Puutuotteiden toiminnallinen kestävyys

Transkriptio

1 Puutuotteiden toiminnallinen kestävyys Mould 100 Relative humidity (%) Relative humidity (%) No mould risk below the limits No decay risk below the limits Temperature (C) Decay 2 weeks 4 weeks 8 weeks safe area Temperature (C) 1 month 6 months one year safe area, FT Dosentti, Aalto yliopisto PUUIDEA Helsingin puumiehet, Puumiesten liitto Original Sokos Hotel Vantaa, Tikkurila

2 Puutuotteiden toiminnallinen kestävyys: materiaalit ja rakenteet suojataan kosteudelta Tarkoittaa kaikkia niitä toimenpiteitä, joilla estetään materiaalien liiallinen ja pitkäaikainen kostuminen sallitaan materiaalien kuivuminen tilapäisen tai satunnaisen kostumisen jälkeen estetään kosteuden aiheuttamat vioittumisreaktiot Rakennusohjeisto kauttaaltaan pitää sisällään lukemattomia määräyksiä, ohjeita ja suosituksia, joilla päämäärään pyritään Tärkeimmät ovat kosteuden hallintaan liittyvät ohjeet ja määräykset

3 Suunnittelu / Kestävyys / Käyttöikä Puukerrostalojen suunnittelu: sääolojen vaikutus ja kestävyystavoite pientaloja suuremmat. Vaatimukset otettava suunnittelussa huomioon komponenttien, elementtien ja rakenteiden liittyminen sekä toimivuus kosteuskuormituksessa -> kosteusfysikaaliset tarkastelut ja malliratkaisut Säälle alttiiden rakennusosien materiaalit ja rakenteet Julkisivut / parvekkeet / terassit / kaiteet Käyttöikäsuunnittelun kriteerit: rakenteen ikä ja säilyvyys, runkorakenteen toiminnallinen kestoikätavoite 100 vuotta

4 Suunnittelu / Kestävyys / Käyttöikä Puun ja puutuotteiden toimivuus: kuormien ja rasitusten kestävyys ajan suhteen, määritellyissä käyttöoloissa ottaen huomioon tarvittavat suojaustoimet Tärkeää ottaa huomioon, mitä pitää tehdä toisin, kun pyritään 100 vuoden toiminnalliseen kestoikään käyttöluokissa 1 ja 2 (säältä suojatut rakenteet) sekä kestäviin julkisivuihin korkeissa rakennuksissa

5 Rakennusten ja rakennusosien ohjeelliset vähimmäiskestoiät (ISO ) Rakennuksen suunnitteluikä Kantavat rakenneosat tai luoksepääsemät -tömät rakenteet Rakennusosat, joiden uusiminen on kallista tai hankalaa Suurehkot vaihdettavat rakennusosat Laitteet, installaatiot ja ulkopuoliset työt Rajoittamaton Rajoittamaton

6 Esimerkkejä pitkäikäisistä puurakennuksista Suomessa Puukerrostaloista ei tällaisia tietoja ole saatavissa Rakennus / rakenne Sijainti Rakennettu Ikä (v) Puuvallilan talot Helsinki > 103 Hvitträskin Suurtupa Kirkkonummi Juuan kirkko Juva Vanha kirkko, Helsinki Helsinki Petäjäveden vanha kirkko Petäjävesi Vanhan Rauman rakennukset Karunan kirkko Rauma Osa ennen v >250 Seurasaari, Helsinki

7 Toimivuus perustuu: hyvä suunnittelu ja toteutus Materiaalien / komponttien laatu: Vaatimusten mukainen laatu Sisäympäristön vaikutus: Asuinkäyttö / tehdaskäyttö Suunnittelun taso Myös detaljit tärkeitä, ottaen huomioon ympäristön kuormat Rakentamisen toteutus Suunnitelmien mukainen toteutus, liittymät huolellisesti Käytön aikaiset vaikutukset: kuormat, käyttäjien vaikutukset Huollon taso ja toteutus Vikojen korjaus, määräaikaishuollot Ulkoympäristön vaikutus Makro-, meso- ja mikroilmasto, maasto ja muut rakennukset

