Rakennusten simuloinnista tukea suunnitteluratkaisuille

Simulointi on todellisuuden jäljittelyä. Rakennusten suunnitteluvaiheessa voidaan käyttää tietokoneohjelmaa, jossa luotua rakennusmallia tarkastellaan tulevassa ympäristössään. Malliin voidaan tuoda muuttuvat sää-, valaistus-, kuormitus- ja ääniolosuhteet sekä muut halutut tekijät ja tarkastella suunniteltujen teknisten ratkaisujen vaikutuksia. Erityisen arvokasta tällä tavalla saatu tieto on tilanteissa, joista ei ole aikaisempaa käytännön kokemusta. Rakentaja voi esimerkiksi vertailla erilaisten rakenne- ja laitevalintojen vaikutuksia rakennuksen pitkäaikaisiin käyttökustannuksiin.

Rakennus on jatkuvassa vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Tässä vuorovaikutuksessa tapahtuu lukuisia muuttuvia ja samanaikaisia fysikaalisia ilmiöitä, jotka tulee huomioida, kun tavoitellaan toimivia ja energiatehokkaita rakennuksia. Tietokoneiden kasvanut laskentateho ja kehittyneet ohjelmat mahdollistavat ilmiöiden yhtäaikaisen tarkastelun. Vaatimuksena on se, että tarkasteltavasta kohteesta on olemassa riittävät lähtötiedot. Simulointiohjelma laskee annetuissa aikaperiodeissa tuloksia, joita voidaan tarkastella rakennuksen eri käyttötilanteissa ja ajankohtina.

Simulointiohjelmilla saadaan erityisen hyödyllistä tietoa tiloista ja rakennuksista, joilta vaaditaan vakaita sisäilmaolosuhteita.  Mallin avulla tehtävä auringon lämpösäteilyn, varjostuksen, lämmityksen, jäähdytyksen ja ilmanvaihdon yhteisvaikutusten tarkastelu auttaa löytämään energiankäytön kannalta optimaalisia ratkaisuja niin talotekniikassa kuin rakenteiden suunnittelussa. Suurin hyöty simuloinnista saadaan, kun sen tuloksia käytetään jo suunnitteluvaiheen alkupuolella, jolloin tehdään suuri osa esimerkiksi rakennuksen energiatehokkuuteen vaikuttavista päätöksistä. Vaikka uudet suomalaiset rakennukset ovat jo varsin energiatehokkaita, parannettavaa riittää aina. Jatkossa vaaditaan yhä pienempien tekijöiden vaikutusten huomioimista nollaenergiatasoon pyrittäessä. Mallinnuksella on mahdollista löytää ja erotella näitä pienempiä tekijöitä.

Rakennuksen tekninen säätöautomaatio on lisääntynyt viime vuosikymmenten aikana. Varsinkin uudempien toimistorakennusten valaistus-, lämmitys-, ilmanvaihto- ja jäähdytysjärjestelmiä ohjataan käyttöprofiilien mukaisesti kiinteistöautomaatiojärjestelmien avulla. Tässä on suuri etu simulointien tuottamista tuloksista. Hyvän simulaatiomallin ja todellisen energiakulutuksen vertailulla on mahdollista löytää kehityskohteet järjestelmässä ja kontrolloida systeemiä.

Mallinnuksen tuloksista voidaan poimia esimerkiksi olohuoneeseen tuleva auringon lämpösäteily (keltainen) maaliskuun 19 päivänä. Teho on suurimmillaan yli 1200 W.

Talotekniikka on lisääntynyt myös asuinrakennuksissa ja varsinkin pientaloissa on hyvin eri tasoisia järjestelmiä. Kehitys näyttäisi kulkevan kohti tilannetta, jossa yhä suurempaa osaa talon ilmanvaihto- ja lämmitysjärjestelmiä ohjataan automaation kautta, jota erilaiset toimintasensorit ohjaavat. Ennakkoon toteutettavalla olosuhdesimuloinnilla voidaan pientalonkin suunnittelussa löytää optimaalisia ratkaisuja esimerkiksi energiatehokkuuden tai sisäilmaston laadun suhteen.  Tilojen ylilämpenemisen arviointiin simulointimallit ovat hyvä väline. Ikkunoiden suuntaus, auringonvalon, lämpösäteilyn varjostavien elementtien ja kasvillisuuden vaikutusten huomioiminen ovat asumismukavuuteen vaikuttavia tekijöitä, jotka korostuvat kuumina kesäpäivinä.

Aurinkoenergian parempi hyödyntäminen

Uusiutuvan energian, esimerkiksi aurinkoenergian, potentiaalista saadaan hyvinkin tarkka arvio niin tuoton kuin kulutuksenkin osalta, kun käytettävissä on riittävät lähtötiedot. Optimoimalla järjestelmä ennakkoon mahdollistetaan haluttu lopputulos ja vältytään yli- tai alimitoitukselta vaikka aurinkopaneelien määrässä.

Pitkäaaltoisen säteilyn ja konvektion vaikutus (W/m2) rakennuksessa. Simuloidut tilanteet maaliskuussa klo 15.30 ja 22.00

Aurinkoenergian passiivisen hyödyntämisen arvioinnissa simuloinnilla saadaan arvokasta tietoa esimerkiksi eri vuorokauden aikana auringonsäteilyn vaikutuksista eri tiloissa. Kuvassa 2 korostuu maaliskuun päivä- ja yöaikainen ero. Päivällä tilat keräävät energiaa auringosta ja viileän yön tunteina ikkunat päästävät lämpöä toiseen suuntaan. Erilaisilla ratkaisujen avulla on mahdollista parantaa rakennuksen energiatehokkuutta esimerkiksi parantamalla lämpöenergian varastoitumista rakenteisiin tai lämmitysjärjestelmään.

