Kwaliteit van na-isolatie van bestaande spouwmuren in de woningbouw: materiaalstudie. Sven Vonck
Promotor: prof. dr. ir. Arnold Janssens Begeleider: ir.-arch. Joachim Rummens Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van Burgerlijk bouwkundig ingenieur
Vakgroep Architectuur en stedenbouw Voorzitter: prof. dr. Bart Verschaffel Faculteit Ingenieurswetenschappen Academiejaar 2007-2008
Voorwoord Dit werk kwam tot een goed eind door dankzij de begeleiding van mijn promotor, Prof. Dr. Ir. Arch. Arnold Janssens. Mijn dank voor zijn advies, suggesties en het bijsturen van dit werk. Mijn dank gaat eveneens uit naar Ir.-Arch. Joachim Rummens voor zijn hulp bij het uitvoeren van de praktische proeven en simulaties in WUFI. Voor hun bereidwillige medewerking dank ik de medewerkers van het labo Magnel voor betononderzoek. Mijn bijzondere dank gaat uit naar mijn moeder en zus voor hun hulp en morele steun tijdens de realisatie van dit werk. Sven Vonck, Herzele, juni 2008
III
Kwaliteit van na-isolatie van bestaande spouwmuren in de woningbouw: materiaalstudie. door Sven Vonck Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van burgerlijk bouwkundig ingenieur Academiejaar 2007-2008 Promotor: Prof. Dr.ir.-Arch A. Jannsens Begeleider: Ir.-Arch. J. Rummens Faculteit Ingenieurswetenschappen Universiteit Gent Vakgroep Architectuur en Stedenbouw Abstract In dit werk worden de materiaaleigenschappen van PUR-schuim, UF-schuim, PS-parels en minerale wol beproefd. De materialen hebben gelijkaardige eigenschappen. Ze zijn weinig hygroscopisch en niet capillair. Met uitzondering van PUR zijn de materialen zeer dampopen. Voor alle beproefde materialen geldt de invloed van natuurlijke convectie op de warmteverliezen verwaarloosbaar is. Via simulaties in het software pakket WUFI toonden we aan dat het risico op vorstschade na het vullen van de spouw in beperkte mate stijgt. Ten gevolge van de waterafstotende eigenschappen van de isolatiematerialen worden de warmteverliezen niet beïnvloedt door de slagregen. Trefwoorden: materiaaleigenschappen, na-isolatie, natuurlijke convectie, WUFI “De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met de betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelde bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef” 2 juni 2008 IV
Extended abstract In order to reduce the CO2-emmissions due to domestic heating it is necessary to improve the thermal properties of existing buildings. Retro-insulation is the cheapest and easiest way to reduce the heat-loses trough existing brick cavity walls. The application of retro-insulation involves a number of risks. First of all the insulation material forms a bridge between the masonry leaves. The materials used therefore need to be non-capillary and hydrophobic to prevent moisture transfers to the inner leaf. Secondly the outer leaf is exposed to lower temperatures in the winter. As a result there is an enhanced risk of frost damage to the masonry bricks. In this work we examine the thermal and moisture properties of a number insulation materials suited for retro-insulation. De examined materials are poly-urethane (PU) , ureaformaldehyde (UF), mineral wool (MW) and polystyrene-pearls (PS). The thermal conductivity of the insulation materials is similar. There are however differences between various kinds of PS-pearls. The capillarity and hygroscopic moisture content of the materials is negligible. The insulation won’t transport water from the outer leaf to the inner surface. The vapour resistance factor of PS-pearls and MW is practically 1. PU and UF have a µvalues of respectively 4,6 and 2,3. The bonding of the PS-pearls was insufficient. During the course of the tests the material degraded. The effect of natural convection on the heat loses is negligible. In order to have an effect of natural convection, cold air must be able to blow behind the insulation, making contact with the inner leaf. Due to the shrinkage of UF-foam flow-paths can develop. Natural convection only takes place if the insulation is surrounded by air layers with a width of more than 3mm. The air layers should be in contact with each other by means of cracks across the foam. In normal circumstances the air layer due to the shrinkage will appear at the side of the outer leaf, leaving no possibility for natural convection. Air permeable materials, such as mineral wool and PS-pearls have no need for air layers to transport the air to the inner leaf. Due to the air tightness of the outer leaf there is insufficient circulation of cold air in the cavity. Even when we assume an large number of cracks there are no significant effects of natural convection.
V
WUFI Simulations of the heat and moisture transfers through retro-insulated walls show us that the examined insulation materials performs similar.The insulation reduces the heat flux through the wall by 50%. The insulation materials absorb no water. Therefore the heat flux doesn’t depend on the rainfall on the cavity wall. The orientation of the wall is more imported. The surface temperature of South-facing walls is higher than the surface temperature of North facing walls. This implicates that the heat-loses to the South are smaller. Frost damage only occurs when the water content of the brickwork exceeds the critical value for frost. The water content of the bricks in the simulation is much lower than this value. There is no frost damage. When the outer surface is painted the water still penetrates the wall, butt can only evacuate to the cavity. If the cavity is fully filled (hence retro-insulation) the insulation material needs to be permeable to vapour. Otherwise the water content of the brickwork builds up, bringing along an enhanced risk of frost damage.
VI
Inhoudstafel Voorwoord ........................................................................................................................III Overzicht ...........................................................................................................................IV Extended abstract...............................................................................................................V Inhoudstafel.......................................................................................................................VII Lijst van de figuren............................................................................................................XI Lijst van de tabellen...........................................................................................................XII Tabel van afkortingen en symbolen....................................................................................XV 1 2
Inleiding ........................................................................................................................ 1 Spouwmuren in België ................................................................................................... 3 2.1 Inleiding................................................................................................................. 3 2.2 Soorten spouwmuren.............................................................................................. 4 2.2.1 Gedeeltelijk gevulde spouwmuur .................................................................... 4 2.2.1.1 Opbouw...................................................................................................... 4 2.2.1.2 Richtlijnen voor correcte uitvoering............................................................ 5 2.2.1.3 Voor- en nadelen ........................................................................................ 5 2.2.2 Spouwmuur met buitenisolatie........................................................................ 5 2.2.2.1 Opbouw...................................................................................................... 5 2.2.2.2 Voor- en nadelen ........................................................................................ 6 2.2.3 Spouwmuur met binnenisolatie....................................................................... 6 2.2.4 Volledig gevulde spouwmuur ......................................................................... 7 2.2.4.1 Opbouw...................................................................................................... 7 2.2.4.2 Voor- en nadelen ........................................................................................ 7 2.2.4.3 Aandachtspunten bij volledige spouwvulling .............................................. 8 2.3 Problemen bij (volledig gevulde) spouwmuren....................................................... 8 2.3.1 Oorzaken van schadegevallen ......................................................................... 8 2.3.1.1 Vocht.......................................................................................................... 8 2.3.1.2 Inwendige condensatie.............................................................................. 12 2.3.1.3 Vorstschade .............................................................................................. 13 2.3.1.4 Luchtdichtheid.......................................................................................... 16 2.3.1.5 Koudebrugwerking ................................................................................... 17 2.3.1.6 Scheuren................................................................................................... 18 2.3.1.7 Uitbloeiingen ............................................................................................ 18 2.3.2 Herstellen van schade ................................................................................... 18 2.3.2.1 Hydrofoberen............................................................................................ 18 2.3.2.2 Scheuren................................................................................................... 19 2.4 Voorwaarden voor de navulling van de spouw ..................................................... 19 2.4.1 Voorwaarden voor de constructie.................................................................. 19 2.4.1.1 Eisen voor de gevelstenen......................................................................... 19 2.4.1.2 Staat van het gevelmetselwerk .................................................................. 19 2.4.1.3 Situaties waarbij een volledige spouwvulling wordt afgeraden.................. 20 2.4.1.4 Voorwaarden die gesteld aan het isolatiemateriaal .................................... 20 2.5 Besluit.................................................................................................................. 21 3 Milieu-impact isolatiematerialen.................................................................................. 22 3.1 Inleiding............................................................................................................... 22 3.2 Isolatiematerialen op basis van minerale grondstoffen .......................................... 23 VII
3.2.1 Algemeen ..................................................................................................... 23 3.2.2 Glas- en steenwol ......................................................................................... 24 3.2.2.1 Eigenschappen.......................................................................................... 24 3.2.2.2 Gezondheid .............................................................................................. 24 3.2.2.3 Milieu-eigenschappen ............................................................................... 24 3.2.2.4 Duurzaamheid .......................................................................................... 26 3.2.3 Perliet en vermiculiet.................................................................................... 26 3.3 Synthetische producten......................................................................................... 26 3.3.1 Algemeen ..................................................................................................... 26 3.3.1.1 Milieu-eigenschappen ............................................................................... 26 3.3.1.2 Gezondheid .............................................................................................. 27 3.3.1.3 Duurzaamheid .......................................................................................... 27 3.3.2 Geëxpandeerd polystyreen (EPS).................................................................. 27 3.3.2.1 Voornaamste materiaaleigenschappen....................................................... 27 3.3.2.2 Milieu-eigenschappen ............................................................................... 27 3.3.2.3 Gezondheid .............................................................................................. 28 3.3.2.4 Duurzaamheid .......................................................................................... 28 3.3.3 Polyurethaan (PUR)...................................................................................... 28 3.3.3.1 Voornaamste materiaaleigenschappen....................................................... 28 3.3.3.2 Milieu-eigenschappen ............................................................................... 28 3.3.3.3 Gezondheidsaspecten................................................................................ 29 3.3.3.4 Duurzaamheid .......................................................................................... 29 3.3.4 UF ................................................................................................................ 29 3.3.4.1 Voornaamste materiaaleigenschappen....................................................... 29 3.3.4.2 Gezondheidsaspecten................................................................................ 30 3.3.4.3 Duurzaamheid .......................................................................................... 31 3.4 Vernieuwbare isolatiematerialen........................................................................... 32 3.5 Besluit.................................................................................................................. 32 4 Overzicht materiaalkarakteristieken............................................................................. 33 4.1 Eisen gesteld in normen........................................................................................ 33 4.1.1 PUR-schuim ................................................................................................. 33 4.1.1.1 Dimensionele stabiliteit ............................................................................ 33 4.1.1.2 Overige eisen............................................................................................ 33 4.1.2 UF-schuim.................................................................................................... 33 4.1.2.1 Densiteit ................................................................................................... 33 4.1.2.2 Breektijd van het schuim........................................................................... 34 4.1.2.3 Vrijkomen van gevaarlijke stoffen ............................................................ 34 4.1.2.4 Waterabsorptie na kortstondige onderdompeling....................................... 34 4.1.2.5 Waterdampdoorlatendheid ........................................................................ 34 4.1.2.6 Dimensionele stabiliteit ............................................................................ 35 4.1.2.7 Krimp ....................................................................................................... 35 4.1.2.8 Zuurtegraad .............................................................................................. 35 4.1.3 Minerale wol ................................................................................................ 35 4.1.3.1 Densiteit ................................................................................................... 35 4.1.3.2 Waterabsorptie.......................................................................................... 35 4.1.3.3 Waterdampdoorlatendheid ........................................................................ 35 4.1.3.4 Zetting ...................................................................................................... 35 4.1.4 PS-parels ...................................................................................................... 36 4.1.4.1 Volumemassa ........................................................................................... 36 4.2 Waarden uit literatuur........................................................................................... 36 5 Proeven ....................................................................................................................... 38 VIII
5.1 Algemeen............................................................................................................. 38 5.2 Monstername ....................................................................................................... 38 5.2.1 Volgens norm ............................................................................................... 38 5.2.2 Praktisch....................................................................................................... 38 5.2.2.1 PUR.......................................................................................................... 39 5.2.2.2 UF-schuim................................................................................................ 40 5.2.2.3 Minerale wol ............................................................................................ 40 5.2.2.4 EPS .......................................................................................................... 40 5.3 Densiteit............................................................................................................... 41 5.3.1 Theoretische achtergrond.............................................................................. 41 5.3.2 Proef............................................................................................................. 42 5.3.3 Resultaat....................................................................................................... 42 5.3.3.1 PUR.......................................................................................................... 42 5.3.3.2 UF ............................................................................................................ 43 5.3.3.3 EPS .......................................................................................................... 43 5.4 λ-waarde meting................................................................................................... 44 5.4.1 Definitie ....................................................................................................... 44 5.4.2 Proef............................................................................................................. 44 5.4.3 Resultaat....................................................................................................... 45 5.5 Dampdiffusie ....................................................................................................... 46 5.5.1 Theoretische achtergrond.............................................................................. 46 5.5.2 Proef............................................................................................................. 48 5.5.3 Resultaten..................................................................................................... 49 5.5.3.1 PUR.......................................................................................................... 49 5.5.3.2 UF ............................................................................................................ 51 5.5.3.3 Minerale wol ............................................................................................ 51 5.5.3.4 EPS .......................................................................................................... 52 5.6 Vochttransport bij verschillende waarden van de relatieve vochtigheid................. 53 5.6.1 Algemeen ..................................................................................................... 53 5.6.2 Hygroscopisch vocht .................................................................................... 56 5.6.2.1 Theoretische achtergrond.......................................................................... 56 5.6.2.2 Vochtgehalte bij 50% relatieve vochtigheid .............................................. 56 5.6.2.3 Vochtgehalte bij 100% relatieve vochtigheid ............................................ 57 5.6.2.4 Resultaat................................................................................................... 57 5.6.3 Capillair vochttransport ................................................................................ 61 5.6.3.1 Theoretische achtergrond.......................................................................... 61 5.6.3.2 Bepalen van de waterabsorptie na kortstondige onderdompeling............... 63 5.6.3.3 Bepalen van de waterabsorptiecoëfficiënt (A) ........................................... 66 5.7 Overzicht van de gemeten waarden ...................................................................... 70 5.8 Besluit.................................................................................................................. 70 6 Simulaties .................................................................................................................... 72 6.1 Natuurlijke convectie ........................................................................................... 72 6.1.1 Theoretische achtergrond.............................................................................. 72 6.1.1.1 Open poreuze materialen .......................................................................... 72 6.1.1.2 Isolatielagen omgeven door luchtlaagjes ................................................... 73 6.1.2 Simulaties..................................................................................................... 73 6.1.2.1 Natuurlijke convectie bij na-isolatie van spouwmuren............................... 73 6.1.2.2 Ongevulde spouw ..................................................................................... 75 6.1.2.3 Minerale wol ............................................................................................ 75 6.1.2.4 Vulling met EPS-parels............................................................................. 83 6.1.2.5 Vulling met UF-schuim ............................................................................ 85 IX
6.1.3 Besluit .......................................................................................................... 88 6.2 WUFI................................................................................................................... 90 6.2.1 Inleiding ....................................................................................................... 90 6.2.2 Invoer........................................................................................................... 91 6.2.2.1 Opbouw van de constructie ....................................................................... 91 6.2.2.2 Materialeneigenschappen.......................................................................... 92 6.2.2.3 Het Klimaat .............................................................................................. 94 6.2.2.4 Resultaat................................................................................................... 95 6.2.3 Simulaties..................................................................................................... 95 6.2.3.1 Vorst-dooi cycli ........................................................................................ 95 6.2.3.2 Het vochtgehalte in het isolatiemateriaal..................................................101 6.2.3.3 Oppervlaktetemperatuur binnen ...............................................................103 6.2.3.4 Risico op schimmelvorming ....................................................................104 6.2.3.5 De warmteflux:........................................................................................105 6.2.3.6 Invloed van krimp van het UF-schuim .....................................................109 6.2.3.7 Invloed van een vochtbron tegen het binnenspouwblad ............................110 6.3 Besluit.................................................................................................................111 7 Besluit.........................................................................................................................113 8 Referenties ..................................................................................................................115 Bijlagen
X
Lijst van de figuren Figuur 1: typische opbouw gedeeltelijk gevulde spouwmuur ................................................. 4 Figuur 2: buitensisolatie......................................................................................................... 6 Figuur 3: typische opbouw volledig gevulde spouwmuur ....................................................... 7 Figuur 4: dampdrukverloop in gevulde spouw ..................................................................... 13 Figuur 5: piektemperaturen die optreden in een niet geïsoleerde spouwmuur (A) en een spouwmuur nagevuld met MW (B) [1] .................................................................. 15 Figuur 6: stroompatronen in spouwmuur.............................................................................. 16 Figuur 7: Nibe milieuprofiel en milieumaten voor glaswolisolatie ....................................... 25 Figuur 8: Nibe milieuprofiel en milieumaten voor steenwolisolatie...................................... 25 Figuur 9: Nibe milieuprofiel en milieumaten voor EPS........................................................ 27 Figuur 10: Nibe milieuprofiel en milieumaten voor PUR ..................................................... 29 Figuur 14: monstername UF-schuim .................................................................................... 40 Figuur 17: wet cup (dampdiffusieproef) ............................................................................... 48 Figuur 18: PUR-monsters zonder (a) en met folie (b)........................................................... 49 Figuur 19: luchtbellen in proefstuk PUR7 ............................................................................ 50 Figuur 21: PS-proefstukken voor dampdiffusieproef............................................................ 53 Figuur 22: grenzen voor het vochtgehalte in een materiaal ................................................... 54 Figuur 23: water in poriën bij verschillende vochtgehaltes ................................................... 54 Figuur 24: manieren van vochttransport doorheen poriën..................................................... 55 Figuur 25: typisch verloop absorptiecurve [50] .................................................................... 55 Figuur 26: proefopstelling bepalen evenwichtsvochtgehalte bij 100% RV............................ 57 Figuur 27: opzuiging van water in een capillair.................................................................... 61 Figuur 28: afdruipen van de proefstukken ............................................................................ 63 Figuur 29: Wp-proef minerale wol (a: proefstuk in houten rooster; b: proefstuk in stalen rooster)............................................................................................................... 65 Figuur 30: vochtfront bij capillaire opzuiging ...................................................................... 68 Figuur 31: ontbinden PS-parels bij contact met wateroppervlak ........................................... 69 Figuur 32: grafiek waterabsorpteicoëfficiënt PS-parels ........................................................ 70 Figuur 33: output 2DHavrel voor simulaties met glaswol..................................................... 80 Figuur 34: natuurlijke convectie bij MW (3 scheuren in buitenspouwblad) .......................... 82 Figuur 35: luchtstroming door en rond MW (GW7) ............................................................. 82 Figuur 36: natuurlijke convectie bij buitenisolatie (scheuren in buitenspouwblad) ............... 83 Figuur 37: outdput 2DHavrel voor simulaties met UF-schuim ............................................. 88 Figuur 38: opbouw constructie in WUFi .............................................................................. 91 Figuur 39: vochtgehalte in buitenste laag gevelsteen (gebouw < 10 m) ................................ 96 Figuur 40: temperatuurverloop over spouwmuur volgens software (a) en volgens [1] (b)..... 97 Figuur 41: temperatuurverloop in buitenste schil (zomer en winter) ..................................... 98 Figuur 42: vochtgehalte in buitenste laag metselwerk bij geëxtrudeerde baksteen ................ 98 Figuur 43:vochtgehalte in buitenste laag gevelsteen (gebouw > 20 m) ................................. 99 Figuur 44: vochtgehalte buitenste schil gevel (dampremmende afwerking) .........................100 Figuur 46: vochtgehalte in isolatiematerialen ......................................................................101 Figuur 47: vochtgehalte isolatiematerialen bij run-off aan achterzijde buitenspouwblad......102 Figuur 48: evolutie vochtgehalte isolatiemateriaal bij dampdichte afwerking buitenspouwblad en bij verhoogde regenbelasting ........................................................................103 Figuur 49: temperatuur aan het binnenoppervlak.................................................................103 Figuur 50: relatieve vochtigheid aan het binnenoppervlak...................................................104 Figuur 51: risico op schimmelvorming................................................................................105 Figuur 52: warmteflux door het binnenoppervlak................................................................106 XI
Figuur 53: invloed van zonnestraling op de buitenoppervlaktetemperatuur..........................108 Figuur 54: warmteflux door isolatie (voor ZW en NO georiënteerde gevel) ........................108 Figuur 55: invloed van krimp UF-schuim op binnenoppervlaktetemperatuur.......................109 Figuur 56: invloed van een vochtbron tegen het binnenspouwblad .....................................111
XII
Lijst van de tabellen Tabel 1: minimale spouwbreedte voor toepassen na-isolatie................................................. 19 Tabel 2: eisen dimensionele stabiliteit PUR-schuim............................................................. 33 Tabel 3: Eisen densiteit UF-schuim [EN uf]......................................................................... 33 Tabel 4: Eisen breektijd UF-schuim [EN uf] ........................................................................ 34 Tabel 5: toegestane emissie van formaldehyde in functie van de dampdoorlatendheid van de binnenafwerking ................................................................................................... 34 Tabel 6: eisen Wp UF-schuim [EN uf] ................................................................................. 34 Tabel 7: Eisen dampdoorlatendheid UF-schuim [EN UF] .................................................... 34 Tabel 8: minimale densiteit minerale wol............................................................................. 35 Tabel 9: overzicht materiaalkarakteristieken [thesis meeusen] ............................................. 36 Tabel 10: materiaalkarakteristieken literatuur ...................................................................... 36 Tabel 11: densiteit PUR ....................................................................................................... 42 Tabel 12: volumemassa PUR-schuim................................................................................... 42 Tabel 13: densiteit en krimp UF-schuim .............................................................................. 43 Tabel 14: volumemassa UF-schuim ..................................................................................... 43 Tabel 15: volumemassa PS-parels........................................................................................ 44 Tabel 16: resultaten λ-waardemeting.................................................................................... 45 Tabel 17: resultaat dampdiffusieproef PUR-schuim ............................................................. 50 Tabel 18: resultaat dampdiffusieproef UF-schuim................................................................ 51 Tabel 19: resultaat dampdiffusieproef glaswol ..................................................................... 52 Tabel 20: resultaat dampdiffusieproef rotswol...................................................................... 52 Tabel 21: resultaat dampdiffusieproef PS-parels .................................................................. 53 Tabel 22: hygroscopisch vochtgehalte PUR-schuim............................................................. 59 Tabel 23: hygroscopisch vochtgehalte UF-schuim ............................................................... 59 Tabel 24: hygroscopisch vochtgehalte MW.......................................................................... 60 Tabel 25: hygroscopisch vochtgehalte PS-parels .................................................................. 60 Tabel 26: Wp PUR-schuim................................................................................................... 64 Tabel 27: Wp UF-schuim ..................................................................................................... 64 Tabel 28: Wp minerale wol .................................................................................................. 65 Tabel 29: waterabsorptiecoëfficiënt PUR-schuim................................................................. 67 Tabel 30: waterabsorptiecoëfficiënt MW ............................................................................. 69 Tabel 31: overzicht van de gemeten waarden ....................................................................... 70 Tabel 32: opbouw ongeïsoleerd spouwmuur ........................................................................ 75 Tabel 33: waarden specifieke permeabiliteit MW [iae catalogue build materials] ................. 76 Tabel 34: waarden specifieke permeabiliteit MW (artikels).................................................. 77 Tabel 35: materiaaleigenschappen buitenisolatie minerale wol............................................. 78 Tabel 36: overzicht simulaties natuurlijke convectie in minerale wol (1).............................. 78 Tabel 37: overzicht resultaten natuurlijke convectie bij MW (luchtdicht buitenspouwblad).. 79 Tabel 38: natuurlijke convectie bij MW (2 scheuren in buitenspouwblad)............................ 81 Tabel 39: specifieke permeabiliteit EPS-parels .................................................................... 83 Tabel 40: overzicht simulaties PS-parels.............................................................................. 84 Tabel 41: resultaat simulaties PS-parels (luchtdicht buitenspouwblad) ................................. 84 Tabel 42: resultaat simulaties PS-parels (2 scheuren in buitenspouwblad) ............................ 84 Tabel 43: overzicht simulaties UF-schuim ........................................................................... 86 Tabel 44: resultaat natuurlijke convectie UF-schuim (luchtdicht buitenspouwblad).............. 86 Tabel 45: resultaat natuurlijke convectie UF-schuim (2 scheuren in buitenspouwblad)......... 87 Tabel 46: resultaat natuurlijke convectie UF-schuim (buitenspouwblad sterk gescheurd) ..... 87 Tabel 47: invoergegevens voor isolatiemateriaal in WUFI ................................................... 94 Tabel 48: extreme waarden vochtgehalte in buitenste laag ................................................... 96 XIII
Tabel 49: vochtgehalte gevelmetselwerk bij verschillende types gevelstenen ....................... 99 Tabel 50: invloed van regen en vorst op warmtestroom......................................................107 Tabel 51: invloed van krimp UF-schuim op warmteflux .....................................................109
XIV
Tabel van afkortingen en symbolen Afkortingen BKS: Nederlandse Bureau Kwaliteitsbewaking Spouwmuren EPB: energieprestatie en binnenklimaat EPS: geëxpandeerd polystyreen PS-parels: polystyreenparels MW: minerale wol Nibe: Nederlands instituut voor bouwbiologie en ecologie NMR: nuclear magnetic resonance PU: polyurethaanschuim TNsdO: Nederlandse Organisatie voor toegepast natuurwetenschappelijk onderzoek UF: urea-formaldehydeschuim
Symbolen A: de waterabsorptiecoëfficiënt kg / m² s k: de specifieke permeabiliteit [m²] λ: de warmtegeleidingscoëfficiënt [W/mK] µ: het dampdiffusieweerstandgetal [-] ρ: de densiteit [kg/m³] Wp: de waterabsorptie na kortstondige onderdompeling [kg/m²]
XV
1 Inleiding De gevolgen van het broeikaseffect en CO2-uitstoot voor mens en milieu raken steeds meer bekend. Om deze gevolgen in te dijken stellen diverse overheden richtlijnen op om de CO2uitstoot terug te dringen. Een voorbeeld hiervan is het Kyoto-protocol dat stipuleert dat de CO2-uitstoot in België in de periode 2008-2012 7,5% lager moet zijn dan in 1990. Het verbranden van fossiele brandstoffen voor ruimteverwarming maakt ongeveer 20% van de totale CO2-uitstoot uit [51]. Via de EPB-regelgeving wordt de behoefte voor ruimteverwarming van nieuwbouwwoningen aangepakt. Deze maatregelen zijn onvoldoende om de beoogde doelstellingen te realiseren. Het Vlaamse woningenpark bestaat voor ongeveer 70% uit woningen die gebouwd werden voor de energiecrisis in de jaren 1970. Bij veel van deze gebouwen zijn al isolerende maatregelen genomen onder de vorm van dubbele beglazing en dakisolatie. Deze renovaties zijn technisch eenvoudig toe te passen. Ondanks de grote verliesoppervlakte van de muren ontbreekt vaak muurisolatie. In het verleden werd als oplossing vooral binnen- en buitenisolatie naar voor geschoven. Deze technieken hebben heel wat nadelen. Daarom wordt de mogelijkheid van het navullen van spouwmuren onderzocht. Men gaat na of met deze techniek de warmteverliezen voldoende beperkt worden en of hij rendabel is ten opzichte van andere mogelijke ingrepen ((dit wordt onderzocht in de thesis “Kwaliteit van na-isolatie van bestaande spouwmuren in de woningbouw.: invloed op energieprestatie”) en welke materialen zich het best lenen tot navulling. In dit werk wordt dieper ingegaan op dit laatste aspect.
In een hoofdstuk 2 geven we een overzicht gegeven van de spouwmuren zoals we ze vandaag aantreffen. We behandelen de meest voorkomende fouten en de consequenties van deze fouten voor de navulling van spouwmuren. In hoofdstuk 3 onderzoeken we de voornaamste eigenschappen en de duurzaamheid van de isolatiematerialen die in aanmerking komen voor na-isolatie. Ook op de invloed van de materialen op mens en milieu gaan we dieper in. In hoofdstuk 4 wordt een overzicht gegeven van de eisen die opgelegd worden aan de isolatiematerialen. Er wordt eveneens een nagegaan welke materiaalkarakteristieken in de literatuur te vinden zijn. In hoofdstuk 5 onderzoeken we de eigenschappen van de materialen. Het resultaat van de proeven wordt vergeleken met de gegevens uit het vorige hoofdstuk. In hoofdstuk 6 worde gesimuleerd hoe de nagevulde spouwmuur zich zal gedragen. Enerzijds wordt gekeken naar de invloed van natuurlijke convectie op de warmteverliezen. Anderzijds
1
worden het vochtgedrag, de warmteverliezen en het risico op vorstschade van de nagevulde muur bestudeert met behulp van het softwarepakket WUFI.
2
2 Spouwmuren in België 2.1 Inleiding De spouwmuur is een techniek die vooral toegepast wordt in de omgeving rond Noord-West Europa waar gebouwen geconfronteerd worden met grote hoeveelheden slagregen. Baksteen in een relatief goedkoop product dat ruim voorradig is in onze streken. Het materiaal heeft goede eigenschappen om te weerstaan aan het sterk wisselend klimaat en doet dienst als regenscherm. [1 en 2] Meer dan 90% van de woningen in Vlaanderen [3] zijn voorzien van spouwmuren, waarvan een groot deel niet geïsoleerd is. Een bestaande ongeïsoleerde spouwmuur kan op vier manieren geïsoleerd worden: - Het aanbrengen van buitenisolatie op het gevelmetselwerk - het buitenspouwblad slopen, vervolgens thermische isolatie aanbrengen en daarna een nieuw buitenspouwblad metsen - Het aanbrengen van binnenisolatie - de bestaande luchtspouw navullen met een isolatiemateriaal dat ingespoten of ingeblazen wordt [1]. De eerste drie technieken vragen een hoge investering en hebben bovendien een aantal praktische nadelen. Het navullen van de spouwmuur daarentegen is minder arbeidsintensief en vraagt een kleinere investering. In dit hoofdstuk overlopen we verschillende mogelijke opvattingen van de geïsoleerde spouwmuur overlopen en sommen we de voor- en nadelen op.
3
2.2 Soorten spouwmuren 2.2.1 Gedeeltelijk gevulde spouwmuur 2.2.1.1 Opbouw De typische opbouw van een gedeeltelijk gevulde spouwmuur wordt weergegeven in onderstaande figuur:
traject dat door geïnfiltreerd regenwater gevolgd wordt
4 1
3 2 5
Figuur 1: typische opbouw gedeeltelijk gevulde spouwmuur
De verschillende delen van de muur hebben elk hun functie. 1. Het buitenspouwblad regelt de afvoer van het regenwater dat op de muur terecht komt. 2. De luchtspouw werkt als ontspanningskamer. Ze zorgt ervoor dat de luchtdruk in de spouw nagenoeg dezelfde is als de luchtdruk buiten. Deze verschilt van de luchtdruk binnen. De luchtspouw biedt het grote voordeel dat er geen contact is tussen het buitenspouwblad en het isolatiemateriaal zodat de isolatielaag moeilijk bevochtigd wordt. Bovendien kan het vocht dat condenseert tegen het parament niet tegen de isolatie geblazen worden door een overdruk. De minimale breedte van de luchtspouw bedraagt 3 cm. 3. De thermische isolatie beperkt de warmteverliezen doorheen de muur. Onder normale omstandigheden wordt de isolatielaag niet bevochtigd door water dat door het buitenspouwblad naar binnen dringt of door vocht dat condenseert langs de spouwzijde van het buitenspouwblad. 4. Het binnenspouwblad heeft een dragende functie. Ze moet de luchtdichtheid van de muur garanderen zodat er geen onderdruk ontstaan in de spouw die het water van het (natte) buitenspouwblad naar binnen blaast. [29] 5. Het waterdicht membraan zorgt ervoor dat het water dat verzameld onderaan de spouw door middel van open stootvoegen afgevoerd wordt naar buiten.
4
2.2.1.2 Richtlijnen voor correcte uitvoering Bij het vervaardigen van een gedeeltelijk gevulde spouwmuur wordt bij voorkeur gestart met het optrekken van het volledige binnenspouwblad. Hiertegen wordt dan een continue isolatielaag voorzien waarbij eventuele voegen goed afgedicht worden zodat geen luchtstroming tussen en achter de isolatie mogelijk is. Dit is noodzakelijk voor een goede werking van de muur tegen opstijgend vocht en de afwatering in de spouw. Deze membranen moeten voldoende hoog opgetrokken worden en elkaar overlappen. Ook de plaatsing van de spouwankers dient zo te gebeuren dat water onmogelijk van het buitenspouwblad naar het binnenspouwblad kan vloeien. Bij de uitvoering van het buitenspouwblad moeten we erop letten dat er geen mortelresten in de luchtspouw vallen. Deze mortelresten zorgen voor contact tussen het buitenspouwblad en de isolatie en vormen zo een vochtbron. We voorzien onderaan open stootvoegen (minstens 2 open stootvoegen per lopende meter) zodat het water dat verzamelt op de membranen naar buiten afgevoerd kan worden. Tenslotte bepleisteren we de binnenzijde van het binnenspouwblad om het luchtdicht te maken. [3, 29, 43 en 49]
2.2.1.3 Voor- en nadelen Voordelen: - Het is de meest toegepaste methode met de goedkoopste plaatsingstechniek. - Mits correcte uitvoering wordt een goede thermische isolatie bekomen. Nadelen: - Bij onderbrekingen in de muur kunnen koudebruggen voorkomen. Er moet aandacht besteed worden aan de detaillering. - Vaak wordt onvoldoende aandacht besteed aan de uitvoering waardoor vochtbronnen (bijvoorbeeld ten gevolge van foutieve plaatsing van spouwankers, mortelresten,…) kunnen optreden. - De isolatie kan mogelijk doorzakken of loskomen waardoor het binnenspouwblad vochtig kan worden. [1 en 29]
2.2.2 Spouwmuur met buitenisolatie 2.2.2.1 Opbouw Er worden twee systemen van buitenisolatie onderscheiden: - Het isolatiemateriaal worden tegen de muur bevestigd. Het wordt beschermd tegen de invloed van regen en wind door een bebording aan te brengen op minstens 20 mm van
5
-
het isolatiemateriaal. De ontstane spouw tussen de bebording en het isolatiemateriaal is verlucht (zie figuur 2). Het isolatiemateriaal wordt tegen de muur gelijmd en beschermd door een pleisterlaag die direct tegen het materiaal aangebracht wordt. [28]
Figuur 2: buitenisolatie
2.2.2.2 Voor- en nadelen Voordelen: - Koudebruggen kunnen eenvoudig vermeden worden. - Het buitenspouwblad wordt minder blootgesteld aan de invloeden van het klimaat (regen en vorst). Nadelen: - Het buitenspouwblad verliest zijn functie van regenscherm en wordt dus zinloos. - Het aanbrengen van buitenisolatie heeft esthetische gevolgen. [3]
2.2.3 Spouwmuur met binnenisolatie De toepassing van binnenisolatie heeft vele nadelen. Deze techniek moet voorbehouden worden voor de situaties waarbij spouwisolatie en buitenisolatie onmogelijk zijn. Nadelen: - De draagmuur ligt niet binnen het beschermd volume en wordt blootgesteld aan grote temperatuursverschillen. Hierdoor wordt de muur vorstgevoeliger en kan scheurvorming optreden.
