Alipaineistetun tuulettuvan ryömintätilan rakennusfysikaaliset FEM simuloinnit
Salo, Juha (2017)
2017
Ympäristö- ja energiatekniikka
Teknis-luonnontieteellinen tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-06-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705241470
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705241470
Tiivistelmä
Tutkimuksessa selvitettiin laskennallisen mallinnuksen avulla poistoilmanvaihdolla alipaineistetun ryömintätilaisen tuulettuvan alapohjan ryömintätilan tiiviyden vaikutusta ryömintätilan lämpö- ja kosteusolosuhteiden hallittavuuteen kohtuullisilla poistoilmamäärillä. Lisäksi tarkasteltiin maata vasten olevien erilaisten ilmatiivistysratkaisuiden vaikutusta ryömintätilan lämpö- ja kosteusolosuhteisiin. Työssä annetaan myös suosituksia ryömintätilan rakenneratkaisuiksi sekä ilmanvaihtuvuuksien arvoiksi hallitun ilmanvaihdon näkökulmasta. Ryömintätilan olosuhteita tarkasteltiin 2 vuoden ajan muuttuvilla, homeen kasvun kannalta kriittisillä ulkoilman olosuhteilla.
Tutkimuksessa simuloitiin todellisen alipaineistetun ryömintätilaisen tuulettuvan alapohjan ajasta riippuvaa lämpö- ja kosteusteknistä toimintaa toisiinsa kytketyistä eriulotteisista osamalleista koostuvalla kokonaismallilla. Ryömintätila mallinnettiin nollaulotteisena (0D) pisteenä. Alapohjanrakenne mallinnettiin yksiulotteisena (1D) janana. Maa- ja perustusrakenteet mallinnettiin kaksiulotteisena (2D) tasona, jossa rakenteiden kolmiulotteisuutta otettiin huomioon mallintamalla alipaineen aiheuttama virtaus maassa 3D:nä, josta saatiin tietoa 2D-simulointeihin ja niissä käytettäviin ryömintätilan 0D energia- ja massatasapainoyhtälöihin. Tutkimuksessa mallinnus suoritettiin elementtimenetelmään perustuvalla monifysiikkamallinnusohjelma COMSOL Multiphysicsillä. Simulointien tuloksena saatiin ryömintätiloille ajasta riippuvia lämpötilan ja suhteellisia kosteuden arvoja, joiden perusteella Suomalaista homemallia käyttäen laskettiin ryömintätiloille homeen kasvun riskiä kuvaavia homeindeksin arvoja homehtumisherkkyysluokilla HHL3 (kohtalaisen kestävä puhdas materiaalipinta) ja HHL1 (materiaalipinnan päällä on orgaanista ainetta).
Suositeltavat ilmanvaihtuvuudet riippuvat rakenneratkaisuista ja ryömintätilan puhtaudesta homehtumisherkkyysluokan kautta. Homehtumisherkkyysluokalla HHL3:lla yksikään alapohjarakenne ei tulosten perusteella osoittautunut riskialttiiksi homevaurioille. Homehtumisherkkyysluokalla HHL1 tarkasteltuna homehtumisvaurioille vähiten riskialttein maan pinnalla oleva ilmatiivistysrakenne on betoni 50 mm + kova lämmöneriste 70 mm (XPS) ilmanvaihtuvuuksilla 0,2 – 2,0 1/h ja seuraavaksi vähiten ilmatiivistysrakenne betoni 50 mm ilmanvaihtuvuuksilla 0,2 – 0,6 1/h. Avoin pohjarakenne homehtumisherkkyysluokalla HHL1 on homeindeksin perusteella riskialtis rakenne. Ilmatiivistetyissä pohjarakenteissa homehtumisherkkyysluokalla HHL1 kova lämmöneriste 70 mm (XPS)- sekä höyrynsulkumuovi-ilmatiivistysrakenteet ovat riskialttiita rakenteita korkean homeindeksinsä takia.
Tutkimuksessa simuloitiin todellisen alipaineistetun ryömintätilaisen tuulettuvan alapohjan ajasta riippuvaa lämpö- ja kosteusteknistä toimintaa toisiinsa kytketyistä eriulotteisista osamalleista koostuvalla kokonaismallilla. Ryömintätila mallinnettiin nollaulotteisena (0D) pisteenä. Alapohjanrakenne mallinnettiin yksiulotteisena (1D) janana. Maa- ja perustusrakenteet mallinnettiin kaksiulotteisena (2D) tasona, jossa rakenteiden kolmiulotteisuutta otettiin huomioon mallintamalla alipaineen aiheuttama virtaus maassa 3D:nä, josta saatiin tietoa 2D-simulointeihin ja niissä käytettäviin ryömintätilan 0D energia- ja massatasapainoyhtälöihin. Tutkimuksessa mallinnus suoritettiin elementtimenetelmään perustuvalla monifysiikkamallinnusohjelma COMSOL Multiphysicsillä. Simulointien tuloksena saatiin ryömintätiloille ajasta riippuvia lämpötilan ja suhteellisia kosteuden arvoja, joiden perusteella Suomalaista homemallia käyttäen laskettiin ryömintätiloille homeen kasvun riskiä kuvaavia homeindeksin arvoja homehtumisherkkyysluokilla HHL3 (kohtalaisen kestävä puhdas materiaalipinta) ja HHL1 (materiaalipinnan päällä on orgaanista ainetta).
Suositeltavat ilmanvaihtuvuudet riippuvat rakenneratkaisuista ja ryömintätilan puhtaudesta homehtumisherkkyysluokan kautta. Homehtumisherkkyysluokalla HHL3:lla yksikään alapohjarakenne ei tulosten perusteella osoittautunut riskialttiiksi homevaurioille. Homehtumisherkkyysluokalla HHL1 tarkasteltuna homehtumisvaurioille vähiten riskialttein maan pinnalla oleva ilmatiivistysrakenne on betoni 50 mm + kova lämmöneriste 70 mm (XPS) ilmanvaihtuvuuksilla 0,2 – 2,0 1/h ja seuraavaksi vähiten ilmatiivistysrakenne betoni 50 mm ilmanvaihtuvuuksilla 0,2 – 0,6 1/h. Avoin pohjarakenne homehtumisherkkyysluokalla HHL1 on homeindeksin perusteella riskialtis rakenne. Ilmatiivistetyissä pohjarakenteissa homehtumisherkkyysluokalla HHL1 kova lämmöneriste 70 mm (XPS)- sekä höyrynsulkumuovi-ilmatiivistysrakenteet ovat riskialttiita rakenteita korkean homeindeksinsä takia.