LUENTO 5 KOSTEUS RAKENTEESSA, KOSTEUDEN SIIRTYMINEN JA RAKENTEET

Transkriptio

1 LUENTO 5 KOSTEUS RAKENTEESSA, KOSTEUDEN SIIRTYMINEN JA RAKENTEET RAKENNUSFYSIIKAN PERUSTEET P, 2 op Esa Säkkinen, arkkitehti esa.sakkinen@oulu.fi Jaakko Vänttilä, diplomi-insinööri, arkkitehti jaakko.vanttila@oulu.fi

2 Kosteus Esiintyy rakennuksessa ja rakenteissa nesteenä vetenä kaasuna vesihöyrynä kiinteänä jäänä, lumena Pääasialliset kosteuslähteet sade pohjavesi putkistovuodot ihmiset (1-3 litraa vuorokausessa / henkilö), eläimet, kasvit käyttövesi ja asumiseen liittyvät toiminnot rakennusaikainen kosteus Määritelmiä Kostea ilma ilma + vesihöyry Absoluuttinen kosteus ilman sisältämä vesihöyrymäärä (kg / m 3 ) Kyllästyskosteus ilma voi sisältää tietyssä lämpötilassa vain tietyn määrä vesihöyryä maksimi vesihöyrymäärä = kyllästyskosteus v k v k = f(t) = lämpötilan funktio Suhteellinen kosteus RH RH = ilman sisältämä vesimäärä jaettuna kyllästyskosteudella eli: Absoluuttinen kosteus / mahd. maksimi v k

3 Rakennuksen toimintaan vaikuttavia kosteusrasituksia

4 Vesi eri muodoissaan Veden olomuodon muutokset Ilman abs. kosteuspitoisuus lämpötilan funktiona eri RH-arvoilla

5 Kosteus

6 Maaperän kosteus! Perusmuurilevyllä voidaan auttaa kuivatusta märissä olosuhteissa, esim. tulvan yhteydessä.

7 Määritelmiä

8 Kosteus, käsitteitä

13 Rakennuksessa vallitsevat kosteusolosuhteet

14 Miksi rakenteet pitää suojata kosteudelta? Lämmöneristyskyky heikkenee kosteuden vaikutuksesta Mineraalivillan lämmönjohtavuus vesihöyrykosteuden funktiona esimerkkinä, katso kuva vieressä Home- ja lahovaara Kun tiivistyvää kosteutta

15 Kriittisiä kosteuksia

16 Hygroskooppisuus

17 Kosteuden siirtyminen Diffuusio = osapaine-erot pyrkivät tasoittumaan vesihöyry Konvektio = ilmavirtauksen mukana kostea ilma, ilma + vesihöyry Kapillaarinen = kapillaarivoimat aiheuttavat veden liikkeen (nesteenä) maassa, betonissa, harkossa, tiilessä huokoisessa aineessa siirtyminen samanaikaisesti usealla eri tavalla Painovoiman vaikutuksesta

18 Diffuusio Diffuusio on kosteuden liikkumista vesihöyrynä (rakenteen läpi) Vesihöyryn diffuusio pyrkii tasaamaan vesihöyryn osapaine-eroja (rakenteen eri puolilla) Kosteus virtaa rakennusmateriaalissa korkean vesihöyryn osapaineen huokosista matalan vesihöyryn osapaineen huokosiin Yleensä diffuusion suunta on lämpimästä tilasta kylmempään Ilma voi sisältää tietyssä lämpötilassa vain tietyn määrän vesihöyryä Maksimi vesihöyrymäärä (RH 100%) v k = kyllästymiskosteus ( g m 3 ), joka siis on lämpötilan funktio Suhteellinen kosteus RH = ilman sisältämä vesimäärä jaettuna maksimi vesihöyrymäärällä R T R T M V ; v : kosteus, R : kaasuvakio, M v : moolimassa Vesihöyryn osapaine p v = m v M V V m v = v V p v = v Koneellisesti tuotettavilla painesuhteilla taistellaan luonnollista diffuusiota vastaan, entä kun tekniikka pettää? => Olisiko mahdollista hyväksyä tasapainediffuusio ja ohjata sen vaikutuksia?

