Menu
Rakennusfysiikan merkitys on kasvanut rakentamisessa jatkuvasti 50 vuoden aikana ja erityisesti viimeisten 15 vuoden kuluessa. Ilmastonmuutos, energiatehokkuuden vaatimukset ja rakenteissa toistuvat vauriot ovat tehneet tutkimuksesta merkittävän tekijän osana hyvää suunnittelua ja kestäviä rakenneratkaisuja.
Energiakriisi ja virheelliset rakenneratkaisut
Lähtökohtana rakennusfysiikan kehitykselle Suomessa oli 70-luvun alun energiakriisi. Sen myötä rakennusten parempaan lämmöneristämiseen alettiin kiinnittää entistä enemmän huomiota. Tämän seurauksena rakenneratkaisuja muutettiin. Samalla käyttöön tuli myös monia uusia ratkaisuja, kuten tasakatot, tiili-villa-tiiliseinät, valesokkelit ja kaksoislaatta-alapohjat.
Rakenteiden kosteusteknisestä toiminnasta ei ollut kuitenkaan riittävästi tietoa ja tästä syystä seuraavien vuosikymmenten aikana tehtiin suuri määrä rakennuksia, joihin syntyi kosteus- ja homevaurioita.
Rakennusfysikaalinen suunnittelu oli kokemukseen perustuvaa, ja virheelliset toteutukset tulivat esiin vasta vuosien kuluttua erilaisten vaurioiden muodossa. Tämän aikakauden rakentamisvirheitä korjataan edelleen vanhassa rakennuskannassa, ja tämä työ jatkuu vielä pitkälle tulevaisuuteenkin.
Ensimmäiset rakenteiden lämmöneristyksen ja kosteudenhallinnan määräykset julkaistiin vuonna 1976. Samana vuonna julkaistiin myös ensimmäiset RIL 107 Rakennusten veden- ja kosteudeneristysohjeet. Tästä lähti liikkeelle rakennusfysiikkaan liittyvien määräysten ja ohjeiden kehitystyö.
Lämmöneristysmääräyksiä muutettiin maltillisesti aina 2000-luvun ensimmäiselle vuosikymmenelle asti. Kosteusmääräyksiä uudistettiin seuraavan kerran vasta 1998, mutta RIL:n veden ja kosteudeneristysohjeita päivitettiin n. 10 vuoden välein.
Kosteus- ja homevaurioituneiden rakenteiden kuntotutkimuksiin ja korjauksiin liittyvät ensimmäiset ympäristöministeriön ohjeet julkaistiin vuonna 1997. Nämä ohjeet uudistettiin vuosina 2016 ja 2019.
Ilmastonmuutos ja rakenteiden kosteusanalysointimenetelmä
2000-luvun ensimmäisenä vuosikymmenenä aloimme yhä enemmän tiedostaa, että ilmasto muuttuu ja kosteusrasitukset rakennuksille lisääntyvät. Toisaalta nähtiin, että rakenteiden rakennusfysikaalista mitoitusta varten puuttuivat vastaavan tyyppiset mitoitusperiaatteet, joita oli jo vuosikymmeniä käytetty rakenteiden kantavuuden ja lujuuden mitoituksessa.
Keskeinen parannus oli rakennusfysikaalisten mallinnusohjelmien kehittyminen sellaiselle tasolle, että niillä voitiin tarkastella rakenteiden toimintaa eri ilmasto-olosuhteissa. Niiden avulla oli mahdollisuus alkaa kehittää myös rakennusfysiikan puolelle tarkastelumenetelmiä ja mitoitusperiaatteita, joilla varmistettaisiin rakenteiden hyvä kosteustekninen toiminta eri tilanteissa.
