Nouseeko energialaskusi pilviin? Syynä voi olla kostea eriste

28.06.2024

Eristeen tehtävä on vähentää lämmön siirtymistä rakennuksen sisä- ja ulkopuolen välillä, mikä parantaa energiatehokkuutta. Tämä artikkeli käsittelee kosteuden kuljetusmekanismeja, kosteuden vaikutusta lämmönjohtavuuteen sekä eri eristemateriaalien vertailua. Tutkimustulokset osoittavat, että eristeen lisääntynyt kosteus heikentää lämmöneristyskykyä, ja merkittävät lämmönjohtavuuden nousut alkavat näkyä suhteellisen kosteuden ollessa 60–80 %, ja dramaattisimmat nousut tapahtuvat vielä korkeammilla kosteustasoilla (85–100 %) (Wang et al. 2023). Näin ollen lisääntynyt kosteus eristekerroksessa johtaa korkeampaan energiankulutukseen ja -kustannuksiin. Tehokkailla kosteuden hallintajärjestelmillä, kuten VILPE Sense, voi estää tällaiset ongelmat ja samalla säilyttää eristeen tehokkuuden ja optimoida energiankäytön.

Suhde kosteuden ja lämmönjohtavuuden välillä rakennusten eristemateriaaleissa on rakennusfysiikan kriittinen osa-alue, joka vaikuttaa muun muassa energiatehokkuuteen. Lämmönjohtavuus on materiaalin ominaisuus, joka ilmaisee sen kyvyn johtaa lämpöä. On tiedossa, että kosteus vaikuttaa merkittävästi rakennusmateriaalien lämmönjohtavuuteen, sillä eristemateriaalien huokosissa oleva kuiva ilma korvautuu vedellä kosteuspitoisuuden kasvaessa. Syy tähän on se, että veden lämmönjohtavuus on noin 0,6 W/mK, mikä on huomattavasti korkeampi kuin ilman (0,026 W/mK) (Ducoulombier ja Lafhaj, 2017). Tämä tarkoittaa, että kosteuspitoisuuden noustessa eristemateriaalien lämmönjohtavuus kasvaa, mikä tekee eristeestä vähemmän tehokkaan estämään lämmön siirtymistä. Esimerkiksi talvella enemmän lämpöä karkaa rakennuksesta, ja kesällä enemmän lämpöä tunkeutuu rakennukseen.

Lämmönjohtavuuden kasvu korkeammilla kosteustasoilla eristemateriaaleissa vaikuttaa suoraan rakennusten energiankulutukseen. Esimerkiksi, jos eristeen lämmönjohtavuus nousee arvosta 0,03 W/mK arvoon 0,06 W/mK, lämmönsiirtonopeus eristekerroksen läpi myös kaksinkertaistuu. Tämä kasvattaisi suoraan energialaskuja ja ympäristövaikutuksia. Sen vuoksi kosteuspitoisuuden lisääntyminen voi huomattavasti vähentää materiaalien eristyskykyä ja korostaa alhaisten kosteustasojen merkitystä eristyksessä.

Eristemateriaalit eroavat kuitenkin toisistaan kosteusherkkyytensä suhteen. Tässä on raportti tutkimustuloksista, jotka vertailevat neljän eristysmateriaalin suorituskykyä ja kosteuden vaikutusta lämmönjohtavuuteen. Tulokset korostavat kosteusherkkyyden huomioimisen, kosteuden ongelmien varhaisen havaitsemisen ja rakenteiden riittävän ilmanvaihdon tärkeyttä. Rakenteiden ilmanvaihto on erityisen tärkeää kosteudelle herkille eristemateriaaleille.

Kosteuden kerääntyminen kattorakenteisiin

Yleisesti ottaen kattorakenteiden kosteuden kertymiselle on kaksi pääasiallista syytä: vuoto- tai rakennevauriot, jotka tapahtuvat diffuusion ja kapillaarisen toiminnan kautta (Ducoulombier ja Lafhaj, 2017). Vuotoja syntyy esimerkiksi, kun joku astuu naulaan ja rikkoo kattomateriaalin tai rakennusvirheen, kuten virheellisesti asennettujen läpivientien vuoksi.

Rakennevaurioita aiheuttavat esimerkiksi ilmavuodot tai heikko rakenteen ilmanvaihto. Talvella sisälämpötilat ovat tyypillisesti korkeammat kuin ulkolämpötilat, kun taas ulkona suhteellinen kosteus on korkeampi kuin sisällä. Tämä luo vastakkaiset gradientit, jotka ajavat vesihöyryn sisältä ulos. Vesihöyry diffundoituu materiaalin huokosten läpi, missä se voi adsorboitua huokospinnoille muodostaen ohuen kalvon. Kosteuden lisääntyessä kalvo paksuuntuu, mikä vähentää adheesiovoimia ja mahdollistaa liikkuvampien vesimolekyylien diffuusion. Kun huokoset tulevat lähes kylläisiksi, kapillaarinen kuljetus hallitsee, mikä kääntää kosteuden virtaussuunnan ja johtaa kosteuden kertymiseen rakenteen sisällä.

