What kind of heat loss requirements NZEB and deep renovation sets for building envelope?

In most of countries the energy performance of buildings is defined as (primary) energy use of whole buildingâ s (heating, cooling, ventilation, DHW, lighting, HVAC auxiliary, appliances), not as specific requirements for building envelope. For construction companies of production of modular renovation panels it in necessary to know heat loss properties of building envelope (U, W/(m2â K); ï , W/(mâ K); ï £, W/K; q50, m3/(hâ m2)). In this study it is analyzed what kind of heat loss requirements exists for building envelope to meet on annual basis to following targets: nZEB i.e. national nearly zero energy definition; deep energy renovation with 80 % reduction of primary energy; ZEB i.e. net Zero Energy Building = the annual primary energy use = 0 kWh/(m² a). Indoor climate and energy calculations were made based on national energy calculation methodologies in six countries: Denmark, Estonia, Latvia, Czech Republic, Portugal, and Netherlands. Requirements for heat loss of building envelope vary depending on requirements on indoor climate and energy performance in specific country, outdoor climate, availability of renewable energy, and building typology. The thermal transmittance of the modular wall panels for nZEB was â 5% from pre renovation thermal transmittance in Latvia, â 10% in Estonia and up to 50% in Portugal. For roof the decrease of thermal transmittance was smaller mainly due to smaller thermal transmittance before renovation. Results show the difficulties to reach ZEB with multi-story apartment buildings in cold climate. There are not enough places to install renewables for energy production on site.The study has been conducted in the projects H2020 MoreConnect, TK146 the Estonian Centre of Excellence in Zero Energy and Resource Efficient Smart Buildings and Districts, ZEBE, IUT1−15 Nearly-zero energy solutions and their implementation on deep renovation of buildings

Indoor temperature, humidity, and moisture production in lightweight timber-framed detached houses

