PASSIIVIENERGIATALO Mikä se on ja miten se tehdään? Asuminen ja ilmastonmuutos Ajankohtaisseminaari Suomen Asuntomessut Suomen Asuntotietokeskus 12.2.2008 Helsinkii Mikko Saari, VTT
Energiakriisien jälkeen uskottiin monimutkaiseen tekniikkaan rakennusten energiansäästössä Vuosi 1978 Vuosi 1982 2
Kustannustehokkaalla matalaenergiateknologialla pientalon energiankulutus voidaan puolittaa 250 1980-luvun seurantakohteita Normien 1) mukaisesti rakennetut pientalot 1990-luvun seurantakohteita Kokonaisenergia sisältää tilojen ja käyttöveden lämmityksen ja taloussähkön Tilojen lämmitys sisältää myös polttopuun energian Energiankulutus, kwh/m² vuodessa 200 150 100 50 Kokonaisenergia Tilojen lämmitys Parantunut lämmöneristys ja ilmanpitävyys, kehittyneet ikkunat ja ilmanvaihdon lämmöntalteenotto Kokonaisenergia Tilojen lämmitys Lisäksi lämpöpumppuja aurinkoteknologia 0 PIKO FORSSA MIKKELÄ SÄHKÖ 1 ÖLJY SÄHKÖ 2 MEP MEPI 1 MEPI 2 JEO Tutkimus ESPI 1 ESPI 2 POHI 1 POHI 2 POHI 3 LP-MEPI IEA5
Esimerkkejä rakennusten energiatutkimuksista Suomessa Useita pientalojen energiatutkimuksia asuntomessuilla 1980- ja 1990-luvuilla Energiatutkimusohjelmia TAT, ETRR, LVIS 2000, RAKET Koerakentamista Matalaenergiapientalojen tutkimuksia Matalaenergiaharkkotalo (Laine et al. 2003) http://www.betoni.com/suunnittelu/default.asp?paa=3&ala1=32&ala2=192 ESPI - matalaenergiapientalot (Laine et al. 1998) http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/1998/t1924.pdf Massiivinen matalaenergiapientalo (Kouhia et al. 1997) IEA5 - aurinkotalo (Kouhia et al. 1997) Espoon matalaenergiatalot (Haakana et al. 1995) MEP - matalaenergiapientalo (Nieminen et al. 1994) MEPI - matalaenergiapientalot (Laine et al. 1993) Matalaenergiakerros- ja toimistotalojen tutkimuksia INDUCON-rakennuskonsepti (Sarja et al. 2003) http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2003/t2206.pdf Korkeatasoinen matalaenergiapienkerrostalo (Senewa Oy 2000) Life-cycle-cost optimised wooden multi-storey apartment building (Leppänen et al. 1999) http://www.inf.vtt.fi/pdf/tiedotteet/1999/t1994.pdf Asuinkerrostalojen LVI-vertailututkimus (Laine et al. 1998) Asu paremmin - perusparannus matalaenergiaasuinkerrostaloksi (LVI-Parmair Oy 1998) Asu paremmin - matalaenergia-asuinkerrostalo (LVI-Parmair Oy 1997) METOP - CFC-aineeton matalaenergiatoimistotalo (Laine et al. 1994) FINNHOUSE - taloudelliset asuinrakennuskonseptit (Sarja et al. 1994) EUROPA-HUIS - matalaenergia-asuinkerrostalo (Marttila 1993, Laine 1994) EBES - asuinkerrostalo (Kaitamaa et al. 1993) 4
Matalaenergiatalon suunnittelun ja toteutuksen periaatteet Viihtyisä, terveellinen ja turvallinen sisäilmasto miellyttävät lämpöolot talvella ja kesällä tasalämpöinen ja vedoton hiljainen asunto esimerkiksi makuuhuoneen äänitasotavoite 22 db(a) Energiatavoitteet tilojen lämmitysenergiankulutus on vähintään 50 % pienempi kuin vastaavan normien mukaan rakennetun talon kulutus myös talotekniikan ja muiden sähkölaitteiden energiatehokkuutta parannetaan Rakennus suunnitellaan kokonaisuutena rakenne- ja talotekniikka suunnitellaan yhdessä mahdollisimman yksinkertaisilla ja toimintavarmoilla ratkaisuilla ei osaoptimointia tai härveliteknologiaa
