Valaistus uudisrakennuksessa Kari Kallioharju, Tampereen ammattikorkeakoulu 2015
Mitä valo on? - sähkömagneettisen säteilyn alue välillä 380 760 nm - valkoista valoa tuotetaan aina monen eri säteilyn summana - normaalissa päivänäkemisessä ihmissilmä aistii herkimmin kellanvihreän, 555 nanometrin valon 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 380 410 440 470 500 530 560 590 620 650 680 710 740 770 Kuva: Suhteellinen silmäherkkyysluku valosäteilyn eri aallonpituuksilla päivänäkemisessä (silmän spektriherkkyyskäyrä). 21.1.2015 TAMK/KKa 2
Lämpimän valkoisen (3000 K) loisteputken säteily Valkoisen LEDin säteily TAMK/KKa 21.1.2015 3
http://housecraft.ca/2012/09/30/the-diy-decorator%e2%80%99s-eco-friendly-lighting-dilemma/
Valovirta ja valotehokkuus Φ [Φ] = 1 lm (lumen) - silmän spektriherkkyysluvulla painotettu valolähteen näkyvän valon säteilyteho. - yksikkö luumen [lm] - käytetään ilmaisemaan: valonlähteiden valontuottoa valaisimien ja valonlähteiden valontuottoa hyötysuhdetta arvioitaessa (lm/w) http://www.valosto.com/tiedostot/kohti_valoa_tetri.pdf 21.1.2015 TAMK/KKa 5
Valonlähteiden valotehokkuuden kehitys LED 2011: 160 lm/w * Lähde: Osram/Martikainen *yksittäisen LEDin valotehokkuus => huomioitava LEDin ongelmat lampuissa ja valaisimissa 21.1.2015 TAMK/KKa 6
Valaistusvoimakkuus, E E [E] = 1 lx (luksi) =1 lm/m 2 Valovirran kulkiessa pois valonlähteestä se lopulta osuu johonkin pintaan, josta se heijastuu, jonka se läpäisee tai johon se absorpoituu. Pinnalle saapuvan valovirran tiheyttä kutsutaan valaistusvoimakkuudeksi. E = Φ A Valaistusvoimakkuus ei ole nähtävissä oleva suure, sillä vain pinnasta heijastunut valo nähdään. Valaistusvoimakkuus on kuitenkin valon määrällisen suunnittelun peruslähtökohta. Tyypillisiä valaistusvoimakkuuden arvoja: ulkona päivällä 5000 100 000 lx työpaikoilla 100 1000 lx (standardein ohjattu) kotona usein < 100 lx (ei standardeja) 21.1.2015 TAMK/KKa 7
21.1.2015 TAMK/KKa 8
Ikääntymisen vaikutukset näkemiseen Iän karttuessa ihmisen näkökyky heikkenee. Syynä tähän ovat mm. lisääntyvä mykiön samentuminen ja pupillin koon pieneneminen, joiden vuoksi verkkokalvon valaistusvoimakkuus pienenee. Esimerkiksi 60 vuoden iässä on tarpeen kuusi kertaa niin suuri valaistusvoimakkuus kuin 20 vuoden iässä, jotta verkkokalvo saisi yhtä paljon valoa. LIGHTING FOR WORK: VISUAL AND BIOLOGICAL EFFECTS http://www.lighting.philips.com.pl/in_en/applications/industry/pdf/lighting_at_work/visualandbiologicaleffectsoflighting_uk.pdf 21.1.2015 TAMK/KKa 9
Värintoistoindeksi (R a -indeksi) Valonlähteiden värintoistokyky määritellään R a -indeksillä. Esittää valonlähteen värintoistokyvyn välillä 0 100 %. Värintoistoindeksi voidaan ilmoittaa lampputyypissä (esim. loistelamppu 830 => R a > 80) tai valonlähteen teknisissä tiedoissa. Kuva: Esimerkiksi RGB-LEDin R a - indeksi on tyypillisesti R a 80. 21.1.2015 TAMK/KKa 10
