Tulisijan sekä lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmien

Transkriptio

1 COMBI tulokset 2 (37) Tulisijan sekä lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmien yhteiskäyttö Yhteisrahoitteisen tutkimushankkeen (COMBI) tutkimustulosten yhteenveto,.12.2

2 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) 1. YLEISTÄ Tulisijan, lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän yhteiskäyttöä on tutkittu yhteisrahoitteisessa tutkimushankkeessa. Tutkimuksen rahoittajina ja tutkimusta ohjanneen johtoryhmän jäseninä ovat toimineet HL-HEAT Oy, HärmäAir Oy, Kerman Savi Oy, Motiva Oy, Nunnalahden Uuni, Optiroc Oy Ab, Puulämpö Suomi Oy, Rakennustieto Oy, Suomen Asuntomessut, Sähkö- ja telealan urakoitsijaliitto STUL, Sähköenergialiitto ry SENER, Tiileritehtaat, Tulikivi Oyj, Turun Uunisepät Oy, Tekes, Vallox Oy, Vattenfall Sähkömyynti Oy, VTT ja Ympäristöministeriö. Päärahoittajana toimineen Tekesin rahoituspäätöksen mukainen tutkimuksen alkuperäinen aikataulu on Tutkimuksen toteutuksesta on vastannut VTT. Hankkeessa on kerätty uutta lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmien yhteiskäyttöön liittyvää aineistoa kokeellisilla ja laskennallisilla menetelmillä. Mittaukset on tehty kontrolloiduissa laboratorioolosuhteissa, ja mittaustulosten avulla on voitu määrittää tutkittujen laitteiden lämpö- ja virtaustekniset perusominaisuudet. Uusia laskennallisia menetelmiä on kehitetty erilaisten laite- ja järjestelmäkombinaatioiden analysoinnin tehostamiseksi. Hankkeessa validoitujen laskentamenetelmien avulla on voitu arvioida luotettavasti esimerkiksi rakenteiden massiivisuuden vaikutuksia lämmitys- ja ilmanvaihto-olosuhteisiin erilaisissa ilmasto-olosuhteissa.

3 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) 2. YLEISET TULOKSET Tutkimussuunnitelmassa hankkeelle asetettiin kuusi yleisen tason tavoitetta. Alla on esitetty näiden tavoitteiden saavuttamiseksi tehdyt toimet sekä esitetty keskeisimmät tutkimustulokset. 2.1 Uusien analyysivalmiuksien luominen Hankkeessa on kehitetty uusia lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteiden kokeellisia ja laskennallisia analysointivalmiuksia. Esimerkiksi tulisijojen lämmönluovutus on mitattu uusitussa laboratorioympäristössä (Kuva 1). Mittaukset tehtiin eri materiaaleista valmistetuille ja eri kokoisille tulisijoille polttamalla kokeissa analysoidut panokset valmistajan antamien käyttöohjeiden mukaan. Mittauksista saatiin täysin uutta aineistoa, josta voitiin todeta muun muassa tulisijan massiivisuuden selkeä vaikutus tulisijan lämmitystehokäyrän muotoon. Kuva 1. Tulisijan mittausjärjestelyjä uusitussa laboratorioympäristössä.

4 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) 2.2 Lämmitysjärjestelmäkonseptien arviointi Yhtenä yleisen tason tavoitteena hankkeessa oli selvittää uusien ja perusparannettavien lämmitysjärjestelmäkonseptien toimivuutta erilaisissa kohteissa sekä osoittaa saatujen tulosten perusteella laitteille tuotekehitysperusteita ja esittää toimivia ratkaisuvaihtoehtoja. Tämä työ päätettiin johtoryhmässä tehdä hankkeessa kehitetyillä laskennallisilla menetelmillä, jolloin eri parametrien vaikutuksia voitiin arvioida kustannustehokkaammin kun esimerkiksi kenttämittausten avulla. Tehdyissä simuloinneissa tarkasteltiin erityisesti lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteiden toimintaa erilaisilla rakenneratkaisuilla (rakenteiden eristystasot ja massiivisuus) erilaisissa käyttöolosuhteissa. Erilaisten lämmitys- ja ilmanvaihtokonseptien toimivuutta arvioitaessa on aina huomioitava rakennuksen, vaihtoehtoisten talotekniikkaratkaisujen rakennuksen sekä käytön ja ylläpidon väliset vuorovaikutukset. Esimerkiksi rakennuksen koko ja rakenteiden ominaisuudet vaikuttavat yhdessä käytön ja ylläpidon kanssa hyvin keskeisesti siihen, millaiset talotekniikkalaitteet kohteeseen parhaiten sopivat. Talotekniikka - ilmanvaihto - jäähdytys - lämmitys Lämmitys- ja ilmanavaihtolaitteiden valinnassa ja mitoituksessa on huomioitava erilaisten käyttökohteiden tarpeet. Massiivisuudeltaan kevytrakenteinen tulisija sopii hyvin esimerkiksi vapaa-ajan rakennuksiin, kun tarvitaan suuria lämmitys- Sisäilmastoolosuhteet Rakennus - muodot ja mitat - rakenteiden eristeet ja massiivisuus Käyttö ja ylläpito - rakennusautomaatio - huolto - käyttötottumukset Kuva 2. Rakennuksen, talotekniikan sekä käytön ja ylläpidon vaikutukset säilmasto-olosuhteisiin. Yleisenä havaintona hankkeessa tehtyjen analyysien perusteella voidaan todeta, että lämmityslaitteiden ja aivan erityisesti rakenteiden massiivisuudella on keskeinen vaikutus lämpöolosuhteiden hallinnassa. Tämä ilmiö korostuu esimerkiksi käytettäessä tulisijoja lisälämmönlähteenä. Koska panospoltossa hetkellinen lämmitysteho kiihkeimmän palovaiheen aikana nousee tulisijan tyypistä riippuen välille kw, ei välikaudella voida tulisijan koko lämmityspotentiaalia hyödyntää ilman riittävän massiivisia rakenteita joihin hetkellisen lämmitystarpeen ylittävä osa voidaan varastoida.

