Vesihöyryn diffuusio sekä μ- ja Sd-arvot

Rakennusfysiikan perusteet, osa 3/12

Vesihöyryn diffuusio on yksi rakennusten kosteudensiirtymismuodoista. Diffuusiolla tarkoitetaan vesihöyryn siirtymistä suuremmasta vesihöyryn osapaineesta pienempään materiaalin tai rakennekerroksen läpi.

Rakenteen kykyä vastustaa vesihöyryn diffuusiota kuvataan muun muassa materiaalin vesihöyrynvastuskertoimella eli μ-arvolla sekä rakennekerroksen vesihöyrynvastusta kuvaavalla Sd-arvolla.

μ-arvo kertoo materiaalin ominaisuudesta. Sd-arvo ottaa huomioon sekä materiaalin ominaisuuden että rakennekerroksen paksuuden.

Arvojen perusteella voidaan vertailla materiaaleja ja arvioida rakennekerrosten vaikutusta vesihöyryn siirtymiseen. Yksittäinen μ- tai Sd-arvo ei kuitenkaan osoita, että rakenne olisi automaattisesti kosteusteknisesti toimiva.

Rakenteen toimintaan vaikuttavat lisäksi:

• sisä- ja ulkoilman lämpötila- ja kosteusolosuhteet
• vesihöyryn osapaine-erot
• rakennekerrosten järjestys
• rakenteen ilmanpitävyys
• sade- ja maaperäkosteus
• rakennuskosteus
• materiaalien kosteudensitomisominaisuudet
• rakenteen kuivumiskyky
• olosuhteiden ajallinen vaihtelu.

Diffuusiolaskelma on siksi yksi rakennusfysikaalisen arvioinnin työkalu, ei itsenäinen hyväksymisperuste.

Mitä vesihöyryn diffuusio tarkoittaa?

Diffuusio tarkoittaa vesihöyryn molekyylien siirtymistä suuremmasta vesihöyryn osapaineesta pienempään.

Rakennuksessa vesihöyryn osapaine-ero voi muodostua esimerkiksi sisä- ja ulkoilman välille. Jos sisäilman vesihöyryn osapaine on ulkoilmaa suurempi, diffuusion suunta on sisältä ulospäin.

Suomen talviolosuhteissa tämä on tavallinen tilanne, koska rakennuksen sisällä syntyy kosteutta esimerkiksi:

• hengityksestä
• peseytymisestä
• ruoanlaitosta
• pyykinpesusta ja kuivaamisesta
• siivouksesta
• kasveista
• muista rakennuksen käyttöön liittyvistä kosteuslähteistä.

Diffuusion suunta ei kuitenkaan määräydy yksinomaan lämpötilan tai vuodenajan perusteella.

Kesällä lämmin ja kostea ulkoilma voi muodostaa sisäilmaa suuremman vesihöyryn osapaineen. Jos sisätiloja jäähdytetään, diffuusion suunta voi tällöin olla ulkoa sisäänpäin.

Vesihöyry voi siis siirtyä rakenteessa kumpaan tahansa suuntaan sen mukaan, millainen vesihöyryn osapaine-ero rakenteen eri puolilla kulloinkin vallitsee.

Mikä saa vesihöyryn siirtymään?

Diffuusion käyttövoimana toimii vesihöyryn osapaine-ero.

Ilman suhteellinen kosteus ei yksin kerro vesihöyryn siirtymissuuntaa. Sama suhteellinen kosteus eri lämpötiloissa vastaa erilaista vesihöyrymäärää ja erilaista vesihöyryn osapainetta.

Vesihöyryn osapaine voidaan laskea:

Vesihöyryn osapaine = RH ÷ 100 × kyllästysvesihöyrynpaine

Jos sisäilman lämpötila on +20 °C ja suhteellinen kosteus 50 RH%, kyllästysvesihöyrynpaine on noin 2 338 Pa.

Sisäilman vesihöyryn osapaine on tällöin:

Vesihöyryn osapaine = 50 ÷ 100 × 2 338 Pa

Vesihöyryn osapaine = noin 1 169 Pa

Jos ulkoilman lämpötila on −10 °C ja suhteellinen kosteus 90 RH%, kyllästysvesihöyrynpaine on noin 260 Pa.

Ulkoilman vesihöyryn osapaine on:

Vesihöyryn osapaine = 90 ÷ 100 × 260 Pa

Vesihöyryn osapaine = noin 234 Pa

Vesihöyryn osapaine-ero on tällöin:

1 169 Pa − 234 Pa = 935 Pa

Diffuusion suunta on tässä tilanteessa rakennuksen sisältä ulospäin.

Esimerkki osoittaa, miksi ulkoilman korkea suhteellinen kosteus ei välttämättä tarkoita suurta vesihöyrymäärää. Kylmän ilman kyllästysvesihöyrynpaine on alhainen, joten 90 RH% pakkasilmassa voi vastata huomattavasti pienempää vesihöyryn osapainetta kuin 50 RH% lämpimässä sisäilmassa.

Diffuusio ei ole ilman virtaamista

Diffuusiossa vesihöyry siirtyy materiaalin läpi molekyylitasolla ilman, että ilman tarvitsee virrata rakenteen läpi.

Tämä erottaa diffuusion konvektiosta.

Konvektiossa kosteus kulkeutuu virtaavan ilman mukana rakenteessa olevien rakojen, saumojen, reikien ja liittymien kautta. Ilmavirtaus syntyy ilmanpaine-eron vaikutuksesta.

Paine-eroja aiheuttavat muun muassa:

• tuuli
• lämpötilaerot
• ilmanvaihto
• savupiippuvaikutus
• puhaltimien ja muiden laitteiden toiminta.

Diffuusion hallintaan vaikuttavat materiaalien vesihöyrynvastukset. Ilmavirtauksen hallinta edellyttää puolestaan yhtenäistä ja tiivistä ilmansulkukerrosta.

Rakennusmateriaalin suuri vesihöyrynvastus ei tee rakenteesta ilmanpitävää. Vastaavasti ilmanpitävä rakennekerros voi olla vesihöyryä suhteellisen hyvin läpäisevä.

