Rakennusfysiikan professori: Energiatalouden parantaminen nykyisestä, hyvästä tasosta ei kannata ja voi olla jopa kosteusriski

Combi on lyhennelmä sen englanninkielisestä nimestä” Comprehessive development of nearly zero-energy municipal service buildings”.  Hanke on keskittynyt palvelurakennusten energiatehokkuuden parantamiseen liittyvien haasteiden ja mahdollisuuksien selvittämiseen sekä uusien ratkaisujen, työkalujen, menettelytapojen ja ohjeiden tuottamiseen

Combissa tarkasteltiin lähes nollaenergiatalojen rakennusfysikaalisia riskejä, joita erityisesti eristemäärin lisääminen tuo tullessaan.

”Lähes nolla-energiataloihin on päästävä”, linjasi Combin loppuseminaarissa yli-insinööri Jyrki Kauppinen ympäristöministeriöstä julkisen rakentamisen vaatimukset.

”Olemassa olevan rakennuskannan osalta ei ole vastaavaa velvoitetta. Parempaan energiatalouteen kannustetaan pyrkimään, mutta toimissa on aina otettava huomioon myös vaatimukset muiden laatutekijöiden, kuten sisäilmaston osalta”, Kauppinen totesi.

Näitä asioita käsitellään sisäilman näkökulmasta käynnissä olevassa Terveet tilat 2029 -ohjelmassa. Ministeriössä on käynnissä myös hiilipihin rakentamisen ohjelma, joka lähtee siitä, että koska uudet rakennukset ovat jo riittävän energiatehokkaita, niin painopiste kasvihuonekaasujen päästöjen vähemisessä siirtyy rakennusmateriaalien valintaan.

Energiansäästön painopiste uudisrakentamisesta korjaamiseen

Vanhan rakennuskannan energiataloudessa on vielä paljon parantamisen varaa, mutta riskit on syytä tietää. Siksi Combi-hankkeessa käsiteltiin myös olemassa olevan rakennuskannan haasteita, kun niitä pitäisi kunnostaa ja korjata sekä hoitaa samalla vanhojen palvelurakennusten, kuten koulujen erilaiset sisäilmaongelmat tuomatta tilalle uusia.

Korjauskohteissa on oleellisinta saada siellä mahdollisesti esiintyvät sisäilmaongelmat poistettua ja varmistettua rakennuksen kosteustekninen turvallisuus.

”Energiataloudellisia parannustoimenpiteitä voidaan tehdä kannattavuusjärjestyksessä  kunhan varmistutaan siitä, että rakennuksen muut toiminnalliset tavoitteet täyttyvät”, Vinha sanoi.

Taloudellisesti kannattavien energiatehokkuuden parantamisvaihtoehtojen määrä riippuu rakennuskohteesta.

”Joissakin löytyy paljon perusteltuja ja järkeviä toimenpiteitä, mutta toisissa kohteissa energiatehokkuuden parantaminen voi olla hyvin haasteellista ilman riskejä tai suuria kustannuksia.”

Yleispätevää ohjetta tähän on hänestä vaikea antaa.

Energiatehokkuus ei saa jyrätä muita tavoitteita

Kokonaisuuden hallinta rakennushankkeen eri vaiheissa on Vinhan mielestä tärkeää. Energiatehokasta rakennusta toteutettaessa on tärkeää tehdä se siten, että ei aiheuteta ongelmia rakennuksen muille toiminnoille eikä sisäilman laadulle. Energiatehokkuus on hänestä siksi vain yksi suunnittelun ja toteutuksen kriteereistä.

Pyrittäessä lähes nollaenergiarakennuksiin ja lisättäessä eristemääriä huomioon otettavien tekijöiden määrä kasvaa ja vähennykset syntyvät yhä pienemmistä osatekijöistä. Samalla kokonaisuuden hallinta monimutkaistuu.

