Uudet vaipparakenteet

Energiansäästö ja kosteustekniikka

Translated title of the contribution: New building envelope structures : energy saving and moisture technology

Erkki Kokko, Tuomo Ojanen, Mikael Salonvaara

Research output: Book/ReportReportProfessional

Abstract

Tässä raportissa esitetään yhteenveto "Rakennusten energiankäytön tutkimusohjelmaan RAKET" kuuluvan projektin "Innovatiivisten vaipparakenteiden kehitys" tuloksista, jotka koskevat rakenteiden lämpöhäviöiden pienentämiseen ja kosteusteknisen toiminnan parantamiseen sekä aurinkoenergian hyödyntämiseen tähtääviä keinoja. Tavoitteena oli tuottaa uusiin oivalluksiin perustuvia rakenneratkaisuja ja -periaatteita vähän lämmitysenergiaa kuluttaviin rakennuksiin. Lämpöhäviön pienentämiseen tähtäävät ratkaisut perustuvat tavanomaisiin mineraalivilla- ja solumuovieristeisiin, pitkäaaltoisen lämpösäteilyn sulkuna toimiviin pieniemissiviteettipintaisiin kalvoihin sekä rakennuspapereihin, joilla on halutut ominaisuudet. Aurinkoenergiaa hyödyntävänä ratkaisuna tutkittiin valoa läpäisevään lämmöneristeeseen sekä lasirakenteisiin perustuvaa kerääjää, luonnollisen konvektion ilmakiertoa ja massavaraajaa järjestelmänä. Ulkoseinän paksu kevyt mineraalivillaeristys sisältää käytännössä aina vähäisiä epäideaalisuuksia, jotka lisäävät reaalisen lämmöneristyksen konvektiivisuutta verrattuna ideaalieristykseen. Lämmöneristyksen paksuntaminen lisää epäideaalisuuksien ja konvektion haittaa. Esim. 300 mm:n eristyspaksuudesta voidaan pakkasella menettää tehollisesti 50 mm eristyksen sisäisen luonnollisen konvektion seurauksena. Lisäksi rakenteen sisäinen kosteus jakautuu epätasaisesti lisäten home- ja lahoriskiä. Eristyksen osastointi ilmanpitävillä, vesihöyryä diffuusisesti läpäisevillä pystysuuntaisilla konvektiokatkoilla eliminoi tehokkaasti paksun reaalieristyksen konvektiivisuuden. Kevyessä mineraalivillaeristeessä tapahtuva pitkäaaltoinen lämpösäteily (IR-säteily) muodostaa merkittävän osan eristyksen kokonaislämmönsiirrosta. IR-säteilyä heijastavien kalvojen käyttö suoraan mineraalivillaeristettä vasten vähentää säteilyyn perustuvaa lämpövirtaa vain ohuessa kalvoon rajoittuvassa eristekerroksessa. Kauempana eristeessä säteily tapahtuu kalvosta riippumatta kuitujen välillä. Säteilyn merkittävään vähentämiseen päästään vain pieniemissiviteettipintaisilla kuiduilla tai IR-säteilyn suhteen erittäin läpinäkyvillä kuiduilla sekä pieniemissiviteettipintaisilla kalvoilla eristyksen pinnoissa. Pelkästään pieniemissiviteettipintaisiin kalvoihin ja ilmaväleihin perustuvia lämmöneristysrakenteita analysoitiin laskennallisesti ja kokeellisesti. Kalvot toimivat sekä säteilylämmönsiirron estäjänä että konvektiokatkoina. Pystysuorissa rakenteissa, joissa ilmavälin paksuus on 20...30 mm ja joissa toinen ilmaväliin rajoittuvista pinnoista on emissiviteetiltään pieni (epsilon >/= 0,05), oli rakenteen näennäinen tehollinen lämmönjohtavuus luokkaa 0,03 W/(m * K). Vaakasuorissa eristyksissä, joissa lämpö siirtyy alaspäin, päästiin samaan ilmavälin paksuuden ollessa suuruusluokkaa 50 mm. Paksuudeltaan erilaisten vaaka- ja pystysuuntaisten koerakenteiden mitatut