FORSKNINGSRAPPORT TULEA 1994:19
AVDELNINGEN FÖR KONSTRUKTIONSTEKNIK ISSN 0347 - 0881
ISRN HLU - TH - FR - - 1994/19 - TULEA - - SE
Byggnadstekniska studier på forskningsstationen
Wasa i Antarktis
Iakttagelser från mätningar 1989
DAG HAUGUM
Högskolan i Lu eå Biblioteket 971 87 Lulea
/07 0 64 015 63
TEKNISKA
HÖGSKOLAN I LULEÅ
FÖRORD
Föreliggande rapport redovisar mätningar av mikroklimatet på forskningsstationen Wasa under 1989. Stationen uppfördes på Dronning Mauds Land i Antarktis under en svensk-finsk expedition november 1988 - februari 1989. Förhoppningen är att mätningarna skall kunna fortgå under en längre period för att på så sätt kunna iaktta eventuella förändringar i stationens mikroklimat.
Undertecknad hade den stora förmånen att delta i expeditionerna 1988-89 och 1989-90. Det var mycket värdefullt att kunna studera huset på plats under uppförandet och få en mer ingående upp- fattning om vilka förhållanden som råder i området. Denna rapport behandlar resultatet från ett års mätningar under 1989 samt de iakttagelser som gjordes under expeditionen 1989-90.
Arbetet har finansierats genom ett anslag från Byggforskningsrådet (projektnummer 880804-1).
Jag vill tacka alla de som bidragit till att jag kunnat genomföra expeditionerna.
Luleå, april 1993 Dag Haugum
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Sid FÖRORD
SAMMANFATTNING 2
SUMMARY 3
1. INLEDNING 5
1.1 Bakgrund 5
1.2 Fysisk geografi 6
1.3 Klimatologiska förhållanden 10
2. FORS KNINGS S TATI ONE N WAS A 11
2.1 Byggförutsättningar 11
2.2 Utformning av Wasa 14
3. MÄTNINGAR 16
3.1 Mätningarnas syfte 16
3.2 Klimatgivare 16
3.3 Givarfördelning 19
3.4 Installation 21
4. MÄTVÄRDEN 24
4.1 Inledande iakttagelser under expeditionen 1989-90 24
4.2 Utvärdering av mätdata 25
4.3 Översikt över redovisade diagram 26
4.4 Grupp 1. Temperaturgradient genom nordvästvägg (Fig 25-27) 28 4.5 Grupp 2. Nordvästvägg med och utan luftspalt (Fig 28-30) 30 4.6 Grupp 3. Jämförande temperaturmätningar nordväst- och
sydvästvägg samt tak (Fig 31-33) 32
4.7 Grupp 4. Maxi- och minitemperaturer utomhus (Fig 34-36) 34 4.8 Grupp 5. Fukt i isolering utan luftspalt (Fig 37-43) 36 4.9 Grupp 6. Relativ fukthalt i väggsnitt med och utan luftspalt
(Fig 44-50) 40
4.10 Grupp 7. Fuktgradient i nordvästvägg med luftspalt (Fig 51-57) 44 4.11 Grupp 8. Maxi- och minifuktvärden i luftspalt i nordväst- och
sydvästvägg (Fig 58-59) 47
4.12 Grupp 9. Temperaturgradient i nordvästvägg (Fig 60-73) 48 4.13 Grupp 10. Utetemperaturer och vind (Fig 74-81) 55 4.14 Grupp 11. Temperatur i isolering (Fig 82-91) 59
5. SAMMANFATTANDE KOMMENTAR 64
REFERENSER 65
1
SAMMANFATTNING
I forskningsprojektet ingår flera delar som berör klimatpåverkan i och kring huvudbyggnaden på forskningsstationen Wasa. Denna rapport berör några av dessa delar med tyngdpunkt på en presen- tation av de mätresultat som framkommit under mätperioden 1989. Resultaten visar att den energi som solen alstrar borde kunna ge möjlighet att minimera energin från t ex fossila bränslen för upp- värmning av byggnader m m. Vidare visar mätningarna att en hel del fukt finns i väggisoleringen i huset. Speciellt med tanke på energibesparande åtgärder är det viktigt att minimera fukt i väggar- na då denna inverkar menligt på isoleringsförmågan. Fuktmätningarna bör verifieras med fortsatt registrering under en längre period.
2
SUMMARY
During January 1989 the Nordenskiöld Base, a Swedish-Finnish research base, was erected on the Antarctic. The base consists of two parts: the Swedish station Wasa and the Finnish station Aboa.
The base area is situated on a nunatak in Dronning Mauds Land about S 730. When the Swedish station Wasa was being planned the following factors were taken into consideration; the station should be convenient to live in, it should withstand an extreme climate and it should be easy to construct. Moreover, it was considered desirable that the construction and the materials used should comply with the building traditions in Scandinavia. In this way building researchers would be able to collect information on how buildings of Scandinavian design cope with extreme climatic influences. They would also be able to compare their results with experiments from similar build- ings in Scandinavia.
The condition of a building is influenced, among other things, by the climate it is exposed to. Nor- mally when damage is noticed, there is no record of what the building has been exposed to previ- ously. From this perspective it would be interesting to make a survey of how the microclimate in the building is influenced by the climate outside. With this in mind, 32 sensors were installed which continuously registered climatic data. The sensors mainly registered humidity and temperature.
Wasa is built of wood and has a total area of 117 m2. The sensors were positioned so that gradients could be collected over a cross-section of some of the walls. Comparable values were also collect- ed in different parts of the main structure of the house. Uptil now measurements from a three year period have been evaluated.
The sampling frequencies were chosen to get an overview of the variations on a day to day basis.
However, the values can vary considerably during a 24 hour period. Therefore, it would be of in- terest to get a picture of these changes too. Another factor to take in consideration is the storage capacity and energy consumption. Every reading demands extra energy. We chose automatic read- ing and data storage to take place every 180th minutes. However, during the time that the station was manned, readings were taken every hour so that the daily variations could be followed.
An interesting factor is the influence of the sunrays on the microclimate indoors and in the neigh- bourhood of hte house. At about 10 o'clock GMT the sun rises above the longitudinal axis of the house. This means that the sunrays directly affect the northwest wall from 10 o'clock GMT and 12 hours onwards. The southwest wall is then affected in the same way. But as the latter is affected from 22.00 to about 10.00 GMT the sunrays only have a very slight effect, as there is midnight sun practically all the time. So one can expect to find a difference in the microclimate between the northwest and the southwest walls. Results showed that temperature differences could be measured even during cloudy days.
We also wanted to investigate the difference between wall cross-sections with and without air gaps.
A number of diagrams have been compiled to give an overview of the microclimate of the house.
The series that cover the whole year are represented by the months February, March, June, August, September, October and November. The reason for not including all the months is to keep down the amount of data. The most interesting period for taking measurements is during the southern spring, i e August to November. It is during this period that the sun comes back and activates the thermal movements in the walls. During the southern autumn these activities subside instead. We have included the month of June only in order to verify the low thermal activity during the polar night.
The diagrams being compiled give an overview of the microclimatic conditions in the Wasa main building. Two conclusions can be drawn so far. First, the temperature measurements in the air gaps show that there is a great potential for the use of solar energy for heating the main body of a build- ing. Some research on solar energy is carried out at the Lund University of Technology.
3
Second, the humidity measurements show that a considerable amount of damp is stored in the walls of the building. Unfortunately, several of the sensors that were placed in the insulation have fallen down. This has made it difficult to decide if the increase in moisture contents also is the case in several more elements. However, there is good reason to assume this, as the manufacture of the elements took place in identical conditions on factory premises. On Antarctica it can be assumed that the biological effects, such as mould and rot, are limited. However, the temperature is above zero for several months of the year, especially when the station is manned.
