Uusi energiatehokas julkisivujen saneerausmenetelmä Jussi Kurikka, Pasi Käkelä ja Janne Jormalainen SPU Systems Oy Tiivistelmä Julkisivujen saneeraus tulee lisääntymään voimakkaasti seuraavien vuosien aikana, kun 60-70- lukujen talojen ulkokuorien käyttöikä täyttyy. Saneerauksessa tullaan yhä enemmän kiinnittämään huomiota korjausten energiatehokkuuteen ja tietenkin rakenteen toimintaan. SPU Systems Oy:ssä on kehitetty uusi julkisivusaneeraus konsepti silmällä pitäen näitä seikkoja. SPU-eristeet ovat ominaisuuksiltaan kosteutta hyvin kestäviä eivätkä ne ime itseensä kosteutta. Diffusiotiiviillä laminaatilla pinnoitettuna ne toimivat täydellisenä höyrynsulkuna. Lisäksi oikein toteutettuna saavutetaan erinomainen ilmatiiviys. Rakennusfysikaalisesta toiminnasta on VTT:llä teetetty laskennallinen mallinnus, jonka tuloksena järjestelmän voitiin todeta toimivan moitteetta normaaleissa olosuhteissa. Lisäksi tyyppihyväksynnän mukaisilla detaljeilla on toteutettavissa kerrostalojen julkisivut aina 8-kerroksisiin rakennuksiin asti. Erittäin hyvän lämmönjohtavuuden omaavina eristeinä on helposti saavutettavissa aina matalaenergia ja passiivitaso. Energiasäästöä on saavutettavissa tehokkaasti liittyviä rakenteita vahventamatta vaihtamalla vanhojen vaurioituneiden eristeiden tilalle saman paksuinen SPU-järjestelmä. 1. Johdanto Korjausrakentamisen volyymi tulee kasvamaan lähitulevaisuudessa entistä voimakkaammin, kun 60-70 luvuilla rakennettujen kerrostalojen julkisivujen käyttöikä lähenee loppuaan. Yleisesti tunnettua on, että tuona aikana tehdyt rakennusvirheet ja käytetyn betonin ominaisuuksien puutteet verrattuna tähän päivään. Rakenteissa on ilmennyt lisäksi kosteusteknisiä ongelmia, jopa homeen kasvua eristekerroksissa. Myöskään tuon ajan eristeiden lämmöneristysominaisuudet ja - määrät eivät vastaa tämän päivän vaatimuksia. Lisäksi korjausrakentaminen näyttelee suurta roolia, mitä tulee ilmastopoliittisiin energiatehokkuustavoitteisiin. Tässä artikkelissa käsitellään SPU Systems Oy:ssa kehitettyä uutta korjauskonseptia sekä sitä problematiikkaa, mikä yleensä liittyy julkisivujen korjauksiin. 2. Vanha seinärakenne Yleisimmät ulkoseinien rakennekerrokset 1960 70 lukujen kerrostaloissa ovat yleensä ulkoa luetellen: Tiiliverhottu rakenne: Tiiliverhous + ilmarako + villaeriste + kantava sisäkuori Sandwich-rakenne: Betoniulkokuori + villaeriste + betonisisäkuori Kevyt seinärakenne: Julkisivuverhous + ilmarako + koolaus ja villaeriste + sisäverhous Villaeristeen paksuus on yleensä 70 90 mm kaikissa rakenteissa. 2.1 Rakennusfysikaaliset ongelmat
2.1.1 Tiiliverhottu rakenne Vanhojen tiiliverhottujen seinien suurin ongelma syntyy tuuletusraon puutteesta. Vaikka rakenteeseen on suunniteltu sen ajan vaatimusten mukainen tuuletusrako, on se käytännössä toimimaton, koska muurauslaastin purseet ovat monessa tapauksessa tukkineet ilmaraon. Tiileen ja tiilisaumoihin imeytyvä vesi ei pääse valumaan tuuletustilassa alas eikä kuivumaan tuulettumalla, vaan siirtyy vähitellen lämmöneristeeseen. Lämmöneristeen kostuessa riittävästi sen lämmöneristyskyky vähenee merkittävästi. Eristetilan kastuminen luo niin ikään mikrobi- ja homeenkasvulle otolliset olosuhteet. Ilmanvaihdon alipaineisuudesta johtuen mikrobeja, hajuja, kaasuja yms. saattaa siirtyä huoneistoihin aiheuttaen sisäilmaongelmia ja sitä kautta asukkaiden oirehtimista. 