Ilmavuoto voi kuljettaa rakenteeseen lyhyessä ajassa huomattavasti enemmän kosteutta kuin saman alueen läpi tapahtuva diffuusio. Tämän vuoksi diffuusiolaskelma ei korvaa rakenteen ilmanpitävyyden arviointia.

Mitä vesihöyrynläpäisevyys tarkoittaa?

Vesihöyrynläpäisevyys kuvaa materiaalin kykyä läpäistä vesihöyryä.

Mitä suurempi vesihöyrynläpäisevyys on, sitä helpommin vesihöyry siirtyy materiaalin läpi. Mitä pienempi läpäisevyys on, sitä enemmän materiaali vastustaa diffuusiota.

Vesihöyrynläpäisevyys on materiaalin ominaisuus. Siihen voivat kuitenkin vaikuttaa:

• materiaalin lämpötila
• suhteellinen kosteus
• materiaalin tiheys
• huokosrakenne
• kosteuspitoisuus
• materiaalin valmistustapa
• pinnoitteet ja pintakäsittelyt
• mittauksessa käytetty menetelmä ja olosuhde.

Materiaalin ilmoitettu arvo ei siksi välttämättä ole kaikissa kosteusolosuhteissa täysin vakio.

Rakennustuotteiden vesihöyrynläpäisyominaisuuksia määritetään esimerkiksi kuppikokeilla standardin ISO 12572 mukaisesti. Mittaus voidaan tehdä erilaisissa kosteusolosuhteissa, minkä vuoksi tuoteasiakirjan arvoa tarkasteltaessa pitää selvittää myös ilmoitettu mittausmenetelmä.

Mikä μ-arvo on?

μ-arvo eli vesihöyrynvastuskerroin kertoo, kuinka moninkertainen materiaalin vesihöyrynvastus on samanpaksuiseen paikallaan olevaan ilmakerrokseen verrattuna.

μ-arvo on dimensioton suhdeluku.

Jos materiaalin μ-arvo on 1, materiaali vastustaa vesihöyryn diffuusiota suunnilleen saman verran kuin samanpaksuinen paikallaan oleva ilmakerros.

Jos μ-arvo on 10, materiaali vastustaa diffuusiota noin kymmenen kertaa enemmän kuin samanpaksuinen ilmakerros.

Jos μ-arvo on 100, vastus on noin satakertainen samanpaksuiseen ilmakerrokseen verrattuna.

Periaatteellisesti μ-arvo voidaan esittää:

μ = ilman vesihöyrynläpäisevyys ÷ materiaalin vesihöyrynläpäisevyys

Suuri μ-arvo tarkoittaa diffuusiota voimakkaasti vastustavaa materiaalia. Pieni μ-arvo tarkoittaa vesihöyryä helpommin läpäisevää materiaalia.

μ-arvo ei kuitenkaan ota huomioon materiaalikerroksen paksuutta. Siksi se ei yksin kerro valmiin rakennekerroksen vesihöyrynvastusta.

Mikä Sd-arvo on?

Sd-arvo tarkoittaa rakennekerroksen vesihöyrynvastusta vastaavaa ilmakerroksen paksuutta.

Sd-arvon yksikkö on metri.

Se lasketaan:

Sd = μ × d

Kaavan merkinnät:

• Sd = vesihöyrynvastusta vastaava ilmakerroksen paksuus, m
• μ = materiaalin vesihöyrynvastuskerroin
• d = materiaalikerroksen paksuus, m.

Jos rakennekerroksen Sd-arvo on 2 metriä, kerros vastustaa vesihöyryn diffuusiota yhtä paljon kuin noin kahden metrin paksuinen paikallaan oleva ilmakerros.

Sd-arvo ei siis tarkoita materiaalin fyysistä paksuutta. Se ilmaisee materiaalikerroksen diffuusiovastuksen ilmakerroksen paksuutena.

Esimerkki Sd-arvon laskemisesta

Tarkastellaan 12 millimetriä paksua rakennuslevyä, jonka μ-arvo on 50.

Paksuus muutetaan ensin metreiksi:

12 mm = 0,012 m

Sd-arvo lasketaan:

Sd = 50 × 0,012 m

Sd = 0,60 m

Rakennuslevy vastustaa vesihöyryn diffuusiota yhtä paljon kuin noin 0,60 metrin paksuinen paikallaan oleva ilmakerros.

Jos samaa materiaalia käytetään 24 millimetrin paksuisena:

Sd = 50 × 0,024 m

Sd = 1,20 m

Kun saman materiaalin paksuus kaksinkertaistuu, myös rakennekerroksen Sd-arvo kaksinkertaistuu.

Sama μ-arvo ei tarkoita samaa Sd-arvoa

Kahdella materiaalikerroksella voi olla sama μ-arvo mutta eri Sd-arvo, jos niiden paksuudet poikkeavat toisistaan.

Esimerkiksi materiaalin μ-arvo on 20.

Kymmenen millimetrin kerroksella:

Sd = 20 × 0,010 m = 0,20 m

Sadan millimetrin kerroksella:

Sd = 20 × 0,100 m = 2,0 m

Paksumpi kerros muodostaa kymmenkertaisen vesihöyrynvastuksen, vaikka materiaalin μ-arvo on molemmissa sama.

Tästä syystä valmiita rakennekerroksia vertailtaessa Sd-arvo on yleensä käytännöllisempi kuin pelkkä μ-arvo.

Eri μ-arvot voivat tuottaa saman Sd-arvon

Myös erilaisista materiaaleista ja kerrospaksuuksista voi muodostua sama Sd-arvo.

Esimerkiksi:

Materiaali A: μ = 10 ja paksuus 0,10 m

Sd = 10 × 0,10 m = 1,0 m

Materiaali B: μ = 100 ja paksuus 0,010 m

Sd = 100 × 0,010 m = 1,0 m

Molempien kerrosten Sd-arvo on yksi metri, vaikka niiden μ-arvot ja fyysiset paksuudet poikkeavat merkittävästi toisistaan.

