Kylmäsiltojen ja ilmavuotokohtien jakauma suomalaisissa pientaloissa ja kerrostaloasunnoissa

Transkriptio

1 Kylmäsiltojen ja ilmavuotokohtien jakauma suomalaisissa pientaloissa ja kerrostaloasunnoissa Targo Kalamees 1, Minna Korpi 2, Lari Eskola 1, Jarek Kurnitski 1, Juha Vinha 2 1 Teknillinen korkeakoulu, LVI-laboratorio, 2 Tampereen teknillinen yliopisto, Rakennetekniikan laitos. Tiivistelmä Pientalojen ja kerrostalojen ulkovaipan kylmäsiltojen ja ilmavuotokohtien jakaumia on tutkittu kenttätutkimuksessa 3 pientalossa ja 21 kerrostaloasunnossa Helsingin ja Tampereen lähiseuduilta vuosina 5-7. Koekohteet valittiin edustamaan omaa talotyyppiä ulkovaipan ilmanpitävyyden osalta. Kylmäsiltojen ja vuotopaikkojen sijainti määritettiin lämpökamerakuvausten perusteella talvella. Kylmäsiltojen löytämiseksi tehtiin lämpökamerakuvaus ensiksi talon normaaliolosuhteissa ja sen jälkeen ilmavuotojen löytämiseksi samoista paikoista alipaineen aikana uudestaan. Tyypilliset kylmäsillat mitatuissa pientaloissa ja kerrostaloasunnoissa olivat sekä ovien ja ikkunoiden liitokset että ovet ja ikkunat itse. Normaaliolosuhteissa matalia pintalämpötiloja esiintyi vielä ulkoseinien liitoksissa alapohjien, välipohjien, yläpohjien ja ulkoseinien kanssa ja kerrostaloissa ulkoseinien liitoksissa alapohjien kanssa. Pääasialliset ilmavuotokohdat olivat ulkoseinän ja yläpohjan liitoksissa, ovien ja ikkunoiden liitoksissa sekä ovissa ja ikkunoissa itsessään, ulkoseinän ja välipohjan liitoksissa sekä ilmansulun läpivienneissä. 1. Johdanto Hallitsematon vuotoilmavaihto on merkittävä energiankulutustekijä [1]. Paikalliset ilmavuodot vaikuttavat olennaisesti myös ulkovaipan kosteustekniseen toimintaan [2, 3, 4]. Lisäksi ilmavuodot voivat heikentää ilmanvaihtojärjestelmien toimintaa, lämpöviihtyisyyttä, sisäilman laatua sekä rakenteiden paloteknistä toimintaa. Ilmavuoto riippuu rakenteiden ilmanläpäisevyydestä, vuotoilmapaikkojen jakaumasta ja sisä- ja ulkoilman välisen paine-eron jakaumasta. Kylmäsiltoja, eli viereisiin verrattuna enemmän lämpöä johtavia rakenneosia, löytyy kaikista taloista. Suuremmasta lämmönjohtavuudesta johtuva matalampi sisäpinnan lämpötila ja korkeampi suhteellinen kosteus voi johtaa sisäpinnan homehtumiseen tai pintakondenssiin. Ulkovaipan lämmöneristyksen parantuessa ja ilmanvaihdon lämmön talteenottoratkaisujen yleistyessä on kylmäsiltojen ja ilmavuotojen osuus koko talon energiankulutuksessa kasvanut. Tässä tutkimuksessa on selvitetty kylmäsiltojen ja ilmavuotokohtien jakauma 21 pientalossa että 16 kerrostaloasunnossa Helsingin ja Tampereen lähiseuduilta vuosina Menetelmät 2.1 Kenttämittaukset Koekohteet ovat valittu Kosteusvarma terve pientalo [5] (1 puurunkoista pientaloa) ja Asuinrakennusten ilmanpitävyys, sisäilmasto ja energiatalous (6 kerrostaloasuntoa ja 7 massiivirakenteista (hirsi- ja kivirakenteista) pientaloa) tutkimusprojektien tietokannoista. Kohteet valittiin edustamaan taloryhmäänsä ulkovaipan ilmapitävyyden osalta. Taulukoissa 1 ja 2 on esitetty koekohteiden ominaisuudet.