19 Diffuusion kondenssi Diffuusion kondenssi = kaasun virtaus (rakenteen läpi) ja siinä olevan kosteuden tiivistyminen (rakenteeseen) diffuusion johdosta Rakenteen toimintaa voidaan tarkastella laskennallisesti tiivistymis- ja kuivumisjakson avulla Tiivistymisjakso = ilmastoparametrit 2 kylmimmän kuukauden keskiarvona Kuivumisjakso = ilmastoparametrit 2 lämpimimmän kuukauden keskiarvona Mitoitusehto Tiivistynyt kosteus < poistunut kosteus

20 Diffuusion kondenssin seurauksia Diffuusiolla siirtyvä kosteus ei yleensä aiheuta vakavia ongelmia Voi silti aiheuttaa puun pintojen sinistymistä ja eristeiden homehtumista Diffuusiolla siirtyneen kosteuden kertyminen rakenteiden kylmiin kohtiin, kylmäsiltojen ympäristöön voi aiheuttaa monenlaisia ongelmia Voi heikentää rakenteen lämmöneristävyyttä Yleensä lämmityskauden jälkeen keväällä kosteus poistuu nopeasti rakenteista

21 Keinot estää diffuusion kondenssi rakenteessa 1. Lämpimälle puolelle höyrynsulku (tai kosteussulku) tai ilmansulku höyrynsulku = muovikalvo kosteussulku = vesieriste ilmansulku = rakennuspaperi 2. Rakenteeseen päässyt kosteus tuuletettava rakenteesta tuulettuva rakenne (tuuletusvälit) kutsutaan rakenteen hengittävyydeksi Vesihöyryn vastus pienenee sisältä ulos päin sisäpuolen vesihöyrynvastus = 5 x ulkopuolen vesihöyrynvastus Vältettävä kosteuden varastoitumista jos varastoituu, rakenteen on päästävä kuivumaan hengittävyyden varmistaminen riittävällä tuuletuksella!

22 Konvektio Konvektion määritelmä

23 Konvektion aiheuttajat ja seurauksia Konvektiota aiheuttavat tuuli lämpötilaerot ilmanvaihtojärjestelmät korkeusero (neste) Kosteus siirtyy ilman liikkeiden mukana Konvektiovirtausta tapahtuu raoissa reijissä huokoisessa aineessa Rakennuksen vaipassa ulospäin virtaava ilma jäähtyy -> kosteutta voi tiivistyä rakenteisiin sisään virtaava ilma lämpenee -> kuivattaa seinärakennetta ilmanvaihdolla pyritään aina järjestämään alipaine sisälle Esim. 5 mm x 100 mm raon läpi siirtyy vettä konvektion avulla saman verran kuin 100 m2 seinän läpi tapahtuvassa diffuusiossa Konvektion merkitys seinämien kosteusvaurioissa on paljon suurempi kuin diffuusion

24 Konvektion kondenssi Konvektion kondenssi = kaasun ja nesteen virtaus ja tiivistyminen raoissa ja reijissä Tiivistyminen sisältä ulospäin virtauksessa ulkoa sisään virratessaan ilma lämpenee ja kuivattaa rakennetta! Tyypillisiä paikkoja seinien nurkat ala-, väli- ja yläpohjien liitokset elementtien saumat Kosteuden kulku kattorakenteisiin yläpohjan höyrynsulussa olevan reiän kautta

25 Kapillaarinen siirtyminen Kapillaarinen kosteusliike on veden liikettä rakennusaineiden huokosissa kapillaarivoimien vaikutuksesta Kapillaarivoimat syntyvät veden pintajännityksen seurauksena Eri materiaalit pyrkivät keskenään kapillaariseen tasapainokosteuteen

