Building physical behaviour of external wall structures with Raketerm facade panels

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää Raketerm-julkisivuelementillä verhottujen ulkoseinärakenteiden rakennusfysikaalista toimintaa laboratoriossa tehtävillä seinärakennekokeilla. Kokeissa tutkittiin yhteensä yhdeksän erilaisen seinärakenteen toimivuutta syys-, talvi- ja kevätolosuhteissa. Raketerm-julkisivuelementti on tiililaattapintainen elementti, jonka taustana on polyuretaanin ja ~styreenin seoksesta tehty lämmöneristekerros. Julkisivuelementin noin 37 mm:n paksuinen lämmöneristekerros muodostaa rakenteen ulkopintaan melko vesihöyrytiiviin kerroksen, mikä aiheuttaa haasteen koko rakenteen rakennusfysikaaliselle toiminnalle. Lähtökohtana tutkimukselle oli, että ulkoseinärakenteet voitaisiin yleisesti tehdä umpirakenteina, jolloin Raketerm-elementissä olevaa lämmöneristekerrosta voitaisiin hyödyntää täysimääräisesti laskettaessa seinärakenteen U-arvoa. Tutkimuksen yhtenä tavoitteena oli lisäksi saada tietoa myös erilaisista ulkoseinärakenteen tuuletusratkaisuista. Tuuletusratkaisun tuli olla sellainen, että tuuletuksen ulkopuolelle jäävää Raketerm-elementin lämmöneristettä voitaisiin ainakin osittain hyödyntää U-arvolaskuissa. Tämän tutkimuksen mukaan Raketerm-elementillä verhottu tuulettumaton ulkoseinärakenne voi toimia rakennusfysikaalisesti melko hyvin, jos rakenteen sisäpinnassa on riittävän suuri vesihöyrynvastus. Suositeltavampaa kuitenkin on, että Raketerm-elementillä verhotut ulkoseinärakenteet tehdään tuulettuvina. Yhtenäisellä, ns. perinteisellä tuuletusvälillä varustettu seinärakenne toimii kosteusteknisesti parhaiten, mutta silloin Raketerm-elementin lämmöneristekerrosta ei voida hyödyntää laskettaessa rakenteen U-arvoa. Kokeiden perusteella julkisivuelementin taustapintaan tehdyllä tuuletusurituksella rakenteesta poistuu myös riittävästi kosteutta. Tuuletusuritusratkaisussa myös Raketerm-elementin lämmöneristekerrosta voidaan käyttää hyödyksi laskettaessa koko rakenteen U-arvoa. Lämpö- ja kosteusteknisesti optimaalisen tuuletusurituksen määrittäminen vaatii sekä laskennallisia, että kokeellisia rakennusfysikaalisia tutkimuksia.The objective of this research was to examine the building physical behaviour of external wall structures with Raketerm facade panels. Nine different external wall structures were studied in the laboratory under different climate conditions. The Raketerm facade panel is an insulated facade panel with a covering layer from clinker tiles. The Insulation material is a mixture of polyurethane and polystyrene, and the thickness of the insulation layer is approximately 37 mm. The building physical performance of the wall structure is challenging due to the relatively high water vapour resistance of the insulation layer. The hypothesis made before conducting the research was that external wall structures with Raketerm facade panels could fiınction without a ventilation layer on their back surface. In such a case, the entire insulation layer of the Raketerm facade panel could be taken into account when calculating the U-Value of the wall structures. A further aim of the research was to discover information on the performance of different wall structure Ventilation systems. An important criterion for the ventilation system in question was that the insulation layer in the Raketerm facade panel could at least partly be taken into account in the calculation of the U-value of the whole structure. It was observed that external wall structures with Raketerm façade panels without ventilation performed relatively well if the water vapour resistance of the interior lining was sufficiently high. However, it is recommended that external wall structures with Raketerm facade panel are ventilated. The traditional Ventilation gap provides the best hygrothermal performance for the whole structure, but in this case the insulation layer in the Raketerm facade panel cannot be taken into account in the U-value calculations. That said, an adequate amount of moisture was also transported by the ventilation systems used in the laboratory experiments. In this case, the insulation layer of the Raketerm facade panel can also be partly utilized in the U-value calculations. The hygrotherrnally optimum ventilation can only be determined by both mathematical simulation and experimental tests

