Arkkitehtuurin vaikutus pientalon energiatehokkuuteen, Talo Saunaranta ja 47 variaatiota
Moisio, Malin (2010)
2010
Arkkitehtuurin koulutusohjelma
Rakennetun ympäristön tiedekunta
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2010-06-23
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201007051233
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201007051233
Tiivistelmä
The Master Thesis studies architectural design among the new-build and its opportunities to influence the energy efficiency of a small detached house.
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 construction material of the house is timber. In the Master Thesis the features of the Saunaranta House are divided in several variables. There are three options for each variable and they have been divided in four groups; comparisons A, B, C and D. In comparison A the impact of architectural variables have been compared with the energy efficiency of the house. Comparison B concentrates on the impact of the accommodation schedule, comparison C studies the impact of the structure and in comparison D the effect of ventilation and heating has been looked at. By changing one variable at the time this resulted to 45 different variations for the Saunaranta House. The energy efficiency was calculated for each of the variations as ET-value. ‘Lamit.fi Energiajunior 7.1.’ software was used in the energy efficiency calculations. The ET-value of each variation were compared with the ET-value of the Saunaranta House. In this way it was possible to determine the impact on various features of the building for its energy efficiency.
The comparison study shows that the main areas that affect on the calculated energy efficiency of the house (the ET-value) are the U-values of the structures and the 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 generate passive solar energy in to the building. Large windows increase the heat gain in summer time and as a result create a need for cooling. Reducing the size of the windows has the largest effect, in this case negative, on the architecture.
Heat distribution method also has an effect due to its thermal loss. Additionally the arrangement of the floors, air volume and air tightness have got a large impact as well.
Two variations are presented as an example where the features of the comparison have liberally been combined. ET-value was calculated in the example for variation E, where the options with best energy efficiency have been used. There is also an architectural design prepared for variation A+E. This option is a variation where architectural qualities have been taken into account in addition to energy efficiency. Window sizes were used as a base in option A+E and the aim was to try to compromise on their extent as little as possible. By improving other features and minimising the need for cooling it was however possible to achieve a design that complies with Finnish Passive House standards. Diplomityö käsittelee uudisrakentamisen liittyvää arkkitehtisuunnittelua ja sen vaikutusmahdollisuuksia pientalon energiatehokkuuteen. Energiatehokkuutta määrittelee tässä työssä rakennuksen energiatodistus-laskennan avulla saatu ET-luku. ET-luku saadaan jakamalla rakennuksen vuosittain tarvitsema energiamäärä bruttoneliömetriä kohden. Energia-tehokkuus lasketaan Suomen Rakentamismääräys-kokoelman osan D5 mukaan.
Tarkastelun kohteena Talo Saunaranta, pääosin puurakenteinen pientalo Nokialla. Diplomityössä Talo Saunarannan ominaisuudet on jaettu osiin eli muuttujiksi. Kustakin muuttujasta on 3 vaihtoehtoa. Muuttujat on jaettu neljään ryhmään, vertailuihin A, B, C ja D. Vertailussa A on selvitetty arkkitehtonisten muuttujien vaikutusta pientalon energiatehokkuuteen. Vertailussa B on tutkittu tilaohjelman, vertailussa C rakenteiden ja vertailussa D ilmanvaihdon ja lämmityksen vaikutusta pientalon energiatehokkuuteen. Muuttamalla yhtä vaihtoehtoa kerrallaan on Talo Saunarannasta saatu 45 variaatiota. Kullekin variaatiolle on laskettu energiatehokkuus, ET-luku. Laskennassa on käytetty Lamit.fi:n Energiajunior 7.1 laskentatyökalua. Variaatioiden ET-lukuja on verrattu Talo Saunarannan ET-lukuun. Näin on selvitetty eri ominaisuuksien vaikutus rakennuksen energiatehokkuuteen.
Tämän vertailun perusteella pientalon laskennalliseen energiankulutukseen, ET-lukuun, vaikuttavat useat seikat. Merkittävimmin siihen vaikuttavat rakenteiden U-arvot, rakennuksen koko sekä LTO:n vuosihyötysuhde. Ikkunoilla on kolmenlaisia, osittain toisiaan kumoavia, vaikutuksia rakennuksen energiatehokkuuteen. Ikkunoiden johtumishäviöt ovat ulkoseinää suuremmat heikompien U-arvojen ansiosta. Toisaalta niiden kautta saadaan merkittävä osa rakennukseen passiivisesta lämpöenergiasta. Kun rakennuksen lämpökuormat ylittävät lämpöhäviöt syntyy jäähdytystarvetta, joka taas heikentää rakennuksen energiatehokkuutta.
Ikkunoiden koon pienentäminen vaikuttaa rakennuksen arkkitehtuuriin ja tilan tuntuun eniten, tässä tapauksessa heikentävästi.
Lämmönjakotavalla on merkitystä energiatehokkuudelle niiden luovutushäviöiden vuoksi. Myös kerrosten sijoittelu, ilmatilavuus ja rakenteiden tiiviys vaikuttavat osaltaan merkittävästi.
