FI69893C - Byggnadsmantel - Google Patents

Description

RAKENNUKSEN VAIPPA 69893

Keksinnön kohteena on rakennuksen vaippa, joka käsittää rakennuksen ulkoseinä- ja yläpohjarakenteen, jossa on pinta-5 rakenne, kuten ulkoverhous ja vesikatto, ilma- tai tuule- tusväli ja varsinainen kantava seinä- ja yläpohjarakenne .

Rakennuksen vaippaan kuuluvien ulkoseinä- ja y1äpohjaraken-teiden varustaminen tuu]etusvälein tai -kanavistol1 a on pe-10 rinteistä rakentamisen tekniikkaa. Tarkoituksena on rakenteiden tuulettaminen ulkoilmalla rakenteisiin uiko- tai sisäpuolelta tunkeutuvan kosteuden poistamiseksi. Ulkoilma virtaa tuuletusväliin ja poistuu sieltä ulos erilaisten järjestettyjen rakojen ja aukkojen kautta. Virtausta yllä-15 pitäviä voimia ovat luonnollisessa tuuletuksessa tuulen painevaikutukset ja lämpötilaeroihin perustuvat ilman ti-heyserot (ns. hormivaikutus) . Tuuletusta voidaan tehostaa myös puhaltimin, jolloin tuuletusvirtausta ylläpitävät myös koneelliset voimat.

20

Rakenteiden luonnollisen tai koneellisen tuuletuksen suunnittelussa pyritään joko kokemusperäisesti tai mitoituslaskelmin takaamaan riittävä tuu1etusvirtaus tuu1 etustarpee-seen nähden. Toimenpitei11ä vaikutetaan myös tuuletusvälien 25 painetasoihin, mutta missään aiemmin tunnetussa ratkaisussa ei ole ollut tietoisena pyrkimyksenä koko vaipan kattavan, tuulesta riippumatta tasapaineisen ilmavalin toteuttaminen. Suunnittelussa on otettu huomioon vain tuuletuksen rakenteita kuivattava merkitys eikä ole ryhdytty kehittämään 30 tuuletusvälien, ulkoverhouksen ja vesikaton yhteistoimin taan perustuvaa vaipan tuulensuojaustoimintoa.

Ennestään tunnettua tekniikkaa on myös vaipan rakennusosien integrointi rakennuksen ilmanvaihtojärjestelmään. Tämä ta-35 pahtuu johtamalla ilmanvaihdon tarpeita palveleva ilmavir- 69893 2 taus pitkin vaippaan järjestettyä virtausreittiä. Tunnettuja sovellutuksia ovat tuJoiJmaikkuna, poistoilmaikkuna , kiertoi1maikkuna, yJipainekatto ja ns. dynaaminen lämmön-eristys. Vastavirtarakenteita ovat sovellutukset, joissa 5 kylmä ulkoilma otetaan rakenteen kautta lämpimään sisätilaan ts. rakenteen ilmavirtaus ja lämpövirta ovat suunnaltaan vastakkaiset ja ilma lämpenee rakenteessa ennen purkautumista sisätilaan.

10 Vastavirtarakenteiden soveltaminen edellyttää koneellisin voimin tapahtuvaa ilman siirtoa ja paine-erojen ylläpitämistä. Käytännössä toimintaongelmia on aiheuttanut tuuli ja termiset paine-erot. Rakenteiden läpi tapahtuva ilmavirtaus ei ole hallittua, jos tuuli vaikuttaa painetasoon alueella 15 tai kohdassa, jossa ulkoilma virtaa rakenteeseen.

Tunnettua tekniikkaa on tuloilman ottaminen vastavirtara-kenteeseen (esim. y1ipainekatto) rakenteessa olevasta tuuletus- tai ilmavälistä. Sen sijaan ei ole esitetty ratkai-20 suja siihen, kuinka rakenne suunnitellaan, jotta tuuletusta! ilmavälin painetaso on koko vaipan alueella likimain sama ja tuulesta riippumaton. Tämän ehdon toteuttaminen parantaa olennaisesti vastavirtarakenteiden toiminnan hallittavuutta.

