Fuktanalyse av Lett-Tak-elementer

Abstract

Lett-Tak-elementer er kompakte takelementer bestående av bærende varmforsinkede stålkassetter med taktro av kryssfiner som hviler på treflenser. Kompakte tak benytter ofte dampsperre og taktekning med høy vanndampmotstand som gir elementet begrensede muligheter for selvuttørking. Fuktømfintlige materialer som treverk gjør dermed elementet utsatt for fukt-, råte og muggskader dersom det utsettes for høyt fuktnivå. I denne rapporten er det utført fuktanalyser av Lett-Tak-elementer for å undersøke elementenes uttørkningsevne og risiko for muggvekst ved høyt byggfuktnivå. Rapporten er delt opp i to hovedstudier hvor studie 1 vurderer Lett-Tak-elementers egnethet for modellering i fuktsimuleringsprogrammer og studie 2 vurderer forhold som kan øke uttørkingshastigheten til feltet inni den bærende stålkassetten Studie 1 vurderer Lett-Tak-elementers egnethet for modellering i en-dimensjonale og to-dimensjonale fuktberegningsprogrammer. Fordi tverrsnittet til Lett-Tak-elementer er inhomogent må elementet modelleres ved bruk av to separate beregninger i en-dimensjonale fuktberegningsprogrammer. For å undersøke hvilken påvirkning separat modellering har for fuktforholdene i et Lett-Tak-element er separat modellering i det en-dimensjonale fuktsimuleringsprogrammet WUFI Pro sammenliknet med modellering av hele tverrsnittet i det to-dimensjonale fuktsimuleringsprogrammet WUFI 2D. Det er deretter undersøkt om uttørkingshastigheten til elementet og muggvekstrisikoen på taktro og treflens er forskjellige ved bruk av både PE-folie og smart dampsperre. Resultatene kan benyttes til å bestemme hvilket fuktsimuleringsverktøy som må benyttes ved fuktdimensjonering av Lett-Tak. Resultatene fra studie 1 viser at dersom PE-folie benyttes vil en-dimensjonal modellering av feltet utenfor stålkassetten være tilstrekkelig ved fuktdimensjonering av Lett-Tak-elementer. Dette kommer av at uttørking kun skjer gjennom taktekningen, og uttørkingsmulighetene vil derfor være lik for både feltet inni og utenfor stålkassetten. Ved bruk av den smarte dampsperren AirGuard Smart får fukt mulighet til å diffundere til inneluft. Feltet utenfor stålkassetten har direkte kontakt med dampsperren og oppnår økt uttørking. Feltet inni stålkassetten er omsluttet av det damptette stålet og vil ikke tørke like raskt ut, men damptrykkforskjellen mellom feltet inni og utenfor stålkassetten driver diffusjon av fukt ut av stålkassetten. Effekten av diffusjon mellom feltene vil ikke tas hensyn til i de separate en-dimensjonale modellene, og feltet inni stålkassetten vil dermed gi et for konservativt fuktnivå, mens feltet utenfor kassetten vil få for rask uttørking da det ikke tar hensyn til fukttilskuddet fra feltet inni kassetten. To-dimensjonal modellering er derfor funnet som nødvendig for å få korrekte fuktforhold når smarte dampsperrer benyttes. Studie 2 vurderer løsninger for økt uttørkingshastighet av feltet inni stålkassetten når smarte dampsperrer benyttes. Ved bruk av smarte dampsperrer vil feltet inni stålkassetten bli dimensjonerende ved fuktanalyser fordi det tørker ut saktere enn feltet utenfor kassetten. En måte å øke uttørkingen av feltet inni stålkassetten er å gjøre den mer dampåpen. Gjennom en parameterstudie er det undersøkt i hvilken grad formen på treflensen og hull i stålkassetten påvirker uttørkingshastigheten ved høyt byggfuktnivå når smarte dampsperrer benyttes. For tilfellene med hull i stålkassetten er det testet for forskjellige Lett-Tak-konstruksjoner og startbetingelser, blant annet med sedumtak, ekstra isolasjon på toppen av taktro og skyggevirkninger. Resultatene fra studien viser at formen på treflensen påvirker diffusjon av fukt fra feltet inni stålkassetten til feltet utenfor. Ved å doble høyden og halvere bredden på treflensen øker uttørkingen og dersom bredden på treflensen dobles og høyden halveres reduseres uttørkingshastigheten kraftig. Det er også observert at treflensen har en viss fuktbufrende effekt, ved at den absorberer noe av fukten som ligger i taktroen. Fuktbufringseffekten er spesielt tydelig det første året hvor fuktnivået i taktroen er stor. Denne effekten reduseres ved bruk av høy/smal treflens, og øker ved bruk av lav/bred treflens. Fordi muggvekstrisikoen er spesielt stor det første året når elementet har høyt fuktnivå, øker muggindeks på taktroen det første året ved bruk av høy/smal treflens, sammenliknet med vanlig treflens, selv om elementet tørker ut raskere. Hullene i stålkassetten er modellert som en slisse på 8 mm i siden eller 4 mm i bunnen av stålkassetten. Slisse i bunnen av stålkassetten har liten innvirkning på uttørkingsforløpet, mens slisse på siden har stor innvirkning. Effekten av større areal på slissene er synlig, men begrenset, noe som tyder på at 8mm slisse er tilstrekkelig i de fleste tilfeller. Ved undersøkelse av andre tekningssystemer som reduserer uttørkingshastigheten blir virkningen av hull i stålkassetten større. Blant annet opplever element med sedumtak nesten ingen uttørking av feltet inni stålkassetten dersom stålkassetten er tett, og får dertil høy risiko for muggvekst, mens risikoen reduseres kraftig ved bruk av hull i stålkassetten.

