FInZEB-laskentatuloksia: Herkkyys- ja yhdistelmätarkastelut, asuinkerrostalo ja toimistotalo

FInZEB-laskentatuloksia: Herkkyys- ja yhdistelmätarkastelut, asuinkerrostalo ja toimistotalo 11.6.2014 (osa materiaalista esitetty työpajassa 5.6.2014) Granlund Oy / E Reinikainen, L Loisa 1

E-lukulaskenta D3/2012 Kiinteät säännöt: Sää Rajaussäännöt: Taseraja rakennuksessa Ei erikoistiloja Ei ulkopuolista kulutusta Ei kiinteistön teknisiä järjestelmiä D5-ohjeistetut säännöt: Kylmäsillat Hyötysuhteet Apulaitteiden sähkönkulutus Standardikäytön säännöt: Lämpötilat Ilmavirrat Henkilöt Valaistus Laitteet Käyttöajat Lämmin käyttövesi Suunnittelun keinot: Muoto, Suuntaus Tilojen sijoittelu Aukotus Aurinkosuojaus U-arvot Tiiviys Iv-palvelualueet LTO-hyötysuhde Sfp-luku Energiamuotokertoimet Laskentatyökalut Järjestelmähäviöt Energiahankinnan keinot: Ostoenergian vaihtoehdot Uusiutuva omavaraisenergia Tarpeenmukaisuus huomioitavissa: Ei ohjeistettu D3/D5: Ilmanvaihto Valaistus Energiavirtojen kierrätys Hukkalämmön hyödyntäminen Vapaajäähdytys 2

Suuri asuinkerrostalo Tarkasteltavana asuinrakennuksena on uusi, vuoden 2012 lopussa rakennusluvan saanut kerrostalo Talon rakennusluvassa E-luku oli 126 kwh/m² (raja on 130) Talon pinta-ala on 3300 m² Talon energiantarve rakennusluvan energiaselvityksen E-lukulaskelmassa on 300 MWh/a lämmitystä ja 122 MWh/a sähköä 3

Suuri kerrostalo 3300 m² - ostoenergia 160 140 120 100 80 Kerrostalo, ostoenergia kwh/m 2,a Pienen kerrostalon taso LVI - muu kwh/m²,a Ilmanvaihto kwh/m²,a Laite kwh/m²,a Valaistus kwh/m²,a Jäähdytys kwh/m²,a s ä h k ö 60 40 20 0 Lämpö-muu kwh/m²,a LKV kwh/m²,a IV-lämmitys kwh/m²,a Tilalämmitys kwh/m²,a 4

Suuri kerrostalo E-luku A 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Pienen kerrostalon 147 138 142 140 143 taso 142 144 144 143 143 141 128 133 136 142 kaukolämpötalo 5

Pieni asuinkerrostalo Talon pinta-ala on 1100 m² Talolle tehdyssä E-lukulaskelmassa energiantarve on 120 MWh/a lämmitystä ja 80 MWh/a sähköä Talon E-luku on 126 kwh/m² 6

Pieni kerrostalo 1100 m² - ostoenergia 180 Kerrostalo, ostoenergia kwh/m 2,a 160 140 120 100 80 60 40 20 0 LVI - muu kwh/m²,a Ilmanvaihto kwh/m²,a Laite kwh/m²,a Valaistus kwh/m²,a Jäähdytys kwh/m²,a Lämpö-muu kwh/m²,a LKV kwh/m²,a IV-lämmitys kwh/m²,a Tilalämmitys kwh/m²,a s ä h k ö 7

Pieni kerrostalo E-luku 160 155 150 145 152 142,8 147,4 145,5 151,6 147,8 148,8 149 148 158 156 140 135 130 125 120 115 132 133,0 kaukolämpötalo 8

Pieni toimistorakennus Rakennuksen bruttopinta-ala on 6313 m² Talon energiantarve E-lukulaskelmassa on 202 MWh/a (39,8 kwh/m²/a) lämmitystä ja 239 MWh/a (47,1 kwh/m²/a) sähköä 9

