Energiatehokkuuden parantaminen – tapaus omakotitalo

Tässä artikkelissa käymme läpi, kuinka eräässä asumiskäytössä olevassa omakotitalossa simuloidaan rakennuksen energiantarve ja ostoenergian määrä yhtenä vuotena. Haluamme selvittää, minkälaisia energiaremontteja tai -investointeja kyseiseen omakotitaloon on tehtävä, jotta sen ostoenergian määrä pienenisi tai energiatehokkuusluokka paranisi. Tekstin tarkoitus on luoda esimerkkejä lukijalle energiatehokkuudesta. Teksti on osa artikkelisarjaa, jossa parannetaan kansalaisten tietämystä energiatehokkuudesta rakennuksissa.

Hämäläinen omakotitalo

Esimerkissä käytämme yhden perheen omakotitaloa, joka sijaitsee Hämeessä säävyöhykkeellä II (kuva 1). Suomen ilmasto jaetaan energialaskennassa neljään eri säävyöhykkeeseen. Säävyöhykkeet perustuvat ympäristöministeriön määrittämiin, mitoittaviin ulkoilman lämpötiloihin, joiden perusteella rakennuksen lämmitystehontarve määritetään. Säävyöhyke II sijaitsee Suomen eteläpuoliskon keskiosassa. Koska Suomi on suhteellisen pitkä maa, energialaskennan säävyöhykkeiden arvot vaihtelevat huomattavasti, jopa -26 °C:sta (vyöhyke I) aina -38 °C:seen (vyöhyke IV). Taulukkoon 1 on listattu kunkin säävyöhykkeen mitoitusulkolämpötilat, eli ne rajat, joihin energiajärjestelmät mitoitetaan.

Esimerkissä käytetyn omakotitalon maantieteellinen sijainti vaikuttaa siihen, kuinka paljon energiaa vaaditaan mukavuuslämpötilan ylläpitämiseen. Mitä matalampi lämpötila tai pohjoisempi säävyöhyke, sitä enemmän energiaa vaaditaan rakennusten sisälämpötilan ylläpitämiseen.

Taulukko 1. Energialaskennassa käytetyt säävyöhykkeet ja ulkoilman mitoituslämpötiloja (Ympäristöministeriön asetus uuden rakennuksen sisäilmastosta ja ilmanvaihdosta 1009/2017).

Säävyöhyke	Mitoittava ulkoilman lämpötila, °C
I	-26
II	-29
III	-32
IV	-38

Rakennuksen perustiedot, rakenteelliseen mallinnukseen perustuvat pohjakuvat sekä tarvittavat tarkennukset lämmitysjärjestelmiin on hankittu rakennuksen omistajilta haastattelulla. Rakennuksen simulaatio ja mallinnus toteutettiin IDA ICE -ohjelmalla, jonka kehittäjänä toimii EQUA Simulations Finland Oy. Kyseistä ohjelmaa on käytetty laajasti ympäri maailmaa, ja se on arvostettu energiasimulaatio-ohjelma. Ohjelmistoa myös on käytetty laajasti Hämeen ammattikorkeakoulun vetämässä Energiaobservatorio – Rakennetun ympäristön aktiiviset energia-asiakkaat (ENO) -hankkeessa. ENO-hanke saa rahoitusta Euroopan Unionilta, Hämeen liitolta sekä Hämeenlinnan kaupungilta, ja sen tarkoitus on tuoda energiatehokkuuden osaamista Hämeenlinnan asukkaille.

Esimerkkimme omakotitalo on 1990-luvun alkupuoliskolla rakennettu kaksikerroksinen rakennus, joka sijaitsee hämäläisessä lähiössä omalla tontilla. Kiinteistön alempi osa on osittain maan alla, ja se sisältää sisäänkäynnin, takkahuoneen, kodinhoitohuoneen, puku- ja pesuhuoneet, saunan, WC-tilat sekä kaksi varastoa. Talon ylempi kerros sisältää avokeittiön, joka avautuu olohuoneeseen, kolme makuuhuonetta sekä kylpy- ja vaatehuoneet. Kuvassa 2 vasemmalla on esitetty omakotitalon pohjoispuoli ja oikealla talon eteläpuoli.

