Ylivieskan seudun rakennusmestarit ja –insinöörit AMK r.y.

1. Ylivieskan seudun rakennusmestarit ja –insinöörit AMK r.y. Uudet energiamääräykset, nollaenergiatalo ja rakenteiden lämpö- ja kosteustekninen toiminta 12.2.2013 Haapavesi Pientalon rakenteiden lämpö- ja kosteusteknisen toiminnan tarkastelu Professori Ralf Lindberg, Tampereen teknillinen yliopisto Rakentaminen on mielikuvien laji diat 2…6 Rakennuksen rakennusfysiikkaa 7…12 Rakennusfysiikan peruskaavat 13…19 Ulkoseinien rakennusfysiikkaa 20…26 Alapohjiin liittyviä kysymyksiä 27…37 Rakennusfysiikka on tärkeä näkökulma 38…40 Rakennus, rakentaminen ja normisto (ohjausjärjestelmä) kehittyvät ja monimutkaistuvat uskomattomalla vauhdilla. Siitä pitää huolen Euroopan unioni ja Suomen lukuisat ministeriöt, jotka ohjaavat rakentamista yhä enemmän poliittisin päätöksin. Rakentamisen tulisi kuitenkin olla yksinkertaista perustoimintaa. Haapavesi 12.2.2013

2. Miten ihminen oppii? Omassa päässä tapahtuvan kehittelyn kautta. Jostain tulee virikkeitä, yhdistämme niitä aiempaan tietoomme ja kokemukseen ja maailmakuvamme kehittyy. Rakentamiseen liittyvä yksi pulma on, että erilaisia virikkeitä, oikeita ja vääriä, on kovin paljon. Haapavesi 12.2.2013

3. Useimmilla on rakentamisesta selkeät käsitykset Täysin Täysin samaa eri mieltä mieltä Seinän tulee olla ”hengittävä” 1 2 3 4 5 Seinän tulee olla tiivis 1 2 3 4 5 Alapohjan tulee olla maanvarainen 1 2 3 4 5 Alapohjan tulee olla ryömintätilainen 1 2 3 4 5 Ilmanvaihdon on oltava koneellinen 1 2 3 4 5 Ilmanvaihdon on oltava painovoimainen 1 2 3 4 5 Käsitykseni asiasta perustuu tietoon kokemukseen mielikuvaan Haapavesi 12.2.2013

4. ”Hengittävä seinä” on mahdollinen ja käyttökelpoinen, energian kulutus ei ole aivan niin hyvin hallinnassa kuin nykyisin odotetaan Vanhan hirsitalon ”terveellisyys” perustui seinien rakojen kautta tapahtuvaan ilmanvaihtoon. Nykyisin pyritään ilmanpitävyys (tiiviys) kaikin tavoin varmistamaan. Kun siinä onnistutaan ilma on vaihdettava erikseen, hengittämällä se ei vaihdu. Käytöstä aiheutuvan kosteusrasituksen tulee olla pienen. Tiivis rakennus mahdollistaa hallitun energiankäytön. Tiiviys sinänsä ei ole huono asia. Tiivis rakennus ja toimimaton ilmanvaihto ovat huono yhdistelmä. Tämä oli syy tiiviiden rakennusten ankaraan arvosteluun. Haapavesi 12.2.2013

5. Maanvarainen ja ryömintätilainen alapohja kumpikin voitaisiin aivan hyvin ”lailla kieltää”. Kuitenkin kummankin kanssa voidaan hyvin myös tulla toimeen. Rakennuksen alapuolisessa maaperässä kasvaa aina mikrobeja ja sädesieniä. Ne eivät kasva rakennusvirheen seurauksena vaan siksi, että maaperässä ovat aina kasvulle parhaat mahdolliset edellytykset (sopiva lämpötila, kosteutta ja ravintoa). Ylivoimaisesti tärkein huolehdittava asia on alapohjan mahdollisimman hyvä tiiviys alapuoliseen maaperään päin (seinäliittymät, lävistykset), jotta lämmityskaudella ei vuotokohdista imetä mikrobien haittavaikutuksia sisäilmaan. Haapavesi 12.2.2013

6. Sekä koneellisesta että painovoimaisesta ilmanvaihtojärjestelmästä on paljon hyviä ja huonoja kokemuksia. Molemmat toimivat, mutta vain siinä tapauksessa, että käyttäjä ymmärtää toiminnan idean ja osaa huoltaa järjestelmän. Nykyisten lämmöneristysmääräysten voimassa ollessa molemmat ovat mahdollisia. Pientaloista noin 90 % varustetaan koneellisella sisään puhalluksella, poistolla ja lämmön talteenotolla. Rakennuksen ilmanvaihtojärjestelmät: 1. Koneellinen sisään puhallus ja poisto, 2. Koneellinen poisto ja korvausilmaventtiilit 3. Painovoimainen Haapavesi 12.2.2013

