Passiivirakenteiden kosteusteknisen toimivuuden laskennallinen tarkastelu

Transkriptio

1 TUTKIMUSSELOSTUS Nro VTT-S Passiivirakenteiden kosteusteknisen toimivuuden laskennallinen tarkastelu Tilaaja: Rakennustuoteteollisuus RTT ry LUOTTAMUKSELLINEN LUONNOS

2 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Tilaaja Tilaus Yhteyshenkilö Rakennustuoteteollisuus RTT ry Ari Ilomäki PL Helsinki Sähköpostitilaus tarjouksen VTT-O mukaisesti Asiakkuuspäällikkö Jarmo Leskelä VTT Expert Services Oy Kemistintie 3, Espoo PL 1001, VTT Puhelin Faksi Sähköposti jarmo.leskela@vtt.fi Tehtävä Passiivirakenteiden kosteusteknisen toimivuuden laskennallinen tarkastelu Toimivuustarkastelun toteutus Ilmastotiedot ja kosteuskuormitukset Tässä työssä selvitettiin 10 eri passiivienergiarakenteen kosteustekninen toimivuus laskennallisesti. Rakenteet ovat Suomeen rakennettujen passiivienergiatalojen rakenteita, joiden tiedot ovat tilaajan toimittamia. Selvitys tehtiin laskennallisesti käyttäen lämpö- ja kosteusteknisen toimivuuden simulointiin WUFI 5.1 Pro -ohjelmaa /1/. Ohjelmalla voidaan ratkaista 1-ulotteisen rakenneleikkauksen kosteustekninen toimivuus tunneittain muuttuvissa ulko- ja sisäilman olosuhteissa. Laskennassa käytettiin pääasiassa uusittuja kosteusmitoituksen ilmastotietoja: tuulettumattomille rakenteille Vantaan 2007 ja tuuletetuille Jokioinen 2004 tietoja, joissa esitetään ilman lämpötila, suhteellinen kosteus, sade- ja tuulitiedot sekä auringon säteilytiedot tunneittaisina arvoina. Yhdessä Pohjois- Suomen kohteen rakennetarkastelussa käytettiin rinnalla Sodankylän lämpöteknisen toimivuuden mitoitussäätietoja vuodelta Sisäilman olosuhteet asetettiin EN15026 mukaisesti normaalia kosteuskuormaa vastaavaksi. Tässä sisäilman lämpötila on vakio +20 C silloin, kun ulkoilman lämpötila on alle +10 C. Kun ulkoilman lämpötila muuttuu 10 C:sta +20 C:een, kasvaa sisäilman lämpötila lineaarisesti +10 C:sta +25 C:een. Tätä korkeammilla ulkoilman lämpötiloilla sisäilman lämpötila on vakio +25 C.

3 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Tarkastelujen lähtöoletukset ja sisältö Materiaaliominaisuudet Laskennan tulosten käsittely ja analysointi Kun ulkoilman lämpötila on alle -10 C, on sisäilman suhteellinen kosteus 30 % RH. Sisäilman suhteellinen kosteus kasvaa tästä lineaarisesti RH 60 %:iin ulkoilman lämpötilan kasvaessa -10 C:sta +20 C:een. Sisäilman suhteellinen kosteus on maksimissaan 60 % RH. Esitetty kosteuskuormitus vastaa kuivien asuintilojen sisäilman kosteutta ja sisältää lisäksi jonkin verran varmuutta. Kaikkien materiaalikerrosten alkukosteus oletettiin 80 % RH suhteellista kosteutta vastaavaan tasapainokosteuteen. Oletukset perustuvat tilaajan toimittamiin tietoihin rakenteista. Rakenteet oletettiin tarkasteluissa ilmatiiviiksi, jolloin rakenteen läpi ilmavirtausten mukana kuljettuva kosteus ei aiheuta kosteusriskiä. Lisäksi oletettiin, että rakenteiden sisään ei pääse tunkeutumaan nestemäistä vettä tai lunta. Kuormittavia tekijöitä ovat sisä- ja ulkoilman kosteus, ulkopintaan kohdistuva viistosade ja rakenteen alkukosteus. Tyypillisesti pahin kosteuskuormitus on varjossa olevalla rakenteella, johon kohdistuu viistosade vuotuisen voimakkaimman sateen suunnasta. Seinärakenteet suunnattiin suurimman viistosateen suuntaan: Vantaan ilmastossa etelään ja Jokioisten ilmastoa käytettäessä lounaaseen. Auringon säteilyä tai taivaan vastasäteilyä ei laskennassa otettu huomioon, jollei sitä ole erikseen mainittu. Laskennassa käytetyt materiaaliominaisuudet ovat laskentaohjelmassa /1/ annettuja. Ne on koottu kattavasti mm. kansainvälisessä yhteistyössä tehdyissä hankkeissa /2/. Laskennallinen tarkastelu tehtiin 1-dimensioiselle rakenneleikkaukselle. Rakenteen simulointilaskenta alkoi valitun vuoden lokakuun 1. päivästä ja jatkui kolmen vuoden jakson ajan saman mitoitusvuoden sääoloja käyttäen. Joissain tapauksissa käytettiin viiden vuoden tarkastelujaksoa. Tuloksena saatiin rakenteen kriittisimpien kohtien lämpötila- ja kosteusolosuhteiden tunnittaiset arvot. Näiden perusteella voitiin edelleen arvioida kriittisten kohtien toimintaa. Homeen kasvu on ensimmäisiä merkkejä, joita liika kosteus aiheuttaa rakenteissa. Homeen kasvua voidaan arvioida laskennallisesti käyttämällä tulosten jälkikäsittelyssä VTT:n homemallia /3, 4/. Homekasvun tarkastelu /3, 4/ Kriittisiksi kohdiksi valittujen pintojen olosuhteiden perusteella voitiin laskea näille kohdille homeen kasvua kuvaavat homeindeksit [0, 6] eri tapauksissa.