6
-
-
-
Indien er lucht kan stromen achter de isolatie omdat deze niet perfect dampdicht afgewerkt is, is er een groot risico op condensatievorming tussen de isolatielaag en het binnenspouwblad. Het is zeer moeilijk koudebruggen te vermijden. De ruimtes zijn onderhevig aan grotere temperatuursschommelingen omdat de draagmuren niet in het beschermd volume opgenomen is. De verminderde inertie houdt echter ook in dat de lokalen sneller opgewarmd worden. Er gaat ruimte verloren. [28]
2.2.4 Volledig gevulde spouwmuur 2.2.4.1 Opbouw Er wordt een onderscheid gemaakt tussen woningen die bij het optrekken voorzien zijn van een thermische isolatielaag in de spouw en woningen waarbij de niet-geïsoleerde spouw later gevuld wordt door isolatiemateriaal in te blazen of in te spuiten. In dit werk wordt dieper ingegaan op deze laatste techniek. [29]
3 1
2
traject dat door geïnfiltreerd regenwater gevolgd wordt
4
Figuur 3: typische opbouw volledig gevulde spouwmuur
De verschillende delen: 1. buitenspouwblad 2. volledig gevulde spouw 3. binnenspouwblad 4. waterkerend membraan 2.2.4.2 Voor- en nadelen Voordelen: - Het isolatiepakket is dikker dan bij een gedeeltelijke spouwvulling. - De isolatie sluit direct aan tegen binnen- buitenspouwblad en wordt zo op haar plaats gehouden. Dit leidt tot een eenvoudigere uitvoering. 7
Nadelen - De isolatie vormt een barrière voor het vocht dat langs de achterzijde van het buitenspouwblad naar beneden loopt. Onderbrekingen van de isolatie en mortelbruggen kunnen tot vochtdoorslag leiden. - Er is geen ventilatie mogelijk langs de achterzijde van het parament. De invloed hiervan is zeer beperkt (uitgezonderd in het geval van een sterk dampremmend buitenspouwblad). [30]
2.2.4.3 Aandachtspunten bij volledige spouwvulling Het volledig vullen van de spouw brengt enkele problemen met zich mee. Vooraleer we dieper ingaan op de voorwaarden waaraan een spouwmuur moet voldoen om in aanmerking te komen voor navulling en de mogelijke problemen die hierbij optreden, geven we eerst een algemeen overzicht van de voornaamste schadeproblemen bij spouwmuren.
2.3 Problemen bij (volledig gevulde) spouwmuren Uit Frans onderzoek [29] op een aantal spouwmuren blijkt dat de meeste schadegevallen aan spouwmuren te wijten zijn aan waterschade. Ook abnormale scheuren in het metselwerk, gescheurd pleisterwerk, gebroken stenen en loskomen van de binnenbekleding werden geconstateerd. De belangrijkste problemen die optreden bij spouwmuren zijn vorstschade, regeninfiltratie en schimmelvorming. [20]
2.3.1 Oorzaken van schadegevallen 2.3.1.1 Vocht Vocht kan op twee manieren het binnenblad bereiken: - doorslaand vocht. - optrekkend vocht. Bij optrekkend vocht zuigen de bakstenen het grondwater door hun capillaire werking op. Er vormen zich vochtplekken boven de begane grond. Het al dan niet aanwezig zijn van spouwisolatie heeft geen invloed op optrekkend vocht. Dit probleem wordt niet verder besproken. [2] Doorslaand vocht is het vocht dat ten gevolge van slagregen in de constructie binnendringt.
8
2.3.1.1.1 De spouwmuur als regendicht scherm A. De regendichtheid van de spouwmuur wordt op 3 manieren bekomen: - Een deel van het regenwater loopt af langs de voorzijde van het buitenspouwblad. - Een deel wordt geabsorbeerd door het gevelmetselwerk. - Een deel van het water loopt af langs de achterzijde van het buitenspouwblad. a) Het aflopen langs de voorzijde Wanneer de muur blootgesteld wordt aan regen, wordt het water eerst geabsorbeerd door het gevelmetselwerk. Vanaf het moment dat het buitenvlak capillair verzadigd is, ontstaat er een waterfilm. De hoeveelheid water die niet door de stenen kan opgenomen worden stroomt af langs de buitenzijde. De grootte van de regenafloop wordt bepaald door de opnamesnelheid en de opnamecapaciteit van het gevelmateriaal. Stenen met een lage opnamecapaciteit geven aanleiding tot hogere afloopdebieten en een grotere kans op regendoorslag. b) Absorptie Als er een continue waterlaag gevormd wordt, kan het water op twee manieren naar binnen gezogen worden: - door poreusheid - door doorlating. Poreusheid Het metselwerk zuigt water op. Enige poreusheid is nodig om dampdoorgang van binnen naar buiten te laten plaatsvinden. Wanneer er overdadig vochttransport doorheen het metselwerk optreedt, spreekt men van poreusheid. Infiltratieproblemen doen zich voornamelijk voor bij bakstenen met een beperkte waterabsorptie. Algemeen stelt men dat bij een toenemende volumemassa van de steen de waterabsorptie en de hoeveelheid capillair opgenomen vocht dalen. Materialen met een beperkte capillaire werking, zoals betonblokken en natuursteen, blijken het meest doorlatend te zijn. [21, 27 en 49] Doorlating Wanneer zich een waterfilm vormt over het metselwerk, dan kan er water insijpelen langs voegen, scheuren of slechte aansluitingen tussen raamkozijn en het metselwerk. De belangrijkste wegen waarlangs het water binnendringt zijn de kopse voegen, die vaak onvolledig opgevuld zijn en de microscheuren tussen bakstenen en de voegen. Aangezien voegen tot 25% van het totale metselwerk uitmaken, speelt de kwaliteit van het voegwerk een belangrijke rol in de doorlatendheid van de muur. Deze kwaliteit is afhankelijk van de samenstelling van de mortel en van de uitvoering van het voegwerk. 9
Het voegwerk kan meegaand of achteraf gevoegd worden. Achteraf voegen is arbeidsintensiever maar laat 8 tot 10 keer minder water door dan meegaand voegwerk. [3 en 29] c) Het afstromen langs de achterzijde Er kan water terecht komen op de achterzijde van het buitenspouwblad ten gevolge van inwendige condensatie (zie verder) en geïnfiltreerd regenwater. Slechts een klein deel van het water dat langs de achterzijde afloopt bereikt de onderkant van de spouw. De bakstenen en de mortelvoegen zuigen het grootste gedeelte op. Bij hevige regenval kan tot 61 liter water per minuut op het buitenblad terecht komen waarvan 2 tot 3 liter afdruipt langs de achterzijde van het gevelmetselwerk. [3] Wanneer de achterzijde van het gevelmetselwerk verzadigd raakt, stroomt het water langs de achterzijde af en verzamelt het op een waterkerend membraan waarna het door open stootvoegen naar buiten geëvacueerd wordt. B. Factoren die kans op doorslaand vocht verhogen: Onderzoek leert dat het buitenspouwblad sterker waterdoorlatend wordt bij: - slagregen (combinatie van wind en regen) - grote luchtdoorlatendheid van het buitenspouwblad - hoge regenintensiteit - groot luchtdrukverschil ten gevolge van wind tussen beide zijde spouwmuur - hoog initieel vochtgehalte van het parament - lage waterabsorptie van de gevelstenen. [3] C. Het drogen van het metselwerk De herverdamping-condensatiecyclus Het water dat in het buitenspouwblad gebufferd wordt, kan opnieuw uitdrogen. Dit gebeurt hoofdzakelijk in de lente, zomer en herfst, wanneer perioden van droging en bevochtiging elkaar afwisselen. Op warme dagen loopt de temperatuur aan het buitenoppervlak van het metselwerk hoog op, wat leidt tot een sterke verdamping. Een deel van het water verdampt naar de spouwzijde. Dit leidt tot condensatie in de dampdoorlatende spouwvulling en zorgt voor een beperkte bevochtiging van het binnenspouwblad in de zomer. De hoeveelheden zijn beperkt, zodat het geen problemen oplevert aan de binnenmuur. In de dampdoorlatende spouwvulling kunnen daarentegen wel problemen ontstaan. In koelere perioden stijgt de temperatuur van het binnenblad meer dan deze van het buitenblad en het opgehoopte vocht gaat door diffusie opnieuw naar het buitenblad, waar het eerst geabsorbeerd wordt door de stenen en later afloopt. Deze herverdampings-condensatiecycli kunnen hogere warmteverliezen in de herfst veroorzaken [20].
10
Het belang van de spouwventilatie Sommige auteurs stellen dat het ventileren van de luchtspouw leidt tot een snellere droging van de spouwbladen en inwendige condensatie in de winter vermijdt. In werkelijkheid is de bijdrage van spouwventilatie nihil. - Ten eerste omdat het gevelmetselwerk zo luchtdoorlatend is dat de spouw niet als ontgeventileerd kan beschouwd worden. - Ten tweede heeft spouwventilatie slechts een beperkte invloed op de droging. Het droogproces van het binnenspouwblad versnelt aanzienlijk. Het binnenspouwblad wordt enkel vochtig door ingebouwd bouwvocht zodat de spouwventilatie na enkele maanden haar nut verliest. Voor de droging van het buitenspouwblad geldt dat de spouwventilatie het droogproces slechts in beperkte mate verkort. Spouwventilatie verlaagt de dampspanning in de spouw, waardoor de droging sneller plaatsvindt, maar de temperatuur van het buitenspouwblad verlaagt in de winter, waardoor droging dan weer langer duurt. Het uiteindelijke resultaat is een iets kortere droogtijd. Metingen in-situ bevestigen deze theorie. De invloed van spouwventilatie op het droogproces is zo miniem dat vorstschade bij vorstgevoelige gevelstenen te vermijden is. Stenen van de categorie “zeer vorstbestendig” hebben geen spouwventilatie nodig om vorstschade te vermijden. Spouwventilatie zorgt ervoor dat de waterdamp die door het binnenblad diffundeert door de lucht in de spouw opgenomen wordt en verhindert zo dat er water op de achterzijde van het buitenspouwblad condenseert. De hoeveelheid water die op deze manier op het buitenspouwblad terecht komt is veel kleiner dan de hoeveelheid slagregen die door de gevel geabsorbeerd wordt, zodat spouwventilatie geen noodzaak is. We besluiten dat spouwventilatie in normale omstandigheden overbodig is. Opmerking: in geval van een sterk dampremmend buitenspouwblad is spouwventilatie de enige mogelijke manier waarop het buitenspouwblad kan uitdrogen en geldt bovenstaande redenering niet. [20 en 59]
2.3.1.1.2 Gevaar voor vochtdoorslag naar binnenmuur Vochtschade treedt op wanneer het geïnfiltreerde regenwater het binnenspouwblad bereikt. Dit kan op verschillende manieren gebeuren: - Vaak zijn problemen met vocht in het binnenblad te wijten aan de aanwezigheid van mortelbruggen. Tijdens het metsen van de muur valt mortelspecie in de spouw die ervoor zorgt dat onderaan de muur of ter hoogte van de spouwankers vochttransport van het buiten- naar het binnenspouwblad mogelijk is. De aanwezigheid van mortelbruggen is, zelfs mits zorgvuldige uitvoering, zeer moeilijk te vermijden. Een studie (Newman et al., 1982) toonde aan dat 55% van de verbindingen tussen binnen11
-
-
-
-
en buitenspouwblad mortelbruggen vormden. Het verwijderen van de mortelbruggen blijkt niet eenvoudig. Zelfs indien de meeste mortelbruggen verwijderd worden vooraleer over te gaan tot na-isolatie, blijft waterinfiltratie bestaan. Het gedrag verschilt tussen de verschillende soorten isolatiematerialen die toegepast worden. Rotswol en EPS scoren het best. [20] Spouwankers die het binnen- en buitenspouwblad verbinden, kunnen foutief aangebracht zijn. Bij een goede uitvoering zijn deze spouwankers voorzien van een afdruipknik of hellend naar het buitenspouwblad geplaatst zijn. Wanneer dit niet het geval is, kan het vocht dat aan de achterzijde van het buitenspouwblad afloopt naar het binnenspouwblad getransporteerd worden. Wanneer het binnenspouwblad niet luchtdicht is afgewerkt, kan hevige slagregen ervoor zorgen dat water van de achterzijde van het buitenspouwblad naar het binnenspouwblad geblazen wordt. Dit probleem wordt vermeden indien het binnenspouwblad afgewerkt wordt met een pleisterlaag. Het ontbreken of slechte plaatsing van waterkerende membranen of open stootvoegen om het water naar buiten te evacueren, zorgt vaak voor problemen. In veel gevallen onderschat men de af te voeren hoeveelheid water en kan het water zijdelings weglopen via onderbrekingen in het membraan. Open stootvoegen zijn vaak niet voorzien of worden belemmerd door mortelresten. [29 en 49] Bij volledige spouwvulling staan beide spouwbladen in contact met elkaar door de isolatielaag. Er zullen bijgevolg eisen gesteld worden aan het isolatiemateriaal zodat geen vochttransport van het buiten- naar het binnenspouwblad kan plaatsvinden.
2.3.1.2 Inwendige condensatie Wanneer de temperatuur op een plaats in de constructie lager is dan het dauwpunt van de lucht, treedt condensatie op. Deze situatie kan zich voordoen in de winter, wanneer de partiële waterdampdruk binnen voldoende hoog is. De partiële waterdampspanning in een constructie kan nooit groter worden dan de verzadigingsdampspanning bij de gegeven temperatuur. De verzadigingsdampdruk en het werkelijk dampdrukverloop snijden, zoals te zien is in onderstaande figuur enkel in punt c: tegen de spouwzijde van het buitenspouwblad.
12
Figuur 4: dampdrukverloop in gevulde spouw
De condens volgt de zelfde weg als geïnfiltreerd regenwater: het metselwerk zuigt de condens op of de condens loopt af langs de achterzijde van het buitenspouwblad. De luchtdoorlatendheid van de muur is bepalend voor de hoeveelheid vocht die afgezet wordt. Indien geen luchtdrukverschil over de muur staat, dan speelt de dampdoorlatendheid geen rol. Als dit wel het geval is, dan zal bij een dampopen muur een grotere hoeveelheid water afgezet worden dan bij een dampdichte muur. Zoals eerder vermeld, is de hoeveelheid water die ten gevolge van inwendige condensatie terecht komt op het buitenspouwblad klein ten opzichte van de hoeveelheid water ten gevolge van geïnfiltreerd regenwater. [20 en 59]
2.3.1.3 Vorstschade 2.3.1.3.1 Vorstschade aan het gevelmetselwerk Wanneer gevelmetselwerk blootgesteld wordt aan vocht, kan het afbrokkelen. Dit fenomeen doet zich vooral voor in de buitenste zone van het metselwerk. Ten gevolge van geabsorbeerde slagregen kan er vocht aanwezig zijn in de poriën van de bakstenen. Bij temperaturen onder 0°C gaat dit water bevriezen en uitzetten. Het water in wijde poriën bevriest sneller terwijl dat in fijnere poriën pas bij lagere temperaturen bevriest. Aangezien water een volumevermeerdering ondergaat wanneer het bevriest, kan bij hoge vochtgehaltes in de steen de druk zo groot worden dat de steen afbrokkelt. Het vochtgedrag wordt beïnvloed door twee parameters: - Enerzijds is er het vochtgehalte (w) dat aanwezig is in het materiaal op het ogenblik van vorst. De hoeveelheid slagregen, het absorberend vermogen van de steen en de mogelijkheid tot uitdrogen bepalen dit vochtgehalte. -
Anderzijds is het kritisch vochtgehalte bij vorst (wcr,f) een maat voor de materiaalkwaliteit. Dit is het vochtgehalte dat minimaal aanwezig moet zijn opdat vorstschade zou optreden. 13
Aangezien ijs 10% meer volume inneemt dan water, is de kans op vorstschade groot van zodra minimum 90% van de open poriën gevuld zijn met water. Het is dan ook logisch om 90% van het verzadigingsvochtgehalte van het materiaal aan te nemen als kritische waarde bij vorst. Ten gevolge van spanningen die ontstaan wanneer het water begint uit te zetten kan de treksterkte van de steen reeds bij lagere vochtgehaltes schade ondervinden. Het omgekeerde is ook mogelijk: bij materialen met een grote treksterkte of vervormbaarheid kan de uitzetting volledig in spanning en vervorming worden omgezet en treedt er geen schade op. Bovendien is het kritisch vochtgehalte afhankelijk van de grootte van de poriën. Indien enkel microporiën aanwezig zijn in het materiaal, bevriest het water pas bij een lagere temperatuur. Het kritisch vorstgehalte bij vorst hangt af van de poriënstructuur, de treksterkte en de vervormbaarheid. Het kritisch vorstgehalte bij vocht bedraagt Scr,f = 87 % voor baksteen. Elk jaar ondergaat het materiaal een aantal cycli waarbij het poriënwater telkens bevriest en dooit. Ten gevolge van deze vorst/dooicycli ondergaat het gevelmetselwerk een langzame degradatie (vermoeidheid). [6] Beoordelen van de vorstbestandheid van gevelstenen Er bestaan verschillende methoden om de vorstbestendigheid van gevelstenen te beoordelen: - Er bestaan verschillende rechtstreekse methoden waarbij het materiaal een bepaalde periode aan vorst/dooicycli wordt onderworpen. De beoordeling gebeurt op basis van de schade die men na deze periode opmeet. - De meest toegepaste methode is de Gc-methode. Deze methode schat het vorstgedrag van de baksteen in op basis van volgende parameters: het capillaire vochtgehalte (wc) het verzadigingsvochtgehalte (wm) de capillaire waterabsorptiecoëfficiënt (A) de coëfficiënt van secundaire wateropname (A’). Indien het capillaire vochtgehalte het verzadigingsvochtgehalte benadert, stijgt de kans op vorstschade. Afhankelijk van de Gc-waarde kent men aan de materialen een verschillende klasse toe. Materialen van klasse D zijn het sterkst vorstbestendig. In bijlage A wordt een overzicht gegeven van de klassen. U vindt er ook een richtgevende tabel voor de kwaliteit voor verschillende toepassingen van baksteen. [6] 2.3.1.3.2 Het risico op vorstschade bij volledige spouwvulling Het temperatuurverloop tussen een niet-geïsoleerde en geïsoleerde spouwmuur is verschillend. Na het plaatsen van de isolatie zal de temperatuursvariatie over het buitenspouwblad licht stijgen, terwijl de temperatuursvariatie over het binnenspouwblad fors daalt (zie figuur 5). In de winter ligt de temperatuur van het buitenspouwblad iets lager dan bij
14
een ongeïsoleerde muur omdat de warmte vanuit de binnenomgeving moeilijker het buitenspouwblad bereikt. Door de volledige spouwvulling is uitdrogen van het buitenspouwblad naar de spouwzijde onmogelijk zodat het vochtgehalte van de baksteen hoger ligt. Deze bijdrage is zeer miniem. Het vullen van de spouw heeft tot gevolg dat het risico op vorstschade stijgt. [3]
Figuur 5: piektemperaturen die optreden in een niet geïsoleerde spouwmuur (A) en een spouwmuur nagevuld met MW (B) [1]
Bij een buitenspouwblad dat sterk dampremmend is afgewerkt raadt men een volledige spouwvulling af. Deze techniek zorgt ervoor dat de diffusieweerstand van de muur stijgt. Dit heeft twee gevolgen: - Enerzijds kan de waterdamp in de constructie niet verdampen naar de buitenzijde, waardoor de condensatie zich ophoopt direct achter de verf of de geglazuurde betegeling. Uit modelleringen blijkt dat de hoeveelheid water die op deze plaats condenseert klein is ten opzichte van de hoeveelheid water die op de achterzijde van het buitenspouwblad condenseert. - Anderzijds komt regenwater door microscheurtjes nog steeds in de constructie terecht. Door de hoge diffusieweerstand van de buitenafwerking droogt dit vocht veel langzamer uit. Het vochtgehalte van het buitenspouwblad stijgt zodat de kans groter wordt dat het kritieke vochtgehalte voor vorst overschreden wordt. [20]
15
2.3.1.4 Luchtdichtheid Luchtdichtheid bepaalt het gedrag van spouwmuren op verschillende manieren, door middel van transmissieverliezen, dynamische thermische respons, vochtgedrag, akoestische isolatie, tocht in het gebouw en energieverbruik. De eis voor luchtdichtheid van de spouwmuur is tweeledig: - Luchtdichtheid is vereist om te vermijden dat water van het buitenspouwblad naar het binnenspouwblad wordt geblazen. - Luchtstroming zorgt voor grotere warmteverliezen doorheen de spouwmuur. Halverwege de jaren ’80 bewees Lecompte (Lecompte, 1989) dat indien er door slechte uitvoeringskwaliteit een luchtlaag aanwezig was tussen de spouwvulling en het binnenspouwblad, de warmteverliezen door de muur drastisch stegen. [20] Er kunnen verschillende patronen van luchtstroming doorheen een spouwmuur onderscheiden worden:
Figuur 6: stroompatronen in spouwmuur
16
Spouwventilatie werd reeds besproken onder paragraaf 2.3.1.1. De belangrijkste stroompatronen zijn: - in- en exfiltratie - wind washing - air looping In- en exfiltratie Gemetste gevels zijn niet luchtdicht. De luchtdichtheid is afhankelijk van het voegwerk (kwaliteit, open stootvoegen). De nodige luchtdichtheid kan enkel bereikt worden als het binnenspouwblad bepleisterd is. Normaal vormt dit geen probleem. De U-waarde van een spouwmuur wordt bepaald door de combinatie van geleiding, straling en convectie. De U-waarde is afhankelijk van de plaats in de muur die men beschouwt. In geval van exfiltratie neemt de U-waarde toe van het binnenoppervlak naar het buitenoppervlak, in geval van infiltratie is het omgekeerde het geval. In- en exfiltratie treden steeds samen op: infiltratie aan de loefzijde en exfiltratie aan de lijzijde. Op deze manier ontstaat warmterugwinning waarbij minder energie verloren gaat dan bij een systeem met ventilatie door middel van roosters. [20] Wind washing en airlooping Wind washing en air looping worden belangrijk wanneer de isolatie niet stevig tegen het binnenspouwblad gedrukt is, zodat een luchtlaagje ontstaat en zowel boven als onderaan een deel van de spouw onvoldoende gevuld is. Het effect van deze stroompatronen op de warmteverliezen wordt gesimuleerd in paragraaf 6.1: simulaties van de natuurlijke convectie. [20] Voor de theoretische achtergrond van de berekening van het effect van wind washing en air looping verwijzen we naar [20].
2.3.1.5 Koudebrugwerking In een gebouw vindt men vaak plaatsen met een verhoogde warmtedoorgang. De oppervlaktetemperatuur op deze plaatsen is in de winter lager dan de oppervlaktetemperatuur van de andere wanden, zodat op deze plaatsen de condensatie eerst zal optreden. We spreken van een koudebrug van zodra de temperatuursfactor f kleiner wordt dan 0,7. Met: f
si e i e
θe: de buitentemperatuur θi: de binnentemperatuur θsi: de oppervlaktetemperatuur
17
De kritieke plaatsen waar thermische bruggen kunnen optreden zijn: - lintelen boven ramen - dorpel onder raam - dakranden - balkons - verbinding tussen vloer en funderingsaanzet Ten gevolge van het plaatsen van spouwisolatie zal de temperatuursfactor f licht stijgen. Het risico op condensatie neemt af. Het temperatuursverschil tussen de wanden groeit, waardoor grotere scheurvorming en stofafzetting kunnen optreden ter hoogte van de koudebrug. [20 en 59] 2.3.1.6 Scheuren Het gevelmetselwerk kan gescheurd zijn door spanningsconcentraties is het metselwerk ter hoogte van lateien of ten gevolge van differentiële zettingen van de muur. Naast het esthetische aspect verhogen deze scheuren de waterdoorlatendheid van de muur en de kans op vochtschade. [9] 2.3.1.7 Uitbloeiingen Tenslotte kunnen ook uitbloeiingen voorkomen op het metselwerk. Dit is te wijten aan zouten die aanwezig zijn in het metselwerk. Het vocht in het metselwerk neemt ze mee naar buiten en ze blijven achter op het buitenoppervlak wanneer het vocht verdampt. Hoe trager het buitenblad uitdroogt, hoe langer het fenomeen optreedt. De schade is louter een esthetisch probleem. Het isoleren van de spouw vertraagt de droging van het buitenspouwblad en beïnvloedt dus de vorming van uitbloeiingen. [3]
2.3.2 Herstellen van schade Indien er voor de na-isolatie schade aan de gevel vastgesteld wordt, moet de oorzaak van de schade weggenomen worden. De schade moet hersteld worden alvorens men kan overgaan tot isolatie. We beschrijven enkele procedures om de verschillende schadegevallen te herstellen. 2.3.2.1 Hydrofoberen Indien vastgesteld wordt dat het buitenspouwblad te vochtdoorlatend is kan overgegaan worden tot hydrofobering van de gevel. Deze waterkerende behandeling van het oppervlak zorgt ervoor dat de stenen waterafstotend worden, maar dampopen blijven. Op deze manier wordt de infiltratie van regenwater beperkt, terwijl het ingedrongen vocht of condensatie nog naar buiten kan treden. Het vochtwerend maken van het oppervlak brengt in vele gevallen een gevoelige verbetering tot stand. Het is echter geen universele remedie. Bij weinig capillaire materialen met open 18
structuur is het niet zeker dat deze behandeling een goed resultaat geeft. Ook indien de vochtinfiltratie het gevolg is van scheuren of slecht voegwerk dienen andere maatregelen genomen te worden. [2 en 49]
2.3.2.2 Scheuren Indien er overmatige scheuren aanwezig zijn in het metselwerk kunnen deze zorgen voor vochtproblemen. De scheuren kunnen gedicht worden door middel van injectie van zodra ze aan het oppervlak minstens enkele tienden van een millimeter breed zijn. Er worden harsgebonden (fijne scheuren tot enkele tientallen millimeters) of hydraulisch gebonden (brede scheuren) injectiemiddelen aangewend. [49]
2.4 Voorwaarden voor de navulling van de spouw 2.4.1 Voorwaarden voor de constructie 2.4.1.1 Eisen voor de gevelstenen Door het aanbrengen van spouwisolatie verhoogt de vorstbelasting van het gevelmetselwerk. Er wordt geëist dat de gevelstenen en de gebruikte mortel zéér vorstbestand zijn. [47] Daarnaast moeten de stenen goed doorbakken zijn, capillair actief zijn en een laag zoutgehalte hebben. 2.4.1.2 Staat van het gevelmetselwerk Alvorens overgegaan wordt tot het vullen van de spouw moet een grondig onderzoek gebeuren naar de staat van het gevelmetselwerk en de pathologische problemen. De oorzaak van de problemen moet worden opgezocht en verwijderd. Er moet aan een aantal voorwaarden voldaan zijn zodat er geen vochtproblemen optreden: - afval of mortelresten mogen niet aanwezig zijn in de spouw, - de spouwankers moeten correct geplaatst zijn, - de afwatering in de spouw dient correct uitgevoerd te zijn. De staat van de spouw wordt onderzocht door middel van een endoscoop. [29] In de Nederlandse uitvoeringrichtlijnen worden minimale breedtes van de spouw opgegeven waarbij na-isolatie kan toegepast worden. isolatiemateriaal
minimale spouwbreedte [mm] bron
PUR
15
[33]
UF
30
[34]
MW
30
[35]
PS-parels
30
[36]
Tabel 1: minimale spouwbreedte voor toepassen na-isolatie
19
Opdat het buitenspouwblad zijn waterkerende functie voldoende vervult mag het geen overmatige scheurvorming vertonen. Men dient na te gaan of de de lint- en stootvoegen van het gevelmetselwerk goed gevuld zijn. 2.4.1.3 Situaties waarbij een volledige spouwvulling wordt afgeraden [43] geeft een aantal voorwaarden waaronder volledige spouwvulling wordt afgeraden. Dit is het geval indien: - het metselwerk in dusdanige toestand is dat belangrijk vochtinfiltraties mogelijk zijn (bijvoorbeeld gescheurde of beschadigde voegen, gebarsten bakstenen). - het gebouw of delen ervan omwille van hun ligging aanleiding kunnen geven tot grote vochtindringing. De hoogte van de gevels kennen beperkingen om de blootstelling aan regen en wind te beperken: o stad/platteland: h < 25 m o kust: h < 8 o strand: er altijd afgeraden volledige spouwvulling toe te passen.
-
-
Er wordt aangeraden de gevels indien mogelijk door middel van oversteken te beschermen. de muren boven de vierde verdieping gelegen zijn en blootgesteld worden aan slagregen. het binnenspouwblad vochtig is door capillaire vochtopstijging, slechte bescherming van het bovenste deel van de muur of slechte conceptie/uitvoering van de muur (bijvoorbeeld mortelbruggen) Opmerking: als het binnenspouwblad vochtig is omwille van tijdelijke oppervlaktecondensatie mag de spouwvulling plaatsvinden aangezien de isolatie de thermische weerstand van het gebouw zal verhogen en zo oppervlaktecondensatie vermijdt. Het metselwerk vorstschade vertoont of heeft vorstschade vertoond, zoals gescheurde of afgeschilferde bakstenen of gescheurde, beschadigde of uitgesprongen voegen. Het gevelmetselwerk bestaat uit materialen met zeer grote weerstand tegen waterdampdiffusie
2.4.1.4 Voorwaarden die gesteld aan het isolatiemateriaal Het spreekt voor zich dat de materialen een kleine warmtegeleidingscoëfficiënt moeten hebben. Er worden een aantal eisen opgelegd om het transport van water van het buitenspouwblad naar het binnenspouwblad te verhinderen. De gebruikte materialen mogen niet capillair zijn (geen water opslorpen) en moeten hydrofoob (waterafstotend) zijn. Ze moeten aangebracht worden door middel van een techniek die holten en kanalen vermijdt. [29]
20
Met betrekking tot de dampdoorlatendheid heeft een hoge dampdiffusieweerstand noch een gunstige, noch een ongunstige invloed. Bijgevolg worden geen eisen gesteld aan de µ-waarde. [59]
2.5 Besluit Navulling van de spouw is de goedkoopste techniek om ongeïsoleerde buitenmuur van isolatie te voorzien. Toepassing van de techniek zorgt ervoor dat de spouw volledig gevuld raakt. Dit heeft verschillende gevolgen: - De isolatielaag zorgt ervoor dat beide spouwbladen in contact staan. Er mag geen water overgebracht worden naar het binnenspouwblad. De isolatiematerialen moeten niet-capillair en hydrofoob zijn. - Het risico op vorstschade neemt toe omdat het temperatuursverschil over het buitenspouwblad groter wordt. - De vorming van inwendige condensatie vormt geen probleem. -
Het risico op condensatie ter hoogte van koudebruggen neemt af.
Vooraleer volledige spouwvulling wordt toegepast moet aan een aantal voorwaarden voldaan zijn: - De gevelstenen moeten van de klasse “zéér vorstbestand zijn”. - Het gevelmetselwerk moet in goede staat zijn. Er mag geen geschiedenis van vochtproblemen of scheurvorming zijn. De kwaliteit van de voegen is bepalend voor de doorlatendheid van de gevel.
21
3 Milieu-impact isolatiematerialen 3.1 Inleiding In een volgend hoofdstuk geven we een overzicht van de belangrijkste eigenschappen, namelijk de duurzaamheid van isolatiematerialen en de impact op mens en natuur. De materialen (PU, UF, MW en EPS) die in dit werk beproefd zijn, worden uitvoering besproken. De materialen in België worden het vaakst aangewend voor de techniek van navulling. Andere materialen die nog niet ingeburgerd zijn, worden daarnaast kort besproken. De materialen worden onderverdeeld in drie categorieën: - materialen op basis van minerale grondstoffen, - kunststoffen, - vernieuwbare isolatiematerialen. De isolatiematerialen worden opgedeeld volgens hun grondstoffen. Ze hebben vaak een vergelijkbare milieu-impact. De gemeenschappelijke kenmerken worden besproken per groep. Daarnaast gaan we dieper in op de eigenschappen van de afzonderlijk verschillende materialen. Voornaamste materiaaleigenschappen De belangrijkste kenmerken van de isolatiematerialen worden overlopen. Gezondheidsaspecten Welke effecten het materiaal heeft op de gezondheid van de mens bespreken we in dit deel. Hierbij kijken we zowel naar de effecten op de bewoners als naar de effecten op vaklui die het materiaal produceren en verwerken. Milieu-eigenschappen Bij de beoordeling van de milieu-effecten wordt niet langer gekeken naar de uitstoot en het energieverbruik tijdens het productieproces, maar er wordt rekening gehouden met alle milieu-effecten die ontstaan tijdens de gehele levenscyclus van het product. Dit wordt levenscyclusanalyse (LCA) genoemd. De verwarming van huizen vergt een grote hoeveelheid energie en zorgt voor een aanzienlijke CO2-uitstoot. Goed isoleren verlaagt de energievraag voor ruimteverwarming. De energiebesparing door isoleren is steeds honderden malen groter dan de energie nodig voor het produceren van eender welk isolatiemateriaal. Alle isolatiematerialen hebben een positief effect op het milieu. We bekijken de impact van de verschillende materialen voor ze in de spouw terecht komen (productieproces) en nadien (recyclage).
22
De basis voor de bespreking van de milieu-eigenschappen is de NIBE-classificering volgens het TWIN-model. Hierbij wordt via de LCA-methode een beoordeling van de materialen gemaakt door ze te beoordelen op 8 milieu- en gezondheidscriteria. De materialen krijgen voor elk criterium een score van 1 (slecht) tot 7 (goed). De totale score berekent men door de scores te vermenigvuldigen met hun respectievelijke wegingsfactoren. De 8 criteria (met tussen haakjes hun wegingsfactor) zijn: - energieverbruik (4) - uitputting van grondstoffen (4) - aantasting van het ecosysteem bij winning (6) - mate van bewerking (2) - emissies (8) - gezondheid (8) - levensduur (2) - hergebruik (6) De behaalde totaalscore bepaalt in welke klassen (1 tot 7) en subklassen (a tot c), de materialen, waarbij de laagste klassen het best scoren, ingedeeld worden. [4] Duurzaamheid Indien geïnvesteerd wordt in na-isolatie van een woning wordt vanzelfsprekend geëist dat men kiest voor een duurzame oplossing. Dit houdt in dat het gekozen materiaal zijn (isolerende) functie gedurende de resterende levensduur van het gebouw moet vervullen. De nodige voorwaarden voor duurzaamheid zijn: - een bouwfysisch en bouwkundig correct ontwerp. De aspecten hiervan werden reeds besproken in hoofdstuk 2. - een juiste materiaalkeuze: het materiaal moet bestand zijn tegen vochtige omstandigheden en moet in deze omstandigheden haar isolerende eigenschappen behouden. - een correct onderhoud (dit is minder van toepassing voor spouwisolatie).
