, met daartussen een doorlopende strook Soudafoil 330D als afdichting. Bovenop de folie werd een tijdelijke afwerking geplaatst om te verhinderen dat de folies buitenmatig zouden opbollen en daardoor onrealistisch belast worden tijdens de testprocedure. Onderstaande tabel geeft het totale debiet Q, het debiet Qcorr dat gecorrigeerd werd naar normomstandigheden, en Qfit is de lekkage per lopende meter volgens de fit door de metingen. De netto luchtlekkage wordt bekomen door de kallibratiemeting af te trekken van deze bruto-meting. Opstelling ankers SWS tape datum 15/03/2012 druk Q Qcorr Qfit [Pa] [m³/h] [m³/h] [m³/h.m] onderdruk overdruk 48 1,40 1,40 0,27 78 1,98 1,98 0,39 103 2,80 2,79 0,48 124 3,13 3,12 0,55 151 3,70 3,70 0,63 190 4,08 4,07 0,75 239 4,80 4,79 0,88 300 5,60 5,59 1,04 48 2,10 2,10 0,36 82 2,71 2,71 0,55 102 3,57 3,56 0,65 122 4,02 4,01 0,75 152 4,70 4,69 0,89 188 5,73 5,72 1,05 240 6,97 6,95 1,27 296 8,43 8,41 1,50 11
Debietsmeting bij onderdruk Debietsmeting bij overdruk Bruto Onderdruk Overdruk gemiddelde Q50 [m³/h/m] 0,2957 0,3716 0,3337 95% onzekerheidsinterval 50Pa 0,0156 0,0476 0,0316 Kalibratie Q50 [m³/h/m] 0,2392 0,2431 0,2412 95% onzekerheidsinterval 50Pa 0,0275 0,0114 0,0194 Netto Q50 [m³/h/m] 0,0565 0,1284 0,0925 95% onzekerheidsinterval 50Pa 0,0316 0,0489 0,0403 12
4. conclusies De luchtdichtheid van raamaansluitingen is getest in overeenstemming met NBN EN 12114:2000. De luchtdichtheid is gemeten in een full-scale opstelling waarbij een raam van 1.23m op 1.48m geplaatst werd in een houtskeletbouw structuur bekleed met OSB. Op basis van wetenschappelijke publicaties kan een ruwe inschatting gemaakt worden van het belang van de luchtdichtheid van de raamaansluiting. Onderzoek van Universiteit Gent (2010) toont aan dat de gemiddelde luchtdichtheid n 50 van vrijstaande nieuwbouwwoningen 6h -1 bedraagt. Voor laag-energie gebouwen is 3h -1 richtinggevend, terwijl voor passiefhuizen maximaal 0,6h -1 is toegelaten. Aangezien de raamaansluiting typisch een erg complex detail is, dient men voldoende aandacht te besteden aan de goede uitwerking. Hoewel er geen absolute richtlijnen of klassen bestaan met betrekking tot de luchtdichtheid van aansluitingen, tracht men het aandeel best te beperken tot zo n 10% van de totaal toegelaten luchtlekkage van een gebouw. Dit varieert uiteraard van gebouw tot gebouw, maar als richtlijn kan men stellen dat een luchtlekkage lager dan 0,33m³/h.m aanvaardbaar is als courante oplossing voor raamaansluitingen in passiefhuizen. De luchtlekkage door de opstelling met ankers en Flexifoam bedraagt 0.033 (±0.008) m³/h.m bij 50Pa. De luchtlekkage door de opstelling met ankers en SWS tape bedraagt 0.093 (±0.04) m³/h.m bij 50Pa. Opgemaakt te Gent, Augustus 2012 A. Janssens N. Van Den Bossche Universitair Docent Wetenschappelijk medewerker 13