Palosuojattujen puutuotteiden liiketoimintamallit Puun käytön laaja-alaistaminen- hankkeen osatutkimus Lieksan Teollisuuskylä Oy Kerantie 26 81720 Lieksa
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 2 Tiivistelmä Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia, voidaanko luoda nykyistä kannattavampia liiketoimintamalleja rakentamiseen yhdistämällä Q-treat käsittely ja TeknoSafe-palosuojamaalaus sisä- ja ulkoverhousverhouslaudoille. Aikaisempien tutkimusten mukaan palosuojatun puun käyttö kerrostalon ulkoverhouksessa on rakentajalle edullisempaa kuin betonikuorielementti tai kolmikerrosrappaus sekä kokonaiskustannuksiltaan (materiaali+rakentaminen) että elinkaarikustannuksiltaan (materiaali+rakentaminen+huolto+kierrätys). Erot olivat kuitenkin suhteellisen pieniä, koska puuverhouksen maalaus nosti sen huoltokustannuksia. Tämän tutkimuksen peruslähtökohtana oli se, että verhouslaudalle tehdään kevyt Q-treat käsittely, jonka jälkeen tuote höylätään ja ympärimaalataan kertaalleen TeknoSafe palosuojamaalilla. Näin saadaan merkittävä kustannussäästö, koska normaalisti palosuojattu lauta ympäri maalataan 3 5 kertaan riittävän suojaustason aikaansaamiseksi. Tutkimuksen alussa Savonialla toteutettujen kartiokalometritestien mukaan oli mahdollista saavuttaa B/C-luokan raja miedolla Q-treat käsittelyllä yhdistettynä kertaalleen toteutettuun TeknoSafe ympärimaalaukseen, jos levitysmäärä on vähintään 250 g/m2. Käytännössä tässä ei ihan onnistuttu: Q-treat laudan höyläys sujui ongelmitta, mutta TeknoSafe palosuojamaalin levitysmäärä jäi noin 20% tavoitteesta (keskiarvo oli 260 g/m2, mutta vaihteluväli oli 202 322 g/m2). Tulosten perusteella kaikki kolme testattua koeseinää täyttivät luokan C- s1, d0 vaatimukset SBI-testissä. Positiivinen asia oli, että pintakäsittely normaalilla maalilla ei heikentänyt palosuojaustasoa. Kaikkien koeseinien savuntuotto ja pisarointi olivat pieniä eli niiden osalta päästiin parhaisiin luokkiin s1 ja d0. Koeseinien palonkehittymisnopeutta (FIGRA) ja kokonaislämmöntuottoa (THR 600s) tulisi rajoittaa vielä noin 50% lisää, jotta B-luokan vaatimukset täyttyisivät. Teknisesti tämä on helpointa lisäämällä Q-treat käsittelyn voimakkuutta noin 50% tai molempien käsittelyiden (Q-treat ja TeknoSafe) voimakkuutta noin 25%. Tutkimuksessa käytetty Q-treat materiaali oli käsitelty vain kevyesti, joten Q-treat käsittelyn voimakkuutta voidaan nostaa vielä hyvinkin paljon. TeknoSafe ympärimaalauksen osalta levitysmäärän nosto on haastavaa, koska kustannusten säästämiseksi ympärimaalaus olisi tehtävä yhdellä käsittelykerralla suurella levitysmäärällä. Suomen uusien rakennusmääräysten mukaan paloluokan C- s1, d0 puutuotteille on vain yksi laajempi käyttökohde: suurien liikerakennusten sisäseinien ja kattojen verhoilut, silloin kun palokuorma jää alle 600 MJ/m2 (kts taulukot 1 ja 2). Tämän vuoksi on oletettavaa, että kaupallinen potentiaali on pieni paloluokan C puutuotteille Suomessa, vaikka C-paloluokan puutuotteita saa tietenkin käyttää kaikkialla siellä, missä normaalia, palosuojaamatonta puuta saa käyttää. Tätä kuitenkin rajoittaa palosuojattujen puutuotteiden korkea hintataso, joka on 3 5 kertaa korkeampi kuin vastaavan palosuojaamattoman puutuotteen. Puun käytön laaja-alaistamishankkeessa hankittiin tietoa myös Japanin markkinoista koskien palosuojattuja puutuotteita. Myös siellä vaadittu palosuojaustaso puutuotteille on korkeampi kuin nyt saavutettu C- paloluokan taso koeseinillä 1, 2 ja 3 (kts. Puun käytön laaja-alaistamishankkeen matkaraportti Japanista http://puunkaytto.lieksada.fi/aineistot). Suomen uudet palomääräykset vuodelta 2011 antavat mahdollisuuden käyttää laajasti normaaleita, palosuojaamattomia puutuotteita sekä ulko- että sisäverhouksissa kerrostaloissa, julkisissa rakennuksissa ja työpaikkarakennuksissa, jos rakennuksessa on automaattinen sammutusjärjestelmä ja/tai suojaverhous. Jos rakennuksessa tai sen osassa ei ole automaattista sammutusjärjestelmää ja/tai suojaverhousta, niin silloin
