Ilmavirtausten vaikutus rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan

Tuomo Ojanen, Reijo Kohonen

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Konvektiolla on olennainen vaikutus keveiden seinärakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan. Jo pelkkä luonnollinen konvektio aiheuttaa selvästi 1-ulotteisesta tapauksesta poikkeavan lämpötilajakauman rakenteeseen. Rakenteiden hydrotermisen toiminnan tutkiminen kokeellisesti on hidasta ja työlästä, ja eri tekijöiden vaikutukset on usein vaikea erottaa toisistaan. Tässä tutkimuksessa on käytetty numeerista simulointia rakenteiden toiminnan analysoinnissa. Laskentamallina sovellettiin yhdistetyn konvention ja lämmönjohtumisen sekä diffuusion 2-dimensioiseen tarkasteluun soveltuvaa ohjelmaa TCCC2D. Laskentamallin verifioinnissa todettiin todellisten rakenteiden konvention olevan yleensä voimakkaampaa kuin laskennassa ideaalisina kuvattujen rakennetapausten. On ilmeistä, että rakenteen toteutuksen taso ja sen poikkeamat ideaaliseen rakenteeseen verrattuna ovat merkittävimpiä rakenteen lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan vaikuttavia tekijöitä. Lämpöteknisessä tarkastelussa tutkittiin luonnollisen konvention vaikutuksia ilmavirtaukselta suljetun ja puoliavoimen rakenteen toimintaan sekä konventiokatkojen vaikutusta. Pakotetun konvention tarkasteluissa todettiin mm. nurkka-alueen runkorakenteiden voivan merkittävästi pienentää konvention aiheuttamia lämpöhäviöitä. Korvausilman otto sisätilaan seinämän läpi suolautumalla merkitsee huomattavaa lämmön talteenottoa johtumislämpöhäviöistä. Lämpötilaerolla 40 °C, kun korvausilma tuodaan 2,2 m korkean seinän kautta sisälle, on laskennallinen lämmön talteenoton hyötysuhde ilman tilavuusvirralla 1 dm3/sm noin 75 %. Seinän lämpötilatason laskiessa johtumishäviöt kasvavat, mutta ilmanvaihdon aiheuttama lämmöntarve pienenee siten, että seinämälle lasketut kokonaislämpöhäviöt huonetilasta ympäristöön pienenevät jopa 12 %. Suurin suhteellinen lämmön talteenottoefekti saavutetaan tietyllä rakenteesta rinppuvalla ilman tilavuusvirralla. Kosteusteknisissä tarkasteluissa analysoitiin kosteuden jakautumista rakenteessa eri konvektiotilanteissa. Laskennallisesti todettiin rakenteen sisään jäävän höyrynsulun aiheuttavan kosteusriskin ja läpivirtaustapauksissa havaittiin ilmavirtauksen sisätilasta rakenteeseen aiheuttavan huomattavia kosteuden nettokertymiä rakenteeseen. Tulosten perusteella voitiin todeta eri konventiotapausten vaikutukset kosteuskentän kehittymiseen. Kosteusteknisen toimivuuden edellyttämien ohjearvojen esittäminen rakenteen materiaaleille, kerrospaksuuksille ja virtauskentille edellyttää kuitenkin tarkkaa rakennekohtaista analysointia.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages110
ISBN (Print)951-38-3362-3
Publication statusPublished - 1989
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesValtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports
Number590
ISSN0358-5077

Fingerprint

Convection
Air

Keywords

  • building construction
  • structures
  • structural analysis
  • air flow
  • heat transfer
  • moisture content
  • heat loss
  • temperature
  • convection