Matalaenergia- ja passiivitalojen rakenteiden ja liitosten suunnittelu- ja toteutusohjeita

Rakennusten energiatehokkuuden parantaminen tuo mukanaan muutospaineita suunnittelijoille ja rakentajille. Rakenteiden dimensiot muuttuvat eristepaksuutta kasvattaessa ja toisaalta rakenteen kosteustekninen toiminta muuttuu vaipan läpi tapahtuvien lämpöhäviöiden vähentyessä. Uusia tehokkaampia lämmöneristemateriaaleja käytetään paikoissa, joissa niitä ei ole ennen käytetty, mikä osaltaan vaikuttaa rakenteen kosteustekniseen, rakenteelliseen ja palotekniseen käyttäytymiseen sekä käytännön toteutukseen. Energiatehokkuuden parantamisen aiheuttamien muutosten lisäksi myös kiihtyvä ilmastonmuutos tulee vaikuttamaan rakenteiden toimintaan.Tämä tutkimusraportti liittyy Tampereen teknillisellä yliopistolla vuosina 2009-2012 toteutettuun FRAME-tutkimusprojektiin, jossa tutkittiin ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäämisen vaikutusta rakenteiden lämpö- ja kosteustekniseen toimintaan sekä rakennusten energiankulutukseen ja sisäilman olosuhteisiin. Julkaisun tavoitteena on esittää yleisesti käytetyissä rakenteissa mahdollisesti esiintyviä muutoksia, kun eristepaksuutta kasvatetaan tai eristemateriaalia vaihdetaan ja esittää rakenteiden suunnitteluja toteutusohjeita, joilla nämä muutokset otetaan huomioon. FRAME-projektin varsinaiset tutkimustulokset on esitetty erillisessä raportissa, mutta tutkimustuloksia on hyödynnetty myös tässä julkaisussa annetuissa ohjeissa. Rakennetyypit ja ohjeistukset on laadittu siten, että rakenne toimisi kosteusteknisesti myös paksummilla lämmöneristeillä sekä tulevaisuuden ilmastossa (vuonna 2050). Julkaisussa on käsitelty yleisesti käytettyjä rakennetyyppejä ja - liitoksia. Ohjeistus ja selitykset on pyritty laatimaan siten, että esitettyjä toteutusperiaatteita voidaan tarvittaessa soveltaa myös muihin rakenteisiin.Lämmöneristyksen lisäyksestä aiheutuvilla muutoksilla on muutamia yhteisiä piirteitä. Rakenteen läpi tapahtuvat lämpöhäviöt pienentyvät. Tästä seuraa rakenteiden ulko-osien viileneminen ja suhteellisen kosteuden nousu. Tilanne voi heikentää tiettyjen perinteisten rakenteiden kosteusteknistä toimintaa, jos muuttuneita olosuhteita ei oteta suunnittelussa huomioon. Rakennusaikaisen kosteuden kuivumiseen on varattava lisäksi enemmän aikaa, kun rakennetta kuivattava lämpövirta rakenteen läpi vähenee. Rakenteen dimensioiden muutos saattaa johtaa rankarakenteiden rungon ylimitoitukseen, mikä aikaansaa uusien runkotyyppien kehittämistä. Rakenteiden paksuuden kasvaessa eristeen läpi tehtyjen kannatusten ja ripustusten rasitukset kasvavat, mikä johtaa liitoskappaleiden paksuntumiseen ja lisääntyvään kylmäsiltavaikutukseen. Liitokset ja liikuntasaumat tulee mitoittaa ottaen huomioon paksujen eristekerrosten kokoonpuristuminen ja liikkeet. Energiatehokkuuden parantuessa ilmatiiviyden merkitys korostuu ja sisätilojen riittävästä ilmanvaihdosta on huolehdittava. Rakenteiden vikasietoisuuden heikkeneminen korostaa jatkossa entisestään myös rakennusaikaisen kosteudenhallinnan ja huolellisen rakentamisen merkitystä

Ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutukset vaipparakenteiden kosteusteknisessä toiminnassa ja rakennusten energiankulutuksessa

Tämä tutkimusraportti liittyy vuosina 2009–2012 toteutettuun FRAME-tutkimusprojektiin, jonka keskeisenä tavoitteena on ollut selvittää ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutuksia vaipparakenteiden kosteusteknisessä toiminnassa ja rakennusten energiankulutuksessa Suomen ilmastossa. Tavoitteena on ollut myös selvittää millä rakenteellisilla tai muilla teknisillä ratkaisuilla vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa voidaan parhaiten parantaa. Tutkimuksen muina tavoitteina on ollut selvittää ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutuksia vaipparakenteiden lämpöteknisessä toiminnassa, sisäilman olosuhteissa ja LVI-järjestelmien käytössä sekä laatia uusia ohjeistuksia rakennustyömaan kosteudenhallintaa varten. Tutkimuksessa on keskitytty tavanomaisten tai riskialttiiksi tiedettyjen rakenteiden toiminnan tarkasteluun. Tutkimuksen yhteydessä Tampereen teknillisessä yliopistossa on saatu valmiiksi uusi rakenteiden kosteusteknisen toiminnan analysointimenetelmä, jolla voidaan aiempaa luotettavammin tarkastella rakenteissa ilmeneviä kosteusriskejä sekä nykyisessä että tulevaisuuden ilmastossa. Suurin osa tämän tutkimuksen tuloksista perustuu tällä menetelmällä tehtyihin laskentatarkasteluihin. Menetelmällä saatujen tulosten avulla rakenteet voidaan suunnitella jatkossa siten, että ne kestävät myös poikkeuksellisen rasittavien sääolojen vaikutukset muuttuvassa ilmastossa. Tärkeä osa uutta analysointimenetelmää ovat ulkoilman rakennusfysikaaliset testivuodet Suomen ilmastossa. Nämä testivuodet määritettiin TTY:llä Ilmatieteen laitoksen mittaaman ja määrittämän säädatan avulla sekä nykyilmastossa että tulevaisuuden ilmastossa (vuosien 2050 ja 2100 ilmastot). Jokaisesta ilmastosta määritettiin kaksi testivuotta, joiden avulla voidaan tarkastella lähes kaikkien vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa kriittisissä kosteusolosuhteissa. Tulevaisuuden ilmastoista määritetyt testivuodet perustuvat A2-ilmastonmuutosskenaarioon, jonka perusteella Ilmatieteen laitos on laatinut ennusteen ulkoilman olosuhteiden muuttumisesta. Ilmastonmuutos ja lämmöneristyksen lisäys heikentävät useiden nykyisellä tavalla toteutettujen vaipparakenteiden kosteusteknistä toimintaa ja vikasietoisuutta, koska rakenteiden sisällä lämpötila- ja kosteusolosuhteet muuttuvat. Osassa rakenteita muutos on erittäin suuri. Ennustetun ilmastonmuutoksen seurauksena ulkolämpötilat nousevat, sademäärät kasvavat ja pilvisyys lisääntyy. Myös ulkoilman suhteellinen kosteus voi nousta ja tuulisuus lisääntyä jossain määrin. Nämä kaikki tekijät lisäävät homeen kasvua ja kosteuden kondensoitumista varsinkin rakenteiden ulko-osissa ja joissakin tapauksissa myös muualla rakenteessa. Lisäksi rakenteiden kuivuminen hidastuu ja kuivumisajat pitenevät. Lämmöneristyksen lisäys vähentää puolestaan lämmön siirtymistä vaipparakenteiden läpi, jolloin