Miten lämpö siirtyy rakennuksen rakenteissa?

Rakennusfysiikan perusteet, osa 7/12

Lämpö siirtyy rakennuksessa lämpimämmästä ympäristöstä kylmempään johtumalla, ilmavirtausten mukana ja lämpösäteilyn välityksellä. Rakennuksen ulkovaipassa nämä ilmiöt vaikuttavat samanaikaisesti, mutta niiden suhteellinen merkitys vaihtelee rakenteen, materiaalien, ilmatiiviyden ja olosuhteiden mukaan.

Lämmön siirtyminen vaikuttaa rakennuksen energiankulutuksen lisäksi rakenteiden pintalämpötiloihin ja kosteustekniseen toimintaan. Jos sisäpinta jäähtyy riittävästi, pinnan läheisen ilman suhteellinen kosteus nousee. Tällöin materiaalit voivat sitoa kosteutta, mikrobikasvun edellytykset voivat muodostua ja kastepisteen alittuessa pinnalle voi tiivistyä vettä.

Rakenteen hyvä U-arvo ei yksin takaa kaikkien pintojen riittävän korkeaa lämpötilaa. Paikallinen kylmäsilta, eristepuute, ilmavuoto tai rakennusosien liittymä voi jäähdyttää pienen alueen huomattavasti muuta rakennetta kylmemmäksi.

Millä tavoilla lämpö siirtyy rakennuksessa?

Rakennusfysiikassa lämmön siirtyminen jaetaan tavallisesti kolmeen päämekanismiin:

• johtuminen
• konvektio
• lämpösäteily.

Lisäksi veden haihtumiseen ja tiivistymiseen liittyy lämpöenergian sitoutumista ja vapautumista. Tätä kutsutaan latentiksi lämmöksi.

Lämmön johtuminen

Johtumisessa lämpöenergia siirtyy materiaalin sisällä ilman, että materiaali kokonaisuutena liikkuu.

Kun ulkoseinän sisäpuoli on talvella lämmin ja ulkopuoli kylmä, lämpöä johtuu seinärakenteen läpi sisältä ulospäin. Lämmön siirtymisen määrä riippuu esimerkiksi:

• materiaalien lämmönjohtavuudesta
• materiaalikerrosten paksuudesta
• rakenteen pinta-alasta
• sisä- ja ulkolämpötilan erosta
• rakennekerrosten jatkuvuudesta
• kylmäsilloista
• materiaalien kosteuspitoisuudesta.

Metallit johtavat lämpöä erittäin tehokkaasti. Lämmöneristeiden lämmönjohtavuus on puolestaan pieni. Betoni, tiili ja erilaiset puumateriaalit sijoittuvat näiden väliin.

Tämän vuoksi esimerkiksi lämmöneristekerroksen läpäisevä teräsosa voi muodostaa voimakkaan kylmäsillan, vaikka sen pinta-ala olisi melko pieni.

Konvektio

Konvektiossa lämpö siirtyy kaasun tai nesteen liikkeen mukana.

Rakennuksessa konvektiota tapahtuu esimerkiksi:

• huoneilman liikkuessa lämpöpatterin ympärillä
• lämpimän ilman noustessa ylöspäin
• kylmän ilman laskeutuessa ikkunapinnalta alaspäin
• ilman virratessa rakennuksen epätiiviyskohdista
• ilman liikkuessa tuuletusvälissä tai rakenneontelossa
• ilmanvaihdon kuljettaessa lämpöä rakennuksesta ulos.

Pinnan ja ilman välistä lämmönsiirtoa kuvataan konvektiivisella lämpövirralla:

q₍c₎ = h₍c₎ × (Tₐ − Tₛ)

jossa:

• q₍c₎ = konvektiivinen lämpövirran tiheys, W/m²
• h₍c₎ = konvektiivinen lämmönsiirtokerroin, W/(m²K)
• Tₐ = ilman lämpötila
• Tₛ = pinnan lämpötila.

Ilman liike vaikuttaa siihen, kuinka tehokkaasti lämpö siirtyy huoneilmasta rakenteen sisäpinnalle. Jos suuri kaappi tai paksu verho estää ilman kiertämisen ulkoseinän pinnalla, pinta voi jäähtyä ympäröivää seinää kylmemmäksi.

Rakenteen läpi kulkeva ilmavirtaus ei ole sama asia kuin lämpimän ilman luonnollinen kierto huonetilassa. Ilmavuoto voi siirtää nopeasti sekä lämpöä että kosteutta. Ilmiötä käsitellään tarkemmin artikkelissa Konvektio – kosteuden kulkeutuminen ilmavirtausten mukana.

