ENERGIATEHOKKAAN RAKENNUKSEN JA VAIPPARAKENTEIDEN LÄMPÖ- JA KOSTEUSTEKNINEN TOIMINTA

ENERGIATEHOKKAAN RAKENNUKSEN JA VAIPPARAKENTEIDEN LÄMPÖ- JA KOSTEUSTEKNINEN TOIMINTA 18.4.2013 Prof. Juha Vinha TTY, Rakennustekniikan laitos

LÄMMÖNERISTYKSEN LISÄYKSEN VAIKUTUKSET Olosuhteiden muutokset Lämmöneristyksen lisääminen heikentää monien vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa: Ulko-osat viilenevät, jolloin kosteuden kondensoituminen ja homeen kasvulle suotuisat olosuhteet lisääntyvät rakenteissa. Rakenteiden vikasietoisuus heikkenee samasta syystä. Yhä pienemmät kosteusvuodot ulkoa tai sisältä voivat saada aikaan kosteusvaurion. Lämmöneristekerroksen vesihöyrynvastuksen kasvaessa eristeen sisäpuolisten kivirakenteiden kuivuminen hidastuu. Rakennusosien kosteusteknisen toiminnan kannalta ei ole löydettävissä kriittisiä U-arvotasoja. Lämmöneristyksen kasvaessa tilanne muuttuu vain pikku hiljaa huonommaksi. Rakenteiden toimintaa voidaan parantaa merkittävästi rakenteiden ja toteutustapojen muutoksilla. Korjausrakentamisen puolella rakenteiden lisäeristäminen voi edellyttää rakenteellisten muutosten lisäksi myös teknisten laitteiden käyttöä (lämmitin, kuivain, ohjattu koneellinen ilmanvaihto). Eristepaksuuksien lisääminen aiheuttaa myös rakennuksen jäähdytystarpeen lisääntymisen, jolloin eristämisen hyöty energiankulutuksen kannalta vähenee merkittävästi. Juha Vinha 2

LÄMMÖNERISTYKSEN LISÄYKSEN VAIKUTUKSET Rakenteiden ja toteutustapojen muutokset Lämmöneristepaksuuksien lisääminen muuttaa vaipparakenteita monessa tapauksessa niin paljon (dimensiot, kylmäsillat, muodonmuutokset), että rakenteiden toteutustavat ja tuotantotekniikat muuttuvat. uudet runkotyypit ja liitokset sekä tehokkaammat lämmöneristeet kokemusperäinen tieto uusista rakenteista puuttuu suunnittelu- ja asennusvirheet kasvavat Nopeassa tahdissa tehdyt suuret muutokset vaativat paljon koulutusta ja aktiivisuutta asioiden sisäistämiseen. Rakenteiden rakennusfysikaalisen toiminnan kokonaisvaltainen suunnittelu ja toteutus edellyttävät kokemusta ja laajaa asiantuntemusta. rakennusala ei pysty reagoimaan nopeasti uusiin määräyksiin ja ohjeisiin koulutus ei tavoita kaikkia Tiukka rakentamisaikataulu lisää omalta osaltaan rakenteiden kosteusriskejä. puutteellinen suunnittelu liian lyhyet kuivumisajat Juha Vinha 3

ILMASTONMUUTOKSEN VAIKUTUKSET Lämpötilan ja sademäärän muutos Suomessa tulevina vuosikymmeninä Lämpötila Sademäärä Kuvat: Ilmatieteen laitos Lämpötila nousee, viistosaderasitus julkisivupinnoille kasvaa ja pilvisyys lisääntyy. Suurimmat muutokset olosuhteissa tapahtuvat loppusyksystä ja talvella. Homeen kasvulle otolliset olosuhteet lisääntyvät varsinkin rakenteiden ulko-osissa. Kosteuden siirtyminen ulkoa sisälle päin lisääntyy varsinkin julkisivuissa, joihin imeytyy sadevettä. Homehtumis- ja kondenssiriski lisääntyy näissä rakenteissa myös rakenteiden sisäpinnan lähellä. Rakenteiden kuivuminen hidastuu syksyllä ja talvella. Riski vanhojen betonijulkisivujen pakkasrapautumiselle lisääntyy. Juha Vinha 4

RAKENNUSAIKAINEN KOSTEUDEN HALLINTA Kaikessa rakentamisessa rakennusaikaisen kosteudenhallinnan merkitys korostuu! Juha Vinha 5