Suhteellisen kosteuden rooli lämmönjohtavuuden muutosten ymmärtämisessä

Suhteellisen kosteuden (RH) merkitys on olennainen, kun tulkitaan sen vaikutuksia lämmönjohtavuuteen. Suhteellinen kosteus mittaa ilmassa olevan kosteuden määrää suhteessa siihen, kuinka paljon se voi enimmillään sisältää tietyssä lämpötilassa, mikä vaikuttaa suoraan materiaalien kosteuden absorptioon. Tarkemmin sanottuna 100 %:n suhteellisessa kosteudessa ilma on täysin kyllästynyt vesihöyryllä eikä voi enää pitää enempää kosteutta (Wang et al. 2023). Tässä vaiheessa kaikki ylimääräinen kosteus tiivistyy nestemäiseksi vedeksi. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että materiaali olisi puhdasta vettä, mutta se osoittaa, että materiaalin huokoset ovat täynnä vesihöyryä ja nestemäistä vettä voi alkaa muodostua materiaalin sisällä.

Suhteellinen kosteus eroaa absoluuttisesta kosteudesta, joka mittaa ilmassa olevan kokonaiskosteuden määrää. Absoluuttinen kosteus ei huomioi lämpötilan vaihteluita, jotka vaikuttavat siihen, kuinka paljon kosteutta materiaalit imevät itseensä. Siksi suhteellinen kosteus on merkityksellisempi lämmönjohtavuuden muutosten ymmärtämisessä.

Eri eristemateriaalien ja lämmönjohtavuuden kokeelliset löydökset

Wang et al. (2023) vertailivat lasivillan, kivivillan, paisutetun polystyreenin (EPS) ja puukuitulevyn hygrolämpöisiä ominaisuuksia. Tulokset korostivat merkittäviä eroja siinä, miten nämä materiaalit reagoivat kosteuteen (katso taulukko 1).

Taulukko 1: Kosteuden vaikutus eristemateriaalien lämmönjohtavuuteen (Wang et al. 2023)

Eristemateriaali	Kuiva lämmönjohtavuus (W/mK)	Lämmönjohtavuus 85% RH (W/mK)	Lämmönjohtavuus 100% RH (W/mK)
Lasivilla	0.036	0.0425	0.068
Kivivilla	0.0442	0.0469	0.0500
Paisutettu polystyreeni (EPS)	0.0287	0.0324	0.0340
Puukuitulevy	0.0408	0.0468	0.0568

Lasivilla ja kivivilla: Molemmat materiaalit osoittivat lämmönjohtavuuden kasvua kosteuspitoisuuden lisääntyessä. Kuituisen ja huokoisen rakenteensa vuoksi lasivilla imee kosteutta helposti, mikä voi johtaa lämmönjohtavuuden nopeaan kasvuun jo alhaisemmilla kosteustasoilla. Kivivilla puolestaan omaa hieman paremman kosteudenkestävyyden kuin lasivilla tiheämmän rakenteensa ansiosta, mikä hidastaa kosteuden imeytymisnopeutta. Materiaalien tullessa enemmän kyllästetyiksi lämmönjohtavuuden kasvuvauhti hidastuu.

Paisutettu polystyreeni (EPS): EPS osoitti pienemmän muutoksen lämmönjohtavuudessa kosteuden kanssa verrattuna kuitumateriaaleihin. Sen suljettu solurakenne rajoittaa kosteuden tunkeutumista, mikä johtaa lämmönjohtavuuden asteittaiseen kasvuun jopa korkeammilla kosteuspitoisuuksilla. EPS:llä on hyvä kosteudenkestävyys, mikä tekee siitä sopivan valinnan korkean kosteuden ympäristöihin. Sen lämmönjohtavuus pysyy suhteellisen vakaana eri kosteustasoilla.

Puukuitulevy: Tämä biohajoava materiaali osoitti korkeampaa herkkyyttä kosteudelle. Sen luonnonkuidut imevät kosteutta helposti, mikä johtaa merkittävään lämmönjohtavuuden kasvuun. Materiaalin hygroskooppinen luonne tekee siitä erityisen alttiin kosteuteen liittyvälle suorituskyvyn heikkenemiselle. Tämä tekee siitä erityisen herkän suhteellisen kosteuden muutoksille, mikä vaikuttaa sen lämmönjohtavuuteen.

Johtopäätös on, että tulokset korostavat kosteusongelmien varhaisen havaitsemisen ja rakenteiden riittävän ilmanvaihdon tärkeyttä, jotta rakenne voi kuivua. Lisäksi rakenteiden ilmanvaihto näyttää olevan erityisen tärkeää kosteusherkille eristemateriaaleille.

