MATALAENERGIARAKENTAMISEN HAASTEET RAKENTEIDEN TOIMINTAAN

MATALAENERGIARAKENTAMISEN HAASTEET RAKENTEIDEN TOIMINTAAN 24.5.2012 Tutk.joht. Juha Vinha TTY, Rakennustekniikan laitos

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 eristeen sisäpuolisten rakenteiden kuivuminen hidastuu. Rakenteiden kosteusteknistä toimintaa voidaan parantaa rakenteita muuttamalla ja liitoksien ja detaljien erilaisella toteutuksella. Rakenteiden kosteustekninen toiminta tulee perustua ensisijaisesti toimiviin rakenneratkaisuihin eikä teknisten lisälaitteiden (lämmitin, kuivain, koneellinen/ ohjattu ilmanvaihto jne.) käytölle. Tämä on edelleen mahdollista jatkossakin. Kosteusteknisen toiminnan kannalta kriittisiä eristepaksuuksia ei ole löydettävissä. Lämmöneristyksen kasvaessa tilanne muuttuu vain pikku hiljaa huonommaksi. Eristepaksuuksien lisääminen aiheuttaa myös rakennuksen jäähdytystarpeen lisääntymisen, jolloin eristämisen hyöty energiankulutuksen kannalta vähenee merkittävästi. Juha Vinha 2

RAKENNERATKAISUJEN JA TOTEUTUSTAPOJEN 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 ja toteutus ovat haastavia tehtäviä, jotka vaativat kokemusta ja laajaa asiantuntemusta. koulutusta tarvitaan paljon lisää Suuret muutokset yhdistettynä tiukkaan aikatauluun puutteellinen suunnittelu liian lyhyet kuivumisajat virheiden merkitys korostuu vikasietoisuuden heikentyessä Kaikessa rakentamisessa rakennusaikaisen kosteudenhallinnan merkitys korostuu! Juha Vinha 3

RAKENNERATKAISUJEN JA TOTEUTUSTAPOJEN MUUTTUMINEN Rakenteen dimensiot muuttuvat Runkopaksuudet kasvavat ylimitoitus uusia runkotyyppejä Eristeen läpi tehtyjen kannatusten ja ripustusten momenttirasitus kasvaa Paksummat kappaleet kylmäsiltavaikutus Paksumpien eristekerrosten kokoonpuristuminen ja liikkeiden hallinta Liitosten ja liikuntasaumojen mitoitus Juha Vinha 4

ILMASTONMUUTOKSEN VAIKUTUKSET 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 tiiliverhotuissa rakenteissa. Juha Vinha 5

ILMASTONMUUTOKSEN VAIKUTUKSET 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. Juha Vinha 6

FRAME-PROJEKTI FRAME on laaja-alainen kansallinen tutkimus, jonka taustana on TTY:n ympäristöministeriölle v. 2008 tekemä selvitys lämmöneristyksen lisäyksen ja ilmastonmuutoksen vaikutuksista rakenteiden kosteustekniseen toimintaan. Tutkimus keskittyy pääasiassa uudisrakentamiseen käsittäen eri tyyppiset rakennukset pientaloista julkisiin rakennuksiin. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää kuitenkin myös korjausrakentamisen puolella. Keskeinen osa tutkimusta ovat eri ohjelmilla tehtävät laskennalliset tarkastelut. Tätä varten laskentaohjelmien luotettavuutta arvioidaan vertaamalla niitä myös erilaisiin laboratorio- ja kenttäkoetuloksiin. Laskennallisia tarkasteluja varten määritetään lisäksi kriittiset sisä- ja ulkoilman olosuhteet sekä nykyisessä että tulevaisuuden ilmastossa vuosina 2050 ja 2100. Valittavat ulkoilman referenssivuodet ovat projektin jälkeen julkisesti saatavilla, jotta niitä voidaan tarvittaessa käyttää eri rakenteiden rakennusfysikaalisessa suunnittelussa. Tutkimusaika on n. 3 vuotta: 1.9.2009 30.9.2012. Juha Vinha 7

FRAME-PROJEKTIN TAVOITTEITA Selvittää ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutuksia vaipparakenteiden rakennusfysikaaliseen toimintaan Suomen ilmastossa. Määrittää rakenteiden toiminnan kannalta kriittisiä lämmöneristyspaksuuksia, jos niitä on löydettävissä. Selvittää, millä rakenteellisilla tai muilla teknisillä ratkaisuilla vaipparakenteiden toimintaa voidaan parhaiten parantaa. Selvittää ilmastonmuutoksen, lämmöneristyksen lisäyksen ja LVI-järjestelmien 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. Laatia matalaenergia- ja passiivirakenteille suunnittelu- ja toteutusohjeet lämpö- ja kosteusteknisesti toimivista rakenne- ja liitosratkaisuista. Juha Vinha 8

