Det här verket har digitaliserats vid Göteborgs universitetsbibliotek och är fritt att använda. Alla tryckta texter är OCR-tolkade till maskinläsbar text. Det betyder att du kan söka och kopiera texten från dokumentet. Vissa äldre dokument med dåligt tryck kan vara svåra att OCR-tolka korrekt vilket medför att den OCR-tolkade texten kan innehålla fel och därför bör man visuellt jämföra med verkets bilder för att avgöra vad som är riktigt. Th is work has been digitized at Gothenburg University Library and is free to use. All printed texts have been OCR-processed and converted to machine readable text. Th is means that you can search and copy text from the document. Some early printed books are hard to OCR-process correctly and the text may contain errors, so one should always visually compare it with the ima- ges to determine what is correct. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 C M Rapport R38:1991 Fuktdimensionering av träkonstruktioner Riskanalys Lars Erik Nevander Bengt Elmarsson iyggforskningsrådet R38:1991 FUKTDIMENSIONERING AV TRÄKONSTRUKTIONER RISKANALYS Lars Erik Nevander Bengt Elmarsson Denna rapport hänför sig till forskningsanslag 850871-4 och 890828-0 från Statens råd för byggnadsforskning till Lunds tekniska högskola samt Lars Erik Nevander HB, Lund. REFERAT Projektet avser att anvisa metoder för att beräkna eller bedöma risken för fuktskador, särskilt i träkonstruktioner. Rapportens innehåll: Allmänt om riskanalys med händelse­ träd, felträd, ekonomisk värdering m m. Statistiska beräk­ ningar av fukttillstånd med Monte Carlo-metoden. Träets motståndsförmåga mot mögelangrepp som stokastiskt fenomen. Fuktpåverkan genom fuktdiffusion, fuktkonvektion m m. Beräkning av risk för mögelangrepp på träregelvägg. Inver­ kan av årstid, ångspärr, isolertjocklek. Parameterstudie av inverkande faktorer vid mera komplicerade beräknings- fall, exemplifierat på takpanel över vindsutrymme. Kvali­ tativ bedömning av risker, tillämpat på en träsyll. Diskus­ sion av riskbegreppet, inverkan av grova fel samt beräk­ ningarnas giltighet. I Byggforskningsrådets rapportserie redovisar forskaren sitt anslagsprojekt. Publiceringen innebär inte att rådet tagit ställning till åsikter, slutsatser och resultat. Denna skrift är tryckt på miljövänligt, oblekt papper. R38:1991 ISBN 91-540-5350-1 Statens råd för byggnadsforskning, Stockholm gotab 93891, Stockholm 1991 INNEHÅLL Förord 3 Innehåll 5 Sammanfattning 7 Summary 8 Beteckningar 9 1 FUKTDIMENSIONERING 11 1.1 Allmänt 11 1.2 Vem har felat? 12 1.3 Principer för fuktdimensionering 14 2 RISKANALYS 16 2.1 Mått på risk 16 2.2 Klassisk riskanalys 16 2.3 Möjlighetsanalys 19 2.4 Riskidentifiering. Skadetyper och fuktkriterier 20 2.5 Riskbestämning 26 2.5.1 Beräkning av fuktskaderisk 26 2.5.2 Beta-metoden 27 2.5.3 Samband mellan risknivå och dimensionerande fukttillstånd 29 2.6 Riskvärdering 32 2.6.1 Primära skador 32 2.6.2 Sekundära skador 35 3 BERÄKNING AV FUKTTILLSTÅND 37 3.1 Beräkningsmetoder. Monte Carlo-metoden 37 3.2 Materialdata 40 3.3 Klimatdata. Randvillkor 41 3.3.1 Temperatur och fuktighet utomhus 41 3.3.2 Temperatur och fuktighet inomhus 41 3.3.3 Solinstrålning, nattutstrålning och värmeövergångskoefficient 43 3.3.4 Övriga 44 3.4 Diffusionsförlopp 45 3.4.1 Allmänt 45 3.4.2 Endimensionella stationära beräkningar. Monte Carlo-metoden 46 3.4.3 En- och två-dimensionella, stationära och icke-stationära beräkningar 47 3.5 Fuktkonvektion 47 3.6 Regn och snö 54 3.6.1 Regn 54 3.6.2 Slagregn 54 3.6.3 Snö och yrsnö 57 3.7 Läckage från installationar 57 3.8 Markfukt 57 4 TRAREGELVAGGAR 61 4.1 Diffusionsberäkning. Året runt 61 4.2 Inverkan av försämrad ångspärr 66 4.3 Inverkan av isolertjocklek 67 4.4 Indragen ångspärr 68 5 TAKPANEL ÖVER KALLVIND 70 5.1 Energi- och fuktbalanser 70 5.2 Stationära fall 70 5.3 Icke-stationära fall 75 6 KVALITATIV BEDÖMNING AV RISK 77 7 DISKUSSION 79 7.1 Riskbegreppet 79 7.2 Mögel 80 7.3 Vilken risk skall vi tillåta 80 7.4 Grova fel 81 7.5 Giltighet 81 Litteratur Bilaga A Materialdata Bilaga B Klimatdata Bilaga C Solinstrålning Bilaga D Uppskattning av övertryck inomhus FORORD Under de senaste 20 åren har vi haft mycket fuktskador i Sverige t ex röta i fönster och fukt i grundkonstruktioner som medfört mögelväxt och mögellukt. Under de allra senaste åren har dessutom tillkommit ”sjuka hus”-problemen som också anses ha stark koppling till fukt. De många fuktskadorna visar att vi omedvetet tagit alldeles för stora risker i am­ bitionen att pressa kostnaderna. Om man genom en riskanalys kan bedöma riskerna för olika typer av skador kan man dels vidta åtgärder mot de största riskerna, dels beräkna en riskkostnad för olika konstruktioner. En sådan riskkostnad bör rimligen ingå i totalkostnaden för en konstruktion och därigenom komma att påverka valet av konstruktion. Avsikten med detta projekt har varit att försöka finna en metod för att beräkna och bedöma riskerna för fuktskador i träkonstruktioner, särskilt risken för mögeltillväxt. Någon fullständig riskanalys för olika träkonstruktioner har inte utförts främst därför att sannolikheterna för olika typer av fuktpåverkningar är alltför dåligt kända. Alla beräkningar har utförts av Elmarsson. En del som inte ingår i denna rapport kommer att publiceras på annat sätt. Den grundläggande fuktfysiken förutsätts vara känd för läsaren och kan studeras i Fukthandboken (Nevander &: Elmarsson 1981). Nomenklatur och beteckningar över­ ensstämmer i huvudsak med Fukthandboken. Vi tackar Lars Sentier för värdefulla informationer om riskanalys och alla andra som bidragit med synpunkter och särskilt mykologerna Jonny Bjurman, Nils Hallenberg, Björn Henningsson och Arne Hyppel för deras medverkan att få fram en mögelkurva. Fuktgruppen i Lund har också medverkat med en stimulerande diskussionsmiljö och med många synpunkter. Vi tackar också vår skickliga sekreterare på Byggnadsfysik, LTH, Birgitta Salmi som överfört manuskriptet till ordbehandlare. Arbetet har bekostats genom anslag 850871-4 från Statens Råd för Byggnadsforskn­ ing till institutionen för Byggnadsteknik, LTH och anslag 890828-0 till Lars Erik Nevan­ der HB, Lund. Lund i februari 1991 L E Nevander Bengt Elmarsson SAMMANFATTNING Fuktskaderiskerna har ofta försummats eller undervärderats. Man vill därför gärna införa en fuktdimensionering så att vederbörlig hänsyn tas till fukten redan på projek- teringsstadiet. En fuktdimensionering innehåller två moment - att beräkna, uppskatta eller bedöma framtida fukttillstånd och att jämföra dessa med något tillåtet värde. Fukttillstånden beror på ett stort antal parametrar som klimat ute och inne, kon­ struktionens utförande och ingående materials egenskaper. Alla dessa kan variera av­ sevärt. Vid en del enklare beräkningar, t ex diffusionsberäkningar, kan man ta hänsyn till dessa variationer genom att använda den s k Monte Carlo-metoden som innebär att man gör ett stort antal beräkningar - ca 1000. I varje beräkning låter man varje parameter slumpmässigt anta ett värde inom sin frekvensfördelning. Man får på det sättet ett stort antal värden på fukttillståndet ifråga och man kan beräkna sannolikheten för olika fukttillstånd. Dessa fukttillstånd måste sedan jämföras med vad som kan tillåtas. För trä är ofta mögelangrepp dimensionerande eftersom mögel kan tillväxa vid tämligen låga relativa fuktigheter. Aven mögelangreppen är emellertid litet slumpartade. Grundat på resultat från STU-projekt och i samarbete med mykologer har därför en ”mögelkurva” tagits fram som visar risken för mögeltillväxt på trä vid olika relativ fuktighet eller fuktkvot, figur 2.5. Kurvan är emellertid osäker särskilt för de lägre temperaturerna. Av sannolikheten för olika fukttillstånd och sannolikheten för mögeltillväxt kan man räkna ut risken för mögeltillväxt i den aktuella konstruktionen. Inverkan av fuktkonvektion, slagregn och markfukt är svårare att behandla på detta sätt eftersom randvillkoren är mycket sämre kända. I kapitel 4 redovisas diffusionsberäkningar för en vanlig träregelvägg. I beräkning­ arna har inverkan av solstrålning medtagits. Risken för mögelväxt blir större för norrväggen än för söderväggen och större i södra Sverige än i norra Sverige. Risken blir störst i september enligt beräkningarna. Dessutom redovisas inverkan av försämrad ångspärr, isolertjocklek och indragning av ångspärren. Om beräkningarna blir mera omfattande blir det svårare att använda Monte Carlo- metoden. I kapitel 5 redovisas stationära och icke-stationära beräkningar av fukt­ tillståndet i takpanelen ovanför en kallvind. Genom parameterstudier kan man få en uppfattning om olika inverkande faktorers betydelse. För sådana tak är en kombina­ tion av luftläckage inifrån och dålig ventilation av vindsutrymmet särskilt kritisk. Den fuktmagasinerande förmågan hos takpanelen synes inte ha så stor inverkan. När man inte kan beräkna fukttillstånden numeriskt kan det vara värdefullt att göra kvalitativa bedömningar av risken för fuktskador. Ett exempel på en sådan bedömning ges i kapitel 6. Rapporten avslutas med en diskussion av riskbegreppet, inverkan av tiden på mögel­ risken, grova fel och beräkningarnas giltighet. Vilken risk man kan tillåta beror bl a på ekonomiska konsekvenser, hälsorisker samt sociala och psykologiska faktorer. Syftet med detta projekt har varit att anvisa möjliga metoder för att beräkna eller bedöma risken för fuktskador särskilt i träkonstruktioner. En bättre kännedom om alla indata är önskvärd för att riskanalysen skall bli mera användbar. Det är emellertid bättre att försöka använda befintlig kunskap än att inte göra något alls. 7 SUMMARY In recent years a large number of moisture damages indicates that we in Sweden have taken two large risks in building construction in the ambition to cut down costs. The risks of moisture damages have often been neglected or underestimated. Therefore, there is need to introduce a ”moisture design” so that proper concern is attributed to the moisture already in the design stage. A moisture design comprises two elements. The first is to calculate, estimate or judge the future conditions and the second to compare these conditions with some permissible values. The moisture conditions depend upon a large number of parameters e.g. outdoor and indoor climate, properties and combinations of the materials used and the design and execution of the building. All these can vary considerably. In some simpler calculations, e.g. water vapour diffusion calculations, these varia­ tions can be considered by using the Monte Carlo-method, which means that a large number of calculations are made. In each calculation each parameter is given a value by random within its frequency distribution. In that way a large number of values for the particular moisture condition is obtained and the propability for different moisture conditions can be estimated. These moisture conditions should then be compared with permissible values. Mould growth is often the determining factor for wood as it can develop at rather low relative humidities. Based on other Swedish research projects a ”mould curve” for wood has been elaborated showing the risk for mould growth at different relative humidities or moisture contents, figure 2.5. The curve is, however, rather uncertain specially for low temperatures. The risk for mould growth in a particular construction can then be calculated using the probability of different moisture conditions and the mould curve. The influence of moisture convection, driving rain and ground water is more difficult to treat in this way as the boundary conditions are less known. In Chapter 4 diffusion calculations for an ordinary wood stud wall is reported. The influence of solar radiation is considered. The risk for mould growth is larger for walls facing north than for those facing south and larger in southern Sweden than in the north. According to the calculations the risk is largest in September. The effects of reduced vapour barrier, insulation thickness and placing of the barrier are also reported. In cases with more complicated calculations it is less suitable to use the Monte Carlo- method. Stationary and non-stationary calculations of the moisture conditions in an attic are reported in Chapter 5. By parameter studies one can estimate the importance of different factors. Leakage of indoor air combined with insufficient ventilation of the attic seem to be particularly critical. The moisture absorbing capacity of the wooden roof panel does not seem to have any significant effect. In cases where it is not possible to calculate the moisture conditions numerically it might be valuable to make qualitative estimations of the risk for moisture damages. An example is given in Chapter 6. The report is concluded with a discussion of the risk concept, acceptable risks, influence of time on mould growth risk, gross errors, and the validity of the calculations. The object of this project has been to indicate possible methods of calculating or estimating risks of moisture damages particularly in wooden structures. In order to increase the benefit of risk analyses a better knowledge of in-put data is desirable. However, it is better to try to use the present knowledge than to do nothing. BETECKNINGAR ABODE händelser, sannolikhet R förmåga att motstå fukt S fuktpåverkan M säkerhetsmarginal A a d D P area absorptionsfaktor för kortvågig strålning tjocklek kapillär ledningskoefficient fuktflödestäthet lagrad fuktmängd höjd kortvågig strålning luftpermeans medelvärde luftomsättning ångtryck, lufttryck luftflöde luftflödestäthet värmemotstånd Celsiustemperatur fuktkvot vindhastighet ånghalt volym fukthalt längdkoordinat storhets mätetal ånggenomgångsmotstånd m m2/s kg/(m2-s) kg/m2 m W m3/ (m2- s- oms /h Pa m3/s m3/(m2-s) m2-K/W °C m/s kg/m3 m3 kg/m3 m s/m värmeövergångskoef&cient säkerhetsindex ångpermeabilitet relativ fuktighet, RF fördelningsfunktion värmekonduktivitet formfaktor standardavvikelse densitet W/(m2-K) m2/s W / (m-K) kg/m3 Pa) 9 INDEX i inne FT fukttillskott kond kondensation konv konvektion t läckflöde av luft s mättnad ■s strålning u ute v vindsutrymme Beteckningarna stämmer i huvudsak med svensk standard SS 024201 och SS 024203. 