Sisäliikuntatilan joustolattian kosteustekninen toiminta
Kallio, Konsta (2023)
2023
Rakennustekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Civil Engineering
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-07-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202307047064
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202307047064
Tiivistelmä
Työssä tutkittiin joustolattiarakenteiden kosteusteknistä toimintaa. Päätavoitteena oli selvittää tuuletustavan, rakenteiden ja vaihtelevien olosuhteiden vaikutuksia joustolattioiden kosteustekniseen toimintaan. Alatavoitteena oli selvittää rakenteiden vaurioitumismekanismit, rakenteisiin kohdistuvien kosteusrasitusten hallintatavat sekä merkittävimmät toteutusvaiheen tekijät onnistuneen rakenteen aikaansaamisessa. Tarkastelu tehtiin teoreettisesti, koekohteen seurantamittausdataa analysoimalla sekä suorittamalla laskennallinen tarkastelu. Laskennan tulosten avulla arvioitiin rakenteen homehtumisriskiä sekä muodonmuutoksista aiheutuvien vaurioiden riskiä.
Koekohde on vuonna 2019 valmistunut liikuntahalli, jossa on koneellisesti tuuletettu nykyaikainen tiivispintainen joustolattiarakenne. Tuuletusilmaa kuivatettiin kesäaikana. Koekohteen joustolattiarakenteen ilmavälissä oli suoritettu n. 1,5 vuoden mittainen olosuhteiden seurantamittaus. Mittaustulosten perusteella rakenne toimii kosteusteknisesti hyvin ja alkuvaiheessa havaittu kosteuden nousu tuuletusvälissä pystyttiin hallitsemaan kyseisellä tuuletusjärjestelmällä.
Laskennallista tarkastelua varten muodostettiin laskentamalli, jonka toimivuus varmistettiin koekohteen mittaustuloksia hyödyntäen. Tarkasteluun valittiin kuusi eri rakennetta, joiden lämpötila- ja kosteusolosuhteet laskettiin WUFI Pro-ohjelmalla. Lisäksi tarkasteltiin neljää eri ilmavälin ilmanvaihtuvuutta, jotka kuvasivat painovoimaista ja koneellista tuuletusta. Laskenta suoritettiin jokaiselle rakenteen ja ilmanvaihtuvuuden yhdistelmälle kuudessa eri laskentatapauksessa, joissa sisä- ja ulkoympäristön sekä lähtötilanteen olosuhteet muuttuivat. Laskentatapausten avulla tutkittiin materiaalien alkukosteuspitoisuuden, maapohjan lämpötilan ja tuuletusilman kosteussisällön vaikutusta rakenteiden toimivuuteen. Lisäksi tarkasteltiin tilannetta tulevaisuuden ilmastossa. Rakenteen toimivuutta arvioitiin homehtumisriskin sekä mahdollisten kosteusmuodonmuutosten perusteella. Homeenkasvun arvioimiseen käytettiin suomalaista homemallia. Homeindeksit laskettiin ilmavälin lämpötilan ja suhteellisen kosteuden laskentatulosten perusteella. Muodonmuutoksia tarkasteltiin laskennassa saatujen puurakenteiden kosteuspitoisuuksien tulosten perusteella.
Laskennallisen tarkastelun tuloksista analysoitiin höyrynsulun, tuuletustapojen, pintarakenteiden sekä tarkasteltujen tapausten vaikutusta rakenteiden toimivuuteen. Tulosten perusteella betonipinnan päällä oleva höyrynsulkupinnoite pienentää joustolattiarakenteisiin kohdistuvaa kosteusrasitusta ja vähentää homehtumisriskiä sekä tuuletuksen tarvetta. Koneellisella tuuletuksella on rakenteiden toimivuutta parantava vaikutus, mikäli tuuletusilman kosteus ei nouse mikrobikasvulle kriittisen rajan 80 % RH yli. Koneellinen tuuletus kuitenkin kasvattaa varsinkin puurakenteiden muodonmuutosriskiä, mikäli tuuletukseen käytetään sisäilmaa sellaisenaan. Tuuletusilman ilmastointi vähentää muodonmuutos- ja homehtumisriskiä sekä parantaa koneellisesti tuuletettujen rakenteiden toimivuutta merkittävästi. Betoni- tai joustolattiarakenteen korkea rakennuskosteus ja asennusaikainen korkea ilman suhteellinen kosteus kasvattavat homehtumisriskiä ja muodonmuutosvaurion riskiä varsinkin painovoimaisesti tuulettuvilla rakenteilla.
