ENERGIATEHOKKUUDEN PARANTAMISEN HAASTEET RAKENNUSFYSIIKAN NÄKÖKULMASTA 6.9.2011 Tutk. joht. Juha Vinha Tampereen teknillinen yliopisto Rakennustekniikan laitos Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 1
LÄMMÖNERISTYKSEN LISÄYKSEN VAIKUTUKSET Lämmöneristyksen lisääminen heikentää vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa: Ulko-osat viilenevät, jolloin kosteuden tiivistyminen ja homeen kasvulle suotuisat olosuhteet lisääntyvät. Rakenteiden vikasietoisuus heikkenee samasta syystä. Lämmöneristekerroksen vesihöyrynvastuksen kasvaessa rakenteen kuivuminen hidastuu. Rakenteiden kosteusteknistä toimintaa voidaan parantaa rakenteita muuttamalla ja liitoksien ja detaljien erilaisella toteutuksella. Joissakin rakenteissa kosteustekninen toiminta heikkenee kuitenkin merkittävästi, vaikka rakenteita parannetaankin. Kriittisen eristepaksuuden löytäminen on yleensä vaikeaa. Lämmöneristyksen kasvaessa tilanne muuttuu vain pikku hiljaa huonommaksi. Eristepaksuuksien lisääminen aiheuttaa myös rakennuksen jäähdytystarpeen t lisääntymisen, i jolloin eristämisen i hyöty energiankulutuksen kannalta vähenee merkittävästi. Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 2
RAKENNETYYPPIEN JA TUOTANTOTEKNIIKOIDEN MUUTTUMINEN Lämmöneristepaksuuksien lisääminen muuttaa vaipparakenteita monessa tapauksessa niin paljon, että rakenteiden toteutustavat ja tuotantotekniikat muuttuvat. Kokemusperäinen tieto uusista rakenteista puuttuu Suunnittelu- ja asennusvirheet kasvavat Rakenteiden rakennusfysikaalisen toiminnan kokonaisvaltainen suunnittelu on haastava tehtävä, joka vaatii kokemusta ja laajaa asiantuntemusta. Suuret muutokset ja tiukka aikataulu puutteellinen suunnittelu virheet lisääntyvät ä kosteusongelmat lisääntyvät 350 mm 500 mm Kaikessa rakentamisessa rakennusaikaisen kosteudenhallinnan merkitys korostuu! Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 3
ILMASTONMUUTOKSEN VAIKUTUS Lämpötilan ja sademäärän muutos Suomessa tulevina vuosikymmeninä Lämpötila Sademäärä Kuvat: Ilmatieteen laitos Viistosaderasitus julkisivupinnoille kasvaa. Homeen kasvulle otolliset olosuhteet lisääntyvät. Kosteuden siirtyminen ulkoa sisälle päin lisääntyy. Kesäaikainen homehtumis- ja kondenssiriski rakenteiden sisäpinnan lähellä lisääntyy. Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 4
ILMASTONMUUTOKSEN VAIKUTUS Lämpötilan ja sademäärän muutos Suomessa eri kuukausina vuosina 2070-2099 verrattuna vuosiin 1971-2000 Lämpötila Sademäärä Kuvat: Ilmatieteen laitos Homeen kasvulle otolliset olosuhteet lisääntyvät varsinkin syksyllä ja talvella. Rakenteiden kuivuminen hidastuu syksyllä ja talvella. Myös pilvisyys lisääntyy syksyllä ja talvella, jolloin kuivuminen hidastuu entisestään. Sulamis-jäätymissyklit lisääntyvät talvella, jolloin kivirakenteiden pakkasrapautuminen lisääntyy. Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 5
FRAME-PROJEKTIN TAVOITTEITA Selvittää vaipparakenteiden rakennusfysikaalista toimintaa Suomen ilmastossa ottamalla huomioon ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäämisen vaikutukset. Tarkasteluja tehdään pääasiassa uudisrakentamiseen i liittyen, mutta tuloksia voidaan soveltaa myös korjausrakentamisessa. Määrittää kriittisiä lämmöneristyspaksuuksia, yp,jos mahdollista. Selvittää millä rakenteellisilla tai muilla teknisillä ratkaisuilla vaipparakenteiden toimintaa voidaan parhaiten parantaa. Selvittää ilmastonmuutoksen, lämmöneristyksen lisäyksen ja LVIjärjestelmien toiminnan vaikutuksia rakennuksen lämmitys- ja jäähdytystarpeeseen, sisäilman olosuhteisiin, sekä LVI-järjestelmien käyttöön. Laatia ohjeet rakennusprosessin toteutusta varten siten, että rakentamisessa saataisiin aikaan laatuhyppy rakennusaikaisessa kosteudenhallinnassa. Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 6
