Element til randfundering opbygget af EPS og fibercement.

Transkript

1 Prøvningsrapport Sag nr Afprøvning af element til randfundament opbygget af EPS og fibercement egnet til lette ydervægge For: Jackon AS, Sørkilen 3, Gressvik, Postboks 1410, N-1602 Fredrikstad, Norge Afdelingen for Byggeteknik og Design Dr. Neergaards Vej 15 DK-2970 Hørsholm T F E info@sbi.dk W Giro Side 1 af 9 sider er på omstående vilkår foretaget beregninger og vurderinger af et Element til randfundering opbygget af EPS og fibercement. Der er udført beregninger til bestemmelse af linietab og frostsikkerhed af et element til randfundering af 1 til 1½ plans huse med let ydervæg. Beregningerne er foretaget ved hjælp af programmet HEAT2 version 5.0 og vurderingerne er foretaget i henhold til DS udgave 2002 vedrørende linietab og DS/EN ISO version 1 vedrørende frostsikkerhed. Resultaterne er følgende: For det undersøgte element er linietabet i henhold til DS 418 bestemt til 0,12 W/mK. Beregninger, hvor der tages hensyn til effekten af gulvvarmen, viser at linietabet når der anvendes let ydervæg forbliver 0,12 W/mK. Der vil ikke være risiko for frosthævninger med det undersøgte element når der anvendes 300 mm bred og 100 mm tyk vandret isolering ca 150 mm under jordoverfladen, dog skal bredden af den vandrette isolering ved udadgående hjørner øges til 500 mm når bygningen er opvarmet til mindst 20 C, 800 mm når bygningen er opvarmet til mindst 5 C og til 1100 mm når indetemperaturen sættes lig udetemperaturen. Forøgelsen skal ske i en afstand fra hjørnet svarende til den pågældende øgede bredde. Forhold omkring bæreevne og sætninger er ikke undersøgt. SBi-formular 620 Dato Sagsansvarlig/Forskningschef Rapporten må umiddelbart gengives i sin helhed i uddrag kun såfremt uddraget er forhåndsgodkendt af SBi eller rapporten i øvrigt er offentlig tilgængelig. Rapportens resultater gælder kun det afprøvede.

2 Sag nr Side 2 af 9 sider Nærværende vilkår er gældende for Statens Byggeforskningsinstitut i forbindelse med prøvning og for udfærdigelse af nærværende prøvningsrapport: 1. For udførte prøvninger og udfærdigede prøvningsrapporter er instituttet ansvarlig over for rekvirenten i overensstemmelse med dansk rets erstatningsregler med de begrænsninger, som følger af punkt Instituttets prøvning og udfærdigelse af nærværende prøvningsrapport er sket på grundlag af den viden og den teknik, som instituttet råder over på prøvningstidspunktet. Instituttet er ikke ansvarligt, hvis en senere udvikling måtte vise, at instituttets viden og teknik er mangelfuld eller urigtig. 3. Forvolder et af rekvirentens produkter skade, har instituttet intet ansvar for en sådan skadevoldelse, hvis den skadevoldende adfærd er begået af rekvirenten, førend instituttets prøvningsrapport vedrørende produktet er afgivet af instituttet, hvis det skadevoldende produkt ikke konkret har været afprøvet af instituttet, medmindre rekvirenten godtgør, at det skadevoldende er identisk med et af instituttet konkret afprøvet produkt, og hvis skaden skyldes en egenskab ved produktet, eller en anvendelse af produktet, som enten ikke er prøvet og beskrevet i prøvningsrapporten, eller som afviger fra instituttets beskrivelse i prøvningsrapporten af produktegenskaben eller en mulig produktanvendelse. 4. Instituttet har intet ansvar for skader, som indtræffer i forbindelse med en anvendelse af udtalelser fra instituttet, hvis det er angivet, at udtalelserne hviler på en skønsmæssig bedømmelse eller vurdering. 5. Uden for de i punkt 2-4 nævnte tilfælde kan instituttet gøres ansvarlig, såfremt det dokumenteres, at skade skyldes fejl eller forsømmelse fra instituttets side. Instituttets ansvar for skade på ting kan dog - medmindre andet udtrykkeligt er aftalt - aldrig overstige kr pr. skade. Instituttet hæfter aldrig for tab af produktion, driftstab, avancetab og andet indirekte tab. Instituttet kan ikke gøres ansvarlig for skader, som ikke skriftligt er gjort gældende inden 3 år efter nærværende prøvningsrapports dato. 6. Nedlægges der under en sag imod instituttet en påstand om erstatning, som rækker ud over de i punkt 2-5 fastsatte grænser for instituttets ansvar, er klienten pligtig at overtage førelsen af en sådan sag, hvis instituttet fremsætter begæring herom. I det omfang instituttet måtte blive pålagt ansvar - eller måtte afholde udgifter i øvrigt - som rækker ud over de i punkt 2-5 fastsatte grænser for instituttets ansvar, er rekvirenten pligtig at skadesløsholde instituttet herfor. Der gøres opmærksom på, at Statens Byggeforskningsinstitut ikke har status som godkendende myndighed. Nærværende prøvningsrapport kan derfor ikke annonceres/omtales som en SBi-godkendelse.