7. Rakennuksen rakennusfysikaalisen toiminnan lähtökohta on ulkoilma • 10 oC • 2/2,2 g/m3 • RH = 90 % • 10 oC • 2/2,2 g/m3 • RH = 90 % +20 oC 2/17 g/m3 RH = 12 % Kaikki rakenteet toimivat hyvin, jos kosteuslisää ei ole Haapavesi 12.2.2013

8. Vesihöyryn kyllästyspitoisuus vk vk g/m3 30 25 20 17,28 15 9,45 10 5 2,20 0,87 4,85 t -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 oC Lämpötila Haapavesi 12.2.2013

9. Talvi on Suomessa erittäin ankara rasitus olosuhde rakennuksille -10 oC 2/2,2 g/m3 RH = 90 % Lämpö Kosteus +20 oC 5/17 g/m3 RH = 30 % Pienikin kosteuslisä aiheuttaa sen, että sisäilmaa ei saa vuotaa rakenteisiin Haapavesi 12.2.2013

10. Kesä on Suomessa täysin toisenlainen +20 oC 10/17 g/m3 RH = 60 % +20 oC 13/17 g/m3 RH = 75 % Kosteus Sisäilman kosteus ei käytännössä ylitä ulkoilman kyllästyspitoisuutta, jolloin kaikki rakennukset toimivat hyvin. Suomessa on puolet vuodesta talvitilannetta ja puolet kesätilannetta Haapavesi 12.2.2013

11. Hyvä ja toimiva ilmanvaihto on kaikissa suomalaisissa rakennuksissa välttämätön. Esimerkki ilmanvaihdon merkityksestä kosteuslisään. Huoneisto 120 m2, tilavuus 300 m3. Perheen kosteudentuotto voi hyvin olla 12 l/vrk (tavallinen tuotto). Hyvä ilmanvaihto on noin 0,5 krt/h (puoli tilavuutta vaihtuu tunnissa eli ilma vaihtuu kerran kahdessa tunnissa eli 12 kertaa vuorokaudessa). Kosteudentuotto on 1000 g/ilmanvaihtokerta. Kosteuslisä on tällöin 1000/300 = 3,3 g/m3 (tavanomainen arvo). Heikko ilmanvaihto 0,25 krt/h (ilma vaihtuu 6 kertaa vuorokaudessa). Kosteudentuotto on tällöin 2000/300 = 6,6 g/m3 (todella ankara rasitus). Monissa rakennuksissa on tätäkin heikompi ilmanvaihto. Haapavesi 12.2.2013

12. Rakennuksen käytöstä johtuvalla kosteuslisällä on iso merkitys • 10 oC • 2/2,2 g/m3 • 90 % 20 oC 2,1/17 g/m3 12 % 30 oC 60 % 18/30 g/m3 Urheiluhallissa ei ole suurta kosteuslisää Uimahallin olosuhteet ovat rakenteille paljon ankarammat. Ylipaine voi olla rakenteille tuhoisa. Muita ankarien olosuhteiden rakennuksia: Kirjapainot 25 oC 70 % 16/23 g/m3 Taidemuseot 22 oC 60 % 11/19 g/m3 Jäähallissa kosteus kulkee kesällä sisään ja talvella ulos. Rakennusaikainen kosteus voi joissakin tapauksissa muodostaa ison kosteuslisän. Haapavesi 12.2.2013

13. Seuraavassa on peruskaavat ja perusmateriaaliominaisuudet lämpö- ja kosteusteknisten laskelmien suorittamiseksi. Laske perustapaus talvella ja kesällä. Muuta tilannetta vaikka lisäeristyksellä, laske uudelleen samoilla parametreilla, saat hyvän kuvat tilanteesta. Haapavesi 12.2.2013

14. Lämpö- ja kosteustekninen käyttäytyminen Lämpötilakäyrä * Lämmönjohtavuus l, materiaaliominaisuus * Lämmönvastus R, rakenneominaisuus * Pintavastukset * Sisä- ja ulkolämpötila Lämpötilaero tasoittuu lämmönvastusten suhteissa. Kyllästyspitoisuuskäyrä * Riippuu vain lämpötilasta, lähes luonnonlaki Vesihöyrynpitoisuuskäyrä * Vesihöyrynjohtavuus d, materiaaliominaisuus * Vesihöyrynvastus Z, rakenneominaisuus * Ulkoilman vesihöyrynpitoisuus tulee luonnosta * Sisäilman pitoisuus käytöstä tulevan kosteuslisän kautta Vesihöyrynpitoisuusero tasoittuu vesihöyrynvastusten suhteissa. Haapavesi 12.2.2013