2.1.2 Sandwich rakenne Vanhojen betonisandwich seinien ongelmien syitä on varmasti useita, mutta kaksi niistä erottuu selvästi yleisempinä. Ulkokuori on suunniteltu ajan säädösten mukaan ja ollen useimmiten 50 60 mm:ä paksuja. Lisäksi raudoitus on tehty usein mustasta raudasta eikä ruostumattomasta, kuten nykyään. Raudoituksen ruostuminen aiheuttaa ulkokuoren halkeilua ja rapautumista. Vettä pääsee yhä enemmän ulkokuoren sisään aiheuttaen pakkasrapautumista. Pakkasvauriot rikkovat kuorta yhä enemmän ja lopulta vesi pääsee eristetilaan, jolloin seuraukset ovat samankaltaisia kuin tiiliseinissä. Eristeen tuuletusurien puuttuminen estää myös rakenteen kuivumisen. Toinen yleinen vaurion syy johtuu elementtien saumauksista. Rakennusten elementtisaumausten kunnossapito laiminlyödään ja vesi pääsee haljenneista saumoista ulkokuoren taakse eristetilaan. Saumoissa oleva vesi ja saumojen takana olevat märät eristeet jäätyvät ja rapauttavat ulkokuorta, jolloin vettä pääsee eristetilaan yhä enemmän ja vaurio etenee yhä nopeammin. Seuraus on sama kuin tiiliverhotuissa seinissä. 2.1.3 Kevyt seinärakenne Kevyiden, ei-kantavien seinärakenteiden ongelmat ovat varsin perinteisiä. Suurimmat syyt ovat työvirheet, huono ilmatiiviys ja höyrynsulun toimimattomuus. Höyrynsulut ovat rikki, huonosti asennettu tai niitä ei ole ollenkaan. Sisäilman kosteuden jatkuva pääsy rakenteeseen aiheuttaa lahoamista, mikrobi- ja homekasvustoa ja muita kosteusvaurioita rakenteeseen. Toinen merkittävä vaurioiden aiheuttaja on ollut lämmöneristeiden huolimaton asennus. Julkisivua purettaessa on pystyrankojen sivuilla havaittu jopa kahden sentin rakoja. Näistä vuotokohdista lämmöneristeet ovat olleet kauttaaltaan noessa (kuva 1). Noki, lika tai pahimmassa tapauksessa mikrobit voivat siirtyä huoneistoihin ilmanvaihdon alipaineisuudesta johtuen sisätiloihin ja aiheuttaa oireita asukkaille.
Kuva 1. Vanhan vuotavan seinärakenteen vaurioitunutta rakennetta. 2.2 Perinteinen korjaus 2.2.1 Tiiliverhous ja sandwich -ulkokuori Perinteisessä korjaustavassa vanha tiiliverhous 70 90 mm:n villaeristeineen puretaan, sisäkuori painepestään sekä tasoitetaan jopa 60 mm:n kerroksella (kuva 2). Eristeet korvataan vastaavilla eristeillä, mutta ilmarako tiilen taakse tehdään nykymääräysten mukaan. Sandwich ulkokuoren saneeraus tehdään periaatteessa kuten tiiliverhouksessakin, puretaan ulkokuori ja eristekerros sekä pohja pestään ja tarvittaessa tasoitetaan. Sisäkuorta vasten asennetaan entisen vahvuinen villaeriste. Ulkokuoren ja eristeen väliin on kuitenkin saatava aikaan nykymääräysten mukainen tuuletusrako, jolloin rakenteen paksuus kasvaa (kuten tiiliverhouksenkin kanssa). Rakenteen paksuus siis kasvaa tuuletusraon muutoksen sekä tasoitekerroksen verran eli noin 70 80 mm lämmöneristävyyden kuitenkaan parantumatta. Rakenteiden lämmöneristyskykyä voidaan tietenkin parantaa lisäämällä eristeen määrää, mutta tällöin rakenteen kokonaispaksuus kasvaa jo reilusti aiheuttaen rakennusteknisiä vaikeuksia sekä lisäkustannuksia liittymissä mm. sokkeliin, räystäisiin jne..
