Pu europe EXCELLENCE IN INSULATION Waste management and polyurethane insulation Today's solution for tomorrow's needs Byggelements andningsförmåga EN FÖRUTSÄTTNING FÖR ETT HÄLSOSAMT OCH BEHAGLIGT INOMHUSKLIMAT Byggelements andningsförmåga 1
2 Byggelements andningsförmåga
Innehåll Översikt 4 Inledning 5 Komfort och fuktighet i inomhusluften 6 Kondensering på ytan av ett byggelement 7 Ansamling av fukt i byggkonstruktioner 8 Fukttransport via diffusion jämfört med ventilerad luftväxling 11 Referenser 12 Pu europe EXCELLENCE IN INSULATION Informationen i denna publikation är så vitt vi vet, sann och riktig, men alla rekommendationer eller förslag som kan göras, sker utan garantier, eftersom villkoren för användning och sammanställningen av källmaterialet ligger utanför vår kontroll. Dessutom ska ingenting som anges häri tolkas som en rekommendation att använda en produkt i konflikt med befintliga patent för något material eller användningen därav. Pu europe EXCELLENCE IN INSULATION Utgivare PU Nordic Layout Design Kumina 1/2014
Översikt En del aktörer på marknaden hävdar att lufttäta byggnader förorsakar ohälsosamt inomhusklimat. De vill ha byggelement och värmeisoleringsprodukter som kan andas. De är bara dessa som skulle kunna kombinera värmeisolering med fuktskydd och evakuera fukt och farliga ämnen genom luftväxling. Sådana uttalanden är missledande och flera fenomen blandas samman när man talar om termen andningsförmåga. I byggnadsfysiken och standardiseringen nämns inte denna term, men man separerar relevanta poster som kondensering av vattenånga på inre ytor, ansamling av fukt inom byggelement, diffusion av vattenånga genom yttre byggelement och fukttransport genom ventilationsstyrd luftväxling. Forskningen visar att komfortabla och hälsosamma byggnader kräver ett tillräckligt bra värmeisoleringsskikt och ventilationsstyrd luftväxling. Det är emellertid inte relevant om diffusionstäta eller -öppna värmeisoleringsprodukter används eller inte. Värmeisoleringsprodukter av polyuretan (PUR) medför utmärkta isoleringsegenskaper och svarar mot kraven för lågenergibyggnader. Kondensering av vattenånga på kalla rumsytor inomhus kan ge grogrund för mögeltillväxt. Detta motverkas bäst genom att värmeisoleringen i byggelementet är tillräckligt bra. Köldbryggor måste undvikas eftersom de kan förorsaka kondensering lokalt även i en i övrigt välisolerad byggnad. Isoleringsprodukter med slutna celler som PUR medför ytterligare en fördel eftersom de minskar risken för kondensering inne i isoleringsskiktet. Det kan behövas extra membran i diffusionsöppna isoleringsmaterial. Fuktighetsnivån i ett rum ändras beroende på uteklimatet och situationen inomhus. Effekterna av fuktansamling i byggelementens ytskikt kan bidra till att hålla fuktighetsnivåerna relativt stabila. Forskningen har visat att värmeisoleringen bara spelar en marginell roll, eftersom fuktansamlingseffekten i princip är begränsad till det täckskikt som har direkt kontakt med inomhusluften. Det är därför ingen fördel att använda isolering som är öppen för vattenångtransport eller kan andas. Överskottsfukt i inomhusluften måste släppas ut genom styrd ventilation. Även under extrema förhållanden svarar fuktutbytet via diffusion ( andningsförmåga ) genom byggnadens skal endast för en försumbar del av det totala behovet av luftväxling. 4 Byggelements andningsförmåga