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 3 vaihtoehtona on yleensä käyttää palamatonta paloluokan A rakennusmateriaalia tai paloluokkaan B suojattua puutuotetta. Kattavaa tutkimusta tai kokemusperäistä tietoa ei ole saatavilla siitä, missä tapauksissa kannattaa käyttää paloluokkaan B suojattuja puutuotteita sen sijaan että rakentaa automaattisen sammutusjärjestelmän ja/tai suojaverhouksen ja käyttää normaaleita puutuotteita. Toisaalta markkinoilla ei ole palosuojattuja puutuoteratkaisuja, joista olisi kokemusperäistä tietoa niiden palokestävyydestä koko rakennuksen elinkaaren ajan (vertaa kestopuu terassi- ja laiturirakentamisessa). Tämän vuoksi Suomessa lähes kaikki uudet isot puurakentamiskohteet on toteutettu automaattisella sammutusjärjestelmällä ja/tai suojaverhouksella ja käyttämällä normaaleja puutuotteita. Suomen uudet rakentamismääräykset asettavat rakennussuunnittelijat haastavan tilanteeseen: esimerkiksi puurakenteiden kerrostalo tai sen osa voidaan toteuttaa käyttämällä normaaleita puutuotteita, kun rakennuksessa on automaattinen sammutusjärjestelmä ja/tai käytetään suojaverhouksia. Toisaalta kerrostalossa tai sen osassa voidaan käyttää B-luokkaan palosuojattuja puutuotteita, jolloin vältytään automaattisen sammutusjärjestelmän ja suojaverhouksien rakentamiselta. Lisähaastetta tuovat palokuormien huomioiminen myös paloluokan P2 rakennuksissa (aikaisemmin palokuormat laskettiin vain P1 luokan rakennuksissa) sekä mahdollisuus rakentaa suojaverhous muutamissa tapauksissa myös puusta. Puurakenteisen kerrostalon suunnittelu on siis paljon vaativampaa ja monimutkaisempaa (enemmän vaihtoehtoja) kuin palamattomista materiaaleista rakennettavan rakennuksen. C-luokkaan palosuojattujen puutuotteiden varaan ei voi perustaa Suomessa uutta liiketoimintaa. Toisaalta tutkimus osoittaa, että yhdistetyllä Q-treat käsittelyllä ja TeknoSafe ympärimaalauksella on mahdollista saavuttaa B-luokan palonsuojaustaso, jolle löytyy rakennusmääräysten mukaan sekä Suomesta että Japanista laajoja käyttökohteita. Tämä kuitenkin edellyttää seuraavia toimenpiteitä: Käytetään voimakkaammin käsiteltyä Q-treat materiaalia, sillä tässä tutkimuksessa käytetty materiaali ei kuvaa voimakkaammin Q-treat käsitellyn materiaalin palo-ominaisuuksia. Q-treat tuoteperheessä on useita käsittelyvaihtoehtoja ja voimakkuuksia, joista on mahdollisuus valita palosuojaukseen paremmin toimiva vaihtoehto. Maalausprosessia tulee kehittää siten, että ympärimaalaus TeknoSafe- palosuojamaalilla voidaan toteuttaa yhdellä kertaa siten, että levitysmäärä on vähintään 250 g/m 2. Verhouslaudan minimipaksuutta tulee nostaa ponttien kohdalta. Samalla tulisi minimoida palolle altis pinta-ala. Jos ratkaisu täyttää B-luokan vaatimukset, niin sille on haettava hyväksyntä kohdemaista. Lisäksi täytyy toteuttaa tutkimus Suomessa, jossa vertaillaan B-luokkaan palosuojatun puun käytön kannattavuutta kilpailevaan vaihtoehtoon eli tilanteeseen, jossa käytetään normaalia puuta rakennuksessa, johon asennetaan automaattinen sammutuslaitteisto ja/tai suojaverhous. Parhaiten tämä onnistuu rakentamalla kaksi identtistä rakennusta, joista toinen toteutetaan palosuojatuillla puutuotteilla ja toinen automaattisella sammutusjärjestelmällä ja käyttämällä normaaleja puutuotteita.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 4 Sisällysluettelo 1. Johdanto 5 2. Tutkimuksen tavoitteet 6 3.1 Palomääräykset ja materiaalien luokitus 7 3.1.1 Palosuojattujen verhouslautojen käyttökohteet uusien palomääräysten mukaan 7 3.1.2 Puupohjaisten rakennusmateriaalien luokittelu palo-ominaisuuksien mukaan 12 4. Yhdistettyyn Q-treat käsittelyyn ja TeknoSafe palosuojamaalaukseen liittyvät testaukset 14 5. Tulokset 15 5.1 Materiaalin Q-treat käsittely 15 5.2 Materiaalin höyläys 16 5.3 Kartiokalometrikokeet 17 5.4 Materiaalin palosuojamaalaus 20 5.5 SBI testit 21 6. Tulosten tarkastelu ja johtopäätökset 23 7. Jatkotoimenpiteet 25