4 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Homeindeksin arvo 1 on ensimmäinen kriittinen raja-arvo sisäilmaan kosketuksessa oleville rakenneosille. Tämä vastaa ensimmäisiä mikroskooppisia havaintoja homeesta. Rakenteen lämmöneristeen ulkopuolisissa osissa käytetään tyypillisesti homeindeksille alimpana rajaarvona tasoa 3. Taso 3 vastaa ensimmäistä paljain silmin nähtävää homekasvua pinnassa. Laskennallinen homeindeksi alenee kuivien ja kylmien jaksojen aikana, mikä kuvaa homeen taantumaa. Homeen kasvu riippuu kasvualustan homehtumisherkkyydestä. Materiaaleja on luokiteltu neljään eri ryhmään niiden homehtumisherkkyyden mukaan. Herkin taso on käsittelemätöntä pintapuuta vastaava (erittäin herkkä). Seuraava herkkyysluokka (herkkä) vastaa tyypillisesti puukuituisia ja paperipintaisia tuotteita. Sitä seuraava luokka (medium resistant, kohtalaisen kestävä) soveltuu sementti- ja muovipohjaisille materiaaleille sekä mineraalivillatuotteille. Hometta vastustava taso 4 (resistant, kestävä) vastaa lasi-, metalli yms. pintoja sekä materiaaleja, jotka on käsitelty homeen kasvua estävillä tuotteilla. Homeindeksin laskennallisen taantumisen kertoimena käytettiin laskennassa kerrointa 0,25. Tämä kuvaa homeindeksin laskennallista alentumisnopeutta kasvulle epäedullisissa oloissa verrattuna erittäin herkän puun vastaavaan arvoon. Matalaenergiarakenteiden kosteusteknisen toimivuuden tekijät Hyvin lämmöneristettyjen rakenteiden kosteustekninen toimivuus voi hieman poiketa tavanomaisen eristystason rakenteisiin verrattuna. Pieni U-arvo pienentää myös lämpötilagradienttia rakenteessa. Tällä on vaikutusta kosteudensiirtopotentiaaliin rakenteen uloimmissa kerroksissa ja siten rakenteen kuivumiskykyyn. Vaikutus on yleensä kuitenkin varsin pieni. Pelkkä lämmöneristetason parantaminen passiivienergiatasolle ei aiheuta kosteusongelmia rakenteisiin. Merkittävimpiä tekijöitä kosteustasojen kannalta ovat kosteuskuormat, millaiset materiaalikerrokset ovat uloimpana rajoittamassa kosteuden siirtymistä ulospäin ja miten toimiva mahdollinen tuuletus on. Kosteustasojen lisäksi materiaalivalinnat vaikuttavat pintojen homehtumisherkkyyteen. Suunnitellun mukaisen toimivuuden lisäksi rakenteen kosteustekniseen toimivuuteen vaikuttavat erilaiset riskitekijät, joita ei voida laskennallisesti ennakoida. Eri virhetilanteita voidaan arvioida ja arvioituja, ylimääräisiä kosteuskuormia voidaan asettaa kohdistumaan laskennallisesti tarkasteltavaan rakenteeseen. Tyypillisesti virheiden aiheuttamia riskitilanteita ei tarkastella laskennallisesti, koska niiden kuormitusvaikutukset saattavat vaihdella paljonkin, eivätkä ne siten ole perustellusti ennustettavissa. Kosteusteknisen toimintavarmuuden lisä voidaan arvioida mm. korkeaksi asetetun alkukosteuden avulla.

