Rakennesuunnittelijan opas

Passiivitalo voidaan rakentaa erilaisilla rakennejärjestelmillä, kuvat 6 ja 7. Pieni lämmöntarve edellyttää kuitenkin tavanomaista huomattavasti parempaa lämmöneristystasoa. Seuraavassa on suuntaa-antavia ulkovaipan osien lämmönläpäisykertoimien ja ominaisuuksien tavoitearvoja:
- Ulkoseinä 0,07 – 0,1 W/m2K
- Alapohja 0,08 – 0,1 W/m2K
- Yläpohja 0,06 – 0,09 W/m2K
- Ikkuna 0,7 – 0,9 W/m2K
- Kiinteä ikkuna 0,6 – 0,8 W/m2K
- Ulko-ovi 0,4 – 0,7 W/m2K

 
  
Kuva: Puurakenteisen passiivitalon ohjeellisia rakenneratkaisuja. Ulkoseinältä, alapohjalta ja yläpohjalta vaadittava eristyspaksuus ja U-arvo riippuvat ikkunoiden ja ulko-ovien lämmönläpäisykertoimista ja ilmanvaihdon lämmön talteenoton vuosihyötysuhteesta.

Kuva: Saksalaisen kivirakenteisen passiivitalon rakenneratkaisuja (kuvat Fraunhofer Institut für Bauphysik).

Perustusten sulanapito perustuu tavallisesti perustusten routaeristykseen ja maanvaraisen alapohjan lämpöhäviöön. Passiivitalon alapohjan lämmöneristävyys on niin hyvä, että alapohjan lämpöhäviö ei auta routasuojauksessa. Rakennuspaikan routariski on selvitettävä maaperätutkimuksin, ja perustusten routaeristys on mitoitettava riskiä vastaavasti.

Rakennusosien kuten ala- ja yläpohjan ja ulkoseinän, nurkka-, ikkuna-, ovi- ja läpivientien liitosten suunnittelulla tulee pyrkiä kylmäsiltojen vaikutusten vähentämiseen. Kun rakenteiden lämmöneristyspaksuudet ovat suuria, on myös rakenteiden kosteusteknisessä suunnittelussa otettava kylmäsiltojen vaikutukset huomioon. Kylmäsillan suhteellinen vaikutus rakenteen lämpöhäviöön kasvaa, kun rakenteen lämmöneristävyys kasvaa. Kylmäsiltojen merkitys voi olla kriittinen rakennuksen toimivuuden kannalta.

Rankarakenteisten talojen ikkunoiden kokojen tulisi sopia rakennuksen runkorakenteiden mittamaailmaan. Tämä auttaa ylimääräisten runkorakenteiden karsimisessa. Ikkuna- ja oviliitoksissa sisäverhouksen tukena voi käyttää kantavan rungon kylkeen asennettuja dimensioiltaan kapeampia rankoja.

Koska passiivitalon lämmöntarve on pieni, ilmanpitävyyden puutteista tai rakenteiden kylmäsilloista aiheutuvat alemmat pintalämpötilat koetaan passiivitalossa herkemmin termisen viihtyvyyden puutteina kuin tavanomaisessa lattia- tai radiaattorilämmityksellä varustetussa talossa. Erityisesti lattianrajasta tapahtuvat ilmavuodot ovat ongelmallisia. Siksi rakenteiden lämpötekninen suunnittelu on keskeinen osa passiivitalon toteutusta.

Passiivitalon ulkovaipan ilmanpitävyydelle on asetettu raja-arvo, joka tulee todentaa mittauksella. Ilmavuotoluku saa olla korkeintaan n⁵⁰ = 0,6 1/h. Suomalaisten rakennusten ilmavuotoluku on tyypillisesti 1,5 - 5. Ilmanpitävyys vaikuttaa sekä lämmityksen energiantarpeeseen että rakenteiden kosteustekniseen toimivuuteen. Kun ilmavuotoluku on pieni, ei rakennuksen sijainnilla ja tuuliolosuhteilla rakennuksen ympäristössä ole suurta vaikutusta rakennuksen lämmityksen energiantarpeeseen, (kuva). Myös maiseman hyödyntäminen rakennuksen sijoittelussa tontille on vapaampaa.

