Tilaratkaisuiden ja aurinkosuojauksien tutkiminen dynaamisella olosuhdesimuloinnilla : COMBI-hanke

Abstract

Tässä työssä tutkittiin arkkitehtonisten suunnitteluratkaisuiden vaikutusta rakennuksen energiataseeseen. Työ toteutettiin osana laajempaa COMBI-hanketta (Comprehensive development of nearly zero-energy municipal service buildings), joka keskittyy palvelurakennusten energiatehokkuuden kehittämiseen ja parantamiseen. Suomessa on asetettu tavoitteeksi saavuttaa vuoden 2019 alusta lähtien kaikille julkisille rakennuksille lähes nollaenergiataso. COMBI–hankkeessa pyritään erilaisia lähestymissuuntia hyödyntäen selvittämään, miten rakennusten suunnittelu- ja käyttövaiheessa tulisi toimia lähes nol-laenergiatason saavuttamiseksi.

Tutkimuksen päätavoitteena oli selvittää, kuinka suuresti yksittäiset arkkitehtisuunnittelussa määritettävät ratkaisut vaikuttavat rakennuksen kokonaisenergiankulutukseen. Tutkittavana kohteena työssä oli Tampereen teknillisen yliopiston asuntosuunnittelun työryhmän luoma palvelurakennuksen tyyppimalli. Tutkimus toteutettiin dynaamisella simuloinnilla, IDA Indoor Climate and Energy -ohjelmistolla. Työssä tutkittiin myös erilaisilla aurinkosuojausratkaisuilla saavutettavia hyötyjä valaistus- ja jäähdytysenergian kulutuksissa.

Merkittävin tutkittava suunnitteluratkaisu oli ikkunapinta-alan vaikutus rakennuksen energiatehokkuuteen. Kasvattamalla ikkunoiden leveyttä asteittain löydettiin ikkunoille energiatehokkuuden näkökulmasta optimaalisin koko. Dynaamisella simuloinnilla selvitettiin myös, kuinka paljon suuren ikkunapinta-alan lisäämää energiankulutusta voidaan kompensoida vakiovalo-ohjauksella. Aurinkosuojauksen vaikutus jäähdytysenergian kulutukseen jäi simulointitulosten perusteella odotettua pienemmäksi. Tämä selittynee suurelta osin tyyppimallin muodolla.

Työssä onnistuttiin kuvaamaan miten yksittäiset suunnitteluratkaisut vaikuttavat kokonaisenergiankulutukseen. Vaikka arkkitehtisuunnittelulla ja aurinkosuojauksella saavutettavat energiatehokkuuden parannukset jäivät tässä työssä tutkitussa tyyppimallissa pienehköiksi, ei niiden tärkeyttä lähes nollaenergiatason saavuttamisessa tule väheksyä.

This thesis contemplates the impact of architectural planning solutions on the total energy consumption of buildings. The work was carried out as a part of COMBI–Project (Comprehensive development of nearly zero-energy municipal service buildings), which focuses on development of more energyefficient solutions for municipal service buildings. The government of Finland has set a target to achieve nearly zero-energy consumption level in municipal service buildings by 2019. The COMBI–project is trying to clarify how buildings should be designed in order to achieve this goal.

The main aim of this work was to predict the effects of different architectural planning solutions on building’s total energy consumption. A main research subject in this investigation was a municipal building type model, prepared by the housing design group of the Tampere University of Technology. The research was implemented by dynamic simulation method, using IDA Indoor and Energy -program. It was also investigated how much energy could be saved by using passive chilling solutions and advanced lighting control systems.

The window area had the most important effect on the total energy consumption. An optimal size for the windows was found by increasing them step by step. Potential savings in chilling energy consumption achieved by sun protection turned out to be smaller than expected. The shape of the researching model building may contribute significantly to this result.

This work succeeded in producing guidelines for the prediction of the impact of the architectural elements on the total energy consumption of the building. Even though many of tested solutions turned out to have a small impact in total energy consumption, the architectural design is still an important part of achieving the nearly zero-energy consumption buildings.