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 5 1. Johdanto Puun Käytön laaja-alaistamishankkeen tavoitteena on kartoittaa uusia puutuoteratkaisuja ja puun modifiointiteknologioita seuraavasti: - millaisia tuotteita, mihin käyttötarkoituksiin, tärkeimmät ominaisuudet ja testaustiedon hankinta mm. palon- tai termiitinkestosta - valmistusteknologiat eli millaisilla koneilla, laitteilla ja prosesseilla tuotteita valmistetaan - sivutuoteasiat eri ratkaisuilla - Uusiin tuotteisiin ja järjestelmäkokonaisuuksiin sekä modifiointiin liittyvät kohdemarkkinoiden ja valmistusmaan vaatimat hyväksynnät, vaatimukset, määräykset ja asiakastarpeet - Kootun tiedon analysointi Lieksan Teollisuuskylä Oy:n ja yritysverkoston käyttöön eli raportti liiketoimintamallivaihtoehdoista Puutuotteiden palosuojaukseen on tullut markkinoille useita eri vaihtoehtoja, jotka perustuvat joko puun kyllästämiseen/modifiointiin (Dricon, Wolmanit Firestop) tai pintakäsittelyyn (Teknosafe, HRprof). Kyllästämällä palosuojatun puun käytön kannattavuutta muihin ratkaisuihin on aikaisemmin vertaillut Boren, Viinikainen et al. 2011. Tutkimuksen tulos oli, että kyllästämällä valmistetun palosuojatun puun käyttö kerrostalon ulkoverhouksessa on rakentajalle edullisempaa kuin betonikuorielementti tai kolmikerrosrappaus sekä kokonaiskustannuksiltaan (materiaali+rakentaminen) että elinkaarikustannuksiltaan (materiaali+rakentaminen+huolto+kierrätys). Erot olivat kuitenkin suhteellisen pieniä. Tutkimuksen perusteella palosuojatun ulkoverhouslaudan kustannuksia nosti erityisesti maalaus, joka täytyi tehdä paloa edistämättömällä maalilla ja normaalia suuremmalla levitysmäärällä palosuojakyllästyksen lisäksi. Palosuojakyllästetyn puun pintakäsittelyä tarvitaan kahdesta syystä: ulkonäön vuoksi (värivaihtoehtoja) ja palosuoja-aineen huuhtoutumisen estämiseksi. Olemassa olevien ratkaisujen hinta on korkea, koska sekä palosuojakyllästys että palosuojapintakäsittely joudutaan toteuttamaan suurilla ainemäärillä. Maalauksen hintaa nostaa vielä ympärimaalausvaatimus, koska palosuoja tarvitaan myös näkymättömällä puolella. Palosuojattuja puutuotteita on yleensä kehitetty palosuoja-ainelähtöisesti tavoitteena B-luokka lähinnä ulkoverhouslaudalle. Homeasioihin ja koko rakenteen toimivuuteen lämpö, kosteus-, homeja paloteknisesti ei juuri ole kiinnitetty huomiota palosuojattujen puutuotteiden kehityksessä.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 6 2. Tutkimuksen tavoitteet Tämän tutkimuksen tavoitteena on tutkia, voidaanko luoda nykyistä kannattavampia liiketoimintamalleja yhdistämällä kevyt Q-treat käsittely ja TeknoSafe-palosuojamaalaus sisä- ja ulkoverhousverhouslaudoille. Kannattavan liiketoiminnan edellytyksenä on - Toimiva seinärakenneratkaisu palo-, home-, kosteus- ja lämpöteknisesti, jolle on mahdollista saada hyväksyntä parantuneesta paloturvallisuudesta - Seinärakenneratkaisulla tulee olla niin laaja sovellusalue eri rakennustyypeissä, että kannattava liiketoiminta on mahdollista Oletuksena on, että yhdistetyllä Q-treat käsittelyllä ja TeknoSafe-palosuojamaalauksella on saavutettavissa seuraavia etuja - TeknoSafe palosuojamaalaus voidaan toteuttaa vain näkyvälle lappeelle/pinnoille tai kertamaalauksena pienemmällä ainemäärällä, sillä Q-treat kyllästys/käsittely antaa tuotteelle peruspalosuojan myös tuotteen näkymättömälle taustapuolelle - Sekä Q-treat käsittely että TeknoSafe palosuojamaalaus voidaan toteuttaa huomattavasti pienimmällä ainemäärillä kuin nykyisin, koska molemmat ehkäisevät puun palamista - Maalauksen avulla tuotteeseen saadaan myös värivaihtoehtoja - Q-treat käsittely antaa palosuojaa, vaikka TeknoSafe maalin tehoaineet huuhtoutuisivat tai hilseilevät pois - Q-treat käsittely ehkäisee pintarakenteen homehtumisriskiä Edellä mainittujen tekijöiden vuoksi yhdistelmäkäsittelyllä (Q-treat käsittely ja Teknosafe palosuojamaalaus) on mahdollista toteuttaa seinärakenne, joka on kokonaistaloudellisesti edullisempi ratkaisu rakenteen palosuojaukseen kuin kilpaileviin palosuoja-aineisiin perustuvat ratkaisut. Tutkimuksia ja testaustuloksia on saatavilla sekä TeknoSafe palosuojamaalauksesta että Q-treat käsittelyistä, mutta ei näiden yhdistelmistä. Tämän vuoksi liiketoimintamallin tarkastelu edellytti pienimuotoista yhdistelmätuotteen testausta.