FRAME-PROJEKTIN OSATEHTÄVÄT 1. Projektin organisointi 2. Kirjallisuusselvitys 3. Toimintakriteerien ja raja-arvojen valinta laskentatarkasteluja varten 4. Ulkoilman testivuosien määrittäminen laskentatarkasteluja varten 5. Sisäilman mitoitusolosuhteiden valinta laskentatarkasteluja varten 6. Laskentaohjelmien toiminnan verifiointi 7. Vaipparakenteiden tarkastelut 8. RakMK C4:n päivitystyö 9. Suunnittelu- ja toteutusohjeet matalaenergia-/ passiivirakenteille ja liitoksille 10. Rakennusprosessin aikainen kosteuden ja muiden fysikaalisten ilmiöiden hallinta (TTY Rakennustuotanto ja -talous, Mittaviiva Oy) 11. Sisäilman olosuhteiden ja LVI-järjestelmien tarkastelu (Aalto-yliopisto) 12. Yhteistyö ulkomaisten yliopistojen kanssa (Chalmers, Lund, Dresden) 13. Kansainvälinen yhteistyö IEA Annex 55 -tutkimusprojektissa 14. Tutkimustulosten julkaiseminen ja raportointi Juha Vinha 9

VAIPPARAKENTEIDEN TARKASTELUT Rakennusosa Tutkimusmetodi Laskenta Laboratorio Kenttä 1. Julkisivut 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. Maanvastaiset rakenteet X 8. Ikkunat X Juha Vinha 10

VAIPPARAKENTEIDEN KOSTEUSTEKNISEN TOIMINNAN ANALYSOINTIMENETELMÄ Ilmatieteen laitoksen REFI -hankkeessa tehty kehitystyö (yhteistyöprojekti FRAME:n kanssa) Ulkoilma Sisäilma FRAME -hankkeessa tehty kehitystyö Materiaalit Menetelmä Toimintakriteerit Kehitystyötä tehty myös FRAME - hankkeen yhteydessä Laskentaohjelmat Juha Vinha 11

ANALYSOINTIMENETELMÄN UUTUUSARVOT Ulkoilman olosuhteina käytetään rakenteiden kosteusteknisen toiminnan kannalta kriittisiä testivuosia, joiden valinnassa on otettu huomioon kaikki keskeiset ulkoilman olosuhdetekijät. Nykyilmaston testivuodet ovat todellisia toteutuneita vuosia. Testivuodet on valittu nykyilmaston lisäksi myös vuosien 2050 ja 2100 ilmastoista. Tulevaisuuden testivuodet on määritetty A2 päästöskenaarion perusteella. Menetelmä soveltuu erityyppisten vaipparakenteiden tarkasteluun. Ulkoilman testivuosi valitaan tarkasteltavan rakenteen mukaisesti. Rakenteiden homehtumisriskin arvioinnissa käytetään VTT-TTY homeriskimallia, joka on kehittynein homeen kasvua kuvaava laskentamalli maailmassa. Mallin avulla voidaan arvioida konkreettinen homeen kasvun määrä halutussa tarkastelukohdassa. Sisäilman lämpötila- ja kosteusolosuhteiden mitoitusarvot perustuvat suomalaisissa asuinrakennuksissa mitattuihin arvoihin. Rakennusmateriaalien rakennusfysikaalisina ominaisuuksina käytetään valtaosin Suomessa käytettävien materiaalien arvoja. Juha Vinha 12

HOMEEN KASVUN LASKENTAMALLIN HOMEINDEKSILUOKITUS (VTT-TTY homeriskimalli) Homeindeksi M Havaittu homekasvu Huomautuksia 0 Ei kasvua Pinta puhdas 1 Mikroskoopilla havaittava kasvu Paikoin alkavaa kasvua, muutama rihma 2 Selvä mikroskoopilla havaittava kasvu Homerihmasto peittää 10 % tutkittavasta alasta (mikroskoopilla), Useita rihmastopesäkkeitä muodostunut 3 4 Silmin havaittava kasvu Selvä mikroskoopilla havaittava kasvu Selvä silmin havaittava kasvu Runsas mikroskoopilla havaittava kasvu Alle 10 % peitto alasta (silmillä) Alle 50 % peitto alasta (mikroskoopilla) Uusia itiöitä alkaa muodostua Yli 10 % peitto alasta (silmillä) Yli 50 % peitto alasta (mikroskoopilla) 5 Runsas silmin havaittava kasvu Yli 50 % peitto alasta (silmillä) 6 Erittäin runsas kasvu Lähes 100 % peitto, tiivis kasvusto Juha Vinha 13

HOMEEN KASVULLE SUOTUISAT LÄMPÖTILA- JA RH-OLOSUHTEET Homeen kasvun kannalta suotuisa lämpötila ja RH-alue: Homeindeksi M eri lämpötila- ja RH-olosuhteissa: Juha Vinha 14

