Konvektio – kosteuden kulkeutuminen ilmavirtausten mukana

Rakennusfysiikan perusteet, osa 4/12

‍

Konvektio tarkoittaa rakennusfysiikassa lämmön, vesihöyryn tai muiden ilman sisältämien aineiden siirtymistä virtaavan ilman mukana.

Rakenteiden kosteusteknisessä tarkastelussa konvektiolla tarkoitetaan yleensä tilannetta, jossa ilma virtaa rakenteen raon, sauman, läpiviennin tai muun epätiiviyskohdan kautta ja kuljettaa samalla mukanaan vesihöyryä.

Kosteuden konvektio eroaa olennaisesti diffuusiosta. Diffuusiossa vesihöyry siirtyy materiaalien läpi vesihöyryn osapaine-eron vaikutuksesta. Konvektiossa kosteus kulkee liikkuvan ilman mukana valmista vuotoreittiä pitkin.

Siksi pienikin paikallinen ilmavuoto voi muodostaa huomattavan kosteusrasituksen, vaikka rakenteen materiaalikerrokset olisi diffuusion kannalta suunniteltu oikein.

Ilmavuoto ei kuitenkaan automaattisesti aiheuta kosteusvauriota. Vaurioriski riippuu ilmavirran suunnasta, paine-erosta, ilman kosteussisällöstä, rakenteen lämpötilasta, vuodon kestosta ja rakenteen kuivumiskyvystä.

Mitä konvektio tarkoittaa rakennusfysiikassa?

Konvektio on yleinen fysikaalinen ilmiö, jossa lämpöä tai ainetta siirtyy liikkuvan kaasun tai nesteen mukana.

Rakennuksessa voidaan erottaa ainakin kolme erilaista konvektioon liittyvää ilmiötä:

• lämmön siirtyminen liikkuvan ilman mukana
• vesihöyryn siirtyminen ilmavirran mukana
• rakenteiden sisäiset ilmavirtaukset esimerkiksi lämmöneristeessä tai ilmatilassa.

Tässä artikkelissa tarkastellaan erityisesti kosteuden konvektiota eli vesihöyryn kulkeutumista ilmavirtausten mukana rakenteisiin.

Kosteuden konvektio edellyttää samanaikaisesti:

• ilman virtausta synnyttävää paine-eroa
• yhtenäistä ilmavuotoreittiä
• virtaavan ilman sisältämää vesihöyryä
• rakennetta, jonka läpi tai sisään ilma pääsee kulkemaan.

Jos rakenteessa ei ole vuotoreittiä, paine-ero ei yksin aiheuta konvektiivista kosteudensiirtymistä. Vastaavasti rakenteessa oleva rako ei aiheuta virtausta ilman paine-eroa.

Ympäristöministeriön asetuksessa ilmansulku määritellään ainekerrokseksi, joka estää haittaa aiheuttavan ilmavirtauksen rakenteen läpi. Asetuksen mukaan rakennuksen vaipan ilmanpitävyyden ja höyrytiiviyden on estettävä vesihöyryn haitallinen siirtyminen rakenteisiin. Ympäristöministeriön asetus rakennusten kosteusteknisestä toimivuudesta 782/2017.

Miten konvektio eroaa diffuusiosta?

Konvektio ja diffuusio voivat kuljettaa samaa vesihöyryä, mutta niiden toimintamekanismi on erilainen.

Diffuusiossa vesihöyry siirtyy materiaalikerroksen läpi vesihöyryn osapaine-eron vaikutuksesta. Materiaalin vesihöyrynvastus, paksuus sekä rakenteen sisä- ja ulkopuoliset olosuhteet rajoittavat siirtymistä.

Konvektiossa ilma virtaa rakenteessa olevan epätiiviyskohdan kautta. Vesihöyry kulkee ilman mukana eikä joudu läpäisemään yhtenäisen materiaalikerroksen vesihöyrynvastusta.

Diffuusiota voidaan yksinkertaistetusti kuvata kaavalla:

g = δₐ × Δpᵥ / Sd

jossa:

• g = vesihöyryvirran tiheys, kg/(m²s)
• δₐ = vesihöyryn läpäisevyys ilmassa, kg/(m·s·Pa)
• Δpᵥ = vesihöyryn osapaine-ero, Pa
• Sd = rakennekerroksen suhteellinen diffuusiovastus, m.