 

Teksti ja kuvat Jaakko Aaltonen

Konferenssin parhaan nuoren bioenergian tutkijan palkinnon voitti puun palamiskaasujen vähentämistä tutkinut Rita Strumlechner

Konferenssissa on oma osionsa nuorille tutkijoille. Heidän esityksensä keskittyvä yleensä tarkempiin, tieteellisempiin teemoihin.

Konferenssin parhaan nuoren bioenergian tutkijan palkinnon voitti Rita Strumlechner. Hänen tutkimuksensa keskittyi Suomessakin paljon puhuttuun kotitalouksien puuta polttoaineena käyttävien lämmityslaitteiden päästöihin. Pienen mittakaavan tilalämmittimet, eli takat ovat suurimpia päästöjen aiheuttajia. Mittaukset toteutettiin niin, että varsinainen loppukäyttäjä suoritti puun polton. Kun lähtötilanne oli tarkasteltu, koulutettiin loppukäyttäjää polttotapaan liittyen. Muutoksia tehtiin mm. puiden kokoon ja asetteluun sekä sytytystapaan. Ohjeet koskivat päältä sytyttämistä, ilmamäärän säätöä sekä polttoaineen (puun) ominaisuuksia ja asettelua. Tulokset olivat merkittäviä, sillä päästöt alenivat kaikilla mitatuilla osa-alueilla pelkän koulutuksen perusteella. Huomattavaa oli kuitenkin, että poikkeuksia ilmeni, ja joissa tapauksissa päästöjen määrä nousi, sillä kyseiselle laitteelle ei sopinut päältä sytyttäminen.

Esityksen lopputuloksena todettiin, että loppukäyttäjän suuri vaikutus on mahdollinen sekä yleisesti suositeltu päältä sytyttäminen ei sovellu kaikille ratkaisuille. Sopivampaa olisikin tehdä laitekohtaiset suositukset sytytys- ja polttotavoista.

Konferenssin parhaan nuoren energiatehokkuustutkijan palkinnon sai Colin Nolden. Hänen tutkimuksensa otsikko oli Collecting silences: Entrepreneurs, energy efficiency, carbon emissions and de-growth markets.

Kirjoittajat: Aino Pelto-Huikko ja Meri Olenius

Sähköinen liikenne politiikkatoimin kasvuun Norjassa

Norja on yksi sähköautojen käyttöönoton kärkimaista, lähes 300 000 sähköautollaan. Norjan valtion tekemistä toimista ja käyttäjien kokemuksista oli kertomassa Morten Edvardsen, The Norwegian Electric Vehicle Associationista. Norjassa kannustetaan sähköauton hankintaa tukemalla vaihtoehtoa verotuksen ja maksujen kautta. Sähköauton ostajan ei ole tarvitse maksaa arvonlisäveroa eikä päästöihin liittyvää veroa (CO2, NOx ja weight tax). Sähköauton omistajan ei tarvitse vuosittaista tiemaksua. Lauttayhteydet ovat puoleen hintaan ja parkkimaksut sekä tietullit vähintään puoleen hintaan. Lisäksi sähköautot voivat käyttää bussikaistoja.

Käyttäjistä 92 % on tyytyväisiä sähköautoon

Norjassa on teetetty kysely sähköautojen käyttäjille. Käyttäjistä 92 % on tyytyväisiä sähköautoon. Käyttäjien mielestä kolme merkittävintä etua sähköautossa on vapautus tietulleista, arvonlisäveron sekä rekisteröintiveron puuttuminen. Kuluttajat latasivat sähköautoaan useimmiten kotona tavallisesta pistokkeesta. Latausaseman puuttumista kotoa perusteltiin useimmiten kalliilla hinnalla (42 %) tai tarpeen puuttumisella (24 %).

Suurin osa norjalaisista sähköauton käyttäjistä lataa autoaan kotona tavallisesta pistokkeesta. Siksi rakennusten latausinfran vahvistaminen tukee merkittävästi sähköautojen yleistymistä.

Pikalatausta käyttäjät käyttävät harvemmin, suurin osa vain kuukausittain. Kuitenkin 58  % on joutunut jonottamaan pikalatausasemalla toisinaan tai useammin. Pikalatauksen maksu hoituu useimmiten siihen suunnitellulla RFID-tagilla (47 % Norjan sähköautoliiton tagilla ja 20 % latausfirman tagilla). Mobiiliapplikaatio (8 %) ja tekstiviestit (5 %) ovat selvästi vähemmän käytettyjä.

Kuluttajat ovat valmiina ja politiikka on toiminut

Morten Edvardsen totesi yhteenvetona, että kuluttajat ovat valmiina ja politiikka on toiminut. Autoteollisuuden tulee lisätä volyymia, sillä yli 30 000 norjalaista odottaa uusia sähköautojaan tällä hetkellä.

Sähköautojen määrän yleistyessä kasvavat myös energiayhtiöiden mahdollisuudet sähköautojen hyödyntämiseen kysyntäjoustossa. Menno Kardolus Power Research Electronicsista kertoi toteutetusta ratkaistusta, jossa energiayhtiö tarjoaa ilmaisen sähköauton laturin sillä ehdolla, että autoa voidaan käyttää V2G-palvelussa (vehicle to grid). Kun asiakas osallistuu kysyntäjoustoon, maksaa hän omasta verkosta tarvitsemastaan sähköstä alhaisempaa hintaa. Case-esimerkki on askel kohti tulevaisuuden ratkaisuja, Kardolusin mukaan alueella on mahdollista muodostaa jopa 1 GW:n reservivoimalaitos, jos palveluun saadaan 100 000 sähköautoa mukaan.