Lämpösäteily

Kaikki pinnat lähettävät lämpösäteilyä lämpötilansa perusteella. Lämpöä siirtyy säteilyn välityksellä lämpimämmältä pinnalta kylmemmälle ilman välissä olevan ilman varsinaista liikkumista.

Kahden pinnan välistä säteilylämmönsiirtoa voidaan yksinkertaistetusti kuvata:

q₍r₎ = ε × σ × (T₁⁴ − T₂⁴)

jossa:

• q₍r₎ = säteilylämpövirran tiheys, W/m²
• ε = pinnan emissiivisyyteen ja pintojen väliseen säteilyvaihtoon liittyvä kerroin
• σ = Stefan–Boltzmannin vakio
• T₁ ja T₂ = pintojen absoluuttiset lämpötilat kelvineinä.

Käytännössä ihminen voi kokea tilan kylmäksi, vaikka huoneilman lämpötila olisi normaali, jos ympäröivät seinä- tai ikkunapinnat ovat kylmiä. Ihmiskeho luovuttaa tällöin säteilylämpöä kylmiin pintoihin tavallista enemmän.

Tämän vuoksi lämpöviihtyvyyttä ei voida arvioida pelkän huoneilman lämpötilan perusteella.

Mitä materiaalin lämmönjohtavuus tarkoittaa?

Materiaalin kykyä johtaa lämpöä kuvataan lämmönjohtavuudella eli lambda-arvolla λ.

Sen yksikkö on:

W/(mK)

Mitä pienempi λ-arvo on, sitä heikommin materiaali johtaa lämpöä ja sitä paremmin se toimii lämmöneristeenä.

Tasaisen materiaalikerroksen läpi johtuva lämpövirran tiheys voidaan yksinkertaistetussa yksiulotteisessa tilanteessa esittää:

q = λ × ΔT / d

jossa:

• q = lämpövirran tiheys, W/m²
• λ = materiaalin lämmönjohtavuus, W/(mK)
• ΔT = materiaalikerroksen puolten välinen lämpötilaero, K
• d = materiaalikerroksen paksuus, m.

Jos materiaalin paksuus kaksinkertaistetaan muiden tekijöiden pysyessä samoina, sen läpi johtuva lämpövirta pienenee periaatteessa puoleen.

Todellisessa rakenteessa tulokseen vaikuttavat kuitenkin myös:

• useat materiaalikerrokset
• runkotolpat ja muut lämmöneristeen katkaisevat osat
• kiinnikkeet
• ilmaraot
• kylmäsillat
• eristeen asennustapa
• materiaalin kosteus
• lämpötilasta riippuvat materiaaliominaisuudet.

Tuotteen ilmoitettu lämmönjohtavuus ei siksi yksin kerro valmiin rakennusosan todellista lämpöteknistä toimintaa.

Mitä lämmönvastus tarkoittaa?

Materiaalikerroksen lämmönvastus kertoo, kuinka voimakkaasti kerros vastustaa lämmön johtumista.

Tasaisen materiaalikerroksen lämmönvastus lasketaan:

R = d / λ

jossa:

• R = materiaalikerroksen lämmönvastus, m²K/W
• d = materiaalikerroksen paksuus, m
• λ = materiaalin lämmönjohtavuus, W/(mK).

Mitä suurempi lämmönvastus on, sitä vähemmän lämpöä kerroksen läpi johtuu määrätyllä lämpötilaerolla.

Monikerroksisen rakenteen kokonaislämmönvastus voidaan yksinkertaistetussa tilanteessa esittää:

Rₜ = Rₛᵢ + R₁ + R₂ + … + Rₙ + Rₛₑ

jossa:

• Rₜ = rakenteen kokonaislämmönvastus
• Rₛᵢ = sisäpinnan pintavastus
• R₁…Rₙ = rakennekerrosten lämmönvastukset
• Rₛₑ = ulkopinnan pintavastus.

Pintavastukset kuvaavat lämmönsiirtoa rakenteen pinnan ja sitä ympäröivän ilman välillä. Niihin vaikuttavat konvektio ja lämpösäteily.

Pintavastus ei ole kaikissa tilanteissa sama. Siihen vaikuttavat muun muassa:

• lämpövirran suunta
• ilman liike
• pinnan asento
• pinnan säteilyominaisuudet
• kalusteet ja verhot
• ulkopuolella tuuli.

Mitä U-arvo kertoo?

Rakennusosan lämmönläpäisykerrointa kutsutaan U-arvoksi. Sen yksikkö on:

W/(m²K)

U-arvo kertoo jatkuvuustilanteessa, kuinka suuri lämpövirta kulkee yhden neliömetrin suuruisen rakennusosan läpi, kun rakenteen eri puolilla olevien ympäristöjen lämpötilaero on yksi kelvin.