lämmönläpäisykertoimet olivat alueella 0,14...0,17 W/(m2 * K). Käytännön sovelluksena tutkittiin paksu kevyellä mineraalivillalla eristetty seinärakenne, jossa sisäverhouksen ja höyrynsulun välissä oli 30 mm:n ilmaväli. Höyrynsulkuna mineraalivilla sisäpinnassa oli paperiin laminoitu alumiinifolio kirkas pinta ilmaväliin päin. Saavutetut edut olivat: 30 mm:n ilmaväli toimii rakenteessa ylimääräisenä lämmöneristyskerroksena ja asennustilana, höyrynsulku säilyy ehjänä ja toimii tehokkaasti ilmansulkuna sekä samalla diffuusiotiiviinä ainekerroksena. Toisena sovelluksena tutkittiin pieniemissiviteettipintaisen kalvon vaikutus, kun kalvo asennettiin ryömintätilaisen alapohjan alle n. 50 mm sen alapinnasta alaspäin. Tavoitteena oli nostaa alapohjan alapinnan lämpötilaa ja parantaa kosteusoloja sekä alapohjan lämmöneristystä. Sekä laskelmat että kokeet osoittivat, että alapohjan alapinnan lämpötila nousi kalvon vaikutuksesta useita asteita, jolloin suhteellinen kosteus välittömästi alapohjan alla aleni n. 90 %:sta n. 65 %:iin. Vastaavasti jatkuvuustilan lämpötilaero ja samalla lämpövirta alapohjan läpi pieneni n. 40 % verrattuna kalvottomaan tilanteeseen. Laboratoriokokein tutkittiin yläpinnaltaan kallistetulla paksulla EPS-solumuovi-kerroksella eristetyn tuulettumattoman tasakaton kuivattamista kapillaarisesti johtavan viemäröintikerroksen avulla. EPS-eristyksen ja höyrynsulun väliin asetettu kapillaarisesti johtava yhtenäinen kuitukerros siirsi koekatossa n. 6 m:n etäisyydelle räystäästä asetetun vuotoveden räystäsreunalle, josta se poistui ulkopuolelle aluksi tippumalla ja myöhemmin haihtumalla kapillaarisen kerroksen reunasta. Veden poistuminen katosta alkoi n. vuorokauden kuluttua vesivuodosta ja pääosa kattoon asetetusta vedestä oli poistunut 21 vrk:n aikana. Jäännöskosteus katossa oli kokeen päättyessä 0,5...0,7 kg/m2. Rakenteisiin integroitu, luonnolliseen, omavoimaiseen ilmankiertoon perustuva aurinkoenergian kerääjäjärjestelmä osoittautui lupaavaksi ratkaisuksi. Järjestelmässä kerääjä- ja varaajarakenteet olivat erillään toisistaan, mutta yhteydessä suljetun ilmakanavan avulla. Valoaläpäisevään lämmöneristeeseen tai lasirakenteeseen perustuvassa kerääjässä lämpenevä ilma kulkee rakennuksen sisällä olevaan varaajaan. Aktiivisen järjestelmän etuna on pieni kerääjäseinän U-arvo ja varaajan lämpöhäviöiden tuleminen ympäröivien tilojen hyödyksi. Järjestelmä pystyi siirtämään ilmakierrolla yli 40 % kerääjän ulkopintaan tulleesta auringon säteilyenergiasta rakennuksen sisempiin osiin. Avoin ilmakierto huonetilaan antoi paremman hyötysuhteen, mutta käytännön ongelmina ovat kanaviston likaantuminen ja suuret hetkelliset lämpökuormat. Suljetussa ilmakiertokanavistossa lämpö siirtyi suurelta osin kanavistoon ja 3 m etäisyydellä kerääjästä olevaan kevytbetoniseen varaajaseinään saatiin vain 25 - 30 % koko konvektiolla siirretystä energiasta. Kehitystyön jatkona tulee olemaan samaan rakenteeseen integroitu järjestelmä.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages92
ISBN (Print)951-38-5168-0
Publication statusPublished - 1997
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

NameVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
PublisherVTT
No.1869
ISSN (Print)1235-0605
ISSN (Electronic)1455-0865

Fingerprint

Pinta
Pravastatin
Technology
xylometazoline

Keywords

  • low-energy houses
  • thermal insulation
  • moisture transparent insulation
  • thermal convection
  • solar energy

Cite this

Kokko, E., Ojanen, T., & Salonvaara, M. (1997). Uudet vaipparakenteet: Energiansäästö ja kosteustekniikka. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1869
Kokko, Erkki ; Ojanen, Tuomo ; Salonvaara, Mikael. / Uudet vaipparakenteet : Energiansäästö ja kosteustekniikka. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1997. 92 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1869).
@book{a506a5609a8b4381b694536ddf5eafa5,
title = "Uudet vaipparakenteet: Energians{\"a}{\"a}st{\"o} ja kosteustekniikka",
abstract = "T{\"a}ss{\"a} raportissa esitet{\"a}{\"a}n yhteenveto {"}Rakennusten energiank{\"a}yt{\"o}n tutkimusohjelmaan RAKET{"} kuuluvan projektin {"}Innovatiivisten vaipparakenteiden kehitys{"} tuloksista, jotka koskevat rakenteiden l{\"a}mp{\"o}h{\"a}vi{\"o}iden pienent{\"a}miseen ja kosteusteknisen toiminnan parantamiseen sek{\"a} aurinkoenergian hy{\"o}dynt{\"a}miseen t{\"a}ht{\"a}{\"a}vi{\"a} keinoja. Tavoitteena oli tuottaa uusiin oivalluksiin perustuvia rakenneratkaisuja ja -periaatteita v{\"a}h{\"a}n l{\"a}mmitysenergiaa kuluttaviin rakennuksiin. L{\"a}mp{\"o}h{\"a}vi{\"o}n pienent{\"a}miseen t{\"a}ht{\"a}{\"a}v{\"a}t ratkaisut perustuvat tavanomaisiin mineraalivilla- ja solumuovieristeisiin, pitk{\"a}aaltoisen l{\"a}mp{\"o}s{\"a}teilyn sulkuna toimiviin pieniemissiviteettipintaisiin kalvoihin sek{\"a} rakennuspapereihin, joilla on halutut ominaisuudet. Aurinkoenergiaa hy{\"o}dynt{\"a}v{\"a}n{\"a} ratkaisuna tutkittiin valoa l{\"a}p{\"a}isev{\"a}{\"a}n l{\"a}mm{\"o}neristeeseen sek{\"a} lasirakenteisiin perustuvaa ker{\"a}{\"a}j{\"a}{\"a}, luonnollisen konvektion ilmakiertoa ja massavaraajaa j{\"a}rjestelm{\"a}n{\"a}. Ulkosein{\"a}n paksu kevyt mineraalivillaeristys sis{\"a}lt{\"a}{\"a} k{\"a}yt{\"a}nn{\"o}ss{\"a} aina v{\"a}h{\"a}isi{\"a} ep{\"a}ideaalisuuksia, jotka lis{\"a}{\"a}v{\"a}t reaalisen l{\"a}mm{\"o}neristyksen konvektiivisuutta verrattuna ideaalieristykseen. L{\"a}mm{\"o}neristyksen paksuntaminen lis{\"a}{\"a} ep{\"a}ideaalisuuksien ja konvektion haittaa. Esim. 300 mm:n eristyspaksuudesta voidaan pakkasella menett{\"a}{\"a} tehollisesti 50 mm eristyksen sis{\"a}isen luonnollisen konvektion seurauksena. Lis{\"a}ksi rakenteen sis{\"a}inen kosteus jakautuu ep{\"a}tasaisesti lis{\"a}ten home- ja lahoriski{\"a}. Eristyksen osastointi ilmanpit{\"a}vill{\"a}, vesih{\"o}yry{\"a} diffuusisesti l{\"a}p{\"a}isevill{\"a} pystysuuntaisilla konvektiokatkoilla eliminoi tehokkaasti paksun reaalieristyksen konvektiivisuuden. Kevyess{\"a} mineraalivillaeristeess{\"a} tapahtuva pitk{\"a}aaltoinen l{\"a}mp{\"o}s{\"a}teily (IR-s{\"a}teily) muodostaa merkitt{\"a}v{\"a}n osan eristyksen kokonaisl{\"a}mm{\"o}nsiirrosta. IR-s{\"a}teily{\"a} heijastavien kalvojen k{\"a}ytt{\"o} suoraan mineraalivillaeristett{\"a} vasten v{\"a}hent{\"a}{\"a} s{\"a}teilyyn perustuvaa l{\"a}mp{\"o}virtaa vain ohuessa kalvoon rajoittuvassa eristekerroksessa. Kauempana eristeess{\"a} s{\"a}teily tapahtuu kalvosta riippumatta kuitujen v{\"a}lill{\"a}. S{\"a}teilyn merkitt{\"a}v{\"a}{\"a}n v{\"a}hent{\"a}miseen p{\"a}{\"a}st{\"a}{\"a}n vain pieniemissiviteettipintaisilla kuiduilla tai IR-s{\"a}teilyn suhteen eritt{\"a}in l{\"a}pin{\"a}kyvill{\"a} kuiduilla sek{\"a} pieniemissiviteettipintaisilla kalvoilla eristyksen pinnoissa. Pelk{\"a}st{\"a}{\"a}n pieniemissiviteettipintaisiin kalvoihin ja ilmav{\"a}leihin perustuvia l{\"a}mm{\"o}neristysrakenteita analysoitiin laskennallisesti ja kokeellisesti. Kalvot toimivat sek{\"a} s{\"a}teilyl{\"a}mm{\"o}nsiirron est{\"a}j{\"a}n{\"a} ett{\"a} konvektiokatkoina. Pystysuorissa rakenteissa, joissa ilmav{\"a}lin paksuus on 20...30 mm ja joissa toinen ilmav{\"a}liin rajoittuvista pinnoista on emissiviteetilt{\"a}{\"a}n pieni (epsilon >/= 0,05), oli rakenteen n{\"a}enn{\"a}inen tehollinen l{\"a}mm{\"o}njohtavuus luokkaa 0,03 