RAKENNUSTEN ILMASTOVAIKUTUSTEN VERTAILU Katsaus 2000-luvulla tehtyihin tutkimuksiin. Matti Kuittinen, 20.10.2014
SISÄLLYS Osa 1 Taustat Menetelmät Vertaillut rakennukset Työn rajoitukset ja epävarmuustekijät Osa 2 Esittelykalvot Tilaaja Rakennustuoteteollisuus ry Puutuotejaosto Tekijä Matti Kuittinen Arkkitehti, tutkija matti.kuittinen@kombi.fi Puh. 044 505 2737 Osa 3 Suositukset jatkotoimiksi
Osa 1 TAUSTAT
Tavoitteet Tässä selvityksessä on pyritty vertailemaan 2000-luvulla tehtyjä tutkimuksia, joissa on laskettu eri runkomateriaalien vaikutusta rakennuksen ilmastovaikutuksiin. Ilmastovaikutuksilla tarkoitetaan tässä ilmastonmuutosta haitallisesti kiihdyttäviä päästöjä tai siihen epäsuorasti mutta kiinteästi vaikuttavia ympäristövaikutuksia (kuten primäärienergian tarvetta tai resurssitehokkuutta). Tarkoituksena on ollut selvittää, miten puurunkoisten vaihtoehtojen tulokset eroavat muista runkomateriaaleista eri tutkijoiden laatimissa tutkimuksissa. Tätä selvitystä varten kerättyjen tutkimusten lähtökohdat ja tavoitteet ovat olleet keskenään erilaisia, eikä niitä voi suoraan vertailla toisiinsa. Siksi tuloksia ei ole pyritty yhdistämään toisiinsa, vaan osoittamaan eri tutkimuksissa havaittujen rakennusmateriaalien ilmastovaikutusten yleiset trendit. Rakennustuotteiden vertailua tulisi suorittaa vain silloin, kun ne täyttävät saman toiminallisen tehtävän (EN15804). Tätä periaatetta ei kaikkien koottujen tutkimusten kohdalla ole voitu täydellisesti todentaa, koska tutkimukset eivät yleensä perustu standardien mukaisiin rakennustuotteiden ympäristöselosteisiin, vaan ovat luonteeltaan tieteellisiä. Tämän vuoksi tässä selvityksessä voidaan vain todeta eri tutkimustulosten yleinen suunta, eikä esittää väittämiä eri rakennusmateriaalien ilmastovaikutusten paremmuudesta spesifissä kohteessa. Kohdekohtainen tarkastelu tulee aina tehdä huomioiden kohteen toiminnalliset vaatimukset sekä vertailua varten valittujen rakennustuotteiden ympäristötietojen laatu.
Menetelmät Vertailuun on etsitty 2000-luvulla tehtyjä rakennusten ympäristövaikutusten arviointeja. Tiedot on kerätty kirjallisuudesta, seminaariesityksistä ja verkkolähteistä. Lähteet on mainittu kunkin tapaustutkimuksen ohessa. Vertailtuja ilmastovaikutuksia olivat tässä selvityksessä: Rakennuksen kasvihuonekaasupäästöt (kgco2e) elinkaaren eri vaiheissa Rakennuksen primäärienergiantarve elinkaaren eri vaiheissa (MJ tai kwh) Luonnonvarojen käyttö elinkaaren eri vaiheissa (kg) Rakennuksen E-luku (kwh/m 2 a) Aineistoa läpikäytäessä osoittautui, että vain kasvihuonekaasupäästöistä eli hiilijalanjäljestä löytyy kattavasti tietoa. Muista ilmastovaikutuksista tietoa oli dokumentoitu satunnaisesti. Tässä raportissa keskitytään sen vuoksi kasvihuonekaasupäästöihin ja primäärienergian tarpeeseen. Vertailuun valitut ympäristövaikutukset ovat vain osa standardin EN15643-2 mukaisia ympäristöindikaattoreita. Tämän vertailun lähtökohtana oli selvittää rakennusmateriaalien vaikutusta ilmastonmuutokseen ja tarkastelu rajattiin sen vuoksi keskeisiin indikaattoreihin. On huomionarvoista, että standardeihin pohjautuvia vertailevia tutkimuksia on vielä hyvin vähän. Osasyynä tähän on se, että viimeisimmät EN-standardit ovat vasta olleet käytössä muutaman vuoden ajan. Lisäksi niitä ei ole tarkoitettu tieteelliseen käyttöön vaan ainoastaan rakennusten ympäristöselosteiden ja teknisten ympäristövertailujen laatimisen ohjeiksi. Molempia näkökulmia tarvitaan, jotta rakentamisen ympäristövaikutuksia saataisiin vähennettyä.
