Ilmankosteus

Ilmankosteus: käyttäytyminen, ilmiöitä ja vinkkejä

Ilman kosteuden käyttäytymisestä on yleisesti vallalla monta väärinkäsitystä. Nämä väärät luulot ja uskomukset edesauttavat osaltaan kosteus- ja homevaurioiden syntymistä. Tässä artikkelissa pyritään selostamaan yleistajuisesti fysiikan lakeihin perustuvaa ilmankosteuden käyttäytymistä ja ilmiöitä.

Ilmankosteus eli vesipitoisuus mitataan ja ilmoitetaan kahdella eri tavalla:

1. Absoluuttinen kosteus: kertoo kuinka paljon ilmassa on vettä (esim. g/m3 = g/1000 litraa). Tämä suure ei muutu ilman lämpötilan muuttuessa, edellyttäen että se pysyy alle kyllästyskosteuden.

2. Suhteellinen kosteus (RH): kertoo kuinka paljon ilma sisältää vettä suhteessa siihen kuinka paljon se voi sisältää vallitsevassa lämpötilassa. Ilmoitetaan prosentteina ja kyllästyskosteus = 100%. Tämä suure muuttuu, jos ilma kylmenee tai lämpiää, vaikka ilman vesipitoisuus ei muuttuisikaan.

Molemmissa kosteusarvoissa otetaan huomioon vain ilmaan todella sitoutunut kosteus eli veden kaasumainen olomuoto eli vesihöyry. Ei muita veden olomuotoja ilmassa kuten sadepisaroita tai sumua, joka on todellisuudessa pienen pieniä vesipisaroita, tai lunta ja jääkiteitä.

Mitä vesihöyry on?

Vesihöyry on veden kaasumainen olomuoto ja aito höyry on täysin näkymätöntä. Se mitä näet esim. kiehuvan veden yläpuolella on tuon vesihöyryn eli ilman kosteuden tiivistymistä sumuksi ilman jäähtyessä.

Toisin kuin voisi luulla kostea ilma ei ole raskaampaa kuin kuiva vaan päinvastoin hieman kevyempää. Vesihöyry (vedyn ja hapen yhdiste) on nimittäin kevyempi kaasu kuin ilma (pääasiassa typen ja hapen seos). Ero on kuitenkin niin pieni, että ilma käyttäytyy sekä kuivana että kosteana pääsääntöisesti lämpötilan mukaan eli lämmin ilma kevyempänä nousee ylös ja kylmä ilma raskaampana valuu alas.

Miksi tarvitaan suhteellinen kosteus?

Niin, miksei aina vain kerrottaisi paljonko ilmassa todella on vettä eli absoluuttinen kosteus? Valitettavasti absoluuttinen kosteus ei kerro kuinka hyvin ilma voi kuivata eri materiaaleja koska tämä riippuu siitä mahtuuko ilmaan vielä enemmän vettä, eli kuinka kaukana ilman vesipitoisuus on kyllästyskosteudesta. Tässä merkitsevä on siis ilman suhteellinen kosteus: mitä pienempi RH on sitä paremmin ilma kuivaa pintoja ja materiaaleja. Ja olipa lämpötila mikä tahansa niin kyllästynyt 100% kosteuden omaava ilma ei kuivaa enää mitään.

Myös ihminen aistii pääasiassa vain suhteellisen kosteuden. Lämmin 32 asteinen kesäilma, jonka absoluuttinen kosteus on 20 g/m3 (= 20 g vettä 1000 litrassa ilmaa) on vielä ihan miellyttävä sillä sen RH on n. 60%. Sama vesimäärä ilmassa 22 asteen lämpötilassa sen sijaan saa olon tukalaksi ja paidan liimautumaan ihoon sillä silloin ilman kosteus onkin jo 100%.

Suhteellisen kosteuden ja absoluuttisen kosteuden arvoja erilaisilla  ilman lämpötiloilla on annettu oheisessa taulukossa.

Mitä tapahtuu ilman saavuttaessa 100% kyllästyskosteuden?