Another negative effect of the high moisture content is a degrading of the insulating properties.
During the southern summer there is an increased thermal activity in the moist air which facilitates the transport of heat.
4
Sea 15°W 50
. s
• s 1 _ •
...
73°S
.584 Heigth in metres above sea level
I Nunatakk
. . ... • 15 Oa's e n W4sa
Plogenge. 898
".
731 i Fossilryggen:
--Approximated grounding line ... • Marked trail
1. INLEDNING 1.1 Bakgrund
År 1984 inrättades en statlig myndighet med namnet Svenska Polarforskningssekretariatet. Myn- digheten har till uppgift att initiera, organisera och stödja svensk polarforskning. Till föreståndare utsågs professor Anders Karlqvist. Följande år startades Swedish Antarctic Research Programme (SWEDARP) bland annat för att ta hand om logistiken i kommande expeditioner till Antarktis.
Under sydsommaren 1987/88 inleddes den första av en rad återkommande expeditioner till Antark- tis. Året därefter, säsongen 1988/89, byggdes den svenska forskningsstationen Wasa på berget Ba- sen i Dronning Mauds Land, se figur 1 och 2. I samband med stationsbygget utfördes en del byggteknisk forskning.
Fig 1. Karta över Antarktis med delförstoring över området runt forskningsstationen. Efter Vibjörn Karlén.
I denna rapport beskrivs den forskning som bedrivs av avdelningen för Konstruktionsteknik vid LuTH. Den rör främst klimatpåverkan på Wasastationen. Ett led i forskningen var att installera gi- vare i clika delar av huset. Dessa registrerar temperatur, fukt och relativ förflyttning. Syftet med dessa mätningar är att kartlägga mikroklimatet i huset relaterat till yttre klimatförhållanden. Ge- nom att mäta kontinuerligt under fler år, så kan vi både se säsongsförändringar samt spåra tenden- ser i eventuella förändringar under flera år. De insamlade data ger också möjlighet att gå tillbaka i en händelseutveckling för att spåra eventuella orsaker till en uppkommen skada. Preliminära redo- görelser för erfarenheterna hittills ges i Haugum (1989, 1990a, b, 1991), Haugum et al (1989) och Haugum-Marklund (1990).
5
Fig 2. Wasa forskningsstation. Generatorhuset till höger och huvudbyggnaden till vänster.
1.2 Fysisk geografi
Antarktis är grovt räknat beläget mellan sydpolen och södra polcirkeln. Ytan är till 98 % täckt av inlandsis. Klimatet är genomgående kallare än på motsvarande nordliga breddgrader. Vind, tempe- ratur och nederbörd skiljer sig mellan de centrala delarna av kontinenten och de kustnära regioner- na. I de centrala delarna är klimatet stabilt med ringa nederbörd, måttliga vindar men samtidigt med mycket låga temperaturer. Kustklimatet är betydligt mildare med ca 0°C på sommaren och ca -20°C pä vintern. Däremot är nederbörden och vindhastigheterna betydligt större. De mycket kraf-
tiga vindstyrkor som kan förekomma pä vissa kustaysnitt är till stora delar genererade av kataba- tiska vindar frän inlandsisen (fallvindar av grekiska katabato's = som går nedför). Topografin innanför kustremsan har därför en stor betydelse för hur vindarna fördelar sig lokalt. Även om vat- tentemperaturen i havet utanför Antarktis är så låg som -2°C ger detta ändå upphov till ett fuktigare klimat i kustområdena.
6
Fig 3. Transport av byggmaterial på havsisen under 1988-89 års expedition. Ett strandat isberg syns till vänster i bild.
Fig 4. Isklättring pä basen. Bergets nordsida, som syns i bakgrunden, utgörs av en 250 m lodrät brant. I fjärran skymtar den 20 km längre bort belägna Plogen.
7
Fig 5. Inlandsisens rörelser runt nunatakkerna skapar djupa sprickor i övergångszonen mellan fast och rörlig is.
Den svenska forskningsstationen Wasa och den finska stationen Aboa, som tillsammans har fått be- nämningen Nordensldöldsbasen, är belägna på en nunatak med namnet Basen, se figur 3 till 7. Ba- sen ligger ca 110 km frän shelfiskanten. Redan denna sträcka gör att Basen präglas av ett stabilare och torrare klimat än vid själva shelfiskanten. Själva Basen är den västligaste utlöparen till fjäll- kedjan Vestfjella. Toppen på berget är belägen 584 meter över havet. Nordenskiöldsbasen, som är belägen på den sydvästra delen av Basen, ligger på ungefär 455 meter över havet. Basens utsträck- ning är ca 4 x 1 km. Den omgivande glaciärisen ligger på en nivå av ca 250 meter över havet.
8
Fig 6.
Fl y gbild över stationsornrädet.
13798275
SCALE,
zee 6.2 50
Fig '7 . Karta över
Nordensldöldsbasen. Eiter Ket Kent Larsso
9
Basen härrör från en vulkaniskt aktiv period. Stora delar av berggrunden är därför uppbyggd av basalt. Frostvittringen är kraftig, samtidigt som inget eller ringa mängd vatten för med sig vittrings- resterna. Den platå som Nordenskiöldsbasen är uppförd på utgörs av vittringsrester i form av kan- tiga stenblock av i huvudsak mörk basalt. Storleken på stenarna rör sig kring 20 cm diameter.
Ungefär 1-2 dm ner i marken råder permafrost. Vittringsresterna som utgör fyllning mellan stenar- na håller en siltig fraktion. Stora delar av Basen är snö- och isfri under sydsommaren. Förmodligen hålls snötäcket mycket tunt på dessa delar även under vintern på grund av vinden.
Den förhärskande vindriktningen på Nordenskiöldsbasen är nordostlig. Läget på forskningsstatio- nen, och dä framför allt Wasa, gör att konstruktionerna hamnar något i lä av omgivande berg i nord- ost och nordväst.
1.3 Klimatologiska förhållanden
Under planeringsskedet av stationsbygget var vi tvungna att utgå från vissa antaganden vad gäller de klimatologiska och fysiska förutsättningarna. Det fanns få eller inga data från den aktuella byggplatsen. Man hade att utgå ifrån mer allmängiltiga klimatvärden som skulle vara vägledande när det gäller val av material och konstruktion. De värden som diskuterades i detta skede var vind- hastigheter på 50 m/s och minimitemperatur på -50°C. Dessa värden blev dimensionerande.
På plats kunde också konstateras att den förhärskande vindriktningen var nordostlig. Detta tyder på att stationsområdet är mer utsatt för vindar betingade av tryckvariationer i atmosfären än av ka- tabatiska vindar. De senare skulle ju annars förväntas komma från söder eller angränsande väder- streck.
Efter det första årets mätningar kunde vi konstatera att antgandena gällande vindstyrka och riktning hade stämt bra överens med verkligheten. När det gäller temperaturen, sä visade den sig ligga något högre än förväntat. De lägsta temperaturerna låg mellan -30°C till -35°C. Förklaringen till detta kan vara flera. För det första så ligger Nordenskiöldsbasen ca 150 meter över den omgivande gla- ciärslätten. De katabatiska luftströmmarna som kan förväntas föra med sig den kallaste luften har sin största påverkan nere pä isslätten. Som tidigare nämnts, sä tyder den förhärskande vindriktning- en på stationsområdet på att de katabatiska vindarna har en underordnad betydelse. Vidare kan man anta att den omkringliggande bergmassan har en viss värmande effekt på luften närmast markytan.