VERTAILLUT RAKENNUKSET Nr. Maa Projekti Vertailu Rakennustyyppi 1 UK Bridport 2013 Kerrostalo 2 UK Murray Grove 2011 Kerrostalo 3 Ruotsi Wälludden 2013 Kerrostalo 4 Suomi Metlan tutkimuskeskus 2006 Toimistotalo 5 Suomi PuuEra 2012 Kerrostalo 6 Puola Energiatehokkaat pientalot 2013 Omakotitalo 7 Italia Centro Sociale 2008 Julkinen rakennus 8 Italia Nidi Nel Verde 2009 Julkinen rakennus 9 Ruotsi Trähus 2001 2001 Kerrostalo 10 Kanada Tyyppitalojen vertailu 2004 Omakotitalo 11 USA Tyyppitalo Minneapoliksessa 2004 Omakotitalo 12 USA Tyyppitalo Atlantassa 2004 Omakotitalo 13 Saksa Energiatehokas pientalo 2004 Omakotitalo 14 Ruotsi Kerrostalo 2004 Kerrostalo 15 Ruotsi Kerrostalokortteli 2004 Kerrostalo 16 Ruotsi Trä8 2013 Kerrostalo 17 Itävalta Nollaenergiatalo 2014 Omakotitalo 18 Suomi Passiivitalo Tervakukka 2012 Omakotitalo
Rajoitukset ja epävarmuustekijät Tieteelliset julkaisut ovat yleensä vertaisarvioituja. Siksi niiden tuloksia voidaan pitää luotettavina, vaikka ne eivät noudatakaan standardin mukaisia laskentatapoja. Osassa raporteista on annettu tulokset numeraalisesti. Osassa tulokset on esitetty pylväsdiagrammeina ilman numeroita. Jälkimmäisissä tapauksissa luvut on arvioitu graafisesti. Tästä aiheutuu pieniä epätarkkuuksia, mutta tulosten keskinäinen järjestys ei muutu. Vaikuttaa todennäköiseltä, ettei eri tutkimusten taustalla ole yhdenmukaisesti sovellettu EN- tai ISO-standardien ohjeita rakennusten tai rakennustuotteiden ympäristövertailuun. Suurelta osin tämä johtunee siitä, ettei rakennusten ympäristöarvioinnin standardeja (esim. EN15643, EN15978, EN15804, EN16485, ISO14067) ole ollut vielä käytettävissä tutkimusten laatimisen aikaan. Vaikka standardit ohjaavatkin ympäristöselosteiden laatimista ja rakennusten teknistä ympäristöarviointia, ei niillä ole ohjaavaa tai velvoittavaa vaikutusta tieteelliseen työhön. Useimpien taustaraporttien tarkoitus ei ole ollut laatia standardien mukaisia ympäristölaskelmia vaan tarkastella rakennuksia tieteellisestä näkökulmasta. Tämä selvitys ei ole markkinointiviestintään tarkoitettu ympäristöväittämä. Tämän selvityksen tulkinta tulee tehdä käyttäen alkuperäisiä tutkimustuloksia, jotka on ilmoitettu lähdeluettelossa.