Värilämpötila (T c tai T cp ) http://en.wikipedia.org/wiki/file:planckianlocus.png Värilämpötilalla (T c ) esitetään valkoisen valon sävyä. Valo voi olla esimerkiksi kylmä- tai lämminsävyistä. Esimerkkejä värilämpötiloista: - hehkulamppu (T c ) n. 2700 K - halogeenilamppu (T c ) n. 2900 K - loistelamput, LEDit (T cp ): ilmoitettu tyypissä. yleensä jossain välillä 2700-6500 K (esim. loistelamppu 830 => 3000 K) Kuva: Planckin säteilijän käyrä. 21.1.2015 11
~ 3000 K ~ 8000 K
21.1.2015 TAMK/KKa 13
21.1.2015 TAMK/KKa 14
Yhteenveto valaistusvoimakkuuksista ja värilämpötilojen käytöstä korkeampia valaistusvoimakkuuksia ja kylmempiä valon sävyjä olisi hyvä käyttää esimerkiksi työtiloissa parantamaan näkötehtävän suorittamista ja pitämään vireystilaa yllä matalia valaistusvoimakkuuksia ja lämpimämpiä valon sävyjä olisi hyvä käyttää esimerkiksi lepotiloissa ja tiloissa joissa oleskellaan ennen nukkumaanmenoa joissain tiloissa, jossa työtehtävät muuttuvat saattaa olla valaistusvoimakkuudeltaan ja värilämpötilaltaan säädettävissä oleva valaistus olla miellyttävin ratkaisu päivänvaloa tulisi hyödyntää aina kun sitä on saatavilla, sillä millään keinovalonlähteellä ei saavuteta yhtä merkittäviä vaikutuksia ihmisen terveydelle (lisäksi energiatehokkuus paranee) TAMK/KKa 21.1.2015 15
Millaisia lamppuja ja valaisimia kotiin? => loistelamput (energiansäästölamput) ja LEDit TAMK/KKa 21.1.2015 16
LEDien ja loistelamppujen kanssa huomioitavaa: perusominaisuudet LED-lamppujen ja energiansäästölamppujen valotehokkuus (energiatehokkuus) suunnilleen sama (50-80 lm/w). LED-valaisinten ja loistelamppuvalaisinten valotehokkuus (energiatehokkuus) suunnilleen sama (70-105 lm/w). LED ei koskaan pala, vaan himmenee loputtomiin (ellei syöttöelektroniikka hajoa). LEDin elinikä on määritelty päättyväksi silloin, kun sen valovirta on pudonnut 70 prosenttiin alkuperäisestä. LED ei sovi lämpimään ympäristöön lainkaan => valovirta putoaa ja elinikä romahtaa LED toimii paremmin mitä kylmempää on! Loistelamppu toimii huonosti kylmässä, mutta heikosti myös kuumassa. LED syttyy heti täyteen valotehoon, loistelamppu ei LEDin elinikään ei vaikuta kytkentäkertojen määrä TAMK/KKa
http://sisustusjasepustus.blogspot.fi/2012/07/keittioremontti-paiva-11.html 21.1.2015 TAMK/KKa 18
LEDien ja loistelamppujen kanssa huomioitavaa: elinkaari, ympäristövaikutukset ja kustannukset LEDien elinikä noin 30 000 tuntia, loistelamppujen 8 000 20 000 tuntia. Kotona valaistusta poltetaan sisätiloissa noin 1000 tuntia vuodessa ja ulkotiloissa noin 4000 tuntia vuodessa. LEDien elinkaarikustannukset ovat suurten hankintakustannusten vuoksi loistelamppuvalaistusta suuremmat (lamppujen osalta jonkin verran, valaisinten kohdalla merkittävästi). LEDit ovat hieman ympäristöystävällisempi vaihtoehto. Kokonaiskustannus [ ] 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 LED1 LED2 Hehkulamppu Pienloiste1 Pienloiste2 0,0 0 5 000 10 000 15 000 20 000 25 000 Polttoikä [h] 21.1.2015 TAMK/KKa 19
