Asunto-osakeyhtiö Helsingin Muurarimestari on Avarrus Arkkitehtien suunnittelema painovoimaisella ilmanvaihdolla toimiva massiivitiilikerrostalo, jota rakennetaan Oulunkylään Käskynhaltijantien ja Mestarintien risteykseen. Hanke on osa Helsingin kaupungin Kehittyvä kerrostalo -ohjelmaa. Rakennuttaja on Kestävät Kodit Oy.
Hankkeessa tutkitaan ja toteutetaan massiivitiilirakentamisen ja painovoimaisen ilmanvaihdon mahdollisuuksia nykypäivänä sekä valittujen rakenne- ja ilmanvaihtoratkaisujen vaikutusta arkkitehtuuriin. Tavoitteena on energiatehokas, kestävä, terveellinen ja asukkaille viihtyisä koti.
Hankkeen teknisiä esikuvia ovat kahden kiven massiivimuuratut tiilirakennukset. Tällä tekniikalla rakennetut talot, kuten töölöläiset 30-luvun tiilitalot kuluttavat tutkitusti vähän energiaa.
Hankkeen valmistuttua todellista energiankulutusta seurataan ja sisäilman laatua kartoitetaan vähintään kahden vuoden ajan. Raportissa arvioidaan tehtyjen teknisten ratkaisujen toimivuutta rakentajan, suunnittelijan ja asukkaan kannalta.
Miksi?
Massiivirakenne, jossa säänsuoja, lämmöneriste ja kantava runko muodostuvat yhdestä yksiaineisesta rakennekerroksesta oli rakentamisen valtavirtaa 1950-luvulle asti. Suomessa perinteisiä massiivirakenteita ovat tiili tai hirsi, uudempia sovellutuksia erilaiset laminoidusta puusta kehitetyt ratkaisut tai harkkorakenteet.
Rakentamisen tehokkuuden nimissä kehitetyt monikerrosrakenteet alkoivat yleistyä 1960-luvulla. Piiloon jäävä lämmöneriste tehtiin halvemmasta ja nopeammin asennettavasta materiaalista kuin muut rakennekerrokset. Monikerrosrakenteet on todettu hankalasti huollettaviksi ja niiden huoltoväli tiheäksi. Eri materiaalien kosteuskäyttäytyminen on keskenään erilaista ja kosteudenhallinta monikerrosrakenteessa onkin osoittautunut haastavaksi sekä suunnittelijalle, toteuttajalle että käyttäjälle.
Massiivitiilirakenteisten rakennusten lämpöenergiankulutus on tilastollisesti pienempää kuin energialaskelmat antaisivat odottaa. Tämä johtunee pääasiassa siitä, että massiiviseinän lämmönvarauskykyä ei huomioida määräysten mukaisissa energialaskelmissa. Tiiliseinä toimii erityisen hyvin passiivisena lämpövarastona talvella ja viilentävänä rakenteena kesällä. Hengittävänä rakenteena massiivitiiliseinä myös tasaa kosteutta. Sisäilmaolosuhteet pysyvät tasaisina vuorokauden sisällä ja vuodenaikojen välillä.
Tiili on puhdas luonnonmateriaali, joka vanhenee arvokkaasti patinoituen. Tiilirakenteen huoltoväli on suurempi kuin useimman muun rakennusmateriaalin. Tiilen voi kierrättää kokonaisena uuteen käyttöön tai sen voi murskata materiaaliksi uusia tiiliä varten, jolloin tiilen raaka-aineen kierto on parhaimmillaan ikuinen.
Painovoimainen ilmanvaihto on luonteva pari massiivitiilirakenteiselle Helsingin Muurarimestarille. Painovoimainen ilmanvaihto käyttää ilman lämpötila- ja paine-eroja ilman liikuttamiseen suunnitellusti ja hallitusti. Painovoimaisen ilmanvaihdon eduiksi voidaan laskea helpot ja tilakohtaiset säätömahdollisuudet ja riippumattomuus sähkövoimasta. Koneellinen ilmanvaihto on osoittautunut vikaherkäksi ja sen huolto ja säätö vaatii resursseja. Koneellisen ilmanvaihdon uusimistaajuus on tiheä rakennuksen elinkaaressa.
