Passiivitalo

Passiivitalon periaateleikkaus. Sinisellä merkitty ilmanvaihdon tuloilma esilämmitetään maaputkistossa kiertävän nesteen avulla (kysymyksessä ei ole maalämpöpumppu)

Passiivitalo Darmstadtissa Saksassa

Lämpökamerakuva, jossa etualalla oikealla näkyy passiivitalo, taustalla normaalirakenteinen rakennus. Värit kuvaavat säteilevää lämpöä: punainen säteilee paljon, sininen vähän.

Passiivitalo on rakennus, jonka lämmitysenergian kulutus on tavanomaista pienempi. Kaikki tai lähes kaikki tarvittava lämpöenergia saadaan aikaan aurinkoenergiaa sekä rakennuksen käytön aiheuttamaa lämpöä hyödyntämällä. Passiivitalossa ei ole varsinaista lämmitysjärjestelmää. Rakennuksen vaipan on oltava hyvin eristetty ja tiivis.

Passiivitalon periaatteet

Euroopassa passiivitalon määritelmä on jokseenkin vakiintunut. Esimerkiksi Suomessa, Ruotsissa ja Norjassa passiivitalo saa kuluttaa maksimissaan 20-30 kWh/m² lämmitysenergiaa vuodessa, eli noin neljänneksen vuoden 2008 suomalaiset määräykset täyttävän omakotitalon kulutuksesta. Lisäksi ilmanvuotoluku q₅₀ saa olla korkeintaan 0,6 m³/(h*m²), mikä tarkoittaa, että rakennuksesta saa vuotaa ilmaa 0,6 kuutiota tunnissa rakennuksen ulkovaipan neliötä kohti, kun rakennuksessa on 50 Pa alipaine. Rakennusosista ovien lämmönläpäisykerroin saa olla korkeintaan 0,40 W/(m²K) ja ikkunoiden 0,80 W/(m²K). Passiivitalon tulo-poisto-tyyppisessä ilmanvaihtojärjestelmässä tulisi olla 70 prosentin vuosihyötysuhde.

Passiivitalon lämmitys perustuu muun muassa maksimaaliseen aurinkoenergian hyödyntämiseen, ikkunoita ja esimerkiksi aurinkokeräimiä ja varaavia rakenteita käyttäen . Lämpöenergian tuotoksi lasketaan myös rakennuksen käytön aiheuttama lämpö: valaistuksen, laitteistojen ja koneiden hukkalämpö, sekä ihmisten aiheuttama lämpö. Hukkalämmön hyödyntäminen on talokonseptin nimen mukaista passiivista lämmitystä- siis ilman aktiivista lisälämmöntuotantoa. Passiivitalossa voi olla pienitehoinen varalämmitysjärjestelmä huipputarvetta varten, tyypillisesti kevyellä tekniikalla ilmanvaihdon yhteyteen toteutettu ilmalämmitys. Passiivitalon tiiviit rakenteet mahdollistavat tarkasti säädellyn ilmanvaihdon, jonka avulla on helppo toteuttaa myös lämmönjako. Itse asiassa yksi keskeisimmistä passiivitalon suunnittelun periaatteista juontaa juurensa ilmanvaihtotekniikkaan: vain pieni lämmitysteho voidaan saavuttaa lämmitettyä ilmaa huonetiloihin jakelemalla, joten talon lämmöneristävyydelle asetetaan tämänkin takia erityisen tiukat vaatimukset. Passivhaus Projektierungs Paket 2007 eli lyhyemmin PHPP2007- suunnitteluoppaan mukaan ilman avulla voidaan odottaa saavutettavan korkeintaan 10 W/m²- lämmitysteho.

Keskeinen osa passiivitalon periaatteita on pyrkimys mahdollisimman suureen uusiutuvan energian osuuteen rakennuksen kokonaisenergiankulutuksesta. Suomalaiseenkin energiatodistuksen laskentamalliin ennakoidaan tulevan keskeiseksi osaksi ns. primäärienergiatarkastelun, joka tarkoittaa juuri samaa. Energiankulutuksen lisäksi ryhdytään siis tarkastelemaan sitä, millaista energiaa kulutetaan: auringolla, tuulella, kivihiilellä, vesivoimalla vai esimerkiksi ydinvoimalla tuotettua energiaa. Ympäristön kannalta epäedullisiksi tulkituilla fossiilisilla polttoaineilla tuotettua energiaa rangaistaan asettamalle sille korjauskerroin, jossa rakennuksen kokonaiskulutusta korotetaan jollakin kertoimella.