25

Suomalaisessa patenttijulkaisussa FI 49745 on esitetty elementeistä koottu tuuletusvälein varustettu vaippa. Tässä ratkaisussa kosteustekninen toimivuus on taattu pyrkimällä tehokkaasti tuulettuvaan rakenteeseen. Tavoitteena ei ole 30 pidetty tuuletusvälien tasapaineisuutta eikä näin ollen ole esitetty tasapaineisuuden saavuttamiseen tähtääviä keinoja tai rakenneratkaisuja.

Saksalaisessa hakemusjui kaisussa DE 2 915 392 on esitetty 35 ratkaisu, jossa huonetilan lämpökuorman pienentämiseksi 3 69893 seinää jäähdytetään kierrättämä]1 ä ilmaa rakenteessa tai jossa rakennetta tuuletetaan kosteuden poistamiseksi. Tässä yhteydessä ei esitetä ratkaisua vaipan ilmavälin tai -kanavien tasapaineisuuden saavuttamiseksi eikä siihen liity 3 vastavirtarakenteen liittämistä seinien kanavistoon.

Edellä esitetyssä ratkaisussa on keksinnön mukaisen rakennuksen vaipan toteutumisen kannalta mm. seuraavat puutteet: ilmaa siirretään rakenteissa toisistaan erillään olevien 10 ilmavälien tai kanavien kautta. Vaatimusta yhtenäisestä koko vaipan kattavasta ilmavälistä ei ole esitetty, joten ta-sapaineisuus ei toteudu. Ratkaisussa ei esitetä myöskään tuuletusi 1 man sisään- ja ulosvirtauskohtia koskevia vaatimuksia, joilla pyritään tasapaineisuuteen.

15

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan mahdollisimman tasapainoinen ja tuulen vaikutuksista riippumaton ilmaväli koko rakennuksen vaipan alueelle. Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle rakennuksen vaipalle eli ns. paineen-20 tasausvaipal1 e on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisen paineentasausvaipan etuja verrattuna rakennuksen tavanomaiseen vaippaan ovat mm. seuraavat: 25 - rakenteiden lämmöneristyksen pakotettu konvektio vähenee ja vaipan toiminnallinen k-arvo pienenee; - rakennuksen hallitsematon ja tarpeeseen nähden ylisuuri vuotoi]manvaihto eliminoituu kokonaan tai pienenee olennaisesti ; 30 - tuulella ilmenevät vetoisuushaitat vähenevät ja asumis viihtyvyys paranee; - rakennusten i1manvaihtuvuuden ja ilmanvaihtojärjestelmien toiminnan hallittavuus paranee; ilmavaihtojärjestel mään integroitujen vaipparakenteiden 35 (vastavirtarakenteet) soveltamismahdollisuudet paranevat oiennaisesti; 4 6 9893 i]mavuotoihin Jiittyvät rakenteiden kosteusvaurioriskit vähenevät.

Seuraavassa keksintöä ja sen etuja seiitetään yksityiskoh-5 taisesti oheisten piirustusten a v u 11 a , jossa

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista rakennuksen vaippaa a pysty 1 eikkauksena; ja b vaaka!eikkauksena A-A;

Kuvio 2 esittää tavanomaista rakennuksen vaippaa a pysty-Jeikkauksena ja b vaaka!eikkauksena B-B; 10 Kuvio 3 esittää ulkoverhouksen kiinnittämistä kantavaan rakenteeseen paika!1isi11 a kiinnikkeillä;

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen rakennuksen vaipan ilma-välin liittymistä toisiinsa ulkoseinän nurkkauksessa ; 13 Kuvio 5 esittää kahta ratkaisua ulkoseinän ja yläpohjan ilmava] in liittämiseksi toisiinsa;

Kuvio 6 esittää i1manvirtausaukkojen järjestämistä ulkoverhouksen alareunaan;

Kuvio 7 esittää vastavirtaseinän ja -yläpohjan liittämistä 20 keksinnön mukaisen rakennuksen vaippaan;

Kuvio 8 esittää kahta ratkaisua ikkunan liittämiseksi kuvion 7 mukaiseen vastavirtaseinään.

