Teräsrakenteiden liitosten lämpövirrat ja pintalämpötilat Physibelin Solido-ohjelmalla

Abstract

Rakennusten energiatehokkuuteen ja rakennusterveyteen kiinnitetään nykyään paljon huomiota. Rakenteiden kylmäsillat voivat aiheuttaa lämpöhäviöiden lisäksi ongelmia rakenteen kosteustekniseen toimintaan ja asuinmukavuuteen. Tällä hetkellä vaaditaan ottamaan rakennusten johtumislämpöhäviöiden laskennassa huomioon rakenteiden toisiinsa liittämisestä aiheutuvat viivamaiset kylmäsillat, mutta ei rakennusvaipan yksittäisiä kylmäsiltoja. Tässä työssä tutustutaan teräsrakenteiden kylmäsiltoihin lämpöteknisen toiminnan kannalta. Työn tavoitteena on selvittää kylmäsiltojen hallintakeinoja ja laskea kylmäsiltojen lämpövirtoja ja pintalämpötiloja tutustuen samalla Physibelin Solido-ohjelmaan. Teräspalkkien lisäkonduktanssille eli lisälämpövirralle pyritään löytämään yleistettävä lukuarvo. Työ tehtiin tutustumalla standardeihin, asetuksiin, Suomen rakentamismääräyskokoelman osiin ja oppaisiin sekä rakennusfysiikkaan liittyviin internet-lähteisiin. Laskentaohjelmisto on kaupallinen, mutta kandidaatintyön ajaksi myönnettiin ilmainen opiskelijalisenssi. Työ on jaettu kahteen osaan. Kirjallisuuskatsaus esittelee kylmäsiltojen teoriaa, lämmön johtumista ja lisäkonduktanssin laskentaa. Hallintakeinoista esitellään teräspalkkien kylmäsiltakatkot ja palkin eristys koteloimalla. Näitä keinoja voitaisiin hyödyntää tämän työn laskentatapausten rakenteiden parantamiseen. Laskennallisessa osuudessa toteutettiin 23 laskentatapausta, jotka ovat erikokoisten IPE- ja RHS-palkkien ulkoseinien läpivientejä. Kylmäsilloille tehtiin herkkyystarkastelua muuttamalla muun muassa materiaaliominaisuuksia ja mallinnusteknisiä asioita. Laskennan tuloksena saatiin kaikille rakenteille kokonaislämpövirta ja palkin lisäkonduktanssi. Osalle rakenteista laskettiin lämpötiloja palkin pituudelta sekä lämpötilaindeksejä, joilla voidaan arvioida kondenssiriskiä. Tulosten luotettavuus varmistettiin rakennusfysiikan tutkimusryhmän vertailulaskelmilla. Tutkimus osoittaa, että teräspalkkien pistemäisillä lisäkonduktansseilla on lineaarinen yhteys palkin pinta-alaan. Löydetty yhteys mahdollistaisi palkin lisäkonduktanssin määrittämisen ilman varsinaista lämpövirtojen laskentaa. Rakentamismääräyskokoelmassa on vastaavanlaisia ohjearvoja viivamaisille rakennusosaliitoksille. Läpivientitapausten pintalämpötiloja vertailtiin asumisterveysasetuksen toimenpiderajoihin. Lämpötilat ja lämpötilaindeksit osoittavat teräspalkkien läpi- vientien ongelmat, sillä monet rakenteista alittavat raja-arvot. Isommat palkit saavat aikaan huonoimmat olosuhteet, mutta RAMI-raportin (rakentamisen mitoitussäät) mukaisilla mitoituslämpötiloilla pieninkin palkki aiheutti sisäpinnalle liian alhaisen lämpötilan.