Yksinkertaistetusti:

U = 1 / Rₜ

jossa:

• U = rakennusosan lämmönläpäisykerroin, W/(m²K)
• Rₜ = rakennusosan kokonaislämmönvastus, m²K/W.

Mitä pienempi U-arvo on, sitä vähemmän lämpöä rakennusosan läpi johtuu.

Rakennusosan läpi kulkeva lämpövirta voidaan laskea:

Φ = U × A × ΔT

jossa:

• Φ = lämpövirta, W
• U = rakennusosan U-arvo, W/(m²K)
• A = rakennusosan pinta-ala, m²
• ΔT = sisä- ja ulkolämpötilan ero, K.

U-arvo kuvaa rakennusosaa kokonaisuutena, mutta ei välttämättä osoita yksittäisen liittymän tai paikallisen kohdan pintalämpötilaa. Esimerkiksi seinän keskimääräinen U-arvo voi olla hyvä, vaikka ikkunaliittymässä tai välipohjan kohdalla olisi voimakas kylmäsilta.

Laskentaesimerkki lämmöneristekerroksesta

Oletetaan yksinkertaistettu seinärakenne, jossa on 200 millimetriä mineraalivillaa. Eristeen lämmönjohtavuudeksi oletetaan:

λ = 0,037 W/(mK)

Eristekerroksen paksuus metreinä on:

d = 0,20 m

Eristekerroksen lämmönvastus on:

R = 0,20 m / 0,037 W/(mK)

R ≈ 5,41 m²K/W

Jos laskennassa käytetään sisäpinnan pintavastuksena 0,13 m²K/W ja ulkopinnan pintavastuksena 0,04 m²K/W, yksinkertaistettu kokonaislämmönvastus on:

Rₜ = 0,13 + 5,41 + 0,04

Rₜ ≈ 5,58 m²K/W

U-arvoksi saadaan:

U = 1 / 5,58

U ≈ 0,18 W/(m²K)

Jos sisä- ja ulkolämpötilan ero on 30 K, seinän lämpövirran tiheys on:

q = U × ΔT

q = 0,18 W/(m²K) × 30 K

q ≈ 5,4 W/m²

Laskelma on tarkoituksella yksinkertaistettu. Siinä ei ole huomioitu esimerkiksi:

• sisä- ja ulkoverhouksia
• rankarakenteita
• kiinnikkeitä
• liitoksia
• eristeen asennuspoikkeamia
• ilmavuotoja
• materiaalien kosteutta
• viivamaisia tai pistemäisiä kylmäsiltoja.

Pelkästä eristepaksuudesta laskettu arvo voi tämän vuoksi antaa todellista rakennetta liian hyvän kuvan.

Miten sisäpinnan lämpötila muodostuu?

Rakenteen sisäpinnan lämpötila asettuu huoneilman ja ulkoilman lämpötilojen välille.

Yksinkertaistetussa jatkuvuustilanteessa sisäpinnan lämpötila voidaan arvioida:

Tₛᵢ = Tᵢ − q × Rₛᵢ

jossa:

• Tₛᵢ = sisäpinnan lämpötila
• Tᵢ = sisäilman lämpötila
• q = rakenteen lämpövirran tiheys, W/m²
• Rₛᵢ = sisäpinnan pintavastus, m²K/W.

Edellisen esimerkin mukaan:

Tᵢ = +21 °C

q ≈ 5,4 W/m²

Rₛᵢ = 0,13 m²K/W

Tällöin:

Tₛᵢ = 21 − 5,4 × 0,13

Tₛᵢ ≈ +20,3 °C

Hyvin eristetyn tasaisen seinärakenteen sisäpinta pysyy siis melko lähellä huoneilman lämpötilaa.

Todellisessa rakennuksessa paikallinen pintalämpötila voi kuitenkin olla huomattavasti alempi esimerkiksi:

• kylmäsillan
• eristepuutteen
• ilmavuodon
• märän lämmöneristeen
• ikkunan tai oven liittymän
• rakenteen geometrian
• heikon sisäpuolisen ilman kierron vuoksi.

Miksi pintalämpötila on kosteusteknisesti tärkeä?

Pinnan lämpötila vaikuttaa pinnan lähellä olevan ilman suhteelliseen kosteuteen.

Kun sisäilma jäähtyy kylmän pinnan läheisyydessä, ilman kyllästysvesihöyrynpaine pienenee. Jos ilman sisältämän vesihöyryn määrä ei samalla vähene, suhteellinen kosteus nousee.