Matalaenergiarakentamisen yksinkertaiset ja kustannustehokkaat keinot rakennuksen ulkovaipan lämpöhäviöiden pienentäminen ainakin puoleen nykyisestä ulkoseinät, katto, lattia, ikkunat ja ovet ilmanvaihdon hallinta ja poistoilman lämmön talteenotto ilmanvaihdon hallinnalla varmistetaan myös terveellinen sisäilma lämmityksen ja ilmanvaihdon tarpeenmukainen käyttö ja ohjaus sisäisten ja ulkoisten lämpökuormien (ilmaisenergioiden) tehokas hyödyntäminen lämmityksessä vedenkulutuksen hallinta ominaiskulutukseltaan vähän sähköä kuluttavat laitteet huolellinen rakentaminen (rakennuksen ulkovaipasta tulee tuulenpitävä ja kylmäsillaton) kaiken tekniikan yksinkertaistaminen, talon osien vähentäminen ja toistuvien ratkaisujen käyttäminen tehdään rakennuksesta tarkoituksenmukainen nyt ja tulevaisuudessa, varaudutaan tulevaisuuteen 6
Tutkimuksilla on selvitetty matalaenergiarakentamisen tärkeimmät vaikutukset energiankulutuksen pienenemisen lisäksi Rakennuskustannukset eivät juurikaan nouse suunnitellaan rakennus kokonaisuutena ja otetaan ratkaisuissa huomioon pienentynyt lämmöntarve Toimintavarmuus paranee laitteet vähenevät, yksinkertaistuvat ja pienenevät huollettavuus ja korjattavuus paranee Sisäilman laatu paranee hyvin lämpöeristetty, tuulenpitävä ja kylmäsillaton ulkovaippa on vedoton hallittu energiataloudellinen ilmanvaihtojärjestelmä takaa viihtyisän ja terveellisen sisäilman kaikissa olosuhteissa Säästää ympäristöä elinkaaren aikaiset päästöt pienenevät raaka-aineiden kulutus vähenee Matalaenergiarakentaminen ei edellytä ihmisiltä käyttötottumusten muuttamista tai mukavuudesta tinkimistä energiankulutuksen pienentämiseksi puoleen
Suomessa rakennuksissa kuluu kolmannes energiasta Rakennusten sähkö 12 % Muu 3 % Rakennusten lämmitys 22 % Teollisuus 50 % Liikenne 13 % 8
Rakennusten energiatehokkuuden parantaminen on tärkeä osa ilmastotalkoita Kioton sopimus vuosien 2008-2012 keskimääräiset kasvihuonekaasupäästöt vuoden 1990 tasolle EU:n energiansäästön toimenpideohjelma 20 % säästötavoite vuonna 2020 Energiapalveludirektiivi 9 % säästötavoite vuonna 2016 (vuosien 2001-2005 tasosta) Uusiutuvien energianlähteiden osuutta lisättävä EU-tasolla 20 %:iin vuonna 2020 Suomessa uusiutuvien osuus tällä hetkellä 25 % Esitetty uusiutuvien osuuden tavoite 38 % 9
Matalaenergiauudisrakentamisella voidaan pienentää koko asuinrakennuskannan energiankulutusta Koko asuinrakennuskannan lämmitysenergiankulutus, TWh vuodessa 50 45 40 35 Nykyinen rakentamistapa jatkuu ilman erityisiä toimenpiteitä Rakennetaan vain matalaenergiataloja Matalaenergiauudisrakentamisella on suuri lämmönsäästöpotentiaali koko asuinrakennuskannassa. Vuonna 2030 lämmitysenergiaa säästyy 7 TWh eli 7 miljardia kilowattituntia vuodessa. Saman verran kuin Helsingin kaukolämmön tuotanto. Matalaenergiarakentamisen vaikutuksesta lämmitysenergian kulutus pienenee 15 %. 30 2005 2010 2015 2020 2025 2030 Vuosi Passiivienergiarakentamisen yleistyminen pienentää kulutusta vielä tästäkin 10
