Forelesning i Byggteknikk Vær og klima Forelesning i Byggteknikk Høgskolelektor Liv Torjussen Høgskolen i Gjøvik

Klima og byggteknikk Bygningsfysikk, - læreboka Byggedetaljer Klimaets relevans for bygninger Byggedetaljer Hvordan bygge i praksis, for å unngå skader Byggteknikk, - hvilke ytre krefter og påvirkninger virker på bygninger, og hvilke løsninger skal vi velge for å unngå skader på bygningen. Boka forteller om påvirkningene, bladene viser oss hvordan vi kan velge gode løsninger. Vi skal ta frem og se på aktuelle blader under de ulike temaene.

Krav Statlige krav står i Plan- og bygningsloven og i forskrifter, først og fremst Byggteknisk forskrift (TEK10) og Byggesaksforskriften (SAK10). Kommunale krav står i kommune- og reguleringsplaner og som vilkår i byggetillatelser.

Byggforskserien Noen ytelser står i TEK. De skal oppfylles. Andre ganger har TEK funksjonskrav. Veiledningen skal da vise preakseptert ytelse. Den kan man følge, eller man kan dokumen-tere et tilsvarende sikkerhetsnivå. Byggforskserien kan være dokumentasjon.

Klima kontra vær Klima = tilstanden et bestemt sted over lengre tid Definisjoner Klima = tilstanden et bestemt sted over lengre tid Vær = tilstanden her og nå Været er et uttrykk for atmosfærens tilstand, som endrer seg hele tiden. Vi kommer inn på de fleste av disse faktorene i løpet av gjennomgåelsen av dette temaet. For bygningsutforming og byggeteknikk betyr temperatur, nedbør, vind og solstråling mest. Klima uttrykker værforholdene over tid og fremkommer gjennom systematiske og statistiske registreringer. Se på ulike måter å registrere og fremstille været (temperatur og nedbør) i boka side 12.

Klimaet i Norge Langt mot nord I vestavindsbeltet Ved Golfstrømmen 60° nordlig bredde I vestavindsbeltet Fuktig luft fra vest, -nedbør Ved Golfstrømmen Relativt høg temperatur Arktisk klima uten Golfstrømmen! Både ved 60° sørlig og nordlig bredde blåser vindene fra vest mot øst, - ellers blåser det overalt fra øst mot vest. Om klimaet endrer seg som varslet vil det bli varmere her, flere stormer, mer nedbør.

Klimaet i ulike soner Kyst klima Innlandsklima Vindkrefter, - bæreevne og forankring Slagregn og fukt, - tetting Innlandsklima Kulde, - isolasjon Kondensfare, - tetting Snø, - bæreevne og tetting Polarklima og høgfjellsklima Kulde, - isolasjon, Kondensfare, - tetting ”Ambolt” Snø og snødrev, - bæreevne og tetting By og land? På vestlandet er det: jevn temperatur, sterk vind og mye reg I innlandet er det: streng kulde, og mye snø Polar/fjell: mye snø, mye vind og streng kulde. Mer om de ulike utfordringen i følgende foiler/temaer.

Vær - tilstanden her og nå Temperatur Nedbør: regn, slagregn, snø Fukt, RF i lufta Vind Lufttrykk Stråling Støv, partikler Lydfenomener Hva er relevant for bygg?

