Elinkaari pitkäaikaiskestävyys. Käyttöikäsuunnittelun perusteet. Puuinfo TuplaA koulutus AEL, Kaarnatie 4, Helsinki 8.10.2014, Hannu Viitanen, erikoistutkija Teknologian tutkimuskeskus VTT
KESKEINEN SISÄLTÖ 1 Käyttöikäsuunnittelun tavoitteet 2 Puurakenteiden säilyvyys / kestoikämitoitus 3 Käyttöikäsuunnittelu 3.1 Suojausmenettely 3.3 Käyttöikämenettely, puutuotteen kestävyyden arviointi 4 Rakenteellinen puunsuojaus 4.1 Kantavat puurakenteet, käyttöluokat 1 ja 2 4.2 Puujulkisivut, käyttöluokka 3.1 6 Rakenteellisen suojauksen ja pitkäaikaiskestävyyden raja-arvot 8.10.2014 2
Käyttöikäsuunnittelun tavoitteet Käyttöikäsuunnittelussa keskeisenä suunnittelukriteerinä on rakenteen ikä ja säilyvyys. Suunnittelijan vastuuna ei ole ainoastaan rakenteen lujuuden ja varmuuden takaaminen, vaan myös tavoitekäyttöiän saavuttaminen ja käyttöturvallisuuden varmistaminen. Keskeisenä suunnitteluperiaatteena on, että tavoitekäyttöiän saavuttaminen tulee jotenkin osoittaa. Puukerrostalojen suunnittelu / pientalojen rakenteet -> vaatimukset otettava suunnittelussa huomioon -> komponenttien, elementtien ja rakenteiden liittyminen ja toimivuus 8.10.2014 3
Kestoikätarkastelut ja niiden käyttö Sijoittajan näkökannat (kohteen arvo) Käyttäjän näkökannat (ulkonäkö, toimivuus) Rakentajan / materiaalien toimittajien näkökannat Kokonaisuuden kannattavuus Rakentamisen yhteydessä tehdyt oikeat ja huolelliset ratkaisut vähentävät käytön aikaisia kustannuksia Rakentamiskustannukset voidaan jakaa pidemmälle aikavälille, kun ylläpito- ja huoltokustannuksissa säästetään Toimenpiteiden oikeellisuus, osuvuus ja oikea-aikaisuus vaativat asiantuntevaa suunnittelua ja toteutusta kaikilla tasoilla 8.10.2014 4
Kesto- / käyttöiän määrittely Suunnittelija yhdessä rakennuttajan kanssa määrää rakenteiden suunnitellut käyttöiät. Koko rakennuksen käyttöikää määrättäessä voidaan pitää Eurocode 1 esittämiä ikävaatimuksia ohjeellisina. Rakenteiden käyttöikävaatimuksia asetettaessa otetaan huomioon rakenteen vaihdettavuus ja huollon helppous Puurakenteiden kannalta tärkeät tekijät on erityisesti syytä ottaa huomioon suunnittelussa 8.10.2014 5
Rakennusten ohjeelliset vähimmäiskestoiät (ISO 15686-1). Rakennuksen suunnitteluikä Kantavat rakenneosat tai luoksepääsemättömät rakenteet Rakennusosat, joiden uusiminen on kallista tai hankalaa Suurehkot vaihdettavat rakennusosat Laitteet, installaatiot ja ulkopuoliset työt Rajoittamaton Rajoittamaton 100 40 25 150 150 100 40 25 100 100 100 40 25 60 60 60 40 25 25 25 25 25 25 15 15 15 15 15 10 10 10 10 10 8.10.2014 6
Säilyvyys- / kestoikämitoitus Säilyvyysmitoitukseen sisältyvät seuraavat vaiheet: Tavoitekäyttöiän asettaminen ja käyttöiän laskenta-arvojen määrittäminen Ympäristörasitusten ja -vaikutusten analysointi Mahdollisten turmeltumistekijöiden identifiointi ja vaikutusarvioinnit Tarvittavien arviointi- ja laskentamallien valinta ja Materiaalivaikutusten vähennyksien laskeminen mitoituksessa Luonnonkuormien ottaminen huomioon 8.10.2014 7
Suojausmenettely Suojausmenettelyn periaatteena on varmistaa erilaisin suojaustoimenpitein, että materiaaleissa ei tapahdu turmeltumista tai vaurioitumista käytännöllisesti katsoen lainkaan käyttöiän aikana. Suojaus voi perustua ulkoisten olosuhteiden muuttamiseen siten, että rakenteeseen ei kohdistu materiaaleja turmelevia rasituksia (suojarakenteet) tai pinnoitteiden käyttöön, jotka eristävät rakenteen mm kosteusrasituksilta. Pintakäsittely tulisi toimia niin, että itse suojattavaan materiaaliin ei kohdistu materiaalille kriittistä kosteusrasitusta. Puun suojaus tai puun modifiointi on suojausta, jolla itse materiaalin kestävyysominaisuuksia parannetaan 8.10.2014 8