RAKENNUSMATERIAALIEN JAKAUTUMINEN ERI HOMEHTUMISHERKKYYSLUOKKIIN (VTT-TTY homeriskimalli) Homehtumisherkkyysluokka Hyvin herkkä HHL 1 Herkkä HHL 2 Kohtalaisen kestävä HHL 3 Kestävä HHL 4 Rakennusmateriaalit karkeasahattu ja mitallistettu puutavara (mänty ja kuusi), höylätty mänty höylätty kuusi, paperipohjaiset tuotteet ja kalvot, puupohjaiset levyt, kipsilevy mineraalivillat, muovipohjaiset materiaalit, kevytbetoni (1, kevytsorabetoni, karbonatisoitunut vanha betoni, sementtipohjaiset tuotteet, tiilet lasi ja metallit, alkalinen uusi betoni, tehokkaita homesuoja-aineita sisältävät materiaalit 1) Kevytbetonissa homeen kasvunopeus vastaa homehtumisherkkyysluokkaa 2, mutta maksimihomeindeksi jää homehtumisherkkyysluokan 3 tasolle. Joidenkin yllä olevassa taulukossa esitettyjen materiaalien, kuten esim. erilaisten muovipohjaisten materiaalien ja tiilien kuulumista esitettyyn homehtumisherkkyysluokkaan ei ole varmistettu kokeiden avulla. Juha Vinha 15

HOMEEN KASVUN LASKENTAMALLIN HOMEHTUMISHERKKYYSLUOKAT (HHL) (VTT-TTY homeriskimalli) Maksimiarvot: HHL 1: 6,0 HHL 2: 5,3 HHL 3: 3,5 HHL 4: 2,0 Mould Index 6 5 4 3 2 90% RH & 22 o C very sensitive sensitive medium resistant resistant Mould Index 6 5 4 3 2 90% RH & 5 o C very sensitive sensitive medium resistant resistant 1 1 0 0 20 40 60 80 100 120 Time [weeks] Juha Vinha 16 0 0 20 40 60 80 100 120 Time [weeks]

HOMEEN KASVUN TAANTUMALUOKAT ERI HOMEHTUMISHERKKYYSLUOKKIEN MATERIAALEILLA (VTT-TTY homeriskimalli) Homehtumisherkkyysluokka Hyvin herkkä HHL 1 Taantumaluokka Voimakkaasti taantuva Taantumakerroin C mat 0,5 Herkkä HHL 2 Kohtalaisen kestävä HHL 3 Kestävä HHL 4 Kohtalaisesti taantuva 0,25 Vähäisesti taantuva 0,1 Vähäisesti taantuva 0,1 Homeen taantuman voimakkuuden määrittäminen eri materiaaleilla vaatii edelleen tarkentamista. Tätä asiaa tutkitaan lisää parhaillaan käynnissä olevassa ENERSIS-projektissa. Juha Vinha 17

HOMEEN KASVUN LASKENTAMALLIN KÄYTÖSSÄ HUOMIOON OTETTAVIA ASIOITA Homeindeksi ei kuvaa homehtumisen terveysriskiä. Esim. kivipohjaisissa materiaaleissa tai kipsilevyssä elävien homeiden aineenvaihduntatuotteet voivat olla huomattavasti toksisempia kuin puumateriaaleissa elävien homeiden, vaikka niiden homeindeksi olisikin selvästi alhaisemmalla tasolla. Vastaavasti myös homesuoja-aineita sisältävissä materiaaleissa saattaa elää joitakin homelajeja ja niiden aineenvaihduntatuotteet voivat olla toksisempia kuin käsittelemättömien materiaalien pinnalla elävien homeiden. Mineraalivilloissa ja muissa avuhuokoisissa materiaaleissa homeen kasvu ei rajoitu pelkästään materiaalin pintaan, vaan sitä voi esiintyä myös materiaalin sisällä. Tällaisen materiaalin homehtuessa homeen kokonaismäärä voi olla huomattavasti suurempi kuin materiaalissa, jossa homehtumista tapahtuu vain pinnalla. Juha Vinha 18

HOMEEN KASVUN LASKENTAMALLIN KÄYTÖSSÄ HUOMIOON OTETTAVIA ASIOITA Kahden materiaalin välisen rajapinnan homehtumisriskiä tulee tarkastella herkemmän materiaalin mukaan. Herkemmin homehtuva materiaali lisää homeen kasvua myös vähemmän herkässä materiaalissa. Homesuoja-aineita sisältävien rakennusmateriaalien on todettu vähentävän homeenkasvua myös niissä rajapinnoissa, joita vasten ne ovat tiiviissä kontaktissa. Usein materiaalikerrosten välisissä rajapinnoissa on kuitenkin erilaisia epätasaisuuksia, kuten koloja ja halkeamia, joissa home voi kasvaa. Jotkut materiaalit voivat kuulua homehtumisominaisuuksiensa puolesta kahteen eri homehtumisherkkyysluokkaan. Esim. kevytbetonissa homeen kasvunopeus vastaa homehtumisherkkyysluokkaa 2, mutta maksimihomeindeksi jää homehtumisherkkyysluokan 3 tasolle. Homeen taantuman voimakkuuden määrittäminen eri materiaaleilla vaatii edelleen tarkentamista. Yleissääntö on, että mitä voimakkaampaa homeen kasvu on suotuissa olosuhteissa sitä voimakkaampaa on myös homeen taantuma epäsuotuisissa olosuhteissa. Materiaalikohtaisesti tässä voi esiintyä kuitenkin vaihtelua. Juha Vinha 19