Osa 2 ESITTELYKALVOT
Miten eri rakennusmateriaalit vaikuttavat hiilijalanjälkeen? Euroopassa ja USA:ssa on tehty lukuisia toisistaan riippumattomia tutkimuksia rakennusmateriaalien valmistuksen hiilijalanjäljestä ja primäärienergian tarpeesta. Vertailtujen 15 tutkimuksen valossa voidaan sanoa, että puurungon ilmastovaikutukset vaikuttavat olevan pienimmät, riippumatta laskentatavasta tai laskennan rajauksista. Kuva: Matti Kuittinen
Tulosten esitystapa Tiivistelmä tutkimuksen sisällöstä. Kohteen valokuva ja kuvan lähde. Tutkimuksen tulokset esitettynä prosenttiosuuksina. Lähdeviite ja linkki. Tutkimuksessa selvitettyjen elinkaaren vaiheitten rajaus. Mukana olevat elinkaaren on tummennettu.
Rakennuksen elinkaaren moduulit standardin EN15978 mukaan A1-3 A4-5 B C D TUOTEVAIHE RAKENTAMINEN KÄYTTÖVAIHE PURKUVAIHE LISÄTIEDOT A1 Raaka-aineen hankinta A2 Kuljetus valmistukseen A4 Kuljetus työmaalle A5 Työmaatoiminnot B1 Tuotteen käyttö rakennuksessa B2 Kunnossapito B5 Laajamittaiset korjaukset B6 Energian käyttö C1 Purkaminen C2 Kuljetukset Rakennuksen elinkaaren ulkopuolelle jäävät hyödyt tai haitat A3 Tuotteen valmistus B3 Korjaus B7 Veden käyttö C3 Purkujätteen käsittely B4 Osien vaihto C4 Purkujätteen loppusijoitus
Kerrostalo Bridport Lontoo, Iso-Britannia 2013 Kerrostalon rakennusmateriaalien valmistuksen hiilijalanjälkeä vertailtiin CLTja betonirungon välillä. Puurungon avulla vältetyt päästöt vastaavat koko rakennuksen 12 vuoden energiankulutusta. Kasvihuonekaasut Kuva: buildingproducts.co.uk 22,70% CLT Betoni Lähde: J. Fovargue, ASBP London, 2013. http://www.asbp.org.uk/uploads/documents/resources/jon%20forvargue%20eurban%20asbp%2026.03.2013.pdf
Kerrostalo Murray Grove Lontoo, Iso-Britannia 2009 Korkean asuinkerrostalon rungon valmistuksen hiilivarastoa ja hiilijalanjälkeä vertailtiin. Massiivipuiseen CLT-runkoon varastoituu noin 188 tn ilmakehän hiiltä. Vastaava betonirunko aiheuttaisi noin 124 tn fossiiliset hiilipäästöt. Hiilivarasto vs. hiilipäästö (tn C) 150000 100000 50000 0-50000 CLT Betoni Kuva: buildingproducts.co.uk -100000-150000 -200000-250000 Lähde: TRADA 2009. http://eoinc.weebly.com/uploads/3/0/5/1/3051016/murray_grove_case_study.pdf
PuuEra Vierumäki, 2012 Passiivienergiatasoisen kerrostalon koko elinkaaren hiilijalanjälkeä vertailtiin puu- ja betonirungon välillä. Laskelmissa ei ole huomioitu puurungon hiilivarastoa. Kasvihuonekaasut 94,00% Kuva: Saint Gobain Betoni Lähde: Pasanen, P. ym. (2011). Passiivitason asuinkerrostalon elinkaaren hiilijalanjälki. Tapaustutkimus kerrostalon ilmastovaikutuksista. Sitran selvityksiä 63. http://www.sitra.fi/julkaisut/selvityksi%c3%a4-sarja/selvityksia63.pdf