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 7 3.1 Palomääräykset ja materiaalien luokitus 3.1.1 Palosuojattujen verhouslautojen käyttökohteet uusien palomääräysten mukaan Tärkeitä määritelmiä Palokuorma Vapautuva kokonaislämpömäärä, kun tilassa oleva aine täydellisesti palaa. Siihen luetaan kantavat, runkoa jäykistävät, osastoivat ja muut rakennusosat sekä irtaimisto. Palokuorman tiheys ilmaistaan määräyksissä megajouleina huoneistoalan neliömetriä kohden (MJ/m2). Rakennustarvikkeet Rakennustarvikkeet jaetaan luokkiin sen perusteella, miten ne vaikuttavat palon syttymiseen ja sen leviämiseen sekä savun tuottoon ja palavaan pisarointiin. A1 Tarvikkeet, jotka eivät osallistu lainkaan paloon. A2 Tarvikkeet, joiden osallistuminen paloon on erittäin rajoitettu. B Tarvikkeet, joiden osallistuminen paloon on hyvin rajoitettu. C Tarvikkeet, jotka osallistuvat paloon rajoitetusti. D Tarvikkeet, joiden osallistuminen paloon on hyväksyttävissä. E Tarvikkeet, joiden käyttäytyminen palossa on hyväksyttävissä. F Tarvikkeet, joiden käyttäytymistä ei ole määri-tetty. s1 Savuntuotto on erittäin vähäistä. s2 Savuntuotto on vähäistä. s3 Savuntuotto ei täytä s1 eikä s2 vaatimuksia. d0 Palavia pisaroita tai osia ei esiinny. d1 Palavat pisarat tai osat sammuvat nopeasti. d2 Palavien pisaroiden tai osien tuotto ei täytä d0 eikä d1 vaatimuksia. Suojaverhous Pinnan muodostava verhous, joka määrätyn ajan suojaa sen takana olevan rakenteen syttymiseltä, hiiltymiseltä tai muulta vaurioitumiselta. Suojaverhousten luokat kuvataan merkinnöillä: K1 10, K2 10, K2 30, K2 60. RakMK:n osassa E1 on käytössä suojaverhousluokat K2 10 (suojausaika 10 min) sekä K2 30 (suojausaika 30 min). Suojaverhous vaaditaan P2-paloluokan rakennuksissa. Suojausverhouksissa käytettävä materiaali on määrätty Suomen palomääräyksissä ja suojaverhousmateriaalilta vaadittu paloluokka riippuu mm. rakennustyypistä, kerrosluvusta ja käyttökohteessa (sisä- vai ulkopinta). Kuvassa 1 on esitetty K2 luokan suojaverhoukselta vaadittavat ominaisuudet. (Puuinfo, TEKNINEN TIEDOTE 13.4.2012 Suojaverhoukset) Kuvassa 2 on esitetty esimerkki suojaverhouksesta. Lisää esimerkkejä löytyy Puuinfon teknisestä tiedotteesta 13.4.2012 Suojaverhoukset.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 8 Kuva 1. K2 luokan suojaverhoukselta vaadittavat ominaisuudet. (Puuinfo, TEKNINEN TIEDOTE 13.4.2012 Suojaverhoukset) Kuva 2. Esimerkki suojaverhouksesta. Lisää esimerkkejä löytyy Puuinfon teknisestä tiedotteesta 13.4.2012 Suojaverhoukset.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 9 Sisäpuoliset pinnat Taulukossa 1 on esitetty sisäpuolisten pintojen luokkavaatimukset. P2-luokan 1 2-kerroksisen rakennuksen sisäpuoliset seinä- ja kattopinnat tulee varustaa vähintään K2 10-luokan suojaverhouksella, kun suojaverhouksen takana oleva rakenne on tehty tarvikkeista, jotka eivät ole vähintään B-s1, d0-luokkaa. Vaatimus ei kuitenkaan koske vähintään R 30-luokkaisia palkkeja ja pilareita. P2-luokan 1 2-kerroksisen rakennuksen sisäpinnan suoja-verhouksen tarvikeluokkavaatimus määräytyy sisäpuolisten pintojen luokkavaatimuksen mukaan. P2-luokan 3 4-kerroksisen rakennuksen sisäpuoliset seinä- ja kattopinnat tulee varustaa vähintään A2-s1, d0-luokan tarvikkeista tehdyllä vähintään K2 10-luokan suojaverhouksella, kun rakenne on tehty tarvikkeista, jotka eivät ole vähintään A2-s1, d0-luokkaa. Ulkoseinät ja parvekkeet Taulukossa 2 on esitetty ulkoseinien ulkopintojen ja tuuletusraon pintojen luokkavaatimukset. Parvekkeissa noudatetaan ulkoseinän ulkopinnan vaatimuksia. P2-luokan rakennuksen ulkoseinän ulkopinnalle tai, mikäli ulkoseinärakenteessa on tuuletusrako, tuuletusraon sisäpinnalle asetetut suojaverhousvaatimukset, kun ulkoseinärakenne on tehty tarvikkeista, jotka eivät ole vähintään A2- s1, d0-luokkaa: P2-luokan 3 4-kerroksinen rakennus: - K2 10 -luokan suojaverhous, A2-s1, d0-luokan tarvikkeista. P2-luokan 5 8-kerroksinen rakennus: - Yleensä K2 30-luokan suojaverhous, A2-s1, d0-luokan tarvikkeista. - Mikäli julkisivu on vähintään B-s2, d0 -luokkaa, K2 10-luokan suojaverhous A2-s1, d0 -luokan tarvikkeista.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 10 Taulukko 1. Sisäpuolisten pintojen luokkavaatimukset.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 11 Taulukko 2. Ulkoseinien ulkopintojen ja tuuletusraon pintojen luokkavaatimukset.