Opinnäyte toi uutta tietoa lattiaviilennyksen tehokkuudesta

Kalle Alatyppö teki Xamkissa opinnäytetyön, jossa hän mallinsi lattiarakenteen lämmönsiirtoa elementtimenetelmällä (FEM-menetelmä eli Finite Element Method). Aihe kuulosti aluksi haastavalta, mutta kiinnostus syntyi nopeasti. 

– Lähtökohtana oli mallintaa standardissa SFS-EN ISO 11855-2 määritelty lattiarakenne. Ajatus oli se, että jos halutaan tietää kuinka paljon lattiaa voi viilentää, pelkkä pinnallinen arvio ei riitä. 

– Rakenteessa on pintamateriaali, sementtikerros, jossa putket ovat, sen alla eriste ja tämän alla betonikerros. Nämä täytyy jakaa pieniin elementteihin ja laskea jokaisen elementin lämpötila.

FEM-menetelmässä lattiarakenne diskretisoidaan eli täytetään kolmioilla ja jokaiseen kolmion pisteeseen ohjelma laskee lämpötilan ja siten saadaan arvio lämpötilajakaumasta, joka rakenteeseen muodostuu. 

Ensin Alatyppö opiskeli syvällisesti FEM-laskentaan tarvittavan teorian. Sen jälkeen hän rakensi mallinnuksesta saadusta datasta Excel-laskurin. Laskurissa käyttäjä syöttää esimerkiksi putkien asennusvälin, halutun menoveden lämpötilan ja pintamateriaalin tiedot, ja Excel palauttaa jäähdytystehoa vastaavat arvot. 

– Ajatus oli, että tällä tavalla voidaan arvioida lattiaviilennyksen tuottamaa tehoa ja sitä kautta voidaan määrittää, kuinka paljon muita jäähdytyslaitteita kohteessa tarvitaan. Lattiaviilennys harvoin yksinään riittää hoitamaan koko tilan jäähdytystä.

Yksi työn keskeinen havainto oli pintamateriaalin merkitys. 

– Puu tasaa lämpöä huonommin kuin keraaminen laatta, mikä heikentää lattiaviilennyksen tehoa. Toinen merkittävä tekijä oli putkien asennusväli. Mitä tiheämmin putket ovat, sitä enemmän tehoa saadaan ulos. Suhde ei ole kuitenkaan lineaarinen. 

Alatyppö sanoo, että tämä tuli mallinnuksessa esille selvästi. 

– Menoveden lämpötila vaikuttaa myös, mutta sitä ohjaa käytännössä aina myös se, missä kohteessa voidaan pitää kastepiste. Viilennys ei saa aiheuttaa kosteuden tiivistymistä rakenteisiin.

Etuna tasaisuus

Lattiaviilennyksen etu on sen tasaisuus ja se, että se voidaan toteuttaa myös kohteissa, joissa on jo lattialämmitys. 

– Märkätilat on kuitenkin erotettava omaksi piiriksi. Kylmää vettä ei saa kierrättää suihku- ja pesutiloissa. Käytännössä märkätilojen erottaminen vaatii putkimuutoksia ja joskus rakenteiden avaamista. Se ei ole aina ongelma, mutta se on suunnittelun kannalta asia, joka pitää huomioida jo ennen kuin viilennystä lähdetään toteuttamaan.

Alatyppö ei päässyt tekemään kaksisuuntaista mittausvertailua eli mallintamaan jotain yksittäistä lattiarakennetta ja vertaamaan mallinnusta mittaustulokseen. Se olisi tuonut tietoa laskurin tarkkuudesta, mutta hän perehtyi standardiin ja vertasi tuloksia niihin. 

– Standardissa oli laskennan oikeellisuustarkastus, jossa oli määritelty lattiarakenne ja tulokset, joiden pitäisi tulla, jos laskenta on oikein. 

Prototyyppi

Näitä vasten hän pystyi arvioimaan, että laskuri tuottaa oikeansuuntaisia arvoja. 

– Työ on prototyyppi. En tiedä vielä, antaako se tarkempia vai epätarkempia arvoja kuin muut menetelmät. Se pitäisi todentaa mittauksilla.

 Jos laskuria jatkokehitettäisiin, Alatyppö tekisi mallinnusvaiheen toisin. Hän sanoo oppineensa nykyisissä opinnoissaan paljon enemmän itse elementtiverkon laadusta ja siitä, miten kolmioita kannattaa muodostaa. Hän tekisi siis verkon uudestaan ja mallintaisi suuremman määrän erilaisia lattiarakenteita ja pintakerroksia.

– Laajentaisin Excelin modulaariseksi, jolloin laskuria voisi käyttää hyvin erilaisiin lattioihin. Lopullinen tavoite olisi kuitenkin tapauskohtainen laskenta, jossa mallinnetaan aina se rakenne, joka kohteessa todellisuudessa on.

Työ tehtiin raumalaisen Rauheatin toimeksiantona, ja laskuri on tällä hetkellä yhtiön käytössä.