Puurakentamisen paloturvallisuus

KK-Palokonsultti Oy on paloturvallisen puurakentamisen johtava asiantuntija Suomessa. Jaamme mielellämme tietoa puun ominaisuuksista ja mahdollisuuksista – lue lisää palveluistamme puurakentajille ja tutustu myös puurakentamisen referensseihimme.

Puu rakennusmateriaalina

Metsät ovat maamme merkittävin luonnonvara, ja Suomi kuuluu vieläpä maailman parhaimpiin rakennusmateriaaliksi päätyvän puun kasvualueisiin. Suomen lyhyessä suvessa puiden paras kasvukausi kestää hädin tuskin vuosineljännestä. Puut kasvavat hitaasti, joten niistä tulee kovia, sitkeitä ja suorasyisiä, vailla liikoja sisäisiä jännityksiä ja halkeamia. Siksi kotimaisesta puusta saadaan laadukasta raaka-ainetta moneen tarkoitukseen.

Puu on kotimainen, uusiutuva, luonnonmukainen ja ympäristöystävällinen raaka-aine. Se voi olla samanaikaisesti sekä lämpöä eristävä, että kantava rakenne. Puu hengittää ja se on ympäristöystävällistä, kevyttä mutta lujaa, sitä on helppo työstää – ja lisäksi se on vielä kaunistakin. Puurakentaminen kuluttaa suhteellisen vähän energiaa, rakennuksilta syntyy niukasti jätettä ja materiaalin uudelleenkäyttö ja kierrätys on helppoa.

Puurakennus ja hiilijalanjälki

Rakentamisen hiilijalanjäljen kannalta puu on erinomainen valinta, jonka käytöllä on merkittävä vaikutus kasvihuoneilmiöön. Muihin rakennusmateriaaleihin verraten puulla on kiistatta pienin hiilijalanjälki. Se on merkittävä etu, sillä ilmastotavoitteemme edellyttävät rakentamisen ja erityisesti rakennusmateriaalien hiilijalanjäljen pienentämistä. Ympäristöministeriön tavoitteena on, että rakennuksen elinkaaren aikaista hiilijalanjälkeä ohjataan lainsäädännöllä 2020-luvun puoliväliin mennessä.

Jokaisella rakennuksella on taakkanaan rakennusmateriaaleihin valmistuksessa sitoutunut hiilikuorma. Betonin valmistuksessa sideaineena käytettävän sementin tuotanto esimerkiksi aiheuttaa arvioiden mukaan 5-8 % maailman kasvihuonepäästöistä. Kansallisesti ongelma on melko pieni, mutta vaikka Suomen kahden sementtitehtaan osuus maamme hiilidioksidipäästöistä onkin melko vähäinen (noin 1,6 %), globaalisti sementin valmistus tuottaa enemmän ilmastopäästöjä kuin lentoliikenne.

Puu sen sijaan sitoo hiilidioksidia kasvaessaan, ja jokainen rakennustarvikkeeksi kaadettu puu toimii seuraavat vuosikymmenet pitkäaikaisena hiilivarastona. Kaadettujen puiden tilalle kasvava uusi metsä sitoo hiilidioksidia vielä lisää. Kuutio puuta pystyy nielaisemaan suunnilleen tonnin hiilidioksidia.

Puutuotteidenkin valmistukseen kuluu luonnollisesti energiaa, mutta puurakennukseen varastoituneen hiilen määrä on valmistuksessa syntyviin päästöihin verrattuna valtava. Puu on itse asiassa tällä hetkellä ainoa tunnettu rakennusmateriaali, jonka avulla voidaan saavuttaa hiilineutraali rakennus. Puusta voidaan tuottaa energiatehokkaita rakennuksia, joiden rakentaminen säästää luontoa ja jotka tulevaisuudessa voivat olla aidosti hiilineutraaleja: todellisen hiilineutraalin rakennuksen hiilijalanjäljen tulisi olla sen koko elinkaaren ajalta nolla.

Puurakentaminen ei siis suotta ole nouseva trendi! Toki puullakin on huonot puolensa. Puiset rakennukset tulee suunnitella ja rakentaa huolellisesti, sillä puun mekaaninen kulutuskestävyys on huonompi kuin esimerkiksi betonilla tai teräksellä. Lisäksi puu on arkaa kosteudelle, imee vettä, kutistuu kuivuessaan, on altis homehtumiselle ja lahoamiselle, ja… niin, se saattaa myös palaa.