Kuva 2. Purettu, painepesty vanha seinärakenne. 2.2.2 Kevyt seinärakenne Kevyet, puurunkoiset, ei-kantavat julkisivut puretaan yleensä ainoastaan sisäverhousta myöten (ei kokonaan), koska asukkaat asuvat huoneistoissa remontin ajan. Tällöin höyrynsulku yleensä rikkoutuu tai se havaitaan rikkinäiseksi tai ettei sitä ole ollenkaan. Höyrynsulku on välttämätön tällaisessa rakenteessa, joten ulkopuolelta asennettuna se on suunniteltava kiinnitettäväksi runkoon höyryntiiviisti. Jossain tapauksissa on esitetty suunnitelmia, joissa asunnon sisäverhouksen pintakäsittely on ehdotettu tehtäväksi vesihöyryntiiviiksi. Kyseinen ratkaisu ei tunnu kovin mielekkäältä, koska asunnon sisäpinnat ovat asunnon haltijan vaihdettavissa. Tällainen ratkaisu vastaisi juridiikaltaan sekä toiminnaltaan kosteiden tilojen kosteus- ja vedeneristeitä. Ulkoa asennettuna höyrynsululla ei myöskään voi kiertää runkotolppia ulkopuolelta, koska silloin vesihöyry tiivistyy runkotolpan ulkopintaan ja kosteusvahingot ovat vääjäämättömiä. Höyrynsulun saaminen oikein sijoitetuksi ja vesihöyryntiiviiksi tällaisessa saneerausrakenteessa on käytännössä mahdotonta ja tällainen rakenne on jo suunniteltaessa rakennusfysikaalisesti arveluttava ja vaarallinen. 3. Tyyppihyväksyntä SPU Systems Oy:llä on ympäristöministeriön tyyppihyväksyntäpäätös, jonka mukaan lämmöneristettä voidaan käyttää enintään kahdeksankerroksisen P1-luokan rakennuksen ulkoseinän lämmöneristykseen ja tiivistämiseen Suomen rakentamismääräyskokoelman osan E1 kohdan 8.3.1 mukaisena rakennustarvikkeena edellyttäen, että ulkoseinään liittyvän osastoivan rakennusosan osastoivuusvaatimus on enintään 60 minuuttia. [1] Tyyppihyväksynnässä esitetään detaljeja mm. ikkunaliittymien osalta, millä tavoin ne tulee toteuttaa, että vaaditut RakMk osan E1 vaatimukset täytetään. Pääperiaatteena detaljeissa on riittävä suojaus eristetilaan. Suojaus voidaan tehdä käyttämällä hyväksi ikkunakarmia (kuva 3) tai erillistä palosuojakerrosta (kuva 4). Käytettävä suojaustapa riippuu siitä, onko elementti tuulettuva vai ei ja tietysti ikkunakarmin leveydestä. Tyyppihyväksyntäpäätös on saatavilla mm. SPU Systems Oy:n kotisivuilta.