Temperatur Middeltemperatur Θm Minimumstemperatur Θ3 Frostmengde Gjennomsnittlig temperatur over en normalperiode på 30 år Målt årlig eller månedlig Minimumstemperatur Θ3 Laveste snitt i en 3-døgns periode Rimfrost Effektbehovet i bygningen Frostmengde Summen av (0°C – Θm) time for time (h°C) Teledybde (tabell 2.1) og frostsikring 451.021 - Klimadata for termisk dimensjonering og frostsikring 521.811 - Telesikring av uoppvarmede bygninger og konstruksjoner 521.011 - Valg av fundamentering og konstruksjoner mot grunnen Se også nettsidene til Meteorologisk institutt Fra tidenes morgen har menneskene beskyttet seg mot kulde ved å bygge hus, særs viktig her i nord. Knytt dette temaet opp mot kapittel 4 om varmeisolasjon, U-verdier, effektbehov og energiforbruk. Temperaturen måles kontinuerlig eller flere ganger daglig fra flere hundre værstasjoner. Temperaturen varierer mye, lokale forskjeller, ta hensyn tildette ved bygging. Middeltemperaturen synker i snitt 0,65°C for hver 100 m stigning. Minimumstemperaturen benyttes ved utregning av energibehov i bygningen, mer om dette i kapittel 4. Frostmengde i timegrader er summen, time for time av differansen mellom 0°C og middeltemperaturen på stedet. Med middeltemp på -5°C er F=24x5=120h°C på et døgn, og i en måned: F=24x5x30=3600h°C . Teledybden avgjør hvordan vi kan frostsikre fundamenter, va-ledninger og veger. Se tabell 2.1 og om beregning av frostmengde. Vis eksempelet på tavla. Bruker frostmengde/dybde-tabeller i praksis. F100 er den statistisk beregnede frostmengde som bare overskrides en gang i løpet av hundre år.

Lokalklimatiske forhold Vind Tabell 2.2: Vindavkjøling og følt temperatur Planlegge for lune uteplasser Luftfuktighet Høy fuktighet forsterker både hete og kulde Inversjon Vanlig: kaldest høyere oppe Morgentåke Inversjon: kaldest nærmest bakken, i klarvær Men hvordan oppleves temperaturen på kroppen? Høyden over havet har som sagt betydning (temperaturen synker i snitt 0,65°C for hver 100 m stigning), og det er lunere i solveggen enn på åpen mark! Se tabell 2.2 om ulike vindstyrkers virkning på følt temperatur i forhold til lufttemperaturen. 1m/s økning i vindstyrke oppleves 1,2 °C kaldere. Bygning og vegetasjon har betydning for følt temperatur rundt huset. Badstue: fuktigheten gjør at det føles varmere. Kulde føles kaldere ved fuktig luft. Klarvær: varmestråling fra jordoverflaten, bakken blir avkjølt, kald luft er tyngre enn varm, og siger/renner nedover i dalbunnen (noe som kjennes som kraftig trekk selv om det er vindstille, elvesno). Bebyggelsen høgere oppe i dalsidene gr. Kaldere nedert i dalbunnen om vinteren.

Nedbør Nedbørsmengder regnes i mm pr tidsintervall Nedbør er: Yr Regn Sludd Snø Hagl Slagregn Nedbørsmåler Se tabell 2.3 om Nedbørsmengder i Norge Vanlig høstregn 2mm time, skikkelig regnskyll: 5mm pr minutt. Rekord: Egersund i 1998: 140mm på et døgn. Mange slags nedbør……….

Regn Vertikal nedbør Taket tåler nedbør Mye regn er kritisk for: Takrenner og nedløp Kummer og avløpssystemer Veger og plasser 451.031 – Klimadata for dimensjonering mot regnpåkjenning Om dugg: Dugg er vanndråper som oppstår på legemer i naturen om morgenen eller kvelden. Når bakken blir avkjølt ved varmeutstråling fører dette til at luften like over bakken også blir avkjølt. Dermed kan luften bli mettet og vanndamp kondenserer til små vanndråper på små legemer som gresstrå og blader. Hvis temperaturen er lav nok kan dugget bli til is. Dette blir kalt rim eller rimfrost. Regn har en stor rolle i vannets kretsløp, der fuktighet fra havet fordamper og kondenserer til skyer, for så å falle tilbake til jorden som nedbør, og til slutt renner tilbake igjen til havet via elver. En liten del av vanndampen i luften kjommer også fra vegetasjon. Regnmengden blir målt med en nedbørsmåler, og vanligvis uttrykt i millimeter. Nedbøren blir målt i løpet av en tidsperiode, som regel 12 eller 24 timer (et nedbørsdøgn). Dersom det kommer 1 mm regn på 1000 m2 tilsvarer det 1 m3 eller 1 tonn vann. 1 mm regn fordelt på en kvadratmeter er altså 1 liter vatn. I Norge blir nedbørmålerne tømt til faste tider hver dag og vidareformidlet til Meteorologisk Institutt. I tillegg har man automatiske nedbørmålere som registrerer nedbøren fortløpende.

