ARKKITEHTUURITOIMISTO KIMMO LYLYKANGAS As Oy Espoon Oravarinne SERTIFIOIDUT PASSIIVITALOT
Valtakunnallisesti toimiva TA-Yhtiöt on yli 40 vuoden ajan tarjonnut turvallista asumista elämän eri vaiheisiin. Asumisoikeus- ja vuokra- asunnoista koostuva yli 12.000 asunnon kanta kattaa laajan valikoiman kerrostaloyksiöistä aina tilaviin rivi- ja paritaloasuntoihin. Tavoittee namme on yli 1.000 asunnon uudist uotanto vuosittain. Espoon pääkonttorin lisäksi TA-Yhtiöillä on aluetoimistot Turussa, Tam pereella, Lahdessa, Jyväskylässä, Hämeenlinnassa, Oulussa ja Kittilässä. Asuntojen omistamisesta, isännöinnistä ja mark ki noin - nista vastaavat TA-Yhtymä Oy, TA-Asumis oikeus Oy, Taova Oy, Tarveasunnot Oy ja TA-Asunnot Oy. Uudisrakentamisesta ja peruskorjaustoiminnasta vastaa TA-Rakennuttaja Oy, myytävästä asuntotuotannosta TA-Kodit Oy ja hankintatoiminnasta Tapartia Oy.
TA-Yhtiöt Valtakunnallinen asuntojen omistaja ja rakennuttaja TA-Yhtiöt on vastuullinen toimija, joka pyrkii minimoimaan toimintansa ympäristövaikutukset. Koska energiankulutuksella on suora vaikutus asumiskustannuksiin, energiatehokkuuden parantaminen koituu ympäristön lisäksi myös asukkaiden hyväksi. TA-Yhtiöt pyrkii pienentämään omistamiensa asuntojen energiankulutusta jokaisen kohteen ominaispiirteet huomioiden. Olemassa olevan asuntokannan osalta energian säästämiseksi on käytettävissä laaja valikoima toimenpiteitä. Niitä priorisoidaan toteutettaviksi eri kohteissa kustannustehokkuuden mukaisessa järjestyksessä. Uudisrakentamisessa yhtiö etsii pilot-kohteissaan uusia toteutusvaihto ehtoja, joiden avulla voidaan parantaa energiatehokkuutta ja hillitä asumiskustannusten nousua. TA-Asumisoikeus Oy:llä ja TA-Kodit Oy:llä on rakenteilla Helsingin Kivikon eteläosassa kaksi kerrostalokohdetta. Kivikonkaari 38 ja Asunto Oy Helsingin Muinaisrannantie 3 ovat osana Helsingin kaupungin Kehittyvä Kerrostalo -ohjelmaa. Hankkeissa on tavoitteena säästää sähköenergiaa. Jokaisessa huoneistossa on mukavuusvarusteena myös pellettitakka ja yhteissaunat lämpiävät pellettikiukailla. Hankkeiden suunnittelu käyn nistyi marraskuussa 2010. Ensimmäisen vaiheen rakentaminen aloitettiin lokakuussa 2012 ja toisen vaiheen hankkeiden suunnittelu on käynnissä. Hanketta valvoo Helsingin kaupungin nimeämä toimikunta. Kehityshankkeessa ovat mukana Helsingin Energia, Vapo Oy ja Valtion teknillinen tutkimuskeskus. syyskuussa 2009 ja kohde valmistui heinäkuussa 2010. Talot sijait sevat Oulussa Toppilan alueella. Asuntomessuille 2012 Tampereen Vuorekseen toteutettiin normaalikokoinen asuinpientalo, jonka E-luku on nykyisten rakentamismääräysten kokonaisenergiatarkastelun mukaisesti nolla. Energiansäästö, oma energiatuotanto ja uusiutuvien energiamuotojen käyttö sekä rakentamisen huolellinen toteutus olivat keskeisenä tekijänä suunnittelussa ja rakentamisessa. Lantti-talo on Suomen itsenäisyyden juhlarahasto Sitran, Asumisen rahoitus- ja kehittämiskeskus ARA:n, TA-Yhtymä Oy:n sekä Aalto-yliopiston yhteinen kehityshanke. HELSINGIN KEHITTYVÄ KERROSTALO -HANKKEET Helsingin Kivikossa rakenteilla olevat primääripihi-hankkeet Kivikonkaari 38 ja Muinaisrannantie 3 sekä näistä suunnittelussa olevat jatkohankkeet. Oulun passiivienergiahankkeessa suunniteltiin kaksi kerrostaloa, joista toinen toteutettiin passiivitalona toisen ollessa nykyisten rakennusmääräysten mukainen. Hankkeessa verrataan talojen energiankulutusta ja rakenta misen kustannuksia. Asiantuntijana hankkeessa oli Valtion teknillinen tutkimus keskus. Hankkeen suunnittelu alkoi 2008. Työt kohteessa aloitettiin Myllypuroon Kivensilmänkuja 6:een on valmistunut moduulikerrostalo yhteistyössä Neapo Oy:n kanssa. Jätkäsaaressa on suunnittelussa vihreistä vihrein -hankkeet yhteistyössä NCC:n, Helsingin yliopiston ja Aalto-yliopiston kanssa. 3
MITÄ VOIMME OPPIA KESKIEUROOPPALAISESTA PASSIIVIRAKENTAMISESTA?