LEDien ja loistelamppujen kanssa huomioitavaa: säädettävyys Jos halutaan himmentää, on lamppujen oltava himmennettäviä! => merkitty pakkaukseen Himmennys himmentimin mahdollista, mutta useita lamppuja samaan aikaan himmennettäessä tulee yleensä ongelmia. Varmempi tapa himmennyksen toiminnan varmistamiseksi valita 12V lamput ja himmennettävä liitäntälaite (muuntaja). LED-valaisimien ja loistelamppuvalaisimien himmennys yleensä erillisillä ohjausjohtimilla (valaisimelle tulee suora sähkö koko ajan ja erilliset ohjausjohtimet). erillisiä ohjausjärjestelmiä useita, mahdollistavat yleensä myös tilanneohjaukset, väriohjaukset, jne) suositeltava ohjausjärjestelmä DALI TAMK/KKa
Valaistustavat Tasaisesti ympärisäteilevä eli hajasäteilevä valaistus - takaa hyvän, mutta lattean yleisvalon monimutkaiseenkin tilaan - saattaa aiheuttaa häikäisyä ja heijastuksia näyttöpäätteistä ja muista kiiltävistä pinnoista. Suora valaistus - energiatehokkain tapa valaista käyttöpintoja - haasteita pimeäksi jäävät kattopinnat ja voimakas varjonmuodostus, joka on näköergonomian kannalta huono asia => varjonmuodostusta voidaan kompensoida valitsemalla vaaleita pintamateriaaleja Epäsuora valaistus - energiatehottomin tapa valaista Näköergonomian ja yleisen hyvinvoinnin kannalta suositeltavin tapa on käyttää ainakin työskentelytiloissa suoran ja epäsuoran valon yhdistelmiä. 21.1.2015 TAMK/KKa 21
http://rakennusmaailma.fi/artikkelit/led-valotalo http://www.mtv3.fi/ohjelmat/sivusto2008.shtml/lifestyle/joka_kodin_asuntomarkkinat/ohjelma koti_kunnossa _2009?1005901 21.1.2015 TAMK/KKa 22
Miten saavutetaan paras lopputulos valaistussuunnittelussa? 1) aloitetaan valaistussuunnittelu hyvissä ajoin muun suunnittelun rinnalla pohtien tilojen käyttötarpeet, haluttu tunnelma ja valaistuksen muunneltavuuden vaatimukset 2) huomioidaan, että valaistussuunnittelu on tiukasti kytköksissä rakenteisiin eli rakenneratkaisuihin (tilojen korkeus alakatot, jne.) ja erityisesti pintamateriaaleihin (värit, kiilto, jne.) 3) jos ja kun valaistussuunnittelussa käytetään ulkopuolista apuvoimaa, toimitetaan suunnittelijalle etukäteen kaikki tarvittavat tiedot ja toiveet (rakenteista, tunnelmasta, pinnoista, jne.) ja pyydetään valaistusratkaisuista ehdottomasti visualisoinnit ja oleellisimmat laskentatulokset => DIALux-laskelmat 4) mietitään koko kiinteistön järjestelmien ja erityisesti valaistuksen ohjaustarve ja eri toteutusvaihtoehdot. Huomioidaan ohjausvalinnoissa myös tulevaisuuden mahdolliset valaisinmuutokset ja saneeraukset TAMK/KKa 21.1.2015 23
Seuraavilla kalvoilla kuvakaappauksia TAMKilla tehdyistä DIALux-mallinnuksista 21.1.2015 TAMK/KKa 24
Toni Reinilä / TAMK (WinLED) 21.1.2015 TAMK/KKa 25
Toni Reinilä / TAMK (WinLED)
Toni Reinilä / TAMK (WinLED)
