rakennuksen sähköenergiankulutuksen tavoitearvot...vtt tiedotteita – meddelanden – research...

VTT TIEDOTTEITA – MEDDELANDEN – RESEARCH NOTES 1756

Rakennuksensähköenergiankulutuksen

tavoitearvotJari Shemeikka, Risto Kosonen, Patrick Hoving & Päivi Laitila

VTT Rakennustekniikka

Hannu PihalaVTT Energia

Tuomas LaineIns.tsto Olof Granlund Oy

Rakennuksentarvitsematpalvelut

Laitteiden kulutus-luokittelu

Tavoite-kulutus

Summamittaus

Seurantaja

vertailu

a

a

VALTION TEKNILLINEN TUTKIMUSKESKUSESPOO 1996

2

ISBN 951-38-4911-2ISSN 1235-0605Copyright © Valtion teknillinen tutkimuskeskus (VTT) 1996

JULKAISIJA – UTGIVARE – PUBLISHER

Valtion teknillinen tutkimuskeskus (VTT), Vuorimiehentie 5, PL 2000, 02044 VTTpuh. vaihde (90) 4561, telekopio 456 4374

Statens tekniska forskningscentral (VTT), Bergsmansvägen 5, PB 2000, 02044 VTTtel. växel (90) 4561, telefax 456 4374

Technical Research Centre of Finland (VTT), Vuorimiehentie 5, P.O.Box 2000, FIN–02044 VTT,Finlandphone internat. + 358 0 4561, telefax + 358 0 456 4374

Tekninen toimitus Kerttu Tirronen

VTT OFFSETPAINO, ESPOO 1996

3

Shemeikka, Jari; Kosonen, Risto; Hoving, Patrick;Laitila, Päivi; Pihala, Hannu & Laine, Tuomas.Rakennuksen sähköenergiankulutuksen tavoitearvot [Targeting values for building electric energyconsumption]. Espoo 1996, Valtion teknillinen tutkimuskeskus, VTT Tiedotteita - Meddelanden -Research Notes 1756. 123 s. + liitt. 9 sUDK 697:621.3.08:69.003.1Avainsanat energy saving, targeting values, electric appliances, electric energy, HVAC, heating,

buildings, electricity consumption, non intrusive appliance load monitoring,undirect effects of electric energy, cooling

TIIVISTELMÄ

Sähköenergian kulutusarvioita laadittaessa ja kulutuksia seurattaessa käytetäänyleisesti tunnuslukua, jossa kulutus jaetaan rakennustilavuudella. Tämä tunnuslukukuvaa huonosti rakennuksen sähköenergiatehokkuutta, koska kulutukseenvaikuttavat oleellisesti varustetaso ja toiminta. Tässä tutkimuksessa määriteltiinrakennuksen eri laiteryhmille kulutusluokittelut, joissa laiteryhmien kulutuksetnormitettiin niiden tuottamaa palveluyksikköä kohti. Luokittelut jaettiinseitsemään eri tasoon A:sta G:hen. Taso A edustaa energiaa säästävää tekniikkaaja taso G energiaa tuhlaavaa. Kun tunnetaan rakennuksen varustetaso ja sentarvitsemat palvelut sekä laiteryhmien luokittelut, voidaan sähkönkokonaiskulutuksen tavoitearvo laskea.

Tutkimuksessa kehitettiin sähkölaitteiden kulutusseurantaan summamittausmene-telmää, jolla erillisten laiteryhmien kulutuksia voidaan seurata rakennuksen sähkö-pääkeskuksesta ilman erillistä laitekohtaista mittarointia. Seurannalla voidaan to-dentaa rakennuksen ja laiteryhmien todellinen energiatehokkuus.

Sähkökuormien välillisiä vaikutuksia rakennusten lämmitykseen tarkasteltiin las-kennallisilla ja tilastollisilla analyyseillä. Tehontarvetarkasteluissa havaittiin, ettäsähkökuormilla ei ole merkittävästi vaikutusta lämmitystehoon kuormien jahuipputehon eriaikaisuuden vuoksi. Energialaskelmissa havaittiin, että korkeakuormitustaso pienenentää sähkökuormien hyödyntämisastetta. Nykypäivän ra-kennuksissa laskennallinen sähkökuormien hyödynnettävyys lämmityksessä onasuinrakennuksissa noin 0,45 - 0,50 kWhlämpö/kWhsähkö sekä toimistorakennuksissanoin 0,25 - 0,45 kWhlämpö/kWhsähkö.

Tilastollisissa analyyseissä havaittiin, että toimistorakennuksissa sähkökuormienhyväksikäyttöaste lämmityksessä oli 0,22-0,76 kWhlämpö/kWhsähkö. Asuinraken-nusksissa sähkön- ja lämmönkulutuksen välinen riippuvuus ei ollut tilastollisestilöydettävissä.

Tutkimuksessa tarkasteltiin sähkölaitekuormien välillisiä vaikutuksia ilmastoinninjäähdytyslaitteiden mitoitukseen ja sitä kautta sekä ilmastoinnin tehontarpeeseenettä energiankulutukseen. Toimistolaitekuormien välillinen vaikutus ilmastoinninkokonaistehontarpeeseen on 0,40-0,50 Wjäähd /Wsähkö toimistolaitteiden sähkötehonmuutoksesta. Ilmastoinnin jäähdytyksen sähköenergiankulutus kasvaa välillisestiyli 0,20 kWhjäähd/kWhsähkö toimistolaitekuorman lisäyksestä.

4

Shemeikka, Jari; Kosonen, Risto; Hoving, Patrick;Laitila, Päivi; Pihala, Hannu & Laine, Tuomas.Rakennuksen sähköenergiankulutuksen tavoitearvot [Targeting values for building electric energyconsumption]. Espoo 1996, Technical Research Centre of Finland, VTT Tiedotteita - Meddelanden -Research Notes 1756. 123 p. + app. 9 p.UDK 697:621.3.08:69.003.1Avainsanat energy saving, targeting values, electric appliances, electric energy, HVAC, heating,

buildings, electricity consumption, non intrusive appliance load monitoring,undirect effects of electric energy, cooling

ABSTRACT

There is generally used a statistic parameter in the buildings for electric energyconsumptions, where the consumption value is divided by the volume of the buil-ding. This parameter describes poorly the electric efficiency of the building,because the electric energy consumption is influenced essentially by the amount ofelectric appliances and the activity level in the building. This report presents ratingvalues for the different electric appliances in the building. The rating values werenormalized to service unit of the electric appliance. The rating values were dividedto seven different levels from A to G, where A means the energy efficient and Gmeans the energy wasting consumption. After determining the amount of servicesneeded in the building, the total electric energy consumption of the building can becalculated.

A non intrusive appliance load monitoring system were developed for the electricenergy consumption monitoring. This system can measure consumption values ofthe electric appliances from the main distribution board of the building without in-dividual metering. The actual electric energy efficiency of the building and appli-ances can be verified by the monitoring.

The undirect effects of the electric energy to the building heating were studiedboth computational and statistically analyses. The electric loads didn’t have verygood significance for reducing the design heating power of the building, becausethe heating peak power and the gains are not normally simultaneous in the officebuildings. In the heating energy level, the loads have some significance. Thecalculated electric energy utilize coefficient in heating was 0,45 - 0,50kWhelectric/kWhheating for the residential buildings and 0,25 - 0,45kWhelectric/kWhheating for the office buildings.

The statistical analyses, which were made during the research, found out that, theelectric energy utilize coefficient in heating was in average 48% for the officebuildings. Statistical significance between the electric loads and heating energyconsumption for residential buildings were not found.

The undirect effects of the electric energy to the design of the building coolingsystem and to the power demand and the energy consumption of the airconditioning system were studied. The undirect effect of increasing the electricpower of the office appliances increases the total power demand of the airconditioning system 40-50% of the appliance power change. The cooling electricenergy use increases over 20% of the appliance electric energy increase.

5

ALKUSANAT

Tämä on kaksivuotisen (1994-95) RAKET- projektin " Rakennustensähköenergian kulutuksen tavoitearvot " loppuraportti.

Tutkimuksen kokonaistavoitteena oli kehittää menetelmä sähkölaiteryhmittäistentavoitekulutusarvojen määrittämiseen ja sähkökuormien tunnistamiseensummamittauksella. Lisäksi tutkittiin sähkökulutuksen aiheuttamia välillisiävaikutuksia lämmitykseen ja jäähdytykseen. Menetelmän avulla rakennuksensähkön käytön optimaalinen ominaiskulutusarvo voidaan määrittää ja myös mitata.Tutkimuksessa koottiin olemassa olevaa tutkimustietoa eri sähkölaiteryhmien ku-lutuksesta ja energiansäästömahdollisuuksista sekä suoritettiin tarpeen mukaisestisähkölaiteryhmien mittauksia. Eri laiteryhmien energiansäästömahdollisuuksiaselvitettiin nykytekniikan ja tiedossa olevan uuden teknologian pohjalta sekäesitettiin kulutuksille tavoitearvoja.

Projektiryhmään kuuluivat tutkijat Päivi Laitila (vuoden 1994 loppuun), Jari She-meikka (vuoden 1995 alusta) ja Patrick Hoving (vuoden 1995 alusta) VTT Raken-nustekniikasta. VTT Rakennustekniikan osuuteen kuului määritellä IV-puhaltimien, pumppujen ja kylmälaitteiden luokittelut sekä tarkastellasähkökuormien välillisiä vaikutuksia rakennusten lämmitykseen. Hannu PihalaVTT Energiasta kehitti summamittausmenetelmää. Toimistolaitteiden jasairaalalaitteiden tarkastelut sekä sähkökuormien välillisten vaikutusten analyysitrakennusten jäähdytykseen teki Tuomas Laine Ins.tsto Olof Granlund Oy:sta.Tilastolliset analyysit sähkönkäytön vaikutuksista rakennusten lämmitykseen tekidipl.ins. Reijo Kara Tmi Reijo Kara :sta.

Projektipäällikkönä toimi erikoistutkija Risto Kosonen VTT Rakennustekniikasta

Tutkimuksen tukiryhmään kuuluivat

Seppo Torvinen, ICL Data OyIsmo Manninen, Halton OyPekka Andersson, Hackman Meka OyIlpo Simola, Imatran Voima OyHeikki Härkönen, MotivaHannu Hertti, Huurre Group OyRainer Keto, Hackman Metos OyBerndt Schalin, Helvar OyIlkka Kinosmaa, Eltekno OyAntti Juva, Suomen Sähkölaitosyhdistys ry.Ilkka Myllymäki, Kolmeks OyJukka Vierros, Helsingin kaupungin rakennusvirastoKari Kaleva, Ins.tsto Olof Granlund Oy.

Projektiryhmä haluaa kiittää kaikkia tukiryhmän jäseniä arvokkaista kommenteistaja neuvoista tutkimuksen aikana.

SISÄLLYSLUETTELO

TIIVISTELMÄ .........................................................................................................3

ABSTRACT.............................................................................................................4

ALKUSANAT ..........................................................................................................5

SISÄLLYSLUETTELO............................................................................................6

1 SÄHKÖENERGIAN KULUTUS RAKENNUKSISSA.........................................9

2 ERI LAITERYHMIEN SÄHKÖNKULUTUS....................................................142.1 JOHDANTO ...............................................................................................142.2 PUHALTIMIEN SÄHKÖNKÄYTTÖ........................................................17

2.2.1 Puhaltimien ominaiskulutuksen tunnusluvut..................................172.2.2 Puhaltimen suunnitteluratkaisun vaikutus energiankulutukseen....182.2.3 Puhaltimen ominaisuudet ...............................................................202.2.4 Säästömahdollisuudet.....................................................................23

2.3 PUMPUT ....................................................................................................242.3.1 Pumpun ominaiskulutuksen tunnusluvut........................................242.3.2 Suunnitteluratkaisun vaikutus pumppujen energiankulutukseen ...252.3.3 Pumpun ominaisuuksien vaikutus ..................................................252.3.4 Säästömahdollisuudet.....................................................................29

2.4 KYLMÄLAITTEET...................................................................................302.4.1 Kylmälaitteiden ominaiskulutuksen tunnusluvut ...........................312.4.2 Suunnitteluratkaisun vaikutus ........................................................332.4.3 Laiteominaisuuksien vaikutus ........................................................372.4.4 Säästömahdollisuudet.....................................................................40

2.5 VALAISTUS...............................................................................................422.5.1 Valaistuksen ominaissähkönkulutus...............................................432.5.2 Suunnitteluratkaisun vaikutus ........................................................432.5.3 Laiteominaisuuksien vaikutus ........................................................472.5.4 Säästömahdollisuudet.....................................................................48

2.6 TOIMISTOLAITTEET...............................................................................492.6.1 Näytöt.............................................................................................502.6.2 Mikrotietokoneet............................................................................532.6.3 Kirjoittimet .....................................................................................562.6.4 Muut toimistolaitteet ......................................................................58

2.7 KEITTIÖLAITTEET..................................................................................602.7.1 Keittiöiden ominaissähkönkulutus .................................................642.7.2 Keittiötyypin vaikutus....................................................................642.7.3 Tunnelipesukoneen sähkönkulutus ................................................652.7.4 Säästömahdollisuudet.....................................................................66

2.8 MUUT KIINTEISTÖJEN KONEET JA LAITTEET..................................672.8.1 Sairaalalaitteet................................................................................67

7

2.8.2 Sulanapitolämmitykset ...................................................................692.8.3 Saattolämmitykset ..........................................................................70

3 MENETELMÄ SÄHKÖLAITTEIDEN KULUTUSSEURANTAAN.................713.1 YLEISTÄ....................................................................................................713.2 MITTAUSJÄRJESTELY............................................................................72

3.2.1 Mittausmenetelmän periaatteet......................................................723.2.2 Mittausjärjestelmä..........................................................................733.2.3 Analysointi-algoritmien pääperiaate ..............................................74

3.3 DEMONSTRAATIOKOHTEIDEN TULOKSET.......................................763.3.1 Omakotitalo....................................................................................763.3.2 Koemittaukset liikerakennuksessa ja päiväkodissa........................79

3.4. YHTEENVETO.........................................................................................80

4 EHDOTUS KULUTUSLUOKITTELUKSI.........................................................824.1 KULUTUSLUOKITTELUN KUVAUS ......................................................824.2 PUHALTIMET...........................................................................................824.3 PUMPUT ....................................................................................................844.4 KYLMÄLAITTEET...................................................................................854.5 VALAISTUS...............................................................................................884.6 TOIMISTOLAITTEET...............................................................................89

4.6.1 Näytöt.............................................................................................894.6.2 Mikrotietokoneet............................................................................894.6.3 Kirjoittimet .....................................................................................90

4.7 KEITTIÖLAITTEET..................................................................................914.8 MUUT KIINTEISTÖJEN KONEET JA LAITTEET.................................914.9 RAKENNUSTASON KULUTUSLUOKITTELU.......................................92

5 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUS RAKENNUKSEN LÄMMITYKSEEN.......945.1 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUS LÄMMITYSTEHON MITOITUKSEEN945.2 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUS LÄMMITYSENERGIAN

KULUTUKSEEN....................................................................................965.2.1 Laskennallinen sähkökuormien hyväksikäyttöaste........................965.2.2 Tilastollinen hyväksikäyttöaste kulutustiedoissa..........................1015.2.3 Sähkökuormien vaikutus eri ikäisissä rakennuksissa ...................102

6 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUS RAKENNUKSEN JÄÄHDYTYKSEEN...1056.1 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUS JÄÄHDYTYSTEHON

MITOITUKSEEN..................................................................................1056.1.1 Toimistolaitteet............................................................................1056.1.2 Keittiölaitteet...............................................................................108

6.2 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUS JÄÄHDYTYSENERGIANKULUTUKSEEN..................................................................................1126.2.1 Toimistolaitteet............................................................................1126.2.2 Keittiölaitteet...............................................................................113

7 YHTEENVETO.................................................................................................117

LIITTEET

8

LIITE 1. SUURKEITTIÖTYYPIT

LIITE 2. CEN-LASKENTAMENETELMÄN SOVELTAMINEN TOIMISTORAKENNUKSIIN

LIITE 3. SUMMAMITTAUSMENETELMÄN LAITTEISTO

LIITE 4. TOIMISTORAKENNUKSEN KULUTUSLUOKITTELUN LASKENTA

LIITE 5. ASUINKERROSTALON KULUTUSLUOKITTELUN LASKENTA

LIITE 6. ASUINPIENTALON KULUTUSLUOKITTELUN LASKENTA

9

1 SÄHKÖENERGIAN KULUTUSRAKENNUKSISSA

Sähköenergian kokonaiskulutus oli v. 1990 Suomessa 62.5 TWh (häviötön kulutus59,3 TWh). Energiassa rakennuksien sähköenergian kulutus on noin 26 - 30 TWh.Kulutuksen jakauma pääkuluttajiin ja kulutuskehitys on esitetty taulukossa 1 /6/.Kulutuksen kasvuvauhti on ollut 1980-luvulla 58 %.