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 12 Kuten edellä mainituista rakennusten palomääräyksistä, ohjeista ja standardeista ilmenee, niin yhtä samaa rakennetta ei voi käyttää kaikissa rakennuksissa. Tämä siis siksi, että eri rakennuksissa vaaditaan seinärakenteen materiaaleilta ja eristeiltä erilaisia paloluokkavaatimuksia. Täten on valittava aluksi yksi seinärakenne, jonka soveltuvuus ja toimivuus (palo-, home-, kosteus- ja lämpötekninen toiminta) eri rakennustyyppeihin ovat niin laajat, että mahdollisuudet kannattavalle liiketoiminnalle ovat olemassa. 3.1.2 Puupohjaisten rakennusmateriaalien luokittelu palo-ominaisuuksien mukaan Taulukossa 3 on esitetty rakennusmateriaalien luokittelu palo-ominaisuuksien mukaan lukuun ottamatta lattiamateriaaleja. Normaali puu kuuluu luokaan D. Palosuojattuna puu voi kuulua luokkaan C tai D. Taulukon 3 mukaan C-luokassa maksimikokonaislämmöntuotto saa olla SBIkokeessa 15 MJ ja B-luokassa vain 7,5 MJ. Normaalin puun tehollinen lämpöarvo on noin 20 18 MJ/kg. Tämä tarkoittaa karkeasti yleistäen, että normaalia puuta tulee modifioida/palosuojata siten, että sen lämmöntuotto pienenee kolmasosaan alkuperäisestä, jos tavoitteena on paloluokka B. SFS-EN 13501-1.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 13 Taulukko 3. Rakennusmateriaalien luokittelu palo-ominaisuuksien mukaan lukuun ottamatta lattiamateriaaleja. Lyhenteet: FIGRA=Palon kehittymisnopeus,lfs=sivusuuntainen liekin leviäminen, Fs=liekin leviäminen ja THR600s= kokonaislämmöntuotto. SFS-EN 13501-1.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 14 4. Yhdistettyyn Q-treat käsittelyyn ja TeknoSafe palosuojamaalaukseen liittyvät testaukset Lähtökohtana oli, että yhdistetyssä Q-treat käsittelyssä ja TeknoSafe palosuojamaalauksessa molempien käsittelyiden ainemääriä voidaan pienentää huomattavasti verrattuna siihen, että palosuojaus toteutettaisiin pelkästään yksin toisella näistä aineista. Lisäksi on tärkeää tutkia, voidaanko tuote valmistaa nykyisillä koneilla ja laitteilla. Toteutunut testausjärjestely: 1. Raaka-aineeksi valittiin mänty 32*125 mm terveoksainen pintalauta yhteensä 102 kpl. 2. Raaka-aine lajiteltiin ja koodattiin. 3. Ennen Q-treat käsittelyä testimateriaalia tasaannutettiin sisätiloissa, jonka jälkeen lautojen päistä otetaan 100 mm pitkät koodatut koepalat kuiva-tiheyden mittausta varten (2 koepalaa per lauta). 4. Juuri ennen Q-treat käsittelyä koemateriaali punnittiin 5. Käsittelyn jälkeen materiaali punnittiin ja otettiin kaksi koepalaa noin 20 cm lautojen päästä kuiva-tiheyden mittausta varten. 6. Koemateriaalin höylättiin Lieksan Saha Oy:llä. Sydänlape höylättiin käyttölappeeksi (UYV 26*120 mm). 7. Höyläyksen jälkeen testattiin yhdistelmätuotteen palo-ominaisuuksia kartiokalometrilla, joka edullinen tapa hakea sopivinta yhdistelmää B- ja C-luokan kriteerien täyttämiseksi. Testin tarkoituksena on siis löytää yhdistelmäkäsittely, jolla saavutetaan arviolta vähintään C-luokan palo-ominaisuudet. Kartiokalometrikoetta varten katkaistiin kolmesta laudasta noin 1000 mm pitkät kappaleet, joiden pintalape on kokonaisuudessaan kyllästynyttä pintapuuta ja joissa vesilasin imeytymä on ollut koe-erän keskimääräisellä tasolla. Näistä kappaleista otettiin kustakin viisi koepalaa kartiokalometritestiin. Koepalat numeroitiin seuraavasti: laudasta 1 otettujen koepalojen numerot ovat 1.1, 1.2, 1.3, 1,4 ja 1.5 jne. Koepalat pintakäsiteltiin Teknosafella alla olevan taulukon mukaan: Koepalat Pintakäsittely 1.1, 2.1 ja 3.1 Ei pintakäsittelyä 1.2, 2.2 ja 3.2 Pintapuulappeelle + syrjät Teknosafe 100 g/m2 1.3, 2.3 ja 3.3 Pintapuulappeelle + syrjät Teknosafe 150 g/m2 1.4, 2.4 ja 3.4 Pintapuulappeelle + syrjät Teknosafe 200 g/m2 1.5, 2.5 ja 3.5 Sydänpuulappeelle + syrjät 250 g/m2 8. Koemateriaali ympäri maalattiin TeknoSafe:llä. Punnitus tehtiin ennen ja jälkeen pintakäsittelyn. 9. SBI-testaus toteutettiin Latviassa MeKAn testauslaboratoriossa. Tulosten perusteella päätettiin, että Q-treat kappaleet pintakäsitellään kertaalleen ympäri TeknoSafe palosuojamaalla. Tavoitteena oli yli 250 gramman levitysmäärä per neliö.