Aito läpihengittävä pilaripalkkitekniikkaan pohjautuva puutalo, jossa on painovoimainen ilmanvaihto. Villa Mikael on energiatehokas ja egologinen talo

Villa Mikael on aidosti esteetön ja elinikäisesti terve talo, jossa ulkopuolisen energian käyttö on pyritty minimoimaan. Tavoitteena on selvitä kahdeksan kuukautta vuodessa ilman ostoenergiaa.

Villa Mikaelin alustava energiatehokkuusluokka on A ja E luku on 73.

Tässä tekstissä kuvataan energiatehokkuuteen vaikuttavia valintoja.

1. RAKENTEET
2. ENERGIAN TUOTTAMINEN
3. LÄMMÖNJAKELU
4. PAINOVOIMAINEN ILMANVAIHTO
5. MUITA ENERGIATEHOKKUUTEEN VAIKUTTAVIA RATKAISUJA

RAKENTEET

Rakenteiden valinnassa keskityttiin erityisesti terveellisyyteen, pitkäikäisyyteen, aitoon esteettömyyteen, talon käytön helppouteen sekä edullisiin asumiskustannuksiin.

Rakenteiden lisäksi olennaisena osana energiataloudellisuutta oli talon sijoittelu tontille ja sen ikkuna-aukkojen paikat. Aurinkoiselle puolelle isot ikkunapinnat ja pimeälle puolelle vähän ja pieniä ikkuna-aukkoja.

Ohessa kuvataan talon pohjan, seinien ja katon rakenteita ja niiden energiatehokkuutta.

POHJA

Pohjaa suunniteltaessa olennaisena vaikuttavana tekijänä oli se, että lattian pinta ja pihan pinta tuli saada samaan tasoon. Nykyään omakotitalot rakennetaan pääasiallisesti ryömintätilaisena. Tässä tapauksessa tämä ei ollut mahdollinen ratkaisu. Ratkaisuksi tuli reunavahvistettu maanvarainen kantava laatta. Kauttaaltaan lämmöneristetty reunavahvistettu laatta on passiivi- ja nollaenergiataloihin paras mahdollinen perustamisratkaisu, koska näin perustuksesta saadaan täysin kylmäsillaton. Alhainen vesihöyrynläpäisevyys estää maassa olevan kosteuden siirtymisen laattaan. Sen lisäksi lämmönjakomenetelmänä on kuivaava ilmalattialämmitys, jolloin varmistetaan laatan pysyminen kuivana kaikissa tilanteissa.

Reunavahvistettu kantava laatta FinnFoam * muotilla, jossa laatan kohdalla 45 cm FinnFoam XPS eristettä (U = 0,034 W/m²K) ja reunavahvisteiden kohdalla alapuolella 10 cm ja laatan sivussa 15 cm.

SEINÄ

Seinän rakenteessa olennaisina asioina ovat energiatehokkuuden lisäksi terveelliset luonnonmukaiset läpihengittävät materiaalit ja hyvä äänieristys. Energiatehokkuuteen vaikuttaa isojen ikkunoiden karmittomuus – ne ovat suoraan integroitu pilaripalkkirakenteeseen (kiinteidenlasien U = 0,7 W/m2K ja yhden pienen keittiössä sijaitsevan tuletusikkunan U = 0,82 W/m2K)

Honka Frame * seinän energiatekninen rakenne (Koko seinän U = 0,15 W/m²K)

• Ulkoverhouspaneeli UYW 23 * 145 hienosahattu kuusi
• Tuuletuslauta 25 * 100 sahattu kuusi
• Runkolevy 25 mm (Hunton tuulensuojalevy – U = 0,05 W/m²K)
• Pilaripalkkirunko 164 mm
• Puukuitueristelevy 45 mm+120 mm+45 mm (Hunton Nativo * – U = 0,038 W/m²K )
• Intello höyrynsulkukangas
• Kuitulevy 12 mm + 24 mm (Hunton Silencio – U =  0,05 W/m²K )
• Sisäverhouspaneeli STS 15 * 145 höylätty mänty

KATTO

Honka Frame rakenne poikkeaa katon osalta perinteisestä rakentamisesta, sillä se rakentuu alhaalta ylöspäin. Tällöin voidaan myös kohtuullisen pieneen tilaan saada aikaiseksi hyvä eristävyys.

Runkopalkkien päälle ladotaan kattopaneelit (valmis sisäkatto) sen jälkeen eristekerrokset 250 mm PIR eristettä U = 0,022 W/m2K), yläkoolaukset tuuletusväleineen, katelevy, aluskermi ja peltikate.

