Energiansäästöviikon kolmas webinaari, puhujana Tuomo Niemelä. Aiheena energiaoptimointi, case-esimerkkinä 60-luvun asuinkerrostalo.

1. Rakennusten
energiainvestointien
optimointipalvelu
Tuomo Niemelä
Johtava energia-asiantuntija
tuomo.niemela@granlund.fi
+358 40 6621274

2. Optimointi: parhaan ratkaisun
etsimistä suuresta määrästä
erilaisia vaihtoehtoja

3. Optimoitavia muuttujia

4. Case-esimerkki
• 1960-luvun kerrostalon optimaalisten
energiakorjausratkaisujen määrittäminen
• Työläs ja vaikea toteuttaa tavanomaisilla
tarkastelu- ja laskentamenetelmillä (=valitaan
muutamia vaihtoehtoja ja verrataan niitä)
• Hyödynnetään energia- ja olosuhdesimulointiin
perustuvaa optimointimenetelmää
• Matemaattinen optimointialgoritmi määrittää
optimaaliset ratkaisut käyttäjän tekemien
määritysten ja reunaehtojen pohjalta
4

5. 1960-luvun kerrostalon
energiakorjausratkaisujen optimointi
• Kaikki rakennuksen päälämmitysjärjestelmät
optimoidaan MOBO*:lla (Multi-Objective Building
Performance Optimization -työkalu)
• Tavoite on löytää kustannusoptimaaliset energia-
korjausratkaisut eri päälämmitysjärjestelmille
• Tutkitaan yhteensä neljä eri päälämmitysjärjestelmää:
• Kaukolämpö
• Poistoilmalämpöpumppu
• Maalämpöpumppu
• Ilma-vesilämpöpumppu
• * = MOBO on VTT:n ja Aalto-yliopiston kehittämä optimointiohjelmisto
5

6. Kaukolämpöjärjestelmän optimointi
• Kun kaukolämpöjärjestelmä on rakennuksen
päälämmitysjärjestelmä, optimoitavat muuttujat ovat:
• Aurinkokeräinten pinta-ala (0-90 m2)
• PV-paneelien pinta-ala (0-170 m2)
• Ilmanvaihtoremontti ( nykyinen koneellinen
poistoilmanvaihtojärjestelmä korvataan koneellisella tulo-
/poisto-ilmanvaihtojärjestelmällä (72 %:n lämpötilasuhde))
• Ulkoseinien lisäeristyspaksuus (0-200 mm), tai pelkkä
julkisivuremontti
• Yläpohjan lisäeristyspaksuus (0-500 mm)
• Ikkunaremontti (alkuperäiset ikkunat kunnostetaan, tai
vaihdetaan kokonaan uudet ikkunat, kaksi eri
tyyppivaihtoehtoa: U-arvo 1,0 tai 0,8)
6

7. Maalämpöjärjestelmän optimointi
• Kun maalämpöjärjestelmä on rakennuksen päälämmitysjärjestelmä,
optimoitavat muuttujat ovat:
• Lämpöpumppujärjestelmän teho (39-156 kW)
• PV-paneelien pinta-ala (0-170 m2)
• Ilmanvaihtoremontti
• Ulkoseinien lisäeristyspaksuus (0-200 mm), tai pelkkä
julkisivuremontti
• Yläpohjan lisäeristyspaksuus (0-500 mm)
• Ikkunaremontti (alkuperäiset ikkunat kunnostetaan, tai
vaihdetaan kokonaan uudet ikkunat, kaksi eri
tyyppivaihtoehtoa: U-arvo 1,0 tai 0,8)
7