Konvektiivista kosteudensiirtymistä kuvataan sen sijaan ilmavirran ja ilman kosteussisällön avulla:

ṁᵥ = qᵥ × ν

jossa:

• ṁᵥ = ilmavirran mukana kulkeva vesihöyrymäärä, kg/s
• qᵥ = ilman tilavuusvirta, m³/s
• ν = ilman absoluuttinen kosteus, kg/m³.

Kaavojen ero osoittaa ilmiöiden perusluonteen. Diffuusiossa ratkaisevat osapaine-ero ja materiaalin vesihöyrynvastus. Konvektiossa ratkaisevat ilman tilavuusvirta ja sen sisältämä vesihöyrymäärä.

Mikä saa ilman virtaamaan rakenteen läpi?

Ilma virtaa suuremmasta ilmanpaineesta pienempään. Rakenteen läpi syntyvän ilmavirtauksen suunta määräytyy siten rakenteen eri puolilla vallitsevan paine-eron perusteella.

Paine-eroihin vaikuttavat erityisesti:

• ilmanvaihdon tulo- ja poistoilmavirrat
• koneelliset poistolaitteet
• sisä- ja ulkoilman lämpötilaero
• rakennuksen korkeus
• savupiippuvaikutus
• tuulen nopeus ja suunta
• rakennuksen vaipan ilmatiiviys
• ovien ja ikkunoiden avaaminen
• eri tilojen väliset painesuhteet.

Ilmavirtaa epätiiviyskohdan läpi voidaan kuvata potenssiyhtälöllä:

qᵥ = C × |Δp|ⁿ

jossa:

• qᵥ = ilmavirta, m³/s
• C = rakenteen vuotavuudesta riippuva virtauskerroin
• Δp = rakenteen yli vaikuttava paine-ero, Pa
• n = virtausta kuvaava eksponentti, tavallisesti noin 0,5–1.

Kaava osoittaa, että ilmavirta kasvaa paine-eron kasvaessa. Kasvu ei kuitenkaan ole välttämättä suoraan verrannollinen paine-eroon, koska vuotoreitin muoto ja virtauksen laatu vaikuttavat eksponenttiin n.

Rakennuksen todelliset paine-erot eivät yleensä pysy vakioina. Tuulen suunnan muuttuminen, ulkolämpötila ja ilmanvaihdon käyttö voivat muuttaa sekä paine-eron suuruutta että ilmavirran suuntaa.

Miten paljon kosteutta ilmavirta voi kuljettaa?

Ilman kuljettama kosteusmäärä riippuu ilmavirran suuruudesta ja ilman absoluuttisesta kosteudesta.

Ilman absoluuttinen kosteus voidaan esittää muodossa:

ν = φ × νₛₐₜ(T)

jossa:

• ν = ilman absoluuttinen kosteus, g/m³
• φ = suhteellinen kosteus desimaalilukuna
• νₛₐₜ(T) = kylläisen ilman vesihöyrypitoisuus kyseisessä lämpötilassa, g/m³.

Kun tarkastellaan kahden tilan välistä kosteuseroa, ilmavirran kuljettama ylimääräinen kosteusmäärä voidaan laskea kaavalla:

ṁₑ = qᵥ × (ν₁ − ν₂)

jossa:

• ṁₑ = ilmavirran kuljettama kosteusero, g/s
• qᵥ = ilmavirta, m³/s
• ν₁ = lähtöilman absoluuttinen kosteus, g/m³
• ν₂ = vastaanottavan ilman absoluuttinen kosteus, g/m³.

Käytännön laskentaa varten kaava voidaan kirjoittaa myös seuraavasti:

m = q × Δν × t × 3,6

jossa:

• m = ilmavirran kuljettama kosteusero, g
• q = ilmavirta, l/s
• Δν = ilman kosteussisältöjen ero, g/m³
• t = aika, h.

Kerroin 3,6 muodostuu litrojen muuttamisesta kuutiometreiksi ja tuntien muuttamisesta sekunneiksi.

Kaava kertoo ilmavirran mukana kulkevan vesihöyrymäärän. Se ei tarkoita, että koko määrä jäisi rakenteeseen. Osa kosteudesta voi kulkeutua rakenteen läpi tai kuivua pois. Rakenteeseen kertyvä määrä riippuu lämpötiloista, kondensoitumisesta, materiaalien kosteudensitomiskyvystä ja kuivumisolosuhteista.