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista rakennuk-23 sen vaippaa eli ns. paineentasausvaippaa. Rakennuksen vaippa käsittää ulkoseinä- ja y1äpohjarakenteen, jossa on pintarakenne kuten ulkoverhous 3 ja vesikattorakenne 11, ilma-väli 2, 10 ja varsinainen seinä- 1 ja y1äpohjarakenne 9.

Ulkoverhous 3 on sidottu tai kiinnitetty varsinaiseen sei-30 närakenteeseen 1 paikal1isi11 a siteillä tai kiinnikkeil1ä 8, kuten kuviosta 3 käy ilmi, jolloin ulkoverhous 3 on kokonaan irti seinärakenteesta 1. Ulkoverhouksen ja kantavan seinärakenteen väli muodostuu koko rakennuksen vaipan alueelle ulottuvaksi kaikkiin suuntiin avoimeksi yhtenäi-35 seksi ilmaväliksi 2. Paikallisina siteinä tai kiinnikkeinä 69893 5 8 voidaan käyttää nau]ausa]uatoja kuten lyhyitä riman pätkiä (pituus esim. 10-25 cm) tai muovi- tai metal]ikannakkeita.

5 Ulkoseinä- ja y1äpohjarakenteen ilmaväJit 2, 10 liittyvät suoraan toisiinsa rakenteiden liitoskohdissa. Tämä on esitetty havainnollisesti kuvioissa 4 ja 5. Seinien ilmavälit 2 liittyvät nurkkauksissa välittömästi toisiinsa, jolloin ilma pääsee kiertämään (nuoli c) nurkkausten ohi rakennuk-10 sen yhdeltä puolelta toiselle. Vastaavalla tavalla ilmaa siirtyy seinien ilmavälistä 2 yläpohjan ilmaväliin (nuolet a, b) 10. Keksinnön toimivuuden kannalta on olennaista, että ilmaväli on väljästi avoin kaikkiin suuntiin ja ettei se katkea tai kuristu vaipan nurkissa ja että ulkoseinien ja 15 yläpohjan ilmavälit liittyvät kuristumatta toisiinsa, jolloin muodostuu yhtenäinen vaipan kattava ilmatila.

Kuviossa 2 on esitetty tavanomainen rakennuksen vaippa, joka käsittää vastaavat rakennuksen ulkoseinä- ja yläpohjara-20 kenteet kuin edellä. Ulkoverhous 3 on kiinnitetty seinärakenteen pituisten rimojen 4 avulla kantavaan seinärakenteeseen 1. Rimat 4 jakavat ilmavälin erillisiin pystysuoriin kanaviin 5. Keksinnön mukaisessa rakennuksen vaipan ilmavä-lissä 2 ei saa olla ilmavirtausta kuristavia ja paine-eroja 25 aiheuttavia rakenteita kuten mainitut rimat 4.

Koko rakennuksen vaipan kattavan yhtenäisen ilmavälin 2 paksuuden on oltava riittävä, jotta ilman virtausvastus il-mavälissä siirryttäessä paikasta toiseen on pieni. Voidaan 30 asettaa rajat ilmavälin 2 paksuudelle s: ilmavälin paksuu den s·] tulisi olla seinissä vähintään 30 mm ja yläpohjara-kenteessa S2 vähintään 50 mm. Tällöin ilma- tai tuuletusvä-lin eri kohtien väliset paine-erot a P jäävät vähäisiksi aP^1 Pa ja aiheuttavat silti riittävän tuuletusvirtauk-35 sen. Ilmaväliin ulkopuolelta johtavien virtausaukkojen 6, 7 i 69893 6 tulee olla voimakkaasti kuristettuja suhteessa ilmavälin 2 poikkipinta-alaan, jotta tuulen aiheuttamat painevaihte1ut rakennuksen ulkopinnassa vaimenevat kuristetuissa tulo- ja 1ähtöaukoissa eivätkä aiheuta merkittäviä paine-eroja itse 5 ilmavälin eri kohtien välille. Talloin on edullista, että niiden virtausaukkojen 6 kokonaispinta-ala, jotka ovat ulkoverhouksen 3 alareunan 32 ja kantavan seinärakenteen 1 välissä, on enintään 30 ?0:ia vastaavan seinän ilmavälin 2 koko poikkipinta-alasta.

