| dc.description.abstract | Skrå tretak ventileres gjennom en luftespalte under takets tekning for å fjerne varme og fuktighet fra takkonstruksjonen. Luftingen er avgjørende for å unngå fuktskader i konstruksjonen og redusere snøsmelting på taket. Luftstrømningen i spalten drives av trykkforskjeller på grunn av vindtrykk og termisk oppdrift. Relasjonen mellom luftstrømningen og varme- og fuktoverføring i spalten er kompleks og er derfor utfordrende å beregne teoretisk. Følgelig er det behov for eksperimentelle undersøkelser for å øke kunnskapen om luftstrømning i spalten.
Hensikten med denne oppgaven er å studere luftstrømning drevet av termisk oppdrift i luftespalten i skrå tak. Det ble gjennomført en eksperimentell studie der relasjonen mellom spalteutforming, luftstrømning og termisk drivkraft ble undersøkt. Forskningsobjektet var en 3,5 m lang rektangulær spalte, varmet opp fra oversiden for å simulere solinnstråling på en takflate. En varmefolie i spalten ble benyttet for regulering av varmeeffekt. Sensorer for måling av temperaturer og trykk ble installert i modellen, mens luftstrømningens hastighet ble bestemt ved bruk av røyktester. Ulike kombinasjoner av takvinkler (5-45), spaltehøyder (23-140 mm) og varmeeffekter (9-144 W) ble studert. En analyse av de termiske og fluidmekaniske forholdene i luftespalten ble gjennomført.
Studien viste at luftstrømning drevet av termisk oppdrift var avhengig av varmeeffekt, spaltehøyde og takvinkel. Høyere varmeeffekt ga større volumstrøm ved konstant takvinkel og spaltehøyde, på grunn av økt termisk drivkraft. En økning i spaltens vinkel økte den termiske drivkraften på grunn av større høydeforskjell mellom spaltens innløp og utløp. Videre ble det observert at økt spaltehøyde var assosiert med høyere volumstrøm. Dette forklares av et større strømningstverrsnitt, i tillegg til lavere strømningsmotstand når spaltehøyden ble økt. Den positive effekten av redusert strømningsmotstand ved økt spaltehøyde ble imidlertid delvis motvirket av lavere drivkraft på grunn av lavere spaltetemperaturer når luftstrømningen økte. Dette begrenser også den maksimale lufthastigheten i spalten. Det ble observert en øvre grense for lufthastigheten ved en spaltehøyde på 48 mm. En øvre grense ble ikke observert for volumstrømmen, men kan eksistere for større luftespalter. Basert på den generelle økningen i volumstrøm som følge av redusert strømningsmotstand, konkluderer studien med at en økning i spaltehøyden i tillegg til takvinkelen er fordelaktig dersom høy luftstrømning er ønskelig. Dersom høyere temperaturer eller økt lufthastighet er av størst betydning kan en økning i spaltehøyden ha en begrensende effekt. Ved sammenlikning med teoretiske vindhastigheter ble det funnet at det termiske drivtrykket oppnådd i studien kunne tilsvare vindhastighet i intervallet 0,4-2 m/s. Dette indikerer at termisk oppdrift for lufting av spalter kan være en relevant drivkraft i store deler av året i Norge.
Studien indikerer at termisk oppdrift i luftespalten i skrå tak kan være en relevant drivkraft for spalteventilasjon, og kan være viktig å ta hensyn til ved evaluering av ytelsen til slike takkonstruksjoner. Luftstrømning drevet av termisk oppdrift i luftede skrå tak bør derfor ikke neglisjeres i tak med tradisjonell oppbygning i Norge. | |
| dc.description.abstract | Pitched wooden roofs are ventilated through an air cavity beneath the roofing in order to remove heat and moisture from the roof construction. The ventilation is essential to avoid moisture related damages in the roof construction and reduce snowmelt on the roof during winter. The air flow in the cavity is driven by pressure differences caused by wind and thermal buoyancy. The relation between the airflow and the transmission of heat and moisture in the cavity is complex and therefore difficult to quantify theoretically. Consequently, experimental studies are necessary in order to increase the knowledge on the airflow in ventilated cavities.
The purpose of this thesis is to study airflow driven by thermal buoyancy in the air cavity of pitched roofs. An experimental study was performed to investigate the relationship between air cavity design, airflow and thermal buoyancy in the cavity. Laboratory measurements were carried out on an inclined roof model with an air cavity heated from above in order to simulate solar radiation on a roof surface. A heating foil in the cavity was used for regulation of applied heating power. Equipment for temperature and pressure measurements were installed in the roof model, while the air velocity in the cavity was determined by smoke tests. Different combinations of roof inclinations (5-45), air cavity heights (23-140 mm) and applied heating power (9-144 W) were examined. An analysis of the thermal and fluid mechanical conditions in the air cavity was performed.
The study showed that airflow driven by thermal buoyancy was dependent on the heating power, cavity height and roof inclination. Increased heating power increased the airflow at constant inclination and cavity height due to increased thermal buoyancy. Increased inclination led to larger driving force due to larger height difference between the caivity inlet and outlet. Furthermore, increased air cavity height was assoiciated with larger airflow rate, explained by a larger cross section available for airflow, and reduced flow resistance when the cavity height was increased. However, the positive effect of reduced flow resistance was partly counteracted by decreased driving force due to lower cavity temperatures when the air flow rate increased. This also limited the maximum air velocity in the cavity, as the air velocity seemed to reach an upper limit at cavity height 48 mm. No upper limit was observed for the airflow rate, but may exist for larger cavity heights than those investigated in this study. Based on the general increase in air flow rate, the study concludes that increased cavity height and inclination is preferable if maximization of the airflow rate is desired. However, if larger temperatures, driving force or increased air velocity is of importance, increased cavity height might have a limiting effect. In comparison with theoretical wind speeds, the study found that the calculated thermal driving force could correspond to wind speeds in the interval 0,4-2 m/s. This indicates that thermal buoyancy could be a relevant driving force for a large portion of the year.
The study implies that thermal buoyancy in the air cavity of pitched roofs could be a relevant driving force for cavity ventilation, and important to consider in evaluation of the performance of such a construction. Therefore, air flow driven by thermal buoyancy should not be neglected in pitched wooden roofs with traditional design in Norway. | |
