Determination of Vapour Resistance of Exterior Coatings – Impact on Moisture Drying Conditions in Wooden Claddings

Abstract

Den forventede økende hyppigheten av nedbør og ekstremvær, og større fluktuasjoner i luftfuktighet på grunn av globale klimaendringer utgjør nåværende og fremtidige utfordringer for bygningskonstruksjoner. Trefasader, som er vanlige i Norden, er særlig utsatte ettersom de er direkte eksponert for disse klimapåkjenningene. For å forhindre fuktrelaterte skader og prematur nedbrytning, er riktig overflatebehandling og vedlikehold som kjent nødvendig. Denne studien undersøker hvordan vanndampmotstanden til maling påvirker uttørkingsforhold og muggvekstrisiko i ventilerte trekledninger i to ulike norske klima. Vanndampmotstanden, i form av diffusjonsekvivalent luftlagtykkelse (s_d-verdi), blir bestemt eksperimentelt for ni kommersielle malingsprodukter (én alkyd, tre emulsjoner og fem akryl) ved å benytte våt-koppmetoden som spesifisert i NS-EN ISO12572:2016. Videre utføres én-dimensjonale simuleringer i WUFI Pro og etterbehandles i WUFI Mould Index VTT for å simulere dampmotstandens mulige påvirkning på fuktforholdene og evaluere risikoen for muggvekst. I denne studien ble luftespaltens mikroklima modellert som innendørs klima ved å tilpasse sinuskurver for å representere realistiske forhold innvendig i trekledningen. De målte s_d-verdiene varierer fra 0.453 til 1.350 m (tre lag) og 0.690 til 2.250 m (seks lag) med lave standardavvik. s_d-verdi viser en svært sterk korrelasjon til tørrfilmtykkelse. Simuleringene avdekker at selv om malingens vanndampmotstand ikke påvirker trekledningens fuktinnhold over tid (ingen akkumulering av fukt), vil en maling med lavere dampmotstand fasilitere noe raskere uttørking av fukt. Ubehandlede kledninger viser større svingninger og variabilitet i trekledningens fuktinnhold samt høyere muggrisiko sammenlignet med de malte kledningene, noe som bekrefter viktigheten av barriereegenskapene til overflatebehandling. Den årlige muggindeksen for den sørvest-vendte veggen i Stavanger akkumuleres over fem år, noe som indikerer gunstige forhold for muggvekst til tross for tilsynelatende tilstrekkelig uttørking av trefukt. Hvordan man velger å modellere inneklimaforholdene for fuktsimuleringen er av stor betydning for påliteligheten av resultatene. Tilpassede sinuskurver kan modellere temperatur mer presist enn relative fuktighet i luftespalten. Til tross for modellusikkerhet, gir det likevel innsikt og understreker behovet for ytterligere tilpasninger for å fange kompleksiteten i luftespalteklima på en nøyaktig måte. Videre studier bør undersøke hvordan bruk av ekstra film-støtte ved kopp-montasje påvirker målingene av s_d-verdi, samt om det er en korrelasjon mellom bindemiddel og dampmotstand, gjennom systematiske eksperimenter med større utvalg. Påvirkningen av andre faktorer enn malingens dampmotstand, eventuelt i kombinasjon med denne dampmotstanden, bør studeres nærmere for å utvikle strategier for å minimere de stadige rapporterte råteproblemene i trekledninger. .

The anticipated increasing frequency of precipitation and greater fluctuations in moisture levels due to global climate change pose current and future challenges for building envelopes. Wooden façades, which are common in Nordic regions, are particularly vulnerable as they are directly exposed to these climatic agents. To prevent premature degradation and decay processes of these wooden materials, proper surface protection and maintenance is known to be necessary. This study aims to investigate the influence of exterior wood coatings' water vapour resistance on the moisture conditions and mould growth risks of ventilated wooden claddings. The vapour resistance in terms of diffusion-equivalent air layer thickness (s_d-value) is determined experimentally for nine commercial coatings (one alkyd, three emulsions, and five acrylics) by employing the wet cup method as specified in NS-EN ISO12572:2016. Further, one-dimensional simulations are conducted in WUFI Pro and post-processed in WUFI Mould Index VTT to simulate the possible influence of the coatings’ vapour resistance on wood moisture conditions and evaluate the risk of mould growth. In this study, the cavity microclimate was modelled by fitting sinusoids, to represent the realistic conditions interior of the wooden cladding. The determined s_d-values range from 0.453 to 1.350 m (three layers) and 0.690 to 2.250 m (six layers), showing a very strong correlation to dry film thickness. The simulations reveal that while the vapour resistance of coatings does not significantly influence wood moisture content in the long run (no accumulation of moisture), a coating with lower vapour resistance will facilitate slightly faster drying of embedded wood moisture. Untreated claddings show greater moisture content fluctuations and variability, as well as higher mould risks, compared to coated claddings, affirming the importance of liquid barrier properties of surface treatments. The yearly mould index of the southwest-facing wall in Stavanger is slightly accumulating over five years, which indicate favourable conditions for mould growth despite apparently sufficient drying of wood moisture. How one chooses to model the interior climate conditions is of great significance the reliability of the simulations. Fitted sinusoids can model an air cavity’s temperature more precisely than relative humidity. Despite model uncertainty, it nevertheless provides insight and highlights the need for further model refinement to accurately capture the complexities of cavity microclimates. Future research should investigate the influence of additional film supports in the wet cup-assembly on the measurements of s_d-values, as well as whether there is a definite relation between binder content and vapour resistance, by systematic experiments with larger sample sizes. The impact of other factors than vapour resistance of coatings, possibly in combination with the considered vapour resistance, should be studied more closely to develop strategies to mitigate the ever-reported rot issues in wooden claddings.