Hengittävä rakenne

Hygroskooppisella puukuitueristeellä lämpöeristetty rakennuksen puurunko. Mikäli ulkopinnassa käytetään tuulensuojana esimerkiksi huokoista kuitulevyä, ja sisäpinnassa ilmansulkuna sekä pintana materiaaleja joiden vesihöyrynvastus on riittävän pieni, saadaan rakenteesta hengittävä.

Hengittävä rakenne eli diffuusioavoin rakenne on rakennustekniikan termi, jolla tarkoitetaan rakennetta, johon voi helposti ympäristöstä siirtyä diffuusiolla vesihöyryä ja jossa vesi voi sitoutua hygroskooppiseen aineeseen. Vastaavasti rakenteesta voi helposti vapautua vettä ja siirtyä takaisin ympäristöön. Hengittävään rakenteeseen ja sen läpi voi diffusoitua vesihöyryn lisäksi myös muita kaasuja, esimerkiksi hiilidioksidia.

Hengittävän rakenteen rakennusfysikaaliset ominaisuudet

Hengittävällä rakenteella on suuri tehollinen kosteuskapasiteetti, jolloin se vastaa hyvin sisäilmaan tuotetun kosteuskuorman vaihteluihin. Tavanomaista suuremman kosteuskuormituksen aikana huoneilmasta siirtyy vesihöyryä rakenteeseen ja sitoutuu siihen hygroskooppisena kosteutena. Kosteuskuormituksen päätyttyä ja ilmanvaihdon kuivatettua huoneilman vesihöyry vapautuu rakenteesta takaisin huoneilmaan. Vastaavasti mikäli huoneilman kosteuspitoisuus tilapäisesti laskee, vapautuu hygroskooppisesta materiaalista vesihöyryä ilmaan, mikä nostaa kosteuspitoisuutta. Hengittävä rakenne siis tasaa huoneilman kosteusvaihteluita.

Hengittäviä rakenteita on kolmea perustyyppiä: hygroskooppinen materiaali on joko rakenteen pinnassa, vesihöyryä läpäisevien ainekerrosten takana esimerkiksi lämmöneristeenä, tai se voi muodostaa homogeenisena ainekerroksena koko rakenteen.

Hengittävä rakenne voi olla osa rakennuksen ulkovaippaa, tai sijaita vaipan sisäpuolella (esimerkiksi välipohja tai väliseinä, tai vaipan paksuhko pintarakenne).

Hygroskooppiset materiaalit

Hygroskooppisuus tarkoittaa aineen kykyä sitoa itseensä ilman vesihöyryä ja luovuttaa tätä sitoutunutta kosteutta takaisin ilmaan kun ilman suhteellinen kosteus muuttuu. Aineiden hygroskooppisuutta kuvataan tasapainokosteus- eli sorptiokäyrillä. Käyrä ilmoittaa kuinka paljon kosteutta aine voi hygroskooppisesti sitoutuneena tasapainotilassa sisältää eri suhteellisissa kosteuksissa.

Puu ja puupohjaiset rakennusaineet, kuten esimerkiksi lastulevy, puukuitulevy ja puukuitueriste jne. ovat hygroskooppisia. Suomalaiselle havupuulle on ominaista, että adsorptio- ja desorptiokäyrä on nouseva suhteellisen kosteuden koko alueella 0–100 %, ja jyrkästi nouseva suuren suhteellisen kosteuden alueella. Tällainen käyrän muoto on hygroskooppisuuteen liittyvän puskurivaikutuksen kannalta edullinen, koska materiaali voi sitoa ja luovuttaa runsaasti vesihöyryä suhteellisen kosteuden laajalla vaihtelualueella.

Myös muut luonnonkuidut kuten pellava ovat hygroskooppisia materiaaleja, samoin polttamaton savi.

Kaasujen käyttäytyminen hengittävässä rakenteessa

Hengittävään rakenteeseen ja sen läpi voi diffusoitua vesihöyryn lisäksi myös muita kaasuja, esimerkiksi hiilidioksidia. Hiilidioksidia käytetään yleisesti ihmisperäisten epäpuhtauksien indikaattorina. Kaasut eivät kuitenkaan voi sitoutua rakenteeseen vesihöyryn tavoin, koska vesihöyryn hygroskooppista sitoutumista vastaavaa ilmiötä ei ole olemassa kaasuille. Tilanteessa jossa kaasujen pitoisuus huoneilmassa nousee – esimerkiksi hiilidioksidin pitoisuus yöllä makuuhuoneissa – osa kaasuista kuitenkin läpäisee hengittävän rakenteen diffuusion avulla ja siirtyy ympäristöön. Tämä vähentää huoneilmaan kertyviä epäpuhtauksiksi katsottavia kaasuja.

Edellytyksiä hengittävälle rakenteelle

• Mikäli hygroskooppinen materiaali rajautuu huonetilaan, on sen pinnan oltava vesihöyryä läpäisevä. Mahdollisen pintakäsittelyn suuri höyrynvastus estää rakenteen toimimisen hengittävänä. Asian on huomioitava esimerkiksi tapetteja tai maaleja valittaessa.
• Mikäli hygroskooppisen materiaalin ja huonetilan välissä on ainekerroksia, on niiden materiaalien ja pintakäsittelyjen oltava vesihöyryä läpäiseviä.

