Hirsirakennusten hengittävyys varmistetaan oikeanlaisella pintakäsittelyllä

Rakennusten pintakäsittelyissä korostuu oikeanlaisen pintakäsittelyaineen käyttäminen käsiteltävän pinnan mukaisesti. Puujulkisivuissa, kuten hirsirakennuksissa tai puuverhotuissa taloissa, julkisivu altistuu monenlaisille rasitustekijöille. Näitä ovat esimerkiksi ulkoilman vaihtuva lämpötila ja suhteellinen kosteus, auringonpaiste sekä vesisade.

Tikkurila_Lastu_Hirsimaali_04

Puun solurakenteesta johtuen, tavanomaisissa rakentamisessa yleisesti käytettävissä kotimaisissa puulajeissa, kuten männyssä ja kuusessa tapahtuu merkittäviä muodonmuutoksia puun kosteuspitoisuuden muuttuessa. Toisaalta suojaamaton puupinta ulko-olosuhteissa voi homehtua ulkoilman korkeasta suhteellisesta kosteudesta johtuen. Rakennuksen sisätilojen rajoittuessa puupintaan (mm. hirsiseinät) olosuhteet ja rasitustekijät eroavat rakennuksen ulkopinnasta. Auringon säteilyn määrä sisäpinnoille on selvästi alempi kuin ulkopinnoille, mutta myös sisäpinnat altistuvat säteilylle. Sisäilman lämpötila on Suomessa keskimäärin selvästi korkeampi sisätilassa kuin ulkoilmassa. Suhteellinen kosteus on yleensä alempi asuinrakennuksen sisäilmassa kuin ulkoilmassa.

Kylmänä vuodenaikana sisäilman suhteellinen kosteus on selvästi ulkoilmaa alempi. Puupintoja käsiteltäessä on huomioitava, että pintakäsittelyllä vaikutetaan puun käyttäytymiseen kosteuden sitoutumisen kannalta. Hirsirakennuksissa puun luonnollinen ominaisuus sisäilman kosteutta tasaavana materiaalina säilyy, kun pintakäsittely tehdään riittävästi kosteutta läpäisevällä aineella ja työmenetelmät valitaan ohjeiden mukaisesti. Hirsi tasaa sisäilman kosteutta erityisesti talvella kostuttamalla sitä, mutta myös kesällä kuivaamalla sisäilmaa (kuva 1).

Tikkurila_Ramboll_sisäilman_suhteellinen_kosteus_kaavio

Kuva 1. Periaatekuva sisäilman suhteellisesta kosteudesta (RH) ja absoluuttisesta kosteudesta (ABS) tavallisessa asuintalossa verrattuna hirsitaloon.

Hirsirakennuksissa seinien sisäpinta voidaan jättää käsittelemättä, mutta yleensä se käsitellään sopivalla pintakäsittelyaineella, kuten maalilla, vahalla tai lakalla. Käsittelyllä voidaan suojata pintaa esimerkiksi auringon säteilyltä ja likaantumiselta sekä vaikuttaa sisätilan värimaailmaan. Taulukossa 1 on esitetty tyypillisiä rakennusten sisäpinnoilla käytettäviä pintakäsittelyaineita ja niiden kosteusteknisiä ominaisuuksia. Pintakäsittelyaineiden tiiveyttä kosteudensiirtymisen suhteen voidaan verrata esimerkiksi 7 mm paksuun mäntypuukerrokseen. Materiaalin suhteellinen diffuusiovastuskerroin Sd, jonka yksikkö on metri, kuvastaa kuinka paksu ilmakerros vaadittaisiin, jotta tämän ilmakerroksen kosteudensiirtymistä hidastava vaikutus olisi yhtä suuri kuin ko. materiaalilla. Suhteellinen diffuusiovastuskerroin lasketaan kaavalla 1, missä µ on diffuusiovastuskerroin [-] ja d on materiaalikerroksen paksuus [m].

Tikkurila_Ramboll_sisäilman_suhteellinen_kosteus_kuva1


Diffuusiovastuskertoimet vaikuttavat rakenteen läpi siirtyviin kosteusvirtoihin ns. Fickin lain mukaisesti, josta voidaan johtaa Sd-arvolle sopiva kaava (kaava 2). Suurempi diffuusiovastuskerroin alentaa kosteusvirran määrää.


Tikkurila_Ramboll_sisäilman_suhteellinen_kosteus_kuva2


missä gv on kosteusvirta [kg/m2s], dx on materiaalin paksuus [m], δ on vesihöyryn diffuusiokerroin ilmassa [kg/msPa] ja dp on vesihöyryn osapaineen erotus [Pa].

