LITTERATURSTUDIE, MATERIALEDATA OG VURDERING AF EGNETHED FOR TEMPERATUR- OG FUGTFORHOLDSMODEL

LITTERATURSTUDIE, MATERIALEDATA OG VURDERING AF EGNETHED FOR TEMPERATUR- OG FUGTFORHOLDSMODEL Fugtteknisk grundlag for fastsættelse af designværdier for varmeledningsevnen ud fra deklarerede værdier for varmeisoleringsmateriale i typiske bygningskonstruktioner Claus Rudbeck Carsten Rode SAGSRAPPORT SR-0011 2000 ISSN 1396-402X INSTITUT FOR BYGNINGER OG ENERGI DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET

LITTERATURSTUDIE; MATERIALEDATA OG VURDERING AF EGNETHED FOR TEMPERATUR- OG FUGTFORHOLDSMODEL Forord Den foreliggende rapport er rapporteringen for første del af projektet Fugtteknisk grundlag for fastsættelse af designværdier for varmeledningsevnen ud fra deklarerede værdier for varmeisoleringsmateriale i typiske bygningskonstruktioner finansieret af Energistyrelsen (projekt 99/0052). Projektet er udført i et samarbejde mellem Institut for Bygninger og Energi, Danmarks Tekniske Universitet og Dansk Standard. Rapporten behandler følgende emner: 1. Verifikation af egnethed for den temperatur- og fugtforholdsmodel, der tænkes benyttet 2. Litteratursøgning: Varmeledningsevnens fugtpåvirkelighed fokuserende på hygroskopiske materialer 3. Indsamling af materialedata, der er nødvendig for senere beregning Lyngby, maj 2000 Claus Rudbeck

I. INDHOLDSFORTEGNELSE I. INDHOLDSFORTEGNELSE...I 1. INDLEDNING... 1 2. VARMELEDNINGSEVNE FOR MATERIALER... 3 2.1 FUGTENS INDVIRKNING PÅ VARMELEDNINGSEVNEN FOR ISOLERINGSMA- TERIALER... 3 2.2 DEKLARERET VÆRDI OG DESIGNVÆRDI FOR VARMELEDNINGSEVNE.. 5 3. MODEL TIL BEREGNING AF FUGTFORHOLD... 7 4. FUGTTRANSPORT I DET HYGROSKOPISKE REGIME... 9 4.1 MODELLERING AF FUGTTRANSPORT I DET HYGROSKOPISKE REGIME.. 9 4.2 VALIDERING AF MODELLERING I DET HYGROSKOPISKE REGIME... 10 4.2.1 Måling på Isofloc cellulose-isolering i gammastrålingsudstyr... 10 4.2.2 Validering ved målinger udført af NIST... 11 4.2.3 MATCH, Glaser-metode og målinger på cellulose-isolering... 13 4.2.4 Måling og beregning af temperatur- og fugtforhold i lette tagkonstruktioner.. 13 4.2.5 Fugtindhold og temperatur i vægelementer... 14 4.2.6 Lette ydervægge med mineraluld, cellulose og hør... 15 5 FUGTTRANSPORT I DET OVERHYGROSKOPISKE OMRÅDE... 17 5.1 FUGTTRANSPORT I DET OVERHYGROSKOPISKE OMRÅDE... 17 5.2 VALIDERING AF MODEL FOR KONSTRUKTIONER MED CELLULOSE ISOLERING... 17 5.3 VALIDERING AF MODEL FOR KONSTRUKTIONER MED POREBETON... 21 6. DESIGNVÆRDIER FOR VARMELEDNINGEVNE... 23 6.1 INTERNATIONALT ARBEJDE MED RELATION TIL EN ISO 10456... 23 7. KONKLUSION... 29 8. LITTERATURLISTE... 31 i

ii

1. INDLEDNING I forbindelse med indførelse af europæiske standarder på byggeområdet er det ved hjælp af disse muligt at beregne varmeledningsevnen for forskellige materialer under hensyntagen til fugtindholdet i disse materialer. Beregningen af varmeledningsevnen foregår ved en modificering af den målte tørre varmeledningsevne med en række faktorer. Dette repræsenterer en nyskabelse i forhold til den indtil nu gældende praksis i Danmark, hvor varmeledningsevnen for materialer har været pålagt en række tillæg for at tage hensyn til fugtindhold, anvendelse etc. Korrektionen for fugtforhold er specielt af betydning for isoleringsmaterialer. I de senere tid er der fokuseret meget på både håndtering af traditionelle isoleringsmaterialer samt udvikling og anvendelse af alternative isoleringsmaterialer. Da nogle af disse alternative isoleringsmaterialer kan ophobe betragtelige fugtmængder hvis fugten er tilstede i omgivelserne, er det vigtigt at fugtforhold for disse isoleringsmaterialer i konkret anvendte konstruktioner kan bestemmes korrekt. En måde at foretage sådanne bestemmelser er ved numerisk modellering af fugtforhold i bygningskonstruktioner. Ved numerisk modellering af fugtforhold i bygningskonstruktioner opbygges (oftest EDBbaserede) modeller af konstruktionerne. Disse modeller inkluderer en række beskrivende parametre, bl.a. fysiske dimensioner, materialeparametre, randbetingelser etc. Da bl.a. randbetingelser er fluktuerende foretages undersøgelserne gennem en veldefineret periode. For at kunne fæste lid til resultaterne fra den numeriske modellering er det vigtigt at de benyttede numeriske modeller er korrekte. Korrekt skal her ikke opfattes som om at modellen skal beskrive sandheden ved det undersøgte naturfænomen. I stedet henfører brugen af termen korrekt til at modellen med god tilnærmelse kan beskrive de undersøgte fænomener. Som det er typisk for at eftervise nøjagtigheden af en model, benyttes en sammenligning mellem resultater fra målinger og resultater fra brug af modellen. På baggrund af en sådan validering kan modellen enten forkastes eller accepteres. Til brug for opbygningen af modeller af konstruktioner med alternative isoleringsmaterialer blev en række personer kontaktet for oplysninger. Personerne kan groft set opdeles i danske producenter af eller interesseorganisationer for alternative isoleringsmaterialer samt udenlandske forsknings- og standardiseringsorganisationer. I denne rapport er resultatet af kontakten til de udenlandske forsknings- og standardiseringsorganisationer beskrevet i afsnit 6.1. Samtalerne med danske producenter af eller interesseorganisationer for alternative isoleringsmaterialer blev foretaget d. 4. februar 2000 til følgende personer og med følgende resultater: Claus Skov, Miljøisolering: Anbefalende kontakt med Hans Dollerup og Kurt Stokbæk. Omtale af et tysk tidsskrift (Økobau), der en gang om året havde en artikel med sammenligning af forskellige organiske og syntetiske isoleringsmaterialer. Mente at Hans Dollerup havde styr på indholdet i det tyske tidsskrift. 1

