Kantavien betonirakenteiden aiheuttamat kylmäsillat asuinrakentamisessa

Abstract

Asuinrakentamisessa on usein tilanteita, joissa on pakko tuoda kantava betonirakenne kylmästä ulkoilmasta lämmöneristetyn vaipan läpi lämpimiin sisätiloihin. Tällaisia väistämättömiä kylmäsiltoja syntyy esimerkiksi rakennuksen alimpaan kerrokseen sijoitetun kylmän pysäköintihallin vuoksi. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, kuinka paljon teräsbetoniset kylmäsillat vaikuttavat rakenteiden sisäpintojen lämpötiloihin, kuinka paljon niihin pystytään vaikuttamaan eristämällä kylmäsiltarakenteen pintoja tai lisäämällä jaksottaisia lämpökatkoja, ja voiko kylmäsilta aiheuttaa kondensoitumista. Tutkimus tehtiin rakennusfysiikan mallinnusohjelmalla WUFI2D. Mallinnuksia ja simulointeja tehtiin kahdella eri rakenteella. Ensimmäisenä rakenteena oli poikkileikkaus kantavan teräsbetoniseinän lävistämästä alapuolelta eristetystä teräsbetoniholvista. Toinen rakenne oli samasta tilanteesta, mutta pitkittäisleikkaus seinän pituussuuntaan ja tutkimuksen kohteena betoniseinän sisään holvin eristekerroksen tasalle tehtävät lämpökatkot.

Tuloksena saatiin kuvaajat, joista nähdään miten pintalämpötilat muuttuvat erilaisilla holvin, seinän ja lämpökatkojen lämmöneristeyhdistelmillä ja kantavan seinän paksuuksilla. Pintalämpötilat vaihtelivat poikkileikkauksen tutkinnassa noin kuuden lämpöasteen haarukassa, lämpökatkotutkinnassa betonikannaksen kohdalla noin yhdeksän asteen haarukassa ja lämpökatkon kohdalla viiden asteen haarukassa.

Tulosten perusteella voidaan todeta, että teräsbetoninen kylmäsilta, vaikka onkin poikkipinta-alaltaan suurehko, ei aiheuta ongelmallisen alhaisia sisäpintojen pintalämpötiloja. Kylmäsiltana toimivan seinän pintojen eristämiselle ja sen sisään mahdollisesti tehtäville lämpökatkoille löydettiin optimaalisimmat tai hyödyllisimmät eristemäärän raja-arvot. Jatkotutkimuksena saatujen tulosten luotettavuutta voisi varmentaa ja tarkentaa yhdistämällä tehdyt kaksi tutkittua 2d-rakennetta yhdeksi 3d-rakenteeksi toisella mallinnusohjelmalla. Lisäksi olisi hyvä saada todellisen rakenteen mitattua dataa vertailukohdaksi.

In residential buildings, it is often necessary to extend load-bearing, reinforced concrete structures from the cold exterior environment through the insulated building envelope into heated interior spaces. Such unavoidable thermal bridges are typically the result of design solutions, like placing a cold parking garage beneath the lowest floor of the building. The objective of this study was to quantify the impact of reinforced concrete thermal bridges on the internal surface temperatures of adjacent structures, to assess the potential for mitigating these effects through surface insulation or the introduction of periodic thermal breaks, and to evaluate the risk of surface condensation. The analysis was conducted using the building physics simulation software WUFI2D. Two structural configurations were modelled and simulated. The first configuration consisted of a cross-section of a load-bearing reinforced concrete wall penetrating a concrete slab with an insulation below. The second configuration represented the same structural scenario, but included thermal breaks introduced along the longitudinal axis of the wall at the height of the slab’s insulation layer.

The results were presented as temperature graphs, illustrating how surface temperatures change depending on combinations of insulation applied to the slab, wall, and thermal breaks, as well as the thickness of the load-bearing wall. In the cross-sectional analysis, surface temperatures varied within a range of approximately six degrees Celsius. In the thermal break analysis, the surface temperature variation above the concrete strut reached approximately nine degrees, while above the thermal break itself the variation was around five degrees.

Based on the findings, it can be concluded that even relatively large reinforced concrete thermal bridges do not inherently result in critically low internal surface temperatures. Optimal or practically effective limits were identified for both the insulation of the wall surfaces acting as thermal bridges, and the number and the size of thermal breaks introduced within the wall. For future research, the reliability and precision of the results could be enhanced by integrating both two-dimensional models into a unified three-dimensional simulation using alternative modelling software. Additionally, empirical data from real-world structures would be beneficial for validation and comparison purposes.