Rapport for prosjektet Varme- og fukttransport i bygninger betydning for innemiljø

Transkript

1 Rapport for prosjektet Varme- og fukttransport i bygninger betydning for innemiljø Arild Gustavsen*, Jan Vincent Thue og James Rydock Institutt for bygg, anlegg og transport, NTNU Stig Geving og Berit Time SINTEF Byggforsk * Adresse: Høgskoleringen 7A, 7491 Trondheim (Tlf.: ) Prosjektsammendrag I dette prosjektet har Institutt for bygg, anlegg og transport, NTNU, sammen med SINTEF Byggforsk satt fokus på varme- og fukttransport i bygninger. Prosjektet hadde to hovedmål der det ene var å videreutvikle og spre kunnskap om varme, fukt og lufttransport i bygninger. Det andre hovedmålet var å introdusere et norsk fuktberegningsprogram for BAE-næringen. For å oppnå det første målet har et seminar og to kurs har blitt arrangert. Seminaret hadde hovedtittel Norsk bygningsfysikkdag og undertittel Fuktteknisk prosjektering lønnsom forebygging. Seminaret tok for seg prosjekteringsprosessen i framtiden, nye hjelpemidler og presenterte hva som skjer innen forskning. Det var 80 deltagere fra entreprenører, rådgivere, materialprodusenter, arkitektfirma, forskningsinstitutter og universitet. Kursene omhandlet bruk av fuktberegningsprogram generelt og WUFI spesielt. Anvendelse av WUFI på aktuelle konstruksjonsproblemstillinger ble vist og tolkning av resultatdata ble demonstrert. Deltakerne fikk også anledning til egen øvelse i bruk av programmet. Videre har en norsk versjon av fuktberegningsprogrammet WUFI blitt utarbeidet som en del av prosjektet. Dette inkluderer bl.a. oversettelse av brukergrensesnittet til norsk, og inkludering av materialdata og klimadata fra 12 norske byer i programmet. WUFI vil gjøre det lettere for entreprenører og rådgivere å prosjektere mer fuktsikre konstruksjoner, slik at fuktproblemer og potensielle innemiljøproblemer som følge av dette kan unngåes. Deltagelse i IEA ECBCS Anneks 41 Whole building heat, air and moisture response har også inngått som en del av prosjektet. Innhold Innledning... 2 Prosjektets mål... 2 Resultater fra prosjektet... 2 Utvikling av et norsk fuktberegningsprogram... 2 Hvorfor WUFI?... 3 Litt mer om WUFI... 3 Hva har dette prosjektet tilført WUFI... 4 Arrangement av seminar og kurs... 5 Norsk bygningsfysikkdag... 5 WUFI kurs... 5 Deltagelse i IEA Anneks Publikasjoner og nettsteder... 6 Konklusjon... 7 Forslag til videre arbeid

2 Innledning Nasjonalt er konsekvenser av fuktproblemer i bygninger et stadig økende problem. Undersøkelser gjennomført ved SINTEF Byggforsk har vist at kostnadene forbundet med utbedring av prosessforårsakede byggskader i Norge anslagsvis beløper seg til omkring 5 % av de årlige investeringskostnadene ved nybygging. Oppretting av feil og utbedring av skader på bygg før overlevering, anslås til å ligge på samme nivå som for ferdige, overleverte bygg. Med en årlig byggproduksjon på 100 mrd. NOK kan det således antas at utbedring av byggskader ligger på i størrelsesorden 10 mrd. NOK. Gjennom kartlegging av byggskader i snart 50 år, både etter oppdrag fra byggebransjen og i omfattende feltundersøkelser (ca skadesaker) vet vi at mer enn 3/4-deler av totalt antall undersøkte byggskader i perioden er fuktskader. Tradisjonelt har systematisk evaluering av sikkerhet mot fuktskader vært viet liten oppmerksomhet i byggebransjen. Fukttekniske spørsmål blir håndtert som kun et av mange problematiske elementer under byggeprosessen, og blir ofte undervurdert eller uteglemt. Stadig strengere krav til økonomi, fremdrift og kvalitet, kombinert med store mengder nedbør i byggeperioden, viser seg også å være vanskelig å forene. Behovet for pålitelige designverktøy for å håndtere fukttekniske spørsmål er derfor stort. I de senere år er også fuktige materialers negative innvirkning på inneluftkvaliteten og