Kivirakenteiset matala ja passiivienergiatalot

Transkriptio

1 Kivirakenteiset matala ja passiivienergiatalot KESTÄVÄ KIVITALO SEMINAARI 09 Oulu, Mikko Saari, VTT Energiatehokkaan talon suunnittelun ja toteutuksen periaatteet l l l Viihtyisä, terveellinen ja turvallinen sisäilmasto miellyttävät lämpöolot talvella ja kesällä, tasalämpöinen ja vedoton puhdas sisäilma: toimiva ja tarpeenmukainen ilmanvaihto, puhtaat materiaalit hiljainen: 22 db(a) Energiatavoitteet tilojen lämmitysenergiankulutus on matalaenergiatalossa kwh/brm² vuodessa ( 50 %) ja passiivienergiatalossa 30 kwh/brm² vuodessa ( 75 %) lämmitysenergiamuoto voi olla mikä tahansa (kaukolämpö, öljy, sähkö, pelletti,...) käyttöveden lämmitys energiatehokkaasti energiatehokkaat sähkölaitteet (pumput ja puhaltimet) Rakennus suunnitellaan kokonaisuutena rakenne ja talotekniikka suunnitellaan yhdessä toimivaksi kokonaisuudeksi ensin käytetään passiiviset keinot ("rakenteet") ja sitten hyödynnetään aktiiviset keinot ("talotekniikka ja energiantuotanto") mahdollisimman yksinkertaisilla ja toimintavarmoilla ratkaisuilla ei osaoptimointia, ei härveliteknologiaa

2 Energiatehokkaan talon rakentamisen yksinkertaiset ja kustannustehokkaat keinot rakennuksen ulkovaipan lämpöhäviö pienennetään vähintään 60 % tasolle vuoden 08 rakentamismääräysten vertailulämpöhäviöstä ulkoseinät, katto, lattia, ikkunat ja ovet ilmanvaihdon hallinta ja tehokas poistoilman lämmön talteenotto ilmanvaihdon hallinnalla varmistetaan myös terveellinen sisäilma lämmityksen ja ilmanvaihdon tarpeenmukainen käyttö ja ohjaus sisäisten ja ulkoisten lämpökuormien (ilmaisenergioiden) tehokas hyödyntäminen lämmityksessä ja torjunta viilennyksessä vedenkulutuksen hallinta energiatehokkaat sähkölaitteet huolellinen rakentaminen (rakennuksen ulkovaipasta tulee tuulenpitävä ja kylmäsillaton) kaiken tekniikan yksinkertaistaminen, talon osien vähentäminen ja toistuvien ratkaisujen käyttäminen tehdään rakennuksesta tarkoituksenmukainen ja helposti ylläpidettävä varaudutaan muun muassa talotekniikan uusimiseen entistä energiatehokkaammaksi tulevaisuudessa Suhteellinen energiankulutus, % 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % % 10 % 0 % Uusiutuva energia Uusiutumaton energia Rakennusvuosi Tulevaisuuden rakennus toimii uusiutuvalla energialla Energian tarpeen pienentäminen on tehokas keino uusiutuvien energialähteiden osuuden lisäämiseen. Kun energiatarve pienenee murto osaan nykyisestä, niin se helpompi kattaa uusiutuvalla energialla.

3 specific energy consumption kwh/(m²a) Saksalaisia energiatehokkuuden tavoitetasoja Energy Consumption of Different Housing Standards household electricity electr. for ventilation domestic hot water space heating 0 German Building Stock 1984 German Standard 1980 Swedish Standard 1995 Low Energy Passive German House House Standard Zero Heating Zero energy Energy House House Copyright Passivhaus Institut Darmstadt Tyypillisisiä lämmitystehontarpeita saksalaisissa rakennuksissa Vanhat rakennukset Matalaenergiatalot Passiivitalot 100 W/m² poisto ilma 35 W/m² ulkoilma venttiili 10 W/m² vesikiertoinen lämmitysjärjestelm ä, 10 kw vesikiertoinen lämmitysjärjestelmä, noin 3 kw ilmanvaihtolämmitys, noin 1 kw Copyright Passivhaus Institut Darmstadt

4 Energiakriisien jälkeen uskottiin monimutkaiseen tekniikkaan rakennusten energiansäästössä Vuosi 1978 Vuosi 1982 Yksinkertainen matalaenergiatalo Yhdistämällä tilojen lämmitys ilmanvaihtoon, saadaan yksinkertainen ja tehokkaasti säädettävissä oleva lämmitysratkaisu. Ilmanvaihtolämmityksessä tilat lämmitetään tai viilennetään huoneisiin puhallettavalla tuloilmalla. Ulkovaipan ilmanvuotoluku, n 50 < 1 h 1 Ilmanvaihdon lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde % Ilmanvaihdon puhaltimien ominaissähköteho on tehokkaimmillaan alle 1,5 kw/(m³/s)

