Trycksatt luftspalt i simhallstak

INOM

EXAMENSARBETE BYGGTEKNIK OCH DESIGN, GRUNDNIVÅ, 15 HP

STOCKHOLM SVERIGE 2021,

Trycksatt luftspalt i simhallstak

Ett sätt att förhindra fuktkonvektion

MALIN JOHANSSON DANIEL SELENIUS

KTH

SKOLAN FÖR ARKITEKTUR OCH SAMHÄLLSBYGGNAD

TRITA-ABE-MTB-21623

Sammanfattning

Simhallar har en hög fuktbelastning från insidan som är krävande för ytterväggar och tak. Utöver det varma och fuktiga klimatet har simhallar ofta en hög takhöjd, som i kombination med den höga lufttemperaturen skapar ett termiskt tryck mot simhallens innertak. Via konvektion riskerar varm och fuktig luft att strömma ut genom otätheter i takkonstruktionen till kallare delar i taket med kondensbildning som följd.

Konvektion genom taket kan hindras genom att trycksätta ett utrymme innanför simhallens tak med ett högre tryck än det högsta termiska trycket i simhallen. Syftet är att undersöka ur ett fukttekniskt perspektiv hur det trycksatta utrymmet ska utföras för att vara fuktsäkert.

Rapporten omfattar en redogörelse för hur klimatet i simhallar har förändrats genom åren och vilka skademekanismer som påverkar takkonstruktionen. Teoretiska fuktberäkningar görs i programmet Wufi 5 på en takkonstruktion i limträ som både utförs med och utan ett trycksatt utrymme innanför taket i simhallen.

Resultaten visar på att en takkonstruktion med ett trycksatt utrymme är en fukttekniskt säkrare lösning. Det totala vatteninnehållet i konstruktionen minskar över tid, vilket tyder på att byggfukt torkas ut och att fukt från simhallen inte läcker ut i det trycksatta utrymmet.

Abstract

Buildings with indoor swimming pools are exposed to high humidity from the inside which is stressful on the exterior walls and the roof. In addition to the warm and humid climate inside public baths they also often have a high ceiling height, that in combination with the high air temperature creates a thermal pressure against the ceiling. By way of convection the warm and humid air will escape through the ceiling construction if it is not airtight and the humid air will condense when it reaches the colder layers.

To prevent convection to occur, a pressurized space with a higher pressure than what the ceiling is exposed to in the swimming pool area can be placed above the ceiling of the public bath. The purpose of this study is to examine how the pressurized space can be executed to be moisture- proof.

This study includes a report of how the climate in indoor swimming pools have changed through the years, and how damage due to moisture affects the roof construction. Theoretical calculations are implemented on a roof construction made of glued laminated timber, calculated both with and without the pressurized space.

The results point to that a roof construction with a pressurized space above the ceiling of the swimming pool area is a more moisture-proof solution. The total content of water in the construction reduces over time, which means that the construction gets dryer and no moist from the swimming pool area makes its way into the pressurized space.

Förord

Vårt intresse för fuktmekanik föddes under en kurs i byggfysik där fuktmekanik var en betydande del av kursen. Det fick oss båda att söka till kursen Skademekanismer av fukt som sådde fröet om att skriva examensarbete om fukt i byggnader. Att det blev just om simhallar beror på att dessa byggnader representerar ytterligheten av fuktmekaniken och de risker som den medför.

Vi har under arbetets gång sett hur fuktbelastningen i simhallar har ändrats under de senaste decennierna utan att utförandet av simhallens konstruktion har följt med i utvecklingen. Vi har sett exempel på hur fuktsäkra konstruktioner användes redan på 1970-talet och där kunskapen försvunnit från branschen men som nu på senare år börjar användas igen mer och mer. Det kommer att bli väldigt intressant att följa utvecklingen framåt och se hur konstruktionerna kommer att utföras i nyproduktion och hur man väljer att åtgärda de fuktskador som upptäcks i det befintliga beståndet.

Under arbetet har vi fått hjälp av flera personer som vi vill tacka.

Tack till Jan Forell från Forell VVS-ingenjörer för hjälpen med att förstå uppbyggnaden av den gamla takkonstruktionen i Ramdalsbadet i Örnsköldsvik, och tack till Anders Eklund från Forell VVS-ingenjörer som hjälpsamt skickade vår fråga vidare till Jan Forell.

Tack till Marcus Pehrsson från WeGroup som ställde upp för en intervju och gav oss svar på hur de arbetar med trycksatta undertak i simhallar.

Tack till Johan Sillén som tog sig tid att visa oss runt i Eriksdalsbadet.

Ett extra stort tack till fuktbranschens guru Anders Kumlin som varit vår handledare under hela kursen och som kommit med kritisk och givande feedback för att vår uppsats ska bli så bra som möjligt.

Innehållsförteckning

Sammanfattning ... iii

Abstract ... iv

Förord ... v

1 Introduktion ... 1

1.1 Bakgrund ... 2

1.1.1 Simhallar med trycksatt luftspalt ... 2

1.2 Syfte och frågeställning ... 4

1.3 Avgränsningar ... 4

2 Litteraturstudie och teoretisk bakgrund ... 5

2.1 Klimat i badhus... 5

2.2 Skademekanismer ... 6

2.2.1 Ånghalt ... 7

2.2.2 Konvektion ... 8

2.2.3 Daggpunktstemperatur ... 9

2.3 Utförande av taket ... 10

3 Metod ... 12

3.1 Konstruktionen ... 12

3.2 Wufi 5 ... 14

3.3 Redovisning av ekvationer ... 16

3.4 Analytisk lösning ... 17

3.5 Numerisk lösning ... 17

4 Resultat ... 19

4.1 Numerisk modellering ... 19

4.1.1 Utan trycksatt luftspalt ... 20

4.1.2 Med trycksatt luftspalt ... 21

5 Diskussion och slutsatser ... 22

5.1 Diskussion ... 22

5.2 Slutsatser ... 24

5.3 Fortsatta studier ... 24

Litteratur ... 25

1 Introduktion

Det som skiljer simhallar från vanliga byggnader är den konstant höga fuktbelastningen från insidan av simhallen. Luftens temperatur i simhallar är ofta 30 - 32^◦C och har en relativ fuktighet på omkring 50 - 55%, vilket leder till att luften i simhallar har en hög ånghalt (Arfvidsson, Harderup & Samuelson, 2017).