As Oy Espoon Oravarinne Sertifioidut passiivitalot Oravarinne on juuri oikea nimi tälle kapealle kadulle Espoossa. Kallionyppylän rinteessä seisoo kolme kaksikerroksista talosisarusta: vihreä, punainen ja keltainen. Oravarinteen passiivitalojen energiatehokkuus on ennätysluokkaa ja syntyprosessi niin epätavallinen, että haluamme kertoa siitä tässä esitteessä hieman perusteellisemmin. Oravarinteen passiivitalot on TA-Yhtymä Oy:n koerakennusprojekti, joka käynnistettiin vuonna 2010. Tavoitteena oli tutkia voidaanko Keski-Euroopan passiivirakentamisesta löytää hyviä ratkaisuja ja käytäntöjä suomalaiseen asuntorakentamiseen. Hankkeella oli myös määrä selvittää, voidaanko kansainvälisesti käytettävät passiivitalokriteerit saavuttaa suomalaisessa pientalorakentamisessa. Prosessista tuli pitkä ja haastava, mutta se opetti niin suunnittelijoille kuin toteuttajillekin paljon ja osoitti huolellisesti dokumentoidun koerakentamisen arvon energiatehokkaiden ratkaisujen kehittämiselle. Tavoitteeksi asetettiin, että rakennukset saavat saksalaisen Passivhaus Institutin passiivitalosertifikaatin. Sertifiointi edellyttää energiantarpeen ja sisälämpötilojen laskentaa suunnitelmista, suunnitteluratkaisujen ja tuotteiden yksityiskohtaista dokumentointia sekä huolellista työmaalla tapahtuvaa toteutusta suunnitelmien mukaan. Keskieurooppalainen passiivitalo asettaa haastavan energiatehokkuustavoitteen pientalolle, jossa lämmitys- 5
energian tarve lattia neliömetriä kohti on suurempi kuin esimerkiksi asuinkerrostalossa. Pohjoisessa ilmastossa tavoite on entistäkin haastavampi. Passiivitaloille on olemassa erilaisia kriteerejä. Kansainvälisen määritelmän mukaan passiivitalon vuotuinen lämmitysenergian tarve saa olla korkeintaan 15 kwh/m² vuodessa. Vaihtoehtoisesti talon lämmitystehon tarve saa olla korkeintaan 10 W/m². Kun suomalaisen passiivitalon määritelmä on Etelä-Suomessa 20 kwh/m² vuodessa, ei ero ensi näkemältä vaikuta suurelta. Todellisuus on kuitenkin toinen. Suomalaisen passiivitalon lämmitysenergian tarve lasketaan bruttoneliöistä. Kansainvälisen taas tehokkaista sisäneliöistä (ns. treated floor area) eli ulkoseinien sisään jäävästä pinta-alasta, josta on vähennetty portaat, sisäseinät ja hormit. Oravarinteen passiivitaloissa tehokasta sisäpinta-alaa on 141 m², kun bruttoalaa on 196 m². Lisäksi asukkaiden ja sähkölaitteiden aiheuttamat lämpökuormat ovat suomalaisen laskutavan mukaan suuremmat kuin passiivitalon suunnitteluohjelman käyttämät arvot. Suomen uusimman rakentamismääräyskokoelman mukaan lämpökuormana tulee käyttää arvoa 3,8 W/m², kun kansainvälisen passiivitalon laskennassa luku on 2,1 W/m². Näiden kahden tekijän vaikutus lämmitysenergian tarpeeseen on suuri kuten oheisesta taulukosta ilmenee. Kansainvälisesti käytetty passiivitalomääritelmä johtaa siis selvästi suomalaisia passiivitaloja parempaan energiatehokkuuteen. Kansainvälisen määritelmän mukainen passiivitalo on kuitenkin mahdollista rakentaa Suomessa hyvällä eristyksellä, hyvillä ikkunoilla ja ilmanvaihtolaitteella, jonka lämmön talteenoton hyötysuhde on korkea. Ratkaisu tähän on ikkunoista saatavan aurinkoenergian hyödyntäminen talvella. Tämä edellyttää kuitenkin sitä, että tontti on ihanteellinen eli etelään suuntautuva ja varjostamaton. Oravarinteellä näin ei ole. Tontilla pystytään kyllä hyödyntämään etelään suunnattuja ikkunoita, mutta puusto ja naapuritalot aiheuttavat niin paljon varjostusta, että ensimmäiset laskentatulokset olivat huolta herättäviä. Ensimmäisistä luonnoksista laskettu tilojen lämmitysenergian tarve oli noin 40 kwh/m² vuodessa, kun passiivitalosertifikaattia varten olisi alitettava 15 kwh/m² vuodessa. TILOJEN LÄMMITYSTARVE ORAVARINTEEN PASSIIVITALOISSA ERI LASKUTAVOILLA Suomalainen laskutapa Kansainvälinen laskutapa Talo 1 5,3 kwh/m²a 20,3 kwh/m²a Talo 2 4,7 kwh/m²a 17,9 kwh/m²a Talo 3 4,5 kwh/m²a 17,4 kwh/m²a 6
