IlmoitusAdvert
Julkaistu lehdessä 2/2023 - Hoiva
Painovoimainen ilmanvaihto on mainettaan energiatehokkaampaa
Painovoimaisen ilmanvaihdon talot voivat olla energiatehokkaampia kuin koneellisen tulo-poistoilmanvaihdon talot, kun huomioidaan ilmanvaihtojärjestelmien erilaiset käyttötavat ja rakennuksen lämmönlähde.
Koneellisen ja painovoimaisen ilmanvaihdon toteutunutta energiankulutusta on tutkittu Suomessa viimeksi 2000-luvun alkupuolella. Tuolloin painovoimaiset järjeaaaaaaaa osoittautuivat pientaloissa energiatehokkaammiksi. Koneelliset järjestelmät ovat kehittyneet sittemmin merkittävästi, joten uudelle vertailevalle tutkimukselle olisi tarvetta. Laskelmilla voidaan kuitenkin osoittaa, että painovoimainen ilmanvaihto voi yhä edelleen säästää energiaa.
Vakiintuneen käsityksen mukaan painovoimainen ilmanvaihto haaskaa lämmitysenergiaa, koska järjestelmä ei voi ottaa talteen poistoilman sisältämää lämpöä. Koneellisissa järjestelmissä lämmön talteenotto onnistuu, mutta energiaa kuluu ilman liikuttamiseen. Koska ilman lämmittäminen kuluttaa enemmän energiaa kuin sen liikuttaminen, syntyy helposti ajatus, että lämmöntalteenottolaitteisto säästää aina enemmän energiaa kuin puhaltimet kuluttavat. Todellisuudessa asia ei kuitenkaan ole näin yksinkertainen.
Lämmitykseen ja puhaltimien toimintaan käytettävä energia on yhteismitallista vain sellaisissa rakennuksissa, joissa on suora sähkölämmitys. Lämpöpumppujärjestelmällä lämpiävissä rakennuksissa lämmitykseen kuluu merkittävästi vähemmän sähköä kuin suoralla sähköllä lämmitettäessä, jolloin lämmön talteenotosta saatava hyöty vastaavasti pienenee ja puhallinsähkön merkitys kasvaa. Tilanne on samankaltainen myös kaukolämpötaloissa, kun asiaa katsotaan energiantuotannon ympäristövaikutusten kannalta. Energialaskennassa tämä on huomioitu energiamuodon kertoimilla, jotka kuvastavat eri energiamuotojen suhteellisia ympäristövaikutuksia. Koska kaukolämpöä saadaan usein sähköntuotannon hukkalämmöstä, kaukolämmön kerroin on 0,5 ja sähkön kerroin 1,2. Mitä suurempi energialähteen kerroin on, sitä vähemmän energiaa kuluttavaksi talo on rakennettava.1
Elintavat ja asumistottumukset näyttävät olevan suurin rakennusten kokonaisenergiankulutukseen vaikuttava tekijä.
Erilaisia järjestelmiä käytetään eri tavoin
Rakennusten energiankulutukseen vaikuttaa myös se, miten niitä käytetään. Tampereen teknillisen yliopiston tutkijat havaitsivat yllätyksekseen vuonna 2005, että painovoimaisella ilmanvaihdolla varustettujen rakennusten käytönaikainen kokonaisenergiankulutus oli keskimäärin pienempi kuin koneellisella ilmanvaihdolla varustettujen rakennusten, riippumatta koneellisen järjestelmän tyypistä tai siitä, oliko järjestelmässä lämmöntalteenottoa. Tutkimustulosten perusteella elintavat ja asumistottumukset näyttävät olevan suurin rakennusten kokonaisenergiankulutukseen vaikuttava tekijä.2
Ilmanvaihtojärjestelmien ominaisuudet taas vaikuttavat siihen, miten niitä käytetään. Painovoimaisessa järjestelmässä viileä tuloilma saa käyttäjän säätämään venttiilit talvella pienemmälle, mikä johtaa tarpeenmukaiseen ilmanvaihtoon ja säästää lämmitysenergiaa. Koneellisessa tulo-poistojärjestelmässä tarpeettoman suuria ilmavirtoja ei huomaa yhtä helposti, koska tuloilma on lämmitettyä eikä aiheuta vetohaittoja. Edellä mainitussa TTY:n tutkimuksessa painovoimaisten järjestelmien ilmanvaihtokertoimien keskiarvo talvella oli 0,3 kertaa tunnissa mutta koneellisilla tulo-poistojärjestelmillä 0,41 kertaa tunnissa. Jos koneellisessa järjestelmässä pienennetään talviajan ilmanvaihtoa yhtä voimakkaasti kuin painovoimaisessa, lämmöntalteenoton merkitys vähenee.
Painovoimaisen ilmanvaihdon etuna koneelliseen tulo- ja poistoilmanvaihtoon verrattuna on tilakohtainen säätömahdollisuus. Koneellisessa ilmanvaihdossa voidaan tavallisimmin säätää vain koneen tehoa, mikä vaikuttaa kaikkien tilojen ilmanvaihtoon. Painovoimaisessa järjestelmässä voidaan säätää esimerkiksi yksittäisen makuuhuoneen ilmanvaihtoa suuremmalle yöllä ja pienemmälle päivällä. Jos rakennuksessa on vähän asukkaita huoneiden määrään nähden, voidaan myös vähällä käytöllä olevien huoneiden ilmanvaihtoa pienentää ilman, että sillä on vaikutusta muiden tilojen ilmanvaihtoon. Tällaiset säätömahdollisuudet tuovat painovoimaiseen järjestelmään käytännön energiatehokkuutta, jota ei normaalisti huomioida energialaskelmissa lainkaan.