Pinnan läheinen suhteellinen kosteus voidaan arvioida:

φₛᵢ = pᵥ / pₛₐₜ(Tₛᵢ)

jossa:

• φₛᵢ = suhteellinen kosteus pinnan lämpötilassa
• pᵥ = sisäilman vesihöyryn osapaine
• pₛₐₜ(Tₛᵢ) = kyllästysvesihöyrynpaine pinnan lämpötilassa
• Tₛᵢ = sisäpinnan lämpötila.

Pinnan ei tarvitse jäähtyä kastepisteeseen asti, jotta kosteusriski kasvaa. Pitkäaikaisesti korkea pinta-RH voi mahdollistaa materiaalin kosteuspitoisuuden nousun ja mikrobikasvun, vaikka pinnalla ei näkyisi vesipisaroita.

Lämpötilan ja RH-arvon yhteyttä käsitellään tarkemmin artikkelissa Suhteellinen ja absoluuttinen kosteus rakennusfysiikassa. Näkyvän veden muodostumista käsitellään artikkelissa Kastepiste ja kondensoituminen rakenteissa.

Mitä lämpötilaindeksi kertoo?

Pintalämpötilaa voidaan arvioida lämpötilaindeksillä:

TI = (Tₛₚ − Tₒ) / (Tᵢ − Tₒ) × 100 %

jossa:

• TI = lämpötilaindeksi, %
• Tₛₚ = sisäpinnan lämpötila, °C
• Tᵢ = sisäilman lämpötila, °C
• Tₒ = ulkoilman lämpötila, °C.

Oletetaan, että:

• sisäilman lämpötila on +21 °C
• ulkoilman lämpötila on −10 °C
• mitattu pintalämpötila on +15 °C.

Tällöin:

TI = [15 − (−10)] / [21 − (−10)] × 100 %

TI = 25 / 31 × 100 %

TI ≈ 81 %

Lämpötilaindeksi suhteuttaa mitatun pintalämpötilan sisä- ja ulkolämpötilojen eroon. Näin eri ulkolämpötiloissa tehtyjä mittauksia voidaan tietyin rajoituksin verrata keskenään.

Lämpötilaindeksiä ei pidä tulkita ilman tietoa mittausolosuhteista ja mittauskohdasta. Asumisterveysasetuksessa 545/2015 määritetyt toimenpiderajat koskevat asetuksen mukaista terveydellisten olosuhteiden arviointia. Ne eivät ole yleisiä rakennesuunnittelun hyväksymisrajoja eivätkä osoita, että niiden yläpuolella kosteusvaurio olisi mahdoton.

Mitä kylmäsilta tarkoittaa?

Kylmäsilta on rakennuksen vaipan paikallinen kohta, jonka lämmönvastus on ympäröivää rakennetta pienempi. Lämpöä siirtyy sen kautta tavallista enemmän, minkä vuoksi sisäpinnan lämpötila voi laskea.

Kylmäsilta voi muodostua:

• lämmöneristeen katkeamisesta tai ohenemisesta
• eristeen läpäisevästä betonista tai metallista
• rakennusosien liittymän geometriasta
• eristeen painumisesta tai asennuspuutteesta
• kantavasta rakenneosasta
• kiinnikkeestä tai läpiviennistä.

Kylmäsillat jaetaan tavallisesti:

• säännöllisiin kylmäsiltoihin
• viivamaisiin kylmäsiltoihin
• pistemäisiin kylmäsiltoihin.

Viivamaisen kylmäsillan vaikutusta kuvataan lisäkonduktanssilla ψ, jonka yksikkö on W/(mK). Pistemäisen kylmäsillan vaikutusta kuvataan lisäkonduktanssilla χ, jonka yksikkö on W/K.

Kylmäsiltojen luokittelua, laskentaa, kosteusteknisiä vaikutuksia ja korjaamista käsitellään yksityiskohtaisesti artikkelissa Miksi kylmäsillat aiheuttavat kosteutta ja homevaurioita?.

Mitä lämpökapasiteetti tarkoittaa?

Lämpökapasiteetti kuvaa materiaalin kykyä varastoida lämpöenergiaa.

Materiaalin lämpötilan muuttamiseen tarvittava lämpöenergia voidaan esittää:

Q = m × c × ΔT

jossa:

• Q = lämpöenergia, J
• m = materiaalin massa, kg
• c = ominaislämpökapasiteetti, J/(kgK)
• ΔT = lämpötilan muutos, K.

Raskaat betoni- ja tiilirakenteet voivat varastoida huomattavan määrän lämpöä. Ne lämpenevät ja jäähtyvät hitaammin kuin kevyet rakenteet.

Lämpökapasiteetti ja lämmöneristävyys eivät tarkoita samaa asiaa.

Materiaali voi varastoida paljon lämpöä mutta samalla johtaa lämpöä melko tehokkaasti. Esimerkiksi paksu betoniseinä voi tasata sisälämpötilan lyhytaikaisia vaihteluita, mutta ilman riittävää lämmöneristystä sen U-arvo voi olla heikko.