10 1 FUKTDIMENSIONERING 1.1 Allmänt När man bestämmer utformningen av en byggnadsdel måste man ta hänsyn till många olika aspekter såsom ekonomi, utseende, bärförmåga, värmeisolering, ljudisolering, brand­ skydd etc. Även fukt hör till de aspekter som måste beaktas, men vanligen är det inte fuktaspekter som är primärt styrande vid val av konstruktion. Ofta tar man hänsyn till fuktaspekterna genom att komplettera konstruktionen med t ex en fuktspärr för att hindra uppsugning av fukt eller en luftspalt för att hindra slagregn att slå igenom.Ofta gör man ingenting utan accepterar en konstruktion som man använt tidigare, även om förutsättningarna kan ha ändrats. Vid statisk dimensionering görs oftast noggranna beräkningar. Ingen accepterar att man låter bli att göra en beräkning och i stället gör alla betongplattorna i en husbyggnad 16 cm tjocka med rutarmering 08 c 200 med motiveringen att det brukar hålla då (- och säkerligen inte heller skulle leda till brott). Man skulle önska att man liksom vid statisk dimensionering alltid gjorde en fuktdi­ mensionering. Med fuktdimensionering avses enligt Sandberg (1989) ”de åtgärder som skall säkerställa att byggnaden inte får skador eller olägenheter som orsakas direkt eller indirekt av fukt”. Harderup (1991) illustrerar fuktdimensionering enligt figur 1.1. TYPRITNINGAR BYGGNADSDEL KVALITATIV BEDÖMNING KVANTITATIV BEDÖMNING KONSTRUKTIONEN GODTAGES FUKTPÅVERKAN Nederbörd Luftfukt Byggfukt Markfukt Figur 1.1. Fuktdimensionering enligt Harderup (1991). Att dimensionera för fukt är emellertid inte enkelt. Klimatet ute (t ex slagregn) varierar kraftigt, begynnelsevillkoren är ospecificerade (regn på byggnadsplatsen), ma­ terialdata är osäkra och i vissa fall kan man inte med en formel säkert beskriva en 11 fuktttransport. Även om man lyckas beräkna ett fukttillstånd kan det vara svårt att avgöra om det är acceptabelt eller inte. Det är inte bara fråga om ett bestämt värde på en fuktbalt utan också varaktigheten och samtidig temperatur. Dessutom tillkommer fragan om vilken riskbegränsning man skall använda och hur man skall beräkna den. Svårigheterna får inte medföra att man inte gör någonting alls. Det minsta man kan begära är att projektören funderar igenom hur konstruktionen skall kunna motstå de fuktpåverkningar som uppkommer under byggnadstid och under brukstid. Hand­ lingarna bör vidare innehålla instruktioner så att den avsedda funktionen erhålls. Var och en kan konstatera att vi har haft alldeles för mycket fuktskador i Sverige under den senaste tiden. På trä och träkonstruktioner har det förekommit röta i fönster, mögelpåväxt och mögellukt i grundkonstruktioner, röta och mögel på träfasader m m. Avsikten med detta projekt är att studera metoder att fuktdimensionera träkonst­ ruktioner pa ett sadant sätt att riskerna för att skada eller olägenhet kan uppskattas kvantitativt. 1.2 Vem har felat? I tre studier - en i England och en i Belgien och en vid Statens Institut för Bygg­ nadsforskning i Gävle - refererade av Bergström (1989) har man studerat hur byggfelen och skadorna uppkommit. Studierna ger mycket likartat resultat och visar i runda tal följande fördelning Projekteringsfel Materialfel Utförandefel Övrigt. Bl a påverkan av brukaren Dessa tal avser alla typer av fel och skador - även inom anläggningssektorn. Det finns anledning att anta att när man begränsar sig till fuktskador andelen projekteringsfel ökar. Lorentzen (1988) har angivit 80% projekteringsfel, och denna siffra förefaller rimlig. Projekteringsfel kan ha haft följande orsaker Brist på kunskap. Härmed avses att kunskapen inte har funnits. Man kan hävda att före 1970 ingen visste att mögel kunde förekomma i byggnader på sådant sätt som senare visade sig och att det kunde föranleda så stora olägenheter. Möglet som sådant var känt men dess effekt på byggnader var okänd. Man kan inte heller utesluta att miljöförändringar har medfört förändringar av skadebilden. 50% 10% 25% 15% 12 Ej använt befintlig kunskap. Detta kan dels bero på bristande ambition att tillgodogöra sig tillgänglig kunskap, dels på att senaste forskningsresultat inte hunnit nå ut till den praktiskt verksamme projektören. Ej insett problemen. Har man inte kunskap är det svårt att bedöma när man har problem. Fuktkonvektion har ofta helt försummats. Tagit för stora risker. För att pressa kostnaderna har man förenklat konst­ ruktionerna mer och mer. När man samtidigt inte har haft möjlighet att beräkna någon skaderisk har man inte kunnat veta hur långt man kunde gå. Uppenbarligen har vi i Sverige kommit ned under den acceptabla säkerhetsnivån. Felaktiga data. Många klimatdata och materialdata är fortfarande ofull­ ständigt kända. Det finns därför stor risk att man använder fel data även när man har ambitionen att göra en seriös fuktdimensionering. Olämpliga normer. Vissa normer, anvisningar och typgodkännande har varit olämpliga. På grund av sin status har de dock påverkat projektörens val av konstruktion. Materialfel kan vara av olika slag men ibland kan det vara svårt att skilja mellan projekteringsfel, materialfel och utförandefel. Ex. När det visade sig att vissa material till kapillärbrytande skikt inte var tillräckligt kapillärbrytande kunde man anse det vara ett materialfel. Om man nu inte föreskriver kontroll av den kapillära stighöjden får det betraktas som ett projekteringsfel. Om kontrollen inte blir utförd på arbetsplatsen blir det ett utförandefel. Det förekommer emellertid rena materialfel, bl a av följande typer. Tillverkningsfel. Sprucket virke eller hål och revor i folier. Material med sådana fel byggs normalt inte in i konstruktionen. Bakterieangrepp på virke under lagring före sågning medför ökad och framförallt varierande perme- abilitet, vilket medför att en lasering blir flammig. Ej uppfyllt gällande specifikation. Fasadtegel eller taktegel med otillräcklig frostbeständighet. Vindskyddspapp med större ångmotstånd än vad som anges i Svensk standard. Utförandefel kan vara av följande slag. Ej följt handlingar. Kan bero på slarv eller fusk ofta kombinerat med okun­ skap om möjliga konsekvenser. Tidspress kan medföra att man känt sig tvungen att avvika från handlingarna. Dålig kontroll. Dels av eget arbete, dels av mottagna varor. Hur ofta har det förekommit tidigare att man mätt fuktkvoten hos levererat virke? 13 Missriktad ambition. Det har förekommit att man för att ”förbättra kon­ struktionen” lagt på ett extra tätskikt, men istället stängt in fukten med skador som följd. Dåligt skydd mot vatten på arbetsplatsen. Material och pågående bygge måste skyddas mot regn och snö så att inte byggnaden startar med ogynnsamma begynnelsevillkor, Hanson (1989), figur 1.2. Kan man inte åstadkomma fullständigt skydd måste man ordna särskild torkning. Även byggfukt i betong måste få erforderlig torktid. Figur 1.2. Blötlagd syll. Foto: Tore Hansson. 1.3 Principer för fuktdimensionering Både den kvantitativa beräkningen och den kvalitativa värderingen baseras på den klas­ siska fuktmekaniken. Man utgår från fuktkällorna som utgör belastningen eller påverkan på konstruktio­ nen.För att finna de kritiska fukttillstånden måste man räkna både med långtidsmedel- värden och extrema värden, samt dessutom flera olika kombinationer. Temperaturför­ hållandena inkl solstrålning är också viktiga randvillkor. Fukttransporten i en konstruktion kan bero på flera olika fysikaliska förlopp, såsom diffusion, konvektion, kapillärsugning, tyngdkraft, vindtryck. Därjämte inverkar tem­ peraturtillståndet både direkt och indirekt på fukttransporten. Det är därför flera olika fuktförlopp som måste beaktas. Därefter skall man avgöra om de tänkbara fukttillstånden kan accepteras. Detta beror inte bara på fukthalten utan även på samtidigt rådande temperatur och på tillståndets varaktighet. För trä är det särskilt vanskligt eftersom gränsvärdet för mögelpåväxt är osäkert. Risken för biologiska angrepp beror säkerligen även på an­ dra faktorer men tillräckligt med fukt är en nödvändig förutsättning. Vid kvantitativa beräkningar kan man göra beräkningarna för stationära eller icke- 14 stationära förhållanden eller i vissa fall blandningar så att man t ex räknar temperaturen stationärt och fukten icke-stationärt. Under alla förhållanden erfordras kvantitativa data för randvillkor, begynnelsevillkor och materialdata. Försöker man räkna ut hur många kombinationer av randvillkor, begynnelsevillkor och transportsätt som man egentligen borde beakta i sina beräkningar kommer man till orimliga antal. Man måste därför använda sin erfarenhet för att sålla bort de fall som är mindre betydelsefulla. Vid en kvalitativ värdering använder man också byggfysikens grunder och kom­ binerar detta med praktisk erfarenhet. Ofta nöjer man sig med att bedöma hur de olika fuktkällorna inverkar. Man bedömer t ex om byggfukt har möjlighet att torka ut, hur slagregn avvisas, om det finns risk med fuktkonvektion etc. Det är ett oavvisligt krav att teori och praktik stämmer överens. Gör de inte det har man antingen använt fel teori eller utvärderat de praktiska erfarenheterna fel. Med fel teori behöver inte menas att teorin är felaktig utan att den inte beskriver de viktiga och avgörande förhållandena. En fuktbedömning kan också baseras på mätningar, antingen på laboratorium eller i fält. De experimentella undersökningar som finns tillgängliga kan inom detta projekt anses ingå i de praktiska erfarenheterna. 15 2 RISKANALYS 2.1 Mått på risk Begreppet säkerhetsfaktor har haft en vidsträckt tillämpning speciellt i samband med hållfasthetsdimensionering av byggnadskonstruktioner. Då frågan om fuktskador kom­ mit pa tal har det ibland framhållits att det hittills inte förekommit någon mera sys­ tematisk riskbedömning vid utformning av konstruktioner från fuktrisksynpunkt. Begreppet säkerhetsfaktor kunde också vara användbart vid dimensionering med hänsyn till fukt. Mycket talar emellertid för att det skulle bli ett svårhanterligt mått. En bättre väg torde vara att använda begreppet risk som kan anses vara ett mera direkt matt. Ett argument för detta är att man inom hållfasthetsdimensioneringen håller på att lämna begreppet säkerhetsfaktor till förmån för att i stället tala om exempelvis brottrisk. Med risk förstås då rent allmänt sannolikheten för en oönskad konsekvens. 2.2 Klassisk riskanalys En beskrivning av riskanalys tillämpad på byggnadstekniska problem ges av Sentier (1980) och Andersson & Sentier (1982). Den klassiska riskanalysen kan indelas i tre avsnitt Riskidentifiering Riskbestämning Riskvärdering Tillämpning och exemplifiering görs i fortsättningen direkt till fuktdimensionering av träkonstruktion. Vid riskidentifiering sammanställs alla risker och deras konsekvenser. Riskerna kan vara av tre slag. Fuktpaverkan kan vara större än man förutsett vid dimensioneringen eller har blivit förbisedd pa nagot sätt, t ex högre luftfukt inomhus än beräknat eller övertryck inomhus. Byggnadsmaterialens egenskaper kan avvika från vad man förväntat, t ex kapillär­ sugning i skikt som antagits vara kapillärbrytande. Mänskligt felbeteende som kan påverka konstruktionen på flera sätt. Upphovet till felen kan vara allt från okunnighet till medvetet slarv, t ex skadad eller helt utelämnad ångspärr. Ofta måste avvikelser av olika slag inträffa samtidigt för att en skada skall upp­ komma. I riskbestämningen gäller det att ange hur stor risken är för att en viss händelse skall leda till en skada eller annan olägenhet. I idealfallet vill man naturligtvis komma till en helt kvantifierad sannolikhet för en sekvens av händelser som leder till en skada. Ofta måste emellertid riskbestämningen grundas på subjektiva värderingar. I riskvärderingen skall man bedöma vilka risker som kan accepteras. Vi talar i fortsättningen om en acceptabel risknivå. Storleken av denna beror bl a på vilka kon­ sekvenser en skada leder till och hur lätt eller svårt det är att eliminera skadan. Denna bedömning kan baseras på tekniska, ekonomiska och inte minst sociala överväganden. Riskvärderingen kan ligga till grund för de krav som man har anledning att ställa för att eliminera eller kontrollera riskerna. 