Rakennukset mukaan ilmastokamppailuun Virolais Suomalainen yhteistyöseminaari Tallinnassa ja Kuresaaressa 13. 14.09. 2007 Lämpökuvaus rakennusten toimivuuden ja energiatehokkuuden arvioinnissa. Timo Kauppinen VTT P1: 3,6 C 5,0 C 4 2 0 2 A1 mean: 1,1 C A2 mean: 0,5 C 5,0 C 4 14.9.2007 Timo Kauppinen 1
Monitorointi tasotestivertailu päätöksenteko Lämpökuvaus voidaan yhdistää osaksi rakennusten kuntotutkimusta ja energiakatselmusta Ennen kuntotutkimuksia ja energiakatselmuksia olisi hyvä tietää rakennuksen energiankulutus verrattuna aikaisempaan kulutukseen sekä myös muihin vastaaviin rakennuksiin Kulutustietojen tasotestivertailujen (benchmarking) avulla voidaan toimenpiteet kohdistaa 14.9.2007 2
Lämpöolot Rakenteet ja ulkovaippa Lämpöolot ja sisäolosuhteet riippuvat Rakennuksen vaipan toimivuudesta Ilmanvaihdon toimivuudesta Lämmitysjärjestelmän toimivuudesta Sisäisistä ja ulkoisista kuormista (sää, käyttäjät ym) 14.9.2007 3
Rakenteet ja ulkovaippa Rakennuksen ulkovaipan katselmointi: Ikkunat ja ovet o Kylmäsiltariskit o Suunnitteluratkaisut o Toimivuus täytyy tarkistaa asennus ja käyttövaiheen aikana 14.9.2007 4
Lämpökuvauksen avulla voidaan määrittää pintalämpötilajakauma o Eristepuutteet ja kylmäsillat o Tulosten tulkinta tärkeää! Rakenteet ja ulkovaippa Lämpökuvaus 25,0 C 24 22 20 18 16 14 12,5 C Sähkörasiavuoto alipaineessa 14.9.2007 5
Rakenteet ja ulkovaippa Lämpökuvaus Pintalämpötilajakauman määritys o Sisä/ulkopuolinen kuvaus o Ulkokuvaus: Tuuletusraon vaikutus o Tarvitaan riittävä lämpötilaero o Vakio olosuhteet o Tuulen ja auringon vaikutus o Dynaaminen lämpökuvaus (muuttuvat olosuhteet) o Kosteus, delaminaatio, pinnan alaiset rakenteet ym. 14.9.2007 6
Rakenteet ja ulkovaippa Lämpökuvaus >4.9 C 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 < 5.1 C Tyypillinen elementtikerrostalon ulkoseinä (Mustamäe) 14.9.2007 7
Rakenteet ja ulkovaippa Hallitsematon ilmanvaihto = ilmavuodot rakenteiden läpi Ilmanvaihdon energiatehokkuutta jasisäilman laatua ei voida kontrolloida jos ilmavuotoja esiintyy o Ilmavuodot voidaan määrittää tiiviysmittauksella joko erillisellä laitteistolla tai rakennuksen omaa ilmanvaihtojärjestelmää käyttäen o Kylmä sisään virtaava ilma jäähdyttää rakenteita o Ilmavuotoreitit paikallistetaan lämpökuvauksella 14.9.2007 8
Rakenteiden tiiviys Rakennus tai sen osa voidaan paineistaa (alipaineistaa) puhaltimien avulla. Paine eron ylläpitämiseksi tarvittava ilmamäärä mitataan ja määritetään ilmavuotoluku n 50 [1/h] (jos on käytetty 50 Pa paine eroa) Koekohde, tiiviyskoe 10 Vuotilmavirta, m3/s 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Paine ero ulko ja sisäilman välillä, Pa 14.9.2007 9