Inledning Människor tillbringar upp till 90 % av sin livstid inne i byggnader som bostäder, skolor, kontor, fabriker eller shoppingcentra. Att säkerställa ett hälsosamt och komfortabelt inomhusklimat i byggnader är därför mycket viktigt. Samtidigt måste nya och befintliga byggnader klara av allt större krav på energieffektivitet som erfordrar tjockare värmeisoleringsskikt och högre grad av lufttäthet i byggnadens skal för att undvika värmeförluster genom okontrollerade luftflöden (figur 2). En del aktörer på marknaden hävdar att lufttäta byggnader förorsakar ohälsosamt inomhusklimat. Ett isoleringsskikt som kan andas skulle krävas för att upprätthålla hälsosamma fuktnivåer inomhus. I praktiken blandar man dock ihop flera fenomen när man talar om termen andningsförmåga. I byggnadsfysiken och standardiseringen används därför inte denna term utan fenomenen separeras: Kondensering av vattenånga på innerytor Fuktansamling inne i byggelement Diffusion av vattenånga genom yttre byggelement Fukttransport via ventilationsstyrd luftväxling Figur 1: PUR passivt hus i Bryssel med PUR-isolering (www.polyurethanes.org/passivehouse/) Figur 2: Lufttäthet i byggnader I detta faktablad analyseras dessa fenomen baserade på två undersökningar: Undersökning av fuktansamling från VTT/Finland: A Survey of the Breathable Building Structure Concept: Effects of Insulation Materials Jämförelse mellan fukttransport genom diffusion och via ventilation från Cambridge Architectural Research Ltd. (CAR) (4]: Moisture transfer and the significance of breathability in buildings Byggelements andningsförmåga 5
Komfort och fuktighet i inomhusluften Fuktighetsnivån i inomhusluften beror på olika faktorer som klimatförhållanden, fuktkällor, ventilationsgrad, rumsvolymen samt möjlig fuktabsorptionsförmåga i byggmaterialen och deras kontakt med inomhusluften. Fuktförhållandena i inomhusluften kan variera stort över dagen beroende på de värme- och fuktbelastningar som orsakas av vistelse i rummet. Inomhusluftens temperatur och fuktighet är några av de viktigaste faktorerna som påverkar värmekomforten inomhus och den upplevda luftkvaliteten. Speciellt alltför höga fuktförhållanden kan påverka inomhusluften negativt. Många metoder kan användas för att minska fukttopparna under vistelse i rummet och på så sätt förbättra den termiska komforten och acceptansen för inomhusluften. VTT har undersökt hur detta skulle kunna vara möjligt genom att använda fuktabsorptionsförmågan i olika byggkonstruktioner. CAR visade vikten av borttransport av fukt via ventilationsstyrd luftväxling jämfört med borttransport av fukt via diffusion genom diffusionsöppna byggelement. Figur 3: Effekten av fuktighet på flera hälso- och IAQ-parametrar visar att den bästa inomhusfuktigheten ligger mellan 30 % RH (relativ fuktighet) och 55 % RH 6 Byggelements andningsförmåga
Kondensering på ytan av ett byggelement I ett hälsosamt inomhusklimat krävs en viss fuktighet i rummet (2]. Mängden fukt som luften kan bära beror på temperaturen. Om temperaturen på ett byggelements inneryta faller under ett visst kritiskt värde (t.ex. vintertid) kommer fukten att fällas ut på denna kalla yta och risken för mögeltillväxt är mycket stor. I DIN 4108 anges för Tyskland denna kritiska yttemperatur inomhus till 12,6 C för en relativ fuktighet på upp till 70 %. Det finns två möjligheter att undvika ytkondensering, nämligen genom att: Minska luftens fuktinnehåll genom ventilation (öppna fönster, etc.), men detta leder till energiförluster och kan minska fuktigheten till en ohälsosam nivå. Öka yttemperaturen genom att förbättra isoleringen i de byggelement som utgör skalet till byggnaden. Figur 4: Köldbrygga genom vind (Källa: IVPU anvisning Flachdach dämmen mit Polyurethan- Hartschaum, 2011, sidan 8) Köldbryggor kan även bidra till att skapa lokala områden där låga yttemperaturer kan förorsaka kondensering av fukt på ytan. Exemplet i figur 4 visar en oisolerad betongkonstruktion som leder till att yttemperaturen på insidan faller under daggpunkten. Tack vare det obrutna isoleringsskiktet som visas i figur 5, kan köldbryggor och därmed sammanhängande kondensering undvikas. Figur 5: Med PUR-isolering undviks köldbryggan i vindsområdet (Källa: IVPU anvisning Flachdach dämmen mit Polyurethan-Hartschaum, 2011, sidan 8) Byggelements andningsförmåga 7