5 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Tämän tarkastelun tuloksena esitetään pelkästään arvio suunnitelmien mukaisen rakenteen toimivuudesta rakenneleikkaukselle tehdyn laskennallisen tarkastelun perusteella. Tähän ei sisälly näkemystä mahdollisista muista kosteusriskeistä esimerkiksi rakennedetaljeihin tai -liitoksiin liittyvissä kohdissa. Tarkastellut rakenteet ja niiden toimivuuden arviointi laskennan perusteella Ulkoseinä 3 Seuraavassa esitetään tarkastellut rakenteet lyhyesti ja niihin viitataan tilaajan rakenteille antamilla numerotunnuksilla. Rakenteiden tarkempi kuvaus sisältyy tilaajan koostamaan erilliseen raporttiin. Kaikkien tarkasteltujen rakenteiden toimivuus perustuu edellä esitetyn mukaisesti mitoitussäätiedoston ilmasto-olosuhteisiin ja asuintilojen sisäilman normaalin kosteuskuormituksen mukaisiin rasitusolosuhteisiin. Kuva 1 esittää seinärakenteen leikkauksen. Rakenteessa on 164 mm x164 mm massiivipuupalkkirunko. Runko on osittain rakenteen sisällä ja se jää valmiissa rakenteessa noin 5cm sisäpinnasta ulos. Sisäverhous on runkojen välissä. Sisemmän apurungon (41 mm x 70 mm) välissä on 45 mm pehmeä kivivilla apurungon ulkopuolella. Timberframe-rungon välissä on 80 mm Finnfoam (saumat teipattu ja vaahdotettu) ja rungon ulkopuolella taloa kiertää täysin yhtenäinen 210 mm paksu täyspontattu suulakepuristettu XPSlämmöneriste (Finnfoam FK-29), jonka saumoissa on ohut elastinen PUvaahtotiiviste. Tämän ulkopuolella on ulkovuorauspaneelin koolaus, joka on kiinnitetty ruuveilla eristekerroksen läpi runkoon. Sisimpien Finnfoam-kerrosten saumat ja runkoliitokset on teipattu ja levyjen välisissä saumoissa ja runkoliitoksissa on käytetty elastista PU-vaahtoa.

6 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Kuva 1. Ulkoseinä 3:n rakenneleikkaus. Suulakepuristettu XPS-lämmöneriste toimii rakenteen ilman- ja höyrynsulkuna. Saumoistaan tiivistetty rakenne voidaan olettaa riittävän ilmatiiviiksi ja kerroksen vesihöyryn diffuusiovastus vastaa käytetyn lämmöneristeen ominaisuuksia. Kosteusteknisen toimivuuden kannalta kriittiset kohdat ovat eristeiden rajapinta rungon uloimman pinnan kohdalla sekä tuuletusväli ja sen sisäpuolinen, kosteuden siirtymistä rajoittava kerros. Rakenteen tuuletus voitiin olettaa riittäväksi. Laskennallinen tarkastelu Tarkastelu tehtiin kahdelle eri leikkaukselle. Lämmöneristeeseen sisäpuolelta lähes kokonaan tunkeutuvan puurungon leikkaukselle ja eristekohdan leikkaukselle, jolla tarkasteltiin tuuletusvälin viereisten kerrosten toimintaa. Laskennassa uloimman XPS-kerroksen molempiin pintoihin oletettiin suulakepuristetulle eristeelle tyypillinen ns. pintanahkakerros. Oletuksen perusteella 210 mm paksun XPS-kerroksen molemmissa pinnoissa oli 20 mm kerros, jossa lämmöneristeen vesihöyryn diffuusiovastuskerroin oli 450, kun se muussa osassa lämmöneristettä oli 100. Siten eristekerros toimii kokonaisuutena eri tavoin kuin sen ydinosa. Sisempi 80 mm lämmöneristekerros oletettiin lämmöneristeen ydinkerrokseksi, mikä antaa suurimman kosteusvirran rakenteeseen ja on siten eniten varmuutta sisältävä oletus. Rakenteen lämpö- ja kosteuskentät ratkaistiin annetuissa kosteusrasitusoloissa. Näiden perusteella laskettiin homeen kasvuindeksit rungon ja lämmöneristeen uloimmalle rajapinnalle sekä tuuletusvälin ilmatilalle. Oletuksena oli puupohjainen herkästi homehtuva materiaali. Kuva 2 esittää homekasvun

7 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) laskennan tulokset. Homeindeksin taso alle 1 kuvaa täysin turvallista tilannetta, joten rakenteen kriittisissä osissa ei ole homeen kasvuriskiä tehdyn laskennallisen tarkastelun perusteella. Suurin hetkellinen arvo (0,5) näkyy puukoolauksen kohdalla korkeaksi oletetun alkukosteuden kuivuessa rakenteesta ensimmäisen tarkasteluvuoden aikana. Lisäksi varmistettiin XPS-lämmöneristeen erilaisten pinta- ja ydinkerrosten ominaisuuksien vuoksi mahdollinen kosteuskertymä lämmöneristeeseen kerrosten näennäiselle rajapinnalle. Tarkastelun perusteella kohdan laskennallinen homeindeksi jäi homehtumista kohtalaisen kestävä (medium resistant) -luokassa tasolle < 0,2. Kun ensimmäinen raja-arvo on tasolla 1, ei tässäkään kohdassa ole kosteusteknistä toimivuusriskiä. Kuva 2. Homeindeksin laskennalliset arvot rungon uloimmalla rajapinnalla ja tuuletusvälissä. Yläpohja 3 Yhteenveto Seinärakenteen US 3 kosteustekninen toimivuus on laskennan perusteella turvallinen. Kuva 3 esittää yläpohjarakenteen 3 leikkauksen. Rakenteessa on kauttaaltaan yhtenäinen 41 mm tuuletusrako, joka on ulkoilmaan avoin päistään. Tilaajan toimittaman tiedon mukaan XPS-lämmöneriste (Finnfoam) on yhtenäisenä 340 mm kenttänä kattopaneelien (20 mm) päällä. Tästä kaksi

