Energiatehokkuudesta on tullut viime vuosina kuuma aihe, erityisesti vuonna 2022 puhjenneen energiakriisin jälkeen, joka on nostanut energian hintoja. Jos olet kiinnostunut parantamaan talosi energiatehokkuutta tai jos olet kiinnostunut ymmärtämään, mitkä tekijät vaikuttavat rakennuksen energiankulutukseen, tämä teksti on sinua varten.
Energiatehokkuus tarkoittaa, että rakennuksen energiankulutus on optimoitu, jolloin asiakasmukavuuden ylläpitoon tarvitaan vähemmän resursseja, kuten lämpöä tai sähköä. Energiatehokkuutta edistämällä säästät omissa sähkö- ja lämmityslaskuissasi ja kulutusta pienentämällä säästät ympäristöä. Yksi tapa tutkia energiankäyttöä on energiasimulointi.
Energiasimulointi
Energiasimulointi on tapa testata virtuaalisesti suunnitteilla tai olemassa olevaa rakennusta, jotta nähdään, miten se reagoi esimerkiksi erilaisiin sääolosuhteisiin, rakennusmateriaaleihin tai miten eri lämmitysjärjestelmät toimivat rakennuksessa. Rakennuksen energiasimulointi on tehokas väline rakennuksen energiankulutuksen käyttäytymiseen. Sen avulla voidaan ymmärtää, miten tarkasteltavassa rakennuksessa energian käyttöä kannattaa optimoida ja hallita. Simulointityökaluja voidaan käyttää sekä uusissa rakennuksissa, että saneerauskohteissa, ja ne voivat auttaa vähentämään rakennusten energiankulutusta ja siten myös päästöjä.
Energiasimuloinnissa otetaan huomioon monia muuttujia rakennuksen sijainnista ikkunoiden lasityyppiin. Rakennussimulointi ei ole aina suoraviivaista, vaan laskennassa on usein käytettävä arvioita ja erilaisia vaihtoehtoja ja kokeiltava niitä.
Rakennuksen sijainti ja geometria
Sijainnilla on merkittävä vaikutus tulokseen. Ajatellaan esimerkiksi sitä, miten leveysaste vaikuttaa auringon osumiskulmaan planeetalla. Pohjoismaissa aurinko ei nouse yhtä korkealle kuin maissa, jotka ovat lähellä päiväntasaajaa. Korkeampi leveysaste aiheuttaa sen, että kesällä aurinko paistaa useita tunteja päivässä ja matalammassa kulmassa, jolloin on haastavampaa estää säteilyn aiheauttama rakennukseen ikkunoiden kautta. On hyvä huomioida myös rakennuksen ympäristö: onko siellä puita, jotka luovat varjoja sen päälle? Antavatko muut rakennukset tuulensuojaa? On myös tärkeää ottaa huomioon ilmansuunnat, sillä etelään päin olevat suuret ikkunat päästävät sisään huomattavan määrän auringonvaloa, joka kesäaikaan nostaa sisälämpötilaa.
Rakennuksen muodolla ja materiaaleilla on merkittävä rooli määriteltäessä energiantarvetta, jonka rakennuksen lämmittäminen tai viilentäminen vaatii niin sanotun lämpöviihtyvyyden ylläpitämiseksi. Lämpö karkaa rakennuksesta tietyistä vuotokohdista, tarkemmin sanottuna eri rakennusosien, kuten lattian ja ulkoseinien, liitoskohdista tai ulkoseinien ja ikkunoiden välistä.
Rakennusmateriaalit ja ikä
Rakennussimuloinnissa on ratkaisevan tärkeää luoda malli, joka vastaa mahdollisimman hyvin todellista tilannetta, koska rakennekerrokset muodostavat materiaalit ovat myös vastuussa rakennuksen pitämisestä halutussa lämpötilassa. Kunkin rakennusosan, kuten ulkoseinän tai katon, yksi ominaisuus on se, kuinka paljon lämpöä se päästää läpi ja levittää sen sitten ulkoiseen ympäristöön. Tarkka luku on mahdollista laskea, ja sitä kutsutaan lämmönläpäisevyydeksi, josta käytetään nimitystä ”u-arvo”. Mitä pienempi tämä arvo on, sitä vähemmän lämpöä poistuu rakennuksesta.
Jos analysoimme vanhempaa rakennusta, u-arvojen parantaminen vähentää lämmitystarvetta ja lisää siten energiatehokkuutta. Tarkkoja u-arvoja ei kuitenkaan aina ole saatavilla rakennesuunnitelmien perusteella, joten rakennussimulointia tehtäessä joudumme usein tekemään valistuneita arvauksia rakennusmääräysten perusteella. Niistä voimme löytää tyypilliset u-arvot tietyillä vuosikymmenillä, tietyistä materiaaleista rakennetuille rakennuksille.
Ilmastointi ja ilmanvaihto
Kaikki rakennuksen ulkoiset osat, kuten ulkoseinät, katto, alapohja, ovet ja ikkunat, muodostavat niin sanotun rakennuksen vaipan. Ilmastointi ja ilmanvaihto vaativat energiaa, esimerkiksi talvella ilmanvaihdon kautta sisälle tuleva ulkoilma on lämmitettävä.
Sen lisäksi, että tuloilmaa on lämmitettävä, rakennuksissa on yleensä myös muita ilmavuotoja, kuten edellä mainittiin, ja ne viilentävät sisäilmaa. Nämä vuodot ovat yleensä ei-toivottuja, ja niitä voidaan vähentää parantamalla rakennuksen vaipan tiiviyttä.
Johtopäätös
Rakennussimulointi voi auttaa meitä ymmärtämään rakennuksen energiakäyttäytymistä ja optimoimaan sitä nykyhetkellä ja tulevaisuudessa. Rakennussimulointi on prosessi, joka vaatii aikaa, hyvää ymmärrystä sekä rakennusfysiikasta että rakennuksen rakenteista ja tietoa lämmitysjärjestelmistä.
Teksti on kirjoitettu osana Energiaobservatorio – Rakennetun ympäristön aktiiviset energia-asiakkaat (ENO) – hankkeetta. ENO-hanke saa rahoitusta Euroopan Unionilta, Hämeen liitolta sekä Hämeenlinnan kaupungilta, ja sen tarkoitus on tuoda energiatehokkuuden osaamista Hämeenlinnan asukkaille.
Kirjoittaja
Michela Galassini, projekti-insinööri, HAMK Tech -tutkimusyksikkö
