Puu sisäilman kosteuden tasaajana

Vuorokausivaihtelusta aiheutuvia sisäilman kosteuden muutoksia voidaan alentaa hyödyntämällä puupintoja. Puuverhoilua hyödyntämällä sisäilman kosteus pysyy pidemmän aikaa tasaisena ja koettu ilman laatu paranee. Tämän ansiosta koneellisen ilmanvaihdon tarve pienenee ja energiaa säästyy.

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.

Hygroskooppiset materiaalit ja kosteuspuskurointi

Hygroskooppiset materiaalit sitovat kosteutta itseensä ja luovuttavat sitä pyrkien tasapainokosteuteen ympäristön kanssa. Puu on hygroskooppinen materiaali. Se reagoi kosteuden muutoksiin ja toistuviin kosteuskuormituksiin käyttökohteessa niin sisä- kuin ulkotiloissakin. Tämä johtaa joko kosteuden lisääntymiseen tai vähentymiseen puumateriaalissa, mikä tasaa ilman kosteuden vaihteluita.

Hygroskooppiset materiaalit vaimentavat sisäilman suhteellisen kosteuden huipun heilahteluja kosteuspuskuroinnin avulla. Tämä vaikuttaa koettuun sisäilman laatuun ja lämpömukavuuteen suotuisasti. Kosteuspuskurointiominaisuutensa ansiosta puu voi toimia osana tehokasta sisäilman kosteuden tasausta. Puuta ei vielä hyödynnetä laajassa mittakaavassa tähän käyttötarkoitukseen.

Tutkimusten mukaan käsittelemättömät puuverhoilutuotteet voivat alentaa sisäilman kosteuden vaihtelusta aiheutuvia ääriarvoja jopa 63 prosenttia, kun niitä verrataan huoneeseen, jonka seinät ovat maalattua kipsilaastia. Lisäksi sisäilman kosteus pysyy pidemmän aikaa optimaalisella tasolla. [1]

Puun mahdollisuudet tasata kosteutta

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. [2] Hyödyntämällä puuta sisäilman kosteuden vaihtelujen tasaajana koneellisen ilmanvaihdon tarve pienenee, mikä säästää energiaa.

Verrattaessa samanlaisia taloja, joista yhden sisätila on verhoiltu massiivipuulla, toisen kipsilevyllä ja kolmannen vanerilla, on massiivipuulla verhoillussa talossa alhaisin ja tasaisin sisäilman suhteellinen kosteus verrattuna muihin vaihtoehtoihin. Kipsilevyllä verhoillussa talossa sisäilman suhteellinen kosteus on korkein näistä vaihtoehdoista. Vanerilla verhoillussa talossa sisäilman suhteellinen kosteus oli alhaisempi kuin kipsilevyllä verhoillussa, mutta lämpötilan vaihtelut olivat korkeimmat kaikista vaihtoehdoista.

Tutkimuksen mukaan sisäverhousmateriaalit kuusipaneeli ja mäntyhirsi alentavat sisäilman suhteellista kosteutta jopa 50 prosenttia verrattuna maalattuun kipsilaastiseinään. Myös rei’itetty akustiikkaelementti, joka on pintakäsiteltyä vaneria, alentaa kosteuden vaihtelua 30 prosentilla. [1]

Toisessa tutkimuksessa selvitettiin huokoisen puukuitulevyn vaikutusta. Se alensi kosteuspiikkejä jopa 75-80 prosentilla. Puukuitulevyn korkeasta kosteuden puskurointikyvystä johtuen sisäilman optimaalinen kosteus säilyi myös pidemmän aikaa. Huokoista puukuitulevyä ei kuitenkaan usein käytetä sellaisenaan sisäverhousmateriaalina vaan se pinnoitetaan jollakin tavalla. [2]

Puulaji, syysuunta ja pintakäsittely

Puulajien kosteuden puskurointikyvyissä on eroja. Myös puulajin sisällä voi olla yhtä paljon 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. [3]

Rakennusmateriaaleille on kehitetty luokitus niiden käytännön kosteuden puskurointikyvyn (The practical Moisture Buffer Value, MBV_practical) mukaan (NORDTEST method). Luokitus perustuu arvoihin, jotka määritetään 8 ja 16 tunnin kosteussykleissä. MBV_practical  yksikkö on kg/(m2·% RH).