FRAME-PROJEKTI FRAME on laaja-alainen kansallinen tutkimus, jonka taustana oli TTY:n ympäristöministeriölle v. 2008 tekemä selvitys lämmöneristyksen lisäyksen ja ilmastonmuutoksen vaikutuksista rakenteiden kosteustekniseen toimintaan. Tutkimus keskittyi pääasiassa uudisrakentamiseen käsittäen eri tyyppiset rakennukset pientaloista julkisiin rakennuksiin. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää kuitenkin myös korjausrakentamisen puolella. Tutkimukseen valittiin tavanomaisia tai riskialttiiksi tiedettyjä vaipparakenteita. Keskeinen osa tutkimusta olivat eri ohjelmilla tehtävät laskennalliset tarkastelut. Tätä varten laskentaohjelmien luotettavuutta arvioitiin vertaamalla niitä myös erilaisiin laboratorio- ja kenttäkoetuloksiin. Laskennallisia tarkasteluja varten määritettiin lisäksi kriittiset sisä- ja ulkoilman olosuhteet sekä nykyisessä että tulevaisuuden ilmastossa vuosina 2050 ja 2100. Tutkimuksen tulosten perusteella laadittiin tyypillisimmille matalaenergia- ja passiivitalojen rakenteille ja liitoksille suunnittelu- ja toteutusohjeet. Tutkimusaika oli n. 3 vuotta: 1.9.2009 30.9.2012. Juha Vinha 6

VAIPPARAKENTEIDEN TARKASTELUT FRAME-PROJEKTISSA Rakennusosa Tutkimusmetodi Laskenta Laboratorio Kenttä 1. Betonirakenteiset ulkoseinät X 2. Rankarakenteiset ulkoseinät X 3. Massiivirakenteet X 4. Rakenteiden sisäinen konvektio X X 5. Tuuletetut yläpohjat X X 6. Ryömintätilaiset alapohjat X X 7. Ikkunat X Juha Vinha 7

TTY:N RAKENTEIDEN KOSTEUSTEKNISEN TOIMINNAN ANALYSOINTIMENETELMÄ Tarkasteluperiaatteiden kehitystyö TTY 2000 2012 Rakennusfysikaaliset testivuodet TTY ja IL 2010 2012 Sisäilman mitoitusolosuhteet TTY ja TKK 2002 2008 Laskennallisen homeriskimallin kehitystyö VTT 1986 2004 TTY ja VTT 2005 2008 Laskentaohjelmien toiminnan verifiointi TTY 2001 2012 Suomessa käytettävien rakennusmateriaalien ominaisuudet TTY 2000 2012 Juha Vinha 8

BETONIJULKISIVUJEN TOIMINTA Pakkasrapautumisvaurioita saattaa alkaa esiintyä vanhassa rakennuskannassa myös sisämaassa ilmastonmuutoksen myötä. Pakkasenkestävyyden suhteen nykyinen vaatimustaso on riittävä myös tulevaisuudessa. Betonin lisähuokoistuksen on onnistuttava aina! Raudoitteiden sijainti normien ja toleranssien mukaisiksi, eli riittävästi välikkeitä! Ruostumattomien terästen käyttö julkisivuissa on suositeltavaa (erityisesti pieliteräkset). Peitepaksuusvaatimustaso on riittävä. Liitosten ja detaljien toimivuuteen tulee kiinnittää erityistä huomiota. Näiden toiminnalla ratkaistaan koko rakenteen toimivuus! Juha Vinha 9

RAKENNUSAIKAISEN KOSTEUDEN KUIVUMINEN KIVIRAKENTEISTA SOLUMUOVIERISTEITÄ KÄYTETTÄESSÄ Esimerkki rakennusaikaisen kosteuden kuivumisesta betonielementin sisäkuoresta 1 vuosi Solumuovieristeitä käytettäessä sisäkuoren kuivumisaika pinnoituskosteuteen (tiiviitä pinnoitteita käytettäessä) voi pidentyä seuraavasti verrattuna mineraalivillaeristeeseen: 2 4 kk, kuivumistaso 90 % RH ja 6 12 kk, kuivumistaso 80 % RH Solumuovieristeen paksuuden kasvattaminen lisää myös kuivumisaikaa. Polyuretaanieristettä käytettäessä kuivumisaika on pisin. Alumiinipinnoite lisää kuivumisaikaa, koska pinnoite estää kosteuden kuivumisen ulospäin kokonaan. Juha Vinha 10

PUURUNKOINEN ULKOSEINÄ Höyrynsulku on suositeltavaa asettaa enintään n. 50 mm syvyydelle seinän sisäpinnasta, jotta sitä ei tarvitse rikkoa sähköasennuksien takia. Vähintään 75 % lämmöneristeestä tulee olla kuitenkin höyrynsulun ulkopuolella. Lämmöneriste tulisi asentaa höyrynsulun sisäpuolelle vasta sitten, kun rakennusaikainen kosteus sisältä on kuivunut. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää pystykoolausta pystyrungon kohdalla. Höyrynsulkukalvon tilalla voidaan käyttää esim. solumuovilevyä. Pehmeät lämmöneristeet on asennettava erityisen huolellisesti, jotta kulmiin ja liitoksiin ei synny ilman virtausreittejä. Puurungon ulkopuolelle tulee laittaa hyvin lämpöä eristävä tuulensuoja. Jäykistävää tuulensuojalevyä käytettäessä laitetaan erillinen lämpöä eristävä tuulensuoja sen ulkopuolelle. Tuulensuojan on oltava hyvin vesihöyryä läpäisevä. Ulkoverhouksen takana on oltava aina tuuletusväli. Juha Vinha 11