16 I riskanalysen arbetar man ofta med ”händelseträd” och ”felträd”. Ett händelseträd visar hur en händelse påverkar en eller flera konstruktioner. I figur 2.1 visas ett händelseträd för regn på en byggnad. REGN VIND • PÅ HARK PÅ TAK -PÅ VÄGG rRINNER FRÅN HUSET l-TILL DRÄNERING RINNER MOT HUSET L-MOT kallar- i VÄGG » 4pLACKAGE —J LSUGS IN -FUKTFLÄCKAR RÖTA , MÖGEL ■HÖG RF -VATTENAVLEDN- LLACKER IM TILL AVLOPP r- RÖTA I PANEL (- ■FUKTFLÄCKAR RÖTA FÖRS. VÄRME I SOL ■RINNER AV —I ■SUGS UPP -SOMMARKONDENS J-FUKT I PANEL —ROTA r- FUKTFLÄCKAR J-RINNER IGENOM-FUKT I TRÄKONST-RÖTA , MÖGEL -FÖRSÄMRAD VÄRMEISOL Figur 2.1. Händelseträd. Inverkan av regn på en byggnad med utvändig träpanel. Man ser att regn kan påverka på många sätt. Mest intressant i detta speciella diagram är kanske att regnvatten kan ledas mot källarväggen, via taket och via väggen. Oftast studerar man emellertid en byggnadsdel eller en komponent i en byggnadsdel och då kan det vara mera intressant att rita händelsträd som visar hur olika händelser kan inverka på en byggnadsdel eller en komponent. Ett sådant händelseträd för fukt­ tillståndet i en träfasadpanel visas i figur 2.2. Genom att läsa händelseträdet från höger till vänster får man information om tänkbara orsaker till fukttillståndet i panelen. Vid sådan användning skulle det kunna kallas orsaksträd. Aven om ett sådant händelseträd är ganska komplicerat ger det endast kvalitativ information om händelser som kan leda till oönskade konsekvenser. För att kunna beräkna fuktkvoten i panelen och dess statistiska fördelning måste man ha tillgång till en mängd kvantitativa uppgifter om fuktpåverkan. Hur mycket slagregn träffar fasaden, fördelning i tid och intensitet? Hur mycket rinner utefter ytan? Och hur stor sannolikhet är det att virket är sprucket så att vatten kan rinna igenom? Målningens inverkan är ej medtagen. Hur inverkar en osprucken resp en sprucken målningsfilm, och i sistnämnda fall hur stor är risken att målningen är sprucken? 17 REGN r ABSORBERAS - SLAGREGN |— UTSIDA GENOM FOG GENOM SPRICKA, KVIST _ .-ABSORBERAS LUFTFUKT INNE- -Diffusion Tkonvektion- INNE ^ •GENOM KONSTRUKTIONEN GENOM HÅL I KONSTRUKTIONEN- f-INSIDA — ABSORBERAS ----- RINNER AV -LUFTSPALT —KONDENS PÅ - PANEL LUFTFUKT UTE- ■FUKTJAMVIKT SOL VIND r KVARVARANDE FUKT- FUKT I PANEL luttorkning - UTÅT • I NÅT VENTSPALT Il- Figur 2.2. Händelseträd. Inverkan av olika fuktkällor på en byggnadsdel, utvändig träpanel. Om figuren läses från höger till vänster kan den kallas orsaks- träd. Om vi visste allt detta och mer därtill skulle det nog vara möjligt att göra en någotsånär korrekt riskbestämning som kunde ligga till grand för en riskvärdering. Med stor sannolikhet kommer vi aldrig att få tillgång till en sådan detaljerad information - förhållandena varierar också från hus till hus. I denna information skall också ingå den statistiska variationen i materialegenskaper och risken för fel på grund av mänsklig aktivitet under projektering, byggande och brukande. Vid riskvärderingen måste man också ta hänsyn till att en viss fuktkvot i panelen kan ha olika konsekvenser beträffande beständighet vid olika temperaturer och olika varaktighet. Inom riskanalysen brukar man också använda felträd. Ett exempel på ett förenklat sådant visas i figur 2.3. OTÄT ÄNGSPÄRR -DIFFUSION -- KONVEKTION -LÄCKAGE KONDENS -ENERGIFÖRLUST -VENTILATION Figur 2.3. Felträd, förenklat. Inom projektet har vi ritat ett stort antal händelsträd, orsaksträd och felträd för att 18 se om vi kunde använda den klassiska riskanalysen vid fuktdimensionering av träkonst­ ruktioner. Det har då visat sig att händelseträd kan ge en kvalitativ information om det fukttekniska skeendet och de kan användas för att identifiera vissa känsliga skeden i händelsekedjan. Bristen på kvantitativ information gör dock att vi inte ansett oss kunna använda fullständiga händelseträd eller liknande som grund för en riskanalys. 2.3 Möjlighetsanalys Eftersom det inom många områden är svårt att använda klassisk riskanalys har även andra metoder utvecklats. En sådan är möjlighetsanalys, som i stort går ut på att man gör en kvalitativ bedömning av möjliga skeenden som kan resultera i en skada. Den grundläggande filosofin är att det är bättre att ta hänsyn även till ofullständiga informationer än att negligera dem. Det har även skapats en speciell matematik för att behandla sådana data (”fuzzy sets”), se vidare Andersson (1988). I detta projekt har vi delvis använt oss av en variant av möjlighetsanalys som visas schematiskt i figur 2.4. Detta kan anses vara en utvidgad riskanalys med användning av felträd. ^RISKEN ACCEPTERAS SKADER I SK RISKVÄRDERING FUKTBERÄKNING FUKTBEDIJMNING KONSTRUKTION ENLIGT RITNING MED GROVA FEL FUKTPÄVERKAN Regn Luftfukt BYGGFUKT MARKFUKT LÄCKAGE MÄNSKLIG PÅVERKAN JA Figur 2.4. Schema för möjlighetsanalys. Man utgår från de vanliga fuktkällorna - regn, luftfukt, byggfukt och markfukt. 19 Därjämte beaktas också annan fuktpåverkan. Läckage från vattenledningar kan t ex ge olika omfattande skador i olika konstruktioner. De boendes aktivitet kan också medföra fuktpåverkan - det finns faktiskt fall där man vattnat sina blomrabatter så ihärdigt att byggnaden skadats. Konstruktionen förutsättes dels vara utförd enligt ritningen dels vara behäftad med grova fel. För den ideala konstruktionen görs fuktberäkningar enligt vanliga oftast stationära metoder men med statistisk spridning av klimatdata, materialdata m m enligt en metod som beskrivits av Nielsen (1987). Metoden innebär att man gör ett stort antal beräkningar, vanligen minst 500, där de ingående parametrarna slumpvis tilldelas ett värde som ligger inom deras respektive fördelningskurva. Av resultatet kan man dels direkt dra statistiska slutsatser, dels avgöra hur olika parametrar inverkar. Metoden beskivs närmare i kap 3. För den ideala konstruktionen görs även en del mera avancerade beräkningar, t ex tvådimensionella beräkningar och icke-stationära beräkningar. Fuktpåverkan av läckage och av mänskligt agerande bedöms subjektivt. Konstruktioner behäftade med grova fel kan exempelvis vara om en ångspärr är mycket trasig eller om en fuktspärr glömts bort. Effekten av grova fel kan ibland studeras genom beräkningar, men sannolikheten för att grova fel uppstår måste alltid bedömas subjektivt. Av beräkningar och bedömningar avgörs om konstruktionen kan utsättas för någon skada eller om andra olägenheter kan uppstå. Effekten av denna skada värderas sedan med hänsyn till ekonomiska, medicinska och sociala faktorer. Om effekten är stor bör en liten acceptabel risknivå väljas. Om risken är större än acceptabel risknivå får man vidtaga motåtgärder. Dessa kan antingen medföra ändringar i konstruktionen, t ex man lägger in en fuktspärr, eller ändringar i fuktpåverkan, t ex man ändrar lufttrycksbalansen så att skadlig konvektion inte kan uppstå. Schemat för möjlighetsanalysen, enligt figur 2.4, beskriver egentligen också hur man bör göra en korrekt fuktdimensionering av en konstruktion, jämför figur 1. Skillnaden kan sägas vara att vi i den här möjlighetsanalysen noggrannare studerar den statistiska variationen och de möjliga händelserna än vid en vanlig fuktdimensionering. 2.4 Riskidentifiering. Skadetyper och fuktkriterier Genom en fuktdimensionering kommer man i bästa fall fram till en numerisk upp­ skattning av fukttillstånden i olika delar av byggnaden och möjligen hur de varierar i tiden. Det är emellertid lika viktigt att kunna avgöra om dessa fukttillstånd kan accepteras eller vilka risker de innebär. Detta brukar man kalla fuktkriterier. Nedan följer en diskussion av olika skador på trä och fuktkriterierna för dessa. För andra material förekommer även andra skador såsom frostskador, saltutslag. Skador på grund av överbelastning berörs inte. För trä och träkonstruktioner i husbyggnader kan följande indelning göras. Endast fuktskador berörs. 20 A. Biologiska skador Trä kan angripas av bakterier, mögelsvampar, blånad, rötsvampar, insekter och av en del större djur. Bakterier kan angripa träet direkt efter fällningen sommartid och vid en påföljande vattenlagring och därigenom påverka träets per- meabilitet, vilket i sin tur kan medföra att träets fuktdata ändras och t ex att en lasyr blir ojämnt infärgad. Detta angrepp sker före sågningen och kan inräknas i träets fysikaliska egenskaper. Actinomyceter eller strålsvamp räknas också till bakterierna och kan medföra elak lukt men åstadkommer ingen nedbrytning av träet. Mögelsvampar och blånad medför missfärning men ingen förstörelse av vedcellerna. Blånad kan underlätta ett framtida angrepp av rötsvamp och öka benägenheten för mögelpåväxt. Olägenheterna med mögel och actinomyceter är framförallt lukt­ avgivningen och sporbildningen och den medicinska och sociala påverkan detta kan ge på de boende. Se vidare punkt B. Rötsvampar bryter ned vedcellerna och kan därigenom medföra försämrad beständighet, minskad hållfasthet och ökad deforma­ tion. Angrepp av rötsvampar kan normalt hindras genom tryckim- pregnering. Insekter kan gnaga hål i trävirke och därigenom påverka hållfasthet och deformation. En del djur, t ex möss och hackspettar, kan angripa trä men det är av mindre betydelse. En bra redogörelse för angrepp på trä finns i Träskyddshandboken (Carling m fl 1984), för mögelsvampar även i Gilert & Hallenberg (1984). Samuelsson (1985) ger en översikt över olika skadefall. Av dessa är mögel, blånad och röta allvarligast. Angrepp av insekter t ex av husbock, kan ske i torrt trä och då kan man inte skydda sig genom fuktdimensionering. En del andra insekter kräver dock fukt i träet men oftast högre fuktkvot än mögel. Träets fuktkvot eller omgivningens relativa fuktighet är avgörande för om ett bio­ logiskt angrepp skall kunna sätta igång och kunna fortgå. För rötsvampar krävs fritt vatten för sporernas groning och därefter fuktkvot 30- 120% för tillväxt och nedbrytning. Äkta hussvamp är litet speciell bland rötsvamparna eftersom den själv kan leda vatten genom sitt mycel långa vägar och därigenom växa även på tillsynes tämligen torrt trä. Mycelet kan också växa igenom stenväggar. Hus­ svampen kan också enzymatiskt bryta ned cellulosan varvid vatten bildas som kan un­ derhålla tillväxten. När den väl etablerats anses hussvampen kunna växa på trä med så låg fuktkvot som 16%. De flesta mögelsvampar kräver också fritt vatten för att gro och överleva första tiden, men kan sedan växa vid fuktkvoter under fibermättnadspunkten. Sporer finns överallt och man måste räkna med att det finns sporer på allt byggnadsvirke. Man bör också räkna med att byggnadsvirke tillfälligt kan ha utsatts för vatten (regn) och att sporerna därigenom har fått tillfälle att gro. Man maste därför räkna med att betingelserna för tillväxt alltid finns även om ”fritt vatten” saknas. 21 Det är svårt att ange enkla gränsvärden för mögel- och rötsvampar. Förutom relativ fuktighet i omgivningen eller träets fuktkvot inverkar temperatur, lufthastighet, ljus och varaktighet. Olika svampar har olika betingelser för tillväxt och alla generella uppgifter maste därför avse ett urval av olika svampar. Dessa kan också påverka varandra inbördes. Klart är emellertid att mögelsvampar kräver lägre fuktkvoter än rötsvampar och blånad, och betingelserna för möglet blir därigenom ofta dimensionerande. Tabell 2.1 ger en översikt över riskerna för svampangrepp. För mögel gäller förhållandena i slutna mörka utrymmen t ex golv på mark. Uppgifterna för mögel grundar sig på un­ dersökningar av Bjurman (1988, 1990), Hallenberg & Gilert (1988) och Hyppel (1988) inom STU-projektet ”Trä och fukt” samt på tidigare BFR- och STU-projekt. Tabell 2.1. Översikt över risk för tillväxt av röta och mögelsvamp vid för tillväxt gynnsam temperatur. Risk Ingen Liten - måttlig Stor Röta* Fk % < 16 16 - 25 > 25 RF % < 75 75 - 95 > 95 Mögel Fk % < 15 15 - 20 > 20 RF % < 70 70 - 85 > 85 * Akta hussvamp, se text. Mycket tyder på att mögelpåväxt kan anses vara en stokastisk process. Ibland mög- lar det och ibland inte, och vi vet inte varför. Man kan i så fall rita en fördelningskurva som visar sannolikheten för att mögel utvecklas vid olika relativa fuktigheter. Figur 2.5 visar ett försök till en sådan kurva. Erfarenheten visar att trä kan utsättas för högre fuktighet vid låga temperaturer utan att mögla. Undersökningar vid låga temperaturer är emellertid mycket ofullständiga och de kurvor för lägre temperaturer som lagts in i figuren får därför betraktas som mycket osäkra. Hur en sådan riskfördelningskurva skall användas i samband med motsvarande kurva för fuktpåverkan redovisas i avsnitt 3.5. Om och hur träets ”kvalitet” inverkar på mögelbenägenheten är osäkert. De angivna uppgifterna antas tillsvidare gälla för normalt byggnads virke. Som skydd mot röta kan man använda tryckimpregnering. Denna hindrar inte mögelpåväxt men kan minska mögelbenägenheten något. I gengäld kan mycelväxt på tryckimpregnerat virke lukta starkare än på vanligt trä, Palmgren (1988). 