Pieni toimisto 6200 m² - ostoenergia 160 Pieni toimisto, ostoenergia kwh/m 2,a 140 120 100 80 60 40 20 0 LVI - muu kwh/m²,a Ilmanvaihto kwh/m²,a Laite kwh/m²,a Valaistus kwh/m²,a Jäähdytys kwh/m²,a Lämpö-muu kwh/m²,a LKV kwh/m²,a IV-lämmitys kwh/m²,a Tilalämmitys kwh/m²,a s ä h k ö 10

Pieni toimisto E-luku 160 140 120 163,1 146,5 127,4 162,6 159,4 157,6 162,8 149,3 161,9 160,6 161,3 159,9 127,1 150,3 160,4 159,4 152,9 A 100 80 60 40 20 0 kaukolämpötalo 11

Suuri toimistorakennus Rakennuksen nettopinta-ala on maan päällisiltä osiltaan 32 100 m² Rakennus on olemassa ja valmistunut vähän ennen E-luvun laskentavaatimuksien voimaan astumista 12

Suuri toimisto 32 100 m² - ostoenergia 180 Suuri toimisto, ostoenergia kwh/m 2,a s ä h k ö LVI - muu kwh/m²,a Ilmanvaihto kwh/m²,a Laite kwh/m²,a Valaistus kwh/m²,a Jäähdytys kwh/m²,a Lämpö-muu kwh/m²,a LKV kwh/m²,a IV-lämmitys kwh/m²,a Tilalämmitys kwh/m²,a 160 140 120 100 80 60 40 20 0 13

Suuri toimisto E-luku 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 181 161 141 Suuri toimisto, E-luku 179 175 176 181 180 179 176 174 168 148 169 180 181 14

NZEB yhdistelmätarkastelu yhdistelmien vaikutus energiankulutukseen ja E-lukuun asuinkerrostalo ja toimistotalo 11.6.2014 15

Yhdistelmätarkastelun esittely Yksittäisistä E-lukuun vaikuttavista tekijöistä koottiin yhdistelmiä, joilla saadaan rakennuksen E-luku pienemmäksi Yhdistelmät aikaisemmin esitetyistä tekijöistä koottiin seuraavin periaattein: Tehokkaat ja edulliset Tehottomat tai jonkin verran tehokkaat, mutta kalliit verrattuna edullisiin Yhdistelmiä tehtiin seuraaville rakennustyypeille: Pieni (monimuotoinen) kerrostalo (Av/V 0,54) Suuri kerrostalo (Av/V 0,42) Korkea kerrostalo, 10 kerrosta (Av/V 0,32) Suuri ja pieni toimistotalo (Av/V 0,17 ja 0,26) Korkea toimistotalo, 25 kerrosta (Av/V 0,18) 16

Laskelmien yleiset periaatteet Rakennukset lämmitetään kaukolämmöllä Rakennuksien jäähdytys toteutetaan omilla, sähköä käyttävillä vedenjäähdytyslaitteilla Kaikki laskelmat tehtiin E-luvun laskentasääntöjen mukaan Tarpeenmukaisen valaistuksen laskemisessa käytettiin Rakentamismääräyksen D5 ohjeellisia käyttökertoimia Tarpeenmukaisen ilmanvaihdon ilmavirrat saatiin simuloinnin avulla, jossa perusteena E-luvun laskentaohjeen henkilömäärä ja Sisäilmastoyhdistyksen julkaiseman sisäilmastoluokituksen S2 sallima hiilidioksidipitoisuus sisäilmassa (luokat S1 S3) 17