8. Optimoinnin tavoite kaikille konsepteille
• Minimoitavat tekijät
• Elinkaarikustannukset (25 vuoden pitoaika)
• E-luku
• Tavoite on löytää KAIKKI kustannusoptimaaliset
korjausratkaisut jokaiselle konseptille siten, että
alkuperäinen rakennus voidaan saneerata
 mihin tahansa energiatehokkuustasoon (esim. E-
lukuun 130, 120, 100 tai jopa energiatodistuksen A-
luokkaan, E-luku < 75)
 pienimmillä mahdollisilla elinkaarikustannuksilla
• Mahdollisimman tarkkoja ja yksityiskohtaisia
kustannustietoja on käytetty, jotta saadut tulokset olisivat
mahdollisimman luotettavia
8

9. Kaukolämpöjärjestelmän optimointi
9

10. PILP-järjestelmän optimointi

11. Ilma-vesilämpöpumppujärjestelmän
optimointi

12. Maalämpöjärjestelmän optimointi
12

13. Optimaaliset ratkaisut 1960-luvun
asuinkerrostaloissa
13

14. Suositeltavat energiatehokkuustoimenpiteet
maalämpöjärjestelmälle
14
Energy
performance
target level, E-
value
[kWh/m2,a]
Main
heating
system
1 2 3 4 5 6 LCC
[€/m2]
IC
[€/m2]
140 (minimum
requirement)
GSHP 94 170 0 250 2,5 No 289 150
130 (C-class) GSHP 94 170 0 250 2,5 No 289 150
120 GSHP 130 160 0 400 2,5 No 294 161
110 GSHP 150 170 0 350 1,0 No 318 199
100 (B-class) GSHP 70 160 0 150 2,5 Yes 346 251
90 GSHP 73 170 0 250 1,0 Yes 366 288
75 (A-class) GSHP 70 170 150 350 1,0 Yes 428 383
1 = power output of the heat pump system, [kW]
2 = area of PV-panels, [m2
]
3 = thickness of additional thermal insulation of external walls, [mm]
4 = thickness of additional thermal insulation of roof, [mm]
5 = window replacement, U-value, [W/m2
K]
6 = renovation of ventilation system
LCC = 25-year life-cycle costs, [€/m2
]
IC = investment costs, [€/m2
].

15. Suositeltavat energiatehokkuustoimenpiteet
kaukolämpöjärjestelmälle
15
Energy
performance
target level, E-
value
[kWh/m2,a]
Main
heating
system
1 2 3 4 5 6 LCC
[€/m2]
IC
[€/m2]
140 (minimum
requirement)
DH 170 0 300 2,5 34 No 358 111
130 (C-class) DH 170 0 300 1,0 66 No 373 151
120 DH 170 0 300 2,5 34 Yes 394 220
110 DH 170 0 300 2,5 40 Yes 394 221
100 (B-class) DH 160 0 350 1,0 60 Yes 407 259
90 DH 170 100 250 2,5 56 Yes 429 301
75 (A-class) DH 170 200 450 1,0 90 Yes 470 380
1 = area of PV-panels, [m2
]
2 = thickness of additional thermal insulation of external walls, [mm]
3 = thickness of additional thermal insulation of roof, [mm]
4 = window replacement, U-value, [W/m2
K]
5 = area of solar collectors, [m2
]
6 = renovation of ventilation system
LCC = 25-year life-cycle costs, [€/m2
]
IC = investment costs, [€/m2
].

16. Suositeltavat energiatehokkuustoimenpiteet
PILP-järjestelmälle
Energy
performance
target level, E-
value
[kWh/m2,a]
Main
heating
system
1 2 3 4 5 6 LCC
[€/m2]
IC
[€/m2]
140 (minimum
requirement)
EAHP 39 170 0 250 2,5 -2,1 354 158
130 (C-class) EAHP 39 170 0 250 2,5 -2,1 354 158
120 EAHP 39 170 0 250 2,5 -2,1 354 158
110 EAHP 39 170 0 500 1,0 -4,0 368 195
100 (B-class) EAHP 39 170 150 500 2,5 -2,3 398 255
90 EAHP 39 170 150 400 0,8 -2,1 416 298
75 (A-class) EAHP - - - - - - - -
1 = power output of the heat pump system, [kW]
2 = area of PV-panels, [m2
]
3 = thickness of additional thermal insulation of external walls, [mm]
4 = thickness of additional thermal insulation of roof, [mm]
5 = window replacement, U-value, [W/m2
K]
6 = temperature of exhaust air, [°C]
LCC = present value of life-cycle costs, 25 years, [€/m2
]
IC = investment costs, [€/m2
].