11
Mikä on passiivitalo? Ein Passivhaus ist ein Gebäude, in dem eine behagliche Temperatur sowohl im Winter als auch im Sommer ohne separates Heiz- bzw. Klimatisierungssystem zu erreichen ist, Dr. Wolfgang Feist, PASSIV HAUS INSTITUT, Darmstadt. Passiivitalo on talo, jossa on viihtyisä lämpötila sekä talvella että kesällä ilman erillistä lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmää. 12
Saksalaisia energiatehokkuuden tavoitetasoja Energy Consumption of Different Housing Standards specific energy consumption kwh/(m²a) 300 250 200 150 100 50 household electricity electr. for ventilation domestic hot water space heating 0 German Building Stock 1984 German Standard 1980 Swedish Standard 1995 German Standard Low Energy House Passive House Zero Heating Energy House Zero-energy House 13 Copyright Passivhaus Institut Darmstadt
140 120 Passiivitalossa syntyy kustannussäästöä, koska erillistä lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmää ei tarvita low energy houses capitalised costs [ /m²] 100 80 60 cost reduction: heating system total costs energy costs 40 Passive extra investment costs Houses 20 with compact 0 unit Lähde: Passivhaus Institut Darmstadt 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 spec. space heating requirement kwh/(m²a) 14
Passiivitalo Jyri Nieminen http://passivehouse.vtt.fi 15
PEP Promotion of European Passive Houses Tavoitteena on edistää passiivitalojen rakentamista Keski- ja Pohjois- Euroopassa (Intelligent Energy Europe - ohjelman hanke) Rinnakkaisprojektissa Passive-On tarkastellaan Etelä-Euroopan lämpimiä maita PEP-projektissa ovat mukana: Koordinaattori 16
Perusmääritelmä Passiivitalon määrittely erilaisia ilmastoja varten PEP ja Passive-On -projektien perusteella Etelä-Euroopan lämpimät ilmastot: Lämmitysenergian tarve 15 kwh/m 2 Jäähdytysenergian tarve 15 kwh/m 2 Primäärienergian tarve 120 kwh/m 2 Keski-, Itä- ja Länsi-Eurooppa Lämmitys- ja jäähdytysenergian tarve 15 kwh/m 2 Primäärienergian tarve 120 kwh/m 2 Pohjoismaat 60 o leveysasteen pohjoispuolella Lämmitys- ja jäähdytysenergian tarve 20-30 kwh/m 2 rakennuksen sijainnista riippuen Primäärienergian tarve 120-140 kwh/m 2 Kaikissa ilmastoissa rakennuksen ilmavuotoluku n 50 < 0,6 1/h Suositus Lämmitystehon tarve 10 W/m 2 Sovelletaan 60 o pohjoispuolella 17
Passiivitalo/Passivhus/Passive House/Passivhaus/ Tilojen lämmitysenergian tarve Suomen ilmastossa Pohjois-Suomi = 30 kwh/m 2 Keski-Suomi = 25 kwh/m 2 Etelärannikkoseutu ml. Helsinki, Espoo, Vantaa, Turku: 20 kwh/m 2 Ilmavuotoluku n 50 < 0,6 1/h 18
Passiivienergiatiilitalon ratkaisumalli 19
Passiivienergiatiilitalon sisäilmaston vaatimukset Sisäilmaston suoritusarvot Sisäilmaston tavoitetaso Pintamateriaalien päästöluokka Rakennustöiden puhtausluokka Passiivienergiatiilitalo Rakentamismääräysten mukainen talo (2008) RakMk osa D2 RakMk osa D2 RakMk osa D2 S1 ja S2 1 M1 1 P1 ja P2 1 1 LVI 05-10318. 2001. Sisäilmastoluokitus 2000. Helsinki, Sisäilmayhdistys ry. Rakennustieto Oy. 19 s. (LVI-ohjekortti, RT-kortti 07-10741) 20