15. Ainekerrosten lämmönvastuksia R = d/ l Jos ainekerroksen paksuus on eri kuin taulukossa, muuttuu lämmönvastuskin paksuuksien suhteissa. Esim. puu 100, R = 0,5 * 1,5 = 0,75 Haapavesi 12.2.2013

16. Vesihöyryn kyllästyspitoisuus vk vk g/m3 30 25 20 17,28 15 9,45 10 5 2,20 0,87 4,85 t 0 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 oC Lämpötila Haapavesi 12.2.2013

17. Ainekerrosten vesihöyrynvastuksia Zv = d/ d ** laskentaan soveltuva tyypillinen arvo Haapavesi 12.2.2013

18. Ainekerrosten vesihöyrynvastuksia Zv = d/ d Jos ainekerroksen paksuus on eri kuin taulukossa, muuttuu vesihöyryn vastuskin paksuuksien suhteissa. Esim. betoni 200 Zv = 2 * 150 * 103 = 300 * 103 s/m Haapavesi 12.2.2013

19. Diffuusion vauhti , missä g = Dv/Zv g on vesihöyryn diffuusiovauhti g/m2 s Dv on vesihöyrynpitoisuus ero kahden pisteen välillä, kaste- pistettä tällä välillä ei saa olla  g/m3 Zv on rakenteen vesihöyrynvastus samojen pisteiden välillä  s/m Kondensoituvassa rakenteessa lasketaan kastepisteeseen tiivistyvä vesimäärä ja kastepisteestä poistuva vesimäärä. Lopullinen kertyvä vesimäärä on näiden erotus. Rakenteen toimivuutta voi arvioida laskemalla yhden viikon ajan talvitilannetta ja yhden viikon ajan kesätilannetta. Talven jäljiltä otaksutaan kastepisteeseen RH 100%. Jos kesällä kuivuu kaksin- kertainen kosteusmäärä kuin talvella tiivistyy, rakenne on toimiva. Haapavesi 12.2.2013

20. Esim: Puurakenteisen seinän rakennusfysikaalinen käyttäytyminen Lämpötilat 20 20 oC 10 0 -10 -10 Kosteuspitoisuudet 20 17,3 8,6 50 % 10 2,2 0 g/m3 2,0 90 % Haapavesi 12.2.2013

21. Höyrynsulullisen seinän diffuusiovauhti 20 20 oC 10 0 -10 -10 20 17,3 8,6 50 % Diffuusiovauhti on mitätön 10 2,2 0 g/m3 2,0 90 % Haapavesi 12.2.2013

22. Läpäisevän puurakenteisen seinän diffuusiovauhti Jos höyrynsulku puuttuu, rakenteeseen ei synny teoreettisesti kondenssitilannetta (tai oikeastaan syntyy, miksi?). Tässä tapauksessa vesihöyrynvastus Z on noin (4+11+3)x103 s/m ja diffuusio- vauhdiksi saadaan: 20 20 oC 10 0 -10 -10 20 17,3 8,6 50 % 10 Tämä on suuri diffuusiovauhti. Lopulta syntyy kondenssi, koska tuulensuojan vesihöyrynvastus kasvaa huokosveden jäätymisen seurauksena. 2,2 0 g/m3 2,0 90 % Haapavesi 12.2.2013

23. Rakennusaikaisen kosteuden vaikutus läpäisevään seinään Lämmönvastus R, eriste ratkaisee, muut yhteensä alle 10 % Vesihöyryn vastus Z, puu ratkaisee, muut yhteensä noin 20 % Haapavesi 12.2.2013

24. Rakennusaikaisen kosteuden vaikutus läpäisevään seinään + 20 oC Vesihöyryn diffuusiovauhti tässä tilanteessa noin 250 g/m2 viikossa, koska vesihöyryn vastus on niin pieni. Kaikki vesihöyry kondensoituu ja jäätyy laudoituksen taakse. Eristeen tulee kestää kosteutta. Jos kosteuslisää ei ole tai se on pieni, rakenne toimii. - 10 oC 17 g/m3 10/17 g/m3 60 % 2,2 g/m3 2,0/2,2 g/m3 90 % Haapavesi 12.2.2013

