Tutkimus paljasti: Liiallinen viilennys on vaarallista talon rakenteille

Ilmastonmuutoksen myötä ulkoilman keskimääräiset lämpötilat sekä suhteellinen kosteus kohoavat ja sademäärät sekä etenkin viistosateet yleistyvät. Yhä yleisempien kesähelteiden myötä myös rakennusten viilennystarve kasvaa – mikä on jo kovasti yleistynyt trendi puhtaasti asumismukavuuden parantamiseksi.

Suomeen on menneiden vuosikymmenten aikana myyty yli 1,6 miljoona lämpöpumppua, joista valtaosa on ollut juuri sisäilman viilentämiseen tarkoitettuja ilmalämpöpumppuja. Vaikka tilastoissa on myös uusintainvestointeja, voidaan arvioida Suomessa olevan karkeasti jopa miljoona asuntoa, joissa on koneellinen viilennys.

Äkkiä tarkastellen tässä ei pitäisi olla mitään ihmeellistä: Kun on kylmä, niin rakennuksia lämmitetään, ja kun on kuuma, niitä viilennetään. Asia ei valitettavasti ole kuitenkaan näin yksinkertainen, kuten Tampereen yliopiston rakennetun ympäristön tiedekunnan rakennusfysiikan tutkimusryhmässä toteutetut tutkimukset osoittavat.

Maiju Hyötyläisen diplomityöaihe: ”Tiiliverhottujen puurunkoisten ulkoseinien toiminta jäähdytetyissä rakennuksissa nykyisessä ja tulevaisuuden ilmastossa” sekä Tampereen yliopistossa tehdyt laajemmat tutkimukset kartoittavat ja valaisevat näiden ongelmien syntymekanismeja sekä niihin liittyviä riskejä ja niiden torjuntaa. Lyhyt versio tutkimuksesta voidaankin tiivistää yhteen lauseeseen: liian tehokas viilennys voi pilata talosi.

Ennen kuin kukaan sammuttaa suotta lämpöpumppunsa, saati repii sen irti seinästä, on aiheeseen syytä paneutua hieman syvemmin. Ongelma on monisyisempi, mutta hallittavissa. Ja vaikka tutkimus tarkastelee asiaa yhden, mutta varsin yleisen rakenneratkaisun näkökulmasta, kannattaa tulokset huomioida aina, kun rakenteissa vaaditaan höyrynsulkua.

Tutkimusvariantit peilaavat hyvin todellisuutta

Tutkimuksessa tutkittu rakenne on puurunkoinen, mineraalivillalla eristetty tiiliverhoiltu ulkoseinärakenne, joka täyttää voimassa olevan U-arvon vertailuarvon 0,17 W/(m2K). Rakennetta varioitiin tutkimuksissa muuttamalla tiililaatua, tuuletusvälin ilmanvaihtuvuutta, tuulensuojalevyn tyyppiä, höyrynsulun materiaalia sekä sisäpuolisen koolausvälin eristetäyttöä (eristetty/ eristämätön).

Lisäksi tutkimuksessa verrattiin impregnointikäsiteltyä tiiliverhoilua käsittelemättömään. Vertailussa oli mukana myös epäonnistunut impregnointi.

Olosuhdetekijöistä varioitiin sisälämpötilaa, julkisivun ilmansuuntaa (pohjoinen/etelä) sekä rakennuksen korkeutta (6 m/18 m). Sisäilman lämpötilana käytettiin perustapauksessa vakioarvoa +21 °C, mutta herkkyystarkasteluita tehtiin myös +18 asteen sisälämpötilassa.

Laskennassa on käytetty suomalaista julkisivutiiltä ja tuuletusvälin ilmanvaihtuvuus on perustapauksessa 5 1/h, mikä on varmalla puolella. Tuulensuojana on laskelmissa käytetty pääosin 30 millimetristä kovaa mineraalivillalevyä, minkä lisäksi vertailulaskelmat on tehty myös puukuitu- ja kipsilevyillä.

Lämmöneristeenä on käytetty kaikissa tapauksissa pehmeää mineraalivillaa. Höyrynsulkuna on käytetty polyeteenikalvoa (PE), jonka suhteellinen diffuusiovastus on 50 metriä. Lisäksi laskelmat tehtiin niin sanotuilla älykkäillä höyrynsulkukalvoilla, joiden vesihöyrynläpäisevyys kasvaa suhteellisen kosteuden kasvaessa.

Impregnointiaineet muodostavat tiilijulkisivun pinnalle veden imeytymistä estävän, mutta vesihöyryä läpäisevän kerroksen. Impregnoinnit mallinnettiin pienentämällä tiilen vedenimeytymiskerrointa sekä kasvattamalla sen diffuusiovastusta.