Suojausmenettely varmistaa: rakenteen materiaaleissa ei tapahdu ennenaikaista vioittumista tai vaurioitumista Rakenteellinen suojaus: materiaaliin ei kohdistu toimivuutta heikentävää tai vaurioita aiheuttavaa kosteuskuormitusta Pintakäsittely: suojattavaan materiaaliin ei kohdistu materiaalille kriittistä kosteusrasitusta. Puun suojaus tai puun modifiointi: itse materiaalin kestävyysominaisuuksia parannetaan. Puun kemiallinen suojaus: puun käsittely aineilla, jotka lisäävät ja varmistavat puutuotteiden käytettävyyttä ja kestävyyttä Pinnoituksen kestoikä on usein lyhyempi kuin itse materiaalin: uusintakäsittelyt tarpeen 8.10.2014 9
Quality / Function Huollon, korjausten ja rakenteiden uusimisen merkitys rakennuksen kesto- ja käyttöikään Building performance and life cycle Aging / Failure Replacement PD 0 PD 1 Maintenance Repair Refurbishment PD 2 PD 3 PD 4 Performance without preventive actions Operation over time PD = Performance degrees (toimivuuden taso): PD 0 = taso hyvä, PD 1 = normaali taso, lieviä vaikutuksia, PD 2 = alentunut toimivuus, kohtalaiset muutokset, PD 3 = toimvuustaso alle hyväksytyn, voimakkaat muutokset, PD 4 = rakenne tai komponentti ei enää toimiva, vaarana romahdus tai toimimaton tilanne (kuvaus perustuu ISO 15686 7). 8.10.2014 10
Suojausmenettelyn lähtökohta: Ympäristövaikutusten analysointi Ilmastorasitukset Lämpötila ja kosteus sekä niiden vaihtelu Sateet ja tuulisuus (etenkin viistosade) Kosteus ja sen tiivistyminen, jäätyminen, Auringon säteily Ilman saasteet, ympäristön rakenne, muut rakennukset Geologiset rasitukset Maaston muodot, pohjaveden pinnan sijainti, Aggressiivisten aineiden vaikutus Ihmisen vaikutukset Liikenteen rasitus ja kuluminen, suolaus, ilkivalta Tärkeää: Arvioi näiden merkitys säilyvyyteen ja kestoikään sekä tarvittaviin materiaalivalintoihin ja suojaukseen 8.10.2014 11
Esimerkki ilmastorasitusten Määrittelystä (ulkorakenne) Ulko-olojen rasitusten arviointi: kosteus / laho (maan pinnan yläpuoliset rakenteet) Sateelle altis Euroopan makroilmaston vaikutus lahon kehittymiseen on arvioitu sijoittamalla lahon kehitystä kuvaava malli (männyn pintapuu) ilmastodataan Karttojen avulla voidaan arvioida makroilmaston ilman kosteus, lämpötila, sademäärät, vaikutusaika, merkitys eri osissa Eurooppaa Pohjois-Eurooppa suosii puuta: Etelä- Suomessa laho voi kehittyä noin 2 kertaa nopeammin kuin Pohjois- Suomessa ja jopa 4 kertaa nopeammin kuin Lapin pohjoisosissa. Sateelta suojattu Sateelta suojatussa rakenteissa lahoriski on olematon Euroopan pohjoisosissa 12
Rakenteellinen puunsuojaus Rakenteiden kosteusteknisen suunnittelun periaatteet. Rakenteellisessa suojausmenettelyssä keskitytään koko rakenteen kestoiän optimointiin ottaen huomioon rakenteiden kosteustekninen toimivuus, suunnittelu sekä toteutus Kokonaisuuksien toimivuus, kosteuskuormat ja niiden hallinta Detaljien toimivuus Liitokset, saumat, kiinnitykset, läpiviennit Rakentamisen toteutus Sääsuojaukset rakentamisen tai korjauksen aikana Materiaalien kuljetus ja varastointi Asennukset ja suunnitelmien toteutus Käytön aikaiset toimet Huolto- ja korjaukset 8.10.2014 13
Suojausmenettely, julkisivut Suojausmenettelyssä tarkastellaan erikseen eri pinnoitteiden ja suojausjärjestelmien kestoikää, mikä antaa perustan kunnossapitojaksojen arvioimiselle. Määrittelemällä kunnossapitojaksot varmistetaan, että rakenteen materiaalit ovat suojattuja koko suunnitellun käyttöiän ajan. Tyypillinen esimerkki tästä on julkisivujen huolto ja uudelleen maalaus. Lisäksi mahdollisia taloudellisia ja ekologisia vertailulaskelmia varten saadaan arvio siitä, kuinka monta kertaa ja millä tavoin rakenne on suojattava uudelleen käyttöikänsä aikana. Uusintasuojausten ajankohdat esitetään kunnossapitosuunnitelmassa. 8.10.2014 14
