Opleiding Duurzaam Gebouw: Isolatiematerialen: hoe kiezen? Leefmilieu Brussel
ISOLEREN VAN HELLENDE EN PLATTE DAKEN IN HOUT Paul Eykens ISOPROC / INNOVISO
Doelstelling van de presentatie Criteria aanreiken voor een weloverwogen materiaalkeuze voor het isoleren van hellende en platte daken opgebouwd in hout. We beogen: 1. een blijvende efficiënte werking van de isolatie, 2. een aangenaam en gezond binnenklimaat, 3. een goede prijs/kwaliteitverhouding, 4. het vermijden van bouwschade.
Keuze van dakisolatie vanuit hygrothermisch oogpunt (thermische inertie en vochtinertie) De invloed van de keuze van isolatiemateriaal op de duurzaamheid van een gebouw begrijpen op basis van de technische aspecten. 2
Criteria 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.
Koude: warmtegeleidingscoëfficiënt λD Warmte: temperatuurgeleidingscoëfficiënt a Geluidsisolatie Diffusieweerstandsgetal μ en equivalente luchtlaagdikte μd of sd Hygroscopisch/capillair versus hydrofoob Luchtdichtheid Schimmelbestendigheid Knaagdierbestendigheid Brandveiligheid: brandreactie en brandweerstand Harde platen - veerkrachtige platen of rollen - los Drukvastheid Nagroeibaar, mineraal, synthetisch Info i.v.m. milieu en gezondheid: NaturePlus, FSC, LCA, … Labels i.v.m. technische kwaliteiten: ETA, ATG, … Prijs van materiaal en plaatsing 3
Inhoud 0. Alle keuzecriteria 1. Kans op bouwschade 1. Oorzaken 2. Hoe vermijden? 2. Vorm van de materialen i.f.v. volledige vulling 3. Bescherming tegen koude 4. Zomercomfort 5. Dampopen en hygroscopisch versus dampdicht en hydrofoob 6. Wat bij dampdichte buitenzijde? Casestudie plat dak. 7. Bescherming tegen geluid 8. Bescherming tegen brand 4
Slechte ( of eerder geen) luchtdichtheid
±2002: renovatie van sociale woningen; slechte luchtdichtheid hellend dak; n50 tussen 3,5/h en 9/h
±2004: uitbreiding kantoor studiebureel; slechte luchtdichtheid plat dak; n50 = 4/h
Heel slechte luchtdichtheid => hoog ventilatievoud => allicht lage RV
Droge binnenlucht in de winter Gebrekkige luchtdichtheid leidt in de winter tot te droge binnenlucht.
bron: pro clima - Moll
Vocht ingevolge diffusie en convectie 1 mm geïsoleerde constructie met dampscherm µd = 30 m 14 cm dampopen isolatie 1 mm kier
1m
1m
14 cm
diffusie in winter: convectie doorheen kier:
randvoorwaarden: binnen +20° C, 50 % RV buiten -10° C, 80 % RV
0,5 g/[m2.dag] 800 g/[m².dag]
factor 1600 Toenemende luchtdichtheid => hogere RV => meer condens ingevolge lekken. bron: pro clima – Moll; meting: Institut für Bauphysik, Stuttgart, DBZ 12/89
Dak met luchtspouw tussen onderdak en isolatie geventileerde luchtspouw
Nadelen: slechtere thermische isolatie: • de isolatiebeschermlaag ontbreekt • kleinere isolatiedikte • de weg is vrij voor convectieve luchtstromen slechtere akoestische isolatie gevaar voor condensatie van buitenlucht in het dakvlak.
Beter isoleren bron: pro clima - Moll
=> =>
T onderdak daalt meer condens. foto: ISOPROC
Nachtelijke onderkoeling
Bij wolkenloze nachten koelen vooral oppervlakten • met weinig warmteopslagcapaciteit (licht en lage soortelijke warmte) • met lage hellingsgraad sterk af. Wanneer er bovendien weinig luchtbeweging is (vb. plat dak met hoge dakopstanden) kan de oppervlaktetemperatuur in extreme omstandigheden tot 15°C lager worden dan de luchttemperatuur.
