LUENTO 1 ASUMINEN JA RAKENTEET ENNEN JA NYT Historia ja periaatteet RAKENNUSFYSIIKAN PERUSTEET 453535P, 2 op Esa Säkkinen, arkkitehti esa.sakkinen@oulu.fi Jaakko Vänttilä, DI, arkkitehti jaakko.vanttila@oulu.fi
Johdatus rakennusfysiikan perusteisiin Rakennusten tehtävä Suojata ihmisiä (laitteita, omaisuutta) sään vaikutuksilta: kylmyydeltä, sateelta ja tuulelta. Rakennusfysiikka Tieteenala, joka tutkii rakennuksen vaipan toimintaa ja sisäilmassa tapahtuvia ilmiöitä, kuuluu talonrakennustekniikkaan. Liittyviä aloja Fysiikka, materiaalitekniikka, LVI-tekniikka Pyritään selvittämään kosteuden muodostumisen ja kulkeutumisen, lämön siirtymisen ja lämpötilan muutoksen vaikutusta rakennuksessa tai rakenteessa Rakennusfysiikan merkitys Merkitys rakentamisessa kasvaa rakentamisperinne kadonnut asumisen laatuvaatimukset muuttuneet virheellisiä ratkaisumalleja käytössä erittäin paljon uudet materiaalit vauriot Korjausrakentaminen rakennusfysiikan kannalta erittäin vaativaa Arkkitehtien ratkaisut voivat johtaa riskialttiisiin ratkaisuihin Keskeiset fysikaaliset ilmiöt Lämmön siirtyminen Kosteuden siirtyminen Veden faasimuutokset Lämpötilaerojen aiheuttamat virtaukset
Asuminen ennen 1930-lukua Asuminen Rakenteet Toiminnot samassa tilassa, vähän tiloja Ei märkä- tai pesutiloja asuinrakennuksessa Vettä käytetään vähän Seinä: hirsirakenteinen puu sitoo ja luovuttaa kosteutta Yläpohja: turve, sammal, sahanpuru, höylälastu Alapohja: multapenkki Materiaalit pystyvät sitomaan kosteutta ja luovuttamaan sitä vaurioitumatta (hygroskooppiset materiaalit) Kylmänä vuodenaikana rakenteet kostuvat, lämpimänä kuivuvat LVI-tekniikka Ilmanvaihto tulisijojen kautta, osaksi rakenteiden läpi Riskejä Multapenkistä johtuva lahovaara seinän alaosissa -> korjattavuus??!! Ilman vesihöyryn läpäisevyys suuri Veto lämpö karkaa
Multapenkkialapohja Tuohi toimii kosteuseristeenä puurakenteiden ja mullan välissä. Myös lattianiskat ja tuuletusputket tulisi eristää tuohella. Sammal tuohen ja seinän välissä ja tuulensuojapaperi lattian alapinnassa tuovat lisätiiviyttä rakenteeseen. Alustilassa on sama lämpötila kuin huoneessa talvellakin. Piipun perusta ja asunnon lämpö lämmittävät ilmatilaa ja pitävät perustuksen sulana. Ilman suhteellinen kosteus on näin vähäisempi, mikä vähentää kosteusvaurioiden syntyä. Multapenkki ei vaadi perustukselta erityistä routasuojausta. Alustilan tuuletus hoidetaan multapenkin ja kiviperustan läpi kulkevilla puuputkilla, jotka suljetaan talveksi. Tyhjää alustilaa voi käyttää säilytystilana. MULTIMUSTÄYTE TUOHI (taivuttava myös lattialankun alle) SAMMAL TUOHI