Den höga fuktbelastningen är krävande för klimatskärmen, byggnadens ytterväggar och framför allt taket. (Arfvidsson et al., 2017). I boken Bade- og svømmeanlegg skriven av Norges byggforskningsinstitutt (2004) framgår det att simhallens utvändiga sida inte kräver några speciella byggtekniska lösningar jämfört med vanliga byggnader. Norges byggforskningsinstitutt skriver att erfarenheter visar att de fuktskador och fuktproblem som uppstår runt simhallens klimatskärm i första hand kommer från insidan av simhallen i form av fukttransport. Som problemområden lyfter Norges byggforskningsinstitutt fram att det är i klimatskärmen runt de fuktbelastade områdena som de flesta allvarliga skadorna uppstår.

Fukttransport inifrån en byggnad, i detta fall en simhall, sker i form av diffusion och konvektion.

Diffusion förhindras genom att placera en diffusionsspärr på insidan i den varma delen av klimatskärmen och för att förhindra konvektion behöver klimatskärmen vara så lufttät som möjligt. Lufttäthet kan åstadkommas med en ångspärr med kriteriet att det inte förekommer några otätheter i form av otäta skarvar eller hål i ångspärren (Kumlin, 2010).

Illustration 1

Illustration av fuktkonvektion. Inspiration från föreläsningsmaterial, Anders Kumlin, 2020.

1.1 Bakgrund

För att hindra luften från simhallen att ta sig in i takkonstruktionen via konvektion och orsaka fuktproblem kan man ha en kontrollerad trycksatt luftspalt mellan simhallens innertak och resten av takkonstruktionen (Arfvidsson et al., 2017). Drivkraften för konvektion är lufttrycket, så om trycket i luftspalten är högre än det högsta trycket mot simhallens innertak kommer inte konvektion uppstå i takkonstruktionen.

Tidigare studier och rapporter om trycksatt luftspalt finns och den tekniska lösningen kan applicerats på både nybyggda simhallar och badhus i behov av renovering.

1.1.1 Simhallar med trycksatt luftspalt

Nedan följer några exempel på simhallar och badhus med ett trycksatt utrymme.

Ramdalsbadet, Oxelösund

I en artikel från Energi- och miljö (2012) kan man läsa om Ramdalsbadet från 1971 i Oxelösund.

Badhuset är 40 år gammalt men har ändå klarat sig bra från mögel och fuktskador. I artikeln kan man läsa om att badhuset var slitet och i behov av renovering. Uppdraget gick till Forell VVS ingenjörer, och de var också de som upptäckte den gamla konstruktionslösningen. Den gamla konstruktionen var förklaringen till varför badhuset hade klarat sig så pass bra från mögel och fuktskador, och på frågan om hur den ursprungliga lösningen var konstruerad svarar J. Forell (personlig kommunikation, 17 maj 2021):

”Den ursprungliga lösningen var trycksatt undertak. Med hjälp av en tilluftsfläkt skapades ett övertryck i undertaket. Detta övertryck stod som en fjädring mot den uppåtstigande, fuktiga luften från simhallen. Därav blev ingen fuktvandring in i takkonstruktionen.

När vi blev inblandade i projektet 2011, konstaterade vi att någon, någon gång bytt ut fläkten och då dessvärre ändrat riktning på den. Men det ändrades då och blev åter den ursprungliga, tänkta konstruktionslösningen.”

Tyresö Aqua Arena, Stockholm

I ett tidigare examensarbete har två studenter från Chalmers tekniska högskola (Andersson &

Härlebo, 2015) beskrivit den byggtekniska lösningen och ventilationslösningen för en trycksatt och ventilerad takkonstruktion som installerats i Tyresö Aqua Arena år 2013. Med egna mätningar samt befintliga mätdata undersökte studenterna om fukt-, temperatur- och tryckförhållanden i takkonstruktionen var inom ramen för vad konstruktionen dimensionerades för. Resultaten visade att de dimensionerade värdena för fukt, temperatur och tryck hålls, och att den tekniska lösningen fungerar i praktiken.

Eriksdalsbadet, Stockholm

Eriksdalsbadet har ett trycksatt utrymme under läktaren i höjd med bassängen med VVS- ledningar.

Bild 1

Exempel på trycksatt luftspalt i betong och stål, Eriksdalsbadet. Utrymmet i luftspalten används också som en kanal för VVS ledningar.

Bredbyns simhall och Husums simhall, Örnsköldsvik

SKL (Sveriges Kommuner och Landsting, 2014), numera SKR (Sveriges Kommuner och Regioner), skriver i en publikation om renoveringen av två simhallar i Örnsköldsvik. Det handlar om Bredbyns- och Husums simhall som båda fick ett nytt undertak som trycksattes. I dessa simhallar har man också lyckats få ner energiförbrukningen genom att bygga ett ”hus i huset”.

1.2 Syfte och frågeställning

Syftet är att undersöka hur en trycksatt luftspalt i taket ska utföras för att förhindra att simhallens varma och fuktiga luft läcker ut i takkonstruktionen.

• Hur åstadkommer man den trycksatta luftspalten?

• Vilket tryck behöver luftspalten ha?

• Vilka lufttäthetskrav ska den trycksatta luftspalten ha?

• Vilken temperatur och relativ fuktighet bör det vara i luftspalten?

• Hur ska luftspalten utformas för att vara fuktsäker?