22 RISK4 Figur 2.5. Risk för mögelpåväxt vid olika fukttillstånd för virke som hanterats på ett omsorgsfullt sätt. Värdena för lägre temperaturer är mycket osäkra. B. Medicinsk och social påverkan på de boende I BFR:s utredning ”Hus och hälsa” (Johnson m fl 1990) ges en översikt över allergi och annan överkänslighet. Mögelsvampar och actinomyceter kan utveckla en besvärande lukt, som har en förmåga att bita sig fast i hår, kläder, möbler, papper och ingående byggnadsmaterial. Lukt i kläder har många gånger tvingat personer från mögeldrabbade hus att byta kläder på väg till arbetet och har medfört att barn blivit mobbade i skolan. Ofta är denna lukt och dess sociala effekter den allvarligaste olägenheten i mögelhus frånsett oron för de ekonomiska konsekvenserna. Mögel kan också medföra allergier och medverka i annan överkänslighet. Vanligen hänförs allergierna till förekomst av mögelsporer i inomhusluften. I hus som drabbats av mögel innanför täta ytskikt, t ex i grunden, är det emellertid inte självklart att mögelsporer kommer in i bostadsutrymmena i nämnvärd omfattning. Den pumpverkan som uppstår när man går på vissa typer av golv anses kunna pressa in mögelsporer i rumsluften. För en del individer kan emellertid mycket små mängder av ett al­ lergen snabbt leda till symptom som astma, eksem eller hösnuva. För mera diffusa överkänslighetsreaktioner kan det vara svårt att avgöra om besvären orsakas av mögel på dolda platser eller av damm, kvalster eller liknande. Mögellukten kan inte utestängas med täta skikt såsom plastfolier, däremot kan man ibland hindra lukten att tränga in genom att sätta det luktande utrymmet under undertryck i förhållande till bostaden. Även om man inte märkt några olägenheter i en bostad kan man påträffa livak- 23 tig mögelsvamp i omgivande konstruktioner. Statens Provningsanstalt har vid un­ dersökning av åtta ”friska” hus påträffat mögel i sex av dem, se Örtengren (1988). Den intressanta frågeställningen är då - inte minst juridiskt - om en mögelpåväxt som sådan eller ett högt fukttillstånd kan anses vara en skada eller om det är effekterna av mögel som utgör skadan. Undersökningar har också visat, Elmroth & Samuelson (1987), att fukttillståndet i ”friska” hus inte skiljer sig nämnvärt från fukttillståndet i mögelhus vilket visar att fukttillståndet ensamt inte är avgörande. Lukt från flytspackel beror också i viss mån av fukttillståndet. Det finns flera andra typer av emissioner och lukter som kan vara störande. Dessa har emellertid ingenting med trä att göra och behandlas inte här. C. Funktionshämmande effekter Fukt i träkonstruktioner medför effekter som inte direkt leder till skador men som dock kan påverka funktionen avsevärt. Andring i fukttillståndet i trä leder till svallning eller krympning. Oftast kan man inte helt undvika effekterna av svällning och krympning. I alla isolerade ytterkonstruk- tioner utsätts utsidan för högre RF och insidan för lägre RF på vintern än på sommaren. Alla sådana konstruktioner har därför en tendens att bukta ut på vintern och bukta in pa sommaren. Störst blir effekten vid ytbärande element. I ytterdörrar hindrar man sådan välvning genom att lägga in metallplåtar på båda sidor. Om man försummar den konstruktiva utformningen eller missar i arbetsutförandet kan man få andra typer av skador, t ex uppknäckning av parkettgolv, utskjutning av väggar genom svällning hos golvskivor, uppknäckning av takpanel. Eftersom fuktrörelserna är ca 10-20 gånger större vinkelrätt fiberriktningen än i dessas riktning är det nästan omöjligt att sammanfoga ett hörn, t ex i ett fönster, utan att de anslutna trästyckena rör sig olika och därigenom medför sprickor i fogen. Ökad fuktkvot medför lägre hållfasthet hos trä och större elastiska och plastiska deformationer. Varierande fukttillstånd medför dessutom ökad krypning, Mårtensson (1988). Värmeisoleringförmågan försämras vid högre fukthalt. Detta har inte så stor be­ tydelse för själva träet i moderna konstruktioner, men kan vara av betydelse för vissa värmeisoleringsmaterial. Fukt som är innestängd i en konstruktion och som avdunstar och kondenserar kan medföra avsevärda energiförluster. D. Utseende Den mest påtagliga fuktskadan är droppande vatten och synliga fuktfläckar. Sådana skador kan uppstå efter läckage i taket, regngenomslag genom väggar och fönster, kapillär uppsugning från marken, läckage från installationer eller våtrum. Efter uttorkning kvarstår oftast en fläck som kan nödvändiggöra ommålning eller omtapetsering. En fläck på en yta av naturträ kan man ofta inte avlägsna. Utseendeskador är mindre allvarliga än andra följder av hög fuktkvot såsom beskri­ vits i avsnitten A, B och C. Synligt mögel inomhus, t ex i våtrum får betraktas som en hygienisk olägenhet både ifråga om utseende och hälsorisk. Däremot brukar sådant mögel inte lukta. 24 Synlig blånad, t ex på takpanelens insida, är ett tecken på alltför hög fuktkvot och risk för röta. Synligt mögel eller blånad utomhus på målat eller omålat trä är huvudsakligen en utseendefråga. Ibland kan man få en mörkfärgning på insidan av väggar och tak beroende på köldbryggeeffekter, t ex över reglar eller på spikskallar. Med de välisolerade konstruk­ tioner vi numera har i Sverige är dessa nedsmutsningar mindre vanliga. Oftast förorsakas de av rent termiska effekter genom att dammpartiklar lättare avsätter sig på kallare ytor. Målningsskador påverkar i hög grad utseendet, men den viktigaste effekten är of­ tast att det klimatskydd som målningen skall ge upphör att fungera. Ur fuktteknisk synpunkt kan en fullgod målningsfilm skydda träet mot vatten, men om målningsfilmen blir defekt kan den ibland medföra en fuktackumulering i träet, vilket kan leda till rötangrepp. E. Skador på andra material än trä i träkonstruktioner Fukt i träkonstruktioner och deras omgivning kan också ge skador på andra material än trä. Spikar, skruvar och beslag kan korrodera med allvarliga skador som följd. Fukt kan också medföra frostskador, saltutslag m m. 25 2.5 Riskbestämning 2.5.1 Beräkning av fuktskaderisk Vid hållfasthetsdimensionering används i stora drag följande betraktelsesätt för att bedöma brottrisk. Man inför storheterna S för lasteffekt och R för bärförmåga och anger att brott inträffar då R < S 2.1 I fukttillämpningar kan begreppen brott, lasteffekt och bärförmåga ersättas med för ändamålet mera närliggande begrepp som • brott svarar mot fuktskada • lasteffekt svarar mot omgivningens påverkan på en byggnadsdel • bärförmåga svarar mot byggnadsdelens förmåga att motstå fuktpåverkan För exempelvis en träregel i en yttervägg skulle då gälla att den får ett visst fukt­ tillstånd under påverkan av omgivningen. Man kan också säga att träregeln har en viss bestämd förmåga att motstå den aktuella påverkan. Relativ fuktighet RF kan användas som mått både på påverkan och motstånd. För att kunna utföra statisk dimensionering och fuktdimensionering behövs känne­ dom om egenskaper hos både påverkan och motståndsförmåga. I första fallet rör det sig om hållfasthetsvärden och i det andra om fukttillstånd (RF). I den fortsatta diskussionen används beteckningarna S och R för påverkan och motstånd. Man måste utgå ifrån att både påverkan S och motstånd R har statistiska fördelning­ ar. Om dessa vore kända vore allt gott och väl. Tills vidare får vi nöja oss med att efter bästa förstånd gissa fördelningarna eller kanske bara anta sådana för att kunna demonstrera nyttan av att känna dem. I den fortsatta diskussionen kommer begreppen frekvensfördelning och fördelnings­ funktion att användas. Om någon av dessa är känd, kan den andra enkelt härledas ur den kända fördelningen. Det är förmodligen enklast att skatta frekvensfördelning. Figur 2.6 visar ett principiellt exempel. Fördelningsfunktioner för både S och R har skisserats. Beteckningarna S och R får också betyda respektive fördelningsfunktion. Om egenskaperna hos S och R är kända enligt figuren kan risken för skada beräknas. Det förutsätts här att det är fråga om fuktskada. Som karaktäristisk variabel väljs därför relativ fuktighet. 26 R, S Figur 2.6. Principiell beskrivning av fördelningar för påverkan S och motstånd R. En formel för beräkning av risk erhålles med utgångspunkt från följande resonemang. Antag att påverkan ligger i intervallet (p,p + dip). Sannolikheten för att detta skall ske är (dS/dip) * dp. Samtidigt är sannolikheten R(p) att materialet inte skall klara en större påverkan än ip. Risken för skada i intervallet [p, p + dp) blir då R[p) * (dS/dp) * dp Den totala risken för skada erhålls genom att integrera över hela det aktuella intervallet Pi till p2 dvs rv2 Risk = / R{ S n , Differensen R — S kan ses som ett uttryck för säkerhet mot skada, dvs M = R — S R, S, M är stokastiska variabler. M säkerhetsmarginal S fuktpåverkan R förmåga att motstå fuktpåverkan En enkel numerisk behandling får man om R och S antas normalfördelade. Om någon annan fördelning antas gälla går det alltid att klara de numeriska problemen med hjälp av dator. ß = m/a ■ M = R - S 100 % RF Figur 2.7. Beräkning av säkerhetsmarginal M med utgångspunkt från antagna fördelningsfunktioner för R och S. Om R och S är givna kan sannolikhetsfördelningen för säkerhetsmarginalen M beräknas och således också medelvärde m och standardavvikelse o. Risken kan definieras som sannolikheten för att säkerhetsmarginalen skall vara mindre än noll, se figur 2.7. 28 Säkerhetsindex definieras som ß = m/a 2.5 Om R och S antas normalfördelade, blir också M normalfördelad. Det finns då ett enkelt samband mellan säkerhetsindex och risknivå : Risknivå = 2 6 där är fördelningsfunktionen för M. Nedanstående tabell visar vilka säkerhetsindex som måste uppnås för några olika fall för bärande konstruktioner enligt Nybyggnadsreglerna. Tabell 2.2. Säkerhetsindex samt motsvarande risknivå för bärande konstruktioner enligt Nybyggnadsreglerna. Fall ß Risknivå Fortskridande ras 2.32 10“2 Olyckslast 3.09 10“3 Säkerhetsklass 1 3.71 10~4 Säkerhetsklass 2 4.26 10“5 Säkerhetsklass 3 4.75 10“6 Det framgår av föregående tabell att risknivån för säkerhetsklass 3 är 1:1000000 medan den för fortskridande ras är 1:100. Den relativt höga risknivån i det senare fallet bör sammanhänga med att den situation som gör fortskridande ras över huvud taget möjligt, antagits ha låg sannolikhet. Då det gäller fukt kan knappast risknivån väljas i nivå med vad som är brukligt vid hållfasthetsdimensionering. Det kan antas att man vid fuktdimensionering måste lägga dimensionerande risk på ungefär 1:100 eller 1:1000 vilket motsvarar ett beta på 2 till 3. Detta är en hög risknivå i jämförelse med vad som gäller vid hållfasthetsdimensionering. Det måste emellertid då beaktas att det inte kan bli fråga om allvarliga personskador om en fuktskada skulle uppträda. 2.5.3 Samband mellan risknivå och dimensionerande fukttillstånd Om R och S är normalfördelade kan ekvation 2.2 tillämpas på ett enkelt sätt. Enligt den matematiska statistiken gäller mM = mR - ms 2.7 2.8 Enligt ekvation 2.3 erhålls 29 ß = mM/aM 2.9 Antag risknivån 1(T2 (1:100), vilket motsvara ß = 2.32 enligt tabell 2.2. R och S uttrycks i % RF och standardavvikelsen antas för båda vara 5 %-enheter RF, vilket enligt ekvation 2.8 ger oM = 7.1 %-enheter. Ekvation 2.9 ger mM = ß ■ om = 2.32 • 7.1 = 16.5% Resultatet innebär alltså att vid skaderisken 1:100 måste medelvärdet av R ligga minst 16.5 %-enheter RF över medelvärdet för S under de antagna förutsättningarna. Tabell 2.3 visar hur stort mM som behövs för olika värden på ß samt därmed sammanhängande risknivå. Tabell 2.3. Samband mellan ß, mM samt därmed sammanhängande risknivå. Nor­ malfördelning. Om os — 5 %-enheter. ß mM %-enheter Risk 1.0 7.1 0.159 1.2 8.5 0.115 1.4 9.9 0.081 1.6 11.3 0.055 1.8 12.7 0.036 2.0 14.1 0.023 2.2 15.5 0.014 2.4 17.0 8.2T0-3 2.6 18.4 4.7-10-3 2.8 19.8 2.6T0-3 3.0 21.2 1.3T0“3 3.2 22.6 0.69-10-3 3.4 24.0 0.34T0-3 3.6 25.5 0.16-10-3 3.8 26.9 0.07-10“3 4.0 28.3 0.03-10“3 Hittills redovisade beräkningar har utgått från normalfördelade kurvor för S och R - utan hänsyn till om något värde kan ha kommit över 100% RF. För Ä-kurvan är det emellertid riktigare att utgå från de kurvor som angetts i figur 2.5 som risk för mögelpåväxt vid olika fukttillstånd och vid olika temperaturnivå. Dessa kurvor är emellertid inte normalfördelade varför beräkningarna måste göras på dator utgående från de aktuella kurvorna. Härigenom kan man beräkna dimensionerande värden på RF för olika risknivåer. Resultaten redovisas i tabell 2.4 och i figur 2.8 för olika standardavvikelse hos påverkan (normalfördelad) och för olika temperaturer. 