Hans Dollerup, Landsforeningen for Økologisk Byggeri: Brugbare resultater kunne måske findes fra nogle tyske og amerikanske undersøgelser. Egentlige referencer kunne dog ikke nævnes. Kurt Stokbæk, Landsforeningen for Økologisk Byggeri: Anbefalende at tage kontakt med producenter af alternative isoleringsmaterialer, men tilføjede at det dog var tvivlsomt om de ønskede oplysninger kunne udleveres fra disse producenter. Kurt Stokbæk mente at producentersikkert kun ville udlevere censurerede rapporter eller rapporter hvor vi skulle overholde en tavshedspligt. Senere blev der taget telefonisk kontakt til producenter af alternative isoleringsmateriale (Niels Bak, HBC og Borry Henriksen, Ecofiber). Disse producenter blev foreslået af Kurt Stokbæk. Efter kontakterne er der ikke modtaget noget skriftligt materiale, og kontakterne har derfor ikke haft noget nævneværdigt resultat. 2

2. VARMELEDNINGSEVNE FOR MATERIALER 2.1 FUGTENS INDVIRKNING PÅ VARMELEDNINGSEVNEN FOR ISOLERINGSMATERIALER Når en bygning skal opføres er det et krav i de danske bygningsreglementer (Bygningsreglement 1995 og Bygningsreglement for småhuse 1998) at der foretages beregninger af U-værdier, varmetabsramme eller energiramme alle baseret på U-værdi beregnet i DS-418 (1986) baseret på den praktiske varmeledningsevne ë praktisk. Beregning af det dimensionerende varmetab foretages efter foreskriften i DS-418 (1986) mens beregning af energiforbruget til opvarmning kan foretages ved brug af mere eller mindre komplicerede beregningsrutiner ofte ved hjælp af EDB-baserede programmer, eksempelvis SBI (1995, 1999). Fælles for alle disse beregninger er at de kræver at de beregnede konstruktioners termiske egenskaber er kendte - og dette kræver blandt andet kendskab til varmeledningsevnen for de enkelte materialer. Varmeledningsevnen opgives i tabelværker hovedsagelig som en konstant værdi uafhængig af andre parametre, men til brug for detaljerede beregninger er det nødvendigt at inkludere såvel varmeledningsevnens afhængighed af temperatur og fugtighed. At varmeledningsevnen afhænger af fugtindholdet afspejles blandt andet i de anførte varmeledningsevner for tegl i DS-418 (1986) hvor indvendigt murværk har en væsentlig lavere varmeledningsevne end udvendigt murværk netop på grund af et lavere fugtindhold. I dette tilfælde er forskellen mellem vameledningsevnen for tørre og fugtige tegl anslået til ca. 15%, dvs. at varmetabet gennem fugtig tegl er 15% større end gennem tør tegl. Størrelsen af forøgelsen af varmeledningsevnen afhænger dog af de aktuelle fugtforhold i materialet samt af det aktuelle materiale og forøgelsen af varmeledningsevnen må derfor ikke betragtes som en generel størrelse. Tilsvarende kan det også findes at varmetabet gennem fugtig isolering er større end varmetabet gennem tør isolering. Som før gælder det også her at størrelsen af denne forøgelse afhænger af typen af materiale samt af de herskende fugtforhold i materialet gennem tiden. Den tidsmæssige afhængighed er vigtig at få pointeret, idet fugtforholdene i klimaskærmskonstruktioner varierer gennem dagene, månederne og året, hvor variationerne typisk er årsperiodiske med mindre der sker fugtophobning i materialerne. Sammenhængen mellem varmeledningsevne og fugtindhold i materialer er beskrevet i EN ISO 10456 (1999) hvor nedenstående formel 2.1 skal benyttes til at transformere et fugtindhold i et materiale til en varmeledningsevne for materialet under hensyntagen til fugtindholdet. Formel 2.1 er resultatet af en kombination af formel 1 og formel 5 fra EN ISO 10456 (1999). ψ λ = λ ψ ψ 2 1 2 1 e f ( ) (2.1) I formel 3.1 benyttes følgende betegnelser: ø 1 Fugtindhold (volumen-procent) under betingelse 1 ø 2 Fugtindhold (volumen-procent) under betingelse 2 3

f ø Konverterings-koefficient for fugtforhold (for volumen-procent-beregninger) ë 1 Varmeledningsevne for materiale under betingelse 1 ë 2 Varmeledningsevne for materiale under betingelse 2 hvor tilstand 1 typisk er forhold for deklareret ë-værdi og tilstand 2 er de aktuelle forhold på årsbasis i konstruktioner. Beregninger kan også foretages hvis der haves kendskab til fugtforholdene i materialet angivet som vægt-procent. I så fald erstattes ø 1 og ø 2 med u 1 og u 2, og f ø erstattes med fu i formel 2.1. Værdier af f ø og f u er opgivet for nogle materialer i EN ISO 10456 (1999) og EN 12524 (2000). En kort gennemgang af disse to standarder er at finde i afsnit 2.2. Som før anført er fugtforhold i materialerne i en klimaskærmskonstruktion ikke stabile og det vil derfor være nødvendigt at foretage beregninger af disse fugtforhold i materialerne. Beregningerne kan enten foretages under antagelse af stationære inde- og udeklimabetingelser eller under antagelse af transiente inde- og udeklimabetingelser. Samtidig skal det ved gennemførelsen af beregningerne også vurderes om fugttransport både ved diffusion, kapillarsugning samt ved andre transportformer skal medtages i beregningerne. Foretages beregningerne under stationære forhold, kan disse udføres med simple håndberegninger, mens instationære klimatiske betingelser kræver brugen af EDB-baserede beregningsmodeller. Foretages beregningerne under stationære forhold vil konstruktionernes fugtkapacitet ikke kunne udnyttes i beregningerne og det er derfor kun muligt at sige noget om gennemsnitsforholdene for konstruktionerne for en periode. Indenfor den periode kan både højere samt lavere fugtforhold eksistere. Benyttes stationære beregninger når varmetabet incl. påvirkninger fra fugtforhold i konstruktionen skal beregnes, vil det derfor give sig udslag i fejl i forhold til en gennemregning, hvor fugtforholdene blev beregnet gennem året og deres indflydelse på varmetransporten kunne tages i korrekt regning. I forbindelse med overslagsberegning af fugttransport og fugtforhold er det nemmest at begrænse transportprocesserne til kun at medtage fugttransport ved diffusion, der er fugttransport i dampfase. Denne type beregning finder sit modstykke i varme-relaterede beregninger hvor kun varmeledning gennem materialer tages i regning. Tilnærmelsen med kun at medtage fugttransport ved diffusion kan godtages hvis der ikke foregår andre former for fugttransport. Bliver fugtindholdet i materialerne for stort vil der dog optræde fugt i væskefase, der vil kunne suges gennem porerne i materialet ved kapillarsugning. Kapillarsugning kræver tilstedeværelsen af et åbent poresystem i materialet, hvilket findes i mange af de almindelig brugte byggematerialer såsom tegl, porebeton, isoleringsmaterialer etc. Hvis materialer med et åbent system benyttes i konstruktioner der ønskes modelleret, så bør såvel transportprocesser ved diffusion og kapillarsugning medtages i beregningsmodellen. 4