lämpötila laskee rakenteen ulko-osassa ja suhteellinen kosteus nousee. Myös tämä asia lisää homeen kasvua ja kosteuden kondensoitumista rakenteen ulko-osassa. Rakenteiden vikasietoisuus heikkenee samasta syystä, koska sisältä tuleva lämpö ei pysty kuivattamaan rakenteita samalla tavoin, jos niihin pääsee ylimääräistä kosteutta ajoittaisen kosteusvuodon tai poikkeuksellisten sääolojen seurauksena. Rakenteiden kosteusriskit lisääntyvät myös rakenneratkaisujen, lämmöneristetyyppien ja toteutustapojen muutosten seurauksena. Muutosten vaikutus rakenteiden kosteustekniseen toimintaan on tunnettava, joten rakennusalalla tarvitaan näihin asioihin liittyen jatkossa paljon koulutusta. Rakenteiden vikasietoisuuden heikkeneminen korostaa jatkossa entisestään rakennusaikaisen kosteudenhallinnan merkitystä. Rakenteet ja materiaalit tulee suojata sadeveden vaikutuksilta niin hyvin kuin mahdollista, ja rakenteille on varattava riittävästi kuivumisaikaa ennen tiiviiden pinnoitteiden tai kuvumista hidastavien peittävien rakenteiden asentamista. Varsinkin puurakenteiset talot on suositeltavaa tehdä suojateltan sisällä. Lähes kaikki vaipparakenteet saadaan toimiviksi myös seuraavan 100 vuoden aikana rakenteellisten muutosten ja toteutusohjeiden muutoksien avulla. Puurakenteiden kosteusteknistä toimintaa voidaan parantaa merkittävästi laittamalla kantavien rakenteiden ulkopuolelle lämmöneristystä. Betoni- ja kivirakenteiden kuivumiseen on puolestaan varattava lisää aikaa, jos niiden ulkopuolella käytetään lämmöneristeenä solumuovieristeitä. Liitosten ja detaljien toimivuuteen tulee kiinnittää erityistä huomiota. Niillä on oleellisen merkitys koko rakenteen toimivuudelle. Uudet betonirakenteet ovat kosteusteknisesti toimivia, jos ne tehdään nykyisten ohjeiden mukaisesti. Raudoitteiden sijainti tulee olla normien ja toleranssien mukainen ja ruostumattomien terästen käyttö julkisivuissa on suositeltavaa (erityisesti pieliteräkset). Pakkasenkestävyyden suhteen nykyinen vaatimustaso on riittävä, jos betoni lisähuokostetaan ohjeiden mukaisesti. Pakkasrapautumisvaurioita saattaa kuitenkin alkaa esiintyä vanhassa rakennuskannassa myös sisämaassa ilmastonmuutoksen myötä. Lämmöneristyksen lisäys ei vaikuta betonijulkisivun kosteustekniseen toimintaan. Massiivirakenteet, kuten hirsi- ja kevytbetonirakenteet, tulisi lämmöneristää aina ulkopuolelta hyvin vesihöyryä läpäisevällä eristeellä. Jos rakenteita eristetään sisäpuolelta, niiden on päästävä kuivumaan riittävästi ennen sisäpuolisen lämmöneristeen ja höyrynsulun laittoa. Höyrynsululta vaadittava vesihöyrynvastus riippuu oleellisesti sisäpuolisen lämmöneristyksen lämmönvastuksesta. Matalassa tiiliverhotussa puurunkoisessa ulkoseinässä tarvitaan erittäin hyvin lämpöä eristävä tuulensuoja puurakenteen ulkopuolella. Korkeassa tiiliverhotussa ulkoseinässä (>10 m) puurakenteen ja tiiliverhouksen väliin on laitettava kummaltakin puolelta tuuletettu höyrynsulkukerros, joka estää kosteuden siirtymisen diffuusiolla verhouksesta takana olevaan seinärakenteeseen. Tämä höyrynsulkukerros