Lähes nollaenergiatasoisen toimistorakennuksen vaipparakenteiden rakennusfysikaalinen toimivuus

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2018-03-19
Department
Major/Subject
Master's Programme in Building Technology
Mcode
ENG27
Degree programme
Master’s Programme in Building Technology (CIV)
Language
fi
Pages
106 + 16
Series
Abstract
Rakennuksen vaipparakenteiden lämpö- ja kosteustekninen toimivuus on erittäin tärkeässä roolissa rakennusten kosteusvaurioiden ennaltaehkäisyssä. Rakentamismääräysten muutos vuoden 2018 alussa ja sen myötä kiristyvät energiatehokkuusvaatimukset ovat johtaneet tilanteeseen, jossa on tarpeellista ymmärtää rakennuksen ulkovaipan lämmöneristävyyden suhde sen kosteustekniseen toimintaan. Koska eri rakenteet toimivat toisistaan poikkeavilla tavoilla, tulee kutakin rakennetta tarkastella erikseen eikä yleispätevää suositusta ole mahdollista antaa. Tämän diplomityön päätavoite oli saada tietoa eräiden nykyisten suunnitteluratkaisujen kosteusteknisestä toimivuudesta siirryttäessä lähes nollaenergiarakentamiseen. Lähestymistapana oli tapaustutkimus, ja tutkitut rakennetyypit eli betonisandwich-ulkoseinä, kevytsorakatto ja maanvastainen alapohja valittiin esimerkkirakennuksen mukaisesti. Tutkimusmenetelmänä käytettiin kirjallisuuskatsausta ja ajasta riippuvaa laskentaa. Käytetty laskentamenetelmä perustuu pääosin eurooppalaiseen standardiin EN 15026. Työn toisena tavoitteena oli saada kokemusta COMSOL Multiphysics -ohjelman käytöstä rakennusfysiikan laskennassa. Kyseinen ohjelma mahdollistaa kolmiuloitteisen tarkastelun sekä ilmavirtauksen sisällyttämisen laskentamalliin. Laskennan tulosten perusteella betonisandwich-ulkoseinän uloimmat osat saavuttavat talvisin kondenssirajan. Kevytsorakatto pysyy tulosten perusteella tuuletuksen ansiosta alle 80 %:n suhteellisessa kosteudessa, mutta tuuletus lisää lämpöhäviötä rakenteen läpi eristyisesti pelkällä kevytsoralla eristetyssä rakenteessa. Maanvastainen alapohja edellyttää tarkkuutta toteutuksessa, sillä rakenteen toiminnan edellytyksenä on sen ilmatiiviys ja betonin riittävä kuivuminen ennen lattiapäällysteen asentamista. COMSOL Multiphysics -ohjelman kaltaiset multifysiikkaohjelmat tarjoavat uusia kiinnostavia mahdollisuuksia parantaa rakennusfysiikan laskennan tarkkuuta, suorittaa kolmiulotteista laskentaa ja yhdistää lämmön- ja kosteudensiirtoon muita fysikaalisia ilmiöitä. COMSOL Multiphysics -ohjelman Heat and Moisture -multifysiikkamoduulin ensimmäisten käyttökokemusten perusteella pitkät laskenta-ajat vaikeuttavat laskentaa. Lisäksi rakennusfysiikkaan soveltuvien sisäänrakennettujen ominaisuuksien puuttuminen tekee laskentamallin luomisesta työläämpää.

Hygrothermal performance of building envelope structures plays a major role in preventing moisture damage in buildings. Due to the change of the Finnish building code in the beginning of 2018 and the stricter requirements for energy efficiency, it is essential to understand the relation of the envelope structure’s thermal insulation thickness and the moisture performance. As different structures behave in distinct ways, each structure must be analysed separately and it is not possible to give general recommendations. The main objective of this master’s thesis was to obtain information about the hygrothermal performance of certain design solutions with the nearly zero energy building requirements set as goals. The applied approach was case study. The construction types to be analysed, namely concrete sandwich wall, lightweight aggregate insulated roof and slab on ground floor, were chosen based on the example office building. The research methods were litterature review and time dependent simulations. The calculation method was mainly based on the European standard EN 15026. Another objective of the thesis was to gain experience about the range of application of COMSOL Multiphysics software for building physics calculations. The software enables three-dimensional analysis as well as air flow simulations in the calculation model. According to the results of the calculations, the outer parts of the concrete sandwich wall have condensation problems during the winters. The lightweight aggregate insulated roof remains at relative humidity below 80 % due to the ventilation. However, the ventilation increases the heat loss through the roof especially in the construction type that uses only lightweight aggregate as insulation material. The slab on ground floor requires careful execution, since air-tightness of the construction and sufficient drying of the concrete before installing the floor covering must be guaranteed. Multiphysics calculation software like COMSOL Multiphysics provides many interesting possibilities to improve the accuraty of hygrothermal simulations. Using three space dimensions and including air flow or other physical phenomena are some of the advantages. The first gained experience about the Heat and Moisture multiphysics module of COMSOL Multiphysics showed that the long calculation duration complicated the calculations. In addition to that, the lack of building physics related in-built properties makes creating the calculation model more laborious.
Description
Supervisor
Lu-Tervola, Xiaoshu
Thesis advisor
Andersson, Albert
Keywords
rakennusfysiikka, tuuletettu rakenne, lähes nollaenergiarakennus, kevytsorakatto, betonisandwich-ulkoseinä, maanvastainen alapohja
Other note
Citation