3 Sag nr Rekvirent Side 3 af 9 sider Jackon AS, Sørkilen 3, Gressvik, Postboks 1410, 1602 Fredrikstad, Norge Kontaktperson Anledning Jarle Teigland Med fra Jarle Teigland dateret 24. november 2006, er SBi blevet anmodet om at vurdere linietab og frostsikkerhed for et randfunderingselement opbygget af EPS, herunder om elementet kan opfylde danske krav til linietab for randfundering og om elementet yder en tilstrækkelig frostsikkerhed til at risikoen for frosthævninger er minimal. Beregningssted Statens Byggeforskningsinstitut Afdelingen for Byggeteknik og Design Forskningschef Ansvarlig Udførende Niels-Jørgen Aagaard, civilingeniør, Ph.D.. Torben Valdbjørn Rasmussen, civilingeniør, Ph.D., seniorforsker Torben Valdbjørn Rasmussen, civilingeniør, Ph.D., seniorforsker Rapportidentifikation Sag nr.: Opgavebeskrivelse At gennemføre beregninger af linietab og frostsikkerhed på et element i EPS og fiberbeton, der kan indgå i et system til etablering af randfundamenter for typiske danske ydervægge i småhuse med lette ydervægge uden sædvanlig støbning af betonfundament til 900 mm under terræn. Det er målet at dokumentere, at systemet i forhold til isoleringsevne og til sikring mod frost i underliggende jordlag er ligeværdigt med de løsninger, der beskrives i SBIanvisning 189, 2. udgave, Småhuse (1999), og tillæg 1 til SBI-anvisning 189, 2. udgave, Småhuse (2002). Opgaven omhandler: Geometribetragtninger Udarbejdelse af forslag til elementudformninger som kan anvendes til bygninger der skal opfylde energikravene pr. 1. april Det vil, når der anvendes gulvvarme, normalt kræve et linietab på højst 0,12 W/mK. Bestemmelse af temperaturen i jorden under fundamentet som funktion af bredden af den vandretliggende frostisolering langs fundamentets yderside. Det skal sikres, at der ikke optræder temperaturer under -1 C i frostfølsomme lag (DS/EN ISO version 1) i løbet af en hård vinter. Den nødvendige udvendige isolering dimensioneres på baggrund af erfaringer fra tidligere beregninger som viser at hvis en 2D beregning giver +1,6 C langs en facade svarer dette til -1 C ved et hjørne. En hård vinter beskrives ved udetemperaturvariationen ved en designværdi på 100 år. Vurdering af indflydelsen af bøjler til forankring mellem for- og bagstøbning i EPS-elementet. Anvendelsen af bøjler giver anledning til en korrektion af det beregnede linietabet. Korrektionen beregnes på baggrund af afsnit A.3, Korrektion for bindere, i Beregning af bygningers varmetab, DS 418. Elementudformning Det undersøgte element er opbygget af EPS og fibercement. Udformningen er vist i figur 1. Fibercementpladen er forsynet med ribber, der sikrer

4 Sag nr Side 4 af 9 sider fastholdelsen til EPS-isoleringen. Elementet er tilpasset en typisk dansk ydervæg, som den anvendes i småhuse, bestående af en træskeletvæg. Figur 1. Elementudformning (mål i mm). Elementet er opbygget af Fibercement og tre typer EPS. Laget af fibercement har en tykkelse på 8 mm. Linietabsberegning Linietabsberegningen er udført i henhold til DS 418, 6. udgave, norm for beregning af bygningers varmetab. Der anvendes en indetemperatur på 20 C og en udetemperatur, der repræsenterer variationen af månedsmiddeltemperaturen over et normalår. Normalåret er vist på figur 4. Linietabet er beregnet for elementet som vist i figur 2 og figur 3. Elementet og isoleringen under terrændækket udlægges på 100 mm stabilgrus. Der anvendes 300 mm EPS-isolering under 100 mm armeret beton i gulvet. En let facade på en træskeletvæg med 10 % træ udfyldt med 230 mm isolering i mineraluld er undersøgt. Betonstøbningen under den lette væg er 140 mm, se figur 1 og figur 2. Linietabet er beregnet for udvendig isolering af 300 mm bred og 100 mm tyk EPS, placeret ca. 150 mm under terræn. Etableres den mekaniske fastgørelse mellem de to betonudstøbninger, forstøbning og gulv, ved at føre Ø5 mm bøjler af rustfrit stål pr. 600 mm gennem EPS en skal linietabet øges med ca. 0,002 W/mK. Øvrige anvendte lambda-værdier er angivet på figur 3. Beregningerne udføres for en let facade på en træskeletvæg med 10 % træ udfyldt med 230 mm isolering i mineraluld, se figur 2. Linietabet beregnes til 0,119 W/mK. Benyttes gulvvarme beregnes linietabet til 0,113 W/mK. De beregnede linietab skal korrigeres med et tillæg på 0,002 W/mK ved anvendelsen af en Ø5 mm bøjle af rustfrit stål pr. 600 mm. De beregnede linietab bliver derfor begge 0,12 W/mK og elementudformningen kan derfor normalt anvendes til bygninger der skal opfylde energikravene gældende fra 1. april 2006.

5 Sag nr Side 5 af 9 sider Figur 2. Fundamentsdetalje. Indetemperaturen er sat til 20 C og overgangsisolansen, R er sat til 0,17 m 2 K/W mod gulv og 0,13 m 2 K/W mod væg. Ude er R er sat til 0,04 m 2 K/W mod facade og terræn. Let facade på en træskeletvæg med 10 % træ udfyldt med 230 mm mineraluld.

