Calibrated hot box based study for thermal properties of a ventilated wood structured roof element

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

Comprehensive development of nearly zero-energy municipal service buildings (COMBI). Tutkimushankkeen johdanto- ja yhteenvetoraportti.

Tässä COMBI-tutkimushankkeen johdanto- ja yhteenvetoraportissa esitetään vuosina 2015—2018 toteutetun tutkimushankkeen keskeiset suositukset ja johtopäätökset. Hankkeen tavoitteena on ollut parantaa julkisten palvelurakennusten, kuten koulujen, päiväkotien ja vanhainkotien energiatehokkuutta turvallisesti ja kustannustehokkaasti. Hankkeessa on tarkasteltu sekä uudis- että korjausrakentamista.Tutkittuja aihepiirejä on hankkeessa ollut suuri määrä. Arkkitehtuurin osalta on tarkasteltu palvelurakennusten arkkitehtisuunnittelun kehittämistä energiatehokkuuden ja tilasuunnittelun näkökulmista sekä ympäristöystävällisyyden ja kestävyyden huomioon ottamista arkkitehtisuunnittelussa. Rakenteiden osalta on tutkittu niiden lämpö- ja kosteusteknistä toimintaa ja määritetty kosteusteknisiä materiaaliominaisuuksia. Kenttätutkimuksissa on tarkasteltu sisäilman olosuhteita 24 palvelurakennuksessa Tampereen ja ympäristökuntien sekä Helsingin alueella. Myös palvelurakennusten laskennallista ja toteutunutta energiankulutusta on tutkittu Tampereen, Helsingin ja Oulun kohteista. Taloteknisten järjestelmien osalta on tarkasteltu niiden kustannusoptimaalisuutta, uusiutuvan energian etätuotantoa, taloautomaatiojärjestelmien toimintaa, aurinkosuojausta ja valaistusta. Rakennusprosessin osalta näkökulmina ovat olleet päätöksenteon prosessit, talotekniikan käytännön toteutus, rakennuksen toimivuuden varmistus sekä olosuhteiden ja energiankulutuksen seuranta. Lisäksi on kehitetty työkaluja rakennushankkeen taloudellisuustarkasteluihin.Tämän johdanto- ja yhteenvetoraportin liitteenä on hankkeen tulosten pohjalta koottu COMBI 8 suosituslista, jossa esitettyjen toimenpiteiden katsotaan laajasti edesauttavan julkisten palvelurakennusten toimivuutta ja energiatehokkuutta. Raportin liitteenä on myös 45 kpl lyhyitä tuloskortteja sekä niihin liittyvät esitysaineistot, joiden tarkoituksena on helpottaa hankkeessa kerätyn tiedon leviämistä. Hankkeen alkuperäisjulkaisut on listattu tämän raportin liitteenä olevassa julkaisuluettelossa.Keskeisenä johtopäätöksenä todetaan, että hyvä energiatehokkuus on ainoastaan yksi laadukkaan rakentamisen monista ominaisuuksista. Laadukas rakentaminen edellyttää kokonaisvaltaista ja oikeaaikaista asioiden tarkastelua sekä ehjän ketjun rakentamista suunnittelusta toteutukseen ja käyttöön. Tässä onnistumisen edellytyksenä ovat rakennushankkeessa ja sen jälkeen rakennuksen parissa toimivien henkilöiden hyvä ammattitaito ja yhteistyö sekä riittävät resurssit. COMBI-hankkeen tulosten tavoitteena on antaa eri osapuolille tietoa ja työkaluja turvallisen, taloudellisen ja energiatehokkaan lopputuloksen saavuttamiseksi

Calibrated hot box based study for thermal properties of a ventilated wood structured roof element

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

Hot-box measurements to investigate the internal convection of highly insulated loose-fill insulation roof structures