Taulukko 1. Kulutuksen jakauma ja kulutuskehitys.

Kulutus 1990TWh

Kulutus 1990%

Kulutuskasvu1980-90 %

Teollisuus 32,5 55 42Asuminen 8,6 15 48Asuinrakennusten sähkö-lämmitys

5,9 10 156

Palvelut ja julkinen 9,8 17 92Muut 2,5 4 79Yhteensä 59,3 100 58

Rakennusten sähkönkulutuksen osuutta ei ole suoraan saatavissa tilastoista. Esi-merkiksi teollisuuden kulutus jakaantuu prosessien lisäksi valaistukseen, ilmastoin-tiin, lämmitykseen ym. kohteisiin, jotka ovat osa kiinteistökulutusta. Samoin pal-veluiden sähkönkulutus sisältää yhdyskuntahuollon ja tievalaistuksen kulutukset.Arvioitu rakennuksien sähköenergian kulutusosuus on kokonaiskulutuksesta noin44 - 50 %. Seuraavassa taulukossa 2 on arvioitu rakennuksien sähköenergian kulu-tusosuuksia kokonaiskulutuksista /6/.

Taulukko 2. Laskelma rakennuskulutuksen suuruudesta 1990 /6/.

Kulutus 1990TWh

Rakennus-kulutusosuus%

Rakennus-kulutus, ener-gia TWh

Teollisuus 32,5 10 - 25 4 - 8Asuminen 8,6 100 8,6Asuinrakennusten sähkö-lämmitys

5,9 100 5,9

Palvelut ja julkinen 9,8 75 7,4Muut 2,5 25 0,6Yhteensä 59,3 44 - 50 26 - 30

Sähköenergiankäyttö on lisääntynyt yleisesti rakennuksissa. Kotitalouksissa säh-kölaitekanta on kasvanut koko 1980-luvun ajan. Myös sähkön käyttökotitalouksien lämmityksessä on yleistynyt. Palveluiden ja julkisensähkönkulutuksen kasvu johtuu pääasiassa ATK-laittteiden yleistymisestä.

10

Rakennuksen sähköenergian kulutus jakautuu moniin laiteryhmiin. Asumisen koti-taloussähkön merkittävimmät kulutusryhmät keskimäärin Suomessa ovat kylmä-laitteet 30 %, valaistus 25 %, ruoanlaitto 11 %, kiuas 8 % ja viihdelaitteet 7 %/28/. Em. osuuksia ei voi käyttää arvioitaessa yksittäisen taloudenkulutusosuuksia, koska perhekohtaiset vaihtelut ovat yleisiä. Loppuosataloussähköstä jakaantuu pienempien laiteryhmien osalle. Palvelurakennuksissaeniten sähköenergiaa kuluttavat normaalisti valaistus, puhaltimet ja kylmälaitteet(Kuva 1). /6/.

Sähköenergian kulutusjakauma palvelurakennuksissa

Puhaltimet22 %

Kylmäkoneet11 %

Muut22 %

Valaistus45 %

Kuva 1. Sähköenergian kulutusjakauma laiteryhmittäin palvelurakennuksissa.Jakauma ei sisällä lämmityssähköä /6/.

Kuvassa 2 on toinen esimerkki kahden rakennuksen (Helsingin kaupungin virasto-rakennus ja koulu) sähköenergian kulutuksen jakaumista, jotka on laadittu ener-giakatselmuksien yhteydessä. Kuvasta havaitaan, että sähkönkulutus koostuuuseista melko samansuuruisista termeistä. Merkittäviä kulutustermejä ovat valais-tus ja LVI-laitteet.

Ruotsissa kehityssuunta on vastaava kuin Suomessa /5/: rakennusten sähköener-giankulutus on kasvanut voimakkaasti 1980-luvulla julkisissa rakennuksissa, eri-tyisesti toimistotaloissa (Kuva 3). Vastaavasti lämmitysenergiankulutus on pienen-tynyt. Esimerkiksi Ruotsissa rakennusten sähkön kulutus kasvoi 35 % vuosina1981- 1988.

11

Sähkö1 488 kWh

Sähkö2 830 kWh

Keittiö

Sisävalaistus

Ulkovalaistus

IV-kojeet

PumputMuut

112 kWh 8 %

360 kWh 24 %

108 kWh 7 %

764 kWh 51 %

135 kWh 9 %

4 kWh 1 %

Uuden puolen valaistus &hissit & pistorasiat

Keittiö

Uuden puolen erittelemättömätLVI-laitteet

Tuloilmakone TU2

Vanhan puolen puhaltimet

Pumput

574 kWh 20 %

273 kWh 10 %

471 kWh 17 %

497 kWh 17 %

266 kWh 9 %

192 kWh 7 %

Kopiolaitos

ATK

305 kWh 11 %

252 kWh 9 %

a

a

Kuva 2. Kahden esimerkkirakennuksen sähköenergiajakaumat. Helsinginkaupungin virastorakennus ja koulu. Sähkönkulutus koostuu useista melkosamansuuruisista termeistä. Merkittäviä kulutustermejä ovat valaistus ja LVI-laitteet /1/.

12

RUOTSALAISTEN TOIMISTORAKENNUSTEN SÄHKÖN JA LÄMMÖN KULUTUKSET vv. 1981 JA 1988

0

50

100

150

200

250

LÄMPÖ SÄHKÖ

Kul

utus

(kW

h/m

2,a)

Vuosi 1981

Vuosi 1988

Kuva 3. Rakennusten lämpö- ja sähköenergian kulutus vuosina 1981 ja 1988ruotsalaisissa julkisissa rakennuksissa, erityisesti toimistotaloissa /5/.

Tilastoidut kulutukset

Kulutusseurannassa käytetään yleensä mittaria, jossa kulutus normitetaan raken-nustilavuudella. Mittari pystyy vain osittain selittämään kulutusta: sähkön kulutuk-sen tavoitteita asetettaessa määrääviä tekijöitä ovat ennen kaikkea kiinteistönkäyttö, kiinteistössä harjoitettavan palvelun vaatimukset, kiinteistön varustelutasoja käyttäjien tottumukset. Toteutuneet kulutukset on kuitenkin tilastoitunormitettuina rakennustilavuudella, joten kulutushajonta muodostuu osassakiinteistötyyppejä huomattavan suureksi. Tilastollisen tavoitteen asettelunkiistaton etu on tarvittavien lähtötietojen vähyys, sen sijaan tulosten tulkinta onvaikeaa. Parempi tapa olisi pyrkiä asettamaan tavoitteet laiteryhmää (esim.puhaltimet) tai palveluyksikköä (esim. puhaltimen siirtämä ilmavirta) kohti.

Rakennustilavuutta kohti laskettu ominaiskulutus vaihtelee varsin paljonrakennustyyppien ja myös rakennusvuoden mukaan (Kuva 4) /1/.Ominaiskulutuseroihin vaikuttavat em. syyt.

13

Kuva 4. Helsingin kaupungin asuintalojen, virastojen, sairaaloiden, koulujen japäiväkotien tilastoitu ominaiskulutus v. 1992 vaihteluväleineen. Vaaka-akselillakiinteistön rakennusvuosi /1/.

Sähkönkulutus: päiväkodit ja lastentalot

kWh/

m³

5

10

15

20

25

30

-1945 1946-1955

1956-1965

1966-1975

1976-1985

1986-

90%

75%

50%

25%

10%

Sähkönkulutus: koulut

kWh/

m³

4

6

8

10

12

14

16

18

-1945 1946-1955

1956-1965

1966-1975

1976-1985

1986-

90%

75%50%

25%

10%

Sähkönkulutus: asuinkerrostalot

kWh/

m³

4.006.008.00

10.0012.0014.0016.0018.0020.00

-1945 1946-1955

1956-1965

1966-1975

1976-1985

1986-

90%

75%

50%

25%10%

Sähkönkulutus: virastot

kWh/

m³

5

10

15

20

25

30

-1945 1946-1955

1956-1965

1966-1975

1976-1985

1986-

90%

75%50%25%

10%

14

2 ERI LAITERYHMIEN SÄHKÖNKULUTUS

2.1 JOHDANTO

Sähköenergian kulutusarvioita laadittaessa ja kulutuksia seurattaessa käytetäänyleisesti tunnuslukua, jossa kulutus jaetaan rakennustilavuudella. Sähkön raken-nustilavuutta kohti laskettu ominaistilavuus vaihtelee eri rakennuksissa jaluonnollisesti myös eri rakennustyypeissä melko paljon. Sähkön kulutuserotjohtuvat mm. erilaisesta varustetasosta, laitteiden hyötysuhteista ja toiminnasta.Näin ollen ominaiskulutus rakennustilavuutta kohti ei ole paras mahdollinenmittari eri rakennusten sähkönkulutusten vertailuun.

Sähkölaitteen kulutukseen vaikuttavat laitteen teho ja laitteen käyttöaika, jolloinhuipputeho -ja kulutusjakaumat voivat olla varsin erilaiset. Tästä esimerkki esite-tään kuvassa 5 /1/.

Järjestelmien käytössä ja suunnittelussa tulisi pyrkiä siihen, että energiankäyttötuotettua palveluyksikköä kohti olisi mahdollisimman pieni. Tällöin seurattaessakulutusta voi rakennustilavuutta kohti normitettu sähkönkulutus joko kasvaa taipienentyä rakennuksessa tuotettujen palvelujen määrän muutoksien mukaan.

Sähkölaitteet tuottavat erilaisia palveluita, joita ovat esim. ilmanvaihdossailmavirta aikayksikköä kohti (m3/s) ja tulostimella tulostettujen sivujen määräaikayksikössä. Tarvittava sähköenergian määrä riippuu itse laitteenominaisuuksista ja toisaalta suunnitteluratkaisuista ja käyttöympäristöstä sekäkäyttäjän tavoista ja tottumuksista.

Tavoitearvojen asetannassa voidaan kulutustavoitetta tarkastella siten, että erotel-laan kulutus kolmeen osaan: palvelujen määrä, laitteen ympäristö ja laitteen omi-naisuus. Yleensä mitä suurempi on palveluiden tuotettu määrä, sitä parempi onlaitteen hyötysuhde ja siten ominaiskulutus laskee tuotetun palvelumäärän kasva-essa. Ympäristö, johon laite on suunniteltu (sisältäen suunnitteluratkaisun ja myösmitoituksen), vaikuttaa merkittävästi energiankulutukseen. Viime kädessä laitteenenergiatehokkuus vaikuttaa kulutukseen. Taulukossa 3 on havainnollistettu tätäjakoperustetta.

15

Kuva 5. Sähkön tehoja energiajakauma esimerkkirakennuksessa /1/.

Sähkö 944 kW

Keittiö

Hissit

Muut opetuskeittiö..

Sisävalaistus

Puhaltimet

Pesula

275 kW 29 %

300 kW 32 %

160 kW 17 %

100 kW 11 %

35 kW 4 %

Laiteryhmien huipputehojen jakauma

Kylmälaitteet 39 kW 4 %

Sähkö4 410 kWh

Keittiö

Sisävalaistus

Puhaltimet

Kylmälaitteet

830 kWh 19 %

1 880 kWh 43 %

1 120 kWh 25 %

310 kWh 7 %Muut 300 kWh 6 %

Vuorokauden energiajakauma

16

Taulukko 3. Sähkölaitteen energiankulutuksen tavoitteen asetannan lähtökohdat.

SÄHKÖLAITTEIDEN TAVOITEARVOJEN ASETANTATuotettu palvelu Ympäristö

(suunnittelu/käyttö)Laiteominaisuudet

Valaistus: m2 *)Ilmanvaihto: m3/sVesivirta: l/sAtk: sivua/s, flops, “Kylmälaitteet: l, kg/90minKeittiölaitteet: annos/hSairaalalaitteet: näyte/h,potilas/h

suora/epäsuoradPa, järj.dPakannettava/pöytäkylmiö/pakaste/pakkash.jakelu/valmistus/ravintolatilan tyyppi

lm/Whyötysuhdehyötysuhdeflops/W, sivua/W, ”/Wkylmäkerroinannos/Wnäyte/h, potilas/W

*)Yleisesti valaistuksessa valaistusvoimakkuutta mitataan luxeina. Luxit eivätkuitenkaan kuvaa riittävän yksikäsitteisesti hyvän näköympäristönominaisuuksia, joten tässä käytetään palveluyksikkönä m2:ä.

Seuraavaksi valittujen laiteryhmien ja laitteiden energiakulutusta on analysoituem. systematiikkaa soveltaen. Ominaiskulutusta on analysoitu vertaamallakulutusta ja tuotettujen palvelujen määrää. Myös suunnitteluratkaisun merkitystäon analysoitu ja laiteryhmien energiatehokkuutta tarkasteltu. Tavoiteasetantaavarten on esitetty uudentyyppinen luokittelutapa energiankäytön tehokkuudenarviointiin. Menetelmässä esitetään palvelua kohti normitettuja ja luokiteltujatavoitekulutusarvoja eri laiteryhmille.

17

2.2 PUHALTIMIEN SÄHKÖNKÄYTTÖ

Taulukossa 4 on esitetty puhaltimien sähköenergiankulutuksen muodostuminen eritekijöistä.

Taulukko 4. Puhaltimen sähköenergiankulutuksen jakaantuminen eri tekijöihin.

PUHALTIMEN TUOT-TAMAPALVELU

YMPÄRISTÖ-käyttö-suunnittelu

PUHALTIMEN OMINAI-SUUDET

Ilmavirta (m3/s) Käyttö-aikaSuunnittelu-paine-ero-ilmavirta

Puhallin-hyötysuhde-ominaiskäyrä-säätöMoottori-hyötysuhde

2.2.1 Puhaltimien ominaiskulutuksen tunnusluvut

Puhaltimien ominaistehontarve määritettiin puhaltimen ottaman tehon ja sentuottaman ilmavirran suhteeksi. Kuvassa 6 on esitetty muutamien yksittäistenpuhaltimien ominaistehontarpeita /10/, /11/. Asuinrakennusten ominaistehot ovatpienempiä verrattuna toimistorakennuksien tehoihin, koska asuinrakennusten IV-järjestelmät ovat yksinkertaisempia ja painetasot alhaisempia kuintoimistorakennusten. Toimistoissa ominaistehon vaihteluväli on melko laaja.

ASUIN -JA TOIMISTORAKENNUSTEN YKSITTÄISTEN PUHALTIMIEN OMINAISTEHOJA

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Ilmavirta (m 3/s)

Om

inai

steh

o (k

W/m

3 /s)

Asuinrakennukset

Toimistorakennukset

Kuva 6. Asuin -ja toimistorakennusten puhaltimien ominaistehontarpeita /10/,/11/.

18

Määriteltäessä tunnuslukuja puhaltimen tehontarpeelle on olemassa kaksi vaihto-ehtoista tarkastelutapaa, tarkastellaan joko yhtä yksittäistä puhallinta tai kokojärjestelmän tulo- ja poistopuhaltimien vaatimaa tehontarvetta.

Kun tarkastellaan yksittäistä puhallinta, käytetään termiä SFPI (Specific FanPower, Individual Fan). SFPI:llä tarkoitetaan puhaltimen vaatimaa tehontarvettajaettuna puhaltimen läpi menevällä ilmavirralla (W/m3/s). Kokoilmastointijärjestelmän puhaltimien sähkötehokkuutta kuvataan termillä SFP(Specific Fan Power). SFP:llä tarkoitetaan tulo- ja poistoilmapuhaltimien ottamaasähkötehoa jaettuna rakennuksen mitoitusilmavirralla (W/m3/s). Rakennuksenmitoitusilmavirta on pohjoismaisissa rakennuksissa yleensä sama kuinpoistoilmavirta.