6 Sag nr Side 6 af 9 sider Figur 3. Anvendte lambda-værdier ved beregning af linietabet. Let facade på en træskeletvæg med 10 % træ udfyldt med 230 mm mineraluld. Temperaturen i jorden Temperaturvariationen over året er beregnet i 5 punkter langs undersiden af det kapillarbrydende lag af grus som vist på figur 3. Beregningerne er gennemført med en indetemperatur på henholdsvis 20 C, en indetemperatur som er lig udetemperaturen dog ikke mindre end 5 C og en indetemperatur som er lig udetemperaturen. Punkt 1 er placeret i hjørnet mellem undersiden af det kapillarbrydende lag og planet parallelt med fibercementens yderside. De øvrige punkter er placeret henholdsvis 100 mm, 250 mm, 500 mm og 1 meter fra punkt 1 langs undersiden af det kapillarbrydende lag mod jord. Temperaturen i de 5 punkter, punkt 1 til punkt 5, er vist i figur 5 til figur 10. Figur 5 viser temperaturen i de angivne punkter for 5 på hinanden følgende år, hvor 3 normalår efterfølges af 2 kolde år. For de kolde år varierer udetemperaturen som angivet i DS/EN ISO udgave, for en designværdi n = 100. Den laveste månedsmiddeltemperatur er reduceret fra - 0,5 C for et normal år til 7,3 C for et koldt år, se figur 4, [Jørgen Rose, Konstruktioners frostsikkerhed, BYG-DTU, Danmarks Tekniske Universitet, ISSN , (2006)]. Det ses at den laveste temperatur i jorden under huset er tæt på -1 C i kolde år i det tilfælde hvor indetemperaturen er lig udetemperaturen, se figur 7. Endvidere ses at indetemperaturen har betydning for temperaturen i punkt 1, se figur 5 til figur 10. En udvendig isolering 300 mm bred og 100 mm tyk ca.

7 Sag nr Side 7 af 9 sider 150 mm under terræn er således tilstrækkelig langs en facade eller gavl, men omkring hjørner er der behov for yderligere udvendig isolering. Den nødvendige udvendige isolering af EPS omkring hjørner dimensioneres på baggrund af erfaringer fra tidligere beregninger som viser at hvis en 2D beregning giver +1,6 C langs en facade svarer dette til -1 C ved et hjørne. Temperaturer under 1 C under det kapillarbrydende lag i kolde vintre medfører risiko for frostdeformationer af den underliggende jord med sætninger af fundamentet til følge. Det anbefales at den yderligere udvendig isolering omkring hjørner lægges i en afstand fra hjørnet svarende til den øgede bredde. For en bygning med en indetemperatur på 20 C er det nødvendigt med en udvendig 500 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn ved hjørner. For en bygning med en indetemperatur som er lig udetemperatur men dog ikke lavere end 5 C er det nødvendigt med en udvendig 800 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn ved hjørner og i det tilfælde hvor en bygning dimensioneres ud fra at indetemperatur er lig udetemperatur er det nødvendigt med en udvendig 1,1 meter bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn ved hjørner. Udetemperatur i o C Udetemperatur for et normalår (Figur C.2, DS418) Udetemperaturvariation ved designværdi n= Måned Figur 4. Variation af månedsmiddelværdien af udetemperaturen for et normalår og et koldt år. Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 5. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år. For en bygning med en indetemperatur på 20 C og en udvendig 300 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er over den kritiske værdi på - 1 C, temperaturen beregnes til + 0,83 C.

8 Sag nr Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Side 8 af 9 sider Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 6. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år. For en bygning med en indetemperatur som er lig udetemperatur men dog ikke lavere end 5 C og en udvendig 300 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er over den kritiske værdi på - 1 C, temperaturen beregnes til - 0,10 C. Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 7. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år. For en bygning med en indetemperatur som er lig udetemperatur og en udvendig 300 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er lige over den kritiske værdi på - 1 C, temperaturen beregnes til - 0,65 C. Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 8. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år. For en bygning med en indetemperatur på 20 C og en udvendig 500 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er lige over den kritiske værdi på + 1,6 C, temperaturen beregnes til + 1,84 C.

9 Sag nr Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Side 9 af 9 sider Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 9. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år. For en bygning med en indetemperatur som er lig udetemperatur men dog ikke lavere end 5 C og en udvendig 800 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er lige over den kritiske værdi på + 1,6 C, temperaturen beregnes til + 1,74 C. Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 10. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år For en bygning med en indetemperatur som er lig udetemperatur og en udvendig 1,1 meter bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er lige over den kritiske værdi på + 1,6 C, temperaturen beregnes til + 1,61 C. Effekt af bøjler Etableres den mekaniske fastgørelse mellem de to betonudstøbninger ved at føre Ø5 mm bøjler af rustfrit stål gennem EPS en pr. 600 mm skal linietabet øges med 0,002 W/mK. Værdien er skønnet ud fra DS 418, 6. udgave, tabel A.3.2 der angiver binderkorrektion af U-værdier for ydervægge. For 8 bindere Ø 5,5 mm pr. m 2 er ΔU = 0,011 W/m 2 K ved en isoleringstykkelse på 150 mm. Punkttabet pr. binder beregnes til 0,011/8 = 0,0014 W/K. Med bøjler pr. 600 mm vil det svare til en forøgelse af linietabet med 0,0014/0,6 0,0023 W/mK. Værdien er behæftet med nogen usikkerhed, men bidraget fra bøjlerne til linietabet er forsvindende og bøjlerne påvirker derfor kun helt lokalt temperaturfordelingen. Ved vurderingen antages at anvendelsen af den mekaniske fastgørelse mellem to betonudstøbninger i et fundament kan sidestilles med binderkorrektion i ydervæg.

