Rakennusosien rakennusfysikaalinen oimina Ralf Lindber Professori, Tampereen eknillinen yliopiso ralf.lindber@u.fi Rakenneosien rakennusfysikaalisen oiminnan ymmärämiseksi on välämäönä piirää kolme eri käyrää rakeneen yli. Nämä käyrä ova lämpöilakäyrä, vesihöyryn kylläsyspioisuuskäyrä sekä vesihöyryn pioisuuskäyrä. Näiden käyrien peruseella voidaan arvioida lämpöenerian sekä koseuden siirymisen suunia ja suuruusluokkia. Koska laskelmien reunaehoina oleva lämpöila ja koseuspioisuude rakeneen eri puolilla vaiheleva jakuvasi, arkkojen laskelmien ekeminen on mahdoona. Tieokoneohjelmilla voidaan laskea ällaisa rakeneen dynaamisa käyäyymisä paljon arkemmin kuin käsinlaskenameneelmillä. Kuienkin ohjelmisojen käyössäkin on suurin onelma löyää luonnon aseama laskennan reunaehdo mahdollisimman hyvin ilannea kuvaaviksi. Tämän arikkelin avoieena on esiää yksinkeraise laskenamalli kolmen rakennusfysikaalisen oiminnan perusana olevan käyrän piirämiseksi. Tässä yheydessä ehdään lukuisia yksinkeraisuksia, joa laskelma ulisiva helpommin ymmärreäviksi. Yksinkeraisukse vievä uloksia enisä kauemmaksi odellisuudesa. Yksinkeraisen laskelmien ekeminen on kuienkin peruselua, koska näiden peruseella voidaan verraa eri apauksia oisiinsa, kun ne on laskeu samoilla reunaehdoilla ja paramereilla. Tarkka mallinaminenkin voi anaa äysin vääriä uloksia, jos ohjelmison käyäjä ei ymmärrä olosuhdereunaehoja ai ohjelman käyämiä maeriaaliominaisuuksia. Rakeneiden lämpö- ja koseusekninen oimina Lämpöilajakauma Rakenneosan eri puolilla on arkaselavissa ilaneissa usein eri lämpöila. Ensimmäinen ehävä on selviää, mien lämpöila muuuu rakeneen sisällä. Tämä käyrä kannaaa piirää yypillisissä arkaseluajankohdan olosuheissa nk. saionääriilassa eli sellaisissa muuumaomissa olosuheissa, joissa lämpöilavaiheluja ei oea huomioon. Tyypillise olosuhee kannaaa valia sellaisiksi, joka voiva esiinyä pidemmän aikaa luonnossa. Tyypillinen ulkolämpöila alvella eeläisessä Suomessa voisi olla 10, koska ällainen keskimääräinen lämpöila saaaa esiinyä useiden viikkojen ajan. Vasaavasi kesän lämpöilaksi voi ulkona oaksua arvon +0. Lämmönjohavuus λ on maeriaaliominaisuus, jonka avulla voidaan määriää rakenneominaisuus lämmönvasus R. Lämpöilaero rakeneen eri pinojen välillä asoiuu lämmönvasusen suheissa. Lisäksi iedämme, eä rakeneen pinalämpöila poikkeaa pinnasa kauempana olevan ilman lämpöilasa. Tämä oeaan huomioon eriyisellä pinavasuksella. Lämmönjohavuus : λ:n yksikkö on [ λ] =1 mc Lämmönjohavuus keroo yhden merin paksuisen ja yhden neliön kokoisen maeriaalikerroksen läpi kulkevan lämpöehon, kun lämpöilaero pinojen välillä on yksi ase. Taulukossa 1 on esiey eräiden maeriaalien lämmönjohavuuksia hyvin karkealla arkkuudella. Tarkempia arvoja arviaan määrieäessä lämmönläpäisykerroina eli nk. U-arvoa. Lämpöilakäyrää määrieäessä voidaan ulosen liikaa kärsimää käyää aulukon 1 arvoja. Muun muassa rakenamismääräyskokoelmassa on paljon laajempi aineiso eri maeriaalien lämmönjohavuuksia. Maeriaalin käyökoheella on myös merkiysä käyeävän lämmönjohavuuden arvoon. Taulukosa havaiaan, eä erisee ja muu avanomaise rakennusmaeriaali poikkeava oisisaan melko paljon. Toinen havaino on, eä yksiäisen maeriaalin lämmönjohavuuden vaiheluväli on melko pieni, ainakin verraaessa siä myöhemmin maeriaalien vesihöyrynvasuksien vaiheluväliin. 5
