Kondensering i byggnader

Vad är det som orsakar kondensering och luftbefuktning i klimatskärmen, och när uppstår dessa fenomen?

Gilles Mugnier

Nuförtiden byggs byggnader som är mycket tekniskt avancerade när det gäller material, luftbehandling och luftkonditionering. Trots det är kondensering i klimatskärmen (väggar, tak, fönster etc.) fortfarande en källa till problem för beklädnaden (till exempel blåsbildning på färg, kakel som lossnar, spår av fukt), i infästningar (till exempel korrosion) och termisk verkningsgrad för tak, fasad och golv (till exempel försämrade egenskaper för isoleringsmaterial). Nedan beskriver vi i fem punkter olika orsaker till kondensering.

I stora drag finns det två typer av data som rör kondensering i byggnader: temperatur och luftfuktighet. Temperatur (mätt i °C eller K) är en välkänd faktor.

Utomhus påverkas temperaturen av rådande väderförhållanden. Inomhus varierar temperaturen beroende på byggnadens luft och hur luften renas (till exempel uppvärmning, ventilation, byggnadens användning). Luftfuktighet är ett mått på mängden vattenånga eller fukt i luften (vattenånga är vatten i gasform).

Luftfuktighet kan också uttryckas som relativ luftfuktighet vid en given temperatur (dvs. mängden vattenånga i luften uttryckt som procentandel av den totala mängden ånga som luften kan hålla vid samma temperatur).

Figur 1: Temperaturkurva

Temperaturen sjunker inte direkt från 20 till 0 °C. I alla typer av klimatskärm (oberoende av om det är en välisolerad vägg eller ett enkelglasat fönster) kan temperaturen variera mellan 20 och 0 °C. Det finns en temperaturkurva, och vi vet var denna börjar och slutar. Förändringar i temperatur beror på termiska egenskaper och tjocklek för det material som används i klimatskärmen (se figur 1).

För tak är det till exempel större variation i temperatur i ett 20 cm tjockt isoleringsmaterial än i en 20 cm tjock betongplatta, eftersom den senare har sämre värmemotstånd. Kurvan påverkas inte av klimatskärmens övergripande termiska prestanda, men däremot av inomhus-/utomhustemperatur liksom relativ prestanda för de material som används.

Ju varmare väder, desto mer vattenånga kan luften hålla. Och omvänt, ju kallare väder, desto mindre vattenånga kan luften hålla. Detta beror på det så kallade ångtrycket, ett tryck som håller samman luftens vattenmolekyler (eller vattenångmolekyler).

Det maximala ångtrycket för kall luft är lägre än det för varm luft, vilket betyder att fler vattenmolekyler kan absorberas i varm luft. Vatten avdunstar från en yta när värmen stiger (ju högre luftens temperatur är desto fler vattenmolekyler avdunstar).

Luften mättas när den innehåller maximal mängd vattenånga som den kan hålla vid den temperaturen (dvs. att den relativa luftfuktigheten är 100 %). När temperaturen stiger övergår vattenångan till vätsketillstånd (dvs. kondensering). För en given mängd vattenånga i en given volymmängd luft finns det en temperatur vid vilken luften blir mättad och kondensering börjar bildas. Denna temperatur kallas för daggpunktstemperatur.

Exempel:

Ett klassrum där studenterna har svettats och andats hela morgonen (dvs. producerat ånga) har både större mängd vattenånga i luften och högre lufttemperatur. Vid en viss punkt kommer den producerade ångan att kondensera när den kommer i kontakt med den invändiga fönsterrutan, vilken har lägre temperatur än luften i klassrummet.

Problem som beror på kondensering på tak och väggar under vintern (till exempel fuktiga undertak, korrosion, vattendroppar som faller på golvet efter plötsliga fall för utomhustemperaturen) är inte ovanliga i skolor. Dessa lokaler är särskilt utsatta för sporadiskt hög luftfuktighet när utomhustemperaturen är låg.
När varmt vatten spolas i varmvattenkranen ökar både ångmängden och temperaturen, vilket i sin tur leder till att badrumsspegeln immar igen.
När en flaska tas ut ur kylskåpet på sommaren bildas kondensering på flaskans utsida.
Det händer ibland att bilens vindruta är täckt med is på morgonen. Eftersom vindrutan är kallare än utomhusluften (och förutsatt att det förekommer vattenånga och att temperaturen faller) kommer ångan kondensera och (vid minusgrader) frysa.