5 Energiatehokkuuden vaikutus vuotuiseen energiankulutukseen, kivirakenteinen pientalo Jyväskylässä Energiankulutus, kwh/brm² vuodessa 0 Tilojen lämmityksen nettoenergiankulutus Lämmitysjärjestelmän lämpöhäviöt Käyttöveden lämmityksen nettoenergiankulutus 0 Laitesähkö RakMk 08 RakMk 10 Matalaenergiatalo Passiivienergiatalo Ratkaisuvaihtoehto Rakennusosien energiatehokkuusvaatimukset Rakennusosien suoritusarvot Rakentamismääräysten mukainen talo (v. 08 ) Passiivienergiatalo Matalaenergiatalo U arvot, W/m 2 K ulkoseinä 0,24 0,15 0, +40 % 0,10 0, % yläpohja 0,15 0,10 0,15 + % 0,06 0, % alapohja maanvastainen ryömintätilaan rajoittuva ulkoilmaan rajoittuva 0,24 0,19 0,15 0,15 0,12 0,12 0,10 0,12 0,08 0,10 0,08 0,10 ulko ovet 1,4 0,7 0,4 0,7 ikkunat ja ovien valoaukot 1,4 (3 las) 1,0 (3 las) 0,6 0,8 (4 las) Ikkunoiden auringonsäteilyn läpäisy alle 0,4 alle 0,3 Ikkunan valoaukon valonläpäisykerroin, vähintään 0,4 vähintään 0,4 Vaipan ilmanvuotoluku n 50, 1/h enintään 4,0 enintään 1,0 enintään 0,6

6 Energiankulutustasot ja talotekniikan vaatimukset Talotekniikan suoritusarvot Lämmityksen suoritusarvot Huoneiden lämmityksen tehontarve, W/m² Energiankulutus Matalaenergiatalo Rakentamismääräysten mukainen talo (08) Passiivienergia talo 10 Tilojen lämmityksen ja jäähdytyksen energiankulutus, kwh/brm² vuodessa Käyttöveden lämmityksen energiankulutus, kwh/brm² vuodessa Lämmitysjärjestelmän lämpöhäviöenergia, kwh/brm² vuodessa Lämmitysenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa Laitesähköenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa Kokonaisenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa Ilmanvaihdon suoritusarvot Lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde 30 % vähintään 50 % vähintään 65 % Ilmanvaihdon ominaissähköteho, kw/(m 3 /s) enintään 2,5 enintään 2,0 enintään 1,5 Ilmanvaihdon äänitasot, db(a) Olo ja makuuhuoneet Keittiö Kylpyhuone Rakentamismääräysten lämmönläpäisykertoimien vertailuarvot muuttuvat vuoden alussa Rakennusosien lämmönläpäisykertoimet ? + 60 % Ulkoseinä 0, mm mineraalivillaa 0, mm mineraalivillaa % Yläpohja 0, mm mineraalivillaa 0, mm mineraalivillaa Alapohja 0, mm eristettä 0,16/ 0, % mm eristettä

7 Tiiliseinän U arvo, W/m²K Energiatehokas täystiiliseinä Tiiliseinän kokonaispaksuus, mm ,35 Eristeen lämmönjohtavuus 0,045 W/mK 0,30 Eristeen lämmönjohtavuus 0,037 W/mK Normitalo 00 Eristeen lämmönjohtavuus 0,027 W/mK 0, Normitalo 03 Eristeen lämmönjohtavuus 0,0 W/mK Normitalo 08 0, Matalaenergiatalo Normitalo 10 0,15 0,10 Passiivienergiatiilitalo 0, Eristyspaksuus, mm Energiatehokkuuden parantaminen Normitalo 08 Ulkoseinää parannetaan Lisäksi yläpohjaa parannetaan Lisäksi alapohjaa parannetaan Lisäksi ulko ovia parannetaan Lisäksi ikkunoita parannetaan Lisäksi ilmanpitävyyttä parannetaan Lisäksi ilmanvaihdon lämmöntalteenottoa parannetaan Tilojen lämmitysenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa Matalaenergiatatalo Passiivienergiatatalo % 100 % % 82 % % 74 % % 70 % % 63 % % 46 % % 32 % % 10 %