1.3 Avgränsningar

Denna rapport fokuserar på det fukttekniska dilemmat som kan uppstå i simhallens övre delar, så som tak och övre del av ytterväggen. Materialet för den bärande delen av konstruktionen är i denna rapport limträ. Den tekniska lösningen med trycksatt luftspalt kan därför behöva anpassas vid användning av ett annat bärande konstruktionsmaterial.

Måtten på den trycksatta luftspalten är baserad på ett antagande av storlek på simhallen. En trycksatt luftspalt i en simhall med andra dimensioner behöver beräknas om och kan därför skilja sig mot måtten i luftspalten i denna rapport. Bärande konstruktion i limträ under luftspalten i denna principlösning ska inte ha någon betydelse för funktionen av luftspalten.

Konstruktionen i principskisserna är enbart framtagna ur ett fukttekniskt perspektiv. Ingen hänsyn till brandaspekten har tagits och det har inte genomförts några beräkningar på bärighet och hållfasthet. Viss energiberäkning finns i rapporten men det är en överslagsberäkning.

Den typ av projekt som avses i detta arbete är nyproduktion. Vid renovering av en simhall med trycksatt luftspalt som teknisk lösning behöver man undersöka den befintliga konstruktionen och utgå ifrån den när man ska projektera den trycksatta luftspalten. I rapporten görs inga kostnadsberäkningar.

Beroende på det geografiska läget varierar påfrestningarna som klimatskärmen utsätts för.

Temperatur, nederbörd, relativ fuktighet, vind och solinstrålning är alla faktorer som påverkar en byggnads klimatskärm och som varierar beroende på var man befinner sig i landet. Dock tar denna rapport inte hänsyn till solinstrålning eller vindstyrka. I beräkningsprogrammet är det geografiska läget Stockholm, konstruktionen är riktad söderut och har en taklutning på 7 grader.

2 Litteraturstudie och teoretisk bakgrund

2.1 Klimat i badhus

Av Sveriges ca 450 offentliga simhallar är de flesta byggda under 1960- och 1970-talet och nära 80% av alla simhallar är byggda före 1980 (BeFair, u.å.). Utvecklingen av hur simhallar används har förändrats, men hur simhallarnas klimatskärm ska konstrueras för att klara av den förändringen har inte hängt med (Sikander & Samuelson, 2015). Idag är det mer rörelse och plask i badhusen i och med att det nu ofta finns någon typ av rutschkana i simhallen eller en ävertyrsavdelning. Ökningen av rörelse i kombination med att temperaturen i vattnet är högre än tidigare samt att dagens simhallar ofta har högre takhöjd är viktiga anledningar till att fuktskador uppstår (Sikander & Samuelson, 2015).

Det ursprungligt projekterade klimatet i äldre simhallarna skiljer sig från hur klimatet är i simhallarna idag. Tidigare var vattentemperaturen i bassängen ca 22 ^◦C och luften i simhallen var några grader högre. Idag är temperaturen i vattnet runt 28 ^◦C och luftens temperatur är 30 – 32 ^◦C (Arfvidsson et al., 2017).

När badande gäster kliver upp ur bassängen börjar vattnet på huden övergå till gasform genom avdunstning. För att vattnet på huden ska övergå till gasform behövs energi och den energin tas från huden. Avdunstningen gör att huden kyls ner och ju lägre ånghalten i simhallen är desto snabbare sker avdunstningen (Warfvinge & Dahlblom, 2010). För att badande gäster inte ska uppleva att de fryser väljer man av komfortskäl att ha en relativ fuktighet på 50 – 55% vid en lufttemperatur på 30 – 32 ^◦C, vilket leder till en hög ånghalt i luften (Arfvidsson et al., 2017).

Bild 2

Exempelbild på simhall (Fotografi på simhall, utan titel, u.å.).

2.2 Skademekanismer

Det är en utmaning att få konstruktionen tillräckligt lufttät. Den invändiga ångspärren måste vid alla anslutningar och genomföringar vara helt lufttätt för att det inte ska uppstå skada vid byggtillfället eller över tid. För att uppnå lufttäthet krävs det att konstruktionerna är väl uttänkta, att det utförs på ett korrekt sätt, och att de som ska driva och sköta byggnaden har kunskap om hur det utförs på rätt sätt (Arfvidsson et al., 2017).

I alla uppvärmda byggnader sker ånggenomsläpplighet genom diffusion och konvektion. Risken för dessa typer av fukttransport är för simhallar speciellt stor vintertid. Ett klimatskal som inte är luft- och diffusionstätt kommer få problem med fukttransport och fuktskador i den isolerade konstruktionen. Det är därför viktigt att lufttäthet beaktas redan i projekteringsskedet (Norges byggforskningsinstitutt, 2004).

Diffusion är en långsam process som ofta kan förhindras med en diffusionsspärr. Det dominerande problemet för fukttransport genom klimatskärmen är därför konvektion. Alla genomföringar och otäta skarvar i klimatskärmens ångspärr är därför riskområden vad avser lufttäthet.

Illustration 2

Illustration av fukttransport genom diffusion och konvektion. Inspiration till illustrationen är från Byggutbildarna och deras artikel Grundläggande byggteknik – fuktens verkningssätt. (30 augusti 2015).

2.2.1 Ånghalt

Tabell 1 visar ånghalten utomhus i Stockholm en vinterdag i januari och ånghalten inomhus i en vanlig byggnad samt i en simhall. Temperaturen i en vanlig byggnad är ett rekommenderat riktvärde för inomhusklimatet (Folkhälsomyndigheten, 2020).

v (ånghalt, g/m )³ =RF(%)v_s (mättnadsånghalt, g/m )³

Mättnadsånghalten är mängden vattenånga som luften maximalt kan bära vid given temperatur.

Ju högre temperatur desto mer vattenånga kan luften innehålla (Arfvidsson et al., 2017). När ånghalten är lika stor eller större än mättnadsånghalten faller det överflödiga vattnet i luften ut som kondens.