Tampereella lähdimme kehittämään rakenteiden kosteusteknisen toiminnan analysointimenetelmää ja näitä mitoitusperiaatteita 2000-luvun alussa. Tämä edellytti tutkimusta usealla eri osa-alueella: ulko- ja sisäilman mitoitusolosuhteiden määrittämistä, Suomessa käytettyjen rakennusmateriaalien rakennusfysikaalisten ominaisuuksien määrittämistä, laskentaohjelmien validointia mittauksiin verrattuna sekä rakenteiden toimintakriteerien ja raja-arvojen määrittämistä (kuva 1). Toimintakriteereistä keskeinen oli home- ja mikrobikasvun estäminen rakenteiden sisällä. Kehitimme yhdessä VTT:n kanssa Suomalaisen homemallin, joka on nykyisin laajasti käytetty myös ulkomailla rakennusfysikaalisessa tutkimuksessa.
Ilmastonmuutoksen vaikutusten huomioon ottaminen edellytti puolestaan ennusteita ilmaston muuttumisesta tulevina vuosikymmeninä, joita Ilmatieteen laitos oli laatinut. Näiden pohjalta määritimme yhteistyössä heidän kanssaan rakennusfysikaaliset mitoitusvuodet Suomen ilmastoon tämän vuosisadan loppuun asti. Ensimmäiset mitoitusvuodet saatiin määritettyä vuonna 2012 ja uusiin ilmastoskenaarioihin perustuvat mitoitusvuodet vuonna 2022.
Rakennusfysiikan mitoitusvuosien määrittämisen jälkeen kosteusanalysointimenetelmä saatiin kaikilta osin valmiiksi, minkä jälkeen sitä on käytetty monien eri rakenteiden toiminnan tarkasteluihin eri tutkimuksissa ja diplomitöissä.
Kuva 1: Periaatekuva rakenteiden kosteusteknisen toiminnan analysointimenetelmästä, joka on kehitetty Tampereen teknillisessä yliopistossa.
Rakenteiden rakennusfysikaalisen mitoituksen periaatteet julkaistiin ensimmäisen kerran RIL:n Rakennusfysiikan käsikirjassa vuonna 2014. Ohjeita rakenteiden toteutukseen, jotka ottavat huomioon myös Ilmastonmuutoksen vaikutukset, julkaistiin laajemmin RIL 250-2020 Kosteudenhallinta ja homevaurioiden estäminen sekä RIL 107-2022 Rakennusten veden- ja kosteudeneristysohjeet.
Eniten rakenteiden toteutusohjeita on ollut tarvetta muuttaa puurakenteiden osalta sekä tiiliverhotuissa ulkoseinissä. Tiiliverhottujen rakenteiden kosteustekninen toiminta tulee olemaan haasteellista myös olemassa olevassa rakennuskannassa lisääntyvän viistosaderasituksen vuoksi.
Rakennusten energiatehokkuuden parantaminen
Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi aloitettiin myös toimenpiteet 2000-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä. Koko EU:n tasolla lähdettiin valmistelemaan direktiiviä, jolla rakennusten energiatehokkuutta saataisiin parannettua ja energiankulutusta pienennettyä.
Alettiin puhua matalaenergiataloista, passiivitaloista, lähes nollaenergiataloista ja plusenergiataloista. Tämä johti Suomessakin uudisrakennusten energiankulutus- ja lämmöneristysmääräysten merkittävään tiukentamiseen vuonna 2010 ja edelleen 2012. Lisäksi myös korjausrakentamiselle tuli ensimmäiset energiamääräykset 2013.
Lämmöneristyksen lisääminen vaikutti suoraan monen rakenneratkaisun toteutukseen dimensioiden muuttuessa. Kun eristevahvuus kasvaa, monien rakenneratkaisujen kosteustekninen toiminta heikkenee, koska lämpöä pääsee entistä vähemmän rakenteiden ulko-osiin. Silloin rakenteen ulko-osat viilenevät ja suhteellinen kosteus nousee, mikä lisää mikrobikasvulle otollisia olosuhteita.
