Sisäilmakysymykset

Sisäilmakysymykset ovat olleet viime vuosina yksi merkittävä puurakentamista vauhdittava tekijä. Olemassa olevan rakennuskannan sisäilmaongelmat ovat johtaneet vanhan rakennuksen purkamiseen ja uuden rakentamiseen puurakenteisena. Päätöksiä on perusteltu muun muassa sillä, että puurakenteisessa talossa koetaan olevan hyvä sisäilma. Myös käytettävät liimat ovat nousseet esille sisäilmakeskustelussa.

Puun käytön vaikutusta sisäilmaan ja ihmisten hyvinvointiin on lähestytty viime vuosina myös tutkimuksen keinoin. Tutkimuksia on tehty muun muassa Norjassa, Itävallassa, Japanissa ja Kanadassa. Vaikka tutkimukset eivät ole vielä riittävän systemaattisia ja kattavia, niiden perusteella moni puuhun liittyvä kansantieto on saanut vahvistusta. Tulosten perusteella puuta voidaan pitää terveyttä ja elpymistä tukevana materiaalina, vaikka vielä ei tarkalleen tiedetä, mihin puun myönteiset vaikutukset perustuvat.

Tutkimusten mukaan ihmiset reagoivat puun käyttöön sisätiloissa sekä fysiologisesti että psykologisesti myönteisesti. Tulokset viittaavat siihen, että puun käyttö edistää kehon ja mielen terveyttä ja hyvinvointia. Puurakenteiset ympäristöt aiheuttavat verenpaineen ja sydämen sykkeen laskua sekä rauhoittumista.

Ulkonäön ja tunnelman lisäksi puun käytöllä voidaan vaikuttaa muun muassa sisäilman laatuun ja akustiikkaan. Puulla on kyky imeä ja luovuttaa kosteutta toisin sanoen tasata sisäilman kosteuden vaihtelua. Tasainen huoneilman kosteus parantaa huoneilman laatua pienentäen ilmanvaihdon tarvetta parantaen samalla myös energiatehokkuutta.

Fysiologiset ja psykologiset ominaisuudet

Seuraavaan on koottu joitain tutkimustuloksia Norjassa, Japanissa, Kanadassa ja Itävallassa tehdyistä tutkimuksista:

• Puupinnan kosketus on paitsi kokemuksellisesti myös fysiologisesti muita materiaaleja lempeämpi. Tutkimuksen mukaan huoneenlämpöisen alumiinin, viileän muovin, tai ruostumattoman teräksen kosketus aiheuttaa elimistössä stressireaktiona verenpaineen nousua. Puupinnan koskettaminen sen sijaan ei aiheuta vastaavaa reaktiota.
  (Effects of contact with wood on blood pressure and subjective evaluation. Sa-toshi Sakuragawa, Tomoyuki Kaneko, Yoshifumi Miyazaki. J Wood Sci (2008) 54:107–113.)
• Eri työtiloja vertailtaessa stressitaso oli ihon sähkönjohtokyvyllä mitattuna alhaisin työhuoneessa, jossa oli puisia kalusteita. Edes valkoisella kalustettuun huoneeseen tuodut viherkasvit eivät pystyneet samaan.
  (Wood in the human environment: restorative properties of wood in the built indoor environment. David Fell. 2010. Vancouver: The University of British Columbia.)
• Puun käyttö sisätiloissa vaikuttaa stressitasoa alentavasti. Koulussa tehdyssä tutkimuksessa todettiin, että kokopuisessa luokkahuoneessa aamuinen stressipiikki laantui sykevariaatiolla mitattuna pian kouluun saapumisen jälkeen eikä palannut uudelleen. Tavanomaisessa verrokkiluokassa elimistön lievä stressitila jatkui koko koulupäivän. Oppilaiden stressin kokemukset, kuten väsymyksen ja aikaan-saamattomuuden tunteet, olivat puisessa luokkahuoneessa vähäisempiä kuin tavanomaisessa.
  (Gesundheitliche Auswirkungen einer Massivholzausstattung in der Hauptschule Haus im Ennstal. Human Research Institute, Institute of Health Technology.)
• Puun käyttö sisätiloissa näyttää ulottuvan myös ihmisten käyttäytymiseen ja sosiaaliseen havainnointiin. Toimitiloissa, joissa oli käytetty puutuotteita, vierailijoiden ensivaikutelma työntekijöistä oli suotuisampi kuin jos puuta ei ollut. Puisessa toimistossa työntekijät koettiin asiantuntevimmiksi, menestyvimmiksi, rehellisemmiksi, vastuullisemmiksi ja luovemmiksi kuin tavanomaisessa toimistossa.(Wood in the interior office environment: Effects on interpersonal perception. B. Ridoutt, R. Ball, and S. Killerby. 2002. Forest Products Journal, vol. 52, pp. 23–30.)
• Mielenkiintoinen ja odottamaton havainto liittyi vanhusten tuettuun asumiseen. Kun asuntoloissa ryhdyttiin käyttämään puumateriaaleja ja esimerkiksi ruokalas-sa puutarjottimia, henkilökunnan arvioiden mukaan vanhusten keskinäinen vuorovaikutus ja ympäristön huomioiminen lisääntyivät.
  (Behavior Changes in Older Persons Caused by Using Wood Products in Assisted Living. Anme T. et al. Public Health Research 2012, 2(4): 106-109.)
• Puun suotuisia vaikutuksia ei näytä voivan korvata puujäljitelmillä. Fysiologisin mittauksin osoitettu unen laatu samoin kuin stressitilanteiden jälkeinen elpyminen olivat parempia puisessa kuin puujäljitelmästä tehdyssä huoneessa.
  (Positive health effects of Stone Pine furniture. Joanneum Research, Institute of Non-Invasive Diagnosis.)
  (Solid fir furniture reduces strain during and after concentration periods. Human Research, Institute of Health Technology and Prevention Research.)

