Rakennusfysiikan tohtori: ”Tuuletus ei aina toimi kuten suunnittelija on ajatellut”
Tutkimusten mukaan hyvin eristettyjen kattojen lämpö- ja kosteusolosuhteet ovat muuttuneet niin, ettei perinteinen tuuletus aina toimi odotetusti. Rakennusfysiikan tohtori Klaus Viljanen peräänkuuluttaa muutosta, jossa oletusten ja vanhojen, juurtuneiden ohjeistusten sijaan nojataan rakenteiden todellisiin olosuhteisiin ja toimintaan perustuvaan tietoon.
Suomessa katon kuivumista on perinteisesti turvannut luonnollinen ilmanvaihto. Tuuletus voi syntyä luonnollisesti kahdella tavalla: nostevoimalla, (lämpötila- ja paine-erot tuuletusvälin ja ulkoilman välillä) sekä tuulenpaineella. Nostevoima on näistä luotettavampi, sillä se ei riipu rakennuspaikasta. Tuulen vaikutus taas voi vaihdella huomattavasti: avoimilla tai tuulisilla paikoilla se on merkittävä, mutta esimerkiksi rakennusten väliin jäävillä tonteilla tuulenpaine voi olla hyvin heikko.
Viljasen mukaan juuri näistä kahdesta tuuletusta synnyttävästä tekijästä nostevoima on heikentynyt. Syynä on kattojen parantunut lämmöneristys ja kun lämpövuodot pienenevät, myös lämpötilaero tuuletusvälin ja ulkoilman välillä jää niin pieneksi, ettei luonnollista ilmanvaihtoa enää synny entiseen tapaan. Tuulisilla paikoilla tuuletus voi edelleen olla tehokasta, mutta tämä riippuu täysin rakennuspaikan olosuhteista.
”Kun lämmöneristys on niin tehokas, että lämpötilaero rakenteen tuuletusvälin ilman ja ulkoilman välillä jää noin 0,2 asteeseen, tuuletusvälin lämpötila pysyy käytännössä ulkoilman tasolla. Silloin luonnollinen ilmanvaihto ei enää kuivata rakenteita kuten ennen”, sanoo Viljanen.
Kun tuuletusta ajava voima heikkenee, tuuletus ei enää ole luotettavasti kuivattava, vaan voi joissain tilanteissa jopa ylläpitää korkeaa kosteutta tuuletusvälissä. Näissä olosuhteissa kuivuminen siirtyy konvektiosta hitaampaan diffuusioon. Jos kattoon kohdistuu kosteuskuormia esimerkiksi sisäilmasta, tämä saattaa nostaa tuuletusvälin suhteellisen kosteuden (RH) hyvin korkeaksi ja lisätä home- ja mikrobikasvun riskiä erityisesti puupohjaisissa materiaaleissa.
Viljasen simulointien mukaan tuulettuvien kattojen toiminta uhkaa heikentyä entisestään, kun ilmasto lämpenee ja ulkoilman suhteellinen kosteus kasvaa (Viljanen, 2023). Tämä johtuu siitä, että ilmaston lämmetessä ulkoilman suhteellinen kosteus kasvaa kylmänä vuodenaikana ja lämpötilaerot pienenevät entisestään. Ulkoilman suhteellisen kosteuden kohoaminen kylmänä vuodenaikana on ratkaisevaa, sillä juuri silloin rakenteet ovat kylmiä ja kosteusriskit suurimmillaan. Kesällä ulko-RH:n laskulla ei ole juurikaan merkitystä, koska lämpimät rakenteet kuivuvat tehokkaammin ja kondensoitumisen riski on pienempi. Samalla rakenteet altistuvat yhä useammin kosteille ja leudon lämpimille jaksoille. Viljasen laskelmien mukaan homeindeksin arvioidaan nousevan monissa kattorakenteissa tasolle 5–6, jota pidetään merkittävänä kosteusvaurion riskinä.
