Passiiviset viilennyskeinot – tapaus kerrostalo

Yksi erityinen sisäilmasto-ongelma on rakennusten ylikuumeneminen, jota tapahtuu etenkin kesäkuukausina tai ilmastonmuutoksen myötä yleistyvien helleaaltojen aikana (Ilmatieteenlaitos, 2021). Ylikuumeneminen syntyy, kun rakennuksen sisälämpötila nousee epämukavalle ja jopa vaaralliselle tasolle. Ilmiö on ongelmallinen vanhemmissa taloissa, joissa ilmanvaihto ja lämmön hallinta ovat usein rajallisia (Farahani ym., 2023).

Tämä artikkeli käsittelee erään kantahämäläisen kerrostalon ylikuumenemisen lieventämistä passiivilla keinoilla. Tekstin tarkoitus on tuoda esille keinoja, joilla voidaan välttää kesäkuukausina tapahtuvaa asuntojen kuumenemista. Passiiviset keinot ovat suurilta osin rakenteellisia, eli ikkunoiden avaamista ja asuntojen tuulettamista öisin ei oteta huomioon.

Kanta-Hämeen kuuma kerrostalo

Tekstin tapaustutkimus keskittyy 1990-luvulla rakennettuun kerrostaloon, jossa on kolme kerrosta ja yhteensä 40 asuntoa. Talo on betonirunkoinen rakennus, jonka materiaaliominaisuudet ovat tyypillisiä kyseiselle aikakaudelle, eikä siihen ole tehty energiatehokkuutta edistäviä perusparannuksia. Siksi rakenteiden U-arvojen oletetaan olevan Energiatodistusoppaan (YM, 2018) mukaiset tyypilliset arvot. Asunnon lämpötilamittaukset on tehty vuonna 2024.

Rakennuksen lämmönjakojärjestelmänä on kaukolämpö, joka toteutetaan vesikiertoisilla pattereilla kaikissa tiloissa, myös märkätiloissa (kylpyhuone ja sauna). Ilmanvaihtona on koneellinen poisto, jossa ei ole lämmöntalteenottojärjestelmää.

Rakennuksen tiedetään ylikuumenevan jäähdytyskaudella. Kuten kuvasta 1 voidaan havaita, kolmannen kerroksen lounaaseen suuntautuva huoneisto kuumenee eniten, ja sen lämpötila ylsi heinäkuussa 28,7 °C:seen.

Esimerkkihuoneisto on kolmio, jossa on kaksi makuuhuonetta (MH1 ja MH2), WC, kylpyhuone (KH), sauna (S) ja avotila (OH+KT). Makuuhuoneet ovat itään, kylpyhuone ja sauna etelään ja avotila länteen (kuva 2).

Kuvassa 3 on asunnon pohjapiirustus, jossa eri tilojen lämpötilat on merkattu eri värein. Kun katsotaan asuntoa tarkemmin, voi huomata, että heinäkuussa kahdessa itään päin olevassa makuuhuoneessa lämpötila nousee 27,5 °C:seen jo aamulla kello yhdeksän aikaan (kuva 3).

Muu osa asunnosta on aamu yhdeksän aikaan vielä varjossa, mutta sisälämpötilat ovat jo melko korkealla. Olohuoneessa ja keittiössä on noin 26 °C, ja kylpyhuoneessa ja saunassa on noin 25,5 °C. Kuvassa 4 on kuvattuna sisälämpötilat iltapäivällä kello 17.35. Tällöin lämpötilat kohoavat entisestään ja nousevat jopa 28,7 °C:seen, kun aurinko paistaa läntiselle julkisivulle.

Ihmiset viettävät suuren osan vuodesta sisätiloissa, minkä vuoksi viime vuosina on tehty tutkimuksia sisälämpötiloista kesän helleaaltojen aikana eri puolilla maailmaa. Suomessa tehdyssä tutkimuksessa on todettu, että keskimääräisenä kesänä, kuten vuonna 2020, 76 prosentissa tutkituista taloista saavuttaa yli 27 °C:n lämpötilan. Kun analysoitiin samaa taloryhmää, mutta kuumana kesänä (kuten vuonna 2021), määrä nousi 96 prosenttiin. (Farahani ym., 2024.)

