Tuulettuvan alapohjan rakennusfysikaalinen tarkastelu ja ryömintätilan olosuhdesimulointi

Tämä kirjoitus syntyi vanhan kansakoulun muutos– ja korjaustyön suunnitteluun liittyvän toimeksiannon yhteydessä. Kirjoituksessa on esitelty rakennusfysikaalisten tarkastelujen päävaiheet tässä kohteessa tuulettuvan alapohjan osalta. Esittelyn tarkoitus on tuoda esille olosuhde-, lämpö– ja kosteusteknisten analyysien tärkeyttä erityisesti korjausrakentamisessa. 

Kohteen kuvaus ja suunnittelun lähtötilanne

Suunnittelun kohteena on 1900 -luvun alussa rakennetun entisen kansakoulun asuintilojen osittainen käyttötarkoituksen muutos, johon sisältyy huoneiston sisätilojen muutostöitä. Nykyisin kylätalona toimiva rakennus on hirsirunkoinen puuverhottu rakennus, jonka runko lepää luonnonkivistä muuratun sokkelin päällä. Muutostöiden yhteydessä uusitaan asuinhuoneiston tuulettuva alapohjarakenne kattovuodon seurauksena osittain kosteusvaurioituneiden sisäpintojen takia. Alapohja on rakentamisajankohdan mukaisesti eristetty pääosin sekalaisella puru-, hiekka- ja sammalseoksella. Muutosalueen lattiarakenne uusitaan ja ryömintätilan maanpinta puhdistetaan sekä eristetään korjaustyön yhteydessä 100-200 mm:n paksuisella kevytsorakerroksella. Maanpinnan eristäminen tehdään niin että tuuletustilan korkeus ei pienene alkuperäisestä. Lopullinen eristepaksuus määräytyy maapinnan puhdistuksen yhteydessä poistettavan maa-aineksen määrästä.

Kosteuslähteet ja purkuvaiheen havainnot

Ryömintätilan ulkopuolisia kosteuslähteitä poistettiin syksyllä ennen sisätöiden aloittamista. Tehtyjä toimenpiteitä olivat mm. kasvillisuuden poistaminen sokkelin vierustoilta sekä tarpeellisilta osin salaojituksen asennus / maamassojen vaihto ja maapintojen muotoilu viettäväksi poispäin sokkelista.

Lattian purkuvaiheessa silmämääräisesti hyväkuntoisiksi todetut lattiaa kannattelevat ja rakennusta jäykistävät vanhat ryömintätilan puolella sijaitsevat hirsipalkit päätettiin jättää paikoilleen ja noudattaa alkuperäistä rakennemallia rakentamalla uusi lattia niiden päälle. Tämän vuoksi päätavoitteeksi alapohjan rakennusfysikaalisessa tarkastelussa muodostui varmistaa että lattian uusimisen yhteydessä ryömintätilan olosuhteita ei heikennetä alkuperäiseen, ilmeisen hyvin kosteusteknisesti toimineeseen alapohjaratkaisuun verrattuna.

Kuva 1. Lattia purkuvaiheessa ja purkutyön yhteydessä tehdyn materiaalikartoituksen perusteella laadittu rakenneleikkaus alkuperäisestä rakenteesta. Lattian yläosan materiaaleja on vaihdettu tai eristettä lisätty 1980 –luvun alkupuolella tehtyjen sisätilakorjausten yhteydessä.

Rakennemallit

Uuden lattiarakenteen suunnittelussa lähtökohtana oli pitää rakennepaksuus alkuperäisen mukaisena, jolloin vältytään rakennepaksuuden muutoksesta aiheutuvilta sisätilan muutostöiltä. Lattiarakenteessa haettiin optimiratkaisua energiatehokkuuden parantamiseksi niin, että ryömintätilan kosteus– ja lämpöolosuhteet eivät muuttuisi otollisemmaksi lahovaurioiden syntymiselle tai mikrobikasvustolle. Tehokkailla nykyeristeillä koko lattiapaksuuden eristekerros muuttaisi lattian ulko-osien ja ryömintätilan lämpötilaa selkeästi lähtötilannetta viileämmäksi ja kosteusteknisesti huonompaan suuntaan. Tästä syystä höyrynsulun sisäpuolelle sijoitettiin alkuperäisen ja uuden rakenteen välisen korkoeron tasaava ilmarako ristikoolauksella.