10

Ilmaväliin 2 johtavaa aukkoa voidaan kuristaa esim. kesto-puurimasta valmistetuin kappalein 12, kuten kuviosta 6 voidaan havaita. Kuristuskappa1eiden 12 materiaalina voidaan käyttää kestopuun sijasta mitä tahansa materiaalia tai se 15 voidaan korvata muulla rakenteella, joka kestää siihen kohdistuvat rasitukset ja jolla aikaansaadaan haluttu kuris-tusvaikutus.

Ulkoverhouksen 3 yläreuna 31 on edullista nostaa yläpohjan 20 ilmaväliin 10 asti, kuten mm. kuviosta 1a ja 5 käy ilmi.

Näin seinärakenteiden ilmavälit 2 ja yläpohjan ilmaväli 10 saadaan yhdistettyä toisiinsa yksinkertaisesti ja tehokkaasti .

25 Räystäsrakenteeseen 13 voidaan myös järjestää virtausaukko-ja 7, joiden kautta ilmaa pääsee yläpohjan ilmaväliin 10 (kuvio 5a). Niiden virtausaukkojen 7 kokonaispinta-ala, jotka ovat räystäsrakenteessa 13 ja jotka on yhdistetty yläpohjan ilmaväliin 10, on pienempi kuin yläpohjan ilmavä-30 Iin 10 keskimääräinen vapaa poikkipinta-ala. Virtausaukko-jen 7 kokonaispinta-alai 1 a tarkoitetaan näiden aukkojen yhteenlaskettua pinta-alaa. Yläpohjan keskimääräinen vapaa poikkipinta-ala lasketaan esim. harjakattoisen kattorakenteen kohdalla ilmavälin maksimi (harjan kohta) ja minimi 35 (räystäsalue) korkeuksien keskiarvon perusteella ja ottamalla huomioon rakennuksen katon harjan suuntainen leveys.

69893 7

Mikäli ulkoseinä on kosteusteknisesti toimiva (so. kosteus ei kondensoidu seinärakenteeseen) ilman tuuletusta, ilmavä-liin 2 johtavat virtausaukot 6 seinän alaosassa 32 voidaan sulkea. On huomattava, että kosteustekninen toimivuus on 5 osoitettava erikseen.

Keksinnön mukaisen rakennuksen vaipan kannalta on myös olennaista, että ulkoverhous 3 tai vastaava 11 on verraten ilmanpitävä. Tällöin kyseeseen tulevat ilmaa 1äpäisemättö-10 mät tai sitä huonosti läpäisevät ui koverhouslevyt, tiilimuuri rapattuna tai puhtaaksimuurattuna, lautaverhous kuten vaaka- tai pystypontti1autaverhous jne. Ikkuna- ja oviaukkojen tms. seinä- ja/tai kattorakenteiden läpivientien kohdalla ilmaväliin 2, 10 johtavat pieJiraot suljetaan ja tii-15 vietetään .

Keksinnön mukaisen rakennuksen vaipan toimivuutta on tutkittu koerakennuksessa ja toimivuus on vastannut odotuksia. Taulukossa 1 on esitetty keskeisiä tuloksia rakennuk-20 sen ulkopinnan ja tuuletusvälien paineenmittauksista .

Taulukon 1 tulosten perusteella on todettavissa, että - paineentasausvaipan painetaso oli lähes vakio, vaikka vaipan ulkopinnassa esiintyi huomattavia paikallisia paine- 25 eroja; - paineentasausvaipan tuuletus- tai ilmavälin ja sisäilman painetasot olivat lähellä toisiaan sekä tuulen että suojan puolella (rakennuksessa ei koneellista poistoa); - tavanomaisessa vaipassa olivat toisistaan erillään ole- 30 vien tuuletusvälien painetasot olennaisesti erilaisia ja verrattuna sisäilmaan tuul etuspuolel 1 a ylipaineisia ja suojan puolella aiipaineisia.