Lämmöneriste puolestaan vähentää lämmön johtumista, vaikka sen oma lämpöä varastoiva massa olisi pieni.

Kosteus vaikuttaa materiaalien lämmönjohtavuuteen

Monien huokoisten materiaalien lämmönjohtavuus kasvaa kosteuspitoisuuden noustessa.

Kuivan huokosilman lämmönjohtavuus on pieni. Kun huokosiin sitoutuu tai kertyy vettä, lämpö voi siirtyä materiaalissa tehokkaammin.

Kastunut lämmöneriste voi tämän vuoksi:

• eristää suunniteltua heikommin
• alentaa rakenteen pintalämpötilaa
• lisätä lämpöhäviötä
• hidastaa rakenteen kuivumista
• lisätä kosteuden tiivistymisen riskiä viereisissä kerroksissa.

Kosteuden vaikutus ei ole kaikissa materiaaleissa yhtä suuri. Arvioinnissa tarvitaan materiaalikohtaisia ominaisuuksia ja tietoa todellisesta kosteustilasta. Materiaalien kosteudensitoutumista käsitellään artikkelissa Hygroskooppisuus ja materiaalien kosteuskäyttäytyminen.

Tyypilliset lämpötekniset riskikohdat

Rakennuksen lämpötekniset poikkeamat keskittyvät usein rakennusosien liittymiin ja kohtiin, joissa lämmöneristeen tai ilmansulun jatkuvuus katkeaa.

Tyypillisiä riskikohtia ovat:

• ulkoseinän ja alapohjan liittymä
• ulkoseinän ja yläpohjan liittymä
• ulko- ja sisänurkat
• ikkunan ja oven karmiliittymät
• ikkuna- ja ovipalkit
• välipohjan ja ulkoseinän liittymä
• betoniset parvekelaatat
• elementtien saumat
• sokkelit ja maanvastaiset liittymät
• julkisivujen kiinnikkeet
• teräsrakenteet
• lämmöneristeiden saumat
• putki- ja johtoläpiviennit
• vanhan ja uuden rakenteen liittymät
• sisäpuolelta lisäeristetyt rakenteet
• suurten kalusteiden taakse jäävät ulkoseinäpinnat.

Samanlainen kylmä pintakuvio voi kuitenkin johtua eri syistä. Pelkän sijainnin tai lämpökuvan perusteella ei voida varmasti päätellä, onko kyse kylmäsillasta, ilmavuodosta, eristepuutteesta, kosteudesta vai näiden yhdistelmästä.

Käytännön esimerkki: ikkunan sisäpinnan jäähtyminen

Talvella ikkunan sisäpinnan lämpötila on tavallisesti ympäröivää seinäpintaa matalampi, koska ikkunan U-arvo on yleensä seinää suurempi.

Ikkunan lähellä huoneilma jäähtyy. Jäähtyneen ilman tiheys kasvaa ja ilma valuu ikkunapintaa pitkin alaspäin. Tämä voi tuntua vetona, vaikka ikkunaliittymä olisi ilmatiivis.

Tilanteessa voi vaikuttaa samanaikaisesti:

• lasiosan lämmönläpäisy
• ikkunan karmin kylmäsillat
• lasin reuna-alueen lämpötekninen toiminta
• karmiliittymän lämmöneristys
• liittymän ilmatiiviys
• ikkunan alapuolisen lämmityslaitteen toiminta
• verhojen vaikutus ilman kiertoon
• sisäilman kosteuspitoisuus
• ulkoilman lämpötila.

Jos ikkunan sisäpinta alittaa sisäilman kastepisteen, pinnalle voi tiivistyä vettä. Kondenssi ei silti yksin osoita ikkunassa olevan rakennusvirhettä. Syynä voi olla myös poikkeuksellisen korkea sisäilman kosteus, heikko ilmanvaihto tai lämmityksen puute.

Vastaavasti kondenssin puuttuminen ei osoita ikkunaliittymän olevan lämpöteknisesti virheetön.

Miten lämpöteknisiä poikkeamia tutkitaan?

Lähtötietojen tarkastaminen

Ennen mittauksia selvitetään mahdollisuuksien mukaan:

• rakennuksen ikä ja rakennustapa
• rakennepiirustukset
• liitosdetaljit
• lämmöneristeiden materiaalit ja paksuudet
• tehdyt korjaukset
• ikkunoiden ja ovien uusiminen
• lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmä
• havaintojen vuodenaikaisuus
• tilojen käyttö ja kosteuskuormitus.

Ilman rakennetyypin tuntemista sama lämpötilapoikkeama voidaan tulkita usealla eri tavalla.