PUU- JA TERÄSRANKASEINÄT Juha Vinha 12

TIILIVERHOTTU PUURANKASEINÄ Tiiliverhotussa puurankaseinässä homehtumisriski rakenteen ulkoosissa on erityisen suuri, koska tiiliverhoukseen kerääntynyt kosteus siirtyy sisäänpäin diffuusiolla. Tuulensuojan tulee olla hyvin lämpöä eristävä ja homehtumista kestävä. Vaihtoehtoisesti puurungon ulkopinnassa voidaan käyttää esim. teräsprofiilista tehtyä ristikoolausta. Vuoden 2050 ilmastossa tuulensuojan lämmönvastuksen tulee olla vähintään 1,6 m 2 K/W (esim. 50 mm mineraalivillalevy) ja vuoden 2100 ilmastossa 2,7 m 2 K/W (esim. 100 mm mineraalivillalevy). Voimakasta homehtumisriskiä esiintyy myös höyrynsulun sisä- ja ulkopuolella pystyrungon kohdalla, jos sisäpuolella käytetään ristikoolausta ja tuulensuojan lämmönvastus ei ole riittävä. Korkeissa rakennuksissa (yli 10 m) tiiliverhouksen taakse tulee laittaa kummaltakin puolelta tuuletettu höyrynsulkukerros (esim. teräsohutlevy). Höyrynsulkuna on suositeltavaa käyttää ns. hygrokalvoa, joka mahdollistaa rakenteen kuivumisen myös sisälle päin. Tiiliverhotun rakenteen päällystäminen vesitiiviillä pinnoitteella ei ole suositeltavaa. Kaikkia rakoja ei kyetä tukkimaan, jolloin vesi valuu tiiliverhouksen vuotokohtiin ja seurauksena voi olla puurungon lahovauriot rakenteen alaosassa tai tiilen pakkasrapautuminen vuotokohdissa. Juha Vinha 13

TIILIVERHOTTU PUURANKASEINÄ Enintään 10 m korkea seinä Yli 10 m korkea seinä 50 70 mm Juha Vinha 14

ERISTERAPATTU RANKASEINÄ Eristerapattujen puu- ja teräsrankaseinien kastuminen saumakohtien kosteusvuotojen seurauksena sekä kosteuden hidas kuivuminen aiheuttavat homeen kasvua rakenteen ulko-osissa. EPS-eristeen käyttö rapatussa rankaseinässä pahentaa tilannetta entisestään, koska ulkopinnan vesihöyrynvastus kasvaa ja näin ollen rakenteen kuivuminen heikkenee. Paksurapattu rakenne ei toimi hyvin edes ideaalitilanteessa, koska se kerää sadevettä samalla tavoin kuin tiiliverhottu seinä. Rapattu pintarakenne tulee erottaa sisemmästä seinäosasta kuivumisen mahdollistavalla tuuletusvälillä, esim. levyrappauksella. Puurankarakenteen päälle tehdyissä eristerappausrakenteissa on todettu erittäin paljon kosteusvaurioita Ruotsissa ja Pohjois-Amerikassa. Juha Vinha 15

LIITOSTEN VUOTOKOHTIA ERISTERAPPAUSSEINÄSSÄ Ikkuna- ja oviliitokset Kiinnikkeet Kuvat: Ingemar Samuelson SP, Ruotsi

ERSITERAPATUN KIVIRAKENTEISEN SEINÄN IKKUNALIITOKSET Juha Vinha 17

SISÄPUOLELTA ERISTETTY MASSIIVIRAKENNE Ilmavuodot sisältä eristeen taakse on estettävä!? Rakenteessa on oltava aina myös riittävä höyrynsulku eristeen lämpimällä puolella. Avohuokoisia lämmöneristeitä käytettäessä muovikalvon tai muovitiivistyspaperin käyttö on paras ratkaisu. Solumuovieristeitä käytettäessä eristeen oma vesihöyrynvastus muodostaa riittävän höyrynsulun lämmöneristettä lisättäessä. Kevytbetonirakenne on rapattava ulkopuolelta, jotta viistosade ei pääsee kastelemaan seinää. Hirsiseinässä on estettävä viistosateen tunkeutuminen saumojen kautta eristetilaan (esim. paisuvat saumatiivisteet) Rakenteen on päästävä kuivumaan riittävästi ennen sisäpuolisen lämmöneristyksen ja höyrynsulun laittoa. Kosteutta läpäisevän ilmansulun käyttö ei paranna avohuokoisella lämmöneristeellä eristetyn rakenteen kuivumista sisäänpäin. Juha Vinha 18

RAKENTEEN SISÄPINNALTA VAADITTAVA VESIHÖYRYNVASTUS SISÄPUOLISTA LÄMMÖNERISTYSTÄ KÄYTETTÄESSÄ 19 RIL 107-2012 Esimerkiksi 25 mm hirsipaneelia ja paperipohjaista ilmansulkukalvoa käytettäessä (Z p,yht 10 x10 9 m 2 spa/kg) turvallinen sisäpuolisen mineraalivillaeristeen paksuus on 180 mm hirsiseinällä enintään 50 mm (R 1,5 m 2 K/W). Juha Vinha 19