toimii samalla rakennusaikaisena sääsuojana. Puurakenteen päälle tehtävän eristerappauksen käytöstä on syytä luopua kokonaan, koska sadevesi pääsee tunkeutumaan herkästi ulkoverhouksen liitos- ja läpivientikohdista rakenteeseen ja sen kuivuminen on hidasta. Rappauspinta voidaan tehdä puurakenteisiin ulkoseiniin kuitenkin tuuletettua levyrappausta käyttämällä. Puurakenteisiin tuuletettuihin yläpohjiin tulisi laittaa lämmöneristystä kantavien puurakenteiden yläpuolelle. Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi lämpöä eristävän aluskatteen tai tuulensuojan avulla. Aluskatteen on täytettävä myös kaikki muut sille asetetut vaatimukset. Ryömintätilaisissa alapohjissa maanpinnan tulee olla kauttaaltaan lämmöneristetty varsinkin puurakenteista alapohjaa käytettäessä. Myös sepelikerroksen käyttö maanpinnalla parantaa ryömintätilaisen alapohjan kosteusteknistä toimintaa merkittävästi. Kantavien puurakenteiden alapuolella olevan tuulensuojan tulee olla kosteutta kestävä ja hyvin lämpöä eristävä. Uusien talojen vaipparakenteet voidaan myös tulevaisuudessa toteuttaa niin, että erillisiä teknisiä laitteita ja järjestelmiä (kuivaimet, lämmittimet tai ilmanvaihtojärjestelmät) ei tarvita rakennuksen käytön aikana rakenteiden kosteusteknisen toiminnan varmistamisessa. Sen sijaan korjausten yhteydessä tehtävän lisäeristämisen seurauksena joidenkin rakenteiden toiminta voi edellyttää näiden laitteiden käyttöä. Kosteuden tiivistyminen ja huurtuminen ikkunoiden ulkopintaan lisääntyy voimakkaasti, jos ikkunoiden lasiosien lämmönläpäisykerrointa eli U-arvoa parannetaan nykyisestä tasosta. Kosteuden tiivistyminen on ajoittain ongelmana jo nykyisissäkin ikkunoissa. Ikkunan ulkopintaan laitettava selektiivipinnoite poistaa tämän ongelman. Yläpohjien lämmöneristekerroksessa tapahtuvat ilmavirtaukset heikentävät paksujen puhalluseristeiden lämmöneristyskykyä merkittävästi. Ilmavirtausten vähentäminen edellyttää puhalluseristeiden ilmanläpäisevyyden pienentämistä esimerkiksi tiheyttä kasvattamalla tai käyttämällä eristeen joukossa sideainetta. Ulkoseinärakenteissa ilmavirtausten vaikutus rakenteiden toimintaan on nykyisillä eristepaksuuksilla oleellisesti vähäisempi. Vaipparakenteiden lämmöneristyksen lisääminen Suomen rakentamismääräysten nykyisestä vertailutasosta ei ole enää taloudellisesti kannattavaa kerrostaloissa ja toimistorakennuksissa. Pientaloissa kannattavuus riippuu siitä, kuinka pitkä takaisinmaksuaika lisäeristämiselle hyväksytään. Tämä johtuu lisäeristämisellä saavutettavan energiansäästön vähenemisestä ja rakennusten jäähdytystarpeen kasvusta. Jo vuoden 2007 lämmöneristysmääräykset olisivat olleet kerrostaloissa ja toimistorakennuksissa varsin riittäviä. Tutkimuksen yhteydessä on laadittu matalaenergia- ja passiivitalojen rakenteille ja liitoksille suunnitteluohjeet, joissa esitetään keskeisiä toteutusperiaatteita ja huomioon otettavia asioita vaipparakenteita suunniteltaessa ja toteutettaessa. Ohjeessa on keskitytty tavanomaisimpien ja tyypillisimpien rakenteiden tarkasteluun