Kun rakennuksen tulo- ja poistoilmavirta ovat yhtä suuria, on termin SFP lukuarvosama kuin summa tulo- ja poistoilmapuhaltimien SFPI:stä. SFP on nykyäänyleisimmin käytössä. Tähän pohjautuvat mm. SCANVAC:in suositukset, jotka ontehty toimisto- ja liikerakennuksia varten. Amerikkalainen ASHRAEn standardi90.1.1989 pohjautuu saman tyyppiseen lähestymistapaan, vaikkakin siinä onkäytössä termi ATF (Air Transport Factor). Tässä raportissa määritelläänpuhaltimien energiatehokkuus koko IV-järjestelmälle.

2.2.2 Puhaltimen suunnitteluratkaisun vaikutusenergiankulutukseen

Mitä monimutkaisempi ilmastointijärjestelmä, sitä suurempi on yleensä siinätapahtuva painehäviö. Tämä kasvattaa myös puhallinenergian osuuttarakennuksen koko energiankulutuksesta. Kun järjestelmään liitetäänlämmöntalteenotto, pienenee lämmitysenergian tarve, mutta vastaavastisähköenergian tarve kasvaa. Eri IV-järjestelmäratkaisujen vaikutustahavainnollistaa kuva 7. IV-laitoksen käyttöajoilla on myös erittäin suuri vaikutusvuosittaiseen sähköenergiankulutukseen.

Kullakin puhaltimella on sille optimaalisin toiminta-alue, jolla puhaltimenhyötysuhde vaihtelee ilmavirran ja paine-eron funktiona. Erityisestimuuttuvailmavirtaisissa järjestelmissä on tärkeää suorittaa hyötysuhdetarkastelutkoko järjestelmän ilmavirta-alueella. MIV-järjestelmissä puhaltimen parhaan hyö-tysuhteen alue mitoitetaan käyttötunneiltaan suurimman ilmavirran alueelle. Ku-vassa 8 esitetään erään radiaalipuhaltimen suoritusarvodiagrammi.Radiaalipuhaltimet ovat yleisesti käytettyjä ilmanvaihtolaitoksissa.

19

ILMASTOINTIJÄRJESTELMIEN SÄHKÖTEHOKKUUS, ASUINRAKENNUKSET

0

1

2

3

4

5

6

Poistoilma Poistoilma + LTO(lämpöpumppu)

Tulo- ja poistoilma Tulo- ja poistoilma +LTO

Eri ilmastointijärjestelmät

Sä

hkö

teh

okk

uu

s (k

W/m3 /s

)

Tulopuhallin

Poistopuhallin

Kuva 7. Asuinrakennusten puhaltimien ominaistehontarpeita eri IV-järjestelmillä.

Kuva 8. Esimerkki radiaalipuhaltimen suoritusarvodiagrammista. Puhaltimenhyötysuhde vaihtelee ilmavirran ja paine-eron funktiona. Puhaltimentoimintapisteen tulisi sijaita parhaan hyötysuhteen alueella.

20

2.2.3 Puhaltimen ominaisuudet

Tehon tarve

Puhaltimen tehontarve voidaan laskea seuraavasti:

Pq pv tot

tot= ∆

η , (1)

missä P on sähköteho (kW)qv on ilmavirta (m3/s)∆ptot on paine-ero (kPa)ηtot on kokonaishyötysuhde.

Kokonaishyötysuhde koostuu puhaltimen hyötysuhteesta ηpuh., sähkömoottorinhyötysuhteesta ηsäh. ja välityksen (kiilahihna tms.) hyötysuhteesta ηväl (Kuva 9).

η η η ηtot puh moot vä l= . . .,

Järjestelmien kokonaishyötysuhde on pieni ja vaihtelee tyypillisesti 0,05 - 0,4.Huonoin hyötysuhde on pienissä järjestelmissä, kun taas paras suurissa järjestel-missä, joissa puhallin on taaksepäin kallistetuin siivin. Moottorin hyötysuhde onyleensä 60 - 70 % ja välityksen hyötysuhde 70 - 85 %. Mitä pienempi onpuhaltimen teho, sitä suuremmat ovat suhteessa välityksen häviöt.

1000 W 670 W

489 W200 W

330 W181 W

289 W

moottorihäviötvälityshäviöt

puhallinhäviöt

SÄHKÖ-MOOTTORIhyötysuhde 67 %

HIHNA-VÄLITYShyötysuhde 73 %

PUHALLINhyötysuhde 41 %

Kuva 9. Esimerkki ilmastointijärjestelmän puhaltimeen liittyvistä häviöistä. Pu-haltimen kokonaishyötysuhde on 20 % /2/. Varsinkin pienissä puhaltimissamoottorin ja hihnavälityksen osuudet tehohäviöistä voivat olla merkittäviä.

Puhaltimien painehäviöt ovat verrannollisia pyörimisnopeuden toiseen potenssiin

( )∆ ∆p p n nx o x o= 2, (2)

missä

21

∆p on paine-eron on kierrosluku.

Koska puhaltimen tehontarve on verrannollinen paineen ja tilavuusvirran tuloon,tehontarve on verrannollinen pyörimisnopeuden kolmanteen potenssiin.

( )P P n nx o x o= 3, (3)

missä

P on tehon on kierrosluku.

Puhallinta järjestelmään valittaessa ja mitoitettaessa on otettava huomioon mm.seuraavia tekijöitä: puhaltimen vaatima tilantarve ja erityisesti puhaltimenäänitaso. Puhaltimesta aiheutuva melu vaihtelee huomattavasti puhaltimentoimintapisteen ja säätötavan mukaan.

Säätötavat

Kun siipipyörä on asennettu suoraan moottorin akselille, saadaan aikaan häviötönvoimansiirto, mutta menetetään puhaltimen kierrosnopeuden korjaamisenmahdollisuus. Tämä tapa on yleisesti käytetty potkuri- ja aksiaalipuhaltimissaa japienissä keskipakopuhaltimissa. Koska pyörimisnopeus ei ole muuteltavissa, onpuhallin valittava huolella eli verkoston painehäviö on laskettava tarkasti /8/.

Hihnakäyttö on yleinen ilmastointikoneiden puhaltimissa. Kiilahihnakäytön häviötovat noin 5 %. Pyörimisnopeutta ja ilmavirtaa voidaan vaihdella hihnapyörienavulla, jolloin mitoitus- ja valintavirheitä voidaan korjata myöhemmin, edellyttäen,että moottorissa on riittävästi tehoa /8/.

Käytön aikaiseen ilmavirran muuttamiseen voidaan aksiaali- jakeskipakoispuhaltimia säätää kuristus-, johtosiipi- ja pyörimisnopeussäädöllä.Lisäksi aksiaalipuhaltimia voidaan säätää siipikulmia muuttamalla.

Kuristussäätö on halpa ja toteutettavissa kaikissa puhaltimissa, mutta se ei oleenergian käytön kannalta suositeltava ratkaisu, koska tehonhukka on suuri. Kokolisävastuksella (esim. säätöpelti) aiheutettu osuus suoritustehosta menee hukkaan.Lisäksi tehontarve kasvaa aksiaalipuhaltimelssa ilmavirran pienentyessä jamoottori saattaa ylikuormittua. Johtosiipisäädössä puhaltimen imuaukolleasennetulla johtosiipisäätimellä aiheutetaan ilmavirralle puhaltimen siipipyöränsuuntainen pyörimisliike, joka pienentää tilavuusvirtaa. Tehohäviö on paljonpienempi kuin kuristussäädössä. Pyörimisnopeussäätö voidaan toteuttaaportaittaisella tai portaattomalla säädöllä. Usein puhaltimia säädetään ilmastointi-järjestelmissä kahdessa portaassa, 1/1- ja 1/2-tehoisilla moottoreilla. Portaalliseensäätöön voidaan yhdistää edellä mainittuja säätömenetelmiä. Portaaton säätö voi-daan toteuttaa mm. taajuusmuuttajilla tai jännitteensäädöllä. Portaatonpyörimisnopeussäätö taajuusmuuttajalla on energian käytön kannalta lähes

22

ihanteellinen, koska häviöt ovat pieniä. Negatiivisena seikkana on tämänsäätömuodon korkea hinta. Aksiaalipuhaltimilla käytettävä siipikulmasäätö onlähellä ihanteellista säätöä. Aksiaalipuhaltimet ovat kuitenkin hankintahinnaltaankalliita. Kuvassa 10 esitetään puhaltimen akselitehon riippuvuus tilavuusvirrastaeri säätötavoilla /7/.

Jatkuvasäätöisissä muuttuvailmavirtaisissa (MIV) järjestelmissä pidetään staattistapainetta tuloilmakanavistossa yhdessä tai useammassa kohdassa kanavistoa, jottahuoneiden tuloilmavirran säätöpeltien toiminta varmistettaisiin. Tästä onseurauksena, että järjestelmän tuloilmapuhaltimet ottavat sähkötehoa, vaikkailmavirta olisi nolla. Tuloilmapuhaltimelle tehontarve ilmavirran nollapisteessä onmuuttuvailmavirtaisissa järjestelmissä noin 20 - 30 % puhaltimen mitoituspisteensähkötehosta, kun käytetään portaatonta pyörimisnopeussäätöä. Arviossa onoletettu, että staattinen paine on noin neljännes puhaltimen maksimi-paineenkorotuksesta mitoituspisteessä /16/. Tuloilmapuhaltimen tehokäyrä MIV-käytössä on samanmuotoinen kuin kuvan 10 käyrä 4.

Kuva 10. Puhaltimen akselitehon riippuvuus tilavuusvirrasta eri säätötavoilla/7/.

23

2.2.4 Säästömahdollisuudet

Pääperiaate on, että suositaan energiatehokkaita laitteita, joita käytetään tarpeen -mukaisesti. On kuitenkin huomattava, että puhaltimen hyvä maksimihyötysuhde eisinällään takaa järjestelmän energiatehokkuutta, vaan tärkeää on selvittääpuhaltimen hyötysuhde toimintapisteessä tai myös toiminta-alueella. Puhaltimienparhaan hyötysuhteen alue on yleensä melko rajattu. Mitoitusvirheet voivathelposti muuttaa hyötysuhdetta useita prosentteja. Puhaltimien energiataloudelli-sen optimiominaistehon valinta ilmastointijärjestelmään on riippuvainen käyttö-ajoista, järjestelmästä ym:ta.

Seuraavassa luettelonomaisesti muutamia säästövihjeitä:• Ilmastointijärjestelmien tarpeenmukainen käyttö eli koneet käyvät kun

kiinteistön tilat ovat käytössä. Useampien koneyksiköiden laitoksissa yhden IV-koneen palvelemien tilojen rakennuksessa tulisi olla käyttöajoiltaansamanlaisia.

• Hyvin mitoitettu kokonaisjärjestelmä, rakennuksessa tulisi olla varattunariittävät tilat kanavistoille turhien mutkien poistamiseksi. Alhaiset painehäviöt.Varsinkin konehuoneiden kanavistosuunnittelussa tulee kiinnittää huomiotapainehäviöiden minimoimiseen.

• IV-järjestelmän tasapainotus kuntoon.• Energiankulutusta ja -kustannuksia tarkastellaan suunnitteluvaiheessa koko IV-

laitoksen elinkaaren yli.• MIV-järjestelmissä tulisi maksimoida puhaltimen vuotuinen energiatehokkuus

käytettävällä ilmavirta-alueella. Kaksinopeuspuhaltimilla varsinkin 1/2-nopeuden energiatehokkuuteen tulee kiinnittää huomiota, mikäli sen vuotuinenkäyttöaika on pitkä.

• Käytetään puhaltimissa energiatehokkaita moottoreita, merkittävin säästö onmahdollista saavuttaa teholuokassa < 4 kW /15/.

24

2.3 PUMPUT

Tarkastelu rajattiin rakennusten LV-pumppuihin. Rakennuksissa käytettävät pum-put ovat yleensä keskipakopumppuja. Taulukossa 5 on esitetty pumppujen sähkö-energiankulutuksen muodostuminen eri tekijöistä.

Taulukko 5. Pumpun sähköenergiankulutuksen jakaantuminen eri tekijöihin.

PUMPUN TUOTTAMAPALVELU


PUMPUN OMINAISUUDET

Vesivirta (l/s) Käyttö-aikaSuunnittelu-paine-ero-nestevirta

Pumppu-hyötysuhde-ominaiskäyrä-säätöMoottori-hyötysuhde

2.3.1 Pumpun ominaiskulutuksen tunnusluvut

Pumppujen ominaiskulutuksen tunnusluvuksi määritettiin pumpun ottaman sähkö-tehon suhde vesivirtaan (W/(l/s)). Kuvassa 11 on esitetty tyypillisiä keskipako-pumppujen ominaistehoja /13/. Koska tehontarpeeseen vaikuttaa myös pumpunpaine-ero, käytetään kuvassa parametrinä pumpun nostokorkeutta. Nostokorkeu-den yksikkö on metriä vesipatsasta. Kiinteistöissä käytettävien pumppujen nosto-korkeudet ovat noin 1 - 5 m (vastaa noin 10 - 50 kPa:a).

PUMPPUJEN OMINAISTEHOJA

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tuotto (l/s)

Om

inai

steh

o (W

/(l/s

))

H=12 m

H=8 m

H=3 m

H=1 m

Kuva 11. Pumppujen ominaistehoja eri nostokorkeuksien arvoilla /13/.

25

2.3.2 Suunnitteluratkaisun vaikutus pumppujenenergiankulutukseen

Pumpun valinnassa on tärkeää huomioida pumpun toimintapiste mitoitettavassajärjestelmässä. Toiminta-alueen tulisi sijaita pumpun parhaan hyötysuhteenalueella. Pumpun suunnittelussa joudutaan käyttämään tiettyjä varmuuskertoimia,koska laskennalliset painehäviöt eivät yleensä täsmää toteutuneiden kanssa. Tästäon seurauksena, että pumput eivät välttämättä toimi optimialueillaan. Lisäksi pum-pun valintaan käytettävään järjestelmään vaikuttaa pääasiassa vainhankintakustannus, joka pyritään minimoimaan. Jos valitaan halvempi pumppu,sen energiatehokkuus saattaa olla huono. Pumppauksen energiataloudellistakäyttöä ei nykyään tarkastella koko elinkaaren yli.

Kierrätettävän nesteen laatu pumppauksessa vaikuttaa painehäviöihin. Jäähdytys-järjestelmissä ja IV-esilämmityspattereissa käytettävien vesi-glygoliseosten läm-mönsiirto-ominaisuus on heikompi ja painehäviö suurempi puhtaaseen veteen ver-rattuna. Saman lämpötehon siirtäminen vesi-glygoliseoksella vaatii suuremmanpumppaustyön verrattuna puhtaaseen veteen.

2.3.3 Pumpun ominaisuuksien vaikutus

Pumpun tehontarve voidaan laskea kuten puhaltimillakin:

Pq pv tot

tot= ∆

η , (4)

missä P on sähköteho (kW)qv on nestevirta (m3/s)∆ptot on paine-ero (kPa)ηtot on kokonaishyötysuhde.

Taulukossa 6 on esitetty rakennustyypeittäin lämmitysverkostopumppujen tehon-tarpeita. Pientalo- ja rivitalo-kokoluokan pumppuja käytetään myös IV-koneidenlämmitys -ja jäähdytyspatterien kiertovesipumppuina. Suomen rakennuskannassaasuinrakennusten vuosittaisesta sähköenergiasta pumppauksen osuus on noin 4 %.Palvelujen sähkönkäytöstä pumppauksen osuus on noin 15 % /12/.

Taulukko 6. Eri rakennustyyppien tyypillisiä lämpöjohtopumppujen arvoja.