medfølgende helseproblemer kommet klarere frem. Et av hovedproblemene knyttet til slike saker er at kunnskapsnivået i dag ikke er godt nok til å si hva som må til for å utbedre de enkelte bygningene. Problemene er komplekse og sammensatte og spenner over flere fagfelt. Med dette som bakgrunn har derfor bygningsfysikkmiljøet ved Institutt for bygg, anlegg og transport, NTNU, og SINTEF Byggforsk følt et behov for økt fokus på bygningsfysikk i BAE-næringen. Bygningsfysikk er et viktig fagfelt siden det er i dette fagfeltet man søker å unngå fuktproblemer og inneklimaproblemer gjennom å prosjektere riktig. Prosjektets mål Prosjektet har to hovedmål: 1. Videreutvikle og spre kunnskap om varme, fukt og lufttransport i bygninger. Dette går ut på å delta i nasjonalt og internasjonalt samarbeid innen dette temaet og deretter spre denne kunnskapen i BAE-næringen i Norge. Varme, fukt og lufttransport i bygninger er et viktig område innen fagområdet bygningsfysikk. 2. Introdusere et norsk fuktberegningsprogram for BAE-næringen. Et norsk fuktberegningsprogram vil gjøre det mulig å undersøke konstruksjoners fukttekniske egenskaper før de bygges. Resultater fra prosjektet Utvikling av et norsk fuktberegningsprogram Et av hovedmålene til prosjektet var å utvikle en norsk versjon av et fuktberegningsprogram og gjøre dette tilgjengelig for den norske BAE-næringen. Et norsk fuktberegningsprogram vil gjøre det lettere for rådgivere, entreprenører, arkitekter og andre og vurdere hvor fuktsikker en konstruksjon er, før konstruksjonen bygges. Flere av fuktskadene som forekommer vil derfor kunne unngåes. Årsaken til det er behov for en norsk versjon av et slikt program er at 2

3 fuktberegningsprogrammer ofte er tilpasset det landet de er utviklet i. Programmene har derfor hovedsakelig klimadata for de landene de kommer fra. Materialdata for materialer som er typiske for opphavslandet er også mest vanlig. Skal man gjøre nøyaktige fuktberegninger er det behov for et fuktberegningsprogram med klimadata fra de stedene som byggene skal settes opp (eller klimadata fra steder med tilsvarende klima). Man bør også ha nøyaktige materialdata for de konstruksjonene man benytter. Hvorfor WUFI? Siden det ikke fantes noe norsk fuktberegningsprogram med norske klimadata og materialdata bestemte NTNU og SINTEF Byggforsk at det var nødvendig å utvikle et norsk fuktberegningsprogram. Å utvikle et norsk versjon fra begynnelsen av ville koste for mye. Valget ble heller å oversette et av de utenlandske programmene, og å inkludere klimadata og materialdata i det. Valget falt på WUFI, som er utviklet av Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) i Tyskland. WUFI var allerede oversatt fra tysk til andre språk (eks. finsk, fransk og engelsk) og det fantes derfor rutiner for enkelt å oversette brukergrensenittet. Utenom WUFI så finnes det ellers bare et fåtall tilgjengelige fuktberegningsprogrammer på det globale markedet i dag. Litt mer om WUFI WUFI er et menystyrt og brukervennlig PC-program som gjør det mulig å utføre endimensjonale transiente beregninger (beregninger over tid) av hygrotermiske forhold i bygningskomponenter ved naturlige klimabetingelser. WUFI baserer seg på den nyeste kunnskapen om fukttransport ved vanndampdiffusjon og kapillærledning i bygningsmaterialer. Programmet benytter både faste og fuktavhengige materialparametere i beregningsgrunnlaget. Det inkluderer også slagregn og stråling for utvendige klimadata, og sørger for at klimabelastningen i større grad tilsvarer en realistisk situasjon. WUFI egner seg for vurdering av: Uttørkingstid for byggfukt Kondensfare i bygningskomponenter Virkning av slagregn mot utvendige overflater Innvirkning fra ombygging- eller sanering Hygrotermiske forhold WUFI trenger ulike inngangsdata for at en beregning skal kunne gjennomføres. Inngangsdataene