Tavoitellun lopputuloksen aikaansaaminen edellyttää Vinhan nykyistä huolellisempaa ja virheettömämpää rakentamista.  Yhä useampiin rakentamiseen ja rakennuksen käyttöön liittyviin asioihin syntyy haasteita ja ongelmia energiankulutuksen vähentämisestä:
– monien rakenteiden kosteustekninen toiminta voi heikentyä vaipan ulko-osien viilentymisen vuoksi
– sisäilman laatu voi heikentyä ja haitallisten aineiden tulo sisäilmaan voi lisääntyä paine-erojen kasvaessa (kesällä riskinä on ylilämpeneminen ja jäähdytystarpeen lisääntyminen)
– tekniset järjestelmät monimutkaistuvat ja niiden toiminta tai viat voivat aiheuttaa energiankulutuksen lisäystä tai kosteusriskejä rakenteisiin (järjestelmien määrä kasvaa ja hallinta
monimutkaistuu, sähkötehon hallinta korostuu, automaation tarve kasvaa, huollon ja ylläpidon tarve lisääntyy, kosteuslisän ja paine-erojen vaikutukset rakenteiden toimintaan)
– esteettisten ja toiminnallisten tavoitteiden toteuttaminen hankaloituu (ikkunoiden määrä ja sijoittelu, tilaratkaisut, ulkonäkö, viihtyisyys, valaistus)
– kasvihuonekaasupäästöt eivät alene tavoitellusti tai voivat jopa lisääntyä (uusimis-, korjaus- ja purkamistarpeen mahdollinen lisääntyminen)
– kustannukset lisääntyvät ja taloudellisuus heikkenee (yhä suurempi osa ratkaisuvaihtoehdoista on taloudellisesti kannattamattomia).

Toteutunut ja laskennallinen energiankulutus eroavat toisistaan

Vinha totesi, että tutkimustulokset osoittavat, että tyypillisesti toteutunut energiankulutus uusissa palvelurakennuksissa on suurempi kuin tavoitearvot ja suurimmat erot syntyvät rakennuksen lämpöhäviöiden kohdalla, joissa talotekniikan rooli on merkittävä.

Syitä tähän ovat seuraavat:
• Talotekniset järjestelmät ja ilmanvaihto toimivat puutteellisesti tai väärin.
• Rakennuksen ulkovaipan lämmöneristyskyky on laskennallisia arvoja heikompi; sisäinen konvektio erityisesti puhalluseristeisissä yläpohjissa, polyuretaanieristeet kylmissä olosuhteissa.
• Lämpimän käyttöveden kulutus voi olla laskennallisia arvoja suurempi.
• Sähkölaitteiden aiheuttama kulutus on jonkin verran laskennallisia arvoja suurempi.
• Jäähdytystarve on laskennallisia arvoja suurempi; suuret ikkunat, puutteellinen aurinkosuojaus, lisääntyneet lämpökuormat ja tehokkaampi lämmöneristys.

Vanhoissa rakennuksissa puolestaan toteutunut kulutus on usein laskennallista pienempi.

Syitä tähän ovat seuraavat:
• Ilmanvaihdon määrä on ohjearvoja pienempi; monissa rakennuksissa on painovoimainen ilmanvaihto.
• Sisäilman lämpötila on usein ohjearvoja alhaisempi.
• Massiivirakenteiden varaamaa lämpöä ei ole otettu huomioon oikealla tavalla laskelmissa.

Kahdeksan toimenpidesuositusta

Juha Vinha korosti, että suurimmat vaikutusmahdollisuudet rakennusten energiatehokkuuden parantamiseen ja sen aiheuttamien haittojen vähentämiseen ovat rakennusprosessin alkupäässä tilaamisen ja suunnittelun yhteydessä sekä toisaalta rakennuksen valmistumisen jälkeen käyttöönoton ja käytön yhteydessä. Valtaosa Combin tutkimustuloksista ja suosituksista painottui näihin osioihin.

”Suunnittelun osalta on erityisen tärkeää eri suunnittelijoiden välinen yhteistyö ja myös se, että kaikki keskeiset suunnittelijat osallistuvat suunnitteluun jo hankkeen alkuvaiheessa arkkitehtisuunnittelun yhteydessä”, Vinha sanoi.

Toisaalta käyttäjien opastaminen sekä olosuhteiden ja energiankulutuksen seuranta ja valvonta ovat tärkeitä asioita rakennuksen käytön yhteydessä.

Combissa esitetyt kahdeksan toimenpidesuositusta lähtevät suunnittelijoiden paremmasta yhteistyöstä ja mitattavista vaatimuksista aina oikean käytön ja kiinteistönpidon merkitykseen sekä taloudellisuuden suurempaan arvoon.