26 Kapillaarisen kosteuden seurauksia Kapillaarisesti voi siirtyä riittävästi vettä kostuttamaan rakenteet perinpohjin vuosien saatossa Pintarakenteet homehtuvat, maalit ja pinnoitteet irtoilevat Voi lahottaa puurakenteet Ei koskaan kuitenkaan voi esiintyä irtovettä Kapillaarista veden liikettä pyritään estämään kapillaarikatkoilla Maanvaraisten lattioiden ja perusmuurien ulkopuolelle rakennetaan kapillaarikatkot Rakennusaineen halkeamat ja osien väliset raot hidastavat kosteuden siirtymistä rakennusaineissa toimien kapillaarikatkoina Kapillaarikatkot ja lämpötilaero voivat toimia tehokkaina kosteussulkuina (vrt. maanvaraiset lattiat) Lämpötilaeron on oltava aina samansuuntainen Kapillaarikatkon on oltava yhtenäinen Katso RT-kortit: Terve Talo & Radonin Torjunta!

27 Painovoimainen veden liike Painovoiman vaikutuksesta irtovesi alkaa virrata rakenteissa alaspäin Irtovesi kastelee rakenteiden pintoja ja eristeitä päätyen rakenteen ontelojen pohjalle Vaipan rakenteiden vuotojen tai sisäisten vesivuotojen seurauksena rakenteeseen kertyy irtovettä, joskus runsaastikin Runsas irtovesi on aina vuotovettä, yleensä sade- tai sulamisvettä (harvoin putkivuodon aiheuttamaa vettä)

28 Sade

29 LUENTO 6 KOSTEUS RAKENTEESSA, KOSTEUDEN VAIKUTUKSISTA RAKENNUSFYSIIKAN PERUSTEET P, 2 op Esa Säkkinen, arkkitehti esa.sakkinen@oulu.fi Jaakko Vänttilä, diplomi-insinööri, arkkitehti jaakko.vanttila@oulu.fi

30 Kosteusvauriot

31 Kosteuden vaikutuksia Liiallinen kosteus heikentää lämmöneristeiden toimintaa tekee mahdolliseksi mikro-organismien eli home- ja lahottajasienien kasvun (RH > 70%) aiheuttaa metallien korroosion (rauta ruostuu) aiheuttaa pakkasvaurioita (rapautumista) rakenteissa Sisäilmassa oltava riittävästi kosteutta!!! Liiallinen kuivuus rakenteet kutistuu, käyristyy, halkeilee betonilaattojen saumat elävät, laatat halkeilevat hirsi- ja puurakenteet painuvat puun kuivumisen ja kutistumisen johdosta rakenteiden saumat halkeilevat elementit, pintarakenteet, kitit

32 Kosteuden vaikutuksia Uusin D2: Monipuolisesti painesuhteista

33 Kosteuden vahingollisuus

34 Kosteuden vahingollisuus

35 Kosteuden tiivistyminen Rakenteen pinnalle Rakenteen sisälle Kuinka tiivistynyt kosteus johdetaan hallitusti kohti vapaata pudotusta? Kastepiste = lämpötila, jossa vesihöyry muuttuu vedeksi Tiivistymiseen vaikuttavia tekijöitä sisäilman virtaukset sisäpinnan ja rakenteen lämmönvastukset lämpötilat kosteus höyrystymislämpö pintamateriaalin lämmönjohtavuus

36 Kosteuden tiivistyminen - kriittisiä paikkoja Huonetilojen nurkat, erityisesti alanurkat Ulkoseinillä olevien kaapistojen taustat Ikkunoiden sisäpinnat ja alareunat

37 Höyrynsulku

38 Höyrynsulun sijainti seinärakenteessa 1. Sisäverhouksen ja eristeen väliin 2. Noin ¼ eristeen paksuuden sisäpuolelle Sähköasennukset höyrynsulun sisäpuolella

39 Kosteuden vauriomekanismeja

40 Tiivistyminen rakenteen sisälle Olosuhteet seinämässä vaihtelevat vuodenajat, ulkolämpötila, ilman kosteus sateet, auringon paiste sisäpuolinen kosteus, ilmanvaihto Kosteutta kulkeutuu rakenteeseen välillä sisältä ja välillä ulkoa Hetkellinen kertyminen sallittua, mutta jatkuva ei

41 Seinärakenteen sisäinen konvektio Seinärakenteen sisäistä konvektiota voidaan pienentää jakamalla pystyrunko pienempiin osiin

