Rakennusten energiatehokkuuden vaikutuksia lyhyesti Aalto Energiatekniikan vierailu Espoo, 24.4.2017 Mikko Saari VTT Expert Services Oy
Mitä on rakennusten energiatehokkuus Mitä saadaan (= hyvä talo) Energiatehokkuus = ---------------------------------------------- Paljonko kulutetaan energiaa (=kwh) 24.4.2017 2
Energiatehokkuus ei ole pelkästään energiansäästöä Hyvä sisäilmasto Turvallinen Terveellinen Viihtyisä Mitä saadaan Energiatehokkuus = ---------------------------------------------- Paljonko kulutetaan energiaa Päästöt ympäristöön Toimiva Käytönaikainen energiankulutus Muut ympäristövaikutukset Voimalaitoskapasiteetti Tarpeita vastaava Rakentamisvaiheen energiankulutus Rakennustuotteiden valmistuksen energiankulutus Luonnonvarojen käyttö Kaunis, kestävä ja käyttökelpoinen Ympäristömyönteinen Purkamisvaiheen energiankulutus 24.4.2017 3
Energiankulutustasoja Rakentamismääräyskokoelman (RakMk) mukainen talo kyseisenä vuonna voimassa olevien rakentamismääräysten minimivaatimusten mukaan rakennettu talo (RakMk 2012: E-luku ja energiamuotokertoimet) Matalaenergiatalo tilojen lämmitysenergiankulutus on 50 kwh/brm² vuodessa (Jyväskylä) talon lämpöhäviö on alle 85 % RakMk 2010 mukaisen talon vertailulämpöhäviöstä Passiivienergiatalo tilojen lämmitysenergiankulutus on 25 kwh/brm² vuodessa (Jyväskylä) talon lämpöhäviö on alle 65 % RakMk 2010 mukaisen talon vertailulämpöhäviöstä kokonaisenergiankulutus on enintään 120 kwh/brm² vuodessa Passiivitalo (alkuperäinen saksalainen Passivhaus Instituutin määritelmä) lämmitys- ja jäähdytysenergian tarve 15 kwh/lattia-m² primäärienergian tarve 120 kwh/lattia-m² 24.4.2017 4
Muita energiankulutustasojen kuvauksia Nolla- ja plusenergiatalo nolla- tai plusenergiatalo on passiivitason talo, jossa tuotetaan energiaa yli oman tarpeen niin, että tuotetusta energiasta hyödynnetty määrä vastaa omaa vuotuista energiankulutusta (nolla) tai ylittää sen (plus) VTT:n sertifioima passiivitalo (vaatimukset on muunnettu pohjoisen ilmastoon sopiviksi, Promotion of European Passive Houses) tilojen lämmitys- ja jäähdytysenergian tarve 20-30 kwh/brm² vuodessa primäärienergian tarve 130-140 kwh/brm² vuodessa (D3/2012 muotokertoimet) rakennuksen vaipan ilmanvuotoluku n 50 on enintään 0,6 1/h Lähes nollaenergiatalo (EU:n direktiivi) lähes nollaenergiatalo on myös passiivitasoinen talo, jonka kansallinen määritelmä on asetusluonnoksessa (http://www.ym.fi/) vain pieni tiukennus nykyiseen, mutta tiukennus vaihtelee rakennustyypeittäin 24.4.2017 5
Lähes nollaenergiarakennuksen kuvaus direktiivissä Lähes nollaenergiarakennus EUROOPAN PARLAMENTIN JA NEUVOSTON DIREKTIIVI 2010/31/EU, annettu 19 päivänä toukokuuta 2010, rakennusten energiatehokkuudesta (uudelleenlaadittu) lähes nollaenergiarakennuksella tarkoitetaan rakennusta, jolla on erittäin korkea energiatehokkuus, sellaisena kuin se on määritettynä liitteen I mukaisesti. Tarvittava lähes olematon tai erittäin vähäinen energian määrä olisi hyvin laajalti katettava uusiutuvista lähteistä peräisin olevalla energialla, mukaan lukien paikan päällä tai rakennuksen lähellä tuotettava uusiutuvista lähteistä peräisin oleva energia; 31 päivään joulukuuta 2020 mennessä kaikki uudet rakennukset ovat lähes nollaenergiarakennuksia 24.4.2017 6