10 Prøvningsrapport Sag nr Afprøvning af element til randfundament opbygget af EPS og fibercement egnet til hulmur For: Jackon AS, Sørkilen 3, Gressvik, Postboks 1410, N-1602 Fredrikstad, Norge Afdelingen for Byggeteknik og Design Dr. Neergaards Vej 15 DK-2970 Hørsholm T F E info@sbi.dk W Giro Side 1 af 9 sider er på omstående vilkår foretaget beregninger og vurderinger af et Element til randfundering opbygget af EPS og fibercement. Der er udført beregninger til bestemmelse af linietab og frostsikkerhed af et element til randfundering af 1 til 1½ plans huse med hulmur. Beregningerne er foretaget ved hjælp af programmet HEAT2 version 5.0 og vurderingerne er foretaget i henhold til DS udgave 2002 vedrørende linietab og DS/EN ISO version 1 vedrørende frostsikkerhed. Resultaterne er følgende: For det undersøgte element er linietabet i henhold til DS 418 bestemt til 0,11 W/mK. Beregninger, hvor der tages hensyn til effekten af gulvvarmen, viser at linietabet når der anvendes hulmur øges til 0,12 W/mK. Der vil ikke være risiko for frosthævninger med det undersøgte element når der anvendes 300 mm bred og 100 mm tyk vandret isolering ca 150 mm under jordoverfladen, dog skal bredden af den vandrette isolering ved udadgående hjørner øges til 500 mm når bygningen er opvarmet til mindst 20 C, 800 mm når bygningen er opvarmet til mindst 5 C og til 1200 mm når indetemperaturen sættes lig udetemperaturen. Forøgelsen skal ske i en afstand fra hjørnet svarende til den pågældende øgede bredde. Forhold omkring bæreevne og sætninger er ikke undersøgt. SBi-formular 620 Dato Sagsansvarlig/Forskningschef Rapporten må umiddelbart gengives i sin helhed i uddrag kun såfremt uddraget er forhåndsgodkendt af SBi eller rapporten i øvrigt er offentlig tilgængelig. Rapportens resultater gælder kun det afprøvede.

11 Sag nr Side 2 af 9 sider Nærværende vilkår er gældende for Statens Byggeforskningsinstitut i forbindelse med prøvning og for udfærdigelse af nærværende prøvningsrapport: 1. For udførte prøvninger og udfærdigede prøvningsrapporter er instituttet ansvarlig over for rekvirenten i overensstemmelse med dansk rets erstatningsregler med de begrænsninger, som følger af punkt Instituttets prøvning og udfærdigelse af nærværende prøvningsrapport er sket på grundlag af den viden og den teknik, som instituttet råder over på prøvningstidspunktet. Instituttet er ikke ansvarligt, hvis en senere udvikling måtte vise, at instituttets viden og teknik er mangelfuld eller urigtig. 3. Forvolder et af rekvirentens produkter skade, har instituttet intet ansvar for en sådan skadevoldelse, hvis den skadevoldende adfærd er begået af rekvirenten, førend instituttets prøvningsrapport vedrørende produktet er afgivet af instituttet, hvis det skadevoldende produkt ikke konkret har været afprøvet af instituttet, medmindre rekvirenten godtgør, at det skadevoldende er identisk med et af instituttet konkret afprøvet produkt, og hvis skaden skyldes en egenskab ved produktet, eller en anvendelse af produktet, som enten ikke er prøvet og beskrevet i prøvningsrapporten, eller som afviger fra instituttets beskrivelse i prøvningsrapporten af produktegenskaben eller en mulig produktanvendelse. 4. Instituttet har intet ansvar for skader, som indtræffer i forbindelse med en anvendelse af udtalelser fra instituttet, hvis det er angivet, at udtalelserne hviler på en skønsmæssig bedømmelse eller vurdering. 5. Uden for de i punkt 2-4 nævnte tilfælde kan instituttet gøres ansvarlig, såfremt det dokumenteres, at skade skyldes fejl eller forsømmelse fra instituttets side. Instituttets ansvar for skade på ting kan dog - medmindre andet udtrykkeligt er aftalt - aldrig overstige kr pr. skade. Instituttet hæfter aldrig for tab af produktion, driftstab, avancetab og andet indirekte tab. Instituttet kan ikke gøres ansvarlig for skader, som ikke skriftligt er gjort gældende inden 3 år efter nærværende prøvningsrapports dato. 6. Nedlægges der under en sag imod instituttet en påstand om erstatning, som rækker ud over de i punkt 2-5 fastsatte grænser for instituttets ansvar, er klienten pligtig at overtage førelsen af en sådan sag, hvis instituttet fremsætter begæring herom. I det omfang instituttet måtte blive pålagt ansvar - eller måtte afholde udgifter i øvrigt - som rækker ud over de i punkt 2-5 fastsatte grænser for instituttets ansvar, er rekvirenten pligtig at skadesløsholde instituttet herfor. Der gøres opmærksom på, at Statens Byggeforskningsinstitut ikke har status som godkendende myndighed. Nærværende prøvningsrapport kan derfor ikke annonceres/omtales som en SBi-godkendelse.