Fout concept: geen vulling
Fout concept. Er dreigt condens te ontstaan tegen het onderkoelde onderdak. Bovendien is de isolatie niet waterbufferend. => Mogelijk heel hoge vochtbelasting van het hout, vooral gordingen en muurplaat. foto: Recticel
10
Constructies laten uitdrogen vraagt energie Energie nodig om water op te warmen: 4.190 J/(kg.K) Energie nodig om water te verdampen: 2.249.000 J/kg Energie nodig om water los te maken van celluloseketens:
tot ± 3.000.000 J/kg
Beter isoleren
=> => =>
grotere warmteweerstand lagere warmtestroom langere droogtijd. 11
Opgepast voor bouwschade 1. Toenemende luchtdichtheid is geen garantie tegen kleine lekken waardoor zich plaatselijke vocht ophoopt. 2. Bij ventilatie van de opbouw met buitenlucht gevaar voor veel condens op onderkoelde vlakken. 3. Bij toenemende isolatie neemt de warmtestroom af (in beide richtingen) en verloopt het uitdrogen moeizaam.
=>
Opbouwen en uitvoeringskwaliteiten die bij lage isolatiediktes en slechte luchtdichtheid nauwelijks problemen opleveren, doen dat mogelijk wel bij sterkere isolatie en betere luchtdichtheid. 12
Basisregels bouwfysica nastreven Buiten: winddicht sterk dampopen.
Geen tussenliggende luchtlagen. Binnen: luchtdicht niet dampdichter dan noodzakelijk: in de winter: “dampscherm” In de zomer: “lichte damprem”.
1. Geen condens door vocht ingedrongen van buitenuit. 2. Uitdrogingsreserve gemaximaliseerd. bron: pro clima - Moll
14
Daktimmer met onbehandeld hout
voorwaarden volgens norm DIN 68 800 1. kwaliteitsvol hout met een densiteit van minstens 500kg/m³ weinig aantrekkelijk voor insecten
2. een bijzonder dampopen onderdak een dampopen onderdakfolie met equivalente luchtlaagdikte µd ≤ 0,10m of een isolerende houtvezelplaat met een dikte ≤ 25 mm weinig kans op verhoging van de vochtigheid in de constructie
3. isolatie
volledige vulling over de ganse hoogte van de keperplanken dampopen insecten kunnen zich moeilijk verspreiden in de constructie geen kans op condensatie van vocht door infiltrerende buitenlucht het vocht kan migreren in de opbouw
4. binnenzijde luchtdicht totale equivalente luchtlaagdikte ≤ 2 m in de zomer (lichte damprem) de constructie kan uitdrogen naar binnen toe
Inhoud 0. Alle keuzecriteria 1. Kans op bouwschade 1. Waarom? 2. Hoe vermijden?
2. 3. 4. 5.
Vorm van de materialen i.f.v. volledige vulling Bescherming tegen koude Zomercomfort Dampopen en hygroscopisch versus dampdicht en hydrofoob 6. Wat bij dampdichte buitenzijde? Casestudie plat dak. 7. Bescherming tegen geluid 8. Bescherming tegen brand 16
Volledige vulling
Vorm van de materialen 1. 2. 3. 4.
Vaste platen Veerkrachtige platen of rollen “Losse” vezels Korrels
Vormvastheid • • •
Drukvast? Vb. voor warm plat dak. Krimpgevoelig? Zettingszeker? Hangt af van materiaal en correcte plaatsing. 17
Slechte uitvoering: onvolledige vulling De isolatie is • te breed gesneden • en van bij het begin te veel naar boven gedrukt.
Op veel plaatsen ontbreekt er 4cm, op andere 10cm en zelfs meer. Gevaar voor windspoeling: • (koude) buitenlucht wordt doorheen de niet luchtdichte isolatie geblazen tot aan de warme zijde, • wordt daar opgewarmd, • stijgt tussen isolatie en luchtscherm, • wordt aan de andere zijde opnieuw door onderdruk doorheen de isolatie gezogen • verdwijnt samen met de warmte. Warmteverliezen groter dan berekend. 18
Complexe en onregelmatige compartimenten
Geblazen isolatie is het meest geschikt om dergelijke onregelmatige constructies kierloos te vullen.
foto: Boomer
foto’s: Houtnieuws maart 2008
19
Inhoud 0. Alle keuzecriteria 1. Kans op bouwschade 1. Waarom? 2. Hoe vermijden?