10
2. FORSKNINGSSTATIONEN WASA 2.1 Byggförutsättningar
Wasa är en forskningsstation som har som främsta funktion att tjäna som replipunkt för forskare inom glaciologi, geologi och geodesi med flera angränsande discipliner. Eftersom stationen skulle byggas på Antarktis erbjöds en möjlighet att studera hur ett svenskt hus beter sig under de extrema förhållanden som förekommer där. För att möjliggöra sådana undersökningar gjordes en del an- passningar av konstruktionen. Anpassningarna fick dock inte inkräkta på den glaciologiska forsk- ningen vare sig beträffande tidplan eller funktion.
Den svenska stationen Wasa består av två byggnader: en huvudbyggnad och ett generatorhus. Vi kommer här främst att behandla huvudbyggnaden. Det bestämdes att huvudbyggnaden skulle byg- gas av trä. Anledningen var att detta byggmaterial används mycket i Skandinavisk byggtradition.
Som byggmetod valdes att prefabricera konstruktionsmoduler i form av ett antal element med en maximal vikt av 450 kg. Detta val gjordes utifrån kriterierna att snabbt kunna montera huset på plats, samtidigt som komponenterna skulle kunna transporteras smidigt. En annan viktig fördel som man vinner med detta förfaringssätt är att tillverkningen av de olika hussektionerna sker under kontrollerade former, se figur 8 till 10.
Byggnaderna konstruerades av NCC tillsammans med Swedarp. Elementen tillverkades av Lind- fors Bygg i Jokkmokk. Sammansättningen på Antarktis utfördes av NCC under ledning av civ ing Peter Gjörup.
Fig 8. Montering av väggelement pä en husbyggnadsfabrik i Jokkmokk. Lägg märke till mine- ralullstätningen i nedre delen av luftspalten som ska förhindra indrift av snö.
11
Fig 9. Montering av huvudbyggnaden på plats. Vädret tillät att ta helikoptrar till hjälp.
Att välja en nunatak som byggplats är ovanligt för stationsbyggnader på Antarktis utanför halvön och angränsande öar. Problemet med att bygga stationer direkt på isen är att de förr eller senare sjunker ner genom densamma. När det gällde anlägg andet av Wasa fanns det istället andra faktorer att beakta. Grundläggningen måste ske pä sådant sätt att huset står fast förankrat, så att det inte på- verkas av de kraftiga vindarna. Det hela komplicerades av att man mäste ta hänsyn till snöackumu- lation. Av den orsaken valdes att bygga huset pä pelare. Detta gjorde att underdelen av huskroppen kom att vara belägen ca 1.5 till 2 meter ovan markytan. Pelarna utgörs av en fackverkskonstruktion av galvaniserade stålbalkar.
Grundläggningscljupet för respektive balk blev inte mer än 0.5 meter. Orsaken till detta var att det helt enkelt var mycket svårt att ta sig ner djupare utan tillgång till sprängmedel. De eventuella ne- gativa effekterna av det ringa grundläggningsdjupet minskades genom vattenbegjutning av åter- fyllt stenmaterial för att påskynda återfrysning av fundamentet.
12
Fig 10. Huvudbyggnaden med den bärande stålkonstruktionen.
Vid projekteringen hade man räknat med att kunna förankra huset med stålvajrar. På grund av ovan redovisade grundläggningsförutsättningar var det mycket svårt att finna ett godtagbart sätt att för- ankra vajrarna på. Förankringsarbetet fick heller inte vara för tidsödande. Det antogs att husets egenvikt i kombination med återfrysningen av fundament samt huskroppens aerodynamiska ut- formning skulle räcka för att hälla huset på plats.
När det gällde aerodynamiken hade man valt att ha så liten lutningsvinkel som möjligt på taket.
Detta för att minimera de lyftkrafter som uppkommer vid höga vindhastigheter. Man valde dock att behålla en liten lutningsvinkel, tillräckligt för att eventuellt smältvatten inte skulle kunna an- samlas på taket.
13
_1-
E E 8
16 800 mm
C 2
2
0 0
3 3
2
1. SENSORER 2. SOVRUM 3. TOALETT 4. BASTU 5. DUSCH 6. KÖK/ALLRUM
Fig 11. Ritning på huvudbyggnad.
2.2 Utformning av Wasa
Wasa ligger 453 meter över havet med koordinaterna S73°02'72" W13°25'40". Huvudbyggnaden är 117 inz och utformad för att serva och härbärgera 12 personer, se figur 11. Huset är uppvärmt med direktverkande el. Elförsörjningen sker med två dieseldrivna generatorer placerade i genera- torhuset. Huset försörjs också med varm- och kallvatten från generatorhuset. Till inventarierna hör elspis, mikrovågsugn, kyl, frys, disk- och tvättmaskin samt en del andra eldrivna hushållsappara- ter. I utrustningen ingår även bastu
Väggarna utgörs av byggelementskivor som avgränsar en sektion med mineralull och en sektion med luftspalt, se figur 12. Mineralullstätningens tjocklek i väggarna uppgår till 250 mm och i gol- vet 300 mm. Nedre delen av luftspalten är tätad med mineralull för att förhindra indrift av snö (snö- filter). Elementskivorna är lackade, vilket gör att fuktgenomsläppligheten är begränsad. Då inomhustemperaturen inte alltid är högre än utomhustemperaturen, eller i realiteten temperaturen i luftspalten, har man valt att inte montera ett traditionellt fuktspärrskikt i väggarna. De lackade elementskivorna förväntas dock fylla en närmast liknande funktion. Dock kan viss fuktmängd transporteras genom elementskarvarna.
14
250 mm
ISOLERING
VÄGGELEMENT
ISOLERING
fl
1
LUFTSPALT
SNÖFILTER
GOLVELEMENT
Fig 12. Tvärsnitt av nedre delen av luftspaltförsedd väggsektion.
I huset finns även ett ventilationssystem drivet av en elfläkt. Inluften tas från luftspalten eller "lof- tet" i taket. Detta står i sin tur i förbindelse med luftspalten i väggarna. På detta sätt erhålls en pe- riodvis kraftigt förvärmd luft. Denna åtgärd är för övrigt den enda som vidtagits för att aktivt tillvarata den energi som produceras av sol och vind. Huvudbyggnadens fasad utgörs av spontade brädor målade i "faluröd" akrylatfärg.
LUFTINTAG MED FLÄKT
Fig 13. Principskiss av friskluftsventilation i tak.
I den sydvästra gavelns väggelement har luftspalten eliminerats. Orsaken till detta är att ge möjlig- het till att jämföra väggavsnitt med och utan luftspalt. Tio öppningsbara fönster av treglastyp är monterade på huset. Man har valt att inte använda sig av fönsterluckor som skulle kunna skydda mot kraftiga vindtryck. Orsaken till detta är att man har erfarenhet av att drevsnö kan tränga in i utrymmet mellan lucka och glasruta och under ogynnsamma omständigheter utöva ett så stort tryck att glaset kollapsar. Istället har man monterat härdat glas i ytterrutan. Dessutom har man gjort nord- ostväggen, som vetter mot den förhärskande vindriktningen, fönsterlös.
15
3. MÄTNINGAR 3.1 Mätningarnas syfte
En byggnads kondition i tiden påverkas bland annat av det klimat som den utsätts för. En föränd- ringsprocess pågår som oftast kontinuerligt under en längre tidsrymd. De faktorer som ger upphov till denna förändringsprocess är som oftast också utsträckta i tiden. Det kan dröja ganska länge inn- an denna förändring ger ett påtagligt symtom. När väl en skada eller förändring upptäcks har man normalt ingen dokumentation av vad konstruktionen utsatts för bakåt i tiden. Wasa förväntas bli utsatt för ett ganska extremt klimat. Det är ur det perspektivet intressant att kartlägga hur mikro- klimatet i huset påverkas av det yttre klimatet.
