Kondensoituminen rakennuksissa

Mikä aiheuttaa kosteuden kondensoitumista rakennusvaippaan ja milloin?

Gilles Mugnier

Nyt on mahdollista luoda rakennuksia, joiden materiaalit, ilmankäsittely ja ilmastointi ovat huippuluokkaa. Kosteuden kondensoituminen rakennuksen vaippaan (seinät, katot, ikkunat jne.) aiheuttaa edelleen ongelmia - vaikuttaen pintakäsittelyyn (esim. maalin hilseilyä, laattojen irtoamista, kosteusjälkiä), kalusteisiin (esim. korroosio) sekä kattojen, julkisivujen ja jopa lattioiden lämpötilahyötysuhteeseen (esim. eristysmateriaalien heikentynyt suorituskyky). Kondensoitumisen syyt.

Kondensoitumiseen liittyy kaksi arvoa: lämpötila ja kosteus. Lämpötila tunnetaan ja sen yksikkö on °C tai K.

Ulkona se riippuu sääolosuhteista. Sisällä lämpötila riippuu rakennuksen sisäilman tilasta ja siitä, miten se käsitellään (ts. lämmitys, ilmanvaihto, rakennuksen käyttö). Kosteus on ilmassa olevan vesihöyryn määrä. Vesihöyry on veden kaasufaasi. Kosteus voidaan myös ilmoittaa suhteellisena kosteutena annetussa lämpötilassa (ts. vesihöyryn määrä ilmassa prosenttiosuutena kosteuden maksimimäärästä samassa lämpötilassa).

Kuva 1: Lämpötilakäyrä

Lämpötila ei putoa kerralla 20 °C:sta nollaan. Rakennusvaipassa, oli kyse sitten hyvin eristetty seinä tai yksinkertainen ikkuna, lämpötila vaihtelee 20 °C ja 0 °C välillä. Lämpötila noudattaa käyrää. Tiedämme mistä käyrä alkaa ja mihin se päättyy. Lämpötilan muutos riippuu rakennusvaipan materiaalien eristyskyvystä ja paksuudesta (katso kuva 1).

Esimerkiksi katolla lämpötila muuttuu enemmän 20 cm paksussa eristeessä kuin 20 cm paksussa betonilaatassa, koska laatan eristyskyky ei ole yhtä hyvä. Käyrä riippuu vaipan kokonaiseristyskyvystä, sisä-/ulkolämpötiloista sekä materiaalien suhteellisesta eristyskyvystä.

Mitä lämpimämpi ilma, sitä enemmän vesihöyryä ilma voi absorboida. Vastaavasti mitä kylmempi ilma, sitä vähemmän vesihöyryä se voi sisältää. Tämä johtuu ns. vesihöyrynpaineesta: tämä paine pitää yhdessä ilman vesimolekyylejä - tai vesihöyrymolekyylejä.

Kylmän ilman korkein mahdollinen vesihöyrynpaine on pienempi kuin lämpimän ilman. Joten lämpimään ilmaan mahtuu enemmän vesimolekyylejä. Vesi haihtuu pinnalta lämpötilan noustessa. Mitä korkeampi ilman lämpötila, sitä enemmän vesimolekyylejä haihtuu.

Ilma on kyllästynyt annetussa lämpötilassa, kun se sisältää maksimimäärän vettä, jonka se voi absorboida kyseisessä lämpötilassa (ts. suhteellinen kosteus on 100 %.). Lämpötilan laskiessa tai kosteuden noustessa vesi tiivistyy nesteeksi (ts. kondensoituminen). Kun annettu vesihöyrymäärä on sekoittunut annettuun ilmatilavuuteen on olemassa lämpötila, jossa ilma kyllästyy ja vesi alkaa tiivistyä. Tätä kutsutaan kastepistelämpötilaksi.

Esimerkkejä:

Luokkahuone, jossa oppilaat ovat hengittäneet ja hikoilleet koko aamun (ts. tuottaneet vesihöyryä), vesihöyryn määrä ilmassa sekä ilman lämpötila ovat nousseet, ja jossain vaiheessa höyry tiivistyy osuessaan ikkunaan, jonka lämpötila on alhaisempi kuin luokkahuoneen ilma.

Kondensaatio-ongelmat seinissä ja katoissa talvella (esim. kostuneet alaslasketut katot, ennenaikainen korroosio, vesipisaroiden tippuminen ulkolämpötilan laskiessa) eivät ole epätavallisia kouluissa, joissa kosteus saattaa nousta korkeaksi kylmällä säällä.
Kun kuuma vesi virtaa hanasta, vesihöyryn määrä ja lämpötila nousevat, jolloin peili höyrystyy.
Kun pullo otetaan jääkaapista kesällä, pullon ulkopintaan tiivistyy kosteutta.
Auton tuulilasi jäätyy usein talvella. Koska tuulilasi on kylmempi kuin ulkoilma, ulkoilmassa oleva vesihöyry tiivistyy tuulilasiin lämpötilan laskiessa ja jäätyy kiinni siihen.

