Rakennusfysiikka tieteenalana käsittelee rakennusten ja rakenteiden fysikaalista käyttäytymistä sekä niiden kykyä vastata erilaisiin ympäristön aiheuttamiin rasituksiin. Se kattaa ilmiöitä kuten lämmön, kosteuden, ilman ja energian siirtymisen sekä näiden vaikutukset rakenteiden toimivuuteen, pitkäaikaiskestävyyteen ja energiankulutukseen. Rakennusfysiikan näkökulmasta onnistunut suunnittelu varmistaa rakennuksen turvallisena, terveellisenä ja energiatehokkaana säilymisen koko käyttöikänsä ajan. Rakennusfysikaalisesti optimaalisesti toimiva rakennus on edullinen käyttää ja ylläpitää. Tämä edellyttää tarkkaa ymmärrystä ja laajaa osaamista siitä, miten ilmastonmuutos, materiaaliominaisuudet ja sisäilmaolosuhteet voivat vaikuttaa rakenteisiin vuosien ja vuosikymmenten saatossa.
Elämme muuttuvassa maailmassa, jossa sekä uusien että vanhojen rakennusten energiatehokkuutta tulee kehittää kohti nollapäästötavoitetta. Haasteen ratkaisemiseksi vaaditaan uusia materiaaleja sekä suunnitteluratkaisuja, joiden vaikutukset rakennuksen koko käyttöiän aikana pitää tunnistaa. Muun muassa näiden syiden vuoksi rakennusfysikaalinen suunnittelija on se, jonka osaamisen hyödyntämiseen sinun tulee rakennusprojektissa panostaa.
Artikkelin kirjoittaja Tuomas Haavisto on työskennellyt Insinööritoimisto Mäkeläisellä reilun kahden vuoden ajan. Tätä aiemmin hän on työskennellyt noin kymmenen vuoden aikana suurissa teollisuus- ja infrahankkeissa rakennesuunnittelijana sekä muun muassa haastavien peruskorjaushankkeiden työmaainsinöörin tehtävissä. Tuomaksella on betonirakenteiden suunnittelijan V+ FISE-pätevyys. Vapaa-ajallaan Tuomas viihtyy lasten harrastusten parissa sekä valmentaa juniorijalkapallojoukkuetta.
Valmistuin rakennusinsinööriksi vuonna 2012 Oulun seudun ammattikorkeakoulusta. Opintoihini kuului laajasti sekä korjausrakentamista että rakennusfysiikkaa. Kahdentoista työssäolovuoden jälkeen halusin kehittää vielä osaamistani sekä hakea uusia FISE-pätevyyksiä, joten päätin jatkaa opintoja diplomi-insinööriksi. Rakennesuunnittelijan työlle on toki ominaista uuden oppiminen ja jo opitun soveltaminen, mutta virallisesti takaisin koulun penkille hyppääminen on tuntunut virkistävältä. Eräällä kurssilla saimme tehtäväksemme suunnitella rakennuksen, jossa oli mahdollisimman paljon riskirakenteita rakennusfysiikan näkökulmasta. Tämä totutusta täysin päinvastainen suunnittelutehtävä jäi hyvin mieleen ja oli erittäin opettavainen, siksi haluan jakaa siitä saamani ajatukset kanssasi. Mieti samalla, keksisitkö vielä jotain, mikä esimerkkirakennuksessa olisi voinut mennä pieleen!
Katastrofi jo valmistuessaan
Tämä kuvitteellinen, rakennusfysikaalisesti mahdollisimman toimimaton rakennus perustetaan tontin matalimpaan kohtaan, jossa on peruskallion vajoama ja johon on muodostunut paksu savikerros. Ekologisuutta ja kustannussäästöjä haetaan puupaaluilla, jotka ovat vain osittain pohjavedenpinnan alapuolella. Vaihtoehtoisesti rakennus voidaan perustaa radonkaasun esiintymisalueella sijaitsevalle hiekkaharjulle, jossa maanvaraisten alapohjarakenteiden ilmavuotokohtia ei tiivistetä, eikä rakennuksen ilmanvaihdosta huolehdita erikseen.