(%)

s

v RF

v =

1 kondens

s

v

v  

Fukttillskottet är fuktbelastningen över klimatskärmen och enligt Folkhälsomyndighetens riktvärde ska fukttillskottet i en vanlig byggnad inte överstiga 3 g/m³. Ett högre fukttillskott kan innebära risk för att fuktrelaterade kemiska reaktioner och biologiska aktiviteter uppstår som försämrar luftkvaliteten (Folkhälsomyndigheten, 2020). I Tabell 1 framgår det att moderna simhallar har ett fukttillskott som är fem gånger så högt jämfört med det rekommenderade värdet från Folkhälsomyndigheten.

Fukttillskott=v_inne−v_ute Tabell 1

Lufttemp. Mättnadsånghalt RF (%) Ånghalt, v Fukttillskott Januari, Stockholm

utomhus

-2,4 ^◦C 4,01 g/m³ 88 3,5 g/m³ -

Vanlig byggnad 20 ^◦C 17,28 g/m³ 38 6,5 g/m³ 3,0 g/m³ Simhallar förr 24 ^◦C 21,75 g/m³ 55 12,0 g/m³ 8,5 g/m³ Simhallar nu 32 ^◦C 33,75 g/m³ 55 18,6 g/m³ 15,1 g/m³

Tabellvärden för utomhusklimatet i Stockholm är hämtat från Fukthandbok, utgåva 4 (Arfvidsson et al., 2017, s.488) och likaså värden för mättnadsånghalten (Arfvidsson et al., 2017, s.460 - 461).

2.2.2 Konvektion

Som tidigare nämnt är drivkraften för konvektion lufttrycket. Hur stort trycket mot den övre delen i en byggnad är beror på byggnadens höjd (h) och skillnaden mellan lufttemperaturen inne (Tinne) och ute (Tute). Varmare luft har lägre densitet och därför blir tryckskillnaden över byggnaden större under kallare perioder på året (Sandin, 2010).

Vid jämnt fördelade otätheter i byggnaden är undertrycket vid golv lika stort som övertrycket vid taket. ΔPtot är det totala trycket i byggnaden, det vill säga summan av över- och undertrycket.

Övertrycket mot taket är därför hälften av ΔPtot.

P_tot =^0,043 h T

(

)

Illustration över tryckfördelningen i en byggnad.

Simhallar har ofta högt i tak och i kombination med det varma klimatet i simhallen blir det ett högt termiskt tryck mot taket och ytterväggarnas övre del (Arfvidsson et al., 2017). Trycket mot simhallens övre konstruktion är under stora delar av året alltid högre än det rådande lufttrycket utomhus (Stockholms medeltemperatur som referens, se Tabell 1). Luften i simhallen riskerar därför att strömma ut genom minsta otäthet i konstruktionen till områden där lufttrycket är lägre än i simhallen. Risken när simhallsluften strömmar ut är att det bildas kondens på kallare ytor i simhallens yttre konstruktionsdelar. Den extra fuktpåkänningen som uppstår är materialet ofta

2.2.3 Daggpunktstemperatur

En byggnad som har otätheter kommer få som konsekvens att inomhusluften läcker ut i konstruktionen. Om inomhusluften kommer i kontakt med en yta i konstruktionen som har en lägre temperatur än inomhusluftens daggpunktstemperatur kommer kondens falla ut och fukta upp konstruktionen. Kondensvattnet magasineras i konstruktionen och det kan leda till problem som ”vattenläckage”, missfärgning, uppfuktning och nedbrytning av materialen (Norges byggforskningsinstitutt, 2004).

Organiska material som trä och träbaserade material kan angripas av mögel och rötsvampar, och utöver skadan det gör på materialet har de också en negativ inverkan på inomhusmiljön. Ökad fukthalt i träprodukter leder till lägre hållfasthet och större risk för elastiska och plastiska deformationer i materialet (Arfvidsson et al., 2017).

Oorganiska material som stål och betong påverkas också negativt av fukt. Om stål blir utsatt för en relativ fuktighet över 60% uppstår korrosion som ökar i hastighet med stigande relativ fuktighet, tillgång på fritt vatten och halten av föroreningar (Arfvidsson et al., 2017).

Armeringsstål kan också börja korrodera om pH – värdet i betongen blir för lågt. Korrosion gör att armeringen sväller och till slut spräcker sönder betongen. En sänkning av betongens pH – värde kan ske när inträngande vatten transporterar klor. Vattnet löser upp betongens bindemedel som leder till att betongen vittrar sönder och får en sämre hållfasthet (Komsol, u.å.).

Diagram 1

Tabellvärden för mättnadsånghalten (Arfvidsson et al., 2017, s.460 - 461).

I Diagram 1 visas daggpunktstemperaturen för ånghalten i de tre byggnaderna från Tabell 1. När ånghalten är lika stor som mättnadsånghalten är luften mättad med vatten och överflödet faller ut som kondens. Den temperatur då kondens faller ut kallas för daggpunktstemperatur. För äldre simhallar med en lufttemperatur på 24 ^◦C uppstår kondens när inomhusluften i simhallen möter en yta med en temperatur på ungefär 14 ^◦C och för nyare simhallar är den siffran 21 ^◦C.

Medelvärdet för Stockholms temperatur utomhus under året varierar mellan -2,7 ^◦C och 18,3 ^◦C (Arfvidsson et al., 2017, s.488) och med det som referens för utomhustemperaturen finns det risk för kondens i simhallens konstruktion året om.

2.3 Utförande av taket

Taket i simhallar kan utföras som kompakta tak eller ventilerande tak. Ventilerade tak har en större risk för luftläckage från insidan, kompakta tak anses därför vara den mer fukttekniskt säkra konstruktionen. Eftersom kompakta tak inte har någon luftspalt bidrar tätskikt, ångspärr och eventuellt bärsystem till takets totala lufttäthet.