Tulos osoitti projektin haasteellisuuden. Toisaalta kyseessä on hyvin tyypillinen suomalainen omakotitalotontti. Jos tavoite täyttyisi tällä tontilla, ratkaisut olisivat päteviä myös hyvin suuressa osassa suomalaisia omakotitalokortteleita. Tavoitteeseen päästiin lopulta monen mutkan kautta. Vaikka talojen kaikki rakenteet ja laitteet optimoitiin, ei niillä päästy vielä kaikissa kolmessa talossa lämmitysenergian tavoitteeseen 15 kwh/m² vuodessa. Passiivitalosertifikaatti saatiin täyttämällä vaihtoehtoinen vaatimus, jonka mukaan lämmitystehon tarve on enintään 10 W/m². AURINKOENERGIAN PASSIIVINEN HYÖDYNTÄMINEN Aurinkoenergian passiivinen hyödyntäminen edellyttää ikkunapinta-alan suuntaamista ja lasitusratkaisujen optimointia. Keskieurooppalaisissa ikkunaratkaisuissa tavoitellaan mah dollisimman pientä U-arvoa ja mahdollisimman korkeaa g-arvoa. Käytännössä ikkunassa voi silloin olla vain kolme lasia. Esimerkki ikkunapinta-alan kasvattamisesta: Etelän puoleisten ikkunoiden alan kasvattaminen 15 neliömetrillä vähensi lämmitysenergian tarvetta 5,2 kwh/m² (laskelma tehty PHPP-ohjelmalla). Dynaamisella simulaatio-ohjelmalla tehty energialaskenta vahvisti muutoksen, kun suuntaus ja lasityypin ominaisuudet on optimoitu. Esimerkki passiivisen aurinkoenergian hyödyntämisestä: Lämmityskauden aikana loivassa kulmassa tuleva auringon säteily pääsee etelän ikkunoista rakennuksen sisälle. Kesäaikainen ylilämpeneminen minimoidaan parveke- ja terassirakenteiden oikealla mitoituksella. 21. kesäkuuta Auringon kulma 53,5 21. joulukuuta Auringon kulma 6,5 U- ja g-arvo Ikkunoiden lämmöneristyskykyä on yleensä kuvattu muiden rakenne osien tapaan lämmönläpäisykertoimella eli U-arvolla (yksikkö W/m 2 K). Pelkkä U-arvo ei kuitenkaan kerro kaikkea ikkunan energiatehokkuudesta. Auringon säteilyn kokonaisläpäisykerroin, g-arvo, kertoo kuinka hyvin ikkuna hyödyntää auringon säteilyenergiaa. Lisäksi koko ikkunarakenteen (lasi, karmit ja puitteet) ilmantiiveys on energiankulutuksen kannalta merkittävä asia. (Lähde: Motiva). 7
ENERGIATEHOKKAITA RATKAISUJA Talo 1 julkisivu etelään Talo 1 julkisivut itään ja pohjoiseen
Rakennuksen arkkitehtuuri ja tekniikka Oravarinteen taloissa on 141 m² sisäpinta-alaa, joka on jaettu kahteen kerrokseen. Kompaktia rakennusmassaa ympäröi parvekkeiden ja terassien muodostama yhtenäinen vyöhyke, jonka ulko kehä muodostaa talolle toisen julkisivun. Etelänpuoleisen terassin syvyys on mitoitettu niin, että se suojaa asuintiloja kesäaikaiselta ylilämmöltä auringon paistaessa korkealta taivaalta. Parveke- ja terassirakenteet kuitenkin päästävät matalalta paistavan talviauringon sisään. Kaksi kolmesta talosta sijaitsee idänpuoleisessa kalliorinteessä siten, että toisen kerroksen parvekkeelta on suora yhteys kalliolle. Olohuone on sijoitettu yläkertaan, jossa suuret etelänpuoleiset ikkunat mahdollistavat erityisen tehokkaasti talviauringon hyödyntämisen lämmityksessä. Alakerran kaksi makuuhuonetta voidaan tarvittaessa yhdistää ja varustaa keittiöllä erillisasunnoksi. Oravarinteen passiivitalojen poikkeuksellisimpia ja eniten suunnittelutyötä teettäneitä ratkaisuja