Cite this

Ojanen, T., & Kohonen, R. (1989). Ilmavirtausten vaikutus rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports, No. 590
Ojanen, Tuomo ; Kohonen, Reijo. / Ilmavirtausten vaikutus rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1989. 110 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 590).
@book{8070af087a4245a284b322b85244ddd8,
title = "Ilmavirtausten vaikutus rakenteiden l{\"a}mp{\"o}- ja kosteustekniseen toimintaan",
abstract = "Konvektiolla on olennainen vaikutus keveiden sein{\"a}rakenteiden l{\"a}mp{\"o}- ja kosteustekniseen toimintaan. Jo pelkk{\"a} luonnollinen konvektio aiheuttaa selv{\"a}sti 1-ulotteisesta tapauksesta poikkeavan l{\"a}mp{\"o}tilajakauman rakenteeseen. Rakenteiden hydrotermisen toiminnan tutkiminen kokeellisesti on hidasta ja ty{\"o}l{\"a}st{\"a}, ja eri tekij{\"o}iden vaikutukset on usein vaikea erottaa toisistaan. T{\"a}ss{\"a} tutkimuksessa on k{\"a}ytetty numeerista simulointia rakenteiden toiminnan analysoinnissa. Laskentamallina sovellettiin yhdistetyn konvention ja l{\"a}mm{\"o}njohtumisen sek{\"a} diffuusion 2-dimensioiseen tarkasteluun soveltuvaa ohjelmaa TCCC2D. Laskentamallin verifioinnissa todettiin todellisten rakenteiden konvention olevan yleens{\"a} voimakkaampaa kuin laskennassa ideaalisina kuvattujen rakennetapausten. On ilmeist{\"a}, ett{\"a} rakenteen toteutuksen taso ja sen poikkeamat ideaaliseen rakenteeseen verrattuna ovat merkitt{\"a}vimpi{\"a} rakenteen l{\"a}mp{\"o}- ja kosteustekniseen toimintaan vaikuttavia tekij{\"o}it{\"a}. L{\"a}mp{\"o}teknisess{\"a} tarkastelussa tutkittiin luonnollisen konvention vaikutuksia ilmavirtaukselta suljetun ja puoliavoimen rakenteen toimintaan sek{\"a} konventiokatkojen vaikutusta. Pakotetun konvention tarkasteluissa todettiin mm. nurkka-alueen runkorakenteiden voivan merkitt{\"a}v{\"a}sti pienent{\"a}{\"a} konvention aiheuttamia l{\"a}mp{\"o}h{\"a}vi{\"o}it{\"a}. Korvausilman otto sis{\"a}tilaan sein{\"a}m{\"a}n l{\"a}pi suolautumalla merkitsee huomattavaa l{\"a}mm{\"o}n talteenottoa johtumisl{\"a}mp{\"o}h{\"a}vi{\"o}ist{\"a}. L{\"a}mp{\"o}tilaerolla 40 °C, kun korvausilma tuodaan 2,2 m korkean sein{\"a}n kautta sis{\"a}lle, on laskennallinen l{\"a}mm{\"o}n talteenoton hy{\"o}tysuhde ilman tilavuusvirralla 1 dm3/sm noin 75 {\%}. Sein{\"a}n l{\"a}mp{\"o}tilatason laskiessa johtumish{\"a}vi{\"o}t kasvavat, mutta ilmanvaihdon aiheuttama l{\"a}mm{\"o}ntarve pienenee siten, ett{\"a} sein{\"a}m{\"a}lle lasketut kokonaisl{\"a}mp{\"o}h{\"a}vi{\"o}t huonetilasta ymp{\"a}rist{\"o}{\"o}n pienenev{\"a}t jopa 12 {\%}. Suurin suhteellinen l{\"a}mm{\"o}n talteenottoefekti saavutetaan tietyll{\"a} rakenteesta rinppuvalla ilman tilavuusvirralla. Kosteusteknisiss{\"a} tarkasteluissa analysoitiin kosteuden jakautumista rakenteessa eri konvektiotilanteissa. Laskennallisesti todettiin rakenteen sis{\"a}{\"a}n j{\"a}{\"a}v{\"a}n h{\"o}yrynsulun aiheuttavan kosteusriskin ja l{\"a}pivirtaustapauksissa havaittiin ilmavirtauksen sis{\"a}tilasta rakenteeseen aiheuttavan huomattavia kosteuden nettokertymi{\"a} rakenteeseen. Tulosten perusteella voitiin todeta eri konventiotapausten vaikutukset kosteuskent{\"a}n kehittymiseen. Kosteusteknisen toimivuuden edellytt{\"a}mien ohjearvojen esitt{\"a}minen rakenteen materiaaleille, kerrospaksuuksille ja virtauskentille edellytt{\"a}{\"a} kuitenkin tarkkaa rakennekohtaista analysointia.",
keywords = "building construction, structures, structural analysis, air flow, heat transfer, moisture content, heat loss, temperature, convection",
author = "Tuomo Ojanen and Reijo Kohonen",
year = "1989",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-3362-3",
series = "Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "590",
address = "Finland",