Toni Reinilän / TAMK (WinLED) 21.1.2015 TAMK/KKa 28
21.1.2015 TAMK/KKa 29
Millaista taloautomaatiota ja erikoisjärjestelmiä kotiin ja miksi? TAMK/KKa,Vpi&Pha 21.1.2015 30
Lähde: Honeywell, NSS Tele ja Turvaseminaari 30.9.-1.10.2011 21.1.2015 TAMK/KKa,Vpi&Pha 31
Automaation hyödyt asuinrakennuksessa 1) palohälytys-, murto- ja kosteusvalvonnat etätoiminnoilla lisäävät turvallisuutta 2) valaistuksen ja pistorasioiden automatisoidut ohjaustoiminnot parantavat käyttömukavuutta, olosuhteita ja energiatehokkuutta (valaistustilanteet, läsnäolo-ohjaukset, vakiovalo-ohjaukset 3) ilmanvaihdon ja lämmityksen automatisointi; mukavuus, käytettävyys ja olosuhteet paranevat ja energiatehokkuus kasvaa 4) energiamittaukset ja olosuhdeseurannat parantavat olosuhteita, turvallisuutta ja energiatehokkuutta. Indikoivat mahdollisista vioista rakennuksessa (5) autolataus ja tulevaisuuden järjestelmiin varautuminen 21.1.2015 TAMK/KKa 32
Automaation kustannukset asuinrakennuksessa (arvio asennuksineen) Vaihtoehto 0: ei erityistä automaatiota, sähköurakan hinta kokonaisuudessaan noin 10 % rakentamiskustannuksista Vaihtoehto 1: etätoiminnoilla- ja ohjauksilla toteutettu palo- kosteus- ja murtovalvonta +20 % sähköurakan hintaan (esim. http://www.fsm.fi/tuotteet/kotiautomaatio/gsm-ohjaus-ja-valvontajarjestelma) Vaihtoehto 2: perustasoinen automaatio, älykkäät valaistuksen ja pistorasioiden ohjaukset, kevyt olosuhde- ja energiaseuranta, palo- kosteus ja murtovalvonta, mahdollisia etäohjauksia ja valvontaa: +30% - 50 % sähköurakan hintaan (esim. Smart Home by EKE, http://www.eke.fi/liiketoiminta/kotiautomaatio/) Vaihtoehto 3: kattavat ohjaukset valaistukseen, lämmitykseen ja ilmanvaihtoon, energia- ja olosuhdeseurannat, valvonnat, etäohjaukset, ym: +50-150 % sähköurakan hintaan (esim. KNX, www.knx.fi) 21.1.2015 TAMK/KKa 33
Ohjeita ja ajatuksia jatkoa ajatellen 1) tehkää suunnittelijoiden ja urakoitsijoiden kanssa kirjalliset sopimukset, joissa määritelty myös käyttöönottovaiheen opastus ja loppudokumentoinnin laatiminen! 2) huolehtikaa, että kaikkien järjestelmien käyttöönottotarkastukset ja säädöt tehdään ja dokumentoidaan ennen luovutusta! 3) tutustukaa seuraavan sivun dokumentteihin miettiessänne tekniikoita ja taloteknisiä järjestelmiä, joihin olette ajatelleet sitoutua 21.1.2015 TAMK/KKa 34
Aineistoja jatkopohdiskeluihin Vuoreksen asuntomessukohteiden seurantahankkeen opinnäytetöitä: Samu-Pekka Jokitalo: Energiankulutusten vertailu pientaloissa Matias Kosunen: Lämmitysratkaisuiden energiankulutus ja käyttökustannukset pientaloissa Tomi Luotonen: Pientalojen sähkötekninen dokumentointi Arvo Lukkonen: Energiatodistuksen käyttö pientalojen energiatehokkuuden vertailussa Ville Savolainen: Lämmitysjärjestelmien tehokäyttäytyminen pientaloissa suunnitteluoppaat omakotirakentajille: omakotitalon sähkösuunnitteluopas rakentajalle, Emma