W/(m * K). Vaakasuorissa eristyksiss{\"a}, joissa l{\"a}mp{\"o} siirtyy alasp{\"a}in, p{\"a}{\"a}stiin samaan ilmav{\"a}lin paksuuden ollessa suuruusluokkaa 50 mm. Paksuudeltaan erilaisten vaaka- ja pystysuuntaisten koerakenteiden mitatut l{\"a}mm{\"o}nl{\"a}p{\"a}isykertoimet olivat alueella 0,14...0,17 W/(m2 * K). K{\"a}yt{\"a}nn{\"o}n sovelluksena tutkittiin paksu kevyell{\"a} mineraalivillalla eristetty sein{\"a}rakenne, jossa sis{\"a}verhouksen ja h{\"o}yrynsulun v{\"a}liss{\"a} oli 30 mm:n ilmav{\"a}li. H{\"o}yrynsulkuna mineraalivilla sis{\"a}pinnassa oli paperiin laminoitu alumiinifolio kirkas pinta ilmav{\"a}liin p{\"a}in. Saavutetut edut olivat: 30 mm:n ilmav{\"a}li toimii rakenteessa ylim{\"a}{\"a}r{\"a}isen{\"a} l{\"a}mm{\"o}neristyskerroksena ja asennustilana, h{\"o}yrynsulku s{\"a}ilyy ehj{\"a}n{\"a} ja toimii tehokkaasti ilmansulkuna sek{\"a} samalla diffuusiotiiviin{\"a} ainekerroksena. Toisena sovelluksena tutkittiin pieniemissiviteettipintaisen kalvon vaikutus, kun kalvo asennettiin ry{\"o}mint{\"a}tilaisen alapohjan alle n. 50 mm sen alapinnasta alasp{\"a}in. Tavoitteena oli nostaa alapohjan alapinnan l{\"a}mp{\"o}tilaa ja parantaa kosteusoloja sek{\"a} alapohjan l{\"a}mm{\"o}neristyst{\"a}. Sek{\"a} laskelmat ett{\"a} kokeet osoittivat, ett{\"a} alapohjan alapinnan l{\"a}mp{\"o}tila nousi kalvon vaikutuksesta useita asteita, jolloin suhteellinen kosteus v{\"a}litt{\"o}m{\"a}sti alapohjan alla aleni n. 90 {\%}:sta n. 65 {\%}:iin. Vastaavasti jatkuvuustilan l{\"a}mp{\"o}tilaero ja samalla l{\"a}mp{\"o}virta alapohjan l{\"a}pi pieneni n. 40 {\%} verrattuna kalvottomaan tilanteeseen. Laboratoriokokein tutkittiin yl{\"a}pinnaltaan kallistetulla paksulla EPS-solumuovi-kerroksella eristetyn tuulettumattoman tasakaton kuivattamista kapillaarisesti johtavan viem{\"a}r{\"o}intikerroksen avulla. EPS-eristyksen ja h{\"o}yrynsulun v{\"a}liin asetettu kapillaarisesti johtava yhten{\"a}inen kuitukerros siirsi koekatossa n. 6 m:n et{\"a}isyydelle r{\"a}yst{\"a}{\"a}st{\"a} asetetun vuotoveden r{\"a}yst{\"a}sreunalle, josta se poistui ulkopuolelle aluksi tippumalla ja my{\"o}hemmin haihtumalla kapillaarisen kerroksen reunasta. Veden poistuminen katosta alkoi n. vuorokauden kuluttua vesivuodosta ja p{\"a}{\"a}osa kattoon asetetusta vedest{\"a} oli poistunut 21 vrk:n aikana. J{\"a}{\"a}nn{\"o}skosteus katossa oli kokeen p{\"a}{\"a}ttyess{\"a} 0,5...0,7 kg/m2. Rakenteisiin integroitu, luonnolliseen, omavoimaiseen ilmankiertoon perustuva aurinkoenergian ker{\"a}{\"a}j{\"a}j{\"a}rjestelm{\"a} osoittautui lupaavaksi ratkaisuksi. J{\"a}rjestelm{\"a}ss{\"a} ker{\"a}{\"a}j{\"a}- ja varaajarakenteet olivat erill{\"a}{\"a}n toisistaan, mutta yhteydess{\"a} suljetun ilmakanavan avulla. Valoal{\"a}p{\"a}isev{\"a}{\"a}n l{\"a}mm{\"o}neristeeseen tai lasirakenteeseen perustuvassa ker{\"a}{\"a}j{\"a}ss{\"a} l{\"a}mpenev{\"a} ilma kulkee rakennuksen sis{\"a}ll{\"a} olevaan varaajaan. Aktiivisen j{\"a}rjestelm{\"a}n etuna on pieni ker{\"a}{\"a}j{\"a}sein{\"a}n U-arvo ja varaajan l{\"a}mp{\"o}h{\"a}vi{\"o}iden tuleminen ymp{\"a}r{\"o}ivien tilojen hy{\"o}dyksi. J{\"a}rjestelm{\"a} pystyi siirt{\"a}m{\"a}{\"a}n ilmakierrolla yli 40 {\%} ker{\"a}{\"a}j{\"a}n ulkopintaan tulleesta auringon s{\"a}teilyenergiasta rakennuksen sisempiin osiin. Avoin ilmakierto huonetilaan antoi paremman hy{\"o}tysuhteen, mutta k{\"a}yt{\"a}nn{\"o}n ongelmina ovat kanaviston likaantuminen ja suuret hetkelliset l{\"a}mp{\"o}kuormat. Suljetussa ilmakiertokanavistossa l{\"a}mp{\"o} siirtyi suurelta osin kanavistoon ja 3 m et{\"a}isyydell{\"a} ker{\"a}{\"a}j{\"a}st{\"a} olevaan kevytbetoniseen varaajasein{\"a}{\"a}n saatiin vain 25 - 30 {\%} koko konvektiolla siirretyst{\"a} energiasta. Kehitysty{\"o}n jatkona tulee olemaan samaan rakenteeseen integroitu j{\"a}rjestelm{\"a}.",
keywords = "low-energy houses, thermal insulation, moisture transparent insulation, thermal convection, solar energy",
author = "Erkki Kokko and Tuomo Ojanen and Mikael Salonvaara",
year = "1997",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-5168-0",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "1869",
address = "Finland",