Lett-Tak-elements are compact roof elements consisting of load bearing U-shaped steel purlins with plywood sheathing that rests upon wooden flanges. Compact roofs usually use moisture barriers and membrane roofing with low permeability, and thus have limited drying capacity. The use of moisture sensitive materials like wood results in higher risk for moisture, mould and rot. The report is divided into two main studies that focus on the ability to model the elements in moisture simulation software and solutions for increased drying of the section inside the steel purlin. Study 1 evaluates Lett-Tak-elements’ suitability for modelling in one-dimensional and two-dimensional moisture simulation softwares. Because the cross section of Lett-Tak-elements are inhomogeneous, the elements must be modelled as two separate models in one-dimensional simulation software. To evaluate the impact on the moisture conditions, the separate one-dimensional models are compared with modelling the whole cross-section in two-dimensional modelling software. The models are evaluated by comparing the drying capacity of the elements and the risk of mould growth. Both PE-foil and AirGuard Smart generation 2 have been used as moisture barriers. The results from Study 1 show that there is little to no difference in the drying or mould risk between the models when using the vapour tight PE-foil as a vapor barrier. This is because the only way the element can dry out is by diffusion through the roofing membrane that is possible in both the section inside the purlin and the section outside it. One-dimensional modelling is therefore sufficient when PE-foil is used. With AirGuard smart, the moisture can diffuse through the vapor barrier. The section outside the metal purlin dries out faster than the section inside the purlin because it is directly connected to the vapour barrier. But because the section dries out faster, a difference in vapour pressure occurs and forces diffusion of moisture from the section inside the purlin to the section outside it through the wood flange and the plywood sheathing. The diffusion between the sections are not included in one-dimensional models. The section inside the purlin will therefore get too conservative moisture content, while the section outside the purlin will get too fast drying because it does not take into account the moisture load from the section inside the purlin. Two-dimensional modelling is therefore necessary to get correct results when using smart vapor barriers. Study 2: Because the section inside the metal purlin dries out slower when using smart vapour barriers, it will become the dimensioning factor during moisture dimensioning. A way to increase drying of the section inside the purlin is to make the metal purlin more vapour permeable. Through a parameter study, increased drying capacity have been evaluated by changing the shape of the wooden flange and by modelling holes in the purlin. For the cases with holes in the purlin, it has also been evaluated with different element types and conditions like the use of green roofing systems, extra insulation on the top of the sheathing and shading. The results from Study 2 shows that the shape of the wooden flange influence the diffusion between the sections inside and outside the metal purlin. By doubling the height and halving the width of the flange drying of the section inside the purlin increases considerably, while halving the height and doubling the width decreases it. A moisture buffering effect is also observed in the flange, by absorbing some of the moisture content in the roof sheathing. The moisture buffering effect decreases with the use of tall/skinny flange and increases with the use of a short/wide flange. Because the mould risk is especially prevalent during the first year when the moisture content in the sheathing is high, the elements with tall/skinny flanges get an increased mould risk the first year compared to a normal sized flange even though the drying is faster. The holes in the metal purlin are modelled as 8mm slots in the side of the purlin or 4mm slots on the bottom of the purlin. Holes in the bottom of the purlin have limited effect on the drying, but holes in the side increases the drying by a large margin and stabilises at the same moisture content as the section outside the purling in just a few years. The effect of more holes on the drying capacity are only limited and tells that 8mm slots are sufficient in most cases. When the roof elements are subjected to environmental or constructional cases that reduces drying capacity, the effect from the holes increases. With the use of green roofing systems, the section inside the purlin experiences minimum drying, and therefore develop a high risk of mould growth. By using holes in the purlin, the risk reduces considerably. This effect from holes in the purlin is also observed in other cases with shading or extra insulation, where the mould growth risk is reduced from an unacceptable level to an acceptable one. The effect of more holes on the drying capacity are also more prevalent in elements exposed to a less than optimal environment