8 Kesto- / käyttöiän arviointimenettely Arvioinnissa käytetään periaatteessa yksinkertaista menettelyä, jossa ennakoitu komponentin käyttöikä lasketaan kestoikästandardin ISO/DIS kaavasta missä ESLC = komponentin ennakoitu käyttöikä RSLC = vertailukäyttöikä ja A...G = eri tekijöitä huomioonottavia muuntokertoimia. Arviointimenettelyssä muuntokertoimilla otetaan tarkasteluun tekijät, jotka vaikuttavat kestoikään. Kuhunkin kertoimeen vaikuttavat parametrit otetaan suunnittelussa huomioon

9 Muuntokertoimet / osatekijät A = Materiaalien / komponttien laatu Puutavara, komponentit ja pinnoitteet D = Sisäympäristön vaikutus: Asuinkäyttö / tehdaskäyttö B = Suunnittelun taso Myös detaljit tärkeitä, ottaen huomioon ympäristön kuormat C = Rakentamisen toteutus Suunnitelmien mukainen toteutus, liittymät E = Käytön aikaiset vaikutukset: kuormat, käyttäjien vaikutukset G = Huollon taso ja toteutus Vikojen korjaus, määräaikaishuollot F = Ulkoympäristön vaikutus Makro-, meso- ja mikroilmasto, maasto ja muut rakennukset

10 Materiaalien merkitys kestävyyteen Massiivipuu (mm hirsi) on ollut perinteinen rakennusmateriaali Puun luontainen kestävyys määritellään sydänpuun mukaan, luontaista kestävyyttä tarvitaan lähinnä käyttöluokassa 3 ankarissa käyttöoloissa tarvitaan tehokkaampaa suojausta kuivissa oloissa kestävät kaikki puulajit Liimattuja puutuotteita on alettu käyttää rakennustuotteissa jo 1900 luvun alusta, puun osuus pitkäaikaiskestävyydessä tärkeä Fenoliliimaa käytetty jo lähes 100 v. vanerien valmistus aloitettiin jo aikaisemmin: kuivissa oloissa ei ole havaittu ongelmia ja sääaltistuksessa pinnoitetut koivuvanerit ovat toimineet hyvin Tutkimusten ja käytännön havaintojen mukaan liimattujen puutuotteiden kestävyys on verrannollinen massiivipuuhun Pintakäsittely on tärkeä suojauskeino säälle alttiissa julkisivupinnoissa Kyllästetty tai modifioitu puu tarpeen ankarammissa oloissa Kosteissa oloissa myös betoni ja kivipohjaiset tuotteet voivat homehtua

11 Suojausmenettely varmistaa: rakenteen materiaaleissa ei tapahdu ennenaikaista vioittumista tai vaurioitumista Rakenteellinen suojaus: materiaaliin ei kohdistu toimivuutta heikentävää tai vaurioita aiheuttavaa kosteuskuormitusta Pintakäsittely: suojattavaan materiaaliin ei kohdistu materiaalille kriittistä kosteusrasitusta. Useita pintakäsittely-yhdistelmiä käytössä Puun kemiallinen tai fysikaalinen modifiointi: itse materiaalin kestävyysominaisuuksia parannetaan. Puun kemiallinen suojaus: puun käsittely aineilla, jotka lisäävät ja varmistavat puutuotteiden käytettävyyttä ja kestävyyttä Pinnoituksen kestoikä on usein lyhyempi kuin itse materiaalin: uusintakäsittelyt tarpeen

12 Puun homeen ja lahon kestävyys vaihtelee riippuen sekä puulajista että prosesseista, mm. kuivauksesta Useimpien puulajien pintapuu homehtuu tai sinistyy ajan mittaan. Keski-Euroopassa tätä ei edes pidetä ongelmana? Männyn pintapuu herkempi kuin kuusi tai männyn sydänpuu Homeen ja sinistymän haitat näkyvät lähinnä maalatussa puussa, maalatussa pinnassa väriviat näkyvät herkemmin Yleensä kemialliset modifiointikäsittelyt (mm. asetylointi) ja kyllästeet lisäävät puun kestävyyttä hometta ja sinistymää vastaan sekä lahoa vastaan. Lämpökäsittely lisää puumateriaalin kestävyyttä kosteutta ja lahoa vastaan. Vaikutus on pienempi säälle altistuvissa pinnoissa -> väri haalistuu ajan mittaan ja pintaan tulee hometta ja sinistymää -> pintakäsittely lisää kestävyyttä