Vuonna 2004 tehdyssä tutkimuksessa [1] tutkittiin puupohjaisten tuotteiden ja puumateriaalien päivittäistä kykyä tasata huoneilman kosteutta. Tutkimuksessa tehtiin ns. dm8h/16h -testi, jossa koekappaleita pidettiin vuoroin 8 tuntia 45 % suhteellisessa kosteudessa ja 16 tuntia 65 % suhteellisessa kosteudessa (RH). Tulosten perusteella tehtiin luokitus materiaalin ja pintakäsitellyn materiaalin kyvylle tasata huoneilman kosteutta. I-luokassa kyky tasata kosteutta on erinomainen (>20 g/m2) ja V-luokassa puolestaan kykyä ei ole lainkaan.

Pinnoittamaton kuusipaneeli kuuluu hyvään luokkaan II ja sen kosteudensitomiskyky kokeen loppuvaiheessa oli kahdeksan tunnin aikana 12,6 g/m2. Tähän luokkaan pääsemiseksi puun pintakäsittelyn Sd arvon tulisi olla enintään 0,056 m. Jos pintakäsittelyn Sd arvo on 0,376 m, kosteudentasaus luokka on IV (pieni vaikutus). Hirsimaalilla käsitelty hirsiseinä kuuluu tutkimuksen perusteella III-luokkaan, eli se tasaa huoneilman kosteutta kohtuullisesti. Hirren vahakäsittelyllä voidaan päästä lähelle luokkaa II. Pinnoittamatonta hirsiseinää voi verrata toiminnaltaan kuusipaneeliin. Syy miksi pinnoittamaton hirsi tai muu puumateriaali ei tämän luokituksen mukaan kuuluu eniten kosteutta tasaavaan luokkaan, löytyy puun luontaisesta ominaisuudesta vastustaa vesihöyryn liikettä.


Tikkurila_Ramboll_sisäilman_suhteellinen_kosteus_taulukko1


Puun ominaisuus tasata sisäilman kosteutta perustuu kosteudenläpäisyominaisuuksien lisäksi sen hygroskooppisuuteen, eli siihen että puu pyrkii tasapainoon ympäristönsä kanssa sitoen ja luovuttaen kosteutta ympäröivän ilman välillä. Vesimolekyyli sitoutuu puun sisällä puumateriaalin huokosten pinnalle. Kosteutta sitoutuu puuhun, kunnes puun kosteuspitoisuus on tasapainossa vallitsevan ilman suhteellisen kosteuden kanssa. Tämä tasapainokosteus on puulla korkea verrattuna moneen muuhun rakennusmateriaaliin. Suhteellisella kosteudella 50 % puussa on noin 9,5 paino-% kosteutta eli puun tiheydellä 450 kg/m3 siinä on kosteutta noin 43 kg/m3. Tämä on suuri määrä kosteutta verrattuna esimerkiksi tavanomaiseen sisäilmaan, jossa on tyypillisesti kosteutta 4-12 g/m3. Suhteellisella kosteudella 40 % puun tasapainokosteus on noin 8 paino-% eli 36 kg/m3. Puun tasapainokosteus alenee siis 7 kg/m3 verrattuna 50 %-RH tasoon. Jos sisäilman kosteus alenisi 50 % tasolta tasolle 40 %, vastaisi tämä 7 kg kosteusmäärää, jonka puu pyrkisi vähitellen luovuttamaan sisäilmaan.

Kipsilevyllä verhotuissa seinissä levyn hygroskooppinen tasapainokosteus on sisäilman suhteellisella kosteudella 50 % luokkaa 4 kg/m3 ja suhteellisella kosteudella 40 % luokkaa 3,2 kg/m3 eli vastaavasti sisäilman kosteuden alentuessa 50 % tasolta tasolle 40 %, kipsilevystä vapautuisi kosteutta 0,8 kg/m3. Hirsiseinän luovuttama kosteusmäärä 13 mm paksuiselta osuudelta sisäpinnastaan on noin 9-kertainen verrattuna kipsilevyverhottuun seinään. Kun huomioidaan hirsiseinän kokonaispaksuus, on sen kosteutta tasaava vaikutus monin kymmenkertainen verrattuna kipsilevyverhottuun seinään.