2. 3. 4. 5.
Vorm van de materialen i.f.v. volledige vulling Bescherming tegen koude Zomercomfort Dampopen en hygroscopisch versus dampdicht en hydrofoob 6. Wat bij dampdichte buitenzijde? Casestudie plat dak. 7. Bescherming tegen geluid 8. Bescherming tegen brand 21
Bescherming tegen koude Belangrijk voor energiebesparing en comfort in de winter. Hoe hoger de warmteweerstand, hoe beter. Hoe lager λD, hoe kleiner de noodzakelijke dikte.
Bij muren geldt dikwijls “zo dun mogelijk” om plaatsverlies te beperken. Dit speelt meestal veel minder bij daken. Bij nieuwbouw dikwijls geen begrenzing in de hoogte. Bij renovatie is er meestal veel plaats in de bestaande opbouw, vb. kepers (60mm) + gordingen (175mm of 225mm).
De materialen met laagste λD (harde kunststofplaten) zijn meestal niet geschikt voor plaatsing in de houtstructuur. foto: hendrickx-boudewijn.be
22
Inhoud 0. Alle keuzecriteria 1. Kans op bouwschade 1. Waarom? 2. Hoe vermijden?
2. 3. 4. 5.
Vorm van de materialen i.f.v. volledige vulling Bescherming tegen koude Zomercomfort Dampopen en hygroscopisch versus dampdicht en hydrofoob 6. Wat bij dampdichte buitenzijde? Casestudie plat dak. 7. Bescherming tegen geluid 8. Bescherming tegen brand 23
De temperatuurgeleidingscoëfficiënt a
a = λ/(ρ.c) ρ rho, densiteit van een materiaal c soortelijke warmte van een materiaal
[kg/m³] [J/(kg.K)]
Hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 1 kg van het materiaal met 1 graad te verhogen.
ρ.c warmteopslagvermogen van een materiaal
[J/(m³.K)]
Hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van 1 m³ van het materiaal met 1 graad te verhogen.
Hoog warmteopslagvermogen is meestal positief: het duurt langer eer opbouw warm is => betere bescherming tegen oververhitting; eenmaal opgewarmd, blijft de constructie langer warm => meer profijt uit zonnewinsten. 24
Materiaaleigenschappen ρ
c
λ
a=λ/ (ρ.c)
MDF houtvezelplaat
600
2099
0,09
2,57
isolerende onderdakplaat
270
2068
0,048
3,34
hout
550
1880
0,14
4,87
geëxpandeerde kurk
111
1880
0,043
7,42
1150
1055
0,32
9,50
60
2068
0,039
11,31
180
900
0,058
12,89
50
2099
0,038
13,05
650
839
0,2
13,20
baksteen
1600
839
0,55
14,75
cellenglas
130
839
0,045
14,85
poly-isocyanuraat
30
1404
0,024
20,52
vlasisolatie
30
1880
0,038
24,26
2200
839
1,3
25,35
geëxpandeerd PS
30
1404
0,034
29,06
minerale wol
30
839
0,035
50,06
gipsvezelplaat zachte houtvezelplaat vermiculiet cellulosevlokken cellenbeton
beton
Materialen met een lage warmtegeleidingscoëfficiënt λ zijn geschikt als isolatie in de winter. Ze houden de koude buiten en de warmte binnen.
Materialen met een lage a-waarde (temperatuurgeleidingsvermogen, hier in [cm².h]) dragen bij aan het comfort in de zomer. Ze houden de hitte buiten en de koelte binnen. Enkel materialen die aan beide voorwaarden voldoen, komen in aanmerking als isolatie in lichte bouwconstructies, zoals daken, houtskeletbouw, enz.
