Samuli Heikkilä. Putkiverkostojen elinkaaritaloudelliset eristyspaksuudet

Samuli Heikkilä Putkiverkostojen elinkaaritaloudelliset eristyspaksuudet Metropolia Ammattikorkeakoulu Insinööri (AMK) Talotekniikka Insinöörityö 2.2.2019

Tiivistelmä Tekijä Otsikko Sivumäärä Aika Samuli Heikkilä Putkiverkostojen elinkaaritaloudelliset eristyspaksuudet 37 sivua 2.2.2019 Tutkinto insinööri (AMK) Tutkinto-ohjelma talotekniikka Ammatillinen pääaine LVI-suunnittelu Ohjaajat yliopettaja Aki Valkeapää DI Sari Linna Tässä insinöörityössä tarkastellaan Granlund Oy:llä käytössä olevan materiaalierittelyn lämmitysputkistojen eristyspaksuuksia. Työn tavoitteena oli selvittää, voitaisiinko nykyisiä eristyspaksuuksia pienentää. Työssä perehdytään lämmitysputkien eristyspaksuuksien mitoittamiseen ja lämpöhäviöiden laskentaan. Työn laskentaosiossa vertaillaan lämmitysputkien lämpöhäviöitä eri eristyspaksuuksilla ja mitoituslämpötiloilla. Kustannuslaskentaosiossa lasketaan eristysten työja materiaalikustannuksia ja arvioidaan takaisinmaksuaikoja. Tutkimuksissa selvisi, että rakentamismääräysten puolesta ei ole väärin käyttää lämmitysputkille pienempiä eristyspaksuuksia. Määräyksissä ei ole mainintaa tietystä eristyspaksuudesta tai lämpöhäviömäärästä, joka lämmitysputkilla saisi olla. Työssä saadaan hyvä kuva siitä, miten lämpöhäviöt muuttuvat eristyspaksuuksia pienentäessä. Käytettävillä mitoituslämpötiloilla on ratkaiseva vaikutus putken lämpöhäviöihin. Käytettäessä alhaisempia mitoituslämpötiloja lämpöhäviöt pysyvät pienempinä, vaikka eristyspaksuuksia pienennettäisiin. Avainsanat eristys, lämmitysputket, taloudellinen eristyspaksuus

Abstract Author Title Number of Pages Date Samuli Heikkilä Economic Effects of Insulation Thicknesses in pipelines 37 pages 2 February 2019 Degree Bachelor of Engineering Degree Programme Building Services Engineering Professional Major HVAC Design Instructors Aki Valkeapää, Principal Lecturer Sari Linna, M.Sc. The purpose of this final year project was to determine if it is possible to reduce the insulation thickness of heating pipes. In this thesis, the insulation thicknesses of heating pipes were examined. The project studied the dimensioning of the insulation thicknesses, and the building regulations concerning insulations. In the investigative part, the heat losses of heating pipes were calculated for different insulation thicknesses and design temperatures. The labour and material costs of the insulations were calculated, and refund times were estimated. The study showed that from the building regulations point of view of, it is not wrong to use smaller insulation thicknesses for heating pipes. The regulations do not mention any specific insulation thickness or magnitude of heat loss that should be applied to heating pipes. This thesis gives a good picture of the changes in heat loss when the insulation thickness is reduced. The used design temperatures play a crucial role for the heat losses of pipes. Keywords insulation, heating pipe, economic insulation

Sisällys 1 Johdanto 1 2 Eristyspaksuuksien mitoittamista käsittelevät ohjekortit ja standardit 3 2.1 LVI-kortisto 3 2.2 SFS-standardit 3 3 Putkien eristys ja eristysmateriaalit 4 3.1 Lämmitysputkien eristys 4 3.2 Jäähdytysputkien eristys 5 3.3 Käyttövesiputkien eristys 6 3.4 Eristysmateriaalit ja niiden ominaisuudet 6 3.4.1 Mineraalivilla 6 3.4.2 Solukumi 7 4 Lämmitysputkien eristyspaksuuksien laskenta 8 4.1 Eristetyn putken lämpöhäviön laskenta 8 4.2 Eristyspaksuuden vaikutus lämpöhäviöihin 10 4.3 Eristyspaksuus 11 4.3.1 Eristyspaksuuden määrittäminen 11 4.3.2 Putkien tilantarve 13 4.4 Ympäristön lämpötila 13 5 Lämmitysverkoston lämpöhäviöiden laskenta 15 5.1 Veden jäähtymisen laskenta 15 5.2 Lämpöhäviöt 17 5.3 Eristetyn putken lämpöhäviöt eri putkidimensioilla 23 6 Kustannuslaskenta 24 6.1 Lämpöhäviöiden kustannukset 24 6.2 Eristeiden työ- ja materiaalikustannukset 28 6.3 Takaisinmaksuaika 29 6.4 Elinkaarilaskenta 30

7 Pohdinta 34 Lähteet 36

1 1 Johdanto Tämän työn tarkoituksena on tarkastella Granlund Oy:llä käytössä olevan materiaalierittelyn lämmitysverkoston putkien eristyspaksuuksia. Työn tavoitteena on selvittää, voidaanko nykyisiä eristyspaksuuksia pienentää. Yhtenä päämotiivina työn tekemiseen on muutokset lämmitysverkostojen lämpötilatasoissa. Energiateollisuus Ry:n lämmönkäyttötoimikunta julkaisi vuonna 2013 uuden K1 Rakennusten kaukolämmitysmääräyksen, joka korvasi aikaisemman 2003 voimaan tulleen kaukolämmitysmääräyksen. 2013 voimaan tulleessa määräyksessä radiaattorien lämmönsiirtimien mitoituslämpötilat on päivitetty niin, että uudisrakennuksissa menoveden toisiopuolen korkein lämpötila on 45 astetta ja paluuveden 30 astetta. Menoveden lämpötila voi poikkeustapauksissa olla korkeintaan 60 astetta, jos mitoitus johtaisi muuten kohtuuttomiin radiaattorien ja putkien sijoitus ongelmiin. (1, s. 8.) Aikaisemmassa versiossa K1/2003 menoveden toisiopuolen lämpötila on ollut 70 astetta ja paluuveden 40 astetta (2, s. 7). Lämpötilojen tullessa alaspäin on tarpeellista tutkia, ovatko käytössä olevat eristyspaksuudet elinkaaritaloudellisia. Taulukossa 1 on esitetty K1/2013:n mukaiset lämmönsiirtimien mitoituslämpötilat.

2 Taulukko 1. Lämmönsiirtimien mitoituslämpötilat (1, s. 8) Lämmitysputkien eristyspaksuuksina käytetään Granlund Oy:llä pääsääntöisesti LVImateriaalierittelyn mukaisia eristyspaksuuksia. Materiaalierittelyn eristyspaksuudet on määritelty vanhan K1/2003:n mitoituslämpötilojen mukaan. Eristyspaksuuksia harvemmin mietitään tapauskohtaisesti eri kiinteistöjä suunniteltaessa. Suuremmat eristyspaksuudet putkiverkostoissa aiheuttavat suurempia työ- ja materiaalikustannuksia. Myös putkien tilantarve kasvaa eristyksen johdosta. Työssä tarkastellaan LVI-materiaalierittelyn lämmitysputkien eristyspaksuuksia ja pyritään selvittämään, voitaisiinko eristyspaksuuksia pienentää nykyisestä. Työssä pääpaino on lämpöhäviöiden laskeminen eri eristyspaksuuksilla ja niiden vertailu lämmitysverkoston toisiopuolen putkistoilla. Työssä arvioidaan eristyspaksuuksien pienentämisen kannattavuutta ja lasketaan saavutettavia kustannussäästöjä pienemmillä eristyspaksuuksilla.