Passiivienergiatiilitalon rakennusosien vaatimukset Rakennusosien suoritusarvot U-arvot, W/m 2 K - ulkoseinä - yläpohja - alapohja maanvastainen ryömintätilaan rajoittuva ulkoilmaan rajoittuva - ulko-ovet - ikkunat ja ovien valoaukot Ikkunan valoaukon auringonsäteilyn kokonaisläpäisykerroin g kohtisuora, - Ikkunan valoaukon valonläpäisykerroin, - Vaipan ilmanvuotoluku n 50, 1/h Rakentamismääräysten mukainen talo (2008) 0,24 0,15 0,24 0,19 0,15 1,4 1,4 - - enintään 4,0 Passiivienergiatiilitalo 0,10 0,13 0,06 0,08 0,10 0,12 0,08 0,10 0,08 0,10 0,4 0,7 0,6 0,8 < 0,3 Pohjoismaissa (edellyttää yleensä lisäksi rakenteellista aurinkosuojausta) (> 0,5 Keski-Euroopassa) > 0,4 (suositus) enintään 0,6 21
Passiivienergiatiilitalon ulkoseinän kehittäminen Tiiliseinän kokonaispaksuus, mm Tiiliseinän U-arvo, W/m²K 350 400 450 500 550 600 0,35 Eristeen lämmönjohtavuus 0,045 W/mK 0,30 Eristeen lämmönjohtavuus 0,037 W/mK Normitalo 2000 Eristeen lämmönjohtavuus 0,027 W/mK 0,25 Normitalo 2003 Eristeen lämmönjohtavuus 0,020 W/mK Normitalo 2008 0,20 Matalaenergiatalo 0,15 0,10 Passiivienergiatiilitalo 0,05 100 150 200 250 300 350 Eristyspaksuus, mm 22
Passiivienergiarakenteiden lämpö- ja kosteustekninen toimivuuden varmistaminen L a s i K a r m i H 1 H 2 H 3 23
Talotekniikan suoritusarvot Lämmityksen suoritusarvot Passiivienergiatiilitalon talotekniikan vaatimukset Huoneiden lämmityksen tehontarve, W/m² Tilojen lämmityksen ja jäähdytyksen energiankulutus, kwh/brm² vuodessa Lämmin käyttövesi, kwh/brm² vuodessa Lämmitysjärjestelmän lämpöhäviöenergia, kwh/brm² vuodessa Energiankulutus Lämmitysenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa Laitesähköenergia, kwh/brm² vuodessa Kokonaisenergia, kwh/brm² vuodessa Ilmanvaihdon suoritusarvot Lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde Ilmanvaihdon ominaissähköteho, kw/(m 3 /s) Ilmanvaihdon äänitasot, db(a) Olo- ja makuuhuoneet Keittiö Kylpyhuone Passiivienergiatiilitalo Rakentamismääräysten mukainen talo (2008) 50 70 80 130 25 25 50 130 205 50 180 260 30 % enintään 2,5 28 33 38 10 20 20 30 20 5 10 45 60 40 85 100 65 % enintään 1,5 22 25 28 24
Lämmitysteho, W 17 000 16 000 15 000 14 000 13 000 12 000 11 000 10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 Ilmanvaihdon tuloilma riittää lämmön jakamiseen Keskimääräinen lämpökuorma talvella Normitalo 2000 Normitalo 2008 Matalaenergiatalo Wienerberger-passiivienergiatiilitalo -30-20 -10 0 10 20 Ulkoilman lämpötila, C Tehoa vastaava ilmavirta 25 70 60 50 40 30 20 0,5 1/h 10 0 Lämmitysteho, W/m²
Lattialämmityksen toimintalämpötilat muuttuvat Passiivienergiatiilitalon lattialämmityksessä lattian pintalämpötila on talvella alle 1 C huoneilmaa lämpimämpi, kovillakin pakkasilla vain 1,5 C. -20 30 25-10 Ulkoilman lämpötila, C -5 0 +5 +10 +15 +20 Normitalo 2000 Matalaenergiatalo Passiivienergiatiilitalo Huonelämpötila Lattian pintalämpötilat Lämpötila, C 20 Huonelämpötila 15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Aika vuodesta, % 26