Mot denna bakgrund är det av intresse att göra kontinuerliga mätdata under en sammanhängande period som helst skulle sträcka sig över flera år. Utifrån de resurser som stod till buds, valdes att mäta fukt och temperatur i valda delar i huset. I kombination med dessa mätningar är det även in- tressant att mäta relativa rörelser i huset, se figur 14-16.
Sammantaget ska dessa mätvärden spegla fukt- och temperaturfördelning under årets olika väx- lingar. I ett längre perspektiv kan eventuella tendenser läsas ut.
Förflyttningsgivarnas främsta uppgift är att registrera förändring relaterat till vissa värden på kli- matmätningarna.
3.2 Klimatgivare
Vid val av klimatgivare uppställdes följande önskemål. Givarna skulle klara sträng kyla, vara en- ergisnåla, ha robust konstruktion, hög tillförlitlighet och inte kosta för mycket. Dessa givare skulle sedan kopplas till en logger och minnesenhet som skulle uppfylla samma kriterier som givarna. Va- let föll på Aanderaa Instruments, Norge. Dessa tillverkar registreringsutrustning för främst auto- matiska väderstationer i öppen terräng. Beprövade standardlösningar var ett starkt argument för valet av registreringsutrustning.
16
—8 to + 41°C 0.05 0C
—44 to + 49 0 C 0.1 0 C
013mm
024.5mm General Formula:
060mm
Resistor, R Resistor, R2:
Measuring Range:
Resolution:
Time Constant:
Sensor Output:
Electrical Connection:
Material and Finish:
Weight:
Warranty:
40002 21202
20002 + Pt 20002 Pt 20002
In air: approx. 6 minutes; In water approx. 3 seconds.
Aanderaa half-bridge (VR-22) Receptacle mating Watertight Plug 2828.
Aluminum 60611 anodized 201-1 . 20g.
One year against faulty materials or workmanship.
TYPE 3145 3145A
3145 (-44 to + 49°C) 3145A (-8 to + 410 C) External view of receptacle (o = pin, o bushing).
Fig 14. Temperaturgivare.
Circuit Diagrams: Reading N (raw data) — 2
for Datalogger reading when half- bridge sensor is used:
21
)
22x 1023 ( R
R1 + R2 44
R1
Bridge Voltage
Hygroscopic hair Protecting cap Silicon beam Acid-proof steel spring Acid-proof steel base
Polyurethane molding
—Radiation screen E
E
25.4mm-4
Sensor Principle
Bridge ground
NTC
Active resistor
Signal Active
resistor
Bridge voltage Sensor receptacle seen from outside = pin; o = bushing).
5 to 100% Relative Humidity (RH)
± 3% RH.
0.3% RH.
5002.
Aanderaa half-bridge VR-22.
—30 to + 500C.
Watertight Plug 2828, or Lemo Plug F2306.
Hard polyurethane foam and aluminum 60611, anodized 20 m.
White nylon.
Radiation screen, 0 60 x 127.5mm.
0.16 kg.
0.6 kg.
Cardboard box ,300 x 200x 210mm One year against faulty materials or workmanship.
Range Accuracy:
Resolution:
Output Impedance:
Sensor Output:
Operating Temperature:
Electrical Connection:
Material and Finish Probe
Radiation Screen:
Dimensions.
Net Weight Gross Weight Packing:
Warranty:
Fig 15. Fuktgivare.
Fig 16. Monterade givare med strålningsskydd.
18
230 II 0 0
E D
0
3.3 Givarfördelning
Ett allmänt önskemål när det gäller insamlande av data är att få en så stor täckning som möjligt både i tid och rumsfördelning. Vårt önskemål var att kunna fördela givare i husets väggar i samtliga väderstreck. Dessutom var det önskvärt att kunna placera givare på olika nivåer i väggarna såsom golvnivå, fönsternivå och taknivå. För att kunna erhålla gradienter i väggtvärsnitten måste givare placeras i både luftspalt och isolering likaväl som placering bör ske i direkt anslutning till väggen inomhus och utomhus. Dessutom är det önskvärt att motsvarande placering sker i både tak och golv. Av praktiska och ekonomiska skäl kunde inte dessa önskemål uppfyllas till fullo.
Vi valde att fördela 16 fuktgivare och 16 temperaturgivare samt 4 förflyttningsgivare i fem olika grupper, se figur 14 till 18. Förflyttningsgivarna är av fabrikat Novotechnik typ TS 25. Vi koncen- trerade oss på två väggar som vätter mot diametralt olika väderstreck. En givargrupp placerades i taksektionen. De två väggavsnitten som vi koncentrerade oss på var vända mot nordväst respektive sydost.
Fig 17. Ritning pä huvudbyggnad med givargrupperna A-E utmärkta. Loggerenheternas place- ring är utmärkta med respektive loggers tresiffriga identitetsmärkning.
En intressant faktor är solstrålningens påverkan pä mikroklimatet i och närmast omkring huset.
Ungefär kl 10.00 GMT överskrider solen husets längdaxel. Det innebär att solstrålningen direkt på- verkar nordvästväggen från kl 10.00 GMT och ca 12 timmar framåt. Samma påverkan sker sedan med sydvästväggen. Men eftersom den senare påverkan sker mellan ca 22.00 till ca 10.00 GMT, ger solstrålningen endast en ringa påverkan under sydsommaren, då det råder midnattssol eller näst därtill. Man kan alltså förvänta sig en skillnad i mikroklimat mellan dessa båda väggar.
En annan del som vi ville undersöka var skillnaden mellan väggavsnitt med och utan luftspalt. Det- ta hade vi möjlighet att göra genom jämförelser mellan grupperna E och D enligt figur 17. Via grupp C hade vi möjlighet att jämföra resultaten från väggsektionerna med taksektionen. Varje grupp hade utformats så att det fanns möjlighet att erhålla en gradient från det aktuella elementet.
De delar som vi inte kunde undersöka var nordostväggen som är riktad mot den förhärskande vind- riktningen. Vi kunde heller inte få en jämförelse mellan olika nivåer i väggarna, dvs golv-, vägg och taknivå. Inte heller i golvsektionen kunde några givare installeras.
19
Grupp A
Ute
1 2 34567
Ute
9 01
1 23456 7
Ute
1 23456 7 8
Grupp D
Inne
Inne fibleiffie ' ::Luftspalt
Ute
1 - 716 - kanal 9(230) 2- 136 - kanal 10 (230) 3 - LVDT 4 - kanal 6 (230) 4 - 729 - kanal 4 (230) 5 - 142 - kanal 5 (230) I - 09
H
6 - 739 - kanal 2 (230) 7 - 132 - kanal 3 (230) 8 - 731 - kanal 7 (230) 89 9 - 143 - kanal 8 (230)
Grupp B
1 - 713 - kanal 7 (616) 2 - 134 - kanal 8 (616) 3 - 725 - kanal 5(616) 4 - 135 - kanal 6 (616) 5 - 732 - kanal 3(616) 6- 145 - kanal 4 (616) 7 - LVDT 3 - kanal 2 (616)
Grupp C
Ute
1 - 721 - kanal 2 (802) 1 2 2 - 140 - kanal 3 (802)
1 - 724 - kanal 8 (802) 2 - 144 - kanal 9(802) 3 - 730 - kanal 6 (802) 4 - 137 - kanal 7 (802) 5 - 726 - kanal 4 (802) 6 - 131 - kanal 5 (802) 7 - 738 - kanal 10 (802) 8 - 146 - kanal 11(802)
Grupp E
1 23456 78910
1 - 133 - kanal 3 (432) 2 - 714 - kanal 2 (432) 3 - 141 - kanal 5 (432) 4 - 715 - kanal 4 (432) 5- 139- kanal 7 (432) 6 - 718 - kanal 6 (432)
7 - LVDT 5A (Vägg) - kanal 11(432) 8 - LVDT 2 (Tak) - kanal 10 (432) 9- 130- kanal 9(432)
10 - 728 - kanal 8 (432)
Fig 18. Schematisk illustration av givarfördelning i grupp A-E enligt figur 17.