Tutkimuksissa todettiin, että monien uudisrakenteiden toteutuksessa oli tarpeen tehdä muutoksia myös lämmöneristyksen lisäyksen takia. Nämä painottuivat samoihin rakenteisiin, joita oli tarvetta muuttaa myös ilmastonmuutoksen kosteusrasitusten lisääntyessä, kuten puurakenteisiin.
Yleisesti voitiin todeta, että sekä ilmastonmuutos että lämmöneristyksen lisäys heikensivät rakenteiden kosteusteknistä toimintaa. Ne molemmat piti alkaa ottaa huomioon suunnittelussa. Myös lämmöneristyksen lisäyksen vaikutuksia on otettu huomioon uusimmissa RIL:n kosteusohjeissa.
Korjausrakentamisessa lämmöneristyksen lisäämisen vaikutus on vielä suurempi silloin, kun lisäeristys tulee vanhan rakenteen sisäpuolelle. Vanha rakenne siirtyy kylmempiin ja kosteampiin olosuhteisiin ja sen kosteustekninen toiminta heikkenee merkittävästi. Lisäeristykset tulisikin tehdä vanhan rakenteen ulkopuolelle aina kun mahdollista, mutta läheskään aina se ei ole mahdollista. Varsinkin ulkoseinärakenteita on siksi jätetty monissa tapauksissa lisäeristämättä korjausten yhteydessä, vaikka olemassa olevissa rakennuksissa onkin tällä hetkellä suurin energiansäästöpotentiaali. Tämä on haaste, jonka ratkaisemiseen tarvitaan lisää tutkimusta, uusia rakennusmateriaaleja ja toteutustapoja.
Energiamääräysten tiukentamisen yhteydessä ympäristöministeriö julkaisi paljon määräyksiä ja niihin liittyviä ohjeita vuosina 2008–2013. Myös RIL julkaisi useamman ohjekirjan energiatehokkaiden rakennusten toteutuksesta. Rakennusosien U-arvojen uusia laskentaohjeita jouduttiin odottamaan kuitenkin valitettavan pitkään, sillä ne julkaistiin vasta viime vuonna (RIL 225-2023 Rakennusosien lämmönläpäisykertoimien laskenta).
Kokonaishiilijalan- ja -kädenjälkitarkastelut
Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi kasvihuonekaasujen päästöjä rajoitetaan jatkossa koko rakennuksen elinkaaren ajalta, jolloin tarkasteluissa otetaan huomioon rakennusten kokonaishiilijalanjälki.
Vuoden 2025 alusta voimaan tuleva uusi rakentamislaki edellyttää, että pientaloille ja sitä suuremmille rakennuksille laaditaan materiaaliseloste ja ilmastoselvitys. Sen myötä uudisrakennusten hiilijalan- ja hiilikädenjäljen laskenta tulee pakolliseksi. Tämä on sinänsä oikea ja tärkeä muutos, koska energiatehokkuusmääräyksillä voidaan ottaa huomioon vain osa rakennusten kokonaishiilijalanjäljestä. Ainakin hiilijalanjäljelle on tarkoitus määrittää myöhemmin myös raja-arvot, jotka täytyy alittaa samalla tavoin kuin E-luvun raja-arvo energiankulutuslaskelmissa.
Kokonaishiilijalan- ja -kädenjälkitarkastelut ovat uusimpana ajurina myös rakennusfysiikan tutkimuksessa ja ohjeiden toteutuksessa. Rakennusmateriaaleja pyritään kehittämään tällä hetkellä voimakkaasti vähähiilisemmiksi, jolloin niiden raaka-aineet ja valmistusmenetelmät muuttuvat. Samalla myös näiden materiaalien rakennusfysikaaliset ominaisuudet voivat muuttua, jolloin niitä on tarpeen mukaan määritettävä uudelleen ja arvioitava myös näiden muutosten vaikutus rakenteiden rakennusfysikaaliseen toimintaan.