Metlan tutkimuskeskus Joensuu, Suomi 2005 Rakennuksen rungon valmistuksen hiilijalanjälki ja primäärienergiantarve arvioitiin. Vertailtavana olivat puurunko ja betonirunko. Tutkimuksessa selvitettiin myös vaihtoehtoisten ratkaisujen resurssitehokkuutta ja hintaa. Kasvihuonekaasut Energia 66,99% 40% Kuva: http://5osa.com Betoni Betoni Lähde: Häkkinen, T. ja Wirtanen, L. (2006). Metlan Joensuun tutkimuskeskuksen ympäristö- ja elinkaarinäkökohtien arviointi. VTT Tiedotteita 2342. http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2006/t2342.pdf
Puukerrostalo Wälludden Växjö, Ruotsi Kerrostalo rungon valmistuksen hiilijalanjälkeä vertailtiin puu- ja betonirakenteiden välillä. Tutkimuksessa käsiteltiin laajemmin myös eri puurakenteiden ilmastovaikutusten keskinäisiä eroja. Kasvihuonekaasut 58,70% Kuva: Svenskt Trä Betoni Lähde: Dodoo, A. ym. (2013). Wälludden as a case study for three new wood building systems. Julkaisussa Wood in Carbon Efficient Construction (Kuittinen ym., 2013). http://www.eco2wood.com
Centro Sociale Rignagno Sull arno, Italia 2008 Rakennuksen rungon valmistuksen hiilijalanjälki ja primäärienergiantarve arvioitiin. Vertailtavana olivat puurunko ja betonirunko. Kasvihuonekaasut Energia 58,0 % Kuva: Strutture di Legno 42,0 % Betoni Betoni Lähde: Paolo Lavisci (2008), Centro Sociale Rignano Sull arno. http://www.strutturedilegno.it/uploads/progetti/pdf/rignano.pdf
Nidi Nel Verde Rooma, Italia 2009 Saman rakennuksen runko suunniteltiin puusta ja betonista. Vaihtoehtoisten materiaalien valmistusvaiheen hiilijalanjälki laskettiin. Kasvihuonekaasut Kuva: Strutture di Legno 38,0 % Betoni Lähde: Paolo Lavisci (2009), Nidi Nel Verse - Roma. http://www.strutturedilegno.it/uploads/progetti/pdf/nidi.pdf
Energiatehokas omakotitalo Puola, 2008 Passiivienergialuokan omakotitaloa vertailtiin käyttäen runkona puuta ja muurauttua rakennetta. Tarkastelussa olivat materiaalien valmistus, rakentamistyöt, käyttö ja purku. Kasvihuonekaasut 42,1 % Muuraus Lähde: Pajchrowski, G. ym (2013). Wood as building material in the light of environmental assessment of full life cycle of four buildings. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0950061813010994
Trähus 2001 Malmö, Ruotsi 2001 Malmön asuntomessuille rakennettiin puukerrostalo patentoidulla runkoratkaisulla. Rungon valmistuksen, työmaan ja purkuvaiheen päästöjä sekä energian tarvetta vertailtiin puu- ja betonirungon välillä. Kasvihuonekaasut Energia Kuva:.www.traguiden.se 7,5 % Trähus 2001 Betoni 42,5 % Trähus 2001 Betoni Lähde: Erikson, P-E (2004). Comparative LCA:s for Wood and Other Construction Methods. http://www.ewpa.com/archive/2004/jun/paper_032.pdf http://www.svenskttra.se/byggande/inspiration/trahus_2001
Kanadalaiset tyyppitalot Athena-instituutti suunnittelutti tyyppiasuintalon puusta, teräksestä ja betonista. Tarkan määrälaskennan jälkeen materiaalien valmistuksen hiilijalanjälki ja primäärienergian tarve arvioitiin. Kasvihuonekaasut Energia Kuva: Athena Sustainable Materials Institute 66,7 % 81,0 % Teräs Betoni 45,2 % 69,0 % Teräs Betoni Lähde: Trusty, W.B. ja Meil, J.K. (2004). Building Life Cycle assessment. Residential Case Study. Athena Sustainable Materials Institute, Canada. http://aesl.hanyang.ac.kr/resource/blcc/ata_aia_paper.pdf