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 15 5. Tulokset 5.1 Materiaalin Q-treat käsittely Materiaalille tehtiin Q-treat käsittely StoraEnson Uimaharjun sahalla. Kuvissa 3 ja 4 on käsiteltyä koemateriaalia. Kuva 3. Q-treat koemateriaalia. Kuva 4. Koemateriaali Q-treat käsittelyn jälkeen.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 16 5.2 Materiaalin höyläys Materiaali (32*125 mm) mänty)höylättiin Lieksan Saha Oy:llä kovametalliterillä muotoon UYV 26*120 mm. Koemateriaalia höylättiin yhteensä 5 kuutiota ja höyläys sujui ongelmitta. Kuvassa 5 näkyy koemateriaalia höyläyksen jälkeen. Kuva 5. Koemateriaalia höyläyksen jälkeen.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 17 5.3 Kartiokalometrikokeet Höyläyksen jälkeen testattiin yhdistelmätuotteen (Q-treat käsittely + Teknosafe palosuojamaalaus) palo-ominaisuuksia Savoniassa kartiokalometrikokeillalla, joka edullinen tapa esitestata materiaalien palo-ominaisuuksia. Kartiokalometrikoetta varten valittiin viisi lautaa, joista koepalat kartiokalometrikoetta varten otettiin. Nämä laudat lähetetään Savoniaan, jossa niistä otetaan kustakin viisi oksatonta koepalaa kartiokalometritestiin sekä jokaisesta laudasta yksi oksaton koepala kuivatiheyden määrittämiseksi. Koepalat numeroitiin seuraavasti: laudasta 1 otettujen koepalojen numerot ovat 1.1, 1.2, 1.3, 1,4 ja 1.5 jne. Kuvassa 6 on kuva kartiokalometritestistä ja koepalasta. Taulukossa 4 on esitetty yhteenveto kartiokalometrikokeiden tuloksista. Kuvassa 7 on esitetty syttymisajat ja kuvassa 8 lämmövapautuminen eri käsittelyryhmillä. Kuva 6. Kartiokalometrilaitteisto ja testipala.
Taulukko 4. Yhteenveto kartiokalometrikokeiden tuloksista. Ominaisuus Sydänlape 239 290 g/m2 Teknosafe + Tiheyden muutos 10 40 kg/m3 Pinta 195 224 g/m2 Teknosafe + Tiheyden muutos 10 40 kg/m3 Pinta 141 155 g/m2 Teknosafe + Tiheyden muutos 10 40 kg/m3 Pinta 103 131 g/m2 Teknosafe + Tiheyden muutos 5 40 kg/m3 Pinta 0 g/m2 Teknosafe + vesilasi 10 40 kg/m3 Normaali mänty Teknosafe levitysmäärä g/m2 g/m2 260,75 205 146 113,4 0 0 Irradiance level from cone kw/m 2 50 50 50 50 50 50 Specimen mass g 114,8699989 121,5749969 129,5366669 120,7519989 121,4599991 124,8600006 Time to ignition s 27,375 28,953125 28,54166667 14,7625 13,046875 13,4375 Mass remaining after test g 71,2375 69,7675 77,56666667 62,494 59,48 58,84 Total mass loss (g) g 43,6325 51,8075 51,97 58,258 61,98 66,02 Total heat released MJ/m 2 68,425 68,775 73,5 82,28 88,95 104 Maximum heat release rate kw/m2 127,75 117,1 144 162,18 204,475 223,7 Av. heat release rate 60 s after ignition kw/m 2 85,125 85,7 105,1666667 114,74 146,15 163,8 Av. heat release rate 180 s after ignition kw/m 2 76,725 76,65 88,9 100,5 120,375 138,7 Av. heat release rate 300 s after ignition kw/m 2 74,625 76,35 84,7 95,8 111,775 126,9 Total heat released 300 s after ignition MJ/m 2 20,56975222 20,70837641 23,51747894 27,50978241 32,33812141 36,73848343 Max heat release rate, 30s sliding average kw/m 2 68,43367672 68,78436661 73,49597677 82,28697205 88,95952988 104,0260544 Effective net heat of combustion MJ/kg 12,4075 12,2975 12,77666667 12,77 12,985 14,22 Total smoke production m 2 0,9439025 1,0582825 1,173346667 1,515138 1,4977725 0,59418 Average smoke production m2/s 0,001048249 0,00117019 0,001290628 0,001671891 0,0016585 0,000655828 Average specific smoke production m 2 /kg 22,345 20,9025 23,42 26,602 24,7025 9,53 Total CO-production g 0,0160975 0,01201 0,011016667 0,008076 0,007435 0,00335 Total CO2 produced per mass unit burnt g/g 0,8649825 0,8758725 0,884486667 0,899016 0,9060075 0,98108
Kuva 7. Syttymisajat eri käsittelyryhmillä. Kuva 8. Lämmönvapautuminen eri käsittelyryhmillä.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 20 5.4 Materiaalin palosuojamaalaus Koemateriaalin palosuojamaalaus TeknoSafella tehtiin automaattisella maalauslinjastolla, jonka jälkeen maalin annettiin kuivua 48 h ennen lajittelua ja katkontaa SBI-testeihin. Kuva 9. Maalaus tehtiin automaattisella maalauslinjastolla. Kuva 10. Maalauksen jälkeen koemateriaali kuivattiin orsilla huoneenlämpötilassa vähintään 24 h. Kuva 11. Katkottu ja lajiteltu SBI-koemateriaali vasemmalla ja oikealle kuva, jossa näkyy tummemman ruskealla Q-treat käsitelty osuus koemateriaalin poikkileikkauksesta.