Mallinnuksessa tukena Suomalainen homemalli

Tutkimusmenetelmänä Hyötyläisellä oli työssään laskennallinen mallinnus Comsol-ohjelmistolla. Mitoituskriteerinä oli Tampereen yliopistolla laaditun ”Suomalaisen homemallin” mukainen homeindeksi, jonka tulee olla rakenteen sisäosissa alle 1,0.

Erityisen tärkeä yksittäinen tekijä rakenteen toiminnallisuudessa on tuuletusvälin riittävä ilmanvaihtuvuus. Sen kasvaessa rakenteen kosteustekninen toimivuus paranee. Tutkimuksessa huomattava muutos havaittiin jo kasvatettaessa ilmanvaihtuvuus perustapauksen konservatiivisesta arvosta (5 1/h) arvoon 10 1/h, mikä on tyypillinen lukema hyvin toteutetussa tuuletusvälissä.

Tuulensuojan lämmöneristävyydellä puolestaan on merkitystä erityisesti loppukesän ja syksyn olosuhteissa. Toimivissa rakenteissa oli 30–100 millimetrin vahvuinen mineraalivillatuulensuoja.

Nykysuositus ohjaa 75–100 millimetrin vahvuuksiin, ja myös ao. tutkimus tukee kyseistä suositusta. Huomioitavaa on, että käytettäessä tuulensuojana kipsi- ja puukuitulevyä, nousevat homeindeksit korkealle jo nykyilmastossa.

Rakennuksen korkeuden kasvattaminen 18 metriin nosti homeindeksin arvoa rakenteen ulko-osissa. Tämä on syytä ottaa huomioon käytettäessä tutkimuksessa toimiviksi todettuja rakenteita yli kuusi metriä korkeissa rakennuksissa.

Pohjoisjulkisivulla perustapauksen homeindeksit jäivät alle yhden. Tämä on selitettävissä eteläjulkisivua pienemmällä viistosaderasituksella sekä vähäisemmällä vesihöyryn haihtumisella tiiliverhouksesta tuuletusväliin. Eteläjulkisivusta nimittäin haihtuu huomattavia määriä vesihöyryä auringon alkaessa lämmittää tiiliverhousta sateen jälkeen.

Sisäilman lämpötila ratkaisevassa roolissa

Sisäilman lämpötilalla havaittiin olevan selkeä vaikutus rakenteen toimintaan. Nykyilmastossa (Vantaa 2007) perustapauksen homeindeksin arvo saavutti +21 °C sisälämpötilalla arvon 1,1. Kyseinen arvo esiintyi runkotolpan ulkopinnassa.

Homeindeksin maksimiarvo nousi jo nykyilmastossa tasolle 4,9 alennettaessa sisälämpötilaa perusarvosta vakioarvoon +18 °C, ja maksimiarvo esiintyi runkotolpan sisäpinnassa. Toisaalta homeindeksit laskivat selvästi sovellettaessa Sisäilmastoluokituksen luokkaa S1, jolloin lämpötila vaihtelee vuodenaikojen mukaan välillä +21,5…+24,5 °C.

Luokan S1 mukaisilla lämpötiloilla homeindeksi jäi nykyilmastossa selvästi alle yhden kaikissa tarkastelupisteissä, ja tulevaisuudenkin ilmastossa (Vantaa 2007 SRES-2100) maksimiarvo 1,6 esiintyi vain runkotolpan ulkopinnassa. Sisälämpötilan vaikutus homeindeksiin oli odotettavissa, mutta sen voimakkuus yllätti.

Tulosten perusteella mineraalituulensuojalla sekä toimivalla tuuletusvälillä varustetun ja muutenkin oikein toteutetun seinärakenteen homehtumisriski on nykyilmastossa hyvin pieni, mikäli sisälämpötila pysyy vähintään +21 °C:ssa.

Tulevaisuutta ajatellen höyrynsulkuna olisi suositeltavaa käyttää vesihöyrynvastukseltaan muuttuvaa höyrynsulkukalvoa, joka mahdollistaa kesällä diffuusion alhaisemman vesihöyrypitoisuuden suuntaan eli rakenteessa sisälle päin. Myös höyrynsulun sisäpuolinen koolaus mineraalivillaeristeellä paransi kesäajan tilannetta, koska tällöin höyrynsulun lämpötila nousi perustapaukseen verrattuna.

Tiiliverhoilu kestää säätä, mutta seinärakenteet altistuvat kosteudelle

”Tiiliverhoiltu rakenne on koettu haastavaksi rakennetyypiksi ja kokemuksesta tiedämme, että tiili sinänsä kestää, mutta se kastuu sateella, jolloin rakennuksen runko vaurioituu, mikäli seinärakenne ei ole kunnossa. Yksi riskikohta on riittämätön tuuletusrako”, väitöskirjatutkija Ilkka Valovirta kertoo.