Rakenteellisen puunsuojauksen lähtökohta ja tarvetarkastelu: Käyttöluokat (service classes / use classes) Ulkoilmaan ja säälle altistuvat rakenteet: service class 3 Use class (UC3.1) Ulkorakenteet, SC3 / UC 3.1 Säältä suojatut rakenteet, SC2 Kuivat olosuhteet, SC 1 Säältä suojatut tilat (SC2) Käyttöluokka 1, kuivat olosuhteet Käyttöluokka 1 Sisäympäristö Sisäilma Tilapäiselle kosteusrasitukselle altistuvat tilat: eteiset, kellaritilat, pesutilat (KL 2) Käyttöluokka 1 8.10.2014 15
Käyttöluokkien (service classes / use classes) määrittelyt ja arvioidut kosteusolot Service class according to EN 1995-1-1 Humidity conditions in a service class Corresponding use class according to the EN 335 standard Service class 1 Moisture content in materials corresponding to +20 C and RH of air exceeding 65 % for a few weeks per year. MC of softwood will not exceed 12 %. Use class 1. Indoor, dry. Service class 2 Moisture content in materials corresponding to +20 C and RH of air exceeding 85 % for a few weeks per year. MC of softwood will not exceed 20 %. Use class 1. Use class 2 if the component is in a situation where it could be subjected to occasional wetting caused by e.g. condensation. Service class 3 Climatic conditions leading to higher moisture contents than in service class 2. Use class 2 Use class 3 or higher if used externally. Use class 3 contains subclasses 3.1 (claddings) and 3.2 (decking exposed to weathering). 8.10.2014 16
Rakenneosien toimivuustarkastelu ja vaatimustaso sisäilman laadun kannalta eri rakenneosissa Vaatimustaso (* korvausilma sisäpinnat sisäilma sisäverhous, ulkopinta eristetila / kantavat rakenteet tuulensulku, sisäpinta tuulensulku, ulkopinta ilmarako julkisivu, sisäpinta julkisivu, ulkopinta ulkoilma / tuuletusilma ikkunoista (* Vaikutustarve / mahdollisuudet 17
Puurakennuksen kestoikään vaikuttavia tekijöitä (ISO 15686-1). Tekijät Vaiheet ja olosuhteet Rakennuksen Rakennusosan laatu Valmistus, varastointi, kuljetus ominaisuudet, Suunnittelun laatu Liitokset, muun rakenteen suojaus laatu Työn laatu Valvonta, ammattitaito, ilmasto-olot työn suorituksen aikana, sääsuojaukset työn aikana Ympäristöolot Sisäympäristö Käyttöolot, sisäympäristön aggressiivisuus, ilmanvaihto Ulkoinen ympäristö Rakennuksen korkeus, sijainti, ilmansuunta, mikroilmasto, saasteet, sääolot Käyttö Käyttöolot Mekaaninen vaikutus, käyttäjäryhmä, kuluminen Huollon taso Huollon laatu ja tiheys 8.10.2014 18
Runkorakenteet: tavoitteena 100 vuoden kestoikä, käyttöluokat 1 ja 2, mitä pitää tehdä, jotta tähän päästään Huolellinen suunnittelu, etenkin detaljit otettava huomioon niin, että ei synny kosteuta ja vettä kerääviä rakenneosia Suunnittelu ja toteutus: elementit ja talotekniikka toimivat yhteen Perustukset ja seinien alaosat, kattorakenteet, liitokset läpiviennit. Rakentaminen niin, että kostumiselta vältytään ja vältetään virherakenteet, suojarakenteet rakentamisen aikana Pintakäsittely osaksi rakennetta osissa, joihin kosteus voi päästä vaikuttamaan: ullakon vesikatteen alusrakenteet, kylmät ulkorakenteet Ilmanvaihdot ja talotekniikan rakentaminen toimivaksi (käyttö onnistuu tavallisellekin ihmiselle) Huoltotoimenpiteet ajoissa niin, että kosteus tai vesi ei pääse vioittamaan rakenteita 8.10.2014 19
Runkorakenteet: tavoitteena 100 vuoden kestoikä, käyttöluokat 1 ja 2 Laajennettaessa kestoikätavoitetta 50 vuodesta 100 vuoteen, on otettava erikseen huomioon mahdollisista luonnonkuormista johtuva lisäkuormat Suunnitellun käyttöiän ollessa yli 50 vuotta kuormien ominaisarvoja korotetaan 10 prosentilla ja suunnitellun käyttöiän ollessa yli 100 vuotta kuormien ominaisarvoja korotetaan 20 prosentilla Ympäristön (ilmaston) aiheuttaman kuorman ja suunnitellun kestoiän välinen riippuvuus. Lähtökohtana on 50 vuoden käyttö. Ilmastokuormia ovat lumi, tuuli, jää, ulkoilman kosteuden ja lämpötilan vaihtelut (Weck, 2013, Tikanoja 2013) 8.10.2014 20
