Lämmöneristämättömän maanvastaisen alapohjan vaikutus hallirakennuksen lämmitystarpeeseen

Abstract

Tutkimuksessa selvitettiin kenttämittauksin ja laskennallisin tarkasteluin, miten lämmöneristämätön maanvastainen alapohja vaikutti Hangossa sijainneen suuren hallirakennuksen lämmitysenergian kulutukseen. Tutkimuskohteen varastotilaa (tavoitelämpötila +8 °C) tarkasteltiin sekä kenttämittauksin että laskennallisesti, kun taas huoltotilaa (tavoitelämpötila +18 °C) tarkasteltiin ainoastaan kenttämittauksin. Kenttämittaukset osoittivat, että varastotilan sisäilman lämpötilan kesällä luonnollisista syistä tapahtunut nousu lämmitti myös huomattavasti kyseisen tilan alapuolista maata; syvyydellä -2,7 m maan lämpötila nousi jopa noin 2,5 °C:ta (verrattuna keväällä mitattuun minimiarvoon). Maan suuren lämpökapasiteetin vuoksi tämä tarkoitti käytännössä sitä, että maahan varastoitui kesällä huomattavasti lämpöä talven varalle, mikä oli hyödyllistä varastotilan lämmitystarpeen kannalta. Varastotilan alapohjan lämpövirtalevyjen mittaustuloksissa tämä näkyi yleisesti ottaen siten, että kesällä alapohjan läpi poistui lämpöä maaperään ja vastaavasti talvella lämpöä siirtyi takaisin sisätiloihin. Mittaustuloksista voitiin myös havaita, että huoltotilan alapohja ei toiminut yhtä merkittävänä lämpöpatterina kuin varastotilassa, koska huoltotilan lämpötila pysyi koko vuoden ajan melko tasaisena (suhteellisen korkean tavoitelämpötilan vuoksi). Laskentatarkasteluissa varioitiin neljää eri maanvastaisen alapohjan johtumislämpöenergian laskentamenetelmää (Comsol Multiphysics ja kolme kuukausitason menetelmää), kahta eri sisäilman lämpötilaa (vakio ja muuttuva, joka määritettiin kenttämittausten perusteella) sekä kolmea eri alapohjan eristystapausta. Nykyisten määräysten laskentaohjeissa tosin oletetaan, että rakennuksen sisäilman lämpötila on vakio koko vuoden, mikä oli ongelmallista etenkin varastotilan lämmitysenergian nettotarpeen laskennassa. Jotta siitä saatiin jonkinlainen laskennallinen arvio myös muuttuvan sisäilman lämpötilan tapauksessa, käytettiin laskennassa ulkoilmaan rajoittuneiden rakennusosien yhteydessä kaikissa tapauksissa vakiona pysyvää sisäilman lämpötilaa. Työn laskennalliset tarkastelut osoittivat, että nykyisten määräysten mukaisista kuukausitason laskentamenetelmistä ainoastaan standardi EN ISO 13370 soveltui varastotilan maanvastaisen alapohjan johtumislämpöenergian laskentaan molempien sisäilman lämpötilojen yhteydessä. Tarkastelut osoittivat, että varastotilan alapohjan toteuttaminen eristämättömänä oli huomattavasti kannattavampaa muuttuvan sisäilman lämpötilan tapauksessa; lämmitysenergian nettotarve oli tällöin tarkaksi oletetussa Comsol-laskentatapauksessa noin 47 %:a pienempi (vakiona pysyvän sisäilman lämpötilan tapaukseen verrattuna). Lisäksi Comsol-tarkastelut osoittivat muuttuvan sisäilman lämpötilan tapauksessa, että alapohjan toteuttaminen eristämättömänä oli kannattavampi ratkaisu kuin kauttaaltaan eristetty alapohja, jonka tapauksessa varastotilan lämmitysenergian nettotarve oli noin 32 %:a suurempi. Tämä aiheutui siitä, että eriste pienensi alapohjan läpi siirtynyttä lämpövirtaa, jonka suunta oli muuttuvan sisäilman lämpötilan tapauksessa lämmityskaudella yleisesti ottaen varastotilan sisälle (lämpökuorma). Comsol-tarkastelut kuitenkin osoittivat, että alapohjan reunaalueen eristäminen (2 m:n leveydeltä) oli kannattavaa molempien sisäilman lämpötilojen yhteydessä. Esimerkiksi muuttuvan sisäilman lämpötilan tapauksessa lämmitysenergian nettotarve oli noin 19 %:a pienempi (verrattuna eristämättömään alapohjaan).