3.2 Isolatiematerialen op basis van minerale grondstoffen 3.2.1 Algemeen De meest bekende isolatiematerialen uit deze categorie zijn glas- en steenwol. De producten worden frequent gebruikt voor na-isolatie. Ook perliet en vermiculiet worden soms gebruikt. Aangezien deze grondstoffen terugkomen in de natuur, blijft de milieubelasting beperkt. Bovendien gaat het vaak om grondstoffen die in de natuur rijkelijk voorhanden zijn en vergt het productieproces geen grote hoeveelheden energie. [5]
23
3.2.2 Glas- en steenwol 3.2.2.1 Eigenschappen Glas- en steenwol worden samen besproken, omdat er grote overeenkomsten zijn tussen beide materialen. Het zijn de meest gebruikte isolatiematerialen in Europa omwille van hun goedkope prijs en resistentie. Beide producten zijn brandveilig, redelijk dampdoorlatend, licht hygroscopisch, hebben goede warmte-isolatie-eigenschappen en goede akoestische eigenschappen. Beide materialen zijn bovendien waterafstotend en niet capillair. De isolerende kwaliteiten van glaswol worden sterk verminderd door aantasting van vocht. Rotswol is hier minder gevoelig voor. [5, 9, 44, 53 en 54] 3.2.2.2 Gezondheid De laatste 10 jaar ontstond er een hevige discussie rond de gezondheidsgevolgen van minerale wol. Bij het verwerken van minerale wol komen zeer fijne stofdeeltjes vrij. Dit is vooral het geval bij het verwerken van steenwol waarbij meer kleine deeltjes vrijkomen. De stofdeeltjes veroorzaken irritatie en ontsteking van de huid, luchtwegen en ogen. Daarom raadt men aan beschermende kledij te dragen bij het plaatsen van minerale wol. Nibe geeft een neutrale beoordeling voor het werken met glaswol met gebonden vezels (platen,…). Voor na-isolatie waarbij men te maken heeft met losse vezels wordt een negatieve gezondheidsbeoordeling gegeven. Sommigen stellen bovendien dat minerale wol kankerverwekkend is. Dit is het gevolg van het vrijkomen van zeer fijne stofdeeltjes ((kleiner dan 0,003 mm) die hetzelfde effect hebben als asbest. Zo wijst het Duitse ministerie van Volksgezondheid en Milieu op de mogelijke gezondheidsrisico’s (longkanker) van minerale vezels van glas- en steenwol. Studies tonen aan dat het risico op langkanker tot 25% stijgt bij werknemers die langer dan 30 jaar in de glas- en steenwolindustrie werken. Anderen stellen dat de vezels slechts 60 tot 90 dagen in het lichaam blijven. Dit is onvoldoende lang om hoeveelheden stof op te bouwen die kankerverwekkend zijn. Minerale wol wordt in België niet als kankerverwekkend beschouwd en het IARC (International Agency for Research on Cancer) klasseert de materialen in klasse 3. Dit wil zeggen dat “de beschikbare tumorgevolgen of andere sleutelgegevens onderworpen zijn aan voorzichtigheid of beperkt in hoeveelheid en dus niet geschikt zijn om de mogelijke carcinogeniteit voor de mens op overtuigende wijze aan te tonen”.[4, 9, 13,44 en 46] 3.2.2.3 Milieu-eigenschappen 3.2.2.3.1 Glaswol Glaswol bestaat hoofdzakelijk uit oude glasscherven (70%), aangevuld met zuiver zand. Het isolatiemateriaal bestaat voor 99% uit lucht. Omdat vooral gebruik gemaakt wordt van gerecycleerd materiaal is er nauwelijks sprake van uitputting van de grondstoffen. Bovendien 24
is oud glas op vele plaatsen voorhanden, zodat de grondstof gewonnen kan worden in de buurt van de fabriek en er geen extra emissies ten gevolge van transport zijn. Ook het productieproces vraagt weinig energie. De NIBE-classificering deelt het materiaal in klasse 1b, daarmee is dit het enige traditionele isolatiemateriaal dat tot de groep van beste milieukeuzes behoort. [4 en 44]
Figuur 7: Nibe milieuprofiel en milieumaten voor glaswolisolatie
Een nadeel van glasvezels is dat ze niet bio-degradeerbaar zijn. Aangezien het materiaal slechts de laatste 40 jaar gebruikt wordt, vormt dit voorlopig geen probleem. In de toekomst zou het materiaal kunnen uitgroeien tot een belangrijke atmosferische polluent.[13] Het materiaal biedt het voordeel dat het een oneindig aantal keren gerecycleerd kan worden. Voor platen wordt de recyclage bemoeilijkt door de aanwezigheid van bindmiddelen, voor de toepassing van na-isolatie vormt dit geen probleem. 3.2.2.3.2 Rotswol De milieu-effecten van steenwol zijn grotendeels analoog aan deze van glaswol. Steenwol wordt vervaardigd uit diabaas of basalt, vulkanisch stollingsgesteente dat ruim voorhanden is. Er is dus nauwelijks uitputting van de grondstof. De productie vraagt weinig energie. De milieulast per kilogram steenwol is iets lager dan de milieulast per kilogram glaswol, maar dit verschil wordt teniet gedaan door de hogere massa van steenwol. Hierdoor scoort steenwol iets minder goed dan glaswol en klassificeert het NIBE dit produkt in categorie 2b.
Figuur 8: Nibe milieuprofiel en milieumaten voor steenwolisolatie
25
3.2.2.4 Duurzaamheid De λ-waarde van minerale blijft stabiel in de tijd. Uit ervaring blijkt dat de vezelstructuur stabiel is. Algemeen wordt gesteld dat het materiaal rot- en schimmelvrij is en het geen voedingsbodem voor ongedierte vormt [9, 53 en 54]. Het materiaal wordt aangetast door knaagdieren, maar dit vormt geen probleem in de spouw.Toch [4] haalt men aan dat rotswol relatief gevoelig is voor aantasting door schimmels en parasieten. Het materiaal heeft de neiging te zetten na verloop van tijd, waardoor er plaatsen ontstaan waar minder isolatie aanwezig is.
3.2.3 Perliet en vermiculiet Het gebruik van losse aggregaten als perliet en vermiculiet kan toegepast worden bij navulling van spouwmuren. In België wordt weinig gebruik gemaakt van deze materialen. Perliet is een vulkanisch gesteente. Vermiculiet is een delfstof. Deze grondstoffen worden gebroken en verwerkt tot korrels. De hitte expandeert ze en op die manier verwerven ze hun isolerende eigenschappen. Het gebruik van de materialen houdt geen gezondheidsrisico’s in. De materialen zijn 100% natuurlijk, proper, geurloos en irriteren niet. De grondstoffen zijn niet nagroeibaar, maar zijn rijkelijk voorhanden, zodat uitputting nauwelijks relevant is. Het productieproces vraagt een matige energie-inhoud. De milieubelasting is te wijten aan CO2-emissies en het vrijkomen van stofdeeltjes tijdens de productie. De losse korrels kunnen vanzelfsprekend gerecycleerd worden. Vermiculiet en perliet zijn niet vatbaar voor schimmels of andere atmosferische omstandigheden, waardoor de duurzaamheid geen probleem vormt. De isolerende prestaties van de materialen zijn lager dan deze van de andere traditionele isolatiematerialen. [9, 13 en 44]
3.3 Synthetische producten 3.3.1 Algemeen 3.3.1.1 Milieu-eigenschappen Veel isolatiematerialen zijn kunstmatige producten die gebaseerd zijn op aardolie, steenkool en aardgas. Dit zijn fossiele brandstoffen waarvan de natuurlijke reserves beperkt zijn. Aan de grondstoffen worden freon of andere schadelijke gassen toegevoegd als blaasmiddel om op die manier schuimen te maken. De primaire energiebehoefte voor de productie van kunststofschuimen is groot tot zeer groot. Indien hierbij de stookwaarde van de grondstof in rekening gebracht wordt, stijgt de energiebehoefte nog. Deze materialen zijn meestal energieverslindend en milieubelastend bij het vervaardigen, verwerken en vernietigen. [5 en 45] 26
3.3.1.2 Gezondheid Bij het productieproces van synthetische isolatiematerialen komen schadelijke stoffen vrij. Het oppervlaktewater en de bodem worden verontreinigd. Bovendien geven een aantal gassen stoffen af die hinderlijk zijn voor astma- en bronchitispatiënten. Zeker bij brand kunnen erg giftige stoffen vrijkomen. [5] 3.3.1.3 Duurzaamheid Kunststoffen worden aangetast door oxidatie waardoor de eigenschappen veranderen. De materialen worden op die manier brozer. UV-straling versnelt dit proces, maar dit is bij de toepassing van spouwmuurisolatie niet relevant.
3.3.2 Geëxpandeerd polystyreen (EPS) 3.3.2.1 Voornaamste materiaaleigenschappen EPS bestaat voor 98% uit lucht en slechts voor 2% uit polystyreen, een stof op basis van aardolie. De capillariteit van het materiaal is verwaarloosbaar, net als de invloed van de klimatologische omstandigheden in. Het materiaal is niet-hygroscopisch en rot niet. Het kan wel aangetast worden door knaagdieren (niet van toepassing voor spouwmuren). Het brandgedrag is afhankelijk van de stoffen die gebruikt worden om de EPS-parels te binden. [9, 42 en 45]
3.3.2.2 Milieu-eigenschappen Nibe plaatst EPS in de klasse 2b. De emissie bij productie is de belangrijkste milieubelasting. Deze is vrij hoog, maar dankzij het gering materiaalverbruik (EPS bestaat grotendeels uit lucht), is ze nog steeds aanzienlijk lager dan bij andere kunststoffen. De vervuiling bestaat vooral uit pentaan dat vrijkomt gedurende de productiefase. Dit gas tast de ozonlaag aan. Het is een broeikasgas.
Figuur 9: Nibe milieuprofiel en milieumaten voor EPS
27
Bij brand komen CO en CO2 vrij. Het materiaal is biologisch niet afbreekbaar, maar kan eenvoudig gerecycleerd worden omdat het een monomateriaal is. [4, 9, 13, 42 en 44] 3.3.2.3 Gezondheid Tijdens de productiefase komen werknemers in contact met styreen. Deze basisstof van EPS werkt irriterend op de ogen, huid en ademhalingswegen. Bij langdurige blootstelling aan styreen kunnen ziektes aan het zenuwstelsel of spierziektes optreden. Er zijn ook aanwijzingen dat styreen kankerverwekkend is. De productie is bijna volledig geautomatiseerd, zodat het risico beperkt blijft. Aangezien er steeds brand- en explosiegevaar is tijdens de productie, dienen strenge veiligheidsmaatregelen genomen te worden. Tijdens de gebruiksfase zijn er geen nefaste gezondheidseffecten van EPS. Wel komen bij brand toxische stoffen vrij uit de brandvertragers waarmee het product is behandeld. [4, 9, 13, 42 en 44] 3.3.2.4 Duurzaamheid Er werd door een onafhankelijk adviesbureau aangetoond dat EPS zijn isolerende eigenschappen ook na lange tijd behoudt. [42] Het materiaal is geen voedingsbodem voor planten en mossen. Het is kiemvrij dankzij het gebruik van stoom in het productieproces. EPS is schimmelbestendig, rotvrij en degenereert niet o.i.v. “natuurlijke” oorzaken.
3.3.3 Polyurethaan (PUR) 3.3.3.1 Voornaamste materiaaleigenschappen PUR-schuim is een isolatiemateriaal dat expandeert in de spouw. Hierdoor sluit het materiaal goed aan tussen beide spouwbladen en worden alle kieren gevuld. Bij het vullen van de spouw dient aandacht besteed te worden aan de schikking van de inblaasholtes. Indien deze te ver van elkaar verwijderd zijn kan het materiaal onvoldoende ver vloeien alvorens het uithardt. Er worden bepaalde plaatsen niet gevuld. [59 en 33]
3.3.3.2 Milieu-eigenschappen Nibe deelt PUR in klasse 4c. Ondanks het sterk isolerend vermogen, en dus een beperkt materiaalverbruik, scoort het minder goed dan de andere besproken isolatiematerialen. De grootste vervuiling is afkomstig van de emissies bij de productie (broeikasgassen en vermesting) en de landschapsaantasting.
28
Het materiaal is biologisch nauwelijks afbreekbaar en kan niet gerecycleerd worden vanwege het grote aantal varianten die nauwelijks van elkaar te onderscheiden zijn. [4 en 44]
Figuur 10: Nibe milieuprofiel en milieumaten voor PUR
3.3.3.3 Gezondheidsaspecten Aardolie is een belangrijke grondstof van PUR. De winning van aardolie houdt risico’s in op vlak van explosiegevaar. Het tast ook de gezondheid van de werknemers aan doordat giftige en/of kankerverwekkende stoffen vrijkomen. Tijdens de productie wordt gebruik gemaakt van pentaan als blaasmiddel. Dit gas kan prikkelend werken voor ogen, huid en ademhalingswegen. Bovendien komen tijdens het spuiten de gevaarlijke stoffen MDI en TDI vrij. Werknemers lopen risico op ademhalingsproblemen en het ontwikkelen van allergieën. Bij brand worden toxische stoffen ontwikkeld. [4, 9, 13 en 44] 3.3.3.4 Duurzaamheid Het materiaal is bestand tegen rotten. Het kan aangetast worden door knaagdieren, maar dit is niet relevant voor de toepassing in spouwmuren. Het product wordt instabiel bij hoge temperaturen (volumeverlies). Dit is vooral een probleem wanneer de volumemassa van de isolatie laag is. [9 en 59]
3.3.4 UF 3.3.4.1 Voornaamste materiaaleigenschappen Ureum-formaldehyde is een product dat vaak gebruikt werd in de jaren ’70 en ’80. Omwille van de schadelijke effecten voor het milieu en de mens wordt het gebruik van het product in verschillende landen streng gereglementeerd. De Belgische wetgeving beschouwt het materiaal niet als gevaarlijk. Het wordt nog vaak toegepast in renovatietoepassingen. De belangrijkste eigenschap van het materiaal is de krimp. Wanneer het materiaal in de spouw aangebracht wordt, droogt het uit en gaat het krimpen. Door deze volumevermindering komt het materiaal los van de muur en treedt er een mozaïkvormig scheurpatroon op. De grootte van de krimp is sterk afhankelijk van de toegevoegde hoeveelheid aanmaakwater. 29
Het materiaal bezit een zekere capillariteit en waterophoudendheid. Dit vormt niet echt een probleem, aangezien door de krimp van het materiaal meestal geen contact is tussen het isolatiemateriaal en de muren. Bovendien vertoont de oppervlaktehuid van het schuim enigszins waterafstotende eigenschappen. [9, 52 en 59] 3.3.4.2 Gezondheidsaspecten Er is heel wat discussie over de mogelijke gezondheidseffecten van (1980) en in de VS (1981) is na-isolatie met UF-schuim verboden gezondheidsrisico’s. Het vaststellen van een oorzakelijke relatie gezondheidsproblemen is een complexe zaak omdat de chemische schuim tot 50 chemicaliën kan bevatten. [22]
UF-schuim. In Canada vanwege de mogelijke tussen UF-isolatie en samenstelling van het
3.3.4.2.1 De gezondheidseffecten Het toepassen van UF-isolatie wordt in verband gebracht met een groot aantal gezondheidsproblemen. De meest voorkomende klachten zijn allergische reacties, ademhalingsproblemen, oogirritatie en hoofdpijn. Ook hoest, verkoudheden en aandoeningen aan het maag-darm stelsel worden in verband gebracht met UF-isolatie. [22 en 15] Een aantal bewoners rapporteren psychologische symptomen zoals slapeloosheid en depressies. Deze ziektes zijn op zich al heel moeilijk vast te stellen. Het bewijzen van een oorzakelijk verband met UF-schuim is quasi onmogelijk. Mogelijke effecten op lange termijn zijn astma en kanker. Tot op heden kan niet bewezen worden dat UF-isolatie deze aandoeningen veroorzaakt, wat niet bewijst dat het tegengestelde het geval is. [22]
3.3.4.2.2 Problemen bij vaststellen van gezondheidsrisico’s De complexe samenstelling van UF-schuim Het schuim bestaat uit de primaire componenten ureum en formaldehyde die gecombineerd worden met verschillende hoeveelheden van andere chemicaliën. Dit blijkt uit [15] waar de gezondheidsklachten van bewoners van een aantal met UFnageïsoleerde woningen vergeleken werden met deze van de bewoners van een aantal controlehuizen. In het geval van woningen nageïsoleerd met UF-schuim werden duidelijk meer klachten gerapporteerd. Bij een tweede controle, enkele maanden na het verwijderen van het schuim, daalde het aantal klachten sterk. Nochtans was de hoeveelheid formaldehyde in de binnenomgeving niet gedaald. Dit wijst erop dat de vastgestelde symptomen het gevolg zijn van de reactie op verschillende parameters.
30
De gezondheidsklachten zijn vaak subjectief Het al dan niet optreden van symptomen bij bepaalde concentraties van formaldehyde in de binnenomgeving is sterk afhankelijk van de gevoeligheid van mensen. Vooral kinderen en oude mensen zijn gevoelig voor de symptomen van formaldehyde. [21] Een nadeel van veel onderzoeken is dat men uitgaat van zelf gerapporteerde klachten. Op deze manier kan de ernst van de klachten moeilijk ingeschat worden. Ook wordt niet altijd een representatieve steekproef uitgevoerd, waardoor men het onderzoek vaak toespitst op bewoners die negatief staan tegenover UF-isolatie [15]. Er zijn veel bronnen van formaldehyde in huis Tot slot zijn er verschillende bronnen in huis die formaldehyde uitstoten (bijvoorbeeld geprest hout). Hierdoor kan men de gezondheidsrisico’s die in verband gebracht worden met blootstelling aan formaldehyde niet enkel wijten aan UF-isolatie [15].
3.3.4.2.3 Invloedsfactoren voor de afgifte van formaldehyde Ogenblik van de na-isolatie Bij plaatsen van UF-isolatie in de wintermaanden (januari, februari en maart) worden meer gezondheidsklachten gerapporteerd dan bij plaatsing in andere seizoenen [21]. Dit heeft twee oorzaken: - Bij lagere temperaturen hardt het schuim trager uit. Als gevolg van de onvolledige uitharding komen langer chemische stoffen vrij uit het schuim. - Ten gevolge van de verminderde ventilatie worden de vrijgekomen chemische stoffen minder snel afgevoerd. De tijd na de ingreep De hoeveelheden formaldehyde in huis nemen geleidelijk af in de tijd. Vooral in de eerste 3 jaar na het uitvoeren van de navulling zijn hogere concentraties van formaldehyde aanwezig. Daarna is de hoeveelheid formadehyde die afkomstig is van het UF-schuim van dezelfde grootte-orde als de andere bronnen van formaldehyde in huis [22]. In de Nederlandse uitvoeringsrichtlijn [34] wordt opgelegd dat bij spouwmuren met relatief “open binnenspouwbladen” sterk afgeraden wordt navulling met UF-schuim toe te passen omwille van het risico dat formaldehyde binnendringt naar de binnenomgeving.
3.3.4.3 Duurzaamheid In [16] werden de fysische en chemische veranderingen van UF-schuimen na blootstelling aan diverse temperaturen en vochtigheden onderzocht. Alle onderzochte materialen depolymeriseren, verliezen sterkte en geven meer formaldehyde af bij toenemende waarden van de temperatuur en relatieve vochtigheid. 31
Uit infrarood en NMR onderzoek [17] kan worden vastgesteld dat de chemische structuur van nieuwe schuimstalen verschillend is van deze van schuimstalen die genomen werden uit de muren van huizen. De grootste veranderingen in de chemische samenstelling treden op bij blootstelling aan hoge temperaturen en vochtigheden. De absorptie van hygroscopisch vocht loopt hoog op bij relatieve vochtigheden boven 96%. In deze omstandigheden krimpen schuimen met grote zuurtegraad (groter dan 0,5) sterk, tot 39% lineaire krimp. Bij schuimen met een lage zuurtegraad is de krimp beperkt. Ondanks de grote verschillen in chemische samenstelling vertonen alle producten gelijkaardig massaverlies, sterktevermindering en formaldehydeuitstoot. Deze verliezen worden groter bij hogere temperaturen en relatieve vochtigheid. De beste test op duurzaamheid voor UF-isolatie is blootstelling gedurende 28 dagen aan een temperatuur van 50°C en relatieve vochtigheid van 96%. Onder deze omstandigheden mag de lineaire krimp niet meer dan 4% bedragen. [16 en 17]
3.4 Vernieuwbare isolatiematerialen De laatste jaren is er steeds meer aandacht voor ecologisch verantwoorde materialen. Men gaat op zoek naar materialen die vernieuwbaar zijn. Enkele voorbeelden hiervan zijn vlas, kurk, hennep en schapenwol. Deze materialen hebben een vochtregulerende werking en behouden hun isolerend vermogen in vochtige toestand. Over het algemeen zorgen de materialen niet voor irritaties. Soms worden brandvertragers of schimmelwerende stoffen toegevoegd. De toepassing van deze materialen staat nog in zijn kinderschoenen. Er zijn voorlopig nog geen toepassingen voor na-isolatie bekend.[13 en 44]
3.5 Besluit Uit ecologisch standpunt bekeken scoren glas- en steenwol het beste. PUR-schuim geeft de grootste milieubelasting. Door hun isolerende eigenschappen zorgen alle materialen voor een verlaging CO2-uitstoot ten gevolge van ruimteverwarming. Alle isolatiematerialen dragen bij tot een duurzaam milieu. Het gebruik van PUR en PS-parels brengt geen gezondheidsrisico’s mee. Minerale wol kan aanleiding geven tot irritaties. Het vrijkomen van formaldehyde uit UF-schuim wordt in verband gebracht met heel wat gezondheidsklachten. Er kan moeilijk een oorzakelijk verband aangetoond worden, wat niet wil zeggen dat UF-isolatie de gezondheid niet schaadt. De duurzaamheid van PUR, minerale wol en PS-parels vormt geen probleem. Anders is het met UF-schuim dat onder invloed van hoge temperaturen en vochtigheden kan degraderen.
32
4 Overzicht materiaalkarakteristieken 4.1 Eisen gesteld in normen We geven een overzicht van de eisen die in de Europese en Nederlandse normen voor in-situ isolatie gesteld worden aan de isolatiematerialen die we in het volgende hoofdstuk beproeven.
4.1.1 PUR-schuim 4.1.1.1 Dimensionele stabiliteit Onder invloed van extreme temperaturen en/of relatieve vochtigheid kan het schuim sterk vervormen. testomstandigheid (70±2)°C (90±5%) RV
Δεl (lengetverandering) Δεb (breedteverandering) Δεd (dikteverandering) Δεl (lengetverandering)
(-20±3)°C
klasse van dimensionele stabiliteit 1 2 3 4
lengteveranderingen
Δεb (breedteverandering) Δεd (dikteverandering)
%
≤15
≤9
≤6
≤4
%
≤10
≤5
≤2
≤1
%
≤3
≤2
≤2
≤2
%
≤3
≤1
≤0.5
≤0.5
Tabel 2: eisen dimensionele stabiliteit PUR-schuim
4.1.1.2 Overige eisen De Europese norm stelt nog een aantal eisen voorop die niet relevant zijn voor spouwmuurisolatie (zoals eisen in verband met adhesiekracht, vervorming onder invloed van druk, weerstand tegen puntkracht,…).
4.1.2 UF-schuim 4.1.2.1 Densiteit In [39] wordt onderscheid gemaakt tussen twee klassen: klasse DY6 DY14
Densiteit [kg/m³] 6 tot 14 ≥ 14
Tabel 3: Eisen densiteit UF-schuim [E39]
De Nederlandse uitvoeringsrichtlijn legt op dat de volumemassa van het droge schuim groter moet zijn dan 10 kg/m³. In [16] stelt men dat een densiteit van 12 kg/m³ nodig is om een duurzaam product te bekomen.
33
4.1.2.2 Breektijd van het schuim De breektijd is de tijd tussen het aanmaken van het schuim en het moment waarop het schuim niet meer vloeibaar is (het moment waarop het makkelijk breekt wanneer er doorheen gesneden wordt met een mes). [39] type schuim 1 2 3
setting time [sec]
≥ 60 ≤ 60
≤ 25
Tabel 4: Eisen breektijd UF-schuim [39]
4.1.2.3 Vrijkomen van gevaarlijke stoffen De emissie van formaldehyde naar de binnenomgeving is afhankelijk van: - de waterdampdiffusieweerstand dR van de binnenbekleding - de temperatuur - de ventilatie - de relatieve vochtigheid. Indien er binnen een formaldehydeniveau ≤ 0,1 mg/dm³ aanwezig is (bij kamertemperatuur 23±3°c en RV 50±5%) is het mogelijk dat de hoeveelheid formaldehyde die vrijkomt beïnvloed wordt door de diffusieweerstand van de binnenwand. [39] klasse es1 es2 es3
dR = µ/d
vrijkomen van formaldehyde (lucht x per uur ververst)
[m] ≤ ,5 > 0,5 ≤ 1 > 1
[mg/dm³] ≤ 1,5 > 1,5 ≤ 3,5 > 3,5 ≤ 5
Tabel 5: toegestane emissie van formaldehyde in functie van de dampdoorlatendheid van de binnenafwerking
4.1.2.4 Waterabsorptie na kortstondige onderdompeling klassen voor type 1
klassen voor type 2
klassen voor type 3
waterabsorptie W p
W0 W15 W20 W25
W0 W15 W20 W25
W0 W15 W20 W25
[kg/m²] geen eisen ≤ 15 ≤ 15 < 20 > 20
Tabel 6: eisen Wp UF-schuim [39]
4.1.2.5 Waterdampdoorlatendheid klassen voor type 1
klassen voor type 2
klassen voor type 3
MU0 MU15 MU20 MU25
MU0 MU15 MU20 MU25
MU0 MU15 MU20 MU25
Z [m².h.Pa/mg] geen eisen ≤ 15 ≤ 15 < 20 > 20
Tabel 7: Eisen dampdoorlatendheid UF-schuim [EN UF]
34
4.1.2.6 Dimensionele stabiliteit Na 24 uur blootstelling aan een temperatuur van 70 ± 2 °C mag de lengteverandering in eender welke richting niet groter zijn dan 5%. Na 24 uur bewaring bij –20 ± 2°C mag de lengteverandering in eender welke richting niet groter zijn dan 2%. [39] 4.1.2.7 Krimp Het Nederlandse Bureau Kwaliteitsbewaking Spouwmuurvullingen stelt als eis dat de lineaire krimp kleiner moet zijn dan 8%. [59] 4.1.2.8 Zuurtegraad In [50] stelt men dat de zuurtegraad bepalend is voor de duurzaamheid van UF-isolatie. Men legt op dat de zuurtegraad kleiner dient te zijn dan 0,1.
4.1.3 Minerale wol 4.1.3.1 Densiteit In de Europese en Nederlandse norm worden verschillende waarden opgegeven voor de minimale densiteit: materiaal
gemiddelde volumemassa
glaswol rotswol
plaatselijk acceptabel minimum voor volumemassa bron
[kg/m³]
[kg/m³]
40
30
[35]
25
-
[37]
60
40
[35]
60
-
[37]
Tabel 8: minimale densiteit minerale wol
4.1.3.2 Waterabsorptie De waterabsorptie moet voldoen aan Wp ≤ 1 kg/m². 4.1.3.3 Waterdampdoorlatendheid Het materiaal is zeer dampopen. Er mag uitgegaan worden van µ = 1. 4.1.3.4 Zetting Voor gesloten constructies (zoals spouwmuren) is heropvullen nagenoeg onmogelijk. Er wordt geen zetting toegelaten. Om aan deze eis te voldoen, worden minimale waarden voor de densiteit vooropgesteld (zie tabel 8).
35
4.1.4 PS-parels De Europese Norm voor in-situ isolatie met PS-parels was niet ter beschikking. De Nederlandse uitvoeringsrichtlijnen zijn vooral gericht op de uitvoering. Ze bevatten eisen in verband met de criteria waaraan de muur moet voldoen en richtlijnen die gevolgd moeten worden bij de plaatsing van de spouwisolatie. 4.1.4.1 Volumemassa In [59] wordt aangehaald dat er in Nederland een minimale densiteit van 16 kg/m³ geëist wordt.
4.2 Waarden uit literatuur In de literatuur zijn weinig gegevens bekend over de materiaaleigenschappen in-situ isolatiematerialen. In [thesis meeusen] werden verschillende Nederlandse onderzoekprojecten bestudeerd. Uit deze onderzoeken kwamen onderstaande gegevens naar voor. De λ-waarden zijn het resultaat van een studie van IBBC-TNO (1983 – 1985). λ [W/mK] labo proefmuur 1 week na beregening 0,054 0,044 0,045 0,046 0,044
materiaal
λi UF PUR glaswol (65 kg/m³) rotswol (80 kg/m³) Ps-parels
0,05 0,044 0,045 0,047 0,044
eff gemiddelde praktijkwaarde 0,084 0,053 0,062 0,064 0,059
µ [-]
1,2 - 5 1-2 1-2 -
A
kg / m² / s Te verwaarlozen te verwaarlozen -
Tabel 9: overzicht materiaalkarakteristieken [59]
De materiaaleigenschappen die in de literatuur bekend zijn hebben vaak betrekking op geprefabriceerde isolatiematerialen. Deze worden in optimale omstandigheden vervaardigd waardoor de kwaliteit beter is. In onderstaande tabel wordt een overzicht gegeven van de materiaalkarakteristieken. De waarden voor PUR-schuim moeten met de nodige voorzichtigheid geïnterpreteerd wordt aangezien het gaat om gegevens van geprefabriceerde panelen. volumemassa
lambda
µ
kg/m³
W/mK
-
PUR
20-40
0,02-0,035
29
[7]
UF-schuim
10 - 15
0,035
1,5 - 3
[1]
rotswol
80 -100
0,04
1,5
[1]
glaswol
80 - 100
0,04
1,5
[1]
PS-parels
15
0,035
1
[1]
materiaal
bron
Tabel 10: materiaalkarakteristieken literatuur
36
Hygroscopisch vochtgehalte De onderstaande waarden zijn niet specifiek toegepast op isolatiematerialen die in-situ aangebracht worden. ψev(vol.%)
materiaal RV = 40%
RV = 65%
bron
RV = 80%
RV = 95%
minerale wol
< 0,1
<1
<1
<1
[1]
PS en PUR-schuim
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
[1]
ψev(vol.%) RV = 40%
RV = 65%
RV = 95%
<0,1
<0,1
<0,1
EPS
0
0
<0,2
PS en PUR-schuim
0
0
<0,4
EPS
0
0
<0,4
minerale wol
bron
[7]
In bijlage E worden de sorptiecurves van de materialen [8] afgebeeld.
37
5 Proeven 5.1 Algemeen In dit hoofdstuk onderzoeken we enkele belangrijke materiaaleigenschappen van de isolatiematerialen. Deze eigenschappen hebben betrekking op het isolerend vermogen van het materiaal en op het vochttransport (vloeibare fase en waterdamp) doorheen het materiaal. Er gebeurt onderzoek op monsters die door uitvoerders van na-isolatie geleverd worden. De volgende kenmerken worden getest: - densiteit (en volumemassa) - warmtegeleidingscoëfficiënt (λ-waarde) - waterabsorptiecoëfficiënt (A) - waterabsorptie na kortstondige onderdompeling (wp) -
hygroscopisch vochtgehalte dampdiffusieweerstandsgetal (µ).
De materialen die beproefd worden zijn: - polyurethaanschuim (PUR) - ureumformaldehydeschuim (UF) - minerale wol: glaswol en steenwol - polystyreenparels (PS): witte en zilverkleurige
5.2 Monstername 5.2.1 Volgens norm Voor elke proef staat in de Europese (voor)normen op welke manier de monstername dient te gebeuren. Het materiaal wordt hiervoor opgespoten in een box. De basisgedachte is dat een monster moet bekomen worden dat een dikte heeft vergelijkbaar met de gangbare breedte van een spouw (ongeveer 6 cm). De afmetingen van het monster moeten voldoende groot zijn om een proefstuk te bekomen met een homogene kwaliteit.
5.2.2 Praktisch De meeste monsters werden op bovenstaande manier bekomen. De testboxen werden opgevuld door uitvoerders van na-isolatie. De bovenkant van de boxen werd uitgevoerd in plexiglas om een zicht te hebben op de goede vulling van de box. De boxen hebben een volume van (62 x 62 x 6 cm³). Voor sommige materialen werden monsters beproefd die op een andere manier tot stand kwamen. Dit wordt verderop besproken. 38
5.2.2.1 PUR De PUR-monsters werden op 2 manieren bekomen. -
De eerste manier stemt overeen met de werkwijze volgens de Europese norm. Het materiaal kan op deze manier niet onbeschadigd uit de testbox verwijderd worden. Bij het opspuiten van het PURschuim wordt aan de randen van het schuim een folie gevormd. Deze folie blijft in de testbox aan het plexiglas en het hout kleven. De invloed van de folie bij de proeven wordt Figuur 11: monstername PUR-schuim (testbox) niet meegemeten.
-
Om dit probleem te verhelpen werden een tweede reeks monsters gemaakt (zie figuur 12). Deze werden opgespoten in plastiek zakken. Ze konden voorzichtig verwijderd worden zodat de folie weinig/niet beschadigd werd.
Figuur 13: monstername PUR-schuim (plastiekzak) Figuur 12: luchtbellen in schuim
Bij het op maat snijden van de monsters voor de verschillende proeven werd duidelijk dat de kwaliteit van het schuim niet constant was over de volledige zak. Bovenaan was het schuim harder dan op andere plaatsen. Onderaan en ter hoogte van de randen werden soms luchtbellen ingesloten (zie figuur 13). Om een idee te geven van de kwaliteit van het schuim en de eventueel ingesloten luchtbellen wordt bij de elke uitgevoerde proef de volumemassa van het betreffende monster vermeld.
39
5.2.2.2 UF-schuim De UF-monsters werden bekomen uit de testboxen. Op figuur 14 is zichtbaar hoe het materiaal loskomt van de randen ten gevolge van de krimp bij uitdroging.
Figuur 14: monstername UF-schuim
5.2.2.3 Minerale wol Er gebeurden testen op glaswol (fabrikant: Isover Saint-Gobain) en op rotswol (fabrikant: Rockwool). Enkel voor de λ-waarde metingen maken we gebruik van monsters waarbij de wolvlokken ingeblazen werden. Voor de andere proeven worden de vezels handmatig in de proefstukken geplaatst. 5.2.2.4 EPS We beproefden twee soorten PS-parels (fabrikant: Ineos nova): - Witte parels: de standaard parels die het meest bekend zijn - Zilverkleurige parels: de λ-waarde van deze parels is 15 tot 20% lager dan deze van de witte parels [24]. Het materiaal werd door de firma gebonden en opgespoten in kartonnen doze, met beperkte afmetingen. Uit het materiaal snijden we proefstukken met een dikte van ongeveer 6 cm. De parels zijn niet sterk gebonden, waardoor het materiaal verbrokkelde bij het op maat snijden van de proefstukken. Dit maakte een goede monstername onmogelijk. In het verdere verloop van de tekst worden deze materialen aangeduid als EPS wit (1) en EPS silver. Er werden een aantal proeven uitgevoerd op witte PS-parels die sterker gebonden waren. De proefstukken werden geleverd met een dikte ongeveer 6 cm, zodat het materiaal niet overlangs diende doorgesneden te worden. Dit materiaal duiden we aan als EPS wit (2). De eigenschappen van de PS-proefstukken worden mee bepaald door de hoeveelheid lijm die gebruikt wordt. Deze is bij de tweede reeks proefstukken duidelijk groter dan bij de eerste reeks.
40
5.3 Densiteit 5.3.1 Theoretische achtergrond Voor elk proefstuk werd de volumemassa bepaald. Daarnaast meten we de densiteit van de opgespoten monsters voor de kunststofschuimen en de PS-parels. De dichtheid van het materiaal is het gewicht van 1 m³ droog materiaal. De volumemassa is het gewicht van 1m³ materiaal zonder dat het uitgedroogd wordt. Er is nog een hoeveelheid vocht aanwezig in het materiaal. Het is belangrijk dat het materiaal met een voldoende hoge densiteit in de spouw aangebracht wordt. In de eerste plaats omdat de λ-waarde, en dus het isolerend vermogen, afhankelijk is van de hoeveelheid materiaal die in de spouw aangebracht wordt. Bovendien kunnen bij minerale wol en PS-parels zettingen optreden indien het materiaal met onvoldoende densiteit aangebracht wordt. Er worden eisen opgelegd aan de toegestane zetting van de spouwvulling (zie hoofdstuk 4). Zetting en gaten in losgestorte materialen hebben verschillende oorzaken: - Er wordt onvoldoende aandacht besteed aan een goede uitvoering. - Het isolatiemateriaal is aangebracht met een te lage densiteit. - Er zijn trillingen ten gevolge van de wind en het slaan van deuren en vensters. De gaten in de thermische isolatielaag zorgen voor hogere warmteverliezen in bepaalde zones. Bovendien ontstaan er plaatselijk lage oppervlaktetemperaturen, waardoor de kans op oppervlaktecondensatie en schimmelvorming stijgt. [18] Voorlopig is het onderzoek naar de effecten van zetting van het isolatiemateriaal en gaten in het materiaal toegespitst op de toepassing van losgestorte materialen in houten skeletstructuren. Zo werd in [18] het effect van verschillende gaten op de oppervlaktetemperatuur van een wand beproefd door middel van thermografie. Indien zetting van de isolatielaag optreedt, kan deze hersteld worden door bovenaan opnieuw materiaal bij te voegen. Dit is een dure ingreep die best vermeden wordt. Formules werden ontwikkeld waarmee voor verschillende materialen berekend kan worden welke densiteit minimaal toegepast moet worden om zetting ten gevolge een cyclisch variërende relatieve vochtigheid tussen 50 en 80% (bij een temperatuur van 23°C) te voorkomen [23]. Voor rotswol (niet hygroscopisch materiaal) varieert de zetting weinig met vochtigheidsomstandigheden.