2.2 DEKLARERET VÆRDI OG DESIGNVÆRDI FOR VARMELEDNINGSEVNE For isoleringsmaterialer er der i litteraturen ofte specificeret mere end en værdi for varmeledningsevnen af hvert af materialerne. Grunden til nødvendigheden af de forskellige værdier er, at mens en af dem betegner varmeledningsevnen under laboratorieforhold, så betegner den anden af disse værdier varmeledningsevnen under realistiske brugsforhold. Da betegnelserne for disse varmeledningsevner bliver brugt gennem resten af rapporten, findes det vigtigt at vise definitionerne for begreberne, give en kort forklaring til disse definitioner samt i kort form at beskrive de gældende standarder indenfor området. De to værdier for varmeledningsevne for materialer benævnes deklareret værdi for varmeledningsevne og design værdi for varmeledningsevne. Disse defineres som nedenstående, der er oversat fra EN ISO 10456 (1999). Deklareret værdi for varmeledningsevne: Forventet værdi af varmeledningsevne for et bygningsmateriale eller -produkt, der er bestemt ud fra målte data under reference betingelser mht. temperatur og fugtighed. Den deklarerede værdi skal gives for et specificeret konfidensinterval og skal være knyttet til en fornuftig forventet levetid under normale betingelser. Design værdi for varmeledningsevne: Værdi af varmeledningsevne for et bygningsmateriale eller -produkt under specifikke eksterne og interne beingelser der kan betragtes som værende typiske for brugen af dette materiale eller produkt når det indbygges i en bygningskomponent. Mens den deklarerede værdi for varmeledningsevnen kan findes og er gældende for laboratoriemålinger, så er der behov for af modificere denne værdi, hvis varmeledningsevnen skal være gældende under realistiske klimatiske og brugs-betingelser. Omregningen mellem disse to værdier foretages efter standardiserede metoder, hvor metoden der tager højde for ændring i fugtindholdet er beskrevet i EN ISO 10456 (1999). Metoden kræver en række materialedata, hvor en stor del af disse er at finde i EN 12524 (2000). I det følgende findes en kort beskrivelse af de to standarder. EN ISO 10456:1999 Building materials and products - Procedures for determining declared and design values Standarden beskriver metoder til bestemmelse af deklareret- og design-værdien for varmeledningsevnen af termisk homogene bygnings-materialer og -produkter. Standarden kan desuden benyttes til at beregne varmeledningsevnen for et materiale for et sæt klimatiske betingelser, hvis varmeledningsevnen er kendt for et andet sæt klimatiske parametre. Metoden er gyldig for designværdier for udetemperaturen i intervallet -30EC - +60EC. I standarden er givet konverteringskoefficienter for en række materialer, men desværre er de alternative isoleringsmaterialer meget dårligt repræsenteret i disse tabeller. I standarden er der kun anført konverteringskoefficient for et 5

materiale (løsfyldt celluloseisolering) for en densitet. EN 12524: 2000 Building materials and products - Hygrothermal properties - Tabulated design values Standarden viser en række tabulerede værdier relateret til beregninger af varmeledningsevne i henhold til EN ISO 10456. Som det også var tilfældet for ovennævnte standard, er konverteringskoefficienter for alternative isoleringsmaterialer meget dårligt repræsenteret i disse tabeller. I standarden er der kun anført konverteringskoefficient for et materiale (løsfyldt celluloseisolering) for en densitet. 6

3. MODEL TIL BEREGNING AF FUGTFORHOLD Som anført i forrige kapitel er der behov for en EDB-baseret beregningsmodel, med mulighed for inkludere fugttransport både ved diffusion og kapillarsugning, hvis varmeledningsevnen, korrigeret for varierende fugtforhold, skal kunne beregnes for en række materialer. Der findes en række EDB-baserede beregningsmodeller med mulighed for at beregne den koblede varme- og fugttransport i en konstruktion gennem tiden der inkluderer modellering af fugttransport ved både diffusion og kapillarsugning. En liste med denne række af beregningsmodeller er opbygget i et projekt af det Internationale Energi Agentur (Hens 1996). Hovedparten af disse beregningsmodeller er beregnet til brug i lukkede forskerkredse og tilgængeligheden til sådanne modeller er derfor begrænset. En af modellerne, der er tilgængelig, findes i beregningsprogrammet MATCH (Moisture and Temperature Calculations for Constructions of Hygroscopic Materials) der er udviklet i forbindelse med et ph.d.-studium ved det daværende Laboratoriet for Varmeisolering på Danmarks Tekniske Universitet. Det følgende er en dansk oversættelse af en beskrivelse af MATCH. Den engelske beskrivelse kan findes på hjemmesiden for Institut for Bygninger og Energi, DTU (IBE 1999). Anvendelsesmuligheder Beregning af fugttransport i bygningskonstruktioner har hidtil været baseret på fremgangsmåder, der forudsætter stationære tilstande, og som ikke tager hensyn til materialernes hygroskopiske evne det at de absorberer og tilbageholder fugt, selv uden at være kondensvåde. Med MATCH s numeriske model beregnes temperatur og fugtprofilerne instationært, dvs. under hensyntagen til materialernes termiske og fugtmæssige kapacitet. Ved at opdele tiden i små steps ned til 1 times varighed, er det muligt, at medregne den indflydelse på fugttransporten det har, når konstruktioner udsættes for kortvarige, intensive temperaturgradienter som ved solbestråling. Beregningsprincip MATCH benytter en kontrolvolumenmetode (FCV) til at beregne det instationære forløb af såvel de termiske som de fugtmæssige parametre. Konstruktionslagene er inddelt i mindre kontrolvolumener, og i tiden diskretiseres til step á 1 time eller mindre. For hvert tidsstep beregnes for hver kontrolvolumen strømmene af varme og fugt ind og ud gennem volumenet, samt hvor den oplagres. Fugttransporten beskrives som damptransport efter Fick s lov, hvor de drivende damptryk løbende findes af lagenes fugtindhold og materialernes sorptionskurver. Overførsel af latent varme ved fordampning og kondensation i konstruktionen indgår som korrektion til temperaturprofilets udvikling. Det er yderligere muligt at medregne fugttransport på væskeform for de materialer, hvis væsketransportparametre kendes. 7