Usein rakentamisessa käytetty termi materiaalin hyvä hengittävyys tarkoittaa sen korkeaa hygroskooppisuutta, eli materiaalin hyvää kykyä sitoa ja luovuttaa kosteutta. Hirsirakennuksissa puun kosteutta tasaava vaikutus rajoittuu lyhyellä aikavälillä hirren sisäpintaan. Kosteutta sitovan ja luovuttavan puukerroksen paksuus riippuu juuri tarkasteluajasta. Esimerkiksi muutaman tunnin kestävä kosteuskuorma vaikuttaa puun kosteuteen noin 1-2 mm syvyydellä ja viikon aikana noin 11 mm syvyydellä [2]. Tätä pidemmällä tarkastelujaksolla hirren kosteuspitoisuus voi muuttua jopa sen keskisyvyydellä, mutta tällaiset muutokset ovat hitaita. Nykyään yleisimmin käytössä oleva hirsimateriaali on lamellihirsi, missä puukerrokset on liimattu kiinni toisiinsa. Lamellihirren hengittävyys vastaa pääosin umpihirren hengittävyyttä, sillä lamellihirren yhden liimakerroksen suhteellinen diffuusiovastuskerroin on luokkaa 1,0 metriä. Liimakerrokset eivät siis merkittävästi vaikuta kosteuden sitoutumiseen tai liikkumiseen lamellihirsirakenteessa.

Hirsirakennuksen sisäilman kosteuteen vaikuttaa merkittävästi myös ilmanvaihtojärjestelmä. Perinteisissä hirsirakennuksissa on käytetty painovoimaista ilmanvaihtoa, joissa tulipesien (esim. takkojen) kautta ilma on virrannut ulos rakennuksesta ja korvausilma on otettu venttiileistä tai hirsien saumojen välistä. Nykyaikaisissa energiatehokkaammissa hirsirakennuksissa hirsiseinä on huomattavasti ilmatiiviimpi kuin ennen, mikä on vaikuttanut käytettyihin ilmanvaihtoperiaatteisiin. Ilmanvaihtojärjestelmänä voi olla koneellinen poistoilmanvaihto tai tulo-poistoilmanvaihto. Erityisesti tulo-poisto -ilmanvaihto vaatii toimiakseen tarkoituksenmukaisesti, että rakennuksen vaippa on suhteellisen ilmatiivis. Ilmanvaihtojärjestelmä ottaa tuloilman ulkoa ja samalla ulkoilman kosteus siirtyy sisäilmaan. Ulkoilman keskimääräinen suhteellinen kosteus vuoden aikana on Suomessa luokkaa 80 %, mutta sisäilman kosteus on tätä alempi, johtuen sisäilman ulkoilmaa korkeammasta lämpötilasta.

Hirsirakennuksen sisäilman kosteuden riippuvuutta ilmanvaihdosta ja puun kosteutta tasaavasta ominaisuudesta voidaan havainnollistaa tasapainotilanteessa ns. sekoitusyhtälöllä (kaava 3).


Tikkurila_Ramboll_sisäilman_suhteellinen_kosteus_kuva3

missä vs on sisäilman absoluuttinen kosteus g/m3, vu on ulkoilman absoluuttinen kosteus, G on kosteustuotto sisäilmaan g/h, n on ilmanvaihtoluku 1/h ja V on rakennuksen tilavuus m3. Hirsiseinän ilmankosteutta tasaava vaikutus sisältyy termiin G ja on positiivinen tai negatiivinen riippuen ilmankosteuden muutoksen suunnasta. Esimerkiksi jos ulkoilman ja siten sisäilman kosteus laskee, G termi on positiivinen ja hirsiseinä kostuttaa sisäilmaa. Ilmanvaihdon kasvattaminen pienentää kosteustuoton vaikutusta sisäilman kosteuspitoisuuteen.

Vuonna 1998 tehdyssä tutkimuksessa [2] tutkittiin hirsirakenteisten asuinrakennusten sisäilman olosuhteita ja rakenteiden lämpö- ja kosteusteknistä toimintaa. Tutkimuskohteista, joissa oli luonnollinen ilmanvaihto, yhdessä hirren sisäpinta oli käsitelty pellavaöljyllä ja kahden muun rakennuksen hirren pinta oli käsittelemätön. Sisäilman suhteellinen kosteus oli kaikissa kolmessa rakennuksessa talvella keskimäärin 28 %-RH ja kesällä 47 %-RH (pellavaöljyllä käsitellyssä) ja 44 %-RH (käsittelemättömissä rakennuksissa). Pintakäsittely ei vaikuttanut merkittävästi sisäilman suhteelliseen kosteuteen. Neljännessä kohteessa, jossa oli koneellinen poisto ja käsittelemätön sisäpinta, sisäilman suhteellinen kosteus oli talvella 33 %-RH ja kesällä 49 %-RH. Tulokset olivat hieman korkeampia kuin toisissa kohteissa. Tuloksista voidaan huomata, että ilmanvaihtojärjestelmän käyttötapa vaikuttaa oleellisesti sisäilman olosuhteisiin. Koneellinen ilmanvaihto tuleekin säätää sopivaksi, siten että sisäilman laatu varmistetaan, mutta samalla on vältettävä liiallista ilmanvaihtuvuutta, joka ennen pitkää kuivaisi sisäilman ja hirsirungon.

