Energiatehokkaan rakennuksen suunnittelu

Transkriptio

1 RAK-C3004 Rakentamisen tekniikat Energiatehokkaan rakennuksen suunnittelu Jouko Pakanen, Hannu Hirsi Energiatehokas, allergiakoti Siporexista, Lahti Tikkurilan passiivitalokonsepti Parocin passiivitalokonsepti, Valkeakoski SPU passiivitalokonsepti, Espoo 2016

2 HS :

3 Esimerkki suomalaisesta nollaenergiatalosta: Luukku-talo : Kuva: Aalto-yliopisto Luukku-taloprojektista

4 Esimerkki : Luukku-talon talotekniikkaa : Kuva: Aalto-yliopisto Luukku-taloprojekti

5 Rakennusten energiatehokkuus Ympäristöministeriön asetus 2014 Ks. Tarkemmin D3:

6 Rakennussuunnittelu ja energiatehokkuus : Vaikuttavia tekijöitä : tilaohjelma asumisväljyys - m²/asukas, lämmitettävien tilojen määrittely; lämmitettävä autotalli / lämmittämätön autosuoja ja tuulikaappi / lämmittämätön lasikuisti, porrashuone / lämmittämätön sivukäytävä. tilojen käyttöaste huoneistosauna vai asuinkerrostalon yhteiskäyttöinen saunaosasto. pohjaratkaisun tehokkuus Asuunnitelma/Aohjelma ja muuntojoustavuus ulkovaipan pinta-ala ja ikkuna- ja ovipinta-alan osuus ulkovaipasta.

7 Rakennuksen aukotus : Ikkunoiden ja ovien pinta-ala vaikuttaa : lisäävästi rakennuksen ulkovaipan lämpöhäviöihin. mahdollistaa lämmityskaudella pasiivisen aurinkoenergian hyödyntämisen. aiheutta kesällä tilojen liikalämpenemistä. vähentää sähkövalaistuksen tarvetta mutta ei poista sitä. MRL:n mukaan ikkunapinta-alan pitää olla vähintää 10 % huoneen lattiapinta-alasta : suositellaan, että ei ylitä 30 %:a. Aukotusta suunniteltaessa on muistettava aina tarkistaa päivänvalon saanti.

8 Esimerkki : Ikkunapinta-alan vaikutus ulkoseinä keskimääräiseen U-arvoon

9 Esimerkki : Talotekniikan vaikutus julkisivujen suunnitteluun (Lars-Erik Mattila)

10 Esimerkki : Energiatehokuutta parantavia suunnitteluratkaisuista : Rakennussuunnittelija voi vaikuttaa tilojen lämmitystarpeeseen : lämmittämättömillä lasitetuilla puskurivyöhykkeillä; lasikuistit, lasitetut parvekkeet ja viherhuoneet, aurinkoenergian passiivisella hyödyntämisellä ikkunoiden kautta, lähiympäristön pienilmasto-olosuhteisiin vaikuttamalla; ympäröivät rakennukset ja maasto sekä rakennuksen sijoitus tontilla. rakennuksen korkeusasema ja suuntaus, ilmatiiviin ulkovaipan toteutusta tukevalla detaljisuunnittelulla : ilmavuodot poistamalla ja kylmäsillat minimoimalla..

11 Tilankäytön tehokkuudesta : Pohjaratkaisut arvioidaan tyypillisesti ohjalma-alan ja bruttoalan suhdeluvun tai liikenteelle varatun alan avulla. Kun liikenteelle varattu ala on mahdollisimman pieni, asunto on tilankäytöltään tehokas. Käytännössä asuin-, liike- ja toimistotilat ovat käyttöasteeltaan hyvin pienessä käytössä ja tehokkuus on huono : Muunneltavuudella suuri merkitys todellisen tilatehokkuuden kannalta. Kun tilat ovat hyvin tehottomassa käytössä, energiatehokkuus suhteutettuna asukasta kohden jää hyvin huonoksi.