25. Lämmönvastus R, eriste ratkaisee, muut yhteensä alle 10 %Vesihöyryn vastus Z, muovi ratkaisee Rakennusaikaisen kosteuden vaikutus tiiviiseen seinään Haapavesi 12.2.2013

26. Rakennusaikaisen kosteuden vaikutus tiiviiseen seinään + 20 oC Rakennusaikaisesta kosteudesta ei ole haittaa. Diffuusiovauhti on hyvin pieni, noin 1 g/m2 viikossa (käytännössä mitätön). Rakenne toimii suurellakin kosteuslisällä. - 10 oC 17 g/m3 10/17 g/m3 60 % 2,2 g/m3 2,0/2,2 g/m3 90 % Haapavesi 12.2.2013

27. Hiekan kosteus (RH) ja vesipitoisuus Hiekan kuivatiheys on noin 1500 kg/m3. Hiekka on yleensä graniittia tai vastaavaa, jonka tiheys on noin 2700 kg/m3. Kiintoainetta on hiekassa 1500/2700  0,55. Siten 1 m3:ssä hiekkaa on kiviainesta 550 l ja tyhjätilaa (ilmaa) 450 l. Tyhjätilan ilmassa on aina vesihöyryä ja tyhjätilassa on aina myös vettä. Materiaalin vesimäärä ilmoitetaan usein prosentteina kuivapainosta. Jo hyvin pieni vesimäärä aiheuttaa sen, että hiekan huokosilman RH = 100%. Hiekka on aina kosteaa, se ei saa olla märkää. Kuopalla kosteutta on hiekassa tavanomaisesti 3…5 % Haapavesi 12.2.2013

28. Esimerkki maanvaraisesta alapohjasta, jossa muovikalvosta on enemmän haittaa kuin hyötyä Parketti 15 Betoni 70 Polystyreeni 100 Muovikalvo 0,2 Täytesora 300 Perusmaa Haapavesi 12.2.2013

29. Tilanne 10 vuoden päästä rakentamisesta, kun rakennusaikainen kosteus ei enää vaikuta t vk v Zv oC g/m3 g/m3 *103 s/m 20 17,3 RH 30 % 5 20 100 100 3500 11,4 13 20 10 9,5 9,5 0 RH 100 % Haapavesi 12.2.2013

30. Tilanne heti rakentamisen jälkeen, kun laatta muodostaa tärkeän kosteuslähteen t vk v Zv oC g/m3 g/m3 *103 s/m 20 17,3 RH 30 % 5 20 100 100 3500 11,4 13 20 10 9,5 9,5 0 RH 100 % Haapavesi 12.2.2013

31. Alapohjiin liittyviä kysymyksiä Maanvaraiset alapohjat * Energian säästämiseksi eristettä ei tarvita U-arvon mukaista määrää * Rakennusfysikaalinen toiminta paranee eristemäärän kasvaessa * Laatta kuivuu pääasiassa vain sisäänpäin (läpäisevä pinnoite) * Betonilaatta on tärkeä kosteuslähde jopa 10 vuotta * Maaperän jäähdyttäminen esim. radonputkituksen avulla olisi erinomainen ratkaisu fysikaalisen toiminnan kannalta * Maaperään yhteydessä olevien vuotoreittien tiivistäminen on erittäin tärkeää, usein polyuretaanivaahto auttaa vaikkakaan ei ole paras ratkaisu Haapavesi 12.2.2013

32. Ryömintätilainen alapohja talvella Sisäilma + 20 oC Ulkoilma 5/17 30 % - 10 oC 2/2,2 g/m3 90 % Ryömintätila + 2 oC 2/5,6 35 % Maaperä 0 oC 5/5 100 % Kosteus ryömintätilassa ei muodosta ongelmaa Haapavesi 12.2.2013

33. Ryömintätilainen alapohja kesällä, kun olosuhteet ovat tavanomaiset Sisäilma + 20 oC Ulkoilma 13/17 75 % + 17 oC 10/14,5g/m3 70 % Ryömintätila + 15 oC 10/13 78 % Maaperä 13 oC 11,4/11,4 100 % Ankarat, mutta siedettävät olosuhteet ryömintätilassa Haapavesi 12.2.2013

34. Ryömintätilainen alapohja kesällä sadekautena Sisäilma + 20 oC Ulkoilma 16/17 90 % + 17 oC 14/14,5g/m3 96 % Ryömintätila + 15 oC 13/13 100 % Maaperä 13 oC 11,4/11,4 100 % Ryömintätilassa on kondenssi ja mikrobikasvustolle otolliset olosuhteet tehdäänpä mitä tahansa. Haapavesi 12.2.2013