Miten toimii?
Helsingin Muurarimestarin ulkoseinät ovat ullakon sisäänvedettyä seinää ja väestönsuojan seinää lukuun ottamatta reikätiilestä muurattua kahden tai 2,5 kiven tiiliseinää, jonka paksuus vaihtelee 60 ja 75 cm välillä. Lämmöneristeenä toimii ilma ja tiili. Julkisivut jätetään puhtaaksimuuratulle tiilipinnalle. Tiiliseinät käsitellään asuntojen sisäpuolelta hengittävällä rappauksella, jolloin varmistetaan määräysten mukainen ilmavuotoluku. Hankkeen yhteydessä tullaan mittaamaan ilmavuoto myös molemmin puolin rappaamattomasta seinästä.
Tiilimuurauksen suurin käytännön haaste nykyrakentamisessa on käsityönä tehtävän muurauksen viemä aika. Toisin kuin sata vuotta sitten, nykyään muuraus on erikoisosaamista vaativaa työtä, johon tarvitaan työmaalle omat ammattilaisensa. Helsingin Muurarimestarissa runkotöiden eriyttäminen ulkoseinätöistä mahdollistaa muurareiden työskentelyn samaan aikaan muun työmaan kanssa. Kantavaksi rungoksi päädyttiin työmaalogistiikan ja rakentamisen aikataulutuksen vuoksi valitsemaan paikalla valettu betoni. Ulkoseiniin upotetut betonipilarit yhdessä väliseinien ja välipohjien kanssa muodostavat rakennukselle betonirungon. Rungon valmistuttua ulkoseinät muurataan tiiliestä omassa tahdissaan.
Ilmanvaihtoratkaisu noudattaa siirtoilmaperiaatetta eli korvausilma johdetaan rakennuksen ulkovaipalta jokaiseen asuinhuoneeseen ja poistoilma viedään katolle pääasiassa vain kylpyhuoneista ja keittiöistä. Hormivaikutus on sitä parempi mitä suurempi etäisyys asunnon poistoilmasäleiköstä on hormin yläpäähän. Ylimpiin kerroksiin on sijoitettu useampia poistoilmahormeja ilmanvaihdon riittävyyden varmistamiseksi.
Katujulkisivulla korvausilma otetaan sisään säädettävän kippiventtiilin kautta. S-muotoisessa hormikanavassa ilma esilämpenee massiivisen tiiliseinän vaikutuksesta ennen sisätilaan saapumista. Venttiili ohjaa ilman ylöspäin ja korvausilma sekoittuu radiaattorin lämmittämään ilmaan, jolloin vedon tunne vähenee. Hormikanavan muoto auttaa myös liikennemelun ja ilman epäpuhtauksien pysymistä poissa asunnosta. Parvekejulkisivuilla korvausilma otetaan suoraan ulkoilmasta parvekkeiden alapuolisesta arkadista ja kuljetetaan asuntoihin parvekkeiden pieliseiniin upotetuissa kanavissa.
Poistoilma kuljetetaan kylpyhuoneista ja keittiöistä pystysuorien tiilihormien kautta rakennuksen katolle. Lämmittämätön ullakkotila tasaa hormin lämpötilaeroja. Talvella hormi ei jäähdy liian nopeasti ja kesällä ullakolle kerääntyvä lämpö lisää hormivaikutuksen toimintaa.
Parvekevyöhykkeet varjostavat asuntoja ja vähentävät kesän lämpökuormaa. Myös mahdollisuus ikkunatuuletukseen helpottaa kesäajan lämpöolosuhteita. Ylimmissä kerroksissa on varauduttu kesän lämpöhuippuihin ilmalämpöpumppuvarauksilla.