 

Kirjoittajat: Aino Pelto-Huikko & Meri Olenius

Liikenteen muutosta ajaa käyttäjäkeskeisen liikkuvuuden huomioiminen

EU:n tavoitteet nostettiin heti konferenssin Smart E-mobility seminaarin avauspuheenvuorossa. Gerhard Dell OÖ Energiesparverbandista kertoi, että EU:n tavoite on saavuttaa 10 % osuus liikenteen polttoaineesta uusiutuvalla energialla vuoteen 2020 mennessä. Toistaiseksi Ruotsi ja Suomi ovat ylittäneet tavoitteen vuoteen 2017 mennessä ja Itävalta on lähellä tavoitetta. Koko EU:n tasolla tavoitteesta ollaan vielä jäljessä.

Autoteollisuuden muutosta ajavat CO2-päästötavoitteet, urbanisoituminen, digitalisaatio ja asiakkaan vuorovaikutus auton kanssa

Gerhard Dell nosti rohkeasti esille suuret tavoitteet sähköautojen suhteen, joita ei kuitenkaan ole tavoitettu. Hän näki aikaisempien korkeiden tavoitteiden tärkeänä tehtävänä toimia poliittisena viestinä sähköautojen tuesta ja suunnasta, johon olemme matkalla. Globaali tavoite on ollut saavuttaa 5 milj. sähköautoa vuoteen 2020 mennessä, mutta tilanne tällä hetkellä on n. 3 milj. Tavoitteen saavuttaminen ei myöskään ole enää realistinen, sillä BMW:n edustaja Andereas Aumann kertoi heidän sähköautomyyntinsä olleen 140 000 autoa vuonna 2018, heidän ollessa yksi suurimmista sähköautojen myyjistä. Aumann myös viittasi autoteollisuudessa tapahtuviin isoihin muutoksiin, joita ajavat CO2-päästötavoitteet, urbanisoituminen, digitalisaatio ja asiakkaan vuorovaikutus auton kanssa. Suurimmat sähköautojen haasteet ovat Aumannin mukaan ajoneuvojen ulottuvuus, latausinfran saatavuus ja laatu sekä ajoneuvon hinta.

Miten autosta tehdään kestävä?

Autojen kestävään valmistukseen ja käyttöön tuotiin esille erilaisin näkökulmia. Valmistukseen ja polttoaineena voidaan käyttää energiaa uusiutuvista lähteistä tai autossa voidaan yhdistää äly sekä sähkö, joiden avulla otetaan askel autojen kehityksessä. Nämä eivät kuitenkaan auta, jos uusia autoja ei oteta käyttöön eivätkä ne ole käytännöllisiä tai tuo lisää arvoa kuluttajalle. Gereon Meyer VDI/VDE Innovation + Technikistä nosti esille, että autojen yhteiskäyttö voi tuoda tähän tarvittavan lisän, jolloin käyttö voidaan optimoida tarpeen mukaan.
Akkujen kehitystyötä käsittelivät esityksissään Jens Tübke, Fraunhofer Battery Alliancesta ja Martin Finsterbusch, Forschungszentrum Jülichista. Pääteemat molemmissa esityksissä olivat erilaisten materiaalien testaus, varauskapasiteetin kasvattaminen ja akkujen massan pienentäminen kustannuksia nostamatta.

Gereon Meyer korosti, että latausinfra on tulevaisuudessa haaste, jos sähköautojen määrä kasvaa toivotussa suhteessa, mutta latausmahdollisuuksia ei kasvateta. Monessa Euroopan maassa tulee tällöin olemaan lähes 30 sähköautoa yhtä latauspistettä vastaan.

Kuvassa punaisella merkityillä valtioilla tulee olemaan haasteita sähköautojen latausinfran kanssa, ellei lisätoimiin ryhdytä.

Rakennusten ja liikenteen yhteydellä sähkön kulutuksen kasvun hillintään

Harry Verhaar Signifystä toi esille rakennusten ja liikenteen välisen yhteyden. Hänen näkemyksensä mukaan energiatehokkuuden tavoitteisiin ja toimiin näillä sektoreilla tarvitaan lisää kunnianhimoa ja vahvoja politiikkatoimia. Rakennuksiin tulevien latauspisteiden määrä tulee osaltaan kasvattamaan rakennuksien kuluttamaa sähkön määrää. Verhaarin mukaan tulee energiatehokkuuteen tähtäävän korjausrakentamisen vauhtia lisätä, jotta rakennusten sähköntarpeen kasvua voidaan rajoittaa/vähentää. Tämän lisäksi sähköautojen latausta tulee kehittää älykkäämmäksi, jotta voidaan tasata lataukseen liittyviä piikkejä. Hän suosittelee yhdistettyjä poliittisia toimia rakennusten ja liikenteen osalta sekä näiden yhdistämistä uusiutuvan energian politiikkaan.

Kirjoittajat: Aino Pelto-Huikko & Meri Olenius

Riittävätkö lainsäädännön muutokset vai tuleeko kuluttajien tapojen myös muuttua? – World Sustainable Energy Days 27.2.2019

Toinen WSED-konferenssipäivä (28.2.2019) alkoi energiatehokkuuspolitiikkaan liittyvillä puheenvuoroilla. Karlis Goldstein Euroopan komissiosta nosti puheenvuorossaan esille tulevaisuuden haasteita, mutta myös mahdollisuuksia. 2020 säästötavoitteiden eteen tulee vielä tehdä ahkerasti töitä mm. varmistamalla lakien käyttöönotto tuotteiden standardoinnin osalta, käynnistämällä uusia toimia ja investoimalla julkisiin rakennuksiin, jotta saadaan esimerkkejä energiatehokkuustoimenpiteistä. Tulevaisuuden haasteista hän nosti esille kolme teemaa:

  • Tuleeko muuttaa kuluttajien käyttäytymistä vai riittääkö lainsäädännöllinen ohjaus?
  • Miten IoT:n myötä energiatehokkuusratkaisuissa varmistetaan mukavuus, yksityisyys ja tehokkuus?
  • Miten yksityinen ja julkinen liikenne saadaan sitoutumaan toimiin?