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 21 5.5 SBI testit SBI-kokeen tulos on sovellettavissa seinärakenteelle, joka on samanlainen kuin testissä tai rakenteelle, jossa on käytetty testimateriaaleja paremmin paloa kestäviä materiaaleja. Tämän vuoksi SBI-kokeissa päätettiin testata seuraavaa seinärakennetta: o Q-treat käsitelty ulkoverhouslauta UYV 26*120 mm, joka pintakäsiteltiin ympäri Teknosafe palosuojamaalilla min levitysmäärä 200 g/m2. o Tuuletusrimat 40*40 mm. o Tuulensuojalevynä käytettiin kipsilevyä. Kuva 12. SBI-testiseinän rakenne. SBI koetta varten tehtiin kolme koeseinää, joiden tiedot on esitetty taulukossa 5. Taulukossa 5 on myös esitetty yhteenveto SBI-kokeiden tuloksista. SBI-kokeet toteutettiin MeKAn testauslaboratoriossa, Latviassa. Kuvassa 13 on esitetty koeseinä 1 palotestin alussa ja lopussa.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 22 Taulukko 5. Koeseinien tiedot sekä tulokset SBI-kokeesta. Koesarja Koeseinä 1 Koeseinä 2 Koeseinä 3 Tiheyden muutos Q-treat käsittelyssä vähintään (kg/m3) 50 44 35 TeknoSafe levitysmäärä vähintään (g/m2) 206 202 232 Pintamaalin levitysmäärä (g/m2) 0 47 0 Syttymisaika (min) 5:50 5:50 5:45 FIGRA=Palon kehittymisnopeus (W/s) B<120 W/s ja C<250 W/s LFS=sivusuuntainen liekin leviäminen 176 206 202 Ei sivusuuntaista leviämistä Ei sivusuuntaista leviämistä Ei sivusuuntaista leviämistä THR 600s= kokonaislämmöntuotto (MJ) 11,3 11,7 13 B<7,5 MJ ja C<15 MJ Arvio savuntuotto (s1, s2 tai s3) S1 S1 S1 Arvio palavat pisarat (d0, d1 tai d2) d0 d0 d0 Arvio paloluokasta (B, C tai D) C C C Kuva 13. Koeseinä 1 palotestin alussa (vasemmalla) ja lopussa (oikealla).
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 23 6. Tulosten tarkastelu ja johtopäätökset Tämän tutkimuksen peruslähtökohtana oli se, että verhouslaudalle tehdään kevyt Q-treat käsittely, jonka jälkeen tuote höylätään ja ympäri maalataan kertaalleen TeknoSafe palosuojamaalilla. Näin saadaan merkittävä kustannussäästö, koska normaalisti palosuojattu lauta ympärimaalataan 3 5 kertaan riittävän suojaustason aikaansaamiseksi. Toisaalta pelkästään Q-treat käsiteltyä verhouslautaa käytetään harvoin pintakäsittelemättömänä. Ennen SBI-testejä Savonialla toteutettujen kartiokalometritestien mukaan oli mahdollista saavuttaa B/C-luokan raja miedolla Q- treat käsittelyllä yhdistettynä kertaalleen toteutettuun TeknoSafe ympärimaalaukseen, jos levitysmäärä on vähintään 250 g/m2. Käytännössä tässä ei ihan onnistuttu: Q-treat laudan höyläys sujui ongelmitta, mutta TeknoSafe palosuojamaalin levitysmäärä jäi noin 20% tavoitteesta (keskiarvo oli 260 g/m2, mutta vaihteluväli oli 202 322 g/m2) Tulosten perusteella kaikki kolme testattua koeseinää täyttivät luokan C- s1, d0 vaatimukset. Positiivinen asia on, että myös koeseinä 2 täytti C-s1, d0 luokan, vaikka se oli pintakäsitelty normaalilla maalilla yhdistetyn Q-treat ja TeknoSafe- palosuojamaalauksen jälkeen. Kaikkien koeseinien savuntuotto ja pisarointi olivat pieniä eli niiden osalta päästiin parhaisiin luokkiin s1 ja d0. Koeseinien palonkehittymisnopeutta (FIGRA) ja kokonaislämmöntuottoa (THR600s) tulisi rajoittaa vielä noin 50% lisää, jotta B-luokan vaatimukset täyttyisivät. Teknisesti tämä on helpointa lisäämällä Q-treat käsittelyn voimakkuutta noin 50% tai molempien käsittelyiden (Q-treat ja TeknoSafe) voimakkuutta noin 25%. Tutkimuksessa käytetty Q-treat materiaali oli käsitelty vain kevyesti, joten Q-treat käsittelyn voimakkuutta voidaan nostaa vielä hyvinkin paljon. TeknoSafe ympärimaalauksen osalta levitysmäärän on haastavaa, koska kustannusten säästämiseksi ympärimaalaus olisi tehtävä yhdellä käsittelykerralla suurella levitysmäärällä. Testituloksiin vaikuttaa myös ulkoverhouslaudan paksuus, profiili ja asennussuunta (pysty tai vaaka). Testissä ulkoverhouslaudan asennussuunnaksi valittiin vaaka-asennus, joka antaa yleensä huonommat tulokset kuin pystysuunta. Kuvan 13 perusteella palaminen oli suurinta vaakaponttien kohdalla. Ponttien liitoskohdissa materiaali on ohuinta ja palamispinta-alaa on eniten. On mahdollista, että perinteisellä suorakaiteen muotoisella verhouslaudalla ja