Puurakentamisen paloturvallisuus

Vaikka me suomalaiset elämme vanhan sanonnan mukaan metsästä, puu on silti monien mielestä hiukan outo ja arveluttava rakennusmateriaali, jonka paloturvallisuus pistää miettimään.

Oikein suunniteltuna ja toteutettuna puurakennus on yhtä paloturvallinen kuin muistakin materiaaleista toteutetut rakennukset. Puukerrostalojen rakenteille asetetaan esimerkiksi sama 60 minuutin palonkestovaatimus kuin betonikerrostaloillekin. Rakennuksen runkomateriaalilla ei henkilöturvallisuuden kannalta muutenkaan ole tulipalossa juuri merkitystä – vaarallisimpia ovat irtaimiston palaessa syntyvät myrkylliset savukaasut.

Paloturvallisuus perustuu hiiltymiseen

Kun tulipalo syttyy, puun pintaan alkaa kohdistua lämpöä. Lämpö saattaa tulla kauempaa säteilynä,  siirtyä rakenteissa kuljettumalla, tai liekit voivat nuolla puun pintaa. Kun puun pintalämpötila nousee sataan asteeseen, sen sisältämä vesi alkaa höyrystyä. Veden haihduttua ja lämpötilan edelleen noustessa pinnan rakenne alkaa hajota, ja lopulta puu syttyy tuleen. Syttymislämpötilaan vaikuttaa, kuinka kauan puu on alttiina lämmölle, mutta useimmiten puu syttyy 250-300 celsiusasteessa. Jos pinnan lämpötila nousee reiluun kolmeensataan asteeseen, se roihahtaa pienestäkin liekistä tai kipinästä.

Kaikki palavaa puuta katselleet tietävät, että puu hiiltyy palaessaan. Puun pintaan syntyvä hiilikerros toimii eristeenä, joka hidastaa puun sisäosien lämpenemistä ja suojaa hiilikerroksen alla olevaa puuta palorasitukselta niin hyvin, että tuuman syvyydessä hiiltymärajan alla puun lämpötila on reilusti alle veden kiehumispisteen. Siksi hiilikerroksen suojaaman massiivisen puurakenteen lujuusominaisuudet pysyvät tulipalossa ennallaan ja puu säilyttää kantokykynsä.

Puu siis palaa, mutta se on silti paloturvallinen materiaali, sillä sen kuormankestävyys ja sortuminen voidaan ennakoida tasaisen hiiltymisen ansiosta, ja tämän perusteella rakenteille voidaan laskea riittävät palonkestävyysvaatimuksien mukaiset rakennepaksuudet.

On kuitenkin muistettava, että puu on todellakin palava materiaali, ja vaikka se massiivisena rakenteena palossa kantavuutensa säilyttääkin, se ei saa heikentää rakennuksen palo- ja henkilöturvallisuutta. Palavat puupinnat eivät esimerkiksi saa haitata turvallista poistumista rakennuksesta. Siksi puukerrostalojen rakenteet suojaverhoillaan, tilat varustetaan automaattisilla sammutuslaitteistoilla ja kaikkiin huoneistoihin toteutetaan vähintään kaksi poistumistietä.

Millaisia puurakennuksia Suomessa saa rakentaa?

Yli kaksikerroksisten puurunkoisten asuin- ja työpaikkarakennusten rakentaminen tuli Suomessa mahdolliseksi jo vuonna 1997. Taulukkomitoitukseen perustuvan suunnittelun osalta kerrosmäärärajaksi tuli tuolloin neljä kerrosta. Oletettuun palonkehitykseen perustuvaa toiminnallista palomitoitusta noudattaen kerrosmäärän ylärajaa ei ole vuodesta 1997 lähtien enää ollut.

Vuoden 2011 palomääräysten uudistus mahdollisti jo kahdeksankerroksiset asuin- ja työpaikkarakennukset. Tämän seurauksena puukerrostaloalueita kaavoitettiin ja rakennushankkeita käynnistettiin viime vuosikymmenellä selvästi aiempaa enemmän. Vuonna 2016 palomääräykset sallivat puun käytön rakenteisiin piilotetun puun lisäksi myös asunnon näkyvillä pinnoilla, kuten lattioissa, seinissä ja katoissa.