Katon U=0,09 W/m2K

ENERGIAN TUOTTAMINEN

Villa Mikaelia suunniteltaessa tutkittiin erilaisia vaihtoehtoja tuottaa ekologisesti energiaa. Kävimme läpi tuulivoiman, aurinkokeräimet, aurinkopaneelit, maalämpöpumput porakaivosta, maasta ja teräspalkeista sekä ilma-vesilämpöpumput ja ilmalämpöpumput.

Tuulivoima olisi ollut kiinnostava lisäenergiamuoto erityisesti syksyn ja talven pimeisiin ja tuulisiin hetkiin. Tutkimme erityisesti pystyakselisia vaihtoehtoja, koska ne ovat kooltaan sellaisia, että ne saattaisivat soveltua myös asuttuun ympäristöön.  Jotta tuotetun energian määrä olisi kohtuullinen, olisi laitteiden koko niin iso, ettei se ehkä sovellu omakotitalon pihalle. 0,2 – 2 MWh vuodessa tuottava tuuliturbiini vaatii 10 – 30 metrisen jalustatornin ja itse laite on n. 2,5 metriä korkea. Nykyisillä energian hinnoilla ei valitettavasti omakotitaloympäristöön löydy ratkaisuja, joiden takaisinmaksuaika olisi kohtuullinen.

Aurinkopaneeleilla tuotettava sähkö alkaa olla energiataloudellisesti varsin kiinnostava kokonaisuus, joskin haittapuolena on, ettei sähköä tuoteta pimeinä ja kylminä aikoina tarpeeksi ja aurinkoisina aikoina ei kyetä kuluttamaan energiaa niin paljon, kuin järjestelmä voi tuottaa. Ylijäämäenergian tietysti voi myydä pois. Tässä vaiheessa alkoi kiinnostaa energian varastoiminen akkuihin. Tämä osoittautuikin varsin hyväksi vaihtoehdoksi.

 Aurinkokeräimiä ja erilaisia lämpöpumppuja vertailtiin keskenään. Niiden energiataloudellisuutta ja toiminnollisuuksia mietittiin monelta kantilta. Aurinko keräimet jäivät mietinnässä varsin nopeasti pois, sillä niiden lisäksi tarvittaisiin joka tapauksessa lämpöpumppu. Tavoitteena oli, ettei kokonaisuudesta tule liian hankalasti hallittava ja ohjattava.  Ilmalämpöpumput jäivät myös varsin nopeasti pois listalta, koska lämpimän veden tuottamiseen olisi tarvittu erillinen järjestelmä. Maalämpö porakaivosta tuntui alussa parhaalle vaihtoehdolle. Maalämpö maaputkista ei ollut soveltuva, koska tarvittavaa maa-aluetta ei ollut tarpeeksi ja samasta syystä teräspilareihin upotettavat keräinputket eivät tulleet kysymykseen ainoana ratkaisuna, koska teräspilareiden pituus on sen verran lyhyt. Haasteena maalämmössä oli myös tontin pieni koko – olisi tarvittu kolme reikää, jotta tarvittava määrä energiaa saataisiin.

Lopulta hintavertailuun päätyi kaksi kokonaisuutta:

1. Maalämpöpumppu porakaivosta ja aurinkopaneelit, jotka on varustettu akuilla

2. Ilma-vesilämpöpumppu ja aurinkopaneelit, jotka on varustettu akuilla

Villa Mikaelin tilanteessa kokonaistaloudellisesti järkevimmäksi vaihtoehdoksi tuli versio 2, vieläpä varsin selkeästi. Laskentaperiodiksi otettiin 30 vuotta. Oletuksena oli että tuona järjestelmien osia joudutaan uusimaan ja nämä olivat mukana laskelmissa.

AURINKOPANEELIT JA AKUT

Aurinkopaneelien valinnassa olennaisena tekijänä oli niiden tehokkuus ja tilantarve suhteutettuna tarvittavaan energiamäärään. Samassa yhteydessä käytettiin varsin paljon aikaa mietittäessä akkujen kokoa ja toiminnollisuutta. Olennaista oli, että akuston pitää pystyä syöttämään myös kolmivaihevirtaa. Jos näin ei olisi, niin isoimpia tehosyöppöjä varten jouduttaisiin aina ostamaan energiaa. Ei ollut ihan helppoa löytää tuollaisia akkuja.

Villa Mikaelissa sähköä tuotetaan kahdeksallatoista Winaico aurinkopaneelilla, jotka tuottavat energiaa 5.43 MWh/ vuodessa. Energiaa varastoidaan 8,96 kWh akkuihin. Tämä kokonaisuus osoittautui laskennallisesti järkevimmäksi kokonaisuudeksi otettaessa huomioon energian tuottaminen ja kuluttaminen eri vuoden ja vuorokauden aikoina.

