Modellering og analyse av den termiske koeffisienten på flate tak med ulik varmegjennomgang : casestudier i Oslo, Bergen og Tromsø

Abstract

Kunnskap om de termiske varmeledningsegenskapene til takkonstruksjoner er viktig for å kunne redusere snølaster på tak, samt kjenne til energibalansen til snødekket på taket. Allikevel blir takets varmetransport ofte ignorert i dimensjonering av snølaster. Mangelen på en enkel og transparent metode for fastsettelse av den termiske koeffisienten medfører at ingeniører stadig unnlater å hensynta takets varmegjennomgang i snølastberegningen. Den termiske koeffisienten er en reduksjonsfaktor benyttet for å redusere snølastene på tak med høy varmegjennomgang. I tillegg tar ikke dagens praktiserte regelverk høyde for at snølastene på et tak kan øke når innetemperaturen er tilstrekkelig lav. Med bakgrunn i dette er det naturlig å stille spørsmål ved om dagens krav til dimensjonerende snølast bør gjøres mer treffsikker. Det stilles også spørsmålstegn ved om dagens metode for fastsettelse av den termiske koeffisienten kan forenkles og gjøres mer anvendbar for ingeniører.

Denne masteroppgaven forsøker å besvare spørsmålene ved å gjennomføre bygningsfysiske analyser for tre ulike områder i Norge: Oslo, Bergen og Tromsø. Fire metoder for differensiering av bygningers innetemperatur og tekniske krav er evaluert oppimot et 0-alternativ. 0-alternativet beskriver lastsituasjonen på mark. Akkumulerte snømengder er simulert i et Excel-basert energisimuleringsprogram, som beregner den endimensjonale snøakkumuleringen og snøsmeltingen for et homogent snødekke. For å hensynta samt begrunne de geografiske variasjonene i snølast, ble resultatene fra simuleringene bearbeidet med hensikt i å kvantifisere alle direkte og indirekte effekter som påvirker lastbildet.

Resultatene fra analysene indikerer at dagens krav i NS-EN 1991-1-3, for fastsettelse av den termiske koeffisienten, i gitte tilfeller kan gi både høyere og lavere utnyttelse av konstruksjoner enn det de prosjekterende ønsker. Scenarioene som har blitt vurdert indikerer at den termiske koeffisienten kan øke med over 10 % for fryselagre som følger krav i TEK17. Økningen skyldes hovedsakelig at mer flytende nedbør akkumulerer i snødekket. Mine analyser viser også at konstruksjoner med høy innetemperatur kan få lavere reduksjoner i taklast enn det dagens regelverk gir. Dette utgjør en fare for at bygg underdimensjoneres.

En enkel og transparent metode for fastsettelse av den termiske koeffisienten er frembrakt gjennom tabulerte verdier. Tabellene differensierer mellom forskjellige innetemperaturer og taktyper for å hensynta de observerte variasjonene i den termiske koeffisienten.

Knowledge about the thermal conductivity properties of roof structures is important to reduce snow loads on roofs, as well as knowing the energy balance on roofs. Nevertheless, the roof's heat transport is often ignored in dimensioning snow loads. The lack of a simple and transparent method for determining the thermal coefficient means that engineers constantly fail to take the roof's heat transfer into account in the snow load calculation. The thermal coefficient is a reduction factor used to reduce the snow loads on roofs with high heat transfer. In addition, current regulations do not consider that the snow loads on a roof can increase when the indoor temperature is sufficiently low. Based on this, it is natural to question whether the current requirements for dimensioning snow loads should be made more accurate. It is also questionable whether the current method for determining the thermal coefficient can be simplified and made more applicable to engineers. This master's thesis attempts to answer the questions by conducting building physical analyzes for three different areas in Norway: Oslo, Bergen and Tromsø. Four methods for differentiating indoor temperatures and technical requirements have been evaluated against a 0-alternative. The 0-alternative describes the load situation on the ground. The accumulation of snow is simulated in an Excel-based energy simulation program, which calculates the one-dimensional snow accumulation and snowmelt for a homogeneous snow cover. To consider and justify the geographical variations in snow load, the results from the simulations were processed with the intention of quantifying all direct and indirect effects that affect the snow load. The results from the analyzes indicate that the current requirements in NS-EN 1991-1-3, for determining the thermal coefficient, can in certain cases give both higher and lower utilization of structures than what the designers want. The scenarios that have been assessed indicate that the thermal coefficient can increase by more than 10% for cold stores of requirements in TEK17. The increase is mainly due to more liquid precipitation accumulating in the snow cover. The analyzes also indicate that constructions with a high indoor temperature can have lower reductions in roof load than the current regulations provide. This poses a danger that buildings will be under-dimensioned. A simple and transparent method for determining the thermal coefficient is produced through tabulated values. The tables differentiate between different indoor temperatures and roof types to consider the observed variations in the thermal coefficient.