Vuoden 2018 alusta voimaan tulleessa uudessa asetuksessa rakennusten paloturvallisuudesta on pyritty selkeyttämään rakentamista koskevaa soveltamista ja ennakoitavuutta. Uudet paloturvallisuusmääräykset mahdollistavat massiivipuun paloturvallisen käytön yli kahdeksankerroksisten talojen rakentamisessa. Sisäpinnoillekin saa jättää entistä enemmän puuta näkyviin, kunhan kantavat ja osastoivat rakennusosat kestävät vaaditun palonkestoajan. Uusi asetus mahdollisti puurakentamisen kasvua aiempaa enemmän, mutta toi mukanaan myös tiukempia vaatimuksia, kuten pakolliset sprinklerijärjestelmät.

Puurakennuksen palotekninen suunnittelu

Perinteisessä betoni- ja teräsrakentamisessa kantavat rakenteet ovat yleensä palamattomia, mutta puurakennusten palotekninen suunnittelu vaatii toisen lähestymistavan. Puurakenteen kantavuus voidaan mitoittaa kolmella eri periaatteella, joko palosuojaamattomalla rakenteella, jossa otetaan huomioon hiiltyvän rakenteen tehollisen poikkileikkauksen muuttuminen palon kestoaikana, palosuojatulla rakenteella, jossa puuta ei päästetä hiiltymään vaadittuna palon kestoaikana, tai näiden yhdistelmällä, jossa palosuojaus suojaa palon alussa puuta hiiltymiseltä ja palon lopussa, suojauksen jo petettyä, pinnan annetaan hiiltyä.

Puurakennuksen paloturvallisuus voidaan suunnitella joko paloluokkiin ja lukuarvoihin perustuen taulukoilla, tai toiminnallisella palomitoituksella, josta käytetään myös nimitystä toiminnallinen paloturvallisuussuunnittelu. Taulukkomitoitus perustuu rakennusten pääkäyttötavan mukaiseen jaotteluun ja ennalta määritettyihin palokuormaryhmiin, sekä rakennusosien palo-ominaisuuksien testaukseen ja luokitukseen. Yli kaksikerroksisten puurunkoisten rakennusten osalta taulukkomitoitusta voidaan käyttää vain, jos ne toimivat pääasiassa asuinrakennuksina tai työpaikkatiloina.

Rakennusten paloturvallisuutta koskevissa määräyksissä on määritelty paloluokat, jotka kuvaavat rakenteille, koolle, korkeudelle ja palo-osastoinnille asetetut vaatimukset sekä käyttötavasta riippuvat rajoitukset rakennuksen koolle ja henkilömäärille. Puurakenteinen rakennus voidaan toteuttaa kaikissa paloluokissa.

Palokuorma, jolla tarkoitetaan palavasta materiaalista vapautuvan lämpöenergian määrää, taas asettaa vaatimukset muun muassa kantavien ja osastoivien rakenneosien, sekä palon leviämistä estävien palomuurien materiaaleille.

Rakennustarvikkeetkin on luokiteltu palo-ominaisuuksien perusteella. Luokituksessa testataan muun muassa materiaalin syttymisherkkyyttä, palon leviämistä sekä savun ja palavien pisaroiden tuottoa. Tarvikkeille on olemassa seitsemän erilaista luokkaa, jotka vaikuttavat muun muassa pintojen ja suojaverhouksien materiaalivalintoihin tilojen käyttötavan mukaan määräytyvien pintaluokkavaatimusten mukaisesti. 

Toiminnallinen palomitoitus

Oletettuun palonkehitykseen perustuvaa toiminnallista palomitoitusta käytetään pääasiassa silloin, kun taulukkomitoitus ei riitä tai sovellu kohteeseen. Sitä käytetään myös vaihtoehtoisena menetelmänä, kun pyritään esimerkiksi varmistamaan vaativien kohteiden paloturvallisuus tai hakemaan mahdollisia kustannussäästöjä. Tyypillisiä toiminnallisen paloturvallisuussuunnittelun käyttökohteita ovat muun muassa kantavien puurakenteiden käyttö ilman suojaverhousta ja yli kaksikerroksisten puurunkoisten rakennusten suunnittelu muuhun käyttöön kuin asuinrakennuksiksi tai työpaikkatiloiksi. Yli kahdeksankerroksisten puurunkoisten rakennusten paloturvallisuuden suunnittelussa on käytettävä aina toiminnallista palosuunnittelua.