Saako näin rakentaa?
Vuonna 2018 muuttuneet rakentamista koskevat Valtioneuvoston asetukset helpottavat ratkaisevasti painovoimaisen ilmanvaihdon toteuttamista sekä uudis- että korjausrakentamisessa. Muuttuneen määräyksen mukaan lämmöntalteenottoa ei enää tarvitse rakentaa, mikäli ilmanvaihto on painovoimainen. Muutos rakennusoikeuden laskutavassa puolestaan helpottaa massiivisten seinien ja hormien rakentamista. 200 mm ylittävät väliseinät ja ilmanvaihtohormit saa uuden laskentatavan mukaan vähentää rakennusoikeudesta, jolloin rakennuksen hyötyala ei enää kärsi valitusta ilmanvaihto- tai seinärakennevalinnasta.
Verrattuna koneellisella ilmanvaihdolla varustetun rakennuksen rakennuslupaan, Helsingin Muurarimestarin rakennusluvassa edellytettiin lisäselvityksenä ilmanlaatuselvitystä. Selvityksessä vertailtiin kohdealueen liikennemääriä ja ajonopeuksia vertailualueisiin, joiden ilman pienhiukkasia koskeva mittausdata oli käytettävissä. Selvitys huomioi myös rakennuksen sijainnin kaupunkirakenteessa sekä tilaratkaisut. Esimerkiksi parvekkeiden ja tuloilmareittien sijaintien järkevällä sijoittamisella katuun nähden voidaan parantaa rakennuksen sisäilman laatua. Lisäksi ulkovaipan ääneneristysselvityksessä huomioitiin tuloilmasäleikköjen muodostamat aukot ulkoseinässä. Muurarimestarin painovoimainen ilmanvaihto osoitettiin määräysten mukaiseksi ja laskennallisesti toimivaksi eikä se edellyttänyt poikkeamia rakennuslupaan.
Nykyaikaisten rakennusmääräysten toteuttamisen kannalta massiivitiiliseinässä on laskennallisia haasteita. Lämmönläpäisykertoimeksi eli U-arvoksi valitulle 75 tai 60 cm paksulle reikätiilestä muuratulle seinälle saadaan keskimäärin vain 0,58 W/m2 K, kun voimassa olevien määräysten mukainen U-arvo saisi olla korkeintaan 0,17 W/m2 K. Ulkoseinien heikkoa U-arvoa on kompensoitu parantamalla muiden vaipan osien U-arvoa. Ikkunat, ulko-ovet, alapohjat ja yläpohjat on suunniteltu mahdollisimman korkeilla U-arvoilla ja energialaskelman tulosta on parannettu lisäämällä katolle aurinkovoimaa. U-arvojen kompensointi ja aurinkovoimala eivät vielä riittäneet täyttämään normaalia energialaskelmaa, mutta avuksi löytyi puurakentamisen edistämistä varten tehty uudistus energiatehokkuutta koskevassa asetuksessa. Lämpöhäviölaskelmassa massiivipuuseinä saa käyttää korkeampaa vertailuarvoa verrattuna muihin seinärakenteisiin. Koska Muurarimestari oli hyväksytty Helsingin kaupungin Kehittyvä kerrostalo-ohjelmaan massiivitiiliteemallaan ja kaupunki oli siten sitoutunut tukemaan hankkeen edistämistä, hyväksyi Helsingin rakennusvalvonta vähäisenä poikkeamana ulkoseinän U-arvon vertailuarvoksi käytettävän massiivipuuseinän vertailuarvoa. Muurarimestari täyttää lämpöhäviölaskelman vaatimukset sillä poikkeuksella, että ulkoseinä on massiivipuurakenteen sijasta massiivitiilirakenne.
Hankkeen yksi tutkimuskysymys onkin todellisen ja laskennallisen energiankulutuksen vertailu. Töölöläisten massiivitiilestä rakennettujen kerrostalojen todellisen energiankulutuksen perusteella voi olettaa, että U-arvo ei kerro koko totuutta rakennusten energiankulutuksesta.
