Fuktegenskaper hos biobaserade isoleringsmaterial och deras funktion i en yttervägg

Abstract (Swedish)

För att byggbranschen ska kunna uppnå de klimatmål som satts upp måste det ske en förändring. Förändringarna måste bidra till minskade utsläpp samtidigt som den byggtakt som krävs upprätthålls. Idag står bygg- och fastighetssektorn för mer än en femtedel av Sveriges koldioxidutsläpp, där värmeisoleringen är en bidragande orsak till utsläppen. Genom att byta ut konventionell isolering och istället använda biobaserad isolering kan koldioxidutsläppen minska. Biobaserad isolering är baserad på förnybara material och kan bidra till att lagra koldioxid under sin livslängd. Dessutom är biobaserad isolering hygroskopisk vilket innebär att den kan ta upp och avge fukt från luften.

Syftet med detta examensarbete har varit att öka förståelsen för tre biobaserade isoleringsmaterials fuktegenskaper, samt att försöka modifiera fuktegenskaperna med hjälp av saltimpregnering. I arbetet har sorptionsisotermer tagits fram för träfiber-, hampa- och linisolering samt för saltimpregnerade träfiber med hjälp av DVS-metoden. Sorptionsisotermerna användes sedan för att simulera hur materialen fungerade i en väggkonstruktion i simuleringsprogrammet WUFI. Den relativa fuktigheten i väggens yttersta isoleringsskikt studerades och jämfördes mot den kritiska relativa fuktigheten med avseende på mögeltillväxt.

Sorptionsisotermerna för de biobaserade materialen visade att temperaturen spelade stor roll. Mätningarna som gjordes i 10 och 20 °C visade att samtliga isoleringsmaterial tog upp mer fukt vid lägre temperatur. Störst skillnad blev det för träfiberisolering och det var även det material som tog upp mest fukt överlag. Linisolering tog upp minst fukt och hade även minst skillnad mellan temperaturerna.

Impregneringen av träfibermaterialet ledde till att fuktkvoten ökade markant i de relativa fuktigheterna över respektive salts delikvescenspunkt. Materialen hann i dessa relativa fuktigheter inte nå jämvikt vilket resulterade i att isotermerna för dessa material inte är jämviktsisotermer. Trots detta syntes en klar förändring av sorptionsisotermerna för de impregnerade materialen jämfört med råmaterialet, där saltets egenskaper var avgörande för den modifierade sorptionsisotermen.

Simuleringarna visade att de biobaserade isoleringsmaterialen agerade mer fuktutjämnade än mineralull, där höga fuktkvoter i sorptionsisotermerna visade sig vara gynnsamma för utjämningseffekten. Trots att de olika isoleringsmaterialen hade varierande kurvor för den relativa fuktigheten som funktion av tid, var medelvärdet över ett år i stort sett detsamma för samtliga material. En jämförelse mot den kritiska relativa fuktigheten visade ingen risk för mögel i WUFI-simuleringarna. Den relativa fuktigheten för de impregnerade materialen i en vägg varierade både i form och i höjdled över ett år, där vissa av salterna hade en fuktutjämnande effekt. De olika salterna gav olika resultat både med avseende på fuktutjämning och den relativa fuktigheten överlag. Trots detta visade inga av resultaten på någon direkt risk för mögel i simuleringarna.

Sammanfattningsvis visade det sig att de biobaserade materialen hade en förmåga att jämna ut fukt och trots att materialen tar upp mycket fukt kunde ingen mögelrisk påvisas i den simulerade väggkonstruktionen. Resultaten visade också att sorptionsisotermerna kunde modifieras genom tillsats av olika salter, vilket öppnar möjligheter till förbättrad fuktprestanda och ökad potential för biobaserade isoleringsmaterials användning i byggnader.

Abstract

For the construction industry to meet the established climate targets, a transformation is necessary. These changes must lead to reduced emissions while maintaining the pace of construction. Currently, the construction and real estate sector accounts for more than one fifth of Sweden’s carbon dioxide emissions, with insulation being a contributing factor. By replacing conventional insulation with bio-based alternatives, carbon emissions can be reduced. These insulations are derived from renewable materials and can store carbon dioxide throughout its lifecycle. Additionally, bio-based insulation is hygroscopic which means that it can absorb and release moisture from the air.

The purpose of this master thesis was to increase the understanding of moisture related properties for three different bio-based insulations, wood fiber, hemp and flax insulation. In addition, the possibilities for modification of sorption isotherms were investigated. The sorption isotherms were measured for the different insulation materials as well as for the modified materials using the DVS method. These isotherms were then used to simulate how the materials behaved in a wall structure in the simulation program WUFI. The relative humidity in the outer insulation layer of a wall was studied and compared to the critical relative humidity.

The sorption isotherms for the bio-based materials showed that temperature played a significant role. Measurements were taken at 10 and 20 °C and the results showed that all insulation materials absorbed more moisture at the lower temperature. The greatest difference was observed in wood fiber insulation, which also absorbed most moisture in general. Flax insulation absorbed least moisture and showed the smallest temperature dependence.