12 Rakennuksen muotokerroin : Muotokertoimet ovat tärkeä keino verrattaessa ehdotusvaiheen suunnitelmia keskenään. Muotokerroin on merkittävämpi pienissä rakennuksissa : muotokerroin pienenee rakennuksen koon kasvaessa. Muotokertoimille ei ole johdettu tavoitearvoja. A V / V = Ulkovaipan pinta- ala / lämmitettävä tilavuus A V / A L = Ulkovaipan pinta- ala / lattiapinta-ala A V / A O = Painotettu A V / painotettu ohjelma-ala

13 Pienennä lämmitysenergiatarvetta rakennuksen vaipan avulla : Pyri kompaktiin rakennuksen muotoon energian kulutuksen pienentämiseksi. Optimoi ikkuna-aukkojen pinta-alat säteilyenergian, päivänvalon ja keinovalaistustarpeen mukaan (12-20% asuinpinta-alasta). Selvitä onko syytä käyttää aurinkosuojausta, pitäen samalla mielessä ikkuna-aukkojen ilmansuunta. Kirkas lasi <-> auringonsuojalasi. Lipat, sälekaihtimet, markiisit, puut jne. Harkitse massiivisten rakenteiden hyödyntämistä osana sisälämpötilojen tasausta. Suunnittele huolella vaipan yksityiskohdat ilmavuotojen ehkäisemiseksi.

14 Pienennä jäähdytysenergiatarvetta hyödyntämällä ympäristön sääolosuhteita : Maksimoi aurinkoenergian hyötykäyttö. Maksimoi luonnonvalon pääsy rakennukseen. Suojaa rakennus voimakkailta kylmiltä tuulilta. Suojaa rakennus liialliselta auringon säteilyltä kuuman vuodenajan aikana. Harkitse miten sisäisiä kuormituksia voi vähentää jäähdytysenergiamäärän pienentämiseksi.

15 Pienennä valaistuksen energiatarvetta hyödyntämällä päivänvaloa : Maksimoi auringon valon käyttö suuntaamalla ikkunat auringon keskipäivän sijainnin mukaan. Mikäli mahdollista sovella suunnitelmassa yläikkunoita, valokuiluja ja kattoikkunoita. Käytä valohyllyjä ohjaamaan auringonvalo syvemmälle huoneeseen. Sovella valoa heijastavia sisustuselementtejä katossa, seinillä ja lattialla. Säädä keinovalon määrää saatavilla olevan päivänvalon mukaan. Valitse valoa tehokkaasti läpäisevät lasit.

16 Esimerkki : Lämmöneristetyt ikkunat

17 Esimerkki : Ikkunoiden teknisen laadun vaikutus lämmitystarpeeseen. Ikkunoiden g-luku on auringonsäteilyn kokonaisläpäisykerroin.

18 Vähennä taloteknisten koneiden ja laitteiden energiatarvetta : Käytä koneita ja laitteita, joiden hyötysuhde on korkea. Mitoita koneet/laitteet lähelle maksimitehoa, jossa hyötysuhde on paras. Jos teho ei aina riitä, kasvata tehoa portaittain lisäämällä mukaan useita rinnakkaisia yksiköitä. Käytä lämmön talteenottoa, lämpövarastoja ja vältä kostutusta vähentääksesi lämmitys- ja jäähdytys-energian tarvetta. Käytä talotekniikan järjestelmiä vain kuormituksen vaatimalla teholla, mutta aina vähintään minimiteholla. Ohjaa pumppuja ja puhaltimia portaattomasti kuormituksen mukaan.

19 Lars-Erik Mattila; Tulevaisuuden kerrostalo : Lue tarkemmin kurssin MC-sivuilta

20 Käytä uusiutuvia energialähteitä Käytä aurinkopaneeleja ja keräimiä. Selvitä voidaanko tuuligeneraattoreita käyttää energian tuottamiseen ko. kohteessa. Lämpöpumput varteenotettava vaihtoehto. Lämmön ja sähkön yhteistuotanto vrt. kaukolämpö. Puun, biomassan käyttö polttoaineena.