8 Matalaenergiaharkkotalo Sarastus, Laukaa, 03 Sarastus oli harkkoteollisuuden ja VTT:n kehittämän matalaenergiateknologian ensimmäinen rakennuskohde. Kehitystyön tuloksena harkkovalmistajat ovat tuoneet markkinoille matalaenergiaharkkotuotteita. MERAREPONEN energiatehokas kerrostalojärjestelmä Elinkaariedullinen matalaenergiaratkaisu edistää terveellistä, turvallista ja viihtyisää asumista Espoo, 05 Promotion of European Passive Houses

9 MERA kerrostalon lämmitysenergian säästökohteet Normikerrostalo 05:n lämmitys 100 % MERA kerrostalon lämmitys 31 % Alapohja 1 % Ulkoseinät 16 % Yläpohja 4 % Yläpohja 1 % Ilmanvaihto 16 % Ilmavuodot 2 % Ikkunat 6 % Ikkunat % Ilmanvaihto 48 % Ulkoseinät 6 % Ilmavuodot 11 % Säästö 69 % Alapohja 0 % Savonniemen kampus, laajennus 06 Mikkelin ammattikorkeakoulu, Savonlinna Laajennus on toteutettu matalaenergiaratkaisuna

10 Savonniemen kampuksen laajennuksen energiankulutus ja hiilidioksidipäästöt Kaukolämmön kulutus Säästö 54 % 46 % Sähkön kulutus Säästö 1 % 100 % Matalaenergia Savonniemi 80 % 60 % 40 % Käytönaikaisen energiankulutuksen hiilidioksidipäästöt Vähennys 51 % Rakennuksen energiankulutus Normi Savonniemi 05 Matalaenergia Savonniemi Kaukolämmön kulutus MWh/a kwh/r m³/a kwh/br m²/a Sähkön kulutus MWh/a kwh/r m³/a 14 kwh/br m²/a Käytönaikaisen energiankulutuksen hiilidioksidipäästöt 100 vuoden aikana 55 % 45 % % 0 % 49 % 1 Kaukolämmön tuotannon päästöt kg/br m²/100a Sähkön tuotannon päästöt kg/br m²/100a Päästöt yhteensä kg/br m²/100a Päästöt yhteensä tonnia/100a Lisäksi rakennusmateriaaleista tulee hiilidioksidipäästöjä noin kg/br m²/100a Lähde: Suomen energiantuotannon keskimääräiset päästöt v Kaukolämmön tuotannon hiilidioksidipäästö 268 g/kwh Sähkön tuotannon hiilidioksidipäästö 247 g/kwh Rakennuksen ulkovaipan ilmanvuotoluvun tavoitearvoja Ilmanvuotoluku n 50 (1/h) on vuotoilmavirta (m³/h) 50 Pa:n koepaineella rakennuksen ilmatilavuutta (m³) kohti laskettuna. Rakennuksen ulkovaipan ilmanpitävyyden taso Hatara Tavanomainen Tiivis Matalaenergia Passiivienergia Passiivienergia, suositus Ulkovaipan ilmanvuotoluku n 50, 1/h yli enintään 1,0 enintään 0,6 enintään 0,3

11 Matalaenergiarakenteiden lämpö ja kosteustekninen toimivuus hallitaan Lasi Karmi H1 H2 H3 Energiatehokkaassa talossa ei ole pakkasillakaan kylmiä pintoja A1 ka: 17,9 C A2 ka: 17,9 C 22,9 C 22 P1: 18,4 C P2: 19,5 C 14 12,9 C

12 Matalaenergiaharkkoseinän kosteustekninen toimivuus Passiivienergiatalon perustusten lämpötekninen toimivuus l Huono ratkaisu, nurkka kylmä l Parempi ratkaisu, nurkka lämmin

13 Passiivitalossa syntyy säästöä talotekniikan kustannuksella matalaenergiatalot low energyhouses Kustannus, /m² passiivitalot kustannusten cost reduction: aleneminen: heating system lämm. kokon. total costs kustannus energycosts energiakustannus extra investmentcosts lisäkustannus Lähde: Passivhaus Institut 0 Darmstadt Tilojen lämmitysenergiankulutus, kwh/m² vuodessa Rakennuksen lämpöhäviöiden pienentämisen vipuvaikutus lämmitysenergiankulutukseen Lämpöhäviö 100 % Lämpöenergia, kwh/brm² vuodessa Hyödynnetyt lämpökuormat (67 kwh/brm²) Tilojen lämmitysenergia 100 % (93 kwh/brm²) Normitalo 08 Lämpöhäviö 46 % Hyödynnetyt lämpökuormat (53 kwh/brm²) Tilojen lämmitysenergia 22 % ( kwh/brm²) Passiivienergiatiilitalo