LISÄERISTÄMISEN VAIKUTUS ENERGIANKULUTUKSEEN Esimerkki toimistorakennuksen lämmitys- ja jäähdytysenergiankulutuksen muutoksista 2010-2100 Kuva: Juha Jokisalo, Aalto-yliopisto Rakennuksen k lisäeristäminen i i lisää toimistoissa i t i ja kerrostaloissa jäähdytysenergiankulutusta lähes saman verran kuin vähentää lämmitysenergiankulutusta (pientaloissa lämmitysenergian vähennys on suurempi). Jotta lisäeristämisestä olisi energiansäästön kannalta hyötyä, on jäähdytys toteutettava passiivisilla toimenpiteillä (kaihtimet, markiisit ja yötuuletus). Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 7
TUULETETTU YLÄPOHJA Lämmöneristeen lisääminen tuuletettuun yläpohjaan on helppo tapa vähentää energiankulutusta. Lämmöneristyksen parantamisen alentaa tuuletustilan lämpötilaa. kosteuden tiivistyminen ja homeen kasvu yläpohjassa lisääntyy yläpohjien vikasietoisuus i i heikkenee Kuva: Lars-Erik Harderup & Jesper Arfvidsson, Lund, Ruotsi Yläpohja on saatava ilmatiiviiksi aina kun lämmöneristystä lisätään. Kosteusvaurioita on havaittu paljon Etelä-Ruotsissa, mutta myös Suomessa. Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 8
TUULETETTU YLÄPOHJA Parannusvaihtoehtoja: Tuuletustilan toimintaa voidaan parantaa mm. lämpöä eristävällä aluskatteella lämmityksellä kuivauksella säädettävän koneellisen ilmanvaihdon avulla. ilmanvaihdon synnyttämät yli- ja alipaineet haitallisia, jos yläpohja ei ole ilmatiivis laitteiden toiminnasta varmistuttava, seuranta esim. näyttötaululla/ ll merkkivalolla asuintiloista Kuva: Hedtec Oy, Olosuhdevahti Kuva: Carl-Eric Hagentoft, Chalmers, Ruotsi Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 9
RYÖMINTÄTILAINEN ALAPOHJA Maa jäähdyttää ryömintätilaa kesällä alapohjan lämmöneristyksen parantaminen alentaa lämpötilaa entisestään homeen kasvulle ja ajoittain myös laholle otolliset olosuhteet alapohjan vikasietoisuus heikkenee Ratkaisuna koneellinen kuivatus tai lämmitys laitteiden toimintaa voitava seurata asuintiloista Alapohjan ilmatiiviys, ryömintätilan tuuletus kesällä sekä maapohjan lämmöneristys tärkeitä. Ryömintätilainen alapohja on toiminnaltaan vielä haastavampi kuin tuuletettu yläpohja, koska talvella homeet pyrkivät sisällä olevan alipaineen vuoksi sisätiloihin ilmavuotokohdista! Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 10
RYÖMINTÄTILAISEN ALAPOHJAN TOTEUTUS Oikein Kosteudeneristys Alapohjarakenteen oltava ilmatiivis Maapohja ei saa olla monttu, johon vesi kerääntyy Riittävän suuret tuuletus- aukot ja tuuletuksen tehostus kesällä tuulettimella Kosteuden kestävä tuulensuojalevy Eloperäiset materiaalit poistettava ryömintätilasta Nämäkään toimenpiteet eivät välttämättä riitä, vaan voidaan tarvita alapohjan koneellista kuivatusta tai lämmitystä. Lämmöneristys alentaa maan lämpötilaa ja vähentää kosteuden haihtumista (myös routaeristys) Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 11
ULKOSEINÄN LISÄERISTÄMINEN SISÄPUOLELTA Massiivisten seinärakenteiden (hirsi-, kevytbetoni- ja täystiilirakenteet) toteutus ilman lisäeristystä ei ole jatkossa enää mahdollista. Sisäpuolinen lisäeristys heikentää seinärakenteen kosteusteknistä toimintaa: Seinän kuivuminen hidastuu. Eristeen ulkopinnassa herkästi kosteuden tiivistymisriski i t i i? ja homeen kasvulle otollisia olosuhteita. Kivirakenteisissa seinissä suurempi riski pakkasrapautumiselle. Sisäpuolinen lämmönvarauskyky menetetään. Ilmavuodot sisältä eristeen taakse estettävä! Rakenteessa on oltava aina myös riittävä höyrynsulku eristeen lämpimällä puolella. Massiivirakenne tai vanha puruseinärakenne on suositeltavaa lisäeristää ulkopuolelta hyvin vesihöyryä läpäisevällä eristeellä. Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 12
