Suomessa on vakiintunut käytäntö toteuttaa rakennusten ulkovaippa erittäin paksulla lämmöneristekerroksella. Mitä rakennusten suunnittelussa ja toteutuksessa tulee huomioida, jotta rakennuksen ulkovaipan kosteustekninen toiminta on hyvällä tasolla?
Rakennuksen ulkovaipan lämmöneristävyydellä on merkittävä vaikutus rakennuksen energiatehokkuuteen ja siten myös rakennuksen käytön aikaisiin ilmastovaikutuksiin. Suomessa on vuodesta 2010 ollut käytössä erittäin matalat ulkovaipan lämmönläpäisykertoimen vertailuarvot, jotka ovat jopa maailmanlaajuisesti vertailtuna matalimmasta päästä.
Rakennuksen ulkovaipan energiatehokkuus vaikuttaa rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan monella tapaa. Suomessa onkin puhuttu kosteusriskeistä, jotka liittyvät ulkovaipan kasvavaan eristepaksuuteen. On kuitenkin erittäin vaikeaa arvioida yleisellä tasolla, mitä riskejä mahdollisesti aiheeseen liittyy.
Kiinnostuttuani hyvin eristettyjen rakenteiden kosteusturvallisuudesta viime vuosikymmenen alkupuolella aloin pohtia erityisesti rakenteiden tuuletusvälin toimintaa. Aihe oli kuitenkin paljon tätä laajempi, joten päätin muodostaa aiheesta tutkimuskokonaisuuden, jolla voitaisiin saada lisätietoa Suomessa yleisistä ulkovaipparakenteista.
Viime vuonna Aalto-yliopistolla valmistuneessa väitöskirjassani tutkin puurunkoisten, mineraalivillaeristeisten ja vähän lämpöä läpäisevien seinä- ja kattorakenteiden rakennusfysikaalista toimivuutta Suomen ilmasto-olosuhteissa. Tällaiset seinät ja katot lienevät Suomessa yksiä yleisimmistä rakennetyypeistä. Tutkimuksessa keskityin kahteen pääaiheeseen – rakenteiden toimivuuteen, kun niihin kohdistuu merkittäviä kosteuskuormia ja rakenteiden tuuletusvälien toimivuuteen. Tutkimusmenetelmänä oli kokeelliset tutkimusasetelmat, joita täydennettiin numeerisella laskenta-analyysillä.
Erittäin suurten kosteusrasitusten testaus
Rakenteiden merkittävimpinä kosteuskuormina pidetään yleisesti rakennuskosteutta, saderasitusta ja ilmavuotojen aiheuttamaa kosteuskuormaa. Sisällytinkin tutkimukseeni nämä kaikki kosteuskuormat, joiden vaikutusta arvioitiin erillisissä rasituskokeissa. Koetulosten perusteella merkittävin kosteusrasitus syntyy ilmavuotojen vaikutuksesta, joka voi johtaa jo suhteellisen lyhyessä ajassa rakenteen ulko-osissa syntyvään kosteus- tai mikrobivaurioon. Tulosten perusteella rakenteen matala lämmönläpäisykerroin ei kuitenkaan selitä näitä kosteusriskejä, vaan ongelmat johtuvat pääasiassa konvektiivisen kosteusvirran suuruudesta yhdistettynä tuulensuojamateriaalin alhaiseen lämmönvastukseen. Ilmavuotoihin liittyvät riskit voidaan parhaiten hallita huolellisella rakenteen sisäosan ilmatiiveydellä sekä lämpöä sopivasti eristävällä tuulensuojamateriaalilla.
Rakennuskosteuden kuivuminen osoittautui vähemmän haitalliseksi tutkituille, ulko-osastaan vesihöyryavoimille rakenteille. Ulkoseinän kastunut puurunko kuivui kylmään ulkoilmaan ja saavutti tasapainokosteuden noin 45 päivän aikana, eikä lämmönläpäisykerroin vaikuttanut kuivumisnopeuteen. Sen sijaan tarkastelupisteen kuivumispotentiaali, jota käytännössä vastaa tarkastelupisteen ulkopuolinen lämmönvastussuhde, vaikutti kuivumisnopeuteen. Mitä lämpimämpi rakennekohta, sitä nopeammin kosteus poistuu rakenteesta.