5 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) tehoja lyhyitä käyttö- ja oleskelujaksoja varten. Hyvin eristettyihin asuinrakennuksiin puolestaan sopii luontevasti massiiviset tulisijat, joiden lämmönluovutusteho vastaa hyvin lämmitystarpeita. Yksityiskohtaiset tulokset on esitetty jäljempänä tämän raportin kappaleessa 3.2. Ilmanvaihdon ja tulisijan yhteiskäytössä saattaa joissakin käytännön toteutuksissa ilmetä ongelmia. Jos rakennuksessa esimerkiksi on pelkästään koneellinen poistoilmanvaihto, saattaa tulisijan käytössä ilmetä veto-ongelmia. Tämän johtuu siitä että koneellinen poisto aiheuttaa rakennukseen alipaineen, eikä kylmä hormi toimi halutulla tavalla. Tällaisessa ongelmatilanteessa hormi saadaan vetämään parem-min tuomalla tulisijalle erityisesti sytytysvaiheessa riittävästi palamisilmaa. Lisäksi hormin veto-olosuhteita parantaa se, että poistopuhaltimet (ilmanvaihto, liesituuletin, keskuspölynimuri) kytketään pois päältä sytytysvaiheen ajaksi. Kaikkein parhaiten ilmanvaihdon ja tulisijan yhteiskäytön ongelmat vältetään ilmanvaihdon huolellisella suunnittelulla ja toteutuksella niin, että painetasot hallitaan kaikissa käyttöolosuhteissa. Yhteiskäytön kannalta on suositeltavaa että rakennukseen valitaan koneellinen tulo- ja poistoilmanvaihtojärjestelmä, koska tällöin voidaan parhaiten hallita rakennuksen painetasot. Tämän lisäksi on syytä seurata alan kansainvälistä kehitystä, koska jo tällä hetkellä eräissä Euroopan maissa edellytetään tulisijojen käytössä sellaisia hermeettisiä ratkaisuja joissa tulisijan tarvitsema palamisilma kanavoidaan suoraan tulisijaan niin ettei tulisijan käyttö vaikuta ilmanvaihtojärjestelmän toimintaan. Lisäksi on mahdollista, että erillinen palamisilman tuonti tulisijaan tullaan vaatimaan lähivuosina myös EUdirektiivissä. Myös päälämmitysjärjestelmien suunnitelussa on mitoitusolosuhteiden parametrien (rakenteiden lämmöneristävyys, ilmanvaihdon määrä ja mitoituslämpötilat) lisäksi huomioitava rakenteiden massiivisuus. Nopeasti lämmitysolosuhteiden muutoksiin reagoivien lämmitysratkaisujen (esimerkiksi radiaattorit ja ilmalämmitys) vahvuutena on yhteiskäytössä se, että tulisijan tuottaessa tilaan riittävästi lämpöä nämä ratkaisut voivat katkaista oman lämmöntuoton. Silloin kun tulisija tuottaa rakennuksen hetkellisen lämmitystarpeen ylittävän määrän lämpöä, tulisi tämä lämpö varastoida termisesti riittävän massiivisiin rakenteisiin. Esimerkiksi jatkuvasti yleistyvä varaava tai osittain varaava lattialämmitys voidaan saada toimimaan erittäin hyvin myös tulisijan tuottaman lisälämmön varastoinnissa. Tämä kuitenkin edellyttää että varaavan massan lähtölämpötilataso on riittävän alhainen. Lisäksi tarvitaan kuitenkin sellaista hyvin toimiva säätö- ja ohjausjärjestelmä, jossa sekä lämpötila-anturit on sijoitettu oikein että itse säätö-algoritmit mahdollistavat tulisijan hetkellisten lämpökuormien hyödyntämisen. 2.3 Yritysten, viranomaisten ja tutkimusyksiköiden verkottuminen Tutkimushankkeessa mukana olleet yritykset ja viranomaiset ovat osallistuneet aktiivisesti johtoryhmätyöskentelyyn sekä valvoneet ja ohjanneet tutkimuksen toteutusta. Johtoryhmätyöskentelyssä on näin samalla tutustuttu eri osapuolten toimintaan, joka on johtanut esimerkiksi täysin uusien jatkohankeideoiden kehittelyyn.

6 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) 2.4 Tiedonvälitys Tiedonvälityksen yleiseksi tavoitteeksi asetettiin uusiutuvien energialähteiden käytön edistäminen sekä energian käytön tehostaminen. Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi hankkeen tuloksista on informoitu eri tavoin kuluttajia, suunnittelijakuntaa sekä laitevalmistajia. Kuluttajille hankkeen tuloksista on välitetty tietoa kahdessa eri tiedotusvälineessä. Syystalvella 1 hankkeen ensimmäisen vaiheen tuloksista laadittiin tiedotus-paketti (YLE:n TekstiTV). Tämän lisäksi tutkimuksen tuloksista on kerrottu VTT:n asiakaslehdessä ja Tekniikka&Talous -lehdessä. Näiden lisäksi hankkeessa mukana olleille rahoittajille toimitettiin yhteistä tiedotusmateriaalia Kotkan Asuntomessuja 2 varten, ja keskeisimmät tulokset tullaan hankkeen päätyttyä esittämään kuluttajille myös internetissä Motivan kotisivuilla. Lämmitys- ja ilmanavaihtojärjestelmien suunnittelijakunnalle laaditaan Rakennustieto Oy:n toimittama LVI-kortti. Tässä kortissa esitetään suunnittelussa huomioitavat seikat tulisijan, lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmän toimivan yhteiskäytön saavuttamiseksi. 2.5 Kansainvälisyys Kansainvälisen yhteistyön sekä yritysten vientitoiminnan teknisen perustan lujittamiseksi on hankkeessa osallistuttu kansainvälisen energiajärjestön (IEA) asiantuntijatyöhön (Task : Building Energy Analysis Tools), ja hankkeen tieteelliset tulokset on raportoitu ASHRAE Transctionsiin kirjoitetussa artikkelissa (Tuomaala et al. 2). Artikkelissa on esitetty hankkeessa käytettyjen ja kehitettyjen laskennallisten menetelmien luotettavuuden valmistamiseksi tehdyt testit ja testien tulokset. Testeissä varmistettiin sekä ilmavirtojen että lämmönsiirron laskentamenetelmien luotettavuus kansainvälisesti yleisesti käytettyjen analyyttisten, laskentatyökalujen tuloksia vertailevien ja kokeellisten testien avulla. Keskeisimpiä laskentamenetelmiä on käsitelty myös väitöskirjatyössä (Tuomaala 2). 2.6 Uuden tietotekniikan hyödyntäminen Uutta tietotekniikkaa on hyödynnetty käyttämällä ja edelleen kehittämällä VTT:n laskennallisia analyysivalmiuksia tutkimuksen apuvälineeksi. Tutkimushankkeessa on demonstroitu simulointiketju lähtötietojen antamisesta (rakennuksen CADpiirustus sekä rakenteiden ja talotekniikkalaitteiden tietokanta, kuva 3) tulosten graafiseen 4D-animointiin (suureiden visualisointi aikariippuvina 3-ulotteisessa tilassa, kuva 4).

7 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) Kuva 3. Tarkasteltavan rakennuksen CAD-piirustus, josta saadaan suoraan simuloinnissa tarvittavat rakenteiden lähtötiedot. Kuva 4. Tarkasteltavan rakennuksen yhteen tilaan sijoitetun varaavan tulisijan simuloidut pintalämpötilakentät.

8 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) Uuden tietotekniikan hyödyntäminen käyttämällä rakennuksen lämpö- ja virtaustekniikan simulointisovellusta tehostaa merkittävästi eri parametrien vaikutusten arviointia. Sovelluksen avulla saadaan luotettavia arvioita esimerkiksi erilaisten rakenne- ja talotekniikkaratkaisujen vaikutuksista rakennuksen energiankulutukseen erilaisissa ilmasto-olosuhteissa (Tuomaala 2). Simulointisovelluksessa voidaan valita analysoinnin lähtötiedoiksi erilasia ulkovaipan rakenneratkaisuja, ikkunoita ja ovia, lämmitys- ja ilmanvaihtolaitteita sekä kotitalouskoneita suoraan tietokannasta. Valitun prosessin toimintaa voidaan simuloida eri vuodenaikoina eri paikkakunnilla (Helsinki, Jyväskylä ja Sodankylä), ja tuloksina saadaan mm. pintalämpötiloja, lämmönsiirtokertoimia, energiankulutus, tehontarpeet ja tilojen lämpötilat. 3. KONKRETIATULOKSET Tutkimushanketta edeltäneissä tarvekartoituksissa tunnistettiin talotekniikan yhteiskäytössä kolme selkeää osa-aluetta: (1) tulisijat sekä (2) päälämmitys- ja (3) ilmanvaihtojärjetelmät. Tutkimussuunitelmaan kirjattiin näiden keskustelujen perusteella useita konkretiatavoitteita, joista keskeisimpiin kysymyksiin on haettu vastauksia johtoryhmän ohjaamana kokeellisilla ja laskennallisilla menetelmillä. Projektin mittaukset tehtiin kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa, ja laskenta suoritettiin LVIS pientalolle, jonka pohjapiirustus on esitetty kuvassa 5. Kuva 5. Laskennassa käytetyn LVIS talon pohjapiirustus.

9 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) Laskelmat suoritettiin kevyt- ja raskasrakenteiselle rakennukselle. Kevytrakenteisen talon runkorakenne on puinen ja lämpöeristyksenä on käytetty villaeristystä (Liite 1,Taulukko 1). Raskasrakenteinen talo on rakennettu betonielementeistä (Liite 1, Taulukko 2). Kummassakin tapauksessa on sama alapohjarakenne sekä samat ikkunat ja ovet. Lisäksi molempien laskentatapausten vaipparakenteiden U- arvot ovat samansuuruiset. 3.1 Päälämmitysjärjestelmät Tulisijan panospolton lämmitysenergian hyödyntäminen Kuvassa 6 on esitetty tyypillinen mittauksiin perustuva tulisijan luovuttama aikariippuva lämmitysteho kontrollioduissa laboratorio-olosuhteissa. Puupanoksen palovaiheen aikana lasisen suuluukun kautta lämmitettävään tilaan siirtyvä teho on suuruusluokaltaan 1-2 kw. Palovaiheen jälkeinen lämmitysteho riippuu tulisijarakenteiden massiivisuudesta sekä luonnollisesti poltetun panoksen suuruudesta. Normaaleja olosuhteita vastaavassa polttokokeessa tämä teho vaihteli h polton jälkeen välillä,7-2,7 kw Teho [kw] Aika [h] Kuva 6. Tyypillisen varaavan tulisijan lämmitysteho panospolton eri vaiheissa, kun tulisijassa poltettiin kolme puupanosta kolmen ensimmäsen tunnin aikana. Panospoltosta hyödyksi saatava lämmitysenergia on arvioitu laskennallisilla menetelmillä. Laskennassa käytettiin kevyt- ja raskasrakenteista tulisijaa. Tulisijojen mitat pidettiin samoina, joten tulisijan koolla ei ole vaikutusta laskentatuloksiin. Tulisijojen aineominaisuudet (tiheys ja lämmönjohtavuus) valittiin niin, että massojen suhteeksi saatiin 1 - kuitenkin niin, että terminen diffusiviteetti pysyi vakiona. Näin kummankin tulisijan tiheys ja lämmönjohtavuus ovat fiktiivisiä, mutta kummankin terminen diffusiviteetti vastaa lämpöteknisesti normaalia tulisijan rakennetta.

10 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) λ a = (1) ρ c p missä a on terminen diffusiviteetti, m 2 /s λ on lämmönjohtavuus, W/(K m) c p on ominaislämpökapasiteetti, kj/ (kg K) ρ on tiheys, kg/m 3 Kuvassa 7 on esitetty laskennassa käytetyt kevyt- ja raskasrakenteisen tulisijan geometriatiedot. Laskennat suoritettiin kahdella eri ulkolämpötila-arvolla ( C ja -26 C. Laskennassa ei otettu huomioon auringon lämpösäteilykuormaa, mutta sisäiset lämpökuormat huomioitiin huonekohtaisesti (valaistus, henkilöt, sähkölaitteet) tyypillisen käyttöprofiilin mukaisesti. Tulisijassa poltettiin kerran vuorokaudessa kaksi panosta peräkkäin (3 kg puuta/panos), ja tämän vuorokaudessa poltetun puumäärän energiasisällöksi arvioitiin 26,6 kwh. Takan savupellit suljettiin laskelmissa välittömästi hiillosvaiheen jälkeen. Kuva 7. Laskennassa käytettyjen kevyt- ja raskasrakenteisen takan geometria. Tulisijan hyödyntämisaste määritellään tässä analyysissä yhden vuorokauden aikana tulisijan käytön vaikutuksesta saatavan muun energiansäästön ja puiden mukana takkaan viedyn energian suhteena η T QIlman takkaa Q = Q Puut Takana kanssa missä η T on takan hyödyntämisaste, Q Ilman takkaa on rakennuksen energiankulutus vuorokaudessa kun takkaa ei käytetä, Q Takan kanssa on rakennuksen energiankulutus vuorokaudessa kun takkaa käytetään.

11 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) Laskennat on suoritettu kahdella lämmitysmuodolla: ideaalinen lämmitys ja lattia-lämmitys. Ideaalinen lämmitys vastaa lähinnä ilmalämmitystä, jossa lämmitysteho syötetään ilmasolmuun (konvektiivinen teho). Lämmitystä säädetään huonekoh-taisilla PI-säätimillä ja säätimien määrittelemä lämmitysteho syötetään huone-tiloihin viiveettömästi. Lattialämmitys vastaa sähkölämmitteistä lämmitysmuotoa, jossa lattialaattaan syötetään huonekohtaisten PI-säätimien määrittelemät lämmi-tystehot. Liitteessä 3 on esitetty laskennallisesti arvioidut kevyt- ja raskasrakenteisen tulisijan hyödyntämisasteet eri ulkolämpötiloilla kevyt- ja raskasrakenteisessa pientalossa, jossa on nopea ja ideaalinen lämmityksen säätö. Sekä tulisijan että rakennuksen massiivisuus parantavat hyödyntämisastetta. Kevytrakenteisessa pientalossa kevyen tulisijan hyödyntämisaste on,62 ja raskasrakenteisessa talossa,72. Raskasrakenteisen tulisijan hyödyntämisaste vaihtelee kevytrakenteisessa rakennuksessa,72-,78 ja raskasrakenteisessa kohteessa,75-,83 ulkolämpötilasta riippuen Tulisijan hyödyntäminen yhdessä lattialämmityksen kanssa Liitteessä 4 on esitetty laskennalliset arviot kevyt- ja raskasrakenteisen tulisijan hyödyntämisasteista eri ulkolämpötiloilla kevyt- ja raskasrakenteisessa pientalossa, jossa on lattialämmitys. Kevyen tulisijan hyödyntämisasteet vaihtelevat kevyessä rakennuksessa,62-,64 ja raskasrakenteisessa pientalossa,7-,79 ulkolämpötilasta riippuen. Raskasrakenteisen tulisijan hyödyntämisasteet ovat kevyessä pientalossa,86-,88 ja massiivisessa pientalossa, Lämmitysjärjestelmien säätölaitteiden suoritusarvot Lämmitysjärjestelmien säätölaitteiden suoritusarvoja ei tutkimuksessa päästy tutkimaan. Jo pelkästään tulisijojen, muiden lämmityslaitteiden ja rakenteiden lämpö- ja virtaustekninen vuorovaikutus osoittautui tutkimuksen aikana huomattavasti monimutkaisemmaksi ja haasteellisemmaksi kun mitä alkuperäistä tutkimussuunnitelmaa laadittaessa osattiin arvioida. Lisäksi tutkimuksen aikana todettiin, että erilaiset säätölaitteet ja -järjestelmät poikkeavat toisistaan niin paljon että kaikkien vaihtoehtoisten ratkaisujen riittävän perusteellinen tarkastelu olisi tullut ylivoimaisen suureksi osatehtäväksi. Säätölaitteiden toimintaan liittyen voidaan kuitenkin tutkimuksessa yhteiskäytöstä tehtyjen teoreettisten tarkastelujen perusteella todeta, että yhteiskäyttö asettaa aivan erityisiä vaatimuksia säätölaitteille ja -järjestelmille. Nämä erityis-vaatimukset aiheutuvat perimmältään siitä, että yhteiskäytössä on säädettävä rinnakkain varsin nopeita ja hitaita prosesseja. Nopeissa prosesseissa (esim. ilma- ja nestevirtaukset) tarvitaan nopeasti reagoivaa säätöä sekunti- ja minuuttitasolla. Hitaimmat lämmön varastoitumisilmiöit tapahtuvat kymmenien tai jopa satojen tuntien aikavakioilla, joten niiden huomioimisessa tarvitaan tulevaisuudessa todennäköisesti ennakoivia ja oppivia järjestelmiä energiatehokkuuden varmista-miseksi. Tulevaisuudessa rakennusten säätöjärjestelmien suunnitteluun ja huolel-liseen toteutukseen on siis syytä kiinnittää yhteiskäytön onnistumisen varmistamiseksi erityistä huomiota.

12 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) Ilmanvaihtojärjestelmien yhteensovittaminen lämmityksen kanssa Ilmanvaihtojärjestelmällä on keskeinen vaikutus sekä rakennuksen energiankulutukseen että painetasojen hallintaan. Energiatehokkuuden varmistamiseksi ilmanvaihtomäärän on kaikissa olosuhteissa oltava mahdollisimman hyvin hallittu ja poistoilmasta tulee ottaa lämpö talteen aina kun se on tarkoituksenmukaista. Suositeltavin vaihtoehto yhteiskäytön näkökulmasta onkin koneellinen tulo- ja poistoilmanvaihtojärjestelmä. Näin menetellen ilmanvaihdon tehontarpeet pysyvät kohtuullisina, mikä omalta osaltaan edistää vaihtoehtoisten (esimerkiksi uusiutuvien) energialähteiden käyttöä sekä parantaa rakennuksen energiataloutta. Yksi erityisnäkökohta ilmanvaihdon suunnittelussa tulisijojen näkökulmasta on tarvittavan palamisilman hallittu tuonti paloprosessiin. Perinteisesti palamisilma on otettu suoraan huoneilmasta. Jatkossa tilanne saattaa kuitenkin muuttua yksittäisten maiden lainsäädännöllisistä syistä ja ainakin keskusteltavana olevan EU direktiivin takia, joska tulevaisuudessa saatetaan edellyttää täysin erillistä palamisilman kanavointia tulipesään niin etteivät tulisija ja ilmanvaihtojärjestelmä vaikuta toisiinsa. Hyvin toteutettuna tämä vaihtoehto olisi teknisesti perusteltu ratkaisu, mutta se edellyttäisi muutoksia nykyisin markkinoilla oleviin tulisijoihin. Lisäksi Suomen rakentamismääräyskokoelman osa D2 Rakennusten sisäilmasto ja ilmanvaihto on uusittu (astumassa voimaan 1.1.3), jossa annetaan ohjeita ja määräyksiä jotka koskevat myös ilmanvaihdon toimintaa. 3.2 Tulisijat Tulisijan lämmönluovutuksen tehokäyrä Tutkimushankkeessa on mitattu merkittävimpien kotimaisten tulisijavalmistajien eri kokoisten ja tyyppisten sekä eri materiaaleista valmistettujen varaavien tulisijojen lämmitystehot laboratorio-olosuhteissa. Tulisijamittauksista voidaan yhteenvetona todeta, että mitatut tulisijat käyttäytyvät lämpöteknisesti tarkasteltuna hyvinkin paljon toisistaan poikkeavalla tavalla (kuva 8). Esimerkiksi kevyt tulisija luovuttaa siinä poltetun puupanoksen sisältämän energian varsin nopeasti suurella hetkellisellä teholla. Käytettäessä tulisijoja polttokokeissa valmistajan antamien ohjeiden mukaan tehohuiput vaihtelivat välillä kw. Kuvan 8 tulosten vertailua vaikeuttaa se, että eri polttokokeissa poltettiin erilaisia puumääriä. (Polttopanoksesta tilaan siirtynyt nettoenergiamäärä on tehokäyrän alapuolelle jäävän alueen pinta-ala.) Tulisijojen lämmitystehojen vertailun helpottamiseksi alkuperäiset mitatut tulokset on skaalattu kuvaan 9. Näistä tuloksista ilmenee selkeästi tulisijan massiivisuuden vaikutus lämmönluovutukseen: mitä enemmän tulisijassa on termistä massaa sitä tasaisempi lämmitystehokäyrä. Massiivinen tulisija siis luovuttaa lämmitettävään tilaan kevyttä tulisijaa hitaammin polttopanoksen energiasisällön, ja samalla lämmitysaika yhdellä panoksella pitenee.

13 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) Lämmitysteho [kw] Keskiraskas varaava tulisija Kevyt varaava tulisija Raskas varaava tulisija Kevyt mökkitakka Massiivinen varaava tulisija Aika polttokokeen alusta [h] Kuva 8. Eri kokoisten ja eri materiaaleista valmistettujen tulisijojen lämmitystehokäyrät käytettäessä tulisijoja lämpötekniikan mittauslaboratorion mittatilassa laitevalmistajien ohjeiden mukaisesti. 3 Kevyt varaava tulisija Kevyt mökkitakka Raskas varaava tulisija Keskiraskas varaava Massiivinen varaava tulisija Lämmitysteho [kw] Aika [h] Kuva 9. Eri kokoisten ja eri materiaaleista valmistettujen tulisijojen skaalattuja lämmitystehokäyriä (kaikista vapautuu energiamäärä joka vastaa 5 kg polttopuuta) jolloin tehokäyrät ovat keskenään verrannollisia.

14 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) Käyttäjä voi vaikuttaa tulisijan lämmönluovutukseen poltettavan puun määrän ja polttorytmin valinnalla. Esimerkiksi kevytrakenteisesta tulisijasta saadaan massiivisen tulisijan lämmitystehokäyrää muistuttava tehokäyrä polttamalla siinä puuta pienissä erissä halutulla polton rytmityksellä. Tämä kuitenkin edellyttää käyttäjältä jatkuvaa aktiivisuutta sekä hyvää käytettävän tulisijan lämpöteknisen käyttäytymisen kokemusperäistä tuntemusta. Tulisijan valinnassa tulee huomioida sopivuus suunniteltuun käyttötarpeeseen. Taulukossa 1 on annattu ohjelta tulisijan valinnalle käyttökohteen mukaan. Perusohjeena kevyet tulisijat sopivat erityisesti sellaisiin käyttökohteisiin, joissa tarvitaan nopeasti lämmitystehoa (esimerkiksi jaksottain käytettävissä vapaa-ajan rakennuksissa), ja massiiviset tulisijat sellaisiin matalaenergiarakennuksiin joiden lämmitystehotasot ovat kohtuullisen alhaiset. Luonnollisesti valintaan vaikuttavat myös käyttäjien mahdolliset aikaisemmat omat tottumukset sekä aivan erityisesti käyttäjän oma aktiivisuus polttoprosessin säätämisessä. Taulukko 1. Eri tyyppisten tulisijojen sopivuus erilaisiin rakennuksiin tulisijan massiivisuuden perusteella. Kevyt tulisija Keskiraskas tulisija Raskas tulisija Massiivinen tulisija Vapaa-ajan rakennuksennus Tyypillinen omakotitalo Matalaenergiarakennus Tulisija sopii rakennukseen huonosti ; kohtalaisesti ; erittäin hyvin Tulisijan lämmönluovutukseen vaikuttavat tekijät Tulisijan sisäinen sekä tulisijan ja sen ympäristön välinen lämmönsiirto tapahtuu kolmella eri mekanismilla: * konvektiona pinnan ja ilman välillä, * johtumalla rakenteiden läpi sekä * säteilynä tilan pintojen välillä. Lämpö siirtyy johtumalla rakenteiden sisällä. Ajavana voimana on lämpötilaero rakenteen yli, ja lämpövuo riippuu materiaalin lämmönjohtavuudesta sekä materiaalipaksuudesta. Konvektiivinen lämmönsiirto tapahtuu pinnan ja tätä ympäröivän ilman välillä. Ajavana voimana on lämpötilaero pinnan ja ympäristön välillä, ja lämpövuo riippuu lämmönsiirtokertoimesta. Lämmönsiirtokertoimeen puolestaan vaikuttaa ensisijaisesti virtausolosuhteet. Jos ympäröivä ilma liikkuu ainoastaan lämpötilaerojen aiheuttamien nostevoimien ajamina, puhutaan luonnollisesta tai vapaasta konvektiosta. Tällöin lämmönsiirtokerroin on suuruusluokaltaan tyypillisesti W m -2 K -1. Mikäli ympäröivä ilma liikkuu ulkopuolisen voiman ajamana (esimerkiksi tuloilmaventtiilistä tulisijaan), puhutaan pakotetusta konvektiosta. Tällöin lämmönsiirtokerroin riippuu väliaineen virtausnopeudesta, ja se kasvaa tyypillisesti arvoihin W m -2 K -1. Kolmas lämmönsiirtomekanismi on säteilylämmönsiirto eri pintojen välillä. Koska jokainen kappale säteilee ympäristöönsä lämpöä verrannollisena pintalämpötilan neljänteen potensiin, joudutaan yksittäisen pinnan nettosäteily arvioimaan tarka-

15 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) steltavan pinnan ympäristöönsä säteilemän tehon ja muista pinnoista tähän pintaan tulevien säteilytehojen välisenä erotuksena. Esimerkiksi tulisijan sisällä panospoltosta vapautuva lämpövirta siirtyy konvektiona savukaasuihin sekä säteilynä suuluukun kautta tulipesän sisäpintoihin ja lämmitettävän tilan pintoihin (lattia, katto ja seinät). Savukaasuista lämpö siirtyy tulisijan sisärakenteisiin, ja sisärakenteista tulisijan pintaan. Tulisijan pinnasta lämpö siirtyy konvektiona lämmitettävän tilan ilmaan ja säteilynä tilan rakenteisiin. Kiihkeimmän palovaiheen aikana tulipesässä vapautuva lämpöteho on suurimmillaan...5 kw palamisolosuhteista riippuen, ja tulisijan ympäristöönsä luovuttama lämmitysteho on tyypillisesti,5... 3, kw. Tulisijan rakenteilla ja aivan erityisesti massiivisuudella on siis erittäin suuri vaikutus lämmönsiirtoon Tulisijan tarvitsema palamisilma Teoreettisesti puun poltossa tarvitaan palamisilmaa 3,7 m 3 ilmaa yhtä puukiloa kohti. Käytännössä puuta poltetaan tulisijoissa ilmakertoimella 2,-2,5 joten palamisilmaa käytetään tyypillisesti noin 8 m 3 /puu-kg. Panoskoko luonnollisesti vaihtelee tulisijan tyypistä ja tulipesän muodosta riippuen, mutta tyypillisisesti tulisijoissa poltetaan nykyisin noin 5 kg panoksia. Tällaisen puumäärän paloaika on polttotavasta riippuen noin...45 min. Mikäli tyypillinen 5 kg puupanos poltetaan 45 minuutissa, on keskimääräinen palamisilman tarve noin 15 dm 3 s -1. Tulisijan tarvitsema palamisilma on perinteisesti otettu tuhka- ja/tai suuluukun rakojen kautta suoraan huoneilmasta. Jos tämä palamisilma joudutaan ensin lämmittämään esimerkiksi lämmityshuipun aikana - C ulkolämpötilasta huonelämpötilaan, tarvitaan tähän lämmitysenergiaa,134 kwh/puu-kg (lämpötilaero 5 K, palamisilmaa 8 m 3 /puu-kg). Puun energiasisältö 75 % hyötysuhteella poltet-tuna on tyypillisesti 3,2 kwh/kg. Esitetyillä oletuksilla arvioituna palamisilman lämmittämiseen kuluva osuus puun energiasisällöstä on keskimäärin noin 5 %. Palamisilma joudutaan kuitenkin lämmittämään kokonaisuudessaa palovaiheen aikana (...45 min), kun taas tulisija luovuttaa lämpöä huomattavasti tätä pidemmän ajan kuluessa. Jos arvioidaan että palovaihe kestää 45 min, tarvitaan tänä aikana palamisilman lämmittämiseen keskimäärin,89 kw teho. Jos palamisilma otetaan tällaisissa olosuhteissa rakennukseen hallitsemattomasti esimerkiksi yksittäisten raitisilmaventtiilin kautta, on olemassa suuri vaara että tästä aiheutuu paikallisia veto-ongelmia sekä sisäilmassa olevan kosteuden kondensoitumista rakenteisiin. Vaihtoehtoinen tapa tulisijan tarvitseman palamisilman tuomiselle on erillinen palamisilmahormi suoraan tulisijaan. Tukimushankkeessa testattiin erikseen tätä tarkoitusta varten tehty lämmöntalteenottohormin prototyyppi. LTO-hormissa savukaasujen sisältämää lämpöä siirrettiin koaksiaalisiirtimen avulla esilämmitettävään palamisilmaan (savukaasut sisäputkessa ulos ja esilämmitettävä palamisilma vastavirtaperiaatteella ulkovaipassa tulisijaan). Mittauksissa LTO-hormin lämpötilahyötysuhde oli keskimäärin 42 %, ja tulisijan tarvitsema palamisilma tuotiin onnistuneesti suoraan tulisijan tuhkaluukkuun. Täysin hermeettisen (muusta ilmanvaihdosta erotettu palamisilman syöttö ja erillinen savukaasujen poisto) tulisijaratkaisun markkinoille saamiseksi tarvitaan kuitenkin vielä lisää tuotekehitystyötä.

