Thermische isolatie en vochtwering

Thermische isolatie

Staalframebouw gevels en vloeren die grenzen aan de buitenlucht worden standaard voorzien van een isolatielaag in het element. De ruimte tussen de staalframeprofielen moet volledig geïsoleerd worden, om koudebruggen én ongewilde convectie in de isolatielaag te vermijden. Bovendien is een extra laag noodzakelijk vanwege de warmtegeleidingscoëfficient van staal: de koudebruggen door de staalprofielen dienen gereduceerd te worden.

In staalframebouw zijn lage EPN-waarden haalbaar. Met aanvullende isolatie is het ook mogelijk om passieve verwarmingssytemen toe te passen. Bij dezelfde Rc-waarden zijn bij staalframebouw, in vergelijk met andere bouwmethoden, kleinere wanddiktes mogelijk door de goede constructieve eigenschappen.

Het vermijden van koudebruggen

Om extra warmteverliezen en het gevaar van lagere oppervlaktetemperaturen aan de binnenzijde van uitwendige scheidingsconstructies te voorkomen moet men bij staalframebouw bijzonder attent zijn op het reduceren van koudebruggen, bijvoorbeeld de profielen in de gevel- en dakelementen.

Ter plaatse van een profiel kan op het binnenoppervlak de condensatietemperatuur worden bereikt. Hierbij vertonen de mechanische bevestigingsmiddelen de laagste oppervlaktetemperatuur. Bovenstaande afbeelding geeft een voorbeeld van twee buitenhoekaansluitingen. Bij het ene detail komen de staalprofielen samen en veroorzaken zo een versterkte koudebrug. Bij het andere detail wordt door de ontkoppeling van de profielen een koudebrug voorkomen.

Door het toevoegen van een isolatielaag op het frame wordt de invloed van staalprofielen zoveel gereduceerd, dat de totale Rc-waarde marginaal kleiner is dan die van de volledig geïsoleerde delen. Als algemene ontwerpregel geldt, dat bij een aanvullende buitenisolatie met een dikte van 20 mm en een warmtegeleidingscoëfficent van 0,04 W/mK, de koudebruggen zo klein zijn, dat condensatie aan de binnenzijde mag worden uitgesloten.

In Zweden heeft men de koudebruggenproblematiek opgelost door de zogeheten thermoprofielen. De versprongen, naast elkaar gelegen openingen in het profiel verlengen de warmtetransportafstand door het lijf van het profiel. In combinatie met minerale wol geven de thermoprofielen een aanzienlijke reductie van de warmtestroom, zónder extra isolatie of koudebrugonderbreking aan de buitenzijde. Een nadeel van de sleuven is een reductie op de stijfheid én sterkte van het thermoprofiel van ongeveer 5 à 10 %. Hiervoor zijn echter speciale verstevigingstukken en hulpmiddelen beschikbaar.

De lucht- en winddichtheid

De lucht- en winddichtheid van de daken en gevels heeft invloed op het binnenklimaat. Een goede lucht- en winddichtheid voorkomt ook (bouw)vochtproblemen en beïnvloedt de energiehuishouding van het gebouw positief. Er is sprake van winddichtheid als de buitenlucht niet in de isolatielaag of in de holte van het element kan komen en zo de bouwfysische eigenschappen van het element negatief beïnvloedt. Het doorstromen van lucht van buiten naar binnen kan tot onaangename tochtverschijnselen leiden. Ook het binnenstromen van hinderlijke geuren of stoffen uit naastgelegen ruimten wordt door een goede winddichting verhinderd.

Vermijden van energieverliezen

Hollewandsystemen, zoals staalframebouw, hebben naden in het bekledingsmateriaal. De isolatie in de holle ruimte, doorgaans minerale wol, heeft een open structuur en vormt in principe geen dampremmende laag. Lekkages van warme binnenlucht naar het element geven dan gemakkelijk energieverlies. Daarom moet aan de binnenzijde een dampremmende laag worden aangebracht.

Aan de buitenzijde van de gevel moet voorkomen worden dat koude lucht in het element dringt. Daarom wordt aan de buitenzijde van een element altijd een damp-open, windkerende folie of een isolatielaag toegepast. Als het buitenspouwblad van metselwerk is, wordt een damp-open folie als windkering overbodig; toch wordt het dan evengoed vaak gebruikt om de isolatie in het element te fixeren. Een isolatielaag aan de spouwzijde van het binnenblad heeft dezelfde functie. Een extra folie is dan niet nodig.