3 2 Eristyspaksuuksien mitoittamista käsittelevät ohjekortit ja standardit Talotekniikan rakentamisen yleiset laatuvaatimukset -kokoelmassa osassa G9 esitetään vaatimuksia eristyksille ja niihin liittyviin töihin. Kokoelma ei sinällään ota kantaa eristyksien mitoittamiseen. Siinä viitataan LVI-ohjekortteihin ja SFS-standardeihin. 2.1 LVI-kortisto Ohjekortissa LVI 50-10344 esitetään yleisesti käytettävät eristysmateriaalit ja niiden asennus. Ohjekortissa esitetään eristysmateriaalien tunnukset ja niiden vähimmäisvaatimukset, kuten eristeiden lämmönjohtavuuden arvot ja palo-ominaisuudet. Kortissa on esitetty eri eristysmateriaalien pääasialliset käyttökohteet. Päällysteiden osalta kortissa esitetään yleisimpien päällysteiden tunnukset, paksuudet ja materiaalit. Kortissa esitetään myös erilaisten eristysmateriaalien asennusohjeet. Ohjekortissa LVI 50-10345 esitetään taloteknisten eristysten mitoitus ja käyttö. Kortissa esitetään eristyspaksuuksien laskentaperusteet. Laskennan osalta kortti viittaa standardiin SFS 3977. Kortti antaa suosituksia käytettäville eristyspaksuuksille ja -materiaaleille. Tässä tulee huomioida, että kortissa esitetyt eristyspaksuudet ovat nimenomaan suosituksia eivätkä määräyksiä. Kortissa mainitaan, että eristyspaksuus tulisi aina mitoittaa tapauskohtaisesti. Kortissa on myös lueteltuina eristämättä jätettävät putkistojärjestelmän osat. 2.2 SFS-standardit SFS-standardeista oleellisin eristyksen mitoitukseen liittyvä standardi on SFS 3977. Standardissa käydään läpi putki-, säilö- ja laite-eristyksien mitoitus. Standardissa on ohjeet lämpö-, kylmä- ja jäätymissuojaeristyksien mitoittamiselle. Standardin laskentaohjeita käsitellään tässä työssä myöhemmässä vaiheessa. Muita eristyspaksuuden mitoittamiseen hyödyllisiä standardeja ovat mm. SFS 3976 ja SFS 3914, joihin myös standardissa SFS 3977 viitataan. Standardissa SFS 3914 esitetään tavallisimpia päällystemateriaaleja ja niiden ominaisuuksia. Standardissa on myös

4 taulukoituna päällysteiden minimipaksuuksia. Standardissa SFS 3976 esitetään tavallisimpia eristemateriaaleja, niiden ominaisuuksia ja valintaperusteita. 3 Putkien eristys ja eristysmateriaalit 3.1 Lämmitysputkien eristys Lämmitysputkien eristämisen tarkoitus on minimoida lämmön siirtyminen putkesta ympäristöön ja saada vesi halutussa lämpötilassa patterille. Eristys vähentää putkien lämpöhäviöitä ja näin vähentää rakennuksen lämmitysenergian kulutusta. Huonosti eristetyt putket myös kuluvat nopeammin, ja niihin muodostuu helpommin korroosiota (3, s. 3). Näkyvissä olevat patterien kytkentäjohdot jätetään yleensä eristämättä (4, s. 209). Taulukossa 2 on putkieristetaulukko, jossa esitetään lämmitysputkien yleisesti käytössä olevia eristyssarjoja. Taulukko 2. Lämmitysputkissa yleisesti käytettävät eristesarjat (5). Lämmitys, käyttölämpötila max. 80 C Näkyvät putkistot, kuivat tilat Aa 23 6 Näkyvät putkistot, kosteat tilat Aa 23 6 Ei-näkyvät putkistot, kuivat tilat Ac 23 Ei-näkyvät putkistot, kosteat tilat Ac 23 Lämmönsiirtimet Da 100 Säiliöt Ba, Be 100 Pumput - Venttiilit yms. varusteet Putkistot teknisissä tiloissa, korkeus yli 2500 mm Aa 23 6 Putkistot teknisissä tiloissa, korkeus alle 2500 mm Aa 23 10 Seinämien läpiviennit Aa 23 10 Putkistot ilmanvaihdon pystykuiluissa Ac 23 Putkistot putkitunneleissa Aa 23 6 Ei näkyvät putkistot uloskäyntien alueella Ac 23 Näkyvät putkistot uloskäyntien alueella Aa 23 10 Putkistot rakenteissa Ef 13 Putkistot ulkotiloissa Aa 23 10 (alle DN 50 venttiileitä ei eristetä) Tehdasvalmisteinen eristyselementti PE-suojaputkella Lämmitysputkilla käytetään Aa- ja Ac-tunnuksen eristeitä. Tunnus Aa tarkoittaa päällystämätöntä mineraalivillakourua. Ac tarkoittaa alumiinilaminaatilla päällystettyä mineraalivillakourua. Numero eristetunnuksen perässä tarkoittaa eristesarjaa, josta määritetään

5 eristyspaksuudet putkikoon mukaan. Eristesarjan jälkeen ilmoitettu numero on päällysteen tunnus. Päällysteen tunnus 6 tarkoittaa PVC-muovia ja tunnus 10 kuumasinkittyä teräslevyä. (6). Näkyvissä oleville putkille käytetään usein päällysteenä PVC-muovia. Uloskäyntien kohdalla näkyville putkille käytetään jotain paloa hyvin kestävää materiaalia, esimerkiksi teräksisiä päällysteitä. PVC-muovi ja teräksiset päällysteet suojaavat eristettä teknisiltä vaurioilta. Taulukossa 3 on talotekniikassa yleisimmät käytössä olevat eristysmateriaalit ja pinnoitteet sekä niiden tunnukset. Taulukko 3. Talotekniset eristeet ja pinnoitteet (5) 3.2 Jäähdytysputkien eristys Jäähdytysputkien eristyksellä estetään putken sisällön lämpeneminen ja kondenssiveden muodostuminen. Kondenssivedellä tarkoitetaan ilmasta kylmälle pinnalle tiivistyvää vettä. Kondenssivettä muodostuu, silloin kun eristyksen pintalämpötila laskee ympäristön kastepistettä alhaisemmaksi. Eristeen pitäminen kuivana on tärkeää. Kostea eriste lisää lämpöhäviöitä, koska veden lämmönjohtavuus on selvästi ilmaa suurempi. Jäähdytysputkille käytetään LVI 50-10345-ohjekortin mukaan Ef 13 -luokan eristettä. Tunnus Ef tarkoittaa solukumikourua ja 13 nimellispaksuutta millimetreinä (6). Eristeen seinämäpaksuus kasvaa putkikoon mukaan. Muita käytettyjä jäähdytysputkien eristeitä ovat Ef 9- ja Ef 19-luokan eristeet. Taulukossa 4 on esitetty jäähdytysputkien yleisimmät eristyssarjat.

6 Taulukko 4. Jäähdytysputkistojen eristemateriaalit ja niiden paksuudet (7, s. 2). 3.3 Käyttövesiputkien eristys Kylmien käyttövesiputkien eristyksellä on sama tarkoitus kuin jäähdytysputkilla. Sillä estetään veden lämpenemistä ja kondenssiveden muodostumista. Kylmien käyttövesiputkien eristeenä käytetään Aa- ja Ac-tunnuksen eristeitä. Kylmillä käyttövesiputkilla käytetään eristeen lisänä höyrynsulkua. Lämpimän käyttöveden putkien eristyksellä pienennetään lämpöhäviöitä ja pidetään veden lämpötila halutulla tasolla. Lämminvesilaitteistoissa olevan veden lämpötila ei saa laskea alle 55 celsiusasteen (8, 6 ). Lämpimän käyttöveden putkilla käytetään Aa- ja Ac-tunnuksen eristeitä. 3.4 Eristysmateriaalit ja niiden ominaisuudet 3.4.1 Mineraalivilla Mineraalivillan käyttö on yleistä lämmitys- ja käyttövesiputkilla. Putkille käytetään pääsääntöisesti valmiiksi putken muotoon puristettuja mineraalivillakouruja. Mineraalivillakourut valmistetaan lasivillasta tai kivivillasta. Mineraalivillakourut päällystetään yleensä alumiinilaminaatilla. Alumiinilaminaatti päällyste suojaa eristettä kosteudelta ja muilta vaurioilta. Eristeen lämmönjohtavuus on tärkeässä asemassa eristysmateriaaleja valittaessa. Lämmönjohtavuus kertoo, miten hyvin eriste johtaa lämpöä. Mitä pienempi eristeen lämmönjohtavuuden arvo on, sitä vähemmän se johtaa lämpöä. Eristeiden lämmönjohtavuuden arvo vaihtelee sen keskilämpötilan mukaan.

