lu.se

Fuktcentrum

Lunds Tekniska Högskola

Denna sida på svenska This page in English

Konsten att räkna på fukt

RäknaF

RäknaF är ett stöd för kombinerade värme- och fuktberäkningar i byggnadsdelar.

Avdelning Byggnadsfysik LTH har i samarbete med Fuktcentrum och projektet Woodbuild sammanställt en vägledning för personer som arbetar med värme- och fuktberäkningsprogram av typen WUFI, baserat på erfarenheter och nuvarande kunskaper i ämnet.

Vägledningen benämns "RäknaF” för att anknyta till ByggaF och utgörs av denna rapport samt stödjande information och data som görs tillgänglig via Fuktcentrums hemsida (www.fuktcentrum.lth.se).

Rapporten, som är skriven av Petter Wallentén, avd byggnadsfysik, innehåller rekommendationer och metoder som är tillämpbara vid ingenjörsmässiga värme- och fuktberäkningar. Den avses att fungera som stöd vid planerandet, genomförandet och presenterandet av fuktberäkningar för byggnadsdelar. Dessutom kan rapporten fungera som stöd för beställare av beräkningar hur de kan ställa rätt krav på beräkningar och redovisning av resultat.

Räkna på fukt

Nedanstående text är publicerad innan 2010, men gäller även idag.

RäknaF 2018 (ovan) är en omfattande utvidgning av ämnet att räkna på fukt.  

Hur gör man icke-stationär fuktberäkningar för material? Vad kan olika typer av antaganden medföra? Byggbranschens nya beräkningsprogram innebär både möjligheter och risker. Lars-Olof Nilsson vid avdelningen för Byggnadsmaterial reder ut en del begrepp i nedanstående texter. Nedanstående text är publicerad innan 2010, men gäller även idag. RäknaF är en utvidgning av nedanstående text.  

DEL 1: Tidsteg och fuktkapacitet.

Lars-Olof Nilsson

Bakgrund
Byggbranschen har just fått en ny ”leksak”, ”Wufi”; ett datorverktyg för fukt- och temperaturberäkningar som är mycket användarvänligt. Med detta kan många nu göra fuktberäkningar mycket enkelt och snabbt, men det behöver inte bli rätt! ”Fort men fel”, är det en uppenbar risk att det blir i många fall.

Boverkets nya Byggregler, BBR, innebär att vi nu i praktiken måste göra fuktberäkningar, för att kunna bedöma om det riskerar bli fuktigare än det ”högsta tillåtna fukttillståndet” som en av föreskrifterna i BBR kräver.

Det har funnits fuktberäkningsprogram tidigare men först nu finns det ett som är synnerligen användarvänligt, åtminstone om man bara önskar få fram resultat som ser imponerande ut. För att det skall bli rätt, krävs det mer – att man förstår vad man gör och vilka begränsningar som finns. Detta är viktigt att ha klart för sig både om man skall göra fuktberäkningar och om man skall köpa konsulttjänster i form av sådana beräkningar.

I en serie artiklar skall FuktCentrum peka på en rad faktorer som man måste ha klart för när man gör eller köper fuktberäkningar.

Fuktändringar = ”icke-stationär fukttransport”
”Icke-stationärt” innebär att fuktförhållandena ändras med tiden. Exempel på tillämpningar där detta sker är uttorkning, uppfuktning, varierande med varierande klimat, ändring då omgivande förhållanden ändras, ändring av temperaturen, fukttillförsel och inre kemisk fuktbindning. Även om man vill beräkna en ”stationär” fuktfördelning, dvs som inte ändras med tiden, är det ofta enklast att göra en icke-stationär beräkning och räkna så länge att man uppnår stationära förhållanden.

Principen för en icke-stationär beräkning är att beräkna hur fukthalten we ändras med tiden i varje punkt i materialen. Detta görs genom att jämföra fuktflödena g1 och g2 till och från punkten. Om fuktflödena är olika, ändras fukthalten i punkten. I speciella fall tar man också hänsyn till att fukthalten kan ändras av andra skäl än fukttransport, genom att fukt binds kemiskt t ex då cement binder vatten (wn) i ung betong.

 

 

Dela in konstruktionen i ”celler” och tiden i ”tidsteg”
För att kunna beräkna hur hela fuktfördelningen i ett material eller en materialkombination ändras med tiden, delas konstruktionen in i flera skikt, ”celler”, där fukten antas koncentrerad till mittpunkten med fukthalten w, relativa fuktigheten RF, temperaturen T och ånghalten v. Mellan dessa punkter beräknas fuktflödena, liksom mellan konstruktionen och omgivningen.

 

För att få en bra geometrisk upplösning vill man ha så små celler som möjligt, särskilt där man förväntar sig stora skillnader i fuktförhållanden. En finare cellindelning medför att man måste beräkna fler fuktflöden, vilket ökar beräkningstiden.

För att sedan beräkna hur fukthalten ändras, jämförs fuktflödena till och från varje cell. För att beräkna den nya fukthalten måste man välja ett ”tidsteg”, dvs man måste dela in tiden i små steg och beräkna fuktändringarna i varje sådant steg. Fukthaltsändringen ges av följande uttryck


          [ekvation 1]

 

Med den nya fukthalten kan man beräkna en ny RF och med aktuell temperatur får man en ny ånghalt, o.s.v.