ovat ikkunat. Energiatehokkuustavoite saavutettiin vasta, kun talon kiinteät ikkunat toteutettiin nelilasisilla lämpölasielementeillä. Karmin eristäminen ulkopuolelta entisestään parantaa energiatehokkuutta. Avattavat ikkunat olivat suunnitteluajankohtana markkinoiden energiatehokkaimpia kaksipuitteisia ikkunoita, joissa kummassakin puitteessa on kaksinkertainen lämpölasi. Ne osoittautuivat asennuksen kylmäsillan suhteen hyväksi ratkaisuksi, mutta karmin eristäminen ulkoa on hyödytöntä ulkopuitteen ollessa päällystetty alumiinilla. Ikkunoiden keskimääräinen U-arvo on 0,55 W/m²K. Talon ulko-ovessa on tyhjiöeriste ja sen U-arvo 0,28 W/m²K. ULKOVAIPAN RAKENTEET Talon ulkoseinät ovat betonielementtirakenteisia. Betonisen sisäkuoren ulkopuolella on 40 cm EPS-eristettä, joka rapattiin. Tavallinen, valkoinen EPS ei olisi eristävyydeltään vielä riittänyt. Siksi Oravarinteen taloissa käytettiin harmaata EPS-eristettä, jonka eristävyyttä parantaa siihen lisätty grafiitti. Ulkoseinän U-arvo on 0,076 W/m²K. Alapohjassa käytettiin samaa harmaata EPS-eristettä kuin ulkoseinissäkin, mutta eristevahvuus on 35 cm. Alapohjan U-arvo on 0,087 W/m²K. Yläpohja on toteutettu ristikoilla. Eristeenä on lasivilla, jota on sekä levyinä että puhallusvillana yhteensä 75,5 cm. Yläpohjan U-arvo on 0,053 W/m²K. 9
TALOTEKNIIKKA Oravarinteen passiivitalojen talotekniikka ei sinänsä eroa merkittävästi tavallisesta uudesta omakotitalosta. Kaikki on toteutettu niin energiatehokkaasti kuin mahdollista. Ilmanvaihtokoneen vuosihyötysuhde on 94 %. Tämä tarkoittaa, että lähes kaikki sisäilmassa oleva lämpö otetaan talteen kun ilmaa vaihdetaan. Rakentamismääräykset edellyttävät ilmanvaihdosta 45 % hyötysuhteella toimivaa lämmön talteenottoa. Nykyisin käytetään yleensä ilmanvaihtokoneita, joiden vuosihyötysuhde on 60 70 %. Ilman poikkeuksellisen tehokkaalla lämmön talteenotolla varustettua ilmanvaihtokonetta ei Oravarinteessä olisi tavoitteeseen päästy. talon pohjoisseinällä omassa kotelossaan kattopinnan yläpuolelle. Tuloilmaa lämmitetään talvella maaliuospiirillä. Kesäaikana samalla maaliuospiirillä voidaan esiviilentää taloon tulevaa ulkoilmaa. Tilojen lämmitys hoidetaan maalämpöpumpulla ja lattialämmityksellä. Yhden talon lämmitysenergian tarve on niin pieni, että markkinoilla ei ole sopivan kokoisia lämpöpumppuja. Tästä syystä yksi lämpöpumppu huolehtii kaikkien kolmen talon lämmityksestä. Lämmin käyttövesi tuotetaan kesä kaudella aurinkolämmöllä. Asialla on vaikutusta myös ilmanvaihtokanavien sijoitteluun. Kun talosta poistettava ilma on lähes yhtä kylmää kuin ulkoilma, poistoilmakanava jäähdyttää sisätiloja. Nyt lämmöneristetyn ulkovaipan sisällä kulkee vain metri ulkoilmakanavaa ja metri jäteilmakanavaa. Jos jäteilma olisi johdettu ulos eristetyssä kanavassa sisätilojen läpi ja puhallettu tavanomaiseen tapaan katolta ulos, olisi sertifikaatti jäänyt saamatta. Nyt jäteilmakanava nousee ILMATIIVEYS Ulkovaipan tiiveys passiivitalossa mitataan aina painekokeessa, jossa sisä- ja ulkotilan välille luodaan 50 pascalin paine-ero. Minimivaatimus passiivitalolle on 0,6 1/h. Tämä tarkoittaa, että 60 % talon sisäilmasta vaihtuu tunnissa vaipan ilmansulkukerroksen vuotokohtien kautta. Ilmanpitävyys vaikuttaa Talo 1 pohjapiirustukset 2. kerros 1. kerros 10
Alakerran kaksi makuuhuonetta voidaan tarvittaessa yhdistää ja varustaa keittiöllä erillisasunnoksi. 11