Kuva 3. Tyyppihyväksyntädetalji 1A [1] Kuva 4. Tyyppihyväksyntädetalji 2B [1] 4. SPU saneeraus 4.1 Menetelmäkuvaus Kaikkien seinärakenteiden saneerauksissa SPU-eristeillä noudatetaan samaa periaatetta. Pyritään säilyttämään vanhan seinärakenteen paksuus mahdollisimman lähellä vanhaa rakennetta sekä samalla parantamaan rakenteen lämmöneristyskykyä sekä tiiviyttä ja höyrynpitävyyttä. Erittäin hyvän lämmöneristävyyden (λ desing 0,024) lisäksi vastaa esim. SPU AL 30 mm vesihöyrynvastukseltaan noin 8 höyrynsulkumuovia. SPU-eristeet ovat siis umpisoluisena materiaalina ilman- ja höyryntiiviitä eivätkä sido itseensä kosteutta. 4.1.1 Tiiliverhous tai kevyt julkisivu
Vanha tiiliverhous eristyksineen puretaan ja sisäkuori pestään. Suurimmat epätasaisuudet piikataan pois ja syvennykset tasoitetaan. SPU-eristettä voidaan tarvittaessa myös paikallisesti työstää suurimpien epätasaisuuksien kohdalta. Kun tuuletusraon sisäpinnalle asetetaan palovaatimuksia, voidaan eristeen tuuletustilan puoleisen pinnan palo- ja pintaluokkavaatimus täyttää joko hyväksytyllä mineraalivillalla tai tuulensuojakipsilevyllä [1]. Palosuojavilla asennetaan SPU-eristeen pintaan muuraustyön yhteydessä (kuva 5) tai käytettäessä kipsilevyä, se liimataan SPU-eristeeseen kiinni jo tehtaalla (kuva 6). Julkisivuverhouksen tiili toimii seinässä varsinaisena palosuojana. Käytettäessä kevyitä julkisivuja, esim. laattoja, täytyy PU-eristeen pintaan tulevan tuulensuojavillan täyttää sille asetetut palovaatimukset, koska julkisivuverhousta ei katsota palosuojaksi (kuva 5). Pehmeä villakerros, joka kiinnitetään työmaalla eristeen taakse, esim. nitojalla, estää ilman liikkeen eristeen ja sisäkuoren välissä. Lisäksi eristeen saumojen vaahdotus rajoittaa ilman liikettä entisestään (ks. kohta 4.3.) 1. Vanha betonisisäkuori 2. Puristettu pehmeä villa >20 mm 3. SPU AL -eriste (paksuus vaaditun U-arvon mukaisesti) 4. A2-S1, d0 sekä palovaatimukset täyttävä villa tai muu materiaali 5. Tuuletusrako 6. Pelti, julkisivusaneerauslevy tai vastaava Kuva 5. SPU menetelmä, palonsuojavillaratkaisu. 1. Vanha betonisisäkuori 2. Puristettu pehmeä villa >20 mm 3. SPU AL -eriste (paksuus vaaditun U-arvon mukaisesti) 4. Tuulensuojakipsilevy 9 mm liimattuna SPU- eristelevyyn 5. Tuuletusrako 6. Tiilimuuraus 85 mm (toimii palosuojana) Kuva 6. SPU menetelmä, kipsilevy tuulensuojana.
4.1.2 Sandwich ulkokuori Vaihdettaessa betonielementtien ulkokuoria suoritetaan purkutyöt kuten tiiliseinienkin yhteydessä. Maksimissaan kolmikerroksisissa seinissä muutetaan seinärakenteen toimintaa siten, että ulkokuoret suunnitellaan kantamaan itsensä ja yleensä sokkelit vahvistetaan sen mukaisesti. Yli kolmekerroksisten seinien ulkokuoret joudutaan kannattelemaan sisäkuoresta tai muulla tavoin erikoissuunniteltuna tapauskohtaisesti. Suuri osa perinteisesti työmaalla tehtävistä töistä tehdään jo tehtaalla, joten työmaa-aika lyhenee. SPU-eriste itsessään valetaan ulkokuoreen kiinni jo elementtitehtaalla. Eristeen takapintaan kiinnitetään työmaalla pehmeä villa ja elementti eristeineen nostetaan paikalleen ja kiinnitetään