Tulevaisuuden mahdollisuuksina Goldstein kuitenkin näki seuraavat kolme teemaa:

  • Kaupungit ja alueet partnereina energiasäästötoimien määrittämisessä ja jalkauttamiseksi
  • Hajautettu energiantuotanto osana isoa järjestelmää
  • Ratkaisut, jotka ovat kohteen perusteella määritetty

” Vaikka toimia tehdään energiatehokkuuden ja uusiutuvan energian käytön eteen, on energiasäätötoimenpiteiden vaikutus viime vuosikymmenen aikana hidastunut”

Ranskassa toimiva energia- ja ilmastotalouden konsultti Samuel Thomas kuvasi EU:n energiankulutuksen muutosta. Vaikka toimia tehdään energiatehokkuuden ja uusiutuvan energian käytön eteen, on energiasäätötoimenpiteiden vaikutus viime vuosikymmenen aikana hidastunut. Tekijä, johon ei voi vaikuttaa, on sää. Lämpimät ja kylmät vuodet vaikuttavat merkittävästi energian kulutukseen, sillä suurin osa kotitalouksien energiasta kuluu lämmitykseen.

Thomas nosti myös esille taloudellisen kasvun vaikutuksen energian kulutukseen, vaikka kotitaloudet ostavat esimerkiksi energiatehokkaampia televisioita, ostetaan niitä yhden olohuoneessa sijaitsevan television lisäksi myös makuuhuoneisiin. Näin kumotaan energiatehokkaamman tuotteen vaikutus, kun energiaa kuluttavia yksiköitä, vaikkakin energiatehokkaampia, on useampi.

” On haastavaa selvittää, miten voidaan vaihtaa energiaa ja maksaa siitä eri organisaatioiden välillä.”

Wolfgang Urbantschitsch itävaltalaisesta e-controlista kertoi Itävallassa toteutetuista piloteista sekä näkemyksistään tulevaisuuden suhteen. Hän mukaansa tulevaisuuden sähköverkon tarpeisiin ei tarvita kantaverkon muutoksia tai laajennuksia, jos kehitetään lisää paikallista varastointia ja kulutusta. Tällä hän viittasi esimerkiksi hajautetun energiatuotannon lisäämiseen ja kuluttamiseen lähellä tuotantokohdetta. Näin voidaan keventää siirtoverkon kuormaa. Tähän teemaan viittasi myös Christiane Egger OÖ Energiesparverbandista. Hän kertoi Ylä-Itävallan alueella aloitetusta teollisuuden mikroverkon pilotista. Pilotissa testataan energiayhteisön toimintaa ja yritysten välistä energianvaihtoa. Haasteeksi hän kertoi liiketoimintamallin kehittämisen. On haastavaa selvittää, miten voidaan vaihtaa energiaa ja maksaa siitä eri organisaatioiden välillä.

Egger viittasi puheessaan myös energian historiaan suhteessa teollisuuden historiaan. Eri teollisuuden vaiheet ovat linkittyneet vahvasti energian historiaan (esim. höyry, sähkö, elektroniikka). Egger toi esille näkemyksensä siitä, että teollisuus 5.0 on fossiilisista polttoaineista vapaa teollisuus.

 

Teksti ja Kuvat: Meri Olenius

Bioenergiaa verrattiin lähiruokaan – World Sustainable Energy Days 27.2.2019

World Sustainable Energy Days -konferenssi järjestetään Itävallassa Welsissä 27.2.-1.3.2019. Kirjoitamme blogikirjoituksia kunkin päivän ydinasioista.

Osallistujia konferenssiin on yli 600 yli 60 maasta. Konferenssi keskittyy mm. eurooppalaisiin pellettimarkkinoihin, energiatehokkuuspolitiikkaan, nuorten tutkijoiden tukemiseen sekä teollisuuden energiatehokkuuteen.

Vuoden 2019 konferenssi alkoi pellettikonferenssilla, sekä nuorten tutkijoiden konferenssilla. Pellettimarkkinoista olivat puhumassa mm. Gilles Gauthier Bioenergy Europesta ja Maria Michela Morese Global Bioenergy Partnershipistä. Sektorin edustajat eivät pelänneet nostaa esille alaa koskettavaa ilmanlaatukysymystä pellettien polttoainekäytössä. Pääpaino puheenvuoroissa oli kuitenkin markkinatilanteen kuvauksessa ja alan kehityksen ja edistämisen toimissa.

”Bioenergia on ainut uusiutuvan energian lähde, joka voi tuottaa sähköä, lämpöä ja liikenteen polttoainetta.”

Maria Michela Morese korosti bioenergian roolia tulevaisuudessa. Bioenergia on ainut uusiutuvan energian lähde, joka voi tuottaa sähköä, lämpöä ja liikenteen polttoainetta. Sen käytössä tulee kuitenkin huomioida kestävyys, sillä esimerkiksi Paraguayssa vain n. 10% metsien käytöstä bioenergian lähteenä on kestävää. Moresen edustama organisaatio on julkistanut 24 indikaattoria, joilla voi arvioida ja monitoroida bioenergian kestävyyttä. Raportti ja indikaattorit ovat julkisesti saatavilla täällä.

”Politiikassa bioenergia ei kuitenkaan ole riittävän näkyvää, sillä bioenergian käyttö on keskittynyt kaupunkien ulkopuolelle.”

Gilles Gauthier nosti esille markkinoiden kasvamiseen liittyvän kriittisen asian. Polttoaineen saatavuus on varmistettava, jotta tilanne ei ehdi kumuloitua siihen, ettei ole polttoainetta saatavilla. Gauthierin ehdotuksia varmistustoimenpiteille olivat mm. polttoaineen tarpeen ennakoinnin kehittäminen sekä lainsäädännöllisesti kansallisen polttoainereservin muodostaminen.