Ulkoseinän eristetilaan päässyt sadevesi kuivui yhtä lailla suhteellisen nopeasti ulkoilmaan. Tutkimuksessa kuitenkin pystyttiin tunnistamaan kriittiseksi sadevesivuodon määräksi 20,7 grammaa, kun vuoto toistuu 67 tunnin välein. Tästä seurasi kosteuden kertyminen rakenteeseen pitkällä aikavälillä, jolloin rakenteen kosteustekninen toimivuus ei ole hyväksyttävää. Suunnittelun kannalta lähtökohdan tulee kuitenkin olla estää sadevuodot täydellisesti.
Ulkovaipparakenteiden tuuletusvälin toiminta
Suomessa on totuttu jo useamman vuosikymmenen ajan tuulettamaan suurin osa rakennuksen ulkovaipparakenteista. Tuuletuksen tärkeys on ymmärretty ja tuuletuksessa on pyritty varmistamaan reilu tuuletus periaatteella mitä enemmän tuuletusta, sitä parempi.
Tutkimustulokset osoittivat, että lämpö- ja kosteusolosuhteet tuuletetuissa ulkoseinissä ovat pääosin hyväksyttävät. Seinän tuuletusvälin alaosassa on kaikista heikoimmat olosuhteet johtuen kylmän ulkoilman viilentävästä vaikutuksesta, joka johtaa tuuletusvälin ilman suhteellisen kosteuden nousuun. Vaikka hyvin eristettyjen ulkoseinien ilmavälien olosuhteet ovat hieman heikommat verrattuna vertailurakenteeseen, kosteusriskit nykyilmastossa ovat kuitenkin maltilliset. Ilmastonmuutosta silmällä pitäen on kuitenkin suositeltavaa suunnitella ilmaväleissä käytettävät materiaalit huolella siten, että niiden kosteudenkestävyys on riittävä. Ulkoseinien tuuletuksen suunnittelussa ei toisaalta aina ole järkevää pyrkiä liiallisen korkeaan ilmanvaihtuvuuteen, koska liiallinen tuuletus heikentää rakenteen lämpöteknistä toimintaa.
Ulkovaipan suunnittelussa tulisi pyrkiä minimoimaan kaikki kosteuskuormat esimerkiksi käyttämällä tehokkaita höyrynsulkumateriaaleja rakenteen sisäosassa. Myös julkisivun sadevesitiiveys on keskeistä rakenteiden toimivuuden varmistamisessa. Kun kosteusrasitukset ovat hallinnassa, rakennetta on myös tuuletettava vähemmän. Tutkimustulokset toisaalta osoittivat, että julkisivun lämmöneristävyyttä nostamalla parannetaan tuuletusvälien kosteusturvallisuutta kylmänä vuodenaikana. Esimerkiksi puupohjaiset julkisivumateriaalit ovat suhteellisen hyvin lämpöä eristäviä. Perinteinen lautaverhous edesauttaa rakenteen ulko-osan kosteusturvallisia olosuhteita, ja vaikutus on sitä suurempi, mitä paksumpi verhouslauta on. Puun käytön lisäämistä näin voidaan pitää järkevänä myös rakennuksen hiilivarastoa kasvattavana ratkaisuna.
Huomio kattojen kosteustekniseen toimivuuteen
Tutkimuksissa havaittiin, että hyvin eristettyjen kattorakenteiden tuuletusvälien olosuhteet ovat selvästi heikommat verrattuna vastaaviin ulkoseiniin. Kattorakenteissa ilmavälin lämpötila on vain noin 0,25°C ulkoilman lämpötilaa korkeampi johtuen erittäin matalasta lämmönläpäisykertoimesta. Tämä alhainen lämpötilaero johtaa siihen, että jo pienet kosteusvirrat kattorakenteeseen aiheuttavat kosteusolosuhteiden nousun haitallisen korkeaksi. Tulevaisuuden ilmastossa olosuhteet heikkenevät entisestään.
Kattorakenteiden rakennusfysikaaliseen toimivuuteen vaikuttaa myös säteilylämmönsiirto rakenteen ulkopinnalla, joka öisin saattaa viilentää rakenteen ulko-osaa. Vastaava ilmiö seinärakenteissa on paljon alhaisempi, koska seinäpintojen suunta on vähemmän kohti viileää taivasta. Toinen ilmiö, joka heikentää kattojen toimivuutta, on ilman kuljettama kosteus. Sisäilman painesuhteet ovat luonnostaan usein kohti kattorakennetta, jolloin todennäköisyys ilman kattoon kuljettamalle kosteudelle kasvaa.