8 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) alinta 30 mm kerrosta ovat täyspontattuja ja ristiin asennettuja siten, että saumat ovat eri kohdissa. Saumat on teipattu ja pontissa on tiivisteenä butyylimassa. Ylimmässä multipontatussa 280mm XPS-eristeessä (Finnfoam FK-29) on saumoissa elastista PU-vaahtoa. Kattovasat (112 mm x 164 mm) jäävät rakenteen alapuolelle näkyviin, eivätkä aiheuta kylmäsiltaa rakenteen sisään. Suulakepuristettu XPS-lämmöneristekerros toimii rakenteessa ilman- ja höyrynsulkuna ja sen saumojen tiiviys on hyvin varmistettu. Kuva 3. Yläpohja 3:n rakenneleikkaus. Laskennallinen tarkastelu Rakenteen kosteusteknisen toimivuuden kannalta kriittinen kohta on yläpohjan tuuletusväli. Tarkastelu tehtiin olettamalla tuuletusvälin ilmanvaihtokertoimeksi 25 1/h. Jos tuuletusvälin pituus on 10 m, vastaa oletus noin 0,07 m/s keskimääräistä ilman virtausnopeutta tuuletusvälissä. Tätä oletusta voidaan pitää kohtuullisena ja varmuutta sisältävänä. Tarkastelun perusteella tuuletusvälin ja huopakatteen alapuolisen vanerin laskennallinen homeindeksi jäi tasolle < 0,1 koko kolmen vuoden tarkastelujakson aikana. Homeindeksin taso alle 1 kuvaa täysin turvallista tilannetta, jossa homeella ei ole kasvun edellytyksiä tarkastellussa tilanteessa.

9 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Yhteenveto Yläpohjarakenteen YP 3 kosteustekninen toimivuus on laskennan perusteella turvallinen. Sen mahdolliset riskit liittyvät ulkoilman kosteuskuormitukseen samoin kuin vastaavissa muissa tuuletetuissa rakenteissa. Sisäilman kosteuskuormia vastaan rakenne on hyvin suojattu. Ulkoseinä 5 Kuva 4 esittää seinärakenteen 5 leikkauksen. Kuva 4. Ulkoseinä 5:n rakenneleikkaus. Rakenteen sisäosassa on diffuusiotiiviillä alumiinilaminaatilla pinnoitettu PUlämmöneriste. Tilaajan mukaan kaikki saumat on vaahdotettu elastisella saumavaahdolla ja lämmöneristelevyissä on täysponttisaumat. Levyt ovat mekaanisesti kiinnitetty ja nurkat sekä muut epäjatkuvuuskohdat on lisäksi teipattu AL-teipillä. Esitetyn perusteella PU-lämmöneristekerros toimii rakenteen yhtenäisenä höyryn- ja ilmansulkuna. Laskennallinen tarkastelu Rakenteen kosteusteknisen toimivuuden kannalta kriittinen kohta on rakenteen tuuletusväli sekä tuulensuojalevyn ja lämmöneristeen rajapinta. Tarkastelu tehtiin olettamalla tuuletusvälin ilmanvaihtokertoimeksi 40 1/h. Laskennallisen tarkastelun tulosten perusteella homeindeksi (herkän materiaalin oletuksella) sai tuuletusvälissä maksimiarvon 0,16 ja tuulensuoja ja lämmöneristeen rajapinnalla arvon 0,13 kolmen vuoden tarkastelujakson aikana. Homeindeksin taso alle 1 kuvaa täysin turvallista tilannetta, jossa homeella ei ole kasvun edellytyksiä tarkastellussa tilanteessa.

10 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Yhteenveto Ulkoseinärakenteen US 5 kosteustekninen toimivuus on laskennan perusteella turvallinen. Yläpohja 5 Kuva 5 esittää yläpohjarakenteen 5 leikkauksen. Rakenteessa on sisäkattoverhouksen yläpuolella 30 mm paksuinen diffuusiotiiviillä alumiinilaminaatilla pinnoitettu PU-lämmöneriste. Tilaajan mukaan sen kaikki saumat on vaahdotettu elastisella saumavaahdolla ja lämmöneristelevyissä on täysponttisaumat. Levyt ovat mekaanisesti kiinnitetty ja nurkat sekä muut epäjatkuvuuskohdat on lisäksi teipattu AL-teipillä. Tämä kerros toimii rakenteen ilman- ja höyrynsulkuna. Tämän päällä on koolaukest ja 470 mm paksuinen puhallusasennettu mineraalivilla (Isoverin puhallusvilla). Yläpohjan tuuletus voidaan olettaa riittäväksi. Kuva 5. Yläpohja 5:n rakenneleikkaus.