Kompakta tak kallas även för massivtak och klassas som varma tak. De består av ett eller flera materiallager där lagren ligger så tätt som möjligt. Taket bör täckas med en taktäckning som är baserat på ett vattentätt material, exempelvis asfalt, plast eller gummi. Oavsett material ska taktäckningen ha limmade eller svetsade kanter för att inte riskera att vatten utifrån tar sig in bakom täckningen.

För kompakta tak med stomme av trä är lösningen baserad på att allt trä finns på insidan av ångspärren och isoleringen. Ångspärren måste fortsätta ner på ytterväggen och överlappa ångspärren i väggen för att inte skapa en skarv där fukt kan tränga ut (Norges byggforskningsinstitutt, 2004).

Figur 1

Illustration på inspirationen till takkonstruktionen, Norges byggforskningsinstitutt, Bade og- svømmeanlegg s.85.

Ej skalenlig.

Även genom ett litet hål kan den fuktiga luften från simhallen göra stor skada. Ett hål eller otät

Lufttrycket som är högre inne i simhallen än vad den är utomhus driver luften från simhallen ut genom otätheter och resulterar i kondens i takkonstruktionen.

Illustration 4

Den tekniska lösningen för att undvika konvektion i taket är den trycksatta luftspalten där luften består av uppvärmd utomhusluft. Genom att ha ett kontrollerat högre tryck i luftspalten än det högsta trycket som är i simhallens tak riskerar luften från simhallen inte att transporteras ut i takkonstruktionen. Vid otätheter kommer luften i stället strömma från den trycksatta luftspalten ut i simhallen, vilket ur fuktsynpunkt inte har någon negativ påverkan.

Illustration 5

3 Metod

Metoden som använts är att först bestämma två konstruktioner och hur de är uppbyggda med hänsyn till fuktteknik och normer för energieffektivitet. Därefter gjordes beräkningar i programmet Wufi 5 för att se hur fukttransporten sker i respektive konstruktion för att påvisa att den ena konstruktionen är mer fuktsäker än den andra.

3.1 Konstruktionen

Konstruktionerna som fastställs för denna studie består av tätskikt av takpapp, mineralullsisolering, PE-film, råspont och bärande takkonstruktion i limträ av exempelvis fackverksbalkar eller limträbalkar. Konstruktionen utan trycksatt luftspalt (Figur 2) har simhallens klimat under råsponten. Konstruktionen med trycksatt luftspalt (Figur 3) kompletteras med korslagda åsar och balkar, ytterligare ett skikt PE-film samt råspont. De korslagda åsarna och balkarna bildar en luftspalt som trycksätts med uppvärmd utomhusluft utan fukttillskott.

Figur 2

Figur 3

Illustration av takkonstruktionen med korslagda åsar och balkar som skapar den trycksatt luftspalt. Ej skalenlig.

3.2 Wufi 5

Figur 4

Bilden visar konstruktionens uppbyggnad i Wufi 5. Från vänster till höger är det takpapp 1,0 mm, mineralull 500,0 mm, ångspärr 1,0 mm, råspont 22,0 mm.

För att räkna ut mineralullsisoleringens tjocklek i takkonstruktionen togs hänsyn till Upphandlingsmyndighetens krav-ID III39 (2020) som föreskriver en värmegenomgångskoefficient, ett U-värde, på 0,07 W/m²K i takkonstruktion. Med U-värdet kunde det minsta totala värmeövergångsmotståndet ΣR över takkonstruktionen beräknas, se (3.1).

𝑈 = ¹

Σ𝑅 (W/m²K) (3.1)

R-värdet för råsponten beräknades med ekvation (3.2). Takpappen och ångspärren har i princip inget värmeövergångsmotstånd och därför tas det inte med i beräkningen. R-värdet för mineralullen är differensen mellan ΣR och resterande R-värden i konstruktionen, se (3.6).

Mineralullens tjocklek kan därefter bestämmas med ekvation (3.2).

𝑅 =^𝑑

𝜆 (m²K/W) (3.2)

𝑅𝑖𝑠𝑜 = 𝛴 − 𝑅𝑠𝑖 − 𝑅𝑟å𝑠𝑝𝑜𝑛𝑡 − 𝑅𝑠𝑒 (m²K/W) (3.6)

Konstruktionerna som visas i Figur 2 och Figur 3 beräknas i programmet Wufi 5 för att se hur fuktdynamiken ser ut i respektive fall. Uppbyggnaden av takkonstruktionen i Wufi består av material med egenskaper enligt Tabell 2. Egenskaper för takåsar, takbalkar och fackverksbalkarna tas ej med i beräkningen då de inte har någon påverkan på fuktdynamiken för just de här två konstruktionerna.

Tabell 2

Material Tjocklek

(mm)

Värmekonduktivitet, λ-värde

(W/mK)

Värmeövergångs- motstånd,

R-värde (m²K/W)

Ånggenomgångs- motstånd, Z (s/m) Utvändigt skikt,

Rse

0,04

Takpapp 1 54 000

Mineralull 500 0,036 13,89 4,68

Ångspärr 1 180 000

Råspont 22 0,14 0,16 468

Invändigt skikt, Rsi

0,10

ΣR=14,19

Takkonstruktionens uppbyggnad av material och dess egenskaper. Rsi och Rse är hämtade från Praktisk byggnadsfysik, K. Sandin, 2010, s.40. Ånggenomgångsmotstånd är defaultvärden för valda material i Wufi 5.

Konstruktionen utan trycksatt luftspalt (Figur 2) har simhallens klimat på insidan, 32 ℃ och 55% relativ fuktighet. I konstruktionen med trycksatt luftspalt (Figur 3) får den relativa fuktigheten i råsponten mot simhallens insida inte överstiga 75% (Träguiden, 2018). Vid 32℃

och 55% RF är ånghalten 18,56 g/m³ och för att inte överstiga 75% relativ fuktighet i råsponten behöver temperaturen vara minst 24,8 ℃ (Arfvidsson et al., 2017, s.461). För att ha en säkerhetsmarginal väljs temperaturen i luftspalten till 27 ℃. Luftspalten ventileras med uppvärmd utomhusluft och får då samma ånghalt som utomhusluften. Fukttillskottet i luftspalten blir därför noll.

