Talotekniikka

Hyvin eristettyjen rakennusten talotekniikka

Energiatehokasta rakennusta ei juuri tarvitse lämmittää, ja siksi ilmanvaihdon lämmöntalteenotto riittää lämmitykseen. Esimerkiksi passiivitalossa lämmitykseen tarvitaan enintään 10–15 W/m2, eli yhteensä 1,0–1,5 kW sataa lämmitettävää neliömetriä kohti. Perinteistä pattereihin tai lattialämmitykseen perustuvaa lämmitysjärjestelmää ei enää tarvita. Ilmanvaihtolämmitys on riittävä lämmönjakotapa.

Ilmanvaihtolämmitys voidaan toteuttaa kahdella periaatteella:
• tuloilma lämmitetään keskitetysti heti ilmanvaihtokoneen jälkeen tai
• ilma lämmitetään huonekohtaisesti ilmanvaihdon päätelaitteissa.

Ensimmäisessä vaihtoehdossa ilman lämpötila on sama kaikissa huoneissa. Jälkimmäisessä tapauksessa jokaisen huoneen lämpötila voidaan säätää erikseen.

Energiatehokkaassa talossa, jonka vaippa on tehokkaasti lämpöeristetty, melko matalatkin huonelämpötilat voivat tuntua miellyttäviltä. Suunnittelussa tavoitelämpötila on yleensä 20–21°C.

Lattialämmitys on käytännöllinen pesutiloissa, koska se tuntuu miellyttävältä ja lattia kuivuu nopeasti. Lattian lämpötila on kuitenkin ylilämpenemisen välttämiseksi pidettävä tavallisen lattialämmityksen lämpötilaa alempana. Se saa olla vain 1–3 °C ilman lämpötilaa korkeampi. Muissa huoneissa on vältettävä laajojen alueiden lattialämmitystä.

Huoneiden pystysuuntaisen lämpötilaeron pitää olla alle 2 °C 0,1 ja 1,1 metrin välisellä korkeudella. Tämä vastaa istuvan henkilön nilkan ja kaulan korkeutta.

Passiivinen aurinkolämmitys on osa passiivitalon lämmitysjärjestelmää. Eri huoneiden lämpötila vaihtelee aurinkokuorman ja sisäisten kuormien mukaan. Siksi suositellaan huonekohtaista lämpötilansäätöä. Passiivitalon lämmityskausi on tavanomaiseen taloon verrattuna lyhyt. Auringon lämpökuorma saattaa aiheuttaa ylilämpöä jo alkukeväästä. Silloin lämmön talteenoton ohittaminen voi olla aiheellista jäähdytystarpeen välttämiseksi.

Jäähdytysratkaisu tulee suunnitella passiiviseksi. Keinoja ovat ikkunoiden varjostaminen, yöjäähdytys ilmanvaihdon avulla ja päiväaikaisen ilmanvaihdon tehostaminen (katso oheinen kuvio). Ilmanvaihdon korvausilma voidaan tuoda sisään talon pohjoispuolelta. Maalämpöä voidaan käyttää raitisilman esilämmittämiseen talvella ja jäähdyttämiseen kesällä. Raitisilman esilämmittäminen talvisin vähentää lämmön talteenoton jäähtymisriskiä ja parantaa hyötysuhdetta.

Auringonsuojaikkunat ja ikkunoiden alaosan varjostus ovat tehokkaimmat passiivimenetelmät.



Tulisijoja valittaessa on kiinnitettävä huomiota niiden kokoon. Passiivitalossa lämmitysenergian tarve on pieni, joten myös tulisijan lämmön luovutustehon on oltava pieni. Tulisijan lämmön varauskyky ja lämmön luovutusteho ovat suoraan verrannollisia tulisijan massaan.
 
Ilmanvaihto ja lämmön talteenotto
 
Rakennusmääräyksissä edellytetään yleensä ilmanvaihdon tehoksi 10–15 l/s henkeä kohti (noin 1 l/s neliömetriä kohti toimistorakennuksessa, jossa on normaali määrä ihmisiä) ja 0,5 ilman vaihtumista tunnissa asutuissa tiloissa.

Esimerkki toimistorakennusten ilmanvaihdosta epäpuhtauksien määrän mukaan kolmessa luokassa (CEN 1752)

Luokka  Vain ihmisiä Lieviä epäpuhtauksia aiheuttavia materiaaleja Voimakkaita epäpuhtauksia aiheuttavia materiaaleja
   l/sm2  l/sm2 l/sm2 
 A 1.0 2.0  3.0 
 B 0.7  1.4  2.1 
 C 0.4  0.8  1.2 


Hiilidioksidipitoisuutta voidaan käyttää ilmanvaihdon tehokkuuden suunnitteluperusteena. Sen käyttö ilmanvaihdon mittauksessa on kuitenkin epäluotettavaa, koska rakennusten hiilidioksidipitoisuus harvoin saavuttaa vakaata tilaa. Tämä johtuu henkilömäärän, ilmanvaihdon tehokkuuden ja ulkoilman pitoisuuden vaihteluista. Hiilidioksidipitoisuuden pysyvän tilan arvot voidaan laskea sillä perusteella, että hiilidioksidia muodostuu toimistorakennuksissa 0,00567 l/s henkeä kohti.