Rakennusosien rakennusfysikaalinen oimina Taulukko 1. Maeriaalien lämmönjohavuuksia. Maeriaali Puupohjaise erisee sahanpuru puukuiulevy puukuiuerise puu 0,08 0,1 0,05 0,13 0,05 0,1 Laskenaan sopiva arvo 0,1 0,09 0,05 0,1 Mineraalivilla 0,0 0,05 0,05 Muovipohjaise erisee polysyreeni polyureaani Muu erisee kevysora siporex vaaholasi, solulasi Muu maeriaali beoni kivi lasi eräs λ mc 0,01 0,03 0,08 0,1 0.09 0,15 0,05 1,7 3,5,0 50 0,0 0,03 0,1 0,1 0,05 1,7 3,5,0 50 Taulukko. Rakennekerrosen lämmönvasuksia. Maeriaalikerros Mineraalivilla Puukuiuerise Polysyreeni Polyureaani Kevysora Siporex Puu Beoni Teräs Kipsilevy Huokoinen puukuiulevy Sisäpina Ulkopina Sisäpina maanvaraisessa laaassa Paksuus d mm 00 00 00 300 300 00 1 13 1 Lämmönvasus R m C,0,0,5 3,5 3,0 3,0 1,5 0,06 0 0,06 0, 0,13 0,07 0,3 6 Lämmönvasus R R:n yksikkö on [R]=1 m C Kun rakeneessa olevan maeriaalikerroksen paksuus jaeaan lämmönjohavuudella, saadaan ulokseksi lämmönvasus, joka kuvaa hyvin rakeneen lämpöilakäyäyymisä. Lämmönvasuksen yksikkö on osikon mukainen. On huomaava, eä rakeneen paksuus on sijoieava kaavaan yksikössä meriä. R = d λ jossa R on lämmönvasus m C d on maeriaalikerroksen paksuus m λ on maeriaalin lämmönjohavuus mc (1) Rakennekerroksen, jossa on useampaa maeriaalia, lämmönvasuksen voi laskea mm. rakenamismääräyskokoelmassa esieyllä avalla. Taulukkoon on laskeu eräiden maeriaalikerrosen lämmönvasukse. Laskennassa on käyey aulukon 1 laskenaan soveluvia arvoja. Taulukossa on ieyä rakennekerroksen paksuua vasaava lämmönvasus. Jos maeriaalikerroksen paksuus poikkeaa aulukon arvosa, muuuu lämmönvasuskin paksuuksien suheissa. Esimerkiksi puukerroksen paksuuden ollessa mm sen lämmönvasus on /00 x 1,5 = 0,75. Taulukosa havaiaan, eä avanomaisilla erisyspaksuuksilla eriseiden lämmönvasukse ova suuria ja vasaavasi muiden maeriaalikerrosen pieniä. Esimerkiksi 1 mm paksun eräslevyn lämmönvasus on nolla, mikä merkisee, eä lämpöila ei muuu eräslevyn paksuuden makalla. Taulukkoon on myös merkiy kokemusperäise pinavasusen arvo. Arvo 0,13 ja 0,07 soveluva käyeäviksi ulkoseinissä ja arvo 0,3 maanvaraiseen laaan sisäpinnassa. Lämmönläpäisykerroin eli U-arvo on koko rakeneen eri kerrosen lämmönvasusen summan kääneisluku. Seinän U-arvon ulee olla luokkaa 05,. Sen kääneisarvo eli arviava lämmönvasus on luokkaa,0. Täsä voi- m C daan pääellä, eä suomalaisissa ulkoseinissä arviaan myös paljon eriseä, pelkä pinavasukse eivä riiä. Lämpöilakäyrää piirreäessä voidaan usein pinavasusen vaikuus jäää merkiykseömänä pois. Lopuksi arviaan rakeneen eri puolilla vaikuavien lämpöilojen ero. Tämä lämpöilaero
Taulukko 3. Sandwich-elemenin lämpöilajakauma. Maeriaalikerros Paksuus mm Lämmönvasus R m C Rakennusosien rakennusfysikaalinen oimina Lämmönvasuksen kerymän suheellinen osuus Sisäilma 0 +0 Sisäpina 0,13 +19 Beoni 80 0,05 6 +18 Erise 10,80 96-9 Beoni, ulkopina 70 0,0 98-9 Ulkoilma 0,07-10 Yheensä 3,09 Lämpöila Kuva 1. Sandwich-elemenin lämpöilajakauma yypillisenä alvikauena. asoiuu eri maeriaalikerrosen lämmönvasusen suheissa. Luonnonlaki on, eä lämpöeneria kulkee alemman lämpöilan suunaan. Olosuheiden jakuva vaihelu voi joissakin olosuheissa aiheuaa, eä sisällä ja ulkopinnassa on korkeampi lämpöila kuin rakeneen sisäosissa. Tällöin lämpöeneria voi varasoiua rakeneen sisään sekä sisälä eä ulkoa päin. Seuraavassa on laskeu ja piirrey avalliseen sandwich-elemeniin lämpöilakäyrä. Laskelma on esiey aulukossa 3. Tuuleusurien ja ansaiden vaikuusa ei ole oeu huomioon. Taulukon ensimmäisessä sarakkeessa on esiey eri maeriaalikerrosen rajapinna, joissa voi olla erilaise lämpöila. Kolmannessa sarakkeessa on esiey eri maeriaalikerrosen lämmönvasukse. Ne on laskeu käyäen hyväksi aulukon ieoja. Seuraavassa sarakkeessa on esiey lämmönvasuksen keryminen sisälä ulospäin suheellisena osuuena. Esimerkiksi eriseen ulkopinaan mennessä on sisälä päin keryny lämmönvasusa,98/3,09 0,96 eli 96. Viimeisessä sarakkeessa on esiey lämpöila rajapinnoissa. Ne saadaan suoraan lämpöilaerosa lämmönvasusen suheissa. Esimerkiksi eriseen ulkopinnan lämpöila on 0 0,96 x 30 9. Eri kerrosen lämpöila voidaan esiää myös maemaaisina kaavoina, mua edellä oleva esiys on myös