Materialet i konstruktionen sätts till att ha 60% relativ fuktighet och en temperatur på 20 ˚C vid inbyggnad. Parametrarna för utomhusklimatet i Stockholm finns inbyggt i programmet.

Resultaten och graferna av beräkningarna i Wufi analyseras och det som beaktas mest är relativ fuktighet och totalt vatteninnehåll i olika delar av respektive material vid olika tider på året och över flera års tid. Därmed erhålls en överblick över när det är som fuktigast i konstruktionen,

var i konstruktionen det är som fuktigast, samt om det sker någon uttorkning eller uppfuktning över flera år.

Simhallens form med avseende på takhöjd och area bestäms också. Detta har betydelse för att kunna räkna ut lufttrycket som uppstår mot simhallens innertak, kunna bestämma vilket tryck som behövs i den trycksatta luftspalten, samt kunna beräkna vilket flöde den fläkt som trycksätter luftspalten behöver ha. Takhöjden bestäms till 12 meter för att möjliggöra hopptorn.

Takets bredd och längd bestäms till 25 meter och respektive 34 meter för att möta svensk simidrotts kravspecifikation på 25-metersbanor (Simarena, u.å.).

Höjden på balkarna i luftspalten bestäms till 450 mm och åsarna höjd till 220 mm. Den totala höjden på luftspalten blir då 670 mm.

3.3 Redovisning av ekvationer

Värmegenomgångskoefficienten, U-värdet (Arfvidsson et al., 2017, s.304) 𝑈 = ¹

Σ𝑅 (W/m²K) (3.1)

Värmegenomgångsmotståndet, R-värdet (Arfvidsson et al., 2017, s.298)

𝑅 =^𝑑

𝜆 (m²K/W) (3.2)

Luftflödet genom ångspärren om tryckdifferensen över klimatskärmen hålls vid 50 Pa (Arfvidsson et al., 2017, s.308).

𝑟 = 𝑟₅₀∗ (^∆𝑝

50)^𝛽(l/m²s) 𝑅 = 𝑟 ∗ 𝐴 (l/s)

(3.3) (3.4)

Tryckdifferens till följd av konvektion (Arfvidsson et al., s.318).

∆𝑝 = 0,043 ∗ ∆𝑇 ∗^ℎ

2 (Pa) (3.5)

3.4 Analytisk lösning

𝑈 = ¹

𝑅 → 𝑅 = ¹

𝑈 (m²K/W) 𝑅 =^𝑑

𝜆 → 𝑑 = 𝑅 ∗ 𝜆 (m)

Erforderligt värmeövergångsmotstånd för mineralullsisoleringen

Riso = ΣR - Rsi - Rråspont - Rse (3.6)

Erforderlig tjocklek för mineralullsisoleringen diso = Riso * λiso (m)

3.5 Numerisk lösning

Erforderligt värmeövergångsmotstånd för takkonstruktionen 𝛴𝑅 = ¹

0,07= 14,28 (m²K/W)

Erforderligt värmeövergångsmotstånd för mineralullsisoleringen 𝑅_𝑖𝑠𝑜 = 14,28 − 0,10 − 0,16 − 0,04 = 13,98 (m²K/W)

Erforderlig tjocklek för mineralullsisoleringen 𝑑_𝑖𝑠𝑜 = 13,98 × 0,036 = 0,503 ≈ 0,5 (m)

Lufttrycket mot innertaket beräknas som tryckdifferensen till följd av konvention

∆𝑝 = 0,043 ∗ (32 − (−18)) ∗¹²

2 = 12,9 Pa

Lufttrycket i luftspalten behöver överstiga tryckdifferensen och sätts till 15 Pa.

Enligt Upphandlingsmyndigheten (u.å.) får luftläckaget genom klimatskärmen inte överstiga 0,20 l/s per m² omslutande area vid ett tryck på +/- 50 Pa enligt SS- EN ISO 9972:2015.

För att ha en marginal vid dimensioneringen av fläkt sätts luftläckaget genom ångspärren som omsluter luftspalten till r50 = 0,5 l/m²s vid 50 Pa tryckskillnad.

𝑟 = 0,5 ∗ (¹⁵

50)^0,70= 0,215 l/m²s

Om luftspalten har den omgivande arean, A m² blir det totala flödet 𝐴 = 2 ∗ 25 ∗ 34 + 2 ∗ 25 ∗ 0,670 + 2 ∗ 34 ∗ 0,670 = 1779 m² 𝑅 = 0,215 ∗ 1779 = 382,5 (l/s) = 1377 m³/h

Det aggregat som ska trycksätta luftspalten med uppvärmd utomhusluft bör alltså klara ett flöde på 1377 m³/h och upprätthålla ett tryck på 15 Pa.

4 Resultat

Resultaten av beräkningarna som gjorts i Wufi 5 presenteras i grafdiagram. De visar relativ fuktighet och totalt vatteninnehåll för vald del av konstruktionen, vilken är den yttersta delen av mineralullen där temperaturen följer utomhustemperaturen och påverkar den relativa fuktigheten.

4.1 Numerisk modellering

Modelleringen i Wufi resulterar i värden som sätts in i diagrammen nedan. De visar temperatur och relativ fuktighet för den yttersta delen av mineralullen, 1 millimeter in från takpappen samt hela konstruktionens totala vatteninnehåll. Beräkningarna görs för en tioårsperiod för att visa de förändringar som sker över lång tid. Beräkningsperiodens start, dag 0, är den 1 oktober.

Diagram 2

Diagram 2 visar hur temperaturen utomhus varierar över året. Varje år är lika i beräkningsmodellen. Samma utomhustemperatur gäller för båda konstruktionerna.