41
5.3.2 Proef Voor het bepalen van het hygroscopisch vochtgehalte (zie paragraaf 5.6.2) drogen we monsters uit bij een temperatuur van 105°C. Op basis van het gewicht in droge toestand en de afmetingen van de proefstukken worden het volume en de densiteit bepaald. De densiteit en de krimp na droging van UF-schuim wordt bepaald na uitdrogen van de monsters bij 60°C. Voor elke uitgevoerde proef wordt de volumemassa van het betreffende proefstuk bepaald. Op deze manier kan een inzicht verkregen worden over de spreiding van de densiteit bij het opspuiten van de monsters.
5.3.3 Resultaat 5.3.3.1 PUR 5.3.3.1.1 Densiteit De densiteit van de monsters ligt tussen de 20 en 40 kg/m³. De meeste monsters hebben een densiteit tussen de 20 en de 25 kg/m³. Tussen de verschillende monsters zijn er grote verschillen. Nochtans werden de monsters op hetzelfde moment aangemaakt. De kwaliteit binnen één monstername is niet uniform.
proefstuk PUR 1 PUR 2 PUR 3 PUR 4 PUR 5 PUR 6 PUR 7 PUR 8
volume [m³] 0,000567 0,000777 0,001290 0,001328 0,000498 0,000609 0,000639 0,000619
drooggewicht [g] 13,78 28,8 39,93 40,21 11,81 13,88 13,26 13,84 gemiddelde:
densiteit [kg/m³] 24,309 37,051 30,951 30,290 23,723 22,776 20,740 22,345 26,523
Tabel 11: densiteit PUR
5.3.3.1.2 Volumemassa In onderstaande tabel geven we een overzicht van de volumemassa van alle proefstukken. aantal monsters gemiddelde standaardafwijking max min
32 30,657 6,262 44,375 21,609
[kg/m³] [kg/m³] [kg/m³] [kg/m³]
Tabel 12: volumemassa PUR-schuim
Figuur 15: luchtbellen in PUR-schuim
42
Ook hier merken we een grote spreiding in de gemeten waarden. De meeste waarden liggen tussen 28 en 33 kg/m³. De resultaten van de proeven op de monsters met sterk afwijkend volumegewicht moeten met de nodige voorzichtigheid geanalyseerd worden. 5.3.3.2 UF 5.3.3.2.1 Densiteit Er werden 8 monsters uitgedroogd bij 60°C om de volumevermindering bij uitdroging op te meten: densiteit [kg/m³] 6,81 6,40 7,57 8,83 7,28 7,44 8,27 10,08
monster 1 monster 2 monster 3 monster 4 monster 5 monster 6 monster 7 monster 8
7,84
gemiddelde
hoogte [%] 10,53 12,28 10,71 8,93 8,93 8,93 10,71 8,93 9,99
krimp lengte [´%] 8,97 9,33 10,07 8,39 6,94 8,00 8,78 7,75 8,53 9,17
breedte [%] 9,03 9,52 8,33 9,52 7,69 10,42 9,09 8,22 8,98
Tabel 13: densiteit en krimp UF-schuim
De gemiddelde densiteit van de monsters bedraagt slechts 7,84 kg/m³. Het schuim voldoet aan de eisen van [39] en wordt opgedeeld in klasse DY6. De krimp bedraagt gemiddeld 9,17%. Er wordt niet voldaan aan de eisen opgelegd door het BKS. Er werd teveel aanmaakwater gebruikt. 5.3.3.2.2 Volumemassa De volumemassa van de proefstukken die we gebruikten in de overige proeven worden weergegeven in onderstaande tabel: aantal monsters gemiddelde
8 12,238
[kg/m³]
standaardafwijking
2,025
[kg/m³]
max
17,000
[kg/m³]
min
10,292
[kg/m³]
Tabel 14: volumemassa UF-schuim
Er zijn opnieuw enkele waarden die sterk afwijken van de gemiddelde waarde. 5.3.3.3 EPS Omwille van het broze karakter van de monsters, was het onmogelijk rechte proefstukken uit het materiaal te halen. Door de onregelmatige vorm van de proefstukken zijn de afmetingen
43
en het volume moeilijk te bepalen. Bovendien komen tijdens het wegen en de meting parels los. De bekomen resultaten moeten met de nodige voorzichtigheid geïnterpreteerd worden. 5.3.3.3.1 Volumemassa De volumemassa van de witte parels bedraagt ongeveer 11 kg/m³. Voor de sterk gebonden parels ligt de volumemassa iets hoger. Dit kan te wijten zijn aan de grotere hoeveelheid lijm die gebruikt is. Hierover kan gezien het beperkte aantal monsters geen uitsluitsel gegeven worden. De volumemassa van de zilverkleurige parels ligt duidelijk hoger dan deze van de witte. aantal proefstukken
gemiddelde volumemassa [kg/m³]
EPS wit (1)
1
11,060
EPS silver
4
13,466
EPS wit (2)
3
11,169
Tabel 15: volumemassa PS-parels
5.4 λ-waarde meting 5.4.1 Definitie De thermische geleidbaarheid of de warmtgeleidbaarheidscoëfficiënt (λ in W/mK) is een aanduiding voor het gemak waarmee de warmte doorheen het materiaal geleid wordt. De randvoorwaarden (zoals temperatuur, vochtgehalte materiaal, dikte monster, verdeling van de poriën,…) beïnvloeden de λ-waarde. De fabrikant levert de gedeclareerde λ-waarde van het product, namelijk de waarde die voor 90% van de monsters, behaald wordt. De resultaten die we hieronder weergeven zijn het resultaat van de meting op één monster. [56 en 57]
5.4.2 Proef De warmtegeleidingscoëfficiënt van de verschillende isolatiematerialen wordt bepaald aan de hand van een proef met de guarded-hot-plate. Er wordt een proefstuk (30 x 30 x 2 cm³) tussen twee temperatuurgestuurde platen geplaatst. Aan de ene kant van het monster bevindt zich een plaat die tot een bepaalde temperatuur opgewarmd wordt. Aan de andere kant bevindt zich een plaat die op constante temperatuur gehouden wordt (gekoeld). Rond de temperatuurgestuurde platen wordt sterk isolerend materiaal geplaatst zodat geen warmte verloren gaat naar de omgeving. Het materiaal tussen de twee platen geeft door geleiding warmte door van de ene plaat naar de andere. Voor een gegeven hoeveelheid warmte die geproduceerd wordt door de warme plaat, warmt het geheel op tot een evenwichtssituatie bereikt wordt tussen aangevoerde en afgevoerde warmte. De warmtestroom wordt dan berekend uit: k
W A dT / d 44
Met: W: toegevoegde energie A: de oppervlakte van de main heater plaat dT: het temperatuursverschil over het proefstuk d: de dikte van het proefstuk Deze proefmethode heeft als voordeel dat de bekomen waarden vrij nauwkeurig zijn. Een nadeel is de lange duur van de proeven: per monster duurt de proef ongeveer een week. De proeven gebeuren computergestuurd, de gegevens worden automatisch verwerkt. [55]
5.4.3 Resultaat materiaal PUR UF Glaswol Rotswol 40 kg/m³ + ingeblazen 40 kg/m³ + manueel 70 kg/m³ + ingeblazen 70 kg/m³ + manueel EPS wit (1) silver
λ [W/mK] 0,0368 0,0455 0,0433 0,0417 0,04 0,0414 0,0365
Tabel 16: resultaten λ-waardemeting
Van enkele materialen was de proef nog niet ten einde. Uit de opgemeten waarde besluiten we dat de verschillende materialen gelijkaardig presteren. UF-schuim heeft een iets lagere λwaarde, maar dit wordt gecompenseerd door de krimp van het materiaal. Hierdoor is de dikte van het isolatiepakket iets kleiner. Uit de resultaten voor rotswol blijkt duidelijk het belang van een voldoende hoge densiteit. Verder valt op dat de monsters waarbij ingeblazen wol gebruikt werd slechter presteren dan de monsters waarbij de wol met de hand aangebracht werden.
45
Bij de PS-parels presteren de zilverkleurige parels duidelijk beter dan de witte parels. Dit wordt eveneens naar voor gebracht door de producent (zie figuur 15). Het verschillend gedrag is te wijten aan de kleinere warmteoverdracht door straling. De warmteoverdracht bij polystyreen, zeker in geval van lage densiteiten, is grotendeels te wijten aan geleiding en aan straling (figuur 15). Het warmteverlies door straling wordt bij de zilveren PS-parels beperkt door het gebruik van toevoegstoffen die de absorptie en/of reflectie van de straling vergroten. [24]
Figuur 15: bijdrage geleiding en straling in λ-waarde PS-parels
Figuur 16: verschil in λ-waarde tussen witte en zilverkleurige parels
5.5 Dampdiffusie 5.5.1 Theoretische achtergrond De betekenis van dampdiffusie Dampdiffusie is het vochttransport in gasfase. De moleculen in gas bewegen voortdurend in alle richtingen. Als in een mengsel van gassen de concentratie van de componenten niet overal dezelfde is, zal door moleculaire beweging een netto diffusiestroom ontstaan van plaatsen met een hoge concentratie naar plaatsen met een lage concentratie. In het geval van twee begrensde milieus met gelijke luchtdruk, maar met verschillende partiële dampdruk, wordt vocht, onder de vorm van waterdamp getransporteerd door de open poriën. Omdat de dampdruk in de binnenomgeving bijna altijd hoger is dan de dampdruk buiten, vindt damptransport normaal plaats van binnen naar buiten. Door het aanbrengen van een dampdichte laag (pleister) aan het binnenoppervlak kan de damp de muur moeilijk binnendringen en is de dampdruk in de muur ongeveer gelijk aan die van de koude, drogere buitenlucht. Deze dampdruk geeft in de “warme” buitenmuur geen aanleiding tot condensatie. In uitzonderlijke zomersituaties (hoge temperatuur en hoger relatieve vochtigheid) is er diffusie van buiten naar binnen.
46
Dampdiffusieweerstand van een materiaal Elk materiaal werkt dampremmend. Het dampdiffusieweerstandsgetal geeft aan hoeveel keer een materiaal meer weerstand biedt tegen diffusie dan een stilstaande luchtlaag van gelijke dikte. Het diffusieproces wordt beschreven door: g D grad c
Met: g: de waterdampstroomdichtheid [kg/m²s] D: de diffusiecoëfficiënt van waterdamp in lucht [m²/s] c: de waterdampconcentratie [kg/m³] Bij normale temperatuur is D = 23.10-6 m²/s. Indien het diffusieproces geremd wordt, dan wordt de vergelijking herschreven als: g
D grad c grad c µ
Met: µ: het dampdiffusieweerstandsgetal [-] δ: de waterdampgeleidingscoëfficiënt [m²/s] Omdat de diffusie van waterdamp voornamelijk doorheen de poriën plaatsvindt, hangt de damppermeabiliteit sterk af van de porositeit van het materiaal. Hoe poreuzer het materiaal, hoe meer dampdoorlatend. De dampdoorlatendheid van stilstaande lucht is de bovengrens voor de dampdoorlatendheid van materialen. Het dampdiffusieweerstandsgetal (µ) geeft aan hoeveel keer de dampdoorlatendheid kleiner is dan de dampdoorlatendheid van lucht:
a Met: δa: de dampdoorlatendheid van lucht (δa = 1,85.10-10 ≈ 2.10-10 s) µ
De waterdampgeleidingscoëfficiënt (δ) is afhankelijk van de temperatuur en het vochtgehalte. De afhankelijkheid van de temperatuur mag worden verwaarloosd voor de tempraturen die gangbaar zijn in de bouwpraktijk. De waarde is bovendien nauwelijks afhankelijk van het vochtgehalte in het materiaal (zolang het vochtgehalte lager is dan het maximale hygroscopisch vochtgehalte). Indien het vochtgehalte stijgt, treedt enerzijds verstopping van de poriën op, terwijl anderzijds vloeistoftransport mogelijk wordt. Voor hogere vochtgehaltes stijgt de δ-waarde, zodat de µ-waarde daalt. De diffusieweerstand (Z) van een materiaallaag wordt gegeven door: Z
d µd [s/m] D
47
Indien er ter hoogte van het oppervlak van het materiaal een laagje stilstaande lucht bestaat, is er diffusie van de waterdamp in deze luchtlaag. Deze invloed wordt ingerekend door middel van een overgangscoëfficiënt β. De invloed is meestal te verwaarlozen ten opzicht van de diffusieweerstand van het materiaal (uitgezonderd bij zeer dampopen materialen). [1, 10, 12, 56 en 58]
5.5.2 Proef De dampdiffusieweerstand van de verschillende materialen wordt bepaald volgens EN ISO 12572. We maken gebruik van de “wet cup” methode (zie figuur 17). Hierbij plaatsen we het isolatiemateriaal in een stalen bakje. Het materiaal snijden we door zodat het niet te ver boven de randen van het bakje uitsteekt. De randen worden dampdicht gemaakt door silicone aan te brengen. Op deze manier kan er slechts in één richting damptransport optreden. Onderaan het bakje is zuiver water aanwezig zodat de relatieve vochtigheid onder het monster 100% bedraagt. Tussen het materiaal en het water wordt een luchtlaag van ongeveer 2 cm gelaten. De afmetingen van de monsters worden tot op 0,01 mm bepaald door middel van een elektronische schuifmaat. De lengte van de zijden worden op drie verschillende plaatsen gemeten. De dikte van de monsters wordt op zes punten gemeten verspreid over het monster. We plaatsen het monster in een klimaatkamer bij een temperatuur van 23°C en een relatieve vochtigheid van 50%. Door de verschillende waterdampconcentratie onder en boven het isolatiemateriaal diffundeert waterdamp. Het dampdiffusieweerstandgetal wordt bepaald door de gewichtsafname (gemeten tot 0,01 g nauwkeurig) van het monster uit te zetten in functie van de tijd (zie bijlage B).
Figuur 17: wet cup (dampdiffusieproef)
Berekening Het gewichtsverlies wordt uitgezet in functie van de tijd. Op basis van de helling van deze rechten (G in kg/s) en het gemiddelde van het boven- en onderoppervlak van het proefstuk wordt de waterdampstroomdichtheid g bepaald: g
G A
[kg/m²s]
48
De waterdampdoorlatendheid (W in kg/(m²sPa)) geven we door:
W
G A p v
Met: Δpv: het dampdrukverschil onder en boven het monster De diffusieweerstand (Z in s/m) volgt uit: 1 W Het dampdiffusieweerstandsgetal (µ) wordt gegeven door: Z
W d µ
a
[m²/s] [-]
Indien de geteste materialen zeer dampopen zijn, moet rekening gehouden worden met de invloed van het laagje stilstaande lucht onder het isolatiemateriaal. Deze correctie wordt toegepast op de waterdampdoorlatendheid: Wc
1 A p v d a G a
Met: da: de dikte van het luchtlaagje (da = 0,02 m)
5.5.3 Resultaten 5.5.3.1 PUR Er worden tien PUR-monsters beproefd. De eerste vier monsters worden opgespoten in een bak, zodat de folie die gevormd wordt bij het uitharden verwijderd wordt bij het openmaken van de bak. De monsters 5 tot 10 worden opgespoten in plastiek zakken. De monsters worden in de dikte doorgesneden, zodat slechts op één zijde folie aanwezig is. Bij sommige monsters is deze folie beschadigd.
Figuur 18: PUR-monsters zonder (a) en met folie (b)
49
Het resultaat van de proeven en opmerkingen inzake de monsters zijn weergegeven in volgende tabel:
naam monster PUR 1 PUR 2 PUR 3 PUR 4 PUR 5 PUR 6 PUR 7 PUR 8 PUR 9 PUR 10 Gemiddelde
µ [-] 3,676 5,843 3,420 6,245 3,958 3,023 6,549 5,522 3,940 3,710 4,589
volumemassa [kg/m³] 31,444 33,079 29,619 32,214 22,974 23,717 44,268 44,375
monstername opgespoten in bak opgespoten in bak opgespoten in bak opgespoten in bak opgespoten tussen plastiek opgespoten tussen plastiek opgespoten tussen plastiek opgespoten tussen plastiek opgespoten tussen plastiek opgespoten tussen plastiek
opmerking geen folie geen folie geen folie geen folie (beschadigde) folie op één zijde folie op één zijde folie hangt op plaatsen los/luchtbellen in monster folie perfect/luchtbellen in monster folie licht beschadigd folie licht beschadigd
Tabel 17: resultaat dampdiffusieproef PUR-schuim
Wanneer de resultaten bekeken worden, valt op dat de waarden onderling sterk verschillen. Het materiaal van de eerste vier monsters werd in één bak opgespoten. De waarden van de monsters 1 en 3 (µ ≈ 3,5) en van de monsters 2 en 4 (µ ≈ 6,3) sluiten nauw bij elkaar aan. Dit is logisch aangezien deze proefstukken telkens afkomstig zijn van één monster dat in de dikte doorgesneden wordt. Dat de waarde op de verschillende plaatsen in de bak zo sterk verschilt, kan het gevolg zijn van eventuele luchtbellen die ingesloten werden in de monsters 1 en 3. Ook de monsters die afkomstig zijn van de materialen die opgespoten werden in plastiek zakken, verschillen onderling sterk. Het is opnieuw zo dat de monsters die afkomstig zijn van één stuk PUR dat in de dikte doorgesneden werd, gelijkaardige resultaten vertonen (5 en 6/ 7 en 8/ 9 en 10). Het is opvallend dat het materiaal met de laagste volumemassa het meest dampdicht is. De lagere volumemassa is te wijten aan het grote aantal luchtbellen dat ingesloten werd (zie foto).
Figuur 19: luchtbellen in proefstuk PUR7
De proefstukken met een duidelijk hogere volumemassa vertonen geen hogere dampdiffusieweerstand. Verder besluiten we dat de resultaten van de eerste vier proefstukken niet sterk verschillen van de andere. Het al dan niet aanwezig zijn van de folie speelt geen belangrijke rol.
50
5.5.3.2 UF Er werden vier monsters getest. De resultaten van de metingen liggen dicht bij elkaar in de buurt. De gemiddelde µ-waarde bedraagt 2,33. µ [-]
volumemassa [kg/m³]
UF 1 UF 2 UF 3 UF 4
2,266 2,166 2,650 2,241
11,614 13,982
Gemiddelde
2,331
naam monster
Tabel 18: resultaat dampdiffusieproef UF-schuim
5.5.3.3 Minerale wol De minerale wol moet worden geplaatst op een rooster. De openingen van het rooster moeten zo groot mogelijk zijn (zodat damptransport zo weinig mogelijk gehinderd wordt), zonder dat het materiaal erdoor valt. De wol wordt in een houten kader (ongeveer 3 cm hoog) geplaatst dat boven en onderaan afgesloten is door middel van een stalen rooster. Op basis van de afmetingen van het rooster worden de gewichten wol berekend die nodig zijn om een bepaalde densiteit te bekomen. We testen zowel voor glas- als voor rotswol twee verschillende densiteiten: - de aanbevolen minimale densiteit (respectievelijk 40 en 60 kg/m³) - de plaatselijk toegestane minimale densiteit (respectievelijk 30 en 40 kg/m³) De roosters worden in de cups geplaatst, waarna de randen worden dichtgespoten met silicone. Glaswol Zoals te verwachten was, blijkt glaswol een zeer open materiaal. De gemeten waarden liggen tamelijk ver uit elkaar. Voor één monster (GW2) werd een µ-waarde gemeten die kleiner is dan 1. Dit is onmogelijk. De foutieve meting kan verklaard worden door het voorkomen van grote luchtkanalen doorheen het isolatiemateriaal waardoor het damptransport niet geremd word (zie figuur 20). We schrappen dit resultaat. Het voorkomen van luchtkanalen is waarschijnlijk ook de reden waarom de resultaten voor de verschillende Figuur 20: luchtkanalen in MW proefstukken grondig verschillen. De µ-waarde wordt waardoor damptransport ongehinderd optreedt beïnvloed door de aanwezigheid van luchtkanalen in het monster.
51
µ [-]
volumemassa [kg/m³]
GW 1 GW 2 GW 3 GW 4 GW 5
1,253 0,193 1,831 1,735 1,002
40,000 30,000 40,000 30,000 40,000
Gemiddelde
1,455
naam monster
Tabel 19: resultaat dampdiffusieproef glaswol
Rotswol De resultaten voor rotswol zijn te vergelijken met deze voor glaswol. Er wordt opnieuw één resultaat geschrapt wegens een µ-waarde kleiner dan 1. naam monster
µ
volumemassa
[-]
[kg/m³]
RW 1 RW 2 RW 3 RW 4 RW 5
0,751 1,300 1,299 1,566 1,025
40,000 60,000 40,000 60,000 60,000
Gemiddelde
1,297
Tabel 20: resultaat dampdiffusieproef rotswol
We besluiten dat zowel glas- als rotswol zeer dampopen materialen zijn. 5.5.3.4 EPS De monstername van het EPS-schuim brengt heel wat problemen met zich mee. Wegens de beperkte binding van het materiaal verbrokkelt het snel en is het zeer moeilijk rechte proefstukken te bekomen. Om de monsters zo goed mogelijk een vierkante vorm aan te meten, gebruiken we dezelfde houten kaders als bij de dampdiffusieproeven op minerale wol. Er wordt nu geen stalen rooster voorzien aan de onder- en de bovenkant. Zoals te zien is op onderstaande figuur, zijn aan de zijkanten van het monster heel wat open ruimtes. Deze worden afgedicht door middel van silicone. De hoogte van het monster wordt gelijk gesneden met de hoogte van de kaders. Door het loskomen van parels bekomen we niet op alle plaatsen dezelfde dikte. Met behulp van de schuifmaat wordt de dikte op verschillende punten bepaald, waarna we een gemiddelde nemen van de metingen.
52
Figuur 21: PS-proefstukken voor dampdiffusieproef
Er konden geen representatieve µ-waarden berekend worden voor PS-parels. Dit is eveneens zichtbaar in bijlage B, waaruit blijkt dat de uitgezette punten sterk afwijken van de aangegeven rechten. Dit komt door de zeer losse binding van de parels waardoor de monstername moeilijk verloopt. Bovendien zorgt de losse binding van de parels ervoor dat luchtcirculatie mogelijk wordt door het monster, zeker bij de beperkte diktes die getest werden. We besluiten dat het materiaal zeer dampopen is.
µ zonder correctie luchtlaag
µ met correctie luchtlaag
EPS 1 (silver)
1,071
0,289
EPS 2 (silver)
1,086
0,402
EPS 3 (wit (1))
1,419
0,764
EPS 4 (silver)
1,942
0,337
EPS 5 (wit (2))
1,334
0,684
EPS 6 (wit (1))
1,536
0,701
EPS 7 (silver)
1,712
0,997
EPS 8 (wit (2))
1,551
0,891
proefstuk
Tabel 21: resultaat dampdiffusieproef PS-parels
5.6 Vochttransport bij verschillende waarden van de relatieve vochtigheid 5.6.1 Algemeen In elk materiaal zijn poriën aanwezig. Afhankelijk van de hoeveelheid vocht in het materiaal, zijn de kanaaltjes veel of weinig gevuld met water. De hoeveelheid water die aanwezig is in de poriën bepaalt de wijze waarop vochttransport plaatsvindt.
53
In onderstaande figuur geven we een overzicht van de grenswaarden van het vochtgehalte (ψ , in volumepercent [m³/m³]):
hygroscopische zone
Figuur 22: grenzen voor het vochtgehalte in een materiaal
-
-
0 < ψ < ψH: de hygroscopische zone Hierbij is ψH het vochtgehalte bij een relatieve vochtigheid van 98%. ψcr: het kritisch vochtgehalte Wanneer alle poriën gevuld zijn met water, vormt het vocht een aaneengesloten netwerk dat vloeibaar transport mogelijk maakt. Het kritisch vochtgehalte is de ondergrens waarbij het vloeibare water met elkaar in verbinding staat. Dit is het vochtgehalte waaronder geen en waarboven wel capillair watertransport mogelijk is. ψc: het capillaire vochtgehalte. Het maximale vochtgehalte dat in een materiaal in contact met een waterspiegel kan aangetroffen worden ψm: het absolute verzadigingsvochtgehalte. Dit vochtgehalte wordt alleen bereikt door op kunstmatige wijze lucht uit de poriën te onttrekken en deze onder druk met water te vullen. Dit vochtgehalte zal in praktijk nooit voorkomen. [1 en 58]
De hoeveelheid water in de poriën in de verschillende toestanden wordt weergegeven in onderstaande figuur:
Figuur 23: water in poriën bij verschillende vochtgehaltes
54
De situatie wordt verduidelijkt in onderstaande figuur:
Figuur 24: manieren van vochttransport doorheen poriën
A: Volledig droog materiaal B: Moleculaire absorptie van één laagje vocht. (zie volgende paragraaf) C: De geabsorbeerde lucht is zo dik dat de nauwe capillaire volledig met water gevuld zijn. Er treedt capillaire condensatie op bij een relatieve vochtigheid kleiner dan 100%. D: Kritisch vochtgehalte: de waterfilm is voldoende dik opdat watertransport optreedt. E: In de wijde poriën zitten nog luchtbellen die zweven in water. F: Volledig verzadigde toestand [57]. De relatie tussen de relatieve vochtigheid en het vochtgehalte in een materiaal wordt de absorptiecurve genoemd. Deze curve verloopt voor alle materialen op dezelfde manier. [1]
Figuur 25: typisch verloop absorptiecurve [50]
55
5.6.2 Hygroscopisch vocht 5.6.2.1 Theoretische achtergrond Indien een droog materiaal in een omgeving geplaatst wordt met een bepaalde relatieve vochtigheid, dringt door diffusie waterdamp in de poriën van het materiaal. Wanneer het materiaal een zekere hoeveelheid vocht geabsorbeerd heeft, zal zich een evenwichtssituatie ingesteld hebben. De hoeveelheid vocht die op dat moment aanwezig is, wordt het hygroscopisch vochtgehalte genoemd. De curve die het hygroscopisch vochtgehalte in functie van de relatieve vochtigheid weergeeft, wordt voorgesteld in figuur 25. De curve is ongeveer dezelfde voor alle materialen die in de bouw gebruikt worden, maar het niveau verschilt sterk. - Het eerste deel van de curve (A) wordt verklaard door moleculaire absorptie. Door adhesie tussen de celwanden en het water, worden watermoleculen aan de celwanden gebonden en ontstaat er een waterlaagje van één molecuul. De hoeveelheid vocht is sterk afhankelijk van de poriënverdeling in het materiaal. In geval van vele kleine poriën is de poriënoppervlakte groot en wordt veel water opgenomen. - In het tweede deel van de curven (B) wordt het waterlaagje dikker (verschillende moleculen). - In het derde gedeelte (C) treedt capillaire condensatie op. In nauwe capillairen is de maximum dampconcentratie lager dan normaal. Daardoor treedt er in deze capillairen condensatie op bij een relatieve vochtigheid van de omgevingslucht die lager is dan 100%. Met hygroscopisch vocht bedoelen we al het vocht dat aanwezig is in poriën met een straal kleiner dan 50.10-3 µm. Het maximale hygroscopische vochtgehalte wordt bereikt als alle poriën met een straal kleiner dan 50.10-3 µm gevuld zijn. Dit komt overeen met de evenwichtssituatie bij een relatieve vochtigheid van 98%. Voor niet/weinig hygroscopische materialen is ψH ≈ 0. Voor relatieve vochtigheden groter dan 98%, stijgt het vochtgehalte snel. Dit komt omdat de poriën groter dan 50.10-3 µm het meeste plaats innemen. Het zijn deze poriën die gevuld worden met water. [10, 12 en 56] 5.6.2.2 Vochtgehalte bij 50% relatieve vochtigheid 5.6.2.2.1 Proef Aangezien de absorptiecurve voor alle materialen dezelfde vorm heeft en enkel het niveau kan verschillen, wordt het evenwichtsvochtgehalte slechts voor één waarde van de relatieve vochtigheid bepaald. De proefstukken worden gedurende voldoende lange tijd bewaard in een klimaatkamer bij een relatieve vochtigheid van 50% en een temperatuur van 23°C. Als het gewicht van de monsters stabiel blijft, is het evenwichtsvochtgehalte bereikt. 56
De variatie van het gewicht van de proefstukken (bijlage C) is miniem. We stellen dat het gewicht stabiel blijft. Dit is logisch aangezien de absorptiecurve in zone B (tussen 30 en 70% relatieve vochtigheid) bijna vlak is. Dit is geldig voor alle monsters. Het hygroscopisch vochtgehalte van de materialen wordt bepaald op basis van de gegevens die verkregen werden bij het bepalen van de densiteit van de monsters. Het evenwichtsvochtgehalte bij 50% relatieve vochtigheid volgt uit het gewichtsverschil van de monsters voor en na droging. 5.6.2.3 Vochtgehalte bij 100% relatieve vochtigheid 5.6.2.3.1 Proef Het vochtgehalte bij een relatieve vochtigheid van 100% wordt bepaald op dezelfde wijze als het evenwichtsvochtgehalte bij een relatieve vochtigheid van 50%. De proefstukken worden voldoende lang bewaard bij een relatieve vochtigheid van 100% en een temperatuur van 23°C tot zich een evenwichtssituatie ingesteld heeft en het gewicht constant blijft. De relatieve vochtigheid van 100% wordt bekomen door de proefstukken te plaatsen in afgesloten bakken waarin onderaan een waterlaag aanwezig is. De proefstukken worden op een rooster geplaatst zodat ze niet in contact komen met het wateroppervlak. Als de bakken gesloten worden, verdampt water tot een relatieve vochtigheid van 100% bereikt is. Na de proef worden de monsters uitgedroogd (bij 105°C) en wordt uit het gewichtsverschil het vochtgehalte bepaald.
Figuur 26: proefopstelling bepalen evenwichtsvochtgehalte bij 100% RV
5.6.2.4 Resultaat Er is enige tijd nodig om het vochtgehalte in de bakken te laten oplopen tot een relatieve vochtigheid van 100%. Bij de tussentijdse wegingen worden de bakken geopend en daalt de relatieve vochtigheid sterk. De vochtigheid moet telkens heropgebouwd worden. Hierdoor zal het gewicht bij twee opeenvolgende metingen dalen indien de bak onvoldoende lang gesloten werd. In de eerste uren/dagen na de meting ligt het relatieve vochtgehalte in de bak lager dan voor de meting en verdwijnt een deel van het hygroscopisch gebonden water. 57
Het bereiken van het evenwichtsvochtgehalte is een proces dat langzaam plaatsvindt.De proeven werden onderbroken vooraleer het evenwichtsvochtgehalte bereikt werd. De maximale waarde van alle metingen werd aangehouden om het evenwichtsvochtgehalte bij 100% relatieve vochtigheid te bepalen. Aangezien niet alle monsters een evenwichtssituatie bereikten, wordt het hygroscopisch vochtgehalte licht onderschat. De bekomen resultaten zijn een richtwaarde voor het hygroscopisch gedrag. - PUR De resultaten voor PUR-schuim vallen binnen de grenzen die in hoofdstuk 4 aangehaald werden. De opgenomen hoeveelheden vocht zijn wel duidelijk groter dan de waarden die bekomen werden uit [8] en afgebeeld zijn in bijlage E. Het watergehalte bij 50% relatieve vochtigheid bedraagt 2,5 kg/m³ ten opzichte van 0,2 kg/m³ in [8]. De hoeveelheid hygroscopisch vocht blijft beperkt. Bij een vochtgehalte van 3 kg/m³ is de toename van de λ-waarde verwaarloosbaar (zie bijlage E). - UF Het schuim wordt bij verschillende proeven gebruikt en heruitgedroogd. Door de verschillende cycli van bevochtigen en uitdrogen vallen sommige monsters uiteen na uitdroging bij 105°C. Uit de resultaten blijkt dat de hygroscopische vochtopname van dezelfde grootte-orde is als deze van PUR-schuim. Ze is verwaarloosbaar klein. - Minerale wol De minerale wol wordt in plastic potjes geplaatst. Op deze manier worden de gemeten waarden niet beïnvloed door de vochtopname van het omhulsel. De hygroscopische vochtopname is lager dan bij de schuimen. Rotswol neemt minder water op dan glaswol. De hoeveelheden mogen gelijk gesteld worden aan nul. - PS-parels De PS-monsters waren te laat ter beschikking. De proeven voor de bepaling van het evenwichtsvochtgehalte bij 100% konden onvoldoende lang voortgezet worden en er restte onvoldoende tijd om de monsters uit te drogen. De monster zijn onvoldoende gebonden, zodat bij blootstelling aan vochtige omstandigheden materiaal verloren ging. De bekomen resultaten zijn erg onnauwkeurig en geven enkel een idee van het gedrag van PSparels. De gewichtstoename bij een stijging van de een relatieve vochtigheid van 50% naar 100% is zeer klein. Het materiaal vertoont geen hygroscopische werking.
58
proefstuk PUR 1 PUR 2 PUR 3 PUR 4 PUR 5 PUR 6 PUR 7 PUR 8
densiteit [kg/m³] 24,30895 37,05092 30,95101 30,28971 23,72343 22,77636 20,74048 22,34487
volume [m³] 0,000567 0,000777 0,001290 0,001328 0,000498 0,000609 0,000639 0,000619
drooggewicht [g] 13,78 28,80 39,93 40,21 11,81 13,88 13,26 13,84
max. gewicht bij RV 100% [g] 17,88 36,44 50,02 50,74 16,09 18,62 17,64 17,77
Δm
[g] 4,10 7,64 10,09 10,53 4,28 4,74 4,38 3,93 gemiddelde:
gewicht bij RV 50%
w100
φ100
[kg/m³] 7,233 9,829 7,821 7,932 8,597 7,778 6,851 6,345 7,798
[m³/m³] 0,007 0,010 0,008 0,008 0,009 0,008 0,007 0,006 0,008
[g] 14,82 31,09 43,31 45,11 13,60 15,12 14,45 15,00
Δm
[g] 1,04 2,29 3,38 4,90 1,79 1,24 1,19 1,16 gemiddelde:
w50
φ50
[kg/m³] 1,835 2,946 2,620 3,691 3,596 2,035 1,861 1,873 2,557
[m³/m³] 0,002 0,003 0,003 0,004 0,004 0,002 0,002 0,002 0,003
Tabel 22: hygroscopisch vochtgehalte PUR-schuim
proefstuk UF 2 UF 3 UF 4
densiteit
volume
drooggewicht
[kg/m³] 8,625036 7,812588 13,34935
[m³] 0,000449 0,000311 0,000351
[g] 3,87 2,43 4,68
max. gewicht Δm bij RV 100% [g] [g] 5,53 1,66 3,85 1,42 6,54 1,86 gemiddelde:
w100
φ100
[kg/m³] 3,700 4,565 5,306 5,543
[m³/m³] 0,004 0,005 0,005 0,006
gewicht Δm bij RV 50% [g] [g] 5,36 1,49 3,31 0,88 5,96 1,28 gemiddelde:
Tabel 23: hygroscopisch vochtgehalte UF-schuim
59
w50
φ50
[kg/m³] 3,321 2,829 3,651 2,846
[m³/m³] 0,003 0,003 0,004 0,003
GW30 GW30 GW40 GW40
densiteit [kg/m³] 29,84127 29,81934 39,77072 39,75912
volume [m³] 0,000567 0,001083 0,000567 0,001083
RW40 RW40 RW60 RW60
39,98236 39,68522 59,6649 59,68486
0,000567 0,001083 0,000567 0,001083
proefstuk
max. gewicht w100 Δm drooggewicht bij RV 100% [g] [g] [g] [kg/m³] 16,92 18,90 1,98 3,492 32,28 35,29 3,01 2,781 22,55 24,78 2,23 3,933 43,04 47,89 4,85 4,480 gemiddelde: 4,046 22,67 42,96 33,83 64,61
23,04 43,66 34,35 65,42
0,37 0,70 0,52 0,81 gemiddelde:
0,653 0,647 0,917 0,748 2,203
gewicht bij RV 50%
φ100
w50
Δm
[m³/m³] 0,003 0,003 0,004 0,004 0,004
[g] 16,99 32,35 22,67 43,18
[g] [kg/m³] 0,07 0,123 0,07 0,065 0,12 0,212 0,14 0,129 gemiddelde: 0,675
0,001 0,001 0,001 0,001 0,002
22,69 43,14 34,02 64,84
0,02 0,18 0,19 0,23 gemiddelde:
0,035 0,166 0,335 0,212 0,252
Tabel 24: hygroscopisch vochtgehalte MW
gewicht bij RV 50% [m³] [g] EPS zilver 0,000566 8,25 EPS wit(2) a 0,000863 9,77 EPS wit(2)b 0,000847 10,61 proefstuk
volume
max. gewicht bij RV 100% [g] 10,89 10,07 10,98
Δm
Δw
Δφ
[g] 2,64 0,30 0,37
[kg/m³] 4,663 0,348 0,437
[m³/m³] 0,005 0,000 0,000
Tabel 25: hygroscopisch vochtgehalte PS-parels
60
φ50 [m³/m³] 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
5.6.3 Capillair vochttransport 5.6.3.1 Theoretische achtergrond Capillair vochttransport treedt op wanneer een poreus materiaal in contact komt met water. Twee krachten bepalen het vochttransport in capillairen: - de cohesie tussen de watermoleculen onderling - de adhesie tussen de vloeistof en de wand van de capillairen. Wanneer de adhesiekrachten groter zijn dan de cohesiekrachten wordt de vloeistofspiegel naar boven getrokken. In een dun buisje (capillair) raken de voetpunten van de welvingen elkaar zodat een hol oppervlak ontstaat. Het samenspel van cohesie- en adhesiekrachten zorgt ervoor dat de vloeistof in de capillairen opgezogen wordt.