Oravarinteen passiivitaloissa käytettyä ilmanvaihto konetta pidetään vuosihyötysuhteeltaan mark kinoiden parhaana. Lämmön talteenotto perustuu komposiittiaineiseen levylämmönvaihtimeen, jossa on erittäin suuri lämpöä siirtävä pinta-ala. Paras hyötysuhde saavutetaan, kun ilmanvaihtolaitteelle saapuva ulkoilma esilämmitetään jäätymisriskin estämiseksi. Perustilanne Optimitilanne myös lämmitysenergiantarpeeseen. Oravarinteen passiivitaloissa energiatehokkuustavoite edellytti vielä parempaa ilmanpitävyyttä, joten tavoitteeksi asetettiin 0,3 1/h. Tähän ei mittauksissa aivan päästy. Mittaustulos vaihteli välillä 0,34 1/h ja 0,35 1/h. Tämä ei kuitenkaan vaarantanut sertifikaatin saantia. Ongelmaksi muodostuivat sokkeleiden kevytsoraharkkopinnat. Ne olisi pitänyt slammata, jotta ne olisivat ilmatiiviit. Lisäksi yläpohjan höyrynsulkumuovi tulee asentaa entistäkin tarkemmin ja pitää huolta ilmatiiveyden huolellisesta toteutuksesta erityisesti läpivientien kohdalla. KYLMÄSILLAT Kylmäsiltojen systemaattinen laskeminen rakennussuunnittelun yhteydessä on Suomessa harvinaista. Oravarinteen passiivitaloissa kylmäsiltojen laskemisesta tuli yksi tärkeimmistä työkaluista detaljien energiatehokkuuden kehittämisen kannalta. ILMANVAIHTO Esimerkki ilmanvaihdon energiatehokkuuden komponenteista: Perustilanteessa on käytössä IV-kone, jolla on 75 % vuosihyötysuhde. Ulkoja jäteilmakanavien yhteenlaskettu pituus on 6 metriä. Käytössä ei ole maaliuospiiriä. Lämmön talteenoton hyötysuhteen kasvattaminen pienentää merkittävästi tilojen lämmitystarvetta. Konfiguraatio Tilojen lämmitysenergian tarve, kwh/m² Perustilanne (hyötysuhde 75 %) 25 kwh/m² (perustilanteen oletusarvo) > IV-kone Paul Novus (hyötysuhde 94 %) 5,9 kwh/m² > Lyhyet (2 m) ulko- ja jäteilmakanavat 0,8 kwh/m² > Maaliuospiiri 0,8 kwh/m² Ilmanvaihtolaitteen hyötysuhde on määritelty Passivhaus Institutin tuotesertifikaatissa. Hyötysuhteen määrittely perustuu samaan EN-standardiin, jota käytetään Suomessa. 12
13
Ulkoseinäelementin sisäkuoren ja kantavan väliseinän alla on kaksi kerrosta kevytsoraharkkoa. Erityisesti kantavien seinäelementtien sokkelidetaljien kehittelyyn käytettiin paljon aikaa. Ulkoseinien sokkelit ovat ulko- ja sisäkuoresta muodostuvia sandwich-rakenteita, joiden välissä on EPS-eristettä. Ongelmaksi tällaisessa ratkaisussa muodostuu aina se, että talon lämpimässä sisäilmassa sijaitseva betoniseinä luovuttaa lämpöä sokkelin kautta maahan. Ongelma ratkaistiin siten, että sisäkuorielementin katkaisee lattiatason alapuolella kaksi kerrosta kevytsoraharkkoja. Kevytsoraharkot ovat samalla kohdalla kuin alapohjan eriste, jolloin alapohjan ja ulkoseinän eristeet muodostavat rakennukseen käytännössä yhtenäisen eristekerroksen. Kylmäsiltaa ei tälläkään menetelmällä pystytty täysin poistamaan, mutta kuitenkin tehokkaasti minimoimaan. Kantavan väliseinän maan alle jäävä osa tehtiin kokonaan kevytsoraharkoista. Sokkelielementti ulko-oven kohdalta. Sokkelissa on käytetty tavallista EPS-eristettä. Merkittävin hyöty kylmäsiltalaskennasta saatiin kuitenkin ikkunoiden asennusdetaljien kehittämisessä. Kylmäsiltalaskennan avulla tarkasteltiin parasta mahdollista asennuskohtaa ulkoseinässä, karmin ulkoapäin eristämisen vaikutusta sekä karmin ja rungon välisen tilan täyttämistä eristeellä. Tarkastelut osoittivat, että ikkunan karmiosan lisäeristäminen ulkopuolelta pienentää lämmitystarvetta. Ratkaisuissa on kuitenkin huomioitava lasin vaihtaminen. Erityisesti karmissa tarvittaisiin lämmöneristettä lasielementin kohdalla. Tällaista tuotetta ei kuitenkaan ole toistaiseksi markkinoilla. Kuvaparit väliseinän ja sokkelin Thermokuvista. Vasemmalla toteutettu ratkaisu kevytsoraharkoilla ja oikealla perinteinen betonisokkeli. 14