Passiivitalon rakennuskustannuksissa saavutetaan kustannussäästöjä pois jäävän päälämmitysjärjestelmän osalta. Toisaalta vaipan parantuneet ja lisääntyneet rakenteet aiheuttavat lisäkustannuksia. Myös perustamissyvyydessä tai perustusten routasuojauksessa on huomioitava ettei rakennuksesta tule maata sulana pitävää lämpöenergiaa.

Passiivitalon määritelmä

Passiivitalo voidaan määritellä esimerkiksi energiankulutuksen mukaan. Erään määritelmän mukaan passiiviseksi taloksi voidaan sanoa rakennusta, jonka lämmitysenergian tarve on alle 15 % saman kokoisten rakennusten keskiarvoisesta tarpeesta.

Yleiseurooppalaisessa PEP-projektissa taas määritettiin maksimiarvot passiivitalon vuosittaiselle energiankulutuksella. Raja-arvot poikkeavat rakennuspaikan mukaan.

Etelä-Eurooppa, Välimeren lämmin ilmasto:

• Lämmitysenergian tarve alle 15 kWh/m²
• Jäähdytysenergian tarve alle 15 kWh/m²
• Primäärienergian tarve alle 120 kWh/m²

Keski-, Länsi- ja Itä-Eurooppa:

• Lämmitys- ja yhteistarve alle 15 kWh/m²
• Primäärienergian tarve alle 120 kWh/m²

Pohjoismaat 60 leveysasteen pohjoispuolella:

• Lämmitys ja jäähdytysenergian tarve korkeintaan 20-30 kWh/m² rakennuksen sijainnista riippuen.
• Primäärienergian tarve korkeintaan 120-140 kWh/m² rakennuksen sijainnista riippuen.

Suomessa käytettävät raja-arvot

Projektin esittämät vaatimukset johtaisivat Suomessa epätarkoituksenmukaisiin rakenteisiin. VTT on esittänyt Suomeen kaksi määritelmää:

Lämmitysenergian vuosittainen maksimitarve Suomessa:

• Eteläinen rannikkoseutu ja Varsinais-Suomi: 20 kWh/m²
• Keski-Suomi: 25 kWh/m²
• Pohjois-Suomi (Oulun ja Lapin läänit): 30 kWh/m²

TAI toisen määritelmän mukaan:

• Lämmitysenergian tarve korkeintaan 25-35 kWh/m² Helsinki- Sodankylä -akselilla
• Kokonaisenergian tarve korkeintaan 75-85 kWh/m²

Kaikissa yllä mainituissa vaihtoehdoissa rakennuksen ilmavuotoluku q₅₀ tulee olla pienempi kuin 0,6 (m³/(h*m²). Suomessa Valtion teknillinen tutkimuskeskus on laskenut, että 150 neliön talo selviäisi vuoden noin 4000 kilowattitunnin ostoenergialla.

Rakenteet

Suomessa määritelmien mukaiset passiivitalot voidaan toteuttaa lähes tavanomaisin rakenneratkaisuin. Passiivitalon rakenteiden perusvaatimuksia ovat vuoden 2007 vaatimuksilla:

Ulkovaipan hyvä lämmöneristyskyky (alla maksimilämmönläpäisyarvot)

• Ulkoseinät U <0,15 W/(m²K)
• Yläpohja U <0,15 W/(m²K)
• Alapohja: maanvarainen 0,10< U <0,15 W/(m²K)

huomioidaan maan jäähtyessään vapautuvan lämmön aiheuttama lämpövirta

• Alapohja: tuuletettu U <0,10 W/(m²K)
• Rakenneosat:

Ikkunat U <0,80 W/(m²K)

Ulko-ovet U <0,40 W/(m²K)

• Lisäksi:
  • kylmäsiltojen lineaarinen konduktanssi alle 0,01 W/mK
  • Ilmanpitävyys: ilmanvuotoluku q₅₀ alle 0,6 (m³/(h*m²)

Lämmön talteenotto, sisäilmasto

• Ilmanvaihdon lämmön talteenoton vuosihyötysuhde yli 70 %
• Tuloilma esilämmitetään passiivisesti maan lämmöllä lämpökaivossa tai maaputkistossa. Saksalaiset kokemukset maaperään upotettavasta ilman esilämmitysputkista ovat ohjanneet rakentamista nestekiertoisen maaputkiston suuntaan.
• Lämpimän jäteveden lämmön talteenotto
• Ilmanvaihdolle tilakohtainen mitoitus, keskimäärin 0,5 kertaa tunnissa

Lämpötehokkuus

• Lämminvesiputket eristettyjä
• Lämmöntarve pieni, alle 20 W/m² mitoituslämpötilaerolla
• Huipputarpeen lämmitysjärjestelmä on kevennetty, esimerkiksi ilmanvaihtolämmitys.