11 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Laskennallinen tarkastelu Rakenteen kosteusteknisen toimivuuden kannalta kriittinen kohta on rakenteen tuuletusväli. Tarkastelu tehtiin olettamalla tuuletusväli 50 mm korkuiseksi ja asettamalla sen ilmanvaihtokertoimeksi 25 1/h. Laskennallisen tarkastelun tulosten perusteella homeindeksi (herkän materiaalin oletuksella) sai tuuletusvälissä maksimiarvon 0,35 kolmen vuoden tarkastelujakson aikana. Homeindeksin taso alle 1 kuvaa täysin turvallista tilannetta, jossa homeella ei ole kasvun edellytyksiä tarkastellussa tilanteessa. Yhteenveto Yläpohjarakenteen YP 5 kosteustekninen toimivuus on laskennan perusteella turvallinen. Ulkoseinä 10 Kuva 6 esittää mineraalivillaeristeisen (PAROC extra -kivivilla), tuuletetun, kaksoispuurunkoisen ulkoseinärakenteen leikkauksen (ulkoseinä 10). Rakenteessa on yhtenäinen höyrynsulkumuovi, joka toimii ilmansulkuna. Kohde sijaitsee Keski-Suomessa, mutta sen tarkasteluun käytettiin kosteusteknisen toimivuuden tarkasteluun tarkoitettua Vantaan säätiedostoa. Tämä lisää tarkastelun varmuutta esimerkiksi Jyväskylän kuivempiin ja hieman kylmempiin keskimääräisiin olosuhteisiin verrattuna. Kuva 6. Ulkoseinä 10:n rakenneleikkaus.

12 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Laskennallinen tarkastelu Rakenteen kosteusteknisen toimivuuden kannalta kriittinen kohta on rakenteen tuuletusväli sekä tuulensuojalevyn ja lämmöneristeen rajapinta. Rakenteen rungon kohdalla on aina paikallinen kylmäsilta, joka pitää rungon ulkopinnan lämpimämpänä kuin lämmöneristeen ja tuulensuojalevyn rajapinnan. Siten rungon kohta on myös kuivempi kuin eristeen kohdan leikkaus. Tarkastelu tehtiin eristekohdan leikkaukselle. Tarkastelu tehtiin olettamalla tuuletusvälin (25 mm) ilmanvaihtokertoimeksi 40 1/h. Laskennallisen tarkastelun tulosten perusteella homeindeksi (herkän materiaalin oletuksella) sai tuuletusvälissä maksimiarvon 0,16 ja tuulensuojan ja lämmöneristeen rajapinnalla arvon 0,21 kolmen vuoden tarkastelujakson aikana. Homeindeksin taso alle 1 kuvaa täysin turvallista tilannetta, jossa homeella ei ole kasvun edellytyksiä tarkastellussa tilanteessa. Yhteenveto Ulkoseinärakenteen US 10 kosteustekninen toimivuus on laskennan perusteella turvallinen. Yläpohja 10 Kuva 7 esittää yläpohjarakenteen 10 leikkauksen. Rakenteen höyrynsulun saumat on teipattu ja se toimii rakenteen ilmansulkuna. Höyrynsulun yläpuolella on 100 mm mineraalivillalevy ja 600 mm puhallusvuorivillaa, mikä täyttää kattoristikon muodostamat ontelot. Tämän päällä on tuuletettu ilmaväli, noin 80 mm, jonka yläpuolella on kondenssisuojattu aluskate. Aluskatteen päällä on tuuletusrima 22x50 ja sen päällä on tiilikatteen ruoteet, joten sen yläpuolelle jää 22 mm rimoituksen ja tiiliprofiilien sekä aluskatteen painuman verran tuuletusväliä. Vesikaton materiaalina on tiili. Molemmat tuuletusvälit ovat tilaajan ilmoittaman mukaan hyvin tuuletetut. Tiilikatteen harjatiivistekaistaa ei ole ja yläpohja tuulettuu pitkänsivun räystäiltä, missä tuuletusrako on 5 cm korkuinen koko matkalla. Lisäksi molempien päätykolmioiden yläosassa on kaksi tuuletusaukkoa, joiden kunkin aukon koko on 15 cm x 15 cm. Aluskatteen läpi on ilmanvaihdon poistokanava, liesituulettimen poisto ja viemärin/radonin poistoputket. Savupiippua ei ole. Aluskate on viety ulkoseinälinjojen ulkopuolelle, mikä varmistaa sen yläpuolelle mahdollisesti tiivistyvän kosteuden poistamisen rakenteiden ulkopuolelle.

13 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Yläpohjan tuuletus voitiin olettaa aluskatteen molemmin puolin riittäväksi ja rakenne niin ilmatiiviisti toteutetuksi, ettei sisäilmasta pääse ilmavuotoja yläpohjaan päin. Kuva 7. Yläpohja 10:n rakenneleikkaus. Laskennallinen tarkastelu Rakenteen kosteusteknisen toimivuuden kannalta kriittinen kohta on rakenteen tuuletusväli aluskatteen molemmin puolin. Tarkastelussa ylempi tuuletusväli asetettiin 25 mm korkeaksi ja alempi 80 mm korkeaksi. Kummankin tuuletusvälin ilmanvaihtokertoimeksi asetettiin 25 1/h. Laskennassa tiilikatteen ulkopintaan oletettiin vettä hylkivä pinnoitus, jolloin tiilikerros ei kyllästy täysin vesisateen aikana. Lisäksi oletettiin, että katteen läpi ei pääse vettä rakenteeseen. Tarkastelussa rakennetta ulkoapäin kuormittava kosteus on peräisin tuuletusilman kosteussisällöstä. Tuuletusvälissä on puuta, joten homehtumisherkkyyttä kuvattiin luokalla herkkä (sensitive). Kuva 8 esittää homeindeksin laskennalliset arvot aluskatteen ala- ja yläpuolisessa tuuletusvälissä. Suurin homeindeksin laskennallinen arvo jäi kolmen vuoden tarkastelussa tasolle 0,66. Homeindeksin taso alle 1 kuvaa täysin turvallista tilannetta, jossa homeella ei ole kasvun edellytyksiä tarkastellussa tilanteessa.