}

Ojanen, T & Kohonen, R 1989, Ilmavirtausten vaikutus rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports, no. 590, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Ilmavirtausten vaikutus rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan. / Ojanen, Tuomo; Kohonen, Reijo.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1989. 110 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 590).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Ilmavirtausten vaikutus rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan

AU - Ojanen, Tuomo

AU - Kohonen, Reijo

PY - 1989

Y1 - 1989

N2 - Konvektiolla on olennainen vaikutus keveiden seinärakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan. Jo pelkkä luonnollinen konvektio aiheuttaa selvästi 1-ulotteisesta tapauksesta poikkeavan lämpötilajakauman rakenteeseen. Rakenteiden hydrotermisen toiminnan tutkiminen kokeellisesti on hidasta ja työlästä, ja eri tekijöiden vaikutukset on usein vaikea erottaa toisistaan. Tässä tutkimuksessa on käytetty numeerista simulointia rakenteiden toiminnan analysoinnissa. Laskentamallina sovellettiin yhdistetyn konvention ja lämmönjohtumisen sekä diffuusion 2-dimensioiseen tarkasteluun soveltuvaa ohjelmaa TCCC2D. Laskentamallin verifioinnissa todettiin todellisten rakenteiden konvention olevan yleensä voimakkaampaa kuin laskennassa ideaalisina kuvattujen rakennetapausten. On ilmeistä, että rakenteen toteutuksen taso ja sen poikkeamat ideaaliseen rakenteeseen verrattuna ovat merkittävimpiä rakenteen lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan vaikuttavia tekijöitä. Lämpöteknisessä tarkastelussa tutkittiin luonnollisen konvention vaikutuksia ilmavirtaukselta suljetun ja puoliavoimen rakenteen toimintaan sekä konventiokatkojen vaikutusta. Pakotetun konvention tarkasteluissa todettiin mm. nurkka-alueen runkorakenteiden voivan merkittävästi pienentää konvention aiheuttamia lämpöhäviöitä. Korvausilman otto sisätilaan seinämän läpi suolautumalla merkitsee huomattavaa lämmön talteenottoa johtumislämpöhäviöistä. Lämpötilaerolla 40 °C, kun korvausilma tuodaan 2,2 m korkean seinän kautta sisälle, on laskennallinen lämmön talteenoton hyötysuhde ilman tilavuusvirralla 1 dm3/sm noin 75 %. Seinän lämpötilatason laskiessa johtumishäviöt kasvavat, mutta ilmanvaihdon aiheuttama lämmöntarve pienenee siten, että seinämälle lasketut kokonaislämpöhäviöt huonetilasta ympäristöön pienenevät jopa 12 %. Suurin suhteellinen lämmön talteenottoefekti saavutetaan tietyllä rakenteesta rinppuvalla ilman tilavuusvirralla. Kosteusteknisissä tarkasteluissa analysoitiin kosteuden jakautumista rakenteessa eri konvektiotilanteissa. Laskennallisesti todettiin rakenteen sisään jäävän höyrynsulun aiheuttavan kosteusriskin ja läpivirtaustapauksissa havaittiin ilmavirtauksen sisätilasta rakenteeseen aiheuttavan huomattavia kosteuden nettokertymiä rakenteeseen. Tulosten perusteella voitiin todeta eri konventiotapausten vaikutukset kosteuskentän kehittymiseen. Kosteusteknisen toimivuuden edellyttämien ohjearvojen esittäminen rakenteen materiaaleille, kerrospaksuuksille ja virtauskentille edellyttää kuitenkin tarkkaa rakennekohtaista analysointia.

