1. No category

Energiatehokkuuden varmentamisen
kenttämenetelmät sekä rakennusautomaatioon
perustuvat mittaukset
Kauppinen, Timo
VT´T
Rakennusten teknologiat ja palvelut
03/07/2013
2
Sisältö
1. Johdanto ja taustaa
2. Kenttämittausmenetelmiä – lämpökuvaus ja tiiviysmittaus
3. Muita mittausmenetelmiä
4. Mittaustuloksia kohteista eri menetelmillä – lämpökuvaus ja tiiviysmittaus
5. Rakennusautomaation käyttö energiatehokkuuden parantamiseksi
7. Johtopäätökset
03/07/2013
Missä vaiheessa energiatehokkuuteen ja
sisäolosuhteisiin voi vaikuttaa?
3
03/07/2013
Sisäilmaston tekijät
4
5
03/07/2013
ToVa-prosessi
Tavoitteiden
asettaminen
Tavoitteet
järjestelmille
Sisäolosuhteiden,
kulutusten ja palvelujen hallinta
Tavoitteiden toteuttaminen ja
todentaminen
Asiakastarpeiden, vaatimusten ja määräysten hallinta
Suunnittelu Toteutus- luonnokset suunnittelu
- ratkaisut
- työ- ja
- lupa-asiavalmistuskirjat
suunnitelmat
Tarveselvitys
ja hankesuunnittelu
1
1. Tilaajan
tavoitteiden
tarkistus
2
2. Suunnitteluedellytysten
varmistus
3
3. Järjestelmäratkaisujen
kelpoisuuden
varmistus &
lupa-asiakirjat
Rakentaminen
4
4. Hankintaja rakentamisedellytysten varmistus
Käyttö ja
ylläpito
Toimintakokeet,
säädöt ja
luovutus
5
5. Toimintakokeisiin ja
säätöihin
valmistautuminen
6
6. Luovutuksen
ja käyttöönoton
varmistus
7
7. Säännöllinen
jatkuva
toimivuuden
varmistus
03/07/2013
Johdanto ja taustaa - energiatehokkuus
6
03/07/2013
Johdanto ja taustaa - energiatehokkuus
7
03/07/2013
Johdanto ja taustaa - energiatehokkuus
8
03/07/2013
9
Rakennusten ilmanpitävyys
D 3: (2.3.1)
 Sekä rakennusvaipan että tilojen välisten rakenteiden
tulee olla niin ilmanpitäviä, että vuotokohtien läpi
tapahtuvat ilmavirtaukset eivät aiheuta merkittäviä
haittoja rakennuksen käyttäjille, rakenteille tai
rakennuksen energiatehokkuudelle.
 Erityistä huomiota tulee kiinnittää rakenteiden liitosten
ja läpivientien suunnitteluun sekä rakennustyön
huolellisuuteen.
 Rakenteisiin on tarvittaessa tehtävä erillinen
ilmansulku.
03/07/2013
10
Rakennusten ilmanpitävyys
D 3: (2.3.2)
 Rakennusvaipan ilmanvuotoluku q50 saa olla enintään
4 (m3/(h m2)).
 Ilmanvuotoluku voi ylittää arvon 4 (m3/(h m2)), jos
rakennuksen käytön vaatimat rakenteelliset ratkaisut
huonontavat merkittävästi ilmanpitävyyttä.
03/07/2013
11
Rakennusten ilmanpitävyys
D 3: (2.3.2)
 Pienempi ilmanpitävyys voidaan osoittaa mittaamalla
tai muulla menettelyllä. Asuinkerrostaloissa
ilmanpitävyys voidaan osoittaa mittaamalla vähintään
20 % huoneistoista.
 Ilmanpitävyyden mittaus voidaan suorittaa myös
rakennuksen omilla ilmanvaihtokoneilla, jolloin
enintään 25 % rakennuksen tilojen lämmitetystä nettoalasta voidaan rajata pois mittauksesta.
 Jos ilmanpitävyyttä ei osoiteta mittaamalla tai muulla
menettelyllä, rakennusvaipan ilmanvuotolukuna
käytetään 4 (m3/(h m2)).