12 Sag nr Rekvirent Side 3 af 9 sider Jackon AS, Sørkilen 3, Gressvik, Postboks 1410, 1602 Fredrikstad, Norge Kontaktperson Anledning Jarle Teigland Med fra Jarle Teigland dateret 23. oktober 2006, er SBi blevet anmodet om at vurdere linietab og frostsikkerhed for et randfunderingselement opbygget af EPS, herunder om elementet kan opfylde danske krav til linietab for randfundering og om elementet yder en tilstrækkelig frostsikkerhed til at risikoen for frosthævninger er minimal. Beregningssted Statens Byggeforskningsinstitut Afdelingen for Byggeteknik og Design Forskningschef Ansvarlig Udførende Niels-Jørgen Aagaard, civilingeniør, Ph.D.. Torben Valdbjørn Rasmussen, civilingeniør, Ph.D., seniorforsker Torben Valdbjørn Rasmussen, civilingeniør, Ph.D., seniorforsker Rapportidentifikation Sag nr.: Opgavebeskrivelse At gennemføre beregninger af linietab og frostsikkerhed på et element i EPS og fiberbeton, der kan indgå i et system til etablering af randfundamenter for typiske danske ydervægge i småhuse med hulmur uden sædvanlig støbning af betonfundament til 900 mm under terræn. Det er målet at dokumentere, at systemet i forhold til isoleringsevne og til sikring mod frost i underliggende jordlag er ligeværdigt med de løsninger, der beskrives i SBI-anvisning 189, 2. udgave, Småhuse (1999), og tillæg 1 til SBI-anvisning 189, 2. udgave, Småhuse (2002). Opgaven omhandler: Geometribetragtninger Udarbejdelse af forslag til elementudformninger som kan anvendes til bygninger der skal opfylde energikravene pr. 1. april Det vil, når der anvendes gulvvarme, normalt kræve et linietab på højst 0,12 W/mK. Bestemmelse af temperaturen i jorden under fundamentet som funktion af bredden af den vandretliggende frostisolering langs fundamentets yderside. Det skal sikres, at der ikke optræder temperaturer under -1 C i frostfølsomme lag (DS/EN ISO version 1) i løbet af en hård vinter. Den nødvendige udvendige isolering dimensioneres på baggrund af erfaringer fra tidligere beregninger som viser at hvis en 2D beregning giver +1,6 C langs en facade svarer dette til -1 C ved et hjørne. En hård vinter beskrives ved udetemperaturvariationen ved en designværdi på 100 år. Vurdering af indflydelsen af bøjler til forankring mellem for- og bagstøbning i EPS-elementet. Anvendelsen af bøjler giver anledning til en korrektion af det beregnede linietabet. Korrektionen beregnes på baggrund af afsnit A.3, Korrektion for bindere, i Beregning af bygningers varmetab, DS 418. Elementudformning Det undersøgte element er opbygget af EPS og fibercement. Udformningen er vist i figur 1. Fibercementpladen er forsynet med ribber, der sikrer

13 Sag nr Side 4 af 9 sider fastholdelsen til EPS-isoleringen. Elementet er tilpasset hulmur, en typisk dansk ydervæg, som den anvendes i småhuse, bestående af en hulmur i teglsten eller fx letklinkerbetonelementer. Figur 1. Elementudformning (mål i mm). Elementet er opbygget af Fibercement og tre typer EPS. Laget af fibercement har en tykkelse på 8 mm. Linietabsberegning Linietabsberegningen er udført i henhold til DS 418, 6. udgave, norm for beregning af bygningers varmetab. Der anvendes en indetemperatur på 20 C og en udetemperatur, der repræsenterer variationen af månedsmiddeltemperaturen over et normalår. Normalåret er vist på figur 4. Linietabet er beregnet for elementet som vist i figur 2 og figur 3. Elementet og isoleringen under terrændækket udlægges på 100 mm stabilgrus. Der anvendes 300 mm EPS-isolering under 100 mm armeret beton i gulvet. Gulvisoleringen udlægges således at betonudstøbningen under bagvæggen bliver 160 mm bred. En hulmur af tegl med 185 mm midterisolering i mineraluld er undersøgt. Betonudstøbningen under den udvendige teglstensvæg er 90 mm, se figur 2. Linietabet er beregnet for udvendig isolering af 300 mm bred og 100 mm tyk EPS, placeret ca. 150 mm under terræn. Etableres den mekaniske fastgørelse mellem de to betonudstøbninger ved at føre Ø5 mm bøjler af rustfrit stål pr. 600 mm gennem EPS en skal linietabet øges med ca. 0,002 W/mK øvrige anvendte lambda-værdier er angivet på figur 3. Beregningerne for hulmur af tegl med 185 mm midterisolering i mineraluld, se figur 2. Linietabet beregnes til 0,109 W/mK. Benyttes gulvvarme beregnes linietabet til 0,115 W/mK. De beregnede linietab skal korrigeres med et tillæg på 0,002 W/mK ved anvendelsen af en Ø5 mm bøjle af rustfrit stål pr. 600 mm. De beregnede linietab er henholdsvis 0,11 W/mK og 0,12 W/mK, hvor der tages hensyn til effekten af gulvvarmen, og elementudformningen kan derfor normalt anvendes til bygninger der skal opfylde energikravene gældende fra 1. april 2006.

