Fuktberegninger Eksempler på beregningsverktøy

Transkript

1 1 Norsk bygningsfysikkdag 2017 Oslo, 29. november 2017 Fuktberegninger Eksempler på beregningsverktøy Stig Geving, prof./fagsjef Institutt for bygg- og miljøteknikk, NTNU SWECO Norge AS

2 2 Fuktpåkjenninger

3 3 Hensikt: Unngå fuktskader..og spesielt muggvekst

4 4 Kommersielle fuktberegningsprogram WUFI + DELPHIN omfattende verifisering WUFI finnes i norsk versjon NTNU er partner Norske klimadata for 12 steder 1D og 2D Vanndampdiffusjon + kapillærsuging + varmetransport (Lufttransport nei/delvis)

5 5 Input-parametre construction details orientation inclination material properties ρ, c, λ, μ w = f() D w = f(w) initial conditions e.g. construction moisture H T w t T t D p p sat T h v p p sat climate conditions temperature, RH, radiation, precipitation, wind speed & direction dynamic temperature and moisture profiles water content in the material layers heat and moisture fluxes at construction surfaces

6 6 Klimadata 12 steder i Norge

7 7 Bruksområder: Prosjektering nye bygninger Rehabilitering eldre bygninger Analyse av fuktskader Uttørkingstider for byggfukt Analyse av nye typer bygningsmaterialer og konstruksjoner Etterregne felt- og laboratorieundersøkelser Gir god forståelse av bygningsfysiske fenomener

8 8 Eksempel Fuktakkumulering, kondens, råte Kompakt lett tretak ceramic tiles lathing counter-lathing bituminous felt sheathing fiber glass insulation between rafters vapor retarder gypsum board Helning: 50 Orientering: Nord Inneklima: C, 40-60% RF Uteklima: Holzkirchen, Germany Mål: Evaluering av dampsperre

9 9 Total Water Content [kg/m²] Nordorientiertes, 50 geneigtes Dach Dampfbremse innenseitig mit s d = 5 m Gesamtwassergehalt [kg/m 2 ] 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Time Zeit [Jahre] [a] Dampmotstand dampsperre: s d = 5 m Problem: akkumulering av fukt

10 10 Total Water Content [kg/m²] Nordorientiertes, 50 geneigtes Dach Dampfbremse innenseitig mit s d = 0,5 m Gesamtwassergehalt [kg/m 2 ] 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 1,64 kg/m 2 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Time [a] Zeit [Jahre] Dampmotstand dampsperre: s d = 0.5 m Problem: mye kondensering (DIN limit 1.0 kg/m²)

11 11 Total Water Content [kg/m²] Nordorientiertes, 50 geneigtes Dach Dampfbremse innenseitig mit s d = 2 m 3,0 Dampmotstand dampsperre: 2,5 s d = 2 m Gesamtwassergehalt [kg/m 2 ] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,58 kg/m 2 Ingen problem? 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Time [a] Zeit [Jahre]

12 12 Sheatthing Moisture [M.-%] Nordorientiertes, 50 geneigtes Dach Dampfbremse innenseitig mit s d = 2 m Wassergehalt [M.-%] Taktro av tre ( sheating ): Rød linje: MC > 20 vekt% & θ > 10 C ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Time [a] Zeit [Jahre] Problem: stor risiko for råte (og mugg selvfølgelig )

13 13 Sheatthing Moisture [M.-%] Nordorientiertes, 50 geneigtes Dach Feuchteadaptive Dampfbremse Dampmotstand dampsperre: Wassergehalt [M.-%] Fuktavhengig s d = m (smart dampbrems) Noe risiko første året, men totalt sett akseptabelt 10 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Time [a] Zeit [Jahre]

14 14 Evaluering av muggvekstrisiko Nødvendige forhold for biologisk aktivitet: Fukt Næring/ materiale Temperatur Tid Biologisk aktivitet

15 15 Evaluering av muggvekstrisiko - muggindex WUFI & Delphin: postprosessing med VTT-modellen Tar hensyn til materiale, RF, T, tid og reduksjon av muggvekst Inde x description 0 no growth 1 some growth visible under microscope 2 moderate growth visible under microscope, coverage more than 10% 3 some growth detected visually 4 visual coverage more than 10% 5 coverage more than 50% 6 tight coverage, 100%

16 16

17 17 RF-variasjon i romklima Wufi - Plus Energiberegningsprogram som samtidig regner fukttransport og -lagring gjennom alle ytterkonstruksjoner og overflater Dvs: Flersoneprogram koblet til WUFI Vanlige energiberegningsprogram kan brukes til å forutsi innetemperaturens variasjoner over døgnet og året WUFI-Plus kan i tillegg beregne variasjoner i inneluftas luftfuktighet (RF) Spesielt aktuelt mhp hvordan forskjellige overflatematerialer «demper» RFvariasjoner = fuktbufring

18 18

19 19 Fuktbufrings påvirkning på RF inne - demping

20 20 Redusere behovet for fuktstyrt ventilasjon, befuktning og/eller avfuktning

21 21 Relative humidity (%) No 1 No 2 No 3 No 4 40 Eksempel WUFI-plus Spruce + paint Beregning av RF-variasjon over dagen Gypsum + paint Spruce, untreated Forskjellige typer innvendige kledningsmaterialer på vegger og himling Aluminium Hour of day

22 22 Hvis WUFI eller Delphin ikke er nok: Multiphysics software - COMSOL Inneholder ferdige numeriske løsninger på forskjellige fysikk modeller: Inneholder ferdige numeriske løsninger på forskjellige fysikk modeller f.eks: Koble opp mot CAD, MATLAB og Excel Varme- OG FUKT transport-modul

23 23 COMSOL Varme og fukt: Varmekonduksjon Stråling (også i hulrom!) Vanndampdiffusjon Kapillærsuging Lufttransport, naturlig og tvungen konveksjon (laminær, turbulent strøm) Koble mot annen fysikk?, f.eks. Korrosjon Styrkeberegninger Svinn/svelling Etc 3D-funksjonalitet

24 24 Eksempel på 2D/3D-problem som COMSOL kan løse Bjelkeende i murvegg som etterisoleres

25 25 Eks på 3D-problem Simulering av fukt i etasjeskiller

26 26 Du må imidlertid kunne sette opp en matematisk beskrivelsen av fysikken først.., f.eks.: PDE for moisture transport dww d d d dpsat 1 dt D 1 vpsat D v D ln g ez d dt dx j dx j dt T dx j Rw T PDE for heat transport dt d dt c c g c g T h g s p, eff p, w w, j p, v v, j v v, j dt dx j dx j where c c w c w p, eff p, s p,w s

27 27 Krever mye av brukeren, må ha forståelse av hvordan fysikken henger sammen Lettere å gjøre feil Verifikasjon?? MEN: kan gjøre spesialanalyser som ikke er mulig i WUFI og DELPHIN

28 28 Standard om fuktberegninger

29 29 Oppsummering Beregningsprogrammer er viktige hjelpemidler i bygningsfysisk prosjektering Beregningsprogrammene bør opprinnelig være verifisert (benchmarked) mot målinger, dvs. sjekk dokumentasjon Valg av inn-data og analyse av resultater kan imidlertid være krevende