Parantunut eristys lisäsi puutalon ullakon kosteusriskejä

Lämmöneristämisen vaikutukset rakennuksiin eivät ole yksinomaan positiiviset, huomasi aiheesta väitöskirjan tehnyt Klaus Viljanen. Tämä koskee erityisesti puutaloja.

Puuta pidetään suuren yleisön silmissä hyvänä rakennusmateriaalina sisäilman kannalta. Puurakentamisessa on kuitenkin riskinsä, sillä puu homehtuu herkästi kastuessaan. Kansan käsitys, että hataruus ja olematon eristemäärä pitivät vanhat puutalot kuivina ja terveinä, ei ole ollut ihan tuulesta temmattu.

Rakennusten ulkovaipan lämmöneristystaso on noussut merkittävästi Suomessa 2000-luvulla. Hyvin eristetyt rakennukset tukevat kestävän kehityksen periaatteita, mutta rakenteiden pitkäaikaiskestävyys voi heikentyä lämmöneristävyyden noustessa, toteaa Rambollin rakennusfysiikan projektipäällikkö Klaus Viljanen. Hän on väitöskirjassaan “Puurunkoisten, mineraalivillaeristeisten ja vähän lämpöä läpäisevien seinä- ja kattorakenteiden lämpö- ja kosteustekninen toiminta” tutkinut näitä haasteita ja hän on löytänyt niihin myös ratkaisuja.

Nykyaikaisissa ulkoseinä- ja yläpohjarakenteissa rakenteiden tehokas lämmöneristys alentaa kylmänä vuodenaikana rakenteiden ulko-osien lämpötilaa. Tällöin tuuletusvälissä vallitseva suhteellinen kosteus nousee kasvattaen myös riskiä homeen kasvulle otollisten olosuhteiden esiintymiseen tuuletusvälissä. Yläpohjarakenteiden tuuletusvälissä ja seinärakenteiden tuuletusvälin alaosassa nykyilmastossa esiintyvä lievä homeenkasvun riski voi kasvaa merkittäväksi, jos ilmasto muuttuu ennustetusta.

Ruotsissa huomattiin jo 2010-luvulla Suomea ennen, että pientalon kylmä ullakko pysyi aiemmin kuivana lämmityksen hukkalämmön ansiosta, mutta kun eristeitä lisättiin, kylmästä ullakosta tuli oikeasti kylmä ja sinne alkoi tulla hometta suhteellisen kosteuden kasvun myötä. Kirkkaina öinä kosteus saattaa tiivistyä katon sisäpintaan, mistä se valui rakenteisiin. Tuuletuksen lisääminen saattoi vain pahentaa ongelmaa, jos se toi ulkoa lisää kosteutta.

Vanha puutalo oli rakennusfysiikaalisesti ongelmaton puulämmityksen ja hatarien, hengittävien rakenteiden vuoksi. Ryömintätila ja ullakkokin pysyivät kuivina. Kaikki muuttui eristeiden lisäyksen myötä.

Viljasen tutkimus vahvisti, että erityisesti hyvin eristettyjen kattorakenteiden tuuletusvälin toiminta on merkittävästi heikompaa verrattuna alempaan lämmöneristystasoon. Hyvin eristettyjen ulkoseinien tuuletusvälin olosuhteet ovat heikoimmat välin alaosassa, johon kylmä ulkoilma tyypillisesti virtaa. Hyvin eristettyjen kattorakenteiden tuuletusvälin toiminta on tätäkin heikompaa johtuen muun muassa rakenteiden erittäin alhaisesta lämmönläpäisykertoimesta ja säteilylämmönsiirrosta taivaan välillä.

Kattorakenteiden tuuletusvälin kosteusturvallisuutta voidaan kuitenkin parantaa käyttämällä kosteuden kestäviä materiaaleja tuuletusvälissä, rakenteen tuuletuksen optimoinnilla sekä kasvattamalla tuuletusvälin ulkopuolista lämmöneristävyyttä. Tuulisilla alueilla räystään tuuletusrakoa voidaan kuristaa siten, että ilmanvaihtokerroin on noin 20 vaihtoa tunnissa.

Hyvin eristetyt ulkoseinärakenteet toimivat Viljasen mukaan hyvin, vaikka niihin kohdistuisi merkittäviä kosteusrasituksia. Ulkoseinärakenteen ilmatiiveyden sekä tuulensuojakerroksen vesihöyryavoimuuden ja riittävän lämmöneristävyyden varmistaminen on kuitenkin tärkeää.