Test Reference År (TRY) Til at beskrive klimaet i konstruktionens udendørs omgivelser anvendes et testreferenceår, TRY, der på timebasis indeholder værdier for klimaparametre som temperatur, fugtighed, solstråling og vindhastighed. Referenceårene, der udover for Danmark også findes for et stort antal europæiske lande og for lokaliteter i USA, består af måledata for udvalgte, repræsentative perioder, der er stykket sammen til hele år. Alternativt kan MATCH læse filer med data fra målinger på et konkret projekt, eller med data, der repræsenterer særlige former for udeklima, som f.eks. på ydersiden af en kældervæg. Indeklima Indeklimaet er beskrevet ved månedsvist konstante værdier af lufttemperatur, og enten relativ fugtighed eller en værdi, der udtrykker en forskel i fugtkoncentrationen mellem ude og indeluft. Herved haves på simpel vis en metode til at beskrive de hygrotermiske tilstande i de fleste bygninger eller efter en given klimaklassespecifikation. Konstruktionstyper MATCH kan regne de hygrotermiske tilstande i alle bygningskonstruktioner, der er karakteriseret ved overvejende at have en 1dimensional geometri og hvori muligheden for konvektive transportformer ikke er tilstede. Typisk vil der være tale om konstruktioner som vægge, flade og skrå tage, der adskiller et ude fra et indeklima. Ved brug af særlige klimadata er MATCH dog også blevet benyttet til at beskrive forholdene i andre inden og/ eller udendørs konstruktioner. Materialebibliotek Til MATCH er knyttet en samling termiske og fugtmæssige data for ca. 70 gængse byggematerialer, der umiddelbart kan benyttes i hver enkelt beregning, blot med materialets navn som reference. 8

4. FUGTTRANSPORT I DET HYGROSKOPISKE REGIME Hygroskopiske forhold er de oftest forekommende forhold i bygningskonstruktioner, dvs. at der eksisterer en ligevægt mellem fugtindhold i materialerne og fugtindholdet i den omgivende luft. For at kunne forudsige fugtforhold i konstruktioner, er det vigtigt at benyttede modeller valideres med analytiske løsninger eller målte resultater. Valideringen af MATCH, der er den benyttede beregningsmodel og som er beskrevet i kapitel 3, foretages ved at beskrive hvordan modelleringen af fugttransport i det hygroskopiske regime udføres samt ved at sammenligne resultater af sådanne beregninger med resultater fra en række gennemførte målinger. 4.1 MODELLERING AF FUGTTRANSPORT I DET HYGROSKOPISKE REGIME Som nævnt i kapitel 2, er diffusion en af transportformerne for fugt i bygningsmaterialer. Transport ved diffusion kan beskrives ved Ficks lov (formel 4.1, hvor Ficks lov er opstillet på differential form) og skyldes forskel i vanddamptryk henover materialet. g v p = z i (4.1) hvor følgende betegnelser benyttes g v Fugttransport [kg/m 2 s] Äp Forskel i vanddamptryk henover materiale [Pa] z i Fugtdiffusionsmodstand [Pa*m 2 *s/kg] For hvert tidsskridt i beregningsmodellen, foretages beregninger af vanddamptransportkoefficienten på baggrund af de beregnede fugtindhold for hvert kontrolvolumen i modellen. Ud fra denne vanddamptransportkoefficient kan fugttransporten ved diffusion fra et kontrolvolumen til et andet beregnes. Ved randen af modellen, hvor materialerne støder op mod et indeklima eller et udeklima, benyttes samme metode. Dog inkluderes der her et bidrag på grund af den konvektive fugtovergangsmodstand på henholdsvis inderside og yderside. For at finde effekten af denne fugttransport på de aktuelle fugtforhold i materialet, introduceres kontinuitetssætningen i beregningerne. Kontinuitetssætningen udtrykker at flowet ind i et kontrolvolumen skal være lig med flowet ud af kontrolvolumerne på nær det, der bliver oplagret i kontrolvolumet. Det nye fugtindhold i kontrolvolumerne beregnes ud fra det gamle fugtindhold med tillæg af den beregnede oplagring gennem tidsskridtet. Da fugtindholdet dog ikke er ligefrem proportionalt med partialtrykket for vanddamp, må sorptionskurver introduceres. Disse kurver giver den ulineære sammenhæng mellem fugtindhold i et materiale og partialtrykket for vanddamp. 9

På baggrund af disse oplysninger kan fugtindholdet i kontrolvolumerne beregnes for det kommende tidsskridt og beregningen gennemføres. En detaljeret beskrivelse af beregningsmodellen kan findes i (Pedersen 1990). 4.2 VALIDERING AF MODELLERING I DET HYGROSKOPISKE REGIME For at kunne vurdere om en givet fugt-beregningsmodel kan benyttes til at beregne fugtforhold i isoleringsmaterialer, som det er ønsket i henhold til kapitel 2, er det nødvendigt med en validering af beregningsmodellen. Valideringen kan enten være i form af en analytisk validering eller i form af en empirisk validering. En analytisk validering foretages ved sammenligning mellem beregningsmodellens resultater og resultater fra en analytisk model. Fordelen ved en analytisk model er at fordeling af temperatur og fugt (eller andre parametre) kan bestemmes eksakt når den analytiske løsning kendes. Ulempen ved en analytisk løsning er dog at analytiske løsninger enten ikke kan findes for andet end specialtilfælde eller at de er meget besværlige at opstille. Validering mod resultater fra en analytisk løsning er dog mulig i visse tilfælde. En empirisk validering foretages ved sammenligning mellem beregningsmodellens resultater og resultater fra eksperimentelle undersøgelser. De eksperimentelle undersøgelser kan enten foretagen indendørs i et kontrolleret klima eller udendørs under påvirkning af udeklimaet. Ved at vælge den rette instrumentering af den eksperimentelle opbygning samt at indsætte de rette materialedata og randbetingelser i beregningsmodellen, fås det grundlag der skal til for at kunne gennemføre valideringen. For en beregningsmodel af den beskrevne type (1-dimensional koblet varme- og fugtteknisk beregningsmodel) vil de eksperimentelle aktiviteter være begrænset til måling af fugtog temperaturforhold i en opbygget konstruktion. Af hensyn til sammenligningen med beregningsmodellens resultater bør den opbyggede konstruktion i dette tilfælde udvise 1- dimensionale varme- og fugtstrømme. En række af sådanne valideringer er foretaget og beskrevet i de følgende afsnit. Beskrivelserne i de næste afsnit er opstillet i kronologisk orden. 4.2.1 Måling på Isofloc cellulose-isolering i gammastrålingsudstyr I forbindelse med udarbejdelsen af et eksamensprojekt ved det daværende Laboratoriet for Bygningsmateriale på Danmarks Tekniske Universitet blev der i 1993 foretaget en bestemmelse af sorptionsisotermer for Isofloc, der er et cellulose-baseret isoleringsmateriale. Forsøg samt resultater af disse er beskrevet i (Isaksen 1993). I projektet blev en forsøgsmodel af en tagkonstruktion opbygget i laboratoriet. Ved hjælp af termoelementer og et gammastrålingsudstyr (til fugtmåling) blev værdier for temperatur- og fugtforhold i tagmodellen tilvejebragt. Fugtfordelingen i isoleringslaget blev bestemt både ved vejning af de enkelte isoleringslag samt ved brug af ovennævnte gammastrålingsfugtmåleudstyr. Fra gammastrålingsfugtmåleudstyret blev der dog ikke opnået brugbare resultater. En tilsvarende model af tagkonstruktionen blev simuleret i MATCH. En sammenligning af de to serier af resultater viser at temperaturkurverne har samme form men at der til tider er forskel på 10