Yhdistelmien kuvaus - kerrostalo Perustapaus SRMK-D3: D3 laskentaohjeen mukaiset lukuarvot sekä muut rakentamismääräysten minimiarvot eristyksille (ulkoseinän U-arvo 0,17 W/m²K), ilmanvaihdon lämmöntalteenotolle (45 %), vuotoilmakertoimelle (q 50 =4), kylmäsilloille, ilmanvaihdon ominaissähköteholle jne. Tehokkaat ja edulliset yhdistelmät Lämmöntalteenotto ilmanvaihdosta 80 % ilmanvaihdon ominaissähköteho 1,5 kw/(m³/s) (-25 %) vuotoilmakerroin 0,6 valaistus 7 W/m² (-36 %) ikkunoiden lämmönläpäisy (U-arvo) 0,8 W/m²K (-20 %) Vähemmän tehokkaat ja kalliimmat yhdistelmät Kylmäsiltojen lämpövuoto -25 % Talon lämmityksen lämmönjakelun hyötysuhde 95 % (perustapaus 85 %) Parannettu lämmöneristys: ikkunat 0,6 W/m²K ja ulkoseinä 0,1 W/m²K 18

Yhdistelmien kuvaus - toimistotalo Perustapaus SRMK-D3: D3 laskentaohjeen mukaiset lukuarvot laitekuormille, sähkötehoille jne. rakentamismääräysten minimiarvot eristyksille ja ikkunoille ilmanvaihdon lämmöntalteenotto 45 % hyötysuhteella Vuotoilmakertoimelle lukuarvo q 50 =4 kylmäsilloille ohjeelliset rakentamismääräysten arvot ilmanvaihdon ominaissähköteholle jne. rakentamismääräysten minimiarvot. 19

Yhdistelmien kuvaus - toimistotalo Tehokkaat ja edulliset yhdistelmät Lämmöntalteenotto ilmanvaihdosta 80 % ilmanvaihdon ominaissähköteho 1,5 kw/(m³/s) (-25 %) Ilmanvaihto tarpeenmukaisesti ohjattu CO 2 ja lämpötilaohjaus vuotoilmakerroin 0,6 valaistus 7 W/m² (-41 %) ja tarpeenmukainen sekä päivänvalo-ohjaus ikkunoiden lämmönläpäisy (U-arvo) 0,8 W/m²K (-20 %) Vähemmän tehokkaat ja kalliimmat yhdistelmät Kylmäsiltojen lämpövuoto -25 % perustapauksesta Talon lämmityksen lämmönjakelun hyötysuhde 95 % (perustapaus 85 %) Parannettu lämmöneristys: kiinteät ikkunat 0,6 W/m²K ja ulkoseinä 0,1 W/m²K Ikkunan auringonsäteilyn läpäisy, g-arvo 24 % (34 % edellisessä vaihtoehdossa) koska sälekaihtimia ei voi käyttää kiinteissä ikkunoissa 20

Yhdistelmien laskettu ostoenergia - kerrostalo 180 Yhdistelmävaihtoehdot, ostoenergia kwh/m 2,a s ä h k ö LVI - muu kwh/m²,a Ilmanvaihto kwh/m²,a Laite kwh/m²,a Valaistus kwh/m²,a Jäähdytys kwh/m²,a Lämpö-muu kwh/m²,a LKV kwh/m²,a IV-lämmitys kwh/m²,a Tilalämmitys kwh/m²,a 160 140 120 100 80 60 40 20 0 21

Yhdistelmien laskettu ostoenergia - toimisto 200 Yhdistelmävaihtoehdot, ostoenergia kwh/m 2,a s ä h k ö LVI - muu kwh/m²,a Ilmanvaihto kwh/m²,a Laite kwh/m²,a Valaistus kwh/m²,a Jäähdytys kwh/m²,a Lämpö-muu kwh/m²,a LKV kwh/m²,a IV-lämmitys kwh/m²,a Tilalämmitys kwh/m²,a 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 22

Yhdistelmien laskettu E-luku - kerrostalo A 160 140 120 100 80 60 40 20 0 152 116 139 106 109 86 147 112 134 101 104 85 141 108 131 98 101 80 Kaukolämpötalo 23

Yhdistelmien laskettu E-luku - toimisto A 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 164 102 156 92 96 86 187 107 173 96 98 88 155 84 149 74 79 69 kaukolämpötalo 24

NZEB sijaintipaikkavertailu laskentasään vaikutus energiankulutukseen ja E-lukuun asuinkerrostalo 11.6.2014 25

