30.03.2020
Älykkäät ratkaisut eivät yksin riitä rakennusten päästöjen radikaaliin vähentämiseen
Mitä ihmettä? Kulutusjousto, virtuaalivoimalaitos ja olosuhteiden tarpeenmukainen ohjaaminen vilisevät silmissä. Alustoja, Saas-palveluita ja kotiautomaatiojärjestelmiä. Jos kaikki älykkäisiin rakennuksiin liittyvät termit laittaisi jonoon, ne yltäisivät varmasti kolme kertaa maapallon ympäri. Älykkäistä ratkaisuista on myös hyötyä, mutta kuinka paljon?
Hiedanrannan uuden kaupunginosan tavoitteet
Tampereelle rakentuu seuraavina vuosikymmeninä suurten hankkeiden ratikan ja Uros Live -areenan lisäksi valtava uusi asuinalue nimeltään Hiedanranta. Koska kaupunki on tosissaan samaan aikaan vähentämässä päästöjään Suomen kansallisten tavoitteiden mukaisesti, uusi alue rakennetaan siten, että se ilmasto-ongelman pahentamisen sijaan tarjoaa ratkaisuja ja toimii hiilinieluna.
Älyä rakentamiseen
Älykkyys on tulossa kovaa vauhtia rakennusalalle. EU:n energiatehokkuusdirektiivin (2018/844) myötä muotoillaan paraikaa eräänlaista sertifiointia, jolla rakennuksen älykkyyttä voidaan mitata. Älykkään rakennuksen teknologiat on listattu Smart Readiness Indicator (SRI) -mallin luetteloon, josta löytyvät muun muassa ilmanvaihdon älykäs ohjaus, sähköautojen älykäs lataus sekä lämmityksen tarpeenmukainen ohjaus.
Energiaviisaat kaupungit -hankkeessa lähdimme selvittämään, miten nämä älyteknologiat vaikuttavat rakennuksen elinkaaren päästöihin ja elinkaarikustannuksiin Hiedanrannassa Tampereella. Aiemmin SRI-viitekehystä oli käytetty ainakin yhdessä Aalto yliopiston tutkimuksessa. Teetimme tutkimuksen Sitowise Oy:llä.
Hiedanrannan lähtökohdat
Koska Hiedanranta on useiden kymmenien kortteleiden kokonaisuus, ei meillä ollut mahdollisuutta mallintaa koko aluetta jokaisen wc:n ja keittolevyn tarkkuudella. Siksi valitsimme alan asiantuntijoiden johdolla kaksi esimerkkikorttelia, jotka toimivat edustavana otoksena alueen tulevasta rakennuskannasta. Toinen kortteli on pelkkiä asuinhuoneistoja sisältävä kortteli, ja toisessa on merkittävä määrä kivijalkaliiketilaa. Hiedanrannassa asuinkorttelit tulevat muodostamaan valtaosan alueen energiankulutuksesta.
Korttelit mallinnettiin alueen yleissuunnitelman massoittelun pohjalta ja arkkitehti jaotteli kerrokset tiloihin käyttötarkoituksen mukaan. Näin pyrittiin mahdollisimman suureen realistisuuteen kortteleiden kulutuksen arvioinnissa. Kattava lähtötietodokumentti Hiedanrannan dynaamisen energiamallinuksen lähtötiedot on saatavilla hankkeemme verkkosivulla. Sen oletukset esimerkiksi asuntojakaumasta, saunojen määrästä ja parvekelasituksista vaikuttavat tuloksiin olennaisesti.
Kuva 2: Korttelien simulointimallit käsittävät tyypilliset kerrokset. Loput kerroksista tuotetaan kertoimien avulla.
Rakentamisen kolme vaikuttavinta teknologiaa
Smart readiness Indicator –malliin sisällytettäviä teknologioita on hengästyttävä määrä. Kaikki 54 teknologiaa on listattu SRI-hankkeen nettisivulta löytyvässä excelissä. Valitsimme sekä aiemmin mainittuun Aalto yliopiston tutkimukseen että simuloinnin toteuttaneen Sitowise Oy:n asiantuntijoiden osaamiseen perustuen 14 teknologiaa, jotka voisivat soveltua parhaiten suomalaisiin olosuhteisiin, ja jotka ovat mallinnettavissa käytetyllä IDA ICE -ohjelmalla. Laskennan tuloksina saatiin korttelin elinkaaren päästöt, kustannukset, energiankulutus sekä vaikutukset huipputehon tarpeeseen.
Kuva 3: Asuntokorttelin |10 vuosittaiset maksimitehotarpeet vaikuttavimmille teknologioille.
Parhaimmiksi osoittautui kolme teknologiaa, jotka esitellään lainauksina Sitowise Oy:n raportista Hiedanrannan dynaamisen energiamallinnuksen tulokset ja analyysit.