käyökelpoinen. Laskennan arkkuus on hyvin karkea. Tässä arikkelissa käsielyihin apauksiin arkkuus on kuienkin riiävä. Kuvassa 1 on piirrey lämpöilakäyrä kun pinavasukse on oeu huomioon. Kuvasa havaiaan, eä lämpöila laskee enien eriseen alueella. Pinavasusen ja beonikerrosen merkiys on vähäinen. Kylläsyspioisuuskäyrä Toinen arviava jakauma on kylläsyspioisuuskäyrä. Kylläsysilalla ai kylläsyspioisuudella arkoieaan, eä ilmassa on niin paljon vesihöyryä kuin siihen iivisymää mahuu. Kylläsysila ilmoieaan usein merkinnällä RH = (RH on Relaive Humidiy). Taulukossa on esiey normaalisi käyössä olevalla lämpöila-alueella kylläsyspioisuuden arvo eri lämpöiloissa. Kylläsyspioisuus voidaan ilmoiaa yksiköissä ai vesihöyryn kylläsysilaa vasaavana osapaineena (Pa). Tässä arikkelissa käyeään pioisuueen perusuvia yksiköiä, koska ne ova usein ymmärreävämpiä. Taulukon ulos on esiey myös kuvassa. Rakeneiden käyäyymisen kannala on ärkeää, eä kylläsyspioisuus riippuu lämpöilasa sien, eä kylmään ilmaan mahuu vähemmän vesihöyryä kuin lämpimään. 7
Rakennusosien rakennusfysikaalinen oimina Taulukko. Vesihöyryn kylläsyspioisuus k ja kylläsysilan osapaine p k. -0-19 -18-17 -16-15 -1-13 -1-11 -10-9 -8-7 -6-5 - ν k p k Pa ν k p k Pa ν k p k Pa 0,87 0,95 1,0 1,1 1,5 1,38 1,5 1,67 1,83,01,0,0,61,8 3,08 3,33 3,60 10 111 1 135 19 16 181 00 1 66 9 319 38 379 1 7-3 - -1 0 1 3 5 6 7 8 9 10 11 1 13 3,89,19,51,85 5,1 5,58 5,98 6,0 6,8 7,31 7,80 8,3 8,87 9,5 10,06 10,71 11,38 85 5 566 611 658 708 76 818 878 91 8 1079 115 13 1318 108 150 1 15 16 17 18 19 0 1 3 5 6 7 8 9 30 1,10 1,86 13,65 1,9 15,37 16,30 17,8 18,31 19,0 0,5 1,7 3,00,3 5,71 7,17 8,70 30,31 160 1708 180 1939 06 197 337 8 60 805 979 316 3355 3559 3773 3999 37 Ilmaan ei voida laiaa kylläsyspioisuua suurempia vesihöyrymääriä. Kuviellaan esimerkkiilanne, jossa olisi käyeävissä 1 m 3 kuivaa ilmaa asiassa. Olkoon ilman lämpöila 10. Kaadeaan asiaan 5 veä. Loppuulos on, eä ilmassa on kylläsyspioisuus (, ) vesihöyryä ja loppu vesi on jäänä. Suheellisella koseudella arkoieaan, eä ilmassa on vesihöyryä kylläsysilaa vähemmän. Jos ilmassa on esimerkiksi puole kylläsyspioisuudesa, on suheellinen koseus (RH) 50. Suheellinen koseus voi vaihdella välillä 0.... Suheellisella koseudella on rakennusekniikassa suuri merkiys sekä rakennusen eä rakennusmaeriaalien lämpö- ja koseuseknisessä käyäyymisessä. Rakennusmaeriaalien vesipioisuus riippuu pääasiassa huokosilman suheellisesa koseudesa nk. hyroskooppisella alueella. Miä suurempi on suheellinen koseus, siä enemmän on maeriaaliin siouuneena veä. Moniin puupohjaisiin maeriaaleihin voi siouua huomaavia vesimääriä. Vasaavasi oisiin, esimerkiksi mineraalivilloihin, vain vähäisiä. Tähän maeriaalien koseuskäyäyymiseen palaaan seuraavan vuoden kalenerissa. Rakeneiden lämpö- ja koseuseknisen oiminnan lähökohana on usein ulkoilman vesihöyrynpioisuus, koska ulkoilmaa oeaan rakennuksiin ilmanvaihdolla. Lämpöilakäyrän peruseella voidaan määriää kunkin rakeneen osan kylläsyspioisuus. Näin saadaan rakeneen kylläsyspioisuusjakauuma. On huomaava, eä lämpöilan muuuessa jossain maeriaalikerroksessa suoraviivaisesi kylläsyspioisuus muuuu epälineaarisesi. Myöhemmin esieävissä laskelmissa ja kuvissa on kuienkin oaksuu lineaarinen yheys yksiäisessä maeriaalissa lämpöilan ja kylläsyspioisuuden välille. Virhe on käyännön apauksissa pieni. Jakaumaa piirreäessä on hyvä myös piirää kuviolle orio. Se on ässä apauksessa vesihöyryn pioisuus 0. 8 Kuva. Vesihöyryn kylläsyspioisuus lämpöilan funkiona. Vesihöyrynpioisuuskäyrä Lämpöilakäyäyymisessä on rakeneen eri puolilla lämpöilaero, joka asoiuu lämmönvasusen suheissa. Samoin voi rakeneen eri puolilla ilmassa (ai huokosilmassa) olla vesihöyrynpioisuusero. Se asoiuu analoisesi vesihöyryn vasusen suheissa.