Laskentaesimerkki: ilmavuoto yläpohjaan

Oletetaan talvitilanne, jossa:

• sisäilman lämpötila on +21 °C
• sisäilman RH on 40 %
• sisäilman absoluuttinen kosteus on noin 7,3 g/m³
• ulkoilman lämpötila on −10 °C
• ulkoilman RH on 90 %
• ulkoilman absoluuttinen kosteus on noin 2,1 g/m³
• yläpohjan epätiiviyskohdan kautta virtaa ulospäin 5 l/s ilmaa.

Sisä- ja ulkoilman kosteussisältöjen ero on:

Δν = 7,3 − 2,1 = 5,2 g/m³

Vuorokauden aikana ilmavirran kuljettama kosteusero on:

m = 5 × 5,2 × 24 × 3,6

m ≈ 2 246 g

Ilmavirta voi siis kuljettaa tässä yksinkertaistetussa esimerkissä yläpohjaan noin 2,2 kg sisäilman ylimääräistä vesihöyryä vuorokaudessa.

Tämä ei tarkoita, että rakenteeseen kondensoituisi vuorokaudessa täsmälleen 2,2 kg vettä. Laskelma kuvaa ilmavirran potentiaalisesti kuljettamaa kosteuseroa. Todellinen rakenteeseen jäävä määrä riippuu vuotoreitistä, rakenteen lämpötiloista, ilman poistumisreitistä ja kuivumiskyvystä.

Esimerkki osoittaa silti, miksi ilmavuoto voi aiheuttaa paikallisesti suuren kosteusrasituksen. Diffuusiossa kosteus siirtyisi koko rakennepinnan läpi materiaalien vesihöyrynvastusten rajoittamana. Konvektiossa sama kosteus voi keskittyä yhden sauman tai läpiviennin ympärille.

Mitä kostealle ilmalle tapahtuu kylmässä rakenteessa?

Kun lämmin sisäilma virtaa kohti rakenteen kylmiä osia, ilma jäähtyy.

Lämpötilan laskiessa ilman kyky sisältää vesihöyryä pienenee. Jos vesihöyryn määrä ei aluksi muutu, ilman RH % nousee.

Kun ilman lämpötila saavuttaa kastepisteen, RH on 100 %. Jos ilma jäähtyy edelleen, osa vesihöyrystä tiivistyy vedeksi.

Kondensoitumisen perusehto on:

T ≤ Tᵈ

jossa:

• T = ilman tai kohtaamispinnan lämpötila, °C
• Tᵈ = ilman kastepistelämpötila, °C.

Edellisen esimerkin sisäilmassa, jossa lämpötila on +21 °C ja RH 40 %, kastepiste on noin +7 °C.

Jos tämä ilma virtaa yläpohjaan ja kohtaa alle +7 °C:n lämpötilassa olevan pinnan, kondensoituminen on mahdollista.

Näkyvää vettä ei kuitenkaan tarvita vaurion syntymiseen. Materiaalin pinnan RH voi nousta pitkäksi aikaa mikrobikasvulle suotuisalle tasolle jo ennen varsinaista kondenssia.

Kosteus voi tällöin:

• sitoutua puuhun ja muihin hygroskooppisiin materiaaleihin
• nostaa lämmöneristeiden kosteuspitoisuutta
• heikentää lämmöneristyskykyä
• jäätyä rakenteen kylmiin osiin
• sulaa myöhemmin vedeksi
• muodostaa home- tai lahovaurion edellytykset
• valua alempiin rakenneosiin.

Miksi talvi on usein kriittinen ajankohta?

Suomen talviolosuhteissa sisäilma on yleensä ulkoilmaa lämpimämpää ja sisältää absoluuttisesti enemmän vesihöyryä.

Tällöin ulospäin suuntautuva ilmavirtaus voi kuljettaa lämmintä ja kosteaa sisäilmaa vaipan kylmiin osiin.

Riski kasvaa, kun:

• ulkolämpötila laskee
• sisäilman kosteustuotto on suuri
• ilmanvaihto ei poista kosteutta riittävästi
• rakennuksen yläosassa vallitsee ylipaine
• ilmansulussa on epäjatkuvuuksia
• vuotoreitti johtaa suoraan kylmään rakenneosaan
• rakenteen ulkopuolinen kuivuminen on heikkoa.

Rakennuksen yläosat ovat usein erityisen alttiita savupiippuvaikutukselle. Lämmin sisäilma on ulkoilmaa kevyempää ja pyrkii nousemaan. Rakennuksen alemmissa osissa voi samalla olla alipainetta ja ylemmissä osissa ylipainetta.