Salonen: http://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/28148/salonen_emma.pdf kodin sähköisen talotekniikan järjestelmien varustelutaso ja integraatio: http://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/28060/nummi_petteri.pdf?sequence=1 VTT:n tutkimus takkojen vaikutuksista: http://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2014/t191.pdf uusinta tietoa aurinkoenergian hintatasosta Suomessa, Aalto Yliopisto: http://laica.fi/finsolar-tietopaketti/ seuraavilla kalvoilla Sari Hämäläisen Vuoreksen seurantahankkeen haastattelukooste, kannattaa tutustua! 21.1.2015 TAMK/KKa 35
Vuoreksen asuntomessutalojen energiankulutusselvitys - Asukkaiden näkemyksiä ja kulutuksen taustalla vaikuttavia tekijöitä 11.6.2014 Sari Hämäläinen
TYÖN TAUSTA Tilaaja: Tampereen kaupungin Vuores-hanke. Toteuttaja: Ekokumppanit Oy Pientaloasukkaiden näkemysten ja tottumusten selvittämistä teemahaastatteluin 13 haastattelua keväällä 2014
TYÖN TAUSTA Yhdeksän kohteista Vuoreksen olosuhde- ja energiaseuranta-hankkeessa (TAMK jne.) Neljä kohteista mukana messuilla, mutta ei aiemmassa projektissa. Yksi kohteista mukana vain projektissa, ei asuntomessukohde. Taustalla TAMK:n mittaustulokset. Lomakekysely ennen haastattelua. Teemoja: lämmitys, ilmanvaihto, jäähdytys, veden kulutus, sauna, suihku ja poreamme, sähkölaitteet, auton lämmitys
LÄMMITYSJÄRJESTELMÄT JA KOKONAISKULUTUS 2013 Päälämmitysjärjestelmä Kohteet Muu lämmitys Kulutus m²/2013 maalämpö 3 takka n. 72-85 kwh sähkö 3 takka, aurinkokeräimet (käyttövesi), ilmalämpöpumppu n. 96-107 kwh kaukolämpö 2 iv-koneen poistoilmalämpöpumppu, takka n. 132-156 kwh ilmakiertoinen lattialämmitys takalla 2 lattiailmalämmitys sähköllä, sähkövastukset, aurinkokeräimet, savupiipun vesivaippa (käyttövesi), maapiirin tuloilman esilämmitys n. 123-135 kwh Ilma-vesilämpöpumppu 2 aurinkokeräimet (käyttövesi), iv-koneen poistoilmalämpöpumppu n. 78-104 kwh Ilmanvaihtoon integroitu ilmalämpöpumppu 1 aurinkokeräimet (käyttövesi) n. 60 kwh
ASUKKAIDEN KOKEMUKSIA LÄMMITYSJÄRJESTELMISTÄ Maalämpö Tyytyväisyys helppouteen ja energiankulutukseen Säästömahdollisuudet: oikeilla säädöillä asukkaan mukaan 500 kwh/kk Ongelmia: käyntihäiriöt (1) tyhjennysputki/venttiili koneen alla irti -> vuoto lattialle (1) vuoto jäähdytysputken hitsaussaumassa (1) käyttöveden jaksottainen korotus ei toimi (1) Arjen energiansäästöllä mahdollisuus päästä hyvinkin pieniin kulutuslukemiin. Nyt painotus näissä vähäisempää.
Ilmakiertoinen lattialämmitys takalla Käyttäjätyytyväisyys vaihteli. Puuta poltettava useammin kuin markkinoija antoi ymmärtää (1) vs. puun poltolla merkittäviä säästöjä (1) Ongelmia: Ilmavirtojen ohjauksessa -> lämpöarvot eivät kohdillaan (1) Lattia ollut aamuisin kylmä-> termostaatti mittasi vain sisäilman muutosta, jolloin kevätauringon lämmittäessä sisäilma lämpeni, mutta lattia viileni (1).