13 Lahon aste (0-4) Thermowood D ja käsittelemättömän männyn pinta- ja sydänpuun lahon kestävyys 6 vuoden kenttäkokeen jälkeen, Espoo Otaniemi, VTT:n koekenttä, ns. sovellettu double-deck (Metsä-Kortelainen & Viitanen 2015) 4 Lahon aste 6 vuoden kenttäkokeessa Maakosketus Väliosa Yläosa 0 Vertailu ThermoD Vertailu ThermoD Männyn pintapuu Männyn sydänpuu

14 Suunnittelu ja rakentaminen Materiaalien valinta ja liitynnät toisiinsa, estä kostuminen Detaljien, liitosten ja saumojen suunnittelu ja toteutus Komponenttien ja elementtien rakentaminen suojatuissa tiloissa Pidemmälle valmis, pienempi säärasitus rakennettaessa Erilaisia ratkaisuja toteutettavissa: RunkoPES, PuuERA, UrbanMultistorey, puukerrostalo Paikalla rakentaminen ja suojarakenteiden käyttö Suositeltavaa mahdollisimman nopea toteutus (vältettävä virheet) Työvaiheiden toteutus: tehdas, rakennustyömaa, ajankohta toimenpiteille logistiikka Räystäät, lipat ja suojaavat rakenteet (pellitykset, suojalistat) ja muut tekniset yksityiskohdat oltava kunnossa

15 Rakenteellisen suojauksen ja pitkäaikaiskestävyyden raja-arvot Rakenteellisen suojauksen kriittisinä arvoina voidaan käyttää esim. puun homehtumisen ja lahoamisen osalta esitettyjä kosteuden, lämpötilan ja niiden vaikutusajan kriittisiä suureita. Kosteuden osalta ei voida antaa ainoastaan yhtä arvoa, koska kosteus vaikuttaa yhdessä lämpötilan ja vaikutusajan kanssa. Puumateriaalin huokosilman kosteus ei saisi ylittää seuraavissa kuvissa esitettyjä raja-arvotiloja rakenteissa tai pinnoitteen alla. Raja-arvoihin vaikuttavat: kyllästeet, modifiointi-käsittelyt, pintakäsittelyt

16 Vettä ja ongelmia voi tulla rakennuksiin eri tavoin Rakennuksiin kohdistuu erilaisia kosteusrasituksia, joiden vaikutus rakenteiden ja materiaalien kestävyyteen vaihtelee. kosteus, lämpötila, materiaali, aika kosteusrasitus emissiot KOSTEUSVAURIO rakenteen sietokyky ylittyy HOME RH: > % Lämpö: 0-55 C Aika: vrk, vko, kk LAHO RH: > % Lämpö: 5-50 C Aika: vko, kk, v

17 Homeen ja lahon kasvuriskin mallinnus, männyn pintapuu 100 Homeelle kriittiset olosuhteet (kasvun alku viikkoina) RH (%) C 5 C 10 C 20 C Time (weeks) 100 sama laholle (kuukausina) RH (%) C 5 C 10 C 20 C Time (months) 17

18 Homeen kasvuennuste eri kosteus- ja lämpöoloissa sekä vaihtuvissa oloissa, männyn pintapuu Mould index Mould index C RH 100 % RH 97 % RH 90 % RH 80 % Time (days) 30 C RH 100 % RH 97 % RH 90 % RH 80 % Time (days) Homeen kasvu riippuu kosteuden vaikutusajasta Homeindeksi (0-6) NÄKYVÄ HOME ALKAVA KASVU Aika (vrk) Jatkuva RH 97 % 6 t / vrk RH 97 % 3 t / vrk RH 97 % 18

19 Kosteusfysikaaliset tarkastelut ja mallit Käytettävissä on erilaisia kosteusfysikaalisia tarkastelu- ja laskentamalleja: mm. WUFI, COMSOL Multiphysics. Menetelmillä voidaan simuloida eri materiaali- ja rakenneyhdistelmien toimivuutta erilaisissa kosteus- ja lämpökuormitustilanteissa Menetelmiin voidaan liittää myös mm. homeen kasvun arviointi- ja laskentamenetelmiä (mm. WUFI Bio, VTT:n homemalli) Mallit kertovat rakenteiden toimivuudesta, mutta käytännön toimivuushavainnot (rakenteiden riskit, vauriot ja vaikutus toimivuuteen) ovat olennaisen tärkeitä. Yleisin syy ongelmiin ja vaurioihin on veden vuotaminen rakenteisiin Kosteusvaikutusten Laskenta Tulosten käsittely ja arviointi Toimivuuskriteerien tarkastelu