PUURAKENTEINEN TUULETETTU YLÄPOHJA Homehtumisriski lisääntyy voimakkaasti puurakenteiden ulko-osissa ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutuksesta. Uusissa rakennuksissa tuuletustilan kosteusteknistä toimintaa voidaan parantaa lämpöä eristävällä aluskatteella. Vinoissa yläpohjissa lämmöneristys toteutetaan puupalkkien yläpuolelle laitettavalla tuulensuojalla. Vuoden 2050 ilmastossa riittävä aluskatteen lämmönvastus on n. 0,5 m 2 K/W (esim. 20 mm XPS-eristettä). Vuoden 2100 ilmastossa vastaava arvo on 1,0 m 2 K/W (esim. 40 mm XPS-eristettä). Yläpohjan tuuletuksessa suositeltava ilmanvaihtokerroin on 0,5 1,0 1/h. Yläpohjan ilmatiiviys on erittäin tärkeä. Kuva: Hedtec Oy, Olosuhdevahti Vanhoissa rakennuksissa yläpohja on pyrittävä saamaan ilmatiiviiksi aina, kun lämmöneristystä lisätään. Tarvittaessa yläpohjaa voidaan myös esimerkiksi lämmittää. Juha Vinha 20

VAIPPARAKENTEISSA TAPAHTUVA SISÄINEN KONVEKTIO Sisäinen konvektio heikentää avohuokoisilla lämmöneristeillä eristettyjen vaipparakenteiden U-arvoa Juha Vinha 21

ULKOSEINIEN SISÄINEN KONVEKTIO TTY:n rakennusfysikaalinen tutkimuslaitteisto: Ulkoseinärakenteissa sisäinen konvektio ei ole merkittävää, jos lämmöneristekerroksen paksuus on enintään 200 mm. 300 mm paksulla yhtenäisellä eristeellä sisäinen konvektio lisää lämpöenergian kulutusta keskimäärin n. 10 %. Lämmöneristyskerrokseen laitettava pystysuuntainen konvektiokatko vähentää konvektiota, mutta ei välttämättä poista konvektion vaikutusta kokonaan. Uudessa RakMK C4:ssä annetut U-arvon laskentaohjeet ottavat sisäisen konvektion vaikutuksen kohtuullisen hyvin huomioon ulkoseinärakenteissa. Juha Vinha 22

YLÄPOHJIEN SISÄINEN KONVEKTIO TTY:n yläpohjarakenteiden tutkimuslaitteisto: Yläpohjarakenteissa sisäinen konvektio voi lisätä paksujen (600 mm) puhalluseristeiden läpi siirtyvää lämpövirtaa enimmillään jopa 30-50 %. Lämmöneristepaksuutta lisättäessä konvektion suhteellinen osuus lisääntyy. Hyvin vesihöyryä läpäisevän tuulensuojan käyttö lämmöneristeen yläpinnassa ei vähennä sisäistä konvektiota puhalletussa lasivillaeristeessä. Puhalletussa puukuitueristeessä konvektio vähenee jonkin verran. 100 mm levyeristeen käyttö puhalletun lasivillaeristeen alapuolella vähentää sisäistä konvektiota. Sisäisen konvektion vaikutusta voidaan vähentää oleellisesti pienentämällä puhalluseristeen ilmanläpäisevyyttä tai korvaamalla puhalluserite levyeristeellä. Nykyiset U-arvon laskentaohjeet eivät ota sisäisen konvektion vaikutusta huomioon riittävästi yläpohjarakenteissa. Juha Vinha 23

VÄHÄN TUULETTUVAT YLÄPOHJAT Juha Vinha 24

RYÖMINTÄTILAINEN ALAPOHJA Alapohjan toimivuuden edellytyksenä on lisäksi monet aiemmin korostetut asiat: Eloperäinen materiaali tulee poistaa ryömintätilasta Maapohja ei saa olla monttu. Salaojasorakerros perusmaan päälle ja perusmaan pinnan kallistus ulospäin salaojiin. Ryömintätilan pohja tulisi lämpöeristää varsinkin puurakenteista alapohjaa käytettäessä. Myös sepelin käyttö maan pinnalla parantaa alapohjan kosteusolosuhteita. Lämmöneristys vähentää maan viilentävää vaikutusta ryömintätilassa. Lämmöneristys alentaa maapohjan lämpötilaa, jolloin diffuusiolla maasta haihtuvan kosteuden määrä vähenee. Vuoden 2050 ilmastossa maan pinnan lämmönvastus tulee olla vähintään 1,3 m 2 K/W (esim. 50 mm EPS tai 150 mm kevytsoraa). Puuvasojen alapuolelle tarvitaan hyvin lämpöä eristävä tuulensuoja, jonka lämmönvastus on vähintään 0,4 m 2 K/W. Tuulensuojan tulee olla hyvin kosteutta kestävä. Alapohjarakenteen ilmatiiviys on erittäin tärkeä. Ryömintätilan tuuletuksessa suositeltava ilmanvaihtokerroin on 0,5 1,0 1/h, jos kosteutta tulee ryömintätilaan pääasiassa ulkoilman mukana. Muussa tapauksessa ilmanvaihtokertoimen on oltava isompi. Koneellinen kuivatus tai lämmitys ei ole välttämätön, jos alapohja tehdään muuten rakenteellisesti oikein. Juha Vinha 25