Useimmat lukijoista tietänevät mitä tarkoittaa ”huurteiset” kesäterassilla. Huurteisuus johtuu siitä, että kylmän lasin pinnan lähellä oleva ilma jäähtyy ja sen suhteellinen kosteus saavuttaa 100% kyllästyspisteen. Tästä vielä edelleen jäähtyessään ilman kosteus ei voi ylittää 100% rajaa jolloin kosteus alkaa tiivistyä lasin pinnalle huurteeksi.

Toinen yleisesti havaittava tiivistymisilmiö tapahtuu kylmillä ilmoilla uloshengitysilman ”höyrytessä”. Hengitysilma on hyvin lämmintä ja kosteaa ja jäähtyessään se saavuttaa nopeasti 100% kosteuden, jonka jälkeen kosteus alkaa tiivistyä hyvin pieniksi ilmassa leijuviksi pisaroiksi eli sumuksi.

Tämä kasteluilmiö tapahtuu aina ja kaikkialla, kun ilma jäähtyessään pyrkii ylittämään 100% kyllästyskosteuden. Ilman sisältämä vesi tiivistyy pinnoille tai sumuksi. Lämpötilaa, jossa ilma saavuttaa 100% kosteuden kutsutaan kastepistelämpötilaksi (lyhyesti kastepiste). Kastepisteen määrää aina ilman sisältämä vesimäärä eli absoluuttinen kosteus ja se on riippumaton ilman kulloisestakin lämpötilasta.

Kastepiste-termiä käytetään usein väärin antaen ymmärtää kuin se olisi jokin paikka jossakin. Lause ”kastepiste on seinän sisällä” on aivan yhtä järkevä kuin jos sanottaisiin ”12,3 asteen lämpötila on seinän sisällä”. Joskus on, joskus taas ei, ja se onko asialla mitään merkitystä riippuu ilmankosteuden lisäksi monesta muustakin tekijästä.

Kosteuden lämpökäyttäytyminen

Kuvasta 1 huomataan, että esim. kylmä talvi-ilma voi sisältää vain hyvin vähän vettä eli absoluuttista kosteutta verrattuna lämpimään kesäilmaan. Ulkoilman suhteellinen kosteus sen sijaan voi vaihdella n. 15-100% sekä talvella että kesällä.

Ilmankosteus ei voi mennä kuvan alueelle, missä RH olisi yli 100% joten siellä rajan ylittävä osa ilman sisältämästä höyrystä tiivistyy vedeksi. Ihmisille miellyttävä suhteellinen kosteus on noin 30% - 60%, jonka sisällä myös asuintilojen sisäilman kosteuden tulisi pysyä.

Ilman viileneminen edustaa kuvassa siirtymistä vaakasuunnassa vasemmalle jolloin RH kasvaa, ja lämpiäminen siirtymistä oikealle jolloin RH pienenee; vaikka vesimäärä ilmassa eli absoluuttinen kosteus ei muuttuisi kummassakaan tapauksessa ollenkaan. Siirtymä pystysuuntaan ylöspäin taas edustaa sitä, että ilmaan haihdutetaan lisää vettä eli kosteutta.

Kuvasta huomataan myös miksi kuivatukseen kannattaa aina käyttää lämmitettyä ilmaa: lämmitys laskee ilman suhteellista kosteutta ja mitä lämpimämpää ilma on sitä enemmän se pystyy sitomaan itseensä kosteutta. Ja kuivatus on sitä tehokkaampaa mitä kylmempää ilma on ennen sen lämmitystä.

Havainto: märän ihon kuivuminen kesällä ja talvella

Olet varmaan huomannut, että mennessäsi saunasta märkänä vilvoittelemaan ulos niin talvella pakkasilmalla iho kuivuu erittäin nopeasti. Ja taas kesällä hellepäivien iltana hiki ja kosteus ei ilman tuulta tunnu kuivuvan iholta ollenkaan. Mistä tämä johtuu?