”Toinen rasitetekijä on ilmastonmuutos, joka heijastuu rakennuksiin kahdella tavalla. Se nostaa sisälämpötiloja, minkä takia rakennuksia joudutaan jäähdyttämään, mikä puolestaan johtaa siihen, että perinteisesti asennettu höyrynsulku onkin nyt väärässä paikassa.”

Eli jos ulkoilma on todella kuuma ja kostea, ja rakennuksen sisällä on viileämpää, niin ilman vesihöyrypitoisuus pienenee sisäänpäin mentäessä. Tällöin vesi kondensoituu höyrynsulun pintaan sen väärälle puolelle.

Suomessa ilmastonmuutoksen vaikutus keskilämpötilaan on tällä hetkellä kaksi astetta, ja nousu jatkuu edelleen. Ja mitä lämpimämpi ulkoilma, sitä suurempi on tarve jäähdyttää sisätiloja.

Kun lisäksi viistosateet lisääntyvät, lumisateiden osuus Etelä-Suomessa vähenee ja sateet tulevat vetenä, niin tyypillinen tiiliverhoiltu puuseinä joutuu alttiiksi entistä suuremmalle kosteusrasitukselle. Yksi vaihtoehtoinen ratkaisu on impregnoida tiiliverhous höyryä läpäisevällä kalvolla hieman samaan tyyliin kuin goretexia käytetään vaatteissa.

Konsti on tehokas, mutta sen pitää onnistua sataprosenttisesti, muutoin vesi pääsee tehokkaammin sisään kuin ulos, mikä ei ole toivottu tulos. Yhtä lailla oikein mitoitettu tuuletusväli parantaa ilmanvaihtuvuutta rakenteessa ja osaltaan helpottaa tilannetta.

Tutkimus suosittelee älykästä höyrynsulkua

Tehdyn tutkimuksen mukaan myös niin sanottu älykäs höyrynsulku toimii kosteassa ilmanalassa hyvin. Jos kosteutta tulee ulkoa sisäänpäin, se päästää kosteuden lävitseen sisätiloihin ja talvella vesihöyry pääsee sisältä ulos eikä vesihöyry pääse härmistymään rakenteisiin aiheuttamaan vaurioita.

Valovirta korostaa, että mallinnukset on tehty tulevaisuuden ilmastossa, eli Vantaalla vuonna 2100. Nykyisten skenaarioiden valossa ilmasto on nykyistä huomattavasti vihamielisempi tuolloin, mikä on syytä huomioida kaikessa rakentamisessa.

”Silloin perinteisen muovihöyrynsulun kanssa olemme ongelmissa ja on syytä pohtia, mihin kohtaan seinärakennetta höyrynsulku ylipäätään pitäisi sijoittaa.”

Kriittisin tekijä on kuitenkin sisälämpötila. Jos se pysyy yli 21 asteessa, vältetään mahdolliset ongelmat. Mikäli se putoaa 18 asteeseen, ollaan vaikeuksissa.

”Eli jos taloa ei pidä ihan jääkaappina, ei tämän asian takia kannata menettää yöuniaan.”

Valovirta korostaa, että tutkittu rakennetyyppi on kaikkiaan haastava, mutta useita rakennekerroksia optimoimalla on tälläkin keinoin toteutettavissa rakenne, joka toimii tulevaisuuden ilmastossa. Paksu tuulensuojalevy, älykäs höyrynsulku, lisäkoolaus ja lämmöneriste höyrynsulun sisäpuolella sekä riittävästä tuuletusvälistä huolehtiminen auttavat jo pitkälle.

”Taloissa, joissa on ilmalämpöpumppu, viilennetään sisäilmaa kesähelteillä yleensä muutamilla asteilla. Sisätiloja jäähdytettäessä on kuitenkin syytä välttää liian alhaista sisälämpötilaa, koska rakenteiden sisäosien liiallinen jäähtyminen saattaa aiheuttaa niihin homeenkasvulle suotuisat olosuhteet kesäaikaan”, Valovirta toteaa.

Tutkimushankkeen taustalla on iso joukko ihmisiä Tampereen yliopiston Rakennetun ympäristön tiedekunnan Rakennusfysiikan tutkimusryhmästä, joista tärkeimpinä mainittakoon tutkijaryhmä Anssi Laukkarinen, Petteri Huttunen ja Teemu Jokela. Hankkeen alullepanijana on toiminut professori Juha Vinha. Maiju Hyötyläisen diplomityön ohjaajana ja tarkastajana toimi väitöskirjatutkija Ilkka Valovirta.