Kerrosluvun vaikutus energiatehokkuuteen

Julkaistu 11.1.2015 , kirjoittanut Mika

Jokin aika sitten kerroin joulukuun sähkönkululuksesta ja siihen liittyen tuli muutamia lukijoiden kommentteja, mm. Nimim. Robbe kirjoitti: ”Takalla (keskellä taloa) tehdään suurin osa lämmöstä, tiilipiippu, sulkupellit yläkerrassa katonrajassa. Lattialämmitys päällä todella harvoin, vain kovimmilla pakkasilla. Yläkertaa ei juuri tarvitse koskaan lämmittää, nouseva lämpö ja tiilipiippu lämmittää riittävästi. Tuloilman esilämmitys ei ole koskaan ollu päällä.”

Tästä kuvauksesta tuli itselläni mieleen rintamiestalo, niissäkin on takka keskellä taloa ja niissä taloissa on aina myös yläkerta. Joissakin on vielä kellaritkin. Rintamamiestalo näyttää siis. esim. tältä:

Asutushallitusen piirros nro 1543 rintamamiestalolle. Päämitat ilman vilpolaa ovat 7000 x 8000. Tässä mallissa ei ole kellaria. Rintsikan huonekorkeudet näyttävät olevan aika samat mitä nykyäänkin; alakerta 2700 ja yläkerta 2400.

Tämän jälkeen aloin miettimään, että rintamamiestalojen tilaratkaisu ja talon muoto yleensäkin taitaa olla aika energiatehokas? Eli paljonko tilojen sijoittelu useampaan kerrokseen voi säästää energiaa verrattuna yksi-taso-ratkaisuun? Onhan se useampi kerroksinen kuitenkin pakostakin energiatehokkaampi rakennus, koska jollain tietyllä rakenneratkaisulla alapohja ja yläpohja kuluttavat yhtä paljon energiaa riippumatta siitä kuinka etäällä toisistaan ne ovat. Etäisyys voi olla esim. 2700 tai 5400 tai 8100 ja näistä riippuen taloon tulee vastaavasti 1 tai 2 tai 3 kerrosta.

Sitten taas jos miettii ihan vaikkapa meidän taloa, niin keskikerroksesta ei lämpöä pääse harakoille muuta kuin ulkoseinien kautta. Toisin kuin 1-kerroksisissa omakotitaloissa meillä maantason kerroksesta katsottuna lämmintä tilaa on vielä ala- että yläpuolellakin, josta johtuen lattian ja katon (siis keskikerroksen välipohjat) kautta energiahävikki on käytännössä lähellä nollaa. Tältä pohjalta intouduin tekemään muutamia laskelmia. Otetaan ekaan esimerkkiin meidän oma talo, ja mietitään sitten pari muuta päämittaa miten sama neliöt eli noin 240 neliötä voitaisiin sijoittaa erilaisiin kerrosratkaisuihin, ja miten energian kulutus muuttuu, jos ei huomioida mitään muuta muuttujaa kuin erilainen kerrosten määrä:

Tilat 3 kerroksessa (luvut Talo-Rautio)			Sisälämpötila = +23
	Pinta-ala /m2	U-arvo W/m2K	Ulkolämpö1	Ulkolämpö2	Lämpötilaerot		Tehontarve1/W	Tehontarve2/W
Alapohja	80,0	0,12	3	-17	20	40	192,0	384,0
Ulkos.kel	94,6	0,15	3	-17	20	40	283,8	567,6
Ulkos.1k	125,0	0,17	3	-17	20	40	425,0	850,0
Ulkos.2k	108,0	0,17	3	-17	20	40	367,2	734,4
Yläpohja	102,0	0,09	3	-17	20	40	183,6	367,2
							1451,6	2903,2

Yllä olevassa taulukossa ei ole huomioitu ovia eikä ikkunoita, mutta muuten luvut ovat ”aitoja” ja suoraan poimittu meidän talon energiaselvityksistä, jotka tarvittiin rakennuslupahakemuksen liitteeksi. Olen jatkanut näitä laskelmia laskemalla U-arvojen perusteella miten paljon lämmitystehoa tarvitaan, jos sisälämpötila on +23C (niin kuin meillä on) ja jos ulkolämpötila on +3C tai vaihtoehtoisesti -17C, jolloin lämpötilaeroksi tulee ensin 20 astetta ja toisessa tilanteessa 40 astetta. Kun ei huomioida käyttöveden kulutusta, ilmanvaihtoa eikä auringosta, ihmisistä ja kodinkoneista tulevaa ilmaista energiaa, niin lämmitystehoa tarvitaan +3C keleissä noin 1,45 kWh ja -17C pakkasella tuplaten enempi eli 2,9 kWh.