Talvella ulkoilman lämpötila on sanotaan vaikka -20 astetta ja ilman kosteus 90%. Ihosi lämpötila on saunan jäljiltä lähes 40 astetta. Nyt kun ulkoilma tulee ihoosi kiinni se lämpiää n. 30 asteiseksi jolloin sen suhteellinen kosteus romahtaa alle 3%. Eli se on niin kuivaa, että se suorastaan imee kaiken kosteuden iholtasi. Ja kun tämä lämminnyt ilma nousee eroon ihostasi se jäähtyy jolloin kosteus tiivistyy sumuksi, jonka pystyt näkemään ”höyrynä” ilmassa.

Kesän helleiltoina taas ilman lämpötila on esim. 25 astetta ja suhteellinen kosteus 80%. Tällöin ihoosi kiinni tuleva ilma lämpenee vain 5-10 astetta ja sen kosteus on edelleenkin n. 60% ja sen kuivausteho jää hyvin kauas em. lämmenneestä pakkasilmasta.

Samasta ilmiöstä on kyse myös silloin, kun erittäin kylmä ja absoluuttisesti kuiva pakkasilma saa ihon ja hengitystiet kuivumaan, vaikka ulkoilman RH olisikin lähellä 100%.

Auton ikkunoiden jäätyminen sisäpuolelta talvella

Joskus pysäköitäessä auto yöksi pakkaseen ovat ikkunat aamulla myös sisältä jäässä. Tämä johtuu siitä, että ajossa lämmityslaite lämmittää sisäilman, joka imee kosteutta sekä matkustajien hengitysilmasta että sulavasta lumesta. Pysäköitäessä auto tämä kostea ja lämmin ilma alkaa jäähtyä ja saavuttaa nopeasti 100% kosteuden eli kastepisteen. Jäähtyessään edelleen ilman sisältämän kosteuden täytyy poistua jonnekin ja se tiivistyy huurteeksi kaikkein kylmimmille pinnoille eli ikkunoihin. Ja kun ikkunoiden lämpötila tippuu alle nollan ne jäätyvät.

Voit estää tämän hyvin yksinkertaisella keinolla: ennen kuin lukitset auton pidä ovia auki niin kauan, että kaikki lämmin ilma auton sisällä korvautuu kylmällä (ja absoluuttisesti kuivalla) pakkasilmalla. Aikaa säästääksesi voit myös aloittaa jäähdytyksen jo hieman ennen perille pääsyä laittamalla lämmityslaitteen puhaltamaan täysin kylmää ilmaa auton sisälle.

Kondensoiva ilmankuivain

Edellä selostettuun ilman kosteuden käyttäytymiseen lämpötilan mukaan perustuu kondensoiva eli kosteutta tiivistävä ilmankuivain. Laitteessa on periaatteessa samanlainen koneisto kuin jääkaapissa eli siinä on sekä kylmä puoli että lämmin puoli. Kuivattava ilma imetään kylmälle puolelle, jossa se jäähtyy n. 5 asteiseksi. Tällöin ilmassa oleva kosteus tiivistyy vedeksi kylmän osan kylmille pinnoille, josta se valuu keruusäiliöön tai poistoputkeen. Seuraavaksi tämä n. 5 asteinen ilma, jonka suhteellinen kosteus on 100%, siirtyy lämpimälle puolelle, jossa se lämpenee esim. 25 asteiseksi . Tällöin ulos puhaltuvan ilman  suhteellinen kosteus onkin enää 30%.

Toimintaperiaatteesta johtuu, että kondenssikuivain ei juurikaan toimi alle 10 asteen lämpötiloissa ja se toimii sitä tehokkaammin mitä lämpimämpää ja kosteampaa kuivattava ilma on. Laite ei voi viilentää ilmaa lähelle tai alle 0 asteen, sillä silloin tiivistyvä kosteus jäätyisi jäähdytyskennoon.

Myös auton ilmastointilaite on kondenssikuivain: se jäähdyttää ulkoilmaa ja samalla tiivistää siitä kosteutta. Kun tämä kylmä ilma joko lämmitetään lämmityslaitteessa, tai kesällä lämpenee auton sisätiloissa, sen suhteellinen kosteus laskee ja se pystyy ottamaan vastaan matkustajien hengitysilman kosteuden ilman, että ikkunat sateella huurtuvat. Ja se pysäköidyn auton alle tuleva lätäkkö on juuri tuota ilmastointilaitteesta valuvaa vedeksi tiivistettyä ilman kosteutta.