Kerroksilla voi silti olla täysin erilaiset:

• lämmöneristysominaisuudet
• kosteudensitomiskyky
• kapillaarisuus
• ilmanläpäisevyys
• mekaaninen toiminta
• kuivumiskäyttäytyminen
• vaurioitumisherkkyys.

Sama Sd-arvo ei siis tarkoita, että materiaalit olisivat rakenteessa keskenään vaihdettavissa.

Miten monikerroksisen rakenteen Sd-arvo määritetään?

Tasa-aineisen ja yhtenäisen monikerrosrakenteen kerrokset ovat diffuusion kannalta peräkkäisiä vastuksia.

Rakenteen kokonais-Sd-arvo voidaan yksinkertaistetusti laskea laskemalla kerrosten Sd-arvot yhteen:

Sd,kokonais = Sd1 + Sd2 + Sd3 + …

Tarkastellaan esimerkkirakennetta, jossa on kolme yhtenäistä kerrosta:

• sisäverhouslevy: Sd 0,10 m
• lämmöneriste: Sd 0,20 m
• tuulensuojalevy: Sd 0,05 m.

Kokonais-Sd-arvo on:

Sd,kokonais = 0,10 m + 0,20 m + 0,05 m

Sd,kokonais = 0,35 m

Laskenta kuvaa kuitenkin vain kerrosten diffuusiovastusta. Se ei ota sellaisenaan huomioon:

• rakennekerrosten epäjatkuvuuksia
• saumoja ja liitoksia
• ilmavuotoja
• rankoja ja muita rinnakkaisia kulkureittejä
• kosteuden kapillaarista siirtymistä
• materiaalien kosteudensitomista
• paikallisia kylmäsiltoja
• sadevesirasitusta
• muuttuvia olosuhteita.

Monimutkaisen rakenteen toimintaa ei siksi voida aina kuvata luotettavasti vain kerrosten Sd-arvojen summalla.

Miten vesihöyryn diffuusiovirta määräytyy?

Diffuusiona siirtyvän vesihöyryn määrä riippuu pääasiassa:

• vesihöyryn osapaine-erosta
• rakennekerroksen vesihöyrynvastuksesta
• tarkasteltavan alueen pinta-alasta
• vaikutusajasta
• olosuhteista ja materiaalien ominaisuuksista.

Mitä suurempi vesihöyryn osapaine-ero on, sitä suurempi on diffuusiota aiheuttava käyttövoima.

Mitä suurempi rakenteen Sd-arvo on, sitä hitaammin vesihöyry siirtyy rakenteen läpi samoissa olosuhteissa.

Yksinkertaistettuna diffuusiovirran tiheyttä voidaan kuvata muodossa:

g = δa × Δp ÷ Sd

Kaavan merkinnät:

• g = vesihöyryn diffuusiovirran tiheys
• δa = vesihöyrynläpäisevyys ilmassa
• Δp = vesihöyryn osapaine-ero rakenteen yli
• Sd = rakenteen vesihöyrynvastusta vastaava ilmakerroksen paksuus.

Kaava kuvaa tasaista diffuusiotilannetta. Todellisen rakennuksen lämpötila- ja kosteusolosuhteet vaihtelevat, joten hetkellisestä laskelmasta ei pidä tehdä suoraan johtopäätöksiä rakenteen pitkäaikaisesta toiminnasta.

Mitä suurempi Sd-arvo käytännössä merkitsee?

Suuri Sd-arvo vähentää vesihöyryn diffuusiota rakennekerroksen läpi.

Tämä voi olla hyödyllistä, jos tarkoituksena on rajoittaa sisäilmasta rakenteeseen siirtyvää vesihöyryä. Sama suuri vesihöyrynvastus voi kuitenkin hidastaa rakenteeseen muusta syystä päätyneen kosteuden kuivumista.

Tiivis kerros voi siten samanaikaisesti:

• vähentää rakenteen kostumista diffuusiolla yhdestä suunnasta
• estää tai hidastaa rakenteen kuivumista samaan suuntaan
• muuttaa vesihöyryn osapainejakaumaa rakenteessa
• aiheuttaa kosteuden kertymistä kerroksen läheisyyteen
• lisätä vaurioriskiä, jos rakenne kastuu vesivuodosta, sateesta tai rakennuskosteudesta.

Vesihöyrytiiveys ei ole itsessään hyvä tai huono ominaisuus. Ratkaisevaa on tiiviin kerroksen sijainti, rakenteen muut kerrokset, käyttöolosuhteet ja kuivumissuunta.

Mikä höyrynsulku on?

Höyrynsulku on rakennekerros, jonka pääasiallisena tehtävänä on rajoittaa vesihöyryn diffuusiota rakenteeseen.

Suomen lämmityspainotteisissa olosuhteissa höyrynsulku sijoitetaan tavallisesti lämmöneristyksen lämpimälle puolelle. Tarkoituksena on rajoittaa sisäilmasta rakenteen kylmempiin osiin siirtyvää vesihöyryä.

Höyrynsulku voidaan toteuttaa esimerkiksi:

• muovikalvolla
• alumiinipintaisella tuotteella
• bitumikermillä
• vesihöyryä voimakkaasti vastustavalla rakennuslevyllä
• tiiviillä pinnoitejärjestelmällä
• rakenteeseen erikseen suunnitellulla höyrynsulkutuotteella.

Tuotteen soveltuvuutta ei pidä päätellä pelkästä materiaalin nimestä. Arvioinnissa tarvitaan tuotteen ilmoitettu Sd-arvo, käyttöolosuhteet, liittymäratkaisut ja koko rakenteen toimintaperiaate.

Mikä ilmansulku on?

Ilmansulku on yhtenäinen rakennekerros, joka estää ilman hallitsemattoman virtauksen rakennuksen vaipan läpi.

Ilmansulun pitää olla jatkuva myös:

• saumoissa
• nurkissa
• rakennusosien liittymissä
• läpivienneissä
• ikkuna- ja oviliittymissä
• yläpohjan ja seinien liittymissä
• alapohjan liittymissä.

Ilmansulun toiminta riippuu kerroksen jatkuvuudesta ja liitosten tiiviydestä. Materiaalin pieni ilmanläpäisevyys ei auta, jos saumat, läpiviennit tai liittymät vuotavat.

