Energiasäädösten vaikutus jäähallirakentamiseen. Jäähallipäivät, Ari Laitinen VTT

Transkriptio

1 Energiasäädösten vaikutus jäähallirakentamiseen Jäähallipäivät, Ari Laitinen VTT

2 Esityksen sisältö 1. Tausta & tavoitteet 2. Määräystenmukaisuuden osoittaminen 3. Lämpöhäviölaskenta 4. Kokonaisenergiatehokkuus 5. Mitoituslämmitysteho 6. Yhteenveto

3 Viitekehys

4 Hanke Tässä esitettävät tulokset on saatu aikaiseksi projektissa: Jäähallin määräystenmukaisuuden osoittaminen ja vaipan optimaalinen lämpöeristys Raportti löytyy linkistä: Rahoittajat: OKM ja Suomen Jääkiekkoliitto Tekijä: VTT

5 Hankkeen tavoitteet Hankkeen tavoitteena on esittää rautalankamalli energiamääräysten vaikutuksista hallihankkeissa, niin uudiskohteissa kuin perusparannushankkeissa Lisäksi hankkeessa on teetetty diplomityö, jonka tavoitteena oli määrittää vaipan rooli harjoitusjäähallin energiataseessa sekä vaikutus jäähdytyksen tehontarpeeseen

6 Säädösten taustalla ovat EU-direktiivit

7 Suomen määräyskehityksen roadmap 2012 Lämmitysjärjestelmät Energiamuodot 2013 Korjausrakentaminen ~ 2017 Lähes nollaenergiarakentamisen määräykset voimaan 2018 Lähes nollaenergiarakentamisen määräysten soveltaminen alkaa

8 Määräystenmukaisuuden osoittaminen

9 Jäähallin energiaselvitys uudisrakennukselle Rakennusta suunniteltaessa on laadittava energiaselvitys (Maankäyttö- ja rakennuslaki, 131 ( /41)) Energiaselvitys on päivitettävä ja pääsuunnittelijan on varmennettava se ennen rakennuksen käyttöönottoa Jäähallin energiaselvitys sisältää: Jäähallin lämpöhäviön määräystenmukaisuus Jäähallin kokonaisenergiankulutus (E-luku) Jäähallin lämmitysteho mitoitustilanteessa Ei sisällä: Kesäaikainen huonelämpötila Energiatodistus

10 Korjaus- ja muutoshankkeissa Korjaus- ja muutostöissä noudatetaan ympäristöministeriön asetusta 4/13 ( FI/Maankaytto_ja_rakentaminen/Energiatehokkuus_huomioon_luvanva raisess(3871)) Energiatehokkuudelle on määritelty vähimmäisvaatimukset, kun kyse on rakennuksen luvanvaraisesta korjaamisesta, käyttötarkoituksen muuttamisesta tai teknisten järjestelmien uusimisesta. Tällaisia ovat esimerkiksi laajat peruskorjaukset, rakennuksen ulkovaipan korjaukset ja teknisten järjestelmien uusiminen, jolloin tarvitaan yleisimmin rakennus- tai toimenpidelupaa

11 Jäähallin määräystenmukaisuuden osoittaminen korjaushankkeissa Ei poikkeusta jäähallien kohdalla, kolme vaihtoehtoa kuten muillakin rakennuksilla 1. jäähalli täyttää rakennusosakohtaiset vaatimukset (ei riipu rakennustyypistä) 2. jäähalli täyttää standardikulutukseen perustuvan energiankulutuksen vaatimukset, (ei annettu jäähallille) 3. jäähalli täyttää standardikulutukseen perustuvan kokonaisenergiankulutuksen (E-luku) vaatimukset (ei annettu jäähallille) Käytännössä jäähallin korjausrakentamisessa pitää täyttää rakennusosakohtaiset vaatimukset ja teknisten järjestelmien vaatimukset

12 D3 / Lämpöhäviön määräystenmukaisuuden osoittaminen uudisrakennukselle 12

13 Lämpöhäviölaskelma Lämpöhäviön määräystenmukaisuus rakennuslupavaiheessa lasketaan D3:ssa esitettyjen pelisääntöjen mukaisesti Määräystenmukaisuus osoitetaan ns. tasauslaskennalla, jossa suunnittelukohteen kokonaislämpöhäviötä verrataan määräysten mukaisen rakennuksen lämpöhäviöön (ns. vertailurakennus) Tehdään erikseen lämpimille ja puolilämpimille tiloille Käytetään suunnitellun rakennuksen koko- ja geometriatietoja Laskenta voidaan suorittaa työkaluilla, jotka löytyvät ympäristöministeriön sivuilta FI/Maankaytto_ja_rakentaminen/Lainsaadanto_ja_ohjeet/Rakentamismaarayskoko elma/suomen_rakentamismaarayskokoelma(3624)