17. Suositeltavat energiatehokkuustoimenpiteet
ilma-vesilämpöpumppujärjestelmälle
Energy
performance
target level, E-
value
[kWh/m2,a]
Main
heating
system
1 2 3 4 5 6 LCC
[€/m2]
IC
[€/m2]
140 (minimum
requirement)
A2WHP 70 170 0 100 2,5 No 340 149
130 (C-class) A2WHP 70 170 0 100 2,5 No 340 149
120 A2WHP 70 170 0 100 2,5 No 340 149
110 A2WHP 63 167 100 450 2,5 No 386 233
100 (B-class) A2WHP 53 170 0 500 2,5 Yes 394 258
90 A2WHP 45 170 50 450 2,5 Yes 432 327
75 (A-class) A2WHP - - - - - - - -
1 = power output of the heat pump system, [kW]
2 = area of PV-panels, [m2
]
3 = thickness of additional thermal insulation of external walls, [mm]
4 = thickness of additional thermal insulation of roof, [mm]
5 = window replacement, U-value, [W/m2
K]
6 = renovation of ventilation system
LCC = present value of life-cycle costs, 25 years, [€/m2
]
IC = investment costs, [€/m2
].

18. Järjestelmien optimaalisten ratkaisujen
vertailu, elinkaarikustannukset

19. Järjestelmien optimaalisten ratkaisujen
vertailu, investointikustannukset

20. Päähuomioita tuloksista
• Kun minimoidaan rakennuksen elinkaarikustannuksia, ei
kannata investoida rakenteiden lisäeristämiseen
• Ikkunoiden parantaminen tasoon U=1,0 W/m2K ja
yläpohjaeristyksen lisääminen ainoita harkinnan
arvoisia toimenpiteitä, yläpohjaeristys erityisen
kannattava
20

21. Päähuomioita tuloksista
• Myöskään ilmanvaihtoremontti ei ole kannattava
investointi ”rahallisessa” mielessä. Toki vaikutukset
sisäilman laatuun ja viihtyvyyteen tuovat lisäarvoa
• Investoinnit kannattaa keskittää lämpöpumppuihin ja
uusiutuvan energian tuotantoon (PV-paneelit)
• Kun optimoidaan rakennuksen E-lukua
• PV-paneeleiden hintakehitys tehnyt
aurinkosähköjärjestelmistä harkinnan arvoisia
energiatehokkuustoimenpiteitä
21

22. MOBO-optimoinnin
käyttökohteet
• Uudisrakennukset  miten
tehdä kustannusoptimaalinen
lähes nollaenergiarakennus
• Korjauskohteet 
korjauskonseptien määritys:
70-luvun kerrostalo, 80-luvun
kerrostalot jne.
• Uudis- ja korjausrakentamisen
konseptikehitys  miten
kannattaa rakentaa ja korjata
• Erinomainen työkalu elinkaarihankkeiden
tavoitteiden asettamiseen

23. MOBO-optimointi ja
kustannusvaikutukset
• Sijoitetun pääoman tuoton
maksimointi
• Investointikustannusten
minimointi
• Miten esim. 100 000 €
investoinnilla saa varmasti
parhaan mahdollisen
kokonaisuuden aikaiseksi?
• Herkkyystarkastelut, mm. valitun korkotason
vaikutus, lähtötietojen tarkkuuden vaikutus jne.

24. Kiitos!
Yhteystiedot:
Tuomo Niemelä
Johtava energia-asiantuntija
tuomo.niemela@granlund.fi
+358 40 6621274