Building physical behaviour of external wall structures with Raketerm facade panels

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää Raketerm-julkisivuelementillä verhottujen ulkoseinärakenteiden rakennusfysikaalista toimintaa laboratoriossa tehtävillä seinärakennekokeilla. Kokeissa tutkittiin yhteensä yhdeksän erilaisen seinärakenteen toimivuutta syys-, talvi- ja kevätolosuhteissa. Raketerm-julkisivuelementti on tiililaattapintainen elementti, jonka taustana on polyuretaanin ja ~styreenin seoksesta tehty lämmöneristekerros. Julkisivuelementin noin 37 mm:n paksuinen lämmöneristekerros muodostaa rakenteen ulkopintaan melko vesihöyrytiiviin kerroksen, mikä aiheuttaa haasteen koko rakenteen rakennusfysikaaliselle toiminnalle. Lähtökohtana tutkimukselle oli, että ulkoseinärakenteet voitaisiin yleisesti tehdä umpirakenteina, jolloin Raketerm-elementissä olevaa lämmöneristekerrosta voitaisiin hyödyntää täysimääräisesti laskettaessa seinärakenteen U-arvoa. Tutkimuksen yhtenä tavoitteena oli lisäksi saada tietoa myös erilaisista ulkoseinärakenteen tuuletusratkaisuista. Tuuletusratkaisun tuli olla sellainen, että tuuletuksen ulkopuolelle jäävää Raketerm-elementin lämmöneristettä voitaisiin ainakin osittain hyödyntää U-arvolaskuissa. Tämän tutkimuksen mukaan Raketerm-elementillä verhottu tuulettumaton ulkoseinärakenne voi toimia rakennusfysikaalisesti melko hyvin, jos rakenteen sisäpinnassa on riittävän suuri vesihöyrynvastus. Suositeltavampaa kuitenkin on, että Raketerm-elementillä verhotut ulkoseinärakenteet tehdään tuulettuvina. Yhtenäisellä, ns. perinteisellä tuuletusvälillä varustettu seinärakenne toimii kosteusteknisesti parhaiten, mutta silloin Raketerm-elementin lämmöneristekerrosta ei voida hyödyntää laskettaessa rakenteen U-arvoa. Kokeiden perusteella julkisivuelementin taustapintaan tehdyllä tuuletusurituksella rakenteesta poistuu myös riittävästi kosteutta. Tuuletusuritusratkaisussa myös Raketerm-elementin lämmöneristekerrosta voidaan käyttää hyödyksi laskettaessa koko rakenteen U-arvoa. Lämpö- ja kosteusteknisesti optimaalisen tuuletusurituksen määrittäminen vaatii sekä laskennallisia, että kokeellisia rakennusfysikaalisia tutkimuksia.The objective of this research was to examine the building physical behaviour of external wall structures with Raketerm facade panels. Nine different external wall structures were studied in the laboratory under different climate conditions. The Raketerm facade panel is an insulated facade panel with a covering layer from clinker tiles. The Insulation material is a mixture of polyurethane and polystyrene, and the thickness of the insulation layer is approximately 37 mm. The building physical performance of the wall structure is challenging due to the relatively high water vapour resistance of the insulation layer. The hypothesis made before conducting the research was that external wall structures with Raketerm facade panels could fiınction without a ventilation layer on their back surface. In such a case, the entire insulation layer of the Raketerm facade panel could be taken into account when calculating the U-Value of the wall structures. A further aim of the research was to discover information on the performance of different wall structure Ventilation systems. An important criterion for the ventilation system in question was that the insulation layer in the Raketerm facade panel could at least partly be taken into account in the calculation of the U-value of the whole structure. It was observed that external wall structures with Raketerm façade panels without ventilation performed relatively well if the water vapour resistance of the interior lining was sufficiently high. However, it is recommended that external wall structures with Raketerm facade panel are ventilated. The traditional Ventilation gap provides the best hygrothermal performance for the whole structure, but in this case the insulation layer in the Raketerm facade panel cannot be taken into account in the U-value calculations. That said, an adequate amount of moisture was also transported by the ventilation systems used in the laboratory experiments. In this case, the insulation layer of the Raketerm facade panel can also be partly utilized in the U-value calculations. The hygrotherrnally optimum ventilation can only be determined by both mathematical simulation and experimental tests

Air tightness of Structural elements and internal air leakages in a multi-apartment building

publishedVersionPeer reviewe

Φρου - Φρου

publishedVersionPeer reviewe