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

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.