2 Taulukko 1 Rak. Nro. vuosi Tutkittujen pientalojen ominaisuudet n 5, IV.kerroin 1/h (käyttö) Puu-rakenteinen Hirsi Ulkoseinä Alapohja Ylä-pohja Tiili, tiiliharkko Betoniharkko Maan-varainen Tuuletettu X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Taulukko 2 Rak. Nro. vuosi Tutkittujen kerrostaloasuntojen ominaisuudet n 5, IV.kerroin 1/h (käyttö) Puu-rakenteinen Hirsi Ulkoseinä Alapohja Ylä-pohja Tiili, tiiliharkko Betoniharkko Maanvarainen Tuuletettu Kerros Kevytbetoniharkko Kevytsoraharkko Betonielementti Betonirakenteinen Kevytbetonirakenteinen Kerros Kevytbetoniharkko Kevytsoraharkko Betonielementti Betonirakenteinen Kevytbetonirakenteinen 51 5/ X X X 52 4/ X X X 53 1/ X X X /4.8.5 X X X /4.4.5 X X X / X X X / X X / X X / X X / X X / X X /5 4.8 X X /5 3.3 X X /5 3.8 X X /5 2.9 X X /5 5.5 X X Koekohtien ilmavuotoluku n 5 mitattiin painekoelaitteistolla 5 Pa paine-erolla ulkoilmaan Puurakenteinen Puurakenteinen

3 nähden kesäaikana. Kylmäsiltojen ja vuotopaikkojen sijainti määritettiin lämpökamerakuvausten (ThermaCam P65) perusteella talvella. Lämpökamerakuvaus on suoritettu talon sisäpuolelta ensiksi talon normaaleissa paineolosuhteissa: näin löydettiin kylmäsiltojen paikat ja ilmavuotojen vaikutus talon normaaliolosuhteissa. Ilmavuotojen löytämiseksi pidettiin asunnossa 5Pa alipainetta ~3 minuutin ajan ja lämpökuvaus suoritettiin samoista paikoista uudestaan. Ennen lämpökuvausta mitattiin ulkolämpötila, sisälämpötila (jokaisesta huoneesta) ja selvitettiin tuulija paine-ero-olosuhteet. Mittauksen ajaksi ilmanvaihto suljettiin teippaamalla tulo- ja poistoventtiilit tai kanavat ilmanvaihtokoneesta. Mittausaikaa edeltävän 24 tunnin ulkoilman lämpötila selvitettiin Ilmatieteen laitoksen lähimmältä havaintoasemalta. Taustatietojen saamiseksi mitattiin lisäksi ilmanvaihtojärjestelmän ilmavirrat, ilmanvaihdon melu, rakennuksen painesuhteet ja ilmanvaihtojärjestelmän ilmavirrat ilmanvaihdon eri käyttötehoilla. Sisä- ja ulkoilman suhteellinen kosteus ja lämpötila mitattiin tallentavilla kosteusmittareilla n. 1 vuoden pituiselta ajanjaksolta. 2.2 Mittaustulosten tulkinta Kylmäsiltojen luokituksessa käytettiin lämpötilaindeksiä. Lämpötilaindeksi (TI) kuvaa sisälämpötilan (T i ) ja ulkolämpötilan (T o ) eron suhdetta sisäpinnan (T sp ) ja ulkolämpötilan eroon, kaava 1: Tsp To TI = 1% (1) T T i o Asumisterveysohjeen [6] mukaisesti seinän ja ulkovaipan liitoskohtien sekä läpivientien pistemäistä lämpötilaa kuvaava välttävän tason lämpötilaindeksi on 61% ja hyvän tason 65%. Lämpötilaindeksiä 61% vastaava pistemäinen pintalämpötila on ikkunan, seinännurkkien ja putkien läpiviennin alin hyväksyttävä pistemäinen pintalämpötila, mikä on laskettu lämpötilaindeksin laskentakaavan mukaan vastaamaan +9 C pintalämpötilaa (huoneilman lämpötilaa +21 C ja suhteellista kosteutta 45% vastaava kastepistelämpötila) kun ulkoilman lämpötila on -1 C ja sisäilman lämpötila +21 C. Seinän välttävän tason lämpötilaindeksi on 81% ja hyvän tason lämpötilaindeksi on 87%. Vastaavasti lattian välttävän tason lämpötilaindeksi on 87 % ja hyvän tason lämpötilaindeksi on 97 %. Lämpötilaindeksi TI>8%. on turvallinen taso myös asuin- ja oleskelutiloissa, missä on korkea kosteuskuorma [7]. Tässä tutkimuksessa on kylmäsillat jaettu eri luokkiin 5% asteikon mukaisesti: <61%, 61 64%, 65 69%, 7 74%, 75 8%. Ilmavuotojen luokituksessa on käytetty pintalämpötilan suhteellista alenemista. Lämpökameralla mitattiin pintalämpötila normaaliolosuhteissa (T s,in1 ) ja sen jälkeen 5 Pascalin alipaineen tilanneessa (T s,in2 ). Tämä lämpötilan muutos on jaettu sisä- ja ulkolämpötilan erolla, kaava 2: Tsp 1 Tsp2 ΔT = 1% (2) T T i o Tilastollisessa analyysissa jaettiin kylmäsillat ja ilmavuodot niiden paikkojen ja tyyppien perusteella. Erikseen tarkasteltiin seuraavia paikkoja: ulkoseinän - alapohjan liitos, ulkoseinän - välipohjan liitos, ulko/väliseinän - yläpohjan liitos, ulkoseinän ulko/väliseinän liitos, ovet ikkunat ja niiden asennukset, ilmansulun ja.