Sisäilman kosteus talvella

Talvella ympäröivä luonto toimii suurena ”kondenssikuivaimen kylmänä puolena”. Vieläpä paljon tehokkaammin sillä se ei jäädy tukkoon ja voi näin ollen viilentää ilman paljon alle nollan eli pakkasasteille. Vaikka pakkasilman suhteellinen kosteus olisikin lähellä 100% niin se sisältää hyvin vähän vettä (eli absoluuttista kosteutta) verrattuna lämpimään kesäilmaan.

Nyt jos tätä kylmää, esim. -20 asteista, ulkoilmaa imetään rakennuksen sisälle ja lämmitetään se 20-22 asteiseksi niin sen suhteellinen kosteus onkin enää alle 5%! Juuri tästä ilmiöstä johtuu selvästi kuivalta tuntuva sisäilma talven pakkasilla.

Seuraavat esimerkit ja vinkit perustuvat juuri tähän luonnon omaan ”kondenssikuivaimeen”.

Rakennusten ilmavuodot ja kosteusvauriot

Usein kuulee väitettävän, että rakennusten ilmavuodot sisäänpäin aiheuttaisivat talvella kosteusvaurioita. Tämä on täysin väärä käsitys. Rakenteiden ja eristeiden läpi alipaineiseen ja lämpimään asuntoon imeytyvä kylmä, ja vaikka lähes 100% kostea ilma lämpiää matkallaan ja sille tapahtuu juuri samoin kuin kondenssikuivaimessa: ilman suhteellinen kosteus romahtaa ja rakenteiden läpi kulkiessaan ja samalla lämmetessään vuotoilma kuivaa ne, ei kastele.

Tilanne muuttuu kuitenkin täysin mikäli toimimattoman tai väärin säädetyn ilmanvaihdon johdosta rakennukseen tai sen osaan muodostuu pidemmäksi ajaksi ylipainetta. Tällöin lämmin ja kostea sisäilma virtaa vuotokohdista ulospäin ja sen kosteus tiivistyy rakenteisiin ja eristeisiin aiheuttaen kosteusvaurioita ja homehtumisvaaran.

Kesällä, jolloin ilma ulkona on lämmintä ja sisältää paljon vettä, myös ilmavuodot sisäänpäin voivat tilapäisesti kastella rakenteita. Varsinkin jos talossa on viilennys ilmastoinnilla. Mutta koska ulkoilma on aina vuositasolla keskimäärin selvästi kylmempää kuin sisäilma, niin tästä ei tarvitse olla kovin huolissaan: sen minkä kesä kastelee, sen talvi kyllä kuivaa.

Rakennusten ryömintätilan tuuletus

Tuuletetun ryömintätilan kosteuskäyttäytymisestä esiintyy yleisesti täysin vääriä käsityksiä, joista voi olla seurauksena kosteus- ja homevaurioita. Käsitys, että kesän lämmin ilma kuivaisi ja talven kylmä ilma kastelisi elää sitkeässä. Fysiikan lakien mukaisesti asia on juuri päinvastoin: kesä kastelee ja talvi kuivaa.

Tuuletettavalla ryömintätilalla tarkoitetaan tässä perustuksissa alapohjan alla olevaa eristettyä tilaa, jossa on tuuletusaukot ja ilmanvaihdosta on huolehdittu. Tällaisen ryömintätilan lämpötila on keskimäärin aina kesällä kylmempi kuin ulkolämpötila, ja talvella lämpimämpi johtuen maapohjan suuresta lämmön varauskyvystä ja alapohjan läpi vuotavasta lämmöstä. Tuuletettava ryömintätila ei ole sama kuin ns. täysin tuulettuva alapohja, joka on esim. pilariperustuksilla olevan talon ja maan välinen tila, jossa lämpötila seuraa aina ulkoilmaa.