Taulukko 5. Maeriaalikerrosen vesihöyryn vasuksia Z. Rakennusosien rakennusfysikaalinen oimina Maeriaalikerros Paksuus mm Z ν 10 3 s/m Laskenaan sopiva arvo Polyeeenikalvo Ilma 0, > 000 3500 Beoni Puu Siporex 30 0 30 500 10 50 150 00 30 Mineraalivilla Polysyreeni Polyureaani 1 70 110 600 7500 8 1300 Kipsilevy Huokoinen kuiulevy Kovalevy Vaneri 13 1 3, 13 1,6,5,5 3,5,5 3,5 15 80 3 3 50 Maali 5 10 Linoleum mao Muovimao 00 500 Vesihöyryä arkaselaessa kusuaan lämmönjohavuua vasaavaa maeriaaliominaisuua vesihöyrynjohavuudeksi δ. Vasaavasi rakennekerroksen käyäyymisä kuvaa vesihöyrynvasus Z ν, joka laskeaan ainekerroksen paksuuden ja vesihöyryn johavuuden suheena. Tässä yheydessä esieään vain eri maeriaalikerrosen vesihöyrynvasuksia (Z ν ) aulukossa 5. Alaindeksi arkoiaa, eä laadu on ilmoieu lähien vesihöyryn pioisuuksisa. Ne voidaan ilmoiaa myös lähien osapaineisa. Tässä yheydessä ei näiä kuienkaan esieä. Maeriaalien vesihöyryn johavuuksia on esiey alan kirjallisuudessa. Taulukossa on ieyä rakennekerroksen paksuua vasaava vesihöyryn vasus. Jos kerroksen paksuus on eri kuin aulukossa, korjaaan vasuslukuja paksuuksien suheissa. Esimerkiksi polysyreenin 00 mm vesihöyryn vasus on 00/ X = 00 x 10 3 s/m. Taulukosa havaiaan, eä vesihöyryn vasuksien vaiheluväli on suuri. Esimerkiksi mm beonia voi aiheuaa vasuksen 30...0 x 10 3 s/m. Vasus riippuu monisa maeriaalin ominaisuuksisa. Lisäksi iedeään, eä suurilla koseuspioisuuksilla maeriaalikerroksen vesihöyryn vasus pienenee. Sien kuivilla maeriaaleilla on suurempi vasus. Taulukosa voidaan ehdä se johopääös, eä lähes mikä ahansa laskenaulokse voidaan saada laskelmin aikaan. Tämän vuoksi laskelmiin on suhauduava eriäin kriiisesi. Samoilla paramereilla laskeuja apauksia voi kuienkin verraa oisiinsa, jolloin voidaan pääellä eri rakaisujen riskeisä yms. Lämpöilajakaumaan liiyviä pinavasuksia vesihöyryn yheydessä ei ole. Oleamus on, eä ilmassa on sama määrä vesihöyryä sekä pinnan lähellä eä kauempana siiä. Vielä arviaan rakeneen eri puolilla vaikuavien vesihöyrynpioisuuksien ero. Vesihöyry kulkeuuu diffuusioon liiyviin luonnonlain mukaan alemman pioisuuden suunaan. Pioisuusero rakeneessa asoiuu eri kerrosen vesihöyryn vasusen suheissa. Rakeneissa voi aivan hyvin olla ilaneia esimerkiksi rakenamisen jälkeen, joissa suurimma vesihöyryn pioisuude löyyvä esimerkiksi beonilaaan sisälä. Tällöin vesihöyry kulkee alemman pioisuuden suunaan sekä laaan yläeä alapuolelle. Kaikkiaan ää vesihöyryn pioisuuserojen asoiumisa alemman pioisuuden suunaan kusuaan vesihöyryn diffuusioksi. Vesihöyryn diffuusiovauhia voidaan myös arvioida, kuen myöhemmin esieään. Taulukkoon 6 on laskeu esimerkki sandwich-elemenin lämpö- ja koseuseknisesä