4 3. Tulokset Tilastollisessa analyysissa on käytetty 21 pientalon ja 13 kerrostaloasunnon mittaustietoja. Kuvissa 1 ja 2 on esitetty kaksi esimerkkiä mittaustuloksista. Valokuva Talon tiedot: Yläpohja, ulkoseinä: puurakenteinen (höyryn- ja ilmansulku: rakennuspaperi (teipatut limisaumat)); alapohja: maanvarainen betonilaatta Ilmavuotoluku: n 5 : 3.5 1/h Ilmanvaihtojärjestelmä: koneellinen tulo- ja poistoilmanvaihto (käsisäätö) Ilmanvaihtoluku käyttöasennossa:.37 1/h Lämmönjakojärjestelmä: vesikeskuslämmitys lattialämmitys Rakentamisvuosi: 2 Lämpökuva 1 (normaaliolosuhteissa). FLIR Systems Tsp1C Tsp1A Tsp1B 28. C 25 Olosuhteet Ulkolämpötila -15 C Sisälämpötila +21 C Mittaustulokset T sp1a +5.6 C T sp1b +4.5 C T sp1c C TI sp1a 57 TI sp1b 54 TI sp1c Lämpökuva 2 (5 Pascalin alipaineen tilanteessa). 28. C Olosuhteet FLIR Systems Tsp2C Tsp2B Ulkolämpötila -15 C Sisälämpötila +21 C 25 Mittaustulokset T sp2a -3. C T sp2b 3.6 C Tsp2A T sp2c 9.7 C TI sp2a 33 TI sp2b 52 TI sp2c Pintalämpötilan suhteellinen aleneminen ΔT A 24% 12. ΔT B 3% ΔT C 7% Kuva 1. Kylmäsilta ikkunan liitoksessa, ilmavuoto ulkoseinän-alapohjan liitoksessa

5 Valokuva Talon tiedot: Yläpohja: puurunko (höyryn- ja ilmansulku: muovikalvo (teipatut limisaumat), muovi on tiivistetty ulkoseinän elementteihin); Ulkoseinä: betonielementti; alapohja: tuuletettu betonialapohja. Ilmapitävyys: n 5 : 2.5 1/h Ilmanvaihtojärjestelmä: koneellinen tulo- ja poistoilmanvaihto (hiilidioksidikosteusohjaus) Ilmanvaihtoluku käyttöasennossa:.73 1/h Lämmönjakojärjestelmä: vesikeskuslämmitys lattialämmitys Rakentamisvuosi: 3 Lämpökuva 1. -4Pa FLIR Systems Tsp1B Tsp1C Tsp1A 24. C Olosuhteet Ulkolämpötila -1.7 Sisälämpötila Mittaustulokset T sp2a C T sp2b +.8 C T sp2c C TI sp2a 99 TI sp2b 97 TI sp2c Lämpökuva 2. -5Pa FLIR Systems Tsp1B Tsp1C Tsp1A 24. C Kuva 2. Ilmavuoto ulkoseinän-yläpohjan liitoksessa Olosuhteet Ulkolämpötila -1.7 Sisälämpötila Mittaustulokset T sp2a C T sp2b C T sp2c C TI sp2a 69 TI sp2b 62 TI sp2c 65 Pintalämpötilan suhteellinen aleneminen ΔT A 3% ΔT B 34% ΔT C 28% Tyypilliset kylmäsillat mitatuissa pientaloissa ja kerrostaloasunnoissa olivat sekä ovien ja ikkunoiden liitoksissa että ovissa ja ikkunoissa itsessään, kuva 3 vasen. Normaaliolosuhteissa matalia pintalämpötiloja esiintyi pientaloissa vielä ulkoseinien liitoksissa alapohjien, välipohjien, yläpohjien ja ulkoseinien kanssa ja kerrostaloissa ulkoseinien liitoksissa alapohjien kanssa. Neljännes kylmäsilloista oli vakavia (TI<65%) [7, 8],eli ne on korjattava, tai korjaustarve selvitettävä. Kuvassa 4 on esitetty vakavien kylmäsiltojen jakauma pientaloissa ja kerrostaloasunnoissa.