Tutkimusraporttien tiedot löytyvät osoitteesta: https://www.puuinfo.fi/puutieto/puu-sisatiloissa/tutkimustuloksia

Puupintojen vaikutukset lämmöntasaajana

Uusien tutkimusten perusteella sisätilojen puupinnat voivat toimia lämmöntasaajina. Ominaisuus perustuu ilmankosteuden faasimuutoksessa vapautuvaan lämpöön. Puun potentiaali lämmöntasaajana perustuu piilevään lämpöön (latent heat), jota muodostuu, kun ilmankosteus sitoutuu puurakenteeseen. Tästä aiheutuvaa lämpötilan muutosta voi-daan hyödyntää parantamaan lämpömukavuutta ja siten vähentää ilmanvaihdon kuormi-tusta ja energiankulutusta. Pinnan lämpötila nousee, kun kosteus imeytyy puuhun ja laskee kun kosteus haihtuu puusta pois. Puupinta voi toimia tällöin luonnollisena lämmitys-paneelina tai jäähdyttävänä elementtinä.

Puupinnoilla lämmöntasaajana on huomattava potentiaali etenkin yhdessä hyvin hallitun lämmön- ja ilmanvaihtojärjestelmän kanssa. Tutkimusten mukaan epäsuorat energiasäästöt voivat olla noin viisi prosenttia lämmitykselle ja noin 5-20 prosenttia viilennykselle. Energiaa säästyy, kun lämmitys ja ilmanvaihto säädetään siten, että otetaan huomioon puun vaikutukset lämmöntasaajana kuitenkaan tinkimättä riittävästä sisäilman laadusta ja mukavuudesta.

Käytännön sovelluksiin on vielä tehtävä tutkimus- ja suunnittelutyötä. Hyödyntämällä piilevää lämpöä voidaan siis säästää energiaa. Tämä tulisi ottaa osaksi energiataseeseen. Tulevaisuudessa energialaskelmissa tulisi ottaa huomioon hygroskooppiset materiaalit, kun määritellään rakennusten arvioitua energiankäyttöä.