14 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Kuva 8. Homeindeksin laskennalliset arvot aluskatteen ala- ja yläpuolisessa tuuletusvälissä. Ulkoseinä 12 Yhteenveto Yläpohjarakenteen YP 10 kosteustekninen toimivuus on laskennan perusteella turvallinen. Sen riskit ovat samoja ulkopuolen veden tunkeutumisesta aiheutuvia kuin millä tahansa vastaavasti toteutetulla yläpohjaratkaisulla. Kuva 9 esittää Pohjois-Suomessa, Iissä olevan rakennuksen tuuletetun ulkoseinärakenteen leikkauksen (ulkoseinä 12). Rakenteessa on sisäverhouslevyn (kipsilevy 13 mm) takana yhtenäinen höyrynsulkumuovi, joka toimii ilmansulkuna. Rakenteessa on 240 mm syvä Plania Plus -runkorakenne, jossa on 240 mm mineraalivillaa. Tuulensuojana on 60 mm mineraalivillatuulensuoja (RKL-A 60). Tämä rajoittuu 31 mm tuuletusväliin ja sen ulkopuolella on 75 mm harkkoverhous ja rappaus.

15 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Kuva 9. Ulkoseinä 12:n rakenneleikkaus. Laskennallinen tarkastelu Kohde sijaitsee Pohjois-Suomessa ja sen tarkastelu tehtiin käyttäen kahta eri säätiedostoa: Sodankylä v ja Jokioinen Näistä lämpimämpi ja kosteampi Jokioinen kuvaa selvästi suurempaa rakenteeseen kohdistuvaa kosteuskuormaa. Rakenteen kosteusteknisen toimivuuden kannalta kriittinen kohta on rakenteen tuuletusväli ja sen molemmin puolin olevat rakennekerrokset. Lämpöä hyvin eristävän ja kosteutta hyvin läpäisevän tuulensuojan ja lämmöneristeen rajapinta ei ole toimivuuden kannalta kriittinen. Rakenteen rungon kohdalla on aina paikallinen kylmäsilta, joka pitää rungon ulkopinnan lämpimämpänä kuin lämmöneristeen ja tuulensuojalevyn rajapinnan. Siten rungon kohta on myös kuivempi kuin eristeen kohdan leikkaus. Tarkastelu tehtiin eristekohdan leikkaukselle. Tarkastelu tehtiin olettamalla tuuletusvälin (30 mm) ilmanvaihtokertoimeksi 40 1/h. Harkon sisäpinnan oletetaan olevan kontaktissa puurungon kanssa, joten sille ja tuuletusvälille asetettiin materiaalin homehtumisen herkkyysluokaksi taso herkkä. Kuva 10 esittää Jokioisen sääoloissa lasketun tilanteen perusteella ratkaistut homeindeksin arvot harkon sisäpinnassa ja tuuletusvälin ilmatilassa. Laskennallisen homeindeksi saa molemmissa kohdin maksimiarvon noin 0,20. Lämmöneristeen ulkopinnan homeindeksi jäi tasolle 0.

16 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Sodankylän v sääoloissa lasketussa tapauksessa kaikkien kriittisten rajapintojen laskennallinen homeindeksi jäi tasolle 0,01. Homeindeksin taso alle 1 kuvaa täysin turvallista tilannetta, jossa homeella ei ole kasvun edellytyksiä tarkastellussa tilanteessa. Kuva 10. Laskennallinen homeen kasvu harkon sisäpinnan ja puun kontakipinnassa (Mo, harkko+) ja tuuletusvälissä (Mo, ilmaväli). Alapohja 13 Yhteenveto Ulkoseinärakenteen US 12 kosteustekninen toimivuus on laskennan perusteella turvallinen. Kuva 11 esittää alapohjarakenteen 13 leikkauksen. Tuuletetun, ryömintätilaisen alapohjarakenteen alimpana kerroksena on 28 mm x 98 mm kyllästettyjen kannatinlautojen päällä Tyvek Pro -tuulensuojakangas. Tämän päällä on 12 mm huokoinen kuitulevy ja sen päällä 400 mm paksuinen puukuitueristys (Ekovilla) ja kantava palkisto. Yläpinnassa on 60 mm teräsbetonilaatta ja lattiapinnoite.