Ilmaisenergian hyödyntäminen

• Erikoislasitukset ikkunoissa
• Talon massoittelu ja suuntaus: avataan aurinkoon, suljetaan pohjoiseen, ei kylmään vuodenaikaan aurinkoa varjostavaa kasvillisuutta tai rakenteita.

Kulutuksen minimoiminen

• Rakennuksen muodon massoittelu: vaipan alan ja tilavuuden suhde pieni. Huolellinen rakenteiden kylmäsiltojen välttäminen vähentää kompaktin muodon tarvetta.
• Kulutusta pyritään vähentämään myös opastamalla erilaisten kotitalouslaitteiden valinnassa. PHPP2007-oppaassa huomioidaan mm. se, käyttääkö pyykinpesukone sellaista vettä, joka on lämmitetty aurinkokeräimillä sen sijaan, että vesi lämmitetään pesukoneen omilla sähkövastuksilla ja silloin useimmiten uusiutumattomalla energialla.

Lämmöntuotanto passiivitalossa

• Keskieurooppalaisissa kohteissa käytetään usein puun tai pelletin polttamiseen perustuvia vesikiertoisia tulisijoja talvisaikaisen lisälämmön tuottamiseen. Talvellahan pitää olla käytettävissä mahdollisuus tuottaa tai ostaa lisälämpöä passiivisen lämmön hyödyntämisen lisäksi. Primäärienergiatarkastelun myötä biopolttoaineita käyttävät laitteet ovat suosittuja, sillä niiden hiilijalanjälki on pieni.
• Saksankielisillä passiivitalojen synnyinseuduilla tukeudutaan usein jonkinlaiseen vesikiertoiseen tulisijaan, joka polttaa puuta taikka pellettiä. Tulisija tukee tarvittaessa aktiivisesti lämmöntuotannossa. Kahdessa suomalaisessa passiivitaloprojektissa on pian odotettavissa käyttökokemuksia 15-20 kW teholuokassa olevasta saksalaisvalmisteisesta, vesikiertoisesta takkasydämestä eli vesitakasta [1] (Arkistoitu – Internet Archive).

Kokemuksia passiivitalorakennuksista

• Intelligent Energy Europe -projekti:
  • PEP Promotion of European Passive Houses -projektissa tavoitteena on edistää passiivitalojen rakentamista Keski- ja Pohjois-Euroopassa
  • Passive-On -projektissa tavoitteena on edistää passiivitalojen rakentamista Etelä-Euroopassa, lähinnä Välimeren maissa
• CEPHEUS Cost Efficient Passive Houses as European Standards on EY:n rahoittama 14 rakennuksen ja 221 asunnon koerakennusprojekti
• Saksassa on rakennettu noin 4 000 ja Itävallassa noin 1 000 asuinrakennusta passiivitalon tyyppisten periaatteiden mukaan.
• Sata saksalaista passiivitaloa käsittänyt tutkimus toteaa, että huolimatta lämmityslaitteiden puuttumisesta, oli passiivitalojen sisälämpötila talviaikaan keskimäärin 21,4 astetta.
• Freiburgiin rakennetussa 20 passiivitalon kohteessa energiansäästön mitattiin olevan 79 % verrattuna taloihin jossa energiansäästötoimenpiteitä ei tehty. Rakennuskustannukset näissä passiivitaloissa olivat 7 % kalliimmat.
• Suomessa Espooseen toteutettu MERA-kerrostalojärjestelmän koekohteessa päästiin 70 % pienempään kaukolämmön kulutukseen verrattuna tavanomaiseen kerrostalokohteeseen. Rakennuskustannukset nousivat alle 2 % tavanomaisista.
• Isoverilla on suomessa kolme valmista passiivitaloa, joissa kahdessa mitataan mm. lämmitykseen ja käyttöveteen kuluva energia ja uusia kohteita on työn alla. Yksi on Hyvinkään 2013 asuntomessuille tuleva nollaenergiatalo (syksyn 2012 tilanne)
• Parocin passiivitaloja testataan parhaillaan seitsemässä pilottihankkeessa, joista viisi on Suomessa.