Kesällä ryömintätilaa tuuletetaan sen pintoja lämpimämmällä ja paljon vettä sisältävällä ilmalla. Jäähtyessään ryömintätilassa tuuletusilman suhteellinen kosteus nousee homeen kasvulle suotuisaksi (yli 75-80%). Ilma voi helposti saavuttaa jopa kastepisteen, jolloin ryömintätilan tuuletusilmaa kylmemmät pinnat ja rakenteet kastuvat täysin.

Talvella taas tuuletusilma on kylmää ja sisältää hyvin vähän vettä. Lämmetessään ryömintätilassa pakkasilman suhteellinen kosteus romahtaa ja se kuivaa tehokkaasti alapohjan rakenteita. Eli tuuletusta ei milloinkaan saisi sulkea koko talveksi.

Mikäli salaojat toimivat ja kosteuden kapillaarinen nousu maapohjasta on estetty, tuuletettavan ryömintätilan kosteus seuraa viiveellä ulkoilman vesisisältöä eli absoluuttista kosteutta. Kosteus on suurimmillaan loppukesällä ja pienimmillään talven vaihtuessa kevääksi. Jos alapohjassa on puurakenteita, niin ilmankosteus ryömintätilassa ei saisi lämpötilan ollessa nollan yläpuolella nousta yli 80% jotta vältytään mahdolliselta homekasvulta.

Saunan ja pesuhuoneen kuivatusvinkkejä

Saunassa lämpötila on korkea ja heitettäessä löylyä myös ilman sisältämä vesimäärä nousee erittäin korkeaksi. Esim. 10 m3 saunan ilma voi sisältää jopa yli 2,5 litraa vettä. Lopetettaessa saunominen ilma jäähtyy ja sen suhteellinen kosteus saavuttaa hyvin äkkiä 100% tason, jonka jälkeen kosteuden täytyy poistua ilmasta tiivistymällä jonnekin. Tämä jäähtyvä ilma kastelee kaikki paikat ellei kuivatuksen ilmanvaihtoa hoideta oikein.

Samoin pesuhuoneen ilmankosteus nousee hyvin korkeaksi ja kosteus tiivistyy seinille sekä varsinkin talvella kaikkein kylmimpään pintaan eli ikkunoihin. Hyvä keino estää tämä on pitää kylmillä ilmoilla saunomisen aikana pesuhuoneen ikkunaa hieman raollaan. Tällöin itse ikkuna säilyy kirkkaana ja ikkunan raosta tuleva kylmä ja absoluuttisesti kuiva ilma valuu pesuhuoneen lattialle, jossa se lämpiää ja kuivaa pesuhuoneen ilmaa kondenssikuivaimen tapaan. Tämä edellyttää sitä, että pesutilassa on oikeaoppinen ilmanvaihto eli riittävä poistoilman imu, ettei ilma lähde virtaamaan ikkunasta väärään suuntaan eli ulospäin. Eli raota ikkunaa vain sen verran, että sieltä tulee ilmaa, mutta ei poistu edes sen yläreunasta.

Lopetettaessa kylpeminen kannattaa kaikkein kuumin ja kostein ilma saunasta päästää suoraan ulos. Tämä tapahtuu avaamalla saunan katossa tai seinässä lähellä kattoa oleva kuivatusventtiili. Huomaa, että yleensä lauteiden alla sijaitseva jatkuvasti auki oleva saunan varsinainen poistoilmaventtiili ei poista tehokkaasti saunan yläosassa olevaa kaikkein kuuminta ja kosteinta ilmaa (joka ei siis ole raskaampaa kuin kuiva). Kesällä tämä kuivatusventtiili voi olla auki vaikka seuraavaan saunomiseen asti, mutta talven pakkasilla ei kannata energiaa päästää liikaa hukkaan ja sopiva aika on 10-15 min.