Akut toivat myös sen lisätoiminnollisuuden mukanaan, että talo toimii normaalisti myös sen ollessa kytkettynä irti valtakunnan verkosta.

Aurinkopaneelit ja akut toimitta Wahlres *

ILMA-VESILÄMPÖPUMPPU

Ilma-vesilämpöpumpun valinnassa olivat tärkeinä kriteereinä tehokkuus, luotettavuus ja ohjattavuus suhteutettuna tuotteen hintaan. Tehoa tuli olla riittävästi, jottei sitä tarvitse ajaa puhki heti ensimmäisinä vuosina.

Villa Mikaelissa energia lämmitykseen ja käyttöveteen tuotetaan A++ energialuokituksen omaavalla Dimplexin M-sarjan 16kW ilma-vesilämpöpumpulla *. Tämä lämpöpumppu automaattisesti optimoi jopa kymmenessä eri kohteessa tarvittavan kiertoveden lämpötilan ja siten ei käytä turhaan energiaa.

LÄMMÖNJAKELU

Lämmönjakelujärjestelmiä valittaessa olivat seuraavat asiat tärkeitä:

• Hyvä kokonaisohjattavuus (oikea lämpötila oikeaan paikkaan oikeana aikana)
• Lattialämmitys (talossa on luonnonkivilattiat)
• Lattia ja piha samassa tasossa, jolloin ylimääräisenä varmennuksena vedenhallintaan haluttiin valita lattialämmitys, joka samalla myös kuivaa.
• Järjestelmän tuli toimia myös jäähdyttävänä.

Kokonaisuudeksi valittiin kuivaava ilmalattialämmitys (SafeDrying *), joka saa energiansa ilma-vesilämpöpumpun tuottamasta kuumasta vedestä, yhdistettynä rakenteisiin upotettuihin Olimpia Splendid Bi2 puhallinkonvektoreihin *. Lattialämmitys tuottaa peruslämmön ja puhallinkonvektorit tuottavat säätölämmön ja jäähdytyksen. Puhallinkonvektorit on sijoitettu siten, että niiden avulla voidaan säätää lämpötila tila- ja tarvekohtaisesti. Lattialämmityksen alla oleva paksu XPS eristekerros takaa sen, ettei lämpöä mene hukkaan.

Kuva: SafeDrying

JÄÄHDYTYS

Puhallinkonvektoreiden avulla voidaan toteuttaa tehokas jäähdytys ja samalla varmistetaan myös kesällä oikea lämpötila talon eri tiloissa.

PAINOVOIMAINEN ILMANVAIHTO

Villa Mikaeliin valittiin painovoimainen ilmanvaihto, koska sen avulla saadaan toteutettua terveellinen sisäilma. Painovoimainen ilmanvaihto toteutettiin tinkimättä optimaalisen hyvästä sisäilmasta ja samalla huolehdittiin siitä, että energiatehokkuus säilyy.

Talossa on painovoimainen hybridijärjestelmä, jota voidaan ohjata automaatiojärjestelmällä.

KORVAUSILMA

Korvausilmaikkunat on varustettu lämpötilan mukaan säätyvillä venttiileillä, ääniloukolla ja sekoittajakammiolla (Lammin ikkunat / Mobair *).

Fysikaalisista syistä johtuen lämmin huoneilma nousee ylöspäin. Tavallisesta seinäventtiilistä tuleva kylmä tuloilma laskee lattiarajaan. Tästä johtuen lämpötilaerot lattian ja katonrajan välillä voivat olla useita asteita. Villa Mikaelissa korvausilmaikkunassa oleva laite sekoittaa ulkoa tulevaan kylmään ilmaan lämmintä sisäilmaa ja ohjaa sekoitetun ilman katonrajaa kohti. Näin lämpötilaerot lattian ja katonrajan välillä tasoittuvat, asumismukavuus paranee ja lämpöenergia saadaan käytettyä tehokkaasti. Laitteen käyttö maksaa vain muutaman euron vuodessa – tai ei sitäkään kun käytetään aurinkoenergian tuottamaa sähköä.

POISTOILMA

Harkkorakenteiset Schiedelin * toimittamat poistoilmahormistot ovat varustettu poistoilmaventtiileillä, jotka ovat elektronisesti säädettäviä. Tällä tavoin voidaan säätää poistoilman määrä huone- ja tilannekohtaisesti, eikä kuluteta turhaa energiaa. Poistoilmahormien päällä on Darcon * tuulitehostajat, joiden nopeus voidaan vakioida elektronisesti. Mikäli on tuuleton tilanne, moottori nopeuttaa tuulitehostajan pyörimisnopeuden halutuksi ja mikäli tuulee paljon, moottori jarruttaa nopeutta, jottei poistuvan ilman määrä nousisi liian suureksi. Vakionopeutta voidaan säätää ottaen huomioon erilaiset tilanteet.

