Mikroklima i luftespalter i luftede fasader og skråtak

Abstract

De tøffe klimaforholdene i Norge forverres av klimaendringene, noe som øker fuktbelastningen på bygningers fasader og tak. Nøyaktige verdier for de klimatiske forholdene i en luftespalte, videre kalt mikroklimaet, er avgjørende når man skal beregne og simulere ytelsen til ventilerte tak og fasader. Den klimatiske belastningen på komponentene og deres mugg- og råtepotensial påvirker takets eller fasadens langsiktige holdbarhet. Nye typer skader observeres i luftespalter i fasader og tak prosjektert og utført etter god byggeskikk. Det er nødvendig med mer kunnskap om mikroklimatiske forhold i luftespalter i fasader og tak, og deres risiko for organisk vekst og biologisk nedbrytning.

En litteraturstudie gjennomføres for å få en oversikt over forskning og vitenskapelig litteratur om mikroklimaet i luftespalter i ventilerte fasader og tak i nordisk klima. Videre samler og presenterer denne studien sensordata som lufttemperatur, overflatetemperatur, luftfuktighet, duggpunktstemperatur og trefukt i luftespalter i tre bygninger i Norge. Målte mikroklimadata sammenlignes med muggvekstkriterier presentert i litteraturen, bygningsfysiske simuleringsprogrammer og nasjonale og internasjonale standarder.

Litteratursøket resulterer i 21 vitenskapelige arbeider av vesentlig interesse som har undersøkt tematikken. Deres funn som er av relevans er oppsummert i denne oppgaven. Litteraturstudien viser at kun et begrenset antall studier undersøker luftespaltenes mikroklima. Luftespalter i tak omtales i større og mer variert grad enn i fasader og bak solcellepanel. Resultatene kan imidlertid ikke sammenlignes og valideres mot hverandre for å generelt beskrive mikroklimaet til luftespaltene. Dette er fordi den undersøkte litteraturen tilnærmer seg teamet med ulike vinklinger, og gjerne uten kvantitative resultater. De innsamlede sensordataene viser store forskjeller i luftespaltenes mikroklima mellom case bygningene og mellom ulike sensorposisjoner innad i både samme bygg og i samme fasade. Temperaturer i luftespaltene er funnet å være lavere enn utetemperaturer i en betydelig andel av tiden. For høye bygninger påvirker den vertikale plasseringen av sensorene måledataene i større grad enn fasadens orientering. Alle de tre bygningene har sensorposisjoner med både akseptable og kritisk høye nivåer av fukt og høy risiko for muggvekst basert på ulike metoder. De ulike metodene for å beregne forventet muggvekst gir også stor variasjon i beregnet muggvekstrisiko ved samme sensorposisjon.

Det begrensede omfanget av litteratur som undersøker mikroklimaet i luftespalter indikerer en risiko for at beregninger og simuleringer utføres uten å vite om resultatene representerer virkeligheten. Dersom oppbygningen av ventilerte tak og fasader kun utformes basert på erfaring, kan det være vanskelig å være proaktiv og tilpasse seg fremtidige klimaendringer. Analysen av instrumenterte luftespalter viser at det ikke blir riktig å anta at luftespalter holder samme klima som luften utenfor, og at det er svært mange faktorer som spiller inn. Ytterligere studier er nødvendig for å avgjøre hvilke sammenhenger som finnes mellom det utvendige klimaet og mikroklimaet i luftespalter, slik at fremtidige antatte klimapåkjenninger kan brukes til å simulere den langsiktige ytelsen til ventilerte tak og fasader.

Harsh climatic conditions in Norway are being worsened by climate change increasing the moisture loads on building façades and roofs. Accurate values for the climatic conditions in an air cavity, hereby called the microclimate, are crucial when calculating and simulating the performance of ventilated roof and façade systems. The climatic stress of their components, and their mould and rot potential, influence the long-term durability of the façade or roof. New types of defects are being observed in air cavities in well-designed and well-built wooden façades and roofs. More knowledge is required on the microclimatic conditions in air cavities, and their implications for organic growth and biological deterioration.

A scoping study is conducted to gain an overview on research and the scientific literature on the microclimate of air cavities in ventilated façades and roof systems in Nordic climates. Furthermore, this thesis collects and presents sensor data from three buildings in Norway. Measured air temperature, air humidity, and wood moisture data are compared to mould growth criteria found in scientific literature, building physics simulation software, and national and international standards.

From the body of the research literature, 21 scientific works were of particular interest, and their findings are summarized. The review shows that only a limited number of studies discuss the microclimate of air cavities. Roofs are discussed to a greater and more varied degree compared to façades and air cavities behind solar panels. However, the results cannot be compared and validated against each other to generally describe the microclimate of air cavities, as the surveyed papers approach the subject differently and often lack quantitative results. The collected sensor data shows great differences in air cavity microclimates between the case buildings and between different sensor positions within the instrumented buildings and façades. Air cavity temperatures are found to be lower than exterior temperatures for a substantial portion of the time. For tall buildings, the vertical positioning of a sensor influences the data more than the orientation of the façade. All three buildings feature monitoring positions with both acceptable and critically high levels of moisture to indicate mould risk. There is great variation in the estimated risk of mould growth according to the different criteria.

The identified knowledge gap indicates a risk that calculations and simulations are performed without knowing whether the results represent reality. If the structure of ventilated roof and façade systems are only designed based on experience, it can be difficult to be proactive and adapt to future climate changes. The analysed sensor data suggests that the air cavity microclimate cannot be assumed to be identical to the exterior climate. Further studies are needed to determine the relation between the exterior climate and the air cavity microclimate, so that future climate predictions can be used to simulate the long-term performance of ventilated roof and façade systems.