Kansallisten lainsäädäntöjen vaatimukset vaikeuttavat kansainvälisen kaupan käymistä ja siten investointeja kapasiteetin lisäämiseen. Ohjaus toimiin tulisi tulla EU:n tasolta, jotta voidaan varmistaa EU:n sisämarkkinat ja siten polttoaineen saatavuus valtioissa, joilla oma tuotanto ei vastaa kysyntää. Politiikassa bioenergia ei kuitenkaan ole riittävän näkyvää, sillä bioenergian käyttö on keskittynyt kaupunkien ulkopuolelle. Tähän viitattiin paneelikeskustelussa, jossa mm. tuotiin esille, että EU:n keskeinen päätöksenteko on sijoittunut Brysseliin.

”Pellettejä verrattiin lähiruokaan, sillä energian raaka-aineeseen ja sen tuotantotapaan on mahdollista vaikuttaa ja tutustua.”

Paneelikeskustelussa painotettiin, että alan tulee panostaa kuluttajamarkkinointiin. Pellettejä verrattiin lähiruokaan, sillä energian raaka-aineeseen ja sen tuotantotapaan on mahdollista vaikuttaa ja tutustua.

Poliittisista keinoista ympäristöystävällisemmän energiantuotannon tukemiseen keskusteltiin paneelissa. Tähän liittyen yleisölle esitettiin kysymys. Lähes puolet oli sitä mieltä, että fossiilisten polttoaineiden verotusta tulisi korottaa. Muita vaihtoehtoja poliittisiksi toimiksi olivat fossiilisia polttoaineita käyttävien lämmitysjärjestelmien kieltäminen (18%), taloudellinen tuki teknologiainnovaatioille (24%), viestintä (12%) ja joku muu (2%).

Pellettien käyttö lämmönlähteenä on kasvanut entisestään. Euroopan suurimpia pellettien kuluttajia ovat Italia, Tanska, Saksa, Ranska ja Ruotsi. Suomi sijoittuu keskikastiin.

Konferenssin toisen päivän kuulumiset ovat luettavissa seuraavassa blogitekstissä loppuviikon aikana.

 

Teksti ja kuvat:

Aino Pelto-Huikko, Meri Olenius

Rakennusten hiilijalanjäljen arviointi – ympäristöministeriön luonnos lausuntokierrokselle

Ympäristöministeriö julkaisi vuoden 2018 loppupuolella luonnoksen  rakennusten hiilijalanjäljen arviointiin tarkoitetusta menetelmästä. Se on tarkoitus ottaa käyttöön vuoden 2019 aikana.

Rakennuksen elinkaaren aikaista hiilijalanjälkeä on tarkoitus ohjata lainsäädännöllä vuoteen 2025 mennessä. Hiilijalanjäljen laskenta siis koskee kokonaisvaltaisesti koko rakennusalaa, koska siinä huomioidaan rakennuksen koko elinkaari. Arviointimenetelmän on tarkoitus helpottaa hiilijalanjäljen laskentaa ja mahdollistaa, että laskenta on sujuva osa rakennusprosessia.

Rakentaminen ja asuminen aiheuttavat kolmanneksen maailman kasvihuonekaasupäästöistä

Maailmanlaajuisesti rakentaminen ja asuminen aiheuttaa noin 30% kasvihuonekaasupäästöistä ja kuluttaa noin 40 % primäärienergiasta. Suomen on tarkoitus vähentää päästöjään 80 % vuoteen 2050 mennessä ilmastolain mukaisesti, joten rakentamisen ympäristövaikutusten huomioon ottamisella on vaikutusta tavoitteen saavuttamiseksi.

Kaksi erilaista laskentamallia

Luonnos sisältää ohjeet kahteen erilaiseen tapaan laskea rakennuksen elinkaaren aikainen hiilijalanjälki. Laskenta voidaan toteuttaa yksinkertaisena tai tarkennettuna. Yksinkertaistettu menetelmä on tarkoitettu lähinnä suunnitteluvaiheen laskentaan. Siinä osa arvoista on annettu taulukkoarvoina ja todellisina lukuina arvioidaan vain materiaalin sekä ostoenergian hiilijalanjälki. Tarkennettua menetelmää voidaan käyttää,

kun hankkeen tiedot ovat tarkentuneet ja oletusten sijaan voidaan käyttää todellisia arvoja. Tämän lisäksi, uutena käsitteenä tässä yhteydessä, ohjeistetaan rakennukselle laskemaan hiilikädenjälki.

Rakennuksen hiilijalanjälki koostuu siis koko rakennuksen elinkaaren aiheuttamista päästöistä ja hiilikädenjälki ilmaisee positiiviset hyödyt, joita saavutetaan, kun rakennushanke toteutetaan.

Hiilikädenjälki ilmaisee positiivisia ilmastovaikutuksia

Hiilikädenjälki kuvaa sellaisia ilmastohyötyjä, joita voidaan saavuttaa rakennuksen elinkaaren aikana. Hiilikädenjälkeen sisältyy muun muassa materiaalien uusiokäyttö, materiaaleihin varastoitunut eloperäinen hiili sekä elinkaaren aikana materiaaleihin mahdollisesti sitoutuva hiilidioksidi.

Tällaisia hyötyjä voidaan saavuttaa esimerkiksi käyttämällä puuta. Puu sitoo kasvaessaan hiilidioksidia, jolloin käyttämällä puuta rakennusmateriaalina saavutetaan ilmastohyötyjä.