Rakennuksen vieressä hyvin vettä pidättävät pintamaat kallistetaan johtamaan hulevedet kohti rakennusta, ja matala sokkeli ilman vedeneristeitä tai salaojia pitää valesokkelirakenteisen puurankaulkoseinän alaohjauspuut märkinä. Myös pystysuuntaan asennetun puujulkisivuverhouksen alareuna viistää maata, tai parempi vielä, seinään kiinni istutettua kukkapenkkiä.
Alapohjana rakennuksessa on suoraan perusmaan päälle tehty kaksoisalalaatta, jonka välissä on lämmöneristeenä mineraalivilla tai lastuvilla. Rakennuksen väliseinät perustetaan kaksoisalalaatan alemman betonilaatan päältä, jolloin alapohjasta yleensä puuttuva kapillaarikatko mahdollistaa kosteuden siirtymisen betonin välityksellä väliseinän alaosiin. Rakenteen riskialttiutta lisää myös alapohjan eristetilassa vedetyt vesi- ja viemäriputket, jolloin putkirikon sattuessa eristeet ja väliseinän alaosa kastuvat. Lattian pintamateriaalina toimii muovimatto, joka on asennettu kiireessä liian märän betonin päälle.
Rakennuksessa on tasakatto, jonka läpiviennit ovat huonosti tiivistetty sekä räystäsrakenteet puutteelliset (myrskypellit puuttuvat, jolloin lumituisku tuo yläpohjaan kosteusrasitusta). Lisäksi puutteellinen tuuletus ja yläpohjan ilmavuodot tuovat kosteutta yläpohjan tuuletusväliin. Sisäpuolinen vedenpoisto on hoidettu ainoastaan yhdellä kaivolla ja ulosheittäjätkin unohdettiin asentaa. Myös ikkunoiden pellitykset ja puutteelliset saumojen tiivistykset ohjaavat sadevettä rakenteisiin.
Edellä mainittu on kokoelma riskirakenteita, jotka eivät kuvaa yleisesti rakennuksia Suomessa, mutta valitettavasti moni näistä rakenteista on tuttu esimerkiksi 1960–1980 lukujen rakennuksista. Sinullekin varmasti tuttu maakellarin tai ”mummolan” stereotyyppinen tuoksu on yleensä merkki rakentamisen aikaisesta ajattelemattomuudesta tai tietämättömyydestä. Nykyrakentamisessa on onneksi opittu paljon noista ajoista ja tunnistettuja riskirakenteita vältetään.
Ilmastonmuutos synnyttää uusia riskirakenteita
Ilmastonmuutoksen hillitsemisen toivossa asetetut nollapäästötavoitteet velvoittavat kehittämään sekä uusien että olemassa olevien rakennusten energiatehokkuutta. Kehitystoimien myötä syntyy uusia materiaaleja sekä suunnitteluratkaisuja, joiden vaikutukset rakennuksen koko käyttöiän aikana pitää tunnistaa ja arvioida. Ilmastonmuutos muuttaa rakennukseen vaikuttavaa mikroilmastoa jo sen elinkaaren aikana. Tälläkin hetkellä esimerkiksi tuuli- ja lumikuormien arvot määräytyvät alueellisesti arvioitujen tuuliolosuhteiden sekä lumimäärän mukaan. Mikroilmaston lämpötilan ja sademäärän nousulla on vaikutusta myös rakennuksen rakennusfysikaaliseen toimivuuteen ja nämä tulee ottaa huomioon rakennusten suunnittelussa.
Tampereen yliopiston vuonna 2013 julkaistussa tutkimusraportissa 159 todetaan: ”Ennustetun ilmastonmuutoksen seurauksena ulkolämpötilat nousevat, sademäärät kasvavat ja pilvisyys lisääntyy. Myös ulkoilman suhteellinen kosteus voi nousta ja tuulisuus lisääntyä jossain määrin. Nämä kaikki tekijät parantavat edellytyksiä homeen kasvulle ja kosteuden kondensoitumiselle varsinkin rakenteiden ulko-osissa ja joissakin tapauksissa myös muualla rakenteessa. Lisäksi rakenteiden kuivuminen hidastuu ja kuivumisajat pitenevät.” (Tampereen Yliopisto, 2013, s.2).