Rakenteen hyvän ilmansulkukerroksen toimivuuteen vaikuttavat seuraavat tekijät:
- Ilmansulkukerros on yhtenäinen ja sen ilmanläpäisevyys on saumakohdat mukaan lukien korkeintaan 1 x 10-6 m3/m2 s Pa 
- Muovikalvo lämmöneristyksen sisäpuolella toimii ilmansulkuna, jos sen saumat on tiivistetty.
- Ilmansulun tulee olla yhtenäinen ulkovaipan koko alueella. Erityisesti erilaisten läpivientien liitokset on tiivistettävä huolellisesti.
- Pistorasioiden ja niiden sähkövetojen tulisi olla pinta-asennuksia ulkoseinillä. Ilman- ja höyrynsulkukerros voi sijaita korkeintaan 50 mm syvyydellä lämmöneristyskerroksen sisäpinnasta. Asennustilojen käyttö ilman- ja höyrynsulun sisäpuolella on suositeltavaa, jos sähkövetoja on tarkoituksenmukaista asentaa ulkoseiniin.
- Ikkuna- ja oviliitosten saumojen tulee olla lämmöneristettyjä ja tiivistettyjä sekä ulko- että sisäpinnoilta. Kiinteiden ikkunoiden liittäminen suoraan runkorakenteisiin vähentää liitoksen kylmäsiltavaikutusta.
- Ilmanvaihtokanavien tulee sijaita ilmansulun sisäpuolella. Vain tulo- ja jäteilmakanavat lävistävät ilmasulun.
- Kaikki LVIS-läpiviennit on tiivistettävä kunnollisesti.
- Saumatut betonielementit, saumoista tiivistetyt levyrakenteet, muuratut ja pinnoitetut sisäpinnat yms. toimivat ilmansulkuna edellyttäen, että läpiviennit on tiivistetty.

 
Kuva: Kun rakennuksen ulkovaipan ilmavuotoluku pienenee, rakennuksen sijainnilla ja tuuliolosuhteilla rakennuksen ympäristössä ei ole suurta vaikutusta lämmityksen energiantarpeeseen (Pallari et. al. VTT 1995).

Tuulensuoja suojaa lämmöneristyskerrosta ulkoilman kylmiltä ilmavirtauksilta. Myös tuulensuojan tulee olla yhtenäinen koko ulkovaipan alueella. Liittymät, läpiviennit ja erilaiset detaljirakenteet tulee suunnitella ja toteuttaa huolellisesti. Periaatteessa kaikki levymäiset sekä puhallus- tai ruiskutettavat lämmöneristeet tarvitsevat tuulensuojan, joka voi olla esimerkiksi:
- Materiaalikerros, jonka ilmanläpäisevyys on korkeintaan 10x10-6 m3/m2 s Pa saumat mukaan lukien.
- Kuitulevy-, kipsilevy- tai muu levyrakenne, jonka saumakohdat on tiivistetty
- Lämmöneristyskerroksen päälle tehty rappaus, kun liitosrakenteet on tiivistetty
- Ilmanpitävällä pinnoitteella pinnoitettu mineraalivillaeristys, jonka saumat on tiivistetty

Hyvin eristettyjen rakenteiden kosteustekninen toimivuus edellyttää rakenteilta myös höyrynsulkua. Ilmaa läpäisevien eristeiden yhteydessä höyrynsulun minimitaso on eristeen sisäpuolisen ainekerroksen viisinkertainen vesihöyrynvastus verrattuna eristyksen ulkopuoliseen ainekerrokseen.

Valtaosa esimerkiksi puurakenteisten ulkoseinien kosteusvaurioista johtuu sadeveden tunkeutumisesta rakenteisiin. Julkisivun sateenpitävyys on siksi varmistettava detaljiratkaisuin.

Passiivitalon ulkovaipan hyvä suunnittelu ja toteutus perustuvat seuraaviin tekijöihin:
- Suunnitteluyhteistyö rakenteiden ongelmakohtien kartoittamiseksi ja ongelmien ratkaisemiseksi
- Talotekniikkajärjestelmien reitityksen tilavaatimukset
- Kylmäsiltojen ehkäisy suunnittelun keinoin yhteistyössä arkkitehdin kanssa
- Rakenneratkaisujen optimointi kantavien rakenteiden kannalta siten, että runkorakenteen määrä on pienin mahdollinen
- Moduulimittojen käyttö suunnittelun lähtökohtana
- Ilmansulun suunnittelu
- Läpivientikohtien tiivistäminen
- Tuulensulun suunnittelu
- Työjärjestysten huomioon ottaminen jo rakennesuunnittelussa
- Rakenteiden kuivumiskapasiteetin huomioon ottaminen rakennesuunnittelussa: kaksinkertaisten höyrynsulkujen välttäminen