Olosuhdemittaukset

Tutkimuksessa mitataan tavallisesti samanaikaisesti:

• sisäilman lämpötila
• ulkoilman lämpötila
• sisäilman suhteellinen kosteus
• tarvittaessa ulkoilman suhteellinen kosteus
• pintalämpötilat
• rakennuksen paine-ero.

Yksittäinen pintalämpötila ilman olosuhdetietoja on vaikeasti tulkittava. Myös nopeasti muuttunut ulkolämpötila voi aiheuttaa tilanteen, jossa raskas rakenne ei ole vielä saavuttanut uutta lämpötilajakaumaa.

Pintalämpötilan mittaaminen

Pintalämpötila voidaan mitata kosketusanturilla tai tarkoitukseen soveltuvalla infrapunalämpömittarilla.

Mittauksessa pitää huomioida:

• mittalaitteen tarkkuus
• mittausetäisyys
• mitattavan alueen koko
• pinnan materiaali
• emissiivisyys
• heijastukset
• mittauskohdan lämpötilan pysyvyys
• ilman liike pinnalla.

Erityisesti kiiltäviltä metalli- ja lasipinnoilta saatu infrapunamittaus voi vääristyä ympäristön lämpösäteilyn heijastumisen vuoksi.

Lämpökuvaus

Lämpökuvaus näyttää pintalämpötilojen jakauman ja auttaa paikantamaan poikkeavia alueita.

Lämpökuvauksella voidaan havaita esimerkiksi:

• kylmäsiltoihin viittaavia alueita
• eristepuutteita
• ilmavuotojen jäähdyttämiä pintoja
• rakenteiden epäjatkuvuuksia
• lämmitysjärjestelmän toiminnan poikkeamia
• joissakin tilanteissa kosteuteen viittaavia lämpötilapoikkeamia.

Lämpökamera ei näe rakenteen sisään eikä osoita lämpötilapoikkeaman syytä varmasti. Kosteus, ilmavuoto, kylmäsilta ja puuttuva eriste voivat muodostaa osittain samankaltaisia kuvioita.

Menetelmän käyttöä ja rajoituksia käsitellään tarkemmin artikkelissa Mitä lämpökuvauksella voidaan havaita rakennuksessa?.

Ilmavuototutkimukset

Jos pintalämpötilan poikkeaman epäillään johtuvan ilmavuodosta, tutkimusta voidaan täydentää:

• merkkisavulla
• paine-eromittauksella
• rakennuksen hallitulla alipaineistuksella
• ilmatiiviysmittauksella
• merkkiainekokeella.

Ilmavuodon vaikutus voi muuttua rakennuksen painesuhteiden mukana. Johtumisesta aiheutuva kylmäsilta seuraa yleensä rakenteen geometriaa ja materiaaleja.

Rakenneavaukset ja laskennallinen tarkastelu

Rakenteen todellinen toteutus voidaan tarvittaessa varmistaa rakenneavauksella.

Laskennallista tarkastelua voidaan käyttää esimerkiksi:

• U-arvon määrittämiseen
• lämpötilajakauman arviointiin
• kylmäsillan lisäkonduktanssin laskentaan
• sisäpinnan lämpötilan arviointiin
• korjausvaihtoehtojen vertailuun
• rakenteen lämpö- ja kosteusteknisen toiminnan arviointiin.

Yksinkertainen yksiulotteinen laskenta ei riitä monimutkaisen liitoskohdan arviointiin. Nurkat, palkit, parvekeliittymät ja muut kylmäsillat voivat edellyttää kaksi- tai kolmiulotteista lämpövirtalaskentaa.

Todellinen vaurioesimerkki: yläpohjan höyrynsulun epätiiviys

FISEn virhekortissa kuvataan yläpohjan höyrynsulun epätiiviyteen liittyvä tapaus, jossa sisäilmaa pääsi virtaamaan yläpohjarakenteeseen. Ilmavuotokohdat voitiin paikantaa lämpökuvauksen avulla.

Tapaus osoittaa, ettei lämpökuvassa näkyvä kylmä alue välttämättä johdu varsinaisesta materiaalin muodostamasta kylmäsillasta. Pinnan jäähtyminen voi aiheutua myös epätiiviyskohdasta sisään virtaavasta kylmästä ilmasta tai rakenteeseen suuntautuvasta ilmavirtauksesta.

Ilmavuoto on kosteusteknisesti merkittävä, koska lämmin sisäilma voi kuljettaa rakenteeseen vesihöyryä huomattavasti enemmän kuin pelkkä diffuusio. Kun ilma jäähtyy rakenteessa, suhteellinen kosteus nousee ja kosteutta voi tiivistyä.

