Energiatehokkuusvertailussa ulkoseinät

Tämä kirjoitus perustuu Lakan Betoni Oy:n toimeksiannosta tehtyyn talomallin energiasimulointiin, jonka tavoitteena oli vertailla eri ulkoseinävaihtoehtojen vaikutuksia rakennuksen lämmitys- ja jäähdytysenergian tarpeeseen. 

Tausta

Energiasimuloinnin kohteeksi valikoitui Lakka kivitalojen mallistosta Haukansilmä 204 -talomalli, joka edustaa melko tyypillistä kivirakenteista pientalokohdetta. Talomalli on kaksikerroksinen, jonka tunnusomaisena piirteenä on ensimmäisessä kerroksessa sijaitseva, ylös toiseen kerrokseen asti auki oleva olohuone. Korkean tilan ulkoseinä on pääosin ikkunapintaa. Energiasimuloinnissa tämä ikkunaseinä valittiin rakennuksen eteläsivuksi ja rakennuksen sijaintipaikkakunnaksi Jyväskylä. Säätietona käytettiin laskentaohjelmiston tietokantaa, jossa säätieto on tietyn vuoden mittauksesta interpoloitu säätieto valitulle sijainnille. Tätä säätietoa päädyttiin käyttämään toimeksiannon sisällön sekä säätietokannan saatavuuden ja laajuuden vuoksi. Käytetty säätieto ja laskennan lähtötiedot soveltuvat rakennushankkeen alkuvaiheen tarkasteluihin ja tulokset ovat valitulle sijainnille suuntaa antavia. 

Tutkimusasetelma muodostettiin niin, että se vastaisi mahdollisimman hyvin rakennushankkeen rakennussuunnitteluvaihetta, jossa rakentamisen ratkaisuja ei ole vielä lopullisesti päätetty ja niihin voidaan vaikuttaa. Talopakettirakentajalla tämä tarkoittaa yleensä tilannetta, jossa rakennuspaikka on olemassa ja talomalli rakennussuunnittelun pohjaksi on valittu.

Kuva 1. Rakennuksen energiamalli, johon mallinnettiin pelkästään lämmitettyä sisätilaa rajaavat ulkovaipan rakenneosat sekä sisätiloja rajaavat väliseinät ja välipohja. Rakennuksen tilat mallinnettiin kuuluvaksi yhteen termodynaamiseen tilaan ja käyttöprofiiliin. Mallinnuksessa tehtiin simuloinnin toimivuuden kannalta tarpeellisia yksinkertaistuksia, joilla ei ole ulkoseinien vertailtavuuden kannalta oleellista merkitystä. Rakennuksen ulokkeista mallinnettiin pelkästään eteläsivun varjostavat vaakatasot eli parveke ja katokset.

Laskentatapaukset

Talomallista muodostettiin mallintamalla kuusi erilaista laskentatapausta, joista laskentatapaukset 1.-4. poikkesivat toisistaan pelkästään ulkoseinärakenteen (1.-3. kivirakenteita, 4. massiivipuu) osalta. Laskentatapauksissa 5. ja 6. myös sisätilojen seinärakenteet ja välipohja mallinnettiin puurakenteisina laskentatapauksen ulkoseinätyypin (5. massiivipuu, 6. puuranka ulkoseinä) rakennustavan mukaisesti.

Rakennuksen ulko- ja poistoilmavirtoina, lämmitysrajana sekä vakioidun käytön lähtötietoina käytettiin ympäristöministeriön asetuksessa 1010/2017 käyttötarkoitusluokalle annettuja arvoja. Jäähdytysrajaksi asetettiin sisäilmaviihtyvyyden perusteella +24 astetta. Rakennuksen ikkunoiden kokonaisläpäisyksi asetettiin 50 %:a ilman sälekaihtimia tai muita erillisiä auringonsuojauskeinoja. Ilmanvaihtolaitteistona laskennassa käytettiin koneellista tulo- ja poistoilmanvaihtoa lämmöntalteenotolla (55 %), tuloilman esilämmityksellä (+18) ja ominaissähköteholla (n. 1,8 kWh/(m3s). Lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmää ei laskennassa määritetty ja laskenta niiden osalta perustuu Ashrae 90.1 -standardin arvoihin. 

Tulokset

Energiasimuloinnin tulokset talomallin lämmitys- ja jäähdytysenergiasta eri laskentatapauksille on esitetty kuvassa 2 ja erot sekä laskentatapausten selitteet pylväskaaviokuvassa 3. 

Kuva 2. Energiasimuloinnin tulokset (ilman käyttöveden lämmitystä) laskentatapauksittain, kWh/v.

Kuva 3. Lämmitys- ja jäähdytysenergian erot laskentatapauksittain vertailtuna laskentatapaukseen 1.

Pohdinta

Tuloksista voidaan tämän talomallin osalta todeta, että lämmöneristävyyden lisäys ulkoseinässä paitsi vähentää lämmitysenergian tarvetta myös lisää rakennuksen jäähdytystarvetta kesäaikana. Laskentatapausten perusteella lämmöneristävyyden lisäys ulkoseinässä näyttäisi kuitenkin lisäävän jäähdytyksen tarvetta enemmän kevytrakenteisissa ratkaisuissa. Rakenteiden lämpöä varaavan ja tasaavan massan lisäyksellä näyttäisi olevan myönteinen vaikutus käytön aikaiseen energiankulutukseen pienentäen sekä lämmitys- että jäähdytysenergian tarvetta.

Rakenneratkaisuilla ja rakennuksen sijainnilla on merkitystä myös siihen, kuinka suuren osan rakennuksen elinkaaren aikaisista ympäristövaikutuksista käytön aikainen energiankulutus muodostaa. Olennaista on, että suunnitteluvaiheessa tunnistetaan kohteeseen valittujen rakenneratkaisujen perusteella keskeiset ja kustannustehokkaat ympäristövaikutusten vähentämiseen johtavat keinot. Edistysaskeleita suunnitteluvaiheen ohjauksessa ovat esimerkiksi ympäristöministeriön vähähiiliseen rakentamiseen tähtäävät toimenpiteet. Lisäresurssien ja panostusten ohjaaminen hankkeen alkuvaiheessa suunnitteluun ja ratkaisujen optimointiin luovat mahdollisuuksia kestävän kehityksen mukaiselle, laadukkaalle ja kustannustehokkaalle rakentamiselle. 

Tutkitun talomallin osalta mielenkiintoisia lisätutkimuksen aiheita olisivat esimerkiksi rakennuksen suuntauksen ja erilaisten aurinkosuojauskeinojen vaikutukset talomallin energiatehokkuuteen. Ehkä niistä lisää myöhemmissä kirjoituksissa.