14 Tasauslaskentatyökalu (1) Kohteen tiedot Laajuustiedot Pintaalat ja U- arvot

15 Tasauslaskentatyökalu (2) Pintaalat ja U- arvot Ilmavuodot Ilmanvaihto

16 Tasauslaskentatyökalu (3)

17 Ilmanvaihtokoneen vuosihyötysuhteen laskenta

18 Ilmanvaihdon vuosihyötysuhde ja poistoilmavirta Siirretään tasauslaskimeen IV-koneen vuosihyötysuhde edelliseltä sivulta

19 D3 / E-luvun laskenta uudisrakennukselle

20 Yleistä kokonaisenergiankulutuksen (E-luvun) laskennasta Kokonaisenergiatarkastelu koskee kaikkea rakennuksessa tapahtuvaa energiankulutusta Tarkastelussa otetaan huomioon myös tekijät, jotka riippuvat rakennuksen käyttötarkoituksesta ja suunnitteluratkaisusta Lämpöhäviöt Ilmanvaihto Valaistus Kuluttajalaitteet Käyttövesi Myös järjestelmien (jako- ja tuottojärjestelmät) lämpöhäviöt huomioidaan Tarkastelu tehdään rakennuksen standardikäytöllä eli käyttäjien vaihtelevia kulutustottumuksia ei oteta huomioon Jäähalleille ei ole määritelty standardikäyttöä

21 Yleistä kokonaisenergiankulutuksen laskennasta Laskennassa määritellään rakennuksen ostoenergiankulutus

22 Yleistä kokonaisenergiankulutuksen laskennasta Kokonaisenergiankulutus (E-luku) on energiamuotojen kertoimilla painotettu rakennuksen vuotuinen ostoenergiankulutus rakennustyypin standardikäytöllä lämmitettyä nettoalaa kohden. E-luku saadaan laskemalla yhteen ostoenergian ja energiamuotojen kertoimien tulot energiamuodoittain. Otetaan huomioon rakennuksen elinkaarenaikaisen energiankulutuksen vaikutukset luonnonvarojen käyttöön Energiamuotojen kertoimet ovat seuraavat: sähkö 1,7 kaukolämpö 0,7 kaukojäähdytys 0,4 fossiiliset polttoaineet 1,0 rakennuksessa käytettävät uusiutuvat polttoaineet 0,

23 Esimerkki lämmitystapojen vaikutuksesta E-luvun laskennassa (Lähde: D3 (2012) perustelumuistio)

24 Yleistä kokonaisenergiankulutuksen laskennasta / E-lukuvaatimukset Jäähallit kuuluvat luokkaan muut rakennukset

25 E-luvun laskenta jäähallille Raportissa on esitetty menettely, kuinka jäähallin voisi kirjoittajien mielestä laskea. Niiden muuttujien kohdalta, joissa on sallittu hallikohtaisia arvoja, on esitetty tyypillinen arvo. Laskennan lähtökohtana on pidetty sitä, että jäähallin laskenta suoritetaan pelkälle rakennukselle eikä jäähallin kylmäprosessia oteta huomioon. Menettely tuntuu nopeasti arvioituna oudolta, mutta se on määräysten käytäntö myös vaikkapa paljon kylmälaitteita sisältävän liikerakennuksen kohdalla. Suositus siitä, että laskennassa ei oteta huomioon jään ylläpitoon ja hoitoon tai kosteuden hallintaan liittyvää energiankäyttöä, perustuu siihen, että näille asioille ei ole esitetty yleisesti hyväksyttyä laskentamenetelmää, eikä myöskään simulointiohjelmistojen viralliset versiot sisällä nykyisellään jäähalliprosessin käsittelyä

26 E-luvun laskennan pelisääntöjä jäähallille Määräyskokoelman osassa D3 määritellään eri rakennustyypeille laskennassa käytettävät lähtötiedot: 1) Säätiedot. Kokonaisenergiankulutus lasketaan Helsinki-Vantaan säätiedoilla (vyöhyke I), jotka on määritetty D3:ssa 2) Sisäilmasto-olosuhteet Jäähalleille ei ole asetuksessa määritelty sisäilmasto-olosuhteita, vaan niille saa käyttää suunnitteluarvoja 3) Rakennuksen ja sen järjestelmien käyttö- ja käyntiaikojen sekä sisäisten lämpökuormien lähtöarvot (rakennustyypin standardikäyttö) Jäähalleille ei ole asetuksessa määritelty standardikäyttöä, vaan niille saa käyttää suunnitteluarvoja 4) Lämmin käyttövesi Jäähalleille ei ole esitetty ominaiskulutusta