ESIMERKKI TESTIVUOSIEN VALINTAAN KÄYTETYSTÄ RAKENTEESTA Tiiliverhottu rankaseinä Rakennekerrokset sisältä ulospäin: Kipsilevy 13 mm Höyrynsulkumuovi 0,2 mm Lasivilla 250 mm Tuulensuojakalvo Tuuletusväli 30 mm Tiiliverhous 85 mm Tarkastelukohdat Tarkastelukohtiin vaikuttavat ulkoilman olosuhteet Lämpötila Suhteellinen kosteus Viistosade Auringonsäteily (Lämpösäteily taivaalle) Juha Vinha 20

ESIMERKKI RAKENTEEN HOMEHTUMISRISKISTÄ VERRATTUNA ULKOILMAN OLOSUHTEISIIN (Tiiliverhottu rankaseinä, korkea rakennus, etelä, HHL 2) Pelkästään ulkoilman olosuhteita tarkastelemalla ei voida määrittää testivuotta, joka synnyttäisi varmuudella kriittiset olosuhteet tarkasteltavassa rakenteessa. Rakenne ja siinä käytetyt materiaalit vaikuttavat merkittävästi tarkastelukohtien olosuhteisiin (materiaalien ominaisuudet, kuten esim. kosteudensitomiskyky, vesihöyrynläpäisevyys ja kapillaarisuus). Kaikki ulkoilman olosuhdetekijät ja niiden keskinäinen vaihtelu vaikuttavat rakenteessa vallitseviin olosuhteisiin. Juha Vinha 21

YHTEENVETO TESTIVUOSITARKASTELUISTA Testirakenteilla tehtyjen laskentatarkastelujen perusteella kahden eri testivuoden avulla voidaan tehdä suurin osa vaipparakenteiden kosteusteknisistä tarkasteluista. Tarkasteltaessa rakenteita, joissa sade vaikuttaa niiden sisäosan kosteustekniseen toimintaan, voidaan testivuodeksi valita nykyilmastossa Vantaa 2007. Tarkasteltaessa rakenteita, joiden sisäosat on suojattu sateen vaikutukselta, voidaan testivuodeksi valita nykyilmastossa Jokioinen 2004. Tulevaisuuden ilmastoja kuvaavista säädatoista testivuosiksi valikoitui vastaavat vuodet, jotka on määritetty nykyilmastossa: Vantaa 2067 (2007), Vantaa 2097 (2007), Jokioinen 2064 (2004) ja Jokioinen 2094 (2004). Nämä testivuodet eivät välttämättä kata kaikkia tapauksia (esim. vähän tuulettuvat rakenteet). Näiden rakenteiden tarkastelua varten on mahdollisesti määritettävä vielä oma testivuosi. Testivuosien valinnassa ei ole otettu huomioon kaikkia ulkoilman olosuhteisiin vaikuttavia tekijöitä ja osa tekijöistä on otettu huomioon vain osittain (esim. mikroilmasto ja rakennuksen ulkopinnasta taivaalle lähtevä lämpösäteily). Testivuosia käyttämällä ei yleensä saada aikaan kaikkein kriittisimpiä rakenteissa esiintyviä lämpötila- ja kosteusolosuhteita. Joissakin tapauksissa ero kriittisimpänä vuonna syntyviin olosuhteisiin voi olla merkittävä. Juha Vinha 22

ULKOILMAN OLOSUHTEIDEN HOMEHTUMISRISKIN MUUTOS ERI HOMEHTUMISHERKKYYSLUOKISSA (VTT-TTY homeriskimalli) Esimerkkeinä homeindeksin kehittyminen Jokioisten 2004 ja Vantaan 2007 ulkoilman olosuhteissa: Homeindeksi eri homehtumisherkkyysluokissa Jokioinen 2004 Homeindeksi eri homehtumisherkkyysluokissa Vantaa 2007 6 6 5 Hyvin herkkä, HHL 1 Herkkä, HHL 2 5 Hyvin herkkä, HHL 1 Herkkä, HHL 2 Homeindeksi (-) 4 3 2 Kohtalaisen kestävä, HHL 3 Kestävä, HHL 4 Homeindeksi (-) 4 3 2 Kohtalaisen kestävä, HHL 3 Kestävä, HHL 4 1 1 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Aika (h) 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Aika (h) Rakenteiden kosteusteknisissä tarkasteluissa rakenteessa ei sallita homeen kasvua lämmöneristekerroksessa eikä kantavissa ja hankalammin vaihdettavissa rakenneosissa (M < 1). Kun homeen kasvua ei sallita lainkaan, ei ole tarpeellista arvioida, mikä homeindeksin arvo on terveydelle haitallinen. Tämä olisi hyvin vaikeaa, koska eri materiaaleissa esiintyvien homeiden haitallisuudessa on suuria eroja. Juha Vinha 23