Rakenteet ja ulkovaippa Lämpöolomittaukset Lämpöolot Vetomittaukset Esim. Suurten ikkunapintojen läheisyydessä Tuloksia verrataan ns. vetokäyriin Muita menetelmiä: o Lämpövirtamittaukset o Pallolämpötila 0,4 VETOKÄYRÄT 0,35 Ilman liikenopeus 0,3 0,25 0,2 0,15 VK3 VK2 VK1 0,1 0,05 0 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Lämpötila VK1 VK2 VK3 Power (VK1) Power (VK2) Power (VK3) 14.9.2007 10
Painesuhteet pitää mitata aina Rakenteet ja ulkovaippa Ilmanvaihtojärjestelmät tulee olla tasapainossa 25,0 C 24 22 20 18 16 14 12,5 C 14.9.2007 11
Sähkölämmityspatteri ikkunakonvektio 23,5 C Ka: 23,3 C 22 KA: 16,6 C 20 18 SP01: 26,9 C 16 13,5 C 14 14.9.2007 12
Rakennusten ulkovaippa, uimahalli ja hyppytorni (Suomi) Alue 1, max: 3,5 C 2,0 C 2 Alue 1, max: 3,4 C 2,0 C 2 4 4 Piste 1: 7,7 C 6 Alue 2, ka: 9,4 C 6 Alue 2, ka: 10,2 C 8 Piste 2: 6,9 C Piste 1: 5,7 C 8 Piste 2: 8,8 C 10 10 12 12,0 C 12 12,0 C Uimahallin korkea hyppytorniosa on ylipaineinen höyrynsuluissa puutteita. Lämmin ja kostea sisäilma Tunkeutuu rakenteisiin ja kondensoituu 14.9.2007 13
Esimerkkejä, Tallinn, Maaliskuu 2006 Auringon vaikutus 5,0 C A1 mean: 2,6 C 4 2 0 A2 mean: 0,4 C P1: 0,7 C 2 4 5,0 C Auringon säteilyn vaikutuksen alla olevat julkisivut lämpenevät varjossa oleviin verrattuna auringon vaikutus otettava aina huomioon 14.9.2007 14
Esimerkkejä, Tallinn, Maaliskuu 2006 päiväkoti 5,0 C 4 A2 mean: 0,0 C 2 P1: 1,1 C 0 A1 mean: 1,3 C 2 4 5,0 C 14.9.2007 15
Esimerkkejä, Tallinn, Maaliskuu 2006 päiväkoti Tämä päiväkoti on 60 luvulla rakennettu, rakenteiltaan peruskorjaamaton päiväkoti Ikkunoiden kunto heikko Ulkoseinien eristystaso heikko Lämmitysjärjestelmän ulkoseinissä olevat runkonousut havaitaan lämpökuvissa Lämpökuvissa puutteet näkyvät selvästi 14.9.2007 16
Päiväkoti Uusittu ulko ovi, lämpövuotoa 5,0 C A2 max: 6,1 C A1 mean: 0,1 C 4 2 0 2 4 P1: 0,8 C 5,0 C 14.9.2007 17
Päiväkoti Makuuhuoneen seinä 7,5 C SP01: 1,6 C A1 mean: 5,4 C 6 4 2 0 2 5,0 C 4 14.9.2007 18
Päiväkoti Lämpöjohto, pintalämpötila todellisuudessa >60 C 30,0 C 30 A1 max: *58,5 C 25 A2 mean: 24,0 C P1: 23,4 C 20 15 15,0 C 14.9.2007 19
Esimerkkejä lämpökuvauksesta, päiväkoti P1: 56,9 C A1 max: 58,2 C 60,0 C 60 50 40 30 A2 max: 44,5 C 20 Patterin lämpötila max >60 C, toimii hyvin (tasainen pintalämpötilajakauma) sisälämpötila kuitenkin vain18 19 C 15,0 C 14.9.2007 20
Päiväkoti, ikkunarakenteita A2 min: 10,9 C tiivistepuutteita 25,0 C 25 P1: 15,6 C 20 A1 min: 1,2 C 15 10 5 5,0 C 25,0 C 25 A1 min: 2,0 C 20 15 A2 max: 53,6 C 10 P1: 52,7 C 5 5,0 C 14.9.2007 21