erikoiskiinnikkein puristamalla sisäkuoreen (kuva 7). Kiinnikejärjestelmä mahdollistaa nopean asennuksen epätasaiselle alustalle ilman esitasoitusta. Pehmeä villa eristeen takana toimii samalla periaatteella tiilisenässäkin. Myös elementtien saumat vaahdotetaan sisäkuoreen asti. Rakenteen kokonaispaksuus pysyy lähes alkuperäisen kaltaisena, koska ulkokuoreen tehtaalla valettu eriste ei tarvitse lainkaan ilmarakoa. Sekä tiiliseinän että betoniulkokuoren lämmöneristyskyky verrattuna vanhaan kostuneeseen rakenteeseen paranee merkittävästi ja energian kulutus putoaa luonnollisesti samassa suhteessa. Työn aikana ei tarvita huputtamista eikä telineitä. Kuva 7. SPUsaneerausmenetelmä, betonisandwich-rakenne. 4.1.3 Kevyet, ei-kantavat julkisivut Kun vanhat villaeristeet ja mahdolliset höyrynsulut on purettu sisäverhoukseen asti, aloitetaan saneeraus SPU AL -eristeellä. Sisäverhouslevyn ulkopintaan asennetaan normaalisti 30 mm:n palovilla, joka estää eristettä saavuttamasta palotilanteessa syttymislämpötilaa (300-400 ºC). Villan ulkopuolelle rungon väliin asennetaan ja vaahdotetaan SPU-eriste, joka toimii samalla sekä tuulensuojana että höyrynsulkuna taaten maksimaalisen ilmatiiviyden (kuva 8 ja 9). Vaahdotus ja SPU-eriste on ainoa tapa saada aikaiseksi ulkopuolelta tehty tiivis höyrynsulku oikeaan paikkaan ja rakennusfysikaalisesti turvallinen rakenne. SPU-eristeen ulkopintaan asennetaan määräysten mukainen palosuojavilla. Tämän jälkeen voidaan julkisivu suunnitella arkkitehtuuristen ja julkisivuvaatimusten mukaisesti.
Kuva 8. SPUsaneerausmenetelmä, kevyt ei-kantava julkisivu. Kuva 9. SPUsaneerausmenetelmä, kevyt ei-kantava julkisivu, rakenneleikkaus. 4.2 Rakennusfysikaalinen toiminta 4.2.1 VTT raportti SPU Systems Oy on teettänyt kuvassa 4 esitetylle rakenteelle rakennusfysikaalisen mallinnuksen VTT:llä. Sisäilman kosteuskuormitus valittiin standardin EN 13788 kosteusluokan 2 arvoja. Ulkoilman olosuhteina käytettiin Jyväskylän vuoden 1979 säätietoja. Sateen, auringon säteilyn tai konvektion vaikutuksia ei huomioitu. Selvitys tehtiin käyttäen WYFI 4.2 Pro ohjelmaa.[2] Betonin alkukosteus oletettiin 80 % RH suhteellista kosteutta vastaavaan tasapainokosteuteen. Betonikerros oli tarkastelussa huomattavasti korkeammassa kosteudessa kuin sisäpuolinen betonikuori tyypillisesti on. Tämä tuo tarkasteluun varmuutta. Rakenne oletettiin ilmatiiviksi ja
tuuletusväliin oletettiin ulkoilman olosuhteet. Laskennassa käytetyt materiaaliominaisuudet on esitetty taulukossa 1. Tiiliverhouksen kosteusoloja ei tarkasteltu, vaan tarkastelu keskittyi varsinaisen eristerakenteen toimivuuden selvitykseen. Tarkastelujakson pituus oli kolme vuotta [2] Taulukko 1. Rakenteiden eri kerrosten dimensiot, lämmönjohtavuudet ja kerrosten vesihöyryn diffuusiovastukset [2]. Materiaalikerros Paksuus, mm Lämmönjohtavuus λ design, W/(K m) Kerroksen vesihöyrynvastus S d, m Betoni 150 1,7 30 PU-eristys (paperipinta) 120 0,024 6 Mineraalivilla 20 0,041 0,05 Sisätasoite ja maali 5 0,1 4.2.2 Tulosten yhteenveto Tarkastelluissa tapauksissa rakenteen kosteustekninen toiminta