ESIMERKKI HOMEHTUMISRISKISTÄ TIILIVERHOTUSSA PUURANKASEINÄSSÄ (Tuulensuojana mineraalivillalevy, U = 0,17 W/(m 2 K)) ~30 mm MV 2010 50 mm MV 2050 75 mm MV 2100 Rakenteen homehtumisriski on suurin runkotolpan ulkopinnassa. Matalassa tiiliverhotussa rakenteessa (enintään 10 m korkea seinä) homeen kasvu saadaan eliminoitua, kun käytetään hyvin lämpöä eristävää tuulensuojaa. Rakenteen homehtumisherkkyys pienenee, jos runkotolppa vaihdetaan sahatusta männystä (HHL 1) vähemmän homehtumisherkäksi puuksi, esim. höylätyksi kuuseksi (HHL 2). Juha Vinha 24

ESIMERKKI HOMEHTUMISRISKISTÄ TIILIVERHOTUSSA PUURANKASEINÄSSÄ (Tuulensuojana mineraalivillalevy, U = 0,08 W/(m 2 K)) ~50 mm MV 2010 75 mm MV 2050 ~100 mm MV 2100 Olosuhteet muuttuvat rakenteessa kriittisemmäksi, kun rakenteen U-arvo pienenee. Matalassa tiiliverhotussa passiivirakenteessa homehtuminen voidaan välttää käyttämällä hyvin eristävää tuulensuojaa ja homehtumiselle kestävämpää puumateriaalia. Korkeassa rakennuksessa homeen kasvua ei voida estää näillä keinoilla rakenteen lämmöneristystasosta riippumatta. Juha Vinha 25

TIILIVERHOTTU PUURANKASEINÄ Yhteenveto tuloksista Tiiliverhotussa puurankaseinässä homehtumisriski rakenteen ulko-osissa 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 Höylätyn kuusen käyttö runkomateriaalina vähentää myös homehtumisriskiä. Vuoden 2050 ilmastossa (rakenteen U-arvo 0,12 W/(m 2 K)) 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). Korkeissa rakennuksissa (yli 10 m) tiiliverhouksen taakse tulee laittaa kummaltakin puolelta tuuletettu höyrynsulkukerros (esim. teräsohutlevy). Voimakasta homehtumisriskiä esiintyy myös höyrynsulun sisä- ja ulkopuolella pystyrungon kohdalla, jos sisäpuolella käytetään ristikoolausta ja tuulensuojan lämmönvastus ei ole riittävä. 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 26

ERISTERAPATTU RANKASEINÄ Yhteenveto tuloksista 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 tuuletusraolla esim. levyrappauksella. Puurakenteen päälle tehdyissä eristerappausrakenteissa on todettu erittäin paljon kosteusvaurioita Ruotsissa ja Pohjois-Amerikassa. Juha Vinha 27

SISÄPUOLELTA LISÄERISTETTY ULKOSEINÄ Massiivisten seinärakenteiden (hirsi-, kevytbetoni- ja täystiilirakenteet) toteutus ilman lisäeristystä on jatkossa hyvin hankalaa. Sisäpuolinen lisäeristys heikentää seinärakenteen lämpö- ja kosteusteknistä toimintaa:? Seinän kuivuminen hidastuu. Eristeen ulkopinnassa herkästi kosteuden tiivistymisriski ja homeen kasvulle otollisia olosuhteita varsinkin hirsiseinässä. Sisäpuolinen lämmönvarauskyky menetetään. Massiivirakenteen kosteuspitoisuus nousee ja lämmönjohtavuus kasvaa jonkin verran. Massiivirakenne tai vanha puruseinärakenne on suositeltavaa lisäeristää ulkopuolelta hyvin vesihöyryä läpäisevällä lämmöneristeellä. Juha Vinha 28

RAKENTEEN SISÄPINNALTA VAADITTAVA VESIHÖYRYNVASTUS SISÄPUOLISTA LÄMMÖNERISTYSTÄ KÄYTETTÄESSÄ 29 Ilmastonmuutoksella ei ole suurta vaikutusta rakenteen sisäpinnalta vaadittavaan vesihöyrynvastukseen. Esimerkiksi 25 mm hirsipaneelia ja paperipohjaista ilmansulkukalvoa käytettäessä (Z p 10 x10 9 m 2 spa/kg) turvallinen sisäpuolisen lämmöneristeen paksuus on 180 mm hirsiseinällä enintään 50 mm (R 1,5 m 2 K/W). Juha Vinha 29