Ryömintätilan puolelta lattiarakenteesta poistettiin kaikki mahdollinen puumateriaali pois lukien kantavat ja jäykistävät vanhat hirsipalkit. Poistetut aluslaudoitukset korvattiin kosteudenkestävämmällä, vesihöyryä läpäisevämmällä ja lämmöneristävämmällä tuulensuojamateriaalilla. Lattian sisällä kantavissa puuosissa käytettiin höylättyä kuusilankkua.

Kuva 2. Lähtötilanteen rakennemalli (AP0 vasemmalla) ja suunnitteluratkaisun rakennemalli (AP1 oikealla).

Laskennan lähtötiedot ja tulokset

Olosuhteiden simuloinnissa on lattian yläpuolisten sisätilojen lämpötilana käytetty +21. Simuloinnin säätieto ei ole kohteen sijainnin mukainen tarkka säätieto. Säätiedoksi valittiin laskentaohjelmistoon saatavilla olevista ilmaisista säätietokannoista säätieto, joka kuvaisi ilmastoennusteiden valossa mahdollisimman hyvin lähitulevaisuuden ilmastoa sijaintipaikkakunnalla.

Kohteen maaperä on hienon hiekan ja sora/moreenikerroksen alla kalliota, joka on paikoin pinnassa. Maaperän lämpöarvoina olosuhdesimuloinneissa on käytetty kalliomaaperän lämpöarvoja.

Ilmanvaihtokertoimena olosuhdesimuloinneissa on käytetty ilmanvaihtuvuutta 0,5 1/h niin ryömintätilassa kuin myös rakennuksen sisätiloissa.

Materiaalien laskentatietoina on käytetty uudessa rakenteessa tuotevalmistajien ilmoittamia teknisiä arvoja ja alkuperäisen rakenteen osalta kirjallisuudesta löytyvien tietojen pohjalta arvioituja teknisiä arvoja.

Seuraavissa kuvissa on esitelty kohteesta muodostettujen tila– ja rakennemallien perusteella tulokset rakenteiden lämpölaskennasta, ryömintätilan olosuhteista ja rakenteen kosteuden diffuusiolaskennasta.

Kuva 3. Rakenteen läpi siirtyvän lämpövirran laskenta lämpölaskennan ohjelmistolla (AP0 = Lähtötilanteen rakenne, AP1 = Suunnitteluratkaisu).

Kuva 4. Lämpötilat ryömintätilan puolella sijaitsevien alkuperäisten hirsipalkkien kohdalta yläpuolisten kantavien puupalkkien alapinnassa (AP0 vasemmalla, AP1 oikealla).

Kuva 5. Lämpötilat ehjien eristekerrosten kohdalta aluslaudoituksen (AP0 vasemmalla) ja tuulensuojan (AP1 oikealla) yläpinnassa.

Kuva 6. Lähtötilanteen ja suunnitteluratkaisun lämpötilavertailu ryömintätilassa (viikkokeskiarvot).

Kuva 7. Lähtötilanteen ja suunnitteluratkaisun kosteusolosuhteiden vertailu ryömintätilassa (viikkokeskiarvot).

Kuva 8. Suunnitteluratkaisun ja korjausratkaisun ilman maanpinnan kevytsorakerrosta lämpötilavertailu (viikkokeskiarvot). Maanpinnan eristämisen vaikutus.

Kuva 9. Suunnitteluratkaisun ja korjausratkaisun ilman maanpinnan kevytsorakerrosta kosteusolosuhteiden vertailu (viikkokeskiarvot). Maanpinnan eristämisen vaikutus.