Marssijärjestys energiatehokkaiden talojen toteutukseen Energiamuoto Kulutuksen ohjaus ja näyttö Ilmaisenergioiden hyödyntäminen Sähkönkäytön tehostaminen Lämpöhäviöiden pienentäminen Kioto-pyramidi Energiatehokkaan rakentamisen portaat HALLITAAN KOKONAISUUUDEN SUUNNITTELU Pienennetään energian tarve mahdollisimman pieneksi lämmitys, käyttövesi, sähkö ja viilennys tekniset ja taloudelliset rajoitukset Pientä energiantarvetta vastaava talotekniikka pyritään monitoimijärjestelmiin talotekniikan sähkönkulutuksen hallinta Tarpeenmukainen käyttö ja kulutuksen näyttö Pientä lämmitystarvetta vastaava lämmöntuottoratkaisu lisäksi mahdollinen paikallinen energian tuotanto ja ulosmyynti mahdollistaa nettonolla- ja nettoplusenergiatalot, joiden perustana on passiivienergiatasoinen talo 24.4.2017 7
Lämmitysenergian kulutustasoja 140 Tilojen lämmitysenergiankulutus, kwh/brm² vuodessa 120 100 80 60 40 20 Ilmanvaihto Vuotoilma Ulko-ovet Ikkunat Alapohja Yläpohja Ulkoseinä 0 Normitalo 2000 Normitalo 2003 Normitalo 2008 Normitalo 2010 Matalaenergiatalo Passiivienergiatalo 24.4.2017 8
RakMk 2008: talossa on lämmitystarvetta 70 %:n ajan vuodesta -20 60-10 Ulkoilman lämpötila, C -5 0 +5 +10 +15 +20 Lämmitysteho, W/brm² 50 40 30 20 10 RakMk 2008 mukaisen talon lämmitystarve RakMk 2008 mukaisen talon lisäviilennystarve Lämpökuorma Viilennys ulkoilmalla 9 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Aika vuodesta, % 24.4.2017 9
Passiivienergiatalossa on lämmitystarvetta 5 %:n ajan vuodesta, suuren osan aikaa viilennetään ulkoilmalla -20 60-10 Ulkoilman lämpötila, C -5 0 +5 +10 +15 +20 Lämmitysteho, W/brm² 50 40 30 20 10 Passiivienergiatalon lämmitystarve Lämpökuorma Passiivienergiatalon lisäviilennystarve Viilennys ulkoilmalla 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Aika vuodesta, % 24.4.2017 10
100 % 90 % Tulevaisuuden talo toimii uusiutuvalla energialla Suhteellinen energiankulutus, % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % Uusiutuva Uusiutumaton Energian tarpeen pienentäminen on tehokas keino uusiutuvien energialähteiden osuuden lisäämiseen. Kun energiatarve pienenee murtoosaan nykyisestä, niin se on helpompi kattaa uusiutuvalla energialla. 10 % 0 % Normitalo 2008 Passiivienergiatalo 24.4.2017 11
Aurinkosähkön hyödyntäminen asuinkerrostalossa Tuotto: 100-120 kwh/paneeli-m² vuodessa eli noin 10-20 % kiinteistösähköstä. 4 500 Aurinkosähkön jakautuminen, kwh 4 000 Energia, kwh 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 Hyödyntämätön aurinkosähkö Hyödynnetty aurinkosähkö 0 12.2015 1.2016 2.2016 3.2016 4.2016 5.2016 Kuukausi.vuosi 6.2016 7.2016 8.2016 9.2016 10.2016 11.2016 24.4.2017 12
Aurinkolämmön hyödyntäminen asuinkerrostalossa 250 Auringon säteilyenergia ja keräinten ominaistuotot, kwh/m² Tasokeräimen ominaistuotto Ominaisenergia, kwh/m² 200 150 100 50 0 140 5.2012 6.2012 7.2012 8.2012 9.2012 10.2012 11.2012 12.2012 1.2013 Kuukausi.vuosi Kiinteistön vedenkulutus, m³ Tyhjöputkikeräimen ominaistuotto Auringon säteilyenergia keräinpinnalle 2.2013 3.2013 4.2013 Tuotto: 350-400 kwh/keräin-m² vuodessa eli noin 40-50 % käyttöveden lämmitystarpeesta. 120 Kylmä käyttövesi Lämmin käyttövesi 100 80 60 40 20 0 5.2012 6.2012 7.2012 8.2012 9.2012 10.2012 11.2012 12.2012 1.2013 2.2013 3.2013 4.2013 Veden kulutus, m³ Kuukausi.vuosi 24.4.2017 13
Energiakriisien jälkeen uskottiin monimutkaiseen talotekniikkaan rakennusten energiansäästössä Vuosi 1978 Vuosi 1982 24.4.2017 14