27 E-luvun laskennassa suositeltuja periaatteita Energialaskenta suoritetaan koko vuodelle riippumatta mikä on jäähallin todellinen käyttöaika Laskennassa ei oteta huomioon jään ylläpitoon ja hoitoon tai kosteuden hallintaan liittyvää energiankäyttöä. Tällöin myöskään kylmäkoneiden lauhdelämpöä ei laskennassa käsitellä Laskenta suoritetaan yhtenä tilana erittelemättä pukuhuoneita ym. Rakennuksessa olevia erikoistiloja kuten kahvioita, kuivaushuoneita ym. ei tarvitse käsitellä erikseen, vaan ne lasketaan muihin alueisiin kuuluvaksi. Tämä on D3:n laskentasäännöissä Teknisiä järjestelmiä, joita ei ole D3:ssa mainittu, kuten ammattikeittiöt, ulkovalaistus, hissit, sulatuskaapelit, ym ei oteta laskennassa huomioon Laskennan lähtötietoina käytetään D3:ssa liikuntahallille määriteltyjä tietoja o määräykset sallivat jäähallille myös suunnitteluarvojen käyttöä, joten myös suunnitteluarvoja voi käyttää o kumpikaan laskentatapa ei anna realistista kuvaa jäähallin kulutuksesta, joten kirjoittajien mielestä on suositeltavaa pitäytyä mahdollisimman yksinkertaisessa laskentatavassa ja tällöin liikuntahalleille annetut lähtötiedot ovat yksiselitteisiä ja lisäksi rakennuslupavaiheessa suunnittelutiedot ovat tarkentumatta

28 E-lukulaskelman lähtötietolomake

29 E-lukulaskennan tulostuslomake

30 Laskennassa käytettävät ilmavirrat ja lämpötilojen arvot / D3 Käyttötarkoitusluokka Ulkoilmavirta Lämmitysraja Jäähdytysraja dm 3 /(s m 2 ) C C Erillinen pientalo sekä rivi- ja ketjutalo 0, Asuinkerrostalo 0, Toimistorakennus Liikerakennus Majoitusliikerakennus Opetusrakennus ja päiväkoti Liikuntahalli Sairaala Jäähalleille käytetään joko liikuntarakennuksen arvoja tai suunnitteluarvoja

31 Standardikäyttö ja sisäiset lämpökuormat / D3 Erillinen pientalo sekä rivi- ja ketjutalo Valaistus Käyttötarkoitusluokka Kellonaika d Käyttöaika Käyttöaste Kuluttajalaitteet Ihmiset a h/24h d/7d - W/m 2 W/m 2 W/m 2 00:00-24: ,6 8 b,c 3 2 Asuinkerrostalo 00:00-24: ,6 11 b,c 4 3 Toimistorakennus 07:00-18: ,65 12 c 12 5 Liikerakennus 08:00-21: c 1 2 Majoitusliikerakennus 00:00-24: ,3 14 c 4 4 Opetusrakennus ja päiväkoti 08:00-16: ,6 18 c 8 14 Liikuntahalli 08:00-22: ,5 12 c 0 5 Sairaala 00:00-24: ,6 9 c 9 8 Jäähalleille käytetään joko liikuntarakennuksen arvoja tai suunnitteluarvoja

32 Lämmin käyttövesi / D3 Käyttötarkoitusluokka LKV:n ominaiskulutus Lämmitysenergi a dm 3 /(m 2 a) kwh/(m 2 a) Erillinen pientalo, rivi- ja ketjutalot, asuinkerrostalo Toimistorakennus Liikerakennus 68 4 Majoitusliikerakennus Opetusrakennus ja päiväkoti Liikuntahalli Sairaala Jäähalleille käytetään joko liikuntarakennuksen arvoja tai suunnitteluarvoja

33 D3 / Lämmitysteho

34 Mitoituslämmitysteho Lämmitystehontarve mitoitetaan siten, että suunnitellut lämpöolot voidaan ylläpitää rakentamismääräyskokoelman osassa D3 esitetyillä jäähallin rakentamispaikkakunnasta riippuvalla mitoitusulkolämpötilalla. Lämmitystehoa laskettaessa otetaan siis huomioon rakentamispaikkakunta toisin kuin E-lukua laskettaessa, joka lasketaan aina Helsinki-Vantaan säätiedoilla. Lämmitystehon määrityksessä ei oteta huomioon sisäisiä lämpökuormia (laitteet, henkilöt) eikä auringon lämpösäteilyä. Laskenta voidaan tehdä esimerkiksi rakentamismääräyskokoelman osan D5 menetelmällä tai hyväksyttävällä simulointiohjelmalla. Jäähallille suositellaan käytettäväksi D3:ssa liikuntahallille annettua sisäilman lämpötilaa + 18 ºC. Kun jään ylläpitoa ja hallin ilman kuivaustarvetta ei laskennassa oteta huomioon, hallille laskettu lämmitystehontarve ei vastaa todellista tarvetta