Poistoilman energiatiheys on suuri, ja lämmön talteenotolla voidaan taloudellisesti vähentää ilmanvaihdon energia- ja käyttökustannuksia. Lämmön talteenotto on kannattavampaa, kun ilmavirrat ovat voimakkaita ja ulkolämpötilat matalia. Lämmön talteenoton vähimmäishyötysuhteelle ja ilmankäsittelyjärjestelmän koolle voidaan asettaa raja-arvot. Nykyisissä rakennusmääräyksissä edellytetään 30–40 prosentin vuosihyötysuhdetta. Passiivirakennuksilta edellytetään vähintään 75 prosentin vuosihyötysuhdetta. Nykyaikaisilla lämmönsiirtimillä voidaan saada talteen jopa 90 prosenttia ilmanvaihdon lämpöhäviöistä. Kylmässä ilmastossa hyötysuhde on kuitenkin heikompi, koska lämmönsiirtimestä on sulatettava jäätä.

Raitis tuloilma voidaan esilämmittää ennen lämmön sisäänottoa, niin että lämmönsiirrin ei jäädy. Kun käytetään maalämmönsiirrintä tuloilman esilämmittämiseen, sulatusta tarvitaan vähemmän tai ei lainkaan. Maanalaista lämmönsiirrintä ei suositella kylmään ilmastoon kosteuden tiivistymisen ja puhtausongelmien takia. Parocin pilottipassiivitalossa testattiin onnistuneesti raitisilman esilämmitystä maapiirijärjestelmällä, jossa oli lämmönsiirrin.

Maan lämpöä tai kylmyyttä voidaan hyödyntää kierrättämällä nestettä maanalaisessa putkessa, jolloin järjestelmään tarvitaan lisäksi lämmönsiirrin, pumppu ja porakaivo tai maaputki. Putken pituus tai kaivon syvyys määräytyy tarvittavan esilämmitys- tai jäähdytystehon perusteella. Maanalainen vaakatasoinen putki tuottaa lämmitystehoa 10–20 W/m.

Talotekniikkajärjestelmien eristäminen

Talotekniikkajärjestelmät ovat nykyisissä ilmatiiveissä matalaenergiataloissa entistäkin tärkeämpiä. Lämmitetyn ja jäähdytetyn ilman ja veden lämpötilan on pysyttävä samana kohteeseen saakka. Ei-toivotut lämpöhäviöt on tuuletettava pois, mikä kuluttaa energiaa.

Siksi on tärkeää tarkastella loppulämpötilan lisäksi myös lämpöhäviötä. Vaikka loppulämpötilan muutos olisi hyvin pieni, lämpöhäviö on silti merkittävä. 

Laskuesimerkki: Tuuletuskanavan lämpötila ja lämpöhäviö
 
Paksuus:  315 mm 
Pituus:  30 mm 
Ilman lämpötila:  20°C 
Ilman nopeus:  3 m/s
Ympäristön lämpötila 6°C 

Eristepaksuus Lämpöhäviö, W  Loppulämpötila °C
Eristämätön 2607  12.9 
80 mm 226  19.3 
150 mm  143  19.5 

Putket ovat talotekniikkajärjestelmien olennainen osa. Ne on eristettävä energiankulutuksen ja käyttökustannusten pienentämiseksi. Lämmönstystä tarvitaan, jotta putkissa kulkevan veden lämpötila pysyisi hyväksytyllä alueella.
 
Laskuesimerkki:  Lämminvesiputken lämpöhäviö

Putken paksuus:  22 mm 
Veden lämpötila:  55°C 
Ympäristön lämpötila: 20°C 
 
Eriste λ-arvo
W/m°C 
Eristepaksuus Lämpöhäviö,
W/m 
Lämpöhäviö vuodessa,
kWh/m 
Eristämätön - 0 mm 40 350
PAROC Hvac Section AluCoat,
PAROC Hvac Section AluCoat T
0,035 20 mm 6,0 52
PAROC Hvac Section AluCoat,
PAROC Hvac Section AluCoat T
0,035 40 mm 4,5 39
PAROC Hvac Section AluCoat,
PAROC Hvac Section AluCoat T
0,035 60 mm 3,8 33
 
Myös kylmäasennukset on eristettävä riittävästi kondensoitumisen estämiseksi ja kustannusten alentamiseksi. Yleensä on kolme kertaa kalliimpaa alentaa lämpötilaa asteella kuin nostaa sitä asteella.

Lämpötilan pitämiseen oikealla tasolla liittyy myös terveysnäkökohtia. Jos lämpimän veden lämpötila laskee liikaa, tartuntatautien (esimerkiksi legioonalaistaudin) leviämisen riski kasvaa. Bakteerit viihtyvät 25–45 asteen lämpötiloissa, erityisesti 35 asteessa.

PAROC Calculus -laskentaohjelmalla voit selvittää, millainen eristys rakennuksessasi tarvitaan.