oiminnasa. Tulokse on esiey myös kuvassa 3. Taulukon iedo on jakeu lämpöilakäyrän esimerkisä eeenpäin. Kylläsyspioisuude (ν k ) eri lämpöiloissa ova aulukosa. Vesihöyryn vasukse (Z ν ) on muunneu aulukon 5 iedoisa rakennekerroksien paksuuksien suheissa. Seuraavassa sarakkeessa on vesihöyryn vasuslukujen kerymän suheellise osuude samoin kuin lämpöilankin kohdalla. Vesihöyryn pioisuus ν ulkona on avanomainen ilanne alvella. Se on sien luonnon aseama reunaeho. Sisäilan suheelliseksi koseudeksi on oaksuu RH 50. Tämä on ehkä a- 9
Rakennusosien rakennusfysikaalinen oimina Taulukko 6. Sandwich-elemenin lämpö- ja koseusekninen oimina. Maeriaalikerros d mm R m C νk Zn 10 3 s/m n RH Korj. RH Sisäilma 0 +0 17,3 8,6 50 50 Sisäpina 0,13 +19 16,3 8,6 56 50 Beoni 80 0,05 6 +18 15, 10 51 5, 3 3 Erise 10,80 96-9, 11 55 5,0 "08" Beoni, ulkopina 70 0,0 98-9, 105,0 90 90 Ulkoilma 0,07-10,,0 90 90 Yheensä 3,09 36 30 Kuva 3. Sandwich-elemenin lämpö- ja koseusekninen oimina. vanomaisa korkeampi arvo, koska koseuslisäksi muodosuu ällöin 6,6. Tämä puolesaan on liian korkea arvo asuinrakennuksissa alvella. Syynä suureen koseuslisään on useimmien uuden rakennuksen rakennusaikaisen koseuden vaikuus, oimimaon ilmanvaiho ai normaalisa poikkeava asunnon käyöoumukse. Seinän rasius muodosuu näillä oaksumilla avanomaisa ankarammaksi. Vesihöyryn pioisuusero asoiuu rakeneessa vesihöyryn vasusen suheissa. Näin voidaan laskea oikeala kolmannen sarakkeen vesihöyryn pioisuude. Rakeneen eri osien suheellinen koseus voidaan laskea kaavasa RH = ν/ν k. Nämä arvo on laskeu oiseen sarakkeeseen oikeala. Eriseen ulkopinnan suheelliseksi koseudeksi muodosuu 08", mikä ei ole mahdollisa. Siksi viimeiseen sarakkeeseen on korjau suheellise koseude sien, eä suurin mahdollinen arvo on eli kylläsysila. Viimeisen sarakkeen ilanne on lähellä lopullisa jakaumaa. Kuvaan on piirrey aulukon iedo. Kuvaan on piirrey vesihöyryn kylläsyspioisuuskäyrä suoraviivaiseksi, vaikka se on lämpöilan muuoksiin nähden epälineaarinen. Virhe on kuienkin pieni. Eriseen ulkopinaan muodosuu kondenssialue, koska vesihöyryn pioisuuskäyrä yliää kylläsyspioisuuskäyrän. Tämä näkyy kuvassa viivoieuna alueena 1. Tilanne ei kuienkaan ole mahdollinen, vaan eriseen ja ulkokuoren alueella on ehy käyrään korjaus, jossa lopullinen kasepise (RH ) muodosuu ulkokuoren ja eriseen rajapinaan. Tämäkään ei vielä ole lopullinen ilanne. Sisäkuoren osalla vesihöyry kulkeuuu diffuusiolla paljon hiaammin kuin eriseessä, koska beonikuoren vesihöyryn vasus on yli kymmenkerainen eriseen vasukseen verrauna. Toisin sanoen beonikuoren läpi apahuu diffuusioa paljon hiaammin kuin eriseen läpi. Siksi lopullinen vesihöyrynpioisuuskäyrä kulkee karkeasi apauksen 3 mukaisesi.