Kunkin aihealueen yhteydessä on esitetty niissä havaittuja haasteita ja ongelmia sekä konkreettisia ratkaisuja ja toimenpide-ehdotuksia.

1. Käyttö ja käyttäjät: Rakennukset tulee suunnitella niiden käyttäjien ja käytön mukaisista lähtökohdista.

Rakennuksen osan käyttö edellyttää usein käytön ajan olosuhteiden ylläpitämistä suuressa osassa rakennusta. → Ryhmittele tilat vyöhykkeiksi itsenäisesti käytettävien tilojen tai tilaryhmien perusteella ja suunnittele kulkuyhteydet sekä tekniset järjestelmät tämän mukaisesti.

Energiatehokkuusvaatimukset ja arkkitehtoninen näkemys eivät aina vastaa toisiaan.
→ Koska muotoon ja ulkonäköön liittyvillä seikoilla on suhteellisen vähän vaikutusta energiatehokkuuteen, ei arkkitehtonisesta ja toiminnallisesta laadusta tule tinkiä.

Taloteknisten järjestelmien käyttöliittymät eivät ole aina havainnollisia, jolloin järjestelmää ei osata käyttää tehokkaasti. → Tee huonetilojen säätimistä ja rakennusautomaatiojärjestelmien käyttöliittymistä selkeitä ja käytöstä yksinkertaista. Tee energiankulutus näkyväksi, jotta poikkeamiin voidaan puuttua nopeasti.

Ilmanvaihtojärjestelmiin ja huonetilojen vaikeapääsyisiin paikkoihin voi kertyä huomattava määrä pölyä ja muuta likaa. → Muista huolehtia huonetilojen lisäksi myös talotekniikan puhdistettavuudesta ja puhdistamisesta.

2. Yhteistyö ja jatkuvuus: Eri suunnittelualojen yhteistyötä ja rakennuksen elinkaaren eri vaiheiden välistä jatkuvuutta tulee edistää entisestään.

Energiatehokkuuteen tähtäävät talotekniset ja rakenteelliset ratkaisut lisätään lineaarisessa rakennusprosessissa arkkitehtisuunnitteluun jälkeenpäin ja niillä pyritään ratkaisemaan mahdolliset arkkitehtisuunnittelun aiheuttamat epäedulliset vaikutukset. → Tee talotekniset ja rakenteelliset valinnat yhdessä arkkitehtonisten suunnitteluratkaisujen kanssa.

Rakenteiden ja talotekniikan toimivuutta ei aina selvitetä tai raportoida yhdessä, vaikka sisäilman olosuhteet riippuvat molemmista. → Tilaa rakennusten sisäilma- ja kosteustekninen kuntotutkimus sekä ilmanvaihtotekninen kuntotutkimus yhtenä kokonaisuutena. Työ on mahdollista toteuttaa joko yhden toimijan toimesta tai usean tahon yhteistyönä.

Järjestelmien toimintaperiaatteita ei aina tunneta, jolloin niitä ei myöskään osata säätää ja käyttää tehokkaasti. → Suunnittelijoiden, urakoitsijoiden ja laitetoimittajien tulee olla mukana rakennuksen käyttöönotossa.

3. Mitattavat tavoitteet: Energiatehokkuudelle ja sisäolosuhteille tulee asettaa mitattavissa olevat tavoitteet ja niiden toteutumista tulee seurata.

Pinta-alapohjainen energiatehokkuuden tarkastelu suosii tehotonta tilankäyttöä eikä ota riittävästi huomioon arkkitehtisuunnittelun vaikutusta. → Tarkastele rakennuksen energiankulutusta suhteessa siitä saatavaan hyötyyn, kuten henkilökäyttötuntien määrään.

Yksittäisen rakennuksen energiatehokkuustavoitteiden toteutumista ei ole mahdollista arvioida, jos suunniteltujen ja toteutuneiden arvojen taustalla olevat määritelmät ja olettamukset poikkeavat toisistaan. → Rakennukselle ja sen keskeisille järjestelmille tulee määrittää suunnitteluvaiheessa tavoite-energiankulutuslaskelma hyväksyttyine virherajoineen. Vertaa toteutuneita tietoja säännöllisesti suunniteltuihin arvoihin.