Lisää tietoa ja tutkimustuloksia: https://www.puuinfo.fi/puutieto/puu-sisatiloissa/puupintojen-vaikutukset-lammontasaajana

Puu sisäilman kosteuden tasaajana

Vuorokausivaihtelusta aiheutuvia sisäilman kosteuden muutoksia voidaan alentaa hyödyntämällä puupintoja. Lyhyet sisäilman kosteuden vuorokausivaihtelut aiheutuvat huoneen käytöstä aiheutuvasta kosteudesta. Pidempiaikaisia vaikutuksia sisäilman kosteuteen on vuodenajoilla ja sadejaksoilla.

Kosteuden sitoutuminen puupohjaisiin sisäverhousmateriaaleihin alentaa sisäilman kosteuden vuorokausivaihtelun huippuarvoja ja parantaa koetun sisäilman laatua. Tällöin koneellisen ilmanvaihdon tarve vähenee ja energiaa säästyy verrattaessa tilanteeseen, jossa huoneen pinnat on verhoiltu materiaalilla, joka on vesihöyryä läpäisemätön.

Puu on hygroskooppinen materiaali, joka sitoo kosteutta itseensä ja luovuttavaa sitä pyrkien tasapainokosteuteen ympäristön kanssa. Hygroskooppiset materiaalit vaimentavat sisäilman suhteellisen kosteuden huipun heilahteluja kosteuspuskuroinnin avulla.

Tutkimusten mukaan käsittelemättömät puuverhoilutuotteet voivat alentaa sisäilman kosteuden vaihtelusta aiheutuvia ääriarvoja jopa 63 prosenttia, kun niitä verrataan huo-neeseen, jonka seinät ovat maalattua kipsilaastia.

Hygroskooppiset materiaalit ja kosteuspuskurointi

Puun kosteuden puskurointitehokkuuteen vaikuttavat puulaji, puupinnan syysuunta ja pintakäsittely. Puun kosteuden puskurointikyky on paras, kun puun pinta on käsittelemätön. Tutkimusten mukaan puu on parempi kosteuden tasaaja kuin kipsilevy. Se alentaa kosteusvaihtelusta aiheutuvia piikkejä ja pitää optimaalisen kosteuden tason pidemmän aikaa yllä.

Puulajien kosteuden puskurointikyvyissä on eroja. Myös puulajin sisällä voi olla yhtä pal-jon vaihtelua kuin puulajien välillä. Tämä johtuu kevät- ja kesäpuun eri määristä puussa, uuteaineista, kasvunopeudesta ja huokoskoosta. Nämä kaikki tekijät vaikuttavat siihen, miten kosteus sitoutuu ja vapautuu puusta.

Käytännön kannalta olennaisin ero puupinnan kosteuden puskurointikyvyssä on syysuunnalla. Esimerkiksi männyllä poikkileikkauspinnan kosteudenpuskurointikapasiteetti on melkein kolminkertainen verrattuna säteen suuntaan sahattuun pintaan.

Kaikki pintakäsittelyaineet alentavat minkä tahansa sisäverhousmateriaalin kosteuden puskurointiominaisuuksia. Pintakäsittelyaineella on kriittinen vaikutus sisäilman kosteuteen. Jotta voidaan hyödyntää sisäverhousrakenteiden kosteuden puskurointikykyä, tulisi pintakäsittelyaineiden höyrynläpäisyvasteen olla alhainen.

Kosteutta puskuroivan materiaalin pinta-ala vaikuttaa kosteuden tasaamiseen merkittävästi. Pinta-alaa kasvattamalla sisäilman kosteuden vaihtelut laskevat. Pinta-alan ollessa pieni lämmöneristeen ja sisäverhoilumateriaalin kosteuden puskurointikyvyn merkitys kasvaa.

Eri tekijöiden huomioiminen

Puun kosteuspuskurointi-ilmiötä voidaan hyödyntää paloluokan pintaluokkavaatimusten salliessa puun käytön. Kriittiset tekijät puun toimintaan kosteuden tasaajana ovat pinta-ala, pintakäsittely ja syysuunta, myös puulaji vaikuttaa. Parhaat tulokset saavutetaan käyttämällä käsittelemätöntä puuta sisäverhoilumateriaalina.

