Rak-C3004 Rakentamisen
tekniikat
Rakennusfysiikka
Sander Toomla
Rakennusfysiikan aiheet
• Toiminnalliset vaatimukset.
• Lämmöneristystekniikka.
• Rakenteiden ilmatiiveys.
• Rakenteiden veden ja kosteudeneristystekniikat.
• Routasuojaus
• Mitä ei kuulu tähän luento-osuuteen
• Palotekniikka
• Akustiikka
VIIKON 4 HARJOITUSTEHTÄVÄT (päivitetty):
6. ERISTÄVIEN RAKENTEIDEN
MITOITUS :
• Työryhmät mitoittavat alustavasti
perustuksien routaeristykset sekä
alapohjan, yläpohjan ja ulkoseinien
eristävät rakenteet mittasuositusten ja
alustavien laskelmien perusteella.
• Rakennuksen valitaan ikkunat ja ovet.
• Työryhmät laativat rakennuksen
rakennetyypeistä piirustukset.
• Kaikilla vaipan osilla on oltava
määritettynä sen U-arvo.
• Rakennuksen rakenteellinen
paloturvallisuus tarkistetaan.
Alustavat eristävien rakenteiden mitoituslaskelmat ja
rakennetyypit tulostetaan PDF-tiedostoksi ja
tallennetaan kurssisivuille 5.10. mennessä.
Olosuhteiden hallinta
Lämpö
Tu = -30 - +30 °C
RH = 10 – 100 %
Sade, Aurinko, Tuuli
Ts = 21 °C
RHs = 20-70 %
Jopa 100 % märkätiloissa
Kosteus
Olosuhteista rakennuksen eri osissa :
Lämmön siirtymisen teoriasta :
1. Johtumalla :
• Fourierin laki.
2. Säteilemällä :
• Stefan-Boltzmanin laki.
3. Konvektiolla :
• Reynoldsin, Prandtlin, Nusseltin ja Grashofin luvut.
• Lisäksi lämpöteknisessä analyysissä on otettava huomioon :
• Lämpölähteet ja -nielut; lämpöä vapautuu veden kondensoituessa ja sitoutuu veden
haihtuessa, kosteuden liikkeisiin liittyy aina lämpöenergiaa.
• Rakennusaineen lämpökapasiteetti ja kosteuskapasiteetti.
• Erilaiset pintavastukset, pintojen fysiikka.
Miten estetään lämmön liikkeet?
• Lämpöeristys à kuinka paljon?
• Rakennukselle asetettu energiatehokkuusmääräykset SRMK D3 (2012)
• ”E-luku on energiamuotojen kertoimilla painotettu rakennuksen vuotuinen
ostoenergiankulutus rakennustyypin standardikäytöllä lämmitettyä nettoalaa kohden. Eluku saadaan laskemalla yhteen ostoenergian ja energiamuotojen kertoimien tulot
energiamuodoittain.”
• Ottaa huomioon kaiken tarvittavan energian; Johtuminen, IV, LKV jne. Plus
lämpökuormat. Ei perehdytä tässä työssä kaikkeen.
• Rakenteiden läpi johtuva energia à U-arvo maksimi D3 (2012)
(vertailuarvo=maksimi) [W/m2K]
Matalaenergiatalot :
D3 (2012)
Lämmöneristämisen ongelma…
• Kun lämmöneristeen määrää lisätään, niin lisähyödyt
koko ajan vähenevät…
• Toimivatko paksut lämmöneristeet oletusten mukaan.
• Kuivavatko rakenteet, kertyykö niihin kosteutta.
• Lämmöneristeillä voidaan :
•
•
•
•
•
•
•
Estää lämmönhukka,
Estää ylikuumenemista,
Suojautua korkeilta lämpötiloilta tulipalotilanteessa,
Estää rakenteiden lämpöliikkeitä ja
Lämmöneristeet toimivat usein myös osana ääneneristystä.
Lämmöneristeitä on käytetty vaimentavina pintoina huonetiloissa.
Lämmöneriste voi toimia myös joustavana tiivisteenä.
Pintavastuksista : SRMK C4 (2003) 5.1.
• Pintavastuksien suuruudet ovat seurausta säteilystä ja konvektiosta
pinnoilla :
• Sisäpintojen ja ulkopintojen lämpövastukset ovat erilaiset ja ulkopintojen
lämpövastus vaihtelee hyvin paljon säätilan mukaan.
• Avaruuden vastasäteilyn takia pintavastus voi olla talvella jopa negatiivinen.