Miten tähän arkkitehtuuriin päädyttiin?
Painovoimaisen ilmanvaihdon toimivuus päätettiin nostaa Muurarimestarissa kunnia-asiaksi, joten kuumien kesäpäivien helpottamiseksi haluttiin kaikkiin asuntoihin läpituuletusmahdollisuus, vaikka ikkunatuuletusta ei voi ilmanvaihdon laskelmissa ottaakaan huomioon. Kaikki asunnot aukeavat vähintään kahteen ilmansuuntaan. Tämä on muovannut porrashuonetypologian nykyrakentamiselle epätyypilliseksi. Porrashuoneissa on vain kaksi tai kolme asuntoa kerroksittain, jolloin porrashuoneiden lukumäärä on suurempi kuin esimerkiksi tilatehokkaassa keskikäytävällisessä porrashuoneratkaisussa.
Ilmanvaihdon optimaalinen toimivuus on muovannut myös asuntojen pohjaratkaisut. Jokaisesta asuinhuoneessa on tuloilmareitti suoraan ulkoseinästä tai parvekkeen pieliseinästä. Jotta ilma kulkee koko asunnon läpi, poistoilmareitit on järjestetty mahdollisimman kauas ulkoseinistä. Ratkaisu on lukinnut kylpyhuoneiden ja hormien sijainnit keskelle runkoa. Asuntojen sisätiloja rytmittävät massiivitiilset poistoilmahormit, jotka kasvavat ylempiin kerroksiin noustessa ja päätyvät lopulta vesikatolle muodostamaan ilmeikkään kattomaiseman.
Hormivaikutuksen toiminnan kannalta poistoilmapiippujen korkeus ylimmän asunnon poistoilmaventtiilistä on oltava vähintään 4,5 metriä. Piipun lämpötilaerojen tasaamiseksi kattomuodoksi valikoitui luontevasti ullakollinen kattomuoto. Kaavallisista syistä ylimmän kerroksen tuli olla sisäänvedetty, joten siitä suunniteltiin tunnelmaltaan ullakkokerros. Harjakattoa taitettiin joka suunnasta aumatuksi mansardikatoksi, jolloin kaavan mukaista jakoa kolmi- ja kuusikerroksiseen rakennusosaan saatiin visuaalisesti häivytettyä ja Muurarimestarista tuli tasapainoisen miellyttävä yhtenäinen rakennus.
Ikkuna-aukotus on tiilitalolle ominaisesti selkeää ja ikkunalinjat ovat yhtenevät kerroksesta toiseen. Paksut tiiliseinät näkyvät jykevissä ikkunapenkeissä. Asukkaalle puhtaaksimuurattu tiiliseinä jää näkyviin parvekkeella, joka on lämpimän punatiiliulkoseinän ja valkoisesta julkisivutiilestä muuratun parvekkeen etuseinän välissä. Sisätiloissa punatiiltä on jätetty näkyviin porrashuoneissa ja yhteistiloissa.
Tiilimuurauksen tekeminen käsityönä on mahdollistanut erilaisten reliefien toteuttamisen julkisivussa. Tiilireliefejä on suunniteltu sisäänkäyntien yhteyteen, räystäslinjaan ja katujulkisivujen ikkuna-aukkoihin.
Tiilimuurauksella ja painovoimaisella ilmanvaihdolla on rakennuksessa erityinen asema, mutta muut rakennusosat on haluttu tehdä nykyaikaisilla vakioratkaisuilla. Sisämateriaaleissa, varusteissa ja kiintokalusteissa pyritään kestävyyteen, päästöttömyyteen ja helppoon vaihdettavuuteen.
Kirjoittanut: Noona Lappalainen, 1.9.2023 Valokuvat ja piirrokset: Avarrus Arkkitehdit
3D-visualisoinnit: Bo Business