42 Rakenteen hengittävyys??? Hengittävyys = vesihöyryn virtaus (voi olla myös ilmavirta) rakenteeseen ja rakenteesta pois Ilmanvaihdon vaatima korvausilma EI tarkoita hengittävyyttä konvektiolle avoin seinärakenne -> veto, savupiippuvaikutus Kosteuden sitomis- ja luovuttamiskyky TARKOITTAA hengittävyyttä diffuusiolle avoin seinärakenne, suuri kosteuden absorptiokyky -> tiivistyminen ja kosteusvaurioriski Hygroskooppisten rakennusaineiden hyödyntäminen miten? Epäpuhtauksien poistuminen ja ilman puhdistuminen, suodatuskeuhkot diffuusiolle avoin seinärakenne, ei voida käytännössä toteuttaa, puhdistuminen alle 10% vaaditusta -> hoidetaan käytännössä aina ilmanvaihdon avulla, huom kosteat ja märät tilat!

43 Johtopäätös Seinärakenteen ei ole viisasta antaa hengittää läpi Hengittävyyttä toteutetaan yleensä vaipan ulkopinnalla Konvektio seinässä on estettävä -> ilmansulku (muovi aina, kun ei kosteudensitomis- ja luovuttamiskykyä, rakennuspaperi / hygroskooppinen rakenne) saumat ja läpiviennit on huolellisesti tiivistettävä Ei suosita epähomogeenisia rakenteita; tasa-aineisuus tai harvenee ulospäin Sisäilman laatu? -> ilmanvaihdollinen ongelma koneellinen / painovoimainen ilmanvaihto korvausilman saaminen -> päästöttömät materiaalit

44 Alapohjan kosteustekninen toiminta erilaisilla rakenteilla 1. Avoin lattiapinta sallii kosteuden poistua vapaasti. Laatta on alapinnastaan märkä 2. Sijoittamalla betonilaatan alle lämmöneriste voidaan rakennetta saada kuivemmaksi 3. Lisäämällä betonilaatan ja lämmöneristeen väliin höyrynsulku, kosteuden kulku ylöspäin katkeaa, mutta rakennekosteus ei pääse poistumaan alaspäin 4. Poistamalla maaperän kosteutta, ilmaa vaihtamalla, voidaan kapillaarisuuden katkaisuvyöhykkeen kosteuspitoisuutta alentaa ja sen seurauksena betonilaatan kosteuspitoisuus vähenee! NÄMÄ KAIKKI RAKENTEET OVAT VIRHEELLISIÄ! MITEN?

45 Rakenteiden kosteustekninen toiminta höyryn LEIKKAA kylläisyys

46 Rakenteiden kosteustekninen toiminta

47 Rakenteiden kuivuminen Kosteuden poistamiseksi rakenteissa on oltava tuuletusrakoja ja vedenpoistoreikiä Rakenteiden kuivuminen on erittäin hidasta pelkästään diffuusiolla, kapillaarinen kuivaaminen ei ole usein mahdollista (tuuletetussa YP on mahd.) Pakotetulla konvektiolla rakenteiden kuivumista on mahdollista nopeuttaa, mutta rakenteiden kuivumisesta kauttaaltaan on ehdottomasti varmistuttava Radonin torjunta tuuletusputkisto mahdollistaa pakotetun kuivatuskonvektion! Vesivahingon sattuessa Pura rakenne, poista vapaa vesi, pidä rakennetta auki, tuuleta ja lämmitä Korvaa kostuneet ja pilaantuneet rakenneosat kosteutta kestävillä rakenteilla Käytä hengittäviä pintamateriaaleja ja eristä puurakenteet, lykkää rakenteiden pinnoittamista

48 Panosta rakennedetaljien suunnitteluun

49 Kirjallisuutta Juha Vinhan väitöskirja suhteellinen kosteus rakenteen sisällä, alle 80% Virpi Leivo, Jukka Rantala: Maanvaraisten alapohjarakenteiden kosteustekninen toimivuus Tampereella tehdään laajaa rakennusfysiikan tutkimusta Julkaisu löytyy netistä Esimerkki ongelmaviidakosta; siksi: KISS.

50 Kiitos mielenkiinnosta!