Rakennustyyppi Tehontarve (W) Energiankulutus(kWh) Käyttö 9 kk

Tavallisimpia hyö-tysuhteita (%)

Pientalo noin 30 - 50 300 - 400 5 - 20Rivitalo noin 100 500 - 600 15 - 40Kerrostalo noin 150 - 300 900 - 1 600 30 - 50Useita rakennuksia > 1 000 > 6 500 50 - 70

Pienillä pumpuilla kokonaishyötysuhteet ovat heikkoja, koska kitkahäviöt ovatsuhteessa suuria (laakerihäviöt, sähköiset häviöt moottorissa). Suuritehoisissa

26

pumpuissa (>1 kW) maksimihyötysuhteet ovat 50 - 70 % /13/. Kuva 12 esittäätyypillisiä pumppujen kokonaishyötysuhteita eri tilavuusvirroilla.

KESKIPAKOPUMPPUJEN KOKONAISHYÖTYSUHTEITA ERI

TILAVUUSVIRROILLA

0

10

20

30

40

50

60

0 2 4 6 8 10 12 14

Tuotto (l/s)

Hyö

tysu

hde

(%)

Kuva 12. Pumppujen kokonaishyötysuhteita eri tuoton arvoilla /13/. H=3 m.

Seuraavissa kuvissa 13, 14 ja 15 on esitetty esimerkkejä pumpuissa käytetyn säh-kötehon jakaantumisesta /13/, /14/. Kuvassa 16 on arvioitu suuren (noin 2 kW)pumpun sähkötehon jakaantumista eri tekijöihin. Tämän kokoluokan pumpussakitkahäviöiden osuus on melko pieni. Tuottoarvoina pumpuissa on käytettyomakotitaloissa 0,2 - 0,5 l/s, rivitaloissa 0,5 - 1,0 l/s ja kerrostaloissa 1,0 - 10 l/s.Tarvittavat paineenkorotukset ovat noin 10 - 50 kPa. Pumput mitoitettiin parhaanhyötysuhteen alueelle.

27

OMAKOTITALO (50 W)

Hyöty11 %

Laakerihäviöt22 %

Moottorin häviöt34 %

Pumpun häviöt33 %

Kuva 13. Sähkötehon jakaantuminen omakotitalon pumpussa.

RIVITALO (100 W)

Hyöty27 %

Laakerihäviöt10 %


Pumpun häviöt33 %

Kuva 14. Sähkötehon jakaantuminen rivitalon pumpussa.

28

KERROSTALO (200 W)

Hyöty33 %

Laakerihäviöt5 %


Pumpun häviöt33 %

Kuva 15. Sähkötehon jakaantuminen kerrostalon pumpussa.

PUMPPU (2 kW)

Hyöty65 %Laakerihäviöt

1 %


Pumpun häviöt18 %

Kuva 16. Sähköteholtaan 2 kW: n pumpun sähkötehon jakaantuminen.

29

Säätötavat

Pumppuja voidaan säätää kuristamalla virtausta tai muuttamalla pumpun pyörimis-nopeutta. Virtauksen kuristaminen on investointikustannuksiltaan halpa tapa sää-tää, mutta energiankäytön kannalta se on tuhlaavaa. Pyörimisnopeutta voidaanmuuttaa tyristorisäätimillä, napaparilukua muuttamalla tai taajuusmuuttajilla. Ty-ristorisäätö ja napapariluvun muuttaminen ovat säätötapoina portaallisia.Tyristorisäätöä käytetään pienissä pumpuissa. Tyristorisäädössä sähkömoottorinsuhteelliset sisäiset häviöt kasvavat pyörimisnopeuden pienentyessä.Taajuusmuuttajien käyttö pumppauksen säädössä on energiataloudellisinta, muttaniiden hankintakustannukset ovat suurimmat. Taajuusmuuttajia on saatavillaintegroituina kiinteistöjen lämpöjohtopumppuihin, mutta niidensäästövaikutuksista ei ole tutkittua tietoa. Pientaloihin taajuusmuuttajat ovat liiankalliita. Suurille pumppaustehoille ja pitkille vuosittaisille käyttöajoilletaajuusmuuttajat ovat paras ratkaisu, mikäli tarvitaan virtauksen säätöä, esim.kaukolämpöverkostot.


Seuraavassa on esitetty muutamia huomioon otettavia asioita pumppujenenergiataloudellisesta käytöstä:

• Mahdollisimman tarkka mitoitus.• Taajuusmuuttajien käyttö pitkille käyttöajoille ja isoille tehoille säädössä.• Verkostojen tasapainotus kuntoon, jolloin paine-erot pienenevät.• Energiankulutuksen ja -kustannusten tarkastelu koko pumpun elinkaaren

aikana.• Jäähdytysjärjestelmissä ja IV-esilämmityspiireissä käytettävien vesi-glygoliseos-

ten glygolipitoisuuden pitäminen sopivana. Liian suuri glygolipitoisuuskasvattaa pumppaustyötä ja heikentää nesteen lämmönsiirto-ominaisuuksia.

• Energiatehokkaiden moottoreiden käyttö pumpuissa, merkittävin säästösaavutettavissa teholuokassa < 4 kW /15/.

• Jos ei löydy pumppua hyvällä hyötysuhteella, selvitettävä mahdollisuusyhdistellä eri pumppuja rinnan tai sarjaan hyvän hyötysuhteen saavuttamiseksi.

30

2.4 KYLMÄLAITTEET

Tarkastelu rajattiin koskemaan kotitalouden ja suurkeittiöiden kylmälaitteita.Kotitalouden laitteista olivat mukana jää- ja pakastekaapit, säiliöpakastimet jakylmiöt. Suurtalouksien laitteista tarkasteltiin jää- ja pakastekaappeja, pakaste- jakylmähuoneita sekä jäähdytyskaappeja.

Kylmälaitteen sähköenergiankulutus muodostuu eri tekijöistä (Taulukko 7).Tekijät voidaan jakaa kolmeen osaan: palvelu, joka kuvaa laitteen kapasiteettia(säilytyslaitteilla tilavuus, jäähdytys -ja pakastuslaitteilla kg/aikayksikkö); ympä-ristö, joka on laitteen käytöstä ja suunnitteluratkaisuista riippuvainen osa, sekä lai-teominaisuudet, jotka ovat puhtaasti laitteen sisäisiä.

Taulukko 7. Kylmälaitteen energian kulutuksen jakaantuminen eri tekijöihin.

KYLMÄLAITTEENTUOTTAMAPALVELU


LAITEOMINAISUUDET

Tilavuus (l), (m3)

Jäähdytyskapasiteetti(kg/90 min)

Käyttö-ovien aukaisut-tavaran vaihtuvuus

Suunnittelu-sijoittelu-ympäristön lämpötila-laitteen sisälämpötila

Kylmäkerroin-kompressori-säätö-kylmäaine

Eristeet-materiaali-paksuus

Energiankulutuksia tarkasteltiin sekä valmistajan ilmoittamien kulutuksien että mi-tattujen kulutusten avulla. Kylmälaitteiden energiankulutuksen osuus kotitaloudenenergiankulutuksesta vaihtelee asumismuodoittain 17 - 33 % (Taulukko 8) /24/.

Pienistä liitäntätehoista (noin 80 - 150 W) huolimatta kylmälaitteidenenergiankulutus on merkittävä niiden ympärivuotisen käytön vuoksi. Sekäpientaloissa että kerrostaloissa kylmälaitteiden vuorokautinen energiankulutus onkasvanut. Sähkökäyttöisten kodinkoneiden lisääntyminen 1980-luvulla on lisännytkokonaisenergiankulutusta, jolloin kylmälaitteiden suhteellinen kulutus on säilynytennallaan kerrostaloissa, pientaloissa suhteellinen osuus on jopa pienentynyt.

Taulukko 8. Kylmäsäilytyksen osuus taloussähkönkulutuksesta 1980-luvulla /24/.

Asumismuoto Tutkimusajankohta Kylmäsäilytyksenosuus %

Energiankulutus(kWh/vrk)

Pientalo 1980-l. alku 25 1,8Pientalo 1980-l. loppu 17 3,7Kerrostalo 1980-l. alku 33 1,7Kerrostalo 1980-l. loppu 33 2,3

31

Suurkeittiöiden kylmälaitteiden kulutusosuuksista on saatavissa melko vähän tie-toa. Työtehoseuran tutkimuksessa /25/ tehdyssä seurantamittauksessa olleen suur-keittiön kylmälaitteiden sähköenergiankulutuksen osuus oli 22 - 30 %. Keittiö olityypiltään valmistuskeittiö. On huomattava, että kulutusosuudet vaihtelevat erikeittiötyyppien välillä.

Laitekohtaisen tehontarpeen määrittelyssä käytettiin valmistajan ilmoittamaa lii-täntätehoa. Kylmäsäilytyslaitteiden liitäntätehot ovat kotitalouksissa 80 - 300 W javaihtelevat laitteen tilavuuden ja käyttötarkoituksen mukaan. Pienimmät tehotovat jääkaapeissa ja suurimmat yhdistelmäkaapeissa, joissa on jääkaappi,viileätilat ja pakastin yhdistettynä. Taulukossa 9 on esitettysuurkeittiökylmälaitteiden tyypillisiä liitäntätehoja /22/.

Merkittävimmät tehontarpeet ovat ruuan nopeaan jäähdytykseen tarkoitetuilla pa-kastus -ja jäähdytyskaapeilla. Säilytyslaitteiden liitäntätehot ovat verrannollisiakaapin tai huoneen kokoon.

2.4.1 Kylmälaitteiden ominaiskulutuksen tunnusluvut

Ominaisenergiankulutus ja -tehontarve määritettiin kylmiöissä, jääkaapeissa ja pa-kastimissa laitteen käyttötilavuutta kohti vuorokaudessa. Tilavuus mittaa parhaitensäilytyslaitteen tuottamaa palvelua. Kotitalouden kylmälaitteissa käytetään tila-vuusyksikkönä 100 litraa ja suurtalouden kylmä -ja pakastehuoneissa yhtä kuutio-metriä. Ominaisenergiankulutus laskettuna tilavuusyksikköä kohti on suurempipienillä laitteilla ja päinvastoin (Kuva 17). Keskimääräiset kotitalouden kylmälait-teiden ominaisenergiankulutukset vaihteluväleineen on esitetty taulukossa 10 /23/.

Taulukko 9. Suurkeittiöiden kylmäkalusteiden liitäntätehoja /22/.

Kylmäkaluste Liitäntäteho (kW)Jääkaapit 0,11 - 0,96Jäähdytyskaapit 0,80 - 6,30Pakastuskaapit 0,10 - 3,10Kylmiöt 0,18 - 2,00Pakastekaapit 0,10 - 1,61Kylmähuoneet 0,55 - 2,70Pakastehuoneet 0,95 - 3,20

Taulukko 10. Kotitalouden kylmälaitteiden ominaisenergiankulutuksia /23/.

Laiteryhmä Palvelu (tilavuus l) Ominaisenergiankulutus(kWh/24 h,100 l)

Jääkaapit 109 - 323 1,06 - 0,12Kaappipakastimet 55 - 308 2,55 - 0,42Säiliöpakastimet 125 - 580 0,88 - 0,22Kylmiöt 320 - 885 0,22 - 0,14

32

KOTITALOUDEN KYLMÄLAITTEIDEN OMINAISENERGIANKULUTUKSIA

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 200 400 600 800 1000

Tilavuus (l)

Om

inai

sene

rgia

nkul

utus

(k

Wh/

24 h

,100

l)

Säiliöpakastin

Kylmiö

Jääkaappi

Kuva 17. Tyypillisiä kotitalouden kylmälaitteiden ominaisenergiankulutuksia/19/.

Jäähdytyslaitteiden ominaisenergiankulutus ja -tehontarve määritettiin jäähdytettä-vää kiloa kohti. Lämpötilan muutoksena jäähdytettävälle tuotteelle käytettiin +70oC:sta +3 oC:een 90 min:ssa. Työtehoseuran tutkimuksessa /20/ tarkasteltiin ruoannopeaan jäähdyttämiseen tarkoitettujen laitteiden energiankulutusta.Jäähdytyslaitteiden ominaisenergiankulutus oli melko sama riippumatta jäähdytet-tävästä massasta, koska suurin osa käytetystä energiasta kuluu jäähdytettäväntavaran lämpötilanmuutokseen. Laitteen johtumishäviöt ympäristöön olivatmerkityksettömiä verrattuna kokonaiskulutukseen. Vain laitteenjäähdytyskapasiteettiin verrattuna pienillä tuotemäärillä ominaisenergiankulutusoli noin kaksinkertainen (Kuva 18, Malli B).

33

JÄÄHDYTYSLAITTEIDEN OMINAISENERGIANKULUTUKSIA

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 10 20 30 40 50 60

Jäähdytettävä massa (kg/90 min)

Om

inai

sene

rgia

nkul

utus

(kW

h/kg

) MALLI A

MALLI B

MALLI C

Kuva 18. Jäähdytyslaitteiden ominaisenergiankulutuksia. Lämpötilan muutosjäähdytettävälle tuotteelle +70 oC:sta +3 oC:een 90 min:ssa.

Suurkeittiöiden kylmälaitteiden ominaisenergiankulutukset on otettu lähteen /25/seurantamittauksista (Taulukko 11). Jäähdytyskaapin arvot ovat lähteestä /20/. Onhuomattava, että seurantamittaukset on suoritettu käytössä olevassa keittiössä, jol-loin kulutuksissa on mukana laitteen ominaiskulutuksen lisäksi käytön tuoma lisäenergiankulutukseen. Käytöllä tarkoitetaan tavaran vaihtumisesta ja ovienaukomisesta tullutta lisää energiankulutukseen.

2.4.2 Suunnitteluratkaisun vaikutus

Työtehoseuran tutkimuksessa /18/ on mitattu kotitalouden jääkaappi-pakastimienkäytön, ilmankierron, sijoituksen ja kaapistoasennuksen vaikutusta energiankulu-tukseen. Tutkimuksessa havaittiin, että asennusohjeiden mukaan asennettu jää-kaappi-pakastin kuluttaa noin 11 % enemmän energiaa kuin vapaassaasennuksessa. Mikäli ilmankiertoa estettiin keinotekoisesti, laitteenenergiankulutus kasvoi 10 - 160 % (Kuva 19). Kylmälaitteen viereen asennetunastianpesukoneen päivittäinen käyttö lisäsi energiankulutusta 9 - 18 %.Vastaavasti asennettu uuni lisäsi energiankulutusta 12 - 22 %.

Taulukko 11. Suurkeittiön kylmälaitteiden ominaisenergiankulutuksia.

Laiteryhmä Palvelutilavuus tai massa

Ominaisenergiankulutus

(kWh/24 h,m3) tai (kWh/kg)

Jääkaapit 1,06 m3

9,43 kWh/24 h,m3

Kylmähuoneet 75,48 m3

0,20 kWh/24 h,m3

Pakastehuone 12,98 m3

1,23 kWh/24 h,m3

Pakastekaappi 0,53 m3

23,74 kWh/24 h,m3

Jäähdytyskaapit 21 - 55 kg90 min:ssa noin 0,09 kWh/kg

34

ILMANKIERRON VAIKUTUS JÄÄKAAPPIPAKASTIMEN ENERGIANKULUTUKSEEN (NORMAALI ASENNUS = 100)

0

50

100

150

200

250

Asennusohjeiden

mukainen

Estettyalhaalta

Estettyylhäältä

Estettyylhäältä ja

alhaalta

Ind

eks

i

Kuva 19. Ilmankierron vaikutus keittiökalusteisiin asennetun kylmälaitteen kulu-tukseen keskimäärin /18/.

Tärkeää onkin, että kylmälaitteet asennetaan huolellisesti asennusohjeidenmukaan ja että varmistetaan riittävä ilman kierto. Suositeltavaa on myös jättääkylmäsäilytyslaitteen yläpuolella olevan yläkomeron taakse ilmankiertotila, mikälitämä on mahdollista. Keittiökalusteiden sijoitussuunnittelussa kannattaa välttääkylmälaitteen viereen asennettavia lämmönlähteitä.