Sama kerros voi toimia sekä höyrynsulkuna että ilmansulkuna. Näiden tehtävät pitää silti erottaa toisistaan:

• höyrynsulku rajoittaa vesihöyryn diffuusiota
• ilmansulku rajoittaa ilman ja sen mukana kulkevan kosteuden virtausta.

Esimerkiksi muovikalvo voi toimia molemmissa tehtävissä vain, jos se on asennettu yhtenäiseksi ja kaikki liittymät sekä läpiviennit on tiivistetty.

Voiko rakenne olla ilmanpitävä mutta vesihöyryä läpäisevä?

Kyllä voi.

Ilmansulkukerros voi estää ilman virtauksen mutta sallia vesihöyryn siirtymisen diffuusiolla. Tällaisia ominaisuuksia hyödynnetään esimerkiksi joissakin vesihöyryä läpäisevissä ilmansulku- ja tuulensuojatuotteissa.

Vastaavasti diffuusiotiivis materiaali ei välttämättä muodosta toimivaa ilmansulkua, jos:

• materiaalissa on reikiä
• saumoja ei ole tiivistetty
• liittymät ovat avoimia
• läpivientejä ei ole tiivistetty
• kerros ei jatku yhtenäisenä koko vaipan alueella.

Ilmanpitävyyttä ei siis voida arvioida μ- tai Sd-arvosta.

Mikä höyrynsulun ja höyrynjarrun ero on?

Höyrynsulku ja höyrynjarru rajoittavat molemmat vesihöyryn diffuusiota, mutta höyrynjarrun vesihöyrynvastus on yleensä höyrynsulkua pienempi.

Termien tarkat rajat voivat vaihdella eri lähteissä ja tuotejärjestelmissä. Tästä syystä tuotteen toimintaa ei pidä arvioida pelkän nimityksen perusteella.

Olennaisia tietoja ovat:

• tuotteen ilmoitettu Sd-arvo
• arvon mahdollinen vaihtelu kosteuden mukaan
• käyttökohde
• rakennekerrosten järjestys
• suunniteltu kuivumissuunta
• liitosten toteutustapa
• tuotteen pitkäaikaiskestävyys.

Joidenkin niin sanottujen kosteutta muuttuvasti läpäisevien höyrynsulkukerrosten Sd-arvo pienenee korkeammassa kosteudessa. Tavoitteena on rajoittaa talviaikaista kosteuden siirtymistä rakenteeseen mutta mahdollistaa rakenteen kuivuminen suotuisissa olosuhteissa.

Tällaisen tuotteen käyttö ei kuitenkaan tee kaikista rakenteista automaattisesti turvallisia. Toimivuus pitää varmistaa kyseisessä rakenneratkaisussa ja todellisissa sisä- ja ulko-olosuhteissa.

Miksi rakennekerrosten järjestys on tärkeä?

Vesihöyryn osapaine pienenee rakenteen läpi kerrosten diffuusiovastusten suhteessa.

Samanaikaisesti rakenteen lämpötila yleensä laskee lämpimältä puolelta kylmälle puolelle lämmönvastusten suhteessa.

Kondenssiriski muodostuu, jos rakenteessa vallitseva vesihöyryn osapaine saavuttaa kyseisen kohdan lämpötilaa vastaavan kyllästysvesihöyrynpaineen.

Rakennekerrosten järjestyksellä vaikutetaan siksi siihen:

• kuinka paljon vesihöyryä pääsee rakenteeseen
• missä vesihöyryn osapaine laskee
• missä lämpötila laskee
• voiko rakenteen sisällä syntyä korkea kosteusolosuhde
• mihin suuntaan rakenne pystyy kuivumaan.

Lämmityspainotteisissa olosuhteissa sisäpuolinen vesihöyryä vastustava kerros rajoittaa sisäilmasta rakenteeseen siirtyvän vesihöyryn määrää. Ulospäin mentäessä paremmin vesihöyryä läpäisevät kerrokset voivat tukea rakenteen kuivumista ulospäin.

Tätä ei kuitenkaan pidä käyttää yleispätevänä sääntönä kaikissa rakennuksissa. Esimerkiksi jäähdytetyt tilat, kylmiöt, uimahallit, viileät kellarit, maanvastaiset rakenteet ja voimakkaalle auringonsäteilylle altistuvat rakenteet voivat edellyttää muunlaista tarkastelua.

Pitääkö rakenteen aina harventua ulospäin?

Usein esitetään sääntö, jonka mukaan rakenteen pitäisi muuttua sisältä ulospäin vesihöyryä läpäisevämmäksi.

Periaate voi olla toimiva tavallisessa lämmityspainotteisessa ulkoseinärakenteessa, mutta se ei ole yleispätevä hyväksymiskriteeri.

Rakenteen toimintaan vaikuttavat myös:

• kerrosten lämmönvastukset
• sisäilman kosteusrasitus
• ulkoilman olosuhteet
• julkisivuun imeytyvä sadevesi
• auringonsäteilyn aiheuttama kosteuden siirtyminen sisäänpäin
• jäähdytys
• tuuletusvälit
• rakenteen kosteudensitomis- ja kuivumisominaisuudet
• ilmavuodot.

Pelkkä sisä- ja ulkopuolisten Sd-arvojen suhde ei siksi osoita rakenteen toimivuutta.

Mitä tapahtuu, jos rakenteessa on kaksi tiivistä kerrosta?

Kahden voimakkaasti vesihöyryä vastustavan kerroksen väliin jäävän materiaalin kuivuminen voi olla hidasta molempiin suuntiin.

Tällainen tilanne voi syntyä esimerkiksi, kun:

• vanhan tiiviin pinnoitteen päälle rakennetaan uusi tiivis kerros
• puurakenne jää höyrynsulun ja tiiviin ulkopuolisen levyn väliin
• betonirakenne pinnoitetaan molemmilta puolilta tiiviisti
• märkätilärakenne liitetään väärin vanhaan höyrynsulkuun
• korjausrakenteeseen lisätään tiivis kerros ilman vanhan rakenteen selvittämistä
• vedeneristys ja toinen tiivis pinnoite sulkevat kosteutta rakenteeseen.