14 Sag nr Side 5 af 9 sider Figur 2. Fundamentsdetalje. Indetemperaturen er sat til 20 C og overgangsisolansen, R er sat til 0,17 m 2 K/W mod gulv og 0,13 m 2 K/W mod væg. Ude er R er sat til 0,04 m 2 K/W mod facade og terræn. Hulmur af tegl med 185 mm midterisolering i mineraluld.

15 Sag nr Side 6 af 9 sider Figur 3. Anvendte lambda-værdier ved beregning af linietabet. Hulmur af tegl med 185 mm midterisolering i mineraluld. Temperaturen i jorden Temperaturvariationen over året er beregnet i 5 punkter langs undersiden af det kapillarbrydende lag af grus som vist på figur 3. Beregningerne er gennemført med en indetemperatur på henholdsvis 20 C, en indetemperatur som er lig udetemperaturen dog ikke mindre end 5 C og en indetemperatur som er lig udetemperaturen. Punkt 1 er placeret i hjørnet mellem undersiden af det kapillarbrydende lag og planet parallelt med fibercementens yderside. De øvrige punkter er placeret henholdsvis 100 mm, 250 mm, 500 mm og 1 meter fra punkt 1 langs undersiden af det kapillarbrydende lag mod jord. Temperaturen i de 5 punkter, punkt 1 til punkt 5, er vist i figur 5 til figur 10. Figur 5 til figur 10 viser temperaturen i de angivne punkter for 5 på hinanden følgende år, hvor 3 normalår efterfølges af 2 kolde år. For de kolde år varierer udetemperaturen som angivet i DS/EN ISO udgave, for en designværdi n = 100. Den laveste månedsmiddeltemperatur er reduceret fra - 0,5 C for et normal år til 7,3 C for et koldt år, se figur 4, [Jørgen Rose, Konstruktioners frostsikkerhed, BYG-DTU, Danmarks Tekniske Universitet, ISSN , (2006)]. Det ses at den laveste temperatur i jorden under huset er tæt på -1 C i kolde år i det tilfælde hvor indetemperaturen er lig udetemperaturen, se figur 7. Endvidere ses at indetemperaturen har betydning for temperaturen i punkt 1, se figur 5 til figur 10. En udvendig isolering 300 mm bred og 100 mm tyk ca.

16 Sag nr Side 7 af 9 sider 150 mm under terræn er således tilstrækkelig langs en facade eller gavl, men omkring hjørner er der behov for yderligere udvendig isolering. Den nødvendige udvendige isolering af EPS omkring hjørner dimensioneres på baggrund af erfaringer fra tidligere beregninger som viser at hvis en 2D beregning giver +1,6 C langs en facade svarer dette til -1 C ved et hjørne. Temperaturer under 1 C under det kapillarbrydende lag i kolde vintre medfører risiko for frostdeformationer af den underliggende jord med sætninger af fundamentet til følge. Det anbefales at den yderligere udvendig isolering omkring hjørner lægges i en afstand fra hjørnet svarende til den pågældende øgede bredde. For en bygning med en indetemperatur på 20 C er det nødvendigt med en udvendig 500 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn ved hjørner. For en bygning med en indetemperatur som er lig udetemperatur men dog ikke lavere end 5 C er det nødvendigt med en udvendig 800 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn ved hjørner og i det tilfælde hvor en bygning dimensioneres ud fra at indetemperatur er lig udetemperatur er det nødvendigt med en udvendig 1200 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn ved hjørner. Udetemperatur i o C Udetemperatur for et normalår (Figur C.2, DS418) Udetemperaturvariation ved designværdi n= Måned Figur 4. Variation af månedsmiddelværdien af udetemperaturen for et normalår og et koldt år. Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 5. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år. For en bygning med en indetemperatur på 20 C og en udvendig 300 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er over den kritiske værdi på - 1 C, temperaturen beregnes til + 0,89 C.

17 Sag nr Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Side 8 af 9 sider Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 6. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år. For en bygning med en indetemperatur som er lig udetemperatur men dog ikke lavere end 5 C og en udvendig 300 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er over den kritiske værdi på - 1 C, temperaturen beregnes til - 0,10 C. Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 7. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år. For en bygning med en indetemperatur som er lig udetemperatur og en udvendig 300 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er lige over den kritiske værdi på - 1 C, temperaturen beregnes til - 0,70 C. Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 8. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år. For en bygning med en indetemperatur på 20 C og en udvendig 500 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er lige over den kritiske værdi på + 1,6 C, temperaturen beregnes til + 1,91 C.