Materiaalit jaetaan MBV_practical arvon mukaan viiteen eri luokkaan (Erinomainen yli 2, Hyvä 1-2, Kohtuullinen 0,5-1, Välttävä 0,2-0,5 ja Heikko 0-0,2). Esimerkiksi betonin arvo on hieman alle 0,4, kipsin noin 0,6 ja tiilen noin 0,4. Käsittelemättömän kuusen arvo on noin 1,0 ja koivun noin 0,8. [4]

Käytännön kannalta olennaisin ero puupinnan kosteuden puskurointikyvyssä on syysuunnalla. Säteen ja tangentin suuntaiset pinnat kuuluvat kaikilla puulajeilla luokkiin kohtuullinen ja hyvä, mutta poikkileikkauspinta (kiekko puunrungosta) on luokassa erinomainen. Esimerkiksi männyllä poikkileikkauspinnan kosteudenpuskurointikapasiteetti on melkein kolminkertainen verrattuna säteen suuntaan sahattuun pintaan. [3] Kaaviossa on esitetty tyypillisen sahatavaran kosteuspuskurointiarvojen sijoittuminen eri luokkiin.

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.

Tutkimusten mukaan huoneen sisäilman suhteellinen kosteus pysyy tasaisempana tapauksessa, jossa pintakäsittelyaine on höyrynläpäisevä ja puumateriaali pääsee toimimaan oikein verrattaessa tapaukseen, jossa pintakäsittely on vesihöyryä läpäisemätön. [2]

Puupintojen lakkaus ja lateksimaalaus voi alentaa puun kosteuden puskurointikykyä jopa 50 prosentilla. Vesiohenteinen akrylaattimaali ei vaikuta yhtä paljon. Pinnoitteiden pigmenttipitoisuuden kasvu lisää yleensä kosteudenläpäisevyyttä, mikä lisää kosteuden kulkeutumista pinnoitteen kalvon läpi. [1]

Valittaessa sopivaa pintakäsittelyainetta puun kosteuspuskurointiominaisuudet huomioon ottaen, tulee selvittää pintakäsittelyaineen vaikutukset höyrynläpäisyyn. Höyrynläpäisyvastetta ei ole yleensä ilmoitettu tuoteselosteessa. Se tulee selvittää pintakäsittelyainevalmistajalta.

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. [2]

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 kosteuspuskuroinnin 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. Näin tehtiin esimerkiksi Aalto-yliopiston vuonna 2010 rakennetussa Luukku-talossa.

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

Lisää tietoa aiheesta löytyy muun muassa Wood2New-hankkeen nettisivuilta www.wood2new.org.

Vuoden 2017 aikana päivitetään tutkimustuloksia aiheesta Aalto-yliopiston Wood Life-projektin alle osoitteeseen www.energyefficiency.aalto.fi.

Lue myös Hengittävä rakenne

Lähteet ja lisää tietoa:

1. Moisture buffering effects of interior linings made from wood or wood based products. Künzel H. M. et al. IBP Report HTB-04/2004/e. 2004.
2. Improving indoor climate and comfort with wooden structures. Simonson C., Salonvaara M., Ojanen T. VTT Publications. 2001.
3. The effect of wood anatomy and coatings on the moisture buffering performance of wooden surfaces. Vahtikari K., Noponen T. & Hughes M. WCTE 2016 World Conference Timber Engineering. 2016.
4. Moisture buffering of building materials. Report. Rode C. et al. Technical University of Denmark. 2005