publishedVersionPeer reviewe

Puurunkoisten seinärakenteiden kosteusteknisen toiminnan vertailu omakotitalossa

Tutkimuksessa on tarkasteltu Turun Rakennustuote Oy:n kehittämän puurunkoisen seinäelementin eli ’mittaelementin’ kosteusteknistä toimintaa. Seinäelementeissä käytettyjä rakenteita on aikaisemmin tutkittu myös TTY:n talonrakennustekniikan laboratoriossa tehdyissä rakennusfysikaalisissa kokeissa. Turun Rakennustuote Oy halusi lisäksi selvittää seinärakenteiden kosteusteknistä toimintaa käytännön olosuhteissa, jotta laboratoriokoetulosten rinnalle saataisiin vertailutietoa. Tutkimus päätettiin toteuttaa jatkuvatoimisena mittauksena Lietoon, lähelle Turkua rakennetussa omakotitalossa. Koetalo valmistui loppuvuodesta 1998, jolloin myös mittausanturit asennettiin taloon. Mittauksia tehtiin omakotitalossa tammikuun 1999 ja maaliskuun 2000 välisenä aikana. Mitattavia suureita olivat suhteellinen kosteus, lämpötila, paine-ero ja ilmavirtauksen nopeus. Suureita mitattiin sisä- ja ulkoilmasta sekä rakenteesta sisältä. Lisäksi tuulensuojalevystä ja lämmöneristeistä otettiin näytteitä n. 3 kk:n välein. Suurelementtien perusrakenne oli seuraava: huokoinen kuitulevy (25 mm), levymäinen puukuitueriste (145 mm), bitumipaperi ja kipsilevy (13 mm). Mitatuissa seinäsektoreissa sisäverhouksena käytettiin paperitapettia. Mittaukset tehtiin kahdesta koolausvälistä (k600), joista toiseen vaihdettiin lämmöneristeeksi mineraalivilla ja bitumipaperin tilalle höyrynsulkumuovi (PE 0,2 mm). Näin voitiin helposti vertailla kahta erilaista seinärakenneratkaisua. Mittausjakson aikana sisäilman kosteuslisäksi mitattiin enimmillään talvella 3,8 g/m3 ja alimmillaan kesällä 1,1 g/m3. Sisäilman suhteellinen kosteus vaihteli 35 %:sta (talvella) 60 %:iin (kesällä). Ulkoilman suhteellinen kosteus vaihteli sateesta ja auringon säteilystä johtuen luonnollisesti paljon enemmän saaden maksimiarvonsa talvella ja minimiarvonsa kesällä. Lämmöneristeiden ulko-osissa suhteellinen kosteus nousi ylimmillään 83 %:iin puukuitueristeisessä sektorissa syksyllä 1999. Alkutalvesta 1999, kun rakennusaikaista kosteutta vielä oli rakenteissa, suhteellinen kosteus nousi em. sektorissa 89 %:iin. Koetalossa ei havaittu missään kohdassa kondenssia rakennenäytteiden oton yhteydessä. Höyrynsuluttomassa seinärakenteessa huokosilman suhteelliset kosteudet olivat talvikaudella n. 10 – 15 RH % korkeampia eristetilan ulko-osassa kuin höyrynsulullisessa rakenteessa. Ero oli suurimmillaan talvikaudella sisäilman kosteuslisän kasvaessa, joten sisäilman kosteuslisä vaikutti eristeen ulko-osan RH -prosenttiin höyrynsuluttomassa seinärakenteessa. Seinän yläosissa suhteellinen kosteus, vesihöyrypitoisuus sekä lämpötila olivat alaosia korkeammat riippumatta eristetyypistä. Huoneen yläosassa oli korkeammat riippumatta eristetyypistä. Huoneen yläosassa oli keskimäärin 3,0 Pa:n ylipaine ja alaosassa 1,6 Pa ylipaine. Tuuletusraossa mitattiin ilmavirtauksen keskimääräiseksi arvoksi 0,1 m/s. Mittausten perusteella voitiin todeta, että rakenteen ulkoverhouksen takana oleva tuuletusväli parantaa merkittävästi rakenteen kosteusteknistä toimintaa. Tuuletusvälin lämpötilan ero ulkoilman lämpötilaan kasvoi lineaarisesti ulkoilman lämpötilan laskiessa. Lämpötilan nousu tuuletusvälissä alentaa tuuletusvälin RH:ta ja