Rakennuseriste
Rakennuseriste on rakentamisessa käytetty eristemateriaali. Eristeitä käytetään estämään ei-toivottua lämmön, äänen, ilman, kosteuden tai tärinän etenemistä.
Lämmöneristyksen perustehtävä on muodostaa rakennuksen sisätilojen ja ulkopuolen välille lämpöä eristävä kerros, jotta sisätilojen lämpötila voidaan pitää haluttuna mahdollisimman vähällä energian käytöllä. Lämmöneristys on osa rakennuksen vaippaa. Huonetilojen välissä eli väliseinissä ja -katoissa ei tyypillisesti ole pelkän lämmöneristämisen vuoksi laitettua eristystä. Vaipan lämmöneristyksen ominaisuuksia määrittävät rakenteen lämmöneristyskerroksen paksuus ja tyyppi, lämpösillat, rakenteen tiiveys ilmavuotoja vastaan, ja rakenteen kosteustekninen toiminta. Lämmöneristys toimii usein samalla ääniristeenä.
Tyypillisesti eristeen eristyskyky perustuu ilmaan, joka on suljettu eristerakenteeseen. Lämmöneristeen eristyskykyä mitataan "lämmönläpäisykertoimella". Esimerkkejä lämmonjohtavuudesta (lambda declared): polyisosyanuraatti (PIR) 0,022–0,023 W/(Km²), Fenoli 0,020 W/(Km²), polystyreeni (EPS) 0,031–0,039 W/(Km²), suulakepuristettu polystyreeni (XPS) 0,031–0,037 W/(Km²) ja mineraalivilla 0,032–0,045 W/(Km²).
Eristeissä lämmön johtuminen on usein lähes lineaarinen ilmiö, joten eristekerroksen kaksinkertaistaminen myös kaksinkertaistaa lämmöneristyskyvyn. Teoreettisesti asia on moniselitteisempi rakenteen läpi kulkevien kiinnikkeiden, sähköjohtojen yms., sekä pintojen erilaisen säteilyn ja konvektion vuoksi.
Todellisissa rakenteissa lämmönjohtavuus on vain yksi materiaalin ominaisuus. Lämmöneristysrakenteiden kosteustekninen toimivuus on lähes yhtä tärkeä. Lisäksi suunniteltu toimintalämpötila asettaa omat vaatimuksensa: lähes tuhatasteisen voimalaitoskattilan tulipesän eristys eroaa huomattavasti maahan upotettavien vesiputkien routaeristyksestä.
Eristämisessä on aina huomioitava kastepiste, pakkasella sisälämpötilasta rakenteiden läpi ulos liikkuva kosteus pyrkii tiivistymään rakenteen sisälle kostean ilman lämpötilan laskiessa. Kosteus pyritäänkin pitämään rakennuksen sisällä höyrysululla, mistä se poistuu ilmanvaihdon kautta. Ulkoilman kosteusrasitus julkisivulle kuivatetaan/tuuletetaan pois ilmaraossa.
Nykyaikana eristämisessä täytyy huomioida talojen yleistynyt jäähdytys. Kesällä rakenne toimii "väärin päin" eli vesihöyry virtaa ulkoa sisälle päin ja kastepiste muodostuu pehmeän eristeen sisään ja rakenne kastuu ja pahimmassa tapauksessa homehtuu. Lisäksi höyrynsulkumuovissa olevat ilmavuodot pahentavat tilannetta. Villa ja höyrynsulku -eristerakennetta saa tuskin koskaan ilmatiiviiksi, koska normaalissakin käytössä höyrynsulkumuovi rikkoutuu esimerkiksi taulun kiinnityksen ja erilaisten laitteiden seinälle ripustuksen yhteydessä. Uudis- ja korjausrakentamisessa ainoa keino välttää ilmavuodot on käyttää ns. kovia eristeitä (PIR, XPS) tai tehdä rakenteesta "hengittävä". Hengittävän rakenteen ongelma on suuri energiankulutus, eikä sekään ole immuuni rakennusvirheistä johtuville kosteus ja homevaurioille.
Peruskorjauksessa lisäeristettäessä on usein parempi vaihtoehto lisätä uusi eriste vanhan rakenteen ulkopuolelle, mutta ohut PIR tai XPS -lisälämmöneristys voidaan toteuttaa turvallisesti myös sisäpuolelle. PIR- ja XPS-eristeet toimivat rakenteessa myös tiiviinä höyrynsulkuna. Sisäpuolisessa lisäeristämisessä mahdollinen vanha höyrysulku pitää poistaa.