1940-luvulta lähtien (rintamamiestalo) Asuminen Rakenteet LVI-tekniikka Riskejä Eri toiminnot eri huoneissa: keittiö, tupa, makuuhuone, WC, sauna Pesu- ja märkätilat kellarissa tai erillisessä piharakennuksessa Vesijohto -> vettä käytetään sisätiloissa (< 50% nykytasosta) Keskuslämmitys (öljy, hiili) Kakluuni (= pellillä vuorattu muurattu pönttöuuni) eli pystymuuri Rankorakenne: puurunko, purueriste, kutterinlastu, vinolaudoitus, pinkopahvi tms., paneeli (ei ilmavälejä) Suuri ilman- ja vesihöyryn läpäisevyys Ei höyrynsulkuja, sen sijaan tervapaperi ja rakennuspaperi käytössä Rakenteet kostuvat ja kuivuvat vuodenaikojen mukaan IV-hormi savupiipun yhteydessä Painovoimainen ilmanvaihto LVV-tekniikka kehittynyt Lämpö- ja kosteusvirta sisältä ulos -> kosteutta tiivistyy rakenteeseen -> kuivuminen ratkaisevaa pitkällä tähtäyksellä
Rintamamiestalon rakenteet Yläpohja Vesikatto Tuuletusväli Purueriste 250 mm Puurunko 150 mm Laudoitus Alapohja - rossipohja Lattialauta Purueriste 200 mm Puurunko 200 mm Rossilauta Tuuletusväli Maa Seinä Pinkopahvi tms. Tervapaperi Vinolaudoitus Runko 125 mm Purueriste Vinolaudoitus Ulkoverhouslaudoitus
Rintamamiestalon rakenteet
1960-luvulta lähtien Asuminen Rakenteet Kosteat tilat erikseen, vettä käytetään paljon Keittiö, pyykinpesu, pesu, sauna rasittavat rakenteita ja luovat riskejä Lämpötilajakauma tasainen (asuinmukavuus) Energiatalous hyvä, tehokas lämmöneristys Tehokkaat, standardisoidut rakenteet (lämmöneristysvaatimukset) Vesihöyry- ja ilmatiivis rakenne HÖYRYNSULKU (muovi, ilmansulkupaperi) rakenteen lämpimällä puolella LVI-tekniikka Koneellinen ilmanvaihto (sekä tulo- että poistoilmakanavat -> Riskejä tasapainotus) Lämmön talteenottosysteemi Hallittu korvausilma
Puutalon rakenteet 1980 2000 luvuilla Yläpohja Vesikatto Tuuletusväli Mineraalivillaeriste >300 mm Puuristikko Höyrynsulkumuovi Paneeli tai Gyproc-levy Alapohja - maanvarainen Parketti/muovimatto/keraaminen laatta Betonilaatta Solumuovinen lämmöneriste Sepeli (kapillaarikatko) Hiekka Maa Seinä Kipsilevy tai paneeli Höyrynsulkumuovi Mineraalivillaeriste 250 mm Puurunko 250 mm (ristirunko) Tuulensuojalevy Ilmarako Ulkoverhouspaneeli
Puutalon rakenteet 1980 2000 luvuilla
Puutalon rakenteet 1980 2000 luvuilla Ominaisuuksia Tiivis seinämärakenne Tasainen lämpötila Painovoimainen tai poisto-iv ei toimi, jos korvausilmaa ei ole järjestetty Seinämän läpi korvausilman otto ei toimi (jos toimii -> veto) Höyrynsulku vai ei??? Ilmansulku pitää olla!!!