Flom Middelflom: Gjennomsnittet av den største vannføringen hvert år. 5-årsflom: Flom med gjentaksintervall 5 år. Det er 20% sannsynlighet, hvert år, for en flom av denne størrelse vil overskrides. 50-årsflom:  Flom med gjentaksintervall 50 år. Det er 2% sannsynlighet, hvert år, for at en flom av denne størrelse vil overskrides.

Takformer

Regnskygge Skjåk er et av de tørreste områdene i Europa.

Slagregn Kombinert regn og vind Trenger inn i bygningen i alle vinkler Krever gode tettedetaljer Nedbør i form av slagregn (regn med en horisontal hastighetskomponent) kan medføre store problemer for ytterkonstruksjonene, spesielt for fasader. Mengden slagregn som treffer en bygnings ytterflate avhenger bl.a. av nedbørsintensiteten, vindens hastighet og retning, lokal topografi, skjerming fra omgivelsene og ytterflatenes orientering og helning. Slagregn opptrer med tilfeldig variasjon og det er store variasjoner i påkjenning fra år til år. Åpne kyststrøk og høyfjellsstrøk har normalt de hyppigste og største påkjenningene, mens innlandsstrøk er mindre utsatt. Erfaringer fra Østlandet og Sørlandet høsten 2000 har imidlertid minnet oss på at også innlandsstrøk fra tid til annen kan oppleve store slagregnmengder. I Bergen er årlig vertikal nedbør 1958mm, mens det er 2094mm slagregn i året.

Slagregn på fasade

Tett takfot

Snø Løs nysnø Tung snø Fokksnø Vannverdi 0,1 Vannverdi 0,4 30 cm veier 30kg/m2 Tung snø Vannverdi 0,4 1m veier 400kg/m2 Fokksnø Driver i fonner Driver inn i åpninger Lekkasjeskader når snø smelter Snø er nedbør i form av gjennomsiktige krystaller av is som er dannet rundt små partikler i atmosfæren. Når temperaturen er under frysepunktet blir regndråper omdannet til snøkrystaller i de høyere luftlagene, og de vil fortsette å være snøkrystaller helt til de kommer til en høyde der temperaturen er over frysepunktet. Delte, smeltede krystaller binder seg sammen til snøflak, som kan bli 7–10 cm i diameter. Snøkrystaller består som regel av sekstaggete stjerner, men i mer polare strøk med lav luftfuktighet opptrer snøkrystaller som isnåler. Krystallene hver for seg er gjennomsiktige, det er det store antallet av reflekterende overflater på krystallene som får snøen til å se hvit ut.

Vekten av snø 1mm vann på 1m² flate veier 1 kg Tørr nysnø, - vannverdi 0,1: 50cm nysnø veier: 1 kg/(m²·mm)·500mm·0,1 = 50kg/m² Gammel grov våt snø, - vannverdi 0,4: 80cm veier: 1 kg/(m²·mm)·800mm·0,4 = 320kg/m²