Figuur 27: opzuiging van water in een capillair
Wanneer een homogeen materiaal water opzuigt, verplaatst het vochtfront zich evenwijdig met de waterspiegel. De opgezogen hoeveelheid water is evenredig met de vierkantswortel van de tijd: m A t Met: m: de opgezogen hoeveelheid water per eenheid contactoppervlakte [kg/m²] t: de tijd in seconden
A: de waterabsorptiecoëfficiënt van het materiaal kg / m ² s
Invloed van de grootte van de poriën De zuigkracht in een capillair wordt gegeven door: pc
4 cos d
Met: pc: de capillaire opzuigkracht [Pa] σ: de oppervlaktespanning van de vloeistof. De oppervlaktespanning wordt bepaald door de moleculaire krachten, maar wordt in praktijk als een constante materiaaleigenschap van water beschouwd (σ = 75.10-3 N/m). θ: de contacthoek tussen vloeistof en wand van het capillair d: de diameter van het capillair
Uit de formule volgt dat de capillaire zuiging stijgt indien de diameter van de poriën kleiner wordt. De stromingsweerstand stijgt ook, zodat fijne poriën toch trager water opzuigen. Vochttransport onder invloed van temperatuursgradiënt Indien de temperatuur aan één zijde van het capillair lager is dan aan de andere zijde, verplaatst het vocht in het capillair (zowel vloeibare als gasfase) zich in de richting van de koude zijde. Dit is te wijten aan de hogere oppervlaktespanning bij lage temperaturen (vloeibare fase), waardoor de trekspanning aan de koude kant groter is dan aan de warme kant. Voor het vocht in gasfase geldt dat de dampspanning in koude omstandigheden lager is dan in warme. Er treedt diffusie op van hogere dampspanning (warme zijde) naar lagere dampspanning (koude zijde). Verticale opzuiging Bij verticale opzuiging stelt zich na verloop van tijd een evenwichtssituatie in waarbij er evenwicht is tussen de capillaire onderdruk en het gewicht van de waterkolom: pc
4 g H0 d
Met: g: de valversnelling (9,81 m/s²) ρ: de soortelijke massa van water (ρ = 1000 kg/m³) Hieruit volgt de maximale stijghoogte in het capillair:
H0
4 d g
Horizontale opzuiging Indien een horizontale porie in contact staat met water treedt er geen evenwichtssituatie op en zal het water blijven stromen. De opzuiging gaat door tot het water de andere zijde van het materiaal bereikt heeft of tot het contact met het water verbroken wordt. Indien dit laatste het geval is, zorgen de capillaire krachten ervoor dat het capillair niet leegloopt. Watertransport in een poreus materiaal Het poriënstelsel bestaat uit een netwerk van capillairen dat volgens een willekeurig patroon verloopt. De diameters van de capillairen veranderen in de verschillende doorsneden en de poriën staan meestal met elkaar in verbinding. Indien twee capillairen met verschillende diameter met elkaar in contact staan, zal het wijdste capillair worden leeggezogen door het nauwste. [12, 56, 57 en 58]
Bijlagen
62
5.6.3.2 Bepalen van de waterabsorptie na kortstondige onderdompeling 5.6.3.2.1 Proef De Europese prenormen stellen eisen aan de waterabsorptie Wp van minerale wol. Deze materiaaleigenschap beproeven we conform NBN EN 1609 (methode A). Gedurende 24 uur dompelen we vierkante proefstukken met een zijde van 200 mm gedeeltelijk onder in water (diepte: (10 ± 2) mm). We plaatsen de proefstukken op houten blokjes, zodat het ondervlak van het monster in contact staat met het wateroppervlak. Er wordt gewicht geplaatst op de proefstukken om opdrijven te voorkomen. Voor aanvang van de proef wordt de beginmassa van de proefstukken gemeten. Na 24 uur worden de proefstukken gedurende (10 ± 0,5) minuten op een rooster geplaatst dat onder 45° geheld is om ze te laten uitlekken. Vervolgens bepalen we het gewicht opnieuw (m24).
Figuur 28: afdruipen van de proefstukken
Berekening De wateropname op korte termijn door gedeeltelijke onderdompeling wordt gegeven door: Wp
m24 m0 Ap
Met: m0: de beginmassa van het proefstuk [kg] m24: de massa van het proefstuk na 24 uur [kg] Ap: de oppervlakte van het ondervlak van het proefstuk [m²]
5.6.3.2.2 Resultaat - PUR We beproeven monsters met een oppervlakte van ± (20 x 20) cm². De dikte van het materiaal bedraagt ongeveer 6 cm, wat overeenkomt met de dikte van de gemiddelde spouw. We beproevden opnieuw monsters met en zonder folielaag.
Bijlagen
63
monster PUR 1 PUR 2 PUR 3 PUR 4 PUR 5 PUR 6 PUR 7 PUR 8
volumemassa [kg/m³] 31,630 36,689 32,505 27,836 32,217 35,010 22,950 35,510
Awater [m²] 0,0230 0,0126 0,0206 0,0181 0,0401 0,0388 0,0397 0,0399
m0 [g] 39,54 27,56 37,72 30,11 74,69 79 56,1 84,3
m24 [g] 103,83 53,29 52,51 43,59 375,7 263,4 64,8 146
toename [g] 64,29 25,73 14,79 13,48 301,01 184,4 8,7 61,7 gemiddelde: gemiddelde(zonder 5 en 6):
wp [kg/m²] 2,796 2,045 0,718 0,746 7,505 4,758 0,219 1,548 3,095 1,345
opmerking i.v.m. monstername bakken bakken plastiek folie plastiek folie plastiek folie plastiek folie plastiek folie plastiek folie
Tabel 26: Wp PUR-schuim
We meten grote verschillen tussen de verschillende PUR-monsters. De waterabsorptie van proefstukken 7 en 8 is opmerkelijk groter dan deze van de andere proefstukken. Dit is zoals bij de proeven voor de dampdiffusie het geval voor monsters die opgespoten werden tussen plastiekfolie. Waarschijnlijk is de kwaliteit van het schuim in bepaalde zakken verschillend waardoor de waterabsorptie veel hoger is. Uit de resultaten van de overige proeven blijkt dat de waterabsorptie van het schuim beperkt is. Het vochtfront bevindt zich na 24 uur slechts enkele millimeters boven het wateroppervlak. De absorptie ligt hoger voor proefstukken 3 en 4, wat erop wijst dat de folie die bij uitharden ontstaat aan de zijden van het materiaal, wel invloed heeft op de waterabsorptie. Er is een verband tussen de volumemassa en de waterabsorptie. - UF Wegens een gebrek aan materiaal kon slechts één UF-monster beproefd worden. Bovendien was het monster kleiner dan vooropgesteld in de norm. Het resultaat moet met de nodige voorzichtigheid behandeld worden en dient enkel als een aanduiding van het gedrag te worden bekeken. Er dienen meer proeven uitgevoerd te worden om de Wp-waarde van UF te bepalen. monster volumemassa [kg/m³] UF1 11,883
Awater [m²] 0,012
m0 [g] 6,99
m24 [g] 21,83
toename [g] 14,84
wp [kg/m²] 1,253
Tabel 27: Wp UF-schuim
De opzuiging is beperkt. Het resultaat is vergelijkbaar met dat van PUR. - Minerale wol Voor het bepalen van de waterabsorptie van minerale wol beproeven we twee soorten monsters. Enerzijds plaatsen we de minerale wol in een houten kader dat boven- en onderaan wordt afgesloten met een stalen rooster (figuur 29a). Het houten kader absorbeert zelf ook water zodat voor de weging van het begin- en eindgewicht de wol uit het rooster gehaald wordt. Bijlagen
64
In een tweede reeks proeven plaatsen we de wol in een rooster dat volledig uit ijzerdraad gemaakt wordt (figuur 29b). De beproefde monsters hebben een dikte die overeenkomt met een gemiddelde spouwbreedte (± 6 cm). We testen monsters met verschillende densiteiten die bepaald worden op basis van de Europese voornormen voor in-situ isolatie: a) de minimale densiteit die plaatselijk wordt toegestaan b) de minimale gemiddelde densiteit c) een waarde tussen a en b (enkel voor rotswol) d) een waarde die iets hoger is dan de minimale gemiddelde densiteit
Figuur 29: Wp-proef minerale wol (a: proefstuk in houten rooster; b: proefstuk in stalen rooster)
Voor elke densiteit gebeuren verschillende metingen. De resultaten van alle metingen worden weergegeven in onderstaande tabel. Rechts staat telkens het gemiddelde van de metingen voor een bepaalde densiteit. Het gemiddelde van alle metingen wordt onderaan gegeven. De waarden in cursief zijn de proeven waarvoor gebruik gemaakt wordt van houten kaders.
proefstuk GW GW GW GW GW
(25 kg/m³) (30 kg/m³) (40 kg/m³) (50 kg/m³) (60 kg/m³)
0,173 0,096 0,105 0,200 0,190
0,184 0,116 0,181 0,181 0,181
metingen
gemiddelde
W p [kg/m²]
Wp [kg/m²] 0,178 0,132 0,173 0,181 0,186 0,170
0,159 0,206 0,162
0,157 0,198
0,084 0,143
gemidddelde voor glaswol: proefstuk RW RW RW RW
(40 kg/m³) (50 kg/m³) (60 kg/m³) (70 kg/m³)
0,111 0,181 0,220 0,114
0,141 0,079 0,094 0,098
metingen W p [kg/m²] 0,128 0,059 0,156
0,200
0,093
gemidddelde voor rotswol:
gemiddelde Wp [kg/m²] 0,127 0,106 0,168 0,106 0,127
Tabel 28: Wp minerale wol
Bijlagen
65
De waarden die gemeten worden zijn zowel voor glas- als rotswol veel kleiner dan de grenswaarden Wp = 1 kg/m² die in de Europese voornorm opgelegd worden. Rotswol absorbeert iets minder water dan glaswol, maar de hoeveelheden zijn zo klein dat het verschil te verwaarlozen is. De densiteit waarmee het materiaal aangebracht wordt, heeft geen invloed op de waarde van de waterabsorptie. Voor de proeven binnen één densiteit vertonen de monsters die in houten roosters geplaatst werden meestal een lagere Wp-waarde dan wanneer de proef gebeurt in stalen roosters. Enkel voor de eerste meting van rotswol met een densiteit van 60 kg/m³ wordt hiervan afgeweken. Aangezien de verschillen beperkt blijven en de voor andere densiteiten bij proeven met stalen roosters ook lage Wp-waarden gemeten worden kan niet besloten worden dat het gebruik van houten kaders de proef beïnvloedt. -
EPS
Er worden geen proeven uitgevoerd op EPS-monsters. De monsters zijn onvoldoende gebonden waardoor ze na contact met water PS-parels ontbinden. Er komen parels los waardoor de metingen niet representatief zijn. 5.6.3.3 Bepalen van de waterabsorptiecoëfficiënt (A) 5.6.3.3.1 Proef Voor de bepaling van de waterabsorptiecoëfficiënt wordt dezelfde proefopstelling gebruikt als voor de bepaling van de waterabsorptie na kortstondige onderdompeling. We meten de gewichtstoename gedurende 8 dagen tweemaal daags op. De gewichtstoename wordt uitgezet tegen de vierkantswortel van de tijd. De helling van de bekomen rechte is de waterabsorptiecoëfficiënt (A). De waarde van A is in praktijk enkel representatief voor de situatie waarbij een droog materiaal water opzuigt door contact met een vrij wateroppervlak. Volgens [14] mogen de monsters slechts enkele millimeters (1 à 2) in het water ondergedompeld worden, moeten de randen van de proefstukken dampdicht afgesloten worden en moet het waterniveau continue op peil gehouden worden. De apparatuur voor dergelijke nauwkeurige meting hebben we niet ter beschikking. Het monster wordt (10 ± 2) mm ondergedompeld en het waterniveau wordt tweemaal daags gecontroleerd. De bekomen resultaten zijn minder nauwkeurig dan in de norm wordt voorgeschreven. Aangezien de beschreven proef betrekking heeft op poreuze materialen waarbij het capillair vochttransport groot is en de hier beproefde isolatiematerialen een zeer kleine A-waarde hebben is het effect op het resultaat beperkt.
Bijlagen
66
5.6.3.3.2 Resultaat - PUR We beproeven drie PUR-monsters (ongeveer 20 x 20 x 6 cm³). De monstername gebeurt telkens door het schuim op te spuiten in plastiek zakken. Bij proefstuk PUR 12 wordt de folie, gevormd bij het uitharden, verwijderd aan de zijde die in contact staat met water. De grafieken waarbij de gewichtstoename uitgezet is in functie van de vierkantswortel van de tijd zijn terug te vinden in bijlage D.
proefstuk PUR 11 PUR 12 PUR 14
oppervlakte volumemassa [m²] 0,039 0,041 0,038
[kg/m³] 22,905 31,233 24,748
A
kg / m² s 0,0032 0,0047 0,0015
opmerking i.v.m. monstername folie aanwezig folie verwijderd folie aanwezig
Tabel 29: waterabsorptiecoëfficiënt PUR-schuim
De waterabsorptie is beperkt. De aanwezigheid van de folie zorgt ervoor dat het opzuigen van water geremd wordt. Dit komt overeen met de vaststellingen bij de meting van de waterabsorptie na kortstondige onderdompeling. Wanneer de positie van het vochtfront na 8 dagen bekeken wordt, blijkt dat het vochtfront zich niet evenwijdig aan het wateroppervlak verplaatst heeft. Het vochtfront verloopt onregelmatig. Op sommige plaatsen is nauwelijks water opgezogen, terwijl op andere plaatsen het vochtfront de bovenzijde van het proefstuk bereikt heeft. Op de foto’s is zichtbaar hoe het vocht zich manifesteert op bepaalde plaatsen. Het schuim vertoont op bepaalde plaatsen “harde zones”. Op deze plaatsen wordt het vocht opgezogen, terwijl in de zones rondom, waar het schuim zachter is, geen vochtplekken zijn. Dit wijst erop dat het materiaal niet homogeen is. De monsters bestaan uit twee zones: - De zones waar het schuim hard is en waar het water hoog wordt opgetrokken (fijne capillairen) - De zones waar de capillaire groter zijn en de stijghoogte beperkt blijft. De geïsoleerde zones waar vocht aangetroffen wordt staan binnenin het monster via fijne capillairen in verbinding met de zijde die aan het water blootgesteld wordt.
Bijlagen
67
Figuur 30: vochtfront bij capillaire opzuiging
- UF We hadden geen proefstukken ter beschikking voor de bepaling van de waterabsorptiecoëfficiënt van UF-schuim. -
Minerale wol We plaatsen de minerale wol in stalen roosters. Er worden zowel voor glas- als voor rotswol vier proefstukken getest. Aangezien uit paragraaf 5.6.3.2 blijkt dat de capillaire opzuiging niet beïnvloed wordt door de densiteit van de wol, beproeven we enkel monsters met de aanbevolen minimale densiteit.
Bijlagen
68
proefstuk GW GW GW GW
1 2 3 4
RW RW RW RW
1 2 3 4
oppervlakte volumemassa [m²] [kg/m³] 0,042 40 0,042 40 0,042 40 0,042 40 0,042 0,042 0,042 0,042
60 60 60 60
A kg / m ² s
0,0003 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002
Tabel 30: waterabsorptiecoëfficiënt MW
De waterabsorptie van zowel glas- als steenwol is verwaarloosbaar klein. - PS-parels De parels zijn onvoldoende sterk gebonden. Wanneer de proefstukken in contact komen met water, lost de lijm op en komen parels los. Bij de zilverkleurige parels en de parels EPS wit (1) is de binding zo beperkt dat het materiaal breekt als er gewicht op aangebracht wordt (figuur 31 links) of de binding volledig verloren gaat. Op figuur 31 (midden en rechts) is de toestand te zien van de zilverkleurige PS-parels na 24 uur contact met het wateroppervlak.
Figuur 31: ontbinden PS-parels bij contact met wateroppervlak
Van het materiaal EPS wit (2) beproeven we twee proefstukken. De sterkere binding zorgt ervoor dat metingen verspreidt over verschillende dagen mogelijk waren. Toch konden ook hier geen resultaten bepaald worden. Omdat het materiaal te veel parels. Bij het uitzetten van de gewichtstoename wordt volgende grafiek bekomen:
Bijlagen
69
EPS 0,600000
gewichtstoename [kg/m²]
0,500000 0,400000 0,300000 0,200000 EPS 2
0,100000 EPS 3
0,000000 0
100
200
300
400
500
vierkantswortel tijd
600
700
800
s
Figuur 32: grafiek waterabsorpteicoëfficiënt PS-parels
We kunnen de waterabsorptiecoëfficiënt van PS-parels niet bepalen.
5.7 Overzicht van de gemeten waarden materiaaleigenschap
PUR
UF
minerale wol glaswol rotswol 0,0417 1,455 1,297 0,170 0,127 0,0002 0,0002
PS-parels zilver wit 13,466 11,141 0,0365 0,0414 zeer dampopen -
densiteit volumemassa lambda µ Wp A
[kg/m³] [kg/m³] [W/mK] [-] [kg/m²]
26,523 30,657 4,589 1,345 0,0235
7,84 12,238 0,0368 2,331 1,253 -
φ50
[kg/m³]
0,003
0,003
0,001
0,000
-
-
φ100
[kg/m³]
0,008
0,006
0,004
0,002
-
-
Tabel 31: overzicht van de gemeten waarden
5.8 Besluit De kwaliteit van PUR-schuim is niet constant voor alle onderzochte monsters. De volumemassa van het schuim varieert sterk. Bij UF-schuim is de kwaliteit meer homogeen. Het gedrag van PS-parels wordt bepaald door de binding van de parels. Er komen tijdens de proeven een groot aantal parels los. De resultaten moeten met de nodige voorzichtigheid geïnterpreteerd worden. Het dampdiffussieweerstandsgetal µ is van dezelfde grootte-orde als de waarden die in hoofdstuk 4 naar voor komen. Op uitzondering van PUR-schuim zijn de materialen zeer dampopen. De µ-waarde van het PUR-schuim ligt veel lager dan de waarde uit tabel 10. Dit
Bijlagen
70
toont aan hoe sterk de kwaliteit van geprefabriceerde isolatieplaten verschilt van in-situ gevormde producten. De materialen vertonen een gelijkaardige λ-waarde, waarbij de zilverkleurige PS-parels en het UF-schuim iets beter presteren. Er is een opvallend verschil tussen de warmtegeleiding van zilverkleurige en witte PS-parels. De bekomen waarden zijn lager dan de waarden uit tabel 9. Dit wijst erop dat de kwaliteit van uitvoering in de loop de jaren vooruitgegaan is. Opvallend is dat uit de studie van IBBC-TNO blijkt dat UF-schuim de hoogste λ-waarde heeft terwijl uit onze proeven UF beter presteert dan de andere materialen. Alle materialen zijn niet-capillair en niet-hygroscopisch. De opgenomen vochtgehaltes zijn te verwaarlozen. De kunststofschuimen nemen iets meer vocht op dan minerale wol. Over PSparels kan geen uitspraak gedaan worden.
Bijlagen
71
6 Simulaties 6.1 Natuurlijke convectie 6.1.1 Theoretische achtergrond Zoals reeds werd aangehaald in paragraaf 2.3.1.4 bepaalt de luchtdichtheid van de muur de warmteverliezen door de spouwmuur. Ten gevolge van het temperatuursverschil dat over de isolatielaag staat kan er convectie doorheen het materiaal optreden. Natuurlijke convectie treedt op als het isolatiemateriaal een open structuur heeft of als het omgeven is door luchtlaagjes (slechte uitvoeringskwaliteit). Er komt dan luchtstroming rond en door het materiaal waardoor de warmteoverdracht veel groter is dan wanneer men enkel rekening houdt met geleiding. [56]
6.1.1.1 Open poreuze materialen Het aandeel van natuurlijke convectie in een isolatiemateriaal met open structuur is afhankelijk van volgende parameters: - de luchtdoorlatendheid van de isolatielaag - de dikte van de laag - het temperatuursverschil dat over de isolatie staat. [31] Ten gevolge van uitwendig drukverschil stroomt lucht door poriën van het materiaal. Het verband tussen de gemiddelde snelheid en het drukverschil wordt gegeven door:
v met:
k p d
d: dikte van de isolatielaag[m] k: specifieke permeabiliteit van het poreus materiaal [m²] η: dynamische viscositeit [sPa] = 1,8 105 sPa voor lucht Δp: uitwendig drukverschil [Pa] v: volumestroomdichtheid (gemiddelde snelheid) [m²/s]
De specifieke permeabiliteit van een materiaal is enkel afhankelijk van de poriënstructuur en niet van het fluïdum (lucht) dat door het materiaal stroomt.
Bijlagen
72
De drijvende kracht van natuurlijke convectie wordt uitgedrukt door het getal van Rayleigh (Ram).
Ra m 3 10 6
met:
d k T
ΔT: temperatuursverschil over de isolatie [Kelvin] d: dikte van de isolatie [m] k: luchtdoorlatendheid van de isolatie [m²] λ: warmtegeleidingscoëfficiënt [W/mK]
[-]
Voor horizontaal warmtetransport wordt enkel rekening gehouden met natuurlijke convectie indien het getal van Rayleigh groter is dan 1,5.
6.1.1.2 Isolatielagen omgeven door luchtlaagjes Er is extra warmteverlies wanneer het materiaal omgeven is door luchtlaagjes die met elkaar in verbinding staan door voegen of spleten in het materiaal. De warmteverliezen zijn te wijten aan de luchtstroming die optreedt rond de isolatie (wind washing en air looping). Zelfs voor luchtlaagjes van enkele millimeters worden grote warmteverliezen gemeten. De dikte van de luchtlagen die het isolatiemateriaal omgeven spelen, een belangrijke rol.[20 en 56]
6.1.2 Simulaties 6.1.2.1 Natuurlijke convectie bij na-isolatie van spouwmuren Bij diverse toepassingen voor de navulling van spouwmuren is natuurlijke convectie in de geïsoleerde spouw mogelijk. Wanneer de spouw nagevuld wordt met minerale wol zal er door de permeabiliteit van het materiaal luchtstroming doorheen de isolatielaag optreden. Bij toepassing van EPS-parels is dit eveneens mogelijk. Wanneer we de spouw navullen met UF-schuim, treden er door de drogingskrimp luchtlaagjes rond de isolatie op. Er ontstaan ook krimpscheuren in het materiaal die ervoor zorgen dat de luchtlagen met elkaar in contact staan. Zo worden de stromingspatronen wind washing en air looping mogelijk (zie figuur 6). Bij navulling door middel van injecteren van PUR-schuim speelt natuurlijke convectie een minder belangrijke rol. Het schuim expandeert in de spouw waardoor het goed aansluit tegen beide spouwbladen.
Bijlagen
73
Voor de materialen minerale wol, UF-schuim en PS-parels gaan we door middel van de software 2DHAVREL1 na hoe groot het effect van de natuurlijke convectie is en hoe de verschillende parameters (densiteit, scheurgrootte, krimp,…) natuurlijke convectie beïnvloeden. In de software geven we de verschillende lagen in x- en y-richting in. Voor elk materiaal worden de λ-waarde, de specifieke permeabiliteit (beide zowel in x- als y-richting) en de µwaarde gevraagd. Per laag voeren we een aantal knopen in. Het is in deze knooppunten dat de berekeningen doorgevoerd worden. In de spouw brengen we het meest knooppunten aan om het gedrag zo goed mogelijk te beschrijven. Vervolgens kunnen in de opbouw een aantal spleten aangebracht worden. Deze zorgen er samen met de specifieke permeabiliteit voor dat luchtstroming door de opbouw mogelijk is. Vervolgens leggen we randvoorwaarden voor de binnen- en buitenomgeving op. We gaan uit van een buitentemperatuur van 0°C en een binnentemperatuur van 20°C. Het effect van condensatie wordt niet bestudeerd. De dampdruk binnen en buiten wordt gelijk gesteld aan 0 Pa. Er wordt aangenomen dat er geen luchtdrukverschil aanwezig is over de muur. Als resultaat van de iteratieve berekening wordt volgende output bekomen: - Een eerste figuur geeft weer hoe de lucht doorheen de constructie stroomt. - Op een tussentijds scherm worden de resultaten van de berekening weergegeven. De belangrijkste parameter hierbij is het getal van Nusselt.
Nu
warmteverl iezen aan binnenoppervlak met inbegrip van natuurlijke convectie warmteverl iezen aan binnenoppervlak zonder natuurlijke convectie
Voor alle simulaties geven we de tussentijdse resultaten. - Een tweede figuur toont een maat voor het warmteverlies aan het binnen- en buitenoppervlak. Per simulatie worden twee bestanden aangemaakt: - Eén waarin de invoergegevens opgeslagen worden. - Een tweede waarbij de berekende gegevens in elke knoop ingevoerd worden.
1
Janssens A., 1998,
Bijlagen
74
6.1.2.2 Ongevulde spouw Als referentiebetekening gaan we uit van een ongeïsoleerde spouwmuur met volgende lagen: lagen
d
λx
λy
kx
ky
[m]
[W/mK]
[W/mK]
[m²] -17
µ
[m²]
8
0,09
1,19
1,19
2.10
0,06
0,35
0,35
k meest doorlatende laag
1
binnenspouwblad
0,14
0,44
0,44
2.10-17
2.10-17
8
bepleistering
0,015
0,3
0,3
2.10-17
2.10-17
10
buitenspouwblad luchtspouw
2.10
[-]
-17
Tabel 32: opbouw ongeïsoleerd spouwmuur
In horizontale richting geven we van buiten naar binnen per laag respectievelijk 6, 14, 6 en 2 knopen in. In de verticale richting rekenen we met een spouwmuur van 2 meter hoog waarin 40 knooppunten voorzien zijn. Er wordt verondersteld dat er geen openingen aangebracht zijn in het buitenspouwblad. 6.1.2.3 Minerale wol 6.1.2.3.1 Perfecte uitvoering De simulaties worden enkel uitgevoerd voor een navulling met glaswol. De effecten van natuurlijke convectie bij navulling door middel van steenwol zijn analoog. Bij toepassing van minerale wol treedt steeds natuurlijke convectie op door de permeabiliteit van het materiaal. In een eerste simulatie gaan we na hoe groot de natuurlijke convectie is in het geval van een perfecte uitvoering. De glaswolisolatie sluit perfect aan tegen zowel het binnen- als het buitenspouwblad. De spouw (6 cm) is overal perfect gevuld (geen spleten of zakking van het isolatiemateriaal) met een densiteit van 40 kg/m³. Dit is de aangeraden minimale densiteit die wordt meegegeven in de Nederlandse uitvoeringsrichtlijn [35]. De overige materiaalkarakteristieken die voor de isolatielaag worden ingegeven zijn: - λeff =: 0,062 W/mK [59] We rekenen met de effectieve waarde die in praktijk opgemeten wordt. Deze is hoger dan de waarde die bekomen wordt onder labo-omstandigheden. In praktijk is de uitvoering minder nauwkeurig en liggen de warmteverliezen hoger ten gevolge van vochtige omstandigheden, speciebaarden (waardoor de spouwbreedte plaatselijk afneemt), lagere densiteit, holtes en convectie. Het effect van deze laatste parameters testen we in deze simulaties. De gesimuleerde warmteverliezen zijn hoger dan de werkelijke, aangezien het effect van natuurlijke convectie dubbel ingerekend wordt. Bijlagen
75
-
Voor het inschatten van het effect speelt dit echter geen rol omdat vergeleken wordt met een referentiegeval met dezelfde λ-waarde. k = 4,95.10-10 m² (zie volgende paragraaf) µ = 1,2 [54]
6.1.2.3.2 De invloed van de waarde van de specifieke permeabiliteit In de literatuur zijn verschillende waarden terug te vinden voor de specifieke permeabiliteit van glas- en steenwol. Deze waarden liggen ver uit elkaar. Men gaat na of de verschillende waarden van de specifieke permeabiliteit tot wezenlijke verschillen leiden inzake de natuurlijke convectie. Enerzijds bepalen formules die gepubliceerd werden in [7] de waarden van de natuurlijke convectie. In deze publicatie worden waarden opgegeven voor de luchtdoorlatendheid (ka) van glas- en steenwol in functie van de densiteit. glaswol : k a
k 4,3 103 1,3 M
k 2 10 2 1,5 M Deze herleiden we worden naar de specifieke permeabiliteit door toepassing van: rotswol : k a
k
Met:
ka a
k: de specifieke permeabiliteit [m²] ka: de luchtdoorlatendheid [s] ρa: de dichtheid van droge lucht op zeeniveau (ρa = 1.293 kg/m³) η: de dynamische viscositeit (voor lucht is η = 1,8.10-5 sPa )
In onderstaande tabel geven we een overzicht gegeven van de gevonden waarden voor de specifieke permeabiliteit bij verschillende densiteiten van het isolatiemateriaal: catalogue of building materials
glaswol
steenwol
η
dichtheid [kg/m³]
ka [s]
ρa [kg/m³]
[sPa]
k [m²]
30
5,17E-05
1,293
0,000018
7,19E-10
40
3,55E-05
1,293
0,000018
4,95E-10
50
2,66E-05
1,293
0,000018
3,70E-10
40
7,91E-05
1,293
0,000018
1,10E-09
60
4,30E-05
1,293
0,000018
5,99E-10
Tabel 33: waarden specifieke permeabiliteit MW [7]
Bijlagen
76
Wetenschappelijke artikels geven andere waarden voor de specifieke permeabiliteit. Deze waarden verschillen sterk van de waarden die berekend worden op basis van [7]. In onderstaande tabel geven we een overzicht gegeven van de gevonden waarden: bron
ka [m²] glaswol rotswol
[25]
7,50E-09
[26]
4,00E-08
[56]
7,00E-09
8,35E-09 6,70E-09
horizontale isolatielaag loose-fill isolatie (zolder)
-
Tabel 34: waarden specifieke permeabiliteit MW (artikels)
6.1.2.3.3 Het effect van densiteit Hogere densiteit Bij een hogere densiteit verandert de waarde van de specifieke permeabiliteit (ka = 3,70.10-10 m²) . Het wolpakket wordt minder doorlatend. Door het toepassen van een hogere densiteit sluit het wolpakket beter aan tegen de spouwbladen en is er minder risico op zetting met bijhorende ongevulde plaatsen. De situatie in de spouw sluit dus beter aansluiten bij de ideale omstandigheden die in simulatie MW1 werd voorgesteld. Lagere densiteit Een lagere densiteit zorgt voor een grotere waarde van de specifieke permeabiliteit (zie tabel 33). Het luchtpakket wordt meer doorlatend, waardoor het effect van natuurlijke convectie stijgt. Bij het toepassen van spouwwol met een lage densiteit verhoogt de kans dat het wolpakket na verloop van tijd zetting vertoont. In dit geval ontstaat bovenaan de spouw een plaats waar geen isolatie aanwezig is. We veronderstellen dat bovenaan de muur een gat ontstaat van 10 cm, wat overeen komt met een zetting van 5%. Wanneer men dit combineert met de mogelijkheid dat de tussen de isolatie en de spouwbladen fijne luchtlaagjes ontstaan omdat de wol onvoldoende dicht aangebracht is, dan kan luchtcirculatie rond de isolatielaag ontstaan. Voor de specifieke permeabiliteit rekenen we met een waarde van 7.10-9. We controleren het effect van de natuurlijke convectie indien de spouwisolatie omgeven wordt door twee luchtlaagjes van 1 mm breed en deze luchtlaagjes met elkaar in verbinding staan door kleine spleten in de vulling. In paragraaf 5.5 werd duidelijk dat er paden kunnen ontstaan waarlangs de lucht vrij kan stromen indien de isolatie met onvoldoende densiteit aangebracht is. We simuleren dat er over de 4 spleten met een dikte van 2mm evenredig verdeeld zijn over de hoogte van 2 m .