Kahden tiiviin kerroksen olemassaolo ei yksin todista vauriota. Riski riippuu siitä, pääseekö kerrosten väliin kosteutta ja pystyykö rakenne luovuttamaan sen riittävän nopeasti.

Jos kosteutta pääsee suljettuun rakenneosaan esimerkiksi vesivuodosta, rakennuskosteudesta, ilmavuodosta tai puutteellisesta sääsuojauksesta, kuivuminen voi kestää erittäin pitkään.

Korjausrakentamisessa vanhojen kerrosten materiaalit ja vesihöyrynvastukset pitää siksi selvittää ennen uuden tiiviin kerroksen lisäämistä.

Voiko liian pieni vesihöyrynvastus aiheuttaa vaurion?

Voi.

Jos sisäpuolinen rakennekerros läpäisee runsaasti vesihöyryä ja rakenteen kylmemmissä osissa on suuri vesihöyrynvastus, kosteutta voi kerääntyä kylmän ja tiiviin kerroksen läheisyyteen.

Riskiä lisäävät:

• suuri sisäilman kosteuslisä
• kylmä ulkoilma
• sisäpuolisen kerroksen pieni Sd-arvo
• ulkopuolisen kerroksen suuri Sd-arvo
• puutteellinen tuuletus
• rakenteen heikko kuivumiskyky
• kosteusherkät materiaalit.

Käytännössä rakenteen kosteusvaurio johtuu harvoin vain yhdestä materiaalin Sd-arvosta. Mukana voi olla myös ilmavuotoja, sadevesirasitusta, rakennuskosteutta tai toteutusvirheitä.

Voiko liian suuri vesihöyrynvastus aiheuttaa vaurion?

Voi, jos tiivis kerros estää rakenteen kuivumisen.

Suuri Sd-arvo voi olla rakenteen suunnitellun kosteudenhallinnan kannalta välttämätön. Se voi kuitenkin muodostua ongelmaksi, jos:

• rakenne on suljettu kosteana
• betonissa on pinnoitushetkellä liikaa kosteutta
• ulkopuolelta pääsee rakenteeseen sade- tai maaperäkosteutta
• rakenteessa tapahtuu putki- tai laitevuoto
• kosteutta pääsee rakenteeseen ilmavuodon mukana
• kuivuminen on mahdollista vain tiiviin kerroksen suuntaan
• vanhan rakenteen toimintaperiaate muuttuu korjauksessa.

Esimerkiksi betonin tiivis lattiapäällyste tai pinnoite voi hidastaa betonissa olevan kosteuden siirtymistä huoneilmaan. Jos betonin kosteus on päällystemateriaalin ja liimojen kestävyyteen nähden liian suuri, seurauksena voi olla päällysteen irtoamista, värimuutoksia, hajua tai materiaalien kemiallista vaurioitumista.

Tässä tilanteessa pinnoitteen Sd-arvo on vain yksi arvioitava tekijä. Lisäksi tarvitaan betonin kosteusmittauksia, materiaalikohtaisia raja-arvoja ja koko lattiarakenteen kosteusteknisen toiminnan tarkastelua.

Mitä diffuusioavoin rakenne tarkoittaa?

Diffuusioavoimella rakenteella tarkoitetaan yleensä rakennetta, joka läpäisee vesihöyryä suhteellisen helposti.

Termillä ei ole yhtä yksittäistä kaikkiin käyttötarkoituksiin soveltuvaa Sd-rajaa. Sana ”avoin” on aina suhteellinen ja riippuu siitä, mihin rakennetta tai tuotetta verrataan.

Diffuusioavoin rakenne ei tarkoita, että:

• rakenne läpäisisi vapaasti ilmaa
• rakenne kuivuisi nopeasti kaikissa olosuhteissa
• rakenteessa ei voisi syntyä kondenssia
• materiaali ei voisi kastua sade- tai kapillaarivedestä
• ilmansulkua ei tarvittaisi
• rakenne olisi automaattisesti kosteusturvallinen.

Vesihöyryä hyvin läpäiseväkin rakenne voi vaurioitua, jos siihen kulkeutuu enemmän kosteutta kuin se pystyy luovuttamaan.

Tarkoittaako ”hengittävä rakenne” samaa kuin diffuusioavoin rakenne?

Ei täsmällisesti.

Rakennusten yhteydessä käytetty ”hengittävä rakenne” ei ole yksiselitteinen rakennusfysikaalinen termi. Sillä voidaan tarkoittaa esimerkiksi:

• vesihöyryä läpäisevää rakennetta
• kosteutta sitovaa ja luovuttavaa materiaalia
• ilmavuotoista rakennetta
• sisäilman kosteutta tasaavaa pintaa.

Nämä ovat eri ilmiöitä.

Rakennuksen ilmanvaihtoa ei pidä perustaa vaipparakenteen diffuusioon tai ilmavuotoihin. Hallittu ilmanvaihto poistaa sisäilman kosteutta ja epäpuhtauksia tarkoituksenmukaisesti. Diffuusio rakenteen läpi ei korvaa ilmanvaihtoa.

Myöskään ilmanvuotoisuus ei ole tavoiteltava ominaisuus. Hallitsematon ilmavirtaus voi kuljettaa rakenteisiin kosteutta ja aiheuttaa vetoa, lämpöhäviöitä sekä epäpuhtauksien kulkeutumista sisäilmaan.

Miten pinnoitteet vaikuttavat Sd-arvoon?

Maalit, tasoitteet, vedeneristeet ja muut pinnoitteet voivat muuttaa rakenteen vesihöyrynvastusta merkittävästi.

Ohutkin pinnoite voi muodostaa suuren Sd-arvon, jos materiaalin μ-arvo on erittäin suuri.

Pinnoitteen toimintaan vaikuttavat:

• kuivakalvon paksuus
• materiaalin μ-arvo
• levitysmäärä
• kerrosten lukumäärä
• alustan huokoisuus
• pinnoitteen yhtenäisyys
• halkeamat ja vauriot
• käyttöolosuhteet
• tuotteen vanheneminen.