Energiankulutustietoja kerätään rakennuksissa usein suurista kokonaisuuksista, jolloin mahdollisten virhetilanteiden syiden selvittäminen ei onnistu ilman huomattavia lisäselvityksiä. → Mittauksissa tulee siirtyä yksittäisten järjestelmien ja keskeisten
laitteiden mittauksiin, jotta mittaustulosten tulkinta ja niistä tehtävät johtopäätökset selkiytyvät.

Palvelurakennusten normaali käyttö etenee viikoittain, mutta energiankulutuksen seurantaa tehdään paljon kuukausittain. → Kulutusseurantaraportit tulee laatia viikkoperusteisesti, minkä lisäksi niissä tulee olla tietoa ilmanvaihdon käyntiajoista, työ- ja lomaviikoista sekä tilojen lämmityksen ja jäähdytyksen käynnistämisestä ja sammuttamisesta syksyisin ja keväisin.

Energiankulutusmittaukset vievät aikaa ja niissä menetetään tietoa ajan suhteen tapahtuvista muutoksista ja tehonkäytöstä. → Rakennuksissa tulee hyödyntää enemmän sähkötehon mittauksia, esimerkiksi seuraamalla isojen kulutusyksiköiden tehonkäyttöä suhteessa suunnittelijoiden toimittamiin tavoitearvoihin ja -rajoihin.

4. Vikasietoisuus ja toimintavarmuus: Rakenteiden kosteusteknisen toiminnan suunnittelussa ja taloteknisten järjestelmien käytössä tulee kiinnittää entistä enemmän huomiota vikasietoisuuteen ja varautua toimivuuden puutteisiin.

Kosteus- ja mikrobivaurioita esiintyi kuntotutkimusaineistossa hyvin monenlaisissa rakenneratkaisuissa. Lisäksi ilmastonmuutos yhdistettynä puutteellisesti toteutettuun lämmöneristyksen lisäykseen rasittaa jatkossa entistä enemmän varsinkin rakenteiden ulko-osia. → Suunnittele rakenteisiin useita toimivuutta edistäviä yksityiskohtia ja varmuutta vaurioitumisrajoihin nähden.

Osassa tutkituista kouluista ja päiväkodeista esiintyi suuria ilmanpaine-eroja ulkovaipan yli, kun taas osassa kohteista paine-erot pysyivät pieninä. → Seuraa paine-eroja mittauksin esimerkiksi ilmanvaihdon säätämisen yhteydessä, eri käyttötilanteissa ja eri vuodenaikoina. Tee paine-eromittaukset jatkuvatoimisesti eri puolilta rakennusta ja korjaa ilmanvaihdon säätöjä niiden perusteella.

Suuret ilmanpaine-erot voivat aiheuttaa haitallisia vaikutuksia rakenteiden kosteustekniselle toiminnalle ja sisäilman laadulle. → Rakennusten tilajärjestelyjä, rakenneratkaisuja, taloteknisiä järjestelmiä sekä niiden seurantaa ja ohjausta tulee kehittää ja parantaa niin, että rakennusten paine-erot pysyvät maltillisina, eivätkä aiheuta haitallisia seurauksia.

Betonin suhteellisen kosteuden mittaukseen liittyy useita mahdollisia virhelähteitä, jotka tulee hallita. → Varmista mittalaitteen ja siinä käytettävän suodinmateriaalin sopivuus tuoreen betonin mittauksiin laitteen valmistajalta. Kondenssitilanteen välttämiseksi jatkuvatoimiset mittalaitteet suositellaan asennettavaksi vasta, kun on saavutettu riittävän alhainen suhteellinen kosteus (noin 90 % RH) ja riittävän vakaat lämpötilaolosuhteet.

5. Lähtötiedot ja dokumentointi: Käytä ja tarvittaessa määritä luotettavia lähtötietoja rakennuksen suunnittelua ja toteutusta varten. Tallenna rakennuksiin liittyvä tieto selkeään muotoon, jotta sitä voidaan hyödyntää myöhemmin.

Energiatehokkuuden määräystenmukaisuuden osoittamiseksi laskettu ostoenergiankulutus vastaa heikosti rakennusten todellista energiankulutusta. → Suunnittele energiatehokkuuden parantamistoimenpiteet aina todellista käyttöä vastaavilla lähtötiedoilla. Vasta tämän jälkeen tarkista määräystenmukaisuuden täyttyminen vakiokäytön mukaisilla lähtötiedoilla. Myös määräystenmukaisuuden osoittamisessa käytettävien lähtötietojen tarkkuutta tulee parantaa.

