Tutkimus

Puhallusvillan lämmöneristävyydestä uutta tutkimustietoa

Konvektioartikkeli 1
Tampereen yliopiston rakennusfysiikan tutkimusryhmän artikkeli puhallusvillaeristettyjen yläpohjarakenteiden sisäisen konvektion vaikutuksesta rakenteen lämmöneristävyyteen julkaistiin Energy and Buildings –lehdessä. Uraauurtava artikkeli osoittaa, että tutkimuksen aiheeseen liittyvät nykyiset eurooppalaiset laskentastandardit ovat virheellisiä.

Tampereen yliopiston rakennusfysiikan tutkimusryhmän artikkeli sisäisen konvektion vaikutuksesta puhallusvillaeristettyjen kattorakenteiden lämmöneristysominaisuuksiin julkaistiin arvostetussa Energy and Buildings –lehdessä. Artikkelin kirjoittivat tutkimuksesta vastannut projektitutkija Henna Kivioja ja professori Juha Vinha. Tutkimuksen mukaan eristemassan sisäisestä konvektiosta johtuva lämmönhukka voi heikentää tuntuvasti etenkin puhallettavan lasivillaeristeen lämmöneristävyyttä. Tutkimustulokset ovat merkittäviä, koska nykyisissä eurooppalaisissa standardeissa sisäisen konvektion määrä oletetaan paljon pienemmäksi yläpohjarakenteissa ja tämä artikkeli on tiettävästi ensimmäinen kansainvälinen vertaisarvioitu artikkeli, joka asiasta on julkaistu maailmalla.

Tutkimus tehtiin osana vuonna 2018 päättynyttä COMBI-hanketta laboratoriomittauksin rakennusfysiikan tutkimusryhmän itse rakentamalla yläpohjarakenteiden rakennusfysikaalisella tutkimuslaitteistolla. Tutkimus vahvisti oletusta siitä, että konvektiovirtaukset katon osalta tapahtuvat niin, että kylmä ilma painuu alas lähellä katon reunoja ja nousee ylös keskialueella. Eristekerroksen sisäinen konvektio syntyy lämpötilaerojen ja painovoiman vaikutuksesta ja esiintyy myös ilmatiiviin muovin päälle asennetussa eristepatjassa. Tutkimuksessa havaittiin ilmiön esiintyvän puhalletussa lasivillassa jo 20 °C lämpötilaerolla.

– Konvektion takia lämmönhukka voi olla jopa 50 % suurempi verrattuna pelkän johtumisen mukana siirtyvään lämpövirtaan, Juha Vinha toteaa. Nykykäytännössä eristetuotteiden tehokkuutta arvioidaan yleensä pelkästään lämmön johtumisen perusteella eikä konvektiota huomioida.

Koejärjestelyissä tutkittiin lasi- ja puukuitupuhallusvillaa 300 mm ja 600 mm eristepaksuuksilla. Muuttujina olivat lisäksi lämpötilaero rakenteen yli, ilmavirtaus eristeen pinnalla sekä kattoristikot. Tutkimuksen mukaan lasipuhallusvillalla havaittiin paljon suurempaa sisäistä konvektiota tutkimuksen olosuhteilla kuin puukuitupuhallusvillalla. Tiheämmällä puukuitueristeellä suurin yksittäinen sisäistä konvektiota kasvattava tekijä oli lämpötilaeron kasvattaminen. Lasipuhallusvillalla taas vastaavasti ilmavirtauksen kasvattaminen ja kattoristikoiden poistaminen rakenteesta.

Sisäinen konvektio on ongelma etenkin kevyen lasivillan tapauksessa, mutta materiaalin tiheys ei ole ainut vaikuttava tekijä. Myös selluvillaeristeen kohdalla on havaittu aiemmin käsin sullomalla merkittävää sisäistä konvektiota, mutta tässä tutkimuksessa puhaltamalla asennetussa selluvillassa lämpövirta lisääntyi konvektion vaikutuksesta vain 0–10 %.

– Tämä johtuu todennäköisesti eristekuitujen erilaisesta asettumisesta puhalluksen yhteydessä. Sen sijaan lasivillan tapauksessa asennustavalla ei ollut merkittävää vaikutusta. Eristeen rakenteellakin voi näin olla merkitystä sisäisen konvektion määrään. Tiheämmissä levyeristeissä konvektion merkitys jää vähäisemmäksi ja styroxin ja uretaanin tapaisissa umpisoluissa eristemateriaaleissa sitä ei esiinny lainkaan, Vinha kertoo.

Lisätietoja: professori Juha Vinha, Tampereen yliopisto, Rakennetun ympäristön tiedekunta, juha.vinha [at] tuni.fi

--

Kuva: Henna Kivioja