Pinnoitteen Sd-arvoa ei pidä päätellä pelkästään siitä, että tuote on ohut. Tuotteen ilmoitetut tekniset ominaisuudet pitää tarkistaa valmistajan asiakirjoista.

Erityisesti korjausrakentamisessa useat päällekkäiset maalit ja pinnoitteet voivat yhdessä muodostaa merkittävän vesihöyrynvastuksen.

Miten materiaalin kosteus vaikuttaa μ-arvoon?

Monien huokoisten ja hygroskooppisten materiaalien vesihöyrynläpäisevyys muuttuu materiaalin kosteuspitoisuuden ja ympäröivän ilman suhteellisen kosteuden mukaan.

Kuivissa olosuhteissa määritetty μ-arvo voi poiketa kosteammissa olosuhteissa mitatusta arvosta.

Tuotetiedoissa voidaan tämän vuoksi ilmoittaa esimerkiksi:

• kuppikokeen kuivaolosuhteiden arvo
• kosteaolosuhteiden arvo
• vaihteluväli
• suunnitteluarvo
• kosteudesta riippuva Sd-arvo.

Jos materiaalille on ilmoitettu kaksi eri μ-arvoa, niitä ei pidä valita sattumanvaraisesti. Käytettävän arvon pitää vastata tarkasteltavaa olosuhdetta ja käytettyä laskentamenetelmää.

Miten diffuusiota arvioidaan rakenteen sisällä?

Yksinkertaisessa laskennassa määritetään:

1. sisä- ja ulkoilman lämpötila
2. sisä- ja ulkoilman suhteellinen kosteus
3. vesihöyryn osapaineet
4. rakennekerrosten lämmönvastukset
5. rakennekerrosten Sd-arvot
6. lämpötilajakauma rakenteessa
7. vesihöyryn osapainejakauma rakenteessa
8. lämpötilaa vastaava kyllästysvesihöyrynpaine eri kohdissa.

Jos laskettu vesihöyryn osapaine ylittää jossakin kohdassa kyseisen lämpötilan kyllästysvesihöyrynpaineen, yksinkertainen laskelma osoittaa kondensoitumisen mahdollisuuden.

Tällaista tasaiseen kuukausittaiseen tai hetkelliseen tilanteeseen perustuvaa tarkastelua kutsutaan usein Glaser-tyyppiseksi laskennaksi.

Menetelmä voi auttaa tunnistamaan ilmeisiä riskejä, mutta sillä on merkittäviä rajoituksia.

Mitkä ovat yksinkertaisen diffuusiolaskennan rajoitukset?

Yksinkertainen diffuusiolaskelma ei tavallisesti ota täydellisesti huomioon:

• viistosadetta
• kapillaarista kosteudensiirtoa
• ilmavuotoja
• auringonsäteilyn vaikutusta
• materiaalien kosteudensitomista
• kosteudesta riippuvia materiaaliominaisuuksia
• kastumisen ja kuivumisen viiveitä
• paikallisia kylmäsiltoja
• rakenteen kaksi- tai kolmiulotteista toimintaa
• liitoksia ja läpivientejä
• rakennuskosteutta
• yksittäisiä vuotovahinkoja.

Laskennallisesti kondenssivapaa rakenne voi silti vaurioitua esimerkiksi ilmavuodon tai sadeveden vuoksi.

Toisaalta laskennassa hetkellisesti muodostuva vähäinen kondenssimäärä ei välttämättä aiheuta vauriota, jos materiaali kestää rasituksen ja rakenne kuivuu nopeasti.

Vaativissa rakenteissa tarvitaan muuttuvia sää- ja sisäolosuhteita huomioivaa dynaamista lämpö- ja kosteusteknistä laskentaa sekä suunnittelijan tekemää kokonaisarviointia.

Rakenteen kuivumiskyky on yhtä tärkeä kuin kostumisen rajoittaminen

Rakenteen kosteusteknistä toimivuutta ei ratkaise vain se, kuinka hyvin kosteuden pääsy rakenteeseen estetään.

Täysin virheetöntä rakennetta tai käyttötilannetta ei voida aina olettaa. Rakenteeseen voi päästä kosteutta esimerkiksi:

• rakennusaikana
• vesivuodosta
• sadevedestä
• ilmavuodosta
• maaperästä
• märkätilän käytöstä
• tilapäisestä poikkeusolosuhteesta.

Rakenteen pitäisi mahdollisuuksien mukaan pystyä luovuttamaan siihen päätynyt kosteus ennen materiaalien vaurioitumista.

Kuivumiskykyyn vaikuttavat:

• sisä- ja ulkopuolisten kerrosten Sd-arvot
• lämpötila
• ilmanvaihto ja tuuletus
• materiaalien kosteudensitomiskyky
• kapillaarinen kosteudensiirto
• kuivumiselle käytettävissä oleva pinta-ala
• kosteuden määrä
• vuodenaika
• kuivumisen kesto.

Diffuusiotiivis rakenne voi toimia hyvin, jos se on kuiva, liittymät on toteutettu oikein eikä siihen pääse kosteutta. Sama rakenne voi olla vikatilanteessa vaikeasti kuivuva.

Diffuusio ja rakennuskosteus

Rakennusmateriaaleissa voi olla rakentamisvaiheessa runsaasti kosteutta.

Kosteutta voi olla esimerkiksi:

• betonissa
• tasoitteissa
• muurauslaasteissa
• puutavarassa
• levyrakenteissa
• lämmöneristeissä
• sadevedelle altistuneissa rakenteissa.

Jos kostea rakenne suljetaan vesihöyryä voimakkaasti vastustavien kerrosten väliin, sen kuivuminen voi hidastua olennaisesti.

Materiaalin Sd-arvo ei kerro, kuinka paljon kosteutta rakenteessa alun perin on. Tästä syystä rakennusaikainen kosteudenhallinta ja kosteusmittaukset ovat tarpeen myös silloin, kun valmis rakenne on laskennallisesti diffuusioteknisesti toimiva.

Diffuusio ja korjausrakentaminen

Korjausrakentamisessa uuden rakennekerroksen lisääminen voi muuttaa vanhan rakenteen lämpötila- ja kosteusolosuhteita.