Zomercomfort: faseverschuiving [h] en amplitudedemping [-]
29,4°C
25,4°C
22h
bron: isofloc
2h30
Zomercomfort De bescherming tegen oververhitting in de zomer wordt uitgedrukt in ‘faseverschuiving’ [uur] en ‘amplitudedemping’ [-] en is afhankelijk van: 1.
de doorzichtige geveldelen (ramen, koepels, …) de grootte en oriëntatie de aard de ‘zonnewering’ (zonneblinden, oversteken, bomen, …)
2.
de ventilatie (hoe intensief, hoe en wanneer) en infiltratie (luchtdichtheid)
3.
de interne warmtewinsten
4.
de warmteopslagcapaciteit van het gebouw
5.
de opbouw van de wanden
aanwezigheid van een isolatiebeschermlaag warmteweerstand (λ-waarde en dikte) warmteopslagvermogen (densiteit en soortelijke warmte) opeenvolging van de materialen.
tekening: pro clima - Moll
27
Zomercomfort: besluit Het zomercomfort hangt zeker niet in de eerste plaats af van de keuze van het isolatiemateriaal. Het belang van de keuze neemt toe
Als de isolatiedikte beperkt is.
Als de temperatuur aan de buitenzijde oploopt:
Extreem vb.: isolerende kraag rond dakvenster.
donkere dakbedekking. Vb.: plat dak; gootstukken dakvensters. geen ventilatie onder dakdichting. Vb.: plat dak; gootstukken dakvensters.
Bij bijkomend isoleren, zeker aan de binnenzijde. Vb.: 60mm bepleisterbare houtvezelplaten aan de binnenzijde van een dak met 175mm MW tussen de keperplanken. 28
Inhoud 0. Alle keuzecriteria 1. Kans op bouwschade 1. Waarom? 2. Hoe vermijden?
2. 3. 4. 5.
Vorm van de materialen i.f.v. volledige vulling Bescherming tegen koude Zomercomfort Dampopen en hygroscopisch versus dampdicht en hydrofoob 6. Wat bij dampdichte buitenzijde? Casestudie plat dak. 7. Bescherming tegen geluid 8. Bescherming tegen brand 29
Optimale bescherming tegen vocht Laat het vat niet overlopen!
convectie
uitdrogingspotentieel naar binnen toe
Alternatief: de ton groter maken? tekening: pro clima - Moll
diffusie
uitdrogingspotentieel naar buiten toe
materiaalvochtigheid in gewichts-%
Vochtisothermen van cellulose en hout 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
absorptie cellulose desorptie cellulose absorptie hout desorptie hout
8,7
bijvoorbeeld bij 50 % relatieve luchtvochtigheid:
- cellulose 7,0 gewichts% 7
- hout
8,7 gewichts%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%100%
rel. luchtvochtigheid bij 20°C bron: isofloc
31
Buffercapaciteit vergroten ? => De vochtisothermen van hout en cellulose (papier, houtvezel, hennep, vlas, katoen, …) zijn sterk verwant. Bij evenwicht is de vochtigheid in de cellulose over het algemeen iets lager dan die in het hout. Nagroeibare isolatie verhoogt de buffercapaciteit sterk. Voorbeeld: daktimmer met keperplanken 35/225mm, h.o.h. 50cm nagroeibare isolatie met ρ = 40kg/m² houtvezelonderdakplaat 22mm met ρ = 270kg/m²
=> 8kg/m² => 8kg/m² => + 100% => 6kg/m² => + 75%
Maar: Hoe groot de buffer ook is: vroeg of laat moet de opbouw uitdrogen. Het vocht in de buffer kan migreren in de opbouw. 32
Dampopen en hygroscopisch opbouw met hygroscopische materialen, zonder lucht- of dampscherm
Dakopbouw: • betonnen dakpannen • 22 mm isolerende houtvezelplaat Celit 4D • 140 mm celluloseïsolatie isofloc • 12,5 mm Fermacell gipsvezelplaat Buitenklimaat: Holzkirchen bij München Onderzoek: Fraunhofer Institut für Bauphysik, 1993 - 1994
33
Dampopen en hygroscopisch
Volgens Glaser wordt de onderdakplaat belast met meer dan 1000 g/m² vocht. In werkelijkheid blijft de vochtigheid beperkt tot minder dan 20 %.
