5 FUGTBEREGNINGER
For at vurdere en konstruktions fugttekniske funktion kan det være nødvendigt at beregne fugtforholdene i konstruktionen. Beregningerne bør dog altid suppleres med vurdering af de aktuelle forhold baseret på praktisk erfaring.
De beregningsværktøjer, der er til rådighed, spænder fra grove indledende vurderinger, over håndberegninger til brug under stationære forhold og til computersimuleringer af ikke-stationære varme- og fugtforhold (forhold, der varierer over tid).
Ved alle former for beregninger er der behov for viden om den opgave, der skal løses, og de parametre, der indgår i beregningsmodellen.
Der er typisk behov for viden om:
Hvad er det for en opgave, der skal løses, fx bygningstype og beliggenhed.
Udvendige og indvendige klimapåvirkninger, fx temperatur, relativ luftfugtighed og fugttilskud.
Solstråling, temperatur og nedbør.
Materialeparametre fx dampdiffusionsmodstand og varmeledningsevne.
Startbetingelser for materialer.
Fugtberegninger er generelt forholdsvis usikre, især fordi de klima- og materialeparametre, som indgår i beregningerne, er usikre eller ofte ukendte.
5.1 Opgavebeskrivelse
Opgavebeskrivelsen bør inkludere den geografiske placering, bygningstype og brug samt den konstruktion og/eller detalje, der ønskes undersøgt. Der kan være behov for at oplyse om orientering og placering af bygningen og om, hvor på bygningen der undersøges, fx hvilket verdenshjørne den undersøgte konstruktion er orienteret mod, og hvilken højde den har i forhold til terræn.
De ydeevnekrav, løsningen skal opfylde, må specificeres, og dette gælder eventuelt også den ønskede eller forventede levetid. Endelig skal den periode, der beregnes/simuleres over, fastlægges.
5.2 Klimaparametre
Det bedste grundlag for klimaparametre er naturligvis at udføre målinger over en relevant, længere periode i den pågældende bygning. Som regel må der dog tages udgangspunkt i erfaringstal for temperatur- og fugtforhold for den type anvendelse, bygningen er beregnet til. Hvis der er estimeret egne data, skal disse beskrives.
5.2.1 Indeklimaet
Fugtindhold i indeklimaet kan fastsættes ved at lade det indendørs vanddampindhold følge det udendørs med et tillæg svarende til det forventede fugttilskud, som om vinteren typisk er 3-5 g/m3 for boliger. I andre tilfælde kan fugttilførslen skønnes efter bygningens anvendelse.
For bygninger med befugtning eller anden klimaregulering anvendes de betingelser, som anlægget er reguleret ind til.
Hvis ingen af disse muligheder foreligger, kan man benytte værdier for den fugtbelastningsklasse, som bygningen ligger i. Ved håndberegninger og simple beregningsmetoder vil det i reglen være tilstrækkeligt at beskrive indeklimaets parametre ved månedsvise værdier.
For kølerum, skøjtehaller og fryserum anvendes de værdier, som klimaanlæggene er indreguleret til.
5.2.2 Udendørs forhold
Udendørs forhold er vanskeligere at bestemme end indendørs forhold, fordi de er meget mere variable. Desuden er den valgte beregningsmetode ofte afgørende for det antal parametre i udeklimaet, der er behov for, herunder deres detaljeringsgrad, fx månedsmiddel- eller timeværdier. Ofte må man vælge, om solens indflydelse skal medregnes. Som regel er det på den sikre side at se bort fra solopvarmningen af de udvendige flader, men i så fald kan potentialet for udtørring om sommeren eller risiko for sommerkondens ikke vurderes.
På en vindstille, solrig sommerdag kan temperaturen af en mørk tagflade komme op på 60-70 °C. Omvendt kan udstråling til det kolde himmelrum i vindstille, klare perioder sænke den udvendige overfladetemperatur til nogle grader under luftens.