}

Kokko, E, Ojanen, T & Salonvaara, M 1997, Uudet vaipparakenteet: Energiansäästö ja kosteustekniikka. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 1869, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Uudet vaipparakenteet : Energiansäästö ja kosteustekniikka. / Kokko, Erkki; Ojanen, Tuomo; Salonvaara, Mikael.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1997. 92 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1869).

Research output: Book/ReportReportProfessional

TY - BOOK

T1 - Uudet vaipparakenteet

T2 - Energiansäästö ja kosteustekniikka

AU - Kokko, Erkki

AU - Ojanen, Tuomo

AU - Salonvaara, Mikael

PY - 1997

Y1 - 1997

N2 - Tässä raportissa esitetään yhteenveto "Rakennusten energiankäytön tutkimusohjelmaan RAKET" kuuluvan projektin "Innovatiivisten vaipparakenteiden kehitys" tuloksista, jotka koskevat rakenteiden lämpöhäviöiden pienentämiseen ja kosteusteknisen toiminnan parantamiseen sekä aurinkoenergian hyödyntämiseen tähtääviä keinoja. Tavoitteena oli tuottaa uusiin oivalluksiin perustuvia rakenneratkaisuja ja -periaatteita vähän lämmitysenergiaa kuluttaviin rakennuksiin. Lämpöhäviön pienentämiseen tähtäävät ratkaisut perustuvat tavanomaisiin mineraalivilla- ja solumuovieristeisiin, pitkäaaltoisen lämpösäteilyn sulkuna toimiviin pieniemissiviteettipintaisiin kalvoihin sekä rakennuspapereihin, joilla on halutut ominaisuudet. Aurinkoenergiaa hyödyntävänä ratkaisuna tutkittiin valoa läpäisevään lämmöneristeeseen sekä lasirakenteisiin perustuvaa kerääjää, luonnollisen konvektion ilmakiertoa ja massavaraajaa järjestelmänä. Ulkoseinän paksu kevyt mineraalivillaeristys sisältää käytännössä aina vähäisiä epäideaalisuuksia, jotka lisäävät reaalisen lämmöneristyksen konvektiivisuutta verrattuna ideaalieristykseen. Lämmöneristyksen paksuntaminen lisää epäideaalisuuksien ja konvektion haittaa. Esim. 300 mm:n eristyspaksuudesta voidaan pakkasella menettää tehollisesti 50 mm eristyksen sisäisen luonnollisen konvektion seurauksena. Lisäksi rakenteen sisäinen kosteus jakautuu epätasaisesti lisäten home- ja lahoriskiä. Eristyksen osastointi ilmanpitävillä, vesihöyryä diffuusisesti läpäisevillä pystysuuntaisilla konvektiokatkoilla eliminoi tehokkaasti paksun reaalieristyksen konvektiivisuuden. Kevyessä mineraalivillaeristeessä tapahtuva pitkäaaltoinen lämpösäteily (IR-säteily) muodostaa merkittävän osan eristyksen kokonaislämmönsiirrosta. IR-säteilyä heijastavien kalvojen käyttö suoraan mineraalivillaeristettä vasten vähentää säteilyyn perustuvaa lämpövirtaa vain ohuessa kalvoon rajoittuvassa eristekerroksessa. Kauempana eristeessä säteily tapahtuu kalvosta riippumatta kuitujen välillä. Säteilyn merkittävään vähentämiseen päästään vain pieniemissiviteettipintaisilla kuiduilla tai IR-säteilyn suhteen erittäin läpinäkyvillä kuiduilla sekä pieniemissiviteettipintaisilla kalvoilla eristyksen pinnoissa. Pelkästään pieniemissiviteettipintaisiin kalvoihin ja ilmaväleihin perustuvia lämmöneristysrakenteita analysoitiin laskennallisesti ja kokeellisesti. Kalvot toimivat sekä säteilylämmönsiirron estäjänä että konvektiokatkoina. Pystysuorissa rakenteissa, joissa ilmavälin paksuus on 20...30 mm ja joissa toinen ilmaväliin rajoittuvista pinnoista on emissiviteetiltään pieni (epsilon >/= 0,05), oli rakenteen näennäinen tehollinen lämmönjohtavuus luokkaa 0,03 W/(m * K). Vaakasuorissa eristyksissä, joissa lämpö siirtyy alaspäin, päästiin samaan ilmavälin paksuuden ollessa suuruusluokkaa 50 mm. Paksuudeltaan erilaisten vaaka- ja pystysuuntaisten koerakenteiden mitatut lämmönläpäisykertoimet olivat alueella 0,14...0,17 W/(m2 * K). Käytännön sovelluksena tutkittiin paksu kevyellä mineraalivillalla eristetty seinärakenne, jossa sisäverhouksen ja höyrynsulun välissä oli 30 mm:n ilmaväli. Höyrynsulkuna mineraalivilla sisäpinnassa oli paperiin laminoitu alumiinifolio kirkas pinta ilmaväliin päin. Saavutetut edut olivat: 30 mm:n ilmaväli toimii rakenteessa ylimääräisenä lämmöneristyskerroksena ja asennustilana, höyrynsulku säilyy ehjänä ja toimii tehokkaasti ilmansulkuna sekä samalla diffuusiotiiviinä ainekerroksena. Toisena sovelluksena tutkittiin pieniemissiviteettipintaisen kalvon vaikutus, kun kalvo asennettiin ryömintätilaisen alapohjan alle n. 50 mm sen alapinnasta alaspäin. Tavoitteena oli nostaa alapohjan alapinnan lämpötilaa ja parantaa kosteusoloja sekä alapohjan lämmöneristystä. Sekä laskelmat että kokeet osoittivat, että alapohjan alapinnan lämpötila nousi kalvon vaikutuksesta useita asteita, jolloin suhteellinen kosteus välittömästi alapohjan alla aleni n. 90 %:sta n. 65 %:iin. Vastaavasti jatkuvuustilan lämpötilaero ja samalla lämpövirta alapohjan läpi pieneni n. 40 % verrattuna kalvottomaan tilanteeseen. Laboratoriokokein tutkittiin yläpinnaltaan kallistetulla paksulla EPS-solumuovi-kerroksella eristetyn tuulettumattoman tasakaton kuivattamista kapillaarisesti johtavan viemäröintikerroksen avulla. EPS-eristyksen ja höyrynsulun väliin asetettu kapillaarisesti johtava yhtenäinen kuitukerros siirsi koekatossa n. 6 m:n etäisyydelle räystäästä asetetun vuotoveden räystäsreunalle, josta se poistui ulkopuolelle aluksi tippumalla ja myöhemmin haihtumalla kapillaarisen kerroksen reunasta. Veden poistuminen katosta alkoi n. vuorokauden kuluttua vesivuodosta ja pääosa kattoon asetetusta vedestä oli poistunut 21 vrk:n aikana. Jäännöskosteus katossa oli kokeen päättyessä 0,5...0,7 kg/m2. Rakenteisiin integroitu, luonnolliseen, omavoimaiseen ilmankiertoon perustuva aurinkoenergian kerääjäjärjestelmä osoittautui lupaavaksi ratkaisuksi. Järjestelmässä kerääjä- ja varaajarakenteet olivat erillään toisistaan, mutta yhteydessä suljetun ilmakanavan avulla. Valoaläpäisevään lämmöneristeeseen tai lasirakenteeseen perustuvassa kerääjässä lämpenevä ilma kulkee rakennuksen sisällä olevaan varaajaan. Aktiivisen järjestelmän etuna on pieni kerääjäseinän U-arvo ja varaajan lämpöhäviöiden tuleminen ympäröivien tilojen hyödyksi. Järjestelmä pystyi siirtämään ilmakierrolla yli 40 % kerääjän ulkopintaan tulleesta auringon säteilyenergiasta rakennuksen sisempiin osiin. Avoin ilmakierto huonetilaan antoi paremman hyötysuhteen, mutta käytännön ongelmina ovat kanaviston likaantuminen ja suuret hetkelliset lämpökuormat. Suljetussa ilmakiertokanavistossa lämpö siirtyi suurelta osin kanavistoon ja 3 m etäisyydellä kerääjästä olevaan kevytbetoniseen varaajaseinään saatiin vain 25 - 30 % koko konvektiolla siirretystä energiasta. Kehitystyön jatkona tulee olemaan samaan rakenteeseen integroitu järjestelmä.