ESIMERKKEJÄ KYLMÄSILLAN VAIKUTUKSESTA TALON ENERGIATEHOKKUUTEEN Viivamaisen kylmäsillan vaikutus riippuu psi-arvon erosta kahden detaljin välillä sekä viivamaisen kylmäsillan pituudesta. Pituuden vuoksi ulkoseinän sokkelin kylmäsilta on koko rakennuksen kannalta huomattavasti vakavampi ongelma kuin kantavan väliseinän liitos anturaan. Detalji Ulkoseinän sokkeli Optimoitu sokkeli Väliseinän anturaliitos Optimoitu anturaliitos Psi-arvo (W/mK) Kylmäsillan pituus (m) Lämmitysenergian tarpeen ero (kwh/a) Lämmitysenergian tarpeen ero (kwh/m²a) 0,155 39 0 0-0,011 39-593 -4,2 0,298 5,1 0 0 0,040 5,1-68 -0,5 Keskieurooppalainen käytäntö on laskea kylmäsillat ulkomittojen mukaan. Suomessa laskenta perustuu sisämittoihin. Ulkomittojen käyttö johtaa negatiivisiin psi-arvoihin ulkoseinän sokkelin osalta. Esimerkki ikkunakarmin eristämisestä ulkopuolelta: Detaljin finite element -tarkastelu Therm-ohjelmalla osoittaa, että lämpö tilat karmin ulkopinnassa nousevat merkittävästi. Tuuletusluukun ulkopuolinen eriste ja karmin Aerogel on verhoiltu mustaksi maalatulla puulevyllä, jonka reunaan saatiin vielä kolmas tiivistenauha. Olohuoneen kiinteän ikkunan ja parvekeoven asennus. Runkotolppan tiiveys on varmistettu elastisella kitillä. Oven karmin Aerogel asennetaan vielä ennen lopullista verhoilua. Esimerkki aerogel-huovan käytöstä tuuletusluukun detaljissa: Äärimmäisen hyvin eristävän aerogel-huovan (lambda 0,015 W/mK) hyöty on suurimmillaan silloin, kun se sijoitetaan kohtaan, missä detaljin lämpövuoto on suurimmillaan. Finite element -tarkastelu osoittaa, miten lämpötilat tuuletusluukun karmissa paranevat aerogel-huovan ansiosta. Psi-arvo eli viivamainen lisäkonduktanssi ilmoittaa rakennusosassa olevan, pituusyksikön mittaisen viivamaisen kylmäsillan (esim. palkki) aiheuttaman lisäyksen jatkuvuustilassa rakennusosan läpi kulkevaan lämpövirtaan, kun lämpötilaero rakennusosan eri puolilla olevien ympäristöjen välillä on yksikön suuruinen. Yksikkönä käytetään W/mK. (Lähde: Suomen rakentamismääräyskokoelma C4) Ikkunan karmidetalji Tuuletusluukun karmidetalji 15
Ikkuna-asennuksen vaiheita. Sisällä valmis pinta on MDFlevyä, viimeisenä vaiheena ylimääräinen reunateippi leikataan pois. Oravarinteen passiivitaloissa käytettiin tavanomaisia karmiprofiileja, joita lämmöneristettiin Aerogelnauhalla. Aerogelin lämmöneristävyys on erittäin hyvä. Esimerkiksi polyuretaanivaahtoon verrattuna noin 40 % parempi. Saavutettava hyöty riippuu asennuksen onnistumisesta niille alueille, joilla lämmönjohtuminen karmin liitoksissa on suurinta. Saavutettava hyöty on laskettava erikseen kaikkien erilaisten karmiliitosten osalta. ENERGIALASKENTA Oravarinteen passiivitalojen energialaskenta tehtiin passiivitalon PHPP-suunnitteluohjelmalla (Passive House Planning Package). Ohjelman käyttö yhdessä kylmäsiltalaskennan kanssa oli suuri etu, sillä PHPP ottaa useimpia muita suunnitteluohjelmia tarkemmin huomioon jokaisen kylmäsillan ja antoi näin tarkkaa tietoa eri kylmäsiltojen vaikutuksesta talon energiantarpeeseen. 16
Kaksi kolmesta talosta ovat idänpuoleisessa kalliorinteessä siten, että toisen kerroksen parvekkeelta on suora yhteys kalliolle. 17
DOKUMENTOINTI
