Rakennusten energiatehokkuusdirektiivin muutosten kansallisen toimeenpanon vaikutusten selvitys ja arviointi (RESA): Automaatiovelvoite, tekniset järjestelmät sekä lämmitys- ja ilmastointijärjestelmien tarkastukset Hanna-Liisa Kangas (SYKE), Terttu Vainio (VTT) Työryhmä: Kangas, Hanna-Liisa; Turunen, Topi; Karhinen, Santtu; Kotilainen, Anu; Piikkilä, Veijo; Pihlajamaa, Pirkko; Harsia, Pirkko; Vainio, Terttu; Vesanen, Teemu; Mattinen-Yuryev, Maija ; Ohrling, Tiina
TAUSTAA
Automaatio- ja ohjausjärjestelmät Rakennusten automaatio- ja ohjausjärjestelmillä voidaan vaikuttaa energiankulutukseen ja kulutuksen ajoittumiseen. Automaation ohjaa, seuraa, mittaa ja tuo energiankäytön näkyväksi. Säästöä ja tehokkuutta voidaan saada energiankulutuksessa, huipputehon tarpeessa, päästöissä tai kustannuksissa. Automaatiolla voidaan vaikuttaa sisäilman laatuun ja turvallisuuteen.
Automaatiovelvoite: RESA-hankkeen sisältö o Suuret ei-asuinrakennukset o Suuren asuinrakennukset (vapaaehtoinen) Tekniset järjestelmät o Teknisten järjestelmien vaatimukset o Uusien rakennusten automaatiovelvoite (vapaaehtoinen) o Itsesäätyvät laitteet Lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmien tarkastusmenettely Kaikkien politiikkatoimien vaikutus täysimääräisesti 1.1.2021 alkaen RESA-hanke toteutettiin 9/2018-1/2019 ympäristöministeriön rahoituksella
Politiikkamuutosten vaikutusarviointi Vaikutukset energiankulutukseen o Tilojen lämmityksen ostoenergian kulutus Vaikutukset hiilidioksidipäästöihin o Oletukset kaukolämmön, sähkön ja polttoaineiden päästökertoimille Vaikutukset nettokustannuksiin o Politiikkatoimen kustannukset energiansäästön vaikutukset energiakustannuksiin o Nettokustannukset säästettyä hiilidioksiditonnia kohden Automaatio- ja ohjausjärjestelmien muut vaikutukset
Arvioinnin lähtötiedot Automaatio- ja ohjausjärjestelmistä on niukasti tilasto- ja tutkimustietoa Aineisto kerättiin pääasiassa haastattelemalla asiantuntijoita ja järjestämällä työpaja Kuultuja asiantuntijoita oli 58 Yleistyksiin liittyy epävarmuuksia
Toimenpiteiden kohde Lämmitys- ja ilmanvaihto- sekä ilmastointijärjestelmät, joiden teho ylittää 70 kw (tarkastukset) tai 290 kw (automaatio) Järjestelmäkohtaisia tilastoja saatavissa vain kaasu-, bio- ja öljykattiloista Kaukolämpö-, maalämpö- ja sähkölämmitysjärjestelmien osalta tarkastelu on tehty rakennuskohtaisesti: o Tehorajat ylittävät rakennukset poimittiin Rakennus- ja huoneistorekisteristä (RHR) ominaislämmitystehon tarpeen (W/K, k-m2) perusteella o Lämmitystehontarpeen laskennassa huomioitiin rakennustyyppi, rakentamisajankohta ja maantieteellinen sijainti
AUTOMAATIO- JA OHJAUSJÄRJESTELMIIN LIITTYVIÄ OLETUKSIA
Automaatiojärjestelmän elinkaari ja päivitykset Asentamisella viitataan automaatio- ja ohjausjärjestelmän asennukseen rakennukseen, jossa ei ole aiempaa järjestelmää. Vaihtamisella viitataan vähintään puolen automaatio- ja ohjausjärjestelmän laitekannan vaihtamiseen. Automaatio- ja ohjausjärjestelmät oletetaan vaihdettavan 15 vuoden välein. Vaihtamisen yhteydessä järjestelmän taso oletetaan nostettavan sen hetken teknologiselle tasolle. Päivittämisellä tarkoitetaan esimerkiksi komponenttien asentamista tai laitteiston laajempaa ohjelmallista päivitystä. Esimerkiksi päivitetään etäkäyttöyhteydet, siihen liittyvät komponentit ja osa laitteista. Automaatio- ja ohjausjärjestelmät oletetaan päivitettävän noin 10 vuoden välein. Päivittämisen yhteydessä järjestelmän taso oletetaan nostettavan sen hetken teknologiselle tasolle. Esimerkki: Vuonna 2010 rakennettuun omakotitaloon on asennettu rakentamisen yhteydessä normitasoinen automaatiojärjestelmä. Tämä järjestelmä päivitetään vuonna 2020 vastaamaan sen hetken teknologiaa, esimerkiksi lisäämällä järjestelmään etäkäyttöyhteydet. Järjestelmän elinkaari on noin 15 vuotta, joten se vaihdetaan vuonna 2025.