 

Puun lisäksi betonimateriaalin käyttö kasvattaa hiilikädenjälkeä

Merkittävä muutos aiempiin laskentatapoihin verrattuna luonnoksessa huomioidaan positiiviset ympäristövaikutukset myös betonimateriaalille. Aiemmin laskennassa betonin käyttö on huomioitu laskennassa vain päästöinä. Tässä luonnoksessa on otettu huomioon betonille ominainen karbonatisoituminen eli emäksisen betonimateriaalin neutralisoituminen sen kuivuessa. Tässä reaktiossa betonin sisältämät emäksiset aineet reagoivat ilman hiilidioksidin kanssa ja lopputuotteena syntyy neutraalia kalsiumkarbonaattia. Kalsiumkarbonaattia esiintyy luonnossa monessa muodossa, kuten kalkkikivenä, marmorina ja liituna. Tämä reaktio mahdollistaa betonin toimimisen puun tavoin hiilinieluna.

Puu ja betonimateriaalit vaikuttavat rakennuksen hiilikädenjälkeen

Raja-arvot vaikuttavin keino päästöjen vähentämisessä

Luonnoksen yksi tarkoitus on luoda työkalu, jonka avulla olisi helppo arvioida ja seurata rakennuksen hiilijalanjälkeä.

Ympäristöministeriö antoi Teknologian tutkimuskeskus VTT:lle toimeksiannon arvioida vähähiilisen rakentamisen tiekarttaan ehdotettujen ohjauskeinojen vaikuttavuutta. VTT:n arvion mukaan merkittävimpiä keinoja kasvihuonekaasujen vähentämiseksi olisi asettaa kansallisen tason raja-arvo, joka kohdistuisi materiaaleista ja käytöstä aiheutuvien päästöjen yhteismäärään.

Raja-arvon pitäisi olla riittävän tiukka, mutta se tulisi asettaa harkiten ja rakennustyyppikohtaisesti. Raja-arvon asettaminen edellyttää kuitenkin rakennusalan ammattilaisilta osaamista ja riittävän hyvät työvälineet päästötietojen laskemiseen.

 

Teksti ja kuvat

Sanna Lindgren

 

Lisää tietoa

Ympäristöministeriön www-sivut. Viitattu 19.2.2019. http://www.ym.fi/fi-FI/Maankaytto_ja_rakentaminen/Rakentamisen_ohjaus/Vahahiilinen_rakentaminen/Vahahiilisessa_rakentamisessa_on_potenti(48543)

Ympäristöministeriön www-sivut. Viitattu 19.2.2019. http://www.ym.fi/fi-FI/Maankaytto_ja_rakentaminen/Rakentamisen_ohjaus/Vahahiilinen_rakentaminen/Rakennusten_hiilijalanjaljen_arviointime(48507)

Betoniteollisuuden www-sivut. Viitattu 19.2.2019. https://betoni.com/tietoa-betonista/perustietopaketti/ominaisuudet-ja-edut/betonin-vaurioituminen/

Ympäristöministeriön www-sivut. Viitattu 19.2.2019. http://www.ym.fi/fi-FI/Maankaytto_ja_rakentaminen/Rakentamisen_ohjaus/Arvio_vahahiilisen_rakentamisen_ohjauske(46172)

Puun käytöstä pientalojen lämmityksessä

Perinteisesti suomalaiseen pientaloon on rakennettu tulisija joko päälämmönlähteeksi tai muun lämmitysjärjestelmän rinnalle. Lämmitysjärjestelmät ovat kehittyneet ja monipuolistuneet. Samaan aikaan asumistottumukset ja tilankäyttö rakennuksissa ovat muuttuneet. Merkittävä puun käyttö lämmityksessä vaatii aikaa ja varastointitilaa.

Useimmiten koti kannattaa lämmittää muulla kuin puulla, esimerkiksi kauko- tai maalämmöllä tai ilmalämpö­pumpulla. Uusien pientalojen lämmitysenergian kulutus asuinneliötä kohti on huomattavasti pienempää kuin vanhojen ja usein tulisija jää varsin vähälle käytölle. Kun rakennusta lämmitetään lämpöpumpulla, ei puun käytöllä päästä taloudellisessakaan mielessä kovin suuriin säästöihin, ellei puuta saada omasta metsästä.

Toisaalta ostoenergian hinnannousu näkyy lisääntyneenä puunpolttona pientalojen lämmityksessä. Talven kovina pakkasjaksoina sähköenergian käyttö on Suomessa huippulukemissa ja esimerkiksi varaavaa takkaa voidaan käyttää lisälämmön­lähteenä. Varaavassa takassa puita poltetaan vain pieni määrä kerrallaan. Iso osa lämpöenergiasta varastoituu tulisijan rakenteisiin ja vapautuu huoneeseen pikkuhiljaa.

Lähes kaikkien uusien omakotitalojen vakiovarusteisiin kuuluu tulisija”

Tulisija on tarpeellinen myös sähkökatkojen aikaan, jolloin muuta lämmitystä ei voida käyttää. Talvimyrskyjen takia monen omakotitalon lämmitys on ollut täysin puulämmityksen varassa pitkiäkin aikoja.

Lähes kaikkien uusien omakotitalojen vakiovarusteisiin kuuluu tulisija.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vaikka puu on uusiutuva luonnonvara, liittyy sen energiakäyttöön samoja ongelmia kuin fossiilisten polttoaineiden käyttöön. Puuhun varastoitunut hiilidioksidi vapautuu poltossa ilmaan ja sen uudelleensitomiseen kasvaviin puihin vie suhteellisen pitkän ajan. Puun pienpoltossa polttoprosessi on usein puutteellinen ja ilmaan vapautuu tarpeettoman paljon hiukkaspäästöjä. Päästöjen haittoja voidaan vähentää oikealla polttotekniikalla ja oikeanlaisilla tulisijoilla.