7 Mineraalivillalla on hyvät palo-ominaisuudet. Mineraalivillakourujen palo-ominaisuudet ovat luokkaa A2 L-s1, d0. Tunnus A2 kuvaa tuotteen paloon osallistumista. Alaindeksillä L kuvataan putkimaisia lämmöneristeitä (9, s. 14). A2-luokan rakennustarvikkeiden osallistuminen paloon on erittäin rajoitettu. Tunnus s1 tarkoittaa savuntuottoa ja d0 palavien pisaroiden esiintymistä. Tunnuksen s1 rakennustarvikkeilla savuntuotto on erittäin vähäistä. Tunnuksen d0 rakennustarvikkeilla ei esiinny palavia pisaroita. (10, s. 5.) Mineraalivillan hyvien palo-ominaisuuksien ansiosta sitä voidaan poikkeuksetta käyttää myös uloskäytävien ja palosulkujen kohdalla (9, s. 14). Mineraalivillaa voidaan käyttää myös jäähdytysputkistojen eristeenä. Mineraalivillan käyttö kylmien putkien eristeenä vaatii höyrynsulun. (3, s. 13.) Höyrynsulku estää kosteuden tiivistymisen putken pintaan. Höyrynsulkuna voidaan käyttää esimerkiksi alumiinilaminaatista valmistettua asennusteippiä. Paroc ja Isover valmistavat putkieristyskouruja, joissa on valmiiksi höyrynsulkuna toimiva alumiinilaminaattipäällyste (kuva 1). Alumiinilaminoitu eriste, jonka saumat on teipattu, muodostaa höyrynsulun (11, s. 12). Kuva 1. Alumiinilaminaattipäällysteinen kivivillakouru (12). 3.4.2 Solukumi Solukumi on hyvä kondenssieriste, ja sen käyttö on yleistä jäähdytysputkistoilla. Solukumin palo-ominaisuudet ovat huonommat kuin mineraalivillalla. Yleensä solukumin käyttöä ei ole hyväksytty uloskäytävien eikä palosulkujen kohdilla. Ympäristöministeriön asetuksessa rakennusten paloturvallisuudesta mukaan P3-paloluokan rakennuksilla sisäpuolisten pintojen luokkavaatimus uloskäytävien ja palosulkujen kohdalla on B-s1, d0. P1- ja P2-paloluokan rakennusten uloskäytävien ja palosulkujen kohdalla sisäpuolisten

8 pintojen luokkavaatimus on A2-s1, d0. Luokkavaatimus sisältää kuitenkin lisähuomion, jonka mukaan vähäisten rakennusosien pintojen luokkavaatimus on B-s1, d0. Asetuksessa mainitaan myös, että vaatimuksia sovelletaan putkille tai niiden eristeiden pintoihin, ellei niiden määrä ole vähäinen. (9, s. 14.) Armacel valmistaa Armalex Ultima -solukumieristettä, jolla on B L-s1, d0:n mukainen hyväksyntä (13). Tässä alaindeksi L kuvaa putkimaista eristettä. Asetus on tulkinnanvarainen, ainakin P3-paloluokan rakennuksissa voidaan käyttää Armaflex Ultimaa myös uloskäytävien ja palosulkujen kohdalla. 4 Lämmitysputkien eristyspaksuuksien laskenta Standardissa SFS 3977 on esitetty ohjeet putkien eristyspaksuuksien mitoittamiselle. Eristyksen tarkoituksena lämmitysputkilla on lämpöhäviöiden minimoiminen. Tavoitteena on saavuttaa taloudellinen eristyspaksuus. Eristyspaksuuden kasvattaminen vähentää lämpöhäviöitä, mutta asennus- ja materiaalikustannukset nousevat. Eristyspaksuus tulisi määrittää niin, että kokonaiskustannukset olisivat mahdollisimman alhaiset. Kokonaiskustannuksilla tarkoitetaan asennus- ja materiaalikustannuksia sekä käytön aikana syntyviä kustannuksia. Kokonaiskustannusten minimi on siis taloudellisesti optimaalinen eristyspaksuus. Eristyspaksuuteen vaikuttavat käytön aikana syntyvät kustannukset muodostuvat käytännössä putken lämpöhäviöistä. 4.1 Eristetyn putken lämpöhäviön laskenta Putken lämpöhäviö pituusyksikköä kohden lasketaan yhtälöllä 1 (14, s. 5). Фp = π (t i t o ) 1 2 λ lnd e 1 + d i αe de (1) Ф p on eristetyn putken lämpöhäviö, W/m t i on eristettävän putken sisällön lämpötila, C t o on eristyksen ympäristön lämpötila, C λ on eristyksen lämmönjohtavuus, W/m K d e d i on eristyksen ulkohalkaisija, m on eristyksen sisähalkaisija, m

9 α e on ulkopinnan lämmönsiirtymiskerroin, W/m 2 K Yhtälössä 1 esiintyvä ulkopinnan lämmönsiirtymiskerroin koostuu säteilyn ja konvektion yhteenlasketusta lämmönsiirtymiskertoimesta. Säteilyn lämmönsiirtymiskerroin lasketaan yhtälöllä 2 (14, s. 5). α r = ε σ Te 4 T o 4 T e T o (2) ε on pinnan emissiivisyys, - σ on Stefan-Boltzmannin vakio, [5,67*10-8 W/m 2 K 4 ] T e T o on eristyksen ulkopinnan lämpötila, K on eristyksen ympäristön lämpötila, K Konvektion lämmönsiirtymiskerroin lasketaan yhtälöllä 3 (14, s. 5). α k = 1,32 ( T e T o d e ) 0,25 (3) Silloin kun ilma on selvästi havaittavassa liikkeessä pinnan läheisyydessä, lasketaan konvektion lämmönsiirtymiskerroin yhtälöllä 4 (14, s. 6). α k = 4,13 v 0,8 d e 0,2 (4) v on ilman nopeus, m/s Ulkopinnan lämmönsiirtymiskerroin lasketaan yhtälöllä 5 (14, s. 5). α e = α r + α k (5) Eristeen lämmönjohtavuus määritetään sen keskilämpötilan mukaan. Yleisesti käytettyjen eristeiden lämmönjohtavuudet on esitetty standardissa SFS 3976. (14, s. 6.) Eristevalmistajat ilmoittavat myös www-sivuillaan tuotteidensa lämmönjohtavuusarvoja. Eristeen keskilämpötila voidaan määrittää riittävällä tarkkuudella yhtälöllä 6 (14, s. 6).

10 T ar = (T i+t e ) 2 (6) T ar T i T e on eristeen keskilämpötila, K on eristettävän putken sisällön lämpötila, K on eristyksen ulkopinnan lämpötila, K Erityksen ulkopinnanlämpötilaa ei laskennan alkuvaiheessa tiedetä, joten laskenta suoritetaan iteroimalla. Laskennan alussa ulkopinnan lämpötila arvataan ja arvatun pintalämpötilan avulla saadaan laskettua putken lämpöhäviö metriä kohden. Tämän jälkeen lasketaan eristyksen pintalämpötila. Mikäli laskettu pintalämpötila poikkeaa arvioidusta pintalämpötilasta, suoritetaan laskenta uudelleen käyttäen laskennassa saatua pintalämpötilaa. Laskenta toistetaan niin moneen kertaan, että saavutetaan haluttu tarkkuus. (14, s. 6.) Excel-ohjelmistolla iterointi voidaan suorittaa niin tarkasti, että eroa arvatun ja lasketun pintalämpötilan välillä ei käytännössä synny. Putkieristyksen pintalämpötila lasketaan yhtälöllä 7 (14, s. 6). T e = T o + Фp π α e d e (7) 4.2 Eristyspaksuuden vaikutus lämpöhäviöihin Eristyspaksuuden kasvattamisen vaikutus lämpöhäviöihin on esitetty kuvassa 2. Kuvasta huomataan, että saavutettu lisähyöty pienene, mitä suuremmaksi eristyspaksuutta kasvatetaan. Eristyspaksuutta ei siis kannata kasvattaa tarpeettoman suureksi. Kasvattaessa 50 mm:n eristyspaksuus 60 mm:iin saavutettu lämpöhäviösäästö on vain 0,4 W/m. Kasvattaessa 20 mm:n eriste 30 mm:iin lämpöhäviösäästö on selkeästi suurempi 1,3 W/m. Laskenta on suoritettu teräksiselle DN32-putkelle 21 C:n sisälämpötilassa. Putken sisällön lämpötila on 45 C, laskenta on suoritettu standardin SFS 3977 ohjeiden mukaan.