3.4 Installation
Som tidigare nämnts ställdes mycket höga krav på givar- och loggerutrustning. Eftersom systemet automatiskt skulle göra kontinuerliga avläsningar under ca 11 månader utan tillsyn och under ex- trema betingelser, gällde det att göra anläggningen så okänslig som möjligt för störningar. Vissa av givarna skulle kunna fungera som backup för varandra ifall någon fallerade. Detta var långt ifrån fallet för samtliga. En annan viktig del var energiförsörjning. Vi valde att lösa detta med enbart bat- terier. Givarna kopplades in till fyra olika dataloggrar, se figur 19 och 20. Dessa var i sin tur för- sörjda av en egen strömkälla. Strömkällan består av ett litiumbatteri på 10 V och 7 Ah. Detta batteri skulle enligt tillverkaren räcka att driva den aktuella dataloggem i minst två år med ett avläsning- sintervall på 180 minuter. Den separata minnesenheten har ett eget 6 V backup-batteri eftersom RAM-minnet kräver en minimispänning pä 2 V för att hålla kvar data. Varje loggerenhet är alltså helt självförsörjande på ström och påverkas alltså inte av eventuella fel på någon annan enhet.
Fig 19. Loggerinstallation.
Som extra backup kopplades samtliga dataloggrar till ett centralt batteri med NiCd-element av fa- brikat Nife Sunica typ SUN 14-3. Detta batteri håller ca 12 V och hela 143 Ah. Systemet är diod- kopplat för att undvika eventuella bakströmmar.
21
Batteri
Ej
10V 7AhBatteri 10V 7Ah
Logger Batteri
12V143Ah
Logger Batteri
Ej
10V 7AhLogger Batteri
p
10V 7AhLogger
Fig 20. Schematisk skiss på den diodkopplade strömförsörjningen till loggerutrustningen.
Det praktiska installationarbetet av givarna kunde göras på olika sätt. En del av givarna skulle pla- ceras inne i väggelementen. Ett alternativ var att installera dessa i Sverige innan elementen skep- pades till Antarktis. Med tanke på att man då har en mycket begränsad koll på vad som händer med givarna under transporten, så valde vi att installera givarna i samband med monteringsarbetet av huset på plats, se figur 21.
Enligt tidplanen skulle det finnas gott om tid att installera givarna. Det visade sig dock att monte- ringsarbetet av huset gick betydligt fortare än väntat på grund av mycket gynnsam väderlek samt att de helikoptrar som ingick i expeditionen kunde användas i betydligt större utsträckning än vad som först var planerat. Resultatet blev att jag inte hade möjlighet att testa givarnas funktion innan dessa monterades. Dessutom var jag tvungen att hjälpa till med logistik, såsom bandvagnskörning m m. Tyvärr visade det sig att tre fuktgivare i isoleringen i taket respektive sydostväggen inte fung- erade. Eftersom båda fuktgivarna i isoleringen i sydostväggen var ur funktion så skulle det inte gå att få fullständiga data ur detta väggparti.
Fig 21. Läggning av takelement. Genomförningar till givare syns i elementskarv.
22
Givarna i luftspalt och isolering stacks in i respektive utrymme via uppborrade hål i elementens kortsidor. På övriga klimatgivare monterades strålningsskydd. Yttergivarna monterades på speci- ella väggfästen så att centrum av givaren hamnade 50 mm från ytterväggen. Denna placering gör att givaren påverkas av strålningsvärmen från väggen. För att få en jämförelse med global tempe- ratur erhölls värden från en klimatstation på den finska stationen Aboa.
Förflyttningsgivarna monterades tvärs över elementskarvar inomhus för att registrera eventuella relativa rörelser mellan elementen. Då tiden under expeditionen 88-89 gick åt till montering och behjälplighet med expeditionens logistik fanns ingen tid över för körning av mätserie under denna period. Loggersystemet startades den 1 februari 1989 i samband med att expeditionen lämnade Nordenskiöldsbasen.
23
4. MÄTVÄRDEN
4.1 Inledande iakttagelser under expeditionen 1989-90
Den 24/12 1989 kom den första gruppen efter ca knappt ett år tillbaka till Nordenskiöldsbasen. Det kunde direkt konstateras att skador förorsakade av vindkrafter drabbat stationsområdet. Framför allt hade master, antenner och andra utstickande föremål drabbats, se figur 22. Vad beträffar bygg- naderna så upptäcktes inga, eller mycket begränsade, skador. Det mest påtagliga med huvudbygg- naden var att en del av takpappen blåst av taket, se figur 23. Detta hade till viss del sin orsak i att pappen endast var fastspikad och inte limmad. Avsaknad av takpapp förväntades inte utgöra något större problem eftersom den lokala nederbörden kommer ner i frusen form. Natten till den första februari vaknade vi av att det droppade på golvet. Det visade sig att nederbörd trängt in mellan ele- mentskarvarna och vidare in i huset med vatteninläckage som följd. Eftersom det saknades extra takpapp, så tätades de frilagda elementskarvarna med lim.
i •
Fig 22. Långvågsantennen klarade inte vinterstormarnas påfrestningar. Antennen har passerat över taket till huvudbyggnaden, men lyckligtvis inte landat på densamma.
Fig 23. Lossliten takpapp på huvudbyggnaden.
24
Dataloggerutrustningen hade fungerat utan problem. Tidsförskjutningen hos klockorna i de fyra loggrarna relativt rätt tid var 1, 5, 11 respektive 17 minuter. Loggrarna var inställda på en samp- lingstid på 180 minuter. Vid första avläsningen varje nytt dygn registreras datum och klockslag.
Vid två tillfällen, den 11 och 27 maj, skedde på samtliga fyra loggrar en serie upprepade omregist- reringar. Omregistreringarna tyder på att någon form av störning har inträffat. Eftersom loggrarna inte har någon förbindelse med varandra och då de dessutom är placerade i olika delar av huset, så måste störningen ha påverkat hela huset. Under expeditionen 89-90 uppmärksammades störningar i datorutrustningen i generatorhuset i samband med en storm. Vi kom fram till att störningarna för- modligen berodde på statisk elektricitet som genererades av den drevsnö som den vid tillfället rå- dande stormen rev upp. Generatorhuset består av tre sammanfogade stålcontainrar. Det finns skäl att anta att denna konstruktion är känsligare för vindgenererad statisk elektricitet än huvudbyggna- den som huvudsakligen är av trä. Vid de två tillfällena, den 11 och 27 maj, registrerade den finska stationen Aboa vindhastigheter på 44 m/s. Det är för övrigt den högsta vindhastigheten som regist- rerades på Nordenskiöldsbasen under 1989. Det finns alltså anledning att anta att loggerutrustning- en i Wasa blivit utsatt för någon form av statisk elektrisk påverkan, genererat av de extremt höga vindhastigheterna. Ingen del av registreringsutrustningen är jordad.
