Energiatehokkaan rakennuksen suunnittelu

Transkriptio

1 Energiatehokkaan rakennuksen suunnittelu RAK-C3004 Rakentamisen tekniikat Jouko Pakanen

2 Nollaenergiatalon määrittelyä Nollaenergiatalon energiataseen laskenta voi perustua useisiin erilaisiin kriteereihin Taloudellinen periaate: Rakennuksen tuottama ylimääräinen energia myydään ja sen arvo on yhtä suuri kuin ostoenergian arvo Laadullinen periaate: Rakennuksessa käytetään vain uusiutuvaa energiaa, joka voidaan tuottaa muuallakin Energiariippuvuuden periaate: Rakennus on riippumaton muista energialähteistä Energian kokonaiskulutuksen periaate: Rakennuksessa tuotetun uusiutuvan energian määrä on yhtä suuri kuin kulutetun uusiutumattoman energian määrä

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

4 Energiatarkastelu RakMK D3:n mukaan Kuva: Ympäristöministeriö

5 Pienennä lämmitysenergiatarvetta rakennuksen vaipan suunnittelussa Pyri kompakti 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

6 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

7 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 ja seinillä latti lattialla Säädä keinovalon määrää saatavilla olevan päivänvalon mukaan Valitse valoa tehokkaasti läpäisevät lasit

8

9 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

10 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

11 Rakennuksen energianhallinta ja energiatehokkuus Lämmityksen säätökäyrä Kuvassa esimerkki rakennuksen tyypillisestä lämmityksen ohjauksesta, jota tarvitaan myös nykyisin osana kehittyneempiä menetelmiä. Tässä lämmitysjärjestelmän säätökeskus ohjaa patteriverkoston menoveden lämpötilaa, säätökäyrän mukaan. Energianhallinnalla on suuri merkitys rakennuksen energiatehokkuuteen, so. miten sisäolosuhteet saadaan pysymään asetellussa lämpötilassa, miten ja milloin erilaisia energiamuotoja kannattaa käyttää, jotta kokonaisenergian kulutus ja kustannukset saataisiin pidettyä pienenä

12 Esimerkki: Rakennuksen lämmityksen ohjaus sääennusteen avulla Perusideana esimerkissä on hyödyntää rakennuksen massiivisuutta lämmitystehon energiatehokkaassa ohjauksessa. Lämmityksen ohjaukseen tarvitaan myös sääennustetietoja Sopivin menetelmin rakennuksen massaa voidaan hyödyntää lämpövarastona Kuvan lähdetiedot:

13 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 rakennuksen energian kulutuksen ja sisäolosuhteiden käyttäytymisen analysointiin Esimerkkejä: IDA ICE, TRNSYS, EnergyPlus, Modelica

14 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

15 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

16 IDA Indoor Climate and Energy Rakennuksen geometriatiedot voidaan siirtää suoraan CADista tietomallin avulla Operatiivinen lämpötila, viihtyisyysindeksit, päivänvalon valaistusvoimakkuudet lasketaan eri kohdissa huoneissa Ottaa huomioon huoneiden väliset ovivirtaukset Laskee ilman lämpötilakerrostumisen syrjäytysilmanvaihdossa Huoneiden hiilidioksidi- ja kosteustasot

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