Bijlagen
77
In een eerst reeks simulaties bekijken we het effect van luchtlaagjes rond de isolatie. Daarna gaan we na wat het effect is indien de luchtlaagjes gecombineerd worden met zetting van de spouwwol. 6.1.2.3.4 Opbouw met navulling en buitenisolatie Bij navulling van de spouw is de dikte van het isolatiepakket beperkt tot de dikte van de luchtspouw (meestal 6 cm). Indien men de warmteverliezen verder wil beperken, dan kan geopteerd worden om langs de buitenzijde een bijkomende isolatielaag te voorzien. De muur wordt voorzien van 6 cm spouwisolatie en 6 cm buitenisolatie. Als buitenisolatie kiezen we voor matten met een gemiddelde luchtdoorlatendheid [19]. λx [W/mK] 0,0398
λy [W/mK]
[10
0,0428
kx -10
m²] [10
39,4
ky -10
m²]
65,5
Tabel 35: materiaaleigenschappen buitenisolatie minerale wol
Er worden twee situaties gesimuleerd: - De buitenafwerking sluit perfect aan tegen de buitenisolatie. - De buitenafwerking wordt aangebracht op een regelwerk waardoor tussen de afwerking en de isolatie een luchtspouw van 2 cm ontstaat. Overzicht van de simulaties simulatie
omstandigheden
k [m²]
GW0
perfecte vulling van de spouw
0,00
GW1
perfecte vulling van de spouw
4,95.10-10
GW2
perfecte vulling van de spouw
7,00.10-9
GW3
perfecte vulling van de spouw
4,00.10-8
GW4
perfecte vulling van de spouw
3,70.10-10
GW5
1 luchtlaag (1 mm) langs het buitenspouwblad
7,00.10-9
GW5'
idem GW5 + 4 spleten (2 mm) door materiaal
7,00.10-9
GW6
1 luchtlaag (1 mm) langs het binnenspouwblad
7,00.10-9
GW7
1 luchtlaag (2 mm) langs het binnenspouwblad
7,00.10-9
GW8
2 luchtlagen (1 mm) tegen de spouwbladen
7,00.10-9
GW9
2 luchtlagen (1 mm) + 4 spleten (2 mm)
7,00.10-9
GW10
idem GW5 + zetting (10 cm)
7,00.10-9
GW11
idem GW6 + zetting (10 cm)
7,00.10-9
GW12
idem GW8 + zetting (10 cm)
7,00.10-9
GW13
idem GW9 + zetting (10 cm)
7,00.10-9
GW15
buitenisolatie + spouwislatie (perfecte vulling)
7,00.10-9
GW16
buitenisolatie + spouwislatie (perfecte vulling) met luchtlaag tussen bebording en buitenisolatie
7,00.10-9
Tabel 36: overzicht simulaties natuurlijke convectie in minerale wol (1)
Bijlagen
78
Resultaat flowrate vectors
aantal conv warmte conv warmte airflowrate airflowrate max ΔT nusselt iteraties verlies binnen verlies buiten inside outside
ong
1
[K] 0,0E+00
[-] 1
[W/m] 50,4495
[W/m] 50,4495
[m³/s/m] 0,0E+00
[m³/s/m] 0,0E+00
GW0 GW1 GW2 GW3 GW4
9,80E-08 1,40E-06 8,00E-06 7,40E-08
1 1 2 2 1
0,0E+00 3,4E-03 9,4E-05 8,3E-04 2,4E-03
1 1 1 1 1
25,1701 25,1701 25,1702 25,1725 25,1701
25,1701 25,1701 25,1702 25,1725 25,1701
0,0E+00 -7,3E-12 -7,3E-12 -7,3E-12 -7,3E-12
0,0E+00 -6,8E-12 -6,8E-12 -6,8E-12 -6,8E-12
GW2 GW5 GW5' GW6 GW7 GW8 GW9
1,40E-06 1,80E-06 1,80E-06 1,70E-06 3,70E-06 2,10E-06 2,10E-06
2 2 2 2 2 2 2
9,4E-05 1,2E-04 1,2E-04 1,5E-04 3,0E-04 1,9E-04 1,9E-04
1 1 1 1 1 1 1
25,1702 25,1091 25,0725 25,1091 25,0845 25,0483 25,0119
25,1702 25,1091 25,0725 25,1091 25,0485 25,0483 25,0119
-7,3E-12 -7,3E-12 -7,3E-12 -7,3E-12 -7,3E-12 -7,3E-12 -7,3E-12
-6,8E-12 -6,8E-12 -6,8E-12 -6,8E-12 -6,8E-12 -6,8E-12 -6,8E-12
GW10 GW11 GW12 GW13
2,80E-06 2,20E-06 2,80E-06 2,80E-06
2 2 2 2
1,5E-04 1,6E-04 1,9E-04 1,9E-04
1 1 1 1
24,8764 24,8764 24,8168 24,7802
24,8764 24,8764 24,8168 24,7802
-7,3E-12 -7,3E-12 -7,2E-12 -7,2E-12
-6,8E-12 -6,7E-12 -7,0E-12 -6,9E-12
GW15 -9,90E-07 GW16 1,40E-06
2 2
8,9E-05 1,2E-04
1 1
12,8961 12,6629
12,8961 12,6629
-7,0E-12 -7,0E-12
-6,6E-12 -6,6E-12
Tabel 37: overzicht resultaten natuurlijke convectie bij MW (luchtdicht buitenspouwblad)
Het getal van Nusselt is voor alle simulaties gelijk aan 1. De invloed van natuurlijke convectie op de warmteverliezen is te verwaarlozen. De oorzaak hiervan is de invoer die gekozen werd voor het buitenspouwblad, namelijk een luchtdicht scherm (k = 0 m²) zonder scheuren. Hierdoor kan er geen koude buitenlucht in de spouw dringen en door het wolpakket stromen. In een tweede reeks simulatie testen we het effect van natuurlijke convectie is indien er een aantal scheuren aangebracht worden in het gevelmetselwerk. Uit simulatie GW0 tot GW4 blijkt dat de waarde van de specifieke permeabiliteit weinig invloed heeft. De warmtestroom doorheen het binnen- en buitenoppervlak verhoogt enkel wanneer de meest nadelige waarde voor de luchtdoorlatendheid van het wolpakket wordt aangenomen. Eventuele luchtspleten die ontstaan langs en in het materiaal (GW5 tot GW9) hebben een tegengesteld effect aan wat we verwachten. De warmteflux daalt door het aanbrengen van spleten (ten opzichte van het referentiegeval GW2 waarbij de spouw perfect gevuld is). Dit is te wijten aan de luchtdichtheid van het buitenspouwblad. De software beschouwt de dunne luchtlaagjes als stilstaande lucht en kent een λ-waarde van 0.04 W/mK toe. Aangezien voor het wolpakker met λ = 0,062 W/mK gerekend werd, isoleren de luchtlaagjes beter en zijn de warmteverliezen iets kleiner. Bijlagen
79
Hetzelfde effect doet zich voor wanneer er bovenaan in de spouw een gat ontstaat door zetting van de spouwvulling. Wanneer geen materiaal aanwezig is in de spouw moet echter ook rekening gehouden worden met de warmteverliezen door straling die niet gehinderd worden. Ten opzichte van de simulaties GW5 tot GW 9 zijn er twee effecten: - extra warmteverliezen ten gevolge van straling - minder geleidingsverliezen omdat voor de luchtlaag gerekend wordt met λ = 0,04 W/mK. Hierbij wegen de warmteverliezen door straling sterker door, zodat de warmteflux iets hoger ligt. Het plaatsen van de spouwisolatie zorgt ervoor dat de warmteflux halveert. Het aanbrengen van bijkomende buitenisolatie zorgt ervoor dat de warmteflux opnieuw gehalveerd wordt. Hieronder worden enkele figuren geschetst die door de software berekend worden:
.
GW2
GW10
GW5
GW16
Figuur 33: output 2DHavrel voor simulaties met glaswol
De linkse figuren zijn voor elke simulatie een weergave van de luchtstroming door en rond het wolpakket. De luchtlagen langs het luchtpakket zijn onvoldoende breed om luchtstroming toe te laten, zodat enkel stroming doorheen het materiaal optreedt (als gevolg van de luchtdoorlatendheid van de wol). Bij GW16 zien we eveneens luchtcirculatie in de luchtspouw aan de buitenzijde van de buitenisolatie. De rechtse figuren zijn een maat voor de warmteverliezen door het binnen- en buitenoppervlak.
Bijlagen
80
6.1.2.3.5 Scheuren in het gevelmetselwerk a) 2 scheuren (2 mm) Indien het gevelmetselwerk gescheurd is, kan de koude lucht uit de buitenomgeving achter de isolatie stromen, waardoor de verliezen ten gevolge van natuurlijke convectie groter worden. Er wordt verondersteld dat in het buitenspouwblad met een hoogte van 2 meter 2 scheuren met een scheurwijdte van 2 mm aanwezig zijn. Niet alle simulaties uit de vorige paragraaf worden doorgevoerd. De berekeningen worden in de eerste plaats beperkt tot de situaties waarvan we verwachten dat de invloed van de natuurlijke convectie het grootst is. Dit is het geval voor de grootste waarde van de specifieke permeabiliteit en een luchtspleet langs de zijde van het binnenspouwblad. De koude lucht kan dan in contact komen met het binnenspouwblad. Resultaat flowrate vectors
aantal conv warmte conv warmte airflowrate airflowrate max ΔT nusselt iteraties verlies binnen verlies buiten inside outside
ong
-8,30E-13
1
[K] 0,0E+00
[-] 1
[W/m] 50,4399
[W/m] 50,4399
[m³/s/m] -6,2E-12
[m³/s/m] -5,8E-12
GW0 GW1 GW2 GW3
8,20E-13 5,30E-07 -6,50E-06 2,20E-05
1 2 2 2
0,0E+00 2,0E-05 2,3E-04 8,4E-04
1 1 1 1
25,1677 25,1656 25,1661 25,1728
25,1677 25,1656 25,1660 25,1728
-6,2E-12 -1,1E-11 -1,1E-11 -1,2E-11
-5,8E-12 -1,3E+00 -1,5E-08 -5,4E-08
GW7 GW8 GW9
1,70E-05 8,30E-06 8,30E-06
2 2 2
8,4E-04 2,6E-04 2,6E-04
1 1 1
25,0496 25,0448 25,0085
25,0487 25,0446 25,0085
-1,2E-11 -1,1E-11 1,1E-11
-4,1E-08 -2,0E-08 2,0E-08
GW11 GW13
8,10E-06 8,30E-06
2 2
7,8E-04 2,6E-04
1 1
24,8728 24,7768
24,8726 24,7766
-1,2E-11 -1,1E-11
-1,9E-08 -2,0E-08
Tabel 38: natuurlijke convectie bij MW (2 scheuren in buitenspouwblad)
Het getal van Nusselt is voor alle simulaties gelijk aan 1. Natuurlijke convectie heeft geen invloed op de warmteverliezen. b) 3 scheuren (4 mm) We gaan na of het effect van natuurlijke convectie nog steeds te verwaarlozen is indien we uitgegaan van een sterk gescheurde gevel. Er worden 3 scheuren met een breedte van 4 mm aangebracht in het buitenspouwblad. Deze scheurvorming is te groot om in praktijk toe te laten. Door de scheuren wordt vocht naar binnen gezogen worden. Alvorens over te gaan tot navulling zullen de scheuren eerst gedicht moeten worden.
Bijlagen
81
Resultaat flowrate vectors
aantal conv warmte conv warmte airflowrate airflowrate max ΔT nusselt iteraties verlies binnen verlies buiten inside outside
GW2 GW3
7,60E-06 4,10E-05
2 2
[K] 2,3E-04 2,0E-03
[-] 1 1,001
[W/m] 25,1570 25,1753
[W/m] 25,1570 25,1753
[m³/s/m] -1,1E-11 -1,1E-11
[m³/s/m] -1,8E-08 -9,8E-08
GW7
9,70E-06
2
2,9E-04
1
25,0965
25,0963
-1,1E-11
-2,3E-08
GW13
1,00E-05
2
2,6E-04
1
24,7683
24,7680
-1,1E-11
-2,4E-08
Figuur 34: natuurlijke convectie bij MW (3 scheuren in buitenspouwblad)
Uit het stromingspatroon voor GW7 blijkt dat de lucht wel degelijk indringt in het isolatiemateriaal. Ter hoogte van de scheuren in het metselwerk wordt een verhoogde luchtcirculatie waargenomen in de minerale wol. De luchtlagen rond de isolatie (1 à 2 mm) zijn onvoldoende breed om luchtstroming tegen het binnenspouwblad te veroorzaken. Enkel indien de meest negatieve waarde voor de specifieke permeabiliteit van glaswol toegepast wordt, wordt het getal van Nusselt groter dan 1. Het effect blijft verwaarloosbaar klein.
Figuur 35: luchtstroming door en rond MW (GW7)
c) Buitenisolatie Voor de buitenisolatie worden twee situaties onderzocht: - twee scheuren van 2 mm in de afwerklaag - een afwerklaag die bestaat uit leien waartussen luchtcirculatie mogelijk is. We nemen aan dat de leien 40 cm hoog zijn en dat er 6 spleten van 3 mm aangebracht zijn in de afwerklaag.
Bijlagen
82
Resultaat flowrate vectors GW16 GW16
5,00E-06 5,10E-06
aantal conv warmte conv warmte airflowrate airflowrate max ΔT nusselt iteraties verlies binnen verlies buiten inside outside 2 2
[K] 1,2E-04 1,4E-04
[-] 1 1
[W/m] 12,6628 12,6622
[W/m] 12,6627 12,6621
[m³/s/m] -7,2E-12 -7,2E-12
[m³/s/m] -6,1E-09 2 spleten -6,8E-09 6 spleten
Figuur 36: natuurlijke convectie bij buitenisolatie (scheuren in buitenspouwblad)
Het effect van natuurlijke convectie is te verwaarlozen. Dit komt omdat er geen luchtspleet achter de isolatie aanwezig is, zodat de koude buitenlucht niet langs de muur kans stromen. Door gebruik te maken van halfstijve platen uit minerale wol is een goede aansluiting tegen de muur eenvoudig te verwezenlijken.
6.1.2.4 Vulling met EPS-parels Als de spouwmuur nagevuld wordt door middel van PS-parels, dan treedt natuurlijke convectie op door het permeabele materiaal. De situaties waarbij natuurlijke convectie mogelijk is, zijn analoog aan deze bij een vulling met minerale wol. We gaan na wat het effect van natuurlijke convectie is in volgende situaties: - bij een perfecte vulling van de spouw - bij materiaal dat goed aansluit tegen de spouwbladen maar waarbij zetting opgetreden is zodat bovenaan een gat van 10 cm ontstaat. Dit zijn de twee situaties die in de werkelijkheid de grootste waarschijnlijkheid van optreden hebben. Er wordt voor de specifieke permeabiliteit van PS-parels onderscheid gemaakt in de grootte van de parels. bron
ka [m²] Kleine Ø
grote Ø
[25]
1,50E-08
6,00E-08
[60]
1,30E-08
4,00E-08
Tabel 39: specifieke permeabiliteit EPS-parels
Er wordt gerekend met volgende karakteristieken: - λeff = 0,059 W/mK [59] - µ = 1,3 (uit paragraaf 4.7.3.5 blijkt dat het materiaal erg dampopen is, we werken met een waarde van dezelfde grootte-orde als het µ-waarde van minerale wol). - ka = 1,4.10-8 (parels met kleine diameter) en ka = 5,0.10-8 (parels met grote diameter) We houden geen rekening met de binding van de parels. We nemen de λ- en µ-waarde voor beide types parels gelijk.
Bijlagen
83
6.1.2.4.1 Overzicht van de simulaties simulatie
omstandigheden
k [m²]
EPS0
perfecte vulling van de spouw
0,0
EPS1
perfecte vulling van de spouw
1,4.10-8
EPS2
zetting (10 cm), geen luchtspleten
1,4.10-8
EPS3
perfecte vulling van de spouw
5.10-8
EPS4
zetting (10 cm), geen luchtspleten
5.10-8
Tabel 40: overzicht simulaties PS-parels
6.1.2.4.2 Resultaat flowrate vectors EPS0 EPS1 EPS2 EPS3 EPS4
aantal conv warmte conv warmte airflowrate airflowrate max ΔT nusselt iteraties verlies binnen verlies buiten inside outside
2,80E-06 3,80E-06
1 2 2
[K] 0,0E+00 2,3E-04 2,4E-04
[-] 1 1 1
[W/m] 24,4142 24,4145 24,2349
[W/m] 24,4142 24,4145 24,2349
[m³/s/m] 0,0E+00 -7,3E-12 -7,3E-12
[m³/s/m] 0,0E+00 -6,8E-12 -6,7E-12
1,00E-05 1,40E-05
2 2
1,3E-03 1,3E-03
1 1
24,4182 24,2408
24,4182 24,2408
-7,3E-12 -7,3E-12
-6,8E-12 -6,8E-12
Tabel 41: resultaat simulaties PS-parels (luchtdicht buitenspouwblad)
De invloed van natuurlijke convectie is te verwaarlozen, zowel voor grote als voor kleine parels. Het warmteverlies bij perfecte vulling is vergelijkbaar voor beide soorten parels. Het kleine verschil is te wijten aan de iets grotere luchtdoorlatendheid bij grote parels. Indien bovenaan de spouw over een afstand van 10 cm geen materiaal aanwezig is ten gevolge van zetting, dan daalt de warmteflux. Stilstaande lucht isoleert beter dan de PSparels.
6.1.2.4.3 Scheuren in het gevelmetselwerk We voeren de simulaties opnieuw uit in de veronderstelling dat er twee scheuren van 2 mm aanwezig zijn in het metselwerk. flowrate vectors
aantal conv warmte conv warmte airflowrate airflowrate max ΔT nusselt iteraties verlies binnen verlies buiten inside outside
EPS1 EPS2
2,80E-06 1,10E-05
2 2
[K] 2,3E-04 4,3E-04
[-] 1 1
[W/m] 24,4124 24,232
[W/m] 24,4124 24,2317
[m³/s/m] -1,0E-11 -1,1E-11
[m³/s/m] -9,4E-12 -2,7E-08
EPS3 EPS4
2,50E-05 2,50E-05
2 2
1,3E-03 1,4E-03
1 1,001
24,4205 24,2430
24,4190 24,2415
-1,2E-11 -1,2E-11
-5,9E-08 -5,9E-08
Tabel 42: resultaat simulaties PS-parels (2 scheuren in buitenspouwblad)
De invloed van natuurlijke convectie blijft verwaarloosbaar klein. Enkel wanneer zetting optreedt bij de grote parels is er een miniem effect zichtbaar. Bijlagen
84
6.1.2.5 Vulling met UF-schuim 6.1.2.5.1 Perfecte vulling Als referentiegeval wordt een perfecte vulling van de spouw met UF-schuim gesimuleerd. Dit enkel een referentieberekening. In praktijk bekomt men nooit een volledige vulling zonder scheurvorming. We gaan uit van volgende materiaaleigenschappen: - λeff = 0,084 [59] - µ = 2,33 (zie paragraaf 5.5) 6.1.2.5.2 Krimpen van het UF-schuim Bij het uitdrogen ondergaat het materiaal een volumevermindering. Hierdoor zal het schuim loskomen van de spouwbladen en ontstaan in het schuim krimpscheuren. Loskomen van de spouwbladen Een eerste parameter is de grootte van de krimp. De krimp van het materiaal moet kleiner zijn dan 8% (zie hoofdstuk 4). In praktijk kan de krimp oplopen tot 20% (afhankelijk van de hoeveelheid aanmaakwater) [59]. De geteste monsters vertonen een krimp van ongeveer 9% (zie hoofdstuk 5). We onderzoeken twee situaties: - In een eerste geval bedraagt de krimp 10% (een luchtlaag van 6 mm in een spouw die 6 cm breed is). Dit is de krimp die men in praktijk kan verwachten. - In een tweede simulatie gaan we na wat het effect is indien de uitvoering te wensen overlaat en teveel aanmaakwater gebruikt wordt. We veronderstellen een krimp die 10 mm bedraagt. Dit klopt met de waarnemingen die gedaan werden in het kader van een onderzoek door het Nederlandse Bureau Kwaliteitsbewaking Spouwmuren (BKS, 1979). [59] Een tweede bepalende parameter is de plaats waar de luchtlaag ontstaat. Volgens de uitvoerders van UF-isolatie ontwikkeld de krimp zich volledig langs de zijde van het buitenspouwblad en blijft het materiaal contact houden met het binnenspouwblad. We gaan ook na wat het effect van natuurlijke convectie is indien de volumevermindering ervoor zorgt dat het materiaal zowel van het binnen -als het buitenspouwblad loskomt. Scheuren in het materiaal Uit onderzoek van het BKS blijkt dat slechts 11% van de onderzochte navullingen met UFschuim geen dwarse scheuren vertonen [59]. Een onderzoek van de maximale opgemeten scheurbreedtes toont dat de maximale scheurbreedte meestal tussen de 0 en 10 mm breed zijn. In uitzonderlijke gevallen worden scheuren van meerdere centimeters vastgesteld (maximum 5,5 cm).
Bijlagen
85
We simuleren volgende situaties: - 1 scheur van 5 mm - 2 scheuren van 5 mm - 1 scheur van 35 mm - 1 scheur van 35 mm + 2 scheuren van 5 mm De scheuren worden steeds evenredig verdeeld over de hoogte van 2 m. Overzicht simulaties simulatie UF1
omstandigheden referentiegeval: spouw perfect gevuld, geen krimp
invloed van de breedte van de luchtspouw er wordt steeds uitgegaan van 3 dwarse scheuren met een breedte van 5 mm UF2 isolatie 6 mm los van het buitenspouwblad UF3 isolatie 10 mm los van het buitenspouwblad UF4 isolatie 3 mm los van het buitenspouwblad en 3 mm los van het binnenspouwblad UF5 isolatie 5 mm los van het buitenspouwblad en 5 mm los van het binnenspouwblad UF6 isolatie 5 mm los van het buitenspouwblad en 1 mm los van het binnenspouwblad invloed van het aantal en de grootte van de scheuren er wordt steeds uitgegaan van een luchtlaag van 5 mm langs het buitenspouwblad en een luchtlaag van 1 mm langs het binnenspouwblad UF6 3 dwarse scheuren van 5 mm UF7 2 dwarse scheuren van 5 mm UF8 1 dwarse scheur van 5 mm UF9 2 dwarse scheuren van 5 mm met ertussen 1 dwarse scheur van 35 mm
Tabel 43: overzicht simulaties UF-schuim
6.1.2.5.3 Tabel met resultaten flowrate vectors UF1
aantal conv warmte conv warmte airflowrate airflowrate max ΔT nusselt iteraties verlies binnen verlies buiten inside outside 1
[K] 0,0E+00
[-] 1
[W/m] 29,9462
[W/m] 29,9462
[m³/s/m] 0,0E+00
[m³/s/m] 0,0E+00
UF2 UF3 UF4 UF5 UF6
1,30E-12 1,20E-12 2,80E-05 1,20E-04 2,00E-06
1 1 2 6 2
0,0E+00 1 0,0E+00 1 1,7E-03 1,001 4,4E-03 1,014 1,2E-04 1
28,8150 28,1597 28,8365 28,5637 28,8145
28,8150 28,1597 28,8365 28,5637 28,8145
-6,1E-12 -6,1E-12 -7,2E-12 -7,2E-12 -7,2E-12
-5,7E-12 -5,7E-12 -6,7E-12 -6,7E-12 -6,7E-12
UF7 UF8 UF9
2,00E-06 7,50E-12 2,00E-06
2 1 2
1,2E-04 0,0E+00 1,2E-04
28,8415 28,8684 28,6365
28,8415 28,8684 28,6365
-7,3E-12 -7,3E-12 -6,7E-12
-6,8E-12 -6,8E-12 -7,6E-12
1 1 1
Tabel 44: resultaat natuurlijke convectie UF-schuim (luchtdicht buitenspouwblad)
Indien een luchtlaag van 3 mm tegen beide spouwbladen gesimuleerd wordt, wordt het effect van natuurlijke convectie zichtbaar. Het effect blijft beperkt. Het is pas indien een luchtlaag van 5 mm langs weerszijden van de isolatie gesimuleerd wordt, dat natuurlijke convectie niet langer verwaarloosbaar klein is.
Bijlagen
86
Wanneer men de grootste krimp aan de zijde van het buitenspouwblad combineert met een aantal dwarse scheuren, mag het effect van natuurlijke convectie verwaarloosd worden. Deze situatie heeft in werkelijkheid de grootste waarschijnlijkheid van optreden. Door het grote verschil tussen de λ-waarde van stilstaande lucht (0,04 W/mK) en de effectieve λ-waarde van UF-schuim (λ = 0,084 W/mK) daalt de warmteflux bij een toenemend aantal dwarse scheuren. 6.1.2.5.4 Scheuren in gevelmetselwerk We beperken de berekeningen tot de simulaties waarbij het grootste effect van natuurlijke convectie verwacht wordt. a) 2 scheuren (2 mm) flowrate vectors UF3 UF5 UF9
aantal conv warmte conv warmte airflowrate airflowrate max ΔT nusselt iteraties verlies binnen verlies buiten inside outside
1,60E-05 1,20E-04 3,30E-06
2 6 2
[K] 2,1E-04 4,4E-03 1,2E-04
[-] 1 1,015 1
[W/m] 28,1691 28,5705 28,6320
[W/m] 28,1691 28,5705 28,6320
[m³/s/m] -8,8E-12 -1,2E-11 -1,2E-09
[m³/s/m] -4,3E-08 -2,4E-08 -8,9E-09
Tabel 45: resultaat natuurlijke convectie UF-schuim (2 scheuren in buitenspouwblad)
De gevallen waarbij voor het aanbrengen van de scheuren in het metselwerk natuurlijke convectie van geen belang was, vertonen ook nu geen effect. Bij UF5 is er een minieme stijging van het effect van natuurlijke convectie waar te nemen. De scheuren in het metselwerk zijn onvoldoende groot om een grote luchtstroming doorheen het metselwerk te veroorzaken. Er komt weinig koude buitenlucht in contact met het binnenspouwblad. b) 3 scheuren (4 mm) flowrate vectors UF4 UF5 UF9
-5,40E-05 1,80E-04 -5,10E-05
aantal conv warmte conv warmte airflowrate airflowrate max ΔT nusselt iteraties verlies binnen verlies buiten inside outside 2 8 2
[K] 3,2E-03 3,8E-03 2,7E-04
[-] 1,002 1,028 1
[W/m] 28,8621 28,9404 28,6212
[W/m] 28,8574 28,8869 28,6175
[m³/s/m] -1,1E-11 -1,1E-11 -1,1E-11
[m³/s/m] -1,5E-07 -6,0E-07 -1,4E-07
Tabel 46: resultaat natuurlijke convectie UF-schuim (buitenspouwblad sterk gescheurd)
Er is nog steeds enkel natuurlijke convectie waar te nemen indien de luchtspouw die gevormd wordt tegen het binnenspouwblad, groter is dan 3 mm. Bovendien moet de luchtstroming aan weerszijden van de isolatie optreden. Indien de isolatie aansluit tegen het buitenspouwblad kan de koude buitenlucht, door het luchtdicht veronderstelde UF-schuim, nooit de spouw binnendringen. Het is onwaarschijnlijk dat een dermate grote krimp optreedt en dat deze krimp bovendien aan weerszijden van de isolatie optreedt. Bijlagen
87
Indien het loskomen van de isolatie van de spouwbladen beperkt blijft tot 5 mm aan de zijde van het buitenspouwblad en 1 mm aan de zijde van het binnenspouwblad, is het effect van natuurlijke convectie te verwaarlozen. Op onderstaande figuur is links (UF9) te zien hoe de lucht enkel langs de zijde van het buitenspouwblad circuleert. De luchtspouw aan de zijde van het binnenspouwblad is te nauw om circulatie toe te laten. Op de rechtse figuur (UF5) kan de lucht wel stromen achter de isolatie. de warmteverliezen worden beïnvloed door natuurlijke convectie.
UF9
UF5
Figuur 37: outdput 2DHavrel voor simulaties met UF-schuim
6.1.3 Besluit De gevolgen van natuurlijke convectie zijn vrijwel altijd te verwaarlozen bij navulling van spouwmuren. Dit heeft twee oorzaken: - Het buitenspouwblad is steeds luchtdicht. Zelfs indien er scheuren zijn, blijft de infiltratie van koude buitenlucht in de spouw beperkt. - Indien er luchtlagen ontstaan in de spouw, zijn deze onvoldoende breed om vlotte circulatie van koude buitenlucht tegen het binnenspouwblad toe te laten. Bij minerale wol en PS-parels zullen nooit grote luchtlagen langs de spouwbladen ontstaan. De luchtstroming door de materialen is onvoldoende klein om de warmteverliezen te beïnvloeden. Bij navulling met UF-schuim kunnen ten gevolge van krimp wel luchtlagen ontstaan. Er treedt slechts natuurlijke convectie op indien: Bijlagen
88
-
de krimp ervoor zorgt dat langs weerszijden van de isolatie een luchtlaag breder dan 3 mm ontstaat - er eveneens dwarse scheuren door het schuim ontstaan Het is onwaarschijnlijk dat dit in praktijk aan deze voorwaarden voldaan is, zodat we het effect van natuurlijke convectie mogen verwaarlozen.
Bijlagen
89
6.2 WUFI 6.2.1 Inleiding Door middel van de software WUFI 4.1-pro onderzoeken we het gedrag van spouwmuren na navulling met de verschillende materialen. Het programma WUFI (Wärmte- und Feuchtetransport interstationär) werd ontwikkeld door het Fraunhofer Institute for Building Physics. Het simuleert gelijktijdig het ééndimensionaal vocht- en warmtetransport doorheen een meerlaagse constructie die blootgesteld wordt aan realistische randvoorwaarden. Het vochttransport in een constructie werd vroeger berekend door middel van de Glasermethode. Deze methode kent een aantal beperkingen: - De capillaire invloeden worden niet meegerekend waardoor geen rekening gehouden wordt met de verspreiding van het vocht in het materiaal en de verdamping van gecondenseerd vocht. De hoeveelheid condensatie wordt overschat. - Er wordt enkel gerekend met stationaire toestanden (temperatuur en vocht) voor winter- en zomersituaties met sterk vereenvoudigde randvoorwaarden. - Er wordt geen rekening gehouden met opwarming door zonnestraling. - De λ-waarde wordt constant veronderstelt (onafhankelijk van temperatuur en vocht) - Bij condensatie komt condensatiewarmte vrij die het temperatuursverloop beïnvloedt. WUFI kent deze beperkingen niet. WUFI houdt in de berekeningen rekening met: - thermische geleiding - de verdamping en condensatie van water (enthalpiestromen door vochtbewegingen met faseverandering) - zoninstraling en nachtelijke uitstraling - capillair en diffuus vochttransport. Convectie wordt niet berekend. Dit houdt in dat geventileerde spouwen moeilijk ingerekend worden. Indien luchtlagen aanwezig zijn in de constructie, stellen we deze voor als een zeer poreuze laag waarbij geleiding en diffusie ingerekend worden. [55 en 58]
Bijlagen
90
6.2.2 Invoer 6.2.2.1 Opbouw van de constructie Binnen één project kunnen in WUFI verschillende cases opgebouwd worden. Voor elke simulatie wordt een aparte case aangemaakt. De opbouw van de constructie wordt op eenvoudige wijze ingevoerd. Onderstaande figuur toont aan hoe de na-geïsoleerde spouwmuur opgebouwd is:
Figuur 38: opbouw constructie in WUFi
Voor elke laag geven we de dikte en het materiaal in. Welke materiaaleigenschappen meegegeven worden bespreken we in de volgende paragraaf. Het gevelmetselwerk wordt in twee lagen ingegeven. Op deze manier bekijken we het vochtgehalte en de temperatuur in het buitenste laagje (0,5 cm) apart. Dit vochtgehalte is bepalend zijn voor vorstschade aan de gevel. In het raster onder de opbouw kan gekozen worden op welke plaatsen in de constructie monitorposities of vochtbronnen aangemaakt worden. Van de punten waar monitorposities aangemaakt worden, kunnen na de berekening het verloop van de temperatuur, de relatieve vochtigheid en de dampspanning opgevraagd worden. In een tweede tabblad wordt de oriëntatie van de muur opgegeven. Deze gegevens zijn nodig om de belasting door slagregen te bepalen. Er wordt aangenomen dat de muur Zuidwestelijk georiënteerd is en dat het gaat om een gebouw kleiner dan 10m.
Bijlagen
91
Vervolgens geven we de karakteristieken van het binnen- en buitenoppervlak in. Voor de absorptie van zonne-energie nemen we aan dat de muur opgebouwd is uit rode baksteen. Tenslotte bepalen we het initiële vochtgehaltes van de verschillende lagen. Deze parameter speelt enkel in het begin van de simulaties een rol. Hoe langer de simulatieperiode duurt, hoe meer het effect van de beginvoorwaarden uitvlakt. Het gedrag wordt gedurende een periode van vijf jaar (van oktober 2008 – oktober 2013) gesimuleerd met tussenstappen van 1 uur.
6.2.2.2 Materialeneigenschappen 6.2.2.2.1 Vereiste gegevens We moeten een aantal standaard materiaaleigenschappen verplicht ingeven in de software (λwaarde, µ, porositeit,..). Daarnaast kunnen nog een aantal andere gegevens ingevoerd worden: -
De moisture storage function (hygroscopisch vochtgehalte) De liquid transport coefficients for suction and redistribution (capillair vochttransport in het materiaal) De afhankelijkheid van de warmtegeleidingscoëfficiënt van het vochtgehalte De afhankelijkheid van de µ-waarde van het vochtgehalte.
6.2.2.2.2 Moisture storage function Er zijn twee manieren om het verloop van het hygroscopisch vochtgehalte in te geven: - Indien gemeten waarden voorhanden zijn, dan geven we deze in. - Indien dit niet het geval is, dan kan het verloop benaderd worden door middel van volgende formule: w w f
(b 1) b
Met: w: het vochtgehalte dat bij de relatieve vochtigheid φ hoort [kg/m³] φ: de relatieve vochtigheid [-] wf: het verzadigingsvochtgehalte [kg/m³] b: benaderingsfactor Het volstaat om het verzadigingsvochtgehalte en het praktische vochtgehalte (w80: het vochtgehalte bij een relatieve vochtigheid van 80%) in te geven.
6.2.2.2.3 Liquid transport coefficients for suction (Dws) and redistribution (Dww) Het capillair watertransport doorheen het materiaal beschrijven we met behulp van de Dws- en Dww-coëfficiënten. We maken onderscheid tussen de coëfficiënt voor absorptie (Dws) en de coëfficiënt voor herverdeling (Dww). De coëfficiënten zijn afhankelijk van het materiaal en de randvoorwaarden.
Bijlagen
92
De Dws-waarde geeft de capillaire opzuiging van water weer indien het oppervlak volledig nat is. Hierbij wordt het water voornamelijk in de grote capillairen gezogen. De tweede coëfficiënt is een maat voor de verspreiding van het water in het materiaal. Hierbij wordt het water door de hogere capillaire spanningen door de kleine capillaire uit de grotere gezogen. Dit proces verloopt trager dan de absorptie, zodat de Dww-coëfficiënt kleiner is dan de Dwscoëfficiënt. Alhoewel het hier gaat om convectie-verschijnselen, kunnen de processen toch voldoende nauwkeurig beschreven worden door diffusieformules. Dit is het geval omdat de coëfficiënten het lineaire verloop van de opgenomen hoeveelheid vocht met de vierkantswortel van de tijd uitdrukken. We geven opnieuw exacte gegevens, gemeten bij verschillend waarden van het vochtgehalte, in of, indien deze gegevens niet beschikbaar zijn, werken we met een benaderende methode. Bij deze laatste werkwijze worden de coëfficiënten geschat op basis van de waterabsorptiecoëfficiënt (A) en de moisture storage function. 6.2.2.2.4 Metselwerk en bepleistering De karakteristieken van het buitenspouwblad, het binnenspouwblad en de binnenbepleistering halen we uit de materiaalbibliotheek en zijn voor alle simulaties identiek: - Buitenspouwblad: Solid brick Masonry (ρ = 1900 kg/m³) De materiaalkarakteristieken zijn bepaald voor de combinative van stenen en voegen. - Binnenspouwblad: Brick old (ρ = 1670 kg/m³) - Binnenbepleistering: Interior Gypsum Board De eigenschappen van de stenen geven we in bijlage G. 6.2.2.2.5 Isolatiematerialen In de materialendatabase zijn gegevens te vinden van de verschillende isolatiematerialen. De karakteristieken zijn meestal bepaald voor geprefabriceerde isolatieproducten (uitgezonderd voor UF-schuim). Deze geprefabriceerde materialen worden in betere omstandigheden uitgevoerd en vertonen betere kwaliteiten dan in-situ uitgevoerde materialen. Bovendien zijn voor de meeste isolatiematerialen geen gegevens bekend betreffende het hygroscopisch vochtgehalte en het capillair vochttransport. Om een zo realistisch mogelijke weergave van het effect van navulling te geven worden de gegevens uit de materialendatabase van WUFI aangepast met materiaalkarakteristieken in hoofdstuk 5 bepaald werden. Indien geen gegevens beschikbaar waren werd gerekend met de gegevens uit de database of gegevens uit de literatuur (zie hoofdstuk 4).