Lämpöhäviö W/m 11 Eristetyn putken lämpöhäviöt 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 20 30 40 50 60 70 80 Eristyspaksuus mm Kuva 2. Eristyspaksuuden kasvattamisen vaikutus lämpöhäviöihin (DN32 teräsputki, tvesi = 45 C, tilma = 21 C) 4.3 Eristyspaksuus 4.3.1 Eristyspaksuuden määrittäminen Putkien eristyssarjan paksuus määräytyy putken ulkohalkaisijan mukaan. Isommilla putkilla käytetään suurempia eristyspaksuuksia kuin pienillä putkilla. Paroc on kansainvälinen yritys, joka valmistaa eristeitä. Parocilta löytyy laajasti erilaisia mineraalivillasta valmistettuja putkieristeitä. Parocin eristesarjojen paksuudet ja asennusvälit putken ulkohalkaisijan mukaan on esitetty taulukossa 5 ja kuvassa 3.

12 Taulukko 5. Parocin eristesarjat ja asennusvälit (15, s. 6). Kuva 3. Eristettyjen putkien asennusvälit (15, s. 6)

13 4.3.2 Putkien tilantarve Yksi saavutettava hyöty eristyspaksuuksien pienentämisellä on se, että putkien tilantarve pienenee. Yhtä eristesarjaa pienemmällä paksuudella eristettyputki vie sen koosta riippuen 20 40 mm vähemmän tilaa. Lisäksi suuremmalla eristyssarjalla putkien väliin tulee jättää enemmän tilaa. Materiaalierittelyn mukaan lämmitysputkilla, joiden maksimi käyttölämpötila on 80 C, käytetään sarjan 23 eristyspaksuuksia. Tässä työssä tutkitaan, voitaisiinko eristyspaksuutta pienentää. DN50-kokoisella putkella kahden eristettävän putken väli taulukon 5 mukaan sarjalla 23 on 150 mm ja sarjalla 22 130 mm. Eristettävän putken ja kiinteän rakenteen väliin sarjalla 23 tulee jättää 90 mm ja sarjalla 22 80 mm. Lisäksi eristyspaksuus DN50-putkella eristyssarjalla Ac 22 on 10 mm pienempi kuin sarjalla Ac 23, eli tällöin 10 mm lisää tilaa saadaan putken molemmalle puolelle. DN50- kokoinen putki vie siis poikittaissuunnassa yhteensä 50 mm vähemmän tilaa eristyssarjalla 22 kuin sarjalla 23, jos se asennetaan kiinteän rakenteen viereen. Monesti rakennuksissa on ahtaita paikkoja, joissa menee paljon tekniikkaa eikä tilaa kaikelle tekniikalle löydy tarpeeksi. Eristyspaksuutta pienentämällä saadaan lisää tilaa, joka ahtaissa paikoissa saattaa auttaa putkien sijoitus ongelmiin. DN50-kokoiselle putkelle lämpöhäviöt muodostuvat 10 metrin matkalla 6 wattia suuremmaksi eristesarjalla Ac 23 kuin sarjalla Ac 22. Laskennassa ympäristön lämpötila on 21 C ja veden lämpötila 45 C. Pienillä matkoilla lämpöhäviöt eivät nouse juurikaan eristyspaksuutta pienentäessä. K1/2013 sallii olemassa oleville rakennuksille mitoituslämpötiloiksi 70/40 C (1, s. 57). Veden lämpötilalla 70 C lämpöhäviöt olisivat samalla putkelle 13 wattia suuremmat sarjalla Ac 22. 4.4 Ympäristön lämpötila Ympäristön lämpötila vaikuttaa putkien lämpöhäviöihin. Putket kulkevat rakennuksissa erilaisissa tiloissa, joissa vaikuttavat erilaiset lämpötilat. Mitä lähempänä ympäristön lämpötila on putken sisällön lämpötilaa, sitä pienemmäksi muodostuvat putken lämpöhäviöt.

14 Taulukossa 6 on esitetty, miten lämpöhäviöt muuttuvat DN50-kokoisella putkella 50 metrin matkalla ympäristön lämpötilan muuttuessa 15 asteesta 30 asteeseen veden lämpötilan ollessa 45 C. Eristeen lämmönjohtavuus on tässä laskelmassa 0,037 W/mk ja pinnan emissiivisyys 0,1. Putkikoolla DN 50 eristyspaksuus sarjalla 23 on 50 mm ja sarjalla 22 40 mm. Ympäristön lämpötilan ollessa 15 C 50 mm:n eristyspaksuudella säästyttäisiin 39 watin lämpöhäviöiltä. Ympäristön lämpötilan ollessa 30 astetta lämpöhäviöiden erotus on enää 19 wattia. Taulukko 6. Ympäristön lämpötilan vaikutus lämpöhäviöihin Eristyspaksuus 40 mm Eristyspaksuus 50 mm Lämpöhäviöiden erotus Ympäristön lämpötila Lämpöhäviöt Lämpöhäviöt C W W W 15 353 314 39 16 341 303 38 17 329 292 37 18 317 282 35 19 305 271 34 20 293 260 32 21 281 250 31 22 269 239 30 23 257 229 28 24 245 218 27 25 233 208 26 26 221 197 24 27 209 186 23 28 198 176 22 29 186 165 20 30 174 155 19

15 5 Lämmitysverkoston lämpöhäviöiden laskenta LVI-materiaalierittelyssä lämmityksen maksimi käyttölämpötila on 80 C. K1/2013-määräyksen mukaan menoveden korkein lämpötila on 45 C. Putken lämpöhäviöihin vaikuttaa olennaisesti putken sisällön eli tässä tapauksessa veden ja sitä ympäröivän ilman lämpötilojen erotus. Mitä suurempi näiden välinen lämpötilaero on, sitä suuremmaksi kasvaa myös putken lämpöhäviö. Tämän vuoksi on syytä tarkastella, kuinka paljon lämpöhäviöt muuttuvat, kun vertaillaan K1/2003:n mitoituslämpötiloilla laskettuja lämpöhäviöitä K1/2013:n mitoituslämpötiloilla laskettuihin lämpöhäviöihin. Laskentaosiossa lasketaan lämmitysputkien lämpöhäviöt patteriverkoston periaatteelliseen putkikaavioon LVI-materiaalierittelyn mukaisilla eristyspaksuuksilla K1/2003:n mitoituslämpötiloilla. Lämpöhäviöitä verrataan yhtä eristesarjaa pienemmillä eristyspaksuuksilla laskettuihin lämpöhäviöihin K1/2013:n mukaisilla lämpötiloilla. Laskentaan otetaan mukaan myös K1/2013:n sallimat poikkeustapauksen lämpötilat, 60/30 C. Laskenta on suoritettu luvussa 4.1 esitettyjen yhtälöiden ja periaatteiden mukaisesti. 5.1 Veden jäähtymisen laskenta Aluksi tarkastellaan, kuinka paljon vesi jäähtyy putkistossa putkiverkoston kaukaisimpaan pisteeseen asti. Veden jäähtyminen putkiosuutta kohti lasketaan yhtälöllä 8. t sl = t o + (t sa t o )e U Ċ l (8) t l on veden loppulämpötila, C t o on ympäristön lämpötila, C t sa on veden alkulämpötila, C U on putken U-arvo, W/Km Ċ on lämpökapasiteettivirta, W/K l on putken pituus, m Eristetyn putken U-arvo saadaan laskettua yhtälöllä 9. Tässä yhtälössä ei oteta huomioon sisäpuolista lämmönsiirtymiskerrointa eikä putken lämmönvastusta, koska niiden

16 vaikutus lämmönläpäisykertoimeen on niin pieni ja käytännössä merkityksetön kokonaislämmönvastusta laskettaessa (4, s. 211). U = 1 1 2 π λ lnd e 1 + d i αe π de (9) Lämpökapasiteettivirta lasketaan tilavuusvirran avulla yhtälöllä 10. C = q V c p ρ (10) q V on tilavuusvirta, dm 3 /s c p on veden ominaisuuslämpökapasiteetti, J/kgK ρ on veden tiheys, kg/dm 3 Taulukkoon 7 on laskettu veden jäähtyminen putkikaavion kaukaisimpaan pisteeseen asti veden lämpötilan putkiston alussa ollessa 60 C eristesarjalla Ac 22. Eristyspaksuus on määritelty taulukon 5 mukaisesti. Putkiosuuksien virtaamat, putkikoot ja putkiosuuksien pituudet näkyvät taulukossa 7. Laskennan lähtöarvot ovat: t sa = 60 C t 0 = 18 C λ e = 0,037 W/mK ε = 0,1 c p = 4180 J/kgK ρ = 1 kg/dm 3

