Sandwich-elementtiseinän rakennusfysikaalinen toiminta

Abstract

Työ tehtiin Optiplan Oy:lle, joka on NCC-yhtiöihin kuuluva kokonaissuunnittelutoimisto. Yksityiskohtien suunnittelu korostuu yhä kiristyvien määräysten myötä ja tieto, miten rakenne toimii fysikaalisesti, on tärkeää. Optiplan halusi testata COMSOL Multiphysics -ohjelmaa ja saada tietoa ohjelman soveltuvuudesta rakennesuunnittelijan työvälineenä.

Työssä keskityttiin tarkastelemaan kantavan sandwich-elementtirakenteisen seinän U-arvoa eri eristepaksuuksilla. Tutkittiin myös parvekkeen liitoskohtaa ja kuinka kylmäsilta siinä vaikuttaa rakenteen U-arvoon. Lisäksi tutkittiin kantavan ja ei-kantavan sandwich-elementtirakenteisen seinän nurkkakohtaa. Yksi työn osa oli myös tuottaa käyttöohje COMSOL Multiphysics -ohjelmasta Optiplan Oy:n käyttöön.

Tutkimus tehtiin käyttämällä hyväksi kirjallista aineistoa sekä mallintamalla ja tutkimalla erilaisia rakenteita COMSOL Multiphysics -ohjelmalla.

Lopputuloksena saatiin parempia U-arvoja sellaisilla eristepaksuuksilla kuin tällä hetkellä julkistetuissa tuloksissa on käytetty. Työssä päästiin eristepaksuudella 240 mm tulokseen U= 0,14 W/(m2K). Esimerkiksi VTT on tutkinut ja hyväksynyt samaiselle rakenteelle U-arvon 0,16 W/(m2K). Työssä tutkituissa rakenteissa ei otettu huomioon ilmaraossa virtaavaa ilmaa, joka huonontaisi hieman U-arvoa. Tulokset ovat kuitenkin realistisia ja tulevaisuudessa työssä käytettyjä malleja voisi vielä viimeistellä lisäämällä virtaavan ilman ilmarakoihin.

This graduate study was done for Optiplan Oy which is owned by NCC Group. Optiplan offers all construction design services under the same roof. Designing all small details is very important especially when regulations are tightened. It is also important to know how the structure is functioning under different kinds of situations. Optiplan wanted to test COMSOL Multiphysics simulation and modeling software in order to see if it could be used as a beneficial design tool.

This study focused on investigating sandwich structure as a supporting structure and the influence of the thickness of the isolation layer on the physical feature of the structures. This was done with four 3D wall models of which each one had different thickness of isolation layer. After that the study focused on examining the type of wall model where a balcony with steel support is included. The effect of a corner was also explored. One part of the study was also to make instructions on how to use COMSOL Multiphysics software.

The study was done with the help of literature. Other major part of the study was done by modelling the structures with the software and investigating them.

As a result, structures were determined which needed less isolation than structures which are commonly used today in construction. For example sandwich structure with 240 mm isolation is commonly known as a U value of 0.16 W/(m2K) when in this study the same structure gave value 0.14 W/(m2K) as a result. The fault in that result is that in the model structures air flow in the air flaw was not considered, which would in fact worsen the U value. The results are still realistic and in the future the models can be used after complementing them with the air flow.