Suunnittelu ja rakentaminen Materiaalien valinta ja liitynnät toisiinsa Kostumisen esto / kuivumismahdollisuus Detaljien suunnittelu ja toteutus Liitosten ja saumojen toteutus Komponenttien ja elementtien rakentaminen suojatuissa tiloissa Pidemmälle valmis, pienempi säärasitus rakennettaessa Erilaisia ratkaisuja toteutettavissa Paikalla rakentaminen ja suojarakenteiden käyttö Suositeltavaa mahdollisimman nopea toteutus (vältettävä virheet) Työvaiheiden toteutus: tehdas, rakennustyömaa, ajankohta toimenpiteille -> logistiikka Räystäät, lipat ja suojaavat rakenteet (pellitykset, suojalistat) ja muut tekniset yksityiskohdat 8.10.2014 21
Huolto Normaali määräaikaishuolto, vikojen korjaaminen ajoissa Mahdollisten kosteusvaurioiden nopea kuivaaminen ja hoito kuntoon Kerrostalo -> julkisivujen ja ulkopintojen huolto kalliimpaa huoltoväli lyhyempi eteläseinällä kyllästetty / kestävämpi puu alttiimmissa rakenteissa: parvekkeet, terassit Rakenteelliset yksityiskohdat oltava kunnossa (veden ohjaukset yms.) Koristelistojen / lisärakenteiden suojaukset, Haluttu rakenteen kunto ja ulkonäkö: vaatimukset, huollon ennakointi. 8.10.2014 22
Kesto- / käyttöiän arviointimenettely Arvioinnissa käytetään periaatteessa yksinkertaista menettelyä, jossa ennakoitu komponentin käyttöikä lasketaan kestoikästandardin ISO/DIS 15686 kaavasta missä ESLC on komponentin ennakoitu käyttöikä RSLC vertailukäyttöikä ja A...G eri tekijöitä huomioonottavia muuntokertoimia. VTT:n arviointimenettelyssä muuntokertoimien huomioonottamat tekijät ja ko. kertoimeen vaikuttavat suunnitteluparametrit otetaan huomioon. 8.10.2014 23
Muuntokertoimien / osatekijöiden kuvaus A = Materiaalien / komponttien laatu Puutavara ja pinnoitteet B = Suunnittelun taso Myös detaljit tärkeitä C = Rakentamisen toteutus Suunnitelmien mukainen toteutus, liittymät D = Sisäympäristön vaikutus Asuinkäyttö / tehdaskäyttö F = Ulkoympäristön vaikutus Makro-, meso- ja mikroilmasto, maasto ja muut rakennukset G = Käytön aikaiset vaikutukset Kuormat, käyttäjien vaikutukset H = Huollon taso ja toteutus Vikojen korjaus, määräaikaishuollot 8.10.2014 24
Puisen julkisivun kesto- käyttöikään vaikuttavat tekijät (Esim. VTT:n malli) Kerroin Tekijä Suunnitteluparametrit A 1 Puumateriaali Puumateriaalin sään- ja lahonkestävyys, puulaji, modifiointi, dimensiot A 2 Pintakäsittely Pintakäsittelytyyppi ja sen ominaisuudet (kalvon paksuus, peittokyky, pintalämpötila) B Suunnittelu, Rakenteet, Yksityiskohdat C Rakentaminen / toteutus Talon rakenne (räystäät yms), yksityiskohdat, rakennetyyppi (pontti, lomalauta), tuulettuvuus, sahaussuunta, jatkokset, varasto, saumojen ja poikkipintojen suojaus, kiinnitys (naulat) Yksityiskohtien ja suojauksen toteutus, kiinnityssuunta (pinta/sydän) puun kosteus/ varastointi D Rakenteen Rasitusluokat, ulkoiset rasitukset käyttöolot E Säärasitus Ilman suunta, suojaava ympäristö, ilmasto-olot, viistosade F Käyttörasitus / sisäolot Rakenteen tai tilan käyttötyyppi (koteuslähteet, lämmitys) G Vikojen korjaus ja huolto Vikojen huolto, huollettavuus, huoltomaalaus (peittomaalit / kuullotteet) ja sen viivästyminen, uusintamaalaustoimenpiteet 8.10.2014 25
Pitkäikäinen puujulkisivu (Wood Focus Oy) Ulkoverhouksen rakenteellinen suojaus 8.10.2014 26