17 Taulukko 7. Veden jäähtyminen putkessa Putkiosuus Koko Pituus Virtaama t sa t l DN m l/s C C 1 50 30 0,861 60,00 59,92 2 40 10 0,574 59,92 59,87 3 32 10 0,287 59,87 59,80 6 32 15 0,287 59,80 59,68 9 32 20 0,239 59,68 59,50 12 25 15 0,191 59,50 59,35 15 25 20 0,144 59,35 59,08 18 20 20 0,096 59,08 58,73 21 15 20 0,048 58,73 58,13 Taulukosta 7 havaitaan, että vesi jäähtyy putkistossa noin 2 C kaukaisimpaan pisteeseen mentäessä. Taulukosta huomataan myös, että mitä pienempi on putkiosuuden virtaama, sitä enemmän vesi jäähtyy. Veden jäähtymisen ollessa näin vähäistä ei sitä oteta huomioon lämpöhäviöitä laskettaessa seuraavassa luvussa. 5.2 Lämpöhäviöt Lämpöhäviöt putkiosuutta kohti on laskettu taulukkoihin 9, 10 ja 11. Taulukkoon 9 on laskettu menopuolen lämpöhäviöt eristesarjalla Ac 23 mitoituslämpötiloilla 70/40 C ja eristesarjalla Ac 22 mitoituslämpötiloilla 45/30 C. Taulukossa 10 on menopuolen lämpöhäviöt mitoituslämpötiloilla 60/30 C eristyssarjalla Ac 22. Taulukossa 11 on paluupuolen lämpöhäviöt. Lämpöhäviön muutos -sarakkeessa vertaillaan, kuinka paljon pienemmät lämpöhäviöt ovat K1/2013:n mitoituslämpötiloilla suhteessa K1/2003:n mitoituslämpötilojen lämpöhäviöihin. Eristyspaksuus on määritelty putken ulkohalkaisijan perusteella taulukon 5 mukaisesti. Laskennan lähtöarvot ovat taulukossa 8.

18 Taulukko 8. Lämpöhäviölaskelmien lähtöarvot (λe = 0,037 W/mK, ε= 0,1 ja t0 = 18 C) Putki t ( C) Eristesarja Peruste Tulostaulukko meno 70 C Ac 23 K1/2003 Taulukko 9 meno 45 C Ac 22 K1/2013 Taulukko 9 meno 70 C Ac 23 K1/2003 Taulukko 10 meno 60 C Ac 22 K1/2013 Taulukko 10 paluu 40 C Ac 23 K1/2003 Taulukko 11 paluu 30 C Ac 22 K1/2013 Taulukko 11

19 Taulukko 9. Lämpöhäviöt, menopuoli 70/40 ja 45/30 K1/2003 70/40 Ac 23 K1/2013 45/30 Ac 22 Putkiosuus Koko Pituus Lämpöhäviöt Lämpöhäviöt Lämpöhäviön muutos nro DN m W W % 1 50 30 330 190 42 2 40 10 108 64 41 3 32 10 100 59 41 4 32 15 150 89 41 5 32 15 150 89 41 6 32 15 150 89 41 7 32 20 200 118 41 8 32 20 200 118 41 9 32 20 200 118 41 10 25 15 132 77 41 11 25 15 132 77 41 12 25 15 132 77 41 13 25 20 176 103 41 14 25 20 176 103 41 15 25 20 176 103 41 16 20 20 156 91 42 17 20 20 156 91 42 18 20 20 156 91 42 19 15 20 139 80 42 20 15 20 139 80 42 21 15 20 139 80 42 Yhteensä 3401 1987 42

20 Taulukko 10. Lämpöhäviöt, menopuoli 70/40 ja 60/30 K1/2003 70/40 Ac 23 K1/2013 60/30 Ac 22 Putkiosuus Koko Pituus Lämpöhäviöt Lämpöhäviöt Lämpöhäviön muutos nro DN m W W % 1 50 30 330 299 9 2 40 10 108 101 7 3 32 10 100 93 7 4 32 15 150 140 7 5 32 15 150 140 7 6 32 15 150 140 7 7 32 20 200 186 7 8 32 20 200 186 7 9 32 20 200 186 7 10 25 15 132 122 8 11 25 15 132 122 8 12 25 15 132 122 8 13 25 20 176 162 8 14 25 20 176 162 8 15 25 20 176 162 8 16 20 20 156 143 9 17 20 20 156 143 9 18 20 20 156 143 9 19 15 20 139 126 9 20 15 20 139 126 9 21 15 20 139 126 9 Yhteensä 3401 3130 8

21 Taulukko 11. Lämpöhäviöt, paluupuoli K1/2003 70/40 Ac 23 K1/2013 45/30 Ac 22 Putkiosuus Koko Pituus Lämpöhäviöt Lämpöhäviöt Lämpöhäviön muutos nro DN m W W % 1 50 30 137 83 40 2 40 10 45 28 38 3 32 10 42 26 38 4 32 15 62 38 38 5 32 15 62 38 38 6 32 15 62 38 38 7 32 20 83 51 38 8 32 20 83 51 38 9 32 20 83 51 38 10 25 15 55 33 39 11 25 15 55 33 39 12 25 15 55 33 39 13 25 20 73 45 39 14 25 20 73 45 39 15 25 20 73 45 39 16 20 20 65 39 39 17 20 20 65 39 39 18 20 20 65 39 39 19 15 20 58 35 40 20 15 20 58 35 40 21 15 20 58 35 40 Yhteensä 1411 861 39

22 Paluupuolen lämpötilat ovat molemmilla K1/2013:n sallimilla lämpötiloilla samat, joten näiden lämpötilojen lämpöhäviöitä ei esitetä erikseen. Taulukkoon 12 on laskettu putkikaavion meno- ja paluupuolen lämpöhäviöt yhteen mitoituslämpötiloilla 70/40 C ja 45/30 C. Taulukko 12. Lämpöhäviöt yhteensä 70/40 ja 45/30 K1/2003 70/40 Ac 23 Lämpöhäviöt (W) K1/2013 45/30 Ac 22 Lämpöhäviöt (W) Lämpöhäviön muutos (%) 4812 2848 41 Taulukosta 12 nähdään, että yhtä sarjaa pienemmillä eristyspaksuuksilla mitoituslämpötiloilla 45/30 C lämpöhäviöt ovat jopa 41 % pienemmät verrattaessa vanhojen mitoituslämpötilojen lämpöhäviöihin. Nykyaikaisia mitoituslämpötiloja käytettäessä lämpöhäviöt pysyvät alhaisena, vaikka eristyspaksuudet pienennetään yhtä sarjaa alemmaksi. Taulukossa 13 on laskettu meno- ja paluupuupuolen lämpöhäviöt mitoituslämpötiloilla 60/30 C, niitä verrataan 70/40 C mitoituslämpötilojen lämpöhäviöihin. 60/30 C:n mitoituslämpötiloilla lasketut lämpöhäviöt pysyvät myös pienempinä, vaikka eristyspaksuutta pienennetään. Näillä lämpötiloilla lasketut lämpöhäviöt ovat 17 % pienemmät verrattuna 70/40 C:n mitoituslämpötilojen lämpöhäviöihin. Taulukko 13. Lämpöhäviöt yhteensä 70/40 ja 60/30 K1/2003 70/40 Ac 23 Lämpöhäviöt (W) K1/2013 60/30 Ac 22 Lämpöhäviöt (W) Lämpöhäviön muutos (%) 4812 3991 17

23 5.3 Eristetyn putken lämpöhäviöt eri putkidimensioilla Taulukko 14. Lämpöhäviöt putkidimensioilla DN15 DN300 K1/2003 70 C K1/2013 45 C Ac 23 Ac 22 Lämpöhäviöt Lämpöhäviöt Lämpöhäviöiden suhde eri mitoituslämpötiloilla putkikokojen vaihtuessa pysyy lähes samana. Taulukossa 14 on esitetty putken lämpöhäviöt 10 metriä kohden putkidimensioilla DN15 DN300. Laskennan lähtöarvot ovat samat kuin luvussa 5.2. Veden lämpötilana on käytetty K1/2013:n ja K1/2003:n mukaisia toisiopuolen menoveden lämpötiloja. Lämpöhäviön muutos -sarakkeessa vertaillaan, kuinka paljon pienemmät lämpöhäviöt ovat K1/2013:n mitoituslämpötiloilla suhteessa K1/2003:n mitoituslämpötilojen lämpöhäviöihin. K1/2013 60 C Ac 22 Lämpöhäviön Lämpöhäviön muutos Lämpöhäviöt muutos DN W W % W % 15 70 40 42 63 9 20 78 45 42 71 9 25 88 51 41 81 8 32 100 59 41 93 7 40 108 64 41 101 7 50 110 63 42 100 9 65 127 74 42 116 9 80 141 82 42 129 8 100 150 86 43 135 10 125 172 99 43 156 10 150 197 114 42 179 9 200 198 123 38 194 2 250 234 146 37 230 1 300 268 168 37 265 1