30 Tabell 2.4. RFdim vid olika risknivåer och för olika standardavvikelser i påverkanskurvan. Temperatur Risk RFdim vid standardavvikelsen i %-enheter 2 6 10 20° C 1:10 84 80 76 1:100 74 71 63 1:1000 69 63 54 1:10000 66 57 46 8° 1:10 90 87 86 1:100 83 78 71 1:1000 78 72 62 1:10000 73 66 54 < 0°C 1:10 94 92 - 1:100 88 83 77 1:1000 83 76 67 1:10000 78 71 59 Risk Figur 2.8. Risknivå vid olika relativ fuktighet och olika standardavvikelse as. Tabell 2.4 eller figur 2.8 kan användas direkt för dimensionering. Därvid skall ob­ serveras att det angivna värdet på RFdim är ett medelvärde och det skall beräknas 31 från medelvärden på fuktpåverkan och materialegenskaper. Vidare bör observeras att värdena för lägre temperaturer är mycket osäkra. Beräkningar har visat att standardavvikelsen i påverkan ofta är ca 6-10 %-enheter. Ett sådant värde kan därför användas om man inte kan beräkna ett mera korrekt. Sådana beräkningar redovisas i avsnitt 3.4 och tillämpningar i kapitel 4. 2.6 Riskvärdering 2.6.1 Primära skador En riskvärdering måste baseras på medicinska, sociala och ekonomiska aspekter. Den medicinska aspekten eller den direkta hälsofaran är sällan avgörande. Vid medicinska konsekvenser av fukt finns det alltid möjlighet att flytta ut ur byggnaden, antingen det rör sig om en bostad, ett daghem eller en industrilokal. Det blir givetvis förenat med kostnader som kan räknas in i den ekonomiska värderingen, även om det är ytterligt svårt att uppskatta kostnaden för produktionsbortfall, sjukvård, ”sveda och värk” samt tillfällig bostad. Risken för medicinska skador innan man hunnit lämna den skadliga miljön är liten. Härigenom skiljer sig fuktdimensioneringen från statisk dimensionering där det i princip finns risk för ras med personskador som följd. Med sociala effekter menas i första hand de obehag som kan uppstå av t ex mögellukt, den ekonomiska oron, besvär med tvister och störningar vid reparationer. För dessa so­ ciala aspekter är det nästan omöjligt att ange något pris, som kan föras in i en ekonomisk kalkyl. En ekonomisk riskvärdering är lättare att göra. Först ett exempel. Exempel 1. Antag att 20.000 småhus byggdes per år i Sverige under tiden 1965-1980, dvs totalt 300.000 hus. I Statens planverks rapport 77:1987 anges att flera 10.000-tals hus haft skador. Antag 20.000 skadade hus. Alltså: Ett hus av 15 har skador huvudsakligen av mögel. Åtgärdskostnaden anges vara 40.000-80.000 kr per hus i medeltal. Antag 60.000 kr. 1987 års kostnadsnivå. Det skulle alltså ha lönat sig att lägga ned 60.000:15 = 4.000 kr per hus för att undvika mögelskador. Med en byggnadsyta av 120 m2 motsvarar detta 4.000:120 = 33 kr/m2. För detta kunde man fått en plastfolie över hela grunden, men inte en luftspaltbil­ dande plastskiva. I denna kalkyl har endast ingått rena kostnader. ”Mänskliga” kostnader har ej medtagits. Då utgångsvärden i dessa fall är synnerligen osäkra lönar det sig inte att göra en noggrann ekonomisk analys där hänsyn tas till ränta, inflation, amorteringstid och lånevillkor. I stället räknas med en enkel pay-back modell som i ovanstående exempel. Om man bedömer att det skall ta lång tid innan skadan uppträder bör man kanske 32 räkna noggrannare, liksom om periodiskt underhåll skulle påverka risken. A. Riskkostnad Man kan beräkna en riskkostnad enligt formeln Riskkostnad = Risk x Reparationskostnad Riskkostnaden är kostnaden i medeltal för att reparera de skador som risken om­ fattar. I föregående exempel var således riskkostnaden 4.000 kr per hus. Om man inte kan räkna ut risken får man bedöma den baserad på erfarenheter. Om riskkostnaden är större än kostnaden för en åtgärd som eliminerar risken bör man vidtaga denna åtgärd, annars inte. Det framgår direkt av formeln att för samma riskkostnad kan man acceptera en stor risk om reparationskostnaderna är små medan risken måste vara liten när repara­ tionskostnaderna är stora. Vid projektering bör man alltså jämföra Byggkostnad + Riskkostnad för olika alternativ. B. Ekonomisk gränsrisk Ett annat sätt är att beräkna en ekonomisk gränsrisk, EGR enligt formeln . .. Motåtgärdskostnaden Ekonomisk GransRisk = --------------- ---------- — Reparationskostnad Motåtgärdskostnaden är kostnaden för den motåtgärd man vidtager för att eliminera risken och motsvarar riskkostnaden i föregående modell. Om den ekonomiska gränsrisken är lägre än den risk för skada som man beräknat eller uppskattat som sannolik lönar det sig att vidtaga motåtgärder. Om EGR är högre än den bedömda risken lönar det sig inte. Metoden med ekonomisk gränsrisk är ju egentligen samma sak som föregående men om man inte kan räkna ut risken - och det kan man sällan - kan det vara lättare att subjektivt bedöma om man ligger över eller under en gränsrisk. De två modellerna illustreras i följande två exempel. 33 Exempel 2. Ytterväggssyll vid platta på mark, med eller utan fukt- spärr under syllen. Fuktspärr av grundpapp YAL 2500 Kostnad, inlagd: 10 kr/lm Reparationskostnad inkl byte av syllar, inläggning av fuktspärr, återställande av väggdel: 40.000 kr per hus, 8 x 12 m. Per lm 40.000:2(8+12) = 1.000 kr/lm. Modell A. Antag att risken för skada är 0.1 dvs att vart 10:e hus skadas om fuktspärren saknas Riskkostnad = 0.1 x 1.000 = 100 kr/lm dvs avsevärt mer än byggkostnaden. Modell B. EGR = —— = 0.01 1000 dvs om risken är 1% skulle det nätt och jämnt löna sig att lägga in en fuktspärr. De flesta anser säkert att risken är större än 1% och lägger därför in en fuktspärr - numera. Exempel 3. Förenklad undertäckning med plastfolie under tak­ pannor eller traditionell med panel och papp. Okad byggkostnad för traditionell undertäckning: 25 kr/m2. Reparationskostnad, inkl nedtagning av pannor, läkt och befintlig undertäckning, ny undertäckning, uppläggning av läkt och pannor, bräckage, ställningar m m: 200 kr/m2. Modell A. Antag att risken för skador är 0.02 (mer än för traditionell undertäckning) Riskkostnad = 0.02 • 200 = 4 kr/m2 dvs avsevärt mindre än den ökade byggkostnaden. 34 Modell B. EGR =-----= 0.13 200 Erfarenheten säger att 13% av förenklade under­ täckningar inte råkar ut för fuktskador. Den tradition­ ella undertäckningen kan således inte motiveras av risken för fuktskador. Därför har ju också de förenklade undertäckningarna en stor marknadsandel. Mera rele­ vant vore att undersöka om man inte borde lägga ner mera kostnader på att göra genomföringar på ett säkrare sätt. Sådana ekonomiska resonemang är tillämpliga för stora byggherrar såsom statliga och kommunala myndigheter, stora bostadsföretag och stora privata företag, som internt kan fördela riskerna och de ekonomiska konsekvenserna. En enskild småhusägare däremot vill nog inte acceptera en risk på säg 10% även om det skulle vara nationalekonomiskt berättigat. Egentligen är det inte risken som sådan man borde värdera utan riskkostnaden. Som tidigare framhållits kan man ju acceptera en större risk om kostnaden för reparation är liten än om den är stor. Idealet vore om man kunde beräkna riskkostnaderna för alla byggnadsdelar och sätta summan av dessa i relation till totala byggkostnaden. Man får då en total relativ riskkostnad TRR. rf RR ^ ^^kkostnader Total byggkostnad Aven detta är en statistisk kostnad och måste variera för olika byggnader. Den kan därför lämpa sig för stora byggherrar men är nog inte acceptabel för enskilda ägare utan att komplettera med ett försäkringsskydd eller med någon begränsning av enskilda risker. Frågor om längre garantitid, utökat ansvar för projektor och byggare eller försäk­ ringssystem ligger emellertid utanför ramen för detta projekt. 2.6.2 Sekundära skador I riskvärderingen kan också ingå en bedömning av hur känslig en konstruktion är för sekundära skador, t ex vattenskada av utströmmande vatten från ledningssystemet. Man kan ju tänka sig att kostnaden för att åtgärda en golvkonstruktion efter vattenskada kan vara mycket högre än för en annan konstruktion. Om man kände skadefrekvensen kunde man då räkna ut en ökad riskkostnad för den ena konstruktionen som kunde ta hänsyn till vid val av konstruktion vid projekteringen. Detta resonemang torde vara mest relevant för golv och bjälklag men kan också gälla för väggar där man drar ledningar. Försäkringsbolagens Byggreparationskommitté (1987) har publicerat en omfattande utredning om vattenskador i byggnader. I utredningen redovisas skadornas fördelning 35 på olika hustyper, konstruktioner och orsaker, hänförliga till ledningssystem, utrustning och våtisolering. Vattenskadorna är mycket omfattande. Av utredningen kan man be­ räkna att var 15:e bostad får en vattenskada varje år. För olika golvtyper anger utredningen skadornas procentuella fördelning och skade­ kostnad i medeltal enligt tabell 2.5. Om man vidare antar att skadefrekvensen är 1% per år och räknar på en livslängd av 30 år får man de i tabellen angivna riskkostnaderna. Tabell 2.5. Vattenskador på olika golvtyper, fördelning och skadekostnad enligt Försäkringsbolagens Byggreparationskommitté (1987) och beräknad riskkostnad. Fördelning Skade- Riskkostnad Golvtyp av antal kostnad vid 1% skadefrekvens skador medel per år, under 30 år % kkr kr Uppreglat trä Flytande trä 37 20,7 6200 Betong + isol + betong 24 18,9 5700 Sandfyllning 5 31,5 9500 Betong Lättbetong 34 14,4 4300 Av tabellen framgår att skillnaden i skadekostnad mellan t ex uppreglat trägolv och betong (med tunn golvbeläggning) är förvånansvärt liten. Förutsättningarna för att beräkna riskkostnad kan diskuteras men skillnaden i riskkostnad för olika golvtyper blir ganska liten, storleksordning några tiotal kronor per m2. En så liten skillnad kan knappast komma att styra valet av konstruktion. I en fullständig riskanalys bör man dock ta hänsyn till sådana riskkostnader. 36 3 BERÄKNING AV FUKTTILLSTÅND 3.1 Beräkningsmetoder. Monte Carlo-metoden Fuktberäkningarna i denna rapport är i regel gjorda enligt traditionella metoder såsom de beskrivs i Fukthandboken (Nevander, Elmarsson, 1981). Läsaren förutsätts vara bekant med dessa metoder och beräkningsförutsättningar och formler upprepas inte. I vissa fall görs hänvisningar till Fukthandboken. I fuktdiffusionsberäkningar används luftens ånghalt som potential och angdiffu- sionskoefficienten förutsätts vara oberoende av temperaturnivå. Ev termodiffusion försummas. I huvudsak två slags fuktberäkningar har utförts. Stationära, endimensionella beräkningar med stokastiskt varierande parametrar. Icke-stationära, en- och två-dimensionella beräkningar med i tiden varierande parametrar. Många parametrar i en fuktberäkning, t ex materialdata och klimatdata, är ofta osäkra och kan slumpvis anta olika värden. Den stokastiska fördelningen av parame­ tervärdena kan visas i en fördelningskurva eller i en frekvenskurva. För att ta hänsyn till denna osäkerhet har den s k Monte Carlo-metoden använts. Metoden har tidi­ gare tillämpats på fukttekniska problem av Nielsen (1987). Metoden innebär att man med hjälp av slumptal ger varje parameter ett värde som håller sig inom ramen för dess fördelningsfunktion. Med de på detta sätt erhållna parametervärdena beräknas det aktuella fukttillståndet. Denna procedur upprepas exempelvis 1000 gånger och därmed erhålls lika många värden på det aktuella fukttillståndet. Genom att numeriskt bestämma fördelningsfunktionen för de 1000 värdena finns möjlighet att exempelvis ange hur stor risken är att det aktuella fukttillstandet hamnar utanför ett givet inter­ vall. Med denna metod kan man beräkna en påverkanskurva S som redan visats i figur 2.6, avsnitt 2.5.1. Fördelningsfunktionen för parametrarna kan ges olika form. Vi har valt att använda en trunkerad frekvenskurva enligt figur 3.1 som ungefär har samma form som nor­ malfördelningen. Ytan mellan värdena ii och x2 och mellan x4 och x5 har konsekvent antagits innehålla 5% av värdena vardera. Parametern anges då genom att redovisa de fem värdena x4 — X5 i följd. I de fall då parametern inte beräknats vara stokastiskt fördelad har vanligen medelvär­ det använts, dvs värdet x3. 37 FREKVENS STORHET Figur 3.1. Trunkerad frekvenskurva använd vid stokastiska beräkningar. För att visa hur metoden fungerar visas här ett räkneexempel. För att bestämma fukttillskottet inomhus vFT mäter man relativ fuk­ tighet RF inne och ute u) samt temperaturerna inne och ute, [Ti,Tu), det senare för att kunna bestämma ånghaltens mättnadsvärde vs. Fukttillskottet beräknas enligt formeln vFT = tpi ■ vs{Ti) ~ 100% sker kondensation och beräkningen måste justeras så att villkoret