temperaturen i henholdsvis målingerne og beregningerne. Årsagen til denne forskel er ikke nærmere beskrevet. En sammenligning af fugtfordelingen i de to resultat-serier viser også en forskel, hvilket Isaksen henfører til en utæt forsøgsmodel; indlægges en tilsvarende utæthed i MATCH-modellen ses en god overensstemmelse undtagen i det nederste lag i konstruktionen. Her menes årsagen til forskellen at være en uønsket konvektion langs konstruktionens sider eller en utilstrækkelig bestemmelse af materialedata. 4.2.2 Validering ved målinger udført af NIST En sådan undersøgelse blev foretaget ved National Institute of Standards and Technology, USA og blev rapporteret af (Rode og Burch 1995). I undersøgelsen indgik 6 vægtyper, der alle blev opbygget og undersøgt i en kaliberet hot box. En kalibreret hot box er en opstilling, der ofte benyttes til at undersøge varmetabskoefficienter for bygningsdele. I den anvendte type hot box er det muligt at tilvejebringe et kontrolleret klima, både temperatur og relativ fugtighed, på begge sider af den opbyggede konstruktion. De undersøgte vægtyper var opbygget af pladebeklædninger på inder- og yderside (gips på inderside og træ på yderside), isolering imellem pladebeklædningerne og eventuelt ovefladebehandlet med en dampbremsende maling. I forskellige niveauer fra overfladen blev temperaturfølere, fugtfølere og varmestrømsmålere placeret i alle vægtyperne. De 6 vægtyper blev derefter udsat for en kombination af temperatur- og fugthold, som vist i tabel 4.1. Tabel 4.1 Klimatiske påvirkninger i kalibreret hot box for 6 forskellige vægtyper svarende til forår, sommer, efterår og vinter Målekammer (indeklima) Klimakammer (udeklima) Årstid Periode [døgn] Temperatur [EC] RF [%] Temperatur [EC] RF [%] Vinter 1 21.2EC 50% 7.2EC 5% Forår/efterår 6 21.2EC 50% 7.2±8.0EC 5% Vinter 34 21.2EC 50% 7.2EC 5% Forår/efterår 7 21.2EC 50% 7.2±8.0EC 5% Sommer 14 21.2EC 50% 32.2EC 5% I det i kapitel 3 beskrevne beregningsprogram blev en række modeller af de undersøgte konstruktioner opbygget. For hver af disse modeller, blev resultaterne af beregningerne sammenlignet med de målte resultater fra eksperimenterne. En grafisk præsentation af sammenligningen er vist i (Rode og Burch 1995) og gengivet i figur 4.1. 11

Figur 4.1 Sammenligning af målinger og beregninger på 6 forsøgsopstillinger gengivet fra (Rode og Burch 1995) Som det ses af figur 4.1, så er afvigelsen mellem de målte og beregnede værdier af fugtindholdet på indersiden af træbeklædningen relativ lille. Ingen af de seks sammenligninger af resultater har en standardafvigelse på mere end 1.32 % fugtindhold (vægt). Resultsammenligningen viser at det som oftest er skaleringsfejl der er skyld i forskellene. Konklusionen i (Rode og Burch 1995) er at for de vægtyper der er undersøgt kan modellen forudsige vame- og fugtforhold i konstruktionerne 12

så længe fugtforholdene er i det hygroskopiske område. Undersøgelse af varme- og fugforhold i det overhygroskopiske forhold er ikke foretaget i undersøgelserne af (Rode og Burch 1995). 4.2.3 MATCH, Glaser-metode og målinger på cellulose-isolering En sammenligning, hvor resultater fra hhv. MATCH og den traditionelle Glaser-metode er holdt op mod eksperimentelle data, er foretaget af (Steiner 1995). Steiner beskriver her en opstilling bestående af en kasse isoleret med et cellulose-baseret materiale hvor transport af varme og fugt er begrænset til kun at foregå i én dimension. Med udgangspunkt i forsøgsopstillingen gennemføres 2 sæt målinger der behandler henholdsvis udtørring og opfugtning. For begge forsøg holdes fugtindholdet i isoleringen så lavt diffusion kan regnes som værende den eneste fugttransportmekanisme. Udtørringen af cellulose-isoleringen blev foretaget ud fra startbetingelserne: 20EC og 90% RF. Ændring i fugtindholdet opgives af Steiner kun for hele mængden af isolering; dog er det også muligt at foretage vægtmålinger af de enkelte lag af cellulose-isoleringen. En sammenligning viser at udtørringen i følge Glasers metode, foregår med en meget større hastighed end hvad måleresultaterne viser, og at forskellen mellem disse to resultat-serier øges med tiden. Sammenlignes resultaterne fra MATCH og de gennemførte målinger er der en bedre overensstemmelse, men forskellen mellem målte og beregnede værdier er stadig tydelig. Forskellen mellem målte og MATCH-beregnede værdier mindskes dog med tiden, og efter 30 dages målinger er forskellen negligerbar. Forskellen henfører Steiner dog til brug af for lave vanddampmodstandstal i MATCH-modellen. Fugtfordelingen i de enkelte isoleringslag er ifølge Steiner god, selvom der ikke præsenteres materiale til underbygning af denne påstand. Opfugtningsforsøget blev foretaget i en Hotbox med mulighed for at regulere den relative luftfugtighed i både det varme og kolde kammer. Under forsøget blev kassen med celluloseisolering vejet med jævne mellemrum. Sammenlignes resultater af beregninger (med henholdsvis MATCH og Glaser) og målinger findes igen overensstemmelse med hensyn til forløbet af udtørringen. Igen ses det dog af materialet i (Steiner 1995) at der er en forskydning mellem de enkelte dataserier. Steiner forklarer forskellen med at der i måleopstillingen kan være små fugtovergangsmodstande mellem materialelag som ikke er medtaget i beregningerne. Steiner ender med at konkludere at en-dimensional varme- og fugttransport kan simuleres effektivt med de nuværende simulerings-programmer. Steiner slutter dog med at anføre at de uoverensstemmelser der blev fundet mellem målinger og beregninger ikke er ualmindelige. Uoverensstemmelserne forklares i begge tilfælde som mangelfuld beskrivelse af materialer eller randbetingelser i modelleringen. 4.2.4 Måling og beregning af temperatur- og fugtforhold i lette tagkonstruktioner Som en del af sit ph.d.-projekt udførte Stig Geving en række målinger på lette tagkonstruktioner isoleret med konventionelle isoleringsmaterialer og disse målinger blev i projektet sammenlignet 13

