Heijastavat ja viilentävät rakennusmateriaalit ehkäisevät lämmön varastoitumista

Rakennusten lämpöolosuhteita parantamalla voidaan vähentää kuumarasitusta

Suomessa asuntojen huonelämpötilat voivat ylittää rakennusmääräysten mukaiset rajat jo nykyilmastossa. Ilmastonmuutoksen myötä helteet yleistyvät ja rakennusten ylikuumeneminen kasvaa entisestään, mikä puolestaan lisää terveysriskejä [1]. Rakennusten lämpöolosuhteet huomioiva suunnittelu onkin avainasemassa kuumarasituksen lieventämisessä.

Rakennusten ylikuumeneminen riippuu usein enemmän suunnittelusta kuin pelkästään rakennuksen energiatehokkuudesta ja tiiveydestä. Rakennusten tiiviys ja energiatehokkuus eivät siis välttämättä lisää altistumista ylikuumenemiselle. Energiatehokkuudesta saatavat hyödyt voivat päinvastoin olla merkittäviä, myös talvella. Hyvin eristetyt rakennukset voivat pitää sisällään lämpöä talvella ja viileänpää ilmaa kesällä, jos ne vain on suunniteltu oikein. [2] Seinäeristyksillä, ikkunoilla tai ullakkoeristyksillä ei välttämättä lisätä kuumuutta [3], vaan ylikuumeneminen liittyy muihin tekijöihin, kuten rakennuksen suuntaukseen, sijaintiin, aurinkosuojaukseen ja ilmanvaihtoon. Erityisesti katon eristäminen voi vähentää ylikuumenemista, jossa voidaan hyödyntää esimerkiksi viherkattoja. [4].

Rakennuksissa energiatehokkuutta voidaan edistää melko edullisillakin luonnollisen ilmanvaihdon ratkaisuilla. Ilmanvaihdossa voidaan hyödyntää esimerkiksi äänieristettyjä ilmanvaihtokanavia, jotka mahdollistavat myös meluhaittojen pienenemisen ja siten kanavien auki pitämisen päiväsaikaan kerrostaloasunnoissa. Kallistettavat ja sisäänpäin aukeavat ikkunat, erityisesti yhdessä ulkoisten sälekaihtimien kanssa, tarjoavat myös mahdollisuuden luonnolliseen ilmanvaihtoon säilyttäen samalla yksityisyyden ja turvallisuuden. [2], [5] Toisaalta meluhaitoilta ei tällöin voida välttyä, mikä tulee huomioida.

Erittäin tehokkaaksi viilentäväksi ratkaisuksi on havaittu aurinkosuojalasien käyttö ikkunoissa [1]. Lisäksi muita käytettyjä passiivisen jäähdytyksen keinoja ovat kiinteät, varjostavat rakennelmat, kuten syvennykset ja katokset sekä liikkuvat laitteet, kuten ulkoiset sälekaihtimet ja markiisit [2]. Tutkimuksissa on havaittu, että passiivisia ratkaisuja hyödyntävissä taloissa jäähdytysenergiaa tarvittiin jopa noin 35 prosenttia vähemmän [6]. Sen sijaan mekaaniset ilmanvaihtojärjestelmät, jotka jakavat ilmaa sekä sisään että ulos, tulisi suunnitella estämään vahingossa tapahtuva raikkaan ilman esilämmitys pitkissä tai huonosti eristetyissä kanavissa [2]. Rakennusten sisällä, erityisesti olohuoneeseen asennettu jäähdytysyksikkö, kuten ilmalämpöpumppu, voi estää ylikuumenemisen nykyisessä ja tulevassa ilmastossa tehokkaasti suhteellisen vähäisellä energia määrällä [1].

Passiiviset viilennysratkaisut ovat kustannustehokkaita ja pienentävät infrastruktuurin lämpöriskiä

Kaupungeissa ensisijainen viilennyskeino on läpäisevien pintojen ja siniviherrakenteiden edistäminen ja niiden tasaisesta jakautumisesta huolehtiminen eri kaupunginosien välillä. Vapaan kaupunkitilan rajallisuuden vuoksi tarvitaan kuitenkin myös muita kustannustehokkaita passiivista teknologiaa hyödyntäviä ratkaisuja, kuten viilentäviä ja heijastavia rakennusmateriaaleja. Niiden avulla voidaan ehkäistä liiallista lämmön varastoitumista sekä minimoida jäähdytysenergian tarvetta [7], joka kasvaa myös Suomessa ilmastonmuutoksen myötä.

Passiivisten ratkaisujen käyttö on tärkeää myös infrastruktuurille aiheutuvien lämpöriskien vuoksi. Materiaalien lämmönpäästökyvyllä voi olla merkittävä vaikutus lämpösaarekeilmiön voimakkuuteen erityisesti pitkien hellejaksojen aikana. Tiili, asfaltti ja betoni varastoivat päivisin suuria määriä lämpöä, joka vapautuu öisin. Tämä kerääntyvä lämpö voi pitkittää kaupungin korkeita lämpötiloja erityisesti silloin, kun kaupunkirakenteen tiiviys estää ilman liikkumisen tai viheralueita ei ole lähistöllä. [8]