pu Ånghaltstillskott vFT Ångdiffusionskoefficient S Ånggenomgångsmotstånd Z För en konstruktion med fyra skikt innebär detta att 12 parametrar varieras. Dimensioner och skikttjocklek har varierats i en del fall. För trä har inte 6 varierats stokastiskt men däremot antagits vara fuktberoende. För utetemperaturen används 5-dygnsmedelvärden enligt 3.3.1. Varje parameter har antagits kunna beskrivas med en frekvenskurva enligt avsnitt 3.1, 3.2 och 3.3. 3.4.3 En- och tvådimensionella, stationära och icke-stationära beräkningar Endimensionella, icke-stationära beräkningar har utförts enligt den så kallade finita dif­ ferensmetoden, FDM. Konstruktionen indelas i parallella skikt. Temperatur- och fukt­ tillstånden för varje nytt tidssteg beräknas utifrån de tillstånd som rådde i föregående tidssteg för respektive skikt. Denna enkla princip kräver emellertid att viss uppmärksamhet ägnas åt vilket tidssteg som skall användas. Om tidssteget väljs för långt blir beräkningen divergent. Om å andra sidan tidssteget väljs kort blir beräkningstiden onödigt lång. För tempera­ turberäkningen bestäms den övre gränsen för tidssteget av skikttjocklek, värmekapacitet och A-värde om man bortser från randeffekterna. Vid fuktberäkningar inverkar fyra 46 faktorer på tidssteget; sorptionskurvans form, temperaturinverkan på mättnadskurvan samt flödesmotstånd och skikttjocklek. Problemet att välja tidssteg vid fuktberäkningar ligger bland annat i att det är en funktion av det fukttillstånd som skall beräknas. Från praktisk synpunkt kan man välja tidssteg genom att prova sig fram. De matematiskt uttryckta konvergensvillkoren kan användas för att från början komma någorlunda rätt. För att ge en uppfattning av stoleken på tidssteget vid värme- resp fuktberäkningar ges följande exempel. En träpanel har tjockleken 20 mm. För en diffusionsberäkning indelas den i 5 skivor (element). Fuktnivån antas till ca

15 Pa Tryckförhållandena växlar. Därför mind­ re skaderisk Ventilation a. Självdrag Tryckförhållandena bestäms av termisk drivkraft och vind Se termik + vind I normala fall svagt undertryck inomhus b. Mekanisk frånluft Undertryck Inget övertryck Mycket stark vind kan överväga och ge övertryck på läsidan. Kortvarigt och sannolikt ofarligt c. Mekanisk till- och frånluft Tryckbilden beror helt på injuste­ ringen av fläktar. Igensättning av luftfilter kan på­ verka luftflödena avsevärt och där­ igenom även trycken 0 - 30 Pa Ur fuktsynpunkt bör systemet justeras att ge svagt undertryck. Ur komfortsynpunkt omvänt d. Värmeväxlare Aggregaten kan sättas igen av smuts eller isbildning och därigenom skapa (större) övertryck 0 - 50 Pa Som framgår av tabellen är det minst risk för övertryck vid mekanisk frånluft och detta system är därför gynnsammast när man enbart beaktar risken för fuktkonvektion. Det nu mest vanliga systemet med mekanisk till- och frånluft ofta kombinerat med värmeväxlare är däremot ett mycket osäkert system med avseende på fuktkon­ vektion. Aven om systemet justeras in så att det är ”balanserat” kommer den termiska drivkraften att medföra övertryck i husets övre delar vintertid. Om man justerar in systemet så att man får O-tryck upptill kommer det åtminstone vid höga hus att bli så stora undertryck i bottenvåningen att man kan få drag från fönster och att dörrar kan 49 bli svåra att öppna (eller stänga). Igensättning av luftfilter kan också ha stor effekt på luftflödena som framgår av figur 3.6. De övre gränserna i fall c och d är uppskattade. Luftflöde l/s Hus 3 Filterrengöringar Tilluft -o Norm. Spjäll- justering Jan-85Jan-84 Figur 3.6. Luftflöden i ett småhus med FTX-system. Svensson m fl (1985). Luftflöde För byggnaders lufttäthet finns det ett krav i Nybyggnadsregler (BFS 1988:18) kap 3:13 som anger att den genomsnittliga luftläckningskoefficienten q50 vid 50 Pa tryck­ skillnad inte får överstiga 3 m3/m2-h för bostäder och 6 m2/ms-h för andra utrymmen. För att räkna om ett sådant värde till andra tryckdifferenser brukar man anta följande samband mellan flöde och tryck q ~ (Ap)07 Använder man detta normvärde för beräkning av fuktkonvektion finner man att det blir orimligt stora fuktmängder som skulle kunna kondensera. Man bör därför överväga hur luftflödet och fuktkonvektionen kan ske. Man kan tänka sig följande modeller enligt figur 3.7. I fall I blir det i regel små flöden och sannolikt är risken för skadlig fuktkonvektion liten. Beräkningsmässigt kan man behandla det som ett kombinerat diffusions- och konvektionsförlopp, se Sandberg (1971). I fall II kan det bli stora luftflöden. Extremfallet kan anses vara en frånluftskanal. Den stora luftmängden medför att springans väggar värms upp så att kondensation inte kan ske. Några fall av denna typ har beräknats av Andersson (1981). Det finns naturligtvis fall där kondensation kan ske, t ex om luftströmmen träffar insidan av en fasadbeklädnad. Denna typ av luftläckage torde svara för den övervägande delen av luftläckaget när man gör fältprovningar enligt SS 021551. 50 IEn-dimensionel1t flöde genom poröst material II Flöde genom springor och hål III Fördelat flöde in i konstruktionen och koncentrerat flöde ut Figur 3.7. Flödesmodeller för fuktkonvektion. I fall III söker sig luften fram till en öppning i yttre skiktet t ex ett vindskydd. Uppvärmningen blir liten och fukten kan kondensera. Den fuktmängd som kondenserar blir då skillnaden mellan vad som kommer in på den varma sidan och vad som gar ut pa kalla sidan dels med luftströmmen dels genom diffusion genom det yttre skiktet enligt formeln Qkond 9in 9ut 9dif fusion Om man förutsätter att diffusionen genom hela väggen är försumbar kan detta skrivas 9kond = r ■ Vi - r ■ vx vx vx Z där r är luftflödestätheten i m3/m2-s, vx är ånghalten vid det yttre skiktets insida i kg/m3 och Z är ångmotståndet för det yttre skiktet. Vid kondensation blir vx mättnadsånghalten vid skiktets temperatur och för att precis undvika kondensation skall gkoni = 0. Man kan då räkna ut tillåtet luftflöde rtill Denna tillatna luftström kan sägas vara ett mått på konstruktionens konvektionskäns- lighet. Man kan fa skador även vid lägre RF än 100% (motsvarande kondensation) och man kan i så fall sätta in ett lägre värde på vx. Ånghalt inomhus Som dimensionerande fukttillskott anges 4 g/m3 i Nybyggnadsregler (1988). Detta värde beror emellertid på både fuktproduktionen och ventilationen och kan därför påverkas. Harderup (1983) har gjort mätningar och utredningar som visar hur ånghalten in­ omhus kan variera. Erfarenheter från andra fältmätningar visar också att värdet 4 51 g/m3 kan vara ett lämpligt dimensionerande värde som inte överskrids särskilt ofta. För stokastiska beräkningar har använts en frekvenskurva enligt avsnitt 3.3.2. Systematiskt höga värden kan dock förekomma beroende på boendevanor och dålig ventilation. I industrilokaler, samlingslokaler, simhallar m m råder speciella förhållanden. Exempel. Trävägg med 200 mm isolering. Utvändigt: träpanel, luftspalt och vindskydd. Antag T{ = +22°C, RFU = 85% Fukttillskott 4 g/m3. Om kondens antas ske på vindskyddets insida fås sam­ bandet mellan tillåtet luftflöde, utetemperatur och ångmotstånd hos vindskyddet enligt diagrammet i figur 3.8 Nybyggnadsreglernas krav på lufttäthet motsvarar för ett normalt småhus ungefär r = 70 • 10~6 m3/m2-s vid A p = 1 Pa r = 210 ■ 10“6 m3/m2-s vid A p = 5 Pa r = 340 ■ 10“6 m3/m2-s vid A p = 10 Pa Vindskyddens ångmotstånd ligger normalt inom området 2-40-103 s/m. Exemplet visar att det knappast går att undvika kondens av fuktkonvektion om man räknar på detta sätt med Nybyggnadsreglernas värde. Eftersom detta inte stämmer med erfarenheterna för träväggar är det mest troligt att luftflödet till största delen sker genom större håligheter, enligt modell II som tidigare beskrivits. Beräkningsmodellen bör dock kunna användas för att karaktärisera en konstruktions konvektionskänslighet utan att tillmäta absolutvärdena så stor betydelse. Händelseträd för fuktkonvektion En riskanalys för fuktkonvektion kan sammanfattas i ett händelseträd enligt figur 3.9. I detta händelseträd är praktiskt taget alla parametrar stokastiskt fördelade och om man kände dessa fördelningar skulle man kunna räkna ut risken för kondensation och fördelningen för kondenserbar mängd. De parametrar som vi vet minst om är Formkoefficienter. I detalj t ex under ett taksprång för olika anblåsningsvinklar. Beroende av omgivande bebyggelse och växtlighet. Otätheternas karaktär och geometri. För bebyggelse med FT- eller FTX-ventilation är sannolikt ventilationssystemets injustering och drift den viktigaste parametern. För höga byggnader, särskilt i kallt klimat, är termiken särskilt viktig. 52 Vindskyddets ångmotstånd Z Tillåtet luftläckage 3/m2 „ Z= 1.10' Z= 2.10' Z= 5.10' Z= 10.10' Z= 20.10' Z= 50.10' 100.10' +10 Utetemperatur °C Figur 3.8. Tillåtet luftflöde vid olika utetemperaturer och ångmotstånd hos vindskyddet. KONSTRUKTION ---------- LUFTPF.RMEANS FUKTTILLSKOTT--------------------------------------- VIMDSTYRKA VINDRIKTNING ORIENTERING OMGIVNING UTETEMP INNETEMP |—FORMKOEFF. UTE FORMKOEFF. INNE- .TRYCKDIFF P G A VIND OTATHETERS FÖRDELNING HOJD 3- 3 TRYCKDIFF _ P G A TERMIK FUKTFLÖDE _____ KONDENSERBARFUKTMÄNGD VENT,SYSTEM ____ INJUSTERING ------------------------------------------ TRYCKDIFF -— LUFTFILTER ____PGA VENT. I GENSÄTTNING Figur 3.9. Händelseträd för fuktkonvektion genom en byggnadsdel. FT-ventilation. 53 3.6 Regn och snö 3.6.1 Regn Vertikalt fallande regn kan endast träffa tak och liknande konstruktioner. Dessa skall vara täta mot regn och tätheten kan uppnås på olika sätt. A. Helt täta tak T ex tätskikt av takpapp, takfolie, svetsad eller falsad plåt, gjutasfalt m m. En riskanalys bör omfatta både risken för att det finns otätheter (hål) i tätskiktet och en bedömning av mängden vatten som kan komma igenom tätskiktet. Härvid spelar taklutningen en stor roll. En låg taklutning kan innebära att vatten kan dämmas upp av olika anledningar. En otäthet i en sådan uppdämning medför att stora vattenmängder kan rinna igenom. Samma otätheter på ett brantare tak skulle kanske inte märkas. Taklutningens betydelse har påpekats vid många tillfällen, senast av Hansson & Nilsson (1987) i en utredning om lyckade och misslyckade tak. Takpapp, takfolie och svetsad plåt skall vara helt täta. I falsad plåt kan man inte räkna med att falsarna blir helt täta och av den anledningen föreskriver man en viss minsta lutning, så att ev genomläckande vatten blir av obetydlig mängd. B. Tak med överläggsplattor T ex takpannor av tegel eller betong, vissa plåtkonstruktioner, takshingles m m. Konstruktionen består oftast av en yttertäckning, t ex takpannor, som skall avvisa huvuddelen av nederbörden och en undertäckning som skall svara för avledning av sådant vatten som tränger igenom yttertäckningen. För dessa tak kan regn i kombination med vind vara avgörande för om regnvatten kan tränga igenom yttertäckningen och träffa undertäckningen. Sådant läckage beror mest på vindhastigheten, mängden vatten beror dessutom på regnmängden, Strandberg (1980). Riskanalysen blir därför komplicerad. Dessutom tillkommer att s k förenklad undertäckning inte kan anses vara vattentät, särskilt anslutningarna är svåra att utföra. Traditionell undertäckning av träpanel och papp kan däremot anses vara tät för mindre vattenmängder. Det finns ingen statistik som kan användas för en detaljerad riskanalys för tak. Däremot finns det utredningar som belyser skadefrekvens allmänt på tak, t ex Hansson & Nilsson (1987) och en del utredningar från Statens institut för byggnadsforskning, se Tolstoy &: Svennerstedt (1984). I de fall det förekommer läckage är det sällan möjligt att beräkna fukttillståndet i underliggande konstruktion beroende dels på att vattenmängderna är okända dels på att vattnet på grund av tyngdkraften kan rinna på ett ganska oförutsebart sätt. 3.6.2 Slagregn Väggar och andra vertikala sektioner har inte samma grad av vattentäthet som tak utan regn som faller snett på grund av vinden - slagregn - kan sugas upp eller tränga in i konstruktionen. I många fall är det av intresse att kunna beräkna fukttillståndet efter en sådan regnpåverkan. 