Tulisijalämmitys passiivienergiatiilitalossa Lämmitysteho [kw] 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 380 kg 1125 kg 2050 kg 0 10 20 30 40 Aika [h] Massiivinen varaava tulisija luovuttaa passiivienergiatiilitaloon lämpöä tasaisesti usean päivän ajan yhdellä poltolla Kevyt tulisija voi antaa passiivienergiatiilitaloon liian suuren hetkellisen lämpötehon, joka nostaa sisälämpötilan tarpeettoman korkeaksi ja lämpö on tuuletettava ulos 27
Mitoituslämmitystehontarve, W Huonekohtaiset lämmitystehontarpeet eri ratkaisuvaihtoehdoissa 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 OH OH Normitalo 2000 Normitalo 2008 Matalaenergiatalo Wienerbergerpassiivienergiatiilitalo Ratkaisuvaihtoehto OH OH TYÖH1 VH2 KHH3 PH4 S5 WC6 TEKN7 TK8 K9 ET10 OH11 MH12 KH13 VH14 MH15 MH16 MH17 AULA18 28
Passiivienergiatiilitalon huonekohtaiset lämmitystehontarpeet 1500 Wienerberger passiivienergiatiilitalo Olohuoneen suuri lämmitystehontarve johtuu suuresta (20 m²) ikkunapinta-alasta. OH11 1195 Mitoituslämmitystehontarve, W 1000 500 0 TYÖH1 305 VH2 20 KHH3 142 PH4 101 S5 45 WC6 37 TEKN7 84 TK8 103 K9 183 ET10 17 MH12 308 KH13 61 VH14 23 MH15 196 MH16 188 AULA18 MH17 259 225 Huonekohtaiset lämmitystehot, kun ulkolämpötila on -29 C 29
Ilmanvaihtolämmitysjärjestelmä passiivienergiatiilitalossa U=0,06...0,08 Passiivienergiatiilitalo Ulkovaipan ilmanvuotoluku, n 50 < 0,6 h -1 U=0,6...0,8 Ilmanvaihdon lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde 65 % U=0,10...0,13 Ilmanvaihdon puhaltimien ominaissähköteho on alle 1,5 kw/(m³/s) U=0,10...0,12 30
Marraskuu Joulukuu 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 Normitalon 2008 energiankulutus Tilojen lämmityksen nettoenergiankulutus Lämmityksessä hyödynnetyt lämpökuormat Lämmitysjärjestelmän lämpöhäviöt Käyttövesi Sähkö Toukokuu Kesäkuu Heinäkuu Elokuu Syyskuu Lokakuu 31 Huhtikuu Maaliskuu Helmikuu Tammikuu Energiankulutus, kwh
Joulukuu 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 Passiivienergiatiilitalon energiankulutus Tilojen lämmityksen nettoenergiankulutus Lämmityksessä hyödynnetyt lämpökuormat Lämmitysjärjestelmän lämpöhäviöt Käyttövesi Sähkö Marraskuu Maaliskuu Huhtikuu Toukokuu Kesäkuu Heinäkuu Elokuu Syyskuu Lokakuu 32 Helmikuu Tammikuu Energiankulutus, kwh
Passiivienergiatiilitalossa kaikkien osia on parannettu Normitalo 2008:n lämmitys 100 % Ilmanvaihto 26 % Vuotoilma 11 % Ulko-ovet 5 % Ulkoseinä 17 % Yläpohja 7 % Alapohja 8 % Ikkunat 26 % Passiivienergiatiilitalon lämmitys 22 % Säästö 74,4 % Ulkoseinä 4,2 % Yläpohja 1,7 % Alapohja 2,0 % Ikkunat 7,5 % Ulko-ovet 1,1 % Vuotoilma 0,9 % Ilmanvaihto 8,2 % 33
180 160 Rakennuksen lämpöhäviöiden pienentämisen vipuvaikutus lämmitysenergiankulutukseen Lämpöhäviö 100 % Lämpöenergia, kwh/brm² vuodessa 140 120 100 80 60 40 20 0 Hyödynnetyt lämpökuormat (67 kwh/brm²) Tilojen lämmitysenergia 100 % (93 kwh/brm²) Normitalo 2008 Lämpöhäviö 46 % Hyödynnetyt lämpökuormat (53 kwh/brm²) Tilojen lämmitysenergia 22 % (20 kwh/brm²) Passiivienergiatiilitalo 34