Suurien lämpöerojen tapauksessa voidaan käyttää alumiinikalvoa palauttamaan lämpöheijastuksena lämpöä takaisin.
Vettyneen eristeen eristyskyky heikkenee merkittävästi. Tyypillinen tilanne, jossa eriste joutuu tekemisiin veden kanssa on höyrysulun tahaton rikkoutuminen. Myös ilmavuoto kovalla pakkasella aiheuttaa runsasta kondenssia. Eristeiden vettymisnopeudessa on eroja, mutta solurakenteeltaan täysin tiivistä suulakepuristettua polystyreeniä (XPS) lukuun ottamatta ne kaikki vettyvät jatkuvassa kosteusrasituksessa.
Eriste on asennettava asennusohjeessa kuvatun ohjeen mukaan. Tästä poikkeaminen merkitsee useimmiten sitä, että eriste ei toimi suunnitellulla tavalla. Tällöin kondenssin riski kasvaa. Toisistaan poikkeavien eristeiden rajapinnat ovat aina riski, jos niiden eristetaso ja paksuus poikkeavat toisistaan merkittävästi.
Teknisten seikkojen lisäksi oikean eristyksen valinta on taloudellinen päätös. Eri materiaalit ovat eri hintaisia, ja ne aiheuttavat erilaisia lämpöhäviöitä, jotka kostautuvat käyttökustannuksissa. Myös eristeen paksuus saattaa rajoittaa esimerkiksi tuotantoyksikön kapasiteettia (mm. metallin valussa käytettävät kuupat) tai hyötykäyttöön saatavaa tilaa rakennuksissa.
Tavallisimpia lämpöeristeitä ovat:
Äänen eristykseen rakennuseristeitä käytetään väliseinissä ja välipohjissa. Äänieristyksen kannalta oleellisia seikkoja ovat eristeen absorptiokyky ja -taajuus, eristeen paino, sekä rakenteen ilmatiiviys. Erityyppiset eristeet vaimentavat äänen eri taajuuksia. Mitä painavampi eristerakenne on, sitä parempi on äänen vaimennus, sillä massa absorboi itseensä äänen energian. Energia voidaan myös absorboida rakenteeseen tekemällä siitä jousirakenne, jolloin rakenteen värähtely vaimentaa äänienergiaa tehokkaasti.
Eristeitä käytetään myös hallitun akustiikan aikaan saamiseen huonetilassa. Akustiset eristeet verhoavat kovia seinä- ja kattopintoja, jolloin tilan jälkikaiunta-aika lyhenee. Akustiset eristeet voivat olla rakennuslevypintoja (rei'itys hajottaa äänen ja lyhentää jälkikaiuntaa), varsinaisen pinnan päälle kiinnitettyjä levyjä, katosta alas roikkuvia levyjä tai pintoihin ruiskutettavaa eri materiaaleista valmistettua massaa.
Huokoinen eriste, kuten villa tarvitsee ilma- tai höyrysulun, jotta ilma ei pääse virtaamaan eristeen läpi, kun ilmanpaine vaihtelee. Höyrysulun on tarkoitus olla täydellisen tiivis. Sen läpi menevät levyjen yms. kiinnitykset eivät saa vaikuttaa rakenteeseen. Ilmasulkuna voidaan käyttää tiivistä riittävän paksua paperia, aaltopahvia tai muovikalvoa. Osa nykyaikaisista eristeistä, esimerkiksi XPS- ja PIR-eristeet toimivat myös itse riittävänä ilma- ja höyrysulkuna. Ilmasulkuna toimivat eristeet asennetaan paikalleen liimaamalla esimerkiksi uretaanilla ja saumat teipataan siihen tarkoitetuilla tuotteilla. Myös läpivientien tiivistäminen on näin toteutettuna helppoa.
Paperinen tai aaltopahvinen ilmasulku luovuttaa kosteutta ilmasulun läpi molempiin suuntiin. Tällaista rakennetta kutsutaan hygroskooppiseksi tai yleisemmin hengittäväksi. Hengittävällä rakenteella ei siis tarkoiteta tuulettuvuutta.
Muovikalvorakennetta käytetään sekä ilma- että höyrysulkuna. Sen vahvuus on matala höyryn läpäisykyky ja suurin ongelma kesto. Eristeen vettyessä höyrynläpäisykyvystä tulee merkittävä kuivumista estävä heikkous. Siksi vuotava höyrynsulkukalvo yhdistettynä kuitueristeeseen on usein osallisena kosteusvaurioihin ja sisäilmaongelmiin.