Onderzoek: Fraunhofer Institut für Bauphysik, 1993 - 1994
34
Dampopen en hygroscopisch Ook de houtvochtigheid ter plaatse van de bovenzijde van de kepers blijft zowel aan noord- als zuidzijde onder de 20 %, en is ongeveer gelijk aan die van de Celit 4D onderdakplaat. In de kern van de kepers is de houtvochtigheid in de winter wat lager. De vochtigheid van de isofloc, ingeblazen met een vochtigheid van ± 13,5 % is tegen het eind van de winter opgelopen tot ± 16,5 %. Enkel aan het buitenoppervlak in het noordelijk dakvlak loopt de vochtigheid even op tot 20 %. Onderzoek: Fraunhofer Institut für Bauphysik, 1993 - 1994
35
Dampopen en hygroscopisch Besluit 1. Ook al is de constructie volgens DIN 4108 fout (de binnenzijde is te weinig dampremmend), toch blijkt ze op het vlak van vochtdiffusie probleemloos te functioneren. 2. Diffusieopen constructies bieden voldoende uitdrogingsmogelijkheden • voor het door diffusie ontstane „condensatiewater“ en • voldoende bijkomende zekerheid voor de in de praktijk niet volledig te vermijden gebreken in de luchtdichting (convectie). 3. Vochtbufferend vermogen van de isolatiematerialen: • cellulose-isolatie: 140mm isofloc aan 50kg/m³ => 7kg/m² isolatie; een toename van de vochtigheid van 13% tot 20% geeft een vochtbuffer van > 0,5liter/m²; • onderdakplaat: 22mm Celit aan 270kg/m³ => 6kg/m² houtvezelplaat; een vochttoename van 15% tot 20% geeft nog eens een vochtbuffer van 0,3liter/m². Onderzoek: Fraunhofer Institut für Bauphysik, 1993 - 1994
36
Inhoud 0. Alle keuzecriteria 1. Kans op bouwschade 1. Waarom? 2. Hoe vermijden?
2. 3. 4. 5.
Vorm van de materialen i.f.v. volledige vulling Bescherming tegen koude Zomercomfort Dampopen en hygroscopisch versus dampdicht en hydrofoob 6. Wat bij dampdichte buitenzijde? Casestudie plat dak. 7. Bescherming tegen geluid 8. Bescherming tegen brand 37
Isoleren van constructies met sterk dampdichte buitenzijde Metaal, roofing, rubber, PVC, … zijn materialen die de opbouw aan de buitenzijde sterk dampdicht maken. Dit betekent dat volgende opbouwen bijzonder delicaat zijn:
platte daken hellende daken met metalen dakbedekking, roofing shingles, … hellende daken met een mogelijk sterk dampremmend onderdak de bovenzijde en/of zijkanten van dakkapellen wanneer ze met dergelijke materialen zijn bekleed goten, zoals bijvoorbeeld de onderzijde van bakgoten.
Dergelijke constructies vereisen extra aandacht bij
ontwerp en voorbereiding materiaalkeuze planning en coördinatie uitvoering en controle van de luchtdichting.
1. Warm dak: opbouw
Dampscherm
Isolatie: drukvast rotvast. Gevaar voor omgekeerde diffusie bij stagnerend water => oppassen bij groendak. 39
Warm dak: nadelen Luchtdichte aansluiting moeilijk – onmogelijk: hoe dampscherm op dakvloer verbinden met luchtdichting (pleisterwerk) op de wand; luchtscherm in het hellend dak?
Controle luchtdichting met pressurisatietest niet mogelijk.
Aanbrengen dampscherm en isoleren gebeuren in buitenomgeving => kans op vochtinsluiting. foto: denboertwo.nl
42
Compact dak: hygrothermisch gedrag Kortgolvige straling (licht en UV)
Infrarood straling Dampdiffusie doorheen de dakdichting
Warmte-uitwisseling met buitenklimaat
-20°C tot +65°C
Aanwezigheid en toename vocht tijdens de bouwfase
Dakdichting Dakvloer
Winter Richting dampdruk
Isolatie
Zomer
Damprem Facultatieve leidingenspouw Afwerking
+10°C tot +25°C Warmte-uitwisseling met binnenklimaat
Laterale diffusie
Fout in luchtdichting
Diffusie doorheen de vochtgestuurde damprem
Hygroscopische isolatie versus niet-hygroscopische isolatie.
Voordelen van niet-hygroscopische isolatie: in de zomer blijft er minder vochtigheid in het onderste deel van de isolatie. In de winter migreert deze vochtigheid opnieuw naar het bovenste deel van het dak.