Johtopäätöksiin pohjautuen esitettiin rakennetyyppikohtaiset suositukset taulukoituna höyrynsulun ja tuuletuksen osalta. Ensisijaisesti suositellaan ”matalatehoista” koneellista tuuletusta kaikille työssä tarkastelluille rakenteille. Koneellisen tuuletuksen tulo- ja/tai poistoilma tulee johtaa rakenteen ilmaväliin mahdollisimman tasaisesti useasta pisteestä. Myös höyrynsulkua voidaan suositella rakenteesta riippumatta, koska se poistaa betonilaatan aiheuttaman yläpuolisiin rakenteisiin kohdistuvan kosteusrasituksen parantaen rakenteiden toimivuutta. Kaiken kaikkiaan kosteusteknisesti turvallisin vaihtoehto on koneellisesti tuuletettu ja ilmastoitu ratkaisu. The study investigated the hygrothermal performance of sprung floors. The main objective was to study the effects of ventilation types, structures, and varying conditions on the hygrothermal performance of sprung floors. The sub-objective was to identify the mechanisms of structural damage, the management of moisture loads, and the most important factors of the installation stage in achieving a functional structure. The study was performed theoretically, by analysing monitoring data from a test site, and by running a computational analysis. The calculation results were used to evaluate the risk of mould growth and deformation damage in the structure.
The test site is a sports hall constructed in 2019 with a modern mechanically ventilated sealed sprung floor structure. The ventilation air was dried during the summer. Monitoring of conditions in the air space of the test site's sub-floor structure has been carried out for approximately 1,5 years. The monitoring results indicate that the structure is performing well in terms of hygrothermal performance and that the initial increase in humidity in the ventilation gap could be controlled by the ventilation system.
A simulation model was created for the numerical analysis, and its performance was verified using the measurement results from the test site. Six different structures were selected for the numerical analysis, their temperature and humidity conditions were simulated using the WUFI Pro calculation software. In addition, four different ventilation rates were chosen to represent natural and mechanical ventilation. The simulation was performed in six different simulation cases for each combination of structure and ventilation rate with varying indoor, outdoor, and initial conditions. The different simulation cases were used to investigate the effect of initial moisture content in materials, ground temperature and the moisture content of the ventilation air on the performance of the structures. The effect of future climate was also examined. The Finnish mould growth model was used to assess mould growth. Mould indexes were calculated based on the sub-floor air space temperature and relative humidity calculation results. Deformation was examined based on the calculated moisture contents of the wood structures.
The results of the numerical analysis were used to analyse the effect of vapour barrier, ventilation methods, surface materials and the simulation cases examined on the performance of the structures. Based on the results of the numerical analysis, a vapour barrier over concrete surfaces reduces the moisture load on the sprung floor structures and reduces the risk of mould growth and the need for ventilation. Mechanical ventilation has a positive effect on the performance of the structures, provided that the humidity of the ventilation air does not exceed the critical limit for microbial growth of 80 % RH. The results show that mechanical ventilation increases the risk of deformation if indoor air directly used in the ventilation. The air-conditioning of the ventilation air significantly improves the performance of mechanically ventilated structures. High structural moisture in concrete or sprung floor structures and high indoor air relative humidity during installation increases the risk of mould and deformation damage, especially in naturally ventilated structures.
Based on the conclusions, recommendations for vapour barrier and ventilation type were shown in table considering each structure type separately. The primary recommendation is for "low volume" mechanical ventilation for all structures considered in the study. The supply and/or exhaust air from mechanical ventilation should be directed into the air space of the structure as evenly as possible from several points. Vapour barrier may also be recommended, regardless of the structure, as it removes the concrete slab's moisture load on the overlying structures, thus improving the performance of the structures. Overall, a mechanically ventilated and air-conditioned solution is the safest option from a moisture performance point of view.
Koekohde on vuonna 2019 valmistunut liikuntahalli, jossa on koneellisesti tuuletettu nykyaikainen tiivispintainen joustolattiarakenne. Tuuletusilmaa kuivatettiin kesäaikana. Koekohteen joustolattiarakenteen ilmavälissä oli suoritettu n. 1,5 vuoden mittainen olosuhteiden seurantamittaus. Mittaustulosten perusteella rakenne toimii kosteusteknisesti hyvin ja alkuvaiheessa havaittu kosteuden nousu tuuletusvälissä pystyttiin hallitsemaan kyseisellä tuuletusjärjestelmällä.
Laskennallista tarkastelua varten muodostettiin laskentamalli, jonka toimivuus varmistettiin koekohteen mittaustuloksia hyödyntäen. Tarkasteluun valittiin kuusi eri rakennetta, joiden lämpötila- ja kosteusolosuhteet laskettiin WUFI Pro-ohjelmalla. Lisäksi tarkasteltiin neljää eri ilmavälin ilmanvaihtuvuutta, jotka kuvasivat painovoimaista ja koneellista tuuletusta. Laskenta suoritettiin jokaiselle rakenteen ja ilmanvaihtuvuuden yhdistelmälle kuudessa eri laskentatapauksessa, joissa sisä- ja ulkoympäristön sekä lähtötilanteen olosuhteet muuttuivat. Laskentatapausten avulla tutkittiin materiaalien alkukosteuspitoisuuden, maapohjan lämpötilan ja tuuletusilman kosteussisällön vaikutusta rakenteiden toimivuuteen. Lisäksi tarkasteltiin tilannetta tulevaisuuden ilmastossa. Rakenteen toimivuutta arvioitiin homehtumisriskin sekä mahdollisten kosteusmuodonmuutosten perusteella. Homeenkasvun arvioimiseen käytettiin suomalaista homemallia. Homeindeksit laskettiin ilmavälin lämpötilan ja suhteellisen kosteuden laskentatulosten perusteella. Muodonmuutoksia tarkasteltiin laskennassa saatujen puurakenteiden kosteuspitoisuuksien tulosten perusteella.