Tästä syystä rakennuksen keskimääräinen alipaineisuus ei todista, ettei yläpohjan kautta voisi esiintyä ulospäin suuntautuvaa ilmavirtausta.

Onko ylipaine aina rakenteille haitallinen?

Ylipaine lisää talviolosuhteissa riskiä, että lämmin ja kostea sisäilma virtaa rakenteisiin. Se ei silti tarkoita, että jokainen hetkellinen ylipainetilanne aiheuttaisi vaurion.

Vaurion syntyminen edellyttää yleensä usean tekijän yhdistelmää:

• epätiiviys
• ulospäin suuntautuva paine-ero
• riittävä ilmavirta
• sisäilman riittävä kosteussisältö
• kylmä rakenneosa
• toistuva tai pitkäaikainen vaikutus
• rakenteen heikko kuivumiskyky.

Lyhytaikainen ja pieni ylipaine ei välttämättä aiheuta merkittävää kosteusrasitusta. Pitkäaikainen ylipaine yhdessä vuotavan ilmansulun kanssa on huomattavasti ongelmallisempi.

Myös rakennuksen käyttötarkoitus vaikuttaa riskiin. Uimahalleissa, pesuloissa, suurkeittiöissä ja muissa kosteuskuormitetuissa tiloissa sisäilman vesihöyrypitoisuus voi olla tavallista suurempi. Tällöin pienikin ulospäin suuntautuva ilmavuoto voi kuljettaa rakenteeseen paljon kosteutta.

Onko alipaine turvallinen ratkaisu?

Alipaineessa ilma virtaa yleensä ulkoa tai rakenteista sisätiloihin. Talvella tämä vähentää lämpimän sisäilman virtaamista vaipan kylmiin osiin, mutta alipaine ei ratkaise rakenteen epätiiviyttä.

Liiallinen alipaine voi:

• vetää kylmää ulkoilmaa rakenteiden läpi
• jäähdyttää sisäpintoja
• lisätä vedon tunnetta
• kuljettaa mikrobiperäisiä epäpuhtauksia sisäilmaan
• tuoda hajuja alapohjasta tai seinärakenteista
• lisätä radonin kulkeutumista maaperästä
• häiritä tulisijojen toimintaa
• kasvattaa hallitsematonta korvausilmavirtaa.

Sisäänpäin virtaava kylmä ilma voi lisäksi jäähdyttää paikallisesti rakenteen sisäpintaa. Jos sisäilman kosteus kohtaa jäähtyneen pinnan, pintakondenssin tai korkean pinta-RH:n riski voi kasvaa.

Kesäolosuhteissa myös ilmavirran kosteustekninen vaikutus voi olla erilainen kuin talvella. Lämmin ja kostea ulkoilma voi virrata viileään rakennukseen tai jäähdytettyyn tilaan ja saavuttaa kastepisteensä rakenteessa.

Oikea tavoite ei siksi ole mahdollisimman suuri alipaine, vaan hallitut painesuhteet, toimiva ilmanvaihto ja yhtenäinen ilmatiivis vaippa.

Ilmansulku ja höyrynsulku eivät tarkoita samaa asiaa

Ilmansulun tehtävänä on estää ilman haitallinen virtaus rakenteen läpi.

Höyrynsulun tehtävänä on rajoittaa vesihöyryn diffuusiota.

Sama materiaalikerros voi toimia sekä ilman- että höyrynsulkuna. Esimerkiksi oikein asennettu ja tiivistetty höyrynsulkumuovi voi hoitaa molemmat tehtävät. Toisaalta kaikki ilmansulut eivät ole erittäin höyrytiiviitä.

Esimerkiksi:

• tiivistetty rakennuslevy voi toimia ilmansulkuna
• rappauskerros voi muodostaa ilmatiiviin pinnan
• betonirakenne voi olla materiaalina varsin ilmatiivis
• höyrynsulkumuovi toimii vain, jos saumat, liitokset ja läpiviennit ovat tiiviitä.

Ilmansulun toiminnassa ratkaisevaa on jatkuvuus.

Suuri yhtenäinen muovipinta ei auta, jos:

• saumat ovat teippaamatta
• läpiviennit on viilletty avoimiksi
• seinän ja yläpohjan liittymä on tiivistämättä
• muovi on rikkoutunut asennustöissä
• ilmansulku ei liity tiiviisti ikkunoihin ja oviin
• korjausalueen uusi ilmansulku ei liity vanhaan rakenteeseen.