Snø

Vind Vindkrefter, trykk Frisk bris har v= 9m/s Belastningskurver Vindhastighet v i m/s Vindtrykk= v²/1,6 Pa 1 Pa=1N/m² ~ 0,1kg/m² Frisk bris har v= 9m/s Vindtrykk p= 9²/1,6= 50,6Pa Belastningskurver Se fig. 2.7 og NS 3479 Laststandarden Vindkrefter på tak Avkjølende effekt 321.020 Plassering og utforming av mindre bygninger på værharde steder Luftas bestanddeler beveger seg i alle retninger. Den horisontale bevegelsen kalles vind. Vindens retning og styrke kan variere mye i løpet av kort tid. Skal vi si noe meningsfullt om vindforholdene, må vi benytte gjennomsnittsverdier. Når man observerer vindforhold, eller varsler hvordan vindforholdene skal bli, tar man derfor utgangspunkt i gjennomsnittlig vindstyrke og -retning i løpet av en 10-minuttersperiode. Visste du at hvis du stiller deg med ryggen mot vinden, vil du ha lavtrykket til venstre for deg? Generelt er det faktisk slik, sier statsmeteorolog John Smits. - Men i meteorologien er det jo alltid unntak. Forankring er svært

Eksempel på hvordan bygninger splitter vinden, slik at det oppstår sugvind eller virvler på taket, ved hjørner og langs bakken

Forankring av tresvill til fundament med ekspansjonsbolter.

Vindforankring Byggdetaljblad nr. 520 241: Vindforankring av trehus og nr. 520 243: Stormsikring av lette trebygninger

Kryssavstiving av vegg

Kryssavstiving av vegg

Vinden avkjøler Stillestående luft isolerer Utvendig varmeovergangsmotstand Trykkforskjell gir trekk inn eller ut Varmetap pga infiltrasjon (NS 3031) Infiltrasjonstap: mellom 0,1 og 0,5 luftvekslinger i timen Mer om dette i kap. 4: Varmeisolering

Sjekke lokale forhold Temperatur: Vind: Kombinasjon: Regn: Middeltemperatur Teledybde Vind: Dominerende retning Forankring Kombinasjon: Trekk - tetthet Lune uteplasser Regn: Vertikal regn Kombinasjon vind – regn: Slagregn Snø: Snølaster Kombinasjon vind – snø: Fokksnø

Stormer på Jæren: Sandstorm Stormen Tjuva i 2008 Når det f.eks. varsles full storm 25 m/s er det ikke uvanlig med enkelte vindkast opp i orkan styrke Stormen Tjuva i 2008 Orkan kalles det ikke før middelvinden er 33m/s eller mer

Solstråling UV-stråling Varmestråling - Synlig lys Bryter ned overflater Varmestråling - Synlig lys Varmeeffekt på 900W/m² i klart vær. 30 – 50 % av oppvarmingsbehovet i boliger Skjerming Ventilasjon/kjøling NBI-blad: 472.411 "Solstrålingsdata for energi- og effektberegninger"

UV-stråling Ultrafiolett lys Bryter ned materialer Tørker ut Blir sprø Mister funksjonsevne Bryter ned fargepigmenter Fargede fasade/takplater i metall Vanlig maling

Solskjerming

Virkning av solskjerming

Varme fra sola Beregning av energitilskudd Strålingsintensitet mot ruta Tabeller i NS 3031 Direkte og indirekte stråling Blå kortbølget diffus stråling, 40% Direkte stråling, 60% Drivhuseffekt Kortbølget stråling slipper inn gjennom vindu Absorberes og omdannes til langbølget, og slipper ikke ut igjen Byggdetaljblad: 472.411 "Solstrålingsdata for energi- og effektberegninger"

Teknisk forskrifts krav til dagslys i bygninger    Alle rom skal ha tilfredsstillende tilgang på lys uten sjenerende varmebelastning. Rom for varig opphold skal ha tilfredsstillende tilgang på dagslys, med mindre oppholds- og arbeidssituasjonen tilsier noe annet.