Ongelmallisia rakenteita
Ongelmallisia rakenteita
LUENTO 2 ASUMINEN JA RAKENTEET ENNEN JA NYT Ajankohtaiset haasteet RAKENNUSFYSIIKAN PERUSTEET 453535P, 2 op Esa Säkkinen, arkkitehti esa.sakkinen@oulu.fi Jaakko Vänttilä, DI, arkkitehti jaakko.vanttila@oulu.fi
2010-luvun matalaenergiatalo Rakennus, jonka energiankulutus on tavanomaista pienempi, alle 85% normeista Voidaan rakentaa käyttämällä perustekniikoita, parantamalla vaipan eristystä ja käyttämällä energiatehokasta ilmanvaihtoa Suunnittelun lähtökohdat energiaa, sähköä ja vettä kuluu vähemmän uusiutuvan energian hyödyntäminen (maalämpö, ilmalämpö, aurinkolämpö ) rakennuksen koon ja muodon optimointi lämmöneristys, ilmatiiviys LTO ja ilmanvaihto veden- ja sähkönkulutus edistykselliset tekniset ratkaisut U-arvot Tavoite taloudellisuus kestävä kehitys pienemmät kasvihuonepäästöt Faktaa rakennuskustannukset nousevat 3 5 % takaisinmaksuaika noin 30 vuotta kansantaloudellisesti järkevää home- ja kosteusvaurioriski kasvaa
Matalaenergiarakentamisen riskejä Lämmöneristeen lisääminen heikentää rakennuksen kosteusteknistä toimivuutta rakenteet alttiimpia homeen kasvulle (materiaalivalinnat!!) Vaipan ulko-osat viilenevät kosteuden tiivistymisriski rakenteisiin kasvaa Ilmastonmuutos lisää kosteusriskiä sademäärä kasvaa tuulet voimistuvat ilmankosteus kasvaa Rakenteissa olosuhteet muuttuvat tuuletetut yläpohjat (ja alapohjat?) massiivirakenteiden kosteustekninen toiminta heikkenee eristyksen kasvaessa (sisäpuolinen lämmöneriste) Homeen kasvulle suotuisat olosuhteet, kun suht. kosteus yli 70% -> U-arvovaatimusten kiristämiset rakenteisiin, jossa se on riskitöntä -> rakennusfysiikan osuus suunnittelussa kasvaa
EU:n ilmasto- ja energiapolitiikka Energiatehokkuutta ohjataan 2008 laaditun EU:n ilmasto ja energiapaketin 2008 avulla vuoteen 2020 saakka käynnisti laajan säännöstöprosessin, sisältää säädöksiä päästökaupasta, kansallisista päästötavoitteista, uusiutuvan energian käytön lisäämisestä, energiatehokkuuden parantamisesta ja kasvihuonekaasujen päästöjen vähentämisestä 20 % kasvihuonekaasupäästöjä 20 % energiankulutusta perusuran mukaisesta kehityksestä ja 20 % uusiutuvilla energialähteillä tuotettua energiaa huomattavia vaikutuksia energiamarkkinoihin : aurinkopaneelit tulleet käyttöön, etenkin Keski-Euroopassa Toisaalta Liuskekaasun romahduttaessa energianhinnat ja ydinvoiman käytöstä luopumiset ovat johtaneet vastakkaiseen kehitykseen -> kivihiileen investoimisesta ja sen käytöstä on tullut kannattavaa
Määräysten kehittyminen SRMK:ssa
Energian käyttö ja hiilidioksidipäästöt Suomessa Energian käyttö Suomessa 2012 oli 378 TWh Hiilidioksidipäästöt fossilisten polttoaineiden ja turpeen käytöstä olivat 48 milj.tonnia Muutostavoitteet vuodesta 2003 -> 2020
SRMK D3 ja D5 Energiatehokkuusmääräykset ja ohjeet Maankäyttö- ja rakennuslain 13 :n mukaisesti ympäristöministeriö antaa rakentamista koskevia määräyksiä SRMK:ssa A Yleinen osa, B Rakenteiden lujuus, C Eristykset, D LVI ja energiatalous, E Rakenteellinen paloturvallisuus, F Yleinen rakennussuunnittelu ja G Asuntorakentaminen Kaikki energiatehokkuusvaatimukset kootaan tulevaisuudessa SRMK:n osaan D3 Myös energiatehokkuusvaatimukset osista C3 ja D2 C3 kumotaan kokonaan D5 sisältää ohjeet rakennuksen energiakulutuksen ja lämmitystehontarpeen laskentaan Iso muutostyö edelleen käynnissä D5 ilmestyi 2013