Tyyppitalo Minneapolis, USA 2004 Tyyppitalon runko suunniteltiin sekä puusta että teräksestä. Valmistuksen hiilijalanjälkeä ja primäärienergian tarvetta vertailtiin. Kasvihuonekaasut Energia 67,0 % 60,4 % Teräs Teräs Lähteet: Eriksson, P-E.Comparative LCA:s for Wood and Other Construction Methods. http://www.ewpa.com/archive/2004/jun/paper_032.pdf Lippke, B. ym. (2004). CORRIM: Life-Cycle Environmental Performance of Renewable Building Materials. Journal of Forest Products, vol 54, nr. 6, 2004. http://www.corrim.org/pubs/articles/2004/fpj_sept2004.pdf
Tyyppitalo Atlanta, USA 2004 Tyyppitalon runko suunniteltiin sekä puusta että teräksestä. Valmistuksen hiilijalanjälkeä ja primäärienergian tarvetta vertailtiin. Kasvihuonekaasut Energia 71,6 % 58,8 % Teräsrunko Teräs Lähteet: Eriksson, P-E.Comparative LCA:s for Wood and Other Construction Methods. http://www.ewpa.com/archive/2004/jun/paper_032.pdf Lippke, B. ym. (2004). CORRIM: Life-Cycle Environmental Performance of Renewable Building Materials. Journal of Forest Products, vol 54, nr. 6, 2004. http://www.corrim.org/pubs/articles/2004/fpj_sept2004.pdf
Omakotitalo Saksa, 2002 Saksalaisen pientalon runko suunniteltiin sekä puusta että tiilestä. Runkomateriaalien koko elinkaaren hiilijalanjälkeä ja primäärienergian tarvetta vertailtiin. Käyttövaiheen päästöt oletettiin samoiksi. Kasvihuonekaasut Energia 83,5 % 72,5 % Tiili Tiili Lähteet: Eriksson, P-E (2004). Comparative LCA:s for Wood and Other Construction Methods. http://www.ewpa.com/archive/2004/jun/paper_032.pdf Scharai-Rad, M. ja Welling, J (2002). Environmental and energy balances of wood products and substitutes. http://www.fao.org/docrep/005/y4001e/y4001e15.htm
Kerrostalo Lund, Ruotsi Rakennuksen runko suunniteltiin sekä puusta että betonista. Rakennuksen koko elinkaaren primäärienergian tarvetta vertailtiin. Käyttövaiheen energiantarve oletettiin samaksi vertailtavien rakenteiden kesken. Energia 63,6 % Betoni Lähteet: Eriksson, P-E (2004). Comparative LCA:s for Wood and Other Construction Methods. http://www.ewpa.com/archive/2004/jun/paper_032.pdf Adalberth, K. (2000). Energy Use and Environmental Impact of New Residential Buildings. Journal of Building Physics. http://jen.sagepub.com/content/30/4/351.refs
Kerrostalokortteli Ruotsi Laajan kerrostalokorttelin runkorakenteiden hiilijalanjälkeä ja primäärienergian tarvetta vertailtiin. Tarkastelu tehtiin koko elinkaaren ajalta olettaen, ettei käyttövaiheessa synny merkittäviä eroja. Kasvihuonekaasut Energia 58,7 % 36,4 % Betoni Betoni Lähteet: Eriksson, P-E (2004). Comparative LCA:s for Wood and Other Construction Methods. http://www.ewpa.com/archive/2004/jun/paper_032.pdf Berge, B. ja Stoknes, S. (2004). Reduksjon av klimabelastninger fra byggebransjen - ved økt bruk av tre og annen biomasse. Aktiv substitusjonseffekt ved økt treforbruk i nybygg.