Vaatimuksia hengittävälle rakenteelle

Kaikkien rakenteiden on täytettävä Suomen rakentamismääräyskokoelman vaatimukset. Hengittävän rakenteen osalta tämä merkitsee erityisesti ilmanpitävyyden ja ulko- ja sisäkerroksen vesihöyryn osapaineiden suhteen huomioimista, silloin kun rakenne on osa rakennuksen ulkovaippaa.

Ilmanpitävyys

Ilmanpitävyydellä tarkoitetaan rakennuksen vaipan tiiviyttä eli kykyä estää ilmavirtausten pääsy rakenteen läpi. Ilmanpitävyys voidaan varmistaa yhtenäisellä ilmansulkukerroksella. Ehdottomia määräyksiä tiiviyttä kuvaavasta ilmanvuotoluvun suuruudesta ei ole, mutta arvon tulisi myös hengittävillä rakenteilla olla n₅₀= 1 1/h, jolloin rakennuksen vaipan läpi virtaa korkeintaan yksi rakennuksen ilmatilavuus tunnissa paine-eron sisä- ja ulkoilman välillä ollessa 50 Pa.

Vesihöyryn vaikutus rakenteeseen

Rakenteen eri kerrosten vesihöyrynvastuksen ja ilmatiiviyden on oltava sellainen, ettei seinän kosteuspitoisuus sisäilman vesihöyryn diffuusion vuoksi muodostu haitalliseksi. Tämän johdosta hengittävässä rakenteessa on käytettävä hygroskooppisia materiaaleja.

Sisäpinnan ja ulkokerroksen yhteensopiminen

Lämmöneristyksen lämpimällä puolella olevan rakennekerroksen vesihöyrynvastuksen tulee olla vähintään viisinkertainen verrattuna kylmällä puolella olevan rakennekerroksen vesihöyrynvastukseen. Tämä rajoittaa sisä- ja ulkokerroksena käytettäviä materiaaliyhdistelmiä. Sisäkerroksen vesihöyrynvastusta määritettäessä huomioidaan myös pintakäsittely.

Lähteet

• Martti Hekkanen et al.: Pientalon ekomittarit. VTT Tiedotteita 2354. Oulun rakennusvalvonnan ekomittaristo. Espoo: VTT, 2006. ISBN 951-38-6819-2. Teoksen verkkoversio (pdf) (viitattu 6.10.2007).
• Erkki Kokko: Hengittävä puukuiturakenne. Fysikaalinen toimintaperiaate ja vaikutukset sisäilmaan. Vammala: Wood Focus, 2002. ISBN 951-97377-7-4. Puuinfo: Woodfocus (viitattu 6.10.2007). (Arkistoitu – Internet Archive)
• Erkki Kokko (toim.): Sisäilman kosteusolojen parantaminen puurakenteilla (pdf) Puuinfo. 2004. Wood Focus. Viitattu 19.03.2010. ^{[vanhentunut linkki]}
• Jorma Säteri: Epäpuhtaudet ja niiden torjunta 1995. Sisäilmayhdistys. Arkistoitu 13.10.2007. Viitattu 6.10.2007.
• Ympäristöministeriö, Asunto ja rakennusosasto: Suomen rakentamismääräyskokoelma C2. Kosteus. Määräykset ja ohjeet 1998 (pdf) Finlex. Valtion säädöstietopankki. 1998. Helsinki: Ympäristöministeriö. Viitattu 6.10.2007.
• Ympäristöministeriö, Asunto ja rakennusosasto: Suomen rakentamismääräyskokoelma C3. Rakennuksen lämmöneristys. Määräykset 2007 (pdf) (Voimaantulo 1.1.2008) Finlex. Valtion säädöstietopankki. 2007. Helsinki: Ympäristöministeriö. Viitattu 6.10.2007.
• Ympäristöministeriö, Asunto ja rakennusosasto: Suomen rakentamismääräyskokoelma D2. Rakennusten sisäilmasto ja ilmanvaihto. Määräykset ja ohjeet 2003 (pdf) Finlex. Valtion säädöstietopankki. 2002. Helsinki: Ympäristöministeriö. Viitattu 6.10.2007.
• Ympäristöministeriö, Asunto ja rakennusosasto: Suomen rakentamismääräyskokoelma D3. Rakennusten energiatehokkuus. Määräykset ja ohjeet 2007 (pdf) (Voimaantulo 1.1.2008) Finlex. Valtion säädöstietopankki. 2002. Helsinki: Ympäristöministeriö. Viitattu 6.10.2007.

Aiheesta muualla

• Outi Palttala-Heiskala: Puurakentaminen ja kosteus -hengittävät rakenteet Talotori. Forssan ammatti-instituutti.
• Ralf Lindberg: Tiiviit vai hengittävät rakenteet, uusia tutkimustuloksia. Seminaari Terveen talon teknologiat – nyt ja tulevaisuudessa 26.–27.5.2003. Tampereen teknillinen yliopisto / Edutech, 2003. Teoksen verkkoversio (pdf). ^{[vanhentunut linkki]}