21 Rakennuksen energianhallinta ja energiatehokkuus : Energianhallinnalla on suuri merkitys rakennuksen energiatehokkuuteen : Miten sisäolosuhteet saadaan pysymään asetellussa lämpötilassa, miten ja milloin erilaisia energiamuotoja kannattaa käyttää, jotta kokonaisenergian kulutus ja kustannukset saataisiin pidettyä pienenä. Lämmityksen säätökäyrä Tässä lämmitysjärjestelmän säätökeskus ohjaa patteriverkoston menoveden lämpötilaa, säätökäyrän mukaan.

22 Rakennusten energiamallintaminen simuloimalla Energiamallintaminen tarkoittaa rakennuksen ja sen ympäristön lämpödynaamista mallintamista : Tavoitteena on tutkia massan ja lämmön siirtymistä rakennuksen tiloissa, rakenteissa ja taloteknisissä järjestelmissä annettujen reunaehtojen vallitessa. Simulointiohjelmistot on tarkoitettu sekä rakennuksen energian kulutuksen että sisäolosuhteiden analysointiin Esimerkkejä: IDA ICE, TRNSYS, EnergyPlus, Modelica. Yksinkertaistetussa laskennassa koko sisätila tai asuinkerros voi muodostaa yhden lämpövyöhykkeen mutta yksityiskohtaisemmassa mallinnuksessa kukin tila muodostaa oman lämpövyöhykkeensä : Ylilämpenemistä koskevissa tarkasteluissa käytetään tilakohtaista tarkastelua. Aurinkoenergian passiivista hyödyntämistä tarkasteltaessa ohjelman tulee ottaa huomioon tilojen välinen lämmönsiirtyminen.

23 Mitä simuloinnilla tavoitellaan : Rakennuksen luonnosvaiheessa analysoidaan energiatehokkuuden näkökulmasta parhaat muodot ja rakenteelliset vaihtoehdot. Suunnitteluvaiheessa varmistetaan että sisäolosuhteet pysyvät vaatimusten mukaisina myös ääriolosuhteissa. Voidaan varmistaa, että suunniteltu energiatehokkuus saavutetaan valituilla laite-, järjestelmä- ja rakenneratkaisuilla. Simulointityökalujen käytössä tärkeää : Syötetyt lähtötiedot on tärkeää ilmoittaa ainan tulosten yhteydessä. Lähtötiedoilla on suuri vaikutus lopputulokseen. Simulointien yhteydessä pitää tehdä herkkyystarkasteluja eri lähtöarvojen suhteen, tarvittaessa tarkentaa lähtöarvoja. Käyttöasteen, asukastiheyden huomioon ottaminen tärkeää.

24 Esimerkki simulointiohjelman käytöstä : Suuntauksen vaikutus tilojen lämmitystarpeeseen Oulussa

25 Simulointiohjelmistojen yksinkertaistuksia : Ilman lämpötila on sama kaikkialla huoneessa. Huoneen pinnat ovat isotermisiä, so. pinta käsitellään yhtenä solmupisteenä. Lämmönsiirtokertoimet ovat vakioita ja samat kaikissa pinnan pisteissä. Säteilyyn perustuva lämmönsiirto pintojen ja huoneilman välillä on verrannollinen niiden lämpötilaeroon, so. ei neljänteen potenssiin. Lämmön siirtymistä seinän, lattian tai ikkunan läpi tarkastellaan vain yksidimensionaalisesti. Ikkunan kautta tuleva auringon säteilyteho jakaantuu tasaisesti kaikille pinnoille.

26 IDA Indoor Climate and Energy : Rakennuksen geometriatiedot voidaan siirtää CAD-mallista simulointiohjelmistoon : Ei tarvita uudelleen mallinnusta. Operatiivinen lämpötila, viihtyisyysindeksit, päivänvalon valaistusvoimakkuudet lasketaan eri kohdissa tutkittavia tiloja. Ottaa huomioon huoneiden väliset ovivirtaukset. Laskee ilman lämpötilakerrostumisen syrjäytysilmanvaihdossa. Huoneiden hiilidioksidi- ja kosteustasot.

27 IDA ESBO User Interface *) *) IDA ESBO on IDA Indoor Climate and Energy ohjelmiston demoversio