Laskennallisen tarkastelun tuloksista analysoitiin höyrynsulun, tuuletustapojen, pintarakenteiden sekä tarkasteltujen tapausten vaikutusta rakenteiden toimivuuteen. Tulosten perusteella betonipinnan päällä oleva höyrynsulkupinnoite pienentää joustolattiarakenteisiin kohdistuvaa kosteusrasitusta ja vähentää homehtumisriskiä sekä tuuletuksen tarvetta. Koneellisella tuuletuksella on rakenteiden toimivuutta parantava vaikutus, mikäli tuuletusilman kosteus ei nouse mikrobikasvulle kriittisen rajan 80 % RH yli. Koneellinen tuuletus kuitenkin kasvattaa varsinkin puurakenteiden muodonmuutosriskiä, mikäli tuuletukseen käytetään sisäilmaa sellaisenaan. Tuuletusilman ilmastointi vähentää muodonmuutos- ja homehtumisriskiä sekä parantaa koneellisesti tuuletettujen rakenteiden toimivuutta merkittävästi. Betoni- tai joustolattiarakenteen korkea rakennuskosteus ja asennusaikainen korkea ilman suhteellinen kosteus kasvattavat homehtumisriskiä ja muodonmuutosvaurion riskiä varsinkin painovoimaisesti tuulettuvilla rakenteilla.
Johtopäätöksiin pohjautuen esitettiin rakennetyyppikohtaiset suositukset taulukoituna höyrynsulun ja tuuletuksen osalta. Ensisijaisesti suositellaan ”matalatehoista” koneellista tuuletusta kaikille työssä tarkastelluille rakenteille. Koneellisen tuuletuksen tulo- ja/tai poistoilma tulee johtaa rakenteen ilmaväliin mahdollisimman tasaisesti useasta pisteestä. Myös höyrynsulkua voidaan suositella rakenteesta riippumatta, koska se poistaa betonilaatan aiheuttaman yläpuolisiin rakenteisiin kohdistuvan kosteusrasituksen parantaen rakenteiden toimivuutta. Kaiken kaikkiaan kosteusteknisesti turvallisin vaihtoehto on koneellisesti tuuletettu ja ilmastoitu ratkaisu.
The test site is a sports hall constructed in 2019 with a modern mechanically ventilated sealed sprung floor structure. The ventilation air was dried during the summer. Monitoring of conditions in the air space of the test site's sub-floor structure has been carried out for approximately 1,5 years. The monitoring results indicate that the structure is performing well in terms of hygrothermal performance and that the initial increase in humidity in the ventilation gap could be controlled by the ventilation system.
A simulation model was created for the numerical analysis, and its performance was verified using the measurement results from the test site. Six different structures were selected for the numerical analysis, their temperature and humidity conditions were simulated using the WUFI Pro calculation software. In addition, four different ventilation rates were chosen to represent natural and mechanical ventilation. The simulation was performed in six different simulation cases for each combination of structure and ventilation rate with varying indoor, outdoor, and initial conditions. The different simulation cases were used to investigate the effect of initial moisture content in materials, ground temperature and the moisture content of the ventilation air on the performance of the structures. The effect of future climate was also examined. The Finnish mould growth model was used to assess mould growth. Mould indexes were calculated based on the sub-floor air space temperature and relative humidity calculation results. Deformation was examined based on the calculated moisture contents of the wood structures.
The results of the numerical analysis were used to analyse the effect of vapour barrier, ventilation methods, surface materials and the simulation cases examined on the performance of the structures. Based on the results of the numerical analysis, a vapour barrier over concrete surfaces reduces the moisture load on the sprung floor structures and reduces the risk of mould growth and the need for ventilation. Mechanical ventilation has a positive effect on the performance of the structures, provided that the humidity of the ventilation air does not exceed the critical limit for microbial growth of 80 % RH. The results show that mechanical ventilation increases the risk of deformation if indoor air directly used in the ventilation. The air-conditioning of the ventilation air significantly improves the performance of mechanically ventilated structures. High structural moisture in concrete or sprung floor structures and high indoor air relative humidity during installation increases the risk of mould and deformation damage, especially in naturally ventilated structures.
Based on the conclusions, recommendations for vapour barrier and ventilation type were shown in table considering each structure type separately. The primary recommendation is for "low volume" mechanical ventilation for all structures considered in the study. The supply and/or exhaust air from mechanical ventilation should be directed into the air space of the structure as evenly as possible from several points. Vapour barrier may also be recommended, regardless of the structure, as it removes the concrete slab's moisture load on the overlying structures, thus improving the performance of the structures. Overall, a mechanically ventilated and air-conditioned solution is the safest option from a moisture performance point of view.