24 Eristyspaksuutta määrittäessä tulee huomioida, että taulukon 5 mukaan DN200 ja sitä suuremmilla putkidimensioilla eristyspaksuus pienenee 20 mm siirryttäessä sarjasta 23 sarjaan 22. Näitä pienemmillä putkidimensioilla eristyspaksuus pienenee vain 10 mm. Esimerkiksi DN200-kokoisella putkella eristyspaksuus sarjalla Ac 23 on 80 mm ja sarjalla Ac 22 60 mm. DN150-kokoisella putkella eristyspaksuus sarjalla Ac 23 on 60 mm ja sarjalla Ac 22 50 mm. Tästä johtuen DN200 DN300:n kokoisilla putkilla lämpöhäviöiden muutos pienenee verrattaessa K1/2003:n mitoituslämpötilojen lämpöhäviöihin. Menoveden lämpötilalla 60 C putkidimensioilla DN200 DN300 lämpöhäviöt ovat pienemmällä eristyspaksuudella lähes yhtä suuret kuin lämpötilalla 70 C. Putkikoolla DN50 lämpöhäviöt ovat K1/2013:n mitoituslämpötiloilla jopa pienemmät kuin putkikoolla DN40. Tämä johtuu siitä, että DN40:n putkikoolla eristyspaksuus on 10 mm pienempi kuin putkikoolla DN50. 6 Kustannuslaskenta 6.1 Lämpöhäviöiden kustannukset Vuoden aikana syntyviä kustannuksia laskettaessa arvioidaan rakennuksen lämmitysenergian tarve kuukausittain. Kesäaikana lämmitysenergiaa kuluu vähemmän kuin kylmempinä kuukausina. Rakennuksen lämmitysenergian kulutukseen vaikuttaa sisä- ja ulkolämpötilojen erotus. Kylminä kuukausina veden lämpötila on korkeampi, jolloin putken lämpöhäviöt muodostuvat suuremmiksi. Tässä työssä lasketaan meno- ja paluuveden lämpötila kuukauden keskimääräisellä ulkolämpötilalla. Kuukausittain laskettujen meno- ja paluuveden lämpötilojen perusteella lasketaan putkikaaviolle kuukausittaiset lämpöhäviöt. Menoveden keskimääräinen lämpötila kuukausittain lasketaan osakuormituksen funktiona yhtälöllä 11. (16, s. 49.) θs(β dis ) = (θs, des θi) β dis 1/n + θ i (11)

25 θ s on verkoston menolämpötila, C θ s, des on verkoston mitoitusmenolämpötila, C θ i on mitoitushuonelämpötila, C β dis on verkoston osakuormitus, - n on lämmönluovutustavasta riippuva eksponentti, radiaattoreille 1,33 (16, s. 50). Verkoston osakuormitus lasketaan yhtälöllä 12. β dis = Q H,dis,out Φ em t op (12) Q h,dis,out Φ em t op on lämmönjaon luovuttama lämpöenergia laskentajaksolla, kwh on mitoituslämpöteho, kw on laskentajakson lämmitystunnit, h Lämmönjaon luovuttama lämpöenergia laskentajaksolla lasketaan yhtälöllä 13. Q H,dis,out = Φ em θi θem (θi θa) t op (13) θ em on mitoitustilanteen ulkolämpötila, C θ a on keskimääräinen ulkolämpötila tarkastelujaksolla, C Paluuveden keskimääräinen lämpötila osakuormituksen funktiona lasketaan yhtälöllä 14 (16, s. 49). θr(β dis ) = (θr, des θi) β dis 1/n + θ i (14) θ r on verkoston paluulämpötila, C θ r, des on verkoston mitoituspaluulämpötila, C Taulukkoon 15 on laskettu kuukausittaiset meno- ja paluuveden lämpötilat lämmityskaudelle mitoituslämpötiloilla 45/30 C ja mitoituslämpötiloilla 60/30 C. Laskenta on suoritettu tässä luvussa esitettyjen yhtälöiden mukaisesti. Ulkolämpötiloina käytetään

26 Ilmatieteen laitoksen ilmoittamia keskimääräisiä ulkolämpötiloja Helsinki-Vantaan lentoasemalta vuosina 1981 2010 (17). Laskennan lähtöarvot ovat θ i = 21 C Φ em = 54 kw θ em = 26, C n = 1,33 Taulukko 15. Kuukausittaiset veden lämpötilat Laskentakuukausi Ulkolämpötila Tunnit kuukaudessa Menoveden lämpötila (45) Menoveden lämpötila (60) Paluuveden lämpötila C h C C C Tammikuu 5 744 36,4 46,0 26,8 Helmikuu 5,7 672 36,7 46,5 26,9 Maaliskuu 1,9 744 35,0 43,7 26,2 Huhtikuu 4,1 720 32,1 39,1 25,2 Syyskuu 10,7 720 28,7 33,5 23,9 Lokakuu 5,6 744 31,4 37,9 24,9 Marraskuu 0,4 720 33,9 42,0 25,8 Joulukuu 3,2 744 35,6 44,7 26,5 Taulukon 15 mukaisilla veden lämpötiloilla lasketaan putkikaavion kuukausittaiset lämpöhäviöt meno- ja paluupuolelle. Kuukausittaiset meno- ja paluupuolen lämpöhäviöt lasketaan yhteen ja näin saadaan putkikaavion kokonaislämpöhäviöt kuukausitasolla. Lämpöhäviöenergia saadaan kertomalla kokonaislämpöhäviö kuukauden tunneilla. Taulukossa 16 on esitetty putkikaavion kuukausittaiset lämpöhäviöenergiat lämmityskaudelle taulukon 15 mukaisilla veden lämpötiloilla eristesarjalla Ac 23. Taulukossa 17 on vastaavat lämpöhäviöenergiat eristesarjalla Ac 22. Taulukoissa on myös esitetty vuodessa lämpöhäviöistä syntyvät kustannukset. Energia-alan yritys Helen Oy ilmoittaa vuodelle 2017 kaukolämmön energiamaksun keskihinnaksi 5,43 snt/kwh, joka vastaa

27 arvoa 0,0543 /kwh (18). Tätä hintaa on käytetty vuodessa syntyviä kustannuksia laskettaessa. Laskennan lähtöarvot ovat t 0 = 21 C λ e = 0,037 W/mK ε = 0,1 Taulukko 16. Lämpöhäviöenergia eristesarjalla Ac 23 Ulkolämpötila Laskenta kuukausi Lämpöhäviöenergia 45/30 Lämpöhäviöenergia 60/30 C kwh kwh Tammikuu 5 994 1463 Helmikuu 5,7 917 1349 Maaliskuu 1,9 902 1327 Huhtikuu 4,1 690 1016 Syyskuu 10,7 471 694 Lokakuu 5,6 664 978 Marraskuu 0,4 804 1184 Joulukuu 3,2 941 1385 Yhteensä 6383 9395 Hinta vuodessa 347 510

28 Taulukko 17. Lämpöhäviöenergia eristesarjalla Ac 22 Ulkolämpötila Laskentakuukausi Lämpöhäviöenergia 45/30 Lämpöhäviöenergia 60/30 C kwh kwh Tammikuu 5 1129 1666 Helmikuu 5,7 1041 1536 Maaliskuu 1,9 1023 1510 Huhtikuu 4,1 782 1155 Syyskuu 10,7 532 786 Lokakuu 5,6 752 1110 Marraskuu 0,4 912 1346 Joulukuu 3,2 1068 1576 Yhteensä 7237 10688 Hinta vuodessa 393 580 6.2 Eristeiden työ- ja materiaalikustannukset Eristekokoja pienentämällä säästetään työ- ja materiaalikustannuksissa. Paksummat eristekourut maksavat enemmän ja niiden asentaminen on kalliimpaa. Taulukkoon 18 on laskettu yhteensä työ- ja materiaalikustannukset patteriverkoston putkikaavioon eristyssarjoilla Ac 23 ja taulukkoon 19 eristyssarjalla Ac 22. Hinnat on laskettu ilman arvonlisäveroa. Mutkaosien hintoja ei ole otettu näissä huomioon. Materiaalikustannukset perustuvat tukkuhintoihin. Työkustannukset perustuvat talotekniikka-alan työehtosopimuksen mukaisiin työmenekkeihin (19, s. 129). Työkustannusten hinnoittelun perusteena on käytetty tuntihintaa 50 /h. Yhteensä eristyskustannukset sarjalla Ac 23 ovat 1 824 euroa suuremmat.