-30 -20 -10 0 10 20 30 40

0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650

Temperatur (℃)

Tid (Dygn)

Temperatur över 10 år

4.1.1 Utan trycksatt luftspalt

Diagram 3

Diagram 3 visar den relativa fuktigheten i konstruktionen utan trycksatt luftspalt. Den relativa fuktigheten i mineralullens yttersta del ökar över tid och når 100%, vilket innebär kondensation, redan efter två månader och sjunker inte väsentligt efter det. Detta innebär att all tillskjutande fukt också kommer att kondensera till flytande vatten.

Diagram 4

Diagram 4 visar det totala vatteninnehållet i kg vatten per m³ material för konstruktionen utan

0 20 40 60 80 100 120

0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650

Relativ fuktighet, RF (%)

Tid (dygn)

Relativ fuktighet över 10 år

0 2 4 6 8 10 12

0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650

Totalt vatteninnehåll (kg/m^3)

Tid (dygn)

Totalt vatteninnehåll över 10 år

4.1.2 Med trycksatt luftspalt

Diagram 5

Diagram 5 visar den relativa fuktigheten i fallet när konstruktionen har en luftspalt trycksatt med uppvärmd utomhusluft. Den relativa fuktigheten i mineralullens yttersta del fluktuerar mellan 60% på sommaren och cirka 97% på vintern, men den når aldrig 100% och kondensation. Det visar även att den relativa fuktigheten sjunker över den tioåriga mätperioden, det vill säga att det sker en uttorkning. Om samma beräkning görs över 30 år kommer uttorkningen fortsätta tills jämvikt för relativ fuktighet uppstår mellan materialet och luften i luftspalten.

Diagram 6

I Diagram 6 framgår det att det totala vatteninnehållet i konstruktionen minskar över tid. Vid inbyggnad var vatteninnehållet 1,5 kg/m³ som sjunker ner till runt 1 kg/m³ och varierar med +/- 0,2 kg/m³. Medelvärdet sjunker över mätperioden, det sker alltså en uttorkning.

0 20 40 60 80 100 120

0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650

Relativ fuktighet, RF (%)

Tid (dygn)

Relativ fuktighet över 10 år

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650

Totalt vatteninnehåll (kg/m^3)

Tid (dygn)

Totalt vatteninnehåll över 10 år

5 Diskussion och slutsatser

5.1 Diskussion

Syftet med denna uppsats var att undersöka hur en trycksatt luftspalt i en takkonstruktion ska utföras för att hindra simhallens varma och fuktiga luft från att läcka ut i takkonstruktionen på grund av konvektion. I rapporten redovisas exempel med beräkningsmodeller för den valda takkonstruktionen samt hur beräkningen kan ske för att dimensionera fläkten som ska trycksätta luftspalten.

I beräkningsmodellen genomförs endast fuktberäkningar på takkonstruktionen eftersom det är mot simhallens innertak som lufttrycket är som störst. Lufttrycket mot de övre delarna av simhallens ytterväggar är nästan lika högt som lufttrycket mot innertaket. Den trycksatta luftspalten behöver därför gå ner en bit på väggen för att förhindra konvektion även där, se Figur 4. Fläktaggregatet behöver då dimensioneras om för att förse hela luftspalten med erforderligt tryck.

Figur 4

Det lufttryck som luftspalten behöver ha för att hindra att simhallsluft läcker ut i klimatskärmen måste överstiga det lufttryck som uppstår mot simhallens innertak. Beräkning av detta redovisas i kapitel 3.3. För konstruktionsexemplet i denna rapport måste alltså luftspalten trycksättas med mer än 12,9 Pa. För att ha en viss marginal sätts nivån till 15 Pa.

En konstruktion utförd med en trycksatt luftspalt behöver precis som för andra byggnader göras så lufttät som möjligt. För att åstadkomma detta är det viktigt att PE-filmen som omsluter luftspalten ansluter mot väggens PE-film och går ner en bit på väggen. Exempel på detta redovisas i Figur 5. Samtliga skarvar läggs omlott och både tejpas och kläms med regel.

För att säkerställa att trycket i luftspalten upprätthålls kan en tryckgivare installeras som larmar om trycket sjunker under erforderlig nivå.

Figur 5

Illustration av överlappning med ångspärr vid anslutning av yttervägg och tak. Ej skalenlig.

För att minimera antalet genomföringar genom PE-filmen går endast en kanal, tilluftskanalen, genom PE-filmen. För att få en jämn fördelning av tilluft går det från tilluftskanalen flera mindre kanaler, där varje mindre kanal tillför ett fack med luft (Figur 6). Detta gör att övertrycket av luft blir jämnt över hela luftspalten och tryckförluster, till följd av friktioner och turbulens, minimeras jämfört med om luftspalten endast skulle trycksättas från ena änden.

Figur 6

Exempel på tilluftskanal som trycksätter luftspalten. Ej skalenlig.

Råsponten mellan simhallens innertak och den trycksatta luftspalten blir utsatt för två olika temperaturer: temperaturen i simhallen och temperaturen i den trycksatta luftspalten. I metodkapitlet förklarades varför temperaturen i luftspalten inte fick vara lägre än 24 ℃ och därför valdes med marginal till 27 ℃. För att minska värmeförlusterna från simhallen kan temperaturen i den trycksatta luftspalten väljas till samma temperatur som i simhallen. Om det görs minskar risken för fuktskador på innertaket ytterligare.

I konstruktionen med trycksatt luftspalt når den relativa fuktigheten i mineralullens yttre del aldrig 100% relativ fuktighet. Det sker därmed ingen kondensation i den konstruktionen. I Diagram 5 och Diagram 6 ser man även att det med tiden sker en uttorkning av konstruktionen med trycksatt luftspalt. Dock når konstruktionen ändå en relativ fuktighet på 97% i mineralullen.

Kritisk fuktnivå och risk för mögelpåväxt i mineralull ligger på 90 - 95% relativ fuktighet (Arfvidsson et al., 2017, s.422). Som åtgärd kan ett annat isoleringsmaterial vara mer lämpligt, exempelvis cellglas.