Ansamling av fukt i byggkonstruktioner Allmänt Begreppet fuktansamling i byggkonstruktioner kan definieras som hygrotermiska interaktioner mellan byggkonstruktionerna och inomhusluften Dessa interaktioner kan bidra till komforten i inomhusluften genom att de minskar tillfälliga fuktighetstoppar som kan påverka värmekomforten och den upplevda kvaliteten på inomhusluften. Sådana fuktighetstoppar kan exempelvis inträffa i sovrum nattetid. Produkter och byggkonstruktioner som ansamlarfukt Nordtest har utvecklat en metod som förbättrar värmekomforten och den upplevda kvaliteten på inomhusluften genom passiva byggkonstruktioner. Den går ut på att kvantifiera fuktansamlingsvärdet i olika byggmaterialskikt. I Figur 6 visas olika materials fuktansamlingsförmåga. VTT undersökte i en numerisk undersökning hur värmeisoleringsskikten kan bidra till denna fuktansamlingseffekt. Målet var att visa hur mycket fukt som kan lagras i värmeisoleringsskiktet bakom en innerväggsskiva. Tabell 1 representerar de olika fallen i denna undersökning. Figur 6: Fuktansamlingsvärdet för några vanliga byggmaterial. Vart och ett uppmätt i tre olika laboratorier med tre prov. 8 Byggelements andningsförmåga
Kodnamn Innerskikt Egenskaper Värmeisolering Egenskaper Andra skikt Icke-kap. + CFI Icke-kapacitivt skikt Mycket låg kapacitet, lågt Cellulosafiberisolering (CFI) G + CFI Gipsskiva (G) Låg kapacitet, lågt Cellulosafiberisolering (CFI) Pwfb + CFI Porös träfiberskiva (Pwfb) Cellulosafiberisolering (CFI) Pwfb + PU Porös träfiberskiva (Pwfb) Polyuretan Träpanel + CFI Träpanel Cellulosafiberisolering (CFI) G + MW Gipsskiva Mineralull (MW) G + PU Gipsskiva Polyuretan Färg + G + CFI Gipsskiva Cellulosafiberisolering (CFI) Färg invändigt, Sd = 0,2 m Färg + G + PU Gipsskiva Polyuretan Färg invändigt, Sd = 0,2 m G + pap + CFI Gipsskiva Cellulosafiberisolering (CFI) Byggpapp 1 mm, Sd = 0,8 m G + pap + PU Gipsskiva Polyuretan Byggpapp 1 mm, Sd = 0,8 m Tabell 1: Numeriskt lösta fall Byggelements andningsförmåga 9
Figur 7: Fuktansamling under de första 8 timmarna efter en förändring i gränstillstånden (från 50 % RH till 75 % RH) Dessa simuleringar visar att värmeisoleringsskiktets fuktansamlingsförmåga endast påverkar inomhusluftens fukttillstånd marginellt, om bufferteffekten uppnås genom den höga fuktlagringsförmågan i det inre ytskiktet. Undersökningen visar att den mesta fukten lagras i den porösa träfiberskivan (Pwfb) och att det inte finns någon verklig skillnad om ett öppet isoleringsmaterial som cellulosafiber eller en PURskiva med slutna celler används bakom träfiberskivan (figur 7). När ytskikt med en lägre fuktansamlingsförmåga används (t.ex. gips) noterades ett något högre bidrag från ett öppet isoleringsskikt. Även om ansamlingsförmågan i PUR-skivan är lägre, var den totala ansamlingsförmågan i väggelementet ungefär densamma. Den huvudsakliga fördelen med byggkonstruktioners fuktansamlingsförmåga är minskningen av fuktighetstoppar inomhus under perioder när människor vistas där. När fuktansamlingseffekten ska maximeras, måste ytmaterialet på insidan ha en hög buffertförmåga. Vid dessa förhållanden blir inte det värmeisolerande skiktets fuktansamlingsförmåga relevant. VTT fann att fuktansamlingseffekten är relevant för att jämna ut de dagliga fuktvariationerna. Men när de hygroskopiskt ånggenomsläppliga konstruktionerna jämfördes med en icke-ånggenomsläpplig yta, var de genomsnittliga långtidsfuktvärdena (veckovis) ungefär desamma. Den ventilationsstyrda luftväxlingen blir då mycket viktig för regleringen av inomhusfukten. Detta har undersökts av CAR. 10 Byggelements andningsförmåga