29 Taulukko 18. Työ- ja materiaalikustannukset sarjalla Ac 23 Ac23 pituus m Työ- ja materiaalikustannukset Dn50 60 780 Dn40 20 158 Dn32 230 2114 Dn25 210 1825 DN20 120 977 DN15 120 959 Yhteensä 760 6812 Taulukko 19. Työ- ja materiaalikustannukset sarjalla Ac 22 Ac22 pituus m Työ- ja materiaalikustannukset Dn50 60 669 Dn40 20 139 Dn32 230 1516 Dn25 210 1315 DN20 120 683 DN15 120 667 Yhteensä 760 4988 6.3 Takaisinmaksuaika K1/2013:n mitoituslämpötiloilla lämpöhäviöt pysyvät pienempinä verrattaessa suurempiin eristyspaksuuksiin K1/2003:n mitoituslämpötiloilla. Toisaalta suuremmat eristyspaksuudet säästävät kuitenkin energiaa. Vertailtaessa eristyssarjojen Ac 23 ja Ac 22 lämpöhäviöitä keskenään samoilla mitoituslämpötiloilla saadaan arvioitua takaisinmaksuaikaa. Sarjalla Ac23 energiaa kuluu vähemmän, mutta eristyskustannukset ovat suuremmat. Takaisinmaksuaika on tässä siis se aika, jolloin sarjalla Ac 23 saavutettu energian säästö maksaa kalliimmat eristyskustannuksensa takaisin. Koroton takaisinmaksuaika lasketaan yhtälöllä 15. n = H/T (15) n on koroton takaisinmaksuaika H on hankintahintojen erotus T on vuotuisten kustannusten erotus

30 Ac 22 -sarjalla mitoituslämpötiloilla 45/30 lämpöhäviöiden kustannukset vuodessa olivat 393 euroa (taulukko 17) ja sarjalla Ac 23 kustannukset olivat 347 euroa (taulukko 16), joten kustannukset ovat 46 kalliimmat (393 347 = 46 ). Eristekustannukset ovat sarjalla Ac 23 aikaisemman laskun mukaan 1824 euroa kalliimmat. Tästä saadaan laskettua takaisinmaksuaika yhtälöllä 15, jos mahdollista energian hinnan nousua ei oteta huomioon. n = 6812 4988 393 347 = 40v Mitoituslämpötiloilla 60/30 sarjalla Ac 22 vuosittainen hinta on aikaisemman laskun mukaan 580 euroa (taulukko 17). Sarjalla Ac 23 hinta oli 510 euroa (taulukko 16). Takaisinmaksuajaksi saadaan 26 vuotta. n = 6812 4988 580 510 = 26v 6.4 Elinkaarilaskenta Korottomalla takaisinmaksuajalla voi helposti arvioida investoinnin kannattavuutta. Se ei kuitenkaan ota huomioon energian hinnan nousua eikä rahan arvon heikkenemistä. Elinkarikustannus mittaa kokonaiskustannuksia rakennuksen koko elinkaaren ajan. Elinkaarikustannuslaskelmien avulla voidaan vertailla eri toteutusvaihtoehtojen kannattavuutta. (20.) Laskelmissa otetaan huomioon energian hinnan nousu ja rahan arvo tulevaisuudessa. Elinkaarilaskelmissa käytetään nykyarvomenetelmää, jossa tulevien vuosien menot diskontataan nykyhetkeen tietyllä diskonttauskorkokannalla. Diskonttauksella tarkoitetaan tulevaisuudessa tapahtuvien maksujen nykyarvon laskemista (21). Diskonttaamalla voidaan arvioida, kuinka paljon tulevaisuudessa tapahtuvan maksun arvo olisi tänä päivänä. Tässä työssä elinkaarilaskentaa hyödynnetään vertailtaessa putkikaavioon syntyneitä lämpöhäviöitä eri eristyspaksuuksilla. Aikaisemmassa luvussa laskettiin korotonta takaisinmaksuaikaa, joka ei ota energian hinnan nousua huomioon. Seuraavassa tarkastellaan, miten energian hinnan nousu vaikuttaisi takaisinmaksuaikaan.

31 Energian hinnan nousu lasketaan yhtälöllä 16. (1 + p)^n (16) n p on tarkasteluvuosi on energian hinnan nousuprosentti Tulevaisuudessa tapahtuvien vuosittaisten kustannusten nykyarvo lasketaan yhtälöllä 17. K = 1 (1+i) n h (17) K i h on tulevien vuosittaisen kustannusten nykyarvo on korkokanta on tulevan maksun suuruus Energian hinnan nousu lasketaan jokaista tarkasteluvuotta kohti ja sille lasketaan nykyarvo diskonttaamalla yhtälöllä 17. Lopuksi vuosittaiset diskontatut nykyarvot lasketaan yhteen. Kun tähän lisätään vielä hankintahinta, saadaan elinkaarikustannusten nykyarvo. Elinkaarikustannusten nykyarvo lasketaan siis yhtälöllä 18. NA = H + K (18) NA H on elinkaarikustannusten nykyarvo on hankintahinta Tässä työssä tarkastellaan putkikaavion lämpöhäviöistä syntyneitä kustannuksia 25 vuoden aikajaksolla. Green Building Council Finland antaa www-sivuillaan ohjeita elinkaarikustannusten laskentaan. Energian hinnan nousuprosentti vuositasolla on näiden ohjeiden mukaan 4,6 %. Ohjeissa diskonttauskorkokannaksi suositellaan käytettäväksi 3 %. (20.) Näitä arvoja on käytetty myös seuraavissa laskelmissa. Taulukossa 20 on elinkaarikustannukset mitoituslämpötiloilla 45/30 C ja taulukossa 21 mitoituslämpötiloilla 60/30 C.

32 Taulukko 20. Elinkaarikustannukset mitoituslämpötiloilla 45/30 C Vuosi 45/30 C Ac 23 Vuosittainen hinta Nykyarvo Vuosi 45/30 C Ac 22 Vuosittainen hinta Nykyarvo 0 347 347 0 393 393 1 363 352 1 411 399 2 379 357 2 430 405 3 397 363 3 450 412 4 415 369 4 470 418 5 434 374 5 492 424 6 454 380 6 515 431 7 475 386 7 538 438 8 497 392 8 563 445 9 520 398 9 589 451 10 543 404 10 616 458 11 568 411 11 645 466 12 595 417 12 674 473 13 622 424 13 705 480 14 651 430 14 738 488 15 680 437 15 772 495 16 712 444 16 807 503 17 745 450 17 844 511 18 779 457 18 883 519 19 815 465 19 924 527 20 852 472 20 966 535 21 891 479 21 1011 543 22 932 487 22 1057 552 23 975 494 23 1106 560 24 1020 502 24 1156 569 25 1067 510 25 1210 578 Yhteensä 11000 Yhteensä 12472 Eristyskustannukset 6812 Eristyskustannukset 4988 Kustannukset yhteensä 17812 Kustannukset yhteensä 17460 25 vuoden päästä kokonaiskustannukset olisivat vielä sarjalla Ac 23 352 suuremmat. Takaisinmaksuajaksi tällä menetelmällä saadaan 30 vuotta, eli tällöin suuremmalla eris-

33 tyspaksuudella saavutetut säästöt lämpöhäviöissä maksaisivat kalliimmat eristyskustannuksensa takaisin. 30 vuoden päästä kokonaiskustannukset sarjalla Ac 22 olisivat 5 euroa suuremmat. Taulukko 21. Elinkaarikustannukset mitoituslämpötiloilla 60/30 C Vuosi 60/30 C Ac23 Vuosittainen hinta Nykyarvo Vuosi 60/30 C Ac22 Vuosittainen hinta Nykyarvo 0 510 510 0 580 580 1 534 518 1 607 589 2 558 526 2 635 599 3 584 534 3 664 608 4 611 543 4 695 617 5 639 551 5 727 627 6 668 560 6 760 637 7 699 568 7 795 646 8 731 577 8 832 656 9 765 586 9 870 667 10 800 595 10 910 677 11 837 604 11 952 688 12 875 614 12 996 698 13 915 623 13 1041 709 14 957 633 14 1089 720 15 1002 643 15 1139 731 16 1048 653 16 1192 743 17 1096 663 17 1247 754 18 1146 673 18 1304 766 19 1199 684 19 1364 778 20 1254 694 20 1427 790 21 1312 705 21 1492 802 22 1372 716 22 1561 815 23 1435 727 23 1633 827 24 1501 738 24 1708 840 25 1570 750 25 1786 853 Yhteensä 16189 Yhteensä 18417 Eristyskustannukset 6812 Eristyskustannukset 4988 Kustannukset yhteensä 23001 Kustannukset yhteensä 23406