The results showed that the impregnation of the wood fiber material led to a significant increase in moisture content at the relative humidities above each salt’s deliquescence point. At these relative humidities, the materials did not reach equilibrium, resulting in the isotherms for these materials not being equilibrium isotherms. Despite this, a clear change in the sorption isotherms for the impregnated materials compared to the raw materials was observed, where the sorption isotherm for each salt differed depending on its deliquescence point.

The simulations showed that the bio-based insulation materials exhibited better moisture-regulating properties than mineral wool. High moisture contents in the sorption isotherms were found to be beneficial for this regulating effect. Although the different insulation materials displayed varying shapes of the relative humidity curve, the average relative humidity over the course of a year was nearly identical for all the materials. The relative humidity over time was compared to the critical level for mold growth and these WUFI simulations showed no risk of mold for the studied wall structure. The relative humidity over time for the impregnated materials varied both in shape and amplitude, with some of the salts demonstrating a moisture-regulating effect. Some salts acted more moisture regulating and had a larger impact on the relative humidity in the wall structure. None of the impregnated materials showed any risk of mold in the WUFI simulations.

In conclusion, the bio-based insulation materials demonstrated a capability to regulate moisture, and despite absorbing considerable amounts of moisture, no mold risk could be identified in the simulations of a wall structure. The sorption isotherms could be modified by adding different salts, which contributes to possibilities for improved moisture performance and increased potential for the use of bio-based insulation materials in buildings.

Popular Abstract (Swedish)

Biobaserad isolering: Det bästa valet?

Visste du att upp till en fjärdedel av en byggnads totala klimatavtryck kan bero på isoleringen? Alla människor finner trygghet i det välkända och därav är omställningen till förnybara material inte helt lätt. Men nu visar det sig att isolering tillverkad av träfiber, hampa och lin inte bara är ett klimatvänligt alternativ, deras förmåga att ta upp fukt ur luften kan också vara en fördel. Denna förmåga att ta upp fukt kan dessutom modifieras med hjälp av salter. Kan vi nu ta ytterligare ett steg mot ett mer hållbart byggande – utan att kompromissa med inomhusmiljön?

Eftersom byggsektorn är en stor bov när det kommer till Sveriges koldioxidutsläpp är det viktigt att hitta alternativ till de konventionella isoleringsmaterialen. Biobaserade material som just träfiber, hampa och lin har flera fördelar i detta sammanhang. De är inte bara förnybara, utan de har också ett lågt koldioxidavtryck och egenskaper som leder till behagligare inomhusklimat. Men för att komma ett steg närmare de klimatmål Sverige antagit krävs en ökad förståelse för hur biobaserade isoleringsmaterial faktiskt fungerar i relation till fukt.

Den största skillnaden mellan dessa förnybara material och konventionell isolering är att de är hygroskopiska – ett svårt ord för en väldigt smart funktion: de kan nämligen ta upp och avge fukt beroende på luftens relativa fuktighet. Ett hygroskopiskt material kan ta upp fukt från luften när den är väldigt fuktig och sedan släppa ifrån sig den igen när luften blir torrare, som att materialet andas med omgivningen. Det är just denna egenskap som gör att hygroskopiska material kan jämna ut luftfuktigheten och skapa ett behagligare inomhusklimat.

Det är dock materialets förmåga att binda stora mängder fukt som många fruktar. För visst kan tanken slå en, fukt innebär väl en risk för mögel? I vårt examensarbete har fuktegenskaperna hos tre biobaserade isoleringsmaterial undersökts. Vår studie visade genom datorsimuleringar, att risken för mögel i en väggkonstruktion var liten. Vi undersökte också vidare hur de biobaserade isoleringsmaterialen eventuellt kan fungera ännu bättre. Genom impregnering med salter kunde materialens förmåga att ta upp fukt påverkas ytterligare, där vanligt bordssalt skapade de mest fuktutjämnande förutsättningarna utan risk för mögel.

Efter generationer av okunskap och bristande ansvarstagande för klimatet ligger nu framtiden i våra händer. Därför hoppas vi att vår studie kan leda till en ökad användning av biobaserade isoleringsmaterial. För trots att dessa alternativa material finns, sker valet av isoleringsmaterial av gammal vana. Vår förhoppning är att denna studie kan vara början på vidare studier inom ämnet som i sin tur får fler att tänka om. För varje vägg som byggs med förnybara material är ett steg i rätt riktning.

• author: Gotting, Emma and Sköld, Alice
• supervisor: Maria Fredriksson
• organization: Division of Building Materials
• course: VBMM01 20251
• year: 2025
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Biobaserad, Isolering, Sorptionsisoterm, Fuktegenskaper, Saltimpregnering, WUFI
• publication/series: LUTVDG/TVBM
• report number: 5140
• other publication id: LUTVDG/TVBM-25/5140-SE
• language: Swedish
• id: 9196991
• date added to LUP: 2025-06-17 08:34:44
• date last changed: 2025-06-17 08:34:44