Katso myös

• Matalaenergiatalo
• Nollaenergiatalo
• Plusenergiatalo
• Lämmönläpäisykerroin
• Ekorakentaminen

Lähteet

• Hellsten Johanna: Määritelmäviidakko. Matalaenergia-, passiivi-, nolla- ja plusenergiatalo. Rakennuslehti, 2.10.2008, 2008. vsk, nro 30, s. 17. Suomen Rakennuslehti Oy. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 4.10.2008.
• Henk F. Kaan, Bart J. de Boer: Passive houses: Achievable concepts for low CO₂ housing. (ISES conference paper 2005,) ISES, 2006. ECN-RX--06-019 Julkaistu myös internetissä
• Jari Shemeikka: Rakennusten energiatehokkuus, BAFF Kevätseminaari 24.5.2007. VTT. Viitattu 26.6.2007.
• Jyri Nieminen(a): Passiivitalo VTT. Arkistoitu 6.10.2007. Viitattu 26.6.2007.
• Jyri Nieminen (b): Mikä on passiivitalo VTT. Arkistoitu 26.10.2007. Viitattu 26.6.2007.
• Peter Cox, Winter: Passivhaus. Building for a Future Magazine, 2005, nro 6, s. 19. (englanniksi)
• Jürgen Schnieders: CEPHEUS – measurement results from more than 100 dwelling units in passive houses. (ECEEE 2003 summer study) Passive House Institute, 2003. (englanniksi) Julkaistu myös internetissä (Arkistoitu – Internet Archive)
• Passivhaus Institut: Heizung mit Biobrennstoffen für Passivhäuser. (Protokollband Nr. 36 Arbeitskreis kostengünstige Passivhäuser Phase IV) Passive House Institute, 2007. (saksaksi)
• Passivhaus Institut: Passivhaus Projektierungs Paket 2007. (Anforderungen an qualitätsgeprüfte Passivhäuser) Passive House Institute, 2007. (saksaksi)

Aiheesta muualla

• Passiivitalo 2006. VTT. Arkistoitu 24.10.2007. Viitattu 26.6.2007. Sivuston linkkilista (Arkistoitu – Internet Archive)
• CEPHEUS Cost Efficient Passive Houses as European Standards Passivhaus Institut. Viitattu 26.6.2007. (saksaksi), (englanniksi)
• Passivhaus Institut Dr. Wolfgang Feist, Darmstadt: saksalainen passiivitalokonseptin palveluyritys, muun muassa raportteja ja suunnitteluoppaita:
  • "Heizung mit Biobrennstoffen für Passivhäuser" on tilattavissa oleva opas, jossa analysoidaan perusteellisesti erilaisia tulisijoja, niiden lämmönluovutusta, päästöjä ja tekniikkaa osana passiivitalon rakenteita ja tekniikkaa. Oppaassa tarkastellaan erilaisia tulisijoille asetettavia erityisvaatimuksia, jotka ovat passiivitalokonseptista juontuvia, kuten palamiseen tarvittavan korvausilman syöttäminen tulisijaan, matala lämmönluovutus huonetilaan ja puhtaat päästöt. Oppaassa esitellään mm. uudenlainen karuselliarinarakenne pellettitakkoihin.

Rakentaminen ja kestävä kehitys

Yhdyskuntasuunnittelu	ympäristövaikutusten arviointi ekokylä yhteisökylä
Suunnitteluperiaatteet	ekorakentaminen aurinkoarkkitehtuuri matalaenergiatalo passiivitalo nollaenergiatalo plusenergiatalo
Lämmitys	aurinkolämmitys kaukolämpö lämpöpumppu maalämpö puupelletti takka
Talotekniikka	ilmanvaihtokone aurinkokenno energiansäästölamppu
Rakennustekniikka	rakennuksen vaippa lämmöneriste ilmansulku ikkuna
Perinnerakentaminen	hirsirakentaminen olkipaalirakentaminen savirakentaminen turpasmökki terva keittomaali
Organisaatiot	ympäristöhallinto Ympäristöministeriö Ympäristökeskus Motiva