34 Mitoituslämpötiloilla 60/30 C kokonaiskustannukset sarjalla Ac 22 olisivat 25 vuoden päästä 405 suuremmat. Näillä mitoituslämpötiloilla takaisinmaksuajaksi saadaan 21 vuotta, jolloin kokonaiskustannukset sarjalla Ac 22 olisivat 1 euroa suuremmat. Näistä laskelmista huomataan, miten paljon veden lämpötilalla on vaikutusta lämpöhäviöihin. Mitoituslämpötiloilla 60/30 C takaisinmaksuaika olisi 9 vuotta suurempi kuin mitoituslämpötiloilla 45/30 C. 7 Pohdinta Tässä työssä tutkittiin lämmitysputkistojen eristyspaksuuksia. Työn tavoitteena oli selvittää, voidaanko Granlund Oy:n LVI-materiaalierittelyn lämmitysputkien eristyspaksuuksia pienentää. Työssä havaittiin, että eristyspaksuuksien mitoittaminen on työlästä ja että ei ole olemassa yhtä oikeaa käytettävää eristyspaksuutta. Työssä saatiin tietoa siitä, miten lämpöhäviöt muuttuvat pienemmillä eristyspaksuuksilla. Työssä tutkittiin eristyspaksuuksia K1:n mitoituslämpötilojen muutosten pohjalta. Yksi peruste mitoituslämpötilojen muutokselle on ollut parantaa lämmönjaon hyötysuhdetta (22, s. 1). K1/2013:n mukaisilla mitoituslämpötiloilla lämpöhäviöt pysyvät kuitenkin selvästi pienempinä verrattaessa K1/2003:n mitoituslämpötiloilla laskettuihin lämpöhäviöihin, vaikka eristyspaksutta pienennettäisiin. Käytettävät mitoituslämpötilat vaikuttavat siis eristetyn putken lämpöhäviöihin jopa enemmän kuin käytettävä eristyspaksuus. Hyviä puolia eristyspaksuuksia pienentäessä on se, että putkien tilantarve pienenee. Työ- ja materiaalikustannukset ovat alhaisempia pienemmillä eristyspaksuuksilla. Huonona puolena on lämpöhäviöiden kasvaminen. Säästöt lämpöhäviöissä maksavat itsensä aina jossain vaiheessa takaisin. Esimerkkilaskelmien mukaan korkeampi veden lämpötila nostaa takaisinmaksuaikaa usealla vuodella. Rakentamismääräysten puolesta ei ole väärin käyttää lämmitysputkille pienempiä eristyspaksuuksia. Määräyksissä ei ole mainintaa tietystä eristyspaksuudesta tai lämpöhäviömäärästä, joka putkistolla saisi olla. Ohjekortti LVI 50-10345, jonka suosituspaksuuksiin usein eristyspaksuuksia määriteltäessä viitataan, on vuodelta 2002. Siten tämä oh-

35 jekortti on laadittu ennen uutta kaukolämpömääräystä. Ohjekortissa mainitaan, että eristyspaksuudet tulisi mitoittaa tapauskohtaisesti. Tapauskohtainen mitoittaminen on kuitenkin työlästä. LVI-suunnittelu projekteissa on usein kiire eikä eristyspaksuuksia ehditä tarkemmin mitoittaa. Tämän takia eristyspaksuuksia ei yleensä mietitä tarkemmin suunnitelmia laadittaessa..

36 Lähteet 1 Rakennusten kaukolämmitys. 2013. Verkkoaineisto. Energiateollisuus ry. <www.energia.fi/files/502/julkaisuk1_2013_20140509.pdf>. Päivitetty 2014. Luettu 20.1.2018. 2 Rakennusten kaukolämmitys. 2003. Verkkoaineisto. Suomen kaukolämpö ry. <www.raahenenergia.fi/wp-content/uploads/2016/07/klm%c3%a4%c3%a4r%c3%a4ykset-ja-ohjeet.pdf>. 2003. Luettu 20.1.2018. 3 Teollisuuden tekninen eristys ja energiatehokkuus. 2016. Verkkoaineisto. Motiva Oy. <www.motiva.fi/files/12253/teollisuuden_tekninen_eristys_energiatehokkuus.pdf>. Luettu 28.9.2018. 4 Seppänen Olli. 1995. Rakennusten lämmitys. Helsinki: Suomen LVI-yhdistysten liitto ry. 5 LVI-materiaalierittely. Granlund Oy. 6 Talotekniikassa yleisesti käytettävät eristysmateriaalit ja niiden asennus. 2003. LVI 50-10344. Rakennustieto Oy. 7 Taloteknisten eristysten mitoitus ja käyttö. 2002. LVI 50-10345. Rakennustieto Oy. 8 Ympäristöministeriön asetus 1047/2017 rakennusten vesi- ja viemärilaitteistoista. 22.12.2017. Ympäristöministeriö. 9 Ympäristöministeriön asetus 848/2017 rakennusten paloturvallisuudesta. 28.11.2017. Ympäristöministeriö. 10 Rakennusten paloturvallisuus, Määräykset ja ohjeet. 2011. Suomen rakentamismääräyskokoelma, osa E1. Helsinki: ympäristöministeriö. 11 Isover talotekniset eristeet. 2015. Verkkoaineisto. Saint-Gobain Rakennustuotteet Oy. <https://www.isover.fi/sites/isover.fi/files/assets/documents/hvac_netti_2015.pdf>. Luettu 12.11.2018. 12 Paroc Hvac Section Alucoat T. Verkkoaineisto. Paroc Group Oyj. <www.paroc.fi/tuotteet/talotekniikka-ja-prosessiteollisuus-laitevalmistus/kivivillakourut/paroc-hvac-section-alucoat-t>. Luettu 13.7.2018.

37 13 Armaflex Ultima. Verkkoaineisto. Armacell. <http://www.armacell.com/www/armacell/inetarmacell.nsf/standard/94d3c416897cbfc7c1257a67004ced78?opendocument&nav=72104fa3399d4ff4c125781400546696>. Luettu 16.10.2018. 14 SFS 3977. Putki-, säiliö- ja laite-eristykset. Mitoitus. 2008. Helsinki. Suomen Standardisoimisliitto. 15 Paroc Talotekniikan eristykset asennusopas. 2018. Verkkoaineisto. Paroc Group Oyj. <www.paroc.fi/-/media/files/brochures/finland/hvac-installation-guide-parocfi.ashx>. Luettu 31.8.2018. 16 Lämmitysjärjestelmät ja lämmin käyttövesi - laskentaopas. 2012. Helsinki. Ympäristöministeriö. 17 Kuukausitilastot. Syyskuu huhtikuu. Verkkoaineisto. Ilmatieteenlaitos. <https://ilmatieteenlaitos.fi/kuukausitilastot>. Luettu 28.12.2018. 18 Kaukolämmön hinnat. Verkkoaineisto. Helen Oy. <https://www.helen.fi/lampo/kodit/hinnat/>. Luettu 16.7.2018. 19 Talotekniikka-alan LVI-toimialan työehtosopimus 2018 2020. 2018. Helsinki. LVI- Tekniset urakoitsijat LVI-TU ry, Rakennusliitto ry. 20 Elinkaarikustannusten laskentaohjeet. Verkkoaineisto. GBC Suomi ry. <http://figbc.fi/elinkaarimittarit/laskentaohjeet/elinkaarikustannusten-laskenta/>. Luettu 22.11.2018. 21 Diskonttaus ja viivästyskorkojen laskeminen. Verkkoaineisto. Rahoittamo Oy. <https://www.rahoittamo.com/diskonttaus/>. Luettu 19.11.2018. 22 Perusteet lämmitysverkoston mitoituslämpötilojen muutoksille. Verkkoaineisto. Energiateollisuus Ry. <https://energia.fi/files/568/perustelut_lammityksenmitoituslampotilat_20131122.pdf>. Luettu 1.11.2018.