Valet av tidsteg är viktigt och kan inte göras hur som helst. Väljs tidsteget Δt för stort, se ekvation (1), blir fukthaltsändringen för stor; den kan t ex bli så stor att RF blir större än i omgivande celler, vilket är orimligt! Därför begränsar man tidsteget så att detta inte kan inträffa. RF-ändringen beror på fukthaltsändringen och materialets fuktkapacitet. Fukthaltsändringen beror på celltjockleken, fukttransportegenskaperna hos materialen och ånghaltsgradienten, dvs ånghaltsskillnaden mellan intilliggande celler och celltjockleken. Sammantaget kan man sätta upp följande krav på tidsteget för en typ av datorverktyg, som använder s k framåtdifferensmetod.

 

[s]          [ekvation 2]

 

där Δx är celltjockleken, ΔweRF är fuktkapaciteten, δ är fukttransportkoefficienten och vs(T) är mättnadsånghalten.

”Svåra” material att räkna på, 1
Av ekvation (2) framgår att tidsteget måste väljas mycket litet, dvs man måste göra väldigt många beräkningar, om
-        celltjockleken är liten
-        fuktkapaciteten är liten
-        fukttransportkoefficienten är stor

Det absolut svåraste att göra beräkningar för är luft! Luft har en extremt låg fuktkapacitet, 0.00017 kg/(m3%RF), jämfört med de flesta byggnadsmaterial som har fuktkapaciteter i storleksordningen 0.1-1.0 kg/(m3%RF), dvs 500-5000 gånger större än för luft. Dessutom har luft en mycket stor fukttransportkoefficient δ, ca 25×10-6 m2/s. Så stor fukttransportkoefficient har de flesta material bara om det sker kapillärtransport i materialet.

För t ex en luftspalt med tjockleken 30 mm som räknas som en cell, måste tidsteget var mindre än


          [ekvation 3]

 

Detta kan jämföras med det förinställda tidsteget i Wufi på 1 timme, dvs 3600 s. Det är alltså alldeles för stort för en luftspalt på 30 mm.

Skulle man välja att räkna med en luftspalt som en cell med tjockleken 30 mm skulle beräkningen ta 200 gånger så lång tid!

I praktiken är det av detta skäl i det närmaste ”omöjligt” att göra icke-stationära fuktberäkningar för konstruktioner som innehåller luftspalter, om man vill beskriva fuktförhållandena i luftspalten. Om det är acceptabelt att beskriva luftspalten som ett (litet) fuktmotstånd, och ett värmemotstånd, kan man ersätta luftspalten med sådana motstånd, men då krävs att denna möjlighet finns i programmet.

RÅD 1: Tro inte utan vidare på en beräkning för en konstruktion där en luftspalt ingår. Kräv att man särskilt beskriver hur man hanterat luftspalten i beräkningen, eftersom det egentligen inte är möjligt!

Beräkningsprogrammet ”VaDau” har faktiskt en lösning på denna problematik, särskilt framtagen för tunna luftspalter, i t ex luftspaltbildande fuktspärrar. I en särskild ”beräkningsmod” kan man ange att RF i luftspalten skall anta en RF som är medelvärdet av RF i intilliggande materialceller och på sätt erhålla en numeriskt stabil lösning.

”Svåra” material att räkna på, 2
Det näst svåraste materialet att räkna på, efter luft, är mineralull och andra material som är mycket ”öppna” för fukttransport och som har mycket liten fuktkapacitet. Exempel på sådana andra material är porösa material med genomgående ”luftkanaler” och som inte binder fukt särskilt väl: sand, grus, sten, lättklinkerisolering utan cementstabilisering, cellplaster med luftkanaler som Isodrän och Pordrän o dyl.

Mineralull har under vissa förhållanden en fuktkapacitet på ca 0.2 kg/m3, dvs bara ca tio gånger större än luft! Delar man alltså in en mineralullsisolering i celler om 30 mm, måste man välja mycket korta tidsteg; med framåtdifferensmetod högst 180 sekunder! En sådan celltjocklek gör det svårt att beskriva eventuell kondens nära ett intilliggande material eftersom sådan kondens ”sprids” ut på en tjocklek av 30 mm! Väljer man därför mindre celler intill materialen på ömse sidor om mineralull krävs mycket korta tidsteg för att beräkningen skall bli korrekt.

RÅD 2: Tro inte utan vidare på en beräkning för en konstruktion där mineralull beskrivs med små celler. Kräv att man särskilt beskriver hur man hanterat mineralullen i beräkningen.

Ett sätt att ibland kunna hantera luftspalter och mineralullsisoleringar i fuktändrings-beräkningar är att ”lura” datorprogrammet genom att välja en mycket större fuktkapacitet hos dessa material. Då kan tidsteget väljas mycket större, jämför ekvation (2) och beräkningen kan genomföras på rimlig tid. Det innebär att en icke-stationär beräkning kan bli helt felaktig om man råkar välja ett sådant ”material” utan att vara medveten om det. Tidsförloppet blir helt felaktigt. Sådana felaktigheter är bara tillåtna om materialet inte ändrar sitt fukttillstånd under beräkningens gång, dvs fukthalten och RF är konstant i tiden. Gör man så, måste man verkligen veta vad man gör och beskriva det ordentligt.

Bättre är då att beskriva mineralull, och andra material med liten fuktkapacitet, som ett fuktmotstånd (och värmemotstånd). Detta görs t ex i Wufi. Sorptionskurvan behövs då inte, eftersom den inte används i beräkningen. Fukt- och temperaturfördelningen genom dessa material beräknas då rent stationärt i varje tidsteg.

Sidansvarig: