Valaistus uudisrakennuksessa. Kari Kallioharju, Tampereen ammattikorkeakoulu 2015

Transkriptio

1 Valaistus uudisrakennuksessa Kari Kallioharju, Tampereen ammattikorkeakoulu 2015

2 Mitä valo on? - sähkömagneettisen säteilyn alue välillä nm - valkoista valoa tuotetaan aina monen eri säteilyn summana - normaalissa päivänäkemisessä ihmissilmä aistii herkimmin kellanvihreän, 555 nanometrin valon 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Kuva: Suhteellinen silmäherkkyysluku valosäteilyn eri aallonpituuksilla päivänäkemisessä (silmän spektriherkkyyskäyrä) TAMK/KKa 2

3 Lämpimän valkoisen (3000 K) loisteputken säteily Valkoisen LEDin säteily TAMK/KKa

4

5 Valovirta ja valotehokkuus Φ [Φ] = 1 lm (lumen) - silmän spektriherkkyysluvulla painotettu valolähteen näkyvän valon säteilyteho. - yksikkö luumen [lm] - käytetään ilmaisemaan: valonlähteiden valontuottoa valaisimien ja valonlähteiden valontuottoa hyötysuhdetta arvioitaessa (lm/w) TAMK/KKa 5

6 Valonlähteiden valotehokkuuden kehitys LED 2011: 160 lm/w * Lähde: Osram/Martikainen *yksittäisen LEDin valotehokkuus => huomioitava LEDin ongelmat lampuissa ja valaisimissa TAMK/KKa 6

7 Valaistusvoimakkuus, E E [E] = 1 lx (luksi) =1 lm/m 2 Valovirran kulkiessa pois valonlähteestä se lopulta osuu johonkin pintaan, josta se heijastuu, jonka se läpäisee tai johon se absorpoituu. Pinnalle saapuvan valovirran tiheyttä kutsutaan valaistusvoimakkuudeksi. E = Φ A Valaistusvoimakkuus ei ole nähtävissä oleva suure, sillä vain pinnasta heijastunut valo nähdään. Valaistusvoimakkuus on kuitenkin valon määrällisen suunnittelun peruslähtökohta. Tyypillisiä valaistusvoimakkuuden arvoja: ulkona päivällä lx työpaikoilla lx (standardein ohjattu) kotona usein < 100 lx (ei standardeja) TAMK/KKa 7

8 TAMK/KKa 8

9 Ikääntymisen vaikutukset näkemiseen Iän karttuessa ihmisen näkökyky heikkenee. Syynä tähän ovat mm. lisääntyvä mykiön samentuminen ja pupillin koon pieneneminen, joiden vuoksi verkkokalvon valaistusvoimakkuus pienenee. Esimerkiksi 60 vuoden iässä on tarpeen kuusi kertaa niin suuri valaistusvoimakkuus kuin 20 vuoden iässä, jotta verkkokalvo saisi yhtä paljon valoa. LIGHTING FOR WORK: VISUAL AND BIOLOGICAL EFFECTS TAMK/KKa 9

10 Värintoistoindeksi (R a -indeksi) Valonlähteiden värintoistokyky määritellään R a -indeksillä. Esittää valonlähteen värintoistokyvyn välillä %. Värintoistoindeksi voidaan ilmoittaa lampputyypissä (esim. loistelamppu 830 => R a > 80) tai valonlähteen teknisissä tiedoissa. Kuva: Esimerkiksi RGB-LEDin R a - indeksi on tyypillisesti R a TAMK/KKa 10

11 Värilämpötila (T c tai T cp ) Värilämpötilalla (T c ) esitetään valkoisen valon sävyä. Valo voi olla esimerkiksi kylmä- tai lämminsävyistä. Esimerkkejä värilämpötiloista: - hehkulamppu (T c ) n K - halogeenilamppu (T c ) n K - loistelamput, LEDit (T cp ): ilmoitettu tyypissä. yleensä jossain välillä K (esim. loistelamppu 830 => 3000 K) Kuva: Planckin säteilijän käyrä

12 ~ 3000 K ~ 8000 K

13 TAMK/KKa 13

14 TAMK/KKa 14

15 Yhteenveto valaistusvoimakkuuksista ja värilämpötilojen käytöstä korkeampia valaistusvoimakkuuksia ja kylmempiä valon sävyjä olisi hyvä käyttää esimerkiksi työtiloissa parantamaan näkötehtävän suorittamista ja pitämään vireystilaa yllä matalia valaistusvoimakkuuksia ja lämpimämpiä valon sävyjä olisi hyvä käyttää esimerkiksi lepotiloissa ja tiloissa joissa oleskellaan ennen nukkumaanmenoa joissain tiloissa, jossa työtehtävät muuttuvat saattaa olla valaistusvoimakkuudeltaan ja värilämpötilaltaan säädettävissä oleva valaistus olla miellyttävin ratkaisu päivänvaloa tulisi hyödyntää aina kun sitä on saatavilla, sillä millään keinovalonlähteellä ei saavuteta yhtä merkittäviä vaikutuksia ihmisen terveydelle (lisäksi energiatehokkuus paranee) TAMK/KKa

16 Millaisia lamppuja ja valaisimia kotiin? => loistelamput (energiansäästölamput) ja LEDit TAMK/KKa

17 LEDien ja loistelamppujen kanssa huomioitavaa: perusominaisuudet LED-lamppujen ja energiansäästölamppujen valotehokkuus (energiatehokkuus) suunnilleen sama (50-80 lm/w). LED-valaisinten ja loistelamppuvalaisinten valotehokkuus (energiatehokkuus) suunnilleen sama ( lm/w). LED ei koskaan pala, vaan himmenee loputtomiin (ellei syöttöelektroniikka hajoa). LEDin elinikä on määritelty päättyväksi silloin, kun sen valovirta on pudonnut 70 prosenttiin alkuperäisestä. LED ei sovi lämpimään ympäristöön lainkaan => valovirta putoaa ja elinikä romahtaa LED toimii paremmin mitä kylmempää on! Loistelamppu toimii huonosti kylmässä, mutta heikosti myös kuumassa. LED syttyy heti täyteen valotehoon, loistelamppu ei LEDin elinikään ei vaikuta kytkentäkertojen määrä TAMK/KKa

18 TAMK/KKa 18

19 LEDien ja loistelamppujen kanssa huomioitavaa: elinkaari, ympäristövaikutukset ja kustannukset LEDien elinikä noin tuntia, loistelamppujen tuntia. Kotona valaistusta poltetaan sisätiloissa noin 1000 tuntia vuodessa ja ulkotiloissa noin 4000 tuntia vuodessa. LEDien elinkaarikustannukset ovat suurten hankintakustannusten vuoksi loistelamppuvalaistusta suuremmat (lamppujen osalta jonkin verran, valaisinten kohdalla merkittävästi). LEDit ovat hieman ympäristöystävällisempi vaihtoehto. Kokonaiskustannus [ ] 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 LED1 LED2 Hehkulamppu Pienloiste1 Pienloiste2 0, Polttoikä [h] TAMK/KKa 19

20 LEDien ja loistelamppujen kanssa huomioitavaa: säädettävyys Jos halutaan himmentää, on lamppujen oltava himmennettäviä! => merkitty pakkaukseen Himmennys himmentimin mahdollista, mutta useita lamppuja samaan aikaan himmennettäessä tulee yleensä ongelmia. Varmempi tapa himmennyksen toiminnan varmistamiseksi valita 12V lamput ja himmennettävä liitäntälaite (muuntaja). LED-valaisimien ja loistelamppuvalaisimien himmennys yleensä erillisillä ohjausjohtimilla (valaisimelle tulee suora sähkö koko ajan ja erilliset ohjausjohtimet). erillisiä ohjausjärjestelmiä useita, mahdollistavat yleensä myös tilanneohjaukset, väriohjaukset, jne) suositeltava ohjausjärjestelmä DALI TAMK/KKa

21 Valaistustavat Tasaisesti ympärisäteilevä eli hajasäteilevä valaistus - takaa hyvän, mutta lattean yleisvalon monimutkaiseenkin tilaan - saattaa aiheuttaa häikäisyä ja heijastuksia näyttöpäätteistä ja muista kiiltävistä pinnoista. Suora valaistus - energiatehokkain tapa valaista käyttöpintoja - haasteita pimeäksi jäävät kattopinnat ja voimakas varjonmuodostus, joka on näköergonomian kannalta huono asia => varjonmuodostusta voidaan kompensoida valitsemalla vaaleita pintamateriaaleja Epäsuora valaistus - energiatehottomin tapa valaista Näköergonomian ja yleisen hyvinvoinnin kannalta suositeltavin tapa on käyttää ainakin työskentelytiloissa suoran ja epäsuoran valon yhdistelmiä TAMK/KKa 21

22 koti_kunnossa _2009? TAMK/KKa 22

23 Miten saavutetaan paras lopputulos valaistussuunnittelussa? 1) aloitetaan valaistussuunnittelu hyvissä ajoin muun suunnittelun rinnalla pohtien tilojen käyttötarpeet, haluttu tunnelma ja valaistuksen muunneltavuuden vaatimukset 2) huomioidaan, että valaistussuunnittelu on tiukasti kytköksissä rakenteisiin eli rakenneratkaisuihin (tilojen korkeus alakatot, jne.) ja erityisesti pintamateriaaleihin (värit, kiilto, jne.) 3) jos ja kun valaistussuunnittelussa käytetään ulkopuolista apuvoimaa, toimitetaan suunnittelijalle etukäteen kaikki tarvittavat tiedot ja toiveet (rakenteista, tunnelmasta, pinnoista, jne.) ja pyydetään valaistusratkaisuista ehdottomasti visualisoinnit ja oleellisimmat laskentatulokset => DIALux-laskelmat 4) mietitään koko kiinteistön järjestelmien ja erityisesti valaistuksen ohjaustarve ja eri toteutusvaihtoehdot. Huomioidaan ohjausvalinnoissa myös tulevaisuuden mahdolliset valaisinmuutokset ja saneeraukset TAMK/KKa

24 Seuraavilla kalvoilla kuvakaappauksia TAMKilla tehdyistä DIALux-mallinnuksista TAMK/KKa 24

25 Toni Reinilä / TAMK (WinLED) TAMK/KKa 25

26 Toni Reinilä / TAMK (WinLED)

27 Toni Reinilä / TAMK (WinLED)

28 Toni Reinilän / TAMK (WinLED) TAMK/KKa 28

29 TAMK/KKa 29

30 Millaista taloautomaatiota ja erikoisjärjestelmiä kotiin ja miksi? TAMK/KKa,Vpi&Pha

31 Lähde: Honeywell, NSS Tele ja Turvaseminaari TAMK/KKa,Vpi&Pha 31

32 Automaation hyödyt asuinrakennuksessa 1) palohälytys-, murto- ja kosteusvalvonnat etätoiminnoilla lisäävät turvallisuutta 2) valaistuksen ja pistorasioiden automatisoidut ohjaustoiminnot parantavat käyttömukavuutta, olosuhteita ja energiatehokkuutta (valaistustilanteet, läsnäolo-ohjaukset, vakiovalo-ohjaukset 3) ilmanvaihdon ja lämmityksen automatisointi; mukavuus, käytettävyys ja olosuhteet paranevat ja energiatehokkuus kasvaa 4) energiamittaukset ja olosuhdeseurannat parantavat olosuhteita, turvallisuutta ja energiatehokkuutta. Indikoivat mahdollisista vioista rakennuksessa (5) autolataus ja tulevaisuuden järjestelmiin varautuminen TAMK/KKa 32

33 Automaation kustannukset asuinrakennuksessa (arvio asennuksineen) Vaihtoehto 0: ei erityistä automaatiota, sähköurakan hinta kokonaisuudessaan noin 10 % rakentamiskustannuksista Vaihtoehto 1: etätoiminnoilla- ja ohjauksilla toteutettu palo- kosteus- ja murtovalvonta +20 % sähköurakan hintaan (esim. Vaihtoehto 2: perustasoinen automaatio, älykkäät valaistuksen ja pistorasioiden ohjaukset, kevyt olosuhde- ja energiaseuranta, palo- kosteus ja murtovalvonta, mahdollisia etäohjauksia ja valvontaa: +30% - 50 % sähköurakan hintaan (esim. Smart Home by EKE, Vaihtoehto 3: kattavat ohjaukset valaistukseen, lämmitykseen ja ilmanvaihtoon, energia- ja olosuhdeseurannat, valvonnat, etäohjaukset, ym: % sähköurakan hintaan (esim. KNX, TAMK/KKa 33

34 Ohjeita ja ajatuksia jatkoa ajatellen 1) tehkää suunnittelijoiden ja urakoitsijoiden kanssa kirjalliset sopimukset, joissa määritelty myös käyttöönottovaiheen opastus ja loppudokumentoinnin laatiminen! 2) huolehtikaa, että kaikkien järjestelmien käyttöönottotarkastukset ja säädöt tehdään ja dokumentoidaan ennen luovutusta! 3) tutustukaa seuraavan sivun dokumentteihin miettiessänne tekniikoita ja taloteknisiä järjestelmiä, joihin olette ajatelleet sitoutua TAMK/KKa 34

35 Aineistoja jatkopohdiskeluihin Vuoreksen asuntomessukohteiden seurantahankkeen opinnäytetöitä: Samu-Pekka Jokitalo: Energiankulutusten vertailu pientaloissa Matias Kosunen: Lämmitysratkaisuiden energiankulutus ja käyttökustannukset pientaloissa Tomi Luotonen: Pientalojen sähkötekninen dokumentointi Arvo Lukkonen: Energiatodistuksen käyttö pientalojen energiatehokkuuden vertailussa Ville Savolainen: Lämmitysjärjestelmien tehokäyttäytyminen pientaloissa suunnitteluoppaat omakotirakentajille: omakotitalon sähkösuunnitteluopas rakentajalle, Emma Salonen: kodin sähköisen talotekniikan järjestelmien varustelutaso ja integraatio: VTT:n tutkimus takkojen vaikutuksista: uusinta tietoa aurinkoenergian hintatasosta Suomessa, Aalto Yliopisto: seuraavilla kalvoilla Sari Hämäläisen Vuoreksen seurantahankkeen haastattelukooste, kannattaa tutustua! TAMK/KKa 35

36 Vuoreksen asuntomessutalojen energiankulutusselvitys - Asukkaiden näkemyksiä ja kulutuksen taustalla vaikuttavia tekijöitä Sari Hämäläinen

37 TYÖN TAUSTA Tilaaja: Tampereen kaupungin Vuores-hanke. Toteuttaja: Ekokumppanit Oy Pientaloasukkaiden näkemysten ja tottumusten selvittämistä teemahaastatteluin 13 haastattelua keväällä 2014

38 TYÖN TAUSTA Yhdeksän kohteista Vuoreksen olosuhde- ja energiaseuranta-hankkeessa (TAMK jne.) Neljä kohteista mukana messuilla, mutta ei aiemmassa projektissa. Yksi kohteista mukana vain projektissa, ei asuntomessukohde. Taustalla TAMK:n mittaustulokset. Lomakekysely ennen haastattelua. Teemoja: lämmitys, ilmanvaihto, jäähdytys, veden kulutus, sauna, suihku ja poreamme, sähkölaitteet, auton lämmitys

39 LÄMMITYSJÄRJESTELMÄT JA KOKONAISKULUTUS 2013 Päälämmitysjärjestelmä Kohteet Muu lämmitys Kulutus m²/2013 maalämpö 3 takka n kwh sähkö 3 takka, aurinkokeräimet (käyttövesi), ilmalämpöpumppu n kwh kaukolämpö 2 iv-koneen poistoilmalämpöpumppu, takka n kwh ilmakiertoinen lattialämmitys takalla 2 lattiailmalämmitys sähköllä, sähkövastukset, aurinkokeräimet, savupiipun vesivaippa (käyttövesi), maapiirin tuloilman esilämmitys n kwh Ilma-vesilämpöpumppu 2 aurinkokeräimet (käyttövesi), iv-koneen poistoilmalämpöpumppu n kwh Ilmanvaihtoon integroitu ilmalämpöpumppu 1 aurinkokeräimet (käyttövesi) n. 60 kwh

40 ASUKKAIDEN KOKEMUKSIA LÄMMITYSJÄRJESTELMISTÄ Maalämpö Tyytyväisyys helppouteen ja energiankulutukseen Säästömahdollisuudet: oikeilla säädöillä asukkaan mukaan 500 kwh/kk Ongelmia: käyntihäiriöt (1) tyhjennysputki/venttiili koneen alla irti -> vuoto lattialle (1) vuoto jäähdytysputken hitsaussaumassa (1) käyttöveden jaksottainen korotus ei toimi (1) Arjen energiansäästöllä mahdollisuus päästä hyvinkin pieniin kulutuslukemiin. Nyt painotus näissä vähäisempää.

41 Ilmakiertoinen lattialämmitys takalla Käyttäjätyytyväisyys vaihteli. Puuta poltettava useammin kuin markkinoija antoi ymmärtää (1) vs. puun poltolla merkittäviä säästöjä (1) Ongelmia: Ilmavirtojen ohjauksessa -> lämpöarvot eivät kohdillaan (1) Lattia ollut aamuisin kylmä-> termostaatti mittasi vain sisäilman muutosta, jolloin kevätauringon lämmittäessä sisäilma lämpeni, mutta lattia viileni (1).

42 Kaukolämpö Pettymys energiankulutukseen Ongelmia: Lämmitysjärjestelmä säädetty väärin yli vuoden ajan: lämmön epätasaisuus (1) Autotalli tarpeettoman lämmin (1) Rännilämmitykset päällä lähes aina (2) Suuret ikkunat (2) ja päällekäiset lämmitysjärjestelmät (1) lämmön säätelyn haasteena Kivitalo kuluttaa 1.vuonna paljon energiaa (kuivuminen).

43 Ilma-vesilämpöpumppu Suuri vaihtelu kahden talon kulutuslukemissa Liian suuret lukemat passiivitaloon Ongelmia: Pumppu käynnistynyt 33 x /vrk -> säädöt väärin (1) Kiertovesipumppu rikki (1) Kontaktori vaihdettu (1) Ilmanvaihtoon integroitu ilmalämpöpumppu Pienin kokonaiskulutus m²/2013 Ongelma: Talo ei meinannut pysyä aluksi lämpimänä. -> Ilma kiersi silloin kun ei pitänyt ja päinvastoin. Ongelmat ilmamäärämittausten asetuksissa.

44 Ilmanvaihtokoneet 11 vastaajaa koki osaavansa säätää Säätämistäkin oleellisempaa kokemusten mukaan suodattimien riittävän tiheä vaihtaminen/puhdistus Jäähdytysjärjestelmät Käytössä kahdeksassa kohteessa Jäähdytykset päällä tarpeen mukaan, ei jatkuvasti kesälläkään Asukkaan kokemus: ILP näyttää vievän km. 500 w/h sekä lämmityksessä että jäähdytyksessä. Käyttö sekä jäähdytykseen (1) että lämmitykseen (1). Energiatehokkaimmaksi kehuttiin maalämmityksen paluupiirin liitettyjä konvektoreita.

45 ARJEN ENERGIANKULUTUSTOTTUMUKSIA Suihkukäynnit pääosin normaaleja, ei korreloinut kokonais- energiankulutuksen kanssa. Lämmin käyttövesi aurinkolämmöllä neljässä kohteessa. Aurinkokeräinten vuosituottoesimerkki: 1180 kwh. Poreammeita neljässä taloudessa, suuria vaihteluja koossa ja lämmitystiheydessä. Suurin kulutus arviolta kwh/v, joka neljäsosa talon kokonaiskulutuksesta. Saunomistiheys vaihteli lähes päivittäisestä pariin kertaan kuukaudessa. Suuria kulutuspiikkejä, mutta ei korreloi kokonaisenergiankulutuksen kanssa.

46 ARJEN ENERGIANKULUTUSTOTTUMUKSIA Kuivausrumpu tai kaappi lähes joka taloudessa. Käyttötiheys vaihteli 1 20 h /vko. Kodinkoneet pääosin uusia. Kotiteatterijärjestelmä viidessä taloudessa. Auton sähkölämmitystä kahdeksassa taloudessa, lämmin tai puolilämmin autotalli kolmessa taloudessa. Valaistus: suurin osa led-valoja.

47 OHJEARVOT (KWH/M²/VUOSI) JA TODELLISUUS Matalaenergiatalo täytti ohjearvot huolimatta runsaasta sähkölaitteiden kulutuksesta. Neljästä passiivitalosta vain yksi täytti ohjearvot. Yhden kohteen energiankulutus passiivitalon ohjearvoissa, vaikka ennen messuja ei täyttänyt passiivitalon kriteerejä. Energialaskelmien periaatteet ja todenmukaisuus?

48 ASUKKAIDEN OHJEITA TULEVILLE RAKENNUTTAJILLE Suunnitteluvaihe lukitsee käyttökustannukset 90%:sti Lämmitysjärjestelmiä kannattaa puntaroida, kuinka paljon lisäkilkkeitä siellä on, mitä kannattaa asentaa. Putkien vetäminen yllättävän kallista puuhaa, asennusten tekeminen. Porareikämittaukset, sillä poistetaan useita riskejä. Erilaisten rakenteiden kosteuden hallinta.

49 KIITOS.