Kuva 10. Tässä tutkimuksessa kriittiseksi määriteltyjen olosuhteiden tuntimäärät ryömintätilassa laskentatapauksittain.

Kuva 11. Lähtötilanteen ja suunnitteluratkaisun olosuhteiden (kuukausikeskiarvo) mukainen rakenteen diffuusiotarkastelu sekä kestoltaan kriittisen ajanjakson olosuhteiden (ajanjakson keskiarvo) mukainen rakenteen diffuusiotarkastelu.

Kuva 12. Lähtötilanteen ja suunnitteluratkaisun kosteusolosuhteiden (kuukausikeskiarvo) vertailu ryömintätilassa ja lattian sisällä materiaalikerrosten rajapinnassa.

Pohdinta

Tehtyjen tarkastelujen perusteella suunnitteluratkaisu vähentää vuoden mittaisella tarkastelujaksolla kriittiseksi vertailussa määriteltyjen olosuhteiden kokonaismäärää. Maapohjan eristäminen parantaa ryömintätilan olosuhteita kosteusteknisen toimivuuden osalta suunnitteluratkaisussa keväällä ja kesällä, joka näkyy vuoden aikana kriittisten olosuhteiden tuntimäärän vähenemisenä alkuperäiseen rakenteeseen verrattuna.

Kriittinen ajanjakso laskennassa muodostui käytetyllä säätiedolla loppusyksyyn, ulkoilman äkillisen pakkasjakson jälkeen. Lattian läpi ryömintätilaan siirtyvän lämpövirran pienentyminen pidentää yhtämittaista kriittisten olosuhteiden jaksoa lähtötilanteeseen verrattuna. Kriittisen ajanjakson kestoa nostaa lattian paremman lämmöneristävyyden lisäksi jonkin verran myös maapohjan eristäminen, koska kesän aikana lämmennyt maaperä ei eristyksen vuoksi lämmitä viilentynyttä ryömintätilaa. Mikrobien vaatimien kasvuolosuhteiden kannalta alhainen lämpötila hidastaa kehitystä, joten loppusyksyyn sijoittuva pidentynyt yhtäjaksoinen kosteampi olosuhde ei todennäköisesti nosta merkittävästi mikrobiriskiä ryömintätilassa lähtötilanteeseen verrattuna. Lattiarakenteen diffuusiotarkastelussa suunnitteluratkaisun suhteellinen kosteus oli lattian sisällä korkeimman suhteellisen kosteuden mukaisessa rajapinnassa kaikissa tarkasteluissa alkuperäistä rakennetta alhaisempi.

Kun uusitaan vanhoja rakenteita on alkuperäisen rakenteen rakennusfysikaalisen toiminnan selvittäminen tärkeää. Tällöin uusi rakenne voidaan suunnitella ja optimoida tavoitteiden mukaisesti minimoiden korjaustyön riskit rakenteen lämpö– ja kosteusteknisessä toiminnassa. Olennaista on myös seurata korjaustyön jälkeen rakenteen toimintaa käyttötilanteessa, jolloin mm. tuuletuksen säätöjen tai kosteudenlähteiden poistamisen osalta voidaan tehdä tarvittavia toimenpiteitä.

Tarkastelut ovat suuntaa-antavia ja ne tulee tehdä tapauskohtaisesti suunnittelukohteeseen soveltuvilla laskentatavoilla, menetelmillä ja laskentatiedoilla. Tässä laskentatarkastelussa tulosten epätarkkuutta voivat aiheuttaa mm. Maaperän laskentamitat ja rakenteiden/lämpövyöhykkeiden välinen kosteudensiirtyminen (perustuvat ohjelmiston sisäiseen toimintalogiikkaan); Säätiedon epätarkkuus sijaintipaikkaan nähden; Ryömintätilan tuuletuksen laskenta-arvon mahdolliset poikkeamat todelliseen tilanteeseen; Alkuperäisten materiaalien arvioidut laskentatiedot; Ryömintätilaan ulkopuolelta mahdollisesti siirtyvä kosteus tai maaperästä siirtyvä kosteus.