Käytön vaikutusta energiankulutukseen mallinnettiin täyttämällä jääkaappi elintar-vikkeilla ja koepakkauksilla. Päivittäisiä käyttötilanteita jäljitettiin poistamalla jalisäämällä elintarvikkeita jääkaapista kolmesti päivässä. Pakastimessa eipakastettu suuria määriä, vaan poistettiin ja lisättiin kerran päivässä yksikoepakkaus. Käyttö nosti jääkaappi-pakastimen energiankulutusta 13 - 18 %.Lisäksi havaittiin, että pelkkä jäähtyneiden ja pakastettujen elintarvikkeidensäilyttäminen lisäsi energiankulutusta 1 - 8 %. Tämä johtunee kuormauksenvaikutuksesta laitteen sisäiseen ilmankiertoon, joka vaikuttaa termostaatin anturinaistimaan lämpötilaan. Kylmälaitteen kuormaus tulee suorittaa siten, että vapaailman kierto kaapin sisällä ei esty.

Keskiarvona energiankulutuksen jakaantumista mitatuista neljästä jääkaappi-pa-kastimesta esittää kuva 20. Kuvasta voidaan päätellä, että oikein käytetyn kylmä-laitteen energiankulutuksesta suurin osa kuluu itse laitteessa. Tällöinmerkittävimmät energian säästöt saadaan kylmälaitteiden tekniikkaa kehittämällä.

35

JÄÄKAAPPI-PAKASTIMEN ENERGIANKULUTUKSEN JAKAANTUMINEN

LAITE84 %

KÄYTTÖ16 %

Kuva 20. Jääkaappi-pakastimen keskimääräinen energiankulutuksen jakaumakäytön ja laitteen välillä kotitaloudessa /18/.

Kylmälaitteen sijoituspaikan ympäristölämpötilan vaikutusta energiankulutukseenarvioitiin Työtehoseuran v. 1987 mittaamien jääkaappi-pakastimien energiankulu-tuksista /26/. Kuvassa 21 on esitetty mitattujen laitteiden energiankulutuksen kes-kimääräinen riippuvuus sijoitusympäristön lämpötilasta.

Jääkaappi-pakastimen energiankulutus eri ympäristön lämpötiloilla Indeksi=100, kun Tymp=25 oC

56

100

142

69

100

134

0

20

40

60

80

100

120

140

160

16 25 32

Ympäristön lämpötila oC

Inde

ksi

Jääkaappi

Pakastin

Kuva 21. Jääkaappipakastimen energiankulutuksen riippuvuussijoitusympäristön lämpötilasta /26/.

36

Suurkeittiöiden kylmälaitteiden energiankulutuksen jakauma on esitetty kuvassa22. Kuva on muokattu lähteen /25/ suurkeittiön seurantamittauksista.

Kuvasta 22 voidaan päätellä, että kylmähuoneissa käytön osuus energiankulutuk-sesta on merkittävä. Tässä käytöllä tarkoitetaan tavaran vaihtuvuuden ja ovien au-kaisujen tuomaa osuutta energiankulutuksesta. Säästöjä on saatavissa pienentä-mällä turhia käyntejä sekä siirtämällä tulevat tavarat ilman katkoksia kylmähuo-neeseen. Merkittävin osa muiden laitteiden energiankulutuksesta menee laitteenosalle. Laitteen osuuteen luetaan sisälämpötilan ylläpitämiseen tarvittava ener-giankulutus. Mittaukset on tehty erikseen arkipäivinä (kokonaiskulutus) javiikonloppuisin (pelkkä laitteen kulutus).

Taulukossa 12 on esitetty yhteenvetona arviot eri käyttöympäristötekijöidenvaikutusta koti- ja suurtalouksien kylmälaitteiden energiankulutukseen.Vertailukohtana käytetään laitteen sijoitusta huoneen lämpötilaan ilmantavaranvaihtoa. Energiankulutusvaikusta tulee pitää suuruusluokkaa ilmaisevana.Luvut saattavat vaihdella laitevalmistajakohtaisesti.

SUURKEITTIÖN KYLMÄLAITTEIDEN KULUTUSJAKAUMAT

0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 %

Kylmiö

Jääkaappi

Pakastehuone

Pakastuskaappi

Käytön osuus

Laitteen osuus

Kuva 22. Suurkeittiöiden kylmäkalusteiden energiankulutuksen jakaantuminenlaitteen ja käytön osalle /25/. Käytöllä tarkoitetaan tavaran vaihtumisesta jaovien aukomisesta tullutta lisää energiankulutukseen.

37

2.4.3 Laiteominaisuuksien vaikutus

Eristeet /17/

Kylmälaitteissa käytetään eristeinä yleensä polyuretaanivaahtoa, joka ontehokkain ja helppokäyttöisin eristemateriaali. Eristeen paisutukseen käytettiinaikaisemmin CFC-yhdisteitä kuten R11. CFC-yhdisteistä luopuminen on tuonutmarkkinoille uusia ilmakehän otsonikerrokselle vähemmän haitallisia yhdisteitä,jotka eivät ole eristysominaisuuksiltaan aivan yhtä hyviä kuin vanhat CFC-yhdisteet. Korvaavilla yhdisteillä paisutettujen eristeiden mitatutlämmönjohtavuudeet ovat olleet noin 10 % heikompia kuin R11:n.Polyuretaanieristeiden eräänä ongelmana on ikääntymisen tuoma eristyskyvynheikkeneminen. Tähän on syynä eristekaasun diffuusio solukosta ulos jakorvaantuminen ilmalla. Kylmälaitteissa eriste on yleensä diffusiotiiviisti suljetussatilassa, joten ikääntyminen ei ole aivan yhtä nopeaa kuin vapaassa tilassa olevaneristeen.

Kylmälaitteen energiankulutukseen vaikuttaa myös eristeen paksuus. Kuvassa 23on esitetty esimerkki eristepaksuuden vaikutuksesta jääkaapin vuotuiseen energi-ankulutukseen. Normaali eristyspaksuus jääkaapeissa on noin 30 - 40 mm.

Taulukko 12. Yksittäisten käyttöympäristötekijöiden vaikutus kylmälaitteen ener-giankulutukseen.

Ympäristövaikutus Laite Käyttöpaikka Energiankulutus-vaikutus

Kylmälaitteen vieressälämmönlähde (uuni,astianpesukone)

Jääkaappi-pakastin Kotitalous +9 - 22 %

Normaali käyttö +tavaranvaihto

Jääkaapit,kylmiöt Kotitalous +13 - 18 %

Sijoitus kaapistoon +huono ilmankerto

Jääkaapit,kylmiöt Kotitalous +10 - 100 %


Kylmähuone Suurkeittiö noin +30 %


Jääkaappi, pakas-tuskaappi ja-huone

Suurkeittiö +3 - 10 %

Ympäristön lämpötila

16 oC

Jääkaappi-pakastin Kotitalous noin -36 %

Ympäristön lämpötila

32 oC

Jääkaappi-pakastin Kotitalous noin +39 %

38

ERISTEPAKSUUDEN VAIKUTUS VUOTUISEEN ENERGIANKULUTUKSEEN 200 l:n JÄÄKAAPISSA

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60 80 100 120

Eristepaksuus (mm)

Ene

rgia

nkul

utus

(kW

h/a)

Kuva 23. Eristepaksuuden vaikutus 200 l:n jääkaapin vuotuiseen energiankulu-tukseen /17/. Normaali eristyspaksuus jääkaapeissa on noin 40 mm.

Kompressori

Kylmälaitteissa käytetään yleisesti hermeettisiä mäntäkompressoreja, jotka ovattekniikaltaan luotettavia ja melko pitkälle kehittyneitä. Kompressorin jäähdytyska-pasiteetin ja sähkötyön suhdetta nimitetään kylmäkertoimeksi, COP, joka saadaankaavasta:

COP COPt i mk m= * * *η η η , (5)

jossaCOPt on häviöttömän prosessin kylmäkerroinη i on indikoitu hyötysuhdeηmk on mekaaninen hyötysuhdeηm on sähkömoottorin hyötysuhde

39

Indikoidut häviöt koostuvat puristuksessa tapahtuvista häviöistä, kutenhaitallisesta tilasta, venttiilien painehäviöistä, vuodoista ym. Mekaaniset häviötsyntyvät kitkan vaikutuksesta laakereissa, sylinterissä jne. Sähkömoottorin häviötmuodostuvat moottorin sisäisistä sähköisistä ja mekaanisista häviöistä.Häviöttömän prosessin kylmäkerroin on riippuvainen kylmäkoneistontoimintalämpötiloista. Kompressorin hyötysuhteiden tulo eli kokonaishyötysuhdevaihtelee 35 - 42 %. Kuvassa 24 on esitetty pienten mäntäkompressorikoneistojenkylmäkertoimien kehitys valmistusvuoden mukaan eri jäähdytystehoilla.Jääkaappien kompressoreista suurimman osan kylmäkerroin on nykyäänkorkeampi kuin 1,08 /17/.

KYLMÄKERROIN PIENISSÄ KOMPRESSOREISSA

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

50 100 150 200

Jäähdytysteho (W)

CO

P

1988

1983

1976

Kuva 24. Pienten mäntäkompressorikoneistojen kylmäkertoimen kehittyminenvalmistusvuoden mukaan eri jäähdytystehon arvoilla /17/.

Kylmäaineet /17/

Kylmälaitteissa on käytetty aikaisemmin yleisesti R12:ta kylmäaineena. R12kuuluu haitallisiin CFC-yhdisteisiin, joiden käyttö on nykyään kielletty. Korvaaviayhdisteitä on kehitetty. Tälläisia ovat mm. R152a, R134a, binääriseos R152a/124ja erilaiset tertiääriseokset. R12:n korvaamisen vaikutus energiankulutukseenvaihtelee. Toisilla korvaavilla yhdisteillä kylmäkerroin hieman paranee ja toisillaheikkenee, toimintalämpötilojen mukaan. Nykyisin markkinoilla olevissa laitteissakäytetään valtaosin R134a:ta, jonka ominaisuudet korkeammissahöyrystymislämpötiloissa ovat lähes samat kuin R12:n. Kun höyrystymislämpötilalaskee -20 oC:een, kylmäkerroin on noin 90 - 95 % R12:n arvosta.

40

Säätötavat /17/

Jääkaappien ja pakastimien säätö perustuu yleensä on-off-säätöön. On-off-sää-dössä kaapin sisälämpötila pidetään asetusarvossaan käyttämällä kompressoriatermostaatin ohjaamana. Tällä säätömenetelmällä saadaan yksinkertainen jaluotettava rakenne, joka toimii suhteellisen energiaystävällisesti.

Kompressoreihin voidaan soveltaa myös jatkuvaa säätöä, jossa kompressorinkäyntinopeutta säädetään portaattomasti sisälämpötilan asetusarvon mukaan jahöyrystimen paisuntaventtiiliä ohjataan siten, että höyrystimen tulistus pysyy mah-dollisimman pienenä. Paisuntaventtiilinä käytetään elektronisesti ohjattuaventtiiliä. Jatkuvan säädön energiansäästö verrattuna on-off-säätöön on teoriassanoin 15 - 30 %. Käytännön kokemuksia ja mittauksia ei kuitenkaan ole saatavana.

Suurtalouslaitteiden erikoisominaisuudet

Suurtalouden kylmälaitteet ovat huomattavasti suurempia energiankuluttajia kuinkotitalouden kylmälaitteet. Ero johtuu laitteiden hieman erilaisesta rakenteesta.Suurtalouden kylmälaitteissa käytetään höyrystimelle ja lauhduttimelle puhaltimia,jotka lisäävät sähkönkulutusta. Puhaltimilla tehostetaan lämmönsiirtoa sekä säily-tettävien tuotteiden ja sisäilman välillä että höyrystimellä ja lauhduttimella. Höy-rystimen sulatusvesi haihdutetaan sähkövastuksilla. Lisäksi pakastinmalleissa onoven karmien lämmitysvastukset hikoilun ja jäätymisen estämiseksi.


Kylmälaitteiden energiankulutusta voidaan pienentää esim. parantamalla lämmön-eristystä, optimoimalla kompressorin ja lämmönsiirtimien energiankulutusta sekäetsimällä uusia ja tehokkaampia kylmäaineita. Teknis-taloudellisen optimoinninvuoksi kaikkia olemassa olevia tekniikoita ei voida käyttää niiden kalleuden vuok-si. Peruslähtökohtana on löytää hyviä ja samalla halpoja ratkaisuja energiankulu-tuksen pienentämiseen, koska viime kädessä kuluttaja ostaa halvemman laitteen,joka kuluttaa energiaa enemmän, kuin kalliimman energiaa säästävän laitteen.

Seuraavassa on luettelo /17/ eräistä energian säästömahdollisuuksista:• Kasvatetaan eristepaksuutta.• Käytetään ovissa kaksoistiivistettä.• Parannetaan polyuretaanieristeiden eristekykyä. Lämmönjohtavuuden arvo

0,014 - 0,016 W/mK mahdollista saavuttaa.• Käytetään eristeinä tyhjiöpaneeleita. Lämmönjohtavuus 0,007 W/mK ja jopa

alhaisempia arvoja saavutettu.• Kompressorin parannukset. Kylmäkerroin 1,2 on helposti saavutettavissa ja

kompressoreista, joiden kylmäkerroin on 1,46, on raportoitu.• Höyrystimen lämmönsiirron parantaminen kasvattamalla pinta-alaa.

Lähteessä /17/ tehdyissä simulointilaskelmissa havaittiin, että suurin vaikutus vuo-tuiseen energiankulutukseen on kompressorin kylmäkertoimen parantamisella sekä

41

tyhjiöeristeiden käytöllä ja perinteisen uretaanieristyksen lämmönjohtavuuden pie-nentämisellä. Energiansäästövaikutus on noin 10 - 40 %.

Energiansäästävihjeitä kylmälaitteiden käytölle suurkeittiöissä /22/:• Lauhduttimen säännöllinen puhdistus (säästö noin 20 %).• Lasiovelliset kalusteet umpiovellisiksi (säästö 40 - 220 %).• Lauhdelämpö talteen.• Ovien tiivisteiden kunnon seuranta.• Oikeat säilytyslämpötilat.• Keskuskoneen käyttö.• Höyrystimen säännöllinen sulatus, jos se ei ole automaattinen.• Oikea täyttö, ei ylikuormausta, jotta laitteen sisäpuolinen ilmankierto ei esty.• Energiankulutusominaisuudet mukaan suunnitteluun.• Energiankulutuksen ja laitteiden sisälämpötilojen tulisi olla seurattavia.

42

2.5 VALAISTUS

Valaistuksella pyritään luomaan näkötehtävien suorittamiselle riittävän hyvätolosuhteet. Hyvän valaistuksen tärkeimmät ominaisuudet ovat seuraavat:

- Luminanssijakauma työalueella on sopiva.- Luminanssijakauma huonepinnoilla on sopiva ja suhteutettu edelliseen.- Valaisimet eivät häikäise.- Kontrasti näkökohteen ja taustan välillä on riittävä.- Valaistustaso on riittävä.- Ympäristö ja esineet näyttävät luonnollisilta ja oikeanvärisiltä.- Häiritseviä ääniä, lämpöä ja vilkkumista ei esiinny.- Asennus on helposti huollettavissa.

Edellisestä huomataan, että valaistustuloksen arvosteluun vaikuttaa valaistustasonlisäksi moni muukin tekijä. Hyvän työ- ja näköympäristön toteuttaminen edellyttääaina myös luminanssijakauman, tilan valoisuuden ja häikäisytekijöiden ottamistahuomioon.

Valaistuksen sähkönkulutukseen vaikuttavat tekijät voidaan jakaa karkeasti kol-meen eri ryhmään (Taulukko 13): valaistuksen tuottamaan palveluun, suunnittelu-ratkaisusta ja käytöstä riippuviin ns. ympäristötekijöihin sekä valaistuksessa tarvit-tavien laitteiden sisäisiin ominaisuuksiin.

Taulukko 13. Valaistuksen sähkönkulutukseen vaikuttavat tekijät.