Suomalainen passiivienergiatalo ja ilmanvaihtolämmitys U=0,06...0,08 Passiivienergiatalo U=0,6...0,8 U=0,10...0,12 U=0,10...0,13 Ilmanvaihtolämmityksessä tilat lämmitetään tai viilennetään huoneisiin puhallettavalla tuloilmalla. 24.4.2017 15
Energiatehokkaan pientalon ilmanvaihtolämmityksen mitattu toiminta talvella 24.4.2017 16
Poistoilman lämmöntalteenotto lämmönsiirtimellä 30 20 Lämmityskausi Huonelämpötila eli poistoilman lämpötila A: Ilmanvaihdon lämmitystarve ilman LTO:a 30 20 Lämmityskausi Huonelämpötila eli poistoilman lämpötila A - B: LTO:lla talteenotettu lämmitysenergia 30 20 Punainen alue on mahdollisen tuloilman lämpötilan rajoittamisen takia menetetty lämpö Huonelämpötila eli poistoilman lämpötila Lämpötila, C 10 0-10 -20-30 Ulkoilman lämpötilan pysyvyys 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Aika vuodessa, % Lämpötila, C 10 0-10 -20-30 B B: Ilmanvaihdon lämmitystarve, kun on LTO Ulkoilman lämpötilan pysyvyys Jäteilman lämpötila LTO:n jälkeen Poistoilman LTO:n vuosihyötysuhde (A - B)/A eli talteensaatu energia jaettuna energiantarpeella 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Aika vuodessa, % Lämpötila, C 10 0-10 -20-30 A - B: LTO:lla talteenotettu lämmitysenergia Sininen alue on LTO:n jäätymissuojauksen takia menetetty lämpö Ulkoilman lämpötilan pysyvyys Tuloilman lämpötila LTO:n jälkeen 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Aika vuodessa, % 24.4.2017 17
Asunnon ilmanvaihtokoneen energiatehokkuuden luokitus tuotesertifikaatissa Tuotesertifikaatilla voidaan osoittaa energiatehokkuus sekä määräysten että EU:n ekosuunnitteluasetuksen mukaisuus Energiatehokkuuden laskenta perustuu ilmanvaihtokoneen mitattuihin suoritusarvoihin Luokitus 9 luokkaan (A++ - G) Lämpö ja sähkö luokitetaan erikseen Lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde, A-luokassa yli 70 % ja A++-luokassa yli 80 % Ilmanvaihtokoneen ominaissähköteho on A-luokassa alle 1,0 kw/(m³/s) A++-luokassa alle 0,6 kw/(m³/s) 24.4.2017 18
Ulkoa tulevan lämpökuorman aiheuttaman viilennystarpeen minimointi Energiatehokkaan talon viilennystarve on minimoitu rakenteellisin keinoin tavanomaista parempi rakennuksen ulkovaipan lämmöneristys ja ilmanpitävyys estetään rakenteisiin varastoituvan lämmön tulo sisälle Suoran auringonpaisteen sisääntuloa ikkunoista on rajoitettu ikkunoiden kohtuullisella koolla auringonsuojalaseilla sekä rakenteellisella auringonsuojauksella ensisijaisia keinoja ovat reilunkokoiset räystäät ikkunaa varjostavat parvekkeet usein tarvitaan myös ulkopuolisia sälerakenteita, lippoja, markiiseja ja sälekaihtimia 24.4.2017 19
Energiatehokkaan rakennuksen auringonsuojaus ja viilennys 40 Wienerberger passiivienergiatiilitalo Ilman aurinkosuojausta ja lämmöntalteenoton ohitusta Otetaan käyttöön lämmöntalteenoton ohitus Kuukauden keskimääräinen sisälämpötila, C 35 30 25 Lisäksi käytetään auringonsuojalaseja Lisäksi sälekaihtimet 20 Tammikuu Helmikuu Maaliskuu Huhtikuu Toukokuu Kesäkuu Heinäkuu Elokuu Syyskuu Lokakuu Marraskuu Joulukuu Kuukausi 24.4.2017 20
50 Tehokas lämmöneristys pitää helteen Matalaenergiatoimistossa helle pysyy ulkona ulkona Ulkoilman lämpötila eteläseinällä 45 Ulkoilman lämpötila varjossa Operatiivinen sisälämpötila 40 Lämpötila, C 35 30 25 20 15 0 6 12 18 24 Kellonaika, tuntia 24.4.2017 21
Tuloilman viilennys lämmöntalteenotolla ja epäsuoralla kostutuksella Tehostetun epäsuoran kostutusjäähdytyksen mitattu toiminta kesähelteellä. Kostuttamalla poistoilmaa ennen lämmöntalteenottolaitetta (LTO) poistoilma jäähtyy ja samalla tehostuu viileyden siirtyminen sisään otettavaan lämpimään ulkoilmaan. 24.4.2017 22