pienentää samalla rakenteen homehtumisriskiä sekä kosteuden kondensoitumisriskiä rakenteeseen. Lisäksi tuuletusväli parantaa rakenteen lämmöneristävyyttä ja kuivumiskykyä. Mittausjakson aikana tarkasteltiin rakenteen homehtumisriskiä fil.tri. Hannu Viitasen kehittämän homeindeksiluokituksen avulla. Homeindeksi oli kummassakin rakenteessa koko mittausjakson ajan < 1, mikä tarkoittaa sitä, että rakenteissa ei ollut homeenkasvua. Homeen kasvulle suotuisia lämpötila- ja RH -olosuhteita mitattiin lähinnä puukuitueristeisen seinärakenteen yläosasta, eristetilan ulkopinnasta, mutta tässäkin tapauksessa suotuisat olosuhteet esiintyivät vain hetkittäin ja homeindeksi palautui takaisin 0:aan varsin nopeasti pitkien kuivumisjaksojen ansiosta. Eteläseinän suotuisat lämpötilaolosuhteet alensivat rakenteiden homehtumisriskiä merkittävästi ja rakennusaikainen kosteus puolestaan lisäsi homehtumisriskiä talon valmistumisen jälkeen. Tutkimuksessa verrattiin höyrynsuluttoman puukuitueristeisen seinärakenteen toimintaa myös aikaisemmin laboratoriokokeissa olleisiin vastaaviin seinärakenteisiin. Laboratoriokokeissa höyrynsuluton seinärakenne ei toiminut tyydyttävästi, mutta näissä kokeissa rakenteelle kohdistunut kosteusrasitus oli suurempi kuin koetalossa. Tutkimuksessa tarkastellun höyrynsuluttoman seinärakenteen toimintakyvyn yläraja onkin koetalossa mitattujen ja laboratoriossa olleiden olosuhteiden välimaastossa. Mittaustuloksia verrattiin myös laskennallisella tarkasteluilla saatuihin tuloksiin, kun tarkasteltavana oli samat rakenteet tutkimuksessa mitatuissa sisä- ja ulkoilman olosuhteissa. Laskennassa käytettiin saksalaista WUFI 2D ja ruotsalaista 1D-HAM laskentaohjelmaa. Materiaaliominaisuuksina käytettiin pääosin TTY:n talonrakennustekniikan laboratoriossa mitattuja materiaaliarvoja. Laskentatulosten perusteella voitiin todeta, että puurunkoisten seinärakenteiden toimintaa voidaan mallintaa riittävällä tarkkuudella myös laskennallisesti. Kokeissa mitatut eristetilan ulko-osan RH -arvot erosivat laskentatuloksista eniten kokeen alkuvaiheessa. Laskennallisessa tarkastelussa suhteelliset kosteudet muuttuivat vuorokausivaihteluissa myös hitaammin kuin kokeessa mitatut arvot. Lämpötilojen osalta koetulosten ja laskennan välillä ei ollut merkittäviä eroja. Sekä höyrynsulullinen että höyrynsuluton seinärakenne toimivat koetalossa mitatuissa olosuhteissa kosteusteknisesti hyvin. On kuitenkin muistettava, että mitattujen sektorien sijainti oli rakenteiden kosteusteknisen toiminnan kannalta ihanteellinen: talo sijaitsee Etelä-Suomessa avoimella paikalla ja mittausanturit olivat eteläseinällä. Kesä 1999 oli myös erittäin kuiva ja kuuma eivätkä syksyn olosuhteet olleet homehtumisen kannalta kriittisiä. Lisäksi sisäilman kosteuslisät olivat varsin tavanomaisia. Jos olosuhteissa tapahtuu muutoksia tai rakennus sijaitsee epäedullisemmalla paikalla, höyrynsuluttoman rakenteen homehtumisriski ja kosteuden kondensoitumisriski rakenteeseen kasvaa. Höyrynsuluttoman seinän sisäpinnan vesihöyrynvastusta onkin syytä lisätä, jotta rakenteen toiminta varmistetaan myös kosteusrasituksen kasvaessa. Eristetilan ulko-osien suhteellisen kosteuden arvoja voidaan lisäksi pienentää mm. käyttämällä suuremman lämmönvastuksen ja pienemmän vesihöyrynvastuksen omaavaa tuulensuojalevyä