03/07/2013
12
Rakennusten ilmanpitävyys
D 3: (2.3.2)
 Ilmanpitävyyden osoittaminen muulla menettelyllä voi olla
esimerkiksi teollisen talonrakennuksen
laadunvarmistusmenettelyä, jolla ilmanpitävyys voidaan
luotettavasti arvioida ennakolta.
 Tasauslaskennassa ilmanvuotoluvun vertailuarvo on 2
(m3/(h m2)).
2.3.2.1
 Muiden kuin käyttötarkoitusluokan 1 ja 2
ilmanvaihtojärjestelmä varustetaan rakennuksen
ilmanpitävyyden mittausvalmiudella
 Rakennuksen ilmanpitävyyden mittaaminen
painekoemenetelmällä on esitetty standardissa SFS-EN
13829.
03/07/2013
Tiiviysmittaus
Ilmanpitävyyden mittaukset on
aloitettu 70-80-lukujen vaihteessa
Yksittäisiä mittauksia tehty jo
aikaisemmin esim. rakennuksen
omia iv-laitteita käyttäen
Konsulttitoiminta lisääntynyt ja
kaupalliset tiiviysmittauslaitteistot
yleistyneet
Energiatehokkuslaskelmat ja
muuttuneet määräykset
laukaisevana tekijänä
Tiiviys voidaan esittää usealla eri
tavalla
SFS EN 1389 käytössä
13
14
03/07/2013
Rakennuksen ilmanpitävyys
Q  Qm
Standardi SFS-EN 13829.
V on
Vm
T
Tm
,
1
3
2
Painekokeen periaate.
1) säädettävä apupuhallin
2) ulko- ja sisäilman paine-eron
mittaus
3) tilavuusvirran mittaus.
T
Tm
ilmavirta ulkovaipan läpi [m3/h]
ilmavirta virtausmittarin läpi [m3/h]
ulkoilman lämpötila [K]
sisäilman lämpötila [K].
Q  Cp n
Q 50
n 50 
v
Ilmanvuotokäyrä
Ilmanvuotoluku
q50 = Q50/A
q50= ilmanvuotoluku
A = vaipan pinta-ala
03/07/2013
15
Rakennuksen ilmanpitävyys
,
Kerrostalot
 Uudistuotantokohteissa huoneistokohtaiset arvot
0,3 1/h – 1,0 1/h (n50)
 Vuotokohdat: Ikkunatiivisteet, parvekeovet sekä porraskäytävän
ulko-ovet.
 Uudisrakennuskohteiden porrashuoneiden ilmavuotoluvut yleensä
>1,0 1/h, usein luokkaa 2 - 3 x yksittäisten huoneistojen
ilmavuotoluvut.
Pientalot
 Kohteissa joissa on kiinnitetty erityistä huomiota tiiveyteen, tulokset
0,5 1/h – 1,0 1/h, paras Oulussa mitattu 0,1 1/h (n50)
Oulun Rakennusvalvonta:
http://www.ouka.fi/c/document_library/get_file?uuid=a259c699ad6e-44e8-a415-fb978a698e02&groupId=492090
03/07/2013
Rakennuksen ilmanpitävyys
,
16
03/07/2013
Rakennuksen ilmanpitävyys
,
17
03/07/2013
18
Tiiviysmittaus omaa iv-järjestelmää käyttäen
 Tiiviysmittauksen periaate on seuraava:
 Valitaan kohteesta yleensä teholtaan suurin poistoilmanvaihtokone, jota
käytetään mittauksessa.
 Muut koneet suljetaan tulo- ja poistopuolelta, samoin mittausta palvelevan
koneen ulkoilmakanava, sekä huippuimurit joko katolta tai poistoventtiileistä.
 Käytettävän poistopuhaltimen tehoa säädetään taajuusmuuttajalla (tässä
tapauksessa seutuvalvomosta)
 Poistoilmakone aiheuttaa rakennuksessa alipaineen, jonka suuruus mitataan
kahdelta vastakkaiselta julkisivulta rakennuksen keskikorkeudelta (ulko- ja
sisätilan välinen paine-ero muuttuu rakennuksen korkeussuunnassa).