Perustusten lämpötekninen toimivuus voi vaikuttaa merkittävästi lämmitysjärjestelmän valintaan Huono ratkaisu, nurkka kylmä Parempi ratkaisu, nurkka lämmin 24.4.2017 23
Termisen massan hyödyntäminen lämpövarastona ja lämpötilan hallinnassa Passiivinen hyödyntäminen lämpöä varaava rakenne toimii itsenäisesti lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmä eivät ota huomioon massan vaikutusta Aktiivinen hyödyntäminen ilman rakenteisiin integroitua talotekniikkaa säätöjärjestelmä ottaa massan vaikutuksen huomioon esim. liukuvat asetusarvot rakenteisiin on integroitu talotekniikkaa rakenteiden sisällä on lämmitys/jäähdytysputkisto rakenteen lämpötilaa ja lämmönluovutusta/varastointia ohjataan aktiivisesti 24.4.2017 24
Esimerkki rakennusrungon termisen massan aktiivisesta hyödyntämisestä talotekniikalla (Concretcool-system, Kiefer) 24.4.2017 25
Esimerkkejä lämmöneristetyistä putkistovarusteista, joiden avulla putkistojen lämpöhäviöt minimoidaan ja kondenssiongelmat vältetään Easytop-vinoistukkaventtiili, sulkuventtiili, lämmöneristyskuoret ja eristetyt putket. Lähde: Viega Wilo-Stratos ECO lämmöneristetty kiertovesipumppu. Lähde: WILO Lämmöneristetty kannatin. Lähde: KAIMANN 24.4.2017 26
Käyttöveden esilämmitys jätevedestä otetulla lämmöllä Lämpimän käyttöveden varaaja Jäteveden lämmöntalteenoton lämmönsiirrin RECOH-VERT Kylmävesiliitäntä Viemäriliitäntä Recoh-vertin poikkileikkaus Ilmaväli Ulkoputki Väliputki Sisäputki Kylmä vesi Suihkun jätevesi Ilmatila Jätevesivirran pyörteittäjä Kylmävesi- Lämmenliitäntneen veden liitäntä Esimerkki lämmöntalteenottamisesta viemäriin menevästä suihkuvedestä. Kylmä käyttövesi esilämpenee lähes 20 C viemäriin virtaavan lämpimän suihkuveden avulla. Kylmän veden lämpötilahyötysuhde on valmistajan mukaan yli 60 % Lähde: Hei-Tech b.v. 24.4.2017 27
Ulkoilmalämpöpumpun toiminta kylmissä oloissa -esimerkkinä laatupumppu (säästö 10 30 %) Laskelmissa käytetyt ulkoilmalämpöpumpun (UILP) suoritusarvot 4.5 4.0 3.5 UILP:n lämpöteho, kw Lämpökerroin UILP:n sähköteho, kw Teho, kw ja lämpökerroin 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0-30 -25-20 -15-10 -5 0 5 10 15 20 24.4.2017 Ulkoilman lämpötila, C 28
Passiivienergiatalosta nolla- ja plusenergiataloon Passiivienergiatalo on perusta nolla- ja plusenergiataloille Siirryttäessä kohti nolla- ja plusenergiataloa tarvitaan aurinkoenergian ja lämpöpumppujen hyödyntämistä tällöin kustannukset voivat nousta voimakkaasti plusenergiatalossa aurinkoenergialla on tuotettava lisää sähköä ja tämän vuoksi kustannukset nousevat edelleen nolla- ja plusenergiatalo edellyttää aurinkosähkön (tai tuulisähkön) talokohtaista ulosmyymistä Nollaenergiatalo = Passiivienergiatalo + Aurinkoenergialla tuotetun sähkön myynti ulos oman vuotuisen ostoenergiankulutuksen verran Plusenergiatalo = Passiivienergiatalo + Aurinkoenergialla tuotetun sähkön myynti ulos enemmän kuin oma vuotuinen ostoenergiankulutus 24.4.2017 29
Yhteenveto aurinkoenergian hyödyntämisestä Asuinkerrostalon kiinteistösähköstä noin 20 % voidaan tuottaa aurinkoenergialla kustannustehokkaasti Aurinkolämmöllä voidaan tuottaa puolet lämpimän käyttöveden lämmitysenergiasta kaukolämpöyhtiöt saattavat rajoittaa aurinkolämmön tehokasta hyödyntämistä 24.4.2017 Lähde: LgaBW 30
PALVELUJA HUOMISEN MENESTYKSEEN www.vttexpertservices.fi