SISÄPUOLELTA LISÄERISTETTY ULKOSEINÄ Sisäpuolelta lisäeristetyn ulkoseinän toiminnan edellytyksiä: 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 30

PUURAKENTEINEN TUULETETTU YLÄPOHJA Lämmöneristyksen lisääminen alentaa tuuletustilan lämpötilaa. kosteuden tiivistyminen ja homeen kasvulle otolliset olosuhteet yläpohjassa lisääntyvät yläpohjien vikasietoisuus heikkenee Kirkkaina öinä taivaalle lähtevä lämpösäteily jäähdyttää vesikatteen ulkolämpötilaa kylmemmäksi. kriittisimmät olosuhteet esiintyvät tuuletustilan yläosassa kostea lämpimämpi ulkoilma tiivistyy herkemmin vesikatteen alle Samat ongelmat esiintyvät myös katteen suuntaisissa vinoissa yläpohjissa, mutta niissä puurakenteiden homehtumista ei näe. Kosteusvaurioita on havaittu paljon Etelä-Ruotsissa, mutta myös Suomessa. Kuva: Lars-Erik Harderup & Jesper Arfvidsson, Lund, Ruotsi Juha Vinha 31

PUURAKENTEINEN TUULETETTU YLÄPOHJA Lämmöneristyksen lisäyksen vaikutus 32 Mineraalivilla, ohut aluskate, HHL 1, tuuletustilan yläosa, varjoisa katto Puukuitueriste, ohut aluskate, HHL 1, tuuletustilan yläosa, varjoisa katto Homehtumisriski nousee tuuletustilassa erittäin korkeaksi ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vuoksi. Vaikka yläpohjan lämmöneristystaso on jo nykyisin korkea, lämmöneristyksen lisääminen tästä tasosta heikentää edelleen yläpohjan kosteusteknistä toimintaa. Myös vanhoissa rakennuksissa homehtumisriski lisääntyy oleellisesti ilmastonmuutoksen seurauksena. Juha Vinha 32

PUURAKENTEINEN TUULETETTU YLÄPOHJA Aluskatteen lämmönvastuksen vaikutus 33 Mineraalivilla, tuuletustilan yläosa, varjoisa katto, HHL 1 Puukuitueriste, tuuletustilan yläosa, varjoisa katto, HHL 1 Aluskatteen lämmönvastusta lisäämällä voidaan pienentää homehtumisriskiä tehokkaasti tuuletustilan yläosassa. Aluskatteen lämmönvastuksen arvo voi olla jonkin verran pienempi, kun yläpohjan lämmöneristeenä käytetään puukuitueristettä. Juha Vinha 33

PUURAKENTEINEN TUULETETTU YLÄPOHJA Uusissa rakennuksissa tuuletustilan toimintaa kannattaa parantaa ensisijaisesti lämpöä eristävällä aluskatteella. Vuoden 2050 ilmastossa riittävä aluskatteen lämmönvastus on 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 tuuletus kannattaa olla kohtuullisen pieni. Yläpohjan ilmatiiviys on erittäin tärkeä. Vanhoissa rakennuksissa yläpohja on pyrittävä saamaan ilmatiiviiksi aina, kun lämmöneristystä lisätään. Juha Vinha 34

PUURAKENTEINEN TUULETETTU YLÄPOHJA Teknisiä laitteita ei tarvitse käyttää, jos aluskatteen lämmöneristystä parannetaan riittävästi. Vanhojen rakennusten yläpohjia lisäeristettäessä voidaan yläpohjan toimintaa parantaa vaihtoehtoisesti lämmityksen avulla. Kuva: Hedtec Oy, Olosuhdevahti Säädettävä koneellisen ilmanvaihto ei ole suositeltava, koska ilmanvaihdon synnyttämät yli- ja alipaineet ovat haitallisia, jos yläpohja ei ole ilmatiivis.? Kuva: Carl-Eric Hagentoft, Chalmers, Ruotsi Juha Vinha 35

RYÖMINTÄTILAINEN ALAPOHJA Maasta haihtuva kosteus pyrkii nostamaan ryömintätilan suhteellista kosteutta Maa jäähdyttää ryömintätilaa keväällä ja kesällä Lattiarakenteen lämmöneristyksen lisääminen alentaa lämpötilaa entisestään ulkoa tuleva lämmin ja kostea ilma tiivistyy herkemmin ryömintätilan pintoihin homeen kasvulle ja ajoittain myös laholle otolliset olosuhteet alapohjan vikasietoisuus heikkenee Ryömintätilainen alapohja on toiminnaltaan vielä haastavampi kuin tuuletettu yläpohja, koska talvella homeet pyrkivät sisällä olevan alipaineen vuoksi sisätiloihin ilmavuotokohdista! Juha Vinha 36