Veiledningen til teknisk forskrift Det kreves at gjennomsnittlig dagslysfaktor skal være minimum 2 % i oppholdsrom. Kravet anses oppfylt ved: Dokumentasjon ved beregning Ved å bruke den gamle 10%-regelen Ved bruk av svensk standard SS 92 41 01

Den gamle 10%-regelen Hvis man ikke ønsker å beregne, regnes dagslyskravet å være oppfylt hvis glassarealet er minst 10% av gulvarealet, forutsatt at horisonten ikke er mer avskjermet enn 20o.

Valg av vinduer Vinduer karakteriseres ved sin U-verdi, solfaktor og lystransmisjonsfaktor. U-verdien beskriver vinduets varmegjennomgangskoeffisient i W/(K∙m2). Solfaktoren beskriver varmetransmisjonsevnen i forhold til varmestråling Lystransmisjonsfaktoren beskriver lystransmisjonsevnen i forhold til synlig lys.

Solstråling gjennom ulike glass Rutas solfaktor, tab. 2.12 Glassareal=75% av vindusareal Avskjerming, reduserer Beregningsperiode Måned (720 til 744 timer) År (8 760 timer) Gå gjennom eksemplene 2.4 a, b, c og d: Solstråling Utnyttelsesgrad Funksjon av forholdet mellom oppvarmingsbehov og innstrålt energi

Gass fra grunnen Radon Radonmengde Radioaktiv gass Bequerel pr. kubikkmeter luft Radonmengde Snittverdi i boliger: 110 Bq/m³ Anbefalt grense < 100 Bq/m³ Radon finnes i Alunskifer og granitt I grunnen I byggematerialer I vann I løsmasser Byggdetaljblad nr. 520.706 Sikring mot radon ved nybygging Hvordan dannes radon? Naturlige radioaktive stoffer finnes i varierende konsentrasjoner i berggrunn og jordsmonn og ett av disse er uran. Når uran henfaller, dannes nye radioaktive stoffer, deriblant radium og radon. Radon er en edelgass, og har liten evne til å binde seg til faste stoffer. Det fører til at radon lett unnslipper materialer og frigjøres til luften vi puster i. Radon nedbrytes også kontinuerlig til datterprodukter som også er radioaktive, såkalte ”radondøtre”. Når radondøtre pustes inn, vil de kunne feste seg i lungene, og dermed gi stråledoser til lungene. Becquerel Alle radioaktive stoffer higer etter å bli stabile, og i den prosessen blir det sendt ut energi i form av stråling samtidig som nye stoffer dannes. Denne prosessen kalles radioaktivt henfall eller nedbryting og er helt naturlig og kan ikke stoppes eller påvirkes. Én becquerel er definert som ett henfall per sekund. Måleenhet Radonkonsentrasjon i luft benevnes med enheten becquerel per kubikkmeter luft (Bq/m3), og i vann med becquerel per liter vann (Bq/l, eventuelt kBq/m3). Halveringstid  Henfall eller nedbryting av radioaktive stoffer skjer ved utsendelse av partikler eller stråling. Ved nedbryting dannes en datternuklide. Strålingen fra en radioaktiv kilde vil avta gradvis og vil være avhengig av halveringstiden. Når det har gått én halveringstid har strålingsintensiteten avtatt til det halve. Radon har en halveringstid på 3,82 dager.

Strålevernets anbefalinger for radon: Alle bygninger bør ha så lave radonnivåer som mulig og innenfor anbefalte grenseverdier: Tiltaksgrense på 100 Bq/m3 Så lave nivåer som mulig – tiltak kan også være aktuelt under tiltaksgrensen Maksimumsgrenseverdi på 200 Bq/m3 Alle bygninger bør radonmåles regelmessig og alltid etter ombygninger. Radonmålinger bør utføres som langtidsmålinger i vinterhalvåret med sporfilmmetoden. Radonreduserende tiltak i eksisterende bygninger bør være årsaksspesifikke, rettet mot identifiserte radonkilder og søke å oppnå så lave radonnivåer som mulig. For nybygg stiller byggteknisk forskrift krav til forebyggende radontiltak og grenseverdier.

