Tuuletetun kertopuurakenteisen kattoelementin lämpöteknisen toiminnan tutkiminen calibrated hot box -menetelmällä
Kivioja, Henna (2017)
2017
Rakennustekniikka
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
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705311569
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705311569
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä selvitettiin Metsä Woodin valmistaman Kerto-Ripa -kattoelementin lämpöteknistä toimintaa kalibroidun lämmönläpäisylaitteen (calibrated hot box) menetelmällä. Mittaukset suoritettiin marraskuussa 2016 valmistuneella yläpohjarakenteiden rakennusfysikaalisella tutkimuslaitteistolla TTY:n rakennuslaboratoriossa. Kattoelementille määritettyä U-arvoa voidaan käyttää suoraan rakenteen U-arvona energiateknistä vaatimustenmukaisuutta osoitettaessa, sillä kokeellinen määritys suoritettiin standardin SFS-EN ISO 8990 (1996) mukaisella laboratoriomittauksella. Laitteistolla tehtyjen kokeiden mittausepävarmuudeksi määritettiin laskennallisesti ±5 %.
Tutkimuslaitteiston koko asetti vaatimuksia tutkittaville koe-elementeille, joten mittaukset suoritettiin Kerto-Ripa -kattoelementistä muokatuille koe-elementille, mikä täytyi ottaa huomioon koetulosten tulkinnassa. Laitteistolla tehtiin seitsemän koetta kalibrointikokeet mukaan luettuna. Matalampi koe-elementti sisälsi 400 mm ja korkeampi koe-elementti 450 mm eristettä. Normaalitilanteen U-arvomittauksissa tuuletusilmavirtana käytettiin matalammalla koe-elementillä 0,07 m/s ja korkeammalla 0,06 m/s. Korkeammalle koe-elementille tehtiin myös kokeita, joissa koe-elementin tuuletusväliin johdettiin normaalista poikkeavia ilmavirtauksia, jotka olivat 0,0 m/s, 0,13 m/s ja 0,35 m/s.
Suomen rakentamismääräyskokoelman osassa D3 (2012) esitetään yläpohjarakenteiden U-arvon vertailuarvoksi 0,09 W/(m2K). Normaalitilanteessa matalamman koe-elementin U-arvoksi saatiin 0,10 W/(m2K) ja korkeamman 0,090 W/(m2K), joten vain korkeampi koe-elementti täytti vertailuarvon. Tuloksista huomattiin selkeästi, että suuremmilla ilmavirtauksilla ilmavälin eristävä vaikutus häviää ja eristeeseen muodostuu sisäistä konvektiota, mikä heikentää rakenteen U-arvoa. Koe-elementeissä oli suhteessa suurempi osa kylmäsiltoja kuin kokonaisessa kattoelementissä ja kokeissa tuuletusväliin johdettu ilmavirta oli hieman suurempi kuin elementin ilmavälissä normaalisti vaikuttava ilmavirtaus. Koe-elementin eristetilan hieman suurempi osuus otettiin huomioon laskennallisesti. Lisäksi reunojen kylmäsiltavaikutus heikensi hieman mitattua U-arvotulosta. Tästä voitiin päätellä, että myös koe-elementistä hieman poikkeavat todelliset Kerto-Ripa -kattoelementit täyttävät U-arvon vertailuarvon normaalissa tilanteessa.
Koe-elementeille sekä todelliselle Kerto-Ripa -kattoelementille laskettiin vertailuksi Suomen rakentamismääräyskokoelman osan C4 (2012) mukaiset U-arvot. Laskennallisesti korjatuksi U-arvoksi koe-elementeille saatiin hieman heikommat U-arvot kuin mittaamalla. Tällaisessa tilanteessa mittauksella saadaan etua laskennalliseen määritykseen nähden, koska mitattuun tulokseen ei tarvitse enää lisätä laskennallisia korjaustermejä.
Tutkimuslaitteiston koko asetti vaatimuksia tutkittaville koe-elementeille, joten mittaukset suoritettiin Kerto-Ripa -kattoelementistä muokatuille koe-elementille, mikä täytyi ottaa huomioon koetulosten tulkinnassa. Laitteistolla tehtiin seitsemän koetta kalibrointikokeet mukaan luettuna. Matalampi koe-elementti sisälsi 400 mm ja korkeampi koe-elementti 450 mm eristettä. Normaalitilanteen U-arvomittauksissa tuuletusilmavirtana käytettiin matalammalla koe-elementillä 0,07 m/s ja korkeammalla 0,06 m/s. Korkeammalle koe-elementille tehtiin myös kokeita, joissa koe-elementin tuuletusväliin johdettiin normaalista poikkeavia ilmavirtauksia, jotka olivat 0,0 m/s, 0,13 m/s ja 0,35 m/s.
Suomen rakentamismääräyskokoelman osassa D3 (2012) esitetään yläpohjarakenteiden U-arvon vertailuarvoksi 0,09 W/(m2K). Normaalitilanteessa matalamman koe-elementin U-arvoksi saatiin 0,10 W/(m2K) ja korkeamman 0,090 W/(m2K), joten vain korkeampi koe-elementti täytti vertailuarvon. Tuloksista huomattiin selkeästi, että suuremmilla ilmavirtauksilla ilmavälin eristävä vaikutus häviää ja eristeeseen muodostuu sisäistä konvektiota, mikä heikentää rakenteen U-arvoa. Koe-elementeissä oli suhteessa suurempi osa kylmäsiltoja kuin kokonaisessa kattoelementissä ja kokeissa tuuletusväliin johdettu ilmavirta oli hieman suurempi kuin elementin ilmavälissä normaalisti vaikuttava ilmavirtaus. Koe-elementin eristetilan hieman suurempi osuus otettiin huomioon laskennallisesti. Lisäksi reunojen kylmäsiltavaikutus heikensi hieman mitattua U-arvotulosta. Tästä voitiin päätellä, että myös koe-elementistä hieman poikkeavat todelliset Kerto-Ripa -kattoelementit täyttävät U-arvon vertailuarvon normaalissa tilanteessa.
Koe-elementeille sekä todelliselle Kerto-Ripa -kattoelementille laskettiin vertailuksi Suomen rakentamismääräyskokoelman osan C4 (2012) mukaiset U-arvot. Laskennallisesti korjatuksi U-arvoksi koe-elementeille saatiin hieman heikommat U-arvot kuin mittaamalla. Tällaisessa tilanteessa mittauksella saadaan etua laskennalliseen määritykseen nähden, koska mitattuun tulokseen ei tarvitse enää lisätä laskennallisia korjaustermejä.