18 Sag nr Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Side 9 af 9 sider Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 9. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år. For en bygning med en indetemperatur som er lig udetemperatur men dog ikke lavere end 5 C og en udvendig 800 mm bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er lige over den kritiske værdi på + 1,6 C, temperaturen beregnes til + 1,74 C. Temperatur i o C Juli Dec Maj Okt Mar Aug Jan Måned Juni Nov Apr Sep Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Udetemperatur Figur 10. Temperaturen i punkt 1 til punkt 5 for en række gentagne udetemperaturer med 3 normalår og 2 kolde år For en bygning med en indetemperatur som er lig udetemperatur og en udvendig 1.2 meter bred og 100 mm tyk EPS isolering placeret ca. 150 mm under terræn. Beregninger viser at temperaturen i punkt 1 er lige over den kritiske værdi på + 1,6 C, temperaturen beregnes til + 1,73 C. Effekt af bøjler Etableres den mekaniske fastgørelse mellem de to betonudstøbninger ved at føre Ø5 mm bøjler af rustfrit stål gennem EPS en pr. 600 mm skal linietabet øges med 0,002 W/mK. Værdien er skønnet ud fra DS 418, 6. udgave, tabel A.3.2. der angiver binderkorrektion af U-værdier for ydervægge. For 8 bindere Ø 5,5 mm pr. m 2 er ΔU = 0,011 W/m 2 K ved en isoleringstykkelse på 150 mm. Punkttabet pr. binder beregnes til 0,011/8 = 0,0014 W/K. Med bøjler pr. 600 mm vil det svare til en forøgelse af linietabet med 0,0014/0,6 0,0023 W/mK. Værdien er behæftet med nogen usikkerhed, men bidraget fra bøjlerne til linietabet er forsvindende og bøjlerne påvirker derfor kun helt lokalt temperaturfordelingen. Ved vurderingen antages at anvendelsen af den mekaniske fastgørelse mellem to betonudstøbninger i et fundament kan sidestilles med binderkorrektion i ydervæg.

19 Jackon AS, Postboks 1410, N-1602 Frederiksstad, Norge Projekteringsrapport EPS/XPS-sokkelelement til det danske marked Januar 2007 ù

20 Jackon AS, Postboks 1410, N-1602 Frederiksstad, Norge Projekteringsrapport EPS/XPS-sokkelelement til det danske marked Januar 2007 Dokument nr. Revision nr. Udgivelsesdato Udarbejdet Kontrolleret Godkendt TFI HET CAK

21 Jackon sokkelelement Projekteringsrapport EPS/XPS-sokkelelement til det danske marked 2 Indholdsfortegnelse 1 Indledning 3 2 Lastforudsætninger 4 3 Tungt hus 5 4 Let hus 6 5 Punklaster 7 6 Armering 8 7 Bilag 9 P:\63005A\A-76 Jackon, sokkelelementer\projekteringsrapport.doc.

22 Jackon sokkelelement Projekteringsrapport EPS/XPS-sokkelelement til det danske marked 3 1 Indledning For Jackon AS i Norge skal COWI verificerer trykspænding og armering i to forskellige sokkelelementer til det danske marked. Det ene sokkelelement er tilpasset det traditionelle danske skalmursbyggeri og det andet sokkelelement er tilpasset det traditionelle svenske byggeri med lette vægge, som vinder mere og mere indpas i Danmark. Yderligere verificeres sokkelløsninger for indvendige vægge og for indvendige punktlaster. Sokkelelementerne er tænkt som erstatning for de traditionelle fundamenter ved småhusbyggeri, inden for rammerne af bygningsreglementet for småhuse. Betonen i sokkelelementet står på polystyren, som samtidig udgør støbeformen. Sokkelelementet placeres på et plant afrettet underlag med samme kote som undersiden af isoleringen i terrændækket. Rapporten angiver de maksimale belastninger fra et typisk 1 og 1½-planhus, som sokkelelementerne kan belastes med. Belastningerne er bestemt ud fra bilag A i SBI-anvisning 189, Småhuse. For punktfundamenter angives de maksimale belastning som funktion af isoleringstypen og af punktfundamentets størrelse. Desuden angives den nødvendige armering i sokkelelementer i henhold til den danske norm for betonkonstruktioner, DS 411:1999. Rapporten omfatter ikke krav til jordbundsforhold, sandpudeopbygning, dræning, frostsikring og kapillarbrydende lag, krav til terrændæk, eller krav til modhold og ballast i forbindelse med stabilitetseftervisning. P:\63005A\A-76 Jackon, sokkelelementer\projekteringsrapport.doc.

23 Jackon sokkelelement Projekteringsrapport EPS/XPS-sokkelelement til det danske marked 4 2 Lastforudsætninger SBI-anvisning 189 tager udgangspunkt i et traditionelt længehus, det vil sige et hus med bærende facadevægge og eventuelt en bærende længdevæg, der er placeret nær midten af huset. Lasterne dækker 1-plan og 1½-plan huse. Bygningens bredde er 9 m og væghøjden er 2,5 m. Gavlvæggen er op til 6,5 m høj. Det ene sokkelelement består af to separate sokler, én for ydervæggen (skalmuren) og én for den indvendige væg (bagmuren). Skalmur og bagmur har hver for sig en egenvægt på 1,9 kn/m 2. Det andet sokkelelement består af én sokkeldel, og er beregnet for en let væg med en egenvægt på 1,5 kn/m 2, for eksempel en træskelletvæg med beklædning. Taget er med en tung tagdækning med en egenvægt på op til 0,55 kn/m 2. For 1-plan huset er det et gitterspær med 30 o taghældning, der spænder fra facade til facade, og for 1½-plan huset er det 45 o hanebåndsspær, der er mellemunderstøttet af en bærende længdevæg. For 1½-planhuset består etagedækket af et træbjælkelag. P:\63005A\A-76 Jackon, sokkelelementer\projekteringsrapport.doc.