Kaukolämpö Pettymys energiankulutukseen Ongelmia: Lämmitysjärjestelmä säädetty väärin yli vuoden ajan: lämmön epätasaisuus (1) Autotalli tarpeettoman lämmin (1) Rännilämmitykset päällä lähes aina (2) Suuret ikkunat (2) ja päällekäiset lämmitysjärjestelmät (1) lämmön säätelyn haasteena Kivitalo kuluttaa 1.vuonna paljon energiaa (kuivuminen).
Ilma-vesilämpöpumppu Suuri vaihtelu kahden talon kulutuslukemissa Liian suuret lukemat passiivitaloon Ongelmia: Pumppu käynnistynyt 33 x /vrk -> säädöt väärin (1) Kiertovesipumppu rikki (1) Kontaktori vaihdettu (1) Ilmanvaihtoon integroitu ilmalämpöpumppu Pienin kokonaiskulutus m²/2013 Ongelma: Talo ei meinannut pysyä aluksi lämpimänä. -> Ilma kiersi silloin kun ei pitänyt ja päinvastoin. Ongelmat ilmamäärämittausten asetuksissa.
Ilmanvaihtokoneet 11 vastaajaa koki osaavansa säätää Säätämistäkin oleellisempaa kokemusten mukaan suodattimien riittävän tiheä vaihtaminen/puhdistus Jäähdytysjärjestelmät Käytössä kahdeksassa kohteessa Jäähdytykset päällä tarpeen mukaan, ei jatkuvasti kesälläkään Asukkaan kokemus: ILP näyttää vievän km. 500 w/h sekä lämmityksessä että jäähdytyksessä. Käyttö sekä jäähdytykseen (1) että lämmitykseen (1). Energiatehokkaimmaksi kehuttiin maalämmityksen paluupiirin liitettyjä konvektoreita.
ARJEN ENERGIANKULUTUSTOTTUMUKSIA Suihkukäynnit pääosin normaaleja, ei korreloinut kokonais- energiankulutuksen kanssa. Lämmin käyttövesi aurinkolämmöllä neljässä kohteessa. Aurinkokeräinten vuosituottoesimerkki: 1180 kwh. Poreammeita neljässä taloudessa, suuria vaihteluja koossa ja lämmitystiheydessä. Suurin kulutus arviolta 4000-5000 kwh/v, joka neljäsosa talon kokonaiskulutuksesta. Saunomistiheys vaihteli lähes päivittäisestä pariin kertaan kuukaudessa. Suuria kulutuspiikkejä, mutta ei korreloi kokonaisenergiankulutuksen kanssa.
ARJEN ENERGIANKULUTUSTOTTUMUKSIA Kuivausrumpu tai kaappi lähes joka taloudessa. Käyttötiheys vaihteli 1 20 h /vko. Kodinkoneet pääosin uusia. Kotiteatterijärjestelmä viidessä taloudessa. Auton sähkölämmitystä kahdeksassa taloudessa, lämmin tai puolilämmin autotalli kolmessa taloudessa. Valaistus: suurin osa led-valoja.
OHJEARVOT (KWH/M²/VUOSI) JA TODELLISUUS Matalaenergiatalo täytti ohjearvot huolimatta runsaasta sähkölaitteiden kulutuksesta. Neljästä passiivitalosta vain yksi täytti ohjearvot. Yhden kohteen energiankulutus passiivitalon ohjearvoissa, vaikka ennen messuja ei täyttänyt passiivitalon kriteerejä. Energialaskelmien periaatteet ja todenmukaisuus?
ASUKKAIDEN OHJEITA TULEVILLE RAKENNUTTAJILLE Suunnitteluvaihe lukitsee käyttökustannukset 90%:sti Lämmitysjärjestelmiä kannattaa puntaroida, kuinka paljon lisäkilkkeitä siellä on, mitä kannattaa asentaa. Putkien vetäminen yllättävän kallista puuhaa, asennusten tekeminen. Porareikämittaukset, sillä poistetaan useita riskejä. Erilaisten rakenteiden kosteuden hallinta.
KIITOS.