Jos talossa on ilmanvaihtokone lämmön talteenotolla (LTO), niin tätä ei kuitenkaan kannata tehdä kaikkein kovimmilla pakkasilla sillä tällöin on vaarana LTO:n lämmönvaihtimen jäätyminen erittäin kostean ilman johdosta. Laitteen sulatustoiminto kyllä korjaa tilanteen, mutta ilmanvaihto voi häiriintyä juuri kriittisen saunan ja pesutilojen kuivatuksen ajaksi. Myös huippuimurilla tai painovoimaisella ilmanvaihdolla varustetussa talossa voi kovilla pakkasilla hyvin jättää tämän vaiheen väliin ja päästää saunan kostean ja kuuman ilman asuintiloihin sillä sisäilmahan on tällöin muutoinkin usein liian kuivaa.

Kylmillä ilmoilla suljettaessa saunan kuivatusventtiili avataan saunan ovi pesutiloihin. Tällöin saunasta tuleva lämmin ilma auttaa pesutilan kuivumista yhdessä sen raollaan olevan ikkunan kanssa. Saunan kuivatusventtiilin sulkeminen tässä vaiheessa on tärkeätä sillä pesutilojen poistoilma on lähes poikkeuksetta samassa kanavassa ja poiston tulee tässä vaiheessa tapahtua tehokkaasti nimenomaan pesutilasta.

Kylmänä vuodenaikana sopivan ajan päästä pesutilan ikkuna suljetaan ja vielä lämmin saunan ilma päästetään asuintiloihin avaamalla myös pesutilan ovi. Kesällä sekä saunan että pesutilan ovi pidetään tietysti suljettuna niin kauan kunnes tilat ovat jäähtyneet.

Saunassa on yleensä myös suoraan ulkoa tuleva korvausilmaventtiili, joka avataan sanomisen ajaksi (ja puukiukaalla myös lämmityksen ajaksi). Ilmanvaihdon oikean toiminnan takia tämä venttiili tulisi aina muistaa sulkea saunomisen päätyttyä, niin kesällä kuin talvellakin.

Sähkökiukaalla usein toimivampi ratkaisu käytännössä onkin pitää saunan korvausilmaventtiili kiinni ja tuoda korvausilma saunan oven alta siitä pesutilan raollaan olevasta ikkunasta, joka harvemmin jää talvella auki koko yöksi tai päiväkausiksi. Lattialle tai sen lähelle sijoitettu kiuashan imee ilmaa nimenomaan lattialta, josta tuo raikas ilma lämmittyään nousee saunojien hengitettäväksi.

Kuivaus vesisuihkulla

Pesutilan kostean ilman voi kuivata myös suihkulla: laita suihku mahdollisimman ylös ja käännä se täysin kylmälle vedelle. Ilma kuivaa ja raikastuu nopeasti.

Mitä tässä tapahtuu? Suihkusta tulevat vesipisarat ovat paljon kylmempiä kuin pesuhuoneen ilma ja viilentäessään sitä ilman kosteus tiivistyy pisaroiden pintaan ja menee viemäriin suihkuveden mukana. Lämmitessään tämä viilentynyt ilma on taas kuivempaa. Eli kyseessä on vesisuihkulla toimiva kondenssikuivain.

Tätä keinoa ei kuitenkaan kannata käyttää kuin poikkeustapauksissa sillä se tuhlaa vettä.

Loppukevennys

Vaikka tässä kirjoituksessa esitetyt asiat perustuvat täysin fysiikan lakeihin, niin tiedän kyllä, että ne voivat  olla vaikeasti hyväksyttäviä joillekin jääräpäille: ”Höh, ihan humpuukia, kesä ja lämpö kuivaa ja talvi ja kylmä kastelee, näin se on aina ollut ja tulee aina olemaan”.

Isäni väitteli aikoinaan ystävällisesti erään äitini sukulaisen kanssa siitä, että painuuko rautakanki 10 km syvän meren pohjaan. Tämä ihminen väitti, että noin syvällä on niin kova paine, että kanki ei voi upota pohjaan asti. Kun osallistuin keskusteluun ja kysyin, että mitenkäs ne kivet sitten pysyvät siellä pohjassa, tuli hetken hiljaisuus. Sitten kaveri sanoi: ”niin, ne pysyy siellä koska ne on aina olleet siellä”.