pystyasennuksella olisi saatu hieman paremmat tulokset, sillä tällöin palopinta-ala olisi ollut pienempi. Suomen uusien rakennusmääräysten mukaan paloluokan C- s1, d0 puutuotteille on vain yksi laajempi käyttökohde: suurien liikerakennusten sisäseinien ja kattojen verhoilut, silloin kun palokuorma jää alle 600 MJ/m2 (kts taulukot 1 ja 2). Tämän vuoksi on oletettavaa, että kaupallinen potentiaali on pieni paloluokan C puutuotteille Suomessa, vaikka C-paloluokan puutuotteita saa tietenkin käyttää kaikkialla siellä, missä normaalia, palosuojaamatonta puuta saa käyttää. Tätä kuitenkin rajoittaa palosuojattujen puutuotteiden korkea hintataso, joka on 3 5 kertaa korkeampi kuin vastaavan palosuojaamattoman puutuotteen. Puun käytön laaja-alaistamishankkeessa hankittiin tietoa myös Japanin markkinoista koskien palosuojattuja puutuotteita. Myös siellä vaadittu palosuojaustaso puutuotteille on korkeampi kuin nyt saavutettu C-paloluokan taso
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 24 koeseinillä 1, 2 ja 3 (kts. Puun käytön laaja-alaistamishankkeen matkaraportti Japanista http://puunkaytto.lieksada.fi/aineistot). Suomen uudet palomääräykset vuodelta 2011 antavat mahdollisuuden käyttää laajasti normaaleita, palosuojaamattomia puutuotteita sekä ulko- että sisäverhouksissa kerrostaloissa, julkisissa rakennuksissa ja työpaikkarakennuksissa, jos rakennuksessa on automaattinen sammutusjärjestelmä ja/tai suojaverhous. Jos rakennuksessa tai sen osassa ei ole automaattista sammutusjärjestelmää ja/tai suojaverhousta, niin silloin vaihtoehtona on yleensä käyttää palamatonta paloluokan A rakennusmateriaalia tai paloluokkaan B suojattua puutuotetta. Kattavaa tutkimusta tai kokemusperäistä tietoa ei ole saatavilla siitä, missä tapauksissa kannattaa käyttää paloluokkaan B suojattuja puutuotteita sen sijaan että rakentaa automaattisen sammutusjärjestelmän ja/tai suojaverhouksen ja käyttää normaaleita puutuotteita. Toisaalta markkinoilla ei ole palosuojattuja puutuoteratkaisuja, joista olisi kokemusperäistä tietoa niiden palokestävyydestä koko rakennuksen elinkaaren ajan (vertaa kestopuu terassi- ja laiturirakentamisessa). Tämän vuoksi Suomessa lähes kaikki uudet isot puurakentamiskohteet on toteutettu automaattisella sammutusjärjestelmällä ja/tai suojaverhouksella ja käyttämällä normaaleja puutuotteita. On ilmeistä, että C-luokkaan palosuojattujen puutuotteiden varaan ei voi perustaa uutta liiketoimintaa. Toisaalta tutkimus osoittaa, että yhdistetyllä Q-treat käsittelyllä ja TeknoSafe ympärimaalauksella on mahdollista saavuttaa B-luokan palonsuojaustaso, jolle löytyy rakennusmääräysten mukaan sekä Suomesta että Japanista laajoja käyttökohteita. Tästä ei voida kuitenkaan laatia liiketoimintamallia tämän tutkimuksen puitteissa, koska se edellyttäisi tarkkoja vertailulaskelmia kilpailevaan vaihtoehtoon eli rakentamiskustannuksia täytyy verrata vaihtoehtoon, jossa käytetään normaalia puuta rakennuksessa, johon asennetaan automaattinen sammutuslaitteisto ja/tai suojaverhous. Lisäksi täytyy testata, millaisella käsittelyvoimakkuuksilla ja prosesseilla saadaan valmistettua B-luokan tuote yhdistämällä Q-treat käsittely ja ympärimaalaus kertaalleen TeknoSafe palosuojamaalilla. Suomen uudet rakentamismääräykset asettavat rakennussuunnittelijat haastavan tilanteeseen: esimerkiksi puurakenteiden kerrostalo tai sen osa voidaan toteuttaa käyttämällä normaaleita puutuotteita, kun rakennuksessa on automaattinen sammutusjärjestelmä ja/tai käytetään suojaverhouksia. Toisaalta kerrostalossa tai sen osassa voidaan käyttää B-luokkaan palosuojattuja puutuotteita, jolloin vältytään automaattisen sammutusjärjestelmän ja suojaverhouksien rakentamiselta. Lisähaastetta tuovat palokuormien huomioiminen myös paloluokan P2 rakennuksissa (aikaisemmin palokuormat laskettiin vain P1 luokan rakennuksissa) sekä mahdollisuus rakentaa suojaverhous muutamissa tapauksissa myös puusta. Puurakenteisen kerrostalon suunnittelu on siis paljon vaativampaa ja monimutkaisempaa (enemmän vaihtoehtoja) kuin palamattomista materiaaleista rakennettavan kerrostalon. http://yle.fi/uutiset/rakennusliikkeet_empivat_puurakentamisessa_joensuussa/7237946