Kart fra 2003 som illustrerer hvor stor andel av målingene i hver kommune som viser radonkonsentrasjoner over tiltaksnivået på 200 Bq/m3. Om lag halvparten av landets kommuner har utført målinger.

Fra ”Byggmesterkontoret as”: Tiltaksgrensen er 100 bq/m3 Alle bygninger anbefales målt regelmessig og i tillegg ved ombygging. I Norge dør ca 300 mennesker årlig på grunn av Radon. Ca 70% av Radondødsfallene skyldes Radonnivåer under 200 bq/m3. For å redusere antall radonrelaterte krefttilfeller, må derfor alle radonnivåer senkes, ikke bare de høye nivåene.

Dette gjelder alle boliger, bygninger og lokaler. Inhalasjon fører til bestråling av luftveiene. Radon trenger ikke gjennom huden. Strålevernet anbefaler langtidsmåling med sporfilmmetoden i vinterhalvåret (minst 2 mnd) Minst 2 sporfilmer per bolig og minst en pr etasje. Grenseverdier gjelder for hvert enkelt oppholdsrom. Nybygg beregnet for varig opphold skal ha radonsperre mot grunnen.

Tiltak i nye bygninger Tetting mot grunnen Ventilering av grunnen Folie eller membran på kjellergolv av betong Tette godt langs ytterkant Ventilering av grunnen Drensrør i pukklag, med perforeringen ned Samlekanal til fri luft, over tak Samlekanal med vifte Generell ventilasjon System som skaper overtrykk overalt Tiltaksnivå for radon i inneluft Anbefalt tiltaksnivå for radon i inneluft er 100 Bq/m3. Anbefalingen gjelder alle bygninger beregnet på opphold, blant annet boliger, skoler, barnehager og arbeidsplasser. Radonnivåene i bygg og lokaler bør imidlertid alltid være så lave som praktisk mulig. Radonkonsentrasjonen er mest stabil i vinterhalvåret. Radonmåling bør derfor gjennomføres over minst to måneder i perioden fra midten av oktober til midten av april. Etter at målinger er gjennomført blir hvert enkelt måleresultat korrigert slik at det representerer en gjennomsnittlig radonkonsentrasjon for hele året. Tiltaksnivå radon i vann Anbefalt tiltaksnivå for radon i vann i en enkelthusholdning er 500 Bq/l.  Tiltaksnivå for radon i vann fra vannverk eller offentlig vannforsyning (forsyner minst 50 personer eller 20 husstander) er 100 Bq/l, jf. drikkevannsforskriften Har du målt høyere radonkonsentrasjoner enn tiltaksnivåene for inneluft og vann, bør tiltak gjennomføres.

Tiltak i eksisterende bygg Måle konsentrasjonen, hvis over 100 Bq/m³: Ikke benytte til oppholdsrom Utbedre kjellergolv Tette kjellergulv Ventilasjon Evt. fjerne gammelt gulv, nytt betonggulv med radonsperre

Drensrør under plate på mark

Radonbrønn Eksempel på radonbrønn montert i golvkonstruksjon. Ved aktivering kobles brønnen til et rør som føres til friluft, eventuelt med vifte. Rundt brønnen må massene være grove nok til å sikre fri åpning til rørets perforering.

Radonsperre i golv på grunnen med ringmur. Tett godt rundt alle gjennomføringer. Alle skjøter må klebes med spesielle klebebånd og tettes med fugemasse eller sveise

Noen kilder: Norges vassdrags og energidirektorat (NVE), http://www.nve.no/ Meteorologisk institutt, http://met.no/ Statens strålevern, http://www.nrpa.no/ Direktoratet for byggkvalitet (DiBK), http://www.dibk.no/ Sintef Byggforsk, http://www.sintef.no/byggforsk/