Konvektiivinen ilmavuoto tapahtuu usein juuri liitoksessa tai läpiviennissä, ei varsinaisen materiaalipinnan läpi.

Tyypilliset konvektiivisen kosteusvuodon riskikohdat

Rakennuksen vaipan ilmatiiviys muodostuu useista materiaaleista, liitoksista ja työvaiheista. Riskit keskittyvät kohtiin, joissa ilmatiivis kerros katkeaa tai vaihtuu toiseksi materiaaliksi.

Tyypillisiä riskikohtia ovat:

• ulkoseinän ja yläpohjan liitos
• ulkoseinän ja alapohjan liitos
• höyrynsulun saumat ja jatkokset
• sähköputkien ja johtojen läpiviennit
• ilmanvaihtokanavien läpiviennit
• vesi- ja lämpöjohtojen läpiviennit
• ikkunoiden ja ovien liittymät
• elementtisaumat
• hormien ja savupiippujen liittymät
• kattoluukut
• parvekeliittymät
• vanhan ja uuden rakenteen liittymät
• välipohjan ja ulkoseinän liittymät
• korjaustöiden yhteydessä katkaistut ilmansulkukerrokset.

Pienikin aukko voi olla merkityksellinen, jos sen yli vaikuttaa jatkuva paine-ero ja vuotoreitti johtaa kylmään, huonosti kuivuvaan rakenneosaan.

Rakenteen sisäinen konvektio

Kaikki konvektio ei tarkoita ilman virtaamista kokonaan rakennuksen vaipan läpi.

Rakenteen sisäistä konvektiota voi esiintyä esimerkiksi:

• huokoisessa lämmöneristeessä
• eristeen ja pintakerroksen välisessä raossa
• suljetussa tai osittain avoimessa ilmatilassa
• puutteellisesti täytetyssä eristekerroksessa
• korkeissa yhtenäisissä seinä- tai kattorakenteissa.

Lämpötilaerot voivat synnyttää rakenteen sisälle ilmankiertoa. Lämmin ilma nousee ja kylmempi ilma laskee, jolloin rakenteeseen muodostuu kiertävä ilmavirtaus.

Sisäinen konvektio voi:

• lisätä lämmön siirtymistä
• heikentää lämmöneristeen todellista toimintaa
• siirtää kosteutta rakenteen sisällä
• keskittää kosteutta kylmiin rakenneosiin.

Sisäinen konvektio ei kuitenkaan ole sama asia kuin rakennuksen vaipan läpi tapahtuva ilmavuoto. Ilmiöt on erotettava tutkimuksissa ja laskennassa toisistaan.

Miten rakennuksen ilmatiiviys mitataan?

Rakennuksen kokonaisilmatiiviyttä voidaan tutkia tiiviysmittauksella eli painekokeella. Rakennus alipaineistetaan tai ylipaineistetaan tavallisesti 50 Pa:n paine-eroon, ja paine-eron ylläpitämiseen tarvittava ilmavirta mitataan.

Rakennuksen ilmanvuotoluku voidaan esittää tilavuuteen suhteutettuna:

n₅₀ = Q₅₀ / V

jossa:

• n₅₀ = ilmanvuotoluku 50 Pa:n paine-erolla, 1/h
• Q₅₀ = vaipan läpi kulkeva ilmavirta 50 Pa:ssa, m³/h
• V = rakennuksen sisätilavuus, m³.

Ilmanläpäisyluku voidaan esittää vaipan pinta-alaan suhteutettuna:

q₅₀ = Q₅₀ / Aₑ

jossa:

• q₅₀ = ilmanläpäisyluku, m³/(h·m²)
• Q₅₀ = ilmavirta 50 Pa:n paine-erolla, m³/h
• Aₑ = rakennuksen vaipan pinta-ala, m².

Pienempi tulos tarkoittaa kokonaisuutena ilmatiiviimpää rakennusta.

Tiiviysmittauksen 50 Pa:n paine-ero on koetilanne, eikä se vastaa rakennuksen tavanomaista käyttötilannetta. Mittauksen avulla eri rakennuksia ja toteutuksia voidaan kuitenkin vertailla yhdenmukaisesti. Mittausmenetelmä perustuu standardiin SFS-EN ISO 9972. Topten-rakennusvalvonnat: Rakennuksen ilmanpitävyys.