Puun rakenteellinen suojaus julkisivuissa (1) Riittävän leveät räystäät ja korkea sokkeli Vaakapaneeli (avopontti / puolipontti / täyspontti), nurkkalauta suojaa saumat Ponttirakenne tiivistää rakenteen, pintakäsittely optimoitatava rakenteeseen Tuulettuvuus: optimointi niin, että ilmarakoon ei tunkeudu tarpeettomasti kosteaa ulkoilmaa, mutta että satunnainen kosteusrasitus pääsee kuivumaan eikä rasitus pääse siirtymään tuulensulkuun 22 mm ilmarako normaalisti riittävä (lautajulkisivut), optimointi kohdekohtaisesti Pystypaneeli (alapoikkipinnat vaikea suojata rakennuspaikalla), rakenteellisesti herkkä kohta, alapoikkipintojen pintakäsittely tärkeää Lomalaudoitus (rakenteessa ei ole pintaa tiivistävää ponttisaumaa -> kiinnitys tärkeää, kiinnitys runkoon), kosteuseläminen voi olla suurempaa 8.10.2014 27
Puun rakenteellinen suojaus julkisivuissa (2) Saumat, liittymät, pellitykset (kokonaisuuden suunnittelu) Yksityiskohtien suunnittelu ja toteutus -> suojaus -> paneelit, koristelistat (veden pitää päästä pinnalta ja rakenteesta pois) Laudan pinta- / sydänpuun asennussuuntaan vaikuttaa pinnoitteen tiiveys ja seinän rakenne: Tiiviillä pinnoitteilla (öljymaalit, osa dispersiomaalit eli lateksimaalit) pinnan suunnalla ei ole vastaavaa merkitystä kuin läpäisevillä pinnoitteilla (kuullotteet). Pinnan karheus ja pintakäsittelyn toimivuus Home kehittyy kostean ilman kohdissa, mm. räystäiden alla ja pohjoispuolen julkisivuissa. Sadevesi ei välttämättä ole homekasvun syynä 8.10.2014 28
Pintakäsittelyt Maalityyppi ja käsittely-yhdistelmät, vesipohjaiset / öljypohjaiset, värin pysyvyys, läpäisevyys Ilmansuunta, rakennuksen sijainti ja ympäristön altistavuus Seinän korkeus / räystäät (puukerrostalo, merkitys vähenee), sokkelin korkeus Suojapellitykset ja niiden asennus / huolto Haluttu ulkonäkö ja kunto: vaatimukset (öljymaalit: värisävy muuttuu pinnan vanhetessa) Työn suoritus: sääsuojat, puhdistus, esikäsittelyt, pinnoitteet, kustannukset <-> huolellisuus Hyvin tehty säästää - omistajan olisi huomioitava kustannukset etukäteen -> elinkaarisäästöt Julkisivun vaihto ajoittain (uusintakäsittelyn / vaihdon kustannukset) Julkisivun vaihdettavuus (kiinnikkeet, runkorakenteet). 8.10.2014 29
Ulkorakenteiden pintakäsittelysysteemejä Maalityyppi Puuöljyt Kalvon muodostus, suojaa auringonvalolta Ei kalvoa, suojaa huonosti valolta Veden läpäisevyys Suuri Huom Sääalttiita, vaativat mm. home-suojaaineen, uusintaan eivät peittomaalit Lietemaalit, Punamulta Ei varsinaista kalvoa, mutta suojaa puuta valolta Suuri Maalityypin vaihto ei suositeltavaa, uusintakäsittely 6-12 v, helppo, Pigmentoitu puunsuoja, vesiohen Suojaa puuta valolta rajatusti Suurikohtalainen Uusintakäsittely 5-9 v, helppo, vesiohenteiset maalit, Kunto! Pigmentoitu puunsuoja, liuteoh. Suojaa puuta valolta rajatusti Suurikohtalainen Uusintakäsittely 5-9 v, helppo, liuotinohenteiset maalit, Kunto! Peittävä ("extrat") puunsuoja Suojaa puuta valolta rajatusti Kohtalainen Uusintakäsittely 6-12 v, liuotinohenteiset maalit, pinnan kunto! Dispersiomaalit ("lateksit") Suojaa puuta valolta hyvin Kohtalainen - tiivis Hyvä pohjustus tarpeen, Uusintakäsittely 10-18 v, puhdistus väri säilyy hyvin Alkydiöljymaalit Suojaa puuta valolta hyvin Pieni (tiivis maalikalvo) Uusintakäsittely 10-18 v, puhdistus väri muuttuu iän mukana Oljymaalit Suojaa puuta valolta hyvin Pieni (tiivis maalikalvo) uusi Uusintakäsittely 10-18, v, puhdistus väri muuttuu iän mukana 8.10.2014 30
Rakenteellisen suojauksen ja pitkäaikaiskestävyyden raja-arvot Rakenteellisen suojauksen ja pinnoituksen antaman suojaustarpeen kriittisinä arvoina voidaan käyttää esim. puun homehtumisen ja lahoamisen osalta esitettyjä kosteuden, lämpötilan ja niiden vaikutusajan kriittisiä suureita. Kosteuden osalta ei voida antaa ainoastaan yhtä arvoa, koska kosteus vaikuttaa yhdessä lämpötilan ja vaikutusajan kanssa. Puumateriaalin huokosilman kosteus ei saisi ylittää kuvissa esitettyjä raja-arvotiloja rakenteissa tai pinnoitteen alla, jos suojaus perustuu kosteuden vaikutuksen ehkäisyyn 8.10.2014 31