20 Julkisivujen pitkäaikaiskestävyys Rakenteellinen suojaus tärkein lähtökohta Detaljit, saumat, kiinnitykset ja liittymät Pintakäsittely ja materiaalin valinta Pintakäsittelyssä useita eri vaihtoehtoja Pintakäsittelyn kestoikä yleensä lyhyempi kuin itse julkisivurakenteen uusintakäsittelyt tarpeen, riippuen pintakäsittely-yhdistelmästä Puu- / tiilijulkisivu Tiilijulkisivun saumat ja purseet voivat johtaa kosteutta sisempiin rakenneosiin -> tiilijulkisivun taustan kosteuskuormat Tiilijulkisivun lämpötilakäyttäytyminen erilainen kuin puujulkisivun Puujulkisivun saumat erilaisia riippuen rakenteesta ja pintakäsittelystä Rakenteen ja pintakäsittelyn yhteisvaikutus on tärkeää

21 Teknisesti hyvin toimiva julkisivu voi olla myös kaunis ja tasapainoinen. Miten sovelletaan kerrostaloihin?

22 Tulevaisuus: sääolojen muutosten merkitys puurakenteiden pitkäaikaiskestävyyteen (1) RH (%) Kosteat ja lämpimät talvet rasittavat etenkin ulkoilmaan rajoittuvia rakenteita: julkisuvut, ulkoseinän uloimmat osat, vesikatto- ja ullakkorakenteet, ulkoilmaan rajoittuvat alapohjat (ryömintätilat) Tuulen mukana tuleva viistosade lisää tuulipaineen aiheuttaman vesikuorman kohdistumista seinärakenteeseen - > saumat, liittymät ja detaljit altistuvat Julkisivun toiminnallinen suojaaminen on entistä tärkeämpää -> etenkin yksityiskohtien, liitosten, 100 saumojen ja jatkosten suunnittelu 95 on erityisesti otettava huomioon Aika (viikkoja) 1 C 5 C 10 C 20 C

23 Tulevaisuus: sääolojen muutosten merkitys puurakenteiden pitkäaikaiskestävyyteen (2) Pintakäsittely-yhdistelmä tulee liittyä rakenteen toimivuuteen -> perinteen mukaan ponttipaneeliseinä vaatii tiiviimmän pintakäsittelyn kuin hirsiseinä tai lomalaudoitus -> saaristossa hirsiseinä on totuttu perinteisesti suojaamaan julkisivulla. Tiivis rakenne ja pintakäsittely estää sateen tunkeutumisen sisempiin rakenteisiin, mutta kuivuminen hidastuu -> koko rakenteen toimivuus on mietittävä huolellisesti (esim. vanhojen rakennusten suunnittelu / uudet korkeat rakennukset) Julkisivun taustan suojaaminen kosteudelta entistä tärkeämpää -> vesi ei saa tunkeutua sisempiin rakenneosiin

24 Näin saavutetaan yli 100 vuoden toiminnallinen kestävyys - käyttöluokat 1 ja 2 (Viitanen 2014: Research Report VTT-R ) 100 Mould Käytetään kuivaa CE merkittyä puumateriaalia Relative humidity (%) No mould risk below the limits Temperature (C) 2 weeks 4 weeks 8 weeks safe area Homeen kasvu estyy Oikea liimatyyppi: vanerit, kertopuu, liimapuu, CLT tuotteet Kosteusteknisesti toimivat suunnitteluratkaisut ja detaljit vältetään rakennevirheet ja hoidetaan suojaus säätä vastaan Hyvä rakennustapa: materiaalit ja komponentit valmiiksi kuivissa oloissa - suojataan rakennukset säältä rakennusvaiheessa kuiva rakentaminen koko prosessin läpi Relative humidity (%) Decay No decay risk below the limits Temperature (C) 1 month 6 months one year safe area Lahon kehittyminen estyy Otetaan luonnonkuormien muutokset huomioon suunnittelussa Huolto-ohjeet käyttäjille ja huollon oikea-aikainen toteutus Varmistetaan oikeat materiaalin vaatimat olosuhteet koko rakennuksen käyttöajan: ilmanvaihto, suojaus kosteudelta, yllättävien kosteusongelmien kuivaus tehokkaasti ja ajallaan