17 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Tilaajan ilmoituksen mukaan rakenteessa ei ole käsittelemätöntä puuta Tyvekpinnan alapuolella ryömintätilassa. Talon alla on yhtenäinen n. 60 cm vahvuinen masuunihiekkakerros kapillaarikatkona. Betonisokkeli on eristetty 100 mm EPS- eristeellä. Talo sijaitsee kuivalla sorakankaalla. Kuva 11. Alapohja 13:n rakenneleikkaus. Laskennallinen tarkastelu Rakenteen kosteusteknisen toimivuuden kannalta kriittisiä kohtia ovat rakenteen ryömintätila, Tyvekin ja huokoisen kuitulevyn välinen rajapinta sekä huokoisen kuitulevyn ja lämmöneristeen rajapinta. Tilaaja oli toimittanut tässä kohteessa tehdyn runsaan kahden vuoden seurantajakson lämpötila- ja kosteusmittausten tulokset vuosilta Kuva 12 esittää ryömintätilassa mitattuja olosuhteita ja niitä laskennassa kuvaavia sinimuotoisia käyriä.

18 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Kuva 12. Ryömintätilan mitatut lämpötilan ja suhteellisen kosteuden tiedot runsaan kahden vuoden mittausjaksolta sekä laskennassa käytetyt, ryömintätilan olosuhteita kuvaavat sinimuotoiset käyrät. Kuva 13 esittää homeindeksin laskennalliset arvot ryömintätilassa, Tyvektuulensuojan yläpinnassa ja huokoisen kuitulevyn yläpinnassa. Tarkastelussa Tyvekin yläpinnan homeindeksi ratkaistiin käyttämällä tälle oletusta homehtumiselle herkästä materiaalista. Ryömintätilassa on vain kyllästettyä puuta, joten se kuuluu luokkaan homehtumista vastustava, samoin palonestokemikaalein suojatun lämmöneristeen ja kuitulevyn rajapinta. Laskennassa suurin homeindeksin arvo oli noin 1,3 (Tyvekin yläpinta), eikä se kasvanut vuotuisen kosteusrasituksen seurauksena. Alle tason 3 olevaa homeindeksin arvoa voidaan pitää turvallisena tasona rakenteiden ulkopinnan kerroksissa.

19 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Kuva 13. Homeindeksin laskennalliset arvot aluskatteen ala- ja yläpuolisessa tuuletusvälissä. Yläpohja 1 Yhteenveto Alapohjarakenteen AP 13 kosteustekninen toimivuus on laskennan perusteella turvallinen. Sisäilman kosteus ei pääse siirtymään rakenteeseen niin, että se vaikuttaisi rakenteen kosteustasoihin. Rakenteen riskit ovat samoja kuin millä tahansa ryömintätilan rakenteella. Suurimpia riskejä ovat maaperästä tuleva liika kosteus, mikä voi johtua puutteellisesta kapillaarikatkosta tai salaojituksen toiminnan puutteista. Samoin puutteellinen ilmanvaihto voi johtaa liian korkeisiin kosteuksiin rakenteen ryömintätilassa. Nämä riskit eivät liity suoraan alapohjan rakenneleikkaukseen, vaan koko alapohjan ratkaisuun. Alapohjasta seurantamittauksissa määritetyt kosteustasot osoittavat rakenteen turvallisesti toimivaksi myös näiltä osin. Kuva 14 esittää yläpohjarakenteen 1 leikkauksen. Rakenteessa on yhtenäinen höyrynsulku sisäverhouslevyn ja koolauksen yläpuolella. Sen yläpuolella on 100 mm mineraalivillalevy ja 600 mm puukuituista puhallusvillaa (Ekovilla). Tämän yläpuolella on 75 mm tuuletusväli, aluskate kiinnitysrimojen päällä ja ylempi tuuletusväli. Konesaumapeltikatteen alla on yhtenäinen 23 mm vahva raakaponttilaudoitus.

20 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Kuva 14. Yläpohja 1:n rakenneleikkaus. Laskennallinen tarkastelu Yläpohjan tuuletus oletettiin aluskatteen molemmin puolin riittäväksi ja rakenne niin ilmatiiviisti toteutetuksi, ettei sisäilmasta pääse ilmavuotoja yläpohjaan päin. Rakenteen kosteusteknisen toimivuuden kannalta kriittinen kohta on rakenteen tuuletusväli aluskatteen molemmin puolin. Tarkastelussa ylempi tuuletusväli asetettiin 25 mm korkeaksi ja alempi 70 mm korkeaksi. Kummankin tuuletusvälin ilmanvaihtokertoimeksi asetettiin 25 1/h. Tarkastelussa rakennetta ulkoapäin kuormittava kosteus on peräisin tuuletusilman kosteussisällöstä. Kummassakin tuuletusvälissä on puuta ja tarkastelukohtien homehtumisherkkyyttä kuvattiin luokalla herkkä (sensitive). Tuuletusväleille ratkaistut suurimmat homeindeksin arvot olivat kolmen vuoden tarkastelujakson aikana tasolla 0,3. Peltikatteen aluspuun alapinnan ja lämmöneristeen ulkopinnan laskennallinen homeindeksi jäi tason 0,2 alapuolelle. Homeindeksin taso alle 1 kuvaa täysin turvallista tilannetta, jossa homeella ei ole kasvun edellytyksiä tarkastellussa tilanteessa.