Suomen ilmastossa tuuletuksen toimintaan vaikuttavat lisäksi lumi ja säteilylämpö. Lumi toimii eristeenä ja parantaa tuuletusvälin lämpö- ja kosteusolosuhteita. Tämä etu saavutetaan kuitenkin ainoastaan silloin, kun tuuletusta ei ole liiallisesti. Lumen määrä vaihtelee vuodesta toiseen. Säteilylämpö viilentää kattoa ajoittain, jolloin on tärkeää, että tuuletus poistaa kondensoituneen kosteuden.
”Jos tuuletus on vähäistä, katon yläpinta lämpenee lumen alla. Se lisää jäätymisen ja paikallisten vuotoriskien todennäköisyyttä. Lumen sulamisriski hyvin eristetyillä katoilla on pienentynyt verrattuna vanhempiin kattoihin. Lumen sulaminen hyvin eristetyillä katoilla estyy pääosin jo ilmanvaihtuvuudella 10-20 1/h. Tästä syystä tuuletusta ei saisi täysin poistaa katteen alta”, Viljanen kuvaa.
Määräykset asettavat rajat – mutta eivät takaa toimivuutta
Viljasen mukaan suunnittelijoiden olisi tärkeä ymmärtää, että rakennusmääräykset ja ohjeet määrittävät hyvät suuntaviivat, mutta eivät takaa rakenteen fysikaalista toimivuutta. Esimerkiksi sama ohjeistus kattojen tuuletukselle pätee koko Suomessa, vaikka ilmasto-olosuhteet, tuuliolot ja rakennustyypit vaihtelevat. Tuuletuksen toimivuus riippuu rakenteen energiatasapainosta, materiaaleista, kosteuden lähteistä sekä ulkoilman lämpötilasta ja kosteudesta. Viljanen suosittelee hygrotermistä mallinnusta ja todellisiin olosuhteisiin perustuvaa seurantaa, joiden pohjalta kattojen toimintaa muuttuvassa ilmastossa voidaan luotettavasti arvioida.
”Rakennusohjeet kertovat, mitä vähintään pitää täyttää, mutta eivät sitä, miten katto käyttäytyy juuri tietyissä olosuhteissa. Tuuletusta ei voi arvioida pelkän ilmavälin korkeuden perusteella”, Viljanen huomauttaa.
Ratkaisu löytyy tarpeenmukaisesta tuuletuksesta
Viljasen mukaan tehokkain tapa varmistaa katon kuivuminen on tarpeenmukainen, mitattuun kosteuteen ja lämpötilaan perustuva tuuletus. Anturoitu järjestelmä tunnistaa, milloin tuuletusvälin olosuhteet ovat riskialttiit, ja tehostaa ilmanvaihtoa vain silloin, kun sitä todella tarvitaan. Tämä on osoittautunut erityisen hyödylliseksi etenkin silloin, kun rakenteessa on rakennusaikaista kosteutta.
”Jos tuuletus on aina vakiona, se ei reagoi katossa vallitseviin tai ulkoilman olosuhteisiin. Välillä tuuletus voi jopa lisätä kosteuskuormaa, kun ulkoilma on tuuletusväliä kosteampaa. Toisessa ääripäässä liiallinen ilmanvaihto viilentää rakenteita ja saattaa nostaa suhteellista kosteutta ja aiheuttaa energiahukkaa”, Viljanen sanoo.
Viljanen arvioi, että kymmenen vuoden päästä katot ovat huomattavasti nykyistä älykkäämpiä: olosuhteita seurataan mittaamalla useammasta pisteestä. Tämän lisäksi ohjattua tuuletusta hyödynnetään, kun halutaan varmistaa katon toiminta tulevaisuuden ilmasto-olosuhteissa.
”Mittaus ja palaute ovat ainoa tapa tietää, toimiiko suunniteltu rakenne vai ei. Katossa voi olla hyvin pieni tai jopa olematon tuuletus, kunhan siellä on toimiva höyrynsulku ja anturit, jotka herättävät tuulettimen toimimaan heti, kun olosuhteet sitä vaatii”, Viljanen kuvaa.
Lähteet:
Viljanen, K. (2023). Hygrothermal performance of wood-framed, mineral-wool-insulated walls and roofs with low thermal transmittance.