På grund af damptrykkets særdeles kraftige og ikke-lineære stigning med temperaturen kan selv korte perioder med kraftig påvirkning af sol og deraf følgende høje udvendige overfladetemperaturer betyde ganske meget for udtørringen af en konstruktion. Derfor er det fx ikke helt korrekt at benytte sæsonbestemte middelværdier af den udvendige temperatur, da effekten af en solopvarmet overflade derved ikke kan tages i regning.
Oplysninger om udeklimaet kan måske ved grove indledende vurderinger begrænses til forholdene i den koldeste måned, der jf. DRY 2013 er marts i Danmark, hvor der typisk er –0,74 °C og 87 % RF, eller ved at anvende mere ekstreme randbetingelser. Hvorimod computersimuleringer kræver timeværdier af fx slagregn, hvor der skal kendes samhørende vejrdata for nedbør, vindhastighed og -retning.
Det danske design-referenceår
Til beregning og især til computersimuleringer af fugtforhold er der brug for langt flere oplysninger end til mindre detaljerede beregninger som fx glaser-beregning. De fleste klimadata kan findes i det danske design-referenceår (Danish Design Reference Year – DRY), som dog ikke indeholder data for nedbør. DRY er især udviklet til energiberegninger og indeklimasimuleringer (Wang et al., 2013; Nielsen, 2019), og vægtningen af klimaparametre er ikke direkte målrettet mod simulering af konstruktioners fugtforhold. DRY indeholder timeværdier for historiske klimadata for et typisk år med nogen variation, men uden ekstremer.
Sol og udstråling
Der benyttes månedsmiddelværdier for den udvendige overfladetemperatur, hvor der tages hensyn til ind- og udstrålingsforholdene. Den absorberede solindstråling på en udvendig flade med den aktuelle sol-absorptans, hældning og orientering skal bestemmes. Endvidere skal den langbølgede udstråling til himmelrum og andre synlige omgivelser vurderes. Der benyttes luftens faktiske middeldamptryk. Absorptionen afhænger af overfladematerialet og beregnes normalt af simuleringsprogrammer.
5.3 Materialeegenskaber
Materialers egenskaber har stor betydning for konstruktioners fugtforhold. De anvendte materialer og deres egenskaber har derfor også stor indflydelse på resultater af beregninger og dermed på vurderingen af konstruktioners fugttekniske ydeevne. Alle materialer skal derfor beskrives, og de nødvendige og/eller væsentlige egenskaber skal findes (eller om nødvendigt skønnes) inden beregning. Materialedata findes typisk i tabeller, fx håndbøger eller programmers materialedatabaser. I nogle tilfælde kan data skaffes fra materialeleverandøren.
Nogle vigtige materialeegenskaber er varmeledningsevne, specifik varmekapacitet, porøsitet, densitet, vanddamppermeabilitet eller vanddampdiffusionsmodstand og sorptionskurve. Der bør angives kilder for oplysninger om materialerne, især hvis der er anvendt materialer, som ikke findes i simuleringsprogrammets database. Ofte er det ikke muligt at finde oplysninger om de eksakte materialer i tabeller eller programmernes materialedatabaser. I så fald må egenskaberne skønnes, og det er vigtigt at oplyse om de skøn, der er foretaget.
5.4 Startbetingelser
For håndberegninger og stationære beregninger er det ikke nødvendigt at angive startbetingelser, fx temperatur- og fugtindhold. Ved ikke-stationære beregninger kan startbetingelser derimod have stor betydning. Startbetingelser, fx temperatur, relativ fugtighed og fugtkilder, skal derfor angives. Herunder angives, om de samme værdier gælder for hele konstruktionen, eller om der skal regnes med forskellige værdier igennem konstruktions materialelag. Dette er fx relevant, hvis der regnes på opfugtede materialer, fx efter en vandskade.
Netinddeling
Fugtberegninger kræver ofte, at konstruktion og materialer inddeles i flere sektioner og/eller lag, fx med et ‘net’, hvor forholdene i hver del af nettet beregnes. Netinddeling har stor betydning for beregningstiden og nøjagtigheden af resultatet, især når der udføres ikke-stationære beregninger. Ofte vil netinddeling være et kompromis mellem beregningstid og nøjagtighed, og derfor bør der indledningsvis foretages en vurdering af netinddelingens indflydelse på resultatet.