Puurunkoisten seinärakenteiden kosteusteknisen toiminnan vertailu omakotitalossa

Tutkimuksessa on tarkasteltu Turun Rakennustuote Oy:n kehittämän puurunkoisen seinäelementin eli ’mittaelementin’ kosteusteknistä toimintaa. Seinäelementeissä käytettyjä rakenteita on aikaisemmin tutkittu myös TTY:n talonrakennustekniikan laboratoriossa tehdyissä rakennusfysikaalisissa kokeissa. Turun Rakennustuote Oy halusi lisäksi selvittää seinärakenteiden kosteusteknistä toimintaa käytännön olosuhteissa, jotta laboratoriokoetulosten rinnalle saataisiin vertailutietoa. Tutkimus päätettiin toteuttaa jatkuvatoimisena mittauksena Lietoon, lähelle Turkua rakennetussa omakotitalossa. Koetalo valmistui loppuvuodesta 1998, jolloin myös mittausanturit asennettiin taloon. Mittauksia tehtiin omakotitalossa tammikuun 1999 ja maaliskuun 2000 välisenä aikana. Mitattavia suureita olivat suhteellinen kosteus, lämpötila, paine-ero ja ilmavirtauksen nopeus. Suureita mitattiin sisä- ja ulkoilmasta sekä rakenteesta sisältä. Lisäksi tuulensuojalevystä ja lämmöneristeistä otettiin näytteitä n. 3 kk:n välein. Suurelementtien perusrakenne oli seuraava: huokoinen kuitulevy (25 mm), levymäinen puukuitueriste (145 mm), bitumipaperi ja kipsilevy (13 mm). Mitatuissa seinäsektoreissa sisäverhouksena käytettiin paperitapettia. Mittaukset tehtiin kahdesta koolausvälistä (k600), joista toiseen vaihdettiin lämmöneristeeksi mineraalivilla ja bitumipaperin tilalle höyrynsulkumuovi (PE 0,2 mm). Näin voitiin helposti vertailla kahta erilaista seinärakenneratkaisua. Mittausjakson aikana sisäilman kosteuslisäksi mitattiin enimmillään talvella 3,8 g/m3 ja alimmillaan kesällä 1,1 g/m3. Sisäilman suhteellinen kosteus vaihteli 35 %:sta (talvella) 60 %:iin (kesällä). Ulkoilman suhteellinen kosteus vaihteli sateesta ja auringon säteilystä johtuen luonnollisesti paljon enemmän saaden maksimiarvonsa talvella ja minimiarvonsa kesällä. Lämmöneristeiden ulko-osissa suhteellinen kosteus nousi ylimmillään 83 %:iin puukuitueristeisessä sektorissa syksyllä 1999. Alkutalvesta 1999, kun rakennusaikaista kosteutta vielä oli rakenteissa, suhteellinen kosteus nousi em. sektorissa 89 %:iin. Koetalossa ei havaittu missään kohdassa kondenssia rakennenäytteiden oton yhteydessä. Höyrynsuluttomassa seinärakenteessa huokosilman suhteelliset kosteudet olivat talvikaudella n. 10 – 15 RH % korkeampia eristetilan ulko-osassa kuin höyrynsulullisessa rakenteessa. Ero oli suurimmillaan talvikaudella sisäilman kosteuslisän kasvaessa, joten sisäilman kosteuslisä vaikutti eristeen ulko-osan RH -prosenttiin höyrynsuluttomassa seinärakenteessa. Seinän yläosissa suhteellinen kosteus, vesihöyrypitoisuus sekä lämpötila olivat alaosia korkeammat riippumatta eristetyypistä. Huoneen yläosassa oli korkeammat riippumatta eristetyypistä. Huoneen yläosassa oli keskimäärin 3,0 Pa:n ylipaine ja alaosassa 1,6 Pa ylipaine. Tuuletusraossa mitattiin ilmavirtauksen keskimääräiseksi arvoksi 0,1 m/s. Mittausten perusteella voitiin todeta, että rakenteen ulkoverhouksen takana oleva tuuletusväli parantaa merkittävästi rakenteen kosteusteknistä toimintaa. Tuuletusvälin lämpötilan ero ulkoilman lämpötilaan kasvoi lineaarisesti ulkoilman lämpötilan laskiessa. Lämpötilan nousu tuuletusvälissä alentaa tuuletusvälin RH:ta ja pienentää samalla rakenteen homehtumisriskiä sekä kosteuden kondensoitumisriskiä rakenteeseen. Lisäksi tuuletusväli parantaa rakenteen lämmöneristävyyttä ja kuivumiskykyä. Mittausjakson aikana tarkasteltiin rakenteen homehtumisriskiä fil.tri. Hannu Viitasen kehittämän homeindeksiluokituksen avulla. Homeindeksi oli kummassakin rakenteessa koko mittausjakson ajan < 1, mikä tarkoittaa sitä, että rakenteissa ei ollut homeenkasvua. Homeen kasvulle suotuisia lämpötila- ja RH -olosuhteita mitattiin lähinnä puukuitueristeisen seinärakenteen yläosasta, eristetilan ulkopinnasta, mutta tässäkin tapauksessa suotuisat olosuhteet esiintyivät vain hetkittäin ja homeindeksi palautui takaisin 0:aan varsin nopeasti pitkien kuivumisjaksojen ansiosta. Eteläseinän suotuisat lämpötilaolosuhteet alensivat rakenteiden homehtumisriskiä merkittävästi ja rakennusaikainen kosteus puolestaan lisäsi homehtumisriskiä talon valmistumisen jälkeen. Tutkimuksessa verrattiin höyrynsuluttoman puukuitueristeisen seinärakenteen toimintaa myös aikaisemmin laboratoriokokeissa olleisiin vastaaviin seinärakenteisiin. Laboratoriokokeissa höyrynsuluton seinärakenne ei toiminut tyydyttävästi, mutta näissä kokeissa rakenteelle kohdistunut kosteusrasitus oli suurempi kuin koetalossa. Tutkimuksessa tarkastellun höyrynsuluttoman seinärakenteen toimintakyvyn yläraja onkin koetalossa mitattujen ja laboratoriossa olleiden olosuhteiden välimaastossa. Mittaustuloksia verrattiin myös laskennallisella tarkasteluilla saatuihin tuloksiin, kun tarkasteltavana oli samat rakenteet tutkimuksessa mitatuissa sisä- ja ulkoilman olosuhteissa. Laskennassa käytettiin saksalaista WUFI 2D ja ruotsalaista 1D-HAM laskentaohjelmaa. Materiaaliominaisuuksina käytettiin pääosin TTY:n talonrakennustekniikan laboratoriossa mitattuja materiaaliarvoja. Laskentatulosten perusteella voitiin todeta, että puurunkoisten seinärakenteiden toimintaa voidaan mallintaa riittävällä tarkkuudella myös laskennallisesti. Kokeissa mitatut eristetilan ulko-osan RH -arvot erosivat laskentatuloksista eniten kokeen alkuvaiheessa. Laskennallisessa tarkastelussa suhteelliset kosteudet muuttuivat vuorokausivaihteluissa myös hitaammin kuin kokeessa mitatut arvot. Lämpötilojen osalta koetulosten ja laskennan välillä ei ollut merkittäviä eroja. Sekä höyrynsulullinen että höyrynsuluton seinärakenne toimivat koetalossa mitatuissa olosuhteissa kosteusteknisesti hyvin. On kuitenkin muistettava, että mitattujen sektorien sijainti oli rakenteiden kosteusteknisen toiminnan kannalta ihanteellinen: talo sijaitsee Etelä-Suomessa avoimella paikalla ja mittausanturit olivat eteläseinällä. Kesä 1999 oli myös erittäin kuiva ja kuuma eivätkä syksyn olosuhteet olleet homehtumisen kannalta kriittisiä. Lisäksi sisäilman kosteuslisät olivat varsin tavanomaisia. Jos olosuhteissa tapahtuu muutoksia tai rakennus sijaitsee epäedullisemmalla paikalla, höyrynsuluttoman rakenteen homehtumisriski ja kosteuden kondensoitumisriski rakenteeseen kasvaa. Höyrynsuluttoman seinän sisäpinnan vesihöyrynvastusta onkin syytä lisätä, jotta rakenteen toiminta varmistetaan myös kosteusrasituksen kasvaessa. Eristetilan ulko-osien suhteellisen kosteuden arvoja voidaan lisäksi pienentää mm. käyttämällä suuremman lämmönvastuksen ja pienemmän vesihöyrynvastuksen omaavaa tuulensuojalevyä.publishedVersio