Tampereen Teknillinen Yliopisto, Rakennetun ympäristön tiedekunta Arkkitehtuurin laitos 4,0 Arkkitehtuurin vaikutus pientalon energiatehokkuuteen, Talo Saunaranta ja 47 variaatiota 2010 75% Tarkastaja Professori Kari Salonen Diplomityö, Malin Moisio Aihe hyväksytty tiedekunnassa 3. maaliskuuta 2010 2 ESIPUHE Kiitän professori Kari Salosta diplomityöni ohjauksesta, Talo Saunarannan rakennuttajia hyvästä yhteistyöstä sekä Lamit.fi:tä laskentatyökalujen käytöstä. Lisäksi kiitos professori Ralf Lindbergille sekä professori Timo Kalemalle. Kiitos myös seuraaville henkilöille jotka ovat jakaneet työhöni liittyvää tietoa: Melina Nowak, Virpi Leivo, Kristiina Heinonen, Kimmo Lylykangas, Ari Järvinen, Pasi Typpö ja Simo Hakkarainen. Tampereella 3. maaliskuuta 2010 Malin Moisio 3 Kuva 1, Talo Saunaranta, takarinteestä 4 muuttujiksi. Kustakin muuttujasta on 3 vaihtoehtoa. TIIVISTELMÄ Muuttujat on jaettu neljään ryhmään, vertailuihin A, B, C ja D. Vertailussa A on selvitetty arkkitehtonisten TTY, Arkkitehtuurin laitos muuttujien vaikutusta pientalon energiatehokkuuteen. Diplomityö Vertailussa B on tutkittu tilaohjelman, vertailussa C Moisio, Malin rakenteiden ja vertailussa D ilmanvaihdon ja Opiskelijanumero 158422 lämmityksen vaikutusta pientalon energiatehokkuuteen. Maaliskuu 2010 Muuttamalla yhtä vaihtoehtoa kerrallaan on Talo Saunarannasta saatu 45 variaatiota. Kullekin variaatiolle Arkkitehtuurin vaikutus pientalon energiatehokkuuteen, on laskettu energiatehokkuus, ET-luku. Laskennassa on Talo Saunaranta ja 47 variaatiota käytetty Lamit.fi:n Energiajunior 7.1 laskentatyökalua. Variaatioiden ET-lukuja on verrattu Talo Saunarannan Tarkastaja Professori Kari Salonen ET-lukuun. Näin on selvitetty eri ominaisuuksien Avainsanat: Energiatehokkuus, Pientalo, vaikutus rakennuksen energiatehokkuuteen. Energiatodistus, Talo Saunaranta Tämän vertailun perusteella pientalon laskennalliseen energiankulutukseen, ET-lukuun, vaikuttavat useat Diplomityö käsittelee uudisrakentamisen liittyvää seikat. Merkittävimmin siihen vaikuttavat rakenteiden U- arkkitehtisuunnittelua ja sen vaikutusmahdollisuuksia arvot, rakennuksen koko sekä LTO:n vuosihyötysuhde. pientalon energiatehokkuuteen. Energiatehokkuutta Ikkunoilla on kolmenlaisia, osittain toisiaan kumoavia, määrittelee tässä työssä rakennuksen energiatodistus- vaikutuksia rakennuksen energiatehokkuuteen. laskennan avulla saatu ET-luku. ET-luku saadaan Ikkunoiden johtumishäviöt ovat ulkoseinää suuremmat jakamalla rakennuksen vuosittain tarvitsema heikompien U-arvojen ansiosta. Toisaalta niiden kautta energiamäärä bruttoneliömetriä kohden. Energia- saadaan merkittävä osa rakennukseen passiivisesta tehokkuus lasketaan Suomen Rakentamismääräys- lämpöenergiasta. Kun rakennuksen lämpökuormat kokoelman osan D5 mukaan. ylittävät lämpöhäviöt syntyy jäähdytystarvetta, joka taas Tarkastelun kohteena Talo Saunaranta, pääosin heikentää rakennuksen energiatehokkuutta. puurakenteinen pientalo Nokialla. Diplomityössä Talo Saunarannan ominaisuudet on jaettu osiin eli 5 Ikkunoiden koon pienentäminen vaikuttaa rakennuksen arkkitehtuuriin ja tilan tuntuun eniten, tässä tapauksessa ABSTRACT heikentävästi. Tampere University of Technology, Lämmönjakotavalla on merkitystä energiatehokkuudelle School of Architecture niiden luovutushäviöiden vuoksi. Myös kerrosten Master of Science Thesis sijoittelu, ilmatilavuus ja rakenteiden tiiviys vaikuttavat Moisio, Malin osaltaan merkittävästi. Student number 158422 March 2010 Esimerkkinä on esitetty kaksi variaatiota joissa vertailun ominaisuuksia on yhdistelty vapaasti. Esimerkissä on Architecture's influence on energy efficiency for a laskettu ET-luku vaihtoehdolle E, jossa on käytetty tämän detached Saunaranta House with 47 variations vertailun energiatehokkuuksiltaan parhaita vaihtoehtoja. Esimerkkinä on esitetty suunnitelma variaatiosta A+E, Advisor Professor Kari Salonen jossa energiatehokkuuden lisäksi on huomioitu myös Keywords: Energy