Sisäpuolinen ja ulkopuolinen pintavastus
• Sisäpuolinen pintavastus Rsi (m2 K / W)
• Ulkopuolinen pintavastus Rse (m2 K / W)
Ilmarakojen toiminta :
• Ilmarakoja tarvitaan tuulettamaan ja salaojittamaan
rakennusosia.
• Ilmaraoilla voidaan lisätä myös rakennusosan
lämpövastusta:
• Ilmaraoissa lämpö siirtyy konvektiolla ja säteilyllä.
• Tuuletetut ja tuulettamattomat ilmaraot:
• Eivät kuitenkaan saa olla täysin tiiviitä.
• Vaikuttaa paloturvallisuuteen.
• Esim. saunojen seinien ilmaraot pintaverhouksen takana.
Kylmäsiltojen vaikutus rakenteisiin :
• Kylmäsilloilla tarkoitetaan rakenteissa
sellaista kohtaa, jonka
lämmönjohtavuus on huomattavasti
suurempi kuin ympäröivän rakenteen
• Ulokeparvekkeet.
• Ikkunoiden ja ovien karmit.
• Tiiliseinän ja betonielementin
ulkokuoren siteet.
• Puurangat.
• Naulat, pultit, ruuvit.
• Aiheuttaa lämmönhukkaa,
kondensaatiota, likaantumista, värin
muutoksia, homehtumista, hidasta
lahoamista.
• Homogeenisuus, tasalaatuisuus, vakio
kosteus…
• Pyritään välttämään tässä työssä. Ei
lasketa, mutta huomioidaan
suunnittelussa
Lämmöneristyksen laskenta
• Laskelma suoritetaan kerroksittain
• jokaisen kerroksen R-arvo lasketaan erikseen C4 mukaisesti
• Rakennekerroksen R-arvo saadaan jakamalla rakenneosan paksuus d materiaalin
lämmönjohtavuudella
• Saadut R-arvot lasketaan yhteen, jolloin saadaan arvo RT
• Vain tuuletustilan sisäpuoliset rakenteet otetaan huomioon
• Rakenteen pinnassa oleva seisova ilmakerros toimii yhtenä rakenneosana
• RT :hen tulee siis ottaa mukaan ulko- ja sisäpuolinen seisovan ilmakerroksen
lämmönvastus eli R se + R si
• Huom. SRMK C4 5.2.8. jos rakenteessa on hyvin tuulettuva ilmakerros
• U-arvo on yhteenlasketun R-arvon (R T ) käänteisluku
• U-arvoa verrataan viranomaisen antamaan maksimiarvoon (vertailuarvoon)
-arvoista
• n, declared, design?
• Mistä -arvot haetaan?
• Kaikki paitsi lämmöneristeet
•
•
•
•
Materiaalivalmistajat/viralliset tuotekortit
RIL 255
EN ISO 10456
SRMK C4 (2003)
• Lämmöneristeet
• Valmistajan ilmoittamat tiedot
Epätasa-aineinen rakennekerros
• Esim puurinko ja sen välissä villat
• Esim. 600mm välein runkotolppa (50
mm)
• fa puuosalle 50/600
• fb villalle 550/600
• R arvot eri kerroksille d/
• Sijoitus kaavaan
• Profit???
Esimerkki lämmönjohtavuuksien laskemisesta :
Rakenteiden läpikulkevien rakojen vaikutus lämmöneristävyyteen :
• Rakenteen läpi ei saa päästä ilmavirtauksia:
• Lämmöneristävyys on tällöin nolla.
• Aiheuttaa sisätiloihin vetoa, viihtyisyys katoaa.
• Kuljettaa aina mukanaan kosteutta.
• Lämmöneristeen pitää aina olla tiiviisti vasten
lämmintä pintaa:
• Eristeen pitää puristua kimmoisasti rakenteita vasten.
• Erityisesti talotekniikan vaatimat jälkiasennukset ovat
vaarallisia rakenteiden tiiveyden kannalta.
Pientalon tyypillisiä ilmavuotokohtia :
Ilmatiiveys
• Hallitsematon ilmanvaihto on tehoton ja riskialtis
• Halutaan saavuttaa tiivis rakenne, jossa ilma vaihtuu hallitusti
ilmanvaihtokoneen kautta à parempi hallittavuus ilmamäärissä ja
säästöä lämmön talteenotolla
• Rakennus ei ole koskaan täysin tiivis
• Miten tiiveyttä kuvataan? à SRMK D5 (2012) 3.3. q50
• Huom 50 Pa paine-erolla. Todellisuus +-10 Pa maissa.