I beräkningarna används uppvärmd utomhusluft för att trycksätta luftspalten. För att minska den relativa fuktigheten i mineralullens yttersta del kan ett annat alternativ vara att först avfukta luften innan den värms upp. På så sätt minskar ånghalten och med det den relativa fuktigheten.

Avfuktningen bör alltså vara tillräcklig för att den relativa fuktigheten ska understiga 90% i konstruktionens yttersta del.

5.2 Slutsatser

För den valda konstruktionen som har undersökts i den här rapporten är en trycksatt luftspalt nödvändig för att hindra fukttransport genom konvektion. I beräkningarna framgår det att konstruktionen med trycksatt luftspalt är betydligt mer hållbar ur fuktsäkerhetssynpunkt. Den relativa fuktigheten i mineralullens yttersta delar når dock över 90% under vissa delar av året, vilket kan avhjälpas genom att utomhusluften avfuktas innan den värms upp och trycksätter luftspalten.

5.3 Fortsatta studier

Simhallarna i Örnsköldsvik halverade energiförbrukningen genom ett antal åtgärder, trots norrländsk vinterkyla. Energi sparades genom att isolera bassängen mot befintligt kakel, takytor i installationsutrymmet under bassängen isolerades så värme från simhallen begränsades nedåt i byggnaden, och fönster byttes ut så den totala fönsterytan minskade. Många av åtgärder kan vara intressanta att se närmare på (Sveriges kommuner och landsting, 2014).

En mer djupgående analys av hur mycket som är nödvändigt och praktiskt möjligt att avfukta utomhusluften innan den värms upp och trycksätter luftspalten är något som kan studeras djupare.

I denna rapport har ingen hänsyn tagits till påverkan av solinstrålning och vindlast. Hur mycket

Litteratur

Andersson, S., Härlebo, K. (2015). Trycksatt ventilerad takkonstruktion i Tyresö Aqua Arena.

[Examensarbete, Chalmers tekniska högskola]. Chalmers Open Digital Repository.

https://hdl.handle.net/20.500.12380/227641

https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/227641/227641.pd f

Arfvidsson, J., Harderup, L-E., Samuelson, I. (2017). Fukthandbok; praktik och teori (4 uppl.).

AB Svensk Byggtjänst.

BeFair. (u.å). Sveriges simhallar. https://www.befair.se/sveriges-simhallar

Byggutbildarna. (30 augusti 2015). Grundläggande byggteknik – fuktens verkningssätt.

https://nyttochviktigt.byggutbildarna.com/grundlaggande-byggteknik-fuktens- verkningssatt/

Bøhlerengen, T., Mehus, J., Waldum, A., Blom, P., Farstad, T., Hveem, S., Robert Lisø, K., Klubben Nilsen, S. (2004). Bade- og svømmeanlegg (1 000 uppl.). Norges byggforskningsinstitutt.

Energi- och miljötekniska föreningen. (16 maj 2012). Extra innertak stoppar mögel.

https://www.energi-miljo.se/energi-miljo/extra-innertak-stoppar-moglet Folkhälsomyndigheten. (20 november 2020). Temperatur inomhus.

https://www.folkhalsomyndigheten.se/livsvillkor-levnadsvanor/miljohalsa-och- halsoskydd/tillsynsvagledning-halsoskydd/temperatur/

Folkhälsomyndigheten. (20 november 2020). Ventilation.

https://www.folkhalsomyndigheten.se/livsvillkor-levnadsvanor/miljohalsa-och-

halsoskydd/tillsynsvagledning-halsoskydd/kompletterande-vagledning-om-ventilation/

Komsol. (u.å.). Skadefaktorer för betong och cement.

https://komsol.com/sv/damagefactors.html Kumlin, A. (2010). Lufttäta hus är fuktsäkra hus.

https://www.polygongroup.com/globalassets/svenska-sverige/bilder/kunskapstorget/b_t--- lufttata-hus-ar-fuktsakra-hus.pdf

Mark, D. (u.å.). [Fotografi på simhall, utan titel]. Hämtad 10 maj 2021, från https://pixabay.com/sv/photos/zagan-polen-pool-simning-vatten-91766/

Sandin, K. (2010). Praktisk byggnadsfysik (1:1 uppl.). Studentlitteratur.

Sikander, E., Samuelson, I. (2015). Badhus och spaanläggningar, fuktsäkerhet i klimatskalet.

SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut.

https://vpp.sbuf.se/Public/Documents/ProjectDocuments/221ca3ec-558f-4ecd-8d46-

c10db1ebeff5/FinalReport/SBUF%2013071%20Slutrapport%20SP%202015_56%20Badhu s%20och%20spaanl%C3%A4ggningar%20Fukts%C3%A4kerhet%20i%20klimatskalet.pdf Simarena Svensk Simidrott. (u.å.). 25 meters bassänger. http://simarena.se/25-meters-

bassanger/

Sveriges Kommuner och Landsting (2014). Badhus – Strategiska frågor och ställningstaganden. https://webbutik.skr.se/bilder/artiklar/pdf/7585-197-6.pdf

Träguiden, Svenskt trä. (6 augusti 2018). Mikroorganismer. https://www.traguiden.se/om- tra/materialet-tra/traets-egenskaper-och-kvalitet/bestandighet1/mikroorganismer1/

Upphandlingsmyndigheten. (u.å.). Klimatskärm och U-värden.

https://www.upphandlingsmyndigheten.se/kriterier/bygg-och-fastighet/bad--och- simanlaggningar/bad--och-simanlaggningar---krav-pa-byggnader-och-

anlaggningar/klimatskarm-och-u-varden/basniva/

Upphandlingsmyndigheten. (u.å.). Lufttäthet.

https://www.upphandlingsmyndigheten.se/kriterier/bygg-och-fastighet/bad--och- simanlaggningar/bad--och-simanlaggningar---krav-pa-byggnader-och-

anlaggningar/lufttathet/basniva/

www.kth.se