Mikäli ei ole mahdollista käyttää käsittelemätöntä puuta, niin yksi tapa kosteuspuskuroin-nin lisäämiseksi on sallia ilman kiertää sisäverhousrakenteen taakse käsittelemättömälle puupinnalle. Kosteutta puskuroivaa pinta-alaa voidaan kasvattaa myös sisäverhousrakenteen takapinnalle jyrsityllä uralla. Tällöin tulee huolehtia, että ilma pääsee tälle pinnalle.

Kaikki pintakäsittelyt alentavat puun kosteuden puskurointikykyä, joten pintakäsittelyaineen höyrynläpäisevyyteen tulee kiinnittää huomiota. Kun pintakäsittelyaineen höyryn-läpäisevyys on alhainen, puun pinta-alaa tulee kasvattaa ja päinvastoin. Kun pintakäsittelyaineen höyrynläpäisevyys on korkea voi pinta-ala olla pienempi.

Lisää tietoa: https://www.puuinfo.fi/puutieto/puu-sisatiloissa/puu-sisailman-kosteuden-tasaajana

Hengittävä rakenne

Materiaalien hygroskooppisuutta ja kosteuspuskurointia ei tule sekoittaa hengittävään rakenteeseen. Hengittävällä rakenteella tarkoitetaan sellaista rakennuksen ulkovaipan rakennetta, joka sallii ilman sisältämien kaasujen osapaineiden tasoittumisen diffuusiona rakenteen läpi. Rakenteen hengittäminen ei tarkoita vapaata ilmavirtausta rakenteen läpi. Sellainen tilanne on aina rakennusvirhe. Myös hengittävän rakenteen tulee olla ilmatiivis.

Hengittävän rakenteen terveellisyys perustuu ajatukseen, että sisäilman hiilidioksidi pääsee ilmanvaihdon lisäksi rakenteen läpi ulkoilmaan ja vastaavasti ulkoilman happi sisäilmaan. Haasteelliseksi rakenteen tekee Suomen ilmastossa se, että myös vesihöyry on yksi ilmaseoksen kaasuista. Koska juuri vesihöyryn liike on rakennusfysiologisesti avainasemassa, puhutaan rakennuksissa höyrynsulusta ja vesihöyrynläpäisevyydestä rakenteiden luokituksissa.

Yksiaineisissa seinärakenteissa ei vesihöyryn kulkeutuminen ole ongelma, koska rakenteessa ei ole sellaisia rajapintoja, joihin kosteus voisi tietyissä oloissa tiivistyä. Nykyään lähes kaikki rakenteet ovat kerroksellisia ja vesihöyryn kondensoituminen on estettävä. Sisäpinnan vesihöyrynvastuksen tulee olla joka tapauksessa noin viisinkertainen ulkopuolen tuulensuojaan verrattuna, vaikka ei käytettäisikään varsinaista höyrynsulkua. Tuulen-suojalevyn hyvä lämmöneristävyys on eduksi hengittävälle rakenteelle.

Käytännössä kaasujen kulkeminen koko rakenteen läpi on harvinaista. Oleellisempaa käyttäjän kannalta onkin sisä- ja ulkopintojen ’hengittäminen’ eli rakenteiden pintaker-roksen kyky tasata ilman kosteutta. Hengittävä pinta (= kastuva, kosteutta imevä) sitoo itseensä esimerkiksi yöaikaan asunnossa kohonnutta kosteutta ja luovuttaa sen päivän aikana takaisin, jolloin sisäilma pysyy miellyttävänä hengittää vuorokauden ympäri. Tämä ominaisuus ei koske pelkästään ulkoseiniä, joten olisi edullista tehdä myös lämpöä ja kosteutta tasaavia väliseiniä.

Puun antibakteeriset ominaisuudet

Pintojen hygieenisillä ominaisuuksilla on huomattava merkitys erityisesti esimerkiksi sairaaloissa, vanhainkodeissa tai päiväkodeissa, joissa tauteja voi levitä käsien välityksellä pintoihin ja niistä edelleen toisiin käsiin.