Olemassa olevissa rakennuksissa terveydelle haitalliseksi kuumuuden raja-arvoksi on asetettu 32 °C (Sosiaali- ja terveysministeriön asetus asunnon ja muun oleskelutilan terveydellisistä olosuhteista sekä ulkopuolisten asiantuntijoiden pätevyysvaatimuksista 545/2015). Tämä raja ylittyy, kun asunto simuloidaan tulevaisuuden sääskenaariossa RCP8.5-skenaariossa (Representative Concentration Pathway, ilmastoskenaario) vuodelle 2050. Tällöin lämpötila nousee jopa 35,1 °C:seen. Simuloidun asunnon toisessa makuuhuoneessa (MH2) sisälämpötila pysyy yli 32 °C:ssa jopa 121 tuntia (kuva 5).

On kuitenkin olemassa jäähdytysraja-arvon mitoitusarvo, 150 °Kh, jota ei tulisi ylittää (Ympäristöministeriön asetus uuden rakennuksen energiatehokkuudesta 1010/2017). Tämä mitoitusarvo kertoo, kuinka monta astetuntia jäähdytysraja ylittyy. Astetunti on yksikkö, joka mittaa ajan ja lämpötilan yhdistelmää, ja sitä käytetään kuvaamaan jäähdytystarvetta. Nykyilmastossa rakennuksen kuumat kesäpäivät eivät ylitä astetuntirajaa, mutta kun simuloidaan rakennusta tulevaisuuden ilmastoissa, erityisesti vuosille 2030 ja 2050 (RCP8.5-skenaariolla), astetunnit ylittyvät huomattavasti. Kaikkien simulointien tulokset löytyvät taulukosta 1. Taulukon luvut osoittavat selvästi, että tulevaisuudessa jäähdytyksen tarve on merkittävästi suurempi kuin nykyilmastossa.

Taulukko 1. Astetunnit esimerkkiasunnossa.

Huone	Astetunnit, °Kh (TRY2020)	Astetunnit, °Kh (2030 RCP8.5)	Astetunnit, °Kh (2050 RCP8.5)
Makuuhuone 1	66	279	2 575
Makuuhuone 2	74	311	2 824
WC	40	204	2 233
Kylpyhuone	13	111	1 223
Sauna	8	80	1 019
Olohuone + keittiö	44	204	2 238

Helteellä ilmassa on enemmän epäpuhtauksia, otsonin määrä kohoaa ja ilman mikropartikkelit kulkeutuvat sisätiloihin. Helteen aiheuttamat terveyshaitat lisääntyvät, kun lämpötila ylittää 23–25 °C. (Hengitysliitto, n.d.)

Seuraavassa osiossa esittelemme kolme erilaista passiivista viilennyskeinoa. Mallia simuloidaan tuleville RCP8.5-skenaarioille vuosina 2030 ja 2050, ja lopuksi tiivistämme tulokset taulukkoon.

Astetuntimäärän vähentäminen passiivisin keinoin

Onko passiivisilla viilennyskeinoilla mahdollista hallita sisälämpötiloja ja ylläpitää lämpömukavuutta? Passiivisiin vaihtoehtoihin keskitymme tässä siksi, että tämä menetelmä on ympäristöystävällisempi, koska se ei edellytä sähkön käyttöä. Lisäksi menetelmät vähentävät rakennukseen kohdistuvaa auringonsäteilyä, joka on suurin sisäilman lämpötilan nousuun vaikuttava tekijä.

Tehokkain tapa estää auringon säteilyä on estää auringonsäteiden pääsy rakennuksen sisälle esimerkiksi paksujen verhojen tai kaihtimien avulla. Tämän lisäksi muita hyviä vaihtoehtoja ovat markiisit sekä lehtipuut. Lehtipuut tarjoavat kesällä varjoa, mutta päästävät talvella valoa lävitseen, kun lehdet ovat pudonneet. (Ilmanviilennin, 2024)

Simulaatiomalliin lisätään seuraavat toimenpiteet:

• taittomarkiisit ikkunoihin
• puita rakennuksen kuumimmille sivuille
• ikkunakatokset ikkunoihin

Oletamme, että passiivisten keinojen avulla simuloinnin tuloksena on pienempi jäähdytysastetuntimäärä. On kuitenkin mahdollista, että pelkät passiiviset viilennyskeinot eivät tuo tarpeeksi viilennystä rakennukselle, varsinkaan vuoteen 2050 mennessä (skenaariossa RCP8.5). Ensimmäinen testivaihtoehto on taittomarkiisit, jotka lisättiin makuuhuoneen sekä avoimen tilan ikkunoihin (kuva 6).