Omakotitalon yleiset tiedot on koottu taulukkoon 2. Talon energiamuotona toimii sähkö, jota käytetään valaistuksen ja kodinkoneiden toiminnan lisäksi myös lämmityksessä. Kiinteistön omistajien haastattelusta selvisi, että sähkölämmityksen lisäksi energiakuluja korvaa yksi varaava takka, sekä leivinuuni. Rakenteiden lisäksi energian kulutukseen vaikuttaa muun muassa rakennusvaipan ilmanvuotoluku, joka auttaa selvittämään, kuinka paljon vuotoilmaa täytyy lämmittää. Rakennusvaipan ilmanvuotoluku voidaan arvioida laskennallisesti tai mitata paikan päällä. Näistä keinoista vain laskenta oli simulaation suorittajille mahdollinen, joten rakennusvaipan ilmanvuotoluku q₅₀ arvioitiin ympäristöministeriön energiatodistuksen ohjeesta 1048/2017 ja Suomen rakentamismääräyskokoelman ”Energiatehokkuus: Rakennuksen energiankulutuksen ja lämmitystehontarpeen laskenta” -ohjeen kappaleen 3.3.3. kaavan 3.9. mukaan (Ympäristöministeriö, 2018).

Rakennusvuosi	1993
Nettoala	240 m²
Tilavuus	757 m³
Ilmanvuotoluku q50	5 m³/(h*m²)
Lämmitystapa	Suorasähkö: varaava lattialämmitys (kellari), sähköpatterit (1. krs). Varaava takka (kellari), leivinuuni (keittiö), ilmalämpöpumppu (olohuone).
Ilmanvaihto	Koneellinen poisto
Sähkönkulutus	noin 19 MWh (2023) noin 22 MWh (2022)

Varaava takka sijaitsee alemman kerroksen takkahuoneessa, ja leivinuunia käytetään ylemmän kerroksen avokeittiössä. Näitä lisälämmityksen lähteitä käytetään korvaamaan lämmitysenergian tarvetta kylminä kuukausina. Ne huomioidaan myös simuloinnissa.

Talolla on tiilirunko, ja sen uloimmat seinät on tehty kahdesta tiilikerroksesta, joiden välissä on kovaa eristystä ja ilmaraot. Kokonaisuudessaan ja rakennusvuodestaan huolimatta talo on hyvässä kunnossa. Rakennusta ei ole perusparannettu välikaton pientä eristystä lukuun ottamatta, eli se on lähes alkuperäisessä rakennuskunnossa. Simulaation kannalta tämä on helppoa, sillä voimme olettaa katon U-arvon olevan 0,21 ja 0,09 W/m²K välillä. Taulukossa 3 on esitetty rakenteiden U-arvot.

Taulukko 3. Omakotitalon mallinnuksessa käytettyjen rakenteiden U-arvot.

Rakenne	U-arvo (W/m²K)
Alapohja	0,1836
Ulkoseinät	0,227
Yläpohja	0,14
Ikkunat	1,85
Ovet	1,006

Tuloksia ja kehitettävää

Esimerkin omakotitalo kulutti vuonna 2022 noin 19 MWh ja vuonna 2023 noin 22 MWh energiaa. Nämä luvut ovat todennettu kiinteistön omistajilta, ja ne auttoivat simulointia tehdessä. IDA ICE -ohjelman simulointitulos sähkölle oli noin 19,5 MWh per vuosi, mikä osui oikein hyvin vuosien väliseen todelliseen kulutuksen vaihteluun. Pientä vaihtelua oli odotettavissa, sillä laitteiden, saunan ja valaistuksen käyttö voidaan simulointia tehdessä vain arvata. Tarkempi käyttötieto olisi auttanut parantamaan tulosta tarkemmaksi, mutta tämä tulos oli riittävä. Simulaation pohjalta laskettu energialuokka oli arviolta tasoa B.

Parantaaksemme talon energiatehokkuutta ja korottaaksemme energialuokan A:ksi, seuraavia muutoksia voitaisiin tehdä:

• Ikkunoiden lasien uusiminen.
• Aurinkopaneelien lisääminen ja mahdollisen akun lisääminen.
• Ilmanvaihtokoneen asennus nykyisen ilmanvaihdon tilalle.

Ikkunat vaihdettiin simulaatiossa vastaamaan U-arvoa 1,03 W/m²K, eli ne vaihdettiin alkuperäisistä huonompilaatuisista kolmen lasin ikkunoista parempilaatuisiin kolmen lasin ikkunoihin. Aurinkopaneeleja lisättiin 3 kilowattipiikin verran, ja ne veivät kattopinta-alaa noin 10,45 m². Niiden vuosittainen tuotanto yksinään oli noin 2 518 kWh. Aurinkosähkön oheen myöhemmin lisätty akku oli Tesla Powerwall 134 Ah -kotiakku, joka on suunniteltu vapauttamaan virtaa öisin (Tesla, n.d.). Akku varastoi päivisin tuotettua aurinkosähköä. Ilmanvaihtokone vaihdettiin koneellisesta poistoilmanvaihdosta koneelliseen tulo-poistoilmanvaihtoon, jolla oli lämmöntalteenotolle oletettu vuosihyötysuhde noin 65 prosenttia. Tulo-poistoilmanvaihto tarkoittaa, että keskitetty ilmanvaihto toimii koneellisesti sekä ilmaa tuotaessa sisälle että ilmaa poistettaessa talosta. Kun ilmaa poistetaan, siitä otetaan talteen ylimääräinen lämpö lämmöntalteenotolla. Lämmöntalteenottajana toimii lämmönvahdin.