 Paine-ero puhaltimen yli luetaan kalibroidulla paine-eromittarilla ja osoittavalta
paine-erolähettimeltä tai mittarilta (yleensä koneissa varusteena).
 Paine-ero muutetaan virtaukseksi puhaltimen tietojen perusteella.
 Vuotokohtien paikannus lämpökuvauksella
03/07/2013
Tiiviysmittaus omaa iv-järjestelmää käyttäen
19
03/07/2013
20
LÄMPÖKUVAUS
Lämpökuvaus on ainetta rikkomaton (NDT/NDE) - menetelmä,
jossa hankitaan ja analysoidaan lämpösäteilyinformaatiota
kohdetta koskettamattomien lämpökuvauslaitteistojen avulla =
mitataan kohteen pintalämpötiloja ja pintalämpötilajakaumaa.
Kaikki kohteet lähettävät eli emittoivat lämpösäteilyä – infrapuna
(IR)-säteilyä, jonka voimakkuus eli intensiteetti on verrannollinen
kohteen pintalämpötilaan.
03/07/2013
21
LÄMPÖKUVAUS
Lämpökuvausta käytetään uudisrakennusten tai peruskorjausten
laadunvarmennusmenetelmänä. Aikaisemmin lämpökuvausta
käytettiin eniten valitustapauksissa, kun asunto tai rakennus ei
täyttänyt käyttäjien vaatimuksia tai siinä havaittiin joku viihtyvyyttä
alentava tekijä. Tyypillisesti kyseessä ovat olleet:
matalat nurkkalämpötilat
matalat rakenteiden pintalämpötilat
matalat rakenteiden liitoskohtien pintalämpötilat
matalat huonelämpötilat, vedon tunne
kylmät lattiat
ikkunoiden kondensoituminen (vesihöyryn tiivistyminen)
läpivientien ja kanavistojen liitokset
merkittävästi vastaavia rakennuksia suurempi energiankulutus
03/07/2013
LÄMPÖKUVAUS
 Rakennusten lämpökuvaaja – sertifiointi
 Rakennusten tiiviyden mittaaja – sertifiointi
 Muita sertifioituja toimivuuden varmistusmenetelmiä
 Kosteuden mittaaja
 Rakennusterveysasiantuntija
22
03/07/2013
23
Tiiviysmittaus omaa iv-järjestelmää käyttäen – vuotokohtien
paikannus lämpökuvauksella
03/07/2013
24
Toteutettuja hankkeita
ENEFIR-projektin tavoitteena oli
1. Kehittää energiatehokkuuden ja rakennusten toimivuuden arvioinnin
kenttämittausmenetelmiä.
2. Kokeilla rakennusten oman ilmanvaihtojärjestelmän käyttöä rakennusten
tiiviyden mittaamiseen.
3. Kevennetyn energiakatselmuksen käyttö sekä lämpökuvauksen
soveltaminen rakennusten energiatehokkuuden arviointiin. Koekohteina oli
mm. kaksi koulua ja kaksi päiväkotia.
Kohteet valittiin koekohteiksi lämmitysenergian kulutuspoikkeamien vuoksi.
Lisäksi kevennettyä katselmusta kokeiltiin näyttelyrakennuksessa.
Tulosten perusteella kehitettiin lämpökuvauksen ja tiiviysmittauksen ohjeistus.
Mittaustulosten perusteella ilmavuodoista aiheutuneet suorat ja välilliset
ongelmat selittivät pääosin rakennusten lämmitysenergian kulutuseroja.