Entä miten tilanne muuttuu, jos laitetaan samat neliöt 240m2 kahteen tasoon (talon leveys 8m ja pituus 15m) tai yhteen tasoon, jolloin laitetaan talolle leveyttä edelleenkin sama 8m jolloin pituutta talolle tulisi 30 metriä. Meidän talossa talon oikea leveys on 8,5m ja päämittoja määräävinä tekijöinä oli tontin muoto. Mikään lämmitystehokkuuden ideaali talo meidän talo ei siis ole. Mutta 2 kerrosratkaisussa sama laskelma näyttää tältä:

Tilat 2 kerroksessa (mitat 8mx15m 2 kerroksessa)				Sisälämpötila = +23
	Pinta-ala /m2	U-arvo W/m2K	Ulkolämpö1	Ulkolämpö2	Lämpötilaerot		Tehontarve1/W	Tehontarve2/W
Alapohja	120,0	0,12	3	-17	20	40	288,0	576,0
Ulkos.1k	138,0	0,17	3	-17	20	40	469,2	938,4
Ulkos.2k	138,0	0,17	3	-17	20	40	469,2	938,4
Yläpohja	120,0	0,09	3	-17	20	40	216,0	432,0
							1442,4	2884,8

Yllättävää kyllä – kokonaistilanne ei muuttunut oikein mihinkään, vaikka kellari poistui, ja samat 240m2 on nyt maan pinnalla talossa, jonka päämitat ovat 8m x15m kahdessa kerroksessa. Mietiskelin tässä kohtaa, että laskinko jotain väärin (?), mutta eiköhän nämä luvut ihan oikein ole?

Katsotaanpa sitten seuraavaksi se 1-taso ratkaisu:

Tilat 1 kerroksessa (pohjana 8mx30m)			Sisälämpötila = +23
	Pinta-ala /m2	U-arvo W/m2K	Ulkolämpö1	Ulkolämpö2	Lämpötilaerot		Tehontarve1/W	Tehontarve2/W
Alapohja	240,0	0,12	3	-17	20	40	576,0	1152,0
Ulkos.1k	228,0	0,17	3	-17	20	40	775,2	1550,4
Yläpohja	240,0	0,09	3	-17	20	40	432,0	864,0
							1783,2	3566,4

Nyt ero ainakin täsmälleen samoilla päämittasuhteilla olevaan 2-kerrosratkaisuun on selvä, eli 1-taso ratkaisu kuluttaa 663,4 wattia enempi (siis 22,8% enempi energiaa) mitä 2-tasoinen talo kuluttaa samassa ajassa ja samoissa keliolosuhteissa. Lisäksi 2-tasoisen talon pohja ja katto on puolta pienempi, seinälautaa tarvitaan sen sijaan enempi, koska 2-tasoratkaisun seinäpinta-alaksi tuli pituus (15+8)x2 metriä kertaa korkeus 6m = 276m2, kun 1-tasoiseen taloon tarvitaan seinää (30+8)x2 x 3m = 228m2. Oikeasti tämä on sisäseinän pinta-ala, ulkoseinä on hiukan suurempi, seinän paksuudesta johtuen. Ehkä tämä seinäpinta-alan kasvu nopeammin mitä katto ja lattia pienenee syö pois sen edun, että siirryttäessä 2-taso ratkaisusta 3-tasoratkaisuun mitään säästöä ei enää ainakaan näiden laskelmien perusteella saada? Meidän talossa todellinen seinäpinta-ala on yht. 327,6m2 ja U-arvo puuseinässä 0,17 W/m2K ja kellarin harkkoseinässä 0,15 W/m2K.

Johtopäätös ja summa-summarum:

Nyt jos halutaan rakentaa matalaenergiatalo tai jopa passiivitalo, niin rakenteiden paksuuden ja U-arvon tuijottamisen ohella pitäisi miettiä myös kerroslukua. Rintamiestaloissa oleva 2-kerros-ratkaisu näyttäisi olevan aika optimaalinen. Ainakin näiden laskelmien perusteella pelkät päämitat talossa voivat tuoda reilun 20% pudotuksen energialaskuun, kun mikään muu ei muuttunut kuin 1-taso-ratkaisussa täsmälleen samat määrä neliötä laitettiinkin päällekkäin kahteen kerrokseen. Kolmas kerros sen sijaan ei enää näyttänyt tuovan energiakulutuksessa lisäsäästöjä. Ei vaikka kellarin seinärakenne oli energiatehokkaampi kuin puurakenteinen seinä. Tai sitten olen itse laskenut jossain kohtaa väärin?