AB - Tässä raportissa esitetään yhteenveto "Rakennusten energiankäytön tutkimusohjelmaan RAKET" kuuluvan projektin "Innovatiivisten vaipparakenteiden kehitys" tuloksista, jotka koskevat rakenteiden lämpöhäviöiden pienentämiseen ja kosteusteknisen toiminnan parantamiseen sekä aurinkoenergian hyödyntämiseen tähtääviä keinoja. Tavoitteena oli tuottaa uusiin oivalluksiin perustuvia rakenneratkaisuja ja -periaatteita vähän lämmitysenergiaa kuluttaviin rakennuksiin. Lämpöhäviön pienentämiseen tähtäävät ratkaisut perustuvat tavanomaisiin mineraalivilla- ja solumuovieristeisiin, pitkäaaltoisen lämpösäteilyn sulkuna toimiviin pieniemissiviteettipintaisiin kalvoihin sekä rakennuspapereihin, joilla on halutut ominaisuudet. Aurinkoenergiaa hyödyntävänä ratkaisuna tutkittiin valoa läpäisevään lämmöneristeeseen sekä lasirakenteisiin perustuvaa kerääjää, luonnollisen konvektion ilmakiertoa ja massavaraajaa järjestelmänä. Ulkoseinän paksu kevyt mineraalivillaeristys sisältää käytännössä aina vähäisiä epäideaalisuuksia, jotka lisäävät reaalisen lämmöneristyksen konvektiivisuutta verrattuna ideaalieristykseen. Lämmöneristyksen paksuntaminen lisää epäideaalisuuksien ja konvektion haittaa. Esim. 300 mm:n eristyspaksuudesta voidaan pakkasella menettää tehollisesti 50 mm eristyksen sisäisen luonnollisen konvektion seurauksena. Lisäksi rakenteen sisäinen kosteus jakautuu epätasaisesti lisäten home- ja lahoriskiä. Eristyksen osastointi ilmanpitävillä, vesihöyryä diffuusisesti läpäisevillä pystysuuntaisilla konvektiokatkoilla eliminoi tehokkaasti paksun reaalieristyksen konvektiivisuuden. Kevyessä mineraalivillaeristeessä tapahtuva pitkäaaltoinen lämpösäteily (IR-säteily) muodostaa merkittävän osan eristyksen kokonaislämmönsiirrosta. IR-säteilyä heijastavien kalvojen käyttö suoraan mineraalivillaeristettä vasten vähentää säteilyyn perustuvaa lämpövirtaa vain ohuessa kalvoon rajoittuvassa eristekerroksessa. Kauempana eristeessä säteily tapahtuu kalvosta riippumatta kuitujen välillä. Säteilyn merkittävään vähentämiseen päästään vain pieniemissiviteettipintaisilla kuiduilla tai IR-säteilyn suhteen erittäin läpinäkyvillä kuiduilla sekä pieniemissiviteettipintaisilla kalvoilla eristyksen pinnoissa. Pelkästään pieniemissiviteettipintaisiin kalvoihin ja ilmaväleihin perustuvia lämmöneristysrakenteita analysoitiin laskennallisesti ja kokeellisesti. Kalvot toimivat sekä säteilylämmönsiirron estäjänä että konvektiokatkoina. Pystysuorissa rakenteissa, joissa ilmavälin paksuus on 20...30 mm ja joissa toinen ilmaväliin rajoittuvista pinnoista on emissiviteetiltään pieni (epsilon >/= 0,05), oli rakenteen näennäinen tehollinen lämmönjohtavuus luokkaa 0,03 W/(m * K). Vaakasuorissa eristyksissä, joissa lämpö siirtyy alaspäin, päästiin samaan ilmavälin paksuuden ollessa suuruusluokkaa 50 mm. Paksuudeltaan erilaisten vaaka- ja pystysuuntaisten koerakenteiden mitatut lämmönläpäisykertoimet olivat alueella 0,14...0,17 W/(m2 * K). Käytännön sovelluksena tutkittiin paksu kevyellä mineraalivillalla eristetty seinärakenne, jossa sisäverhouksen ja höyrynsulun välissä oli 30 mm:n ilmaväli. Höyrynsulkuna mineraalivilla sisäpinnassa oli paperiin laminoitu alumiinifolio