Kuinka VILPE Sense auttaa ylläpitämään alhaisen lämmönjohtavuuden?

VILPE Sense -tuoteperhe tarjoaa ratkaisuja laajaan valikoimaan kosteusongelmia, mikä on ratkaisevan tärkeää eristemateriaalien alhaisen lämmönjohtavuuden ylläpitämiseksi. VILPE Sense -kosteudenhallintajärjestelmä edistää eristekerroksen riittävää ilmanvaihtoa ja kuivumista suojaten siten rakenteellisten syiden, kuten höyrynsulun vuotojen, aiheuttamilta kosteusvaurioilta. Järjestelmä koostuu antureista, jotka keräävät tietoja kosteusolosuhteista, sekä huippuimurista, jonka toimintaa järjestelmä ohjaa optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Näin se toimii:

Jatkuva seuranta: VILPE Sense käyttää antureita mittaamaan jatkuvasti rakennuksen eristeen kosteustasoja. Tämä auttaa havaitsemaan kriittiset, korkeat suhteellisen kosteuden tasot, jotka johtavat korkeampaan lämmönjohtavuuteen.
Varhainen havaitseminen: Jos anturit havaitsevat korkeat kosteustasot, järjestelmä hälyttää välittömästi. Varhainen havaitseminen mahdollistaa kosteusongelmien hoitamisen ennen niiden pahenemista. Tämä varmistaa, että eriste pysyy kuivana ja tehokkaana.
Tarpeenmukainen ilmanvaihto: VILPE Sense -kosteudenhallintajärjestelmä säätää automaattisesti ilmanvaihtoa kosteuden vähentämiseksi tarpeen mukaan. Älykkään ilmanvaihdon avulla se auttaa pitämään eristeen kuivana, mikä ylläpitää sen alhaisen lämmönjohtavuuden ja varmistaa rakennuksen energiatehokkuuden.

Pitämällä eristeen kuivana VILPE Sense varmistaa, että materiaalin kyky vastustaa lämpöä ja kylmää pysyy korkeana, mikä auttaa pitämään rakennuksesi lämpimänä talvella ja viileänä kesällä ilman ylimääräisen energian käyttöä.

Terminologia:.

Suhteellinen kosteus. Suhteellinen kosteus on mitta ilmassa olevan kosteuden määrästä verrattuna siihen, kuinka paljon kosteutta ilma voi enimmillään sisältää tietyssä lämpötilassa. Se ilmaistaan prosentteina. 100 %:n suhteellinen kosteus tarkoittaa, että ilma on täysin kyllästynyt vesihöyryllä eikä voi sisältää enempää, mikä johtaa mahdolliseen kondensaatioon tai sateeseen.
Absoluuttinen kosteus. Absoluuttinen kosteus on tietyn ilmamäärän sisältämän vesihöyryn kokonaismassa, joka ilmaistaan yleensä grammoina vesihöyryä kuutiometriä kohti (g/m³). Toisin kuin suhteellinen kosteus, se ei riipu lämpötilasta; se mittaa yksinkertaisesti ilmassa olevan vesihöyryn todellisen määrän.
Lämmönjohtavuus. Lämmönjohtavuus on materiaalin ominaisuus, joka ilmaisee sen kyvyn johtaa lämpöä. Se määritellään lämmön määränä, joka kulkee materiaalin yksikköalan läpi yksikköaikayksikössä, yksikköasteen lämpötilaerolla. Lämmönjohtavuus ilmaistaan yleensä watteina metriä kohti per celsiusaste (W/m·°C).

Eristemateriaali:

Lasivilla on eristysmateriaali, joka on valmistettu lasikuiduista, jotka on järjestetty villan kaltaiseen rakenteeseen. Se tuotetaan sulattamalla lasia ja kehräämällä se hienoiksi kuiduiksi, jotka sitten sidotaan yhteen muodostamaan mattoja tai rullia.
Kivivilla, tunnetaan myös mineraalivillana tai vuorivillana, on eristysmateriaali, joka on valmistettu vulkaanisesta kivestä, tyypillisesti basalttista. Se tuotetaan sulattamalla kivi ja kehräämällä se hienoiksi kuiduiksi, jotka sitten puristetaan matoiksi, rulliksi tai levyiksi.
Paisutettu polystyreeni (EPS) on kevyt, jäykkä eristysmateriaali, joka on valmistettu polystyreenirakeista, jotka paisutetaan ja sulatetaan yhteen. Kevyestä koostumuksestaan huolimatta EPS tarjoaa merkittävää rakenteellista lujuutta, ja sitä voidaan helposti leikata ja muotoilla eri käyttötarkoituksiin sopivaksi.
Puukuitulevy on eristemateriaali, joka on valmistettu puukuiduista, jotka sidotaan yhteen lämmön ja paineen avulla muodostaen tiiviitä, jäykkiä paneeleja.