Ilmavuodot voivat Viljasen mukaan aiheuttaa vakavia vaurioita puurakenteisiin ulkoseinä- ja yläpohjarakenteisiin. Kosteuskonvektio on hyvin eristetyissä ulkovaipparakenteissa yksi merkittävimpiä rasitustekijöitä, joka voi pitkään jatkuessaan johtaa rakenteen kosteus- ja homevaurioihin, vaikka rakenteen ulko-osa olisi vesihöyryavoin. Tehokkain toimenpide on varmistaa ilmansulun virheetön toteutus, mutta käytännön rakentamisessa tämä ei aina toteudu.

Lämpöä eristävä tuulensuojalevy tarpeen

Rakennesuunnittelussa ei yleensä tarkastella tuulensuojalevyn lämmönvastusta, vaikka sillä on keskeinen vaikutus rankarakenteisen seinärakenteen rakennusfysikaaliseen toimintavarmuuteen.

Lämmönvastussuhteella tarkoitetaan tarkastelupisteen ulkopuolisen lämmönvastuksen suhdetta rakenteen kokonaislämmönvastuksesta. Sen arvo puurungon ulko-osassa on noin 1 %, jos rakenteen tuulensuojana käytetään esimerkiksi kipsilevyä. Hyvin eristetyissä ulkoseinissä, joiden U-arvo on 0,12 W/(m2K) ja joissa on 50 mm paksuinen mineraalivillatuulensuoja, lämmönvastussuhde on noin 20 %. Mitä suurempi lämmönvastussuhde on, sitä kosteusturvallisempi rakenne on ilmavuotojen kannalta. Rakenne, jonka lämmönvastussuhde on 1 %, on herkkä vaurioitumaan ilmavuodosta, sillä suhteellinen kosteus tuulensuojan sisäpinnassa on ilman konvektiivista kosteuttakin korkea seuraten ulkoilman tasoa. Niinpä työnaikaisen laadunvarmistuksen rooli korostuu, mikäli tuulensuojan lämmönvastussuhde on tätä luokkaa. Suomessa ilmavuodot voivat aiheuttaa kosteuden kertymistä kipsilevytuulensuojalla toteutettuun ulkoseinään vuosittain 4–7 kuukauden ajan, mikäli rakenteessa ei ole lämmöneristystä kipsilevyn ulkopuolella.

Hyvin eristetyissä seinissä on Viljasen mukaan syytä olla lämpöä eristävä tuulensuojalevy pienentämässä seinän herkkyyttä ilmavuodoille ja alentamassa suhteellista kosteutta rakenteen kuivumisvaiheessa. Riittävällä, vähintään 10–20 %, tuulensuojan lämmönvastuksen ja rakenteen kokonaislämmönvastuksen suhteella voidaan parantaa merkittävästi ulkovaipparakenteen kykyä sietää suunnittelemattomia ilmavuotoja. Ohjeellinen vähimmäisarvo puurunkoisen ulkovaipparakenteen tuulensuojan lämmönvastussuhteelle on Etelä-Suomessa 10 % ja Pohjois-Suomessa 20 % tavanomaisella sisäilman kosteustasolla.

Hyvin eristettyjen rakenteiden tuuletusvälien kosteusturvallisuutta voidaan siis Viljasen mukaan parantaa kasvattamalla tuuletusvälin ulkopuolisen rakenneosan lämmönvastusta. Rakenteiden tuuletuksen rajoittamisella voidaan parantaa tuuletusvälin olosuhteita, mutta tuuletuksen toteutus tulee aina suunnitella tapauskohtaisesti. Tuuletuksen minimimäärään vaikuttaa tuuletusväliin kohdistuvat kosteuskuormat ja kattojen tapauksessa lisäksi lumen sulamisen estäminen.

Klaus Viljasen artikkeli ”Hyvin eristettyjen ulkovaipparakenteiden tuuletusvälin lämpö- ja kosteustekninen toiminta” palkittiin Tallinnassa 7.‒9.9.2020 pidetyssä Nordic Symposium on Building Physics -konferenssissa parhaan artikkelin palkinnolla. Kosteusturvallisen rakentamisen kilpailussa Viljasen tutkimus Puurunkoisten mineraalivillaeristeisten ulkovaipparakenteiden suunnittelu kosteuskonvektion kannalta selvisi finalistien joukkoon. Raati totesi tällaisen perustutkimusten tarpeellisuuden ja piti erityisen hyvänä sitä, että Viljanen oli kehittänyt toimivia ratkaisuja esitetyille ongelmille.