Tulevaisuuden rakennus lämpiää uusiutuvalla energialla Suhteellinen energiankulutus, % 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Normitalo 2008 Uusiutuva Uusiutumaton Passiivienergiatiilitalo Esimerkki lämmitysenergiantarpeen pienentämisen vipuvaikutuksesta uusiutuvien energialähteiden osuuden lisäämiseen: Normitalo 2008: 10 prosenttia kulutetusta energiasta tuotettiin uusiutuvilla energialähteillä - kaksinkertaistetaan uusiutuvien määrä -> Passiivienergiatiilitalo: 90 prosenttia kulutetusta energiasta tuotetaan uusiutuvilla energialähteillä 35
Kuukauden keskimääräinen sisälämpötila, C 40 35 30 25 Passiivienergiatiilitalon auringonsuojaus ja viilennystarpeet Wienerberger passiivienergiatiilitalo Ilman aurinkosuojausta ja lämmöntalteenoton ohitusta Otetaan käyttöön lämmöntalteenoton ohitus Lisäksi käytetään auringonsuojalaseja Lisäksi sälekaihtimet 20 Tammikuu Helmikuu Maaliskuu Huhtikuu Toukokuu Kesäkuu Heinäkuu Elokuu Syyskuu Lokakuu Marraskuu Joulukuu Kuukausi 36
C-luokan tuotteilla C-luokan taloja. Tuotesertifikaatti on keino osoittaa tuotteen energiatehokkuus. Esimerkkinä asunnon ilmanvaihtokone. 37
ENERGIATODISTUS Rakennus Rakennustyyppi: Erillinen pientalo Valmistumisvuosi: 2009 Osoite: Tehtaankatu 1 Rakennustunnus: 123-456-7-89 A 001 37600 Valkeakoski Asuntojen lukumäärä: 1 Energiatodistus perustuu laskennalliseen kulutukseen ja on annettu x rakennuslupamenettelyn yhteydessä erillisen tarkastuksen yhteydessä ET-luku Vähän kuluttava - 150 151-170 171-190 191-230 231-270 271-320 321 - Paljon kuluttava Rakennuksen ET-luokka BA A-luokan tuotteilla A-luokan passiivienergiataloja. Energiatodistus on helppo keino osoittaa rakennuksen energiatehokkuus. Rakennuksen energiatehokkuusluku (ET-luku, kwh/brm²/vuosi): 101 Energiatehokkuusluvun luokitteluasteikko: Pienet asuinrakennukset Energiatehokkuusluokitus perustuu rakennuksen laskennalliseen energiankulutukseen. Todellinen kulutus riippuu rakennuksen sijainnista, asukkaiden lukumäärästä ja asumistottumuksista. Todistuksen antaja: Per Pääsuunnittelija Todistuksen tilaaja: Matias Meikäläinen Allekirjoitus: Per Pääsuunnittelija Todistuksen antamispäivä: Viimeinen voimassaolopäivä: 12.2.2008 11.2.2018 Energiatodistus perustuu lakiin rakennusten energiatodistuksesta (487/2007) ja 19.6.2007 annettuun ympäristöministeriön asetukseen energiatodistuksesta. Tämä energiatodistus on asetuksen lomakkeen 1 mukainen. 38
Matalaenergiatalojen ja passiivienergiatalojen rakentaminen yleistyy nopeasti taistelussa ilmastonmuutosta vastaan! Passiivienergiatalon kehittäminen ja rakentaminen edellyttävät uutta osaamista ja ajattelutapaa. Samalla edelläkävijöille tarjoutuu kilpailuetua. Mukaan tarvitaan osaajia ja uutta teknologiaa passiivienergiatalon rakentamisen kaikkiin vaiheisiin. 39
... kyllähän sitä tietysti ennenkin osattiin... 40