RYÖMINTÄTILAINEN ALAPOHJA Maapohjan lämmöneristyksen vaikutus Puurakenteinen alapohja, U-arvo 0,14 W/(m 2 K), IV-kerroin 1 vaihto/h, v. 2050 ilmasto HHL 1 HHL 2 HHL 3 Lämmöneristyksen lisääminen maan pintaan vähentää homehtumisriskiä ryömintätilan yläosassa merkittävästi. 50 mm EPS-eristyksellä saadaan suhteellisesti ottaen suurin hyöty. Maan pinnan lämmöneristyksellä ei voida kuitenkaan poistaa homehduttavia olosuhteita ryömintätilasta kokonaan! Tästä syystä on suositeltavaa, että ryömintätilassa käytettäisiin hyvin kosteutta kestäviä materiaaleja. Juha Vinha 37

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 salaojiin. Ryömintätilan pohja tulee lämpöeristää varsinkin puurakenteista alapohjaa käytettäessä. 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. Tuulensuojan tulisi olla hyvin kosteutta kestävä. Alapohjarakenteen ilmatiiviys on erittäin tärkeä. Ryömintätilaa tulee tuulettaa kesällä. Koneellinen kuivatus tai lämmitys ei ole välttämätön, jos alapohja tehdään muuten rakenteellisesti oikein. Juha Vinha 38

RAKENTEIDEN SISÄINEN KONVEKTIO Sisäistä konvektiota tapahtuu avohuokoisilla lämmöneristeillä eristetyissä rakenteissa lämpötilaerojen seurauksena. Lämmöneristyspaksuuden kasvaessa sisäinen konvektio lisääntyy ja voi heikentää lämmöneristävyyttä jopa useita kymmeniä prosentteja. Sisäinen konvektio on haitallinen myös rakenteen kosteusteknisen toiminnan kannalta, koska se lisää kosteusrasitusta seinärakenteiden yläosissa. Irtoeristeissä konvektioreittejä syntyy helposti myös siksi, että eristys ei ole tasalaatuinen ja eristetilassa on rakenteiden aiheuttamia kylmäsiltoja. Eurooppalaiset lämmönjohtavuuden suunnitteluarvot (λ U ) eivät sisällä sisäisen konvektion vaikutusta! Juha Vinha 39

YLÄPOHJIEN SISÄINEN KONVEKTIO TTY:n yläpohjarakenteiden tutkimuslaitteisto: Yläpohjarakenteissa sisäinen konvektio voi heikentää paksujen (600 mm) puhalluseristeiden lämmöneristyskykyä jopa 40 %. 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 jonkin verran. Sisäisen konvektion vaikutusta voidaan vähentää oleellisesti korvaamalla puhalluseriste levyeristeellä. Nykyiset U-arvon laskentaohjeet eivät ota sisäisen konvektion vaikutusta huomioon riittävästi yläpohjarakenteissa. Juha Vinha 40

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 konvektio heikentää lämmöneristystä keskimäärin n. 10 %. Lämmöneristyskerrokseen laitettava pystysuuntainen konvektiokatko vähentää konvektiota, mutta ei välttämättä poista konvektion vaikutusta kokonaan. Nykyiset U-arvon laskentaohjeet ottavat sisäisen konvektion vaikutuksen kohtuullisesti huomioon ulkoseinärakenteissa. Juha Vinha 41

IKKUNAT Lämmöneristyksen parantamisen vaikutukset ikkunan lasiosan toimintaan Kosteuden kondensoituminen lisääntyy ikkunan ulkopintaan, koska ulkopinta jäähtyy (lämpösäteily taivalle kirkkaina öinä). Ikkunoiden rikkoutumisriskin on todettu lisääntyvän auringon lämmittävän vaikutuksen lisätessä ulkolasiin kohdistuvaa paineen vaihtelua. Ikkunan lasiosan U-arvoa ei tule enää parantaa (nykyisin tasolla n. 0,6 W/(m 2 K)) ellei ulkopinnan emissiviteettiä alenneta. Ikkunan U-arvoa voidaan parantaa myös karmin U-arvoa parantamalla. Juha Vinha 42

IKKUNOIDEN KONDENSOITUMISRISKIN LISÄÄNTYMINEN 43 Tarkastelujaksot: testivuosi Jokioinen 2004 ja kriittisin vuosi Jokioinen 1991 Kondenssituntien lukumäärä Jokioisten 2004 ilmastossa kondenssituntien määrä on n. 500 h. Kaikkein kriittisimmissä olosuhteissa kondenssitunteja voi olla lähes kaksinkertainen määrä. Varjostukset vähentävät kondensoitumista ja ikkunan ulkopinnan matalaemissiviteettipinta (selektiivipinta) poistaa sen kokonaan. Juha Vinha 43