Under expeditionen 1989-90 utfördes en del experiment för att underhållsladda Ni-Cad-batterie- rna. Tyvärr inträffade en miss som gjorde att en av loggrarna brändes sönder. Av den orsaken gjor- des en omfördelning av anslutningarna till logger 432 och 802. Dessa två loggrar ersattes med en enda. Genom att ta bort identitetsmärkningen, så kunde vi öppna ytterligare en kanal för registre- ring. Den nya konfigurationen blev (kanal 1-12) 721, 714, 133, 715, 141, 718, 139, 728, 130, 738, 730 och 140. De givare som kopplades ur var 724, 144, 137, 726, 131, 146, LVDT 5A och LVDT 2. De givare som kopplades bort tillhör främst taksektionen. Som nämnts tidigare, så har tre fukt- givare fallerat. Dessa är 724, 732 och 729.
Tanken med att installera förflyttningsgivare var att kunna relatera lägesförändringar i huset till ytt- re meteorologisk påverkan och/eller uttorkning alternativt infuktning av byggmaterialet. Det resul- tat som framkommit från första årets mätningar visar en diminutiv förändring i mätvärdena som mycket väl håller sig inom givarens mätnoggrannhet. Av den orsaken har vi tills vidare beslutat att inte behandla dessa givare. I efterhand kan sägas att det hade varit bättre att applicera dessa givare pä lösa provbitar som kunde placeras på önskvärt sätt utan att behöva ta hänsyn till de stränga es- tetiska kraven från expeditionsledningen.
4.2 Utvärdering av mätdata
När det gäller val av samplingsfrekvens styrs detta av att vi först och främst vill få en överblick över variationer dag från dag. Samtidigt kan värdena variera högst betydligt under ett dygn. Det är av intresse att få en bild även av denna dygnsvariation. En annan faktor som styr är lagringskapa- citet och strömförbrukning. Varje avläsning kräver extra strömförbrukning. Vi valde att automatisk avläsning och datalagring skulle ske var 180:e minut. Under tiden stationen var bemannad gjordes dock avläsningen varje timme för att mer exakt kunna följa dygnsvariationerna.
Utrustningen är avpassad för datatömning och uppdatering varje år, eller i sämsta fall vartannat år.
De mätdata som registreras under en säsong utgör mycket stora mängder. Det är därför lämpligt att innan bearbetning av data sker, gä igenom de förhållanden som kan vara extra intressanta och kon- centrera sig pä dessa. De givare som utelämnas här får både ses som backup för likvärdiga givare samt givare som blivit mindre intressanta då dess komplementgivare fallerat. Givarna kan också få aktualitet då orsaken till en eventuellt uppkommen framtida skada skall spåras bakåt i tiden. De givarnummer som börjar på 7 är fuktgivare och de som börjar på 1 är temperaturgivare, se figur 24.
25
132Tu
145Ts 13511 725FI
0 0
14311 731Fi
131Tu
13011 140Ts 1391s 721Fs 14111
133Tu 718Fs 715F1 714Fu
Fig 24. Översikt över de givare som använts vid första mätårets utvärdering.
4.3 Översikt över redovisade diagram
Ett antal jämförande diagram har tagits fram för att ge bättre överskådlighet över husets mikrokli- mat. För de serier som täcker hela året har vi som mest inriktat oss på månaderna februari, mars, juni, augusti, september, oktober och november. Orsaken till att alla månader inte tagits med är att hälla nere mängden data. Den intressantaste perioden för mätningarna är under sydvåren, dvs au- gusti till november. Det är under denna period som solen kommer tillbaka och aktiverar termiska rörelser i väggarna. Under sydhösten avklingar aktiviteten istället. Att juni månad firms med är en- dast för att verifiera den låga termiska aktivitet som råder under polarnatten. Flera av de övriga di- agrammen kan också ses som en verifiering av förväntade förhållanden. Parametrarna har följande benämning; TU=temperatur ute, TL=temperatur luftspalt, TS=temperatur isolering, TI=tempera- tur inne. Samma förhållande gäller för fuktgivarna som betecknas med F. I översikten nedan följs givarbenämningen av givarnumret för att underlätta lokaliseringen.
Grupp 1.
Temperaturgradient genom nordvästvägg (TU 133, TL 141, TS 139, Ti 130). Förtätad sampling (varje timme) vid tre olika dygn och olika väderlekstyp, 900119 med sol, 900129 med storm och 900201 med mulet väder. Sammanlagt tre diagram.
Grupp 2.
Jämförande temperatur i isoleringen i nordvästväggen mellan väggavsnitt med och utan luftspalt.
(TS 139, TS140). Mätningarna gjordes vid samma tillfällen enligt punkt 1 ovan. Sammanlagt tre diagram.
Grupp 3.
Jämförande temperatur ute mellan nordvästvägg, sydostvägg och tak. (TU 131, TU 132, TU 133).
Mätningarna gjordes vid samma tillfällen enligt punkt 1 ovan. Sammanlagt tre diagram.
Grupp 4.
Maximi- och minimitemperaturer utomhus per dygn under december 1989. Tre diagram för res- pektive nordvästvägg (TU 132), sydostvägg (TU 133) och tak (TU 131).
26
Grupp 5.
Jämförande maximum och minimum fukt (FS 721) i isolering i aysnitt utan luftspalt i nordväst- vägg. I diagrammet redovisas även de relaterade temperaturerna (TS 140) till respektive maximi- och minimivärde på fukt. Diagrammen redovisar mätvärden för februari, mars, juni, augusti, sep- tember, oktober respektive november 1989. Sammanlagt sju diagram.
Grupp 6.
Jämförande maximum och minimum fukt (FS 718) i isolering i aysnitt med luftspalt i nordväst- vägg. I diagrammet redovisas även de relaterade temperaturerna (TS 139) till respektive maximi- och minimivärde på fukt. Diagrammen redovisar mätvärden för februari, mars, juni, augusti, sep- tember, oktober respektive november 1989. Sammanlagt sju diagram.
Det skulle vara önskvärt att jämföra värdena under punkt 6 med motsvarande värden för sydost- väggen. Men då fuktgivarna är ur funktion kan inte denna jämförelse göras.
Grupp 7.
Fuktgradient i nordvästväggen med luftspalt, medelvärden. (FU 714, FL 715, FS 718, Fl 731). Di- agrammen redovisar mätvärden för februari, mars, juni, augusti, september, oktober respektive no- vember. Sammanlagt sju diagram.
Grupp 8.
Jämförande av maximi- och minimifuktvärden i luftspalt mellan nordvästvägg och sydostvägg.
(FL 715, FL 725). I diagrammet redovisas även relaterade temperaturer till respektive maximi och minimivärden på fukt. (TL 141, TL 135). Diagrammen redovisar mätvärden för juni och septem- ber. Sammanlagt två diagram.
Grupp 9.
Temperaturgradient i nordvästvägg. (TU 133, TL 141, TS 139, TI 143). Ett diagram för respektive maximi- och minimitemperaturer. Diagrammen redovisar mätvärden för februari, mars, juni, au- gusti, september, oktober och november. Sammanlagt 14 diagram.
Grupp 10.
Jämförelse mellan utetemperaturer invid nordvästvägg, sydostvägg och global temperatur samt maximal dygnsvindstyrka (TU 132, TU 133, globala temperaturuppgifter samt vinduppgifter från Aboa). Ett diagram för respektive maximi- och minimitemperaturer. Diagrammen redovisar mät- värden för februari, juni, augusti och oktober. Sammanlagt åtta diagram.
Grupp 11.
Jämförande temperaturer i isoleringen mellan nordvästvägg, sydostvägg och global temperatur.
(TS 139, TS 145, globala temperaturuppgifter från Aboa). Ett diagram för respektive maximi- och minimitemperaturer. Diagrammen redovisar värden från februari, juni, augusti, september och ok- tober. Sammanlagt tio diagram.
Nedan följer en redovisning av de framtagna diagrammen i följd enligt sammanfattningen på före- gående sida. Till varje grupp hör kommentarer och synpunkter.