Esimerkkejä, päiväkoti ikkunarakenteita A1 mean: 27,7 C 30,0 C 30 A2 mean: 18,9 C Tiiviste ja kittauspuutteita 25 A3 min: 6,2 C 20 P1: 23,0 C 15 15,0 C 30,0 C 30 P2: 30,1 C A1 min: 8,5 C 25 20 P1: >60,4 C 15 15,0 C 14.9.2007 22
Esimerkkejä päiväkoti. yläpohja ja ikkunarakenteita A2 mean: 17,6 C P1: 19,5 C 25,0 C 24 22 A1 min: 13,7 C 20 18 16 A2 mean: 16,0 C 15,0 C 25,0 C 25 A1 min: 4,2 C 20 15 10 10,0 C 14.9.2007 23
Esimerkkejä koulu Koulu jota ei ole peruskorjattu Lämmitysjärjestelmän toimivuus ja säätö Ulkovaipan kylmäsillat Ulkovaipan mahdolliset kosteusvauriot 14.9.2007 24
Koulu (ei peruskorjattu) lämmityksen säätö ei toimi, ikkunatuuletusta A1 max: 21,6 C 10,0 C 10 5 A2 mean: 2,5 C 0 Ylemmät kerrokset liian lämpimiä P1: 6,7 C 5 5,0 C P2: 2,2 C 10,0 C 10 P1: 9,0 C 5 A1 mean: 3,1 C A2 mean: 4,8 C 0 5 5,0 C 14.9.2007 25
Koulu, ulkoseinä 6,9 C 6 P1: 2,2 C 4 A1: 2,0 C 2 A2: 1,2 C 0 2 4 5,0 C Ulkoseinässä todennäköisesti kosteusvaurioita sekä eristepuutteita 14.9.2007 26
Koulu, voimistelusali esimerkki konvektiosta 40,0 C 40 35 30 25 20 15 15,0 C A2 mean: 15,8 C A1 mean: 16,4 C P1: 10,6 C 25,0 C 25 20 15 A3 ka: 37,6 C 10 10,0 C 14.9.2007 27
Koulu, voimistelusali kylmäsiltoja A2 mean: 14,6 C 20,0 C 20 18 A1 min: 9,1 C 16 14 12 P1: 16,0 C 10 10,0 C 20,0 C 20 15 A2 min: 6,6 C A1 min: 4,3 C 10 P1: 13,6 C 5 5,0 C 14.9.2007 28
Koulu, yhteisiä tiloja P1: 13,9 C 25,0 C 25 20 A1 min: 6,4 C A2 mean: 35,5 C 15 10 10,0 C A2 mean: 20,3 C A1 mean: 0,4 C 25,0 C 24 22 20 P1: 19,8 C 18 16 15,0 C 14.9.2007 29
Esimerkkejä, peruskorjattu Ilmanvaihtojärjestelmän läpiviennit Ilmanvaihtokanavien eristykset, LTO:n tehokkuus 14.9.2007 30
Peruskorjattu koulu, matalat tuloilman lämpötilat (eristepuute, huono lämmön talteenotto?) 25,0 C 25 A1 min: 6,1 C A2 min: 5,4 C 20 P1: 16,2 C 15 10 10,0 C Vertaa ruokasalin katon tuloilmaventtiilien lämpötilaeroja P1: 18,7 C A1 min: 16,4 C A2 mean: 18,7 C 24,3 C 24 22 20 18 16 13,5 C 14 14.9.2007 31
Lämmönjakohuone 2006 A1 max: 84,2 C 75,5 C A2 mean: 56,1 C 70 60 50 40 30 P1: 58,0 C 20 20,0 C Eristämättömiä putken osia 14.9.2007 32
Esimerkkejä, Tallinn, Maaliskuu 2006 5,0 C 5 A1 max: 3,0 C 0 A2 mean: 5,2 C 5 P1: 0,5 C 10 10,0 C A1 max: 7,3 C P1: 0,8 C 5,0 C 5 0 Lämpövuoto katossa Konehuoneen ovi ja eristykset 5 A2 mean: 4,0 C 10 10,0 C 14.9.2007 33
Esimerkki, päiväkoti 70 luvulla rakennettu päiväkoti Lämmitysjärjestelmä (lämmönjako) peruskorjattu 14.9.2007 34
Esimerkki, päiväkoti 5,0 C 5 P1: 0,2 C A1 ka: 4,8 C 0 A2 ka: 3,4 C 5 10 10,0 C Lämpövuotoa perustusten kautta 14.9.2007 35