Trä 8 Göteborg, Ruotsi 2013 Kuusikerroksisen asuintalon runkovaihtoehtojen valmistuksen hiilijalanjälki ja primäärienergiantarve arvioitiin. Vertailussa olivat kertopuu- ja betonirunkojen pääosat. Tutkimuksessa havaittiin runkomateriaalien erojen lisäksi hissikuilun ja perustusten suuri vaikutus hiilijalanjälkeen. Kasvihuonekaasut Kuva: Norwegian Institute of Wood Technology 72,9 % Kertopuurunko Teräs + Betoni Lähde: Tellnes, L.G.F. (2013). Assessment of carbon footprint of laminated veneer lumber elements in a six story housing comparisong to a steel and concrete solution. http://www.irbnet.de/daten/iconda/cib_dc26479.pdf
Nollaenergiatalo Itävalta Laajassa vertailututkimuksessa selvitettiin matala-, passiivi- ja nollaenergiatalojen rakennusmateriaalien, talotekniikan ja paikallisten energialähteiden vaikutusta elinkaaren ympäristövaikutuksiin. Alla lämpöpumpulla lämmitetyn nollaenergiatalon ilmastovaikutuksia. Kasvihuonekaasut Energia 95,01% 94,13% 100,00% 37,69% 0,03% Tiili Betoni Tiili Betoni Tiedot kerätty lähteestä: Innovative Gebäudekonzepte im öko-logischen und ökonomischen Vergleich über den Lebenszyklus. Anhang 2: Ergebnisblätter der LCA und LCC Bilanzierung. C. Spitzbart, G. Fischer, 2014.
Passiivitalo Tervakukka Tampere, 2012 Vertailussa oli sama rakennus toteutettuna puurunkoisena ja siporex-harkoista. Vaihtoehtoisten rakenteiden U-arvo oli sama. Vertailtavina arvoina olivat rakennusmateriaalien valmistuksen hiilijalanjälki. Kasvihuonekaasut 65,9 % Kuva: GreenBuild Oy Siporex-harkko Lähde: Kuittinen, M. (2013). Case studies - Tervakukka Passive House. Julkaisussa Wood in Carbon Efficient Construction (Kuittinen ym., 2013). http://www.eco2wood.com
Yhteenveto 19 eri rakennuksen vertailevat hiilijalanjälkilaskelmat Lähde: Kuittinen, M. (2014). Rakennusten ilmastovaikutusten vertailu. Katsaus 2000-luvulla tehtyihin tutkimuksiin. Rakennustuoteteollisuus ry:n puutuotejaosto. Rakennusmateriaalien hiilijalanjäljen keskimääräinen ero ja vaihteluväli 120% 80% 94% 60% 40% 55% 20% 0% PUU- RUNKO 8% MUU RUNKO- MATERIAALI
Osa 3 SUOSITUKSET JATKOTOIMIKSI
Rakennusten ilmastovaikutusten raportointi Tämän selvityksen myötä on voitu havaita, että rakennusten ilmastovaikutuksia raportoidaan hyvin kirjavasti. Siksi rakennusten elinkaaren eri vaiheiden ilmastovaikutukset tulisi esittää voimassa olevien eurooppalaisten standardien mukaisesti: Rakennusten ympäristöarvioinnin perusteet: EN15643-2 Rakennuksen ympäristöarvioinnin laskentamenetelmät: EN15978 Rakennustuotteiden ympäristöselosteiden laadinta: EN15804 Puupohjaisten rakennustuotteiden ympäristöselosteiden laadinta: EN16485 Vähimmillään ilmastovaikutuksiin tulisi liittää rakennusmateriaalien valmistuksen hiilijalanjälki sekä rakennuksen E-luku. Hiilijalanjäljen ja E-luvun suhteen pohjalta voidaan laskea rakennuksen hiilitehokkuus. Hiilitehokkuuden ja rakennuskustannusten pohjalta voidaan edelleen laskea rakennuksen hiilitaloudellisuus. Näiden kahden kuvaajan avulla voidaan rakennuksen ilmastovaikutuksia optimoida suhteessa sen energialuokkaan ja rakennuskustannuksiin. Sekä hiilitehokkuutta että hiilitaloudellisuutta on tutkittu tarkemmin Aalto-yliopiston Espoon kaupungin tilakeskukselle laatimassa tutkimusraportissa (julkaistaan loppuvuodesta 2014). Tietojen mahdollisimman laajan ja vertailukelpoisen sovellettavuuden varmistamiseksi olisi lisäksi hyvä huomioida Finnish Green Building Councilin laatima Rakennusten elinkaarimittarit ohjeistus, joka perustuu standardiin EN15978.