Diffuusion vauhi Edellisen esimerkin mukaan alviaikana iivisyy koseua (samalla jääyen) eriseen ja ulkokuoren rajapinaan. Tiivisyvän koseuden määrä on helposi laskeavissa kaavalla. Rakennusosien rakennusfysikaalinen oimina = ν Ζν jossa on vesihöyryn diffuusiovauhi ms 3600 = 610 5 mh mvko () ν on kahden piseen välillä oleva vesihöyrynpioisuusero m 3 Zν on samojen piseiden välillä oleva rakeneen vesihöyrynvasus s/m Kaavan mukaan vesihöyryn diffuusiovauhi kahden piseen välillä voidaan laskea piseiden välillä olevien vesihöyrynpioisuuksien ero jaeuna samojen piseiden välillä olevan rakeneen osan vesihöyryn vasuksella. Vesihöyryn kulkusuuna on aina alemman pioisuuden suunaan. Jos rakeneessa on kondenssialue (kasepise), on laskeava kahdessa osassa: kondenssialueelle kulkeuuva ja sielä ulos kulkeuuva vesihöyry ieyssä aikayksikössä, esimerkiksi viikossa. Näiden erous on iivisyvän vesihöyryn määrä. Edellisen esimerkin ilaneessa saadaan ulokseksi: Kondenssialueelle iivisyvän vesihöyryn määrä viikossa ( 1 ) on 610 86, 10 +11 10 5 1 3 ( ) 8, m vko Kondenssialueela poisuvan vesihöyryn määrä viikossa ( ) on 610 5 5 3,,0 3, 10 10 m vko Lopullinen iivisyvän koseuden määrä viikossa () on 8,, 3 6, 1 mvko Kuva. Sandwich-elemenin oimina kesäolosuheissa. Joa voidaan arvioida esimerkin mukaisen sandwich-elemenin oiminaa pidemmällä aikavälillä on aulukkoon 7 laskeu yhden viikon ilanne kesällä. Lähökohana on, eä kasepiseeseen on alvikauena viikon aikana keryny veä niin, eä kasepise muodosuu koseusläheeksi. Olosuheien lähöarvojen peruselu löyyy mm. vuoden 00 kalenerin arikkelisa (ss. 79...83). Kuvassa on esiey aulukon ulokse. Tällä keraa koseus kulkee kondenssialueela sekä sisään eä ulos. Koseuden siirymismäärä kesäviikon aikana ova. Sisäänpäin 6 10 19, 7. s mvko 5 17,3 13 11+10 ( ) 10 5 17,3 10 Ulospäin u 610 1, 7. 5 3 10 10 m vko 3 31
Rakennusosien rakennusfysikaalinen oimina Taulukko 7. Sandwich-elemenin oimina kesällä. Maeriaalikerros d R ν k Z ν ν RH Korj. mm m C 10 3 s/m RH Sisäilma 0 + 0 17,3 13,0 75 50 Sisäpina 0,13 + 0 17,3 13,0 75 50 Beoni 80 0,05 6 + 0 17,3 10 17,0 98 3 Erise 10,80 96 + 0 17,3 11 17,3 Beoni, ulkopina 70 0,0 98 + 0 17,3 105 10,0 60 90 Ulkoilma 0,07 + 0 17,3 10,0 60 90 Yheensä 3,09 Yheensä kuivumisa apahuu 19, 7 + 1, 7 = 61, m vko kesäaikana. Rakeneen kuivumiskyky kesäaikana on noin,-kerainen alven vasaavan piuiseen iivisymisjaksoon verrauna. Tämän peruseella sandwich-elemeniä voidaan piää perusrakaisulaan koseuseknisesi oimivana. Tämän yyppisen elemenin oimivuus on voiu odea myös käyännössä, koska Suomessa on kokemuksia näisä rakeneisa jo yli 30 vuoden ajala. Tuuleusura ja uusimpien rakaisujen uuleusrao vain paranava ilannea. Lämpö- ja koseuseknise rasiukse rakeneisiin Ulkoilman ominaisuude Ulkoilma on usein rakennuksen lämpö- ja koseuseknisen oiminnan lähökoha. Seuraavassa aulukossa on esiey kuukausiaise ilman lämpöilan, koseussisällön ja suheellisen koseuden keskimääräise arvo kolmella eri paikkakunnalla. On luonnollisa, eä eri vuodenaikoina saaaa olla jopa viikkojen jaksoja, joka poikkeava ankarampaan suunaan aulukon keskimääräi- Taulukko 8. Ulkoilman ominaisuuksia eri paikkakunnilla /1/. Helsinki Jyväskylä Sodankylä 3 ν RH ν RH ν I 6,1,69 88 8,8,17 89 13,5 1,36 85 II 6,6,55 87 8,7,1 87 13,5 1,3 83 III 3,5 3,07 8,8,7 81 8,9 1,9 80 IV,6, 76,0,19 75, 3,01 73 V 8,9 5,8 66 8,7 5,9 68,8,5 67 VI 1,0 7,7 6 13,9 7,8 65 11,3 6,67 65 VII 17, 10,1 71 16,9 10,37 7 1,7 8,7 69 VIII 16,0 10,65 78 15,0 10,9 80 1,0 8,35 78 IX 11,1 8,51 8 9,8 8,03 86 6, 6, 8 X 5, 6,0 86 3,8 5,56 88 0,5,1 88 XI 1,0,6 89 0,8,17 91 5,8,79 89 XII,6 3,57 89 5,0 3,00 90 9,8 1,99 89 RH