35. Ryömintätilat * Mikrobikasvua tapahtuu ryömintätilassa kosteina kesäaikoina * Alapohjan täydellinen ilmanpitävyys on erittäin tärkeä (vaikea toteuttaa) * Ryömintätilat tulevat talvisin kylmemmiksi (jäätymismahdollisuus) * Kuivaimella ryömintätila toiminee parhaiten (ilmanvaihto, mitoitus, rakennusaikainen vesimäärä on yleensä suuri kuivaimen kapasiteettiin nähden) Täytöissä on alussa jopa 70 l/m3 vettä ja lopputilanteessa 10 l/m3. Vettä poistuu ryömintätilasta 60 l/m3. Täyttöä on helposti jopa 50 m3, joten ylimääräistä vettä on tuhansia litroja. Tätä ei poista nopeasti tuuletus eivätkä verrattain pienitehoiset kuivaimet. Haapavesi 12.2.2013

36. Talvella lämmitettäessä osa korvausilmasta mikrobihaittoineen virtaa laatan alta Laatta kutistuu ja rako syntyy sokkelin ja laatan väliin Mikrobeja kasvaa laatan alla maaperässä, koska siellä ovat hyvät olosuhteet. Tämä on jo mittauksin osoitettu. Ongelmakohta on tehtävä niin, että raon syntymisen jälkeenkin ilmavuoto on estetty. Mikrobikasvua laatan alla on joka tapauksessa. Haapavesi 12.2.2013

37. 1 2 4 3 Perustusliitoksen toiminnalle on pelkästään fysiikan näkökulmasta useita tavoitteita 1. Korvausilmaa ei saa tulla sisään alajuoksun alta 2. Vuotoreittiä laatan alle ei saa olla 3. Kosteudenkulku maaperästä rakenteisiin on estettävä 4. Kylmäsilta liittymässä aiheuttaa ongelmia 5. Radon, ym. 6. Koko liitosalueen kuivumismahdollisuus Yhden asian hoitaminen on usein toisesta näkökulmasta haitallista. Haasteita riittää. Haapavesi 12.2.2013

38. Rakennusfysiikka on tärkeä näkökulma Todellinen asiantuntijaohjaus tavoittaa vain pienen osan rakentamisesta. Valtaosa rakentajista ja suunnittelijoista saa tietonsa jotenkin muuten. Kosteuteen ja veteen liittyvät ongelmat vaivaavat jo nyt rakentamista. Erilaisten virheiden seuraukset ovat pahemmat paremmin eristetyissä rakenteissa. Kosteuskysymyksistä on saatu paljon uutta tietoa viimeisten 15 vuoden aikana. Oppi ei mene itsekseen käytäntöön. Haapavesi 12.2.2013

39. Eristysmäärän kasvaessa erilaisten rakennusvirheiden ja virheellisten ratkaisujen seuraukset kosteusvauriotapauksissa ovat vakavammat Rakennusaikainen kosteus tulee aiheuttamaan enemmän harmeja, koska monissa tapauksissa rakennuksen rakennusaikaista kosteudenhallintaa ei osata kovin hyvin nytkään. Monissa rakennuksissa on hyvin suuri kosteusrasitus (uimahallit, kostutetut rakennukset, jne.) Erilaisten ilmavuotojen seuraukset ovat vakavammat. Uusien määräysten seurauksena tullaan kehittämään paljon uusia rakenneratkaisuja. Yksinkertaisten kosteusteknisten tarkastelujen laatiminen on monille ”asiantuntijoillekin” ylivoimaista. Siksi uusiin rakenneratkaisuihin tulee liittymään paljon riskejä. Laskennan periaate: talvi, kesä, heti rakentamisen jälkeen ja lopputilanteessa. Kosteuslähteiden arviointi on usein vaikeaa. Haapavesi 12.2.2013

40. Rakennetyyppi on hyvä lähtökohta, mutta sillä ei voida rakentaa kaikkia yksityiskohtia. Detaljeja voidaan suunnitella vain rajattu määrä. Tästä seuraa, että rakennuksen monien yksityiskohtien lopullinen toteutus ratkaistaan työmaalla. Siksi on tärkeää pyrkiä lisäämään kaikkien rakentajien ymmärrystä rakennusfysiikkaan liittyvistä kysymyksistä. Opin tulee olla selkeää ja yksinkertaista. Haapavesi 12.2.2013