RH (%) RH (%) Puun säilymisen kannalta tärkeää ovat kosteus, lämpötila ja niiden vaikutusaika Homeelle kriittiset olosuhteet (kasvun alkuun kuluva aika viikkoina) 100 95 90 85 80 75 70 Ei hometta näissä oloissa 1 C 5 C 10 C 20 C 0 5 10 15 20 25 30 Time (weeks) 100 sama laholle (kuukausina) 95 90 85 80 75 Ei lahoa näissä oloissa 0 C 5 C 10 C 20 C 70 0 4 8 12 16 20 24 Time (months) 32
Materiaalien ympäröivään ilmaan rajoittuvien pintojen kestävyys Materiaalien ominaisuudet Pinnoitteet Ympäröivän ilman kosteus- ja lämpötila Vaikutusaika Pintaan kertyvät muut aineet Pintaan tarttuvien eliöiden kasvu Home, levä, jäkälä, muut mikrobit Homeen kasvun arviointi homeindeksillä Tyypillinen menetelmä materiaalien ominaisuuksien arvioinnissa 8.10.2014 33
Kestävyysongelmat ja kestoikätarkastelu Käsitteistö: mikä on vaurio ja mikä on vika? - Rakennukset vanhenevat ja altistuvat eri tavoin Vaurio on tilanne, jossa materiaali, rakenne, rakennus-osa tai koko rakennus menettää käytettävyytensä (lujuus, turvallisuus, terveys, kestävyys) laaja korjaus tarpeen rakennuksesta tulee korjaustyömaa (esim TTL raportti vakava vaurio ). Vaurio-ilmaisua käytetään eri tarkoituksessa -> terveysala tarkoittaa sillä lähinnä mikrobi- tai homekasvua. Vika on häiriö tai tila, jossa toimivuus ei vastaa odotettua ja se saattaa johtaa vaurioon on tärkeää tehdä ajoissa tarvittava korjaus -> estää vian laajentumisen korjauksen rajaus! Rakenteet ja materiaalit vanhenevat niihin kohdistuvien rasitusten seurauksena: mikrobit ovat usein osa vanhenemisprosessia Korjauksen hallinta ja rajaus: estettävä pölyn leviäminen ja saatava korjaus hallintaan: kemikaalit helpottavat pölyn sitomista ja hajun leviämistä ei pitkäaikainen vaikutus desinfiointiin suhtaudutaan varauksellisesti > käytön hallinta ja rajaus 34
VTT:n kokemukset: vaurioiden ja ongelmien syitä Ympäristöstä tuleva vesi eri muodoissaan: kattovuodot, ulkopintojen vesivuodot, maakosteus ja pohjavesi, valumavesi rakenteisiin jne Putki ja käyttöveden vuodot, sisäilman korkea kosteus ja kylmäsillat, sisäilman vuotovirtaus ja kosteuden kondensoituminen rakenteisiin, puutteellinen tai toimimaton ilmanvaihto. Kosteudelle alttiit rakenteet, väärin suunnitellut ja toteutetut veden poiston ja eristyksen ratkaisut, veden kertymä, puutteellinen maapohjan kuivaus Huolimaton korjaus: vakavammat viat jääneet korjaamatta, virheelliset rakenne- ja materiaaliratkaisut, materiaalien ja rakenteiden kastuminen rakennusvaiheessa, läpiviennit vuotavat ilmaa, putki- ja vesivuotojen puutteellinen korjaus, kuivaus ja jälkihuolto jääneet tekemättä, kosteuseristykset jääneet korjaamatta jne. Huollon puute, laitevuoto, huolimaton vedenkäyttö, liiallinen sisäilman kosteus, puutteellinen ilmanvaihdon huolto, vesivuotoon ei reagoida. HUOM! Rakennusten hyvä lämmöneristystaso ei ole syy kosteusongelmiin, mikään rakenne ei kestä vesivuotoja. 8.10.2014 35
Ongelmat johtuvat rakenteisiin kertyneestä kosteudesta kosteuskuorman ja ajan funktiona Kosteuden hallintaan liittyy olennaisesti materiaalien ja rakenteiden kosteudensietokyky: home- ja laho-ongelmiin johtavat kriittiset olosuhteet sekä niiden vaikutusaika. Rakennushistoria on myös rakennusvirheiden historiaa Rakennusala: vaurio on tilanne, jossa materiaalin, rakenneosan, rakenteen tai koko rakennuksen toimivuus menetetään kokonaan Terveysala: rakenteissa havaittu home- ja mikrobikasvu = vaurio Rakenteissa havaitut mikrobit tai niiden kasvu ei välttämättä ole sama asia kuin vaurio vaikutus sisäilman laatuun Rakenteet ja materiaalit kestävät lyhytaikaiset kosteusrasitukset riskirajat tunnettava (kosteus lämpö) Jos kosteusrasitus > kosteudensietokyky = riski olemassa Homeongelmat ja -vauriot ovat seuraus rakentamisen kosteuden hallinnan epäonnistumisesta ja sen seurauksena syntyneiden kosteus- ja mikrobiriskien toteutumisesta Korjausrakentamisen ongelmat sisäilman laatutavoitteet ilmanvaihdon rakentaminen vanhaan taloon läpiviennit? Ilmanvaihdon toimivuus tärkeää 8.10.2014 36