Om den invändiga luftfuktigheten i väggar fortsätter att vandra mot utsidan stöter den på allt lägre temperatur och kan därför kondensera om det är tillräckligt kallt utomhus. Detta leder till att kondens bildas. Sådan kondens kan påverka energiprestandan negativt och orsaka skada på till exempel väggelement och infästningar.

Figur 2: Fuktvandring genom vägg

När vattenångans densitet är högre på den ena sidan av väggen än på den andra sidan utsätts väggen för partiellt ångtryck. Redan Aristoteles beskrev hur naturen känner ”skräck för tomrum”. Detta kan vi se i hur vattenånga vandrar från en byggnads insida till dess utsida (hur mycket vattenånga som vandrar beror på väggens ånggenomsläpplighet). I vissa fall finns det risk att ångan (om denna utsätts för allt lägre temperatur när den vandrar utåt) uppnår det som brukar kallas daggpunkt.

Luft absorberar mer vattenånga när temperaturen stiger. När temperaturen i ett byggnadsmaterial eller i luften sjunker och den relativa luftfuktigheten når 100 % kondenseras överskott av vattenånga i form av kondenseringsvatten. Den temperatur när detta inträffar kallas för daggpunktstemperatur.

Välisolerade byggnader måste konstrueras så att daggpunktstemperaturen på själva byggnaden och i dess ingående komponenter inte sjunker under denna temperatur (till exempel köldbryggor). På så sätt undviker man att kondenseringsvatten bildas och därmed också skada på byggnaden eller mögeltillväxt.

I Mollierdiagrammet (figur 3) visas luftens egenskaper för temperatur och fukthalt: x-axeln visar temperatur och y-axeln visar absolut fuktighet för luften. Kurvorna visar den relativa luftfuktigheten (R.H.) för luft (i %), vilket är luftens faktiska vattenånghalt i förhållande till vattenångkapaciteten (dvs. max. mängd vattenånga som luften kan hålla) vid den temperaturen. Det betyder att den relativa luftfuktigheten är cirka 50 % när luftens temperatur är 0 °C (1,88 g/kg torr luft) men också när den är 20 °C (7,26 g/kg torr luft).

Luftens mättnadskurva är också kurvan vid 100 % relativ luftfuktighet, vilket är den punkt vid vilken kondensering uppstår. Vid 20 °C är till exempel luften mättad när luftfuktigheten är 14,7 g/kg torr luft. Och vid 0 °C är luften mättad när luftfuktigheten är 3,77 g/kg torr luft. Dessa två exempel illustrerar möjlig kondensering.

Daggpunkten är den temperatur vid vilken luften mättas med vattenånga, vilken också är den punkt vid vilken kondensering uppstår. I takpapp i tak eller innervägg (figur 4 och 5) uppstår till exempel kondensering om vattenångan i byggnaden vandrar in i isoleringen vintertid och om den når daggpunktstemperaturen. Det är just detta man måste undvika genom att konstruera systemet på ett bra sätt.

Figur 3: Mollierdiagrammet

Figur 4: Luftfuktighet och takpapp i innervägg

Figur 5: Kondensering och kalla tak

Daggpunktsdiagrammet används för att fastställa daggpunktstemperatur och för att bättre kunna förstå problem vid kondensering, för att på så sätt kunna säkerställa välfungerande byggnader (på internet kan du hitta lättanvända omvandlare).

Exempel 1: inomhusluftens temperatur är 21 °C, den relativa luftfuktigheten är 50 %. Luftfuktigheten är 7,7 g/kg torr luft. För detta värde skär vi kurvan för 100 % relativ luftfuktighet vid den punkt där temperaturen är 10,2 °C, vilket alltså är daggpunktstemperaturen för luften.
Exempel 2: inomhusluftens temperatur är 15 °C, den relativa luftfuktigheten är 70 %. Luftfuktigheten är 7,41 g/kg torr luft. För detta värde är relativ luftfuktighet 100 % vid den punkt där temperaturen är 9,6 °C, vilket alltså är daggpunktstemperaturen för luften.
Exempel 3: inomhusluftens temperatur i en simbassäng är 26 °C, den relativa luftfuktigheten är 65 %. Luftfuktigheten är 14,5 g/kg vid denna punkt och daggpunktstemperaturen är 19,8 °C. Denna temperatur illustrerar vilket problem kondensering kan vara för simbassänger och alla andra fuktiga lokaler (kök, omklädningsrum, duschar etc.).