Eristevilla on öljy-, kivi- tai puupohjainen kuitumateriaali täydennettynä erilaisilla aineilla. Villaa on saatavilla puhalluslevitettävänä, pehmeinä ja kovina levyinä tai erilaisiin teknisiin käyttötarkoituksiin puristettuina muotoina. Myös puuvillasta on valmistettu eristeitä .
Öljypohjaisia tuotteita ovat muovi- ja mineraalivillat sekä niiden johdannaiset, joissa joukkoon on sekoitettu esimerkiksi kiviainesta.
Toinen suosittu eristevillatyyppi on puukuitueriste, joka on hygroskooppinen materiaali. Puukuitueristeitä valmistetaan kierrätetystä paperista tai neitseellisestä selluloosasta, lisäaineina käytetään palonestoaineita ja mahdollisesti homeenestoaineita. Puukuitueristettä on käytetty jo yli sata vuotta.
Eristevillalle tyypillinen ominaisuus on hyvä ääneneristyskyky. Kovempia levyjä käytetään tähän tarkoitukseen usein maalattuna. Eristevilloille tyypillistä on rakennusaikainen pölyäminen. Siksi useimpien kanssa on asennettaessa käytettävä hengityssuojainta rakennuspölyä vastaan.
Osa tuotteista on palonkestäviä ja homesuojattuja. Vanhoissa villaeristeissä käytettiin asbestikuituja palonestona. Markkinointitermejä ovat vuorivilla, lasivilla, palovilla, puukuituvilla, selluvilla, ekovilla ja pellavaeriste.
EPS-eristeet ovat paisutettua polystyreeniä. Suulakepuristettu polystyreeni (XPS) valmistetaan nimensä mukaisesti valmiiksi levymäiseen muotoon suulakepuristamalla. XPS:n solurakenne on täysin yhtenäinen ja suljettu. EPS-eristeet ja XPS-eristeet ovat öljypohjaisia muovieristeitä.
EPS-eristeelle tyypillinen lämmönjohtavuuden suunnitteluarvo on 0,031-0,039 W/(Km). EPS on rakenteeltaan enemmän ilmaa ja vesihöyryä läpäisevä ja vettyy vaativissa oloissa helpommin kuin suulakepuristetut XPS-levyt. EPS-eristeet vaativat yleensä erillisen höyrynsulun. EPS-levyjen valmistajia ovat mm. Soklex, Ruukki, Styroplast, UK-Muovi, Finnfoam Oy ja Thermisol. Lisäämällä EPS-raaka-aineeseen grafiittia, voidaan valmistaa ns. harmaata EPS -eristettä, jonka eristyskyky on n. 16–25 % tavallista EPS-eristettä tehokkaampi. Harmaata EPS-eristettä valmistavat mm. Finnfoam Oy, UK-Muovi ja Thermisol.
XPS -eriste estää veden kapillaarisen nousun esim. maavastaisissa alapohjissa. XPS-levy toimii höyrynsulkuna, mutta saumakohdat pitää aina erikseen tiivistää, Tunnettuja XPS-valmistajia ovat muun muassa Finnfoam Oy, M-Plast ja Saint-Gobain.
Yksi tyypillinen EPS- ja XPS-eristeiden käyttökohde rakennuseristämisessä on routaeristys, jolla estetään routimisen vaikutuksia rakennusten ja teiden perustuksiin. Polystyreenieristeet sopivat ominaisuuksiltaan ja hinnaltaan erinomaisesti routaeristämiseen, mutta koska vettyneet lämmöneristeet eivät toimi suunnitellusti, tulee niiden vedenimeväisyysominaisuuksiin kiinnittää huomiota. Eräässä Suomessa suoritetussa tuotetestissä eri EPS-routaeristeiden vedenimeväisyydessä löytyi huomattavia laatueroja. XPS-levyt olivat testissä tasalaatuisempia ja sopivat vedenimeväisyysominaisuuksiensa puolesta paremmin routaeristykseen.
XPS- ja EPS-eristeet luokitellaan palavaksi materiaaliksi, mutta rakenteisiin oikein asennetut eristeet ovat turvallisia eivätkä edistä tulipaloa. Mm. Keski-Euroopassa XPS ja EPS ovat yleisimmin käytettyjä seinien ja kattojen lämmöneristemateriaaleja.
Polyuretaanilämmöneristeitä ovat uretaanilevyt (PIR, PUR ja PU).
Uretaanieristeet valmistetaan kerrosrakenteiseksi pinnoitemateriaalilevyjen väliin. Pinnoitteena voi olla alumiinipaperi, alumiini, bitumihuopa, äänieristysvilla, kivilevy, vaneri, lasikuitukartonki tai kipsilevy. Alumiinilla pinnoitettua uretaanilevyä ei saa käyttää betonivalun kanssa, koska betoniliimat aiheuttavat kemiallisen reaktion alumiinipinnoitteen kanssa. Betonielementteihin ja betonilaatan alle eristeeksi käytetään siihen erikseen suunniteltuja ja testattuja tuotteita.