Esimerkki, päiväkoti A1 av: 3,9 C 0,0 C 0 2 P1: 0,6 C 4 A2 av: 3,9 C 6 8 10 10,0 C Välipohjarakenne kylmäsiltana 14.9.2007 36
Esimerkki, päiväkoti 0,0 C 0 A1 ka: 4,6 C 2 P2 Temperature: 0,9 C A2 ka: 4,0 C 4 6 P1: 2,9 C 8 10 10,0 C Yläpohjarakenteen lämpövuodot 14.9.2007 37
Esimerkki, päiväkoti 0,0 C 0 A1 max: 0,4 C 2 4 A3: 4,7 C A2 av: 5,5 C P1: 5,9 C 6 8 10 10,0 C Yläpohjarakenteen lämpövuodot 14.9.2007 38
Esimerkki, päiväkoti P1: 5,9 C 0,0 C 0 2 A2 av: 4,3 C A1 av: 3,5 C 4 6 8 10 10,0 C Mahdollisia kosteusvaurioita (rakenne jäähtyy auringon vaikutuksen jälkeen) 14.9.2007 39
Esimerkki, päiväkoti P1: 5,5 C A1 0,0 C 0 2 4 6 A2 8 10 10,0 C Ikkunarakenne, ikkunapeltien alta kosteus pääsee rakenteisiin. Huom ikkunoiden lämpötilaerot: Ylempi ikkunarivi näkee kirkkaan iltataivaan, alempi viereisiä rakennuksia. 14.9.2007 40
Esimerkki, päiväkoti 28,0 C 25 A1 min: 0,8 C 20 15 P1: 25,8 C A2 av: 26,0 C 8,0 C 10 Ikkunarakenne, tiivistevuotoa 14.9.2007 41
Esimerkki, päiväkoti 23,0 C A1 av: 17,8 C 22 20 P1: 17,5 C 18 A2 av: 14,9 C 16 14 13,0 C Lattiarakenne, lattia ulkoilmaa vasten, kantava rakenne nähtävissä, kylmäsilta 14.9.2007 42
Esimerkki, asuntola (USA) A1 av: 11,8 C 15,0 C 15 A2 av: 9,4 C 10 5 P1: 12,1 C 0 0,0 C Päätyseinä, ylemmissä kerroksissa ylilämpöä, kylmäsiltoja 14.9.2007 43
Esimerkki, asuntola (USA) A1 av: 11,8 C 15,0 C 15 A2 av: 9,4 C 10 5 P1: 12,1 C 0 0,0 C A1 max: 16,7 C 15,0 C 15 10 A2 av: 9,4 C 5 P1: 9,1 C 0 0,0 C Päätyseinä, ylemmissä kerroksissa ylilämpöä, kylmäsiltoja ikkunoiden toimivuus 14.9.2007 44
Laskennalliset tarkastelut Yksinkertaisilla ohjelmistoilla voidaan arvioida energiansäästömahdollisuuksia muuttavalla esim seinien ja ikkunoiden U arvoja ja hallitsematonta ilmanvaihtoa 14.9.2007 45
300 250 200 150 Energiankulutuksen tavoite 167 264,7 VTT BUILDING AND TRANSPORT Laskennalliset tarkastelut VTT ENERGIA JUNIOR 1.0 Suhteellinen eristystaso kuvaa kohteessa käy Kohde Mustakivi 2200 brm 2 kokonaiskerrosala tettyjen rakenteiden ja RakMK:n minimivaati Osoite 0 2150 asm 2 asuntopinta ala musten suhdetta Mitä alhaisempi luku on, sitä Laatija 0 10000 rm 3 rakennustilavuus paremmat ovat rakenteet. 