Evaluation of the thermohygrometric behavior of wooden roofing systems with under tile membranes to ensure durability

Abstract

For several years innovative membranes that combine moisture barrier capability with relatively high vapor permeability have been available. However, data are lacking that quantify their performance for specific roofing systems and, in particular, those used for historic building in Italy.

Therefore in the present study we have characterized the vapor transmission performance of several of these high permeability membranes and compared them with more traditional low permeability ones. The characterization was both experimental and numeric: timber roof and concrete roof test samples with different moisture barrier membranes were first submitted to steady climatic conditions on opposite sides in order to get severe conditions for moisture migration through the samples. The increase in moisture content of the samples over a period of four months was then used to calibrate a simulation model with the thermohygrometric parameters of the different test sample materials such that good agreement was obtained between the experimental and the calculated results. The simulation model was next used to estimate the behavior of the wood roof samples with the different membranes when exposed to one year climatic conditions of three Italian cities.

The results show that for all the test samples moisture accumulation developed in the cold season and was eliminated in warm season, but in the case of a cold-humid climate (Venice), important differences—for health problems and materials durability—appeared in the moisture accumulation within the test samples with innovative high permeability or traditional membranes.

Résumé

Des membranes innovantes unissant les fonctions d'imperméabilisant et de couches ayant une bonne perméabilité à la vapeur sont disponibles depuis plusieurs années. Toutefois on ne dispose encore d'aucune donnée pour évaluer leur performance avec des systèmes spécifiques de toiture, et en particulier pour ceux utilisés dans les bâtiments historiques italiens.

La présente étude analyse donc les prestations de transmission de vapeur d'eau de ces membranes de haute perméabilité. Ces prestations sont comparées à celles de membranes plus traditionnelles à basse perméabilité. L'analyse des prestations a été à la fois expérimentale et numérique: des échantillons de toiture en bois et en béton armé ont été soumis à des conditions climatiques constantes, différentes des deux côtés afin d'obtenir des conditions particulièrement sévères de migration de la vapeur d'eau à travers les échantillons. L'augmentation de la teneur en eau des échantillons mesurée sur une période de quatre mois a été utilisée pour le calibrage d'un modèle de simulation avec des paramètres thermohygrométriques, pour les différentes couches, simulant les résultats expérimentaux et calculés. Le modèle de simulation a ensuite été utilisé pour la prédiction du comportement des échantillons de toiture en bois avec différentes membranes soumis pendant un an à des conditions climatiques typiques pour trois villes italiennes.

Les résultats montrent que pour tous les échantillons l'accumulation d'eau, qui se vérifie pendant la saison froide, est éliminé pendant la saison chaude. Néanmoins, en cas de climat froid et humide (Venise), des différences importantes-relatives aux problèmes de prévention et de durabilité des matériaux—apparaissent dans l'accumulation d'humidité entre les échantillons avec nouvelles membranes de haute perméabilité ou traditionnelles.