The purpose of this study was to investigate how internal convection in loose-fill insulations affects the insulation properties of highly insulated roof structures. This study consists of laboratory measurements of roof structures insulated by two different blown-in insulations. The measurements are repeated with two temperature differences and air velocities for 300 mm and 600 mm thick insulation layers both with and without trusses, making a total of 24 case studies. The measurements were conducted with equipment using the calibrated hot-box method. The results of the tests show that internal convection can reduce insulation capacity significantly, especially with low-density loose-fill insulations, such as blown-in glass wool. A critical evaluation should be performed as to whether international standards and national building regulations take internal convection into account adequately. According to this study, 5 should be used as a critical modified Rayleigh number for horizontal roof structures with an open upper surface when used insulation material is loose-fill glass wool or wood fibre insulation as in this study.publishedVersionPeer reviewe

Comprehensive development of nearly zero-energy municipal service buildings (COMBI). Tutkimushankkeen johdanto- ja yhteenvetoraportti.

Tässä COMBI-tutkimushankkeen johdanto- ja yhteenvetoraportissa esitetään vuosina 2015—2018 toteutetun tutkimushankkeen keskeiset suositukset ja johtopäätökset. Hankkeen tavoitteena on ollut parantaa julkisten palvelurakennusten, kuten koulujen, päiväkotien ja vanhainkotien energiatehokkuutta turvallisesti ja kustannustehokkaasti. Hankkeessa on tarkasteltu sekä uudis- että korjausrakentamista.Tutkittuja aihepiirejä on hankkeessa ollut suuri määrä. Arkkitehtuurin osalta on tarkasteltu palvelurakennusten arkkitehtisuunnittelun kehittämistä energiatehokkuuden ja tilasuunnittelun näkökulmista sekä ympäristöystävällisyyden ja kestävyyden huomioon ottamista arkkitehtisuunnittelussa. Rakenteiden osalta on tutkittu niiden lämpö- ja kosteusteknistä toimintaa ja määritetty kosteusteknisiä materiaaliominaisuuksia. Kenttätutkimuksissa on tarkasteltu sisäilman olosuhteita 24 palvelurakennuksessa Tampereen ja ympäristökuntien sekä Helsingin alueella. Myös palvelurakennusten laskennallista ja toteutunutta energiankulutusta on tutkittu Tampereen, Helsingin ja Oulun kohteista. Taloteknisten järjestelmien osalta on tarkasteltu niiden kustannusoptimaalisuutta, uusiutuvan energian etätuotantoa, taloautomaatiojärjestelmien toimintaa, aurinkosuojausta ja valaistusta. Rakennusprosessin osalta näkökulmina ovat olleet päätöksenteon prosessit, talotekniikan käytännön toteutus, rakennuksen toimivuuden varmistus sekä olosuhteiden ja energiankulutuksen seuranta. Lisäksi on kehitetty työkaluja rakennushankkeen taloudellisuustarkasteluihin.Tämän johdanto- ja yhteenvetoraportin liitteenä on hankkeen tulosten pohjalta koottu COMBI 8 suosituslista, jossa esitettyjen toimenpiteiden katsotaan laajasti edesauttavan julkisten palvelurakennusten toimivuutta ja energiatehokkuutta. Raportin liitteenä on myös 45 kpl lyhyitä tuloskortteja sekä niihin liittyvät esitysaineistot, joiden tarkoituksena on helpottaa hankkeessa kerätyn tiedon leviämistä. Hankkeen alkuperäisjulkaisut on listattu tämän raportin liitteenä olevassa julkaisuluettelossa.Keskeisenä johtopäätöksenä todetaan, että hyvä energiatehokkuus on ainoastaan yksi laadukkaan rakentamisen monista ominaisuuksista. Laadukas rakentaminen edellyttää kokonaisvaltaista ja oikeaaikaista asioiden tarkastelua sekä ehjän ketjun rakentamista suunnittelusta toteutukseen ja käyttöön. Tässä onnistumisen edellytyksenä ovat rakennushankkeessa ja sen jälkeen rakennuksen parissa toimivien henkilöiden hyvä ammattitaito ja yhteistyö sekä riittävät resurssit. COMBI-hankkeen tulosten tavoitteena on antaa eri osapuolille tietoa ja työkaluja turvallisen, taloudellisen ja energiatehokkaan lopputuloksen saavuttamiseksi