35 8 69893

Taulukko 1. Eräitä paineentasausvaipan ja tavanomaisen vaipan mittaustuJoksia.

5 | Vaippatyyppi | Keksinnön mukai- I Tavanomainen]

|--------------------------------1 n e n paineeniasaus- | vaippa I

| | vaippa | |

I I II

Keskimääräinen I Tuulen keskimääräinen nopeus I

10 | paine-ero ap/Pa I 6.2 m/s J 6.9 m/s j | |-------------------------1_------------------j

I Vaipan ulkopinnassa I | I

| nurkan eri puolilla I I |

I tuulen ja suojanpuo- | | I

15 j Teisen seinän välillä | 21 | 31 |

| tuuletusvälissä nurkan I | I

] eripuolilla tuulen-jal I I

| suojanpuoleisen seinän I I I

20 | välillä | <; 0,5 | 27 j

| tuulenpuoleisen seinän I | I

| ulkopinnan ja sisätilani | I

välillä j 8 | 18 I

2 5 |---------------- \-------------------------\-----------------1

tuulenpuoleisen seinän I I I

I tuule tusvälinjasisä-l | | | i1 man väli11 ä j 1,0 j 16 j

3 0 | suojanpuo!eisen seinän| j I

I tuuletusvälin ja sisä- I | I

ilman välillä I 1,0 j -13 j

I______________________________L_____________________________L__________________I

35 69893 9

Vastavirtaseinän ja -yläpohjan yhdistäminen keksinnön mukaiseen rakennuksen vaippaan on esitetty kuviossa 6.Viitenumerot vastaavat pääasiassa edellä esitettyjä. Rakennuksen vaippa käsittää joko auringon säteilyä läpäisevän ulkover-5 houksen 3a tai vesikaton 11a tai molemmat. Yhtenäinen ja avoin ilmaväli 2 on yhdistetty suoraan (ilmavirtaus nuolet d) rakennukseen tai sen osan ilmanvaihto- tai ilmalämmitys-järjestelmään (ei ole esitetty piirustuksissa).

10 Vastavirtarakenteisiin tuloilma siis otetaan lämpöeristyksen 1a ulkopuolelta tasapaineisesta ilmavälistä 2. Tällöin tuuli ei vaikuta vastavirtarakenteen paine- ja ilmavirtaus-kenttään. Rakenteen painesuhteet ja rakenteen kautta otettava tuu1 etusi1 mavirta ovat tuulesta riippumatta hyvin hal-15 1innassa.

Rakenteiden toiminta edellyttää ilmanvaihdon koneellista poistoa. Halutulla poistolla syntyy sisätilaan mitoitusläh-tökohdaksi asetettu tavoitealipaine verrattuna paineenta-20 sausvaipan ilmavälin 2 vakaaseen painetasoon. Tämä edellyt tää, että vastavirtarakenteeseen on sijoitettu ilmanläpäi-sykertoimeltaan oikea ainekerros. Säätelykerroksen 1a, so. esimerkiksi lämpöeriste, ilmanläpäisykerroin määrätään mi -toituslaskelmal1 a. Sopivia sääte1ykerroksen materiaaleja 25 ovat puukuitulevyt, lastulevy, po1ystyreeniso 1umuovi yms. avohuokoiset materiaalit.

Tuulensulkukerros 1b seinissä 1 on tarpeen luonnollisen makrokonvektion haittojen välttämiseksi. Tuu1ensu1kumate-30 riaalina tulevat kyseeseen jäykät mineraalivil1 aievyt, joiden ilmanläpäisykerroin on kertaluokittain suurempi kuin säätelykerroksen 1a. Tuloilman mukana tuleva pöly jää mineraal ivil 1 akerrokseen 1b eikä tukkea säätelykerroksen 1a huokosia.