- Kulutuspiikkien leikkaus lämmönjakojärjestelmän älykkäillä säädöillä (teknologia 2)
Teknologia toimii siten, että lämmitysjärjestelmä kykenee ennakoimaan sään ja rakennuksen käytön vaikutuksia rakennuksen lämmitysenergian- ja tehontarpeisiin. Näin voidaan välttää tilojen turhaa lämmitystä ja leikata lämpöenergian kulutuspiikkejä. Hyödyt ovat suurimpia lattialämmityskohteissa. Teknologia tarjoaa lisähyötyä alueelliselle energiajärjestelmälle, jos rakennusten lämmitystä optimoidaan energiajärjestelmän toiminnan näkökulmasta.
- Läsnäolon ja tarpeen huomiointi ilmanvaihdossa (teknologia 4)
Ilmanvaihtojärjestelmä pudottaa asuntojen ilmamääriä [ilmanvaihtokoneen tekemää työtä] asukkaiden ollessa poissa. Liiketiloissa ilmavirrat säädetään vastaamaan tilojen tarvetta. Ilmanvaihtokoneiden puhaltimet kuluttavat vähemmän sähköä ja ilman lämmitykseen tarvitaan vähemmän lämpöenergiaa.
- Vikojen ja hälytysten ilmoitus sekä ongelmien diagnosointi (talotekniikan toiminnan etävalvonta) (teknologia 14)
Rakennusten talotekniikan toiminnan etävalvonnalla ja datan älykkäällä analyysillä rakennusten kunnossapito voidaan muuttaa ennakoivaksi. Oikein ajoitetuilla kunnossapitotöillä voidaan optimoida lämmitysjärjestelmän sekä ilmanvaihdon energiatehokkuutta sekä korjata vakavat ongelmat ennen niiden syntymistä.
Yleisesti ottaen automaatioteknologiat simuloinnissa tehdyillä oletuksilla ja rajoituksilla eivät näytä tuovan säästöjä, vaan himpun verran kasvattavat elinkaarikustannuksia perustasoon nähden. Samoin vaikutukset päästöihin energiankulutuksen vähentämisen kautta ovat vain muutamia prosentteja.
Simuloinnin tulos on tältä osin skeptisempi kuin tosielämä antaa ymmärtää. Erityisesti lämmityksen kulutuspiikkien leikkaamisen teknologiat ovat yleistyneet vauhdilla viime vuosina. Tästä voisi vetää johtopäätöksen, että ainakin vanhemmissa taloissa tämän teknologian kannattavuus on simuloitua tilannetta parempi.
Parhaat teknologiat yhdessä ovat mielenkiintoisin vaihtoehto
Yksi syy vaisuihin tuloksiin on tehdyn laskennan rajauksissa. Työssä on tarkasteltu vain korttelin energiankulutuksen vähentämisen tuottamia päästöhyötyjä, eikä esimerkiksi huipputehon rajoittamisen hyötyjä muualla energiajärjestelmässä. Vaikka huipputehon rajoittaminen johtaisi siihen, että kovilla pakkasilla kaukolämpöverkon öljylämmityskattilaa ei tarvitsisi käynnistää, tämä ei näy tuloksissa. Siksi olemme seuraavaksi teettämässä Hiedanrannan koko alueen energiantuotantovaihtoehtoja vertailevaa tutkimusta, jossa myös vaikutukset energiajärjestelmässä voidaan paremmin ottaa huomioon.
Toinen keskeinen syy laimeisiin tuloksiin oli se, että kortteleiden energiankulutuksesta suuri osa on lämpimän käyttöveden kulutusta. Tähän ei voitu tutkituilla teknologioilla vaikuttaa. Olisikin mielenkiintoista tarkastella käyttöveden lämmön talteenoton vaikutuksia elinkaaripäästöihin.
Kolmas keskeinen syy liittyi sähkön ja lämmön ominaispäästöihin, jotka oletettiin samaksi kaikille tunneille vuoden yli. Todellisuudessa kulutuspiikkien aikaan energian päästöt ovat keskimääräistä korkeammat, mikä parantaa näiden teknologioiden vaikuttavuutta.
Vaikka yksittäiset teknologiat saavat aikaan vain vähäisiä päästövähennyksiä, on niiden yhdistelmällä mahdollisuus saavuttaa tuntuva päästösäästö jo näillä edellä mainituilla rajoituksilla ja oletuksilla. Kolme parasta teknologiaa yhdistämällä voidaan päästä jopa 6-10 % päästövähennykseen – huomioimatta korttelin ulkopuolisia vaikutuksia!
Kuva 4: Yhdistelmien energiapäästöt
Tampereen kaupungin keskeisenä tavoitteena on saavuttaa hiilineutraalisuus vuoteen 2030 mennessä. Hiedanrannan uuden kaupunginosan tavoitteena on olla 25 000 asukkaan ja 10 000 työpaikan alue, joka toimii hiilinieluna. 6Aika Energiaviisaat kaupungit pilotoi ja kokeilee fiksuja käyttäjälähtöisiä ratkaisuja, joilla on mahdollisuus skaalautua kansainväliseksi liiketoiminnaksi.
Kirjoittaja:
Tuomas Vanhanen, projektipäällikkö, Tampereen kaupunki, tuomas.vanhanen[at]tampere.fi