Lämmön siirtyminen
Lämmönjohtuminen on rakenteissa tapahtuvista lämmönsiirtymisilmiöistä keskeisin. Lämpöenergia siirtyy korkeammasta lämpötilasta matalampaan päin. Olennaisena tekijänä lämmönsiirtymisessä on materiaaliominaisuus nimeltä lämmönjohtavuus. Rakentamismääräyksissä annetaan raja-arvot rakenteiden lämmönjohtavuudelle.
Lämmönjohtavuus vaikuttaa suoraan siirtyvään lämpöenergiaan. Lämmönjohtavuuden kaksinkertaistuessa myös siirtyvä lämpöenergia kaksinkertaistuu. Lämmönjohtavuuden vaihtelu eri rakennusmateriaaleilla on suuri. Esim. betonilla lämmönjohtavuus on n 1.7 W/mK, mineraalivillalla n. 0.05 W/mK, teräksellä 50 W/mK, puulla 0.13 W/mK ja tiilellä 0.6 W/mK. Betoniseinän läpi menee n. 34 kertaa enemmän energiaa kuin vastaavan paksuisen mineraalivillaseinän. Rakenteissa ongelmia voivat aiheuttaa muuta rakennetta huomattavasti paremmin lämpöä johtavat kohdat ns. kylmäsillat.
Säteily on keskeinen lämmönsiirtymismuoto rakenteiden ulkopuolella. Säteilyllä lämpö siirtyy sähkömagneettisena säteilynä parhaiten tyhjiössä, missä ei ole mitään väliainetta joka sitoisi lämpöenergiaa. Auringosta energia siirtyy säteilynä n. kahdeksassa minuutissa maanpinnalle. Energiaa siirtyy säteilynä myös rakennuksen sisällä, kuten väliseinistä ulkoseiniin tai lämmityslaitteen pinnalta ympäröivien rakenteiden pinnoille.
Siirtyvään energiamäärään vaikuttaa voimakkaasti pintojen lämpötilaero ja pintojen kyky lähettää (emittoida) ja vastaanottaa (absorboida) lämpösäteilyä. Tavanomaiset rakennusmateriaalit ottavat lämpösäteilystä vastaan keskimäärin 90%, loput 10% heijastuu takaisin. Musta pinta vastaanottaa lähes 100% lämpösäteilystä, kun taas kiiltävä alumiini vain noin 3%.
Sisätiloissa lämpösäteilyn merkitys kosteusvaurioiden kannalta on yleensä säteilyn vaikutus rakenteiden pintalämpötiloihin. Mitä vähemmän lämpösäteilyä pinnalle tulee (pinta absorboi), sitä kylmemmäksi pinta jää, ja kosteuden tiivistymisriski kasvaa.
Ulkotiloissa lämpösäteilyn merkitys kosteusvaurioiden kannalta on auringonsäteilyn rakenteita kuivattava ja myös kosteutta rakenteiden ulko-osista rakenteiden sisälle siirtävä vaikutus. Yöllä rakenteiden pinnoilta avaruuteen ”karkaava” lämpösäteily vaikuttaa erityisesti tuuletettujen yläpohjarakenteiden kosteustekniseen toimintaan alentamalla katteen lämpötilaa alle ulkoilman lämpötilan, jolloin kondenssiriski kasvaa.
Lämpöenergiaa siirtyy konvektiolla, kun neste tai kaasu siirtyy paikasta toiseen siirtäen samalla mukanaan lämpöenergiaa. Esimerkiksi vesikeskuslämmitysjärjestelmässä putkistoissa virtaava vesi siirtää lämpöenergiaa lämpökattilasta lämpöpattereihin. Kosteusvaurioiden kannalta ilman siirtämä lämpö on yleensä tärkein tarkastelukohde. Erityisesti rakenteiden sisällä tapahtuva kylmän ulkoilman virtaus voi alentaa sisäpinnan lämpötilaa ja aiheuttaa rakenteeseen kondenssiriskin. Rakenteiden pinnoilla virtaavat ilmavirtaukset vaikuttavat lämpösäteilyn ohella ulkovaipparakenteiden pintalämpötiloihin. Mitä nopeammin ilma virtaa rakenteen pinnalla, sitä tehokkaammin energiaa siirtyy ilmasta rakenteeseen tai rakenteesta pois ja rakenteen pintalämpötila nousee tai laskee.
Pintalämpötila
Rakenteiden pintalämpötilaan vaikuttaa rakenteen lämpövastuksen (rakenteen paksuus/ tarkasteltavan materiaalin lämmönjohtavuus) suhde pintavastukseen. Pintavastus voidaan arvioida rakenteen pinnalle tulevan lämpösäteilyn ja pinnalla tapahtuvien ilmavirtauksien avulla. Likimääräisessä tarkastelussa voidaan käyttää myös kirjallisuudesta saatavia arvoja.
Pintavastuksen merkitys korostuu, mikäli rakenteen lämpövastus on huono. Tilanteessa, jossa rakennevirheen seurauksena rakenne on esimerkiksi pelkästään betonia (huolimattomasti valettu betonielementti), voi pintavastuksen osuus olla lähes puolet koko rakenteen lämpövastuksesta. Tällöin -25°C ulkolämpötilassa ko. rakenteen sisäpinnalle voi alkaa muodostua huurretta.
Katso myös:
Tuuletetut rakenteet
Kosteusvaurioitumisen yleisperiaate
Kirjallisuutta
Tarkempaa tietoa aiheesta löytyy kirjoista:
Björkholtz, D., Lämpö ja kosteus, Rakennusfysiikka. Rakentajain Kustannus Oy. Helsinki 1987
§ Luku 1; Lämmön siirtymismuodot
§ Luku 2; Lämmön siirtyminen rakenteissa
§ Luku 3; Pintalämpötila ja lämmön siirtyminen pinnoilla
§ Luku 4; Eristäminen
RIL 155 Lämmön ja kosteudeneristys, Helsinki 1984. Kappale 2.1; Lämmön siirtyminen s 42…63