Asuinkerrostalon sijaintivertailu Suuren asuinkerrostalon energiankulutukselle tehtiin sijaintipaikkakuntavertailu tutkittiin miten sijaintipaikkakunta vaikuttaa aiemmin esitettyjen kahden E-lukua pienentävän toimenpideyhdistelmän laskentatuloksiin sekä perustapaukseen Sijaintipaikkakunnat ovat Helsinki ja Rovaniemi Toimenpideyhdistelmät ovat kertauksena: Perustapaus SRMK-D3 Tehokkaat ja edulliset yhdistelmät Vähemmän tehokkaat ja kalliimmat yhdistelmät 26

Yhdistelmien ostoenergia - kerrostalo 200 180 160 140 120 100 80 60 +27 % Yhdistelmävaihtoehdot, ostoenergia kwh/m 2,a +21 % +24 % LVI - muu kwh/m²,a Ilmanvaihto kwh/m²,a Laite kwh/m²,a Valaistus kwh/m²,a Jäähdytys kwh/m²,a Lämpö-muu kwh/m²,a LKV kwh/m²,a 40 IV-lämmitys kwh/m²,a 20 Tilalämmitys kwh/m²,a 0 Perustapaus Perustapaus SRMK-D3, SRMK-D3, Helsinki Rovaniemi Tehokkaat ja Tehokkaat ja edulliset, edulliset, Helsinki Rovaniemi Vähemmän Vähemmän tehokkaat ja tehokkaat ja kalliit, kalliit, Helsinki Rovaniemi 27

Yhdistelmien E-luku - kerrostalo +19 % +17 % +15 % 200 180 160 140 120 147 175,2 111,5 128 134,3 157,0 100 A 80 60 40 20 0 Perustapaus SRMK-D3, Helsinki Perustapaus SRMK-D3, Rovaniemi Tehokkaat ja edulliset, Helsinki Tehokkaat ja edulliset, Rovaniemi Vähemmän tehokkaat ja kalliit, Helsinki Vähemmän tehokkaat ja kalliit, Rovaniemi 28

Aurinkosähköpotentiaali asuinkerrostalossa ja toimistorakennuksessa katolla ja julkisivussa 11.6.2014 29

Selvitystyön tausta Tähän mennessä FinZEB-hankkeessa on tutkittu prosenttiosuuksien avulla miten tietty prosenttiosuus katon, ja/tai tontin pinta-alasta aurinkosähkön tuotannossa vaikuttaa talon E-lukuun Toisena osana on tutkittu aikaisemmin miten paljon tarvitaan aurinkosähköä, jotta nykyaikaisesta kerrostalosta saadaan pelkällä aurinkosähköllä A-energiatehokkuusluokan talo Tässä selvityksessä tutkittiin todellisen suunnittelun keinoin, miten paljon tyypillisen kerrostalon ja toimiston katolta ja julkisivusta saadaan aurinkosähköä ja miten se vaikuttaa energiatodistuksen pohjana olevaan E-lukuun 30

Sähköntuotanto asuinkerrostalossa Katon pinta-ala 761 m² Aurinkopaneeleille asennustilaa katolla: 242 m² Vähennetty varjoon jäävä alue katolla ja sen jälkeen arvioitu, että kolmasosa jäljelle jäävästä pinta-alasta soveltuu aurinkopaneelien asennukseen katolla olevien erilaisten rakenteiden ja laitteiden sijoituksen perusteella. Asuntokohtaisen ilmanvaihdon poistoilmalaitteet vaativat runsaasti tilaa katolla. 31

Sähköntuotanto asuinkerrostalossa Varjoon jäävä alue merkitty punaisella Aurinkopaneelien suuntaus etelää kohti Paneelien kallistus 42 vaakatasosta Aurinkopaneelien pintaalaksi oletettu 120 m² (50 % käytössä olevasta kattopinta-alasta) 32

Sähköntuotanto asuinkerrostalossa Eteläjulkisivussa asennustilaa aurinkopaneeleille 124 m². Kokonaisalasta vähennetty ikkunoiden ja ovien pinta-alat. Eteläjulkisivu merkitty kuvaan punaisella. 33