Tutkimuksissa on todettu, että joillain puulajeilla on antibakteerisia ominaisuuksia. Tutkimuksissa, joissa verrattiin bakteerien kasvua erilaisilla puupinnoilla ja lasin pinnalla, huomattiin, että kaikkien puisten koekappaleiden pinnalla bakteerit kuolivat nopeammin kuin lasin pinnalla. Lasi on hyvin neutraali pinta, eikä vaikuta sen pinnalla olevien bakteerien elinikään mihinkään suuntaan. Puun antibakteerisuutta selittävät puun uuteaineet. Ne osoittautuivat tehokkaiksi jopa sairaalabakteereita MRSA:ta ja VRE:tä kohtaan.

Puusta haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC) eivät varsinaisesti aiheuta mitään terveyshaittoja, mutta koska monet VOCit erilaisista lähteistä ovat haitallisia, on keskustelua käyty myös puun VOCien vähentämisestä. Kuitenkin monet allergioista kärsivät ihmiset kokevat puutalon itselleen terveellisimmäksi asumismuodoksi.

Puun antibakteerisissa ominaisuuksissa riittää tutkittavaa vielä tulevaisuudessakin. Uuteaineiden ja ligniinin ominaisuuksien hyödyntäminen uusiksi tuotteiksi ja käsittelemättömän puupinnan käyttö tai tarkoituksen mukainen käsittely entistäkin hygieenisemmäksi pinnaksi ovat joitakin tulosten pohjalta nousevia tutkimuksen ja tuotekehityksen teemoja. Myös VOCien mahdollisia hyötyjä kannattaisi tutkia, sieltä saattaisi hyvin löytyä puuteollisuudelle mielenkiintoisia tuloksia. Resistentit bakteerit ovat kasvava ongelma ja jokainen kivi kannattaa kääntää niihin tehoavien aineiden osalta.

Lisää tietoa: https://www.puuinfo.fi/tutkittua-tietoa-mannyn-ja-kuusen-antibakteerisuudesta

Liimat

Rakenteellisessa puun liimauksessa käytetyt yleisimmät liimatyypit ovat fenolipohjaiset liimat, aminohartsipohjaiset liimat, kosteuskovettuva polyuretaaniliima ja emulsiopoly-meeri-isosyanaattiliima.

Fenolipohjaiset liimat ovat käytössä pääosin rakenteellisen vanerin ja LVL:n tuotannossa eli niitä käytetään viilujen liimaamiseen yhteen. Fenoliliimat ovat kaksi- tai kolmekomponenttisia, kovettuvat korkeissa lämpötiloissa ja muodostavat kestävän, mutta näkyvän tumman liimasauman.

MUF-liimoja eli kaksikomponenttisia melamiini-urea-formaldehydiliimoja käytetään monien rakenteellisten puutuotteiden valmistukseen, erityisesti sormijatkamiseen ja liima-puun valmistamiseen. MUF kovettuu korkeassa lämpötilassa ja muodostaa värittömän liimasauman.

Yksikomponenttisia PUR-liimoja eli polyuretaaniliimoja käytetään sormijatkosten, liima-puun, lamellihirren ja CLT:n valmistuksessa. Polyuretaaniliimalla myös liimataan LVL- levyä kerroksittain (ns. kerrannaisliimaus). Polyuretaanipuuliimat kovettuvat kosteuden vaiku-tuksesta huoneenlämpötilassa ja muodostavat värittömän liimasauman. Polyuretaaniliimat valmistetaan polyolin ja isosyanaatin reaktiolla, joka muodostaa uretaanisidoksia. Vastaavia ainesosia käytetään myös muualla arkiympäristössä muun muassa huonekalujen pehmusteissa ja urheilujalkineissa.

Emulsiopolymeeri-isosyanaattiliimat koostuvat dispersioliimasta sekä isosyanaattikovetteesta. Liima kovettuu huoneenlämpötilassa kuivumalla. EPI-liimoja käytetään yleisemmin Euroopan ulkopuolella pienen dimension sormijatkosten, liimapuun ja lamellihirren valmistuksessa.

Liimojen käyttö ja päästöt

Rakenteellisessa liimauksessa käytetään kovettumisreaktioon perustuvia liimoja, koska niillä saavutetaan kovettuneena riittävä rakenteellinen lujuus ja kesto.