27
- „
--- -
- -•- 130 (IN>
-- 139 (ISO) 141 (LS)
— 133 (UTE>
30 20 10 0 -10
„”.1 / 1111/ 1111111111/111111111e1,,,,nu,,,,
„.„0„,,,,194
4.4 Grupp 1. Temperaturgradient genom nordvästvägg (Fig 25-27)
Syftet med mätserien är att jämföra olika klimatsituationers inverkan på temperaturfördelningen genom ett väggavsnitt under ett typdygn. Samplingen är förtätad till varje timme. Detta ger möj- lighet till en bättre kontroll på mindre förändringar. De tre väderlekstyper som är representerade är klart väder med ringa vind (ca 2 m/s), storm och mulet med ca 22 m/s i vindbyarna samt mulet, disigt och vindstilla. Mätpunkterna är placerade i nordvästväggen. Det innebär att solstrålningen direkt påverkar väggen mellan 10 GMT och 22 GMT med sitt maximum 16 GMT.
Den mest påfallande effekten av strålningen kan utläsas i diagram 1 (Fig 25). Temperaturen i luft- spalten ökar markant och når sitt maximum 19 GMT. Den kraftiga uppvärmningen beror till viss del på att de termiska rörelserna dämpas av det "snöfilter" som är placerat i undre delen av spalten (se figur 12). En viss förväntad temperaturhöjning kan även iakttagas i isoleringen. Den tempera- turhöjning som märks på utetemperaturen genereras till stor del av den strålningsvärme som alstras från ytterväggen. En annan bidragande orsak är den lokala uppvärmningen på stationsområdet på grund av den stora frilagda ytan av berg och sten.
I diagram 2 (Fig 26) (mulet väder) märks samma tendens, dock inte så utpräglad som i diagram 1.
Den visar dock tydligt att solstrålningen ger en påtaglig effekt även i mulet väder.
I diagram 3 (Fig 27) visas förhållandena under det enda stormdygnet som uppträdde under vår vis- telse på Nordenskiöldsbasen 1989-90. Under dessa extrema vindförhållanden ger solstrålningen ingen märkbar effekt på temperaturfördelningen. Kurvan som representerar isoleringen ger en dip mellan 5 GMT och 12 GMT. Vi har inte funnit någon rimlig förklaring till detta förhållande. Även kurvan som representerar luftspalten och i viss mån kurvan för inomhustemperaturen beter sig på liknande sätt, om än mycket mindre påtagligt. Detta gör det svårt att hänvisa till mätfel eller annat tekniskt fel. Då jag själv inte vistades pä stationen under detta dygn, har jag svårt att avgöra om det hände något speciellt under den aktuella tiden.
Sammanfattningsvis kan sägas att solstrålningen avger en ansenlig mängd energi under den antark- tiska sommaren. Med tanke på att den aktuella husväggen inte på något sätt preparerats för att till- godogöra sig solenergi, så finns det utan tvekan en ansenlig potential att utnyttja i energisparande hänseende.
40 00
6 12 18 24
TID
Fig 25. Jämförande temperatur genom vägg 900119, sol
28
1,1111,1 .1.1, 1
-10 I
00 40 30
130 (IN) --- 139 (ISO)
141 (LS)
— 133 (UTE)
6 12 18 24
TID
Fig 26. Jämförande temperatur genom vägg 900201, mulet.
40 30
- - - • • - • - • -
20
10
--- 139 (ISO) 141 (LS)
— 133 (LITE)
6 12 18 24
TID
Fig 27. Jämförande temperatur genom vägg 900129, storm.
1114110,1
-10
1.40 (ISOS)
— 139 (ISOR) 15
10 5 0 30 25 20
OC
,
140 (I506)
— 139 (ISOR) 0 0
20
15
10
0
5
4.5 Grupp 2. Nordvästvägg med och utan luftspalt (Fig 28-30)
Syftet med mätserien är att jämföra temperaturen i isoleringen i två olika väggtyper vid tre olika typväder. Mätpunkterna är placerade i samma väggavsnitt som grupp 1 och värdena för isoleringen i väggavsnittet med luftspalt är identiska med samma grupp och tillfälle. Man kan förvänta sig att temperaturvariationen i isoleringen skulle jämnas ut något i det aysnitt som har luftspalt, eftersom luftspalten kan betraktas som ett extra isolerande skikt. Samtidigt visar diagrammet i figur 25 att temperaturen varierar högst markant i luftspalten vid solig väderlek. I diagrammet i figur 28 (solig väderlek) ser man dock att temperaturvariationen i fallet utan luftspalt inte varierar fullt lika kraf- tigt som motsvarande för fallet med luftspalt. I samtliga tre fall ser man att temperaturen i väggav- snittet med luftspalt generellt ligger något högre. Detta förhållande är också väntat av ovan redovisade orsaker. I diagrammet i figur 30 sjunker dock kurvan för väggavsnittet med luftspalt kraftigt den sista fjärdedelen av dygnet. Motsvarande kraftiga sänkning finns inte för fallet utan luftspalt. Inga förändringar i övriga klimatdata kan urskiljas vid detta tillfälle. Den relativa luftfuk- tigheten utomhus höjs marginellt från 80 % till 85 % i slutet av dygnet.
6 12 18 24
TID
Fig 28. Jämförande temperatur i isoleringen i vägg med luftspalt (ISOA) och utan luftspalt (ISOS) 900119, sol.
6 12 18 24
TID
Fig 29. Jämförande temperatur i isoleringen i vägg med luftspalt (ISOA) och utan luftspalt (ISOS) 900129, storm.
30
or
140 (ISOS)
— 139 (ISOR)
6 12 18 24
TID
Fig 30. Jämförande temperatur i isoleringen i vägg med luftspalt (ISOA) och utan luftspalt (ISOS) 900201, mulet.
31
4.6 Grupp 3. Jämförande temperaturmätningar nordväst- och sydvästvägg samt tak (Fig 31-33)
Syftet med mätserien är att verifiera och jämföra eventuella yttemperaturskillnader mellan de ak- tuella väggpartierna och taket. Då givarna sitter på ett aystånd av 50 mm från ytterväggytan och takgivarna 150 mm frän takytan, påverkas dessa i olika grad av den lokala uppvärmning som sker i huskroppens yta. Som i fallet grupp 1, så visar sig denna påverkan mest påtaglig vid klar väderlek med kraftig solstrålning. I diagrammet i figur 31 kan man se det fenomen som inträffar då solen passerar husets längdaxel (vilket sker 10 GMT respektive 22 GMT). Fram t o m 12 GMT är tem- peraturen synbart högre invid sydostväggen än det diametralt motsatta väggpartiet. Mellan 12 GMT och 22 GMT håller nordostväggen istället en aysevärt högre temperatur än för den jämföran- de väggen. Temperaturskillnaden är i det senare fallet betydligt större än i det förra. Orsaken är so- lens större höjdvinkel pä dagen än på natten. Vid den aktuella tidpunkten råder midnattssol på Nordenskiöldsbasen. Temperaturen invid taket följer den gemensamma miniminivån, utom på ef- termiddagen då man kan märka en viss temperaturförhöjning. Detta kan tillskrivas samma orsak som temperaturförhöjningen intill väggarna. Anmärkningsvärt är dock att temperaturhöjningen är så ringa, allrahelst när taket är belagt med svart asfaltbestruken papp. Orsaken till den marginella temperaturhöjningen kan vara den ringa taldutningen och därmed den flacka infallsvinkeln för sol- strålarna. En annan orsak är det något längre ayståndet mellan sensor och takyta. I diagrammet i figur 32 ser man tydligt ventilationens avgörande betydelse för husytans termiska påverkan på tern- peraturgivarna. Här redovisas förhållandet under ett stormdygn. Även under ett mulet dygn följer kurvorna varandra rätt väl. Även här ligger temperaturen invid taket generellt lägre. Den sluter san- nolikt väl till den globala temperaturen. När det gäller temperaturskillnaderna mellan de diametralt motsatta väggarna är resultatet inte helt entydigt. De temperaturskillnader som redovisas kan tän- kas påverkas av den mycket svaga vind som rådde detta dygn. Trots att ingen vind uppmättes kan man ändå tänka sig att små vindrörelser runt huset påverkade mätutslagen. I detta fall kan man tän- ka sig att sydostväggen låg mer i lä, vilket kan förklara den något högre relativa temperaturen än förväntat.