Esimerkiksi sisäpuolinen lisälämmöneristys voi:

• laskea vanhan ulkoseinärakenteen lämpötilaa
• vähentää vanhan rakenteen kuivumista sisäänpäin
• siirtää mahdollisen kondenssialueen paikkaa
• muuttaa rakenteen vesihöyryn osapainejakaumaa
• lisätä ilmavuotojen vaikutusta.

Uusi tiivis pintamateriaali voi puolestaan vähentää vanhan rakenteen kuivumista.

Ennen muutosta pitää selvittää ainakin:

• alkuperäinen rakenne
• materiaalit ja kerrospaksuudet
• olemassa olevat tiiviit kerrokset
• rakenteen kunto ja kosteus
• kosteuslähteet
• nykyinen kuivumissuunta
• uuden ratkaisun vaikutus lämpötiloihin
• uuden ratkaisun vaikutus vesihöyryn siirtymiseen.

Vanhan rakenteen muuttamista ei pitäisi perustaa vain ajatukseen siitä, että uusi materiaali on ”hengittävä” tai että yksittäisen tuotteen Sd-arvo vaikuttaa pieneltä.

Tavallisimmat μ- ja Sd-arvoihin liittyvät tulkintavirheet

μ-arvo kertoo valmiin kerroksen vesihöyrynvastuksen

Ei yksin kerro. μ-arvo kuvaa materiaalin vesihöyrynvastusta suhteessa samanpaksuiseen ilmakerrokseen. Valmiin kerroksen Sd-arvo riippuu myös materiaalin paksuudesta.

Suuri Sd-arvo tarkoittaa aina hyvää rakennetta

Ei tarkoita. Suuri Sd-arvo voi estää diffuusiokostumista mutta samalla heikentää rakenteen kuivumista.

Pieni Sd-arvo tarkoittaa aina kosteusturvallista rakennetta

Ei tarkoita. Vesihöyryä hyvin läpäisevä rakenne voi kostua ilmavuodosta, sateesta, kapillaarisesti tai muusta kosteuslähteestä.

Diffuusio kulkee aina lämpimästä kylmään

Ei täsmällisesti. Diffuusion suunta määräytyy vesihöyryn osapaine-eron perusteella. Suunta voi olosuhteiden mukaan vaihtua.

Höyrynsulku ja ilmansulku ovat sama asia

Eivät tehtävänsä perusteella. Höyrynsulku rajoittaa diffuusiota ja ilmansulku ilman virtausta. Sama kerros voi hoitaa molemmat tehtävät vain, jos sen materiaali ja toteutus soveltuvat niihin.

Rakennuksen pitää hengittää seinien läpi

Ei pidä. Sisäilman kosteuden ja epäpuhtauksien poistaminen kuuluu hallitulle ilmanvaihdolle. Ilmavuodot eivät ole tarkoituksenmukaista ilmanvaihtoa.

Kerrosten Sd-arvot ratkaisevat koko rakenteen toimivuuden

Eivät yksin. Lisäksi tarvitaan lämpötilaolosuhteiden, kosteuslähteiden, ilmatiiviyden, sateen, materiaalien ja kuivumiskyvyn tarkastelua.

Yksi tuote-esitteen μ-arvo pätee kaikissa olosuhteissa

Ei välttämättä. Materiaalin ominaisuudet voivat muuttua kosteuden mukaan, ja arvoon vaikuttaa myös käytetty mittausmenetelmä.

Kaksi tiivistä kerrosta aiheuttaa aina vaurion

Ei automaattisesti. Vaurioriski syntyy, jos kerrosten väliin pääsee tai jää kosteutta eikä rakenne pysty kuivumaan riittävästi.

Miten rakenteen diffuusiotoimintaa tutkitaan?

Rakenteen kosteustekninen arviointi voi sisältää:

• rakennepiirustusten tarkastamista
• materiaalien ja kerrospaksuuksien selvittämistä
• tuoteominaisuuksien tarkistamista
• sisä- ja ulkoilman olosuhdemittauksia
• materiaalien kosteusmittauksia
• rakenneavauksia
• lämpökuvausta
• ilmavuototutkimuksia
• rakennuksen painesuhteiden mittaamista
• diffuusiolaskelmia
• dynaamista lämpö- ja kosteusteknistä simulointia
• olosuhteiden pitkäaikaisseurantaa.

Tutkimuksessa pitää erottaa toisistaan diffuusio, ilmavirtauksen mukana siirtyvä kosteus, kapillaarinen kosteudensiirto ja nestemäisen veden kulkeutuminen.

Pelkkä korkea kosteus rakenteessa ei osoita, millä mekanismilla kosteus on sinne päätynyt.

Rakennusfysikaalinen soveltaminen käytännössä

Diffuusiota arvioitaessa selvitetään ensin tarkasteltavan rakenteen käyttöolosuhteet.

Tämän jälkeen määritetään:

• sisä- ja ulkoilman lämpötila
• sisä- ja ulkoilman suhteellinen kosteus
• vesihöyryn osapaine-ero
• rakennekerrosten paksuudet
• materiaalien μ- tai Sd-arvot
• kerrosten lämmönvastukset
• rakenteen ilmanpitävyys
• mahdolliset muut kosteuslähteet
• rakenteen kuivumismahdollisuudet.

Arvioinnissa ei riitä, että rakenteen kokonais-Sd-arvo lasketaan. Olennaista on tarkastella, mihin kohtaan vesihöyrynvastus sijoittuu suhteessa rakenteen lämpötilajakaumaan.

Lisäksi arvioidaan:

• pääseekö kostea ilma rakenteeseen vuotokohtien kautta
• voiko sadevesi tai maaperän kosteus kastella rakennetta
• onko rakenteessa rakennuskosteutta
• onko rakenne suljettu kahden tiiviin kerroksen väliin
• kuinka nopeasti rakenne kuivuu
• kuinka kosteusherkkiä materiaalit ovat
• kuinka usein riskitilanne toistuu.

Rakenteen toimivuus perustuu kostumisen ja kuivumisen tasapainoon. Vaurioriski kasvaa, jos rakenteeseen tulee pitkällä aikavälillä enemmän kosteutta kuin siitä poistuu.

