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, y Departement p 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
Inleiding Oorspronkelijke functies buitenmuren: = Opvangen belasting + Regenwering U 2.0 W/m W/m²K K
Dikte
U 1.5 W/m W/m²K K
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
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
Evaluatie koudebruggen Numerieke berekening (2D) Resultaten: 1 W 1. Warmteverlies t li
2 T 2. Temperaturen t (vochtgedrag) ( ht d )
(i = 8 W/m²K)
(i = 5 W/m²K)
U1, L1 kleinste si
Kengetal:
Kengetal: e
e f0.2 si i e
2D (Li U i ) ( i e ) n U2, L2
Ontwerpcriterium: f > 0.7
Evaluatie koudebruggen • Belang gebruik plaatselijke overgangscoëfficiënten bij evaluatie lokale opper laktetemperat r oppervlaktetemperatuur si i
i = 4 si = 17.0
U ( i e ) i
oppervlaktetemperatuur
i = 8 si = 18.5
Overgangscoëfficiënt i: • warmtestraling • convectie i = 20°C e = 0°C
i = 5 si = 17.6
i = 2 si = 14.0
U = 0.6 W/(m²K)
4
Criteria voor vochtbeheersing • Vermijden van schimmelontwikkeling:
2500
RV =100%
Dampdruk (Pa)
2000
80% pi/0.8
1500
pi 1000
– Relatieve vochtigheid aan oppervlak kleiner dan 80% – Vertalen naar eis voor temperatuurfactor f:
(p / 0.8) e f D i i e
Geen schimmel
D(pi/0.8)
500 0
5
10
15
20
25
Temperatuur (°C)
– Criterium hangt af van dampdruk binnenlucht
Criteria voor vochtbeheersing Klimaatklassen laten toe in ontwerpfase een inschatting van de dampdruk binnen te maken BKK 1 2
pi* (Pa) <1165 <1370
pi-pe** (Pa) <159-10e <436-22e
3
<1500
<713-22e
Beschrijving
Functie
Zeer lage dampproductie Kleine dampproductie of ventilatiesysteem Matige dampproductie of beperkte ventilatie Grote dampproductie
Loods,werkplaats,sporthal Grote woning, kantoor, school, restaurant,… Kleine woning, flats, ziekenhuis,… Zwembad, wasplaats,…
4 >1500 >713-22e * Jaargemiddelde waarde ** Weekgemiddelde meetwaarden
5
Binnenklimaat Onderzoeksproject ‘Vocht in daken’ 18 sociale woningen 4 3 2 1
Criteria voor vochtbeheersing Minimale temperatuurfactor ?
Tem mperatuurfactor (-)
1.00 0.90 0.80
(p / 0.8) e f D i i e
4
0.70 0.60
Ontwerpeis: f0.2 0.7
3
0.50 0.40 0.30
2
0.20 0.10
1
V ili criterium Veilig it i
0.00 12
14
16
18
20
Binnentemperatuur (°C)
22
Schimmel blijft mogelijk in onverwarmde lokalen met onvoldoende ventilatie
6
‘Oplosbare’ koudebruggen door aangepaste detaillering
NIET
20 °C
WEL WEL 10
0
f0.2 = 0.58 e = 0.25 W/mK
f0.2 = 0.70 e = 0.08 W/mK
‘Niet-oplosbare’ koudebruggen
Opleg zware vloer op massieve muur met binnenisolatie
f0.2 = 0.67 e = 0.63 W/mK
7
PS SI-waarde/temperatuurfacttor
‘Niet-oplosbare’ koudebruggen 1
f neemt licht toe
0.8 0.6
e
0.4 0.2 0 0
5
10
15
20
Isolatiedikte (cm)
Invloed isolatiedikte
Opleg zware vloer op massieve muur met binnenisolatie
‘Niet-oplosbare’ koudebruggen • Aangepast ontwerp binnenisolatie vermindert risico op vochtproblemen • 2D-warmteverliezen zijn moeilijk te reduceren
e = 0.53 W/mK
f0.2 = 0.74
8
Invloed koudebruggen op warmteverlies door gevel met binnenisolatie ‘Onoplosbaar’: • Vloeren • Binnenmuren • Fundering
Invloed koudebruggen op warmteverlies door gevel met binnenisolatie ‘Onoplosbaar’: U-waarde (W/m²K) U
• Vloeren • Binnenmuren • Fundering
1
Met koudebruggen
0.8 0.6 0.4 02 0.2
Zonder koudebruggen
0 0
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
Isolatiedikte (m)
9
Invloed koudebruggen verminderen: voorbeelden van oplossingen
Invloed koudebruggen op warmteverlies door gevel met binnenisolatie • Invloed metalen stijl- en regelwerk
10
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
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: • wc: capillair vochtgehalte (kg/m³) • wsat: verzadigingsvochtgehalte (kg/m³) • A: waterabsorptiecoëfficiënt (kg/m²s0.5)
• Correlatie vorstproeven en capillaire eigenschappen: – GC = -14.53 + 20.3 wc/wsat –240 A/(d.wsat) – Vorstbestendiger als GC daalt (< 0)
Onrechtstreekse beoordeling vorstgevoeligheid • Toepassing van vorstgevoelige materialen: • GC < -2.5: 2 5: zeer vorstbestand – Opgaande muur zonder afscherming – Horizontaal metselwerk – Schoorstenen
• -2.5 < GC < -0.95:
normaal vorstbestand
– Afgeschermde muur
• GC > -0.95: 0 95:
niet vorstbestand
– Muur beschermd tegen koude of water
12
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 1
23
temperatuur
dampdruk
pv,sat
pv
d
µd
dampdichte isolatiematerialen (PUR, XPS, CG,…) normaal geen probleem
13
Inwendige condensatie dampopen isolatiematerialen (MW, …)
1
23
temperatuur
dampdruk
pv,sat pv inwendige condensatie
µd
Inwendige condensatie dampopen isolatiematerialen (MW, …)
1
23
temperatuur
dampdruk
pv,sat pv
minimale µd-waarde dampscherm
µd Dampopen isolatiematerialen in combinatie met continu uitgevoerde damprem
14
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
Hygrothermisch gedrag Voorbeeld wand met binnenisolatie minerale wol
vvochtgehalte [kg/m³]
200
10 dagen 15 dagen 25 dagen 30 dagen 35 dagen
150
100
50
0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
afstand tot buitenvlak [m]
Hygrothermisch gedrag Voorbeeld wand met binnenisolatie calciumsilikaatplaat
vvochtgehalte [kg/m³]
200
10 dagen 15 dagen 25 dagen 30 dagen 35 dagen
150
100
50
0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
afstand tot buitenvlak [m]
16
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 ‘http://bauklimatik-dresden.de/delphin’
17
Hygrothermisch gedrag Analyse van constructiedetails bij renovatieprojecten Bv. raamaansluiting Rijksmuseum Amsterdam
Rapport Ulrich Ruisinger, TUDresden, 2005
Hygrothermisch gedrag
18
Invloeden luchtlekken Tekortkoming hygrothermische tools: inrekenen van luchttransport ! bv.
massieve muur isolatie +afwerking gekleefd op muur
Invloeden luchtlekken
19
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