Ikkunoiden vaihto maksaisi noin 13 000 € asennuksen ja vanhojen ikkunoiden kierrätyksen kanssa (Kaski, n.d.). Aurinkopaneelit maksaisivat noin 6 000 € (Scanoffice, n.d.), ja niihin Teslan Powerwall lisäksi maksaisi arviolta noin 9 000 € (Tekniikan maailma, 2017). Ilmanvaihtokoneen uusiminen kustantaisi noin 5 000 € olettaen, että kaikkia ilmakanavia ei ole laskettu erikseen, vaan hinta on arvioitu (Kodinplaza, n.d.). Yhteensä arvioitu kokonaisinvestointikustannus olisi noin 33 000 €.

Ikkunoiden uusiminen säästäisi vuotuisesti viisi prosenttia energiaa. Aurinkopaneelit eivät yksinään riittäisi pienentämään sähkönkulutusta tehokkaasti, mutta akuston lisääminen auttaisi lisäämään aurinkopaneelin sähkön käyttöä. Tämä tarkoittaa sitä, että omalla aurinkosähkön tuotannolla pystyttäisiin vastaamaan omaan kulutukseen tehokkaammin. Nämä vähentäisivät sähkön kulutusta 47 prosenttia. Taulukossa 4 on listattu kootusti toimenpiteiden vaikutuksia.

Taulukko 4. Toimenpiteitä omakotitalolle, joilla parannettaisiin sen energiatehokkuutta.

Muutos	Energiankulutus (MWh)	Energiansäästö	E-luku	Energialuokka
Alkuperäinen rakennus	19,5	–	104	B
Ikkunoiden lasien uusiminen (uusi U-arvo: 1,02 W/m²K)	18,4	5 %	99,4	B
Aurinkopaneelien ja akun lisääminen	16,5	25 %	89,5	B
Ilmanvaihtokoneen asennus	10,5	47 %	64,5	A

Näiden muutosten jälkeen talon laskennallinen ostoenergia riittäisi A-luokkaan ja energiankulutus pienenisi huomattavasti. Vuosittainen energianhinta olisi tällöin melkein puolet vähemmän alkuperäisestä. Kyseisillä investoinneilla on tietenkin omat hintansa, sillä energiaremontit ja -investoinnit maksavat rahaa. Näitä investointeja arvioidaan yleensä takaisinmaksuaikojen kautta, sillä ainoan rahallisen hyödyn investoinnista voidaan olettaa olevan säästö. Investointien suora takaisinmaksuaika olisi noin 18,5 vuotta, kun käytetyn sähkön keskimääräinen kokonaishinta on noin 20 snt/kWh (Tilastokeskus, 2022). Ilman akkua suora takaisinmaksuaika olisi noin 14 vuotta.

Asuinkiinteistön energiasimulointi antoi näkemyksen rakennuksen energiatehokkuuden tasosta sekä mahdollisuuden arvioida tulevia toimenpiteitä, joilla rakennus saataisiin energiatehokkaammaksi. Toimenpiteet voitiin mitoittaa dynaamisella laskennalla ja täten etsiä sopivia energiaremontteja kiinteistöön. Kun toimenpiteet olivat tiedossa, niiden hintatasoa voitiin arvioida ja lopulta antaa kohteelle toimenpidelistan lisäksi takaisinmaksuaika investoinneille.

---

Tämä teksti on osa kolmen artikkelin sarjaa, jossa käsitellään rakenteellisen energiatehokkuuden parantamista. Sarjan muut osat löydät täältä:

Osa 2: Energiatehokkuuden parantaminen – tapaus rivitalo

Osa 3: Passiiviset viilennyskeinot – tapaus kerrostalo

---

Teksti on kirjoitettu osana Energiaobservatorio – Rakennetun ympäristön aktiiviset energia-asiakkaat (ENO) – hankkeetta. ENO-hanke saa rahoitusta Euroopan Unionilta, Hämeen liitolta sekä Hämeenlinnan kaupungilta, ja sen tarkoitus on tuoda energiatehokkuuden osaamista Hämeenlinnan asukkaille.