Toinen vaihtoehto oli lisätä puita varjostamaan rakennuksen julkisivuja. Testiin valittiin kaksi puuta, jotka ovat noin kuusi metriä korkeita lehtipuita. 3D-varjostusobjektien lisääminen tekee mallista raskaamman simuloida, ja laskentaprosessi kestää kaksi kertaa niin kauan kuin malli ilman puita. Puut lisättiin kuitenkin rakennuksen itään ja länteen siten, että lehdet peittäisivät makuuhuoneen ja avoimen tilan ikkunat (kuva 7).

Lopuksi lisättiin pieni kattoelementti samojen ikkunoiden yläpuolelle, joihin markiisit lisättiin, eli makuuhuoneiden sekä avoimen tilan ikkunoiden puolelle (kuva 8).

Seuraavassa kappaleessa esittelemme eri testisimulaatioiden tuloksia ja pohdimme niiden merkitystä.

Taittomarkiisit testin tehokkaimpia

Simulointien tulokset kolmella eri viilennysvaihtoehdolla on lueteltu taulukossa 2. Simulointitulosten perusteella näyttää siltä, että tehokkain passiivinen viilennysmenetelmä on taittomarkiisi. Se toimii vuoteen 2030 asti, mutta vuonna 2050 sen viilennysvaikutus ei enää riitä pitämään astetuntilukua alhaisena. Kaksi muuta vaihtoehtoa eivät olleet riittävän tehokkaita pitämään lämpötilaa alle 27 °C:n alla 150 astetunnin ajan.

Taulukko 2. Simulointien tulokset tulevaisuuden ilmastossa.

Tarkasteltu tila	Astetunnit, °Ch (2030 RCP8.5)			Astetunnit, °Ch (2050 RCP8.5)
	Taittomarkiisi	Puita	Katos	Taittomarkiisi	Puita	Katos
MH1	105,8	243,9	157,6	869,1	2321,1	1673,6
MH2	110,1	270,1	169,6	919,7	2547	1825,4
WC	80,3	178,3	122	790,4	1997,5	1462,8
KH	49,9	99,6	69,6	537,4	1112,6	857,8
S	35,3	71,7	49,2	470,4	932,1	729
OH+KT	77,9	177,1	118,7	741,2	1989,1	1433,1

Seuraavassa kappaleessa tarkistetaan taittomarkiisien hinnat ja esitetään kustannusarvio toimenpiteelle.

Taittomarkiisin investointikustannus

Markiisit mitoitetaan ikkunakoon mukaan, ja esimerkkiasunnossa kolme ikkunaa, joille asennetaan 140×120 cm kokoiset markiisit, sekä yksi ikkuna, jolle asennetaan 50×120 cm markiisi. Yhden 140×120 cm markiisin hinta eräässä erikoisliikkeessä on kirjoitushetkellä 1 010 euroa, ja 50×120 cm markiisin hinta on noin 840 euroa (Apollo Kaihdin ja Markiisi, 2024). Kyseisen asunnon markiisien investointi maksaa yhteensä noin 3 870 euroa ilman asennuskustannuksia. Koko kerrostalossa on 45 ikkunaa, joiden koko on 140x120cm ja 19 ikkunaa, joihin tulee 50×120 cm kokoiset markiisit. Näin ollen koko rakennuksen investointi on noin 61 410 euroa, kun huomioidaan, että laskenta ei sisällä mahdollista paljousalennusta.

Lopuksi

Tämä tutkimustapaus oli esimerkki siitä, miten erilaiset passiiviset menetelmät toimivat esimerkkihuoneistossa. Passiiviset viilennyskeinot voivat olla varsin tehokaita menetelmiä kesäkuukausien lämpötilan nousun vastapainoksi. Jotta pystyttäisiin arvioimaan passiivisten menetelmien kannattavuutta, tulisi selvittää, kuinka paljon ne vähentävät aktiivisten jäähdytystekniikoiden energiantarvetta.

Teksti on kirjoitettu osana Energiaobservatorio – Rakennetun ympäristön aktiiviset energia-asiakkaat sekä Kanta-Hämeen rakennetun ympäristön sopeutuminen ilmastonmuutokseen -hankkeita.

---

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

Osa 1: Energiatehokkuuden parantaminen – tapaus omakotitalo

Osa 2: Energiatehokkuuden parantaminen – tapaus rivitalo

---

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.