Automaatioluokitukset Normitaso vastaa 2010-luvun alkupuolen tavanomaista automaatiota, joka säätää ja ohjaa järjestelmiä (standardin SFS-EN 15232-1:2017 taso C) Edistyksellinen -tasolla voidaan optimoida automaattisesti rakennusten eri järjestelmien toimintaa esimerkiksi kysyntäjouston toteuttamiseksi ja siinä on joitakin erikseen mainittuja hallintatoimintoja (standardin SFS-EN 15232-1:2017 taso B) Tehokkuustaso antaa mahdollisuuden tehokkaaseen energianhallintaan. Se sisältää kokonaisvaltaisen automaatio- ja hallintajärjestelmän (standardin SFS-EN 15232-1:2017 taso A)
Automaatiojärjestelmien oletettu kehitys Automaatiojärjestelmien yleisyyttä ja taso Suomessa on asiantuntija-arvio Taulukon esimerkki kuvaa ei-asuinrakennusten automaatiojärjestelmien yleisyyttä ja tasoa eri ajanjaksoina. Taso kuvaa sen hetken uuden automaatiotekniikan perustilaa, eli uudet, päivitettävät ja vaihdettavat järjestelmät ovat keskimäärin taulukossa esitellyllä tasolla Tehontarve Nykytilanne 2010 2014 2015 2020 2021 2030 yli 290 kw Normitaso Edistyksellinen taso Tehokkuustaso 0% 100% 0% 0% 50-70% 30-50% 0% 0% 100% alle 290 kw Normitaso Edistyksellinen taso Tehokkuustaso 100% 0% 0% 0% 100% 0% 0% 100% 0%
AUTOMAATIOVELVOITE
1) Suurten ei-asuinrakennusten automaatiovelvoite 2) Suurten asuinrakennusten automaatiovelvoite (vapaaehtoinen)
Suuret ei-asuinrakennukset: direktiivin velvoite Suurten rakennusten automaatiovelvoitetta ohjataan artikloissa 14 ja 15 Automaatiovelvoite koskee vähintään kaikkia eiasuinrakennuksia, joiden lämmitysjärjestelmien tai yhdistetyn tilojen lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmien ja/tai ilmastointi- tai yhdistetyn ilmastointi- ja ilmanvaihtojärjestelmän nimellisteho on yli 290 kw Näihin rakennuksiin on vuoteen 2025 mennessä asennettava tehokkuustason automaatiojärjestelmä tai parannettava olemassa oleva automaatio- ja ohjausjärjestelmä tehokkuustasolle
Suuret ei-asuinrakennukset: direktiivin kohdistuminen Suomessa on noin 8 500 ei-asuinrakennusta, joiden lämmitysjärjestelmien, ilmanvaihtojärjestelmien tai yhdistetyn tilojen lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmien nimellisteho on yli 290 kw Vuoden 2018 lopussa järjestelmien taso oli: o 1 500 tehokkuustason järjestelmää o 7 000 edistyksellisen tason järjestelmää Edistyksellisen tason järjestelmistä suuri osa päivitetään tai korjataan ennen vuotta 2025, jolloin niiden taso nostetaan osin tehokkuustasolle ja osin pidetään edistyksellisellä tasolla Velvoite kohdistuisi 1440-2015 rakennukseen, joissa edistyksellisen tason järjestelmät on päivitettävä normaalia nopeamassa aikataulussa tehokkuustasolle.