SRMK C2 (1998) Olennainen vaatimus
• ”Rakennus on suunniteltava ja rakennettava siten, ettei siitä aiheudu
sen käyttäjille tai naapureille hygienia- tai terveysriskiä kosteuden
kertymisestä rakennuksen osiin tai sisäpinnoille. Rakennuksen näiden
ominaisuuksien tulee normaalilla kunnossapidolla säilyä koko
taloudellisesti kohtuullisen käyttöiän ajan.”
Vesihöyryn kyllästyspaine ja
vesihöyrypitoisuus lämpötilan funktiona :
• Vettä on äärimmäisen vähän.
• Osapaine putoaa suhteessa
hieman enemmän
• Vettä on tilavuudesta 2 cl / m3
• Vettä on jo 2.5 kertainen
määrä
• Paine kasvaa suhteessa
enemmän
Kosteuslähteet
• Sisäilma yleensä selvästi ulkoilmaa kosteampaa. Sisäilman kosteuslisänä 5
g/m3. Mistä kosteus on peräisin?
•
•
•
•
Peseytyminen
Pyykin kuivaus
Tiskaus
Ihmiset ja eläimet
• Mitä sitten? à lämmin ja kostea ilma ei saa kulkea rakenteisiin ja kastella
niitä à kosteudenhallinta
• Lievästi alipaineiset tilat
• Vedeneristys märkätiloissa
• Höyrynsulku useissa rakenteissa tiivistymisen estämiseksi
• Yksityiskohdat erittäin tärkeitä!
Vedeneristys
• Nyrkkisääntönä rakenteissa höyrynsulku
• Ilman höyrynsulkua kosteus saattaa tiivistyä rakenteisiin à tarkistus
laskennallisesti tai jopa mittaamalla
• Märkätiloissa vedeneristys à yleensä levitettävä massa
• Laatat eivät ole vedeneristys, saumat päästävät vettä läpi vaikka kivi on tiivis
• Yksityiskohdat!
• Jääkaappien ja astianpesukoneiden alla kaukalot vuotojen
havaitsemiseksi à vesi ei valu saumoista rakenteisiin
Routaeristys
• Suomessa kylmä ilmasto à maa jäätyy à jotkut maalajit routivat à
routiminen aiheuttaa hallitsemattomia muodonmuutoksia maassa à
voimat suuria à perustusten siirtymine, vaurioituminen à koko
rakennuksen vahingoittuminen
• Estetään routiminen eristämällä tai perustamalla routimisrajan
alapuolelle
• Käytetään hyväksi rakennuksesta ja maasta tulevaa lämpöä
• Estetään kylmän pääsy maahan
• RIL 261 (2013)
• Talonrakennuksen routasuojausohjeet (2007)
Roudan haittavaikutukset
Veden tilavuus
kasvaa n. 10 %
jäätymisessä
/TRRSO/
Routasuojauksen periaate
Routaantuneen maan tarttuminen perustuksiin estetään
KYLMÄ
LÄMMIN
/TRSSO/
Yksinkertaistukset tässä työssä
• Ei tehdä koko routasuojausmitoitusta, sillä se on liian työläs
• Jos joku haluaa tehdä koko mitoituksen ohjeiden mukaisesti, siitä saa
lisäpisteitä
• Routasuojaukseksi valitaan 100mm paksu solumuovieriste, jotta
ollaan varmasti turvallisilla vesillä.
• Eristeen leveys ja nurkkien suunnittelu
• Karkeat suunnitelmat routasuojauksesta
Valitse routaeristeen leveys tästä taulukosta: Käytä maan R arvona viereisen taulukon reuna-alueen arvoja.
mm= Rmaa
Rakennuksen nurkkien kohdalla eristeen R-arvo on
TUPLATTAVA matkalta Lc nurkista. Valitse Lc alta.
Palautus 5.10. mennessä
• Palautuksen rakenne
• 1: Rakennepiirustukset US, AP, YP
• 2: Laskelmat rakenteiden U-arvoista selkeästi esitettynä. Mieluiten Excelillä tehty.
Selkeästi merkattu käytetyt -arvot. (U-arvolaskurin vastaus ei riitä.)
• 3: Ikkunoiden ja ovien esittely, (kuvat), U-arvot
• 4: Rakennuksen alustavat routasuojaussuunnitelmat
• 5: Rakennuksen paloturvallisuuden tarkistus
• Yksi tiedosto (esim. yhdistetty PDF)
• Luettava, selkeä, johdonmukainen
• Ryhmä palauttaa vain yhden raportin
• Palautukseen selkeästi nimet sekä tiedoston nimeen että raportin alkuun