03/07/2013
25
Koekohteet
Lämmitysenergiankulutukset (normalisoituja):
PK = Päiväkoti, K = Koulu, NRAK = Näyttelyrakennus
Vuosi
2009
2010
2011
Ilmavuotoluku
Ominaiskulutus
kWh/Rm3
kWh/Rm3
kWh/Rm3
n50
PK 1
41,3
39,3
43,4
3,5
4300
PK 2
34,7
33,9
34,7
0,7
5929
K1
26,4
26,7
29,2
1,4
30012
K2
44,3
47,5
44,9
13
NRAK
26,2
23,9
24,8
2,1
n50(2)
9
Tilavuus, Rm3
13210
8374
03/07/2013
Tiiviysmittaus omaa iv-järjestelmää käyttäen
Taulukko 2. Tiiviysmittausten tulokset
Kohde
Ilmamäärät
Tilavuus (mitattu) n50
Huom.
m3/h
m3
1/h
Koulu 1
9570
7000
1,4
Näyttelyrakennus
11090
5200
2,1
Koulu 2 (1. mittaus)
10385
800
13,0
*
Koulu 2 (2. mittaus)
7185
800
9,0
*
Päiväkoti 1.
11010
3000
3,5
*
Päiväkoti 2.
4430
5930
0,7
Terveyskeskus
10940
5790
1,9
*= vuotoilmamäärät arvioitu vuotokäyrästä laskennallisesti
26
03/07/2013
Ilmanpitävyyden laskennallinen vaikutus
Taulukko 3. Ilmanpitävyyden vaikutus energiankulutukseen (koulu 2, kirjasto-osa)
Ilmavuotoluku
n50, kirjasto-osa
Ominaisenergiankulutus
(Jkl:n taso)
Muutos
1/h
kWh/m3
%
13
65
6
55,4
15
3
51,5
7
1
49
5
27
03/07/2013
28
Ilmanpitävyyden laskennallinen vaikutus
Miten pientalon ilmanpitävyys vaikuttaa lämmitysenergian kulutukseen
kun vertailukohtana on n50 = 4 1/h ja 2 1/h
Taulukko 4. Energiankulutuksen vertailulaskelmat
Ilmanvuotoluku,
n50, 1/h
Energiankulutus, %
suhteessa
vertailutasoon
Huom.
2,0
vertailutaso
4,0
+9
1,5
0
1,0
–4
Matalaenergiatalo
0,6
–6
Passiivitalo
0,3
–7
Suositustavoite, passiivitalo
0,1
–8
Paras mitattu kohde
4,0
0
LTO:n vuosihyötysuhde 45 % → 61 %
03/07/2013
29
Johtopäätökset
 Kun pientalon tiiveys on < 1.0 1/h, säästö ei ole pientalon
tapauksessa kovin merkittävä
 Jos ilmavuotoluku on 4 1/h ja talon ilmanvaihtojärjestelmän
vuosihyötysuhdetta parannetaan arvosta 45 % arvoon 61 %,
saadaan sama tulos kun ilmanvuotoluvulla 2 1/h.
 Mikäli ilmanpitävyys on vertailutasoa 4 1/h, saadaan
ilmanvuotoluvulla 2,0 1/h 9 %:n säästö.
 Jos talon ilmanvuotoluku on > 4 1/h, on energiankulutuksessa,
viihtyvyydessä ja mahdollisissa kosteusriskeissä merkittäviä eroja
tiiviiseen taloon verrattuna.
03/07/2013
30
Johtopäätökset - koekohteet
Mittaustulosten perusteella voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset:
 Koulun 1 ilmanpitävyys ja erityisesti päiväkoti 2:n ilmanpitävyys ovat
hyvää tasoa, tiiviyden parantaminen ei enää merkittävästi vähennä
energiankulutusta
 Taidemuseon ja terveysaseman mitatun osan ilmanpitävyys on
keskimääräistä tasoa
 Päiväkoti 1:n ilmanpitävyys on rakennuksen käyttötarkoitus ja
rakentamisajankohta huomioon ottaen keskimääräistä heikompi
 Koulun 2 kirjasto-osan ilmanpitävyys on vielä korjausten jälkeenkin
erittäin heikko ja vaatii lisätoimenpiteitä
03/07/2013
31
Johtopäätökset
 Vuotoilmanvaihdosta aiheutuvan ylimääräisen energiankulutuksen
lisäksi ilmavuodot aiheuttavat (riippuen vuotokohtien sijainnista)
vetoa, jota usein kompensoidaan sisälämpötilan nostolla – yhden
asteen sisälämpötilan nosto lisää keskimäärin
lämmitysenergiankulutusta n. 5 %.