24 Jackon sokkelelement Projekteringsrapport EPS/XPS-sokkelelement til det danske marked 5 3 Tungt hus Sokkelelementet, der er tilpasset det traditionelle danske skalmursbyggeri, benævnes "tungt hus". Nedenstående tabel angiver de maksimale belastninger på de forskellige sokkeldele/sokkeltyper, bestemt ved hjælp af SBI-anvisning 189, bilag A, ud fra ovenstående forudsætninger. Desuden angives isoleringstype og sokkelbredde. Tungt hus Facade skalmur (gavlvæg) Facade bagvæg Indvendig ikke bærende væg Indvendig bærende væg Max belastning [kn/m] 12,4 17,8 4,8 17,0 Isoleringstype Jackofoam 300 Jackofoam 300 Jackopor 60 Jackofoam 200 Sokkelbredde [mm] Max belastning er den tilladelige regningsmæssige belastning på oversiden af soklen. P:\63005A\A-76 Jackon, sokkelelementer\projekteringsrapport.doc.

25 Jackon sokkelelement Projekteringsrapport EPS/XPS-sokkelelement til det danske marked 6 4 Let hus Sokkelelementet, der er tilpasset det traditionelle svenske småhusbyggeri, som vinder mere og mere indpas i Danmark, benævnes "let hus". Nedenstående tabel angiver de maksimale belastninger på de forskellige sokkeldele/sokkeltyper, bestemt ved hjælp af SBI-anvisning 189, bilag A, ud fra ovenstående forudsætninger. Desuden angives isoleringstype og sokkelbredde. Let hus Facade Indvendig ikke bærende væg Indvendig bærende væg Max belastning [kn/m] 16,8 3,8 16,0 Isoleringstype Jackofoam 300 Jackopor 60 Jackofoam 200 Sokkelbredde [mm] Max belastning er den tilladelige regningsmæssige belastning på oversiden af soklen. P:\63005A\A-76 Jackon, sokkelelementer\projekteringsrapport.doc.

26 Jackon sokkelelement Projekteringsrapport EPS/XPS-sokkelelement til det danske marked 7 5 Punklaster Ved koncentrerede laster fra søjler eller lignende, benyttes en sokkelløsning, hvor gulvisoleringen erstattes af et tyndere lag isolering med en højere trykstyrke. Sokkelløsningen benævnes "punkfundament". Nedenstående tabel angiver de maksimale belastninger på de forskellige punktfundamentsbredder for forskellige isoleringskvaliteter. Punktfundamentet er forudsat kvadratisk. Punktlaster [kn] Punktfundamentsbredde 450 mm 600 mm 800 mm 1000 mm Jackopor 60 2,4 4,3 7,7 12 Isoleringstype Jackopor 80 3,6 6, Jackopor 150 7, Jackofoam Jackofoam Max belastning er den tilladelige regningsmæssige belastning på oversiden af soklen. P:\63005A\A-76 Jackon, sokkelelementer\projekteringsrapport.doc.

27 Jackon sokkelelement Projekteringsrapport EPS/XPS-sokkelelement til det danske marked 8 6 Armering Armeringen i soklerne består af en langsgående svind- og differenssætningsarmering, og en forskydningsarmering. Derudover ilægges en "binder" mellem formur og bagvægssoklen. Den langsgående armering består af Y8, med en minimumsarmering på 0,2 % af betontværsnitsarealet. Bøjlerne består af R6, med en minimumsarmering på 0,1 % af betonarealet vinkelret på bøjlerne. Bøjlerne placeres med en afstand af 175 mm, som er 0,7h, hvor h er betontværsnittets totalhøjde. Formurssoklen udsættes for en excentrisk last fra formuren. Derfor ilægges en rustfri binder, som fastholder formurssoklen i forhold til bagmurssoklen og terrændækket. Binderen består af RF ø5 pr. 600 mm, svarende til 2 stk. pr. element. I punktfundamentet ilægges et net i undersiden, med en maskevidde på 150 mm. Armeringsdiameteren afhænger af lastens størrelse og af punktfundamentsbredden, som vist i nedenstående skema. Armering i punktfundamenter Punktfundamentsbredde 450 mm 600 mm 800 mm 1000 mm Armering i undersiden i begge retninger Y6/150 Y6/150 Y8/150 Y10/150 P:\63005A\A-76 Jackon, sokkelelementer\projekteringsrapport.doc.

28 Jackon sokkelelement Projekteringsrapport EPS/XPS-sokkelelement til det danske marked 9 7 Bilag De forskellige sokkelelementer er vist på følgende detaljetegninger. D01, Jackon sokkelelement. Facade, skalmur D02, Jackon sokkelelement. Facade, let væg D03, Jackon sokkelelement. Indvendig ikke bærende væg D04, Jackon sokkelelement. Indvendig bærende væg D05, Jackon sokkelelement. Punktfundament P:\63005A\A-76 Jackon, sokkelelementer\projekteringsrapport.doc.

29

30

31

32

33 Punktlaster [kn] Punktfundamentsbredde 450 mm 600 mm 800 mm 1000 mm Isoleringstype Jackopor 60 2,4 4,3 7,7 12 Jackopor 80 3,6 6, Jackopor 150 7, Jackofoam Jackofoam Netarmering i underside Y6/150 Y6/150 Y8/150 Y10/150