Climate change resilience of the built environment through simulation : a case study of an educational building in Finland

Abstract

Global warming is causing extreme weather phenomena resulting in a need to investigate the behaviour of buildings towards future changing weather conditions. A growing number of researchers have identified that subarctic climates, such as in Finland, will face increased ambient temperatures with prolonged and frequent heatwaves to a higher degree than the global average. This thesis was commissioned by the ILMARA project, which investigates the resilience of the built environment towards future climate changes in the Kanta-Häme area, Finland. The aim of this thesis was to investigate the effects of projected future climate conditions on the energy demand of the current building stock in the Kanta-Häme area. The HAMK Smart Bio building, built in 2024, was selected as a case-study. Simulations regarding future climate conditions were carried out using the IDA ICE software. The representative concentration pathways RCP4.5 and RCP8.5 for the test reference years TRY2030, TRY2050 and TRY2080 were selected for the future weather scenarios. The current weather scenario, TRY2020, was used as a comparison base, and subsequently the future weather scenarios were examined and compared to it for understanding how the energy demand will be changing in the future. The results showed that in all scenarios compared to the TRY2020 baseline, the overall cooling demand increased, while the heating demand decreased. Potential solutions for reducing future increased cooling needs were simulated to examine whether they would affect the cooling demand. The findings indicated that passive cooling mitigation solutions decreased the cooling energy demand to a certain extent. However, the heating energy demand increased more, resulting in an overall increased energy demand. In conclusion, the results showed that educational buildings that adhere to the current Finnish building code 1010/2017 are adequately equipped to face future heatwaves and increased ambient temperatures.

Ilmastonmuutos aiheuttaa muutoksia sääilmiöissä, muun muassa lisääntynyttä säärasitusta rakennuksille ja muutoksia rakennusten lämmitykselle ja jäähdytykselle. Yhä useammat tutkijat ovat havainneet, että subarktisissa ilmastoissa, kuten Suomessa, ilmaston lämpötila kohoaa pitkittyneillä ja toistuvilla lämpöaalloilla maailmanlaajuista keskiarvoa enemmän. Tämä tutkimus on tehty osana ILMARA-projektia, joka tarkastelee ilmastonmuutoksen aiheuttamia vaikutuksia ja riskejä Kanta-Hämeen alueen rakennettuun ympäristöön. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää tulevaisuuden ennakoitujen ilmasto-olosuhteiden vaikutuksia nykyisen rakennuskannan energiantarpeeseen Kanta-Hämeen alueella. Tapaustutkimukseksi valittiin vuonna 2024 rakennettu HAMK Smart Bio rakennus. Tulevia ilmasto-olosuhteita koskevat simulaatiot tehtiin IDA ICE -ohjelmistolla. Sääskenaarioita varten valittiin päästöskenaariot RCP4.5 ja RCP8.5 testivertailuvuosille TRY2030, TRY2050 ja TRY2080. Vertailukohtana käytettiin nykyistä sääskenaariota, TRY2020, johon tulevaisuuden sääskenaarioita vertailtiin saadakseen selville, miten energiantarve tulee muuttumaan vuosina 2030, 2050 ja 2080. Tulokset osoittivat, että verrattuna TRY2020-tilanteeseen, kaikissa skenaarioissa yleinen jäähdytystarve kasvoi, kun taas lämmöntarve pieneni. Mahdollisia ratkaisuja tulevien lisääntyneiden jäähdytystarpeiden vähentämiseen simuloitiin sen selvittämiseksi, vaikuttavatko ne jäähdytystarpeeseen. Tulokset osoittivat, että passiiviset jäähdytyksen lieventämisratkaisut vähensivät jäähdytysenergian tarvetta jossain määrin. Passiivisten jäähdytysratkaisujen takia lämmitysenergian tarve kuitenkin lisääntyi enemmän, mikä johti suurempaan kokonaisenergiantarpeeseen. Yhteenvetona tulokset osoittivat, että nykyisen Suomen rakennuslain 1010/2017 mukaiset koulutusrakennukset ovat riittävän varusteltuja kestämään tulevia lämpöaaltoja ja kohonneita ympäristön lämpötiloja.