kan deles inn i sammenstilling av konstruksjon, materialparametere, klimadata, overgangskoeffisienter for ytre/indre overlate, og initialbetingelser. WUFI er bygget opp slik at alle nødvendige inn-data enkelt kan velges fra menyer i en logisk rekkefølge. Brukergrensesnitt til WUFI er utformet slik at det i størst mulig grad skal være selvforklarende. Mer informasjon om WUFI kan finnes på webstedet Det er nå to versjoner av beregningsprogrammet tilgjengelig på norsk, WUFI Light og WUFI Pro. I tillegg finnes det en todimensjonal versjon og en CFD versjon som er tilgjengelige på engelsk. WUFI Light er gratis for alle, mens WUFI Pro må kjøpes. Forskjellen på disse 3

4 versjonene er hovedsakelig at man kan endre på flere parametere i Pro-versjonen enn i Lightversjonen. Programmet kan lastes ned fra Når man har utført beregninger med WUFI kan resultatfilene importeres til et annet selvstendig program, WUFI-Bio, som er et program som kan benyttes til å bedømme risikoen for vekst av mugg på og i bygningskonstruksjoner. Det er derfor nå mulig å vurdere faren for muggvekst og potensielle innemiljøproblemer før man bygger. WUFI-Bio er gratis og foreligger ennå kun på engelsk. Programmet kan lastes ned fra WUFI blir i dag benyttet som undervisningsprogram i grunnstudiet og av flere Ph.D.- kandidater ved NTNU. Hva har dette prosjektet tilført WUFI Gjennom dette prosjektet har WUFI fått et norsk brukergrensesnitt, dvs. at alle ord og utrykk i programmet har blitt oversatt fra tysk til norsk. Materialdata for noen typiske norske materialer har også blitt inkludert i programmet. Valg av materialdata ble hovedsakelig gjort ut fra hvilke materialer som NTNU og SINTEF Byggforsk savnet i programmet og som vi hadde nok målte egenskaper til. Klimadata for fuktteknisk prosjektering (MDRY) er blitt utviklet og tilpasset programmet og dermed tilgjengeliggjort for praktikere i vesentlig bedre grad enn tidligere. Klimadata for 12 steder i Norge (fra Kristiansand i sør til Karasjok i nord) har blitt lagt til programmet. Stedene er valgt for å reflektere det varierte klimaet som er i Norge (figuren nedenfor viser skjermbildet for valg av klimadata). I tillegg har NTNU og SINTEF Byggforsk hatt innvirkning på hvilken funksjonalitet som har blitt inkludert i programmet. Bl.a. så har utvalget av muligheter for valg av grenseverdier økt som følge av samarbeidet mellom NTNU/SINTEF Byggforsk og IBP. Figur 1. Figuren viser skjermbildet for valg av klimadata i WUFI. 4

5 Arrangement av seminar og kurs En viktig del av prosjektet var å spre kunnskap om bygningsfysikk og spesielt sammenhengen mellom varme- og fukttransport i bygninger og betydning for innemiljø til BAE-næringen. Det har derfor blitt arrangert et seminar, som fikk navnet Norsk Bygningsfysikkdag, og to kurs i bruk av fuktberegningsprogrammet WUFI. Selv om kursene retter seg mot WUFI som program så kan også brukere av andre programmer ha nytte av et slikt kurs. Dette er fordi at grunnlagsteorien og vurderingene som gjøres er felles for de fleste fuktberegningsprogrammene. Seminaret og kursene er beskrevet nærmere nedenfor. I tillegg kan det nevnes at NTNU og SINTEF Byggforsk var medarrangør sammen med Tekna for kurset Feilfrie bygg gir lave levetidskostnader under kursdagene i januar Norsk bygningsfysikkdag Norsk bygningsfysikkdag ble arrangert i Oslo for første gang 24. november 2005, med 80 deltagere entreprenører, rådgivere, materialprodusenter, arkitekter og forskere. Dette er et svært stort antall deltakere for denne typen arrangement, noe som igjen viser at det er interesse i bransjen. Seminaret hadde undertittelen Fuktteknisk prosjektering lønnsom forebygging, en påstand som diskusjonene viste at deltakerne var enige i. Dagen var delt opp i tre deler: Prosjekteringsprosessen i framtiden, Nye hjelpemidler