35 10 69893

Auringon sätei1yenergiaa voidaan hyödyntää rakennuksen lämmitykseen kuvion 6 mukaisella vastavirtarakenteel1 a, kun ulkoverhouksena 3a on lyhytaaltoista auringon säteilyä hyvin läpäisevä kerros (esim. lasi), joka ei läpäise pitkä-5 aaltoista lämpösäteilyä ja kun tasapaineiseen ilmaväliin 2 rajoittuva mineraalivil1apinta 1b on väriltään tumma (säteilyä hyvin absorboiva väri).

Y1ilämpöhaittojen estämiseksi 1ämmityskauden ulkopuolella 10 koneellinen poisto muutetaan koneelliseksi sisäänpuha11 ukseksi. Tällöin ilmavirran suunta d rakenteen läpi vaihtuu eikä lämpimänä kautena ole vaaraa kosteusongelmista.

Vastavirtaseinänä tai -yläpohjana voivat toimia kaikki ul-15 koseinät ja yläpohja koko pinta-alaltaan tai vain tietyltä osapinta-alaltaan.

Tul oi 1maikkunan 14 yhdistäminen paineentasausvaippaan on esitetty kuviossa 7. Korvausilma e ikkunan uloimpaan lasi-20 väliin 15 otetaan seinän ilmaväliin 2 johtavien aukkojen 16 kautta. Aukot 16 voivat olla joko ikkunan yläreunassa (kuvio 8a) tai sen alareunassa (kuvio 8b). Hallittu virtaus-reitti ikkunassa aikaansaadaan joko tiivisteillä tai järjestämällä puite- ja karmi rakenteeseen erityisiä virtauska-25 nav ia .

30 35

Claims (3)

69893 11

1. Rakennuksen vaippa, joka käsittää rakennuksen ulkoseinä- ja y1äpohjarakenteen, jossa on pintarakenne kuten ulko- 5 verhous (3) ja vesik attorakenne (11), ilma- tai tuuletusvä-Ji ja varsinainen kantava seinä- (1) ja yJäpohjarakenne (9), t u n n e t t u siitä, että ulkoverhous (3) on sidottu tai kiinnitetty varsinaiseen seinärakenteeseen (1) paikallisilla siteillä tai kiinnik-10 keillä (8), jolloin ulkoverhous (3) on kokonaan irti seinä-rakenteesta (1) ja ulkoverhouksen ja seinärakenteen väli (2) muodostuu koko rakennuksen vaipan alueelle ulottuvaksi kaikkiin suuntiin avoimeksi yhtenäiseksi ilmaväliksi; - ulkoseinä- ja yläpohjarakenteen ilrnavälit (2 , 10) liit- 13 tyvät suoraan toisiinsa rakenteiden (1, 9) liitoskohdissa; - ilmavälin (2) paksuus (s-j) on seinissä vähintään 30 mm; - ilmavälin (10) paksuus (S2) yläpohjarakenteessa on vähintään 50 mm; - ulkoverhouksen (3) yläreuna (31) on nostettu yläpohjan 20 ilmaväliin (10) asti; - niiden virtausaukkojen (6) kokonaispinta-ala, jotka ovat ulkoverhouksen (3) alareunan (32) ja varsinaisen seinärakenteen (1) välissä, on enintään 30 %ia vastaavan ulkoseinän ilmavälin (2) koko poikkipinta-alasta. 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakennuksen vaippa, t u n n e t t u siitä, että niiden virtausaukkojen (7) kokonaispinta-ala, jotka ovat räystäsrakenteessa (13) ja jotka on yhdistetty yläpohjan ilmaväliin (10), on pienempi 30 kuin yläpohjan ilmavälin (10) keskimääräinen vapaa poikkipinta-ala. 35 12 69893

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mu kai (ie n rakennuksen vaippa, joka käsittää joko auringon säteilyä läpäisevän ulkoverhouksen (3a) tai vesikaton (11a) tai molemmat, t u n -n e t t u siitä, että yht emäin en ja avoin ilmaväli (2, 5 10) on yhdistetty suoraan rakennuksen tai sen osan ilman vaihto- tai i1 maJämmitysjärjeste 1 mään . 10 69893 13