Tapaus on kuvattu tarkemmin FISEn virhekortissa Yläpohjan höyrynsulun epätiiviys.

Miten lämpötekninen puute korjataan?

Korjaustapa valitaan vasta, kun poikkeaman syy ja rakenne on selvitetty.

Mahdollisia korjausperiaatteita ovat:

• puuttuvan tai painuneen lämmöneristeen uusiminen
• lämmöneristekerroksen muuttaminen yhtenäiseksi
• rakennusosien liittymän lämpötekninen parantaminen
• ulkopuolisen lisälämmöneristyksen asentaminen
• lämpökatkon toteuttaminen
• ikkuna- ja oviliittymien eristyksen parantaminen
• ilmavuotokohtien tiivistäminen
• vaurioituneiden materiaalien poistaminen
• lämmityksen ja ilmanvaihdon toiminnan korjaaminen
• sisäilman kosteuskuormituksen vähentäminen.

Ulkopuolinen yhtenäinen lisälämmöneristys on rakennusfysikaalisesti usein turvallisempi kuin paikallinen sisäpuolinen eristys. Ulkopuolinen eristys nostaa vanhan rakenteen lämpötilaa ja voi vähentää useiden kylmäsiltojen vaikutusta.

Sisäpuolinen lisäeristys voi puolestaan jäähdyttää vanhaa rakennetta ja muuttaa sen kosteuden siirtymis- ja kuivumisolosuhteita. Väärin toteutettuna se voi siirtää kosteusongelman näkyvältä pinnalta eristeen taakse.

Korjausta ei siksi pidä suunnitella pelkän lämpökuvan tai yhden pintalämpötilan perusteella.

Tavallisimmat tulkintavirheet

Pieni U-arvo takaa korkean pintalämpötilan kaikkialla

Ei takaa. U-arvo kuvaa rakennusosan yleistä lämmönläpäisyä. Paikallinen liittymä, ilmavuoto tai kylmäsilta voi silti muodostaa matalan pintalämpötilan.

Paksu seinä eristää aina hyvin

Ei välttämättä. Eristyskyky riippuu materiaalien lämmönjohtavuudesta, ei pelkästä paksuudesta. Paksu betoni- tai tiilirakenne voi varastoida lämpöä hyvin mutta johtaa sitä huomattavasti tehokkaammin kuin lämmöneriste.

Lämpökuvassa näkyvä kylmä kohta on aina eristepuute

Ei ole. Poikkeaman voi aiheuttaa esimerkiksi kylmäsilta, ilmavuoto, märkä materiaali, lämmitysjärjestelmä, ilman liike, rakenteen geometria tai kuvausolosuhteet.

Kylmä pinta tarkoittaa automaattisesti kosteusvauriota

Ei tarkoita. Matala pintalämpötila lisää kosteusriskiä, mutta vaurion synty riippuu myös sisäilman kosteudesta, materiaalista ja vaikutusajasta. Vaurio pitää todentaa siihen soveltuvilla menetelmillä.

Kondenssin puuttuminen tarkoittaa, ettei kosteusriskiä ole

Ei tarkoita. Materiaalin pinnan suhteellinen kosteus voi olla pitkään mikrobikasvun kannalta haitallisen korkea ennen näkyvän kondenssin muodostumista.

Sisäpuolinen lisäeristys on aina helppo ratkaisu

Ei ole. Sisäpuolinen eristys voi jäähdyttää vanhaa rakennetta ja muodostaa piilevän kosteus- tai mikrobiriskin uuden eristekerroksen taakse.

Yhteenveto

Lämpö siirtyy rakennuksessa johtumalla, konvektion mukana ja lämpösäteilyn välityksellä.

Materiaalin lämmönjohtavuutta kuvataan λ-arvolla. Materiaalikerroksen lämmönvastus riippuu sen paksuudesta ja lämmönjohtavuudesta:

R = d / λ

Rakennusosan U-arvo saadaan kokonaislämmönvastuksen käänteislukuna:

U = 1 / Rₜ

Rakennusosan läpi kulkeva lämpövirta riippuu U-arvosta, pinta-alasta ja lämpötilaerosta:

Φ = U × A × ΔT

U-arvo ei kuitenkaan yksin kuvaa rakenteen paikallisia pintalämpötiloja. Liitokset, kylmäsillat, eristepuutteet ja ilmavuodot voivat jäähdyttää yksittäisen alueen muuta rakennetta kylmemmäksi.

Pintalämpötila on kosteusteknisesti tärkeä, koska ilman suhteellinen kosteus nousee ilman jäähtyessä. Pinta voi muodostua mikrobikasvulle suotuisaksi jo ennen näkyvän kondenssin syntymistä.

