Rakennussimuloinnin mahdollisuudet energiatehokkuuden optimoinnissa, osa 2.

Rakennuksessa on monia yksityiskohtia, joilla on merkitystä rakennuksen energiankulutukseen ja sisätilojen viihtyisyyteen. Se kuinka rakennuksen sisäilmasto koetaan on kovin yksilöllistä. Monelle tuttuja ilmiöitä ovat ainakin talvella asunnossa tuntuva vetoisuus tai työpaikan ylilämpeneminen kesähelteellä. Molemmissa tapauksissa tilanteeseen reagoidaan energiankulutusta lisäävällä tavalla, nostamalla asunnon lämpötilaa tai lisäämällä työtilan koneellista jäähdytystä.

Suunnitteluvaiheessa voidaan näihin asioihin vaikuttaa kustannustehokkaasti optimoimalla rakenteet, rakenteiden väliset liitokset ja käytettävät auringonsuojauskeinot. Tässä blogikirjoituksessa on esimerkkejä erilaisten tapausten tarkasteluista käyttämällä Archicad / Ecodesigner Star -ohjelmiston aurinkoanalyysia ja rakenteiden välisten liitosten kylmäsilta-analyysia.

Aurinkoanalyysi

Esimerkin aurinkoanalyysissa on tarkasteltu kolmea eri tapausta. Kaikissa tapauksissa on rakennuksen eteläsivulla sijaitsevan ikkunan tyyppi, mitat ja tekniset arvot sekä laskennan ilmastotiedot pidetty vakioina. Esimerkissä on tutkittu ikkunan rakenteellisen sijainnin ja ulkopuolisen auringonsuojauksen merkitystä auringonsäteilyyn, joka tulee lasipintojen läpi tilaan lämpökuormaksi. Lämpökuormalla on merkitystä varsinkin kesällä tilan ylilämpenemiseen ja sitä kautta jäähdytysenergian tarpeeseen.

Tapaus a) Ikkunan lasipintojen läpi tilaan tuleva lämpökuorma on simulointikohteessa vuodessa 971 kWh kun ikkuna sijaitsee julkisivupinnan kanssa samassa tasossa.

Tapaus b) Kun sama ikkuna sijaitsee keskellä rakennetta vähentää aukkopielien varjostus lasipintojen läpi tilaan tulevaa lämpökuormaa noin 7 %:a. 

Tapaus c) Kun ikkuna sijaitsee keskellä rakennetta ja lisäksi käytetään ulkopuolista markiisia vähentävät varjostavat elementit lasipintojen läpi tilaan tulevaa lämpökuormaa noin 54 %:a verrattuna alkuperäiseen tapaukseen (tapaus a). Markiisin käyttöaste, mitat, kulma ja sijainti vaikuttavat luonnollisesti merkittävästi tuloksiin. Aurinkosuojauksen vaatimukset, tekniset arvot ja käyttöprofiili tulisikin tulosten oikeellisuuden takia määrittää aina tarkasti valitun auringonsuojauksen mukaisesti.

Kylmäsilta-analyysi

Esimerkin kylmäsilta-analyysissa on tarkasteltu edellä aurinkoanalyyseissa olleita tapauksia a ja b. Esimerkissä on tutkittu ikkunan rakenteellisen sijainnin vaikutusta ulkoseinän ja ikkunan väliseen kylmäsiltaan ja liitoksen pintalämpötiloihin.

Ulkoseinärakenteena esimerkissä on betonisandwich-elementti, johon ikkuna on kiinnitetty apukarmikiinnityksellä. Laskennat on tehty yksinkertaistetulla menetelmällä, jossa on huomioitu seinärakenne, ikkunakiinnityksen apukarmi ja tiivistyskaista. Ikkunan laskennallisena karmileveytenä ja siten liitoksen syvyytenä on käytetty 150 millimetriä.

Tilanne muuttuu olennaisesti esimerkiksi, jos ikkunan kiinnitys voidaan tehdä ulkoseinän betonirunkoon niin, että apukarmia ei liitoksessa tarvita. Myös käytettävän apukarmin mitoilla ja sijainnilla eristekerroksessa on merkitystä. Muissa kuin apukarmikiinnityksissä on yleensä luotettavampaa käyttää yksityiskohtaisempaa 3-ulotteista kylmäsiltasimulointia.

Tapaus a) Ikkunan sijaitessa julkisivutasossa on apukarmiliitoksen viivamainen lisäkonduktanssi 0,069 W/mK ja liitoksen sisäpinnan lämpötila noin +13,3 ^oC

asetetuilla reunaehdoilla. Aurinkoanalyysissa tutkitun ikkunan ja laskennassa käytetyn ilmastotiedoston mukainen liitoksen kylmäsillan aiheuttama lämpöhäviö on tällöin 81,1 kWh / vuosi.

Tapaus b) Ikkunan sijaitessa ulkoseinän keskellä on apukarmiliitoksen viivamainen lisäkonduktanssi 0,045 W/mK ja liitoksen sisäpinnan lämpötila noin +18,7 ^oC

asetetuilla reunaehdoilla. Aurinkoanalyysissa tutkitun ikkunan ja laskennassa käytetyn ilmastotiedoston mukainen liitoksen kylmäsillan aiheuttama lämpöhäviö on tällöin 52,9 kWh / vuosi.

Lopuksi

Rakennus muodostuu yksityiskohdista ja yksityiskohtien hallinta niin suunnittelussa kuin työmaalla parantaa rakentamisen laatua. Blogikirjoituksen esimerkit on tarkoitettu kuvaamaan rakennussimuloinnin ja suunnitteluvaiheessa tehtävien yksityiskohtaisten tarkastelujen mahdollisuuksia.