6 Pientaloista lähes 8% oli sellaisia, missä vakavia kylmäsiltoja ei ollut ulkovaipan liitoksissa ja 5% oli sellaisia, missä vakavia kylmäsiltoja ei ollut ovien ja ikkunoiden liitoksissa, kuva 5 vasen. Kerrostaloissa vakavia kylmäsiltoja oli vain ovissa ja ikkunoissa tai niiden liitoksissa seinärakenteeseen, kuva 5 oikea , Pientalot Kerrostalot Pientalot Kerrostalot Kuva 3. Kylmäsiltojen ja normaalitilanteen ilmavuotojen vaikutuksen paikkajakauma (vasen) ja alipaineen aikana havaittujen ilmavuotopaikkojen jakauma (oikea) pientaloissa ja kerrostaloissa TI 65-69% TI 61-64% TI <61% TI 65-69% TI 61-64% TI <61%,, Kuva 4. Vakavien kylmäsiltojen ja normaalitilanteen ilmavuotojen vaikutuksen paikkajakauma eri lämpötilaindeksien välillä pientaloissa(vasen) ja kerrostaloissa (oikea) Prosenttiosuus taloista, % Kylmasilta (TI<65) ovien-ikkunoiden luona Kylmasilta (TI<65) muualla Prosenttiosuus asunnoista, % Kylmasilta (TI<65) ovien-ikkunoiden luona Kylmasilta (TI<65) muualla Kylmäsiltojen (TI<65) määrä talossa Kylmäsiltojen (TI<65) määrä asunnossa Kuva 5. Vakavien kylmäsiltojen ja normaalitilanteen ilmavuotopaikkojen vaikutuksen määrä pientaloissa(vasen) ja kerrostaloissa (oikea)

7 Kylmäsiltojen ja ilmavuotopaikkojen jakaumaan vaikuttaa liitostyyppien esiintyminen kussakin mitattavassa kohteessa. Esimerkiksi yksikerroksisessa pientalossa ei ole välipohja/ulkoseinäliitosta ja kaikissa kerrostaloasunnoissa ei ole ylä- eikä alapohjaa. Ovi- ja ikkunavuotojen lisäksi yksikerroksisen pientalon tapauksessa nousee esiin ulkoseinä-yläpohja-liitoksen ilmavuoto ja monikerroksisen pientalon vertailuissa näiden lisäksi myös ulkoseinä-välipohjan-liitoksen ilmavuoto, kuva 6 vasen. Kerrostaloissa alimman ja ylimmän kerroksen asunnoissa korostuu ulkoseinä-yläpohjan-liitoksen ilmavuoto (ovi- ja ikkunavuotojen lisäksi) ja välikerrosten asunnoissa korostuu ulkoseinä-välipohja-liitoksen ilmavuoto, kuva 6 oikea kerros >1 kerrosta Ensim. ja viim. kerros Välikerrokset Kuva 6. Ilmavuotopaikkojen jakauma kerrosten mukaan pientaloissa (vasen) ja kerrostaloissa (oikea) Tyypilliset ilmavuotopaikat mitatuissa pientaloissa ja kerrostaloasunnoissa olivat sekä ulkoseinän liitoksissa yläpohjan ja välipohjan kanssa että ovien ja ikkunoiden liitoksissa (myös ovet ja ikkunat itse), kuva 3 oikea ja kuva ΔT DT -24% DT ΔT 25-29% DT ΔT >3% DT ΔT -24% DT ΔT 25-29% DT ΔT >3% Kuva 7. Isojen ilmavuotopaikkojen jakauma pientaloissa (vasen) ja kerrostaloissa (oikea) Pintalämpötilan suhteellista alenemista käytettiin ilmavuotojen luokituksessa. Tulosten analyysissa täytyy huomioida, että jos ilmavuotopaikassa on myös kylmäsilta, pintalämpötilan suhteellinen aleneminen on pienempi, kuin tilanteessa, jossa kohdassa olisi vain ilmavuoto. Myös ilmavuotoreitti voi vaikuttaa pintalämpötilan alenemiseen. Siksi pintalämpötilan suhteellinen aleneminen on ennen kaikkea suunta antava kuin absoluuttinen luokitus.