Merkittävää tutkimuksessa [2] oli, että koekohteiden asukkaat viihtyivät tavoitearvoihin nähden alemmissa lämpötiloissa. Tämä selittyy sillä, että ihmisen kokemus sisäilman lämpötilan viihtyisyydestä on myös osittain riippuvainen sisäilman suhteellisesta kosteudesta [3]. Talvella kun sisäilman suhteellinen kosteus alittaa 50 %, nousee ihmisen kokeman optimilämpötilan arvo 0,3 °C aina, kun sisäilman kosteus laskee 10 %-RH yksikköä [3]. Näin ollen esimerkiksi hirsirakennuksissa, joissa sisäilman kosteus on tyypillisesti tavanomaista rakennusta korkeampi, voidaan talvella ylläpitää hieman alempaa lämpötilaa asumisviihtyisyydestä tinkimättä. Täten voidaan saavuttaa säästöjä asumisen energiankulutuksessa, mikä on arviolta luokkaa 4-5 % lämpötila-astetta kohden [2].

Kuten edellä on kuvattu, hirsirakennuksissa sisäilman kosteuspitoisuus muodostuu kosteuslähteiden ja ilmanvaihdon yhteisvaikutuksesta. Hirsiseinän sisäpinnan pintakäsittelyllä voidaan vaikuttaa puun kykyyn tasata huoneilman kosteutta. Pyrittäessä hyvään puun kosteuden tasauskykyyn, pintakäsittelyaine ja käsittelyn paksuus tulisi valita siten, että käsittelyn lopullinen suhteellinen diffuusiovastuskerroin olisi luokkaa 0,05 m. Esimerkiksi vahaa sisältävillä pintakäsittelyaineilla suhteellinen diffuusiovastuskerroin on luokkaa 0,05-0,1 m. Kohtuulliseen kosteuden tasauskykyyn voidaan päästä esimerkiksi vesihöyryavoimilla maaleilla, joiden suhteellinen diffuusiovastuskerroin on luokkaa 0,1-0,15 m. Puupintoja käsiteltäessä on noudatettava ohjeiden mukaisia työmenetelmiä, jotta käsittelyllä saavutetaan oikea paksuus ja siten haluttu vesihöyryavoimuus.


Lähteet:

1. Koponen, Simo, Susanna Peltola, and Pekka Tukiainen. Effective Moisture Capacity of Wood in Building Structures: A Wooden Building With Comfortable Temperature and Humidity Conditions : Partial Project: HUT, LSEBP. Espoo: Helsinki University of Technology, 2004.
2. Lehtinen, Teppo, Martti Viljanen, and Jari Hänninen. Massiivihirsistä Tehtyjen Ulkoseinien Käyttö Asuinrakentamisessa. Espoo: Helsinki University of Technology, 1998. 64 s.
3. Seppänen, Olli. Rakennusten Lämmitys. 2. päivitetty p. [Helsinki]: Suomen LVI-liitto SULVI, 2001. 444 s.



Kontaktibanneri_2018
Kaipaatko lisätietoa tuotteesta? Ota yhteyttä asiantuntijoihimme >>




Tutustu tuotteeseen Lastu Hirsimaali

Tikkurila_Lastu_Hirsimaali_web_can

Lastu Hirsimaali - UUTUUS

Sisämaalaukseen puupinnoille. Soveltuu sekä korjaus- että uudismaalaukseen. 

Riittoisuus: 7-8 m2/l. Maalilaskuri
Työtapa:

Sively, telaus, ruiskutus.

Korkeapaineruiskutuksessa suutin 0,013", ei ohenneta.
Ohenne: Vesi
Värikartat: Tikkurila Symphony 2436 värikartta, Tunne väri ja KaunisKoti
Tuoteseloste Käyttöturvallisuustiedote