Kosteuskuormien vaikutus ongelmien syntyyn Rakennuksiin kohdistuu erilaisia kosteusrasituksia, joiden vaikutus rakenteiden ja materiaalien kestävyyteen vaihtelee. kosteus, lämpötila, materiaali, aika kosteusrasitus emissiot KOSTEUSVAURIO rakenteen sietokyky ylittyy HOME RH: > 75-95 % Lämpö: 0-55 C Aika: vrk, vko, kk LAHO RH: > 90-95 % Lämpö: 5-50 C Aika: vko, kk, v 37
Mikrobien ja homeiden biologiaa Eliöiden kasvun mahdollistavat rajaolot mikroilmastossa Pinnan tai materiaalin mikroilman suhteellinen kosteus (RH) ja veden aktiivisuus (aw = noin RH / 100): Aika - Home > RH 75-80 % (>95 %) - Laho > RH 95 % - Hyönteiset > RH 65-80 % Esim. puun kosteus, u (paino %): - Home > u 18 20 % - Laho > u 25 30 % Lämpötila (-5).. + 50 C 8.10.2014 38
Materiaalien merkitys homeen ja lahon kestävyyteen Suojaamattomat puu- ja paperipohjaiset materiaalit herkkiä homeja mikrobikasvulle, kun kosteutta on riittävästi (RH yli 80 90 %) Pintaan kertynyt orgaaninen lika herkistää pinnan homekasvulle (RH yli 75 %) Puun kestävyyteen vaikuttavat tekijät Useat tekijät vaikuttavat samanaikaisesti Pintakäsittely merkittävä suojausmenetelmä Puun homehtumisalttius vaihtelee Suojaamaton puu harmaantuu ulkona sään vaikutuksesta Betonin pinnan homehtuminen vaihtelee Lika ja pinnan karbonatisoituminen lisää homeherkkyyttä Betonin sisäosa kestää hyvin hometta - ei homehdu Materiaalien yhdistelmät homehtumisherkkyys riippuu herkimmästä materiaalista 8.10.2014 39
Homeisuusaste (0-5) Homeisuusaste (0-5) Homeisuusaste (0-5) Homeisuusaste (0-5) Homeen kasvu materiaaleissa, RH 80 97 % 23 C T=23 C 6 5 4 3 2 1 0 kipsilevy, tuulensulku RH 97 % näkyvä home RH 90 % kasvun alku 0 4 8 12 16 20 24 28 32 Aika (viikko) RH 80 % 6 5 4 3 2 1 0 betoni näkyvä home RH 97 % kasvun alku 0 4 8 12 16 20 24 28 32 Aika (viikko) RH 90 % RH 80 % 6 5 4 3 2 1 0 kuitulevy, paksu tuulensulku RH 97 % näkyvä home kasvun alku RH 90 % 0 4 8 12 16 20 24 28 32 Aika (viikko) RH 80 % 6 5 4 3 2 1 0 sementtitasoite näkyvä home kasvun alku 0 4 8 12 16 20 24 28 32 Aika (viikko) 80% 90% 97% 40
Homeet ja mikrobit ovat osa luontoa Puun pinta harmaantuu veden, auringonvalon ja sienten yhteisvaikutuksesta (ulkopinnat ja -rakenteet) Ulkopinnan vähäiset homepisteet eivät yleensä ongelma Kosteusongelmat, -viat ja -vauriot johtuvat veden pääsystä rakenteisiin tai pitkäaikaisesta kosteusrasituksesta -> vika / vaurio Runsas homekasvu ongelma: ulkonäkö, terveys -> johtaa usein myös lahovikaan / -vaurioon 8.10.2014 41
RH (%) RH (%) Mikrobiongelmat ovat laaja kokonaisuus, homeet ja bakteerit ovat vain osa kokonaisuutta, pahimmat ongelmat johtuvat pitkäaikaisesta kosteuskuormasta. 100 95 90 85 80 75 70 95 0 5 10 15 20 25 30 Time (weeks) 90 Lahon alkuvaiheen kehittyminen (VTT:n malli) 1 C 5 C 10 C 20 C 100 85 80 75 70 Homeen kasvun alkaminen (VTT:n homemalli) 0 4 8 12 16 20 24 Mikrobien määritys Mikrobien sukkessio rakennusmateriaaleissa: pintahome betonin pinnalla puun home ja sinistymä lahovaurio puussa ja sekundaarihomeet ja -bakteerit (elävät lahosienellä) Time (months) 8.10.2014 42 0 C 5 C 10 C 20 C