Hyvä kokonaismittaustulos ei vielä todista, ettei rakennuksessa olisi yksittäistä kosteusteknisesti vaarallista vuotokohtaa. Pieni paikallinen vuoto yläpohjassa voi olla merkittävä, vaikka rakennuksen kokonaisilmatiiviys olisi kohtuullinen.

Miten ilmavuodot paikannetaan?

Lämpökuvaus

Sisään virtaava kylmä ilma voi jäähdyttää sisäpintaa ja muodostaa lämpökuvaan poikkeavan kuvion. Tutkimusta voidaan tehostaa alipaineistamalla rakennus hallitusti.

Lämpökuvaus ei yksin kerro:

• ilmavirran tarkkaa määrää
• ilmavirran luonnollista suuntaa
• rakenteen kosteuspitoisuutta
• sitä, onko rakenne jo vaurioitunut.

Lisätietoa: Mitä lämpökuvauksella voidaan havaita rakennuksessa?.

Merkkisavu

Merkkisavulla voidaan havainnollistaa ilman paikallista virtaussuuntaa rakojen ja liittymien läheisyydessä. Menetelmä soveltuu näkyvien pintojen ja liitosten tarkastamiseen, mutta ei osoita rakenteen sisäisen vuotoreitin koko kulkua.

Paine-eromittaus

Paine-eromittauksella selvitetään ilman virtaussuuntaa rakennuksen vaipan tai eri tilojen välillä.

Yksittäinen mittaus kertoo vain mittaushetken tilanteen. Luotettavampi arvio voi edellyttää pidempiaikaista seurantaa, koska tuuli, ulkolämpötila, ovien käyttö ja ilmanvaihdon toimintatilat muuttavat paine-eroja.

Merkkiainekoe

Merkkiaineen avulla voidaan selvittää, kulkeutuuko ilmaa tietystä rakenteesta sisätilaan. Menetelmä soveltuu esimerkiksi alapohjan, ulkoseinän, putkikuilun tai muun rajatun rakenteen ilmavuotojen tutkimiseen.

Rakenneavaus ja kosteusmittaukset

Vuotoreitin paikantaminen ei vielä osoita rakenteessa kosteus- tai mikrobivauriota.

Jos vauriota epäillään, tarvitaan mahdollisesti:

• rakenneavauksia
• materiaalien kosteuspitoisuuden mittauksia
• rakenteen RH-mittauksia
• materiaalinäytteitä
• rakenteen lämpötila- ja olosuhdeseurantaa.

Tutkimusmenetelmät valitaan rakenteen, epäillyn vuotoreitin ja havaittujen vaurioiden perusteella.

Käytännön esimerkki: yläpohjan höyrynsulun epätiiviys

FISEn virhekortissa käsitellään vuonna 1990 valmistunutta puurakenteista rivitaloa, jonka yläpohjan höyrynsulkumuovin saumoja oli jätetty tiivistämättä. Muoviin oli lisäksi tehty sähköputkien läpivientejä viiltämällä reikiä ilman tiivistystä.

Rakennuksen painesuhteet määrittivät ilmavuotojen vaikutuksen.

Alipaineessa yläpohjasta saattoi virrata viileää ilmaa ja mahdollisia epäpuhtauksia sisätiloihin. Rakennuksen yläosan ollessa ylipaineinen lämmin sisäilma puolestaan virtasi reikien kautta yläpohjaan. Sisäilman kosteus saattoi tällöin tiivistyä rakenteiden kylmiin pintoihin ja aiheuttaa pitkään jatkuessaan mikrobivaurion.

Vuotokohtia paikannettiin lämpökuvauksella. Korjaaminen edellytti rakenteiden avaamista sekä höyrynsulun saumojen ja läpivientien tiivistämistä. FISE: Yläpohjan höyrynsulun epätiiviys.

Tapaus osoittaa, että höyrynsulkumuovin olemassaolo ei vielä tarkoita toimivaa ilman- tai höyrynsulkua. Järjestelmän toiminta ratkaistaan saumoissa, liittymissä ja läpivienneissä.

Miten konvektiivinen kosteusriski estetään?

Konvektiivisen kosteudensiirtymisen hallinta perustuu ensisijaisesti ilmavirtausten hallintaan.

Keskeisiä keinoja ovat:

• yhtenäisen ilmansulkukerroksen suunnittelu
• saumojen ja liittymien yksityiskohtainen suunnittelu
• läpivientien määrän vähentäminen
• tarkoitukseen soveltuvien tiivistystuotteiden käyttäminen
• ilmansulun suojaaminen myöhemmiltä asennusvaurioilta
• liitosten tarkastaminen ennen rakenteiden peittämistä
• rakennuksen painesuhteiden hallinta
• ilmanvaihdon mittaus ja säätö
• hallitun korvausilman varmistaminen
• tiiviysmittaus ja vuotokohtien paikantaminen
• korjausten onnistumisen todentaminen.