21 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Yhteenveto Yläpohjarakenteen YP 1 kosteustekninen toimivuus on laskennan perusteella turvallinen. Ulkoseinä 22 Kuva 15 esittää eristeharkkoseinää (ulkoseinä 22), jossa on normaalin harkkoeristeen lisäksi ulkopuolella 200 mm EPS-lämmöneristekerros ja ulkoverhouksena ohutrappaus. Lämmöneristeenä harkon sisä- ja ulkopuolella on IR-EPS (ThermiSol Platina). Harkkona on Lammin betonin lämpökivi EMH350. Kuva 15. Ulkoseinä 22:n rakenneleikkaus.

22 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Laskennallinen tarkastelu Tuulettamattoman rakenteen laskennallinen tarkastelu tehtiin Vantaan 2007 säätietoja käyttäen etelään suunnatulle, viistosateelle alttiille seinälle. Koska rakenteen kuivuminen alkukosteudesta (80 % RH tasapainotila kaikissa materiaalikerroksissa) on hidasta, tehtiin tarkastelu viiden vuoden jaksolle. Tarkasteluun lisättiin varmuutta kuvaamalla harkkokuoret kevytbetoniharkkoina (600 kg/m 3 ). Tarkastelun haluttiin lisävarmuutta harkkomateriaalin ja muuraussaumojen vaikutuksen takia. Tehty oletus kevytbetoniharkoista kasvattaa kosteusvirtausta rakenteen sisällä ja lisää kosteuskuormitusta ulkopinnan kriittisiin osiin raskaampaan ja tiiviimpään yhtenäiseen betonikuoreen verrattuna. Laskenta tehtiin ilman auringon säteilyä ja olettamalla vaaleaksi rapattu ulkopinta, jonka absorptiokerroin lyhytaaltoisella säteilylle on 0,40. Rakenteen kosteusteknisen toimivuuden kannalta kriittinen kohta on ulkorappauksen ja lämmöneristeen rajapinta. Tämän lisäksi varmistettiin harkon ulkokuoren ja harkkoeristeen rajapinnan toimivuus. Kuva 16 esittää rappauksen ja EPS-eristeen rajapinnan laskennallisen homeenkasvun viiden tarkasteluvuoden ajalta ilman auringon säteilyä ja auringon säteilyn osuessa vaaleaan seinäpintaan. Viiden vuoden aikana homeindeksin maksimiarvo oli noin 0,5 tilanteessa, jossa auringon säteily ei vaikuta kosteutta kuivattavasti. Auringon säteilyn osuessa pintaan oli homeindeksin maksimiarvo 0,06. Ulkopinnan lähellä olevien kerrosten homehtumisen kriittisenä arvona voidaan pitää tasoa 3, jossa voidaan paljain silmin havaita ensimmäiset homekasvun merkit. Homeindeksin taso alle 1 kuvaa täysin turvallista tilannetta, jossa homeella ei ole kasvun edellytyksiä tarkastellussa tilanteessa. Laskennallisen homeindeksin lievä kasvu toistuvissa mitoitusvuosien sääoloissa tason 1 alapuolella ei edusta todellista homehtumisriskiä. Harkon ulkokuoren ja lämmöneristeen rajapinnan homeindeksi jäi kaikissa tapauksissa tasolle 0.

23 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Kuva 16. Laskennallinen homeen kasvu rappauksen ja EPS-eristeen rajapinnassa (auringon säteilyn vaikutus / ei auringon säteilyä). Yhteenveto Ulkoseinärakenteen US 22 kosteustekninen toimivuus on laskennan perusteella turvallinen. Riskitarkastelu Yhteenveto Rakenneleikkausten laskennallinen tarkastelu kuvaa ideaalisesti toteutettujen rakenteiden toimintaa. Laskenta antaa hyvän kuvan rakenteiden toimivuudesta silloin, kun niiden toteutus on suunnitelmien mukainen, eivätkä esimerkiksi detaljien toimivuus, muut rakenneosat tai rakenteiden vaurioituminen aiheuta ylimääräisiä kosteuskuormia rakenteeseen. Tarkasteltujen rakenneleikkausten kosteustekninen toiminta on laskennallisen tarkastelun perusteella turvallista Suomen ilmastossa asuinkäyttöön tarkoitetuissa sisäilman kuormitusoloissa. Espoossa Jarmo Leskelä Asiakkuuspäällikkö Tuomo Ojanen Erikoistutkija

24 TUTKIMUSSELOSTUS NRO VTT-S (23) Lähteet 1. WUFI (Wärme und Feuchte Instationär - Transient Heat and Moisture) 5.1 Pro software, The Fraunhofer Institute for Building Physics IBP Kumaran, M.K. IEA Annex 24 Final Report. Task 3: Material Properties Leuven. 135 p 3. Viitanen, H. Factors affecting the development of mould and brown rot decay in wooden material and wooden structures. Effect of humidity, temperature and exposure time. The Swedish University of Agricultural Sciences. Uppsala, Ojanen, T.; Peuhkuri, R.; Viitanen, H.; Lähdesmäki, K.; Vinha, J.; Salminen, K. Classification of material sensitivity. New approach for mould growth modeling. 9th Nordic Symposium on Building Physics, NSB 2011, Tampere, Finland, 29 May - 2 June Proceedings pp JAKELU Tilaaja Alkuperäinen Arkisto Alkuperäinen