ULKOSEINÄN LIITOS PERUSMUURIIN JA RYÖMINTÄTILAISEEN ALAPOHJAAN Juha Vinha 26

ROUTASUOJAUKSEN LISÄÄMINEN Alapohjan lämmöneristyksen kasvaessa tulee lisätä rakennuksen routasuojausta. Erityisesti tämä koskee maanvastaisella alapohjalla toteutettuja rakennuksia. Riittävä routaeristys tulee varmistaa varsinkin rakennuksen ulkonurkissa. Jos alapohjan lämmöneristys kasvaa merkittävästi, routasuojauksen mitoitus saatetaan joutua tekemään kylmän rakennuksen mukaan. RIL on julkaissut juuri uuden routasuojausohjeen. Juha Vinha 27

IKKUNOIDEN KONDENSOITUMISRISKIN LISÄÄNTYMINEN 28 Kondenssituntien lukumäärä aukealla paikalla olevassa rakennuksessa Ikkunoiden kondensoitumista esiintyy eniten aamuyön tunteina syksyllä. Ikkunan lasiosan U-arvoa ei tule enää pienentää (nykyisin tasolla n. 0,6 W/(m 2 K)) ellei ulkopinnan emissiviteettiä alenneta. Varjostukset vähentävät kondensoitumista ja ikkunan ulkopinnan matalaemissiviteettipinta (selektiivipinta) poistaa sen kokonaan. Ikkunan U-arvoa voidaan parantaa myös karmin U-arvoa parantamalla. Matalaemissivitettipintojen (selektiivipinta) lisääminen ikkunaan heikentää matkapuhelimien kuuluvuutta osassa rakennuksista (mm. betonirakenteiset sekä tiiviillä alumiinilaminaattipintaisilla polyuretaanieristeillä toteutetut rakennukset). Juha Vinha 28

IKKUNOIDEN AIHEUTTAMAT KYLMÄSILLAT RIL 249-2009 Matalaenergiarakentaminen. Asuinrakennukset. Arkkitehtonisista syistä tai kiinnittämisen helpottamiseksi ikkuna voidaan haluta asentaa rakenteen sisä- tai ulkopintaan. Ikkunat tulee kuitenkin asentaa lämmöneristeen kohdalle! Juha Vinha 29

IKKUNAN KOON VAIKUTUS U-ARVOON Lähde: Hemmilä K. 2008. Mahdollisuudet parantaa ikkunoiden lämmöneristävyyttä. Lasirakentaja 1/08. Juha Vinha 30

MÄRKÄTILAN SEINÄT Puurunkoisen ulkoseinän yhteydessä märkätilan sisäpuoli olisi suositeltavinta tehdä kivirakenteen päälle. Vaatii alustaksi kivirakenteisen ala-/ välipohjan. Jos vedeneristys tehdään levyn päälle, paras tapa on jättää tuuletusväli siinäkin tapauksessa levyn taakse. Juha Vinha 31

KELLARIN SEINIEN LISÄERISTYS Kosteus- ja lämmöneristys puuttuvat yleensä seinän ulkopuolelta. kosteus- ja homeongelmia kellaritiloissa Sisäpuolelta eristämisessä samat ongelmat kuin muissakin sisäpuolelta eristetyissä seinissä - lisänä vielä maaperän kosteus. Ulkopuolinen lämmön- ja kosteudeneristys aina kun mahdollista. Eristys sisäpuolella: kalsiumsilikaattieriste suositeltavin vaihtoehto tai kevytbetonija kevytsoraharkko, myös solumuovieriste joissakin tapauksissa, EI PUURUNKOA SISÄPUOLELLE! Ei ilmarakoa vanhan rakenteen ja lisäeristyksen väliin. Välipohjan ja ulkoseinän liitosalueen kylmäsillat ovat usein ongelma varsinkin, jos rakenne korjataan ulkopuolisella lämmöneristyksellä. Juha Vinha 32

RAKENNUKSEN PAINE-EROT Sisä- ja ulkoilman lämpötilaeroista syntyvät paine-erot Juha Vinha 33