Voordelen van hygroscopische isolatie: betere spreiding van lokale belasting met vocht (bv. door lekken in damprem); minder vlug schimmelvorming door wintercondensatie op de onderzijde van de dakvloer; minder vlug schimmelvorming door zomercondensatie op de bovenzijde van de damprem en het hout in contact met de damprem. 53
Compact dak: aanbeveling
Vochtbufferend materialen (hout, isolatie): + bovenaan in de opbouw: de draagconstructie zelf wordt minder met vocht belast - onderaan in de opbouw: er blijft meer vocht in de constructie. 54
Inhoud 0. Alle keuzecriteria 1. Kans op bouwschade 1. Waarom? 2. Hoe vermijden?
2. 3. 4. 5.
Vorm van de materialen i.f.v. volledige vulling Bescherming tegen koude Zomercomfort Dampopen en hygroscopisch versus dampdicht en hydrofoob 6. Wat bij dampdichte buitenzijde? Casestudie plat dak. 7. Bescherming tegen geluid 8. Bescherming tegen brand 64
Bescherming tegen geluid Geluidscomfort wordt steeds belangrijker: steeds meer lawaai >< steeds meer stress. Principes geluidsisolatie: massa dichte dakbedekking of zwaar onderdak veer daktimmer of Metalstud massa binnenafwerking
voor demping van de lage frekwenties tussen beide massa’s ≥ 25cm afstand vulling met geluidsabsorberende isolatie
+ vezels (elastische platen, rollen of los - lichte stijve poriëndichte platen kieren en gaten vermijden.
tekening: WTCB
foto: habitos.be
65
Bescherming tegen geluid Voorbeeld van slechte opbouw en uitvoering
Totale massa vrij beperkt Veer ontbreekt => heel stijve constructie Onvoldoende dikte om lage frekwenties te isoleren Geen absorberend isolatiemateriaal Grote kieren tussen dakelementen en dakvensters
foto: bouwinfo.be
66
Inhoud 0. Alle keuzecriteria 1. Kans op bouwschade 1. Waarom? 2. Hoe vermijden?
2. 3. 4. 5.
Vorm van de materialen i.f.v. volledige vulling Bescherming tegen koude Zomercomfort Dampopen en hygroscopisch versus dampdicht en hydrofoob 6. Wat bij dampdichte buitenzijde? Casestudie plat dak. 7. Bescherming tegen geluid 8. Bescherming tegen brand 67
Bescherming tegen brand
Reactie bij brand •
Hoe gedraagt isolatiemateriaal zich brand?
•
Voor de beoordeling: let op de norm waarheen verwezen wordt: Europees, Belgisch, Duits, …
•
De isolatie zit heel dikwijls achter een afwerking.
•
Vroeger werd dit getest op het materiaal zelf, nu meer en meer in combinatie met een ondergrond.
foto: isofloc
het bij
68
Bescherming tegen brand Brandweerstand •
Wordt in de eerste plaats bepaald door de gebruikte bekleding: gipskarton, gipsvezel, cementvezel, houtderivaatplaten, ….
•
Brand is een extreme vorm van hitte. De isolatie helpt het hout te beschermen tegen verkoling. Hygroscopische materialen met een lage temperatuursgeleidingcoëfficiënt a scoren dikwijls heel goed. 69
Te onthouden De keuze van een isolatiemateriaal gebeurt aan de hand van vele criteria. Een heel lage warmtegeleidingscoëfficiënt λD is meestal geen dwingende eis. Natuurlijke isolatiematerialen verhogen de thermische inertie, maar de invloed op het zomercomfort is beperkt. Houten constructies worden bij doorgedreven isolatie gevoeliger voor bouwschade. Natuurlijke isolatiematerialen verhogen de hygrische buffercapaciteit, maar minstens even belangrijk zijn:
een juist concept een correcte uitvoering.
70
Contact Paul Eykens Boterstraat 23 A, 2811 Mechelen 015/62 39 35
[email protected] [email protected] ISOPROC INNOVISO Isoleren voor morgen Neutraal expertisecentrum voor isolatie, lucht-,wind- en regendichting controle.