Lämpöteknisen poikkeaman tutkiminen edellyttää yleensä pintalämpötilojen lisäksi sisä- ja ulkolämpötilojen, sisäilman kosteuden, painesuhteiden, rakennetyypin ja mittausolosuhteiden huomioimista.

Lämpökuvaus auttaa paikantamaan poikkeamia, mutta ei yksin osoita niiden syytä. Korjaustavan pitää perustua rakenteen ja poikkeaman aiheuttajan selvittämiseen.

Usein kysytyt kysymykset

Mitä eroa on lämmönjohtavuudella ja U-arvolla?

Lämmönjohtavuus eli λ-arvo on yksittäisen materiaalin ominaisuus. U-arvo kuvaa kokonaisen rakennusosan, kuten seinän, katon tai ikkunan, lämmönläpäisyä kaikkine rakennekerroksineen ja pintavastuksineen.

Tarkoittaako matala pintalämpötila aina kylmäsiltaa?

Ei. Matala pintalämpötila voi johtua myös ilmavuodosta, eristepuutteesta, kosteudesta, lämmityksen puutteesta, kalusteiden estämästä ilman kierrosta tai mittausolosuhteista.

Voiko pinnalla olla kosteusriski ilman näkyvää kondenssia?

Voi. Pinnan läheisen ilman suhteellinen kosteus voi nousta pitkäksi aikaa korkeaksi, vaikka kastepiste ei vielä alittuisi eikä pinnalle muodostuisi näkyvää vettä.

Voidaanko rakenteen U-arvo mitata lämpökameralla?

Ei suoraan. Lämpökamera mittaa pintalämpötilojen jakaumaa. U-arvon kenttämittaus edellyttää hallittuja olosuhteita, lämpövirran mittaamista ja riittävän pitkäaikaista seurantaa. Tavallisesta lämpökuvasta ei voida määrittää luotettavaa U-arvoa.

Aiheeseen liittyvät artikkelit

• Miksi kylmäsillat aiheuttavat kosteutta ja homevaurioita? – Kylmäsiltojen tyypit, pintalämpötilat, lämpötilaindeksi, kosteusriski ja korjausperiaatteet.
• Kastepiste ja kondensoituminen rakenteissa – Miten ilman jäähtyminen nostaa RH-arvoa ja milloin vesihöyry alkaa tiivistyä vedeksi.
• Konvektio – kosteuden kulkeutuminen ilmavirtausten mukana – Miten ilmavirtaukset siirtävät rakennuksessa lämpöä ja kosteutta.
• Mitä lämpökuvauksella voidaan havaita rakennuksessa? – Lämpökuvauksen mahdollisuudet ja rajoitukset eristepuutteiden, ilmavuotojen ja kylmäsiltojen tutkimisessa.

Aiheeseen liittyvät ORDOL-palvelut

• Tutkimus- ja kartoituspalvelut – Rakennusten lämpöteknisten poikkeamien, eristepuutteiden, ilmavuotojen ja mahdollisten kosteusvaurioiden tutkiminen.
• Projektinjohto ja korjaussuunnittelu – Lämpöteknisten puutteiden korjausvaihtoehtojen arviointi ja toteutuskelpoisten korjausratkaisujen suunnittelu.
• Rakennustöiden valvonta – Lämmöneristysten, liittymien, ilmatiiviyden ja muiden peittyvien työvaiheiden tekninen valvonta.

ORDOL alueellasi

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

Lähteet ja lisätietoa

• Ympäristöministeriö: Rakennusosien lämmönläpäisykertoimen laskenta 2024 – Rakennusosien U-arvojen, lämmönvastusten ja materiaaliominaisuuksien laskentaperiaatteet.
• Ympäristöministeriö: Rakennuksen energiankulutuksen ja lämmitystehontarpeen laskenta – Rakennuksen lämpöhäviöiden ja lämmitystehontarpeen laskentamenetelmät.
• Ympäristöministeriö: Viivamaisten lisäkonduktanssien laskentaopas – Rakennusosien liitosten kylmäsiltojen ja viivamaisten lisäkonduktanssien laskenta.
• Ympäristöministeriön asetus uuden rakennuksen energiatehokkuudesta 1010/2017 – Rakennusten energiatehokkuutta, lämpöhäviöitä ja kylmäsiltojen huomioon ottamista koskevat vaatimukset.
• Sosiaali- ja terveysministeriön asumisterveysasetus 545/2015 – Asuntojen lämpöolojen ja pintalämpötilojen terveydelliset toimenpiderajat.
• FISE: Yläpohjan höyrynsulun epätiiviys – Todellinen esimerkki ilmavuodon aiheuttamasta lämpö- ja kosteusteknisestä poikkeamasta.

‍