Rakennusosien rakennusfysikaalinen oimina sisä arvoisa. Siksi näissäkin esimerkeissä on laskelmissa oaksuu avanomaisa ankaramma olosuhee. Taulukosa voidaan pääellä, eä koseussisälö vaihelee karkeasi alven arvon ja kesän arvon 10 välillä. Eelässä on ilmassa suurempi koseussisälö kuin pohjoisessa. Suheellinen koseus vaihelee kesän noin 60 arvosa alven noin 90 arvoon. Sien Suomen ulkoilma on suheellisella koseudella miauna varsin koseaa ja oisaala vaihelua on verraain vähän. Maaperän käyäyyminen Rakennuksen vaipan yksi keskeinen osa on maaa vasen, joko maanvarainen ai ryöminäilainen. Tällöin lämpö- ja koseuseknisä oiminaa on pohdiava sisäilan ja maaperän välillä. Viimeaikaisissa ukimuksissa (TTY ja muu) on ehy aiemmasa käsiyksesä poikkeavia havainoja rakennusen alla olevan maaperän käyäyymisesä. Uude ulokse vaikuava myös varsinkin maanvaraisen alapohjien pikän aikavälin oiminaan. Seuraava olosuhee ova käyökelpoise lähökohda maaperän ominaisuuksiksi maanvaraisen laaan apauksessa. Rakennuksen alla olevan maaperän huokosilman suheellinen koseus on lähes kaikissa apauksissa RH =. Tämä on hyvä oaa lähökohdaksi. Maaperän kosuminen (ei kasuminen) apahuu useisa eri syisä. Koseuden kulkusuuna määräyyy maaperän lämpöilan ja sisäilman suheellisen koseuden peruseella. Useassa apauksessa, varsinkin alvella, koseus kulkee alhaala ylöspäin ja vasaavasi kesällä vasakkaiseen suunaan. Maaperän lämpöila alapohjaeriseen alla rakennuksen keskellä seuraa vain pienellä viiveellä sisälämpöilan muuoksia. Käyännössä rakennusen keskialueilla maan lämpöila on vain vähän alempi (...3 ) kuin sisälämpöila. Ero on vain vähän suurempi, jos erisekerros on paksumpi. Rakennuksen reuna-alueilla maaperän lämpöilaan vaikuaa huomaavasi enemmän ulkoilman lämpöila, mikä on luonnollisa. Maaperän käyäyymisä ja alapohjan suunnieluperiaaeia on laajemmin käsiely läheissä // ja /3/. Alapohjarakeneiden oiminaan palaaan myöhemmissä Rakenajain kalenerin arikkeleissa. Sisäilman ominaisuude erilaisissa rakennuksissa Rakennuksen vaipan osien lämpö- ja koseuseknisen oiminnan kannala on yksi keskeisimpiä ekijöiä koseuslisä, joka aiheuuu rakennuksen käyösä ai muisa syisä. Ilmanvaihdolla oeaan ulkoilmaa sisään. Sisäilman koseussisälö kasvaa koseuslisän johdosa. Rakeneiden koseusekninen riskialius on siä pienempi miä pienempi on koseuslisä. Monissa rakennuksissa käyö edellyää avanomaisa lämpimämpää ja koseampaa sisäilmaa, mikä aiheuaa rakeneiden suunnielulle ja oeuukselle eriyisiä vaaimuksia. Tällaisia ova esimerkiksi uimahalli, kirjapaino, aidemuseo yms., joissa on joko suuria koseusläheiä ai sisäilmaa on muuoin kosueava. Seuraavassa on käsiely muuamien avanomaisen ja erikoisrakennusen sisäilman ominaisuuksia, joka ova lähökohana lämpö- ja koseuseknisille arkaseluille. Taulukko 9. Rakennusen sisäilman ominaisuuksia. Asunno ja oimiso, ei kosuusa on 0 Rakennukse, joissa kosuus alvella, oimiso, kirjapaino, museo, yms. on 0 Uimahalli 3 on 6 Talvi Kesä Talvi Kesä Talvi Kesä ν 1 3 5 11 1 3 6 13 5 9 1 ν max RH 7 18 35 50 75 0 60 50 75 0 60 60 80 RH max 1 Joissakin apauksissa on asuinrakennuksissa odeu poikkeuksellisen suuria koseuslisiä. Syiä ausalla on usein suuri veden käyö yhdiseynä heikosi oimivaan ilmanvaihoon. Sisäilman suheellinen koseus voi nousa korkealle myös siksi, eä ulkoilma on saeiden vuoksi sekä lämminä eä koseaa, jolloin ulkoilman koseussisälö on poikkeuksellisen korkea. Näin apahuu aika ajoin. 3 Uimahallien ärkein koseuslähde on yleensä uima-allas, jonka pinnasa haihuu koseua ilmaan. Alaiden lämpöila ova noussee viime aikoina, joen koseusrasiuskin on kasvanu. Tämä aseaa ilmanvaihdon hyvän oimivuuden yhdeksi ärkeimmisä ekijöisä uimahallissa. Toinen ärkeä ekijä on esää kosean ja lämpimän ilman vuoaminen yläpohjaan, jossa ilman koseus iivisyy ja myös jääyy alvella lämpöilan laskun vuoksi. Suurimpien suheellisen koseuksien ausala löyyy lähes aina heikosi oimiva ilmanvaiho. 55 85 80 33