TUOTETTU PALVELU YMPÄRISTÖ- Suunnittelu- Käyttö

LAITEOMINAISUUDET

Hyvä näköympäristö Suunnittelu- valaistusjärjestelmä- valaisinten sijoittelu- ohjaus ja säätöratkaisut- huonepintojen heijastus

Käyttö- käyttöajat

Valonlähteen valotehok-kuus

Valaisimen hyötysuhde

Valaistushyötysuhde

Hyvä näköympäristö valaistuksen tuottamana palveluna ei ole tällä hetkellä kuvat-tavissa vain yhdellä suureella, vaan vaatii useiden erilaisten näkemiseen vaikut-tavien tekijöiden tarkastelemista. Tulevaisuuden tavoitteena on kehittää uusi,lähes kaikki näkemiseen vaikuttavat tekijät huomioon ottava suure valaistuksenarvosteluun. Kehitystyö on kuitenkin vielä kesken, joten tässä projektissatehontarpeen ja energiankulutuksen ominaisarvot päädyttiin esittämään pinta-alayksikköä (m2) kohden.

43

2.5.1 Valaistuksen ominaissähkönkulutus

Tällä hetkellä tyypillinen toimistotilojen valaistus perustuu lähinnä suoraan valais-tusjärjestelmään loistelamppuvalaisimilla toteutettuna. Kuvassa 25 on esitettyyleisvalaistuksella toteutetun pienen toimistohuoneen (noin 10 m2) valaistuksenominaistehontarve ja -energiankulutus pohjautuen Raket-projektissa T-504”Sähkölaitteiden ja ilmastoinnin integroitu säätö” /30/ tehtyihin laskelmiin.

YLEISVALAISTUKSEN OMINAISKULUTUS

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

200 300 400 500 600 700 800

Valaistusvoimakkuus (lx)

Ene

rgia

nkul

utus

(kW

h/m

2,a)

Teh

onta

rve

(W/m

2)

ENERGIA

TEHO

Kuva 25. Tyypillinen valaistuksen ominaisenergiankulutus ja -tehontarvepienessä toimistohuoneessa. Valaistusjärjestelmä yleisvalaistus,loistelamppuvalaisimet perinteisin kuristimin.

2.5.2 Suunnitteluratkaisun vaikutus

Valaistusjärjestelmät voidaan karkeasti jakaa suoraan ja epäsuoraan valaistukseensekä niiden eriasteisiin yhdistelmiin:

- suora valaistus- yleisvalaistus- kohdennettu yleisvalaistus

- epäsuora valaistus- suora-epäsuora valaistus.

Valaistussuunnittelu ja -suositukset perustuvat tällä hetkellä pääosin valaistusvoi-makkuustasoihin /34/. Tämä on suosinut suoraa valonjakotapaa hyödyntäviävalaistusratkaisuja, joista kohdennetulla yleisvalaistuksella päästään noin 20 - 25% pienempään tehontarpeeseen ja energiankulutukseen kuin kuvassa 25 esitetylläyleisvalaistuksella. Tällöin kuitenkin tilan muunneltavuus muodostuu

44

yleisvalaistusta rajoittuneemmaksi, ellei valaisinten paikan vaihteluun olesuunnitteluvaiheessa varauduttu esim. erilaisten kiskorakenteiden avulla.

Hyvän valaistuksen toteuttaminen edellyttää kuitenkin myös luminanssijakauman,kontrastintoistosuhteen ja häikäisytekijöiden huomioon ottamista. RuotsalainenNUTEK on laatinut vaatimukset /35/, jotka hyvän ja energiatehokkaan valaistuk-sen tulee täyttää. Valaisinvalmistajien tarjoamista valaistusratkaisuista ei yksikäänsuoraan valaistukseen perustunut ratkaisu täyttänyt hyvälle valaistukselleasetettuja vaatimuksia. Toisaalta yksikään täysin epäsuora valaistusratkaisu eimyöskään kyseisiä vaatimuksia täyttänyt ilman erillistä työpöytävalaisinta (=suorakomponentti). Vaatimukset täyttävät valaistusratkaisut perustuivat kaikki suoranja epäsuoran valonjakotavan yhdistelmille (Kuva 26).

Tärkeimmät näköympäristöön ja energiatehokkuuteen liittyvät NUTEKin vaati-mukset ovat seuraavat:• Valaistusvoimakkuus, lukualue ≥ 500 lx

työskentelyalue ≥ 300 lxyleisvalaistus ≥ 100 lx

pystypinnoilla ≥ 100 lx• Luminanssi, näköalueella < 1000 cd/m2

näköalueen ulkopuolella < 2000 cd/m2

• Kontrastintoistosuhde lukualueella ≥ 85 %• Pintojen heijastuskerroin, katto > 80 %

ikkunaseinä > 70 %muut seinät > 60 %lattia 20 - 40 %pöytä 30 - 60 %

• Elektronista liitäntälaitetta on käytettävä

NUTEKin ja Raket T-504:n tulosten perusteella on valaistustulokseltaan jaenergiatehokkuudeltaan paras valaistusjärjestelmä suora-epäsuora valaistus, jossaosa valosta suunnataan alaspäin suoraan kohteeseen ja osa ylöspäin katon taivalaisinrakenteeseen kuuluvan heijastimen kautta heijastettavaksi.

Näkemisen kannalta oleellista on valon tulo sellaisista suunnista, että se ei heijastukohteesta katselijan silmiin. Siten osa valon määrästä on lähes aina näkemisenkannalta haitallista. Ns. todellinen valaistusvoimakkuus tarkoittaa valon määrää,josta on vähennetty haitallisesta suunnasta tulevan valon vaikutus. Uusimpientutkimusten mukaan riittävä todellinen valaistusvoimakkuus toimistotyössä olisiniinkin alhainen kuin 200 lx. /36/

45

SUORA-EPÄSUORA VALAISTUS

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Suora 50-90%,epäsuora 10-50%



Val

aist

ukse

n te

hont

arve

(W

/m2)

MAX

Keskiarvo

MIN

Kuva 26. Valmistajien tarjoamien 34 erilaisen, NUTEKin vaatimukset täyttävänvalaistusratkaisun tehontarpeen vaihtelu erilaisilla suoran ja epäsuoran valonja-kotavan yhdistelmillä /37/.

Epäsuoraa valaistusta käytettäessä korostuu huoneen pintojen, erityisesti katon jaseinien, heijastuskertoimien vaikutus valaistustehokkuuteen (Kuva 27). Seinienvaikutus on suurimmillaan pienessä huoneessa. Seuraavassa on verrattu tyypillis-ten, voimassa olevien valaistussuunnitteluohjeiden mukaisilla heijastuskertoimillaja NUTEKin vaatimusten mukaisilla ja mittauksissaan käyttämilläheijastuskertoimilla saavutettavaa valaistustehokkuutta pienessätoimistohuoneessa käytettäessä täysin epäsuoraa valonjakotapaa:

• Perinteinen käytäntö (katto 0,7 ja seinät 0,5) 7,0 lx/(W/m2)• NUTEKin vaatimukset (katto 0,8 ja seinät 0,7) 11,5 lx/(W/m2) + 64 %• NUTEKin mittaukset, kuva 26 (katto 0,93 ja seinät 0,85) 20,5 lx/(W/m2) +193 %

Edellisestä huomataan, miten tärkeää huoneen ominaisuuksien määrittely on epä-suoraa valaistusta käytettäessä. Valitettavasti valaistussuunnittelijalla on liianvähän vaikutusmahdollisuuksia pintojen väritystä ja heijastuskykyä määriteltäessä.Lisäksi tulos saattaa muuttua suunnitellusta urakkavaiheessa ja varsinkinrakennuksen myöhemmällä elinkaarella (esim. äänenvaimennuslevyjenlisääminen).

46

EPÄSUORA VALAISTUSHUONEPINTOJEN HEIJASTUSKERTOIMIEN VAIKUTUS

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0,7 0,8 0,9 1

Katon heijastuskerroin

Val

aist

uste

hokk

uus

[ lx/

(W/m

2) ]

Seinät 0,5

Seinät 0,6

Seinät 0,7

Seinät 0,8

Kuva 27. Katon ja seinien heijastuskertoimien vaikutus epäsuoran valaistuksenvalaistustehokkuuteen pienessä toimistohuoneessa (noin 10 m2).Pienloistelamput, perinteinen kuristin.

Valaistusratkaisun energiatehokkuuteen voidaan järjestelmävalinnan lisäksivaikuttaa säätö- ja ohjausjärjestelmän valinnalla. Perustasona ja tämän hetkentyypillisenä ratkaisuna voidaan pitää keskitettyä kytkin- tai kello-ohjausta.Kytkinohjausta käytettäessä saavutettu tulos riippuu paljon myös huoneenasukkaan käyttötottumuksista, mutta jatkossa on oletettu valaistuksen olevanpäällä työajan klo 8-16. Muilla edistyksemmisillä ohjausratkaisuilla voidaanvalaistuksen energiankulutusta pienentää tyypillisessä toimistorakennuksessaseuraavasti /30/:

• Kytkin- tai kello-ohjaus perustaso• Läsnäolo-ohjaus - 0 - 50 %• Päivänvalo-ohjaus,etelävyöhyke - 38 - 50 %

pohjoisvyöhyke - 22 - 33 %.

Läsnäolo-ohjauksella saavutettava säästö vaihtelee suuresti saman rakennuksensisälläkin huoneiden käyttöasteiden mukaan. Esitetty vaihteluväli perustuu mitat-tuihin viiden huoneen viikkokeskiarvoihin insinööritoimistotyyppisessä ympäris-tössä. Päivänvalo-ohjauksen säästömahdollisuuksiin vaikuttaa ikkunoiden suunta-uksen lisäksi niiden koko ja rakenne. Yhdistettäessä läsnäolo- ja päivänvalo-ohjaus on huomattava, että päivänvalo-ohjauksen säästövaikutus kohdistuu vainläsnäoloaikaan. Yhdistetyn ohjauksen säästöpotentiaali on tällöin etelähuoneessa 38 - 75 %ja pohjoishuoneessa 22 - 67 %.

47

2.5.3 Laiteominaisuuksien vaikutus

Valaistusjärjestelmän lisäksi valaistuksen valotehokkuuteen vaikuttaa käytettävienvalonlähteiden valotehokkuus (Kuva 28). Toimistotilojen valaistuksessa käytettä-viksi valonlähteiksi soveltuvat kuitenkin vain värintoisto-ominaisuuksiltaan riittä-vän hyvät lampputyypit, joita ovat:

- hehku- ja halogeenilamput (paikallis- ja kohdevalaistus)- loiste- ja pienloistelamput (yleis- ja kohdevalaistus)- monimetallilamput (yleis- ja kohdevalaistus)- muut purkauslamput (eivät yleensä sovellu sisävalaistukseen, poikkeuksena

eräätvärikorjatut suurpainenatriumlampputyypit).

VALONLÄHTEIDEN VALOTEHOKKUUS

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Heh

ku

Hal

ogee

ni

Lois

te PL

Elo

hope

a

Mon

imet

alli

Pie

npai

neN

a

Suu

rpai

neN

a

Val

k.su

urp.

Na

Val

oteh

okku

us (

lm/W

)

VaihtelualueTyypillinen

arvo

Kuva 28. Erilaisten valonlähteiden tyypilliset valotehokkuudet (lm/W) sisätilojenvalaistuksessa sekä vaihtelualueet. Liitäntälaitehäviöt ovat mukana.

Loistelamppujen perinteiset sähkömagneettiset kuristimet voidaan korvata elekt-ronisilla liitäntälaitteilla, joiden avulla 50 Hz verkkojännite nostetaan suurtaajui-seksi 25 - 50 kHz. Tällöin loistelamppu toimii paremmalla hyötysuhteella, ja ener-giansäästö perinteiseen kuristimeen verrattuna on noin 20 - 25 %.

Toinen elektronisten liitäntälaitteiden ominaisuus on tasaisempi ja nopeampi syt-tyminen, joka voi lisätä lampun polttoikää jopa 50 %. Suuri käyttötaajuus parantaalisäksi valovirran tasaisuutta ja poistaa verkkovirtaan liitettyjen loistelamppujenvälkkymisilmiön, joka esim. näyttöpäätetyöskentelyssä lisää silmien rasitusta.

48


Seuraavassa on esitetty yhteenveto niistä mahdollisuuksista, joilla valaistuksenenergiankulutusta voidaan pienentää. Tarkemmin säästömahdollisuuksia on käsi-telty edeltävissä luvuissa.

Ottamalla valaistusratkaisun suunnittelussa huomioon energiansäästö sekä valitse-malla hyötysuhteeltaan hyvät valaisimet ja valonlähteet voidaan valaistuksenenergiankulutusta pienentää seuraavasti:• valaistuksen mitoitus näkemisen kannalta oleellisten tekijöiden mukaan• suoran ja epäsuoran valaistuksen yhdistäminen• katto- ja seinäpinnat mahdollisimman hyvin heijastavat• valotehokkuudeltaan hyvät valonlähteet, toimistotiloissa loiste-, PL- ja

monimetallilamput• perinteisen kuristimen korvaaminen elektronisella liitäntälaitteella.

Lisäksi ensiarvoisen tärkeää on pyrkiä käyttämään valaistusta vain kulloisenkintarpeen mukaan seuraavasti:• käytännöksi valaistuksen sammuttaminen töistä lähdettäessä sekä ruokailun ja

pidempien poissaolojen ajaksi• läsnäolo-ohjauksen toteuttaminen, jolloin valaistus sammuu automaattisesti ti-

lasta poistumisen jälkeen• vakiovalo-ohjauksen toteuttaminen, jolloin päivänvalolla voidaan korvata osa

keinovalaistuksesta.

49

2.6 TOIMISTOLAITTEET

Toimistolaitteiden, kuten ATK-laitteiden ja niiden oheislaitteiden sekä kopiokonei-den ja telekopio-laitteiden, osuus kiinteistöjen sähkönkulutuksesta on noin 10 %.Toimistorakennuksissa, joissa laitemäärä on erittäin suuri, saattaatoimistolaitteiden osuus kulutuksesta nousta jopa 20 %:iin. Toimistolaitteidenmäärä on jatkuvasti lisääntymässä, mutta ottamalla käyttöön energiaa säästävääteknologiaa voidaan sähkönkulutusta laskea merkittävästi.

Toimistolaitteita käytetään aktiivisesti vain pieni osa siitä ajasta, jolloin niissä onvirta kytkettynä. Arvioiden mukaan esim. mikrotietokonetta käytetään aktiivisestivain noin 3 tuntia päivässä. Lisäksi noin 40 %:iin laitteista jätetään virrat päällemyös yöajaksi ja viikonlopuiksi. Erilaisilla energiansäästöratkaisuilla pyritäänkinpienentämään tätä laitteiden turhaa sähkönkulutusta silloin, kun laitteita eikäytetä.

Toimistolaitteiden sähkönkulutus on tällä hetkellä noin 570 GWh vuodessa (Kuva29) /31/, josta lähes 65 % kuluttavat mikrotietokoneet (keskusyksikkö + näyttö).Kirjoittimien osuus sähkönkulutuksesta on 13 % ja loput yli 20 % muodostuu ko-piokoneiden, telekopio-laitteiden, laskinten, modeemien ja muiden toimistolaittei-den kulutuksesta. Laitteiden suoran sähkönkulutuksen lisäksi sisäinen lämpö-kuorma lisää välillisesti ilmastoinnin sähkönkulutusta (keskimäärin 25 %).

Energiaa säästävän teknologian käyttöönotolla arvioidaan sähkönkulutusta voita-van pienentää kaikkiaan noin 3,5 TWh vuosina 1995 - 2005. Keskimäärin säästö-potentiaali on noin 320 GWh/a, mikä merkitsee nykyisellä sähkön keskihinnalla(38,0 p/kWh) noin 122 Mmk/a.

TOIMISTOLAITTEIDEN SUORA JA VÄLILLINEN SÄHKÖNKULUTUS

Säh

könk

ulut

us (

GW

h/a

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

Mik rotietokoneet Kirjoitt imet Muut (kopiokon., faxityms.)

Ilmastoinnin lisäkulutus Säästöpotentiaali

Säästöpotentiaali

Kuva 29. Toimistolaitteiden sähkönkulutus Suomessa ja sen jakautuminen eri lai-teryhmien kesken. Säästöpotentiaali esittää Energy Star -laitteiden ja näytön-sammuttimien käyttöönoton säästövaikutuksia.