AB - Konvektiolla on olennainen vaikutus keveiden seinärakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan. Jo pelkkä luonnollinen konvektio aiheuttaa selvästi 1-ulotteisesta tapauksesta poikkeavan lämpötilajakauman rakenteeseen. Rakenteiden hydrotermisen toiminnan tutkiminen kokeellisesti on hidasta ja työlästä, ja eri tekijöiden vaikutukset on usein vaikea erottaa toisistaan. Tässä tutkimuksessa on käytetty numeerista simulointia rakenteiden toiminnan analysoinnissa. Laskentamallina sovellettiin yhdistetyn konvention ja lämmönjohtumisen sekä diffuusion 2-dimensioiseen tarkasteluun soveltuvaa ohjelmaa TCCC2D. Laskentamallin verifioinnissa todettiin todellisten rakenteiden konvention olevan yleensä voimakkaampaa kuin laskennassa ideaalisina kuvattujen rakennetapausten. On ilmeistä, että rakenteen toteutuksen taso ja sen poikkeamat ideaaliseen rakenteeseen verrattuna ovat merkittävimpiä rakenteen lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan vaikuttavia tekijöitä. Lämpöteknisessä tarkastelussa tutkittiin luonnollisen konvention vaikutuksia ilmavirtaukselta suljetun ja puoliavoimen rakenteen toimintaan sekä konventiokatkojen vaikutusta. Pakotetun konvention tarkasteluissa todettiin mm. nurkka-alueen runkorakenteiden voivan merkittävästi pienentää konvention aiheuttamia lämpöhäviöitä. Korvausilman otto sisätilaan seinämän läpi suolautumalla merkitsee huomattavaa lämmön talteenottoa johtumislämpöhäviöistä. Lämpötilaerolla 40 °C, kun korvausilma tuodaan 2,2 m korkean seinän kautta sisälle, on laskennallinen lämmön talteenoton hyötysuhde ilman tilavuusvirralla 1 dm3/sm noin 75 %. Seinän lämpötilatason laskiessa johtumishäviöt kasvavat, mutta ilmanvaihdon aiheuttama lämmöntarve pienenee siten, että seinämälle lasketut kokonaislämpöhäviöt huonetilasta ympäristöön pienenevät jopa 12 %. Suurin suhteellinen lämmön talteenottoefekti saavutetaan tietyllä rakenteesta rinppuvalla ilman tilavuusvirralla. Kosteusteknisissä tarkasteluissa analysoitiin kosteuden jakautumista rakenteessa eri konvektiotilanteissa. Laskennallisesti todettiin rakenteen sisään jäävän höyrynsulun aiheuttavan kosteusriskin ja läpivirtaustapauksissa havaittiin ilmavirtauksen sisätilasta rakenteeseen aiheuttavan huomattavia kosteuden nettokertymiä rakenteeseen. Tulosten perusteella voitiin todeta eri konventiotapausten vaikutukset kosteuskentän kehittymiseen. Kosteusteknisen toimivuuden edellyttämien ohjearvojen esittäminen rakenteen materiaaleille, kerrospaksuuksille ja virtauskentille edellyttää kuitenkin tarkkaa rakennekohtaista analysointia.

KW - building construction

KW - structures

KW - structural analysis

KW - air flow

KW - heat transfer

KW - moisture content

KW - heat loss

KW - temperature

KW - convection

M3 - Report

SN - 951-38-3362-3

T3 - Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports

BT - Ilmavirtausten vaikutus rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Ojanen T, Kohonen R. Ilmavirtausten vaikutus rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1989. 110 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 590).