Esimerkkinä on esitetty kaksi variaatiota joissa vertailun ominaisuuksia on yhdistelty vapaasti. Esimerkissä on laskettu ET-luku vaihtoehdolle E, jossa on käytetty tämän vertailun energiatehokkuuksiltaan parhaita vaihtoehtoja. Esimerkkinä on esitetty suunnitelma variaatiosta A+E, jossa energiatehokkuuden lisäksi on huomioitu myös arkkitehtoniset ominaisuudet. Suunnitelmassa lähtö-kohtana on pidetty ikkunoiden kokoa, josta on pyritty tinkimään mahdollisimman vähän. Muita ominaisuuksia parantamalla sekä jäähdytystarvetta minimoimalla on kuitenkin saavutettu suunnitelma joka vastaa energiatehokkuudeltaan Suomalaista passiivitalotasoa. /Kir10
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 construction material of the house is timber. In the Master Thesis the features of the Saunaranta House are divided in several variables. There are three options for each variable and they have been divided in four groups; comparisons A, B, C and D. In comparison A the impact of architectural variables have been compared with the energy efficiency of the house. Comparison B concentrates on the impact of the accommodation schedule, comparison C studies the impact of the structure and in comparison D the effect of ventilation and heating has been looked at. By changing one variable at the time this resulted to 45 different variations for the Saunaranta House. The energy efficiency was calculated for each of the variations as ET-value. ‘Lamit.fi Energiajunior 7.1.’ software was used in the energy efficiency calculations. The ET-value of each variation were compared with the ET-value of the Saunaranta House. In this way it was possible to determine the impact on various features of the building for its energy efficiency.
The comparison study shows that the main areas that affect on the calculated energy efficiency of the house (the ET-value) are the U-values of the structures and the 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 generate passive solar energy in to the building. Large windows increase the heat gain in summer time and as a result create a need for cooling. Reducing the size of the windows has the largest effect, in this case negative, on the architecture.
Heat distribution method also has an effect due to its thermal loss. Additionally the arrangement of the floors, air volume and air tightness have got a large impact as well.
Two variations are presented as an example where the features of the comparison have liberally been combined. ET-value was calculated in the example for variation E, where the options with best energy efficiency have been used. There is also an architectural design prepared for variation A+E. This option is a variation where architectural qualities have been taken into account in addition to energy efficiency. Window sizes were used as a base in option A+E and the aim was to try to compromise on their extent as little as possible. By improving other features and minimising the need for cooling it was however possible to achieve a design that complies with Finnish Passive House standards.
Tarkastelun kohteena Talo Saunaranta, pääosin puurakenteinen pientalo Nokialla. Diplomityössä Talo Saunarannan ominaisuudet on jaettu osiin eli muuttujiksi. Kustakin muuttujasta on 3 vaihtoehtoa. Muuttujat on jaettu neljään ryhmään, vertailuihin A, B, C ja D. Vertailussa A on selvitetty arkkitehtonisten muuttujien vaikutusta pientalon energiatehokkuuteen. Vertailussa B on tutkittu tilaohjelman, vertailussa C rakenteiden ja vertailussa D ilmanvaihdon ja lämmityksen vaikutusta pientalon energiatehokkuuteen. Muuttamalla yhtä vaihtoehtoa kerrallaan on Talo Saunarannasta saatu 45 variaatiota. Kullekin variaatiolle on laskettu energiatehokkuus, ET-luku. Laskennassa on käytetty Lamit.fi:n Energiajunior 7.1 laskentatyökalua. Variaatioiden ET-lukuja on verrattu Talo Saunarannan ET-lukuun. Näin on selvitetty eri ominaisuuksien vaikutus rakennuksen energiatehokkuuteen.
Tämän vertailun perusteella pientalon laskennalliseen energiankulutukseen, ET-lukuun, vaikuttavat useat seikat. Merkittävimmin siihen vaikuttavat rakenteiden U-arvot, rakennuksen koko sekä LTO:n vuosihyötysuhde. Ikkunoilla on kolmenlaisia, osittain toisiaan kumoavia, vaikutuksia rakennuksen energiatehokkuuteen. Ikkunoiden johtumishäviöt ovat ulkoseinää suuremmat heikompien U-arvojen ansiosta. Toisaalta niiden kautta saadaan merkittävä osa rakennukseen passiivisesta lämpöenergiasta. Kun rakennuksen lämpökuormat ylittävät lämpöhäviöt syntyy jäähdytystarvetta, joka taas heikentää rakennuksen energiatehokkuutta.
Ikkunoiden koon pienentäminen vaikuttaa rakennuksen arkkitehtuuriin ja tilan tuntuun eniten, tässä tapauksessa heikentävästi.
Lämmönjakotavalla on merkitystä energiatehokkuudelle niiden luovutushäviöiden vuoksi. Myös kerrosten sijoittelu, ilmatilavuus ja rakenteiden tiiviys vaikuttavat osaltaan merkittävästi.
Esimerkkinä on esitetty kaksi variaatiota joissa vertailun ominaisuuksia on yhdistelty vapaasti. Esimerkissä on laskettu ET-luku vaihtoehdolle E, jossa on käytetty tämän vertailun energiatehokkuuksiltaan parhaita vaihtoehtoja. Esimerkkinä on esitetty suunnitelma variaatiosta A+E, jossa energiatehokkuuden lisäksi on huomioitu myös arkkitehtoniset ominaisuudet. Suunnitelmassa lähtö-kohtana on pidetty ikkunoiden kokoa, josta on pyritty tinkimään mahdollisimman vähän. Muita ominaisuuksia parantamalla sekä jäähdytystarvetta minimoimalla on kuitenkin saavutettu suunnitelma joka vastaa energiatehokkuudeltaan Suomalaista passiivitalotasoa. /Kir10