Yksi kohtuullisen uusi esimerkki rakenteiden ulko-osien kosteusrasituksen lisääntymisestä on paljon uusissakin pientaloissa käytetty kartonkipintainen tuulensuojakipsilevyn kosteudenkestävyys. Uudessa RIL 107-2022 julkaisussa ohjeistetaan, että herkästi homehtuvia tuulensuojalevyjä (homehtumisherkkyysluokka 1 ja 2) ei saa käyttää rakenteen uloimmaisena tuulensuojana, ellei tuulensuojan kokonaisnaislämmönvastus ole suurempi tai yhtä suuri kuin 0,5 m2K/W. Ohut herkästi homehtuva tuulensuoja tulee asentaa aina lämpöä eristävän tuulensuojan sisäpuolelle. Kartonkipintainen tuulensuojalevy on siis hyväksyttävä rakenne edelleenkin, jos sen ulkopuolella on vielä lämpöä eristävä tuulensuojalevy (RIL 107-2022, s.40–41).
Rakennusfysikaalinen suunnittelu nykypäivänä
Nykyrakentamisessa katsotaan pitkälle tulevaan. Asuinrakennusten runko suunnitellaan vähintään 50 vuoden käyttöiälle (Ympäristöministeriö, s.12). Todellisuudessa rakennukset ovat usein käytössä vielä suunnitellun käyttöikänsä jälkeenkin. Oletko miettinyt, minkälaisessa kunnossa nyt rakennettavat rakennukset ja niiden rakenteet ovat suunnitellun käyttöikänsä loppupuolella? Kyse on aika lailla samasta aikavälistä, kuin tuolloin 1960–1980 luvuilla olisimme pohtineet missä kunnossa rakennukset ovat tänään. Nykyaikana rakennusfysikaalisissa tarkasteluissa on enenevissä määrin apuna kehittyneet tietokoneavusteiset laskentaohjelmistot, joilla pystytään ratkaisemaan muun muassa monimutkaisia lämmön- ja kosteudensiirtymisongelmia. Nämä ohjelmistot mahdollistavat myös tutkittavien rakenteiden tarkastelun tulevaisuudessa ennustetun säädatan avulla esimerkiksi rakennusten suunnitellun käyttöiän loppupuolella. Meillä on siis nykyään käytössä paljon laajempi tietotaito sekä modernit työkalut rakennusfysiikan ongelmien ratkaisemiseen. Hyvällä suunnittelulla luodaan rakennusfysikaalisesti toimivia rakenteita koko rakennuksen todellisen käyttöiän ajalle. Ja toivottavasti tuo käyttöaika olisi tulevaisuudessa kymmenien vuosien sijasta jopa satoja vuosia, sekin kun on nykytietämyksellä mahdollista.
Mikäli kaipaat kumppania rakennushankkeesi laadukkaaseen ja kestävään rakenne- ja rakennusfysikaaliseen suunnitteluun, ole yhteydessä asiantuntijoihimme! Tuomaksen tavoitat puhelimitse numerosta 050 438 4008 ja sähköpostitse osoitteesta tuomas.haavisto@insmakelainen.fi
Artikkeli julkaistu 11/2024
LÄHTEET:
Tampereen yliopisto. (2013). Ilmastonmuutoksen ja lämmöneristyksen lisäyksen vaikutukset vaipparakenteiden kosteusteknisessä toiminnassa ja rakennusten energiankulutuksessa. Haettu 12.11.2024 osoitteesta: https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-2949-8
RIL 107-2022. Rakennusten veden- ja kosteudeneristysohjeet, Helsinki: Suomen Rakennusinsinöörien Liitto.
Ympäristöministeriö. (2016). Rakenteiden lujuus ja vakaus, Kantavien rakenteiden suunnitteluperusteet, Suomen rakentamismääräyskokoelma, Helsinki. Haettu 18.11.2024 osoitteesta: https://ym.fi/documents/1410903/0/Suunnitteluper_20122016.pdf/828ba6df-8e38-094d-a22e-e8ac8509488d/Suunnitteluper_20122016.pdf?t=1726563379428