og Hva skjer på forskningssiden. Under del 1 var en rådgiver og en arkitekt ufordret til å diskutere prosjekteringsprosessen i framtiden sett fra sitt ståsted. Under overskriften Nye hjelpemidler ble et ekspertsystem og et fuktberegningsprogram (WUFI) presentert. Og under den siste delen av arrangementet ble noen pågående forskningsprosjekter presentert: Klima 2000, Veien til riktig utførte bygg, og OPTIVATØR Optimal oppvarming og tørking av bygninger i byggefasen. Fuktrelaterte masteroppgaver ved NTNU ble også presentert. En artikkel sendt til Byggeindustrien oppsumerer dagen mer detaljert, se kapittelet Publikasjoner og nettsteder. Fullstendig program og alle foredragene er lagt ut på websiden WUFI kurs Det ble arrangert to WUFI kurs, et nybegynnerkurs (16. februar 2006) og et avansert kurs (17. februar 2006). I løpet av dag 1 ble det avholdt foredrag om teori og grunnlag for beregningsprogrammer generelt og for WUFI spesielt. Anvendelse på aktuelle konstruksjoner ble vist og tolkning av resultatdata ble demonstrert. I tillegg fikk kursdeltagerne gjennomføre noen enkelte casestudier ved PC-ene. I løpet av dag 2 ble det avholdt foredrag som gikk inn på de avanserte funksjonene i WUFI og deltagerne gjorde case studier som tok for seg mer komplekse problemstillinger og som berørte de avanserte funksjonene i programmet. På nybegynnerkurset var det 18 deltagere, og på det avanserte kurset var det 17 deltagere. Deltagerantallet var begrenset til 20 personer hver dag, da det ble lagt vekt på at alle deltagerne skulle kunne praktisere på egen PC i løpet av kurset. Vårt inntrykk er at alle sammen var fornøyde med kurset. Daniel Zirkelbach fra programutviklingsgruppen ved Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) i Holzkirchen, Tyskland, og Jan Vincent Thue og James Rydock fra NTNU foreleste. Deltagelse i IEA Anneks 41 For at bygningsfysikkmiljøet ved NTNU og SINTEF Byggforsk skal være i stand til å formidle state-of-the-art kunnskap på området Varme- og fukttransport i bygninger betydning for innemiljø er det nødvendig å delta i internasjonale samarbeidsprosjekter. Et av 5

6 de viktigste som pågår nå er IEA ECBCS Annekset 41, som har tittelen Whole building heat, air and moisture response. Dette prosjektet er delt opp i fire deler: 1. Modellering av varme, fukt og lufttransport i bygninger. I denne delen av prosjektet fokuseres det på utvikling/verifisering av beregningsmodeller og programmer for beregning av varme, fukt og lufttransport i bygninger. Man går altså lenger en kun å regne ut energibruken til bygningene. Skal man kunne forutsi noe om komfort, bygningskroppens bestandighet og mulig fare for fuktproblemer (og mulige innemiljøproblemer) må også fukt og lufttransport inkluderes i modellene. 2. Eksperimentelle undersøkelser. Hovedfokus her har så langt vært fuktbuffring i materialer og måling av dette i laboratorium. NTNU og SINTEF Byggforsk har deltatt forholdsvis mye her igjennom deltagelse i flere av måleprogrammene som er satt i gang. Senere vil man i denne delen av prosjektet bygge modeller av hele rom/bygninger for å verifisere beregningsmodellene som benyttes/utvikles i del Grensebetingelser. For å gjennomføre nøyaktige beregninger av varme, fukt og lufttransport i bygninger er det nødvendig med god kjennskap til grensebetingelsene. Ett eksempel er grensebetingelsene mellom konstruksjonene og utvendig klima. Et tema som studeres er fordeling av slagregn på bygningers fasader. Et annet tema som studeres i denne delen er vanndampovergangstall for overgang mellom forskjellige konstruksjoner og omliggende luft. NTNU og SINTEF Byggforsk har stipendiater som jobber med forskjellige tema innen denne delen av annekset. 