IKKUNAT Lämmöneristyksen parantamisen vaikutukset ikkunan lasiosan toimintaan Kosteuden tiivistyminen lisääntyy ikkunan ulkopintaan, koska ulkopinta jäähtyy (lämpösäteily avaruuteen kirkkaina öinä). Ikkunoiden rikkoutumisriskin on todettu lisääntyvän auringon lämmittäessä epätasaisesti ikkunalaseja lisäten niiden jännityksiä iä ja toisaalta lämpötilan nousun lisätessä ulkolasiin kohdistuvaa paineen vaihtelua. Kosteuden tiivistymistä/ huurtumista ikkunan ulkopintaan esiintyy yleensä syksyllä ja talvella öisin ja aamulla. Tämä ei tarkoita sitä, että ikkuna olisi viallinen tai toimisi virheellisesti. Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 13
VAIPAN ILMANPITÄVYYS Vaipan ilmanpitävyyden parantamisella on lähes pelkästään positiivisia vaikutuksia 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 lämmöntalteenottolaitteiston kautta. 5) Vaippa estää paremmin tulipalon leviämistä. 6) Rakennuksen käyttäjien kokema vedon tunne vähenee. 7) Ilmanvaihdon säätäminen ja tavoiteltujen painesuhteiden säätäminen helpottuu, mutta toisaalta säätöjen tekeminen on vielä aiempaakin tärkeämpää. Riittävän ilmanvaihdon takaaminen ensiarvoisen tärkeää! Ilmanvaihdon säätäminen on erittäin tärkeää, jos rakennuksen ilmavuotoluku n 50 on alle 0,4 1/h. Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 14
PIENTALOJEN PAINEKOETULOKSIA 2000 LUVUN ALUN RAKENNUSKANNASTA 18,0 16,0 14,0 ku, n50 (1/h) Ilmavuotolu 12,0 10,0 80 8,0 6,0 4,0 2,0 3,2 2,8 2,6 1,5 1,6 4,1 7,9 5,8 3,9 0,0 10 kpl 10 kpl 10 kpl 10 kpl 10 kpl 8 kpl 8 kpl 4 kpl 100 kpl Kevyt- Kevytsora- Tiilitalot Betoni- Betoni- Hirsitalot - Hirsitalot - Hirsitalot - Puurunkoiset betonitalot harkkotalot harkkotalot elementtitalot tiivimpi perinteiset lisäeristetyt saumaeriste Vain pieni joukko kohteista täytti RakMK C3 2010 suositusarvon 1,0 1/h. Kaikilla rakenneratkaisuilla ill on mahdollista saavuttaa hyvä ilmanpitävyys, itä mutta joillakin ratkaisuilla se vaatii enemmän huolellisuutta. Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 15
ESIMERKKI ILMAVUOTOKOHTIEN ETSINNÄSTÄ LÄMPÖKUVAUKSELLA Puurunkoinen omakotitalo Olosuhteet: t Ulkolämpötila 4 C Sisälämpötila 21,5 C Mittaustuloksett t Normaali Alipainei 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 Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 16
VUOTOKOHTIEN SIJAINTI pientalot ja kerrostalot 100 Pientalot Kerrostalot 80 72 % 60 31 40 37 Prosenttiosuus, 20 12 11 8 6 8 3 5 2 4 0 Ilmansulun läpiviennit ja sähköasennukset. Ulkoseinän ja alapohjan liittymä Ulkoseinän ja välipohjan liittymä Ulkoseinän ja yläpohjan liittymä Ulkoseinien välinen nurkka Ovet ja ikkunat Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 17
TALOJEN KÄYTTÄJILLE SYNTYVIÄ SEURAUKSIA ENERGIATEHOKKUUDEN PARANTUMISESTA Teknisten laitteiden määrä sisäilman ja rakenteiden olosuhteiden seurannassa ja säätämisessä lisääntyy. suhteellisen kosteuden, paine-erojen ja energiankulutuksen seuranta lämpötilojen lisäksi ilmankuivaimet, tuulettimet, lämmityskaapelit ja -laitteet Ilmanvaihdon ohjauksen ja käyttöaikojen säätö käytön mukaan laitteiden päällä olon ilmoittavat merkkivalot ja näytöt Käyttäjien on tiedettävä entistä enemmän rakennuksen laitteista ja huolehdittava siitä, että ne ovat toiminnassa sekä säädetty ja huollettu asianmukaisesti. Käyttäjien on huolehdittava passiivisista jäähdytysratkaisuista kuten kaihtimien käytöstä ja yötuuletuksesta Olisi aina parempi, p, jos rakenteet toimisivat kosteusteknisesti ilman teknisiä laitteita. Tehokkaasti lämpöä eristävissä taloissa on ensiarvoisen tärkeää panostaa vaipan hyvään ilmanpitävyyteen ja riittävään ja oikein säädettyyn ilmanvaihtoon. Rakennusfoorumi, Korjausrakentaminen ja energiatehokkuus, Helsinki 6.9.2011 Juha Vinha 18