RAKENNUKSEN PAINE-EROT TALVITILANTEESSA Lämpötilaerojen ja ilmanvaihdon vaikutus 1. Ylipaine sisällä 2. Alipaine sisällä (koneellinen poisto) 3. Tasapainotettu ilmanvaihto (koneellinen tulo-poisto) Paine-erojakauma syntyy, jos tuloilmanvaihto on suurempi kuin poistoilmanvaihto. Ilmavuodot lisäävät energiankulutusta. Sisäilman kosteus virtaa rakenteisiin rakennuksen yläosasta. Mikrobien ja radonin virtaus sisälle on vähäistä. Vuotokohdat toimivat korvausilmakanavina. Tyynellä säällä ilmavuodot eivät aiheuta lisäenergiankulutusta, mutta vetovalitukset lisääntyvät. Sisäilman kosteuslisä ei aiheuta haittaa rakenteille. Suuri riski alapohjasta tuleville mikrobeille ja radonille. Rakennuksen yläosan ilmavuodot lisäävät energiankulutusta. Rakennuksen alaosan ilmavuodot heikentävät LTO:n hyötysuhdetta. Kosteuskonvektioriski rakennuksen yläosassa. Vedontunne ja radonriski rakennuksen alaosassa. Juha Vinha 34

VAIPAN ILMANPITÄVYYS Vaipan ilmanpitävyyden parantamisella on lähes pelkästään positiivisia vaikutuksia ja se on keskeinen edellytys matalaenergiarakentamiselle 1) Erilaisten haitallisten aineiden ja mikrobien virtaus sisäilmaan vähenee. 2) Kosteuden virtaus vaipparakenteisiin vähenee. 3) Vaipparakenteiden sisäpinnat eivät jäähdy ulkoa tulevien ilmavirtausten seurauksena. 4) Rakennuksen energiankulutus vähenee ilmanvaihdon tapahtuessa LTO:n kautta. 5) Rakennuksen käyttäjien kokema vedon tunne vähenee. 6) Ilmanvaihdon säätäminen ja tavoiteltujen painesuhteiden säätäminen helpottuu, mutta toisaalta säätöjen tekeminen on vielä aiempaakin tärkeämpää. Riittävän ilmanvaihdon takaaminen on ensiarvoisen tärkeää! Ilmanvaihdon tulo- ja poistoilmavirtojen säätäminen on erittäin tärkeää! Erityisesti, jos rakennuksen ilmanvuotoluku q 50 on alle 0,5 m 3 /(m 2 h). Juha Vinha 35

RAKENNUKSEN PAINE-EROJEN HALLINTA Rakennuksen alhainen ilmanvuotoluku ei takaa rakenteiden moitteetonta toimintaa ilmavuotojen osalta (paikalliset suuret vuodot). Ilmanvaihto tulee säätää oikein! Tavoitteena on pieni alipaine rakennuksen sisällä (-5 Pa). Käytännössä rakennuksen yläosassa esiintyy talvella myös ylipainetta. Ilmanvaihdon toimintaan on kiinnitettävä suurta huomiota (seuranta- ja hälytyslaitteet, suodattimien vaihto, tuuletusmahdollisuus) Rakennuksen ilmanvuotoluvun q 50 erinomainen taso on 0,5-1,0 m 3 /(m 2 h). Viimeisten kymmenysten metsästäminen voi tuoda enemmän haittoja kuin hyötyjä. Ilmanvaihdon säätö Paine-ero (Pa) n 50 = 0,15 1/h n 50 = 4,0 1/h n 50 = 10,0 1/h Tasapainotettu ilmanvaihto -7 +4-6 +4-6 +4 15 % vähemmän tuloilmaa -33-22 -7 +4-6 +4 15 % enemmän tuloilmaa +15 +26-6 +5-5 +4 Juha Vinha 36

ESIMERKKI ILMAVUOTOKOHTIEN ETSINNÄSTÄ LÄMPÖKUVAUKSELLA Puurunkoinen omakotitalo Olosuhteet: Ulkolämpötila 4 C Sisälämpötila 21,5 C Mittaustulokset Normaali Alipaine Sp1 15,1 C 12,7 C Sp2 17,0 C 14,5 C Sp3 14,4 C 9,9 C Normaalit olosuhteet sisällä Sisällä 50 Pa alipaine FLIR Systems 24.0 C FLIR Systems 24.0 C Sp3 Sp2 22 Sp3 Sp2 22 20 20 18 18 16 16 Sp1 15.0 Sp1 15.0 Juha Vinha 37

VUOTOKOHTIEN SIJAINTI TTY:N JA TKK:N ASUINRAKENNUSTUTKIMUKSISSA pientalot ja kerrostalot Prosenttiosuus, % 100 80 60 40 20 0 8 6 3 2 Ilmansulun läpiviennit ja sähköasennukset. Ulkoseinän ja alapohjan liittymä Pientalot 12 11 Ulkoseinän ja välipohjan liittymä 37 8 Ulkoseinän ja yläpohjan liittymä Kerrostalot 5 4 Ulkoseinien välinen nurkka 31 Ovet ja ikkunat 72 Pääasialliset ilmavuotokohdat pientaloissa olivat: - ulkoseinän ja yläpohjan liitoksissa - ovien ja ikkunoiden liitoksissa sekä itse ovissa ja ikkunoissa (jakauma ~ 50% / 50%) - puurunkoisen ulkoseinän ja välipohjan liitoksissa Kerrostaloissa ilmavuodot keskittyivät ovien ja ikkunoiden liitoksiin sekä itse oviin ja ikkunoihin (jakauma ~ 50% / 50%). Juha Vinha 38