Yhtenä uutena materiaaliryhmänä on noussut esiin luonnonmukaiset rakennusmateriaalit, joiden valmistaminen ei vaadi korkeita lämpötiloja tai fossiilisia polttoaineita. Näiden materiaalien käyttösovelluksia ja ominaisuuksia tutkitaan parhaillaan useissa eri hankkeissa.
Määräykset, ohjeet ja pätevyydet
Rakennusfysiikkaan liittyvien määräysten ja ohjeiden määrä on siis lisääntynyt eri vaiheissa, kun niiden tarve on kasvanut. Kuvassa 2 on esitetty ympäristöministeriön ja RIL:n rakennusfysiikkaan liittyvien määräysten ja ohjeiden sivumäärän kehitys 1960–2023. Kuvasta huomataan, että ohjeiden määrä on kasvanut erityisesti viimeisen 15 vuoden aikana ja on tällä hetkellä yhteensä n. 4000 sivua.
Kuva 2. Ympäristöministeriön ja Suomen Rakennusinsinöörien Liiton (RIL) rakennusfysiikkaa käsittelevien voimassa olevien määräysten ja ohjeiden sivumäärän kehitys 1960–2023.
Kuvassa 2 esitettyjen määräysten ja ohjeiden lisäksi myös monet muut tahot ovat julkaisseet rakennusfysiikkaan liittyviä ohjeita, kuten Rakennustiedon RT-kortit, Betoniyhdistyksen julkaisut, Kattoliiton Toimivat katot -julkaisu, RAVA Topten-kortit, Kuivaketju 10 -ohjeistus, FISE:n rakennusvirhepankin kortit, Asumisterveysasetus ja sen sovellusohje, Sisäilmastoluokitus ja Terveet tilat -ohjeistus. Kuvasta 2 puuttuvat myös ympäristöministeriön Kosteus- ja hometalkoiden yhteydessä tuotetut ohjeet ja tutkimukset.
Kuvan 2 perusteella voidaan myös todeta, että rakennusfysiikkaan liittyvän tiedon määrä on kasvanut viime vuosien aikana niin paljon, että sen kaiken hallitseminen on valtava työ. Luonnollisesti rakennusfysiikan asiantuntijat myös erikoistuvat tästä syystä eri alueille. Rakennusfysiikkaan liittyviä henkilöpätevyyksiä on myös luotu varsin suuri määrä (kuva 3). Näistä osa on lakisääteisiä ja osa on luotu muuten todetun tarpeen perusteella.
Kuva 3. Rakennusfysiikkaan liittyvät henkilöpätevyydet. Kuvassa on esitetty suluissa myös eri pätevyysrekisterien ylläpitäjät.
Tällä hetkellä rakennusfysiikkaan liittyvät ohjeet ja tarkastelumenetelmät ovat Suomessa varsin hyvin ajan tasalla, ja niiden avulla voidaan toteuttaa kosteusturvallisia rakenneratkaisuja niin uudis- kuin korjausrakentamiseenkin sekä nykyisissä että tulevaisuuden ilmasto-olosuhteissa.
Suurimpana puutteena on lähinnä rakennusfysiikan suomenkielisen teoriakirjan puuttuminen, joka toivon mukaan saadaan tehtyä lähivuosina.
Rakennusfysiikasta on muodostunut viimeisten 15–20 vuoden aikana keskeinen rakennesuunnittelun osa-alue, jonka merkitys on jatkuvasti kasvanut. Rakennusfysiikan ohjeistus on kattava, ja suunnittelijat hallitsevat myös rakennusfysiikan teorian ja mallinnusohjelmien käytön oleellisesti paremmin kuin 2000-luvun alussa. Nämä asiat luovat hyvän pohjan kosteusturvallisten ja vikasietoisten rakenteiden suunnittelulle ja toteutukselle.
Juha Vinha
Professori, TkT.
Rakennusfysiikka. Tampereen yliopisto.
Kuva: Mirkku Merimaa
Lisätietoa Tampereen yliopiston rakennusfysiikan tutkimuksesta löytyy osoitteesta: https://research.tuni.fi/rakennusfysiikka/