5.5 Dugpunktsmetoden
Ved dugpunktsmetoden sammenholdes dugpunktstemperaturen af luft, der omgiver eller findes i en konstruktion, med de temperaturforhold, der kan optræde i konstruktionens fugtfølsomme lag. Hvis der forventes temperaturer, der er lavere end dugpunktstemperaturen, må konstruktionen forbedres. Dette kan illustreres ved nedenstående eksempel.
5.5.1 Eksempel på beregning af dugpunkt
Et tag består udefra af tagmembran, krydsfiner, isolering, dampspærre og loftbeklædning. Hvis der er tvivl om dampspærrens tæthed/ydeevne, må det antages, at der kan være fugtligevægt mellem tagkonstruktionens indre og indeluften.
Er der fx under vinterforhold 20 °C og 40 % RF i indeluften, vil indeluftens damptryk være 0,4 ∙ 2337 Pa = 935 Pa. Under vinterforhold kan temperaturen på krydsfineren beregnes til ca. 2 °C. For at undgå skimmelvækst på tagkrydsfineren skal den relative luftfugtighed på overfladen holdes under 75 %, dvs. at damptrykket på tagkrydsfineren ikke må overstige 0,75 ∙ pm (2 °C) = 0,75 ∙ 705 Pa = 529 Pa.
Indeluftens forventede damptryk er altså højere end det tilladelige, og der er derfor risiko for skimmelvækst på tagkrydsfineren.
Hvis udbedring foretages ved at isolere taget udvendig for at hæve temperaturen på krydsfineren, skal der mindst bruges så meget isolering, at indeluftens damptryk netop svarer til 75 % af mætningsdamptrykket ved den nye temperatur.
p_m{\text{\lparen ved krydsfiner})=\frac{p_{\text{indeluft}}}{RF_{\text{kritisk}}}=\frac{935Pa}{0,75}1247Pa}(37)
Dette mætningsdamptryk findes ved ca. 10,2 °C ved formel (39) eller interpolation i tabel (Appendiks A, tabel 3).
5.6 Glasers metode
Glasers (beregnings)metode for vanddampdiffusion er en stationær beregningsmetode, som anvender konstante forhold på de to sider af konstruktionen. Ved at beregne for en række perioder med forskellige konstante forhold, fx svarende til månedsintervaller, kan der fås et overblik over opfugtning og udtørring som funktion af tid.
Metoden er beskrevet i DS/EN ISO 13788, Byggekomponenter og -elementers hygrotermiske ydeevne – Indvendig overfladetemperatur for at undgå kritisk overflade- og mellemrumskondens – Beregningsmetode (Dansk Standard, 2013). Beskrivelsen i dette afsnit er i overensstemmelse med denne standard.
Beregningsmetodens begrænsninger
Glasers metode har en række begrænsninger, som medfører betydelig usikkerhed på resultaterne. De væsentligste er:
Metoden er stationær. Klimabetingelserne må derfor vælges som egnede middelværdier for passende perioder. Fugtligevægt i konstruktionens lag forudsætter nemlig, at klimabetingelserne har været konstante så længe, at der er opnået fugtligevægt i konstruktionens lag, hvilket normalt ikke vil være tilfældet i praksis – især ikke for tunge og tætte materialer.
Materialeparametrene antages at være konstante. Materialers varmeledningsevne og diffusionsmodstand kan være påvirket af fugtindholdet, hvilket har betydning for både temperatur- og fugtforholdene.
Fordampning og kondensation, som har betydning for temperaturen, indgår ikke i beregningerne.
Forhold som slagregn, solindstråling og langbølget stråling tages ikke i betragtning.
Mange byggematerialer er hygroskopiske og kan derfor optage en vis mængde vanddamp og transportere det videre ved kapillarsugning og fordampning fra overfladen.
Beregningsmetoden drejer sig kun om vanddampdiffusion. Der tages ikke hensyn til eventuel fugttransport i væskeform (kapillartransport) eller ved konvektion.
Metoden er endimensional, selvom de fleste konstruktioner i virkeligheden har to- eller tredimensional opbygning. Man må altså skønne, hvilket tværsnit gennem konstruktionen det vil være mest hensigtsmæssigt at undersøge.