8 4. Yhteenveto Tässä tutkimuksessa on selvitetty eri pientalojen ja kerrostaloasuntojen kylmäsiltoja ja ilmavuotopaikkoja. Tilastollisessa analyysissa jaettiin kylmäsillat ja ilmavuodot niiden paikkojen perusteella. Vakavat kylmäsillat eivät ole Suomen uusien pientalojen tyyppiongelma. Isoin kylmäsiltojen ja ilmavuotojen paikka on ovien ja ikkunoiden liitoskohta ja ovet ja ikkunat itse (jakauma ~5% / 5%). Normaaliolosuhteissa matalia pintalämpötiloja esiintyi pientaloissa vielä ulkoseinien liitoksissa alapohjien, välipohjien, yläpohjien ja ulkoseinien kanssa ja kerrostaloissa ulkoseinien liitoksissa alapohjien kanssa. Ilmavuodot olivat yleisiä tutkituissa pientaloissa. Pääasialliset ilmavuotokohdat olivat ulkoseinän ja yläpohjan liitoksissa, ovien ja ikkunoiden liitoksissa sekä ovissa ja ikkunoissa itsessään (jakauma ~5% / 5%), ulkoseinän ja välipohjan liitoksissa sekä ilmansulun läpivienneissä. Tyypilliset viivamaiset ilmavuodot (6% vuodoista) viittaavat puutteelliseen rakennustekniikkaan, mutta ovat korjattavissa liitoksia ja työnsuoritusta kehittämällä. 5. Kiitokset Artikkeli perustuu tutkimushankkeesta Asuinrakennusten ilmanpitävyys, sisäilmasto ja energiatalous saatuihin tietoihin. Tutkimusta ovat rahoittaneet Tekes sekä hankkeeseen osallistuneet yritykset. 6. Lähdeluettelo [1] Jokisalo, J., Kurnitski, J., Kalamees, T., Eskola, L., Jokiranta, K. (7). Ilmanpitävyyden vaikutus vuotoilmanvaihtoon ja energiakulutukseen pientaloissa. Sisäilmastoseminaari 7. SIY raportti 25, Sisäilmatieto Oy. [2] Ojanen, T., Kumaran, K. (1996). Effect of Exfiltration on the Hygrothermal Behaviour of a Residential Wall Assembly. Journal of Thermal Envelope and Building Science. Vol. 19, pp [3] Kilpelainen, M., Luukkonen, I., Vinha, J., Kakela, P. (). Heat and moisture distribution at the connection of floor and external wall in multi-storey timber frame houses. World Conference on Timber Engineering Whistler Resort, British Columbia, Canada July 31 - August 3,. [4] Kalamees, T., Kurnitski, J. (7). Moisture convection performance on the joint of external wall and attic floor - laboratory tests and two-dimensional simulation model validation. In: Proceedings of Clima 7 WellBeing Indoors June 7 Helsinki, Finland. [5] Vinha, J., Korpi, M., Kalamees, T., Eskola, L., Palonen, J., Kurnitski, J., Valovirta, I., Mikkilä, A., Jokisalo, J. (5). Puurunkoisten pientalojen kosteus- ja lämpötilaolosuhteet, ilmanvaihto ja ilmatiiviys. Tutkimusraportti 131. Tampere, Tampereen teknillinen yliopisto, Talonrakennustekniikan laboratorio. 12 s. + 1 liites. [6] Asumisterveysohje. Sosiaali- ja terveysministeriön oppaita 3:1, Sosiaali- ja terveysministeriö, Helsinki, 3. [7] Kalamees, T. (7). Kosteuskuormien vaikutus lämpötilaindeksin raja-arvoon. Rakennusfysiikka 7. Tampere. [8] RT (5). Rakennuksen lämpökuvaus. Rakenteiden lämpötekninen toimivuus.