Inwendige condensatie

Door lekkage bij de naden van de platen aan de binnenzijde kan lucht met een hoge luchtvochtigheidsgraad in de constructie komen (door convectie). Het vocht in de lucht kan condenseren, waardoor het isolerende vermogen van de isolatie afneemt. Ook kan de condensatie leiden tot schimmels, vorstschade of vochtplekken aan het oppervlak. Inwendige condensatie moet absoluut worden vermeden, omdat de constructie inwendig niet te controleren is. De intensiteit van de condensatie in het element is door convectie aanzienlijk groter dan door diffusie (damptransport), omdat bij convectie de meegevoerde luchthoeveelheden relatief groter zijn.

Lucht- en winddicht ontwerpen en uitvoeren in staalframebouw

Veelal is de lucht- en winddichtheid van elementen bij de producent of fabrikant geregeld met een certificaat. De dampremming wordt gevormd door een folie aan de binnenzijde van de buitenwanden, achter het plaatmateriaal.

De naden van de platen (stootvoegen) van de staalframe elementen liggen in hoofdzaak op de stijlen. De naden kunnen eenvoudig worden dichtgezet door bijvoorbeeld afvoegen of worden afgeplakt. De aansluitingen tussen aanliggende bouwdelen kan met een flexibel kleefband (gesloten cellenband) worden afgedicht. Om scheurvorming op lange termijn uit te sluiten, zijn gipsplaten aan te bevelen. Deze hebben in tegenstelling tot houtachtige bouwmaterialen een lage krimp- en zwellingcoëfficiënt.

De toegepaste folies bevatten bij voorkeur geen dwarsnaden, zijn groter dan de bijbehorende bouwdeelafmetingen en overlappen elkaar minstens met een strook van 100 mm. Gebruik op de folie afgestemde lijmen, plakbanden of dubbelzijdig tape. Hou ook rekening met de nodige bewegingsruimte om de afgeplakte delen aan te kunnen drukken. De overlap kan op de bouw worden afgeplakt of door de (extra) profielen worden vastgezet.

Ook de uitvoering van doorvoeren van electra-, water- en verwarmingsinstallaties en het inbouwen van kozijnen vragen extra aandacht. Houd voor een goede luchtdichtheid rekening met de volgende aspecten:
- het afstemmen van de constructie en inbouw op lucht- en winddichtheidseisen;
- scheiding van bouwdelen;
- zorgvuldige uitvoering van de luchtdichte laag;
- het toepassen van zo groot mogelijke folieafmetingen, waardoor het aantal folie-naden minder wordt;
- zorgvuldige uitvoering van doorbrekingen met een luchtdichte laag (folie);
- het toepassen van inbouwapparatuur dat speciaal voor hollewandsystemen is ontwikkeld;
- scheiding van onderdelen met een luchtdichtheidsfunctie en een ruimtescheidende functie. Zo kan op eenvoudige wijze beschadiging aan de luchtdichte laag worden voorkomen.

Door het lichte gewicht en vooral de grote maatvastheid van de staalframebouw elementen kunnen de aansluitdetails met de huidige afdichtingstechnieken tegen relatief lage kosten worden uitgevoerd.

Vochtwering

Door de lagenstructuur van een element moet bij staalframebouw specifiek gelet worden op de dampdiffusiestroom door de verschillende lagen. De diffusieweerstanden van de afzonderlijke lagen moeten van binnen naar buiten afnemen om condensatie uit te sluiten.

Oppervlaktecondensatie

Het optreden van condensatie bij een kortstondige, sterke stijging van de luchtvochtigheid aan de binnenzijde van een gebouw kan worden verminderd als aan de binnenzijde van de ruimtes vochtregulerende, vochtabsorberende materialen als gips of hout worden toegepast. Een kortstondige inwerking van vocht is bij deze oppervlakken geen bezwaar, omdat zij door hun materiaalstructuur vocht kunnen opnemen en weer aan hun omgevingslucht kunnen afgeven.