Nykyaikainen kovettunut liima ei sisällä liuottimia ja sen emissiot ovat lähes olemattomia. Useat liimat täyttävät päästöluokan M1 vaatimukset pelkkänä liimanakin.

Liimauksen pitkäaikaiskesto ja testaaminen

Liimat noudattavat eurooppalaisia standardeja. Eri standardien mukaiset testit, joita on yhteensä noin kymmenen erilaista riippuen liimasta, testaavat monipuolisesti liimojen lämpötila- ja kosteusrasituksen kestoa lyhyessä tai pitkäkestoisessa kuormituksessa. Testit ovat luonteeltaan joko rajuja lyhytaikaisia testejä (esimerkiksi kiehuvan veden tai delami-nointitestin kestoa) tai pitkäaikaisempia jatkuvan kuormituksen ja vaihtelevien olosuhtei-den testejä, jotka kestävät 3, 6 ja 12 kuukautta. Testien mukaan puuaines hajoaa yleensä ennen liimasaumaa, joten rakenteellinen suojaus ja käyttöluokan huomioon ottaminen suunnitteluratkaisuissa ovat pitkäaikaiskestävyyden kannalta liimasaumoja keskeisemmät asiat.

Liimat ja puun kosteuskäyttäytyminen

Liimoille tehtävien testien tarkoituksena on osoittaa, että tuotteet sopivat rakenteellisen puuliiman päätarkoitukseen eli tekemään puuta lujempi liimasauma, joka kestää erityisesti kosteuden ja lämpötilan vaihteluja koko rakenteen suunnitellun käyttöiän ajan, esimer-kiksi yli 50, 75 tai jopa 100 vuotta.

Puun kosteuseläminen aiheuttaa liimasaumaan rasitusta, jota liiman tulisi kestää vuosikymmenten ajan. Liimasaumat muodostavat osan liimatun puutuotteen rakennetta ja näin ollen vaikuttavat sen kosteuselämiseen. Tutkimuksien mukaan puuliimat voivat vähentää puutuotteen kosteuselämistä verrattuna saman kokoiseen massiivipuuhun. Tyypillisesti valmiilla puutuotteilla kosteuseläminen vaikuttaa puutuotteen pintakerrokseen eniten ja jo liimasauman syvyydessä kosteuseläminen on vähäisempää. Liimasauman vaikutus kosteuden siirtymiseen puutuotteessa riippuu käytetystä liimasta, liimasauman paksuudesta sekä kosteuserosta liimasauman eri puolilla. Liima ei muodosta tiivistä kalvoa vaan kos-teus siirtyy puussa liimasauman läpi.

Puun pinta ei ole liimatessa täysin tasainen mikroskoopilla tarkasteltuna. Nykyaikaisilla liimoilla käytetään liimamääriä, jotka tuottavat keskimäärin noin 0,1 mm paksun liima-sauman puutuotteen välissä. Tämä 0,1 mm liimasauma on syntynyt mikroskooppisella tasolla epätasaisten puupintojen välissä ja näin ollen sisältää paksumpia ja ohuempia alueita sekä kaasun tai kuivumisen aiheuttamia aukkoja.

Liimasauman kostuminen on vähäistä silloin, kun puun kosteus on normaali, mutta lisääntyy kaikilla liimatyypeillä puun kostuessa kohti kuitusaturaatiopistettä. Kosteus liimasaumassa aiheuttaa jonkin verran liimasauman mekaanisen lujuuden alenemaa.

Tutkimuksissa veden isotooppimäärityksien avulla on havaittu kosteuden siirtyvän monienkin liimasaumojen läpi ja siitä johtuen liimattu puutuote asettuu tasapainoon ympäröivän kosteuden kanssa riittävän ajan kuluttua. Puun kostuminen ja kuivuminen tapahtuvat eri suuntiin eri puutuotteilla puun rakenteesta johtuen. Esimerkiksi CLT:llä jokainen kerros on 90 asteen kulmassa edelliseen, joka tasaa kosteuselämistä verrattuna massiivi-puuhun.