med beregninger udført med MATCH samt en række andre modeller til forudsigelse af varme- og fugtforhold i konstruktioner. Resultatet af disse sammenligninger er givet i (Geving 1997) og er tillige gengivet i kort form her. Gevings sammenligning af beregningsmodeller inkluderer MATCH (Pedersen 1990), WUFI (Künzel 1995), MOIST (Burch og Thomas1993) og 1D-HAM (Hagentoft 1992). Af disse tager MATCH, WUFI og MOIST både fugttransport i damp- og væskefase i regning mens 1D-HAM kun medtager fugttransport i dampfase. Ingen af modellerne medtager fugttransport ved luftbevægelser - altså konvektion. Sammenligningen af resultater fra målinger og resultater fra de fire varme- og fugtmodeller, hvor disse også er sammenlignet med en simpel beregning ved brug af Glasers metode, viser at 1D- HAM, WUFI og MATCH viser nogenlunde ens resultater. Resultaterne er dog ikke i overensstemmelse med MOIST eller resultaterne fra målingerne. Geving forklarer dette med at der muligvis har været forstyrrelser i målepunkterne pga. tilstedeværelse af høje fugtindhold eller muligvis kondens. At der var forskel mellem MOIST og de tre andre modeller (1D-HAM, WUFI, og MATCH) tilskriver Geving forskelle i input parametrene. Sammenligningen af målinger og beregninger kan derfor ikke bruges til andet end sådanne modeller bør bruges varsomt. Selv med veldokumenterede modeller er det muligt at få forkerte resultater hvis input parametrene er forkerte. 4.2.5 Fugtindhold og temperatur i vægelementer Målinger på en række vægelementer i et forsøgshus på Statens Byggeforskningsinstitut (SBI) har tillige muliggjort en sammenligning af resultater fra målinger og resultater fra beregninger med MATCH. Sammenligning mellem resultatet af målingerne fra SBI og beregningsresultater fra MATCH blev foretaget i et afgangsprojekt af (Rasmussen og Andersen 1999a). Rapporten har som formål at analysere en række traditionelle ydervægskonstruktioner isoleret med alternative isoleringsmaterialer og på baggrund af disse analyser at give forslag til udformning af en række nye ydervægskonstruktioner til alternative isoleringsmaterialer. Arbejdet af Rasmussen og Andersen indeholder en sammenligning af målte og beregnede værdier af fugtforhold for en række konstruktioner isoleret med alternative isoleringsmaterialer. Disse sammenligner er omtalt i (Rasmussen og Andersen 1999b). Sammenligningen af de målte og beregnede værdier er vigtig idet der ellers kan sås tvivl om beregningernes korrekthed. Sammenligningen tager udgangspunkt i resultater fra SBIs fugtforsøgshus, hvor der er opstillet en række konstruktioner, heraf en isoleret med papiruld, hvor temperatur- og fugtforhold løbende måles. For at kunne sammenligne resultaterne af disse målinger med resultater af beregninger med MATCH er der brug for en omregning af resultaterne fra fugtmålingerne (angivet i vægtprocent for de bøgetræs-fugtdybler der er benyttet) til relativ fugtighed (som resultaterne fra MATCH er anført i). Denne omregning foretages via en sorptionskurve for bøgetræ. Resultatet er optegnet i et diagram i (Rasmussen og Andersen 1999b). Det indeholder dog aspekter, der ikke umiddelbart lader sig forklare. Det kan diskuteres om det er korrekt at benytte en middel-funktion til at beskrive sammenhængen mellem relativ luftfugtighed og fugtindhold for 14

bøgetræs-fugtdyblen, men som (Rasmussen og Andersen 1999b) anfører, så er der formodentlig andre usikkerheder der er større. Anderledes er det dog, hvis sammenhængen mellem relativ luftfugtighed og fugtindhold ved 80-100% relativ luftfugtighed granskes nærmere. Ved disse høje relativ luftfugtigheder, som ofte forekommer i de undersøgte konstruktioner, optræder der en vendetangent i kurve, der beskriver sammenhængen mellem relativ luftfugtighed og fugtindhold. Et eksempel på konsekvensen af denne vendetangent er at et fugtindhold i bøgetræs-dyblen på enten 23 vægt-procent eller 30 vægt-procent begge vil blive oversat til en relativ luftfugtighed på ca. 95%. Da dette, og andre sammenligner, ikke stemmer overens med den fysiske virkelighed kan det være svært at fæste lid til den sammenligning af resultater fra henholdsvis målinger i SBIs fugtforsøgshus og beregninger med MATCH-modellen. Analysen af de traditionelle ydervægskonstruktioner isoleret med alternative isoleringsmaterialer indeholder en optælling af antal dage hvor kombinationen af temperatur og fugt er over et kritisk niveau. For en konstruktion med et indvendigt bærende træskelet og en udvendig skalmur er antallet af kritiske dage ifølge beregninger højst for Rockwool og derefter følger (med lavere antal kritiske dage) konstruktioner med isoleringsmateriale baseret på Cellulose_3, Uld, Perlite, Cellulose_2 og Cellulose_1. Materialenavnene cellulose_1, _2 og _3 referer til tre forskellige samlinger af materialedata der bruges til beskrivelse af varme- og fugttransport i materialerne. Ud fra disse sammenligninger ser det umiddelbart ud til at celluloseisolering er at foretrække som isoleringsmateriale i ydervægskonstruktioner hvis målet er at undgå dage med kritiske kombinationer af temperatur og fugt. Denne konklusion vil dog blive taget op til yderligere diskussion senere i dette afsnit. 4.2.6 Lette ydervægge med mineraluld, cellulose og hør I forbindelse med et eksamensprojekt ved Institut for Bygninger og Energi, Danmarks Tekniske Universitet (Peuhkuri 2000) blev isoleringsmaterialers fugttekniske egenskaber i klimaskærmen undersøgt. Udover en undersøgelse af fugtindhold i typiske klimaskærme findes også sammenligninger af målte og beregnede værdier for fugtindholdet i typiske konstruktioner isoleret med cellulose-isolering, hør-isolering og mineraluld. Undersøgelserne af Peuhkuri blev foretaget for typiske lette ydervægskonstruktioner med en isoleringstykkelse på 190 mm. Isoleringsmaterialerne i konstruktionerne var enten mineraluldsisolering fra Rockwool, hørisolering fra Heraklith eller celluloseisolering fra Ekofiber. Sorptionskurer og vanddamppermabilitet for de samme materialer blev bestemt i projektet Varme- og fugtekniske undersøgelser af alternative isoleringsmaterialer (Hansen og Hansen 1999a, 1999b, 1999c). Konstruktionerne er opbygget både med og uden dampspærre. I løbet af måleperioden, fra oktober 1999 til januar 2000, er udviklingen af fugtindholdet i de forskellige konstruktioner næsten ens; en forskel i fugtindhold kan kun findes yderst i isoleringslaget. Her er fugtindholdet i mineraluld og hør næsten ens mens fugtindholdet i celluloseisoleringen er lidt lavere. Ved indsættelse af en dampspærre i konstruktionerne sænkes den relative fugtighed i konstruktionerne med ca. 10 procentpoint. 15