50

2.6.1 Näytöt

ATK-näyttöjen sähkönkulutukseen vaikuttavat tekijät voidaan jakaa kolmeen ryh-mään (Taulukko 14).

Taulukko 14. Näyttöjen sähkönkulutukseen vaikuttavat tekijät.


LAITEOMINAISUUDET

Näytön koko ('', tuuma) Suunnittelu- väri/mv-näyttö- tarvittava tarkkuus

Käyttö- käyttöaste työaikana- laitteiden sammutus

Energiansäästöominaisuudet- Energy Star- NUTEK- erillinen näytönsammutin

Näyttöjen ominaissähkönkulutus

Näyttöjen tehontarve vaihtelee merkittävästi näytön tyypin (väri vai mv, tarkkuus)ja koon mukaan. Näytön valinnassa koko on ratkaiseva tekijä. CAD-työskentelyyntai julkaisujen tekoon (DTP) tarvitaan iso näyttö (20 - 21''), kun taastekstinkäsittelyyn riittää tavallisesti normaalikokoinen näyttö (14 - 15''). Graafisetkäyttöliittymät (Windows) ja sovellukset ovat lisänneet tarvetta näytön koon kas-vattamiseen vähintään 17 tuumaan.

Näytön koko ilmaisee kuvaputken lävistäjän (alakulmasta vastakkaiseen yläkul-maan) pituuden tuumina. Varsinainen hyödynnettävä näyttökoko on kuitenkin tätäpienempi, koska kotelon reuna peittää osan kuvaputkesta.

Kuvassa 30 on esitetty erikokoisten ja erilaisilla energiansäästöominaisuuksillavarustettujen näyttöjen ominaissähkönkulutus tuotettua palvelua eli näytön kokoakohden laskettuna. Ominaiskulutukset on laskettu tyypillisessä toimistokäytössä,jolloin aktiivinen käyttöaika on 3 h/päivässä ja 40 % laitteista jätetään päälle myösyöajaksi ja viikonlopuiksi.

Tuloksista nähdään, että ominaiskulutus on erikokoisilla näytöillä varsin tasainen.Tämä on yllättävää sikäli, että ominaiskulutus laskettiin kuvaputken halkaisijaaeikä paremmin tehontarvetta kuvaavaa näytön pinta-alaa kohden. Vakionäyttöjen(14'' ja 15'') ominaiskulutus on 17 - 19 kWh/'',a ja tätä isompien näyttöjen noin 22kWh/'',a.

51

ERITYYPPISTEN NÄYTTÖJEN OMI NAISKULUTUS

Näytön koko (' ')

0

5

10

15

20

25

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Tavallinen Energy Star,yläraja

Energy Star,tyypillinen

NUTEK Näytönsammutin

Vanhavakionäyttö

N ykyinenvakionäyttö

W indo wstyösken te ly

CAD - ta i D T P-työasemat

Kuva 30. Erityyppisten ja -kokoisten näyttöjen ominaissähkönkulutus.Tyypillinen toimistokäyttö.

Käyttötavan vaikutus

Näyttöjen sähkönkulutukseen vaikuttaa suuresti se, miten suurelta osin laitteetsammutetaan töistä lähdettäessä (Kuva 31). Erityisesti tämä korostuu tavallisissanäytöissä, joissa ei ole energiansäästöominaisuuksia. Tällöin tyypilliseen toimisto-käyttöön (40 % laitteista jätetään päälle myös yöajaksi ja viikonlopuiksi)verrattuna ominaiskulutus muuttuu seuraavasti:

- Tyypillinen toimistokäyttö vertailutapaus- Kaikki laitteet päällä 24 h/vrk +87 %- Kaikki laitteet päällä 8 h/vrk -56 %.

Mitä alhaisempi on energiansäästöominaisuuksilla varustetun näytön lepotilan te-hontarve, sitä vähemmän noudatettu virransammutuskäytäntö vaikuttaa sähkön-kulutukseen.

52

NÄYTTÖJEN KÄYTÖN VAIKUTUS OMINAISKULUTUKSEENS

ähkö

nkul

utus

(kW

h/'',

a)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Tavallinen mikro Energy Star,yläraja

Energy Star,tyypil linen

NUTEK Näytönsammut in

Tyypillinen toimistokäyt tö

Kaikki lait teet 24 h/vrk


Kuva 31. Vakionäytön (15'') käyttötavan vaikutus sähkönkulutukseen. Aktiivinenkäyttö 3 h/vrk.

Näyttöjen säästömahdollisuudet

Näyttöjen ja muiden ATK-laitteiden turhaa energiankulutusta vähentämään onkehitetty energiansäästötoiminnolla varustettuja laitteita, jotka siirtyvät automaat-tisesti ns. lepotilaan sen jälkeen, kun niiden aktiivinen käyttö lopetetaan.

Näyttöjä varten on kehitetty vapaaehtoisuuteen perustuvia luokitusnormistoja, ku-ten esim. Yhdysvaltojen ympäristöministeriön EPA:n Energy Star- ja ruotsalaisenNUTEK:n määrittelyt. Lepotilan tehontarve on tällöin korkeintaan

- Energy Star 30 W- NUTEK 8 W.

Tämän lisäksi vanhat näytöt voidaan varustaa erillisellä ns. näytönsammuttimella,joka katkaisee näytöstä virran sen jälkeen, kun näppäimistön tai hiiren käyttölopetetaan.

Kaikki energiansäästötoiminnot alentavat merkittävästi näyttöjenenergiankulutusta (Kuva 30). Tavallisiin näyttöihin verrattuna pienenee 15''vakionäytön ominaissähkönkulutus tyypillisessä toimistokäytössä seuraavasti:

- Energy Star, yläraja (30 W) -42 %- Energy Star, tyypillinen (15 W) -63 %- NUTEK -77 %- Näytönsammutin -84 %.

53

2.6.2 Mikrotietokoneet

Mikrotietokoneen (näyttö ja keskusyksikkö) sähkönkulutukseen vaikuttavatnäytön osalta edellisessä luvussa käsitellyt tekijät. Lisäksi keskusyksikön osaltavoidaan esittää lisää tekijöitä (Taulukko 15).

Taulukko 15. Mikrotietokoneiden keskusyksikön sähkönkulutukseen vaikuttavattekijät. Näytön osalta tekijät on esitetty taulukossa 14.


LAITEOMINAISUUDET

Laskentateho (Mflops)

Tallennuskapasiteetti (Mb)

Suunnittelu- laitteen käyttötarkoitus- liikuteltavuus

Käyttö- käyttöaste työaikana- laitteiden sammutus

Energiansäästöominaisuudet- Energy Star

Mikrotietokoneelle kokonaisuutena tai edes pelkälle keskusyksikölle ei ole löydet-tävissä riittävän yksiselitteistä palvelua, jota kohden ominaiskulutukset voitaisiinmääritellä. Sen takia tässä esityksessä on energiankulutustiedot esitetty erilaisillelaitekokoonpanoille.

Mikrotietokoneiden sähkönkulutus

Mikrotietokoneen käyttötarkoitus määrittelee pitkälti ne ominaisuudet, jotka vai-kuttavat laitekokonaisuuden tehontarpeeseen. Esimerkiksi raskaaseen CAD- taiDTP-työskentelyyn tarvitaan tavallista mikrotietokonetta huomattavasti tehok-kaampi keskusyksikkö ja kookkaampi näyttö.

Toisaalta laskentateholtaan samanarvoisista laitekokoonpanoista vaatii kannettavatietokone aina yleensä vähemmän tehoa. Tämä johtuu siitä, että kannettavien tie-tokoneiden akkukäyttöisyyden vuoksi on jouduttu kiinnittämään huomiota niidenenergiatehokkuuteen. Tosin näytön osalta laitteet eivät yleensä ole vertailukelpoi-set.

Kuvassa 32 on esitetty erilaisten mikrotietokoneiden sähkönkulutus tavallisillasekä energiansäästöominaisuuksilla varustetuilla laitteilla.

54

MIKROTIETOKONEEN ENERGIANKULUTUS

Laitteen (PC + näyttö) teho (W)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Tavallinen Energy Star, yläraja Energy Star, tyypillinen

Kannettavatietokone

Tavallinenmikro

CAD- ta i DTP-työasema

Kuva 32. Erilaisten mikrotietokoneiden (PC + näyttö) sähkönkulutus. Tyypillinentoimistokäyttö.

Käyttötavan vaikutus

Mikrotietokoneiden sähkönkulutukseen vaikuttaa suuresti se, miten suurelta osinlaitteet sammutetaan töistä lähdettäessä (Kuva 33). Erityisesti tämä korostuu ta-vallisissa, ilman energiansäästöautomatiikkaa olevissa laitteissa. Tällöintyypilliseen toimistokäyttöön (40 % laitteista jätetään päälle myös yöajaksi javiikonlopuiksi) verrattuna ominaiskulutus muuttuu seuraavasti:

- Tyypillinen toimistokäyttö vertailutapaus- Kaikki laitteet päällä 24 h/vrk +86 %- Kaikki laitteet päällä 8 h/vrk -57 %.

Mitä alhaisempi on energiansäästöominaisuuksilla varustetun näytön lepotilan te-hontarve, sitä vähemmän noudatettu virransammutuskäytäntö vaikuttaasähkönkulutukseen.

55

MIKROJEN KÄYTÖN VAIKUTUS ENERGIANKULUTUKSEENS

ähkö

nkul

utus

(kW

h/a)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Tavallinen mikro Energy Star, yläraja Energy Star, tyypillinen

Tyypillinen toimistokäyt tö



Kuva 33. Tavallisen mikrotietokoneen (PC + näyttö) käyttötavan vaikutus säh-könkulutukseen. Aktiivinen käyttö 3 h/vrk.

Mikrotietokoneiden säästömahdollisuudet

Mikrotietokoneiden turhaa energiankulutusta voidaan pienentää valitsemallasellainen laite, jossa sekä näyttö että keskusyksikkö on varustettu Energy Star-energiansäästötoiminnolla. Lepotilan tehontarve saa tällöin olla korkeintaan 30 Wnäytön ja 30 W keskusyksikön osalta. Tyypillinen Energy Star -laitteiston (näyttö+ keskusyksikkö) lepotilan tehontarve on yhteensä noin 30 - 40 W.

Energy Star -laitteilla pienenee tavallisen laitekokoonpanon sähkönkulutustyypillisessä toimistokäytössä seuraavasti (Kuva 33):

- Energy Star, yläraja (60 W) -50 %- Energy Star, tyypillinen (30 W) -67 %.

Siirtyminen yhä enemmän verkkoympäristöön lisää painetta jättää yhä useampiamikrotietokoneita päälle myös yöajaksi, jolloin hoidetaan työasemien varmuusko-piointi. Tällöin tietokoneen energiansäästöominaisuuksien merkitys korostuu enti-sestään, koska laitteet ovat yhä suuremman osan ajastaan käyttämättöminä. Myöskäyttömukavuus paranee, kun verkkoistuntoa ei tarvitse keskeyttää käytön kes-keyttämisen ajaksi. Verkkoon kytkeytymisen ja ohjelmistojen käynnistämisenosalta saavutetaan ajansäästöä verrattuna työaseman virtojen katkaisemiseen.

56

2.6.3 Kirjoittimet

Kirjoittimien sähkönkulutukseen vaikuttavat tekijät voidaan jakaa kolmeen ryh-mään (Taulukko 16).

Taulukko 16. Kirjoittimien sähkönkulutukseen vaikuttavat tekijät.


LAITEOMINAISUUDET

Tulostettu sivu Suunnittelu- tulostuksen nopeus- tulostuksen tarkkuus- väritulostusominaisuus

Käyttö- tulostusmäärä- laitteiden sammutus

Energiansäästöominaisuudet- Energy Star- Erillinen virransammutin

Kirjoittimet voidaan jakaa tulostustekniikan osalta kolmeen eri ryhmään:

- matriisikirjoittimet- laserkirjoittimet- mustesuihkukirjoittimet.

Näiden kirjoitintyyppien suhteellinen osuus vaikuttaa merkittävästi energiankulu-tukseen. Suhteelliset osuudet ovat tällä hetkellä muuttumassa selvästi. Mustesuih-kukirjoitinten määrä on voimakkaassa kasvussa pääasiassa matriisikirjoitintenkustannuksella. Kuvassa 34 on esitetty eri kirjoitintyyppien suhteelliset osuudettällä hetkellä (1994) sekä ennustettu tilanne vuonna 1998.

Osa kirjoittimista, ns. oheiskirjoittimet on kytketty vain yhteen työasemaan. Verk-kokirjoitin palvelee verkon välityksellä useampaa, tyypillisesti 3 - 4 eri työasemaa,jolloin niiden käyttöaste on myös huomattavasti oheiskirjoittimia korkeampi.

57

Oheiskirjoittimet

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1994 1998

%

Verkkokirjoittimet

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1994 1998

Mustesuihku

Laser

Matriisi

%

Kuva 34. Eri kirjoitintyyppien suhteelliset osuudet tällä hetkellä sekä ennuste ti-lanteesta vuonna 1998. Oheiskirjoittimet on liitetty yksittäiseen työasemaan javerkkokirjoittimet palvelevat useita työasemia.

Kirjoittimien ominaissähkönkulutus

Kuvassa 35 on esitetty erityyppisten kirjoittimien ominaissähkönkulutus tuotettuapalvelua eli tulostettua sivua kohden. Kirjoittimen virta on tällöin ollut kytkettynätoimistoajan (2000 h/a) sekä 40 % ajasta myös öisin ja viikonloppuisin, mikävastaa melko hyvin tyypillistä toimistokäyttöä.

Kirjoittimien säästömahdollisuudet

Kirjoittimien osalta aktiivisen tulostustyön osuus on erittäin pieni, paljonkäytetyillä verkkotulostimillakin yleensä vain 5 % toimistotyöajasta eli noin 0,5tuntia päivässä. Siksi kirjoittimien ominaiskulutus onkin voimakkaasti riippuvainenvuotuisista tulostusmääristä, erityisesti vanhemmantyyppisillä laserkirjoittimilla.

Turhaa energiankulutusta voidaan alentaa laskemalla ns. lepotilan tehontarvettamahdollisimman pieneen. Energy Star -määrittelyjen mukaan lepotilan tehontarvesaa olla 1 - 14 sivua/min tulostavilla kirjoittimilla korkeintaan 30 W ja tätä no-peammilla kirjoittimilla enintään 45 W. Tämän hetkisellä teknologialla nämä raja-arvot on helppo alittaa. Kahden suurimman laitevalmistajan uusissa malleissa onjopa luovuttu virtakytkimestä, jolloin laitteet ovat aina valmiustilassa (tehontarvevain 5 W). Tätä tasoa voidaankin pitää tyypillisenä Energy Star -laitteena.

Oheiskirjoittimen tyypillisellä tulostusmäärällä (10 000 sivua vuodessa) ominais-sähkönkulutus on tavallisella laserkirjoittimella (8 sivua/min) 29,3 Wh/sivu ja tyy-pilli sellä Energy Star -laitteella 5,1 Wh/sivu (-83 %).

58

KIRJOITTIMEN OMINAISSÄHKÖNKULUTUS

Tulostusmäärä (sivua/a)

Säh

könk

ulut

us (

Wh/

sivu

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000

Matriisi

Mustesuihku

Laser, 4 sivua/min

Laser, 8 sivua/min

Laser, 16 sivua/min

Laser, Energy Star

Tyypil linenoheiskir joi tin

Tyypil linenverkkokir joi tin

Kuva 35. Erityyppisten kirjoittimien ominaissähkönkulutus tulostettua sivua koh-den. Tyypillinen toimistokäyttö.

2.6.4 Muut toimistolaitteet

ATK-laitteiden ja niiden oheislaitteiden lisäksi toimistossa on muita pienempiä lai-teryhmiä, kuten kopiokoneet, telekopio-laitteet, laskimet ja modeemit. Niidenosuus toimistolaitteiden kokonaissähkönkulutuksesta on noin 20 %. Muistatoimistolaitteista selvästi merkittävin ryhmä sähkönkulutuksen kannalta ovatkopiokoneet, joiden käsittelyyn tässä raportissa rajoitutaan.