Ilmansulun toteutuksen valvonta on helpointa ennen sisäverhousten asentamista. Valmiissa rakennuksessa vuotokohtien korjaaminen voi vaatia laajoja purkutöitä.

Tavallisimmat tulkintavirheet

Höyrynsulku estää kaikki ilmavuodot

Ei automaattisesti. Höyrynsulkumateriaali voi olla itsessään ilmatiivis, mutta vuoto tapahtuu yleensä sauman, liittymän, repeämän tai läpiviennin kautta.

Rakennuksen alipaineisuus estää kosteusvauriot

Ei estä. Alipaine vähentää yleensä talviaikaista sisäilman virtausta ulospäin, mutta voi kuljettaa epäpuhtauksia sisäilmaan ja jäähdyttää rakenteita paikallisesti. Rakennuksen yläosassa voi lisäksi esiintyä ylipainetta, vaikka alemmat osat olisivat alipaineisia.

Hyvä ilmanvuotoluku todistaa kaikki liitokset tiiviiksi

Ei todista. Ilmanvuotoluku kuvaa rakennuksen vaipan kokonaisvuotavuutta. Se ei yksin osoita vuotojen sijaintia eikä niiden kosteusteknistä merkitystä.

Ilmavuoto aiheuttaa aina kosteusvaurion

Ei aiheuta. Vaurion syntyminen riippuu ilmavirran suunnasta, kosteussisällöstä, lämpötiloista, vaikutusajasta ja kuivumiskyvystä.

Lämpökuva osoittaa kosteusvaurion

Ei osoita. Lämpökuva voi paljastaa ilmavuotoon tai muuhun lämpötekniseen poikkeamaan viittaavan alueen. Mahdollinen kosteusvaurio pitää varmistaa muilla tutkimusmenetelmillä.

Epätiivis kohta voidaan tiivistää ilman muita selvityksiä

Yksittäinen tiivistys voi siirtää ilmavirran toiseen epätiiviyskohtaan tai muuttaa rakennuksen painesuhteita. Laajoissa tai sisäilmaan vaikuttavissa korjauksissa pitää selvittää myös ilmanvaihto, korvausilma, vuotoreitit ja mahdolliset vauriot.

Yhteenveto

Konvektiossa kosteus siirtyy liikkuvan ilman mukana rakenteen epätiiviyskohdan kautta. Ilmiö eroaa diffuusiosta, jossa vesihöyry siirtyy materiaalien läpi vesihöyryn osapaine-eron vaikutuksesta.

Konvektiiviseen kosteudensiirtymiseen tarvitaan:

• paine-ero
• ilmavuotoreitti
• virtaavaa ilmaa
• ilman sisältämää vesihöyryä.

Talviolosuhteissa ulospäin virtaava lämmin sisäilma voi jäähtyä rakenteen sisällä. Tällöin RH % nousee, kosteutta voi sitoutua materiaaleihin ja kastepisteen alittuessa vesihöyry voi tiivistyä vedeksi.

Vaurioriski on erityisen suuri, kun ilmavuoto:

• jatkuu pitkään tai toistuu
• kohdistuu pienelle alueelle
• johtaa kylmään rakenneosaan
• kuljettaa kosteaa sisäilmaa
• sijaitsee huonosti kuivuvassa rakenteessa.

Toimiva höyrynsulku ei yksin riitä, jos rakenne ei ole ilmatiivis. Konvektion hallinnassa ratkaisevia ovat ilmansulun jatkuvuus, liittymien ja läpivientien tiiviys, hallitut painesuhteet sekä ilmanvaihdon oikea toiminta.

Usein kysytyt kysymykset

Mitä kosteuden konvektio tarkoittaa?

Kosteuden konvektio tarkoittaa vesihöyryn kulkeutumista liikkuvan ilman mukana. Rakennuksessa ilmaa voi virrata esimerkiksi höyrynsulun reiän, tiivistämättömän sauman tai rakennusosien epätiiviin liittymän kautta.

Kumpi on suurempi riski, konvektio vai diffuusio?