Homeindeksi (0-6) M o u ld in d e x Mould index Mould index Homeen kasvuennuste eri kosteusoloissa 5 ja 30 C lämpötiloissa, puumateriaali sekä vaihtuvat olot 6 5 4 3 2 1 5 C RH 100 % RH 97 % RH 90 % RH 80 % 6 5 4 3 2 1 30 C RH 100 % RH 97 % RH 90 % RH 80 % 0 0 0 28 56 84 112 140 168 Time (days) 0 28 56 84 112 140 168 Time (days) 6 5 4 3 2 1 0 NÄKYVÄ HOME ALKAVA KASVU Jatkuva RH 97 % 6 t / vrk RH 97 % 3 t / vrk RH 97 % 6 5 4 3 2 1 0 D 3 /4 d 9 7 /7 5 R H 7 /1 4 d 9 7 /7 5 R H 6 /4 2 h 9 7 /7 5 R H 7 /2 3 d 9 7 /7 5 R H 1 /6 d 9 7 /7 5 R H 0 28 56 84 112 140 168 196 224 Aika (vrk) 0 28 56 84 112 140 168 196 T im e (d a y s ) 43
ENERSIS - Energiatehokas ja toimintavarma korjauskonsepti - Työkalu kosteus- ja mikrobiongelmien detektio- ja korjausmenetelmän valintaan Mikrobiongelmien havainnointi Mitä ja mistä pitää selvittää: kriittiset rakenteet, kosteuskuormat, mahdolliset vauriot: mikrobit, sienet, hyönteiset Syyt kosteus / home / laho - ongelmiin Ongelmia ja haittaa aiheuttavat eliöt ja viat (vaurioluokitus) Kosteuden ja haittaeliöiden välinen riippuvuus (kosteustilaluokitus) Missä rakenneosissa ongelmia esiintyy Viat ja vauriot eri rakennusosissa Rakenneselvitys - Ongelmien kriteeristö ja sisäilman laatu -> sisäilma-analyysit ja sisäilmariskit Mittausmenetelmien valinta ja käyttö ongelmien kartoituksessa -> mikrobianalyysit, muut Riskien arviointi korjauksen suunnittelun ja toteutuksen kannalta Periaatteet ja ongelmat, mihin korjauksella pyritään Riskianalyysi ja korjaustarpeet - mitä pitää korjata ja kuinka laajasti Korjausmenetelmien valinta ja osuvuus sekä seuranta 8.10.2014 44
Kirjallisuutta CIB W080 /RILEM175 SLM Service Life Methodologies Prediction of Service llfe for Buildings and Components. state of the art reports. Part A: Hovde, P.J. Factor methods for service life prediction. Part B: Moser K. Engineering design methods for service life prediction. 2004. ISO 2007. ISO 15686-1. Buildings and constructed assets Service life planning Part 1: General principles International Standard. 32 p. ISO 2007. ISO 15686-7. Buildings and constructed assets Service life planning Part 7: Performance evaluation for feedback of service life data from practice. International standard. 35 p. Kokko, E., Ojanen, T., Salonvaara, M., Hukka, A. ja Viitanen, H. 1999. Puurakenteiden kosteustekninen toiminta. VTT tiedotteita 1991. VTT Rakennustekniikka. 160 s. Kääriäinen, H., Rantamäki, J. ja Tulla, K. 1998. Puurakenteiden kosteustekninen toimivuus. VTT tiedotteita 1923. 63 s + liitt. 14 s Metiäinen, P. et al. Rakennusten ilmanpitävyyden pysyvyys. VTT Rakennetekniikan laboratorio. Espoo 1986. Tutkimuksia 422. 136 s. + liitt. 29 s. RIL 2011. Kosteus- ja homevaurioiden estäminen. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ey. 2011. Tunnista ja tutki riskirakenne, opetusmateriaali. Hometalokoot. Insinööritoimisto Savora Oy, Crafical.fi, Ympäristöministeriö Vesikari, E; Rautiainen, L; Häkkä-Rönnholm, E; Silvennoinen, K; Salonvaara, M; Viitanen, H. 2001. Julkisivujen ja katteiden käyttöiän ennakointi. VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, Espoo. 158 s. VTT Julkaisuja - Publikationer : 850 Viitanen, H. 1997a. Modelling the time factor in the development of mould fungi in wood - the effect of critical humidity and temperature conditions. Holzforschung 51 (1): 6-14. Viitanen, H. 1997b. Critical time of different humidity and temperature conditions for the development of brown rot decay in pine and spruce. Holzforschung 51 (2): 99-106 Viitanen, H., Peuhkuri, R., Ojanen, T., Toratti, T., Makkonen, L. (2008). Service life of wooden materials mathematical modelling as a tool for evaluating the development of mould and decay. COST Action E 37 Final Conference 8.10.2014 45 Weck, T-U.2013. Personal information on e-mail 14.11.2013.
TEKNOLOGIASTA TULOSTA