on turvallista Suomen ilmastoolosuhteissa asuinkäyttöön tarkoitetuissa sisäilman kuormitusoloissa. Rakenteen kuivumiskyky pystyi varmistamaan betonikuoreen ylimääräisen kosteuden tuulettumisen rakenteesta haittaa aiheuttamatta. Rakenteen kuivumista on esitetty kuvassa 10. Rakenne on kosteusteknisesti toimiva ja turvallinen myös käytettäessä alumiinipintaista SPU-eristettä. tällöin betonikuori voi kuivua vain sisäilmaan päin, mikä pitää ottaa huomioon sen alkukosteudessa ja mahdollisesti sen sisäpuolen vesihöyrynläpäisevyydessä.[2] Mahdolliset kosteusteknisen toimivuuden riskit liittyvät betonikuoreen liian korkeaan alkukosteuteen (kastunut rakenne, jota ei ole kuivattu ennen lämmöneristeen asennusta) ja ulkoverhouksen puutteelliseen suojaan sateen tunkeutumista vastaan. Nämä riskit eivät liity suoraan eristekorjauskonseptin rakenteeseen, vaan työtapoihin ja muihin detaljeihin.[2] Alkuperäinen tutkimusselostus on saatavilla SPU Systems Oy:stä. Kuva 10. Tarkastellun rakenteen kokonaiskosteus ja tuulensuojakipsilevyn kosteuspitoisuus kolmen vuoden tarkastelujakson aikana, kun lämmöneristeenä oli SPU:n paperipintainen eristyslevy [2].
4.3 Eristeiden asennus kantavaan sisäkuoriseen seinään Kuva 11. SPU saneerausmenetelmä, eristeiden asennus. Eristelevyt voidaan asentaa joko 1200 mm tai 600 mm leveinä. Mikäli levyt asennetaan 1200 mm leveinä, joudutaan poraamaan ja vaahdottamaan tiiliseinäversiossa eristeen keskelle tiilisiteet niin, että vaatimustaso 4 kpl/m 2 täyttyy. Eristelevyjen väliin jätetään 10 mm:n rako, josta saneeraustiilisiteet tulevat läpi. Tiilisiteillä kiristetään eristelevyt ja pehmeä villa sisäkuoreen ja eristeiden välinen rako vaahdotetaan sisäkuoreen asti (kuva 11). Näin ilmankierto eristeen takana on estetty. 5. Yhteenveto Tulevaisuuden korjausrakentamisen toteutus ja sen suunnittelu pohjautuu terveen, turvallisen ja energiatehokkaan rakenteen saavuttamiseen. Korjattavien rakenteiden dimensiot on saatava pysymään aisoissa. Lisäksi määräykset tulevat puuttumaan yhä enemmän korjattavien rakenteiden energiatehokkuuden parantamiseen. Kosteusteknisen toiminnan ja ilmatiiviyden hallinta korjattavissa rakenteissa näyttelee yhä suurempaa roolia. Korjaussuunnittelussa tulee yhä enemmän ottaa huomioon myös korjattavien rakenteiden yksinkertaisuus ja helppous, jolloin työvirheiden osuutta voidaan myös täten minimoida. SPU Systems Oy:ssä kehitetyllä saneerauskonseptilla pystytään oikein toteutettuna saavuttamaan toimiva lopputulos. Ilmatiiveys toteutuneissa kohteissa on ollut jopa alle 0,5 (n 50 ) ja höyrynsulkuna diffuusiotiivis SPU-eriste vastaa vesihöyrynvastukseltaan 8 höyrynsulkumuovia. Käyttämällä kipsilevyä tai ohutta palovillakaistaa apuna pystytään täyttämään myös P1 luokan rakennusten palovaatimukset. Ja lisäämällä SPU-eristevahvuutta saavutetaan helposti matalaenergia- ja jopa passiivienergiataso. Lähdeluettelo [1] Tyyppihyväksyntäpäätös YM158/6221/2007. Ympäristöministeriö 2007. [2] SPU Systems Oy:n seinärakenteen korjauskonseptin kosteustekninen toimivuus. Tutkimusselostus Nro VTT-S-01984-09. 20.3.2009.