Päästöjen synnyn kannalta haitallisinta on, jos tulipesä ahdetaan täyteen ja palamista pitkitetään pienellä ilmamäärällä. Esimerkiksi varaavaan uunin polttopuumäärä on 3–5 kg pesällistä kohti. Ensimmäisessä pesällisessä vähemmän ja pienempiä noin 5 cm halkaisijaltaan olevia pilkkeitä ja toisessa pesällisessä hieman suurempia n. 1 kg suuruisia puita. Pilkkeet tulee latoa pesään siten, että ilma pääsee kulkemaan polttopuiden väleistä ja vapaata tilaa pitää olla 1/3 tulipesän korkeudesta. Puita lisätään vasta kun edelliset ovat palaneet lähes hiillokselle. Hehkuva hiillos luovuttaa lämpöä 25–50 % puun energiasisällöstä ja hiilloksella olevan pesän ilmavirtausta pienennetään. Hormipellit suljetaan kuitenkin vasta kun hiillos on palanut loppuun.

Tulisijat ovat kehittyneet ja esimerkiksi pesän parantuneella ilmavirtauksella aikaansaadaan parempi polttoprosessi. Tehdasvalmisteisten uunien myötä päästöjen arviointi on luotettavammalla pohjalla ja päästöt kontrolloidumpia. Paikalla muurattuihin uuneihin on tehty vuosien kuluessa parannuksia ja uusia innovaatioita, jotka johtavat esimerkiksi täydellisempään savukaasujen palamiseen, on tuotu markkinoille. Jotkin puulämmitteiset kiukaat ovat jo varsin energiatehokkaita ja vähäpäästöisiä, mutta pääsääntöisesti kiuasvalmistajilla on vielä paljon tehtävää tässä suhteessa.

Pienhiukkaset puunpolton ongelma

Pääkaupunkiseudulla vuonna 2014 tehdyn selvityksen mukaan tulisijojen hiukkaspäästöt ovat siellä samaa suuruusluokkaa kuin autoliikenteen pakokaasujen hiukkaspäästöt. Puunpoltosta vapautuvat pienhiukkaset vaikuttavat asuinalueiden ilmanlaatua heikentävästi ja aiheuttavat suurempina pitoisuuksina kohonneen terveysriskin. Noki ja osa tuhkasta kulkeutuu palokaasujen mukana ilmaan. Pienhiukkaset kulkeutuvat hengityselimistöön ja riippuen altistuksen määrästä aiheuttavat varsinkin herkistyneillä ihmisillä oireita ja lisäävät sairastumisriskiä. Puun pienpolton yleistyessä kuntien terveydensuojeluviranomaisille tehdyt polttoa koskevat savuvalitukset ovat lisääntyneet.

Nokipäästöillä on myös ilmastovaikutuksia. Varsinkin pohjoisilla alueilla nokihiukkaset laskeutuessaan lumen pinnalle nopeuttavat sen sulamista. Paljastunut maan pinta imee auringonvaloa ja lämpöenergiaa lämmittäen omalta osaltaan ilmastoa.

Joka tapauksessa puuta tullaan vielä pitkään käyttämään asuntojen lämmittämiseen ja sen määrä pysyy arvioiden mukaan samana tai jopa lisääntyy lähivuosina. Sen takia tulisijojen hyvä tekninen taso ja oikeanlainen polttaminen ovat päästöjen vähentämisen kannalta ensiarvoisen tärkeitä tekijöitä, joilla haitallisia päästöjä voidaan vähentää.  Muutama perusasia, joilla saadaan mm. noen muodostumista vähenemään, on hyvä muistaa:

  • Polta vain kuivaa puuta.
  • Säilytä polttopuut ilmavassa paikassa ja suojassa sateelta.
  • Puunpoltossa käytettävä lämmityslaite pitää nuohota säännöllisesti.
  • Sytytä polttopuut pesään ladottujen pilkkeiden yläosasta.
  • Huolehdi palamisprosessin riittävästä ilmansaannista.
  • Älä polta roskia.

Hyvä opas oikeanlaiseen puunpolttoon löytyy tästä linkistä https://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2008/VTT-R-10553-08.pdf

 

Teksti ja kuva Jaakko Aaltonen

Lisätietoja:

Tulisijojen käyttö ja päästöt pääkaupunkiseudulla vuonna 2014. HSY:n julkaisuja 2/2016. Helsinki. Viitattu 2.1.2019

https://www.hsy.fi/sites/Esitteet/EsitteetKatalogi/Julkaisusarja/2_2016_Tulisijojen_kaytto_ja_paastot_2014.pdf

Alakangas, A. Erkkilä, H. Oravainen, 2008. Tehokas ja ympäristöä säästävä tulisijalämmitys. Polttopuun tuotanto ja käyttö. VTT. Jyväskylä. Viitattu 2.1.2019

https://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2008/VTT-R-10553-08.pdf

 

Rakennusten ilmanvaihdosta energiankulutuksen näkökulmasta

Rakennusten ilmanvaihto on välttämätöntä rakennusten käyttökelpoisuuden ylläpitämiseksi. Se tarkoittaa käytännössä likaisen ilman korvaamista uudella puhtaalla ilmalla.

Koko rakennuksen ilmamäärä tulee vaihtua käyttötarkoituksen mukaan tietyllä tehokkuudella ja ilmamäärillä. Esimerkiksi tavallisen pientalon ilman tulisi vaihtua käytön aikana vähintään kerran kahdessa tunnissa.

Ilma vaihtuu rakennuksessa hallitusti ja hallitsemattomasti. Suunniteltu ilmanvaihto voidaan toteuttaa rakennuksessa koneellisesti tai painovoimaisesti. Se, että poistoilman lämpöenergian otetaan nykyisin talteen edellyttää asianmukaisia ilmankäsittelykoneita. Käytännössä tämä on merkinnyt painovoimaisten rakennusten hyvin vähäistä määrää uudistuotannossa ja käytännössä lähes kaikki uudet rakennukset varustetaan lämmöntalteenotolla varustetulla ilmanvaihtolaitteistolla.