14 RakMk 08 mukaisen talon energiankulutus Tilojen lämmityksen nettoenergiankulutus Lämmitysjärjestelmän lämpöhäviöt Energiankulutus, kwh Käyttövesi Sähkö Passiivienergiatalon energiankulutus Tilojen lämmityksen nettoenergiankulutus Lämmitysjärjestelmän lämpöhäviöt Energiankulutus, kwh Tammikuu Helmikuu Maaliskuu Huhtikuu Toukokuu Käyttövesi Sähkö Kesäkuu Heinäkuu Elokuu Syyskuu Passiivienergiatalon energiankulutus Lokakuu Marraskuu Joulukuu Tammikuu Helmikuu Maaliskuu Huhtikuu Toukokuu Kesäkuu Heinäkuu Elokuu Syyskuu Lokakuu Marraskuu Joulukuu 27 RakMk 08: talossa on lämmitystarvetta 70 %:n ajan vuodesta Ulkoilman lämpötila, C Lämmitysteho, W/brm² RakMk 08 mukaisen talon lämmitystarve Mukavuuslattialämmityskuorma RakMk 08 Peruslämpökuorma Märkätilojen mukavuuslattialämmityksen lämpökuorma Viilennystarve 28 Peruslämpökuorma Aika vuodesta, %

15 Passiivienergiatalossa on lämmitystarvetta 5 %:n ajan vuodesta, suuren osan aikaa viilennetään ulkoilmalla Ulkoilman lämpötila, C Lämmitysteho, W/brm² Passiivienergiatalon lämmitystarve Mukavuuslattialämmityskuorma Passiivienergiatalo Peruslämpökuorma Märkätilojen mukavuuslattialämmityksen lämpökuorma Viilennystarve 29 Peruslämpökuorma Aika vuodesta, % Lattialämmityksen toimintalämpötilat muuttuvat, kun energiatehokkuus paranee Ulkoilman lämpötila, C Lämpötila, C Lattian pintalämpötilat Huonelämpötila Passiivienergiatalon lattialämmityksessä lattian pintalämpötila on talvella noin 0,5 C huoneilmaa lämpimämpi, kovillakin pakkasilla vain 1,5 C. Normitalo 00 Normitalo 08 Matalaenergiatalo Passiivienergiatalo Huonelämpötila Aika vuodesta, %

16 Sisälämpötilarajat kesällä DIN normin mukaan DIN 1946 Operatiivinen lämpötila, C C on korkein sallittu lämpötila Sallitaan lyhytaikaisesti 24 Suositusalue Ulkoilman lämpötila, C Kuukauden keskimääräinen sisälämpötila, C Matalaenergiatalon auringonsuojaus ja viilennys ulkoilmalla Wienerberger passiivienergiatiilitalo Ilman aurinkosuojausta ja lämmöntalteenoton ohitusta Otetaan käyttöön lämmöntalteenoton ohitus Lisäksi käytetään auringonsuojalaseja Lisäksi sälekaihtimet Tammikuu Helmikuu Maaliskuu Huhtikuu Toukokuu Kesäkuu Heinäkuu Elokuu Syyskuu Lokakuu Marraskuu Joulukuu Kuukausi

17 Hyvä lämmöneristys ja massiiviset sisärakenteet pitävät hellepäivänä huonelämpötilan hallinnassa. 30 Operatiivinen lämpötila, C Raskas talo... Keskiraskas talo Kevyt talo Esiintymisaika, % Deutscher, P., Elsberger, M. & Rouvel, L. 00. Bewertung des sommerlichen Wärmeschutzes für Gebäude mit raumlufttechnischen Anlagen. Bauphysik. Nr 22. Ernst & Sohn. S Passiivienergiatalon massa hidastaa tehokkaasti talon viilenemistä talvella lämpökatkon aikana Sisälämpötila, C Harkkorakenteinen passiivienergiatalo, jonka tehollinen lämpökapasiteetti on 0 Wh/(K brm²) RakMk 08 mukainen kevytrakenteinen talo, jonka tehollinen lämpökapasiteetti on 40 Wh/(K brm²) h 400 h Aika, vuorokautta

18 Marssijärjestys matala ja passiivienergiatalojen toteutukseen l pienennetään energian tarve mahdollisimman pieneksi lämpö, sähkö ja jäähdytys tekniset ja taloudelliset tekijät ohjaavat ratkaisuja l l l l l l pientä lämpöhäviötä vastaavat rakenneratkaisut pientä lämmitystarvetta vastaava talotekniikka pyritään välttämään hukkainvestointeja talotekniikan sähkönkulutuksen hallinta pientä lämmitystarvetta vastaava lämmöntuottoratkaisu mahdollinen paikallinen energiatuotanto paikallisesti tuotetun energian hyödyntäminen tai ulosmyynti mahdollistaa nettonolla ja nettoplusenergiatalot, joiden perustana on passiivienergiatasoinen talo