Rakennusmateriaalien rakennusfysikaalisia materiaaliominaisuusarvoja puuttuu edelleen huomattava määrä, kuten myös tietoa niiden vaihtelusta. Rakenteiden käyttäytyminen voi poiketa materiaalikokeiden mukaisesta tilanteesta, aiheuttaen lisää virhettä laskentatuloksiin. Lämpö- ja kosteusteknisten ominaisuuksien lisäksi myös muista ominaisuuksista tarvitaan lisää tietoa, kuten materiaalien homehtumisherkkyydestä. → Rakennusmateriaalien ominaisuuksien määrittämistä tulee edistää ja tuotteiden valmistajia tulee velvoittaa niiden määrittämiseen. Kun teet rakenteiden laskentatarkasteluja, etsi niiden pohjaksi referenssitapauksia ja tee herkkyystarkasteluja.

Puhalluseristeiden suuri ilmanläpäisevyys altistaa yläpohjan eristekerroksen sisäiselle konvektiolle, jolloin yläpohjan todellinen lämpöhäviö voi olla merkittäväsi suurempi kuin laskennallinen arvo. → Valitse yläpohjaan pienen ilmanläpäisevyyden omaava puhalluseriste tai levyeriste. Ota sisäisen konvektion vaikutus yläpohjan lämpöhäviö- ja energiankulutuslaskelmissa riittävällä tavalla huomioon.

Rakennuksia koskeva dokumentaatio on usein puutteellista vaikeuttaen toimivuuden arviointia ja esimerkiksi kuntotutkimusten suorittamista. → Kirjaa talteen rakennuksen suunnittelua ja toteutusta koskevat tiedot siten, kuin olisit itse tulossa tekemään rakennuksen todellisen energiatehokkuuden ja toimivuuden selvitystä ensimmäistä kertaa.

Järjestelmien säätöperiaatteet ja laitteiden suositeltu käyttötapa unohtuvat tai hukkuvat vuosien varrella. → Tilaa ilmanvaihtosuunnittelijalta kirjallinen selostus ilmanvaihtojärjestelmän toimintaperiaatteista tilakokonaisuuksittain, sisältäen säätöperiaatteet eri käyttötilanteissa ja perusteet tarpeenmukaisen ilmanvaihdon eri tehotasoihin. Tilaa urakoitsijalta tai suoraan laitetoimittajalta laitteiden ja järjestelmien käyttöohjeet ja laita ne saataville suoraan käyttöpaikalle.

6. Ennakointi: Kiinteistönpidon tulee olla ennakoivaa ja suunnitelmallista.

Rakenne- ja taloteknisten järjestelmien toimivuuspuutteet eivät välttämättä tule helposti esille, ennen kuin niistä aiheutuu haitallisia seurauksia. → Pyri tekemään vaikeasti havaittavat ilmiöt näkyviksi, kuten laittamalla nauhoja ilmavirtaukseen, merkkivaloja laitteisiin ja tarkastusluukut tai -pisteet rakenteisiin.

Sisäilma- ja rakennetekniset kuntotutkimukset tehdään usein vasta siinä vaiheessa, kun rakennuksessa on muodostunut jo epäily sisäilmahaitasta. → Sisäilma-, rakenne- ja ilmanvaihtotekniset kuntotutkimukset tulee suorittaa ennakoivasti ja niissä havaitut puutteet korjata ajoissa.

Rakennusautomaatiojärjestelmiä ei useinkaan käytetä siinä laajuudessa, kuin mitä järjestelmien ominaisuudet mahdollistaisivat. → Rakennusautomaatiojärjestelmiin tulee liittää mittausdatan seurantaa ja näihin liittyviä hälytysrajoja, jotta kiinteistön ylläpitohenkilökunta voi selvittää ylitysten ja alitusten syyt.

7. Resurssit: Tavoitteiden saavuttamiseksi ihmisten aikaa ja osaamista tulee käyttää riittävästi, mutta samalla tehokkaasti kohdistaen.