Konvektio voi muodostaa diffuusiota suuremman paikallisen kosteusrasituksen, koska ilmavirtaus voi kuljettaa kosteutta nopeasti suoraan rakenteen kylmiin osiin. Diffuusio voi kuitenkin olla merkittävä ilmiö laajalla pinta-alalla tai rakenteessa, jonka vesihöyrynvastus ja kuivumiskyky ovat puutteelliset.

Voiko pieni ilmavuoto aiheuttaa kosteusvaurion?

Voi, jos vuoto jatkuu pitkään, ilmavirta suuntautuu kosteasta tilasta kylmään rakenteeseen ja rakenteen kuivuminen on riittämätöntä. Vuotokohdan fyysinen koko ei yksin ratkaise sen aiheuttamaa riskiä.

Miten konvektiivinen ilmavuoto tutkitaan?

Tutkimuksessa voidaan käyttää tiiviysmittausta, lämpökuvausta, merkkisavua, paine-eromittauksia ja merkkiainekokeita. Mahdollinen kosteusvaurio varmistetaan tarvittaessa rakenneavauksilla ja kosteusmittauksilla.

Aiheeseen liittyvät artikkelit

• Suhteellinen ja absoluuttinen kosteus rakennusfysiikassa – Miten RH %, lämpötila ja ilman todellinen kosteussisältö liittyvät toisiinsa.
• Kastepiste ja kondensoituminen rakenteissa – Mitä kostealle ilmalle tapahtuu sen jäähtyessä ja milloin vesihöyry tiivistyy vedeksi.
• Vesihöyryn diffuusio sekä μ- ja Sd-arvot – Miten vesihöyry siirtyy materiaalien läpi ilman ilmavirtausta.
• Miksi ilmanvuodot ovat rakennuksessa usein suurempi riski kuin pelkkä kosteuden diffuusio? – Käytännönläheinen tarkastelu ilmavuotojen aiheuttamista kosteusriskeistä.
• Mitä tarkoittaa rakennuksen alipaineisuus? – Miten painesuhteet vaikuttavat ilmavirtoihin ja epäpuhtauksien kulkeutumiseen.

Aiheeseen liittyvät ORDOL-palvelut

• Tutkimus- ja kartoituspalvelut – Ilmavuotojen, painesuhteiden, lämpöteknisten poikkeamien ja mahdollisten kosteusvaurioiden tutkiminen.
• Rakennustöiden valvonta – Ilmansulkujen, saumojen, liittymien ja läpivientien työnaikainen laadunvarmistus ennen rakenteiden peittämistä.
• Projektinjohto ja korjaussuunnittelu – Ilmatiiveys- ja kosteusvaurioiden korjausten suunnittelu, kilpailutus ja tekninen koordinointi.
• Tekninen isännöinti – Taloyhtiöiden tutkimus-, korjaus- ja laadunvarmistustoimenpiteiden tekninen ohjaus.

ORDOL alueellasi

• ORDOL Tampere – Rakennusten tutkimus-, valvonta- ja korjaushankkeiden asiantuntijapalvelut Tampereella ja Pirkanmaalla.
• ORDOL Lahti – Rakennustekniset tutkimukset ja korjaushankkeiden asiantuntijapalvelut Lahdessa ja Päijät-Hämeessä.
• ORDOL Helsinki – Rakennusten tutkimus-, rakennuttamis- ja valvontapalvelut Helsingissä ja Uudellamaalla.

Lähteet ja tapausesimerkit

• Ympäristöministeriön asetus rakennusten kosteusteknisestä toimivuudesta 782/2017 – Rakennuksen vaipan ilmanpitävyyttä, höyrytiiviyttä ja kosteusteknistä toimintaa koskevat vaatimukset.
• Ympäristöministeriön ohje rakennusten kosteusteknisestä toimivuudesta – Kosteuskonvektiota, ilmansulkua, painesuhteita ja rakenteiden kosteusteknistä suunnittelua käsittelevä ohje.
• FISE: Yläpohjan höyrynsulun epätiiviys – Toteutunut tapaus tiivistämättömistä höyrynsulkusaumoista ja läpivienneistä.
• Topten-rakennusvalvonnat: Rakennuksen ilmanpitävyys – Rakennuksen ilmatiiviyden osoittamista ja tiiviysmittausta koskeva tulkintakortti.
• Tampereen yliopisto: Asuinrakennusten ilmanpitävyys, sisäilmasto ja energiatalous – Tutkimustietoa rakennusten ilmatiiviydestä ja tyypillisistä ilmavuotokohdista.

‍