Beregningsmetodens anvendelse
På trods af en række begrænsninger giver Glasers metode et fingerpeg om, hvor egnet en konstruktion er. Metoden forudsætter, at byggefugt er tørret ud, og den kan således ikke anvendes til at beregne udtørring af byggefugt. Metoden er derfor bedst egnet til at give et overslagsmæssigt skøn over fugtforholdene, og man skal være opmærksom på metodens begrænsninger.
Metoden anvendes især til to formål:
I begge tilfælde skal beregningen i princippet udføres for flere perioder af året, fx for hver måned.
Ved vurdering af kondensrisikoen i en konstruktion kan metoden indledningsvis anvendes til at beregne fugtforholdene under vinterkonditioner, fx ved –10 °C og 90 % RF ude. Viser beregningerne, at der ikke kommer kondens under kolde og fugtige vinterforhold, vil konstruktionen fungere under normale klimaforhold (forudsat at den ikke påvirkes af fugtforhold, som ikke indgår i beregningen).
For at vurdere fugtforholdene gennem et helt år, udføres beregningerne typisk for hver måned. Da udeklimaet varierer meget fra år til år, skal en Glaser-beregning med kondensering og udtørring baseret på månedsmiddelværdier altid vurderes med forsigtighed.
Beregningen af overfladefugtniveauet leder hen mod en tilladelig indvendig temperatur, fx i forhold til kondens eller skimmelvækst ved en given fugtbelastning.
Glasers metode kan med fordel indlægges i regneark, så beregninger med forskellige klimabetingelser eller konstruktioner lettere kan foretages.
5.6.1 Temperaturfordeling
Temperaturen spiller en stor rolle for fugtforholdene i en konstruktion, og alle beregninger indledes derfor med at fastsætte temperaturerne i konstruktionen.
Randbetingelser
Udendørstemperatur sættes som månedsmiddelværdien for den pågældende måned.
Indendørstemperaturen sættes efter forventet niveau, afhængig af bygningens anvendelse.
Jordtemperatur ved konstruktioner mod jord sættes til årsmiddelværdien for udetemperaturen.
Bestemmelse af temperatur
Bestemmelse af temperaturen, θ, igennem konstruktionen sker ved forholdstalsregning. Temperaturændringen over et materialelag afhænger af det pågældende lags isolans. Det forhold, temperaturændringen over et lag udgør af den samlede temperaturændring over konstruktionen, er derfor det samme som lagets isolans, Rm, i forhold til konstruktionens samlede isolans, ΣR.
Temperaturændringen, Δθ, over lag m kan derfor beregnes som:
$$ \Delta\theta_m=\left(\frac{R_m}{\sum R}\right)\left(\theta_{\textrm{inde}}-\theta_{\textrm{ude}}\right) $$
$$ \Delta\theta_m=\left(\frac{R_m}{\sum R}\right)\left(\theta_{\textrm{inde}}-\theta_{\textrm{ude}}\right) $$(38)
Bestemmelse af isolans
Isolansen af hvert enkelt lag beregnes som dets tykkelse divideret med dets varmeledningsevne. Design-varmeledningsevnen, som kan bruges til praktiske beregninger, kan for en række materialer findes i tabel 25 i appendiks A til DS 418:2011 + Till. 1:2020,
Beregning af bygningers varmetab (Dansk Standard, 2020) eller DS/EN ISO 10456:2008,
Byggematerialer og -produkter – Hygrotermiske egenskaber – Tabeldesignværdier og procedurer til bestemmelse af termiske deklarerede værdier og termiske designværdier (Dansk Standard, 2008). Herudover henvises til VarmeIsoleringsForeningens hjemmeside,
www.vif-isolering.dk, der indeholder yderligere oplysninger, fx om varmeledningsevne og U-værdier, eller producenters hjemmesider.
Bestemmelse af overgangsisolans
Ved konstruktionens ind- og udvendige overflader er der et lille temperaturspring, fordi der ikke er helt ideel termisk kontakt mellem overfladen og luften i omgivelserne. Der regnes derfor med en overgangsisolans på hver side af konstruktionen.