16 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) Tulisijan käyttö ja huolto Polttopuut voidaan periaatteessa asettaa tulipesään joko pystyyn tai vaakasuoraan. Polttokokeissa ei ole havaittu pelkästään puiden asennolla olevan mainittavaa vaikutusta palamisen puhtauteen. Vaakasuora puiden sijoiutus johtaa hieman hitaampaan syttymiseen ja puiden kaasuuntumiseen, ja siten myös päästöt ovat paremmin hallittavissa. Puita ei kuitenkaan tule asettaa ensimmäiseen pesälliseen liian tiiviisti, vaan niiden välissä on oltava selvät raot. Selvästi parhaaksi puupanoksen sytyttämistavaksi on polttokokeissa osoittautunut sytyttäminen panoksen päältä laittamalla puiden päälle pieni määrä puutikkuja ja sanomalehtipaperia. Silloin sytykkeiden lämmöstä kaasuuntuvat puun aineosat leimahtavat, ja kaikki mikä kaasuuntuu myös palaa. Jos kylmää panosta kuumennetaan sytykkeillä altapäin niin panos kyllä kaasuuntuu, mutta kaasut eivät pala kokonaan näissä lämpötilaolosuhteissa. Syttymisvaiheessa voidaan ilma-aukot pitää täysin auki, sillä veto savupiipussa on tässä vaiheessa vielä yleensä pieni. Palovaiheessa on varsinkin toisioilman johtaminen palamiseen tärkeää. Ilmaa annetaan niin paljon, että tuli kohisee lievästi. Jos palamisen ääni on voimakas, saa puupanos liikaa ilmaa ja liekin lämpötila laskee. Liekkien väri kertoo paljon lämpötilasta. Liekit säädetään kirkkaiksi, eikä tulipesä saa olla pimeä tai tumma. Hiipumisvaiheessa vähennetään toisioilmaa reilusti tai suljetaan sen tulo kokonaan. Hiilipaloon johdetaan palamisilmaa vain arinan kautta mikäli mahdollista. Loppuvaiheessa vähennetään myös arinan kautta johdettua ensiöilmaa. Tehdasvalmisteisen tulisijan valmistajalla on yleensä ohjeet tulisijan ilman säädöstä eri käyttöolosuhteissa. Tulisijat eivät yleensä tarvitse suuria hoitotoimia. Pääasialliset toimet ovat tuhkan poisto ja savukanavien nuohous. Tuhkan poisto on erityisen tärkeää silloin, kun tulisijassa on rakoarina. Valurautaisen arinan kestävyys perustuu alakautta johdetun ensiöilman jäähdytykseen. Jos tuhkakerroksen yläpinta ulottuu arinaan asti, muuttu palotapahtuman ilmansaanti ja toisaalta arina kuumenee. Silloin sen käyttöikä lyhenee ratkaisevasti. Tulisijan ulkopintaa on myös syytä tarkkailla, etteivät mahdolliset halkeamat ja vuotokohdat aiheuta palovaaraa. Tulisijan lisäksi myös savupiippu on huollettava säännöllisesti nuohoamalla. Siitä huolehtivat lakisääteiset nuohoajat. Nuohousta varten tulee savupiippuun sijoittaa riittävästi nuohousluukkuja. Useimmiten riittää alapäässä oleva luukku, jonka edessä on riittävästi tilaa työskennellä Poltettavan puun laatu ja määrä Poltettavan puun laatuun vaikuttaa ratkaisevasti puun kosteus. Kaadetun tuoreen puun kosteusprosentti on noin 5 %. Pienittyjä polttopuita voidaan kuivattaa erilaisissa olosuhteissa. Kattamattoman pilkekasan puiden loppukosteus vuoden varastoinnin jälkeen on vielä yli 4 %. Katetun pilkekasan vastaava loppukosteus on %. Katetussa polttopuuvarastossa loppukosteus vuoden varastointijakson jälkeen on... %, ja sisätiloissa kuivassa ja lämpimässä puun loppukosteus on noin 15 %. Eri puulajien lämpöarvot poikkeavat toisistaan vain vähän. Puun kuiva-aineen tehollinen lämpöarvo on yleensä 18, 19,5 MJ/kg (5, 5,4 kwh/kg). Sen

17 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) sijaan puun tehollinen lämpöarvo riippuu puun kosteudesta. Esimerkiksi polttopuun lämpöarvo on 4,3 kwh/kg, kun puun kosteus on 15 %. Jos saman puun kosteus on %, on lämpöarvo 3,7 kwh. Hyvälaatuisen kuivan polttopuun energiasisältö on siis noin 4,3 kwh/kg, kun puun kosteus on 15 %. Kun tällaista puuta poltetaan 75 % polttohyötysuhteella, saadaan puusta hyödyksi 3,2 kwh/kg. Jos esimerkiksi rakennuksen pohja on 1 m x 1 m, laskennallinen huonekorkeus on 2,5 m ja nimellisilmanvaihtokerroin,5 h -1, saadaan RakMK C3:n mukaisilla rakenteiden lämmöneristysarvoilla lämmitystehon tarpeeksi 2, kw, kun sisä- ja ulkoilman lämpötilaero on K. Vuorokauden aikana tarvitaan siis näissä olosuhteissa noin 48 kwh energiamäärä. Jos tämä tuotetaan pelkästään puunpoltolla, tarvitaan puuta 15 kg. Jos ulkolämpötila olisi C, olisi tehon- ja energiatarpeet vastaavasti kaksinkertaiset. Taulukossa 2 on esitetty tarvittava polttopuun määrä erilaisilla rakennuksen lämmitysenergian tarpeilla ja polttopuulla tuotetun lämmitysenergian osuuksilla. Jos esimerkiksi vuositasolla puun poltolla halutaan tuottaa % rakennuksen kwh lämmitysenergiantarpeesta, tarvitaan puuta noin 1 5 kg (n. 5 m 3 ). Taulukko 2. Tarvittava polttopuun määrä erilaisilla rakennuksen lämmitysenergian tarpeilla ja polttopuulla tuotetun lämmitysenergian osuuksilla. Puupolton osuus Tarvittava polttopuun määrä [kg] Lämmitysenergian tarve 5 kwh 1 kwh 1 kwh 5 kwh 1 kwh kwh 1 % % % 7, % 3,9 7, Ilmanvaihtoratkaisut Siirtoilman lämmönsiirtokapasiteetti Siirtoilman avulla voidaan siirtää paikallisista lämmönlähteistä lämpöä eri puolille rakennusta. Siirtoteho riippuu siirtoilmavirrasta sekä lähtevän siirtoilman ja korvausilman välisestä lämpötilaerosta. Taulukossa 3 on esitetty siirtoilman lämmönsiirtotehoja erilaisilla parametriyhdistelmillä. Taulukko 3. Siirtoilman lämmönsiirtotehoja [W] erilaisilla ilmavirroilla sekä siirto- ja korvausilman lämpötilaeroilla (laskelmissa ilman tiheys 1,2 kg m -3, ja ominaislämpökapasiteetti 16 J kg -1 K -1 ). Siirtoilmavirta Lämpötilaero [K] [dm 3 s -1 ] Siirtoilman avulla voidaan jakaa lämpöä eri puolille rakennusta, mutta merkittävän siirtotehon saavuttamiseksi sekä ilmavirtojen että siirto- ja korvausilman

18 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) lämpötilaerojen on oltava melko suuria. Jos esimerkiksi tulisijan yläpuolelta imetään dm 3 s -1 ilmaa jonka lämpötila on C (ja korvausilman lämpötila on C), niin siirtoilmalla siirretään W lämpöteho. Paikallisten lämmönlähteiden tuottaman lämmön jakamista rakennuksen eri osiin voidaan helpottaa huolellisella suunnittelulla. Sijoittamalla esimerkiksi tulisijat joko suoraan isoihin tiloihin tai isojen oviaukkojen läheisyyteen voidaan siirtoilmavirtoja kasvattaa ja näin tehostaa lämmön painovoimaistakin siirtymistä eri puolille rakennusta Tulisijan tiiveysmittaukset Ilmanvaihdon ja tulisijan yhteiskäytön suunnittelun ja tuotekehitysperusteiden perustaksi tutkimuksessa mitattiin myös tyypillisen markkinoilla olevan tulisijan tiiveys laboratorio-olosuhteissa. kuvissa on esitetty tiiveyskokeissa tulisijan tuloilma-aukosta sekä savuhormista mitatut ilmavirrat, kun lasisen suuluukun palamisilma-aukot olivat eri asennoissa (kiinni, auki ja koko suuluukku suljettu ilmanpitävällä muovilla). Kuvassa 1 esitetyt ilmavirrat osoittavat selvästi, että tuloilma-aukosta tulisijaan menevä ilmavirta on vain noin puolet hormista mitatusta ilmavirrasta (eikä kiertopellin asennolla ole mainittavaa vaikutusta ilmavirtasuhteeseen). Kuvassa 11 on esitetty mitatut ilmavirrat kun lasisen suuluukun karmeissa olevat sekundääriilma-aukot on avattu. Tuloksista voidaan todeta, että myöskään tällä ei ole merkittävää vaikutusta ilmavirtasuhteeseen. Tulisijan tiiveyskoe ilmalla Savun kiertopelti auki klo 15:15 asti, sitten kiinni Tuloilma-aukossa mitattuna anemometrilla Savupiipussa mitattuna laipalla (rho=1.2) Tilavuusvirta, (L/s) Kiertopelti KIINNI 13:55 14:9 14: 14:38 14:52 15:7 15: 15:36 15:5 16:4 16:19 Kuva 1. Tiiveyskokeessa tulisijan tuloilma-aukosta sekä savuhormista mitatut ilmavirrat - lasiluukun sekundääri-ilma-aukot KIINNI.

19 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset (37) Tulisijan tiiveyskoe ilmalla Sekundaari-ilman aukot auki Tuloilma-aukossa mitattuna anemometrilla Savupiipussa mitattuna laipalla (rho=1.2) Tilavuusvirta, (L/s) : 14:38 14:52 15:7 15: 15:36 15:5 Kuva 11. Tiiveyskokeessa tulisijan tuloilma-aukosta sekä savuhormista mitatut ilmavirrat - lasiluukun sekundääri-ilma-aukot AUKI. Tulisijan tiiveyskoe ilmalla Lasiluukku peitetty muovilla ja tiivistetty Tuloilma-aukossa mitattuna anemometrilla Savupiipussa mitattuna laipalla (rho=1.2) Tilavuusvirta, (L/s) :52 12: 12:7 12:14 12: 12:28 12:36 12:43 12:5 12:57 Kuva 12. Tiiveyskokeessa tulisijan tuloilma-aukosta sekä savuhormista mitatut ilmavirrat - lasiluukku suljettu ilmanpitävällä muovilla.

20 VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, COMBI-tulokset.12.2 (37) Tulisijan tiiveyskoe ilmalla Primääri-ilman aukot KIINNI. Lasiluukku tiivistetty klo 15:6 asti Tuloilma-aukossa mitattuna anemometrilla Savupiipussa mitattuna laipalla (rho=1.2) Tilavuusvirta, (L/s) Lasiluukun muovitiiviste otettu POIS 14:9 14: 14:38 14:52 15:7 15: 15:36 15:5 16:4 16:19 Kuva 13. Tiiveyskokeessa tulisijan tuloilma-aukosta sekä savuhormista mitatut ilmavirrat - lasiluukku suljettu kokeen alussa ilmanpitävällä muovilla, joka poistettiin kokeen aikana. Kuvissa 12 ja 13 on esitetty mitatut ilmavirrat, kun suuluukku on suljettu kokonaan ilmanpitävällä muovilla (kuva 12) ja kun tiivis muovi poistettiin kokeen aikana (kuva 13). Mittaustulosten perusteella voidaan todeta, että erilaiset läpiviennit (nuohousluukut, peltien vivut, yms.) - ja aivan erityisesti suuluukun raot - vuotavat tyypillisillä painetasoilla varsin paljon. Tulisijan läpivientien epätiiveydet voidaan hallita käytännössä parhaiten silloin, kun rakennuksessa on koneellinen ilmanvaihto (koneellinen tulo ja poisto). 3.4 Erityiskysymyksiä Massiivisuuden vaikutus rakennuksen energiantarpeeseen Rakenteiden massiivisuuden vaikutusta rakennuksen energiantarpeeseen on arvioitu laskennallisilla menetelmillä. LVIS -testirakennukseen valittiin kevytrakenteinen sekä massiivinen ulkovaipparakenne. Molemmissa tapauksissa vaipan U -arvo oli sama, ja vuotuinen lämmitysenergian tarve arvioitiin Helsingin säätiedoilla. Kuvassa 14 on esitetty vuotuinen kumulatiivinen lämmitysenergian tarve näillä kahdella vaihtoehtoisella ulkovaipparakenteella. Kevyen rakenteen tapauksessa vuotuinen lämmitysenergiantarve oli kwh ja raskaan rakenteen tapauksessa 12 6 kwh. Erotus oli siis 453 kwh (3,5 % kevyen rakenteen kulutuksesta). Rakenteiden massiivisuus ei siis vaikuta tarkastellussa tapauksessa merkittävästi rakennuksen vuotuiseen energiankulutukseen. Sen sijaan massiivisuus on keskeinen tekijä tarkasteltaessa huoneiden ja rakenteiden lämpötilojen pysyvyyttä sekä yksittäisten laitteiden tehomitoitusta.