Suuret ei-asuinrakennukset: direktiivin vaikutus Suurten ei-asuinrakennusten automaatiovelvoitteen lisäkustannukset ovat pienemmät kuin sen aikaansaama energiansäästö o Vuositasolla nettokustannukset (=lisäkustannukset energiansäästö) ovat -0,7-5,9 miljoonaa euroa o Suuri vaihteluväli johtuu lähtötietojen epävarmuudesta o Automaatiovelvoitteen merkitys on vähäinen, koska automaatio kehittyy markkinaehtoisesti saavutettavissa olevien taloudellisten ja toiminnallisten hyötyjen ansiosta. Vaikutus 2021 2025 GWh/a 39-54 195-270 1000t CO 2 8-11 40-55 /tco 2 säästö 18-105 Oletukset: Päivityskustannus 0,10-0,17 /m 3 Säästö tilojen lämmityksen ostoenergiassa 10 %
Suuret asuinrakennukset: velvoite Direktiivin automaatiovelvoite suurille asuinrakennuksille on vapaaehtoinen Velvoitteen vaikutusarviointi kattaa uudet ja peruskorjattavat järjestelmät o Rakennukset valittiin siten että niiden lämmitystehon tarve vastaisi suunnilleen suurten ei-asuinrakennusten automaatiovelvoitteen tehontarvetta (290 kw). o Raja-arvo asettui tasolle, jossa rakennuksessa on vähintään 20 asuntoa ja kerrosalaa vähintään 1 500 m 2.
Suuret asuinrakennukset: velvoitteen kohdistuminen Tehotarpeen ylittäviä kohteita oli vuoden 2017 lopussa yhteensä 22 210 o o Lähes kaikki olivat kerrostaloja, osuus oli kaikista kerrostaloista 36 prosenttia. Noin 95 prosenttia tarkastelun kohteena olevista suurista asuinrakennuksista on liitetty kaukolämpöön. Lähes kaikissa vanhoissa kerrostaloissa ja uudiskohteissa on tällä hetkellä normitason automaatio- ja ohjausjärjestelmä, ja 2020-luvulla edistyksellisen tason oletetaan olevan teknistä perustasoa Vapaaehtoinen automaatiovelvoite tarkoittaisi tehokkuustason automaatio-järjestelmää uudiskohteisiin (n. 270 kpl/a) ja vanhoihin rakennuksiin (n.600 kpl/a) lämmitysjärjestelmien uusimisen yhteydessä automaatiojärjestelmän tason parantamista tehokkuustasolle edistyksellisen tason sijaan
Suuret asuinrakennukset: velvoitteen vaikutukset Suurten asuinrakennusten automaatio-velvoitteen nettokustannukset ovat negatiiviset: -4,5-6,3 miljoonaa euroa vuodessa Tulosten vaihteluväli johtuu lähtötietojen epävarmuuksista Tehokkuustason automaatiojärjestelmä edistyksellisen tason sijaan on kannattava toimenpide, joka maksaa itsensä saavutettavilla energiansäästöillä noin 2-3 vuodessa. Vaikutus 2021 2030 GWh/a 37 328 1000t CO 2 /a 7 69 /tco 2 säästö 65-90 Oletukset: Päivityskustannus 0,15-0,17 /m 3 Säästö lämmityksen ostoenergiassa 10 %
TEKNISET JÄRJESTELMÄT
1) Uudisrakentamisen vapaaehtoinen automaatiovelvoite 2) Teknisten järjestelmien vaatimukset 3) Itsesäätyvät laitteet
Uusien rakennusten järjestelmät: velvoite Direktiivin velvoite uusien rakennusten lämmitys- ja ilmavaihtojärjestelmille on jäsenvaltioille vapaaehtoinen. Velvoitteena tarkasteltiin vähintään edistyksellisen tason automaatiojärjestelmää kaikkiin uusiin rakennuksiin vuodesta 2021 lähtien. Velvoite täyttyy vuoteen 2021 mennessä ilman ohjausta kaikissa muissa rakennustyypeissä, paitsi erillisissä pientaloissa. Pientaloja rakennetaan vuosittain n. 5800