Levyt saumataan pursotettavalla polyuretaanivaahdolla ja saumat tiivistetään höyry- ja ilmatiiviiksi höyrysulku- tai alumiiniteipillä.
Nykyaikaisen uretaanieristeen (polyisosyanuraatti, PIR) lämmönjohtavuus on (lambda declared) 0,022 W/(Km).
Tunnettuja PIR-valmistajia ovat Finnfoam Oy ja SPU.
Uretaanieristettä on saatavilla myös vaahtona. Pursotetta on saatavilla esimerkiksi talviversiona, jonka käytettävyys jatkuu -18 °C saakka tai palovaahtona, jonka paloluokitus on B1 ja EI20-EI180 (PENOSIL Premium Fire Rated Gunfoam B1). Polyuretaanivaahto pursotetaan n. 10 mm rakoon. Liiallinen pursottaminen saa aineen purkautumaan ulos raosta. Tavallinen pursotettu vaahto laajenee 10-20 %. Saatavilla on myös low expansion -tuotteita, jotka eivät laajene ollenkaan. Kovettuminen perustuu ilman kosteuteen. Tämän vuoksi tartuntaa ja kovettumista voi parantaa vesisumulla suihkepullosta. Roiskeet ja valumat poistetaan vasta riittävän kuivumisen jälkeen. Aikaisempi poisto aiheuttaa huomattavasti pahemman sotkun. Ylöspäin pursotettaessa on käytettävä suojaimia silmien ja mieluummin koko naaman ja hiusten osalla.
Raaka-aineina käytetään polyoleja ja isosyanaatteja. Näistä ainakin isosyanaatit ovat terveydelle vaarallisia. Palonestoaineena käytetään halogenoituja yhdisteitä, jotka ovat haitallisia, koska ne kertyvät eliöstöön.
Suomessa vielä harvinainen, mutta Euroopassa käytetty, hyvin paljon PIR -eristeen kaltainen fenoli on uuden
sukupolven yleiseriste. Fenolieristeen suurimmat erot PIR -tuotteisiin on parempi eristävyys. Eristettä on saatavilla myös diffuusioavoimena, eli vesihöyryä läpäisevänä.
Kevytsoraharkoissa käytettävä eristemateriaali ja harkon U-arvo vaihtelee valmistajakohtaisesti.
Sahateollisuuden sivutuotteena syntyy eristeeksi soveltuvaa sahanpurua ja kutterilastua. Useimmiten tämä puru on kuitenkin tuoreena liian märkää käytettäväksi eristeenä heti, vaan sen pitää kuivata. Liian märkänä tiiviiksi pakattu sahanpuru voi alkaa käydä ja toimia homeiden kasvualustana. Kuivaa puuta sahaavilta puutavaraliikkeiltä sahanpurua voi saada myös osin kuivatettuna.
Lämpöeristämisen laskennallinen lämmönjohtavuus on sahanpurulla 0,075 - 0,12 W/(Km) ja kutterinlastulla noin 0,14 W/(Km). Vanhoissa rakennuksissa käytettiin tyypillisesti tiiviiksi sullottua eristeseosta jossa oli puolet sahanpurua ja puolet kutterinlastua. Nykyään kutterinlastusta on jalostettu myös mineraalivillan luokkaa olevan eristeitä.
Ilma on hyvä eriste sopivassa mittakaavassa. Sen ongelma eristämisen kannalta on liikkuminen, joka on sitä nopeampaa mitä suuremmasta ilmavälistä ja lämpötilaerosta on kyse. Pienessä raossa ilma liikkuu hitaammin. Tätä liikettä käytetään myös parantamaan huoneilmaa yhdessä ilmanvaihdon kanssa.
Tällöin ilma nousee ylös lämmintä pintaa pitkin ja laskee alas kylmää pintaa pitkin. Samalla lämpöä siirtyy ilmaan lämpimältä pinnalta. Lämpö siirtyy ilman mukana edelleen kylmälle pinnalle, jossa lämpö siirtyy ilmasta pintaan. Kierto jatkuu kunnes pinnat ovat saman lämpöiset. Jos pinnoilla on kosteutta niin se tiivistyy kylmälle pinnalle kastepisteen määrittelemässä lämpötilassa ja kosteudessa. Tyhjiö on ilmaa parempi eriste, koska siinä ei ole johtavia kaasuja lainkaan.