0
-5
-10
--- 131 <TAK) 133 (V-V)
— 132 ( - )
12 18 24
TID
Fig 31. Jämförande temperatur ute. Tak 131Tu, nordvästvägg 133Tu och sydostvägg 132Tu.
900119, sol
32
oh-r-Taf74727-71: --- 131 (TAK) 133 (V-V)
— 132 (0-V) -10
12 18 24
TID
Fig 32. Jämförande temperatur ute. Tak 131Tu, nordvästvägg 133Tu och sydostvägg 132Tu.
900129, storm.
0
-5
-10
--- 131 (TAK) 133
— 132 (0-V)
12 18 24
TID
Fig 33. Jämförande temperatur ute. Tak 131Tu, nordvästvägg 133Tu och sydostväggen 132Tu.
900201, mulet.
33
5 00 1 10
• 7"---\
\
0 -5 -10 -15
7 14 21 28
131 MIN
— 131 MAX
132 MIN
— 132 MAX -15
7 14 21 28
10
5 A A
0
, -10
4.7 Grupp 4. Maxi- och minitemperaturer utomhus (Fig 34-36)
Syftet med mätserien är att ge en bild av den dygnsvisa temperaturvariationen och skillnaden i den- na variation mellan tre olika punkter utanför huskroppen. Givarna är identiska med de i grupp 3.
Genom att studera och jämföra dessa tre diagram kan man dra en del slutsatser om väderleksför- hållandena för respektive dygn enligt vad vi sett i grupp 3. Dagar med klart och relativt vindstilla väder utmärks av markanta toppar i maximitemperaturen i diagrammet i figur 36 (nordvästvägg).
Vid mulet väder är skillnaden mellan maximi- och minimitemperatur betydligt mindre. Däremot kan skillnaden mellan de olika diagrammen (givarna) vara något större. Vid blåsigt väder är även här skillnaden mellan maximi- och minimitemperatur mindre. Dessutom är skillnaden mellan de olika diagrammen mycket liten, dvs samma temperatur runt hela huskroppen vid samma tidpunkt.
Man kan i denna grupp tydligt se det förhållande som vi påtalat tidigare, nämligen att nordvästväg- gen, som är utsatt för solens inverkan under dagtid, erhåller den största temperaturfluktuationen.
DAG
Fig 34. Maximi- och minimitemperaturer utomhus december 1989. Sydostvägg 131 Tu.
DAG
Fig 35. Maximi- och minimitemperaturer utomhus december 1989. Sydostvägg 132Tu.
34
t_
- A
-
_ 00
15 10
0
-10 - 15
133 MIN
— 133 MAX
14 21 2p
DAG
Fig 36. Maximi- och minimitemperaturer utomhus december 1989. Nordvästvägg 133Tu.
35
100 REL HUM or - 20
I I 1
10 15 20 25
-10
-20 -- TEMP
-30 HUM 90
80
10 0
70 60 50
4.8 Grupp 5. Fukt i isolering utan luftspalt (Fig 37-43)
Syftet med mätserien är att undersöka hur värdet på den relativa fukthalten förändrar sig under året i ett väggavsnitt utan luftspalt. För att ge en mer komplett bild har även relaterade temperaturer tagits med. Med detta menas temperatur som uppmätts samtidigt som det uppmätta maximi-eller minimivärdet på relativa fuktigheten. Det är alltså inte extremvärdena på temperaturen som redo- visas i diagrammen. Av den orsaken kan de olika temperaturkurvorna korsa varandra. Som tidigare framgått har vi valt att inte redovisa samtliga månader utan några "typmånader". Generellt kan sä- gas att fuktnivån är styrd av temperaturfluktuationer, som i sin tur genereras av solstrålningen. Den termiska aktiviteten avklingar under den antarktiska hösten för att nå sin lägsta nivå under juni och augusti. I och med solens återkomst startar den termiska aktiviteten på nytt och därmed fluktuatio- ner i relativ fukt. Man kan se att medelluftfuktigheten är större under sydvåren än under sydhösten.
Framför allt ligger minimivärdena högre under våren. Detta kan förklaras med att temperaturen ge- nerellt är lägre under våren när den termiska aktiviteten startar, och därmed erhålls högre värden på relativ fukthalt. Det är dock anmärkningsvärt at nivåerna är så pass höga som här redovisas. Di- agrammen visar nivåer mycket nära daggpunkten. Det är mycket troligt att fuktutfällningen sker i partier med lägre temperatur, t ex på skivor mot angränsande utrymmen. Fuktgivarna sitter i isole- ringen mitt emellan de båda skivorna vilka angränsar till boendeutrymmet respektive utemiljön.
DAG
Fig 37. Relativ fukt, maximum och minimum, i vägg utan luftspalt. I diagrammet redovisas rela- terade temperaturer för respektive minimi- och maximivärde på relativ fukt. Februari 1989.
36
5 7,2c7 30 90
80 70 60
— -30
— TEMP
— -10 - 20 HUM
90 80 70 60
50 i)/eli
RE L HUM 100
DAG
Fig 38. Relativ fukt, maximum och minimum, i vägg utan luftspalt. I diagrammet redovisas rela- terade temperaturer för respektive minimi- och maximivärde på relativ fukt. Mars 1989.
REL HUM 100
oc 20 10 0
-10
— TEMP -20
-30 HUM
10 15 20 25 30
DAG
Fig 39. Relativ fukt, maximum och minimum, i vägg utan luftspalt. I diagrammet redovisas rela- terade temperaturer för respektive minimi- och maximivärde på relativ fukt. Juni 1989.
37
10 0 - 1 0
— -20
TEMP
-30 HUM 90
lizz==
,,,,m==mmmo•z80 70 60 50
o 20 100REL HUM
50
5 10 15 20 25 30
100 REL HUM
r
90 80 70 60
-10
— TEMP -20
-30 HUM 20
10
10 13 20 25 30
DAG
Fig 40. Relativ fukt, maximum och minimum, i vägg utan luftspalt. I diagrammet redovisas rela- terade temperaturer för respektive minimi- och maximivärde på relativ fukt. Augusti 1989.
DAG
Fig 41. Relativ fukt, maximum och minimum, i vägg utan luftspalt. I diagrammet redovisas rela- terade temperaturer för respektive minimi- och maximivärde på relativ fukt. September 1989.
38
REL HUM
100 -
o r 70
90 10
50
5 10 15 20 30
80
-10
— -20
TEMP 70
60
HUM
DAG
Fig 42. Relativ fukt, maximum och minimum, i vägg utan luftspalt. I diagrammet redovisas rela- terade temperaturer för respektive minimi- och maximivärde på relativ fukt. Oktober 1989.
00 REL HUM 1
90 80 70 60 50
10 15 20 25 30
DAG
Fig 43. Relativ fukt, maximum och minimum, i vägg utan luftspalt. I diagrammet redovisas rela- terade temperaturer för respektive minimi- och maximivärde på relativ fukt. November 1989.
39
00 20 10 0
-10
-20 — TEMP
-30 HUM