Painovoimaista hybridi-ilmanvaihdon aiheuttamaa energiahukkaa verrattiin koneellisiin ilmanvaihtojärjestelmiin ja niiden lämmön talteenottojärjestelmien käyttämään energiaan. Mitään yksiselitteistä vastausta siihen, kumpi on energiatehokkaampi, ei löydetty, sillä asiaan vaikuttaa painovoimaisen hybridi-ilmanvaihdon osalta se, miten hyvin saadaan säädettyä tarpeen mukainen ilmanvaihto ja koneellisen ilmanvaihdon osalta ilmanvaihtojärjestelmän tehonkulutus ja lämmön talteenoton tehokkuus. Lisäksi kokonaistaloudellisuuteen vaikuttaa molempien järjestelmien erilaiset ylläpito ja huoltokustannukset.

MUITA ENERGIATEHOKKUUTEEN VAIKUTTAVIA RATKAISUJA

ULKOPUOLISET KANGASKAIHTIMET

Energiatehokuutta on lisäämässä ulkopuoliset Apollo kaihtimien * toimittamat screen -kaihtimet etelän puolisissa ikkunoissa. Niillä voidaan säädellä valon määrää kesällä, jolloin jäähdytyksen tarve laskee merkittävästi. Väitetään, että parhaimmillaan päästään 97% auringonvalon tuottaman lämmön estämiseen kesällä. Talvella ja erityisesti yöllä screen -kaihtimien ja ikkunan väliin jäävä ilmatila toimii lisäeristeenä. Ikkunoiden ja screenkaihtimien yhteinen U –arvo on merkittävästi parempi kuin pelkän ikkunan. Screen -kaihtimia ohjataan ABB: Free@Home –järjestelmän avulla mm. käyttäen sääaseman antamia tietoja – näin optimoidaan myös energiataloudellisuus.

Screen –kaihtimien rakenne ja kangas myös vaikuttaa energiataloudellisuuteen. Tiiviillä sivukiskoilla toteutettu järjestelmä on energiatehokas. Vaalea kangas ulkona heijastaa paremmin valoa kuin tumma.

Screen –kaihtimien oikeanlainen käyttö voi auttaa laskemaa energiakustannuksia merkittävästi. Yhdysvaltain energiavirasto suosittelee ulkopuolisten kaihdinten käyttöä, koska ne säätävät energiaa sekä kesällä, että talvella.

VALAISTUS

Monen mieleen ei ole tullut, että valaistuksella voisi vaikuttaa energian kulutukseen. Loppujen lopuksi on kyse ihan perusasioista. Valon määrä, valon värilämpö ja valon väri vaikuttaa siihen, miten ihminen tuntee lämpötilan.

• Voimakas valo tuntuu lämpimämmälle kuin himmeä valo.
• Lämmin valo tuntuu lämpimämmälle kuin kylmä valo.
• Punainen valo tuntuu lämpimämmälle kuin sininen valo.

Kun Philipsin HUE valaistuksen voimakkuutta, värilämpöä ja väriä voidaan säätää ABB:n Free@Home automaatiolla, voidaan luoda juuri oikeanlainen lämmön tunne hieman viileämmässä talvella ja hieman lämpimämmässä kesällä. Energiaa säästyy – jo yhden asteella on merkittävä vaikutus energian kulutukseen.

AUTOMAATIO

Kun kaikkia talon järjestelmiä ohjataan automaation avulla, saadaan talon eri toiminnot optimoitua soveltuvaksi eri tilanteisiin eri huoneissa ottaen kellonaika huomioon – näin optimoidaan energiataloudellisuus ja talon käyttömukavuus.

Olennaista ABB:n Free@Home järjestelmässä on tilanne ohjaus. Kun Free@Home järjestelmään saumattomasti integroitu Alexa ääniohjaus on käytössä voidaan esimerkiksi aamulla herätessä kello sanoa Alexa – wake up. Tällöin halutut valot tulevat päälle vuodenajan mukaan määritellyllä värilämmöllä, kaihtimet avautuvat halutun määrän, musiikki lähtee päälle, avustajan kännykkä ilmoittaa Mikael on herännyt. Tilanne ohjaus voi tarkoittaa myös sitä, että talon toiminnot on asetettu viikon matkan ajaksi energiasäästötilaan. Lentokentällä kellolle sanomalla saadaan taloherätettyä ja valmisteltua kotiintuloa varten.

Villa Mikael – energian tuottaminen ja käyttö – periaatekuva