KIVIRAKENTEISEN ULKOSEINÄN JA YLÄPOHJAN LIITOS Juha Vinha 39

PUURAKENTEISEN ULKOSEINÄN JA VÄLIPOHJAN LIITOS Juha Vinha 40

PUURAKENTEISEN ULKOSEINÄN JA MAANVASTAISEN ALAPOHJAN LIITOS Juha Vinha 41

PUURAKENTEISEN ULKOSEINÄN JA MAANVASTAISEN ALAPOHJAN LIITOS Juha Vinha 42

PUURAKENTEISEN ULKOSEINÄN JA MAANVASTAISEN ALAPOHJAN LIITOS Juha Vinha 43

LÄPIVIENNIT Juha Vinha 44

HORMILIITOKSET Juha Vinha 45

IKKUNALIITOKSET Juha Vinha 46

TTY:N JULKAISUJA RAKENTEIDEN JA LIITOSTEN TOTEUTUKSESTA Juha Vinha 47

ILMASTONMUUTOKSEN JA LÄMMÖNERISTYKSEN LISÄYKSEN VAIKUTUKSIA TAVANOMAISISSA VAIPPARAKENTEISSA Vaatii lisää kuivumisaikaa Vaatii rakenteellisia muutoksia Käytöstä tulisi luopua - solumuovieristeiset betonisandwich- ja sisäkuorielementit - ulkopuolelta solumuovieristeillä eristettävät kivirakenteet - sisäpuolelta lisäeristettävät massiivirakenteet Kivirakenteen riittävä kuivuminen on varmistettava, jos rakenne pinnoitetaan sisäpuolelta vesihöyrytiiviillä pinnoitteella tai materiaalilla tai peitetään kaapistoilla tai muilla kuivumista rajoittavilla rakenteilla. Sisäpuolelta lämpöeristettyjen massiivirakenteiden riittävä kuivuminen on varmistettava ennen sisäpuolen lämmöneristyksen ja höyrynsulun laittamista. - puurakenteinen tuuletettu yläpohja (lämpöä eristävä aluskate/ tulensuoja, vähemmän ilmaa läp. lämmöneriste) - tiiliverhottu puurankaseinä (lämpöä eristävä tuulensuoja, erillinen höyrynsulkukerros tuuletusrakoon yli 10 m korkeissa seinissä) - sisäpuolelta lisäeristetty hirsiseinä (ilmanpitävä ja riittävä höyrynsulku) - ryömintätilainen alapohja (maanpinnan lämmöneristys, lämpöä eristävä ja kosteutta kestävä tuulensuoja puurakenteisessa alapohjassa) - maanvastainen alapohja (routaeristyksen lisäys) - ikkunat (ulkolasin ulkopintaan matalaemissivitettipinta) - tuulettumaton eristerappaus puurankarakenteen päällä Korvaavana rakenteena voidaan käyttää esim. tuuletetun levyverhouksen päälle tehtyä rappausta tai muuta ratkaisua, jossa rakenne tuuletetaan. Taulukossa esitetyt asiat ovat voimassa myös vanhoja rakenteita korjattaessa ja lisäeristettäessä. Juha Vinha 48

ILMASTONMUUTOKSEN JA LÄMMÖNERISTYKSEN LISÄYKSEN VAIKUTUKSET RAKENNUSTEN ENERGIANKULUTUKSESSA TkT Juha Jokisalo Tutkitut talotyypit: Pientalo Huoneistoala 134 m² Kerrostalo 3 asuinkerrosta + kellari Huoneistoala 1627 m² Toimisto Nettoala 5390 m² Atriumtila 526 m² Avokonttorit 4043 m² Neuvotteluhuoneet 178 m² Toimistohuoneet 643 m² Juha Vinha 49

LASKENNAN LÄHTÖTIETOJA Lämmöneristystaso: Muita lähtötietoja: Kaikissa tapauksissa: - MSE ikkunat (1.0 W/(m²K), g=0.56, ST = 0.44) - Vaipan ilmanpitävyys n 50 = 1.0 1/h Rakennusten sijainti: Vantaa Sisäiset lämpökuormat: D3 (2012) määräystaso (laitteet, valaistus ja henkilöt) Jäähdytyksen asetusarvo: Pientalo ja kerrostalo: (koneellinen jäähdytys käytössä tarpeen mukaan 7/24 h) 24/27 C = kesäkuukausina (1.6. - 31.8.) 27 C ja muina aikoina 24 C Toimisto: (koneellinen jäähdytys käytössä tarpeen mukaan arkisin klo 6-21) 24/25 C = kesäkuukausina (1.6. - 31.8.) 25 C ja muina aikoina 24 C Rakennus U-arvot, W/m²K Lämmönersitystason valintaperuste: US YP AP Pientalo A 0.24 0.15 0.24 Normitaso C3 (2008) B 0.17 0.09 0.16 Normitaso C3 (2010) C 0.12 0.08 0.07 Matalaenergiapientalo (RIL 249-2009) D 0.08 0.07 0.10 Passiivipientalo (RIL 249-2009) Kerrostalo ja toimisto ¹ A 0.24 0.15 0.24 Normitaso C3 (2008) B 0.17 0.09 0.16 Normitaso C3 (2010) C 0.14 0.08 0.12 Matalaenergiakarrostalo (RIL 249-2009) D 0.12 0.08 0.10 Passiivikerrostalo (RIL 249-2009) E 0.08 0.07 0.10 Passiivipientalo (RIL 249-2009) ¹ Toimistossa vain US ja YP:n lämmönersitystaso otettu huomioon. (Toimistossa AP:n lämpöhäviöitä ei ole otettu huomioon kellarikerroksessa sijaitsevan paikotustilan vuoksi.) Juha Vinha 50

