Ilmavuodon vaikutus vaipparakenteiden lämpö- ja kosteusolosuhteisiin

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia yksittäisten ilmavuotojen vaikutuksia vaipparakenteiden lämpö- ja kosteusolosuhteisiin. Tutkittaviksi seinärakenteiksi valittiin kevytrakenteinen termorankaseinä sekä betonielementtiseinä. Ilmavuodot mallinnettiin Comsol Multiphysics 4.1 -ohjelmistolla, joka on elementtimenetelmään perustuva monifysikaalinen simulointi- ja mallinnusohjelma. Työn tilaajana toimi Finnmap Consulting Oy.

Simulointien avulla saatiin selville, miten yksittäiset ilmavuodot vaikuttavat seinärakenteiden lämpö- ja kosteusolosuhteisiin. Esimerkkinä seinärakenteen läpi menevä pieni halkaisijaltaan 2-3 mm pistemäinen reikä voi heikentää rakenteen U-arvoa noin 18 %. Suuremman pinta-alan takia viivamaiset reiät olivat selvästi pahempia riskitekijöitä seinärakenteelle kuin pistemäiset reiät. Simulointien perusteella seinärakenteissa olevat viivamaiset reiät voivat moninkertaistaa seinärakenteen läpi kulkevan lämpövirran verrattuna vastaavaan ehjään rakenteeseen.

Mallinnuksen lähtökohtana rakennus asetettiin 3 Pa ylipaineiseksi, joka on hyvin mahdollinen paine-ero rakennuksissa. Etenkin viivamaisia reikiä mallinnettaessa olivat reiän läpi virtaavat kosteusmäärät 3 Pa:n paine-erolla hälyttävän suuria. Työssä päädyttiin lopputulokseen, että ilmavuodot voivat aiheuttaa rakenteeseen kosteusvaurioita pitkällä aikavälillä.

Comsol Multiphysics soveltuu rakennusalalle monenlaisiin simulointitehtäviin. Ohjelmiston sujuva käyttö vaatii kuitenkin perinpohjaista paneutumista ohjelmiston toimintaperiaatteisiin. Tästä syystä ohjelmisto tulee tuskin yleistymään jokapäiväisenä insinöörityökaluna, mutta esimerkiksi tutkimuskäyttöön Comsol Multiphysics on oivallinen valinta.

The target of this thesis was to research the affect of air leaks on wall structures’ heat and moisture conditions. The researched wall structures were lightweight thermo long beam wall and precast concrete wall. Air leaks were modelled with Comsol Multiphysics 4.1 software, which is finite element method based simulation and modeling software. The subject of this thesis was given by Finnmap Consulting Oy.

The affect of air leaks on wall structures’ heat and moisture conditions was found out through simulations. For example, a small circular hole going through the wall structure with a diameter of 2 - 3 mm can degrade the U-value of the structure approximately 18 %. Linear holes are even worse risks for the wall structure due to the larger area of the hole. Based on the simulations linear holes can multiply the heat flow going through the wall structure compared to corresponding intact wall structure.

The building was set to be 3 Pa overpressured for the modeling. This is a realistic value in buildings. Especially with linear holes the amount of moisture flowing through the hole was alarming with the set pressure conditions. As a result of this thesis it was discovered that air leaks can cause moisture damage to the wall structure as time goes by.

Comsol Multiphysics is a good and suitable software to do different kind of simulations for building engineering. The Comsol Multiphysics needs a lot of involvement in the basic principles of the software. Therefore the software is not likely to become an everyday tool for engineers. But it is suitable for research usage.