Sertifiointi- ja suunnitteluprosessi Kansainvälisen passiivitalon sertifiointi on laaja prosessi, mikä teettää paljon ylimääräistä työtä ja aiheuttaa lisäkustannuksia. Suunnittelun ja rakentamisen vaiheet on dokumentoitava erittäin tarkasti. Prosessista oli kuitenkin se hyöty, että energiatehokkuustavoite ja sertifiointimenettely pakottivat etsimään jokaisen detaljin suhteen parhaan mahdollisen ratkaisun jo suunnitteluvaiheessa. Tästä syystä suunnittelu tapahtui tavallista perusteellisemmin ja se dokumentoitiin yksityiskohtaisesti. Koerakentamiselle tyypillisesti tietyt vaiheet jouduttiin käymään läpi useampaan kertaan, ennen kuin haluttuun tulokseen päästiin. Toteutusvaiheessa vaikutus oli samankaltainen. Rakennustyö tehtiin erityisen huolellisesti. Kohteeseen suunniteltujen detaljien toteutus työmaalla vaati usein lisätyötä ja ratkaisuja jouduttiin vähäisiltä osin vielä muuttamaan rakennusvaiheessa. Osa sertifiointiin tarvittavista tunnusluvuista on suomalaisen rakentamisen kannalta tarpeettomia. Esimerkiksi keskieurooppalaisilla kertoimilla laskettava primäärienergiankulutus tarvitaan vain sertifiointiprosessia varten. Myös kylmäsiltalaskennan käytännöt ovat Keski-Euroopassa hieman erilaiset kuin Suomessa. 19
Oravarinteen luonnossuunnitelmia kehitettiin systemaattisesti, ja suunnitelmamuutoksilla saavutettu energiansäästö laskettiin PHPPohjelmalla. Muutoksia tehtiin rakennesuunnitelmiin, arkkitehtisuunnitelmiin ja talotekniikkasuunnitelmiin. Muutosten vaikutus lämmitystarpeeseen laskettiin sekä toimenpiteittäin että kumulatiivisesti. TA-ORAVARINNE PASSIIVITALOT lämmitysenergiantarve parannus kwh/m²a TALO 1 TALO 2 TALO 3 jäävä kwh/m²a parannus kwh/m²a jäävä kwh/m²a parannus kwh/m²a jäävä kwh/m²a (nettolattia-alalle) (nettolattia-alalle) (nettolattia-alalle) (nettolattia-alalle) (nettolattia-alalle) (nettolattia-alalle) lähtötilanne 0 41,4 0 37,2 0 38,3 toimenpide 1 0,5 40,9 0,5 36,7 0,5 37,8 toimenpide 2 2,4 39,0 2,7 34,5 3,1 35,2 toimenpide 3 1,8 39,6 0,7 36,5 0,7 37,6 toimenpide 4 3,6 37,8 4,1 33,1 5,2 33,1 toimenpide 5 0,6 40,8 0 37,2 0,7 37,6 toimenpide 6 1,2 40,2 0,4 36,8 0,9 37,4 ikkunamuutokset yht. 1 6 8,5 32,9 7,4 29,8 9,5 28,8 toimenpide 7 2,9 38,5 3,2 34,0 2,8 35,5 toimenpide 8 0,6 40,8 0 37,2 0,5 37,8 toimenpide 9a 0,7 40,7 0,7 36,5 0,6 37,7 toimenpide 9b 2,7 38,7 1,6 35,6 1,6 36,7 toimenpide 10 1,6 39,8 1,4 35,8 1,5 36,8 toimenpide 11 2,3 39,1 2,2 35,0 2,2 36,1 toimenpide 12 6,9 34,5 6,5 30,7 6,7 31,6 toimenpide 13 2,6 38,8 2,8 34,4 2,7 35,6 kaikki muutokset yht. 1 13a 21,5 19,9 19,5 17,7 21,3 17,0 kaikki muutokset yht. 1 13b 22,2 19,2 20,1 17,1 21,9 16,4 Sertifiointiprosessi kuitenkin opetti, että kotimaisia rakentamisen laadunvarmistusmenettelyjä kannattaisi entisestään kehittää. Sertifikaatti vaatii tiiveysmittauksen sekä yli- että alipaineella, kun Suomessa on yleensä käytössä vain alipainemittaus. Perusteellisempi mittaus tuo varmemmin esiin mahdolliset vuoto kohdat. Dokumentaation laajuus parantaa niin merkittävästi suunnittelun laatua, että se olisi jossain muodossa hyvä ottaa käyttöön myös rakennuksissa, joita ei sertifioida. DYNAAMINEN SIMULOINTI Oravarinteen passiivitalojen energiankulutus laskettiin PHPP-ohjelman lisäksi myös dynaamisella simulaatio-ohjelmalla (IDA Indoor Climate and Energy). Simulaatiossa hyödynnettiin rakennuksen 3D-mallia. Molemmat laskentaohjelmat antoivat hyvin samansuuntaiset tulokset suunnitteluratkaisujen kehittämisen vaikutuksesta tilojen lämmitystarpeeseen. Dynaamisella simulaatio-ohjelmalla voidaan tehdä päiväkohtaisia tai jopa tuntitasoisia tarkasteluja. Sen avulla voidaan myös tarkastella yksityiskohtaisesti sisälämpötilojen ylilämpenemisongelmaa. 20
21
