Innvendig etterisolering av massive murvegger - Analyse av laboratorieforsøk og numeriske beregninger
Abstract
Økende fokus på energieffektivisering av den eksisterende bygningsmassen har ført til at man ønsker å etterisolere bygg for å redusere energibruken knyttet til oppvarming. I Norge ble det mellom 1850 og 1940 bygget uisolerte teglfasader som fortsatt brukes i dag og u-verdien til disse ytterveggene tilsier et stort potensial for energibesparelse. Utvendig etterisolering er ved riktig gjennomføring et effektivt og fuktsikkert tiltak, men på grunn av verneverdige fasader er det ofte ikke gjennomførbart. Innvendig etterisolering reduserer uttørkingsmulighetene for veggen og reduserer temperaturen i murvangen. Dette kan igjen føre til frostsprengning, muggvekst eller råte i trebjelker. Det er ønskelig å finne løsninger på innvendig etterisolering som minimerer faren for fuktskader.
I den forbindelse er det satt opp et laboratorieforsøk hos NTNU og SINTEF hvor en testvegg bestående av ni veggfelter er plassert i en klimasimulator. De ni veggfeltene består av en massiv murvange med en innfelt trebjelkeende og ulik innvendig isolering. Det er brukt to typer teglstein og tre ulike isolasjonsmaterialer, samt montert en smart dampsperre på de fleste av veggfeltene. Klimasimulatoren utsetter testveggen for en periode med kaldt klima med slagregnspåkjenning på en side og varmt inneklima på den andre siden, etterfulgt av en tørkeperiode. Formålet med forsøket er å undersøke hvordan ulik innvendig etterisolering påvirker de hygrotermiske forholdene i veggfeltene og vurdere risikoen for fuktskader. Dette gjøres gjennom å måle temperatur og relativ fuktighet i veggfeltene ved bruk av fastmonterte sensorer. I tillegg til laboratorieforsøket er det gjennomført et sett med simuleringer i beregningsverktøyet WUFI® 2D av det samme laboratorieforsøket.
Resultatene fra laboratorieforsøket viser i likhet med eksisterende litteratur at innvendig isolering øker den relative fuktigheten i veggen og gir økt risiko for fuktskader sammenlignet med et uisolert veggfelt med samme klimapåkjenning. Resultatene viser også at teglstein med høyere sug gir økt relativ fuktighet i veggen i forhold til teglstein med lavere sug. Det er også observert at slagregnspåkjenningen står for en stor andel av fuktinnholdet i veggfeltene og forsinker uttørkingsperioden betraktelig. Det vil derfor kunne antas at tilstrekkelig regnbeskyttelse vil kunne være et effektivt tiltak mot fuktskader. Ved sammenligning av veggfelt med og uten smart dampsperre er det ikke observert noe tydelig forskjell i uttørking, som igjen tyder på at den smarte dampsperren tilpasser vanndampmotstanden etter relativ fuktighet. Det er likevel verdt å nevne at det generelt i forsøket er observert lite tørking i veggfeltene i løpet av den totale klimasekvensen. En lengre tørkeperiode vil derfor være fordelaktig for videre vurdering av dampsperren. Resultatene av simuleringene viser et avvik fra målingene i laboratoriet og jevnt over et noe lavere fuktinnhold, men med justering av absorpsjonsevnen til mørtelen i de horisontale fugene ble de mest sammenfallende resultatene oppnådd. Det konkluderes derfor med at numeriske beregningsverktøy som WUFI® 2D kan, med nok inndata, gi resultater som er tilstrekkelig nøyaktige ved sammenligninger av ulike løsninger for innvendig isolering. Det vil likevel ikke anbefales som eneste verktøy ved beslutninger vedrørende innvendig isolering av murfasader. There is an increasing focus in today’s society to reduce the energy use and therefore also an urge for energy efficiency measures in the existing building stock. One of these measures is adding insulation to the existing building envelope to reduce the energy use for heating. Between 1850 and 1940, there was built a lot of the uninsulated brick buildings in Norway that are still in use. The building envelope of these buildings have a low thermal resistance compared to modern houses, and the energy use for heating could be considerably reduced by adding insultation. Adding exterior insulation would be preferable, but due to the fact that many of these buildings have historical value and are listed for their exterior appearance, adding exterior insulation is not always an option. In these cases, interior insulation will be the only option for increasing the thermal resistance of the walls. Internal insulation increases the risk of humidity-related damages since it reduces the temperature in the walls and decreases the wall’s ability to dry out moisture. Increased humidity in the walls can then lead to mold growth and dry rot in embedded wood beams, and lowered temperature can lead to frost weathering as well.
In continuance with previous studies on the topic, a test wall-experiment has been set up in the NTNU and SINTEF laboratory. The test wall consists of nine massive brick wall panels with three different interior insulations. Some of the panels are laid with a high suction brick and some with a low suction brick and most of the panels also have a smart vapor barrier. The wall is placed in a climatic simulator containing two chambers, representing an outdoor and an indoor climate. During the experiment the wall is first exposed to a cold climate with driving rain and later a warmer, drying period. The purpose of the experiment is to study the hydrothermal performance of the wall panels and evaluate the risk of humidity-associated damages.
The results show that the experiment is in consensus with existing literature. The relative humidity in the walls increases with increasing internal insulation and the temperature drops as well. They also show that the wall panels with high suction bricks have a considerably higher relative humidity compared to the low suction bricks. In addition to these findings, the results show that most of the humidity in the wall panels probably originate from the driving rain. The drying period was too short to record sufficient drying of the wall panels, but in the time available there were no apparent difference between the wall panels with and without the smart vapor barrier. This suggest that the smart vapor barrier works and adapts to the surrounding relative humidity. In addition to the laboratory experiment, a series of simulations of the same experiments have been executed in WUFI® 2D, a numerical simulation software. Even after an extensive collection of input data for the materials used in the simulation, the results from the simulation deviates from the laboratory experiment with a generally lower relative humidity, and some deviating temperatures. An adjustment to the mortar absorption in the calculation due to findings in a correlating material test, made the simulation result a lot more similar to the laboratory results. In conclusion; simulations made with WUFI® 2D can, with sufficient and correct input data, calculate comparable results to laboratory experiments and be a valuable tool in comparing different solutions for interior insulation. Nevertheless, it should not be the only basis when evaluating interior insulation in an existing brick building