 Ilmavuodot voivat vaikuttaa myös välillisesti lämmitysenergian
kulutuksen nousuun
 Päiväkodeissa lasten oleskeluvyöhyke on lähellä lattiaa, ikkunoita ja
ulkoseinän ja lattian liitoskohtia – tyypillisiä ilmavuotokohtia
 Ikkuna- ja lattiarakenteiden ja liitoskohtien toimivuuteen kiinnitettävä
erityistä huomiota
 Rakenteiden läpi hallitsemattomasti tuleva ulkoilma voi sisältää
rakenteista lähteviä epäpuhtauksia
 Ilmanvaihdon merkitys!
03/07/2013
32
Johtopäätökset
 Rakennuksen ilmanpitävyydelle tulee asettaa tavoite, jonka
toteutuminen varmistetaan mittauksin.
 Tyypillisesti niissä uusissa toimisto- ja liikerakennuksissa, joiden
tiiviyttä on mitattu, on lähtötavoitteena ollut n50 = 1,0 1/h.
 Esimerkiksi vuoden 2011 aikana suoritetuissa mittauksissa on 28
000 m3:n (ilmatilavuus) virastotalon ilmavuotoluvuksi n50 on saatu
n. 0,4 1/h eli passiivitalon vaatimukset alittava arvo
 Rakennuksen tiiviys määräytyy rakennusvaiheen aikana,
rakennuksen valmistuttua tiiviyttä on erittäin vaikea parantaa.
 Suunnitteluvaiheessa tulee kiinnittää nykyistä paremmin huomiota
rakennedetaljeihin, joilla on ulkovaipan tiiveyden kannalta
merkitystä.
 Rakennuksen ilmanpitävyyden parantaminen vaatii myös, että
ilmanvaihtojärjestelmän täytyy toimia suunnitellusti.
03/07/2013
33
Johtopäätökset
 Olemassa olevan rakennuskannan ilmanpitävyyden parantaminen
vaatii useissa tapauksissa perusteellisia korjauksia
 Mikäli ilmavuodot keskittyvät oviin ja ikkunarakenteisiin, voidaan
asianmukaisella ikkuna- ja ovirakenteiden tiivistämisellä parantaa
ilmanpitävyyttä jopa merkittävästi, ja korjausten kustannukset ja
takaisinmaksuaika, toisin kun esimerkiksi lisäeristystapauksissa on
lyhyt.
 Lämmitysenergian kokonaiskulutuksessa määräävässä asemassa
on vanha rakennuskanta - sen tiiviyden parantamiseksi tulisi löytää
kustannustehokkaita ratkaisuja.
 Uusissa rakennuksissa ollaan menossa kohti passiivitaloja ja
nollaenergiaratkaisuja.
 Tiiviyden merkitystä energiankulutukseen ei kuitenkaan saisi
yliarvioida.
 Tiiviyden parantuessa muiden tekijöiden vaikutus
energiankulutukseen tulee merkitsevämmäksi..
03/07/2013
34
Rakennusautomaatiojärjestelmän käyttö toimivuuden
varmistamisessa
 Lähtökohdat:
 Keskeiset toimivuustekijät (KPI=Key Performance Indicators)
 Tilaajan määrittelyt (OPR = Owner´s Project Requirements)
 Uudet rakennukset: Instrumentoinnin suunnittelu
 Vanhat rakennukset: Mitä pitää lisätä/muuttaa?
 Rakennus on prosessi - lopputuotteena ovat sisäolosuhteet
03/07/2013
35
Rakennusautomaatiojärjestelmän käyttö toimivuuden
varmistamisessa
 Nykytilanne:
 Rak automaatiojärjestelmän komissiointi ensin
 ”Garbage In –Garbage Out” eli vikatietoa sisään, vikatietoa ulos
 Edelleen toimimattomia antureita, väärin asennettuja antureita ym
 Tietojen keruu: Mittauspisteitä paljon, tietoa saatavissa
 Käyttäjälle oikeaa tietoa oikeista kohteista
 Koulutus?