Rakennusosien rakennusfysikaalinen oimina Taulukon iedo ova vain suunaa anavia. Ääriilaneissa saaaa olla myös rasiavampia olosuheia, mua ällöin on yleensä muia syiä korkeisiin arvoihin. Yksi merkiävä koseusrasiusa kasvaava ekijä on heikosi oimiva ilmanvaiho. Taulukossa ν arkoiaa koseuslisää, joka aiheuuu käyösä, yms. ulkoilmaan. Ilmanvaihdon vaikuus koseuslisään Seuraava esimerkki kuvaa hyvin ilmanvaihdon merkiysä koseuslisän pienenämiseksi. Oleeaan, eä huoneison ilavuus on 300 m 3. Perhe uoaa sisäilmaan koseua asumisoumusensa mukaan. Koseusläheiä ova ihmise ise, ruoanlaio, iskaus, pyykinpesu, suihkun käyö yms. Neljä-viisihenkinen perhe uoaa vuorokauden aikana koseua sisäilmaan jopa 1 l (1 000 ). Tämä voidaan perusella helposi. Oaksuaan, eä huoneison ilmanvaihdon määrä on määräysen mukainen. Tällöin ilma vaihuu karkeasi kerran kahdessa unnissa eli yheensä 1 keraa vuorokaudessa. Jokaisa ilmanvaihoerää rasieaan vesimäärällä 1 l (0 ). Tällöin koseuslisä on 3,3 (0/300). Tämä koseuslisä on aulukon 9 mukainen. Oaksuaan seuraavaksi, eä ilma vaihuu puole edellisesä eli yheensä kuusi keraa vuorokaudessa. Tällöin kuhunkin ilmanvaihoerään aiheuuu koseusrasiusa yheensä l (1 000 ). Koseuslisä on sien 6,6, joka on jo hyvin ankara rasius rakennukselle nimenomaan alviolosuheissa. kesällä koseuslisä on pienempi, koska ilmanvaihoa apahuu avoimien ikkunoiden kaua eikä suurikaan koseuslisä ole haiaksi rakeneille. Yheenveona voidaan odea, eä oimiva ilmanvaiho on yksi keskeisimmisä ekijöisä rakennusen koseuslisän pienenämiseksi ja samalla rakennuksen koseuseknisen oiminnan paranamiseksi. Rakennusaikainen koseus ja koseusvaurio koseusläheenä Moniin rakennusmaeriaaleihin kuen beoniin, iilimuuraukseen ja massiiviseen puuhun jää usein rakenamisen jälkeen koseua, joka poisuu sielä ajan kanssa. Tämä koseus voi aiheuaa merkiäviä koseuslisiä sekä myös rakeneiden koseusekniseen oiminaan uudenlaisia arkaselunäkökulmia. Esimerkiksi beonilaaaan saaaa ekemisen jälkeen jäädä ylimääräisä veä useia liroja neliölle. Vesi poisuu diffuusiolla eriäin hiaasi alemman pioisuuden suunaan. Jos eriseen alla on käyey muovikalvoa, suuri osa poisuvasa vedesä kulkeuuu ja iivisyy muovin päälle. Vasa vuosien kuluua kulkusuuna vaihuu muovin päälä sisäilaan päin ja lopullinen kuivuminen voi apahua vasa eriäin pikän ajan kuluua. Alapohjan eriäin monimukaiseen koseusekniseen käyäyymiseen palaaan ulevan vuoden kalenerin arikkelissa. Samoin voi esimerkiksi rakeneiden sisällä oleva pukivuoo muodosua merkiäväksi koseusläheeksi. Rakeneiden koseusekninen käyäyyminen voi olla äysin erilainen kuin on alun perin oaksuu. Jokin rakenneyypi kesävä ylimääräisä koseusrasiusa paremmin kuin oise. Kuienkin on sien, eä kaikille rakeneille on koseudesa enemmän haiaa kuin hyöyä. Tämän olemme viime vuosien kokemuksisa oppinee. LÄHTEET /1/ Björkholz, D., Lämpö ja koseus. Rakennusfysiikka. Rakennusieo Oy. Helsinki 1997. // Leivo, V., Ranala, J., Maanvaraisen alapohjarakeneiden koseuskäyäyyminen. TTKK 000. Talonrakennusekniikan ukimusrapori nro 106. /3/ Leivo, V., Ranala, J., Maanvasaisen alapohjarakeneiden koseusekninen oimivuus. TTKK 00. Talonrakennusekniikan ukimusrapori nro 10. 3