Konklusionerne angående sammenligningen af målinger og beregninger er givet i (Peuhkuri 2000) og er gengivet i lettere modificeret form her: Mineraluld: Afvigelsen mellem målinger og beregninger er mindst for stenuld. I store træk kan beregningsresultaterne beskrive det målte fugtniveau, men har svært ved at følge med i de daglige udsving i den relative luftfugtighed. Cellulose: Fugtniveauet i cellulose er generelt lidt lavere ifølge beregningerne end ifølge målingerne. Desuden viser beregningerne meget stabile forløb, mens den relative luftfugtighed ifølge målingerne har svinget meget mere. Konstruktionen med dampbremse har til gengæld et højere fugtniveau ifølge beregningerne. Hør: Beregningerne viser meget ens forløb for både cellulose og hør. Derfor er også afvigelserne mellem beregninger og målinger stort set de samme, bortset fra yderst i konstruktionen, hvor beregningerne undervurderer den relative luftfugtighed mere for hør end for cellulose. Det anføres i (Peuhkuri 2000), at der kan være problemer med at en del af de materialedata, der benyttes til beregningerne, idet disse er fundet under stationære forhold. Dette er i modsætning til deres anvendelse i modellerne, idet de her indgår i ikke-stationære ligningssystemer, der bruges til at beskrive varme- og fugttransport. 16

5 FUGTTRANSPORT I DET OVERHYGROSKOPISKE OMRÅDE Som det er vist i det foregående kapitel er der god overensstemmelse mellem målinger og modelleringsresultater så længe der kun medtages fugttransport i det hygroskopiske område. I det hygroskopiske område foregår hovedparten af fugttransporten ved diffusion, og fugttransport i væskeform er ikke særlig udbredt. Da der er et ønske om at sikre validiteten af den benyttede beregningsmodel når såvel fugttransport i dampform og i væskeform medtages er der behov for at sammenligne resultater fra modelleringer med resultater fra målinger på konstruktioner, hvor høje fugtindhold (og dermed mulighed for væsketransport ved kapillarsugning) findes. 5.1 FUGTTRANSPORT I DET OVERHYGROSKOPISKE OMRÅDE Som nævnt i kapitel 2, er kapillarsugning en af transportformerne for fugt i bygningsmaterialer. Kapillarsugning kan forekomme i alle porøse bygningsmaterialer, hvis indholdet af fugt er tilstrækkeligt højt til at fugt i flydende form (vand) er til stede. Transporten af fugt i flydende form i porøse bygningsmaterialer eksemplificeres ofte ved studie af væsketransport i kapillære rør. Hvis sådanne rør er fyldt med vand og der er en trykforskel mellem rørets to ender vil vandet bevæge sig mod enden hvor det laveste tryk findes under påvirkning af friktionskræfter fra rørets sider. Ved lave hastigheder vil flowet være laminart og flowet vil derfor være proportionalt med trykgradienten (Pedersen 1990). Flowet gennem porøse bygningsmaterialer kan beregnes ved hjælp af Darcys lov, der er opstillet i formel 5.1. g w K P h = x hvor følgende betegnelser benyttes g w Fugttransport [kg/m 2 s] K Hydraulisk ledningsevne (5.1) Det anføres at der i formel 5.1 ikke er taget hensyn til tyngdekraften, da dens effekt, for de fleste bygningsmaterialer, kan negligeres. 5.2 VALIDERING AF MODEL FOR KONSTRUKTIONER MED CELLULOSE ISOLERING Hvor valideringen af den benyttede beregningsmodel i afsnit 4.2 kun var gældende i det hygroskopiske område, er der i dette afsnit et ønske om at foretage en validering af beregningsmodellen for det overhygroskopiske område. Som det blev anført i afsnit 4.2 kan en sådan validering 17

enten foretages ved sammenligning mellem modellens resultater og resultaterne fra analytiske modeller eller ved sammenligning med resultater fra målinger. Ligesom der var tilfældet i afsnit 4.2, hvor resultaterne fra beregningsmodellen blev sammenlignet med resultater fra målinger, foretages en sådan sammenligning også her. Som resultater fra måling benyttes resultaterne fra en måleserie, der er foretaget på Statens Byggeforskningsinstitut. Måleserien indeholder resultater fra et forsøg hvor der er målt endimensional fugttransport og fugtforhold i en kasse indeholdende et cellulosebaseret isoleringsmateriale. Målingerne er ikke endeligt afsluttet, men dele af forsøgsresultaterne har været tilgængelige. (Nicolajsen 2000). Et lodret snit gennem kassen med er vist i figur 5.1. Figur 5.1 Forsøgsopstilling til bestemmelse af fugtindhold i kasse med papirisolering påtrykt konstante klimatiske betingelser Til forsøgsopstillingen, vist i figur 5.1, skal knyttes en række kommentarer. Opstillingen består af to kamre, hvor det øverste holdes på en konstant temperatur på 5EC ved hjælp af et termostatstyret vandbad. Mellem dette kammer og det nederste kammer (der er fyldt med isolering) er indsat en metalplade der eliminerer fugttransport fra papirulden til vandbadet. Kammeret med papiruld er forsynet med 6 temperatur- og fugtfølere og kammeret er på siden afskærmet fra temperaturpåvirkninger ved påsætning af isolering. Nederst er opstillingen afsluttet med en gipsplade. I den undersøgte beregningsmodel blev opbygget en model af konstruktionen der er vist i figur 5.1. For at kunne undersøge fugtfordelingen igennem konstruktionen blev papirisoleringslaget i modellen opdelt i fem delelementer. Fugtfordelingen kunne da bestemmes i hvert af de fem 18