Yhteenveto

Vesihöyryn diffuusio tarkoittaa vesihöyryn siirtymistä suuremmasta vesihöyryn osapaineesta pienempään.

Diffuusion suunta ei määräydy yksin lämpötilan perusteella, vaan sisä- ja ulkoilman vesihöyryn osapaineiden mukaan. Suomen talvessa suunta on tavallisesti sisältä ulospäin, mutta kesällä ja jäähdytetyissä tiloissa suunta voi kääntyä.

μ-arvo kuvaa materiaalin vesihöyrynvastusta suhteessa samanpaksuiseen ilmakerrokseen. Sd-arvo kuvaa valmiin rakennekerroksen vesihöyrynvastusta vastaavana ilmakerroksen paksuutena.

Sd-arvo lasketaan:

Sd = μ × materiaalikerroksen paksuus

Suuri Sd-arvo rajoittaa vesihöyryn diffuusiota, mutta voi samalla hidastaa rakenteen kuivumista. Pieni Sd-arvo mahdollistaa suuremman diffuusiovirran, mutta ei yksin tee rakenteesta kosteusteknisesti turvallista.

Höyrynsulku hallitsee diffuusiota. Ilmansulku hallitsee ilman virtausta. Molemmat tehtävät ovat tärkeitä, mutta niitä ei pidä sekoittaa toisiinsa.

Rakenteen kosteusteknistä toimivuutta ei voida ratkaista yhden μ- tai Sd-arvon perusteella. Arvioinnissa pitää huomioida koko rakenne, lämpötila- ja kosteusolosuhteet, ilmatiiviys, kosteuslähteet ja rakenteen kuivumiskyky.

Usein kysytyt kysymykset

Mitä μ-arvo tarkoittaa?

μ-arvo kertoo, kuinka moninkertainen materiaalin vesihöyrynvastus on samanpaksuiseen paikallaan olevaan ilmakerrokseen verrattuna. Se on materiaalin dimensioton ominaisuusarvo.

Mitä Sd-arvo tarkoittaa?

Sd-arvo kertoo, kuinka paksun paikallaan olevan ilmakerroksen vesihöyrynvastusta rakennekerros vastaa. Sd-arvon yksikkö on metri.

Miten Sd-arvo lasketaan?

Sd-arvo lasketaan kertomalla materiaalin μ-arvo materiaalikerroksen paksuudella metreinä:

Sd = μ × d

Onko suuri Sd-arvo aina parempi?

Ei. Suuri Sd-arvo vähentää diffuusiota mutta voi myös estää rakenteen kuivumista. Sopiva vesihöyrynvastus riippuu koko rakenteesta ja käyttöolosuhteista.

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Suhteellinen ja absoluuttinen kosteus rakennusfysiikassa

Mitä RH%, vesihöyrypitoisuus, kosteuslisä ja vesihöyryn osapaine tarkoittavat sekä miksi lämpötila pitää ottaa huomioon kosteutta arvioitaessa.

Kastepiste ja kondensoituminen rakenteissa

Miten kastepiste muodostuu ja milloin vesihöyry voi tiivistyä rakennuspinnalle tai rakennekerrosten sisään.

Miksi ilmanvuodot ovat rakennuksessa usein suurempi riski kuin pelkkä kosteuden diffuusio?

Miten ilmavirtaus kuljettaa kosteutta rakenteisiin ja miksi ilmansulun jatkuvuus on kosteusteknisesti tärkeä.

Miksi kylmäsillat aiheuttavat kosteutta ja homevaurioita?

Kylmäsilta alentaa rakenteen pintalämpötilaa ja voi nostaa paikallisen suhteellisen kosteuden vaurioitumisen kannalta korkeaksi.

Miksi ilmanvaihto vaikuttaa rakennuksen kosteustekniseen toimintaan?

Ilmanvaihto vaikuttaa sisäilman kosteuslisään, painesuhteisiin ja kosteuden siirtymiseen rakennuksen vaipan läpi.

Aiheeseen liittyvät ORDOL-palvelut

Tutkimukset ja kartoituspalvelut

Rakenteiden kosteusteknisen toiminnan, kosteuslähteiden ja vaurioiden laajuuden selvittäminen kohteeseen soveltuvilla tutkimusmenetelmillä.

Rakennustöiden valvonta

Rakennustöiden, kosteudenhallinnan, rakenteiden kuivumisen ja suunnitelmien mukaisen toteutuksen valvonta.

Rakennuttajakonsultointi

Korjaushankkeen valmistelu, tutkimusten ja suunnittelun yhteensovittaminen sekä hankkeen teknisen toteutuksen ohjaaminen.

ORDOL alueellasi

ORDOL Tampere

Rakennusalan asiantuntijapalvelut Tampereella ja Pirkanmaalla.

ORDOL Lahti

Rakennusalan asiantuntijapalvelut Lahdessa ja Päijät-Hämeessä.

ORDOL Helsinki

Rakennusalan asiantuntijapalvelut Helsingissä ja Uudellamaalla.

Lähteet ja lisätietoa

Ympäristöministeriö: Rakennusten kosteustekninen toimivuus

Ohje käsittelee rakennusten kosteuslähteitä, kosteuden siirtymistä, rakenteiden kosteusteknistä suunnittelua ja toimivuuden todentamista.

Finlex: Ympäristöministeriön asetus rakennusten kosteusteknisestä toimivuudesta 782/2017

Asetuksessa esitetään rakennusten kosteusteknistä suunnittelua ja rakentamista koskevat olennaiset tekniset vaatimukset.

ISO 12572:2016: Hygrothermal performance of building materials and products

Standardi määrittelee kuppikokeeseen perustuvan menetelmän rakennustuotteiden vesihöyrynläpäisyominaisuuksien määrittämiseen. Standardi on vahvistettu edelleen ajantasaiseksi vuonna 2022, ja siihen on julkaistu muutos vuonna 2024.

Rakennustieto: RT 103732 Rakennusten kosteustekninen toimivuus

Ohjekortissa käsitellään rakennusten kosteusteknistä toimivuutta, suunnittelua, toteutusta ja todentamista.

‍