Bijlagen
93
De volgende waarden worden ingevoerd: densiteit
porositeit
c
µ
[kg/m³]
[m³/m³]
[J/kgK]
[-]
PU
40
0,95
0,044
0,00235
1500
4,6
UF
13
0,95
0,0368
-
1500
2,33
MW
60
0,0417
850
0,0002
850
1,3
EPS
15
0,95
0,044
-
1500
1,3
λ
A
[W/mK] kg / m² s
Tabel 47: invoergegevens voor isolatiemateriaal in WUFI
De waarden voor de moisture storage function worden bekomen uit [8]. De gehanteerde curves worden gegeven in bijlage E. Bij navulling met UF-schuim veronderstellen we een luchtlaag van 10 mm langs de zijde van het buitenspouwblad. 6.2.2.3 Het Klimaat 6.2.2.3.1 Het Buitenklimaat Het buitenklimaat speelt een belangrijke rol in het vochtgedrag van de constructie. De hoeveelheid slagregen, temperatuur en relatieve vochtigheid bepalen de bevochtiging en de uitdroging. Het buitenklimaat kan op verschillende manieren ingegeven worden. De meest realistische veronderstelling hierbij is deze waar gebruik gemaakt wordt van klimaatbestanden die met de software meegeleverd worden. Voor een aantal steden kan het klimaat gesimuleerd worden op basis van jarenlange metingen van de weergegevens. Op dit ogenblik zijn echter slechts een beperkt aantal plaatsen beschikbaar. De dichtstbijgelegen locatie is de stad Kässel (Duitsland) die ongeveer 450 km van Brussel verwijderd ligt. In bijlage F vergelijken we de klimaatgegevens voor Kässel (bron: WUFI) met de gegevens uit België (bron: KMI). De gegevens komen grotendeels overeen, zodat het gebruik van de klimaatfile representatief is voor de situatie in België. 6.2.2.3.2 Het Binnenklimaat De software vraagt ook gegevens in verband met het binnenklimaat. Er wordt een een sinuscurve vooropgesteld met als gemiddelde temperatuur 21°C en een gemiddelde relatieve vochtigheid van 50%.
Bijlagen
94
6.2.2.4 Resultaat WUFI geeft de resultaten van de verschillende berekeningen grafisch weer. De berekende data kunnen ook geëxporteerd worden naar Excel. Dit biedt het voordeel dat bepaalde parameters van verschillende cases in één grafiek kunnen geplaatst worden om zo de verschillen tussen de materialen duidelijk te maken. De grafieken worden opgesteld voor de periode van 1 oktober 2012 tot 1 oktober 2013. Door de resultaten voor het laatste jaar weer te geven, vlakken we de invloed van de beginvoorwaarden uit. Indien alle berekende waarden uitgezet worden, dan zijn de grafieken onduidelijk. Daarom zetten we één waarde per dag uit.
6.2.3 Simulaties In eerste instantie worden 5 cases aangemaakt: a) b) c) d) e)
een ongeïsoleerde spouwmuur spouwmuur nagevuld met minerale wol spouwmuur nagevuld met PUR-schuim spouwmuur nagevuld met UF-schuim spouwmuur nagevuld met EPS-parels
Op basis van deze simulaties analyseren we het gedrag van de spouwmuur bij navulling met de verschillende materialen. 6.2.3.1 Vorst-dooi cycli 6.2.3.1.1 Vochtgehalte in de buitenste schil De buitenste laag van de gevel ondervindt schade indien het vochtgehalte groter wordt dan het kritisch vochtgehalte bij vorst én indien de temperatuur kleiner wordt dan 0°C. Hierbij is: Met:
wcr , f 0,87 wm
wcr,f: het kritisch vochtgehalte bij vorst wm: het verzadigingsvochtgehalte
Volgens [8] wordt het verzadigingsvochtgehalte gegeven door: wm 1033 (0,4036 ) 266 kg / m³
De database geeft een waarde van 190 kg/m³ op voor het materiaal. We rekenen hiermee verder. Het kritisch vochtgehalte voor vorst bedraagt: wcr , f 0,87 190 165 kg / m ³
Bijlagen
95
Indien het buitenspouwblad blootgesteld wordt aan vorst-dooicycli gebeurt dit in de buitenste schil. Om de vochtgehaltes in deze zone te bepalen, delen we het buitenspouwblad in twee lagen op: - een buitenste schil (0,5 cm) die onderhevig is aan vorstverschijnselen - binnenste laag (8,5 cm). In onderstaande figuur geven we het verloop van de vochtgehaltes in de buitenste schil voor een Zuid-Westelijk georiënteerde muur: vochtgehalte buitenste laag gevelsteen uf mw eps niet geïsoleerd pu
vochtgehalte w [kg/m³]
55
45
35
25
15
5 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013 19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013 16/09/2013
tijd
Figuur 39: vochtgehalte in buitenste laag gevelsteen (gebouw < 10 m)
Het volledig vullen van de spouw met isolatie zorgt ervoor dat het vochtgehalte van de buitenste laag gevelmetselwerk licht stijgt. Tussen de verschillende types isolatiematerialen stellen we geen duidelijke verschillen vast. Het vochtgehalte ligt ver beneden de kritische waarde, zodat geen vorstschade optreedt. Op de grafiek worden slechts een beperkt aantal waarden van de volledige simulatieperiode uitgezet. De kans is groot dat de grootste pieken hierdoor afgevlakt worden. Uit de extreme waarden van het vochtgehalte leiden we af dat het kritisch vochtgehalte nooit bereikt wordt. simulatie
vochtgehalte [kg/m³] minimum
maximum
PU
0,55
118,85
UF
0,55
118,87
MW
0,55
118,87
EPS
0,55
118,85
geen isolatie
0,56
118,60
Tabel 48: extreme waarden vochtgehalte in buitenste laag
Bijlagen
96
De maximale waarden liggen duidelijk hoger dan de uitgezette punten in de grafiek. Bij erg intense regenbuien piekt het vochtgehalte in de buitenste laag. Na verloop van enkele uren verspreidt het vocht zich in de baksteen en daalt het vochtgehalte in de buitenste laag. 6.2.3.1.2 Temperatuur in de buitenste schil van het gevelmetselwerk De piektemperaturen die volgens [1] optreden in het de spouwmuur (zie figuur 5) worden getoetst aan de resultaten van de software.
Figuur 40: temperatuurverloop over spouwmuur volgens software (a) en volgens [1] (b)
Het maximale temperatuurverschil in het buitenspouwblad stijgt ten gevolge van het aanbrengen van spouwisolatie. De toename berekend met WUFI (0,9°C) is veel kleiner dan wat in [1] aangegeven wordt (3°C). Het risico op vorstschade neemt toe, maar minder sterk dan in [1] aangenomen wordt. De maximale buitentemperatuur die in WUFI als randvoorwaarde opgelegd wordt, is veel hoger dan deze uit de literatuur. Hierdoor is ook de oppervlaktetemperatuur hoger. De temperatuur die in de software aangegeven wordt, is laag in vergelijking met wat te verwachten valt in het Belgisch klimaat. In de simulatie wordt eveneens een lagere minimale temperatuur verwacht. De verschillen in temperatuur die voor- en na de isolatie optreden in de in de buitenste laag zijn vooral te wijten aan de wintertemperaturen. Door het toepassen van isolatie bereikt minder warmte uit de binnenomgeving het buitenspouwblad waardoor de temperatuur iets Bijlagen
97
lager ligt (0,5 tot 1°C). De temperaturen in de zomer zijn nagenoeg constant voor- en na de plaatsing van isolatie. Temperatuur buitenste schil (zomer)
Temperatuur buitenste schil (winter) 40
15
35 temperatuur [°C]
temperatuur [°C]
10
5
0 8/01/2013
13/01/2013
18/01/2013
23/01/2013
-5
28/01/2013
25
niet geïsoleerd
2/02/2013
niet geïsoleerd tijd
30
20 10/07/2013 15/07/2013 20/07/2013 25/07/2013 30/07/2013
mw 4/08/2013
9/08/2013
14/08/2013
tijd
mw
Figuur 41: temperatuurverloop in buitenste schil (zomer en winter)
6.2.3.1.3 Vochtgehaltes bij een ander type gevelsteen Het vochtgehalte in de bakstenen is in grote mate afhankelijk van de eigenschappen van de baksteen. We stellen de vorige grafiek wordt op voor een buitenspouwblad dat opgetrokken werd in “masonry brick extruded”. Het kritische vochtgehalte voor vorst bedraagt: wcr , f 0,87 370 322 kg / m³ vochtgehalte buitenste laag gevelsteen (gebouw < 10m hoog) 35
uf mw eps niet geïsoleerd pu
vochtgehalte w [kg/m³]
30 25 20 15 10
5 1/10/2012 20/11/201 9/01/2013 28/02/201 19/04/201 8/06/2013 28/07/201 16/09/201 2 3 3 3 3 tijd
Figuur 42: vochtgehalte in buitenste laag metselwerk bij geëxtrudeerde baksteen
Het vochtgehalte verloopt analoog aan dat van figuur 39. De vochtgehaltes liggen nog lager dan het geval was voor het eerste type gevelsteen. Bovendien ligt het verzadigingsvochtgehalte van dit type steen hoger. Het werkelijke vochtgehalte ligt bij dit type steen nog verder verwijderd van het kritische vochtgehalte. Dit is te wijten aan de hogere coëfficiënten voor opzuiging en herverdeling (zie bijlage G). Hierdoor wordt vocht in de Bijlagen
98
buitenste schil sneller verspreid naar de achterliggende lagen en loopt het vochtgehalte minder hoog op. De simulatie wordt herhaald voor twee andere types gevelstenen. We gaan telkens uit van een buitenspouwblad van 9 cm dik. Het maximale vochtgehalte in de buitenste 5 mm van de steen wordt berekend. Het kritisch vochtgehalte wordt nooit bereikt.
solid brick masonry solid brick extruded solid brick historical beton
wmax tijdens simulatie [kg/m³] 118 85 58 178
wsat [kg/m³] 190 370 230 291
wcr,f [kg/m³] 165 322 200 253
Tabel 49: vochtgehalte gevelmetselwerk bij verschillende types gevelstenen
6.2.3.1.4 Situaties waarbij de vochtgehaltes in gevelmetselwerk hoger zijn We werken bij de simulaties met een buitenspouwblad van het type “solid brick masonry”. a) Hogere regenbelasting In de voorgaande simulatie gingen we uit van de regenbelasting op een gevel die minder dan 10 m hoog is. Indien we aannemen dat de te isoleren gevel hoger is (20 m), dan stijgen de regenbelasting en het vochtgehalte in het buitenspouwblad.
vochtgehalte buitenste laag gevelsteen (gebouw >20m hoog) uf mw eps niet geïsoleerd pu
75
vochtgehalte w [kg/m³]
65 55 45 35 25 15 5 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
tijd
Figuur 43: vochtgehalte in buitenste laag gevelsteen (gebouw > 20 m)
De stijging van het vochtgehalte in de buitenste schil is vooral merkbaar in de pieken waarbij het vochtgehalte meer dan 20 kg/m³ hoger ligt. De gemiddelde waarde van het vochtgehalte stijgt minder sterk. De buitenste laag neemt veel vocht op tijdens hevigere regenbuien maar het vocht verspreidt zich relatief snel naar de dieper gelegen lagen. Het vochtgehalte blijft ver beneden het kritische vochtgehalte voor vorst. Bijlagen
99
b) Dampremmende afwerkende afwerking van het buitenspouwblad Indien we veronderstellen dat het buitenspouwblad dampremmend afgewerkt wordt (met tegels), dan verwachten we dat de vochtgehaltes hoger zijn. Het risico op vorstschade stijgt. We gaan uit van de regenbelasting op een gevel die minder dan 10 m hoog is. vochtgehalte buitenste laag gevelsteen
vochtgehalte w [kg/m³]
200 180
uf
160
mw eps
140
niet geïsoleerd
120 pu
100 kritisch vochtgehalte uf zonder luchtlaag
80 60 40 1/10/2012 20/11/2012 9/01/2013 28/02/2013 19/04/2013 8/06/2013 28/07/2013 16/09/2013 tijd
Figuur 44: vochtgehalte buitenste schil gevel (dampremmende afwerking)
De vochtgehaltes (uitgezonderd bij navulling met PU) liggen nog steeds onder het kritische vochtgehalte voor vorst. Het hogere vochtgehalte bij navulling met PU-schuim is te wijten aan de hoge dampdiffusieweerstand van PU. Door de dampremmende buitenafwerking kan het gevelmetselwerk enkel uitdrogen naar de spouwzijde. De meeste materialen zijn zeer dampopen, waardoor dit proces niet geremd wordt. PUR-schuim is dampremmender waardoor de uitdroging belemmerd wordt en het vocht in de gevel blijft. Het belang van de µ-waarde blijkt duidelijk uit de grafiek. Hoe dampdichter het isoaltiemateriaal, hoe hoger het vochtgehalte in de buitenste schil. Bij navulling met MW, PSparels (beide zeer dampopen) en in de niet-geïsoleerde spouw wordt de uitdroging naar buiten niet gehinderd en zijn de vochtgehaltes gelijk. Enkel bij navulling met PUR-schuim treedt vorstschade op. Het vochtgehalte zakt niet onder het kritische vochtgehalte voor vorst. Er is sprake van vorstdooicycli. Over de volledige duur van de simulatie (5 jaar) treden 35 vorstdooicycli op.
Bijlagen
100
Op figuur 45 is te zien hoe het vochtgehalte enkel in de laatste 2,5 jaar kritisch wordt. Dit geeft het belang van de Figuur 45: evolutie vochtgehalte buitenste schil opgelegde beginvoorwaarden aan. Er werd een waarde van 18 kg/m³ ingegeven als ingebouwd vocht in de bakstenen. In het begin van de simulatie loopt het vochtgehalte langzaam op tot na ongeveer 2,5 jaar een evenwichtssituatie bereikt wordt. Bijlage H geeft een overzicht van de cycli. 6.2.3.2 Het vochtgehalte in het isolatiemateriaal De hoeveelheid vocht opgenomen door het isolatiemateriaal wordt uitgezet: vochtgehalte isolatiemateriaal 1,2 uf mw eps pu
vochtgehalte [kg/m³]
1
0,8 0,6 0,4
0,2 0 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
tijd
Figuur 46: vochtgehalte in isolatiematerialen
De opgenomen hoeveelheid vocht is zeer beperkt. Dit heeft twee oorzaken: - De isolatiematerialen zijn hydrofoob en niet-hygroscopisch. - Het vochtgehalte in het buitenspouwblad is laag. Er treedt nooit verzadiging op aan de achterzijde van het buitenspouwblad, waardoor er geen run-off is aan de spouwzijde. Het vocht in de isolatiematerialen is (nagenoeg) volledig te wijten aan hygroscopische opname. Deze is voor PS-parels en minerale wol iets groter dan voor PU-schuim (zie bijlage C). Hierdoor is het vochtgehalte is PU het kleinst. Voor UF-schuim werden geen waarden voor het hygroscopisch vochtgehalte en de waterabsorptie ingegeven. In dit geval kent de software zelf lage waarden toe om de simulatie mogelijk te maken. Het resultaat hiervan zijn lage vochtgehaltes die met de nodige voorzichtigheid moeten worden geïnterpreteerd. Dat het vochtgehalte in het UF-schuim iets hoger ligt, wijst erop dat de defaultwaarden die door de software toegekend worden negatiever zijn dan de waarden die aan de andere materialen toegekend werden. Dit heeft geen fysische betekenis. De wateropname van alle isolatiematerialen is verwaarloosbaar klein.
Bijlagen
101
De software houdt geen rekening met het aflopen van water langs de achterzijde van het buitenspouwblad ten gevolge van scheuren in het buitenspouwblad (waardoor het regenwater naar binnen gezogen wordt). We gaan na wat de invloed is op het vochtgehalte van het isolatiemateriaal indien run-off gesimuleerd wordt door aan de achterzijde van het buitenspouwblad een vochtbron (2% van de regenbelasting op de gevel) te veronderstellen. Voor het geval van navulling met UF-schuim voeren we de simulatie niet door omdat we aannemen dat het schuim 10 mm loskomt van het buitenspouwblad.
Figuur 47: vochtgehalte isolatiematerialen bij run-off aan achterzijde buitenspouwblad
Door de beperkte waterabsorptie is de stijging van het vochtgehalte verwaarloosbaar klein. Dit is ook het geval indien we uitgaan van het meest negatieve geval, waarbij ongeveer 5% van de slagregen afloopt langs de achterzijde van het buitenspouwblad (zie paragraaf 2.3.1.1). 6.2.3.2.1 Verhoogde regenbelasting en dampremmende afwerking vochtgehalte PU
vochtgehalte UF 12
5 pu (gebouw < 10 m)
11
pu (dampremmend) pu (gebouw > 20 m)
vochtgehalte [kg/m³]
vochtgehalte [kg/m³]
4
10
3
2
uf (gebouw < 10 m) uf (dampremmend) uf (gebouw > 20 m)
9 8 7 6 5 4 3
1
2 1
0 1/10/2012
0 20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
tijd
19/04/2013
vochtgehalte EPS
mw (gebouw < 10 m)
eps (dampremmend)
mw (dampremmend)
eps (gebouw > 20 m)
mw (gebouw > 20 m)
0,8 vochtgehalte [kg/m³]
vochtgehalte [kg/m³]
16/09/2013
1 eps (gebouw < 10 m)
0,6
0,4
0,2
0,6
0,4
0,2
0 1/10/2012
28/07/2013
vochtgehalte MW
1
0,8
8/06/2013
tijd
0 20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
1/10/2012
tijd
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
tijd
Bijlagen
102
Figuur 48: evolutie vochtgehalte isolatiemateriaal bij dampdichte afwerking buitenspouwblad en bij verhoogde regenbelasting
Door het verhogen van de regenbelasting liggen de vochtgehaltes hoger. Het verschil blijft beperkt .De hoeveelheden zijn nog steeds verwaarloosbaar. In het geval van een dampremmende afwerking liggen de vochtgehaltes duidelijk hoger. De vochtgehaltes verschillen vooral in de zomermaanden (april tot september). Dit is te wijten aan de hogere relatieve vochtigheid in de zomer, waardoor de hoeveelheid hygroscopisch gebonden vocht stijgt. Voor navulling met minerale wol en PS-parels blijven de vochtgehaltes klein. Door hun dampopenheid blijkt het effect van volledige spouwvulling beperkt (het buitenspouwblad kan nog steeds tamelijk vlot uitdrogen naar de spouwzijde). Bij navulling met PUR-schuim is de situatie anders en worden de vochtgehaltes wel duidelijk groter (pieken tot 4 kg/m³ ten opzichte van 0,2 kg/m³ zonder dampdichte afwerking). Uit het verloop van de λ-waarde met de vochtigheid (bijlage E) blijkt dat de invloed van vocht te verwaarlozen is. De grafieken voor navulling met UF-schuim moeten met voorzichtigheid geïnterpreteerd worden. Het ligt voor de hand dat het gedrag zich situeert tussen dat van navulling met MW en PS-parels enerzijds en het gedrag van navulling met PUR anderzijds. Alle materialen zijn (bijna) niet-hygroscopisch zodat het vochtgehalte voornamelijk afhankelijk is van de dampopenheid van het materiaal.
6.2.3.3 Oppervlaktetemperatuur binnen Oppervlaktetemperatuur binnen
22,5
temperatuur [°C]
21,5 20,5 19,5 uf mw eps niet geïsoleerd pu
18,5 17,5 16,5 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013 19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013 16/09/2013
tijd
Figuur 49: temperatuur aan het binnenoppervlak
De oppervlaktetemperatuur ligt ongeveer 1°C hoger na het vullen van de spouw. Hierdoor stijgt het comfort van de bewoners. Bijlagen
103
De isolatiematerialen hebben gelijkaardige isolerende kwaliteiten (λ ≈0,04 W/mK). De verschillen tussen de isolatiematerialen zijn verwaarloosbaar. 6.2.3.4 Risico op schimmelvorming Schimmelvorming is mogelijk als de relatieve vochtigheid groter is dan 80% en de oppervlaktetemperatuur hoger is dan 18°C. Wanneer we het verloop van de relatieve vochtigheid bekijken, merken we dat deze steeds kleiner is dan 80%. Er treedt geen schimmelvorming op.
Relatieve vochtigheid binnenoppervlal
Relatieve vochtigheid [%]
65
60
55
50 uf mw eps niet geïsoleerd pu
45
40 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013 19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013 16/09/2013
tijd
Figuur 50: relatieve vochtigheid aan het binnenoppervlak
WUFI berekent rechtstreeks het risico op schimmelvorming. Op onderstaande grafiek zetten we de hygrothermische condities (temperatuur en relatieve vochtigheid) ter hoogte van het binnenoppervlak op de verschillende tijdstippen uit. Er grenscurven worden uitgezet onder welke geen schimmelgroei verwacht wordt. Indien de uitgezette punten gedurende voldoende lange tijd boven deze curves liggen, is schimmelgroei mogelijk. De twee grenscurves zijn geldig voor verschillende materialen: - LIM B I (stippellijn): voor eenvoudig degradeerbare materialen (bijvoorbeeld behang) - LIM B II (volle lijn): voor materialen met een poreuze structuur (bijvoorbeeld pleister). Als voorbeeld geven we de grafiek die de kans op schimmelvorming bij navulling met PUschuim toont:
Bijlagen
104
Figuur 51: risico op schimmelvorming
De uitgezette punten blijven overal ver verwijderd van de lijnen die het risico op schimmelvorming weergeven. Voor de navulling met andere isolatiematerialen is dit eveneens het geval (bijlage I). Er treedt geen schimmelvorming op. Dit sluit eventuele schimmelvorming achter kasten (waar de relatieve vochtigheid hoog kan oplopen) en ter hoogte van koudebruggen niet uit. Uit figuur 50 blijkt dat de relatieve vochtigheid na het navullen daalt terwijl in paragraaf 2.3.1.5 werd aangehaald dat het risico op condensatie ter hoogte van koudebruggen eveneens daalt. Indien er voor de ingreep geen problemen met schimmelvorming waren, dan treden deze ook na het plaatsen van de spouwisolatie niet op.
6.2.3.5 De warmteflux: De warmteflux of warmtestroomdichtheid [W/m²] is een maat voor de hoeveelheid warmte die door een eenheidsoppervlak stroomt. De warmteoverdracht wordt bepaald door geleiding, convectie, straling en latente warmte (bij condenseren/verdampen komt plaatselijk warmte vrij of wordt warmte onttrokken). De warmteflux door het buitenoppervlak is groter dan deze door het binnenoppervlak. Dit is te wijten aan de opwarming van het buitenspouwblad door de zon (de energie die als zonnestraling in de muur komt wordt omgezet in warmte) en het vrijkomen van latente warmte (door eventuele inwendige condensatie en herverdampen). Op deze manier worden interne warmtebronnen in de muur gegenereerd. [55 en 56]
Bijlagen
105
6.2.3.5.1 Warmteflux door het binnenoppervlak: de invloed van navulling warmteflux door binnenoppervlak 6 3 0
Warmteflux [W/m²]
1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
-3 -6 -9 -12 -15 uf mw eps niet geïsoleerd pu
-18 -21 -24 -27 tijd
Figuur 52: warmteflux door het binnenoppervlak
De warmteflux door het binnenoppervlak daalt zoals verwacht door het navullen van de spouwmuur. De waarden in de winter worden gehalveerd. Negatieve waarden van de warmteflux wijzen op warmtetransport van binnen naar buiten. De verschillende isolatiematerialen hebben gelijkaardige isolerende eigenschappen. Er is geen reden om op basis van de warmtestroom de voorkeur te geven aan één bepaald materiaal. 6.2.3.5.2 Invloed van het vocht en de zonnestraling De warmteflux wordt beïnvloed door regen en zonnestraling. Deze factoren variëren naargelang de oriëntatie van de gevel. In tabel 50 geven we een overzicht van de totale warmteflux door het buiten- en binnenoppervlak voor een noordoostelijk en een zuidwestelijk georiënteerde gevel. Dit zijn de richtingen waarin de regenbelasting respectievelijk het laagst en het hoogst is. We onderzoeken ook de invloed van regen en zonnestraling afzonderlijk door de andere factoren uit te schakelen in de simulaties.
Bijlagen
106
type navulling
pu uf mw eps zonder isolatie
pu uf mw eps zonder isolatie
pu uf mw eps zonder isolatie
pu uf mw eps zonder isolatie
zuidwestelijk georiënteerde gevel noordoostelijk georienteerde gevel geen regenwaterabsorptie en geen absorptie zonnestraling water in buitenste laag baksteen heat flux [MJ/m²] water in buitenste laag baksteen heat flux [MJ/m²] [kg/m³] [kg/m³] links rechts [kg/m³] [kg/m³] links rechts 1,75 64,31 -826,01 -825,21 1,75 65,10 -775,88 -775,22 zelfde waarden als bij zuidwestelijk georiënteerde gevel 1,75 64,64 -796,79 -796,01 1,74 64,36 6,56 28,81 1,74 55,22 -1610,99 -1609,60 geen absorptie zonnestraling, wel regenwaterabsorptie water in buitenste laag baksteen heat flux [MJ/m²] [kg/m³] [kg/m³] links rechts 1,77 128,52 -828,13 -827,25 1,77 128,56 -777,67 -776,94 1,77 128,55 -799,39 -798,59 1,76 128,52 -827,78 -826,97 1,76 127,99 -1616,80 -1615,30 geen regenwaterabsorptie, wel absorptie zonnestraling water in buitenste laag baksteen heat flux [MJ/m²] [kg/m³] [kg/m³] links rechts 0,55 56,49 -606,1 -607,65 0,55 57,16 -569,32 -571,1 0,55 56,78 -584,75 -586,27 0,55 56,51 -605,91 -607,6 0,56 48,64 -1181,27 -1182,21 regenwaterabsorptie en absorptie zonnestraling water in buitenste laag baksteen heat flux [MJ/m²] water in buitenste laag baksteen heat flux [MJ/m²] [kg/m³] [kg/m³] links rechts [kg/m³] [kg/m³] links rechts 0,55 118,85 -608,2 -609,57 1,35 59,41 -710,91 -710,3 0,55 118,87 -571,18 -572,79 1,35 60,15 -667,9 -667,42 0,55 118,87 -587,1 -588,63 1,35 59,87 -686,51 -685,98 0,55 118,85 -607,92 -609,44 1,35 59,46 -710,8 -710,25 0,56 118,6 -1186,16 -1186,9 1,36 58,94 -1384,88 -1383,77
Tabel 50: invloed van regen en vorst op warmtestroom
Uit tabel 50 blijkt dat de invloed van de regen zeer beperkt is. Door het opheffen van de regenbelasting ligt het vochtgehalte in het buitenspouwblad hoger en stijgt de λ-waarde van het gevelmetselwerk. Het vochtgehalte is het metselwerk blijft beperkt tot een maximale waarde van 30 kg/m³. Uit paragraaf 6.2.3.2. blijkt dat slagregen geen invloed heeft op het vochtgehalte in het isolatiemateriaal. De invloed van de zon is veel groter. De oppervlaktetemperatuur van het buitenoppervlak stijgt door de zonnestraling. Hierdoor dalen de warmteverliezen van binnen naar buiten. De oppervlaktetemperatuur met en zonder absorptie van de stralingsenergie van de zon zetten we uit in onderstaande grafiek (voor navulling met PUR-schuim): Oppervlaktetemperatuur buiten 50 zonder zon
temperatuur [°C]
40
met zon (ZW gevel)
30
20
10
0 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013 19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013 16/09/2013
-10 tijd
Figuur 53: invloed van zonnestraling op de buitenoppervlaktetemperatuur
Voor de Zuidwestelijke gevel zorgt de zonnestraling ervoor dat de oppervlaktetemperatuur met meer dan 10°C stijgt. Hierdoor zijn de warmteverliezen minder groot. Voor de Noordoostelijke gevel is het effect van de zonnestraling minder uitgesproken. We zetten de warmteflux door de isolatie wordt uit voor een navulling met PUR voor een Zuidwestelijk en een Noordoostelijk georiënteerde gevel: warmteflux door isolatie 10
Warmteflux [W/m²]
5
0 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
-5
-10
-15 ZW m et regen en met zon NO m et regen en met zon
-20 tijd
Figuur 54: warmteflux door isolatie (voor ZW en NO georiënteerde gevel)
De negatieve waarden staan voor een warmtestroom van binnen naar buiten (wintersituatie). Bij een zuidwestelijk georiënteerde gevel is de warmteflux kleiner omdat het buitenoppervlak warmer is. In de zomer is er (beperkt) warmtetransport van buiten naar binnen. De buitenoppervlaktetemperatuur is hoger bij de Zuidwestelijk georiënteerde gevel waardoor ook de warmtestroom hoger is. 6.2.3.6 Invloed van krimp van het UF-schuim Een spouw die nagevuld wordt met UF-schuim zal steeds een luchtlaag vertonen ten gevolge van de krimp van het schuim. In voorgaande berekeningen gingen we uit van een luchtlaag van 10 mm langs de zijde van het buitenspouwblad. We controleren het effect van de positie van de luchtlaag indien: - Er geen luchtlaag (geen krimp) verondersteld wordt - Er een luchtlaag van 5 mm optreedt zowel aan de zijde van het binnenspouwblad als aan de zijde van het buitenspouwblad. Temperatuur binnenoppervlak 22,5
temperatuur [°C]
21,5
20,5
(2 x 5 mm) luchtlaag
19,5 geen luchtlaag 10 mm luchtlaag
18,5 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
tijd
Figuur 55: invloed van krimp UF-schuim op binnenoppervlaktetemperatuur
De luchtlagen beïnvloeden de oppervlaktetemperatuur binnen nauwelijks. De plaats waar de luchtlaag optreedt, speelt hierbij geen rol. Indien we geen luchtlaag simuleren ligt de oppervlaktetemperatuur iets hoger omdat het isolatiepakket in de spouw dikker is. Voor de warmteflux bekomen we volgende waarden: simulatie luchtlaag van 10 mm tegen het buitenspouwblad 2 luchtlagen van 5mm geen krimp UF-schuim
warmteflux [Mj/M²] links (buitenoppervlak) rechts (binnenoppervlak) -571,18 -572,79 -553,55 -555,19 -539,87 -541,5
Tabel 51: invloed van krimp UF-schuim op warmteflux
Bijlagen
109
De warmteverliezen zijn het kleinst indien het schuim niet krimpt. Indien de luchtlaag volledig langs de zijde van het buitenspouwblad gelegen is, zijn de warmteverliezen het grootst. Deze resultaten moeten met de nodige voorzichtigheid ingerekend worden. Het complexe vocht- en warmtetransport in luchtlagen wordt door WUFI benaderend berekend. 6.2.3.7 Invloed van een vochtbron tegen het binnenspouwblad Ten gevolge van mortelbruggen of foutief geplaatste spouwankers ontstaat een vochtbron ter hoogte van het binnenspouwblad. In WUFI onderzoeken we voor het geval van navulling met UF-schuim drie situaties. Het gaat telkens om een puntbron die respectievelijk 1%, 2% en 3% van de slagregen die op het buitenspouwblad terecht komt, overbrengt naar het binnenspouwblad. vochtgehalte binnenspouwblad 2,2
vochtgehalte [kg/m³]
2
1,8 1,6 1,4 vochtbron (1% slagregen) zonder vochtbron vochtbron (2% slagregen) vochtbron (3% slagregen)
1,2 1 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
tijd
Relatieve vochtigheid binnenoppervlak
Relatieve vochtigheid [%]
60
55
50
45 vochtbron (1% slagregen) zonder vochtbron vochtbron (2% slagregen) vochtbron (3% slagregen)
40 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
tijd
Bijlagen
110
Temperatuur binnenoppervlak 22,5
temperatuur [°C]
21,5
20,5
19,5 vochtbron (1% slagregen) zonder vochtbron vochtbron (2% slagregen) vochtbron (3% slagregen)
18,5 1/10/2012
20/11/2012
9/01/2013
28/02/2013
19/04/2013
8/06/2013
28/07/2013
16/09/2013
tijd
Figuur 56: invloed van een vochtbron tegen het binnenspouwblad
Op de bovenste grafiek is te zien hoe het vochtgehalte van het binnenspouwblad stijgt ten gevolge van de vochtbron. De stijging is beperkt, zodat de invloed op de λ-waarde van het binnenspouwblad zeer klein is. Er worden minieme verschillen vastgesteld voor de oppervlaktetemperatuur en de relatieve vochtigheid aan het binnenoppervlak. Het effect van de vochtbron is verwaarloosbaar.
6.3 Besluit Het na-isoleren van de spouw zorgt voor een halvering van de warmteverliezen. De oppervlaktetemperatuur aan het binnenoppervlak stijgt, zodat het comfort toeneemt. De relatieve vochtigheid aan het binnenoppervlak daalt zodat schimmelvorming geen probleem vormt. Door de gelijkaardige warmtegeleidings- en vochteigenschappen van de onderzochte isolatiematerialen zijn er geen noemenswaardige verschillen tussen de prestaties van de verschillende navullingen. Als het buitenspouwblad niet dampremmend is afgewerkt, is het risico op vorstschade verwaarloosbaar klein, zelfs bij hoge gevels waarbij de regenbelasting groot is. Het vochtgehalte in de buitenste laag van het gevelmetselwerk neemt in beperkte mate toe. Indien wel een dampremmende afwerking aanwezig is, treedt enkel vorstschade op bij navulling van de spouw met PUR-schuim. Minerale wol, PS-parels en UF-schuim zijn voldoende dampdoorlatend om toe te laten dat het buitenspouwblad uitdroogt naar de spouwzijde. Door de waterafstotende eigenschappen van de materialen blijft het vochtgehalte in de materialen zeer beperkt, zelfs indien een aanzienlijk deel van het regenwater afloopt langs de achterzijde van het buitenspouwblad. Bijgevolg worden de warmteverliezen bijna niet beïnvloed door slagregen die op de muur terecht komt. Er worden wel grote verschillen in Bijlagen
111
warmteverliezen geconstateerd tussen gevels met een verschillende oriëntatie. Bij Zuidelijk georiënteerd gevels loopt de oppervlaktetemperatuur hoog op door zonnestraling. Hierdoor zijn de warmteverliezen aanzienlijk kleiner dan de warmteverliezen door Noordelijk georiënteerde gevels, waar de zon minder invloed heeft. Regendoorslag naar het binnenspouwblad ten gevolge van mortelbruggen of foutief geplaatste spouwankers beïnvloedt de warmteverliezen nauwelijks. WUFI benaderd het warmte- en vochttransport door luchtlagen sterk. Het belang van de plaats waar UF-schuim loskomt van de spouwbladen kan daarom onvoldoende ingeschat worden.
Bijlagen
112
7 Besluit Het toepassen van na-isolatie betekent steeds dat de spouw volledig gevuld wordt. De techniek brengt twee risico’s met zich mee: - Het isolatiemateriaal verbindt de twee spouwbladen en vormt zo een mogelijke vochtbrug. - Er is een groter risico dat vorstschade optreedt aan het buitenspouwblad. De materiaaleigenschappen van vijf isolatiematerialen (PUR, UF, PS-parels, glas- en steenwol) die in aanmerking komen voor navulling van de spouw worden onderzocht. De resultaten voor PS-parels moeten vanwege de beperkte binding van de monsters met de nodige voorzichtigheid geïnterpreteerd worden. De materialen hebben vergelijkbare isolerende eigenschappen, de λ-waarden liggen tussen 0,036 en 0,042 W/mK. UF en zilverkleurige PS-parels presteren iets beter dan de andere materialen. Met uitzondering van PUR zijn de isolatiematerialen zeer dampopen. Dit heeft geen negatieve, noch een positieve invloed. Enkel in geval van een dampdichte afwerking van het buitenoppervlak is dampopen spouwvulling een vereiste. In deze laatste situatie wordt volledige spouwvulling sterk afgeraden. De capillaire wateropname van minerale wol is onbestaand. De wateropname van PUR en UF is vergelijkbaar, maar loog. Geen van de materialen is capillair. De materialen nemen nauwelijks hygroscopisch vocht op. De materiaaleigenschappen zijn vergelijkbaar. De belangrijkste parameter bij de keuze van het materiaal is de mogelijkheid om het materiaal met een goede kwaliteit aan te brengen in de spouw. Hierbij heeft UF-schuim het nadeel dat het materiaal krimp bij uitdrogen. Daardoor ontstaat een luchtspouw van enkele millimeters die zich aan de zijde van het buitenspouwblad spouwblad situeert. Hierdoor moet geen rekening gehouden worden met extra warmteverliezen ten gevolge van natuurlijke convectie. Dit fenomeen is enkel van belang indien er koude lucht tegen het binnenspouwblad kan circuleren. Om dit mogelijk te maken moet een luchtspouw groter dan 3 mm langs weerszijden van de spouwisolatie gecombineerd worden met dwarse scheuren door het materiaal. Deze situatie treedt niet op. Ook bij luchtdoorlatende materialen zoals minerale wol en PS-parels is het effect van natuurlijke convectie verwaarloosbaar. Het buitenspouwblad is, zelfs in gescheurde toestand, voldoende dampdicht. Bijkomende nadelen van UF-schuim zijn de mogelijke effecten op de gezondheid van de bewoners en het degraderen van het schuim onder invloed van hoge temperatuur en vochtigheid.