Warmte-accumulatie

Bij het ontwerpen van gebouwen moet men letten op de isolatie tijdens de zomerperiode, om te voorkomen dat een te warm en onbehaaglijk binnenklimaat ontstaat. Met de huidige technische kennis is een goede warmte-isolatie in de zomerperiode mogelijk. De temperatuurstabiliteit van woningen wordt vaak met dikke spouwmuren geassocieerd. Dit is misleidend, tenminste bij goed geïsoleerde woningen.

Invloeden

De warmte-toename in een gebouw wordt bepaald door zonlicht. Door verkeerde of onvoldoende isolatie, lekken in het element, onvoldoende ventilatie of door niet of onvoldoende zonnewering kunnen te hoge binnentemperaturen ontstaan. De temperatuurverhoging van gebouwen wordt door de volgende grootheden bepaald:
- de totale energiedoorlaatcoëfficient van glas;
- de grootte en positie van de glaspartijen;
- de zonnewering van de ramen binnen of buiten;
- de ventilatiemogelijkheden van de ruimten, ook nachtventilatie;
- het accumulerend vermogen van gevels, wanden en vloeren;
- de Rc-waarde van daken en gevels;
- het faseverschuivingsgedrag van de gevels

Bij goed geïsoleerde woningen zijn de temperatuurverschillen tussen dag en nacht klein. Een geringer accumulerend vermogen dat bij staalframebouw ten opzichte van traditionele bouw het geval is, kan gedeeltelijk worden gecompenseerd door het verhogen van de isolatie. Met betrekking tot het effect van warmte-accumulatie is het interessant te weten, dat bij zware, massieve wanden slechts een laag van 60 tot 100 mm warmte accumuleert tijdens de dag-nacht cyclus.

Ontwerprichtlijnen

Het bouwsysteem en het accumulerende vermogen van het gebouw zijn niet de voornaamste factoren voor de zomerse temperatuurbeheersing. Bij het ontwerp zijn de volgende richtlijnen van belang (naar rato van invloed):
- de intensiteit van de zoninstraling in de ruimte reduceren;
- het optimaliseren van de Rc-waarde en de winddichtheid van de gevels;
- de grootte van de verwamings- en koelelementen optimaliseren;
- de capaciteit van de mechanische ventilatie in relatie tot de klimaatregeling van binnen-buitentemperaturen;
- de hoogte van de Rc-waarde en het accumulerend vermogen optimaliseren door een effectieve materiaalkeuze bij de opbouw van de wandconstructie.

Als principieel ontwerpuitgangspunt geldt: verhinder binnenkomende warmte en voer de binnengekomen warmte weer af. Als men de ontwerprichtlijnen gebruikt, zijn staalframebouw woningen ook %'s zomers comfortabel. Gemiddeld liggen de binnentemperaturen slechts 0,5 tot 1,0 K boven de waarden van traditionele bouwwerken. Bij de keuze voor een lichte of een traditionele bouwmethode hoeft de vraag van warmtewering in de zomer dus geen rol te spelen.

Ontwikkelingen

De nieuwste ontwikkelingen voor verdere comfortverhoging gaan in de richting van de zogeheten latente warmteopslag met gipsplaten of cellulose-isolatie.

Gipsplaten Het gips van de gipsplaten wordt gebonden met ongeveer 20 % toeslagstof van zeer kleine waskogeltjes (parafine). Dit materiaal wordt aangemerkt als 'Phase Changing Material' (PCM). Voor de faseovergang van de parafine is veel warmte nodig. De warmte wordt daardoor in het materiaal opgenomen en opgeslagen. In het omgekeerde geval, bij het stollen, wordt de warmte weer 'latent' afgegeven. Een element dat met dergelijke platen is bekleed, kan het equivalent aan warmte opslaan van een 115 mm dikke kalkzandsteenwand.

Isolatie van cellulose Cellulose is een recyclingsproduct van krantenpapier. In Duitsland zijn proeven gedaan met identieke woningen met verschillende isolatiematerialen van minerale wol en cellulose. De 'cellulose-woning' bleef in de zomer gemiddeld 6° koeler dan de 'minerale-wol-woning' en de cellulose-woning koelde minder snel af. Daaruit blijkt dat cellulose goede warmte-accumulerende en warmte-regulerende eigenschappen heeft. In de winter zal een woning met cellulose de warmte bijvoorbeeld langer vasthouden. Deze warmtetechnische eigenschappen van cellulose zijn inmiddels door TNO uit Delft bevestigd.