Lämmöntalteenottolaitteistosta saatavaan hyötyyn vaikuttaa merkittävästi myös rakennusten ilmatiiviys. Vuotokohtien kautta tapahtuvan tahattoman ilmanvaihdon merkitys korostuu talvella, jolloin sisä- ja ulkolämpötilojen suuri ero kasvattaa vuotokohtien ilmavirtoja. Mitä enemmän ilmaa vaihtuu rakennusvaipan vuotokohtien kautta, sitä pienemmäksi jää lämmöntalteenotosta saatava hyöty. Tällä on merkitystä erityisesti silloin, kun kyseessä on vanhempi puurakennus, jota on vaikea saada kyllin ilmatiiviiksi koneelliselle ilmanvaihdolle.
Kun todellinen käyttötapa huomioidaan, rakentamismääräysten vähimmäisvaatimukset täyttävä koneellinen ilmanvaihto kuluttaa enemmän energiaa kuin painovoimainen ilmanvaihto.
E-luvun laskentatapa suosii koneellista ilmanvaihtoa
Rakennusten energiankulutusta vertaillaan usein E-lukulaskelmien avulla – onhan E-luku eli laskennallisen energiatehokkuuden vertailuluku nimenomaan energiatehokkuuden arviointiin tarkoitettu työkalu. E-luvun laskentamenetelmässä on kuitenkin tehty yksinkertaistuksia, joiden seurauksena rakennusten toteutuneet energiankulutukset poikkeavat usein merkittävästi laskennallisista. Yksinkertaistettu laskenta saa lämmöntalteenotolla varustetun koneellisen ilmanvaihdon vaikuttamaan todellista paremmalta ja painovoimaisen ilmanvaihdon vastaavasti huonommalta. Syynä on muun muassa se, että E-luvun laskennassa oletetaan ilmamäärien pysyvän vakiona ympäri vuoden. Tarpeenmukaisen ilmanvaihdon saa huomioida vain, jos se on toteutettu rakennusautomaatiolla.
Edellä mainittuja seikkoja voidaan havainnollistaa laskelmin, joissa huomioidaan ilmanvaihdon energiankulutus ja lämmöntuotannon tehokkuus. Otetaan esimerkiksi 120 neliömetrin omakotitalo, jossa on lämmitysmuotona maalämpö. Maalämpöpumpun lämmityskauden lämpökertoimeksi oletetaan 3,5. Ilmanvaihdon ominaissähkötehon määräystaso uudessa rakennuksessa on enintään 1,8 kW/(m3/s). Ilmanvaihtokoneen lämmöntalteenoton määräysten mukainen vertailutaso uudelle rakennukselle on 55 prosentin vuosihyötysuhde. Taulukossa 1 on esitetty laskelmien tulokset E-lukulaskennan normaaleilla lähtöarvoilla, taulukossa 2 taas laskelmien tulokset, kun huomioidaan tarpeenmukainen käyttö vuodenaikojen mukaan, mutta ilmamäärät oletetaan samoiksi kummassakin järjestelmässä. Taulukossa 3 laskelmat on tehty sen mukaan, miten ilmanvaihtojärjestelmiä todellisuudessa käytetään. Positiiviset luvut merkitsevät painovoimaisen ilmanvaihdon suurempaa kulutusta ja negatiiviset taas koneellisen ilmanvaihdon suurempaa kulutusta.
Tavanomaisen E-lukulaskelman ja mahdollisimman hyvin todellista käyttötapaa kuvaavan laskentamallin välillä on suuri ero. Kun todellinen käyttötapa huomioidaan, rakentamismääräysten vähimmäisvaatimukset täyttävä koneellinen ilmanvaihto kuluttaakin enemmän energiaa kuin painovoimainen ilmanvaihto. Jos koneellisen järjestelmän ominaissähköteho on alhainen ja lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde korkea, energiaa näyttää säästyvän. Laskennallinen ero energiankulutuksissa ilmanvaihtojärjestelmien välillä on kuitenkin melko pieni. Parhaimmassakin tapauksessa koneellinen ilmanvaihto tuo vain sen verran energiansäästöä, että se kattaa vuosittaiset ilmansuodattimien hankintakustannukset. Kun huomioidaan myös suodatinten vaihtotyön hinta, painovoimainen ilmanvaihto tulee edullisemmaksi. ↙
Alla olevissa taulukoissa vertaillaan sitä kokonaisenergiamäärää, joka kuluu ilman liikuttamiseen ja lämmittämiseen 120 neliömetrin maalämmöllä lämpiävässä omakotitalossa, kun lämmityskauden lämpökerroin on 3,5. Positiiviset luvut merkitsevät painovoimaisen ilmanvaihdon suurempaa kulutusta ja negatiiviset taas koneellisen ilmanvaihdon suurempaa kulutusta.
LEINO KUULUVAINEN
Energia- ja LVI-tekniikan diplomi-insinööri, joka työskentelee omassa yrityksessään LK Energiaratkaisuissa.
JUULIA MIKKOLA
Restaurointiarkkitehti, tietokirjailija ja Arkkitehti-toimisto Livadyn osakas.
1 788/2017 Valtioneuvoston asetus rakennuksissa käytettävien energiamuotojen kertoimien lukuarvoista; em. asetuksen perustelumuistio 21.11.2017, 3.
2 Juha Vinha et al.: Puurunkoisten pientalojen kosteus- ja lämpötilaolosuhteet, ilmanvaihto ja ilmatiiviys, Tampereen teknillinen yliopisto, rakennustekniikan osasto, talonrakennustekniikan laboratorio. Tutkimusraportti 131, 2005, 37; Lauri Jääskeläinen: ”Rakennusfysiikka vielä lapsen kengissä”, Rakennettu ympäristö 4/2002, 6–7.