Sähköntuotanto asuinkerrostalossa Sähköntuotanto katolla: 14,0 MWh/a Sähköntuotanto eteläjulkisivussa: 10,3 MWh/a Teho yhteensä 33 kw p Jos taloon saadaan jonkinlainen sähkövarasto (akku) tai aurinkosähkö lasketaan suoraan talon ostosähköä vähentäväksi tuotannoksi niin E-luku pienenee enintään 12,5 kwh/m² Tuntitason suorassa energiankulutus/tuotanto vertailussa ilman varastointia/myyntiä E-luku pienenee enintään 9,7 kwh/m² 34

Sähköntuotanto toimistorakennuksessa Katon pinta-ala 1638 m² Aurinkopaneeleille asennustilaa katolla 870 m² Katon kokonaispinta-alasta vähennetty matalat katto-osat, korkean lasiseinän taakse jäävä ala sekä LVI-laitteiden varjostamat alat loppu osa katosta on käytettävissä aurinkopaneelien asennukseen 35

Sähköntuotanto toimistorakennuksessa Varjoon jäävät tai muuten aurinkopaneelien asennukseen sopimattomat alueet merkitty kuvaan punaisella Aurinkopaneelien suuntaus etelää kohti Paneelien kallistus 42 vaakatasosta 36

Sähköntuotanto toimistorakennuksessa Aurinkopaneelien pinta-alaksi oletettu 430 m² (50 % kattopinta-alasta) Sähköntuotanto katolla: 50,3 MWh/a Teho 58 kw p Jos taloon saadaan jonkinlainen sähkövarasto (akku) tai aurinkosähkö lasketaan suoraan talon ostosähköä vähentäväksi tuotannoksi niin E-luku pienenee enintään 13,5 kwh/m² Tuntitason suorassa energiankulutus/tuotanto vertailussa ilman varastointia/myyntiä E-luku pienenee enintään 10,1 kwh/m² 37

Yhteenveto tuloksista Asuintalossa aurinkosähköä saadaan katolta ja julkisivusta 20 % talon vuositarpeesta ja E-luku pienenee tarkastelutavasta riippuen 9,7 12,5 kwh/m² Toimistotalossa aurinkosähköä saadaan katolta 21 % talon vuositarpeesta ja E-luku pienenee tarkastelutavasta riippuen 10 13,5 kwh/m² Luvut esittävät keskimääräisen rakennuksen keskimääräisiä lukuja todellisen suunnittelutyön kautta esimerkiksi tunnetusti kannattamattomat asennuspaikat on jätetty pois kuten talojen itäseinä 38

Asuinkerrostalon aurinkosähköpotentiaalin riippuvuus laskentatavasta 11.6.2014 39

Aurinkosähkön tuntilaskenta Aurinkosähkön oma käyttö ja myynti kerrostalon tuntitase-esimerkissä koko vuoden aikana Sähköä joudutaan myymään hyvin paljon, koska sitä syntyy liikaa silloin kun ei tarvita ja liian vähän tai ei ollenkaan silloin kun tarve on suurin 90,0 80,0 70,0 60,0 myynti käyttö Teho kw 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0 744 1488 2232 2976 3720 4464 5208 5952 6696 7440 8184 Kuukausi, vuoden tunteina 40

Aurinkosähkön todellisuus Porin uimahallin katolla simuloituun verrattuna Katoille kinostuva tai kerääntyvä lumi poistaa helposti muutaman kuukauden koko sähköntuotannon, jos paneeleita ei puhdisteta kuten tässä esimerkissä vastaa suunnilleen yhden kevätkuukauden sähköntuotantoa Aurinkosähkön tuotanto hyvänä vuonna 2013 Porin uimahallin katolla Motivan aurinkosähköseurannasta ja vastaava simuloitu kuukausituotanto keskimääräisellä tilastosäällä 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Pori 2013 hyvä vuosi Meteonorm tilastosää 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 41