Uusien rakennusten järjestelmät: velvoitteen vaikutukset Energiansäästö ja päästövähennykset jäävät vähäisiksi, koska uudet erilliset pientalot ovat lähtökohtaisesti erittäin energiatehokkaita. Automaatiojärjestelmävaatimus olisi erillisten pientalojen omistajille kohtuuton (takaisin-maksuaika pitempi kuin rakennuksen elinkaari) ja yhteiskunnan kannalta kallis keino vähentää CO 2 päästöjä. Vaikutus 2021 2030 GWh/a 0,4-0,5 4-5 1000t CO 2 57-00 570-800 /tco 2 17 800-25 600 Oletukset: Päivityskustannus 0,75-0,90 /m 3 Säästö lämmityksen ostoenergiassa 2 %
Teknisten järjestelmien vaatimukset Kaikkia automaatiojärjestelmiä koskeva tasovelvoite (artikla 8) voitaisiin käytännössä asettaa korkeintaan edistykselliselle tasolle, koska tehokkuustason järjestelmät on suunnattu suurille rakennuksille o Tasovelvoite ei pakota asentamaan automaatiojärjestelmää vaan asettaa sille minimitasovaatimuksen (2021 lähtien) Suomessa uusien, päivitettävien ja korvattavien automaatiojärjestelmien taso on nykykehityksen mukaan menossa vuoteen 2021 mennessä vähintään edistykselliselle tasolle markkinaehtoisesti Teknisten järjestelmien tasovelvoitteella ei ole ohjaavaa vaikutusta automaatiojärjestelmien tasoon. Täten tasovelvoitteella ei ole vaikutusta myöskään energiankulutukseen, päästöihin tai kustannuksiin.
Itsesäätyvät laitteet Artiklassa 8 säädetään itsesäätyvien laitteiden asentamisesta ja lämpötilan säätelymahdollisuuksien parantamiseksi sisätiloissa. Uusissa rakennuksissa sekä vanhoissa rakennuksissa lämmönkehittimen vaihtamisen yhteydessä vaaditaan, että ne varustetaan itsesäätyvillä laitteilla, jotka säätelevät erikseen lämpötilaa kussakin huoneessa tai, sen ollessa perusteltua, rakennuksen osan määrätyllä lämmitetyllä alueella. Suomessa käytännössä kaikki uudet rakennukset varustetaan termostaattisilla patteriventtiileillä tai muilla huonekohtaisilla lämpötilan säätö- ja rajoitinlaitteilla. Itsesäätyvät laitteet ovat siis jo normaalikäytäntö Suomessa. Näin ollen tällä sääntelyllä ei ole vaikutusta rakennusten energiatehokkuuteen, kasvihuonekaasupäästöihin tai kustannuksiin.
TARKASTUSMENETTELY
Tarkastusmenettely: kuvaus Tarkastusmenettely velvoittaa tekemään lämmitys- ilmastointi-, sekä yhdistettyjen lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmien sekä ilmastointi- ja ilmanvaihtojärjestelmien tarkastukset Tarkastuksessa arvioidaan järjestelmien osien kunto, toimivuus ja kunkin järjestelmäkokonaisuuden energiatehokkuus. Tarkastukseen kuuluu silmämääräinen lämmitys- ja/tai ilmastointilaitteiden sekä niiden toiminnan arviointi ja niitä tukevat tarpeelliset mittaukset. Tarkastuksesta luovutettaisiin järjestelmän omistajalle tai haltijalle todistus, jossa esitettäisiin tarkastuksen tulokset ja johtopäätökset sekä annettaisiin neuvoja mahdollisista energiatehokkuutta parantavista toimenpiteistä. Neuvot eivät velvoita järjestelmien omistajia toimimaan niiden mukaisesti.