RAKENNUSAIKAISEN KOSTEUDEN KUIVUMINEN BETONIELEMENTIN SISÄKUORESTA Kosteuspitoisuuden lukuarvot vastaavat betonilla karkealla tarkkuudella myös huokosilman RH:ta. PUR, U = 0,11 W/(m 2 K) Mineraalivilla, U = 0,16 W/(m 2 K) 1 vuosi Kuva: Petteri Ormiskangas Solumuovieristeitä käytettäessä sisäkuoren kuivumisaika pinnoituskosteuteen (tiiviitä pinnoitteita käytettäessä) voi pidentyä 2 4 kk verrattuna mineraalivillaeristeeseen. Solumuovieristeen paksuuden kasvattaminen lisää myös kuivumisaikaa merkittävästi. Polyuretaanieristettä käytettäessä kuivumisaika on pisin. Alumiinipinnoite lisää kuivumisaikaa, koska pinnoite estää kosteuden kuivumisen ulospäin kokonaan. Juha Vinha 44

YHTEENVETO TUTKIMUSTULOKSISTA (rakenteiden kosteustekninen toiminta) Kosteusvaurioiden riski lisääntyy monissa tavanomaisissa vaipparakenteissa ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutuksesta. Toisaalta on myös monia rakenteita, joissa nämä tekijät eivät vaikuta merkittävästi rakenteiden toimintaan. Rakenteissa tapahtuvien olosuhteiden muuttumisen lisäksi rakenteiden kosteusriskit lisääntyvät myös rakenneratkaisujen, rakenteiden dimensioiden ja toteutustapojen muutosten seurauksena. Vaipparakenteiden kosteusteknisen toiminnan osalta ei ole löydettävissä kriittisiä U-arvotasoja, joiden jälkeen rakenteiden toiminta heikkenee erityisen paljon. Tavanomaiset vaipparakenteet saadaan toimiviksi pelkillä rakenteellisilla muutoksilla seuraavan 100 vuoden aikana tapahtuvan ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen aiheuttamia kosteusrasituksia vastaan. Teknisten laitteiden käyttö (esim. kuivain tai lämmitin) ei ole välttämätöntä uudisrakentamisessa. Nykyinen vaatimustaso on riittävä betonin ja laastien säilyvyysominaisuuksien (pakkasenkestävyys ja korroosiosuojaus) saavuttamiseksi myös seuraavan 100 vuoden aikana vallitsevassa ilmastossa. Juha Vinha 45

ILMASTONMUUTOKSEN JA LÄMMÖNERISTYKSEN LISÄYKSEN VAIKUTUKSIA TAVANOMAISISSA VAIPPARAKENTEISSA Vaatii lisää kuivumisaikaa Vaatii rakenteellisia muutoksia Käytöstä tulisi luopua - solumuovieristeiset betonisandwichrakenteet - 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 yläpohja (lämpöä eristävä aluskate) - tiiliverhottu rankaseinä (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 puurak. alapohjassa) - maanvastainen alapohja (routaeristyksen lisäys) - ikkunat (ulkolasin ulkopintaan matalaemissivitettipinta) - tuulettumaton eristerappaus rankarakenteen tai hirsiseinän 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 46

RAKENNUSPROSESSIN KOSTEUDENHALLINTA Rakennusprosessin kosteudenhallintaosion tuloksena on tuotettu mm. seuraavat julkaisut: Kosteuden hallinnan opetusdiasarja Kosteudenhallintaposteri Työmaan ilmanvaihdon ja lämmityksen suunnitteluohje O-P. Toivari: Kosteudenhallinnan ja sääsuojauksen taloudellinen tarkastelu, diplomityö A-P. Lassila: Rakentamisen aikainen rakenteiden tehokas kuivattaminen, kandidaatintyö J. Hämäläinen: Energian käyttö Ruotsin rakennustyömailla, kandidaatintyö T. Pippuri: Vaipan läpi johtuva energia rakennusaikana, erikoistyö Tiivis holvi ja sandwich-elementin suojaus ohje Työmaan kuivanapitosuunnitelma Rakennusprosessin kosteudenhallintaosion julkaisut löytyvät omalta kotisivulta osoitteesta: www.tut.fi/site/ Juha Vinha 47

LISÄTIETOA FRAME -PROJEKTISTA FRAME -projektilla on Rakennusteollisuuden nettisivustolla omat kotisivut, joille tallennetaan projektissa julkaistut tutkimustulokset: www.rakennusteollisuus.fi/frame/ Projektin yhteydessä järjestetään 5 yleisöseminaaria, joissa esitellään yksityiskohtaisemmin projektin tuloksia. Viimeinen yleisöseminaari järjestetään TTY:llä loka marraskuussa. Projektin tuloksia on hyödynnetty jo useissa valmisteilla olevissa rakentamisen ohjeissa: RakMK C4, RIL 107 ja RIL 225 Tuloksia tullaan julkaisemaan laajasti myös kansainvälisissä konferensseissa ja tieteellisissä julkaisuissa. Projektin tuloksista laaditaan kaksi loppuraporttia, jotka ovat saatavilla projektin päätyttyä. Projektin rahoittajina ovat: Tekes, YM, RT ja rakennusalan yritykset. Juha Vinha 48