9000 rm 3 lämmin rakennustilavuus Paluu 3500 o Cvrk Lämmitystarveluku, S 17 0,3 KOHDE (1) (2) (1 * 2) Normi Mepi 1 Vaipan rakenteet u arvo * m 2 ** W/Km 2 2 Asukkaiden lkm, hlö 50 0,25 0,15 0,128 Alapohja,maanvarainen 0,30 1100,00 330 3 Vedenkulutus, l/hlö,vrk** 100 0,2 0 Alapohja, tuulettuva 0,00 0,00 0 4 Ikkunoiden suuntaus, % 0,25 0,13 0,197 Ulkoseinä 0,80 1690,00 1352 etelä länsi itä pohj 0,16 0,08 0,116 Yläpohja 0,70 1560,00 1092 30 % 20 % 20 % 30 % 100 1,4 1,2 0,352 Ikkunat 3,00 540,00 1620 5 LTO:n vuosihyötysuhde, %*** 1,4 0,7 0,027 Ulko ovet 2,50 42,00 105 6 Ilmanvuotoluku, 1/h**** 3,0 0,81949 * tähän merkitään kohteessa käytetty u arvo 2,093 7 Taloussähkö, kwh /v * 40850 ** tähän merkitään suunnitelmasta mitatut pinta alat. 8 Aurinkokeräin 0 Suhteellinen eristystaso 255 % 9 Maalämpöpumppu 0 ** oletusarvo 120 l/hlö,vrk. *** RakMK.n minimivaatimus, käytetään todellista LTO:n vuosihyötysuhdetta. **** jos tiedossa kohteeessa mitattu ilmanvuotoluku, käytetään stiä. Päästöjen arviointi 0 Kansi Lämmöntarve Kwh/asm 2 kwh kwh/asm 2 Normitalo 167 117294 174117 Johtumishäviöt 444607 207 Kohde 264,7 16306 27176 alapohja 32612 MEPI talo 40,6 21712 41753 ulkoseinä 133609 12333 24666 yläpohja 107915 64038 74711 ikkunat 160094 2905 5811 ulko ovet 10376 55681 74241 Hallittu ilmanvaihto 197449 92 24128 74241 Vuotoilmanvaihto 37022 17 CO 2 päästöt 36500 36500 Lämmin käyttövesi 36500 17 ###### 146408 Sisäiset lämpöenergiat 146408 68 49207,5 212692 Yhteensä 569171 265 142293 66,2 kw h/ asm2,v Aurinkokeräin 0 0,0 CO 2 päästöt Maalämpö 0 0,0 kg kg/asm 2, v Yhteensä 0 0 0 0,0 Lämpö ja sähkö yhteensä 610021 284 152505 70,9 14.9.2007 46
Laskennalliset tarkastelut Mustakivi lähtötilanne: Ilmavuotoluvuksi arvioitiin 3 1/h 50:n Pa alipaineessa. Ilmanvaihdoksi arvioitiin 0,8 1/h. Ei lämmön talteenottoa. Parannetaan eristystasoa ja pienennetään ilmavuotoja: 14.9.2007 47
Laskennalliset tarkastelut Lämmöntarve Kwh/asm 2 kwh kwh/asm 2 Normitalo 167 117294 174117 Johtumishäviöt 180452 84 Kohde 127,5 16306 27176 alapohja 32612 MEPI talo 40,6 21712 41753 ulkoseinä 33402 12333 24666 yläpohja 33916 64038 74711 ikkunat 74711 2905 5811 ulko ovet 5811 55681 74241 Hallittu ilmanvaihto 197449 92 24128 74241 Vuotoilmanvaihto 6170 3 CO 2 päästöt 36500 36500 Lämmin käyttövesi 36500 17 ###### 146408 Sisäiset lämpöenergiat 146408 68 49207,5 212692 Yhteensä 274164 128 68541 31,9 Aurinkokeräin 0 0,0 CO 2 päästöt Maalämpö 0 0,0 kg kg/asm 2, v Yhteensä 0 0 0 0,0 Lämpö ja sähkö yhteensä 315014 147 78753 36,6 14.9.2007 48
Laskennalliset tarkastelut Lämmitysenergian tarve laskee 57 Mwh:ta 27 Mwh/m3/vuosi, 569 MWh :ta 274 MWh:iin. Suomalaisilla kaukolämmön hinnoilla säästöt ovat 40 /MWh*(569 274) = 11 800 /a ja 59 000 /5 v. Ilman korkoa 5 v takaisinmaksuajalla mahdollistaa 60 000 inestoinnin.. Mitatut arvot (2003 2004) olivat korkeampi, 690 563 MWh. Jos LTO olisi 50 %, kulutus olisi 175 MWh, 17,5 MWh/m3. 14.9.2007 49