Bijlagen
113
In WUFI werd het warmte- en vochtgedrag van nageïsoleerde muren gesimuleerd. Door de vergelijkbare vocht- en warmtegeleidingeigenschappen worden geen grote verschillen vastgesteld tussen de materialen Door het vullen van de spouw halveert de warmtestroom door de buitenmuur. De oppervlaktetemperatuur ligt hoger, waardoor het risico op schimmelvorming afneemt. De materialen nemen nagenoeg geen vocht op, zelfs indien ze indien ze in contact staan met vocht dat afloopt aan de achterzijde van het buitenspouwblad. Hierdoor worden de warmteverliezen nauwelijks beïnvloed door slagregen. De oriëntatie van de gevel speelt wel een rol: Zuidelijk georiënteerde gevels absorberen meer zonne-energie. Hierdoor stijgt de buitenoppervlaktetemperatuur en dalen de warmteverliezen. Het vullen van de spouw zorgt inderdaad voor een hoger risico op vorstschade aan de gevelstenen. Het risico is minder groot dan verwacht wordt. De toename van het temperatuursinterval over het buitenspouwblad blijft beperkt tot 1°C. De vochtgehalte in de buitenste laag van het gevelmetselwerk liggen ver onder het kritische vochtgehalte voor vorst. Indien het buitenspouwblad dampremmend afgewerkt wordt, dan stijgen de vochtgehalte sterk. Door de dampopen structuur van minerale wol, UF-schuim en PS-parels droogt het buitenspouwblad uit naar de spouwzijde. Er treedt geen vorstschade op. Bij PUR is dit onmogelijk en wordt het vochtgehalte hoger dan het kritische vochtgehalte voor vorst. Het gevelmetselwerk wordt blootgesteld aan vorstschade. Regendoorslag naar het binnenspouwblad heeft nauwelijks invloed op de warmteverliezen en de binnenoppervlaktetemperatuur.
Bijlagen
114
8 Referenties boeken [1] Braeckman B., De Cock N. en Drugmand K., Thermisch en hygrisch gedrag van bouwconstructies, EBES n.v., Antwerpen, 1987. [2]
Brokelman L., Brouns S.J.P., Groot J.W.P., Schinkel H., Scholman., van den Heuvel, van Stigt, Vrehoef, Ontwikkelingen in metselwerk: themadag , 26 februari 1991, Technische Universiteit Delft, NLD, 1991.
[3]
FFC, Technologie de la construction. 3. Méthodes de construction. 11. Isolation thermique - 2. Murs extérieurs, FFC, BEL, 1994.
[4]
Haas M., Nibe’s basiswerk Milieuclassificaties bouwproducten deel1: draagconstructies, NIBE Publishing bv, 2007.
[5]
Haas M., Schmid P., Bio-logisch bouwen en wonen: gezond voor mens en milieu, Deventer : Ankh-Hermes, 1990.
[6]
Hens H., Toegepaste bouwfysica 1: prestatie materiaaleigenschappen, Acco Leuven, 2003.
[7]
IEA, IEA Annex 14 : Condensation and energy: 3 Catalogue of material properties, IEA Brussel, 1991.
[8]
Kumar Kumaran M., IEA. Annex 24. Heat, air and moisture transfer trough new and retrofitted isulated envelope parts (Hamtie). Final report. 3: Task 3: material properties, Leuven : KUL. Departement burgerlijke bouwkunde. Laboratorium bouwfysica, 1996.
[9]
Oliva J.P., l’Isolation écologique, Terre Vivante, 2007.
[10]
SBR, Vochttransport in en droging van bouwmaterialen : fundamentele grondslagen, Stischting Bouwresearch, 10, Alphen aan den Rijn : Samsom, 1969.
[11]
SBR, Warmte-isolatie en ventilatie van muren en daken, Stichting Bouwresearch, 100, Deventer-Kluwer Technische Boeken, 1984.
Bijlagen
115
[12]
Vos, B.H., inwendige condensatie, Stichting bouwresearch, 10, Alphen aan den Rijn: Samsom, 1971.
[13]
Woolley T., Kimmins S., Harrison P. and Harrison R., Green building handbook : a guide to building products and their impact on the environment, Spon, Londen, 2001.
Wetenschappelijke artikels [14]
Bomberg M., Pazera M., Plagge R., Analysis of selected water absorption coefficient measurements,Journal of Thermal Envelope and Building Science 2005, Vol. 28, p. 227-243.
[15]
Broder I., Corey P., Brasher P., Lipa M. en Cole P., Formaldehyde exposure and health status in households, Envirmental health perspectives, 1991, Vol. 95, pp. 101104.
[16]
Brown S.K., Hydrolysis and durability of urea formaldehyde foam insulation, Polymer degradation and stability 27, 1990, p. 121-143.
[17]
Brown, Crump en Gardiner, The effects of temperature and humidity on the chemical structure of urea formaldehyde foam, Polymer degradation and stability 33, 1991, p. 115.
[18]
Cammerer J. , Spitzner M.H., Treiber G., Schlitt H. en Heinz S., Settling and acceptable size of gaps in loose-fill thermal insulation in walls, Research in Building Physics, 2003 , p. 545-553.
[19]
Dyrbol S., Svendsen S., Elmroth A., Experimental investigation of the effect of natural convec tion on heat transfer in mineral wool, Journal of Thermal Envelope and Building Science, 2002, vol 26; p.153-164.
[20]
Hens H., Janssens A., Depraetere W., Carmeliet J. en Lecompte J., Brick cavity walls: a performance analysis based on measurements and simulations, Journal of Building physics 2007, Vol. 31, p. 95-124.
[21]
L’Abbé K., Hoey J., Hanley J., Wacholder S. en Nantel A., Visists to physicians before and after exposure to Urea Formaldehyde Foam Insulation, American journal of public health, 1988, Vol. 78, No.11, pp. 1489-1491
Bijlagen
116
[22]
Norman G., Newhouse M., Health effects of urea formaldehyde foam insulation: Evidence of causation, Canadian Medical Association Journal, 1986, vol. 134, pp. 733-738.
[23]
Rasmussen T.V., Prediction of density for prevention of settling of hygroscopic and nonhygroscopic loose-fill insulation in walls, Journal of Thermal Envelope and Building Science 2005, Vol. 28, p. 245-267.
[24]
Rauniyar G., EPS loose-fill cavity wall insulation, Global insulation magazine, februari 2008, p.30-33.
[25]
Shankar V., Hagentoft C.E., A numerical study of effect of natural convection on thermal properties of horizontal oriented porous insulation, Journal of Thermal Envelope and Building Science, 2000, Vol. 24, p.155-167.
[26]
Walgren P., Measurements and simulation of convective heat transfer in loose-fill attic insulation, Journal of Thermal Envelope and Building Science, 2002, p.95-101.
Vakliteratuur [27] Carmeliet J., Roels S., Regendoorslag bij metselwerk en lijmwerk, Cement stapelbouw 2004, Vol. 5, p. 75-79. [28]
Gérard R., Van Laecke W., Thermisch isolatie van buitenmuren van gebouwen, W.T.C.B.-tijdschrift Nr.3/4, Juli-December 1986, p. 12-29.
[29]
Le Brigand S., Les maçonneries en briques apparentes, syncodés informations, Nr. 46, januari-februari 1998, p. 59-66.
[30]
Muurisolatie, mag het wat meer zijn, Beter bouwen en verbouwen, Vol. 23, 2004, p.36-46
Normen Proeven [31] ISO/DIS 10456 Building materials and products – Hygrothermal properties- Tabulated design values and procedures for detreming declared and design thermal values, 2007.
Bijlagen
117
[32]
NBN EN 1609 Materialen voor de thermische isolatie van gebouwen – bepaling van de wateropname bij kortstondige gedeeltelijke onderdompeling, 1997.
[33]
NBN EN ISO 12572 Warmte- en vochteigenschappen van bouwmaterialen en producten – bepaling van de waterdampdoorlatendheidseigenschappen, 2001.
Nederlandse uitvoeringsrichtlijnen [34]
URL 28-104/05 Uitvoeringsrichtlijn aanbrengen spouwmuurisolatie met PUR schuim, 2005.
[35]
URL 28-103/07 Uitvoeringsrichtlijn aanbrengen spouwmuurisolatie met UF-schuim, 2007.
[36]
URL 28-102/05 Uitvoeringsrichtlijn aanbrengen spouwmuurisolatie met minerale wol vlokken, 2005.
[37]
URL 28-101/05 Uitvoeringsrichtlijn aanbrengen spouwmuurisolatie met PS-parels, 2005.
Europese normen voor in-situ isolatie [38]
prEN 14064-1 Thermal insulation products for buildings, In-situ formed loose-fill mineral wool products – part 1: specification for the loose-fill products before installation, 2007.
[39]
prEN 14315-1 Thermal insulation products for buildings, In-situ formed sprayed polyurethane (PUR) and polyisocyanurate (PIR) foams products – part 1: specification for the rigid foam spray system before installation, 2003.
[40]
PrEN 15100-1 (2004) Thermal insulation products for buildings, In-situ formed urea-formaldehyde foam (UF) products – part 1: specification for the foam system before installation, 2004.
Bijlagen
118
Folders en publicities
[41]
Interbat, Défauts d'étanchéité des façades des briques apparentes, fiche 15, 1998.
[42]
Stybenex (vereniging van fabricanten van EPS-bouwproducten), Basisinformatie EPS, 2007, p. 16.
[43]
UBAtc, ATG 2002/1, Murs creux isolés de façades en maçonnerie, 2002.
[44]
VIBE, keuzefiche: bouwmaterialen/isolatiematerialen, februari 2007, p.13.
[45]
VIBE publicaties, Gezonde en milieusparende materialen, nr. 10, november 2001.
[46]
VIBE, technische fiche: duurzame jeugdwerkinfrastructuur_isolatie, juni 2007, p.17.
[47]
WTCB, gids voor restauratie van gevelmetselwerk, 2002.
[48]
WTCB, restauratie van buitenmuren, 1999, p. 3-13.
[49]
WTCB, vocht in gebouwen, 1993,p. 17-25
websites [50]
BSD-138: Moisture and Materials, geraadpleegd op 8 april 2008 op het World Wide Web: http://www.buildingscience.com/documents/digests/bsd-138-moisture-andmaterials
[51]
Het energie en milieu infomatiesysteem van het Vlaamse gewest, geraadpleegd op 24 maart 2008 op het World Wide Web: http://www.emis.vito.be/
[52]
Muurisolatie Isotechniek, geraadpleegd op 24 maart 2008 op het World Wide Web: http://www.isotechniek.nl/isolatie/muurisolatie.html
Bijlagen
119
[53]
Productomschrijving Rockwool inblaaswol, geraadpleegd op 28 februari 2008 op het World Wide Web: http://www.rockwool.nl/sw22360.asp
[54]
Productomschrijving Isover spouwwol, geraadpleegd op 28 februari 2008 op het World Wide Web: http://www.isover.nl/toepassingen_en_productinformatie/producten_alfabet/spouwwol
[55]
Unitherm ™ 6000 guarded hot plate thermal conductivity measuring system geraadpleegd op 9 februari 2008 op het World Wide Web: http://www.anter.com/6000.htm
Syllabus [56] Jansses A, Bouwfysische aspecten van gebouwen, Universiteit Gent, Faculteit ingenieurswetenschappen, 2007. [57]
Kips G., Bouwfysica, KaHo Sint-Lieven, departement industrieel ingenieur, 2004.
Thesis [58] Hasselaar B.L.H., Vernieuwbare isolatiematerialen als duurzaam alternatief, T.U. Delft, 2004. [59]
Meeusen J., Na-isolatie van spouwmuren, Ugent, 2005-2006.
[60]
Serkitjis M., Natural convection heat transfer in a horizontal layer underlying an air layer, Ph. D. Thesis, CTH, Building Physics, Göteborg, Zweden.
Bijlagen
120
Bijlagen Bijlage A: Gc-waarden voor bakstenen ...............................................................................122 Bijlage B: Grafieken dampdiffusieproeven..........................................................................123 Bijlage C: Bepaling van het hygroscopisch vochtgehalte ....................................................127 Bijlage D: Bepaling waterabsorptiecoëfficiënt (A)..............................................................128 Bijlage E: Verloop van het hygroscopisch vochtgehalte en λ-w verband ............................129 Bijlage F: Vergelijking tussen het klimaat in Kässel en in België ........................................131 Bijlage G: kenmerken van bakstenen ..................................................................................132 Bijlage H: Vorst-dooi-cycli bij dampdichte buitenafwerking (navulling met PUR) ..............133 Bijlage I: Risico op schimmelvorming in verschillende situaties..........................................134
Bijlagen
121
Bijlage A: Gc-waarden voor bakstenen Bepaling van de Gc-waarden
De vereiste materiaalklassen voor verschillende toepassingen van baksteen.
Bijlagen
122
Bijlage B: Grafieken dampdiffusieproeven
PUR 1 PUR 2 UF 1 UF2 RW 1 (40) RW 2 (60) GW 1 (40) GW 2 (30)
PUR 1 PUR 2 UF 1 UF2 RW 1 (40) RW 2 (60) GW 1 (40) GW 2 (30)
y = 0,1253x + 0,2797 y = 0,0733x + 0,3087 y = 0,2065x + 0,7102 y = 0,2025x + 0,3394 y = 0,3149x + 1,0465 y = 0,2219x - 0,2013 y = 0,229x + 0,6052 y = 0,5248x - 0,4642
slope:G
G
[g/u] 0,125 0,073 0,207 0,203 0,315 0,222 0,229 0,525
[kg/s] 3,48056E-08 2,03611E-08 5,73611E-08 5,625E-08 8,74722E-08 6,16389E-08 6,36111E-08 1,45778E-07
W
Z
δ
[kg/(m²sPa)] 1,70568E-09 9,80019E-10 2,98609E-09 2,92772E-09 4,62822E-09 3,31956E-09 3,38244E-09 7,70608E-09
[(m²sPa)/kg] 586277090,7 1020388130 334886264,5 341562439,4 216065961,7 301244799,9 295644933 129767732
[m²/s] 4,51216E-11 3,08767E-11 6,18941E-11 6,52992E-11 1,43058E-10 1,02778E-10 1,05646E-10 2,37183E-10
Aboven Aonder [m²] 0,0190 0,0193 0,0173 0,0172 0,0166 0,0163 0,0166 0,0167
[m²] 0,0101 0,0103 0,0100 0,0102 0,0103 0,0101 0,0102 0,0103
δa
µ
2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10
[-] 4,4325 6,4774 3,2313 3,0628 1,3980 1,9459 1,8931 0,8432
Agemid [m²]
d [m]
0,0145 0,0148 0,0137 0,0137 0,0135 0,0132 0,0134 0,0135
0,0265 0,0315 0,0207 0,0223 0,0309 0,0310 0,0312 0,0308
g [kg/(m²s)] 2,3946E-06 1,3759E-06 4,1922E-06 4,1102E-06 6,4976E-06 4,6603E-06 4,7486E-06 1,0819E-05
80
Δpv [Pa]
PUR 1 PUR 2
1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817
UF 1
y = 0,5248x - 0,4642
UF 2
70
RW 1 (60 kg/m³) RW 2 (40 kg/m³) GW 1 (40 kg/m³) GW 2 (30 kg/m³)
60
50
gewichtsafname (gram)
vgln uit grafiek
dampdiffusieproef 19 februari
y = 0,3149x + 1,0465
40 y = 0,229x + 0,6052 y = 0,2219x - 0,2013
30
y = 0,2065x + 0,7102 y = 0,2025x + 0,3394
Na toepassen correctie luchtlaag:
PUR 1 PUR 2 UF 1 UF2 RW 1 (40) RW 2 (60) GW 1 (40) GW 2 (30)
da
Wc
Z
δ
µ
[m] 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02
[kg/(m²sPa)] 2,05644E-09 1,0865E-09 4,25738E-09 4,13972E-09 8,61579E-09 4,96907E-09 5,1113E-09 3,35934E-08
[(m²sPa)/kg] 486277090,7 920388129,8 234886264,5 241562439,4 116065961,7 201244799,9 195644933 29767731,96
[m²/s] 5,44006E-11 3,42315E-11 8,82448E-11 9,23312E-11 2,66314E-10 1,53849E-10 1,59645E-10 1,03396E-09
[-] 3,6764322 5,8425749 2,2664216 2,166115 0,750993 1,2999785 1,252779 0,1934304
20 y = 0,1253x + 0,2797
y = 0,0733x + 0,3087
10
0
Bijlagen
0
50
100 tijd (uur)
150
123
dampdiffusieproef 4 maart
PUR 3 PUR 4 UF 3 UF 4 RW 3 (40) RW6 4 (60) GW 3 (40) GW 4 (40)
y = 0,1376x y = 0,0705x y = 0,1655x y = 0,1988x y = 0,2262x y = 0,1952x y = 0,1754x y = 0,1856x
+ 1,5609 + 0,7843 + 1,477 + 2,8737 + 5,9381 + 4,4147 + 2,826 + 2,1759
G
[g/u] 0,138 0,071 0,166 0,199 0,226 0,195 0,175 0,186
[kg/s] 3,82222E-08 1,95833E-08 4,59722E-08 5,52222E-08 6,28333E-08 5,42222E-08 4,87222E-08 5,15556E-08
Z
δ
[(m²sPa)/kg] 523270792,8 1030037448 417527593 347713949,5 300792092,6 342449903,2 385990248,8 366929449
[m²/s] 4,73106E-11 2,89152E-11 5,73854E-11 6,35796E-11 1,02762E-10 9,0411E-11 8,09185E-11 8,38819E-11
W [kg/(m²sPa)] PUR 3 1,91106E-09 PUR 4 9,70838E-10 UF 3 2,39505E-09 UF 4 2,87593E-09 RW 3 (40) 3,32456E-09 RW6 4 (60) 2,92014E-09 GW 3 (40) 2,59074E-09 GW 4 (40) 2,72532E-09
slope:G
Aboven Aonder [m²] 0,0184 0,0184 0,0173 0,0172 0,0166 0,0163 0,0166 0,0167
[m²] 0,0101 0,0103 0,0100 0,0102 0,0103 0,0101 0,0102 0,0103
δa
µ
2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10
[-] 4,2274 6,9168 3,4852 3,1457 1,9462 2,2121 2,4716 2,3843
Agemid [m²]
d [m]
0,0142 0,0144 0,0137 0,0137 0,0135 0,0132 0,0134 0,0135
0,0248 0,0298 0,0240 0,0221 0,0309 0,0310 0,0312 0,0308
g [kg/(m²s)] 2,6829E-06 1,363E-06 3,3624E-06 4,0375E-06 4,6674E-06 4,0996E-06 3,6372E-06 3,8261E-06
Δpv [Pa]
70
1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817
PUR 3 PUR 4 UF 3 UF 4 RW 4 (40 kg/m³) RW 3 (60 kg/m³) GW 3 (40 kg/m³) GW 4 (30 kg/m³)
60
y = 0,2262x + 5,9381
y = 0,1952x + 4,4147
50
y = 0,1988x + 2,8737 y = 0,1856x + 2,1759
gewichtsverlies (gram)
vgln uit grafiek
y = 0,1754x + 2,826 y = 0,1655x + 1,477
40
y = 0,1376x + 1,5609
30
20 y = 0,0705x + 0,7843
Na toepassen correctie luchtlaag:
PUR 3 PUR 4 UF 3 UF 4 RW 3 (40) RW6 4 (60) GW 3 (40) GW 4 (40)
da
Wc
Z
δ
µ
[m] 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02
[kg/(m²sPa)] 2,36255E-09 1,07523E-09 3,14933E-09 4,03691E-09 4,98028E-09 4,12456E-09 3,49662E-09 3,74631E-09
[(m²sPa)/kg] 423270792,8 930037448,4 317527593 247713949,5 200792092,6 242449903,2 285990248,8 266929449
[m²/s] 5,8488E-11 3,20242E-11 7,5458E-11 8,92461E-11 1,5394E-10 1,27702E-10 1,09213E-10 1,15307E-10
[-] 3,4195065 6,2452676 2,6504807 2,2409947 1,2992047 1,5661506 1,8312899 1,7345048
Bijlagen
10
0 0
50
100
150
tijd (uur)
200
250
124
dampdiffusieproef 25 maart
PUR 5 PUR 6 PUR 7 PUR 8 PUR 9 PUR 10 RW 5 (60) GW 5 (40)
PUR 5 PUR 6 PUR 7 PUR 8 PUR 9 PUR 10 RW 5 (60) GW 5 (40)
y = 0,1141x y = 0,1481x y = 0,0751x y = 0,0819x y = 0,1122x y = 0,1196x y = 0,2604x y = 0,2679x
+ 0,6179 + 0,3192 + 0,1218 + 0,4666 + 0,0852 + 0,3221 + 2,2734 + 1,1939
slope:G
G
Aboven Aonder
[g/u] 0,114 0,148 0,075 0,082 0,112 0,120 0,260 0,268
[kg/s] 3,16944E-08 4,11389E-08 2,08611E-08 2,275E-08 3,11667E-08 3,32222E-08 7,23333E-08 7,44167E-08
[m²] 0,0188 0,0196 0,0205 0,0198 0,0192 0,0193 0,0166 0,0167
[m²] 0,0101 0,0103 0,0100 0,0102 0,0103 0,0101 0,0102 0,0103
W
Z
δ
δa
µ
[kg/(m²sPa)] 1,56353E-09 1,95735E-09 9,71397E-10 1,08214E-09 1,50673E-09 1,6103E-09 3,84623E-09 3,9338E-09
[(m²sPa)/kg] 639576862,9 510895497,5 1029445260 924097765,3 663688704,2 621001157,9 259994967,9 254207188,3
[m²/s] 4,26324E-11 5,32072E-11 2,75715E-11 3,23018E-11 4,31176E-11 4,52227E-11 1,20132E-10 1,21077E-10
2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10
[-] 4,6913 3,7589 7,2539 6,1916 4,6385 4,4226 1,6648 1,6518
Na toepassen correctie luchtlaag:
PUR 5 PUR 6 PUR 7 PUR 8 PUR 9 PUR 10 RW 5 (60) GW 5 (40)
Agemid [m²]
d [m]
0,0144 0,0150 0,0153 0,0150 0,0147 0,0147 0,0134 0,0135
0,0273 0,0272 0,0284 0,0299 0,0286 0,0281 0,0312 0,0308
g [kg/(m²s)] 2,1951E-06 2,7479E-06 1,3637E-06 1,5192E-06 2,1153E-06 2,2607E-06 5,3997E-06 5,5227E-06
Δpv [Pa]
50
1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817
PUR 5 PUR 6 PUR 7 PUR 8 PUR 9 PUR 10 GW 5 (40 kg/m³) RW 5 (60 kg/m³)
45 40
gewichtsverlies (gram)
vgln uit grafiek
35
y = 0,2679x + 1,1939 y = 0,2604x + 2,2734
30 y = 0,1481x + 0,3192
25
y = 0,1196x + 0,3221 y = 0,1141x + 0,6179
20
y = 0,1122x + 0,0852
15
da
Wc
Z
δ
µ
[m] 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02
[kg/(m²sPa)] 1,8533E-09 2,43371E-09 1,07591E-09 1,21345E-09 1,77403E-09 1,91938E-09 6,2502E-09 6,48478E-09
[(m²sPa)/kg] 539576862,9 410895497,5 929445259,5 824097765,3 563688704,2 521001157,9 159994967,9 154207188,3
[m²/s] 5,05334E-11 6,61563E-11 3,05379E-11 3,62214E-11 5,07668E-11 5,39026E-11 1,95217E-10 1,99593E-10
[-] 3,9577765 3,0231428 6,5492326 5,5215931 3,9395833 3,710394 1,0245005 1,0020367
y = 0,0819x + 0,4666
10 y = 0,0751x + 0,1218
5 0 0
50
100
150
tijd (uur)
Bijlagen
125
dampdiffusieproef 9 april
EPS 1 EPS2 EPS 3 EPS 4 EPS 5 EPS 6 EPS 7 EPS 8
EPS 1 EPS2 EPS 3 EPS 4 EPS 5 EPS 6 EPS 7 EPS 8
y = 0,4079x - 3,10 y = 0,335x - 1,2367 y = 0,251x - 6,8866 y = 0,5035x + 11,791 y = 0,2888x + 17,277 y = 0,2916x - 7,4588 y = 0,2511x + 13,745 y = 0,2332x + 4,7611
slope:G
G
[g/u] 0,408 0,355 0,251 0,504 0,289 0,292 0,251 0,233
[kg/s] 1,13306E-07 9,86111E-08 6,97222E-08 1,39861E-07 8,02222E-08 0,000000081 6,975E-08 6,47778E-08
W
Z
δ
[kg/(m²sPa)] 7,30453E-09 6,29873E-09 4,62029E-09 8,26563E-09 4,86861E-09 5,43777E-09 4,17702E-09 4,25908E-09
[(m²sPa)/kg] 136901426,2 158762222,4 216436783 120982857,5 205397510,8 183898753,7 239404865,8 234792651,1
[m²/s] 1,86704E-10 1,84112E-10 1,40919E-10 1,0299E-10 1,49953E-10 1,3018E-10 1,1679E-10 1,28922E-10
Aboven Aonder [m²] 0,0120 0,0120 0,0115 0,0139 0,0132 0,0111 0,0136 0,0114
δa
µ
2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10 2E-10
[-] 1,0712 1,0863 1,4193 1,9419 1,3338 1,5363 1,7125 1,5513
[m²] 0,0101 0,0103 0,0100 0,0102 0,0103 0,0101 0,0102 0,0103
Na toepassen correctie luchtlaag:
EPS 1 EPS2 EPS 3 EPS 4 EPS 5 EPS 6 EPS 7 EPS 8
da
Wc
Z
δ
µ
[m] 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02
[kg/(m²sPa)] 2,70992E-08 1,70177E-08 8,58835E-09 4,7658E-08 9,48789E-09 1,19191E-08 7,17335E-09 7,4188E-09
[(m²sPa)/kg] 36901426,21 58762222,38 116436783 20982857,5 105397510,8 83898753,73 139404865,8 134792651,1
[m²/s] 6,92656E-10 4,97428E-10 2,61945E-10 5,93818E-10 2,92227E-10 2,85344E-10 2,00567E-10 2,24567E-10
[-] 0,2887436 0,4020679 0,7635199 0,3368035 0,6843994 0,7009086 0,9971736 0,8906023
Agemid [m²]
d [m]
0,0110 0,0112 0,0107 0,0121 0,0117 0,0106 0,0119 0,0108
0,0256 0,0292 0,0305 0,0125 0,0308 0,0239 0,0280 0,0303
Δpv [Pa]
g [kg/(m²s)] 1,0255E-05 8,8428E-06 6,4864E-06 1,1604E-05 6,8351E-06 7,6341E-06 5,8641E-06 5,9793E-06
180 EPS 1 (zw art)
1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817 1403,904817
EPS 2 (zw art) EPS 3 (w it - zw ak gebonden)
160
EPS 4 (zw art)
y = 0,5035x + 11,791
EPS 5 (w it - sterk gebonden) EPS 6 (w it - zw ak gebonden)
140
EPS 7 (zw art) EPS 8 (w it - sterk gebonden)
120
EPS 1 EPS2 EPS 3 EPS 4 EPS 5 EPS 6 EPS 7 EPS 8
zwart zwart wit - zwak gebonden zwart wit - sterk gebonden wit - zwak gebonden zwart wit - sterk gebonden
gewichtsverlies (gram)
vgln uit grafiek
y = 0,4079x - 3,107
y = 0,2888x + 17,277
100
y = 0,335x - 1,2367 y = 0,2511x + 13,745
80
y = 0,2916x - 7,4588 y = 0,2332x + 4,7611 y = 0,251x - 6,8866
60
40
20
0 0
100
200
300
tijd (uur)
Bijlagen
126
Bijlage C: Bepaling van het hygroscopisch vochtgehalte Bepaling evenwichtsvochtgehalte bij 50% relatieve vochtigheid verloop t1 t2 t3 t4
datum 5/mrt 6/mrt 7/mrt 10/mrt
uur 15u30 12u40 14u30 11u00
PUR 1
PUR 2
UF 1
17,01 17,09 17,1 17,07
25,46 25,56 25,57 25,54
4,82 4,84 4,85 4,85
UF 2 RW40 gewicht [g] 4,54 62,33 4,56 62,33 4,57 62,32 4,56 62,32
RW60
GW40
GW30
75,61 75,61 75,61 75,6
62,59 62,59 62,61 62,61
55,42 55,42 55,43 55,43
Bepaling evenwichtsvochtgehalte bij 100% relatieve vochtigheid meting verloopdatum uur t0 25/mrt 16u15 t1 27/mrt 10u45 t2 31/mrt 11u45 t3 7/apr 11u00 t4 14/apr 10u00 t5 21/apr 10u15 t6 29/apr 14u15 t7 6/mei 13u15 maximum gewicht
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
t0 t1 t2
PUR 1
PUR 2
PUR 3
PUR 4
PUR 5
PUR 6
PUR 7
PUR 8
UF 1
UF 2
UF 3
UF 4
14,82 15,56 15,94 16,64 17,16 17,29 17,88 17,6 17,88
31,09 32,09 33,33 34,07 35,38 34,45 34,92 36,44 36,44
43,31 44,82 46,31 48,05 48,77 49,19 49,58 50,02 50,02
45,11 45,43 46,84 47,70 48,80 48,51 50,74 49,95 50,74
13,60 13,65 14,52 14,82 15,10 15,66 16,09 14,39 16,09
15,12 16,00 17,22 17,36 18,48 17,44 18,62 15,51 18,62
14,45 15,27 15,88 15,99 16,26 16,22 17,64 15,09 17,64
15,00 15,75 16,37 16,45 16,57 16,91 17,77 16,04 17,77
3,12 3,35 3,55 3,89 3,52 3,62 4,34 4,77 4,77
5,36 5,29 5,36 5,31 5,50 5,53 5,46 5,32 5,53
3,31 3,12 3,18 3,22 3,52 3,23 3,85 3,09 3,85
5,96 5,86 5,89 5,87 5,98 5,90 6,03 6,54 6,54
GW30
GW40
meting datum tijd 25-mrt 16u15 27-mrt 10u45 31-mrt 11u45 7-apr 11u00 14-apr 10u00 21-apr 10u15 29-apr 14u15 6-mei 13u15 maximum gewicht
datum tijd 16/apr 12u30 6/mei 13u15 13/mei 15u00 maximum gewicht
GW30
GW40
16,99 17,27 17,56 17,96 18,18 18,46 18,90 18,58 18,90
EPS wit(2) a 9,77 9,92 10,07 10,07
22,67 23,03 23,43 23,93 24,09 24,38 24,78 24,76 24,78
RW40
RW60
22,69 22,72 22,77 22,74 22,78 22,87 23,01 23,04 23,04
EPS wit(2) b 10,61 10,83 10,98 10,98
34,02 34,04 34,10 34,14 34,18 34,17 34,35 34,31 34,35
32,35 32,92 33,49 33,94 34,30 34,58 35,29 33,09 35,29
43,18 43,98 44,86 45,75 46,34 46,50 47,24 47,89 47,89
RW40 43,14 43,20 43,30 43,42 43,47 43,42 43,66 43,32 43,66
RW60 64,84 64,95 65,09 65,21 65,35 65,24 65,42 65,05 65,42
zwart zilver 8,25 9,82 10,89 10,89
Bijlagen
127
Bijlage D: Bepaling waterabsorptiecoëfficiënt (A) PUR 4 y = 0,0047x - 0,2486
gewichtstoename [kg/m²]
3,5 3 2,5
y = 0,0032x - 0,4212 2 1,5 y = 0,0015x + 0,0607
1 0,5
PUR 11
0
PUR 12
0
100
200
300
400
500
vierkantswortel tijd
600
700
800
PUR 14
s
Glaswol 0,400000
gewichtstoename [kg/m²]
0,350000
y = 0,0003x + 0,0571
0,300000 y = 0,0002x + 0,085
0,250000
y = 0,0002x + 0,051 y = 0,0002x + 0,0587
0,200000 0,150000
GW 1 GW 2
0,100000
GW 3
0,050000
GW 4
0,000000 0
100
200
300
400
500
vierkantswortel tijd
600
700
800
s
Rotswol RW 1
gewichtstoename [kg/m²]
0,400000
RW 2
0,350000
RW 3
0,300000
RW 4
0,250000 0,200000
y = 0,0002x - 0,0027
0,150000
y = 0,0002x - 0,0276 y = 0,0002x + 0,0168 y = 0,0002x + 0,017
0,100000 0,050000 0,000000 0
100
200
300
400
500
vierkantswortel tijd
Bijlagen
600
s
700
800
128
Bijlage E: Verloop van het hygroscopisch vochtgehalte en λ-w verband PUR
opmerking: voor de bepaling van de moisture storage function van PU-schuim werden gegevens voor PIR-schuim aangenomen UF
MW
Bijlagen
129
PS-parels
Bijlagen
130
Bijlage F: Vergelijking tussen het klimaat in Kässel en in België Gemiddelde temperatuur op jaarbasis Max. temperatuur Min. temperatuur buitentemperatuur
Kässel (Duitsland) 10.1 °C
België 9.8 °C
32.8 °C -10 °C
30 à 32 °C -11 à -14 °C
79 % 767 mm/a
80.9 % 800 mm/a
1009 kWh/m²a
1000 kWh/m²a
Relatieve vochtigheid
Gemiddelde RV Gemiddelde hoeveelheid regen per jaar Zonnestraling per jaar slagregen
Bijlagen
131
Bijlage G: kenmerken van bakstenen solid brick masonry brick old solid brick, extruded
ro [kg/m³] 1900 1670 1650
porositeit [m³/m³] 0.24 0.196 0.41
c [J/kgK] 850 840 850
lambda [W/mK] 0.6 0.4 0.6
µ [-] 10 16 9.5
wsat [kg/m³] 190 195.39 370
Soldid brick masonry
Solid brick extruded
Bijlagen
132
Bijlage H: Vorst-dooi-cycli bij dampdichte buitenafwerking (navulling met PUR)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
duur vorstperiode [uur] 29 10 13 2 9 6 12 5 17 6 43 2 20 157 10 14 5 1 9 6 12 5 17 6 43 2 20 157 10 14 5 1 9 6 12
gemiddelde gemiddeld temperatuur vochtgehalte duur dooi [°C] [kg/m³] [uur] -1,05 167,72 51 -1,04 165,64 12 -0,51 165,26 474 -0,05 174,59 162 -0,89 174,12 665 -0,46 183,79 110 -0,51 183,17 6281 -0,29 187,75 323 -0,35 189,53 183 -0,13 189,75 7 -0,56 189,79 186 -0,04 189,73 9 -0,74 189,77 2 -3,64 189,84 44 -0,77 190,04 12 -0,32 190,01 64 -0,39 190,07 405 -0,04 189,92 162 -0,71 189,66 665 -0,40 189,63 110 -0,45 189,01 6281 -0,29 187,80 323 -0,35 189,54 183 -0,13 189,76 7 -0,56 189,80 186 -0,04 189,74 9 -0,74 189,77 2 -3,64 189,84 44 -0,77 190,04 12 -0,32 190,01 64 -0,39 190,07 405 -0,04 189,92 162 -0,71 189,66 665 -0,40 189,63 110 -0,45 189,01
Bijlagen
133
Bijlage I: Risico op schimmelvorming in verschillende situaties Zuidwestelijk georiënteerde gevel (gebouw < 10m) Navulling met UF
Navulling met MW
Navulling met PS-parels
Geen spouwisolatie
UF met vochtbron (1% van slagregen)
Bijlagen
134