Heijastuvuutta voidaan lisätä rakennusten värillä ja pintamateriaaleilla

Kaupunkien lämpötasapainoon voidaan vaikuttaa erityisesti rakennusten ulkoisilla materiaaleilla. Ne säätelevät auringonsäteilyn heijastumista ja lämmönpidätyskykyä ja vaikuttavat siten lähiympäristön lämpötilaan. Materiaalivalinnoilla voidaan merkittävästi säädellä sekä yksittäisten rakennusten että kaupunkiympäristön mikroilmaston olosuhteita ja parantaa lämpötilan koettua mukavuutta. Vaaleiden materiaalien käyttö lisää kaupunkialuilta heijastuvan auringonsäteilyn osuutta, mikä on yksi tehokkaimmista keinoista lieventää lämpösaarekeilmiötä yhdessä siniviherrakenteiden kanssa. [7], [9]

Pintojen heijastuvuutta voidaan lisätä maalaamalla tai pinnoittamalla pinnat vaaleiksi, säteilyä heijastavilla väreillä. Näin käsitellyt pinnat mahdollistavat matalamman pintalämpötilan. Käsiteltäviä pintoja voivat olla esimerkiksi katot, rakennusten ulkopinnat ja jalkakäytävät. Heijastavien kattojen materiaaleissa voidaan hyödyntää sekä luonnollisia että keinotekoisia materiaaleja sekä väritettyjä, korkeasti heijastavia materiaaleja. Pinnoitemateriaaleina voidaan käyttää muun muassa kalkkikiveä, titaanioksidia, alumiinihiutaleita ja erilaisia yksikerroksisia vaaleita ja sileitä pinnoitteita. [7]

Uusimpia ratkaisuja ovat nanoteknologiaan pohjautuvat lisäaineet, kuten lämpökromiset maalit, kattotiilet ja -laatat sekä energiatasapainoa säätelevät niin sanotut PCM-materiaalit (phase change materials) [10]. Ne ovat olomuotoaan muuttavia materiaaleja, jotka toimivat lämpövarastoina ja mahdollistavat sen, että lämpö vapautuu hitaasti. PCM-materiaalien käyttö rakennuksissa voi pienentää energiankulutusta, tasapainottaa lämmitys- ja jäähdytyskuormaa, pienentää lämpötilan vaihteluja ja alentaa sisäilman lämpötilaa, mikä parantaa rakennuksen lämpömukavuutta. [11]

Viileät ja heijastavat katot ja materiaalit vaativat kuitenkin aina jonkin verran huoltoa ja ylläpitoa. Erilaisten ilmastollisten olosuhteiden lisäksi pintojen heijastuskyky heikkenee, kun niille tiivistyy ilmansaasteita tai epäpuhtauksia tai pinnat likaantuvat tai kellastuva [7]. Lauhkeissa ja kosteissa ilmastoissa vuodenaikaisvaihtelu voi kuluttaa pinnoitteita, minkä vuoksi erityisesti hulevesien hallinta on tärkeää. Toisaalta viileät ja heijastavat materiaalit voivat mahdollistaa myös pidemmän käyttöiän, johtuen pienemmästä lämpörasituksesta ja lämpötilojen vaihtelusta (muun muassa lämpölaajentuminen). [12]

Viileiden ja heijastavien materiaalien hyödyntämistä (kadut/katot) on kuitenkin tärkeää arvioida tapauskohtaisesti ja hierarkkisesti muihin ratkaisuihin nähden. Heijastavien materiaalien käyttöjen laajamittaisista vaikutuksista ei ole riittävästi tietoa. Lisäksi lämpökuorman siirtyminen läheisiin rakenteisiin tai haitallisen kirkkaan heijastuksen lisääntyminen katutilassa voi olla ongelmallista ja haitallista esimerkiksi liikenneturvallisuudelle.

Läpäisevät päällysteet auttavat vähentämään lämpösaarekkeen muodostumista

Viilentävien ja heijastavien rakenteiden lisäksi tärkeä keino lieventää lämpösaarekeilmiön voimakkuutta kaupunkiympäristössä ovat vettä läpäisevät päällysteet. Yhdistettynä kasvillisuuteen läpäisevillä päällysteillä on perinteistä asfalttia parempi lämmönsiirtokyky. Tämä ominaisuus auttaa vähentämään lämpösaarekkeiden muodostumista sekä kosteissa että kuivissa olosuhteissa. [7], [13] Läpäisevät päällysteet mahdollistavat myös sadeveden paremman pääsyn maaperään, jolloin myös hulevesien muodostuminen ja niiden käsittelyn tarve vähenevät.

Esimerkkejä perinteisen asfaltin tilalla käytetyistä vettä läpäisevistä päällysteistä ovat muun muassa:

• harvaan asetettu betonikivetys, jonka saumat on tehty vettä läpäiseviksi asentamalla niihin esimerkiksi soraa tai nurmea
• erilaiset reikäkivet ja -laatat
• sora- tai viherpintaiset vahvikekennot
• huokoinen (vettä läpäisevä) betoni
• niin sanottu avoin asfaltti, jossa hienomman kiviaineksen määrä on pienempi verrattuna perinteiseen asfalttiin, mikä mahdollistaa veden läpäisyn. [14]

Kaupunkisuunnittelun toimijoiden tarkistuslista: lämpösaarekeilmiön huomioiminen

Seuraava kysymyslista auttaa huomioimaan lämpösaarekeilmiön osana kaupunkisuunnittelua.

[15]