SRMK D3 ja D5 Energiatehokkuusmääräykset ja ohjeet Määräykset ja ohjeet koskevat uusia rakennuksia, joissa käytetään energiaa tilojen ja ilmanvaihdon lämmitykseen ja sen lisäksi mahdollisesti jäähdytykseen käyttötarkoituksenmukaisten sisäilmasto-olosuhteiden ylläpitämiseksi Käyttötarkoitusluokat Luokka 1: Erilliset pientalot sekä rivi- ja ketjutalot Luokka 2: Asuinkerrostalot Luokka 3: Toimistorakennukset Luokka 4: Liikerakennukset Luokka 5: Majoitusliikerakennukset Luokka 6: Opetusrakennukset ja päiväkodit Luokka 7: Liikuntahallit pois lukien uima- ja jäähallit Luokka 8: Sairaalat Luokka 9: Muut rakennukset
Määräyksistä ja ohjeista SMRK D2:ssa Lämmityskauden ohjearvoja tilojen lämpötiloille (SRMK D2, ilmanvaihto ja sisäilmasto) Oleskeluvyöhykkeellä 21 0C, kesällä 23 0C. Muiden tilojen lämpötilojen ohjearvoja
Energiatehokkuusvaatimusten tavoitteita Painopiste rakennuksen kokonaisuuden ja hyvän suorituskyvyn suunnitteluun Energiatekninen suunnittelu mukaan hankkeen alusta alkaen Kokonaisenergiatarkastelu tuo lisää vapauksia toteuttaa rakennus kustannustehokkaasti Hyvällä suunnittelulla energiatehokkuus paremmaksi samalla kustannuksia säästäen Mahdollistaa uusia innovatiivisia ratkaisuja ja lisää kilpailua eri energiatehokkaiden ratkaisujen välillä Uusiutuvien energialähteiden käytön ottaminen mukaan tarkasteluihin Muuntojoustavuuden lisääminen rakennuksen lämmitystavan vaihtamisessa Ei sulje kokonaan pois mitään energiamuotoa, mutta toivon mukaan vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä Määräysten rakenne mahdollistaa tulevaisuudessa lähes nollaenergiatason Uudistuksella tuetaan määräystasoa energiatehokkaampien rakennusten kehittämistä Tulee vaatimaan suunnittelulta ja rakentamiselta lisää osaamista, mutta myös edistää osaamisen kehittymistä
Energiatehokkuuden arviointi, säävyöhykkeet Suomi on jaettu neljään säävyöhykkeeseen, SRMK D3 / liite 2 Lämmitysteho ja energiankulutus lasketaan tässä esitetyillä säätiedoilla
Energiatehokkuuden arviointi, ostoenergian laskenta
E-luku E-luku on energiamuotojen kertoimilla painotettu rakennuksen vuotuinen ostoenergiankulutus rakennustyypin standardikäytöllä lämmitettyä nettoalaa kohden Lämmityksen lisäksi myös ilmanvaihto, lämmin käyttövesi, taloussähkö ja valaistus E-luku saadaan laskemalla yhteen ostoenergian ja energiamuotojen kertoimien tulot energiamuodoittain E luku = rakennukseen ostettu energia * energiamuodon kerroin Energiamuotojen kertoimet ovat seuraavat: sähkö 1,7 kaukolämpö 0,7 kaukojäähdytys 0,4 fossiiliset polttoaineet 1,0 uusiutuvat polttoaineet 0,5 Näillä huomioidaan eri energiamuotojen hiilidioksidipäästöjä E-lukua laskettaessa uusiutuva omavaraisenergia ei ole ostoenergiaa, vaan se vähentää ostoenergian kulutusta Esimerkiksi tontilla oleva kasvillisuus vähentää tuulen vaikutusta!
E-luku, esimerkki
SRMK, vaatimukset E-luvulle
Energiaselvitys ja energiatodistus Rakennuslupaa haettaessa on laadittava energiaselvitys ja esitettävä energiatodistus energiaselvitys on päivitettävä ja pääsuunnittelijan on varmennettava se ennen rakennuksen käyttöönottoa Energiaselvitys sisältää seuraavat tarkastelut rakennuksen kokonaisenergian kulutus, E-luku energialaskennan lähtötiedot ja tulokset kesäaikainen huonelämpötila ja tarvittaessa jäähdytysteho rakennuksen lämpöhäviöt rakennuksen lämmitysteho mitoitustilanteessa sekä rakennuksen energiatodistus Energiatodistus laki ja asetus energiatodistuksesta astui voimaan 01.01.2008 ja koskee uusia rakennuksia ja vähintään 6:n asunnon taloyhtiöitä sen avulla kuluttajat voivat vertailla rakennusten energiatehokkuutta on hankittava, kun rakennus otetaan käyttöön, myydään tai vuokrataan
Kiitos mielenkiinnosta!