Tutkimuksen mukaan kattojen toimintaa voidaan parantaa käyttämällä tehokasta höyrynsulkua rakenteen sisäosassa, jolloin vesihöyryn diffuusiovirta kattoon saadaan minimoitua. Toisaalta tulokset osoittavat, että käyttämällä paremmin lämpöä eristävää rakennetta ilmavälin yläpuolella nostetaan ilmavälin lämpötilaa ja näin hallitaan matalan lämmönläpäisykertoimen rakenteen ulko-osia viilentävä vaikutus. Esimerkiksi 20 mm paksulla kattovanerin päälle asennetulla villaeristeellä voidaan merkittävästi parantaa katon kosteusturvallisuutta. Tuuletettujen ulkovaipparakenteiden tuuletusvälin ulkopuolinen lämmönvastus ei saa kuitenkaan olla tarpeettoman korkea, koska se estäisi tuuletusvälien voimakkaan lämpenemisen kesäaikana, jolla voidaan katsoa olevan mikrobikasvua estävä vaikutus.
Jatkossa on suositeltavaa tutkia tuuletettujen ulkovaipparakenteiden toimintaa entistä enemmän. Pitkäaikaisilla kenttämittauksilla voidaan tunnistaa missä olosuhteissa, missä päin Suomea ja missä hyvin eristetyissä rakennetyypeissä tuuletusvälien toiminnassa on eniten haasteita. Näin voidaan tarkentaa ja kehittää suosituksia rakenteiden kosteusturvallisen toteutuksen varmistamiseksi.
Rakennusfysiikan teoriasta käytännön kosteusturvallisuuteen
Rakennusten kosteusturvallisuutta ei kuitenkaan voida käytännössä varmuudella taata rakennusfysikaalisilla tutkimuksilla tai rakennuksen suunnitteluratkaisuilla. Rakennusten kosteusturvallisuus on pitkä prosessi, joka alkaa tilaajan hankkeelle asettamista reunaehdoista ja rajauksista. Suunnitteluratkaisuilla, kuten julkisivumateriaalilla, julkisivun liittymien määrällä ja detaljisuunnittelulla, toki vaikutetaan merkittävästi siihen, syntyykö valmiissa rakennuksessa haasteita sen kosteusteknisen toimivuuden kanssa. Kosteusturvallisuus on kuitenkin merkittävästi tätä laajempi käsite, missä yhteydessä puhutaan usein rakennusten kosteudenhallinnasta.
Kosteudenhallinta sisältää oikeanlaisten suunnitteluratkaisujen lisäksi rakentamisvaiheen. Tämä lisää merkittävästi muuttujia kosteusturvallisuuden yhtälöön. Rakentaminen tapahtuu neljänä eri vuodenaikana vaihtelevin rakennuspaikkakohtaisin sääolosuhtein, joka työmaalla on eri henkilöt vastaamassa kosteusturvallisesta rakentamisesta, rakentamisaikataulut ovat yleensä kireät ja niin edelleen.
Mitä sitten voidaan tehdä, jotta todennäköisyys hankkeen kosteusturvalliselle toteutukselle on mahdollisimman suuri? Rakennushankkeille kiinnitetään usein henkilö, kosteudenhallintakoordinaattori, jonka vastuulla tämä tehtävä on. Koordinaattori huolehtii osaltaan, että suunnitteluvaiheessa on tehty järkevät ja riittävät suunnitelmat huomioiden projektikohtaiset reunaehdot lähtien esimerkiksi rakennuspaikasta. Työmaavaiheessa koordinaattori valvoo työmaan etenemistä kosteusturvallisuuden näkökulmasta. Kuten väitöskirjan tulokset osoittivat, energiatehokkaiden rakennusten yleistyessä kosteudenhallinnan merkitys rakenteiden toimivuudessa korostuu entisestään. Kattorakenteiden kosteudenhallinnassa tulee entistä enemmän kiinnittää huomiota rakennuskosteuden määrän minimointiin. Hyvin eristetyt ulkovaipparakenteet tulisi rakentaa niin kuivana kuin käytännössä on mahdollista, jotta valmis rakenne kuivuu hallitusti haittaa aiheuttamatta.
Rakennusfysiikan teoria on siis edelleen keskiössä, myös rakennustyömaalla. Mitä kokeneempi kosteudenhallintakoordinaattori hankkeella on, sitä varmemmin projekti etenee hallitusti käyttöönottovaiheeseen ja saavutetaan kosteusturvallinen rakennus.
Klaus Viljanen
Tekniikan tohtori.
Projektipäällikkö, rakennusfysiikan asiantuntija.
Ramboll Finland Oy.
Kuvat: Halla Savisaari ja Klaus Viljanen