TKK TES Energy Facade

Teknillisen Korkeakoulun tutkijat toteuttivat saksalaisten ja norjalaisten yhteistyökumppanien kanssa vuosina 2008-2009 tutkimushankkeen Timber-based element systems for improving the energy efficiency of the building envelope (TES energy facade). Tutkimushankkeen tavoitteena oli kehittää Euroopan laajuisesti sovellettavissa oleva, puurunkoisiin suurelementteihin perustuva julkisivujen korjausmenetelmä, jolla pystytään oleellisesti parantamaan korjattavien rakennusten energiatehokkuutta. Korjausmenetelmän kohteena on 1950-80 -luvuilla valmistunut rakennuskanta, jonka tekninen kunto edellyttää suuria korjaustoimenpiteitä lähitulevaisuudessa. Suomessa korjausrakentamisen suurin energiansäästöpotentiaali liittyy 1960- ja 70-lukujen asuinkerrostalokantaan, joka on erityisesti tarkastelujen kohteena.

TES -menetelmässä rakennusten ulkovaippaa lisälämmömeristetään esivalmistusta hyödyntäen. Julkisivuelementeillä voidaan samalla parantaa ulkovaipan ilmatiiviyttä, korjauksessa voidaan asentaa uudet ikkunat ja elementteihin voidaan integroida talotekniikka-asennuksia. TES -menetelmällä voidaan siten toteuttaa tyypillisessä korjauskohteessa kaikki vaikuttavuudeltaan tehokkaimmat energiatehokkuutta parantavat korjaustoimenpiteet. Esivalmistuksen ansiosta korjaustoimenpiteistä aiheutuu rakennuksen käyttäjille lyhytaikaisempi häiriö kuin tavanomaisia korjausmenetelmiä käytettäessä. Korjaustoimenpiteiden kustannukset ovat aiempaa tarkemmin ennakoitavissa, ja kosteudenhallinta laadukkaammin toteutettavissa.

FRAME 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.

FRAME 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.

FRAME yhteenveto

FRAME-projektissa tutkittiin lämmöneristyksen lisäyksen ja ilmastonmuutoksen vaikutuksia vaipparakenteiden kosteustekniseen toimintaan, rakennusten energiankulutukseen ja sisäilman olosuhteisiin. Projektissa mm. määritettiin rakenteiden kosteusteknisen toiminnan kannalta mitoittavat rakennusfysikaaliset testivuodet Suomen nykyisessä ja tulevassa ilmastossa sekä käytettiin rakenteiden tarkasteluissa uutta homemallia.