Miten varmistaa hyvä sisäilma ja viihtyvyys energiatehokkaissa rakennuksissa Ratkaisuja rakennusten energiatehokkuuden parantamiseen 31.3.2009, VTT, Espoo, Otaniemi Erikoistutkija Pekka Tuomaala
MISSÄ JA MITEN PALJON IHMINEN VIETTÄÄ AIKAA? Prosenttia ajasta Percent 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 Työntekijän ajan käyttö maanantaista perjantaihin Helsinki other Muu ulkona outdoors other Muu sisätiloissa indoors work Työskentely outdoorsulkona work Työskentely indoors sisätiloissa home Kotona outdoors ulkona home Kotona indoors sisätiloissa train Junassa bus Bussissa car Henkilöautossa motorbike Liikkeellä moottoripyörällä walk Kävely 0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 19:30 21:00 22:30 Kellonaika Time 2
RAKENNUSTEN ENERGIATEHOKKUUS PARANEE Energiantarve Kokonaisenergia Uusiutuva nettoenergia Investointikustannukset 100 80 60 40 20 Indeksit 112 110 108 106 104 102 Suomen lait ja asetukset Energiamääräykset 2008 Energiamääräykset 2010 (- 30%) Energiamääräykset 2012 (-15%, primäärienergia) 100 Nykyinen Matalaenergia Passiivitalo Nollaenergia Energiapositiivinen 2005 2010 2015 2020 2025 2030 3
ENERGIATEHOKKAAN RAKENTAMISEN KONSEPTI Hyvä ulkovaipan lämmöneristys Koneellinen ilmanvaihto, jossa tehokas lämmön talteenotto Ammattimainen suunnittelu (kylmäsiltojen välttäminen) ja huolellinen toteutus (tiiveys) Kokonaisuus ratkaisee => Edellytykset hyvälle sisäympäristön laatutasolle ovat lähtökohtaisesti paranemassa Ulkovaipparakenteiden sisäpintalämpötilat nousevat Kontrolloitu ilmanvaihto kaikissa käyttöolosuhteissa 4
RAKENNUSTEN ENERGIATEHOKKUUS PARANEE OLETKO VALMIS? Lämmityskaudella lämpöhäviöt ( ) ja rakenteiden sisäpintojen lämpötilat ( ) Lämmityslaitteiden tehon tarpeet ( ) sekä pinta- ja/tai menoveden lämpötilat ( ) Ilmanvaihdon sisäänpuhalluslämpötila ( ) Kvalitatiivinen vs. kvantitatiivinen muutos (kokonaisuus ratkaisee) W/m 2, m 3 /s vs. ihmisen fysiologiset vasteet => Rakenteiden ja järjestelmien päivitetyt ja varmennetut suunnittelu- ja mitoitusperusteet 5
TERMINEN VIIHTYVYYS JA TYÖTEHO Termisellä viihtyvyydellä on osoitettu olevan suuruusluokaltaan 10 % vaikutus työtehoon (Seppänen et al.) Arvon muodostus 1 : 5 : 200 (investointi : käyttö ja ylläpito : työn arvo) 6
IHMISEN TERMISEN AISTIMUKSEN MALLIT Fangerin (1970) malli Ihmisen todelliseen anatomiaan ja fysiologiaan perustuva malli Ihmisen todellinen terminen aistimus 7
Termisen viihtyvyyden perinteiset arviointimenetelmät Perinteiset arviointimenetelmät perustuvat termisen viihtyvyyden standardeihin ISO 7730 (Moderate thermal environment - Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort) ASHRAE 1992-55 (Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy) jotka on kehitetty koehenkilöiden termisten aistimusten tilastollisten analyysien pohjalta (Fanger 1970)... PMV = (0,303 e -0,036 M + 0,028) { (M - W) - 3,05. 10-3 [5733,0-6,99 (M - W) - p a ] - 0,42 [(M - W) - 58.15] - 1,7. 10-5 M (5867,0 - p a ) - 0,0014 M (34,0 - T ilma ) - 3,96. 10-8 f vaatteet [(T vaatteet + 273) 4 - (T MRT + 273) 4 ] - f vaatteet h vaatteet (T vaatteet - T ilma ) }... minkä seurauksena terminen aistimus on arvioitu yksinkertaistetusti olettamalla ihminen yhdeksi tarkastelupisteeksi ajallinen tasapainotila vaatetus jakautuneeksi tasaisesti koko kehon ympäri PPD = 100 95 e ( 0. 03353 PMV 4 0. 2179 PMV 2 ) + 8
Olemme rakentaneet keskuslämmityksiä n. 100 vuotta, silti 70% valituksista tulee lämpöviihtyvyydestä. Henkilö laittaa toisen kätensä lämpimään ja toisen kylmään vesialtaaseen. Hetken kuluttua hän siirtää kummatkin kätensä kolmanteen, keskilämpöiseen vesialtaaseen. Kädestä, joka oli kuumassa vedessä, kolmannen vesialtaan vesi tuntuu viileältä kun taas toisesta kädestä vesi tuntuu lämpimältä. Kummatkin kädet ovat kuitenkin samassa vesialtaassa. John Locke, 1690, Essay Concerning Human Understanding 9
REALISTISET SISÄOLOSUHTEET Rakennusten todellinen sisäympäristö vaihtelee huomattavan paljon ajan ja paikan suhteen. 10
CASE: VTT:N TERMISEN VIIHTYVYYDEN IHMISMALLI Ihmiskudosten lämpödynamiikka Ihmiskeho jaettu 16 osaan Lämmön siirtyminen kehon ja ympäristön välillä diffuusiona (hikoilu ja hengitys), konvektiona, termisenä säteilynä sekä johtumisena Veren virtausmalli (50 80 % kehon sisäisestä lämmön siirtymisestä) Ihmisen vaatetusmalli 11
SISÄILMAN LAATU JA ENERGIATEHOKKUUS Lähtökohta koneellisen ilmanvaihdon myötä erinomainen Ilmanvaihdon suunnittelu vuorovaikutteiseksi osaksi muuta suunnittelua Huolellinen urakointi sekä ohjeistettu käyttö- ja ylläpitovaihe Energiatehokkuus Terveellisyys ja tuottavuus (materiaalipäästöt, ilmamäärät kaikissa käyttöolosuhteissa) 12
TULEVAISUUDEN KEHITYSTYÖN HAASTEET: SUUNNITTELU RAKENTEET TALOTEKNIIKKA Suunnittelu Kokonaisuuden hallinta = > lisääntyvä suunnitteluyhteistyö Suunnittelu käyttäjän/omistajan asettamien toimivuusvaatimusten pohjalta Digitaalinen tieto => simulointi kytkeytyy suunnitteluohjelmiin Rakenteet Kasvava eristyspaksuus => uudet liitosdetaljit Tarve kokonaan uusille rakenneratkaisuille (tiiveys) Energiatehokkuus muuttaa totuttuja järjestelmäratkaisuja Rakennuksen energiantarpeelle asetetaan tavoitteita Perinteinen lämmönjako liian raskas pienelle lämmöntarpeelle (tarvitaan päivitetyt suunnittelu- ja mitoitusperusteet) Uusiutuvien energiamuotojen merkitys kasvaa Reitityksen merkitys kasvaa 13
VTT luo teknologiasta liiketoimintaa 14