delelementer. Som ved de udførte og beskrevne forsøg påtrykkes konstante klimatiske betingelser (23EC, 60% RF på inderside og 5EC, 95% RF på yderside ) på den opbyggede konstruktion. Forsøgsresultaterne omtalt i (Nicolajsen 2000) indeholder både måling af fugtforhold (angivet som vægtprocent) i forskellige dele af isoleringen samt måling af vægt af den totale isoleringsmængde incl. eventuelt bidrag fra fugthobning i isoleringen. De målte fugtindhold (angivet som vægtprocent) kan ses i søjlediagrammet i figur 5.2. I figur 5.2. er fugtindholdet i papiruldsisoleringen angivet for hver af de seks niveauer som målingerne er foretaget for. Målepunkt 1 er i toppen af isoleringslaget (mod den kolde side), målepunkt 2 er 3 cm fra toppen og målepunkt 3, 4 og 5 er placeret henholdsvis 8, 13 og 18 cm fra toppen af isoleringen. Målepunkt 6 er placeret i bunden af isoleringslaget. Fugtophobning i papirisolering Fugtindhold i vægt % 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 Føler nr. 1 2 3 4 5 6 16-10-98 19-10-98 21-10-98 23-10-98 26-10-98 04-11-98 17-11-98 01-12-98 14-12-98 23-12-98 07-01-99 11-01-99 26-01-99 09-02-99 23-02-99 10-03-99 19-03-99 08-04-99 24-04-99 12-05-99 04-06-99 02-07-99 02-09-99 04-10-99 08-11-99 10-12-99 20-01-00 Figur 5.2 Måling af fugtindhold (vægtprocent) i forskellige dele af forsøgsopstilling med papiruld påtrykt konstante klimatiske betingelser. Føler 1 er placeret nær den kolde side og føler 6 er placeret nær den varme side I figur 5.2 er målepunktet angivet ud af x-aksen mens fugtindholdet er angivet ud af y-aksen. For hvert målepunkt er der foretaget en række målinger af fugtindholdet gennem tiden og det ses at fugtindholdet i de enkelte punkter stiger gennem tiden. Specielt bør det bemærkes at fugtindholdet i den nederste del af isoleringen (målepunkt 1-3) i lange perioder er over 30% (vægt). Til disse 19

resultater bør der knyttes den kommentar at målemetoden med modstandsmåling i trædybler ikke kan skelne mellem fugtindhold over 30%. Målingerne af fugtindholdet i isoleringen kan dog benyttes til at vise at der sker en ophobning af fugt i den opbyggede konstruktion. Til validering af den opbyggede beregningsmodel benyttes målingerne af den totale vægt af den opbyggede kasse med papirisolering. Målingerne af den totale vægt har den fordel, sammenlignet med de andre gennemførte målinger, at resultaterne ikke risikerer at komme udenfor et gyldighedsområde. Ulempen ved disse målinger er dog at det ikke er muligt ud fra resultaterne at bestemme fugtindhold i de forskellige lag af konstruktionen. I figur 5.3 er resultaterne af vægtmålingerne vist. Til sammenligning er resultaterne af de udførte beregninger med beregningsmodellen opbygget i MATCH også vist i figur 5.3. 9500 9000 Vægt af kasse og isolering [g] 8500 8000 7500 Beregnet Måling 7000 6500 12-10-98 01-12-98 20-01-99 11-03-99 30-04-99 19-06-99 08-08-99 27-09-99 16-11-99 05-01-00 24-02-00 Dato Figur 5.3 Sammenligning af målinger og beregninger af vægt (incl. fugt) for kasse med papirisolering Som det ses af resultaterne af vægtforsøget sammenlignet med de udførte beregninger er der en god overensstemmelse mellem målinger og beregninger. Fra omkring midten af juni 1999 og fremad er det dog muligt at observere en forskel mellem de målte og beregnede resultater. På dette tidspunkt er fugtindholdet i isoleringen, i følge resultaterne fra beregninger, i gennemsnit 50% (vægt) varierende fra over 1000% (vægt) i toppen til 14% (vægt) i bunden. Efter dette tidspunkt viser resultaterne en stabilisering i vægten af kasse+isolering+fugt mens modellen beregner at fugtindholdet i modellen fortsat stiger. 20

Forskellen mellem resultater fra målinger og beregninger, der viser sig i perioden efter juni 1999 skyldes sandsynligvis en undervurdering af den vandmængde (kondensat) der suges nedad i isoleringen mod den varme side. Samtidig bør det også anføres at beregningsresultaterne først afviger fra måleresultaterne når det gennemsnitlige vandindhold (vægt) overstiger 50%. Så store vandmængder bør der ikke kunne findes som gennemsnit i isoleringslaget i en konstruktion isoleret med papiruld - eller for den sags skyld andre isoleringsmaterialer. På baggrund af den udførte sammenligning må det konkluderes at der må tages forbehold for at benytte beregningsmodellen til beregning af konstruktioner hvor væsketransport formodes at spille en rolle indtil materialeegenskaber forefindes og disses brug sammen med modellen er verificeret. Dette er hovedemnet for en senere række af undersøgelser i dette projekt, som forventes afrapporteret medio 2000. 5.3 VALIDERING AF MODEL FOR KONSTRUKTIONER MED POREBETON Foruden sammenligning mellem målte og beregnede værdier af fugtindhold i en forsøgsopstilling isoleret med celloluseisolering, findes tillige andre sammenligninger mellem målte og beregnede værdier; dog for et andet materiale. Materialet der er brug til denne sammenligning er en, fra starten, fuldkommen vandmættet cylinder af porebeton. Sammenligningen mellem målte og beregnede resultater er beskrevet i Pedersen (1990) og gengivet her i uddrag. Sammenligningen for porebeton kan bruges til at undersøge hvorvidt MATCH kan beregne varmeog fugtforhold i materialer med ikke-diffusionslignende fugttransportprocesser. Sådanne processer er både at finde i porebeton og i alternative isoleringsmaterialer. Vandindholdsprofilerne i porebetoncylindrene blev målt ved brug af et røngtenstrålingsudstyr. Disse vandindholdsprofiler er vist i højre side af figur 5.4. I venstre side af figur 5.4 er vist de beregnede vandindholdsprofiler for porebetoncylinderen fundet ved brug af MATCH. 21

Figur 5.4 Beregnede og målte fordeling af vand (vol-%) gennem en periode (Pedersen 1990) Figur 5.4 viser fordelingen af fugt (vand) i porebetoncylinderen. Overordnet set er der en udmærket overensstemmelse mellem de målte og de beregnede resultater; dog er der enkelte mindre uoverensstemmelser mellem de to sæt data. I den første time af beregningerne er der ikke en så god overensstemmelse mellem de to sæt data, idet fugtprofilet ved overfladen har den forkerte hældning. Efter 2½ døgn forbliver fugtindholdet (i henhold til målingerne) omkring 40%, mens det tilsvarende ikke kan ses for beregningerne. Gradienten for fugtprofilet ved overfladen er derfor heller ikke ens for de to sæt data så længe fugtindholdet er over 20%. Slutteligt er udtørringen en anelse mindre for de beregnede resultater end for de målte. Det sidste er tydeligt idet det gennemsnitlige fugtindhold er større i modellen end i den målte porebetoncylinder. I forbindelse med de gennemførte beregningerne skal det bemærkes at resultaterne af beregningerne er følsomme overfor de parametre der benyttes til at beskrive materialet med. Da materialeparametrene ikke kan bestemmes helt eksakt vil dette også påvirke resultaterne af beregningerne. Dog kan det for alle beregningerne iagttages at formen af kurverne er ens, dvs. at der kun er tale om en evt. skaleringsfejl, hvilket må betyde at modellens håndtering af de fysiske processer er korrekt. 22