JOHTOPÄÄTÖKSIÄ Oravarinteen koerakennuskohteen lähtökohtana oli kysymys, onko kansainvälisen määritelmän mukainen passiivitalo mahdollinen Suomen ilmastossa. Tähän voidaan nyt vastata myöntävästi. Prosessi vaatii kuitenkin suhteellisen raskasta suunnittelutyötä ja korkeata rakentamisen laatua. Kustannukset nousevat räätälöityjen ratkaisujen johdosta korkeiksi. Tällaisten talojen rakentaminen yksittäisten pientalojen mittakaavassa ei ainakaan tämän päivän tuotteilla ole kustannustehokasta. Tuotekehitys olisi toivottavaa erityisesti ikkunoiden ja ovien karmien suhteen. Huomattavasti nykytasoa paremmat ikkunat mahdollistaisivat myös monipuolisemman arkkitehtuurin. Oravarinteen passiivitalojen suunnittelu osoitti, että passiivirakentaminen ei välttämättä johda pieniin ikkunoihin. Aurinkoenergiaa hyödyntämällä isot ikkunapinnat voivat päinvastoin pienentää lämmitysenergian tarvetta. Tämä tulos antaa uusia mahdollisuuksia rakennusten arkkitehtisuunnitteluun. Aurinkoarkkitehtuuri on unohtunut suomalaisesta passiivirakenta mi sesta lähes kokonaan. Se vaatii tosin suhteellisen varjostamatonta rakennus paikkaa, ikkunoiden oikeaa suuntausta sekä ikkunapinta-alan ja lasiratkai sujen optimointia. Laskentatulokset ovat kuitenkin niin lupaavia, että tätä lähestymistapaa on järkevää hyödyntää jatkossakin. PHPP-ohjelma osoittautui hyväksi työkaluksi passiivisen aurinkoenergian hyödyntämisen arviointiin. PHPP-laskennan rinnalla toteutettu dynaaminen laskenta antoi yksityiskohtaisempaa tietoa sisäolosuhteista ja energiantarpeesta. Laskentatulokset olivat samansuuntaiset esimerkiksi ikkunaratkaisujen optimoinnin osalta. Passiivitalosertifiointi voi perustua joko lämmitysenergiantarpeeseen tai lämmitystehoon. Oravarinteen taloissa lämmitystehoa koskeva vaatimus oli helpompi saavuttaa. Lämmitystehoa koskeva kriteeri perustuu passiivitalon alkuperäiseen määritelmään, jossa käytetään ilmanvaihtolämmitystä rakennuskustannusten pienentämiseksi. Vesikiertoista lattialämmitystä pidettiin kuitenkin tässä kohteessa tarkoituksenmukaisena ja kustannustehokkaana lämmönjakojärjestelmänä. Rakennuspaikan varjostus vaikuttaa enemmän tilojen lämmitysenergiantarpeeseen kuin tilojen lämmitystehoon. Varjostamattomalla tontilla lämmitysenergiantarvetta koskevan kriteerin täyttäminen olisi hieman helpompaa. Talotekniikan osalta hanke osoitti, että tilojen lämmitysenergian tarve voidaan saada niin pieneksi, että yksi maalämpöpumppu riittää lämmittämään kolmea erillispientaloa. Tulevaisuuden kannalta lupaavaa on, että tekniikat paranevat ja uusia tuotteita tulee markkinoille koko ajan. Laskentatulokset ovat niin lupaavia, että tätä lähestymistapaa on järkevää hyödyntää jatkossakin. 22
AS OY ESPOON ORAVARINNE SERTIFIOIDUT PASSIIVITALOT Rakennuttamistehtävät: TA-Rakennuttaja Oy Arkkitehtisuunnittelu, pääsuunnittelu, energia- ja kylmäsiltalaskenta: Arkkitehtuuritoimisto Kimmo Lylykangas Oy Rakennesuunnittelu: Tasoplan Oy LVI-suunnittelu: Riihimäen Talotekniikka Sähkösuunnittelu: Elbox Oy Pääurakoitsija: Rakennusliike Reponen Oy Aliurakoitsija: Platina Kivitalot Oy Sertifiointi: Passiivitalo.fi Oy Etelään suuntautuvissa toisen kerroksen olohuonessa ja keittiöissä on voitu toteuttaa hyvin isot ikkunat. Maaliskuussa keskipäivän aikaan aurinko saa vielä paistaa sisälle. Kesäaikaan auringon paistaessa korkeammalta pitkän räystään varjostus tehostuu ja vastaavasti puiden lehvästö lisää aamu- ja iltapäivän varjostusta.
TA-Yhtiöt Sinikalliontie 14, 02630 Espoo Puh 09 5491 911 info@ta.fi www.ta.fi