Jos sisäilman kosteus pääsee siirtymään seinän sisällä ulospäin, se kohtaa yhä alhaisempia lämpötiloja ja voi tiivistyä, jos ulkona on riittävän kylmä. Tällöin seinän sisään tiivistyy vettä. Kosteus voi vaikuttaa eristyskykyyn ja vahingoittaa seinärakenteita ja kiinnikkeitä jne.

Kuva 2: Kosteuden siirtyminen seinän läpi

Kun vesihöyrynpaine on eri suuri seinän eri puolilla, seinään kohdistuu osittainen höyrynpaine. Paine-ero aiheuttaa sen, että höyry pyrkii siirtymään suuremmasta pienempään paineeseen seinän höyrynläpäisevyydestä riippuen. Tietyissä tapauksissa on mahdollista, että höyry tiivistyy lämpötilan laskiessa seinän sisällä kastepistelämpötilaan.

Lämmin ilma absorboi enemmän vesihöyryä. Kun rakennusmateriaalin tai ilman lämpötila laskee sen pisteen alle, jolloin suhteellinen kosteus on 100 %, ylimääräinen vesihöyry tiivistyy vesipisaroiksi. Tätä rajaa kutsutaan kastepisteeksi.

Hyvin eristetyt rakennukset on rakennettava niin, että lämpötila ei laske kastepisteeseen materiaalien päällä tai sisällä (ts. vältetään kylmäsiltoja). Veden tiivistyminen ja siitä seuraava rakennuksen vaurioituminen ja homehtuminen vältetään.

Mollierin kaavio (kuva 3) näyttää ilman tilanteen lämpötilan ja kosteuspitoisuuden funktiona: x-akselilla on lämpötila ja y-akselilla absoluuttinen kosteus. Käyrät esittävät ilman suhteellisen kosteuden (R.H.) prosentteina (%). Suhteellinen kosteus ilmaisee ilman nykyisen höyrypitoisuuden suhteessa maksimihöyrypitoisuuteen kyseisessä lämpötilassa.

Eli suhteellinen kosteus on 50 %, kun ilman lämpötila on 0 °C (1,88 g/kg kuivaa ilmaa) tai 20 °C (7,26 g/kg kuivaa ilmaa). Ilman kyllästyskäyrä on myös 100 % suhteellisen kosteuden käyrä. Tässä lämpötilassa tiivistyminen alkaa. Esimerkiksi 20 °C ilma on kyllästynyttä, kun kosteustaso on 14,7 g/kg kuiva ilma. 0 °C lämpötilassa ilma on kyllästynyttä, kun kosteustaso on 3,77 g/kg kuiva ilma. Nämä kaksi lukua ilmaisevat tiivistyneen veden määrän.

Kastepiste on lämpötila, jossa ilma on kyllästynyttä. Tässä lämpötilassa tiivistyminen ‘alkaa’. Esimerkiksi katossa tai sisäseinässä (kuvat 4 & 5), tiivistyminen alkaa, jos vesihöyry voi siirtyä eristeeseen talvella ja saavuttaa kastepistelämpötilan. Tämä on pyrittävä estämään hyvällä rakennustekniikalla.

Figure 3: The Mollier Diagram

Kuva 4: Kosteus ja sisäseinät

Kuva 5: Kondensoituminen ja kylmät katot

Kastepistelämpötila määritetään kastepistekäyrällä, joka auttaa myös ymmärtämään kondensaatioon liittyviä keskeisiä tekijöitä rakennusten kestävyyden parantamiseksi. Internetissä löytyy helppokäyttöisiä muuntimia.

Esimerkki 1: Sisäilman tila on T= 21 °C, 50 % R.H. Kosteus on 7,7 g/kg kuiva ilma. Tällä arvolla leikkaamme 100 % suhteellisen kosteuden käyrän pisteessä T= 10,2 °C, joka on tämän ilman kastepistelämpötila.
Esimerkki 2: Sisäilman tila on T= 15 °C, 70 % R.H. Kosteus on 7,41 g/kg kuiva ilma. Tällä arvolla suhteellinen kosteus on 100 % pisteessä T= 9,6 °C, joka on tämän ilman kastepistelämpötila.
Esimerkki 3: Uimahallin sisäilman tila T= 26 °C ja 65 % R.H. Kosteus on 14,5 g/kg ja kastepistelämpötila on T=19,8 °C; tämä lämpötila osoittaa miten kriittinen ongelma kondensoituminen on uimahalleissa ja kaikissa kosteissa tiloissa (keittiö, pukuhuone, suihkut, jne.).