ENERGIATEHOKKAAN TALON TUNNUSMERKIT Mikko Saari, VTT Energiatehokas koti - tiivis ja terveellinen? Suomen Asuntomessut ja Suomen Asuntotietokeskus Helsingin messukeskus, Ballroom 28.3.2009
Energiatehokkaan talon suunnittelun ja toteutuksen periaatteet Viihtyisä, terveellinen ja turvallinen sisäilmasto miellyttävät lämpöolot talvella ja kesällä, tasalämpöinen ja vedoton puhdas sisäilma: toimiva ja tarpeenmukainen ilmanvaihto, puhtaat materiaalit hiljainen: 22 db(a) Energiatavoitteet tilojen lämmitysenergiankulutus on matalaenergiatalossa 40-60 kwh/brm² vuodessa (-50 %) ja passiivienergiatalossa 20-30 kwh/brm² vuodessa (-75 %) lämmitysenergiamuoto voi olla mikä tahansa (kaukolämpö, öljy, sähkö, pelletti,...) käyttöveden lämmitys energiatehokkaasti energiatehokkaat sähkölaitteet (pumput ja puhaltimet) Rakennus suunnitellaan kokonaisuutena rakenne- ja talotekniikka suunnitellaan yhdessä toimivaksi kokonaisuudeksi mahdollisimman yksinkertaisilla ja toimintavarmoilla ratkaisuilla ei osaoptimointia, eikä härveliteknologiaa
Tutkimuksilla on selvitetty energiatehokkaan rakentamisen 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 Rakennuksen energiatehokkuuden paraneminen ei edellytä ihmisiltä käyttötottumusten muuttamista tai mukavuudesta tinkimistä
Energiakriisien jälkeen uskottiin monimutkaiseen tekniikkaan rakennusten energiansäästössä Vuosi 1978 Vuosi 1982 4
250 Kustannustehokkaalla matalaenergiateknologialla pientalon energiankulutus voidaan puolittaa 1980-luvun seurantakohteita Tavanomainen 1980-luvun lämmöneristys ja sen ajan ikkuna-, lämpöpumppu- ja aurinkoteknologia 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
Yksinkertainen matalaenergiatalo Yhdistämällä tilojen lämmitys ilmanvaihtoon, saadaan yksinkertainen ja tehokkaasti säädettävissä oleva lämmitysratkaisu. Ilmanvaihtolämmityksessä tilat lämmitetään tai viilennetään huoneisiin puhallettavalla tuloilmalla. Ulkovaipan ilmanvuotoluku, n 50 < 1 h -1 Ilmanvaihdon lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde 50-65 % Ilmanvaihdon puhaltimien ominaissähköteho on tehokkaimmillaan alle 1,5 kw/(m³/s), vähintään alle 2 kw/(m³/s) 6
Rakennusosien energiatehokkuusvaatimukset Rakennusosien suoritusarvot Rakentamismääräysten mukainen talo (v. 2008-) Passiivienergiatalo Matalaenergiatalo U-arvot, W/m 2 K - ulkoseinä 0,24 0,15-0,20 +40 % 0,10 0,13 +100 % - yläpohja 0,15 0,10-0,15 +25 % 0,06 0,08 +100 % - alapohja maanvastainen ryömintätilaan rajoittuva ulkoilmaan rajoittuva 0,24 0,19 0,15 0,15 0,12 0,12 0,10 0,12 0,08 0,10 0,08 0,10 - ulko-ovet 1,4 0,7 0,4 0,7 - ikkunat ja ovien valoaukot 1,4 (3-las) 1,0 (3-las) 0,6 0,8 (4-las) Ikkunoiden auringonsäteilyn läpäisy - alle 0,4 alle 0,3 Ikkunan valoaukon valonläpäisykerroin, - - vähintään 0,4 vähintään 0,4 Vaipan ilmanvuotoluku n 50, 1/h enintään 4,0 enintään 1,0 enintään 0,6 7