kirkas pinta ilmaväliin päin. Saavutetut edut olivat: 30 mm:n ilmaväli toimii rakenteessa ylimääräisenä lämmöneristyskerroksena ja asennustilana, höyrynsulku säilyy ehjänä ja toimii tehokkaasti ilmansulkuna sekä samalla diffuusiotiiviinä ainekerroksena. Toisena sovelluksena tutkittiin pieniemissiviteettipintaisen kalvon vaikutus, kun kalvo asennettiin ryömintätilaisen alapohjan alle n. 50 mm sen alapinnasta alaspäin. Tavoitteena oli nostaa alapohjan alapinnan lämpötilaa ja parantaa kosteusoloja sekä alapohjan lämmöneristystä. Sekä laskelmat että kokeet osoittivat, että alapohjan alapinnan lämpötila nousi kalvon vaikutuksesta useita asteita, jolloin suhteellinen kosteus välittömästi alapohjan alla aleni n. 90 %:sta n. 65 %:iin. Vastaavasti jatkuvuustilan lämpötilaero ja samalla lämpövirta alapohjan läpi pieneni n. 40 % verrattuna kalvottomaan tilanteeseen. Laboratoriokokein tutkittiin yläpinnaltaan kallistetulla paksulla EPS-solumuovi-kerroksella eristetyn tuulettumattoman tasakaton kuivattamista kapillaarisesti johtavan viemäröintikerroksen avulla. EPS-eristyksen ja höyrynsulun väliin asetettu kapillaarisesti johtava yhtenäinen kuitukerros siirsi koekatossa n. 6 m:n etäisyydelle räystäästä asetetun vuotoveden räystäsreunalle, josta se poistui ulkopuolelle aluksi tippumalla ja myöhemmin haihtumalla kapillaarisen kerroksen reunasta. Veden poistuminen katosta alkoi n. vuorokauden kuluttua vesivuodosta ja pääosa kattoon asetetusta vedestä oli poistunut 21 vrk:n aikana. Jäännöskosteus katossa oli kokeen päättyessä 0,5...0,7 kg/m2. Rakenteisiin integroitu, luonnolliseen, omavoimaiseen ilmankiertoon perustuva aurinkoenergian kerääjäjärjestelmä osoittautui lupaavaksi ratkaisuksi. Järjestelmässä kerääjä- ja varaajarakenteet olivat erillään toisistaan, mutta yhteydessä suljetun ilmakanavan avulla. Valoaläpäisevään lämmöneristeeseen tai lasirakenteeseen perustuvassa kerääjässä lämpenevä ilma kulkee rakennuksen sisällä olevaan varaajaan. Aktiivisen järjestelmän etuna on pieni kerääjäseinän U-arvo ja varaajan lämpöhäviöiden tuleminen ympäröivien tilojen hyödyksi. Järjestelmä pystyi siirtämään ilmakierrolla yli 40 % kerääjän ulkopintaan tulleesta auringon säteilyenergiasta rakennuksen sisempiin osiin. Avoin ilmakierto huonetilaan antoi paremman hyötysuhteen, mutta käytännön ongelmina ovat kanaviston likaantuminen ja suuret hetkelliset lämpökuormat. Suljetussa ilmakiertokanavistossa lämpö siirtyi suurelta osin kanavistoon ja 3 m etäisyydellä kerääjästä olevaan kevytbetoniseen varaajaseinään saatiin vain 25 - 30 % koko konvektiolla siirretystä energiasta. Kehitystyön jatkona tulee olemaan samaan rakenteeseen integroitu järjestelmä.

KW - low-energy houses

KW - thermal insulation

KW - moisture transparent insulation

KW - thermal convection

KW - solar energy

M3 - Report

SN - 951-38-5168-0

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Uudet vaipparakenteet

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Kokko E, Ojanen T, Salonvaara M. Uudet vaipparakenteet: Energiansäästö ja kosteustekniikka. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1997. 92 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1869).