Overgangsisolansen sættes jf. DS 418:2011 + Till. 1:2020, Beregning af bygningers varmetab (Dansk Standard, 2020) til:
0,04 m2K/W på den udvendige side af en konstruktion, der vender mod det fri.
0,13 m2K/W for indvendige flader, som højst afviger 30° fra lodret, fx ydervægge.
0,10 m2K/W for indvendige flader, hvis varmestrømmen er opadgående, fx lofter.
0,17 m2K/W for indvendige flader, hvis varmestrømmen er nedadgående, fx gulve.
Metoden, som dette er baseret på, er beskrevet i DS/EN ISO 13788 (Dansk Standard, 2013). Bemærk, at metoden kun opererer med disse overgangsisolanser ved beregning af kondensation inde i en konstruktion og overfladekondensation på døre og vinduer. Ved vurdering af overfladekondensation og skimmelrisiko på ikke synlige konstruktioner sættes overgangsisolansen til 0,25 m2K/W. Dette er for at være på den sikre side og få repræsenteret betydningen af fx hjørner eller møbler.
For konstruktioner mod jord medregnes jorden med en isolans som anført i DS 418:2011 + Till.1:2020.
Bestemmelse af isolans for hulrum
Isolansen for ikke-ventilerede luftlag inde i konstruktionen kan findes direkte af tabeller i DS 418:2011 + Till.1:2020, som angiver isolansen afhængig af luftlagets tykkelse og varmestrømmens retning.
Hvis et hulrum er ventileret til det fri gennem små åbninger, medregnes dette svagt ventilerede luftlag med en isolans, der er det halve af isolansen for et tilsvarende ikke-ventileret luftlag. Et svagt ventileret luftlag defineres som et hulrum, hvor åbningerne til det fri for lodrette hulrum er mellem 5 og 15 cm2 pr. meter vandret længde – det ses fx ved udkradsede studsfuger i en formur – og for vandrette hulrum mellem 5 og 15 cm2 pr. m2 overfladeareal. Hvis åbningerne er mindre end disse mål, regnes hulrummet for ikke-ventileret. Isolansen af beklædninger på ydersiden af svagt ventilerede luftlag kan medregnes op til en værdi på 0,15 m2·K/W.
Hvis åbningerne er større end grænserne for et svagt ventileret hulrum, betragtes hulrummet som ventileret. I så fald sættes isolansen af hulrummet og samtlige lag på ydersiden af hulrummet (ud til den udvendige overflade) samt den udvendige overgangsisolans til samme værdi som den indvendige overgangsisolans for den pågældende konstruktion.
Eksempel på beregning af temperaturfordeling
En ydervæg består udefra af 110 mm skalmur, 200 mm mineraluld (med design-varmeledningsevne 0,032 W/m∙K), 100 mm porebeton og akrylmaling.
Temperaturforholdene er givet ved værdierne fra tabel 4. Eksemplet viser forholdene i november.
Beregningen af temperaturfordelingen udføres ved hjælp af skemaet i tabel 10. Skemaet udfyldes med kendte data om materialetykkelser, varmeledningsevner, kendte isolanser og temperaturer i luften på hver side af konstruktionen (markeret med fed skrift i skemaet). Herefter beregnes de resterende isolanser og dernæst temperaturændringerne over hvert enkelt lag. Til sidst bestemmes temperaturerne i laggrænserne. For overskuelighedens skyld er de enkelte materialelag ikke opdelt. DS/EN ISO 13788:2013 (Dansk Standard, 2013) beskriver dog, at hvert lag højst må have en isolans på 0,25 m2K/W.
Det vil kun være nødvendigt at dele op ved massive homogene konstruktioner, hvor kondens kan forekomme i midten af materialet. I praksis forekommer den slags konstruktioner meget sjældent, og derfor opdeles fx isoleringslag ikke.
Temperaturfordelingen er optegnet i figur 35.
Varmetabet gennem konstruktionen [W/m2] kan beregnes som det samlede temperaturfald divideret med den samlede isolans.