Talotekniikan suoritusarvot Lämmityksen suoritusarvot Huoneiden lämmityksen tehontarve, W/m² Energiankulutus Energiankulutustasot ja talotekniikan vaatimukset Passiivienergiatalo Rakentamismääräysten mukainen talo (2008) 50 70 20 30 Matalaenergiatalo 10 20 Tilojen lämmityksen ja jäähdytyksen energiankulutus, kwh/brm² vuodessa 70 130 40 60 20 30 Käyttöveden lämmityksen energiankulutus, kwh/brm² vuodessa 25 25 20 Lämmitysjärjestelmän lämpöhäviöenergia, kwh/brm² vuodessa 25 50 15 25 5 10 Lämmitysenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa 130 205 80 110 45 60 Laitesähköenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa 50 45 40 Kokonaisenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa 180 260 125 155 85 100 Ilmanvaihdon suoritusarvot Lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde 30 % vähintään 50 % vähintään 65 % Ilmanvaihdon ominaissähköteho, kw/(m 3 /s) enintään 2,5 enintään 2,0 enintään 1,5 Ilmanvaihdon äänitasot, db(a) Olo- ja makuuhuoneet Keittiö Kylpyhuone 28 33 38 22 25 28 22 25 28 8
Tilojen lämmitysenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa 140 120 100 80 60 40 20 0 Energiatehokkuuden vaikutus tilojen lämmitystarpeeseen Ilmanvaihto Vuotoilma Ulko-ovet Ikkunat Alapohja Yläpohja Ulkoseinä Normitalo 2000 Normitalo 2003 Normitalo 2008 Matalaenergiatalo Passiivienergiatalo 9
Passiivienergiatalossa kaikkien osien energiatehokkuutta 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 % 10
Energiatehokkuuden vaikutus vuotuiseen energiankulutukseen Energiankulutus, kwh/brm² vuodessa 350 300 250 200 150 100 Lämmityksessä hyödynnetyt lämpökuormat Tilojen lämmityksen nettoenergiankulutus Lämmitysjärjestelmän lämpöhäviöt Käyttövesi Sähkö 50 0 Normitalo 2000 Normitalo 2003 Normitalo 2008 Matalaenergiatalo Passiivienergiatalo 11
Energiatehokkuuden parantaminen kaukolämmitetyssä pientalossa Ulkoseinää parannetaan Lisäksi yläpohjaa parannetaan Lisäksi alapohjaa parannetaan Lisäksi ulko-ovia parannetaan Lisäksi ikkunoita parannetaan Lisäksi ilmanpitävyyttä parannetaan Lisäksi ilmanvaihdon lämmöntalteenottoa parannetaan Tilojen lämmitysenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa Normitalo 2008 73 100 % 73 100 % 73 100 % 73 100 % 73 100 % 73 100 % 73 100 % Matalaenergiatatalo 66 91 % 63 87 % 61 84 % 58 79 % 50 68 % 39 54 % 30 42 % Passiivienergiatatalo 60 82 % 54 74 % 51 70 % 46 63 % 34 46 % 24 32 % 7 10 % 12
Matalaenergiarakenteiden lämpö- ja kosteustekninen toimivuus hallitaan Lasi Karmi H1 H2 H3 13
Energiatehokkuuden vaikutus talotekniikkaa Ilmaiset lämpökuormat pitää pystyä hyödyntämään tehokkaasti -> lämmityskausi lyhenee, jopa vain 3 kuukauteen Lämpöenergia, kwh/krs-m² 35 30 25 20 15 10 5 0 10 5 0 Ostettava lämpöenergia Hyödynnetyt lämpökuormat Normitalo 2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Matalaenergiatalo 25 % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Kuukausi 14
140 120 Passiivitalossa syntyy kustannussäästöä, koska erillistä lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmää ei tarvita matalaenergiatalot low energy houses Kustannus, /m² 100 80 60 40 20 passiivitalot kustannusten cost reduction: aleneminen: heating system lämm. kokon. total costs kustannus energiakustannus energy costs extra investment costs lisäkustannus Lähde: Passivhaus Institut Darmstadt 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tilojen lämmitysenergiankulutus, kwh/m² vuodessa 15