Efficiency, Detached house, Energy arkkitehtoniset ominaisuudet. Suunnitelmassa lähtö- Performance Certificate, Saunaranta House kohtana on pidetty ikkunoiden kokoa, josta on pyritty tinkimään mahdollisimman vähän. Muita ominaisuuksia The Master Thesis studies architectural design among parantamalla sekä jäähdytystarvetta minimoimalla on the new-build and its opportunities to influence the kuitenkin saavutettu suunnitelma joka vastaa energy efficiency of a small detached house. energiatehokkuudeltaan Suomalaista passiivitalotasoa. In this study energy efficiency is defined as Energy Efficiency -value (ET-value) based on energy calculations for Energy Performance Certificate. Energy efficiency is calculated as defined in Part D5 in the National Building Code of Finland. ET-value is calculated by dividing the energy demand of the building per annum by the total floor area (kWh/ total m2/year). The thesis is based on a case study of a small detached house in Nokia, the Saunaranta House. The main 6 construction material of the house is timber. In the generate passive solar energy in to the building. Large Master Thesis the features of the Saunaranta House are windows increase the heat gain in summer time and as a divided in several variables. There are three options for result create a need for cooling. Reducing the size of the each variable and they have been divided in four groups; windows has the largest effect, in this case negative, on comparisons A, B, C and D. In comparison A the impact the architecture. of architectural variables have been compared with the Heat distribution method also has an effect due to its energy efficiency of the house. Comparison B thermal loss. Additionally the arrangement of the floors, concentrates on the impact of the accommodation air volume and air tightness have got a large impact as schedule, comparison C studies the impact of the well. structure and in comparison D the effect of ventilation and heating has been looked at. By changing one Two variations are presented as an example where the variable at the time this resulted to 45 different variations features of the comparison have liberally been combined. for the Saunaranta House. The energy efficiency was ET-value was calculated in the example for variation E, calculated for each of the variations as ET-value. ‘Lamit.fi where the options with best energy efficiency have been Energiajunior 7.1.’ software was used in the energy used. There is also an architectural design prepared for efficiency calculations. The ET-value of each variation variation A+E. This option is a variation where were compared with the ET-value of the Saunaranta architectural qualities have been taken into account in House. In this way it was possible to determine the addition to energy efficiency. Window sizes were used as impact on various features of the building for its energy a base in option A+E and the aim was to try to efficiency. compromise on their extent as little as possible. By The comparison study shows that the main areas that improving other features and minimising the need for affect on the calculated energy efficiency of the house cooling it was however possible to achieve a design that (the ET-value) are the U-values of the structures and the complies with Finnish Passive House standards. size of the building. The annual efficiency of the Heat Recovery System influences in large part on the energy efficiency as well. The sizes of windows effect on several ways; on one hand they increase the convection loss from the building but on the other hand they also 7 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO............................................11 2.7 KEHÄKERROIN..................................................20 1.1 YLEISTÄ..............................................................11 2.8 VERHOKERROIN...............................................20 1.2 TYÖN TAUSTAA.................................................12 2.9 MUOTOKERROIN...............................................20 1.3 TYÖN AIHE JA TAVOITE....................................12 2.10 U-ARVO.............................................................20 1.4 TYÖN RAKENNE................................................13 2.11 ILMATIIVIYS......................................................20 3 ALKUPERÄINEN TALO SAUNARANTA.. 