Rakennusten energiatehokkuus ja toimivuus synnyttävät paljon työtä ja kysymyksiä, mutta toiminta on sirpaleista. → Järjestä mahdollisuuksia yhteistyöhön ja olemassa olevien resurssien yhdistämiseen, jotta yksittäisten tahojen kokemukset ja hyvät käytännöt hyödyttäisivät mahdollisimman laajaa joukkoa.

Hankeprosessin alussa tehtävä tarveselvitys muodostaa perustan kaikille myöhemmin tehtäville päätöksille, mutta sen toteutustapa vaihtelee ja siinä voi olla puutteita. → Muista varata riittävästi resursseja eri vaihtoehtojen teknisten, toiminnallisten ja taloudellisten ominaisuuksien vertailemiseksi ennen päätöksentekoa.

Rakennusten kunnon hyvin tuntevan ylläpitohenkilöstön ja sisäilma-asiantuntijoiden aika kuluu usein suurelta osin vikailmoituksiin reagoimiseen sekä esiintyneiden sisäilmaepäilyjen ja -ongelmien selvittämiseen. → Järjestä riittävästi resursseja, jotta näiden henkilöiden osaaminen saadaan hyödynnettyä rakennusten suunnitteluvaiheessa ja ennakoivassa kiinteistönpidossa.

8. Taloudellisuus: Kustannustehokkaimpien suunnitteluratkaisujen löytämiseksi tulee arvioida kattavasti erilaisia vaihtoehtoja ja tilanteita.

Rakennuksen investointikustannuksilla on usein liian suuri painoarvo verrattuna rakennuksen käyttövaiheen kustannuksiin. → Suosi suunnitteluratkaisuja, jotka ovat kustannustehokkaita rakennuksen koko elinkaaren näkökulmasta.

Rakennusten taloudellisuus, energiatehokkuus ja sisäolosuhteet muodostuvat useiden toisiinsa kytkeytyneiden tekijöiden monimutkaisena yhteisvaikutuksena. → Ota tarkasteluihin avuksi tapaukseen soveltuvia optimointimenetelmiä ja -työkaluja kustannusoptimaalisten suunnitteluratkaisujen löytämiseksi.

Uusien palvelurakennusten energiatehokkuuden parantamiseksi on jo Suomessa tehty monia erilaisia toimenpiteitä, kuten parannettu vaipan lämmöneristystasoa. → Nykytasosta selvästi matalampaan energiankulutukseen pääseminen edellyttää tyypillisesti joko kustannusoptimaalisen tason ohi menemistä tai investointeja uusiin taloteknisiin järjestelmiin ja omaan energiantuotantoon. Uusien palvelurakennusten vaipan lämmöneristystason parantaminen nykymääräysten vertailutasoa paremmaksi ikkunoita lukuun ottamatta ei ole enää taloudellista.

Combi saattaa jäädä viimeiseksi lajissaan

Combi oli oloissamme erittäin laaja-alainen hanke, jossa oli mukana useita korkeakouluja ja yrityksiä. Hanke kesti useita vuosia ja sen kokonaisrahoitus oli yli 2,4 miljoonaa.

Rahoittajista tärkeimpiä olivat Business Finland – entinen Tekes- sekä EU. Mukana oli myös yrityksiä, sekä kaupunkeja ja kuntia, mm. Helsinki ja Tampere. Näiden intressissä onkin kehittää omistamiensa palvelurakennusten olosuhteita ja samalla myös parantaa niiden energiataloutta.

Tutkijoita oli hankkeessa mukana eri tavoin vuosien mittaan yli 70. Tutkimusta tehtiin sekä tietokonesimulointien avulla että käytännön mittauksin.

Combin tulokset ja julkaisut ovat tällä hetkellä jo ladattavissa netissä. Hankkeessa saatiin valmiiksi muun muassa 80 tuloskorttia, joissa hankkeen eri osioiden tulokset on viety käytännön ohjeiksi.

Vinha arvioi, että tällaisten laajojen tutkimuslaitosten vetämien hankkeiden tulevaisuus Suomessa ei näytä hyvältä. Business Finland kun rahoittanee jatkossa vain yritysvetoisia hankkeita. ”Rakennusalalle, jolla on paljon pieniä toimijoita tämä saattaa olla huono päätös”, arveli Vinha.

Kirjoittajat: Esko Kukkonen, Seppo Mölsä