35 Yhteenveto

36 Yhteenveto Määräystenmukaisuuden osoittaminen Uuden jäähallin määräystenmukaisuuden osoittamiseksi tarvitaan voimassa olevien määräysten mukaan kolme laskelmaa: 1) lämpöhäviölaskelma, 2) kokonaisenergiankulutus (E-luku) ja 3) lämpöteho mitoitustilanteessa. Korjaushankkeissa ainoana vaatimuksena on vaipan osalta täyttää rakennusosakohtaiset U-arvovaatimukset, periaatteena on puolittaa alkuperäiset U-arvot (Ympäristöministeriön asetus 4/13). Teknisiä laitteita uusittaessa periaatteena on, että uudet laitteet täyttävät uudet vaatimukset. Esimerkiksi ilmanvaihdon lämmöntalteenoton vuosihyötysuhteen on oltava vähintään 45 %

37 Yhteenveto Lämpöhäviölaskelma Lämpöhäviölaskelma suoritetaan kuten D3:ssa on määrätty. Tasauslaskenta voidaan suorittaa soveltamalla raportissa ohjeistettua laskentaa sekä ympäristöministeriön julkaisemaa Tasauslaskenta opasta

38 Yhteenveto E-luvun laskenta Tässä hankkeessa suositellaan jäähalleille noudatettavan seuraavia periaatteita: Energialaskenta suoritetaan koko vuodelle riippumatta mikä on jäähallin todellinen käyttöaika Laskennassa ei oteta huomioon jään ylläpitoon ja hoitoon tai kosteuden hallintaan liittyvää energiankäyttöä. Tällöin myöskään kylmäkoneiden lauhdelämpöä ei laskennassa käsitellä Laskenta suoritetaan yhtenä tilana erittelemättä pukuhuoneita ym. Rakennuksessa olevia erikoistiloja kuten kahvioita, kuivaushuoneita ym. ei tarvitse käsitellä erikseen, vaan ne lasketaan muihin alueisiin kuuluvaksi. Tämä on D3:n laskentasäännöissä Teknisiä järjestelmiä, joita ei ole D3:ssa mainittu, kuten ammattikeittiöt, ulkovalaistus, hissit, sulatuskaapelit, ym. ei oteta laskennassa huomioon Laskennan lähtötietoina käytetään D3:ssa liikuntahallille määriteltyjä tietoja o määräykset sallivat jäähallille myös suunnitteluarvojen käytön, joten myös suunnitteluarvoja voi käyttää o kumpikaan laskentatapa ei anna realistista kuvaa jäähallin kulutuksesta, joten kirjoittajien mielestä on suositeltavaa pitäytyä mahdollisimman yksinkertaisessa laskentatavassa ja tällöin liikuntahalleille annetut lähtötiedot ovat yksiselitteisiä ja lisäksi rakennuslupavaiheessa suunnittelutiedot ovat tarkentumatta

39 Yhteenveto Lämpöteho mitoitustilanteessa Lämpöteho lasketaan paikkakuntakohtaisellla ulkoilman lämpötilalla, jotka on määritelty D3:ssa. Lämpötehonlaskenta on esitetty rakentamismääräysten osassa D5 ja jäähallille suositellaan käytettäväksi D3:ssa liikuntahallille annettua sisäilman lämpötilaa + 18 ºC. Lasketut E-luku ja lämmitysteho eivät vastaa todellista tilannetta, koska mm. jään tilaa jäähdyttävää vaikutusta ei oteta huomioon, mutta antaa vertailukelpoista tietoa muihin liikuntahalleihin nähden

40 Yhteenveto Määräysten jatkokehitystarve Määräysten jatkokehitykselle jäähallien kohdalla asettaa käytännön reunaehdon jäähalliprosessin laskentamahdollisuudet. Tällä hetkellä laskentaohjelmistot eivät sisällä riittäviä ominaisuuksia jään mallintamiseen, että käytännössä voitaisiin edellyttää todellisen energiankulutuksen laskentaa. Myöskään virallista käsinlaskentamenetelmää ei ole. Tällä perusteella, ennen kuin laskentavalmiudet kehittyvät, kirjoittajat ehdottavat, että E-lukulaskentaa jäähalleille ei edellytettäisi eikä liioin lämpöteholaskelmaa. Tällöin ainoaksi vaatimukseksi jäisi lämpöhäviölaskelma eli tasauslaskenta

41 TEKNOLOGIASTA TULOSTA