21 2 KÄSITTEET............................................15 2.1 ENERGIATODISTUS..........................................15 3.1 TAUSTAA............................................................23 2.1.1 ENERGIATEHOKKUUS JA ET-LUKU 3.2 RAKENNUSPAIKKA............................................23 2.1.2 ENERGIALUOKKA 3.3 ARKKITEHTUURI................................................23 2.1.3 ET-LUVUN LASKENTA 3.4 RAKENUSTEKNIIKKA........................................24 3.4.1 RAKENTEET 3.4.2 LVIS 2.2 RAKENNUKSEN LÄMPÖHÄVIÖ JA 3.4.3 PINTARAKENTEET VERTAILULÄMPÖHÄVIÖ.........................................16 2.2.1 LÄMPÖHÄVIÖIDEN TASAUSLASKELMA 3.5 SUUNNITELMAT.................................................24 3.5.1 LAAJUUSTIEDOT 2.3 PASSIIVITALO....................................................17 3.5.2 RAKENNUSOSIEN TIEDOT 2.4 MATALAENERGIATALO.....................................17 3.5.3 ET-LUKU JA ET-LUOKKA 2.5 LAAJUUSTIEDOT...............................................18 3.5.4 SUUNNITTELIJAT JA URAKOITSIJAT 2.5.1 BRUTTOPINTA-ALA 3.5.5 PIIRUSTUKSET 2.5.2 RAKENNUSTILAVUUS 2.5.3 KERROSKORKEUS 2.5.4 HUONEKORKEUS 2.5.5 ILMATILAVUUS 4 45 VARIAATIOTA, 2.5.6 JULKISIVUPINTA-ALA 2.5.7 IKKUNOIDEN JA OVIEN PINTA-ALA ENERGIATEHOKKUUDEN VERTAILU........35 2.5.8 YLÄPOHJA 4.1 TALO SAUNARANNAN VERTAILUVERSIO......35 2.5.9 ALAPOHJA 4.2 MUUTTUJAT JA VAKIOT....................................39 2.5.10 VÄLIPOHJA 4.3 LASKENTA..........................................................40 2.5.11 ULKOSEINÄ 4.4 MERKKIEN SELITYKSET...................................40 4.5 VERTAILU A, ARKKITEHTUURI.........................41 2.6 IKKUNOIDEN VARJOSTUSKERTOIMET...........20 4.5.1 MUOTO 2.6.1 YMPÄRISTÖN VARJOSTUSTEN 4.5.2 TILAVUUS KORJAUSKERROIN 4.5.3 IKKUNAT 2.6.2 YLÄ- JA SIVUVARJOSTUSTEN 4.5.4 OVET KORJAUSKERROIN 4.5.5 IKKUNOIDEN SUUNTAUS 6.1.14 LÄMMÖNJAKOTAPA 4.5.6 VARJOSTUS 4.5.7 VERHOKERROIN 6.2 JÄÄHDYTYSTARVE............................................70 4.5.8 KEHÄKERROIN 6.3 LASKENNAN ONGELMAT..................................72 4.6 VERTAILU B, TILAOHJELMA.............................49 6.3.1 D5 LASKENTA 4.6.1 KOKO 6.3.2 KOKONAISENERGIANKULUTUS 4.6.2 ASUKASMÄÄRÄ 6.3.3 TILAVUUKSIEN LASKENTATAPA 4.6.3 KERROSLUKU 6.3.4 PINTA-ALOJEN LASKENTATAPA 6.3.5 LASIOVET 4.7 VERTAILU C, RAKENTEET...............................52 6.3.6 HENKILÖMÄÄRÄN LASKENTATAPA 4.7.1 U-ARVOT 6.3.7 ILMATIIVIYDEN VERTAILU- JA 4.7.2 ILMATIIVIYS SUUNNITTELUARVO 6.3.8 ENERGIAMUOTOJEN HUOMIOIMINEN 4.8 VERTAILU D, LÄMMITYS JA ILMANVAIHTO.....54 6.3.9 VERTAILUKELPOISUUS 4.8.1 LTO:N VUOSIHYÖTYSUHDE 4.8.2 LÄMMÖNJAKOTAPA 6.4 RAKENNUKSEN OMINAISUUKSIEN VAIKUTUS PIENTALON ENERGIATEHOKKUUTEEN...............75 6.5 JATKOTUTKIMUSTARPEET..............................76 5 LASKENTA............................................55 5.1 LASKENNAN TULOKSET...................................55 7 ESIMERKKI, 2 VARIAATIOTA...............77 7.1 VARIAATIOT E JA A+E.......................................77 6 YHTEENVETO JA PÄÄTELMÄT ..........61 7.1.1 TULOKSET 6.1 TULOSTEN TARKASTELU.................................61 7.2 SUUNNITELMA, VARIAATIO A+E......................80 6.1.1 TALO SAUNARANTA 7.2.1 PIIRUSTUKSET, VARIAATIO A+E 6.1.2 MUOTO 6.1.3 TILAVUUS 6.1.4 IKKUNAT 6.1.5 OVET 8 LÄHTEET ...............................................87 6.1.6 IKKUNOIDEN SUUNTAUS 6.1.7 VARJOSTUS, VERHO- JA KEHÄKERROIN 9 LIITTEET ................................................88 6.1.8 KOKO 6.1.9 HENKILÖMÄÄRÄ 6.1.10 KERROSLUKU 6.1.11 U-ARVOT 6.1.12 ILMATIIVIYS 6.1.13 LTO:N VUOSIHYÖTYSUHDE Kuva 2, Talo Saunaranta, ikkunaseinä 10