TILOJEN JA ILMANVAIHDON LÄMMITYS- JA JÄÄHDYTYSTARVE 2010-2100 kwh/m²a 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Pientalo: A (läm.) B (läm.) C (läm.) D (läm.) A (jäähd.) B (jäähd.) C (jäähd.) D (jäähd.) 0 1990 2010 2030 2050 2070 2090 2110 2130 kwh/m²a 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Toimisto: Lämmitystarve Jäähdytystarve Jäähdytystarve A (läm.) B (läm.) C (läm.) D (läm.) E (läm.) A (jäähd.) B (jäähd.) C (jäähd.) D (jäähd.) E (jäähd.) 0 1990 2010 2030 2050 2070 2090 2110 2130 kwh/m²a 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Kerrostalo: Lämmitystarve A (läm.) B (läm.) C (läm.) D (läm.) E (läm.) A (jäähd.) B (jäähd.) C (jäähd.) D (jäähd.) E (jäähd.) Lämmitystarve Jäähdytystarve 0 1990 2010 2030 2050 2070 2090 2110 2130 Juha Vinha 51

YHTEENVETO FRAME -PROJEKTIN TUTKIMUSTULOKSISTA Rakennusten energiankulutus Lämmöneristyksen lisääminen v. 2010 määräysten mukaisesta vertailutasosta ei ole kerrosaloissa ja toimistoissa kannattavaa, koska ostoenergiansäästö on marginaalinen. Pientaloissa asia riippuu siitä, kuinka pitkä takaisinmaksuaika lisäeristämiselle voidaan hyväksyä. Kerrostaloissa ja toimistorakennuksissa jo vuoden 2008 rakentamismääräysten mukaiset U-arvotasot tutkittujen vaipparakenteiden (US, YP ja AP) osalta olisivat olleet energiansäästön kannalta varsin riittäviä. Tulevaisuudessa rakennusten lämmitystarve vähenee ja jäähdytystarve kasvaa. Lämmöneristystason lisäämisellä saavutettava energiansäästö tulee ilmastonmuutoksen myötä edelleen pienenemään. Rakennusten energiankulutusta voidaan hieman pienentää hyödyntämällä rakenteiden termistä massaa. Rakennusten energiankulutusta voidaan jatkossa pienentää erityisesti energiatehokkailla lämmitys- ja jäähdytysratkaisuilla sekä passiivisilla jäähdytystavoilla. Juha Vinha 52

ASUKKAIDEN VAIKUTUS ENERGIANKULUTUKSEEN Energian ominaiskulutus lattiapinta-alaa kohti 2000 -luvun alussa tehdyissä puurunkoisissa pientaloissa (TTY:n ja TKK:n kenttätutkimus) Energiatehokkuusluokka A (normeerattuna Jyväskylän säätietoihin, vanha luokitus) Keskimääräiset Ilmanvaihtomäärät koneellisilla IV- järjestelmillä lähes samat. Tuloksissa ei ole otettu huomioon takassa ja saunassa poltettua puuta. Asumistottumuksilla on ratkaiseva merkitys pientalojen energiankulutuksessa! Juha Vinha 53

LISÄTIETOA FRAME -PROJEKTISTA Projektin loppuraportit (tutkimusraportit 159 ja 160) ja viimeisen yleisöseminaarin esitykset ovat saatavilla TTY:n rakennusfysiikan tutkimusryhmän kotisivuilta osoitteesta: www.tut.fi/rakennusfysiikka Rakennusaikaiseen kosteudenhallintaan liittyvää aineistoa on lisäksi saatavilla osoitteesta: www.tut.fi/site Rakennusfysiikan ilmastolliset testivuodet on julkaistu Ilmatieteen laitoksen kotisivuilla osoitteessa: www.ilmatieteenlaitos.fi/rakennusfysiikan-ilmastolliset-testivuodet Tutkimuksen rahoittajina olivat: Tekes, Ympäristöministeriö, Rakennusteollisuus RT ry:n toimialaliitot sekä yksittäisinä yrityksinä Finnfoam Oy, Suomen Kuitulevy Oy ja Fibratus Oy. Juha Vinha 54