Fukttransport via diffusion jämfört med ventilerad luftväxling Luftburen fukt transporteras in och ut ur en byggnad på två olika sätt, dels genom diffusion av vattenånga genom tak, väggar och golv och dels via ventilationsstyrd luftväxling (figur 8). Figur 8: Luftburen fukttransport in och ut ur byggnader Det framhävs inom marknaden att det finns fördelar med diffusionsöppna ( andningsbara ) konstruktioner i allmänhet och diffusionsöppen isolering i synnerhet eftersom ventilationen inte fungerar tillräckligt bra, speciellt i äldre renoverade byggnader. De som påstår detta varnar för att fukt kommer att byggas upp i icke-andningsbara konstruktioner eller byggnader vilket kan leda till ytkondensering. Detta skulle i sin tur leda till mikrobiell tillväxt (mögel, dammkvalster) med alla dess negativa konsekvenser. I avsikt att verifiera dessa påståenden, utförde Cambridge Architectural Research Ltd. (CAR) en undersökning om fukttransport i byggnader och betydelsen av fukttransport genom byggelementen via diffusion jämfört med ventilationsstyrd luftväxling. CAR undersökte väggar med olika motstånd mot vattenångtransport under förutsättningen att luftomsättningen var 0,5 ggr per timme. Lägre nivåer rekommenderas inte av forskarna eftersom det kan leda till hälsoproblem. Även vid detta begränsade värde svarar den styrda ventilationen för 95 % av ångtransporten från ett hus med diffusionsöppna väggar. Beräkningarna visar att diffusion av vattenånga genom så kallade andningsbara byggkonstruktioner inte ger ett betydelsefullt bidrag till graden av ångtransport. Ventilationsstyrd luftväxling är nödvändig för att upprätthålla ett hälsosamt luftutbyte. Följande slutsatser kan dras: Nyckeln till att skapa och upprätthålla komfortabla och hälsosamma inomhusförhållanden baseras på bra termisk design och tillräckligt bra isolering samt lämplig ventilationsstyrd luftväxling. Om byggnadskonstruktionen är öppen eller tät när det gäller ångtransport spelar ingen större roll. Väggens totala ångmotstånd (MN s/g) Beräknad relativ fuktighet inomhus Ångtransport via diffusion Vägg 1 8 74 % 5,0 % Vägg 2 111 75 % 0,4 % Vägg 3 611 75 % 0,1 % Tabell 2: CAR-beräkningar av fukttransport genom väggar med olika ångmotstånd Byggelements andningsförmåga 11
Referenser PU and Health: Indoor Air Quality and Polyurethane Insulation (PU Europe Factsheet 18, 2013) A Survey of the Breathable Building Structure Concept: Effects of Insulation Materials, VTT Expert Services Ltd., 2011 Rode, C. a.o, NORDTEST project on moisture buffer value of materials, Proceedings of the AIVC Conference Energy Performance Regulations, Brussels, September 2005 Moisture transfer and the significance of breathability in buildings, Cambridge Architectural Research Ltd. (CAR) 2008 Breathability White Paper, Issue 2, November 2009 Kingspan Insulation Ltd 12 Byggelements andningsförmåga
Pu europe EXCELLENCE IN INSULATION Pu europe EXCELLENCE IN INSULATION Ansvarig utgivare PU Europe Adress Avenue E. Van Nieuwenhuyse 6 B-1160 Bryssel 2014, PU Europe. 1 / 2014 Mer information om polyuretanisolering och avfallshantering finns på www.excellence-in-insulation.eu Av. E. Van Nieuwenhuyse 6 14 Byggelements B andningsförmåga - 1160 Bryssel - Belgien Telefon: + 32-2 - 676 72 71 Fax: + 32-2 - 676 74 79 secretariat@pu-europe.eu www.pu-europe.eu