03/07/2013
36
Rakennusautomaatiojärjestelmän toimivuuden
varmistaminen, uusi asuinkerrostalo
• Huoltokirja on yleismallia (puhutaan asioista
joita kiinteistössä ei ole ja siitä puuttuu kohteita
joita kiinteistössä on) ja siitä puuttuu
TTRYL:ssä vaaditut asiat
• Automaation luovutuskansiossa ei ole kuin
10% siitä mitä RYLlissä vaaditaan ja mitä
automaation pitkäaikainen käyttö ja huolto
vaatii.
• Esimerkki toteutuksesta: Energiamittarin
asennus:
03/07/2013
37
Rakennusautomaatiojärjestelmän toimivuuden
varmistaminen, uusi asuinkerrostalo
Tämä kuva on otettu 5.10.2011. Asennus on
sähköturvallisuusmääräysten vastainen
Virtausmittarit on asennettu pystyasentoon ja anturikaapelit
liian lähelle virtajohtoa. Mittausepätarkkuus on erittäin suuri
etenkin, kun mittarin anturit oli asennettu ristiin.
03/07/2013
38
Rakennusautomaatiojärjestelmän toimivuuden varmistaminen,
uusi virastorakennus
 Ilmanvaihtokoneen virtausmittaus: VAKin raportoima puhaltimen
ilmamäärä on virheellinen, koska puhaltimen k-arvona on käytetty
toisen puhaltimen arvoa; ohjelmisto aiheuttaa n. 30 %:n virheen
 Paine-eromittaus sinänsä oikein, koneen seinässä oleva
nestepatsasnäyttö on liian epätarkka jotta virhe voitaisiin huomata
 Sinänsä yksinkertainen korjata, mutta saattaa jäädä huomaamatta
jolloin raporteissa ilmamäärät ja mahdollisesti niihin perustuvat
laskelmat sisältävät saman virheen
03/07/2013
39
Rakennusautomaatiojärjestelmän toimivuuden varmistaminen,
uusi virastorakennus
03/07/2013
40
Rakennusautomaatiojärjestelmän toimivuuden
varmistaminen
Käytettävyys on tärkeä avainsana myös rakennusautomaatiojärjestelmästä
saatavan informaation raportoinnissa. Keskeisiä kysymyksiä ovat:
• Kuinka selkeitä grafiikkakuvat ovat?
• Kuinka havainnollisia symbolit ovat, onko käytetty yleisesti käytössä olevia
symboleita, vai joutuuko käyttäjä opettelemaan uusien symbolien merkityksen?
• Onko heti selvää, mitä tietynlaiset viivat tarkoittavat?
• Entä tietyt värit?
• Onko hankalaa terminologiaa?
• Onko liikaa erillisiä elementtejä eli näyttääkö sekavalta vai onko kokonaisuus
helposti hahmotettava?
• Onko helposti ymmärrettävää, että mitkä ovat asetusarvoja ja mitkä
mittausarvoja?
03/07/2013
41
Rakennusautomaatiojärjestelmän mittaukset –esimerkki
seutuvalvomosta (Kuopio)
03/07/2013
Esimerkki: Kuopio
42
03/07/2013
43
Yhteenveto
 Rakennuksen lämpötekninen toimivuus ja sisäolosuhteet ovat
rakennuksen vaipan, taloteknisten järjestelmien, sääolosuhteiden
sekä kuormituksen summa
 Usein keskitytään vain yhteen tekijään kokonaisvaltaisen
selvityksen sijasta. .
 Käyttäjän – ja käytön -vaikutus rakennuksen kokonaisenergiankulutukseen on edelleen suuri.
03/07/2013
Vertailukohde – varastorakennuksen tiiviys
44
03/07/2013
……ongelman analysointi
45
03/07/2013
…….ratkaisun etsiminen
46
03/07/2013
47
……ratkaisu (vertailuesimerkillä ei mitään yhteyttä todellisuuteen)