4. Langtidsytelse og teknologioverføring. Fokus i denne delen av prosjektet er på effekten varme, fukt og lufttransport i bygninger på komfort, bestandigheten til bygningsmaterialer og konstruksjoner og på energibruken til bygninger. Det at Husbanken finansierer prosjektet Varme- og fukttransport i bygninger betydning for innemiljø gjør at NTNU og SINTEF Byggforsk kan overføre kunnskap til BAE-næringen i Norge. Deltagelse i slike nettverk med de mest fremtredende internasjonale forskningsmiljøene er av stor nytte for NTNU og SINTEF Byggforsk. Kunnskapen som erverves i prosjektet vil bli videreformidlet til den norske BAE-næringen og til studenter ved studieretningen bygg- og anlegg ved NTNU. I 2005 var det 2 møter, der det ene ble arrangert i Montreal i Canada, og det andre i Trondheim. Publikasjoner og nettsteder Tre publikasjoner i faglig presse har resultert som følge av dette prosjektet. En norsk brukermanual for WUFI-1D Pro 4.0 og to websteder har også blitt utarbeidet. Alle disse er listet opp nedenfor. Gustavsen, A. og Geving, S Stor interesse for bygningsfysikk, Byggeindustrien, innsendt. Oustad, M Fuktskader og tiltak, Teknisk ukeblad nr. 13. (Også publisert på Internett: Oustad, M., Thue, J.V., Gustavsen, A. og Rydock, J Brukermanual for WUFI-1D Pro 4.0, Institutt for bygg, anlegg og transport, NTNU. 6

7 Oustad, M. og Gustavsen, A nettside for fuktberegningsprogrammet WUFI. Oustad, M og Gustavsen, A Nettside for å informere om bl.a. om fuktmekanikk og fuktskader. Rydock, J. og Gustavsen, A Fuktberegninger og innemiljø, Byggeindustrien, nr 16. (Tilgjengelig på Internett: I tillegg har det blitt utarbeidet diverse kursmateriell til kursene. Konklusjon Gjennom dette prosjektet har det blitt satt søkelys på behovet for økt kunnskap om fukt i bygninger og innemiljø. Finansieringen av prosjektet har gjort det mulig for NTNU og SINTEF Byggforsk å etablere Norsk bygningsfysikkdag, og å utvikle en norsk versjon av fuktberegningsprogrammet WUFI, arrangere kurs i bruk av fuktberegningsprogrammer og å skrive artikler i norsk faglig presse. NTNU og SINTEF Byggforsk har også fått videreutviklet det faglige samarbeidet med et tungt internasjonalt FoU-miljø innen fukt i bygninger og innemiljø. Dette har skjedd bl.a. gjennom deltagelse i det internasjonale samarbeidsprosjektet IEA ECBCS Anneks 41 Whole building heat, air and moisture response. Prosjektet Varme- og fukttransport i bygninger betydning for innemiljø har således ført til en intensivering av norsk (NTNU/SINTEF Byggforsk) virksomhet på feltet. Vi er kommet godt i gang og har fått mange særs nyttige kontakter. En videreføring og oppfølging er viktig slik at aktiviteten på området fortsatt skal ligge på et høyt nivå. Forslag til videre arbeid Forutsatt videre finansiering så kan følgende aktiviteter finne sted: Arrangement av flere seminarer (Norsk bygningsfysikkdag) på sammenhengen mellom varme- og fukttransport i bygninger og betydning for innemiljø. Det er fra nå av (begynnelsen av 2006) og mot slutten av IEA Anneks 41 at resultatene fra forskningen på effekten på av fukt på innemiljø, energibruk og bestandighet vil komme, da Subtask 4 som omhandler akkurat dette temaet starter opp nå. Skriving og publisering av flere artikler i faglig presse om tema relatert til varme og fukttransport og betydning for innemiljø. Fortsatt deltagelse i det internasjonale samarbeidsprosjektet IEA ECBCS Anneks 41 Whole building heat, air and moisture response. Arrangement av nye WUFI kurs. Flere materialdata vil måles og inkluderes i WUFI. Pr. i dag er kun materialdata for 10 materialer inkludert med tilstrekkelig antall egenkaper og nøyaktighet. Det er et omfattende arbeid å måle alle materialegenskapene som skal til for at et materiale skal kunne inkluderes i programmet. Valg av materialer som skal inkluderes i programmet må derfor baseres på en analyse av hvilke materialer som er mest benyttet i den norske byggebransjen. 7