” Ilmanvaihtojärjestelmän hallittu säätäminen ja tasapainottaminen on edellyttää riittävän tiiviitä rakenteita.”

Hallitsematon, erilaisista ilmavuodoista johtuva, ilmanvaihto pyritään saamaan mahdollisimman pieneksi. Täysin tiivistä rakennusta on käytännössä mahdotonta tehdä mutta huolellisella suunnittelulla, toteutuksella ja valvonnalla vuotoilmasta johtuvat haitat voidaan minimoida. Samalla hallitun ilmanvaihdon tulee toimia riittävällä tasolla, jossa rakennuksen tulo- ja poistoilmavirrat ovat tasapainossa.

Ilmanvaihtojärjestelmän hallittu säätäminen ja tasapainottaminen on edellyttää riittävän tiiviitä rakenteita. Toisaalta tiiviys vaatii myös tarkkuutta koneellisen ilmanvaihdon ilmavirtojen säädössä. Epätasapaino johtaa rakennuksessa helposti ei toivottuihin paine-eroihin suhteessa ulkoilmaan.

Höyrysulun läpäisyt vaativat erityistä huomiota. Tavallisia vuotokohtia ovat ikkunat ja ovet sekä ulkoseinien liitokset ylä- ja alapohjiin. Vuotokohdista siirtyy, lämmön lisäksi, sisäilman kosteus rakenteisiin ja mahdolliset epäpuhtaudet huoneilmaan. Uudisrakennusten tiiviys on parantunut huomattavasti verrattuna vanhaan rakennuskantaan. Energiatehokkuuden kannalta vaikutus on merkittävä.

Läpivienti toteutettu erityisellä läpivientitiivisteellä

Ilmanvaihdon energiakulutus koostuu itse koneen puhaltimien, tuloilman lämmittämisen tai jäähdyttämisen, poistoilman mukana poistuvan sekä ilman kuivattamiseen tai kostuttamiseen käytetystä energiasta. Ilmanvaihtokoneiden energiatehokkuus ja tekniikka on vaatimusten myötä parantunut. Esimerkiksi poistoilman lämpöenergiasta saadaan suurin osa talteen ja sitä voidaan käyttää tuloilman tai muun lämmityksen tarpeisiin.

Rakennuksen ilmanvaihtojärjestelmän energiatehokkuutta voidaan parantaa erilaisilla ohjausjärjestelmillä. Niillä voidaan ohjata koneita tarpeenmukaisesti. Käyttöajan ulkopuolella rakennuksessa voidaan pudottaa ilmamääriä tai vastaavasti tehostaa ilmanvaihtoa tiloissa, jos kuormat jostain syystä lisääntyvät. Ilmanvaihdon käytönaikainen seuraaminen, huoltaminen mittaaminen ja säätäminen ovat niiden tavoitteiden mukaisen toiminnan ja energiakulutuksen kannalta tärkeitä tekijöitä. Lukuisten sisäilmaongelmien taustalta löytyy valitettavan usein puutteelliset huoltotoimet ja vajavaisesti toimiva tai suunnitelmista poikkeava järjestelmä.

Pientalon lämmöntalteenotolla varustettu ilmanvaihtokone sisältää tulo- ja poistoilmapuhaltimet. Kanaviston sijoittaminen lämmöneristyksen sisäpuolelle vähentää lämpöhäviötä.

 

Teksti ja Kuvat Jaakko Aaltonen

Lisätietoja

J. Vinha, M. Korpi, T. Kalamees, J. Jokisalo, L. Eskola, J. Palonen, J. Kurnitski, H. Aho, Mikko Salminen, Kati Salminen, M. Keto. 2010. Asuinrakennusten ilmanpitävyys, sisäilmasto ja energiatalous. Tampere. Viitattu 21.10.2018

https://docplayer.fi/3169268-Asuinrakennusten-ilmanpitavyys-sisailmasto-ja-energiatalous.html

Hiilijalanjälkeä luvataan pienentää pyöräilemällä ja kierrättämällä.

Autoilun vähentäminen, jätteiden lajittelu ja kierrätys ovat helppoja tapoja, joilla jokainen meistä voi pienentää omaa hiilijalanjälkeään. Järjestimme ihmisille kyselyn, jossa tehtiin lupauksia oman hiilijalanjäljen pienentämiseksi. Noin kolmannes voisi jättää auton talliin ja käyttää kulkemiseen sijaan julkista liikennettä, polkupyörää tai omia jalkojaan. Lupauksista jätteiden lajittelu ja kierrätys oli toiseksi yleisin hiilijalanjälkeä pienentävä teko. Asumiseen liittyviä lupauksia olivat vedenkäytön vähentäminen sekä huoneen lämpötilan alentaminen. Lämpöpumppua ja aurinkosähköä luvattiin käyttää muutaman kodin lämmityksessä ja kertoi joku suunnitelleensa öljylämmityksen vaihtamista vesi-ilmalämpöpumppuun.

Lupaukset, yhteensä 55 kappaletta, tehtiin lokakuun loppupuolella järjestetyillä Paras Koti -messuilla Porin Karhuhallissa. Rakentamisen ja sisustamisen lisäksi messuilla oli esillä muun muassa energia- ja ympäristöasiat. Vähä0-hanke oli yhdessä Porin kaupungin Circwaste-hankkeen sekä jäteneuvonnan kanssa kertomassa rakentamisen hiilijalanjäljestä, uusiutuvasta energiasta, kierrätyksestä sekä jätteiden lajittelustakin.

Messupiste valmiina Paras koti -messujen vierailijoille.

 

Teksti ja Kuvat

Sanna Lindgren