Tarkastusmenettely: velvoite Tarkastukset on rajattu järjestelmiin, joiden tehontarve on enemmän kuin 70 kw. Tehontarpeeltaan 290 kw suuremmat ei-asuinrakennusten järjestelmät on rajattu pois tarkastelusta, koska ne täyttävät automaatiovelvoitteen Rajaukseen sisälle mahtuu 59 260 rakennusta, joissa on tämän teholuokan järjestelmä/järjestelmiä: o Lämmitysjärjestelmät: kohteiden kerrosala on vähintään 1200-1300 m 2 (pientalot), 2200 m 2 kerrostalot ja 1360 m 2 (palvelurakennukset) o Ilmastointijärjestelmät: kohteiden kerrosala vähintään 4000 m 2 Tarkastusvelvoite kohdistuu erityisesti asuinkerrostaloihin: tehorajan ylittäviä järjestelmiä on 60 % kaikista kerrostaloista
Lämmitys- ilmastointi-, sekä yhdistettyjen lämmitys- ja ilmanvaihtojärjestelmien sekä ilmastointi- ja ilmanvaihtojärjestelmien tarkastukset: vaikutukset Tarkastukset tuottavat järjestelmien omistajille ylimääräisiä kustannuksia ja yhteiskunnan kannalta päästövähennysten hinta on korkea o Kustannus 140 280 /a o Energiansäästö < 140 Tarkastusten vaikutusten arviointiin liittyy paljon epävarmuuksia Kuinka suuri osa rakennusten omistajista toteuttaa suositellut toimenpiteet? Mitkä ovat toimenpiteiden vaikutukset eri lämmitysjärjestelmissä ja jäähdytyksessä? Vaikutus GWh/a 26-135 1000t CO 2 5500-27 500 /tco 2 400-2000 Oletukset: Tarkastukset tehdään viiden vuoden välein vuosikustannusten ollessa 140-280 Suositelluista toimenpiteistä tehdään 50% tai 75% Säästö ostoenergiassa 0.2-1,0 % (aina < 140 /a)
JOHTOPÄÄTÖKSET
Automaatiovelvoitteen ja teknisten järjestelmien toimien vaikutukset Pakolliset toimet: Suurten ei-asuinrakennusten automaatiovelvoite (pieniä positiivisia vaikutuksia) Teknisten järjestelmien vaatimukset (ei vaikutuksia) Itsesäätyvät laitteet (ei vaikutuksia) Vapaaehtoiset toimet Suurten asuinrakennusten automaatiovelvoite (pieniä positiivisia vaikutuksia) Uusien rakennusten automaatiovelvoite (suuret vaikutukset kustannuksiin, pienet päästöihin) Direktiivimuutoksen pakollisten toimien vaikutukset jäävät pieniksi
Automaatio- ja ohjausjärjestelmien kehitys Suomessa Automaatio- ja ohjausjärjestelmien markkinavetoinen kehitys on Suomessa nopeaa ensi vuosikymmenellä, joten automaation ohjauksen vaikutukset jäävät pieniksi Kiinteistöautomaation osaamis- ja henkilöresurssivaje on ilmeinen, ja koulutusta on tarjolla vähäisesti sekä ammatillisessa koulutuksessa että ammattikorkeakouluissa ja yliopistoissa. Koulutukseen pitäisi panostaa nykyistä huomattavasti enemmän, jotta automaation hyödyt realisoituisivat.
Tarkastusmenettelyn vaikutukset Tarkastusmenettelyn kustannukset nousevat suuriksi saavutettaviin päästövähennyksiin suhteutettuna o Vaikutus epävarmaa, koska toimenpiteiden tekeminen on vapaaehtoista Tarkastusmenettelyn toimeenpano voisi olla haasteellista, koska se olisi osittain päällekkäinen nykypolitiikan, kuten energiatehokkuussopimusten kanssa. Tarkastukset toisivat arvokasta tietoa rakennuskannan energiatehokkuudesta. o Yhdistettynä rakennetun ympäristön muihin digitaalisiin prosesseihin ja tietoaineistoihin, saataisiin rakennuskannan energiatehokkuuden kehityksen seurantaan ja edistämiseen uusi tietolähde ja työkalu. Arviointi ei kata tarkastusmenettelyn muita vaikutuksia, kuten terveyshyötyjä. Tarkastusmenettelyyn liittyy vahvuuksia ja heikkouksia, mutta tulosten perusteella se ei vaikuta kustannustehokkaalta politiikkatoimelta päästöjen vähentämiseksi
KIITOS! Työryhmä: Kangas, Hanna-Liisa; Turunen, Topi; Karhinen, Santtu; Kotilainen, Anu; Piikkilä, Veijo; Pihlajamaa, Pirkko; Harsia, Pirkko; Vainio, Terttu; Vesanen, Teemu; Mattinen-Yuryev, Maija ; Ohrling, Tiina