54 Man kan urskilja två principiellt olika förlopp. I Regnvatten sugs upp av fasadmaterialet II Regnvatten rinner utefter fasadytan och kan rinna in genom fasadbeklädna­ den och orsaka skador av olika slag eller sugas upp på andra känsliga ställen, t ex ändträ Vid kapillärsugande fasadmaterial, t ex fasadtegel, sugs till att börja med allt regn upp av teglet. Insugen fuktmängd bestäms av regnmängden som träffar väggen. Efter en tid kan uppsugningshastigheten bli mindre än slagregnsintensiteten och vattnet börjar rinna på fasaden. Man kan få en viss uppfattning om tiden till sådan filmbildning för enkla elementära fall av materialets kapillärsugning (se Fukthandboken kap 2.5:2). Trä, och särskilt målat trä har så långsam kapillär uppsugning att vattenfilmen bildas nästan omedelbart. Vid beräkningar är därför slagregnsmängden av mindre int­ resse, medan i stället tiden då ytan är våt är avgörande. För att få data borde man kunna använda våttidsmätare såsom beskrivits av Svennerstedt (1989). När vatten rinner vertikalt eller något snett utefter en träfasad kan följande inträffa. Jämför även händelseträdet i figur 2.2. A. Vatten sugs upp av ändträ. B. Vatten träffar fogar, sprickor, kvisthål e d och rinner in bakom fasadbekläd­ naden och kan sugas upp bakifrån eller på andra ställen. Vattnet kan också tränga in i bakomliggande konstruktion och orsaka skador på vindskydd, fönsterkarmar, syllar o d eller försämra värmeisoleringen. C. Vatten sugs in kapillärt av fogen mellan lockbräda och bottenbräda och kan sugas upp av de obehandlade träytorna. D. Vid liggande panel kan vatten föras i sidled mot fönster e d. För dessa fall gäller att man sällan kan beräkna de uppkommande fukttillskotten, beroende på att hela transportmekanismen är komplex och måste bygga på många be­ dömningar, för att inte säga gissningar. Slagregnsmängder har beräknats bl a av Nevander (1949), Varnbo (1966). Bygg­ nadsfysik LTH har dessutom i samband med en skadeutredning låtit SMHI göra en datorberäkning av slagregn. Sådana beräkningar grundar sig på meteorlogiska observa­ tioner. Eftersom nederbörd vid flertalet stationer endast mäts 2 gånger och vindobser­ vationer gör 3 gånger per dygn blir beräkningarna osäkra. Beräkningarna avser endast det s k fria slagregnet och säger inget om hur mycket som träffar en väggyta. Slagregnet fördelas ojämnt över en fasad. Mest regn träffar områden vid takfot och vid hörn. Sandin (1987) redovisar den relativa slagregnsfördelningen på fasader enligt figur 3.10 baserat på litteraturuppgifter. Log byggnad <5m Hög byggnad >10m Figur 3.10. Relativ slagregnsfördelning på fasader enligt litteraturuppgifter. Det fria slagregnet, mätt i samma riktning, har satts till 1.0. Sandin (1987). 0.5 -1.0 0.5 -1.0 0.2-0.5 0.1 -0.2 55 Mätningar av slagregn har gjorts av Järnmark (1968), Sandin (1987). Sandin (1987) har gjort mätningar på fasadslagregn på en industribyggnad i Partilie. Figur 3.11 visar några resultat från Sandins mätningar. SIagregnsintensitet, kg/m h Maximal intensitet, kg/m h Varaktighet, h O Slagregnsintensitet, kg/m h Figur 3.11. Några resultat av Sandins (1987) mätningar i Partille. a) Exempel på normalt slagregn, b) Exempel på ”extremt” slagregn, c) Samband mellan maximal slagregnsintensitet och varaktighet. Gemensamt för beräkningar och mätningar är att det kan vara mycket stora vari­ ationer mellan olika år och att slagregnet uppträder mycket slumpartat. Geografiskt är Västkusten och Skåne mera utsatta än övriga Sverige, i synnerhet från syd och väst. Utefter hela kusten kan det förekomma enstaka kraftiga slagregn från varierande riktningar. I inlandet förekommer huvudsakligen svagare slagregn. För fuktberäkningar baserade på årscykler kan man använda de årliga fria slag- regnsmängder som anges i Fukthandboken kap 2.2:2 med de reduktioner som anges för det slagregn som träffar en fasad. Behöver man i beräkningarna använda största medelintensitet under kortare tid kan man få vägledning av Sandins mätningar. 2 kg/m2-h kan anses vara en hög regninten­ sitet på en fasad och som endast kan förekomma högst 6 timmar, se figur 3.11. 0.5 kg/2-h kan anses vara en hög dygnsintensitet. Skall man göra icke-stationära beräkningar behöver man en fullständig fördelning av slagregnet över tiden. Sådana uppgifter förekommer bara för enstaka provhus under kortare tider. Det är mycket svårt att ta fram sådana uppgifter ur meteorlogiska observationer, 56 eftersom nederbörd inte mäts kontinuerligt - inte heller hur stor del av det fria slagregnet som träffar fasaden. Sådana fuktberäkningar måste därför baseras på antaganden. Bläddrar man i meteorologiska journaler kan man ganska lätt hitta 10-dagarsperioder med regn varje dag från en förhärskande vindriktning. Man kan naturligtvis även finna motsvarande helt utan regn. 3.6.3 Snö och yrsnö Snö faller vanligen så att det endast blir liggande på horisontella tak eller måttligt lutande tak. När snön smälter beroende på värmetillförsel utifrån eller inifrån bildas vatten som kräver att taket är tätt mot vatten. Återfrysning och isvallsbildning kan medföra att det kan uppstå större vattentryck på ett snötäckt tak än om det bara regnar på taket. Isbildning kan också medföra särskilda påfrestningar på takbeläggningen, Fahlström (1980). Snötäcket ger också en extra värmeisolering när det är kallt ute och en avkylning av takytan när det är plusgrader vilket kan påverka fuktbalansen i taket. Snötäcket påverkar också in- och utstrålning på taket. Yrsnö kan under vissa förutsättningar driva in i ventilationsöppningar. När snön smälter kan den ge fuktskador. Förutsättningen är att snön ”fyker”, dvs att det blåser och vinden bär med sig tämligen små snökorn. Risken för fykande snö torde vara störst på kalfjället och i öppet landskap. För att undvika att yrsnö driver in genom ventilationsöppningarna skall man försöka bryta luftströmmen så att den inte kan tränga igenom öppningen med oförändrad hastighet. Som fuktkälla för tillståndet inuti en konstruktion kan snö och yrsnö sällan beaktas vid kvantitativa beräkningar. 3.7 Läckage från installationer De senaste decennierna har försäkringsbolagens sammanlagda ersättning för skador, orsakade av utströmmande vatten från ledningssystem, ökat avsevärt. Denna typ av påverkan brukar normalt inte ingå i fuktdimensioneringen. Aven om skadeorsakerna inte behandlas här bör man i en riskanalys ta hänsyn till att skadans omfattning och kostnad är beroende av konstruktionens utformning. Se avsnitt 2.6.2. 3.8 Markfukt För konstruktioner i kontakt med mark används följande dimensioneringsprinciper, tillämpade på en vanlig källargrund enligt figur 3.12. Principerna kommenteras sam­ tidigt. 57 3 Figur 3.12. Fuktpåverkan på källarvägg. 1. Fritt vatten på markytan kan rinna fram till grundmuren. Alternativt kan slagregn mot ovanförliggande fasad och takavlopp rinna ned till källarväggen. Därför ordnas en dränerande återfyllning som avvattnas genom dråneringsledningen och källarväggens ytteryta görs vattenavvisande. I kommentarer till byggnormer har ofta rekommenderats att marken invid en bygg­ nad skall luta 1:50 från byggnaden på en sträcka av 3 m. Om man har en sådan lutning bör inte regnvatten kunna rinna in mot byggnaden. Man kan emellertid tänka sig att ursprunglig mark har lutning mot huset under en uppfyllnad. På horisontell mark är det normala att allt regnvatten infiltreras i marken och san­ nolikheten att detta vatten tränger ut i schaktslänten är mycket liten. Om regnvattnet inte infiltreras kan marklutningen vara av betydelse. Detta gäller särskilt hårdgjorda ytor. Vatten från större markområden som lutar mot byggnaden bör avvattnas genom ett avskärande dike. Ett specialfall utgör vatten från snösmältning. Man får räkna med att det är tjäle i marken under snön och att den därför är ogenomtränglig för vatten. Smältvattnet kom­ mer först att till stor del sugas upp av snön och sedan rinna på marken varvid lutning­ en kan vara av betydelse. Snösmältningen börjar normalt intill byggnaden på grund av värmeavgivningen från denna och man kan därför tänka sig en extra påfrestning närmast byggnaden. Slagregn som träffar fasaden rinner normalt ned intill grundmuren, jämför händelse- trädet i figur 2.2. I trakter med mindre slagregnspåfrestning blir vattenmängden troligen liten särskilt om fasaden är vattenabsorberande. Tak skall normalt avvattnas så att allt vatten tillförs dagvattenavloppet. Det händer emellertid att hängrännor är trasiga eller översvämmas och att stuprör är igensatta. I sådana fall kan avsevärda vattenmängder koncentreras intill grundmuren. Återfyllnaden skall vara dränerande så att det inte kan byggas upp några vattenöver­ tryck mot grundmuren och dråneringsledningen måste kunna ta emot och avbörda dessa vattenmängder. Vatten som sipprar ned genom en sådan återfyllnad kommer även att nå grund­ muren i vätskefas. För att inte vatten skall tränga in i grundmuren skall den enligt Ny- 58 byggnadsregler ”förses med ett skikt som hindrar skadlig kapillärsugning frän marken och som leder ut vatten som sjunker ned utmed väggen, såvida inte dessa delar är vattentäta eller okänsliga för fukt”. Vad som menas med detta har emellertid aldrig specificerats. 2. Fritt vatten kan finnas på grundbotten. Därför lägger man in ett kapillärbrytande och dränerande lager som hindrar vatten att i vätskefas komma i kontakt med grund­ konstruktionen och som kan dränera ut vattnet till dräneringsledningen. Frågan är om det finns något annat fenomen än grundvatten som kan åstadkomma denna effekt. Det kan då vara den ”vanliga” grundvattenytan, en sekundär grundvat­ tenyta eller sprickvatten i lermark. Eftersom kapillärsugning in i en konstruktion går mycket snabbare än uttorkningen kan även en tillfällig kortvarig höjning av vattenytan åstadkomma avsevärd skada. Aven om grundvattenytan ligger under schaktbotten kan kapillärsugning ske upp till källargolvet, men den kapillära stighöjden får då räknas från denna grundvattenyta. Om dräneringsledningen inte fungerar kan vatten som tränger ned enligt fall 1 rinna in på grundbotten. S. Relativa fuktigheten RF i markens luftporer är 100%. För att skydda innanförlig- gande fuktkänsliga konstruktioner anordnas ångspärr eller fuktspärr eller sänks RF genom ett temperaturfall över en isolering. RF torde i regel vara 100%. Värmeflödet från byggnaden skulle teoretiskt kunna driva undan fukten men kapillärsugningen i marken är nästan alltid tillräckligt kraftig för att motverka temperatureffekten. Mest rationellt för att hindra ångdiffusion och även kapillärsugning enligt fall 2 borde vara att lägga en kraftig fuktspärr under källargolvet (betongplattan). Denna metod används ofta utomlands men har aldrig varit populär i Sverige troligen av följande skäl. Betongplattan måste tork ut uppåt under tämligen lång tid och med den svenska bygg­ takten är detta svårt att passa in i byggprocessen. Man är rädd för att fuktspärren skall skadas under byggnadstiden och att dess beständighet skall vara otillräcklig. Enstaka misslyckande där vattnet samlats ovanpå fuktspärren som i ett tråg har avskräckt. Genom att lägga värmeisoleringen under betongplattan får man en temperaturdif­ ferens som gör att RF i betongplattan blir lägre än i marken. Förutsättningen är att det förekommer ett tillräckligt stort värmeflöde ner genom marken och utåt sidorna. Vid små plattor är detta inget problem men vid stora plattor är det tveksamt om metoden kan användas. Aven med underliggande värmeisolering blir RF alltid hög för trä och under trägolv och träsyllar måste man oftast lägga in en ångspärr eller en fuktspärr för att även hindra kapillärsugning. Det bör påpekas att om man inte har några täta skikt eller fuktkänsliga material på insidan kan man tillåta ångdiffusion in i källaren. Mängden vatteånga blir så liten att den endast påverkar rumsklimatet marginellt. 4- Högsta grundvattenyta över grundbotten. Konstruktionen göres vattentät eller vattenytan sänks genom dränering ev med pumpning. Man måste skilja mellan om grundvattenytan mer eller mindre permanent ligger över grundbotten eller om det bara sker tillfälligt. Det första fallet behandlas inte här och det andra har delvis behandlats som fall 2. Detta fall kan också vara dimensionerande 59 för dräneringsledningen och de dränerande skikten. Dessa dimensioneringsfall kan vara lämpliga för vanlig dimensionering men kan inte utnyttjas för en riskanalys. Vi vet att det finns många hus som fungerar utan dränering och utan kapillärbrytande skikt, men vi kan inte avgöra hur ofta de angivna dimensione- ringsfallen uppträder. Det förefaller inte heller finnas någon enkel metod att bestämma dessa sannolikheter. De skador som kan orsakas av markfukt är ofta kostsamma, samtidigt som er­ forderliga motåtgärder är förhållandevis billiga. En ekonomisk riskbedömning och praktisk erfarenhet motiverar därför att man nog­ grant ser till att man får fungerande dränering och kapillärbrytning. För ordningens skull påpekas att ett dräneringssystem består av dränerande skikt intill källarvägg och under betongplatta och en dräneringsledning som kan leda bort vattnet. Som kapillärbrytande skikt under betongplatta används normalt grus, singel, ma­ kadam eller lättklinker vars kapillära stighöjd bör vara mindre än halva skikttjockleken. Det är emellertid tveksamt om man skall lita till ett enda sådant skikt. Skiktet kan lätt förorenas fläckvis av finmaterial och då är effekten borta. För att öka säkerheten borde man komplettera med ytterligare ett skikt. Underliggande värmeisolering av mineralull eller cellplast kan utgöra en sådan komplettering. 60 4 TRÄREGELVÄGGAR 4.1 Diffusionsberäkning. Året runt I detta avsnitt beräknas fukttillståndet och skaderisken på vindskyddets insida i en vanlig träregelvägg med träpanel som fasadskikt. Beräkningen utföres i princip som en vanlig diffusionsberäkning under stationära förhålanden men med den skillnaden att flertalet parametrar får variera stokastiskt och vidare tas hänsyn till sol- och himmelsstrålning. Beräkningen utföres enligt MC- metoden med 1800 beräkningar. Väggen antas uppbyggd av fem delar. 