Lattialämmityksen toimintalämpötilat muuttuvat, kun energiatehokkuus paranee Ulkoilman lämpötila, C Lämpötila, C -20 30 25 20-10 -5 0 +5 +10 +15 +20 Lattian pintalämpötilat Huonelämpötila Normitalo 2000 Normitalo 2008 Matalaenergiatalo Passiivienergiatalo Huonelämpötila Passiivienergiatalon lattialämmityksessä lattian pintalämpötila on talvella noin 0,5 C huoneilmaa lämpimämpi, kovillakin pakkasilla vain 1,5 C. 15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Aika vuodesta, % 16
Lämmitysteho, W RET-pientalon (1-kerroksinen, 163 brm²) tuloilma riittää lämmön jakamiseen passiivienergiatalossa 12 000 11 000 10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 Normitalo 2000 Normitalo 2003 Normitalo 2008 Matalaenergiatalo Passiivienergiatalo Lämmitystehoa vastaava ilmavirta 70 60 50 40 30 20 Lämmitysteho, W/brm² 2 000 0,5 1/h 10 1 000 Keskimääräinen lämpökuorma talvella 0 0-30 -25-20 -15-10 -5 0 5 10 15 20 Ulkoilman lämpötila, C 17
Matalaenergiatalon auringonsuojaus ja viilennys ulkoilmalla 40 Wienerberger passiivienergiatiilitalo Ilman aurinkosuojausta ja lämmöntalteenoton ohitusta Kuukauden keskimääräinen sisälämpötila, C 35 30 25 Otetaan käyttöön lämmöntalteenoton ohitus Lisäksi käytetään auringonsuojalaseja Lisäksi sälekaihtimet 20 Tammikuu Helmikuu Maaliskuu Huhtikuu Toukokuu Kesäkuu Heinäkuu Elokuu Syyskuu Lokakuu Marraskuu Joulukuu Kuukausi 18
Tulisijalämmitys energiatehokkaassa talossa Lämmitysteho, kw 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 10 20 30 40 Aika, h 380 kg 1125 kg 2050 kg Massiivinen varaava tulisija luovuttaa matalaenergiataloon lämpöä tasaisesti usean päivän ajan yhdellä poltolla Kevyt tulisija voi antaa matalaenergiataloon liian suuren hetkellisen lämpötehon, joka nostaa sisälämpötilan tarpeettoman korkeaksi ja lämpö on tuuletettava ulos Tulisijan ja ilmanvaihdon moitteeton yhteistoiminta pitää varmistaa 19
100 % Suhteellinen energiankulutus, % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % Uusiutuva energia Uusiutumaton energia Tulevaisuuden rakennus toimii uusiutuvalla energialla Energian tarpeen pienentäminen on tehokas keino uusiutuvien energialähteiden osuuden lisäämiseen. Kun energiatarve pienenee murto-osaan nykyisestä, niin se helpompi kattaa uusiutuvalla energialla. 0 % 2000 2024 Rakennusvuosi 20
Energiatehokkaan talon rakentamisen yksinkertaiset ja kustannustehokkaat keinot? rakennuksen ulkovaipan lämpöhäviö pienennetään 60 % tasolle vertailulämpöhäviöstä 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 ja torjunta viilennyksessä? vedenkulutuksen hallinta? energiatehokkaat sähkölaitteet? huolellinen rakentaminen (rakennuksen ulkovaipasta tulee tuulenpitävä ja kylmäsillaton)? kaiken tekniikan yksinkertaistaminen, talon osien vähentäminen ja toistuvien ratkaisujen käyttäminen? tehdään rakennuksesta tarkoituksenmukainen ja helposti ylläpidettävä? varaudutaan muun muassa talotekniikan uusimiseen entistä energiatehokkaammaksi tulevaisuudessa 21