1. Fasadskikt + luftspalt 2. Vindskydd bestående av ett materialskikt 3. Värmeisolering 200 mm inkl träreglar 4. Ångspärr 5. Innerpanel Beräkningsmodellen baseras på figur 4.1. Luftspalten förutsättes oventilerad. Over- gångsmotstånd på insidan räknas in i i?5 och 7$. Ti 'FT R = RA + R Z = zA + z B B Figur 4.1. Träyttervägg, uppbyggnad, klimatpåverkan och randvillkor. En energibalansekvation för fasadytan ger 61 T = ■Lv Tu • auk + Tus • aU3 -j- Tt / R + a • I auk + &U8 4~ 11R OLuk = 12 /T„+273\4 ( T„,+ 273l4 l 100 ) V 100 ) T = Ty + Ra ■ (T{ - Ty) /R V = vu + ZA ■ (vt - vu) jZ R a = Ri + ^2/^2 Z A — Z\ -}- C^2/^2 -Rs = dz/^3 + -R4 + i?5 = ^3/^3 + Zi + Z3 R = Ra + Rb Z = Z a + 2b u,- — vu r- pjrj. uu = RFU • u,(Tu) RF = v/vs(Tu) RF < 1 Det framgår av sammanställningen ovan att fukttillståndet vid vindskyddets insida blir en funktion av ett tjugotal parametrar. Flertalet av dessa parametrar antas ha osäkerheter som beskrivs med en trunkerad frekvensfördelning, se avsnitt 3.1, 3.2 och 3.3. De i denna beräkning använda värdena framgår bilaga A, B och C. Temperatur och RF utomhus baseras på femdygnsvärden. Det har ansetts lämpligt att också basera solstrålningen på medeltalet av fem dygn där molnigheten väljs slump­ mässigt inom given frekvensfördelning. Absorptionsfaktorn har satts till 0.7. Beräkningarna har utförts för Skåne, Västerås och Kiruna och för varannan månad under året. I vissa fall har klimatvariabler inte hämtats från samma station. Resultaten framgår av tabell 4.1. I tabellen redovisas RFmedel och dess standard­ avvikelse i %-enheter samt temperaturen. Med ledning av dessa uppgifter har risken för mögelväxt beräknats enligt avsnitt 2.5.1. Med hänsyn till den stora osäkerheten i mögelkurvan, figur 2.5, särskilt temperaturinverkan, har riskerna endast angetts på en tiopotens när. Ett streck i tabellerna innebär att risken är 1:1000000 eller mindre. 62 Tabell 4.1. Fukttillstånd vid vindskyddets insida och risk för mögelväxt (för trä). Månad Riktning RFm % <7 %RF Tx m °c Risk för mögel SKÅNE Jan Syd 69.1 4.5 2.5 1:10000 Nord 76.5 3.1 0.9 1:1000 Mars Syd 55.0 5.4 7.6 - Nord 69.5 3.5 4.3 1:10000 Maj Syd 49.0 5.4 17.5 - Nord 57.9 5.4 14.7 1:10000 Juli Syd 56.1 4.3 22.5 - Nord 62.6 4.0 20.5 1:10000 Sept Syd 58.1 4.7 18.7 1:100000 Nord 72.4 3.3 15.2 1:100 Nov Syd 71.9 2.5 7.0 1:10000 Nord 79.7 2.5 7.0 1:1000 VÄSTERÅS Jan Syd 65.8 4.5 -1.6 - Nord 71.6 3.6 -2.8 1:100000 Mars Syd 45.7 5.9 5.3 - Nord 60.6 5.2 1.2 - Maj Syd 42.9 6.1 16.6 - Nord 49.7 6.5 13.9 - Juli Syd 48.5 5.9 22.7 - Nord 54.8 6.5 20.5 1:10000 Sept Syd 55.5 5.1 16.7 1:100000 Nord 70.9 3.9 12.8 1:100 Nov Syd 70.6 4.1 5.3 1:10000 Nord 77.8 2.9 3.9 1:1000 KIRUNA Jan Syd 56.2 4.8 -10.3 - Nord 66.4 3.9 -12.4 - Mars Syd 45.1 5.9 -2.7 - Nord 60.2 4.8 -6.3 - Maj Syd 40.5 6.3 8.8 - Nord 47.2 6.6 6.6 - Juli Syd 47.2 6.2 18.2 - Nord 51.8 6.3 16.7 1:100000 Sept Syd 55.1 5.7 9.7 - Nord 66.6 5.1 6.6 1:10000 Nov Syd 57.2 5.3 -2.8 - Nord 69.6 3.5 -5.1 1:100000 63 När man skall tolka resultaten bör man komma ihåg att väggen är försedd med en ångspärr av plastfolie. Aven om vi räknat med att denna slumpvis kan vara sämre än väntat, lägst 1/4 av normalvärdet, kommer fukttillståndet att till största delen bestämmas av uteklimatet. Av skillnaden mellan nord- och sydvägg och av temperaturen på vindskyddets insida framgår att den kortvågiga instrålningen har stor betydelse. Aven på norrväggen har in­ strålningen stor betydelse. Man kan då fråga sig om vi räknat strålningen rätt. Den kon- vektiva värmeöverföringskoefficienten auk har stor inverkan och denna har satts till 12 W/m2K, vilket förefaller vara ett normalt värde. För den långvågiga utstrålningen har motstrålande temperatur förutsatts vara lika med uteluftens temperatur. Därigenom har nattutstrålningen försummats men detta borde inte vara avgörande för väggen. För tak är det däremot tveksamt om det kan vara tillåtet att försumma utstrålningen. Hur relativa fuktigheten på vindskyddets insida varierar över året framgår av figur 4.2 och 4.3. Sydfasad -- Norrfasad Skåne Västerås Kiruna 50__ 0 N Månad Figur 4.2. Variation av relativ fuktighet på vindskyd­ dets insida under året. 64 SYDFASAD -10 0 +10 +20 "C Tm Figur 4.3. Relativ fuktighet på vindskyddets insida som funktion av temperaturen på samma ställe under året. Det är anmärkningsvärt att RF i samtliga fall är högre i novemnber än i jan­ uari. Förklaringen är att fukttillståndet styrs av uteluftens tillstånd när man har en fungerande ångspärr och fuktflödet inifrån därigenom blir försumbart. Den lägre temperaturen i januari medför att det blir proportionsvis större temperaturfall mellan vindskyddets insida och uteluften och därigenom blir också RF proportionsvis lägre i januari än i november. Denna effekt dominerar över inverkan av solstrålning som är något större i november. 65 De lägre RF-värdena under vår och sommar förklaras av solstrålningen och av att RF i uteluften är lägre. Risken för mögeltillväxt redovisas i tabell 4.1 och även i figur 4.4. RISK NORRFASAD MÅNAD Figur 4.4. Risk för mögeltillväxt på vindskyddets in­ sida (om det hade varit av trä). Riskbestämningen visar klart att det är större risk för mögeltillväxt i södra Sverige än i norra. Det är en brist att mögelkurvan enligt figur 2.5 endast är angiven för tre temperaturområden. Vid gränstemperaturerna blir det då stora hopp i riskerna. Som framgår av tabell 4.2 blir risken för mögeltillväxt för nordvägg i Skåne under september 1:100 vilket innebär en stor risk, och som nog inte kan sägas svara mot de praktiska erfarenheterna. Man bör emellertid komma ihåg att vindskyddet sällan utförs av trä och att förutsättningarna för mögelpåväxt på träfiberskiva e.d. sannolikt är andra än för trä. Vindskyddets insida ligger i samma plan som reglarnas utsida och fukttillståndet på reglarnas utsida är likartat. Dock uppstår en viss köldbryggeeffekt som gör regelns utsida varmare. 4.2 Inverkan av försämrad ångspärr Med samma förutsättningar som i föregående avsnitt 4.1 har beräkningar utförts av inverkan av försämrad ångspärr. Som värde på ångmotståndet Z hos ångspärren har använts 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 och 1/64 av det värde som använts tidigare och som finns angivet i bilaga A. Beräkningarna har begränsats till Västerås och Skåne och till sydfasaden i januari. Resultaten framgår av figur 4.5. 66 VÄSTERÅS, SYD, JAN SKÅNE, SYD, JAM 1:1000 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 ångspärrens ångmotstånd ANDEL AV NORMALVÄRDE Figur 4.5. Risk för mögelpåväxt vid olika reduktion av ångspärrens ångmotstånd. Vid bedömning av resultaten kan man se att ångspärrens Z kan vara reducerat till ca 1/4 utan att risken påverkas nmnvärt. Detta kan också uttryckas så, att fukttillståndet innanför vindskyddet styr av uteklimatet. Vid försämring av ångspärren ytterligare kommer diffusionen inifrån att få växande betydelse. För att åskådliggöra vad 1/64 av en normal ångspärr Z betyder kan följande anges. Normalt räknar vi med Z = 2000-103 s/m i medeltal enligt bilaga A. 1/64 av detta värde blir 31-103 s/m vilket motsvarar en vindskyddspapp eller en målningsfilm (alkyd). Storheten är dessutom stokastiskt fördelad vilket innebär att i 5% av fallen räknas med värden som är mindre än hälften av de angivna. Man får emellertid inte glömma bort att ångspärren inte enbart skall hindra diffusion utan ge en luftspärr som hindrar fuktkonvektion. Bristen i lufttätningen i konstruktion med övertryck inomhus kan medföra stora skador, jämför avsnitt 3.5. 4.3 Inverkan av isolertjocklek Med samma förutsättningar som i de två föregående avsnitten 4.1 och 4.2 har inverkan av isolertjocklek beräknats. I beräkningen har räknats med isolertjocklekarna 0.05, 0.10, 0.20 och 0.40 m. Beräkningen har begränsats till sydfasad i Skåne i januari. Resultaten framgår av figur 4.6. 67 RISK A rl/05 Oj 10 0,20 0,40 ISOLERT JOCKLEK M Figur 4.6. Risk för mögelpåväxt vid olika isolertjocklek. Av figuren framgår att risken ändrar sig ungefär med en tiopotens när isolertjock- leken ändras med en faktor 2. Vid tjocka isoleringar bestäms fukttillståndet av utekli­ matet. 4.4 Indragen ångspärr Indragen ångspärr används i ytterväggar för att man skall kunna utföra installationer på väggens insida utan att behöva skada luft- och ångtätning. Frågan är då hur stor del av värmeisoleringen eller värmemotståndet som kan plac­ eras på ångspärrens insida. Avgörande är att träreglarna mot ångspärrens insida inte får utsättas för riskabelt höga fukttillstånd. Beräkningar enligt Monte Carlo-metoden har utförts på i princip samma sätt som i föregående kapitel 4.1 och med samma parametervärden, dock med följande två skill­ nader. • Hänsyn till solstrålning har inte tagits. • ”Mögelkurvan” har inte tagits med i beräkningen utan resultatet anges som en fördelningskurva för RF intill ångspärren på varma sidan. Beräkningarna har genomförts för en indragning av ångspärren motsvarande 0.40, 0.50 och 0.60 av isoleringens tjocklek som nominellt var 160 mm. Hänsyn till köldbryggor har inte tagits. Resultaten framgår av tabell 4.2. 68 Tabell 4.2. Relativ fuktighet RF på ångspärrens insida vid olika indragning av ångspärren. Januari månad. Andel av isolering RF i %, m medelvärde på insidan av a standardavvikelse ångspärr Malmö Västerås Kiruna m O m O m O 0.40 58 9 55 8 51 11 0.50 66 8 63 9 62 13 0.60 74 9 74 12 78 14 Då man skall bedöma dessa värden kan man utgå från tabell 2.4 som anger risken för mögelpåväxt, bedömd från ”mögelkurvan” (figur 2.5) när påverkanskurvan är nor- malfördelad. Av tabell 2.4 framgår t ex att vid risken 1:1000 bör RFdim vara 54% vid 20°C och 62% vid 8°C vid standardavvikelsen 10%-enheter. Temperaturen vid ångspärren beror av indragningen och av klimatet. I detta räkneexempel kan det variera mellan ca +13°C i Malmö och ca 0°C i Kiruna vid 0.4 respektive 0.6 indragning. Man får räkna med att man får de högsta RF-värdena vid de lägsta utetemperaturerna. Riskbedömningen blir därför ganska osäker, i synnerhet som mögelkurvans temperaturberoende är osäkert. En annan beräkning där risken har beräknats ur mögelkurvan och där inverkan av solstrålning har medtagits har gett resultat enligt figur 4.7. RISK 0,3 0,4 0,5 0,6 ANDEL AV ISOLERINGEN PÄ INSIDAN Figur 4.7. Beräknad risk för mögeltillväxt vid indragen ångspärr. Västerås, januari. En rimlig bedömning synes dock vara att man kan godta 40% indragning om man accepterar risken 1:1000. Man kan här erinra om att det inte var särskilt länge sedan man baserade dimen­ sioneringen på 100% RF intill ångspärren, varvid man dock kunde lägga in en viss säkerhet i valet av fukttillskott inomhus och utetemperatur. 69 5 TAKPANEL ÖVER KALLVIND 5.1 Energi- och fuktbalanser I trätak över vindsutrymmen är det framför allt takpanelen som kan innebära fukt­ problem. Mögel och blånad förekommer ibland och man har allmänt uppfattningen att plywood är mera utsatt än massiv träpanel. Fukttillståndet i träpanelen är direkt knutet till temperaturtillståndet varför beräkningar även måste inkludera temperatur. Man kan omedelbart konstatera att temperatur- och fukttillstånd här blir beroende av ett stort antal parametrar. De som kan bedömas som mest väsentliga är följande: • Vindsutrymmets geometri • Värmemotstånd i vindsbjälklag och yttertakkonstruktion • Vindhastighet, formfaktorer • Ventilationsareor för luftutbyte mellan uteluft och kallvindsluft • Otätheter i vindsbjälklaget • Tryckförhållanden under och över vindsbjälklaget • Temperatur utomhus • Relativ fuktighet utomhus • Inomhustemperatur • Fuktproduktion i inomhusluften • Solstrålning mot takytor, lutning och orientering • Stralningsutbyte mellan ytor, motstrålande temperatur • Övriga materialegenskaper som ånggenomsläpplighet och sorptionskurva för tak­ panel En beräkningsmodell som tar hänsyn till flertalet av de nämnda faktorerna kan baseras på energi- och fuktbalanser enligt figur 5.1 och 5.2. Figurerna är avsedda att också förklara använda beteckningar. Följande antaganden görs: Vid beräkning av fukt och värmeutbyte mellan skivor och omgivning förutsätts att detta sker likformigt över hela respektive yta. 70 Figur 5.1. Energibalans för kallvind, beteckningar. Sex obekanta temperaturer införs, lika många energibalansekvationer kan ställas upp varur Ti till T6 kan lösas. Från skiktens värmekapacitet bortses. Luftflödena qx och qi (m3/s) kan också tecknas qi = ri( ■ Vo/3600 92 = nv ■ Vo/3600 v. vindsutrymmets volym H) ni läckning inifrån (oms/h) nv uteluftsventilation (oms/h) Strålningsutbytet mellan ytorna A\, ^3 och A4 beaktas enligt Johannesson (1981). 71 Figur 5.2. Fuktbalans för kallvind, beteckningar. Fuktberäkningen utförs icke stationärt. Tre obekanta ånghalter införs v2y v3, V4. v2 ånghalt i vindsutrymmet (kg/ms) v3,v4 ånghalter i panel (kg/m3) Panelen kan indelas i ett antal element (skivor). I så fall skall v3 och v 4 tolkas som fukttillstånd i materialet närmast vindsluften. Man kan alternativt simulera inverkan av en fuktkapacitet genom att låta den representeras av en enda skiva som då är några millimeter tjock. För vindsluften gäller följande fuktbalans, tidselementet dt betraktas. A = B + C + D r 1 A = {