Pienet ja keskikokoiset kopiokoneet ovat kehittymässä nopeasti energiansäästö-ominaisuuksiltaan. Pienimmissä kopiokoneissa voidaan hyödyntää samaa teknolo-giaa, joka on jo kehitetty laserkirjoittimiin.

Kopiokoneen aktiivinen käyttöaika on hyvin lyhyt. Arvioiden mukaan vain 2 - 5% päälläoloajastaan kopiokone tekee kopioita, muuna aikana se on valmiustilassa.Siten kopiokoneen energiankulutus riippuu suuresti valmiustilan tehontarpeesta.Taulukossa 17 on arvio valmiustilan tehonkulutuksesta tällä hetkellä käytössä ole-vissa kopiokoneissa sekä ennustus uusien kopiokoneiden energiatehokkuudenkehityksestä lähitulevaisuudessa /32/.

59

Taulukko 17. Erikokoisten kopiokoneiden tehontarve valmiustilassa tällähetkellä (keskiarvo käytössä olevista laitteista) sekä lähitulevaisuudessa.

KOPIOKONEENKAPASITEETTI

sivua/min

TILANNETÄLLÄ

HETKELLÄW

UUDETLAITTEET

V. 1993W

UUDETLAITTEET

V. 1998W

UUDETLAITTEET

V. 2000W

1 - 1920 - 39> 40

120200400

90140250

590200

570180

60

2.7 KEITTIÖLAITTEET

Keittiöiden sähkönkulutukseen vaikuttavat tekijät voidaan jakaa kolmeenryhmään (Taulukko 18).

Taulukko 18. Keittiöiden sähkönkulutukseen vaikuttavat tekijät.


LAITEOMINAISUUDET

Annos (annosta/vrk) Suunnittelu- valmistus tai jakelukeit-tiö- keittiötyyppi- LV- vai KV-liitäntä

Käyttö- käyttöajat- samanaikaisuus- valmistettava tuote

Keittiölaitteen hyötysuhde- lämpöhäviöt ympäristöön- valmistusprosessin te-hokkuus

Keittiöiden energiankulutuksen tavoitearvot määritettiin eri tyyppisille suurkeit-tiöille. Tarvittavat mittaukset ja energiankulutuksen laskenta suoritettiin HackmanMetos Oy:n toimesta. Laskelmissa käytetyt oletusarvot on esitetty tarkemmin liit-teessä 1. Kylmälaitteiden osalta mittaustulokset ovat Porkka Oy:n laitteista.Tulosten arvioinnissa on huomattava seuraavaa:

- Käyttöaika-arviot on tehty hyödyntäen Hackman Metos Oy:n suunnittelu-palvelun tietoa erityyppisten keittiöiden käyttöasteesta ja huomioidenainoastaan laitteen tehollinen käyttö.

- Tapauskohtaisesti laitteiden käyttöajat saattavat vaihdella huomattavastikin.- Tietyissä laitteissa, kuten esim. yhdistelmäuunissa, myös valmistettava tuote

ja valittu valmistustapa voi vaikuttaa merkittävästi energiankulutukseen.- Astianpesukoneissa liittäminen lämpimään tai kylmään käyttöveteen vaikut-

taa laitteen sähkönkulutukseen.

Tarkasteltaviksi valittiin seuraavat suurkeittiötyypit, joista kaikki ovat valmistus-keittiöitä:

- Ravintola, hotelli- Henkilöstöravintola- Kahvila tai tienvarsiravintola- Laitoskeittiöt:

- Ammattioppilaitos- Ylä- tai ala-aste- Vanhainkoti

61

Kuvassa 36 on esitetty sähkönkulutuksen jakaantuminen eri toimintojen keskeneräässä valmistuskeittiössä. Tehtyjen mittausten mukaan sähkönkulutukseltaanmerkittävin toiminto oli astianpesu, jonka osuus sähköntarpeesta oli yli 40 %.Kylmälaitteet ja ruoanvalmistus kuluttivat molemmat noin neljänneksen.

SÄHKÖNKULUTUKSEN JAKAANTUMINEN VALMISTUSKEITTIÖSSÄ

Ast ianpesu42%

Ruoanvalmistus26%

Kylmävarast oin ti22%

Ruoan säi lyty starjoilu lämpötilassa

10%

Kuva 36. Sähkönkulutuksen jakaantuminen eri toimintojen kesken mittausten mu-kaan eräässä valmistuskeittiössä /25/.

Eri keittiötyyppien sähkönkulutuksen tavanomainen jakaantuminen yksittäistenlaitteiden kesken on esitetty kuvassa 37.

Astianpesukoneet kuluttavat keittiölaitteista eniten sähköä ravintoloissa ja hotel-leissa (23 %), ammattioppilaitoksissa (32 %), ylä/ala-asteilla (31 %) sekäerityisesti vanhainkodeissa (46 %). Henkilöstöravintoloissa jakahvila/tienvarsiravintoloissa kylmälaitteiden (kylmävarastointi sekä kylmänruoan säilytys tarjoilulämpötilassa) osuus sähkönkulutuksesta on suurin. Kahvila-ja tienvarsiravintoloissa sähköä kuluu merkittävästi myös rasvakeittimiin (18 %) jaammattioppilaitoksissa yhdistelmäuuneihin (22 %).

Kuvassa 38 on erilaisten keittiötyyppien sähkönkulutus jaettu toiminnoittain asti-anpesun, ruoanvalmistuksen, kylmävarastoinnin ja ruoan tarjoilulämpötilassasäilytyksen kesken. Jakoperusteet ovat tällöin vertailukelpoiset kuvassa 36esitettyihin mittaustuloksiin nähden.

Keittiön toiminnoista ruoanvalmistukseen kuluu yli puolet (51 - 60 %) sähköntar-peesta ravintoloissa ja hotelleissa, kahvila tai tienvarsiravintoloissa sekä ammatti-oppilaitoksissa. Henkilöstöravintoloissa, ammattioppilaitoksissa sekä ylä- tai ala-asteilla ruoanvalmistukseen kuluu (37 - 42 %). Vanhainkotien keittiöissä astian-pesu kuluttaa eniten sähköä (47 %). Kylmävarastoinnin (jääkaapit, kylmä- ja pa-kastehuoneet) osuus sähkönkulutuksesta vaihtelee 16 - 28 %.

63

Kuva 37. Keittiön sähkönkulutuksen jakautuminen yksittäisten laitteiden keskenerityyppisissä keittiöissä.

R a vintola ta i ho te lli

22 %

60 %

16 %

2 %

H e nkilöstö rav into la

22 %

39 %

27 %

12 %

Kahvila / tie nva rsiravinto la

15 %

51 %

16 %

18 %

Amma ttioppila itos

31 %

42 %

24 %

3 %

Ylä-/a la -aste

32 %

37 %

28 %

3 %

Va nha inko ti

47 %

26 %

21 %

6 %

$VWLDQSHVX 5XRDQYDOPLVWXV .\OPlYDUDVWRLQWL 5XRDQ�VlLO\W\V�WDUMRLOXOlPS|WLODVVD

Kuva 38. Keittiön sähkönkulutuksen jakautuminen eri toimintojen kesken erityyp-pisissä keittiöissä.

64

2.7.1 Keittiöiden ominaissähkönkulutus

Keittiöiden ominaissähkönkulutus (Kuva 39) laskettiin tuotettua palvelua eli tässätapauksessa annosta kohden.

ERI KEITTIÖTYYPPIEN OM INA ISSÄ HKÖN KU LU TUS

Keitt iön ruokailijamäärä (annosta/vrk)

Säh

könk

ulut

us (k

Wh/

anno

s)

0

1

2

3

0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0

Ravint o la t ai hot ell i

Henk ilöst öravint o la

Kahvila/t ienv arsi rav in t ola

A m mat t ioppila it os

Ylä-/ala-ast e

V anhainkot i

Kuva 39. Keittiön ominaissähkönkulutus erityyppisissä valmistuskeittiöissä.

2.7.2 Keittiötyypin vaikutus

Ominaissähkönkulutus vaihtelee jonkin verran keittiötyypin mukaan (Kuva 40).Pienin ominaiskulutus on kahvila tai tienvarsiravintoloissa, ammattioppilaitoksissaja vanhainkodeissa, joissa sähkönkulutus on tyypillisesti 0,5 - 0,6 kWh/annos.Henkilöstöravintoloissa ja ylä- tai ala-asteilla kulutus on noin 0,8 kWh/annos. Ra-vintoloiden ja hotellien ominaiskulutus on muihin verrattuna kaksin- taikolminkertainen, lähes 1,6 kWh/annos. Tämä johtuu lähinnä siitä, että annoksettehdään yksittäin eikä suurissa erissä kuten muissa keittiötyypeissä. Erikeittiötyyppien suhteellinen ominaissähkönkulutus kahvilaan taitienvarsiravintolaan verrattuna on tyypillisillä ruokailijamäärillä seuraava:

- Kahvila tai tienvarsiravintola 0,50 kWh/annos- Vanhainkoti 0,62 kWh/annos (+ 24 %)- Ylä- tai ala-aste 0,77 kWh/annos (+ 54 %)- Ammattioppilaitos 0,56 kWh/annos (+ 12 %)- Henkilöstöravintola 0,81 kWh/annos (+ 62 %)- Ravintola tai hotelli 1,55 kWh/annos (+210 %)

Ominaissähkönkulutukseen vaikuttavat ne tarpeet ja vaatimukset, joita erityyppi-sille keittiöille asetetaan. Siten keittiötyyppejä ei voida asettaa mihinkään parem-muusjärjestykseen kulutusarvon mukaan, vaan vertailu on mahdollista ainoastaansamantyyppisten keittiöiden kesken.

65

KEITTIÖTYYPIN VAIKUTUS OMINAISKULUTUKSEEN

Tyypillinen ominaiskulutus (kWh/annos)

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

Ravintola tai hotelli

Henkilöstöravintola

Kahvila/t ienvarsiravintola

Ammatt ioppilaitos

Ylä-/ala-aste

Vanhainkot i

Kuva 40. Keittiötyypin vaikutus ominaissähkönkulutukseen, tyypilliset (ks. Liite1) ruokailijamäärät.

2.7.3 Tunnelipesukoneen sähkönkulutus

Astianpesu oli monessa keittiötyypissä sähkönkulutukseltaan merkittävin keittiöntoiminnoista. Kuvassa 41 on lähemmin tarkasteltu erään tunnelipesukoneentoimintaa ja energiankulutusta prosessin eri vaiheissa. Mittaus on tehtymaksimikuormituksella (kylmävesiliitäntä). Kuvassa 42 on esitettytunnelipesukoneen energiankulutuksen jakautuminen eri toimintojen kesken.

Tunnelipesukoneen energiankulutus maksimikuormituksella

Aika (min)

Teh

onta

rve

(kW

)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60

Loppuhuuhtelu 2

Loppuhuuhtelu 1

Allaslämmitys

Moottorit

Keskiteho 25,4 kW

Kuva 41. Tunnelipesukoneen mitattu sähkönkulutus maksimikuormituksella.

66

Kuva 42. Tunnelipesukoneen sähkönkulutuksen jakautuminen laitteen eri osien japrosessin toimintojen kesken.


Seuraavassa on käsitelty mahdollisuuksia pienentää keittiöiden sähkölaitteidenenergiankulutusta. Tämän lisäksi merkittävää energiansäästöpotentiaalia on keitti-öiden ilmastoinnin energiankulutuksessa, jota on tarkemmin käsitelty luvussa 6.

Kylmälaitteiden osalta energiansäästömahdollisuuksia on käsitelty tarkemmin lu-vussa 2.4.4. Muiden keittiölaitteiden energiansäästömahdollisuuksia on lueteltuseuraavassa:• astianpesukoneiden lämmöntalteenotto• liesien lämpiämisnopeuden parantaminen (esim. halogeenilevyt) ja kuumenevan

alueen tarpeenmukainen säätö (esim. induktiotekniikka)• turhan energiankulutuksen vähentäminen laitteilla, jotka siirtyvät

automaattisesti vähän kuluttavaan ns. lepotilaan silloin, kun niitä ei käytetä• lämminvesikytkennän suosiminen kylmävesikytkennän sijasta• uunien ja patojen eristyksen parantaminen.

Tunnelipesukoneen energiankulutu ksen jakautuminen

Moottorit13%

Loppuhuuhtelu 152%

Al laslämmity s32%

Loppuhuuhtelu 23%

67

2.8 MUUT KIINTEISTÖJEN KONEET JA LAITTEET

2.8.1 Sairaalalaitteet

Kuva 43. Sairaala- ja laboratoriolaitteiden sähkönkulutus ja tehontarve HYKS:nkirurgisen sairaalan laboratorio- ja tutkimustiloissa.

Pesu- ja desinfiointikoneiden ominaissähkönkulutus

Franke Hackman Oy:n toimesta selvitettiin joidenkin sairaalavälineiden pesu- jadesinfiointikoneiden sähkönkulutusta prosessin eri vaiheissa.

Sairaalavälineet sijoitetaan koreihin ennen pesukoneeseen sijoittamista. Koreja onerikokoisia ja niiden koko vaihtelee eri valmistajilla, joten ominaiskulutus päätet-tiin laskea koritilavuutta (l) kohden.

Ominaissähkönkulutus on DEKO-190 ja DEKO-2000 laitteilla noin 0,05 kWh/l.Nämä molemmat laitteet ovat käsittelykapasiteetiltaan lähellä toisiaan. Sen sijaankäsittelykapasiteetiltaan pienemmän DEKO-260 laitteen ominaissähkönkulutus onlähes kaksinkertainen (Kuva 44). Kuvassa 45 on esitetty näiden pesu- ja desinfi-

Sairaalan laboratorio- ja tutkimustilojen laitekuorma on suuri. Helsingin yliopis-tollisessa keskussairaalassa (HYKS) tehtyjen mittausten mukaan /33/ eri tilojensähkölaitteiden tehontarve ja sähkönkulutus vaihtelivat suuresti (Kuva 43).

SAIRAALA- JA LABORATORIOLAITTEIDEN SÄHKÖNKULUTUS JA TEHONTARVE

Sähkönkulutus (kWh/m2 ,a)Tehontarve (W/m2)

0 50 100 150 200 250 300

Laboratorio 1

Laboratorio 2

Laboratorio 3

Kemianlaboratorio

Verikeskus 1

Verikeskus 2

Sähkönkulutus

Tehontarve

Mittausten mukaan laboratorio- ja sairaalalaitteiden tehonkäyttö on lähes kaikissatapauksissa huomattavasti pienempi kuin liitäntäteho. Laitteiden keskitehot olivatvain harvoissa tapauksissa yli 50 % ja joissain tapauksissa vain 10 % liitäntäte-hosta.

68

ointikoneiden sähkönkulutuksen jakautuminen lämmitysvastuksen (59 - 91 %) japumppujen kesken (9 - 41 %).

PESU- JA DESINFIOINTIKONEET SAIRAALAVÄLINEILLE

Laitteen käsittelykapasiteetti (l/h)

Laitt

een

sähk

önku

lutu

s (k

Wh/

l

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

DEKO-260

DEKO-190DEKO-2000

* inst rumenteil le yms.

* alusast ioille yms.* inst rumenteil le yms.

Kuva 44. Sairaalavälineiden (instrumentit, alusastiat yms.) pesu- ja desinfiointi-koneiden ominaissähkönkulutus.

PESU- JA DESINFIOINTIKONEIDEN TYYPILLINENSÄHKÖNKULUTUSJAKAUTUMA

Säh

könk

ulut

us (

kWh/

vrk

)

0

5

10

15

20

25

30

35

DEKO-190 DEKO-260 DEKO-2000

9%

31%41%

91%

69%59%

Lämmitysvastus

Pumppu

Kuva 45. Sairaalavälineiden pesu- ja desinfiointikoneiden sähkönkulutuksen ja-kautuminen eri laitekomponenttien kesken.

69

2.8.2 Sulanapitolämmitykset

Sulanapitolämmityksiin voidaan lukea erilaiset ulkoalueiden (ajoluiskat yms.) sula-tukset ja sulanapitolämmitykset sekä matalien perustuksien routasuojaukset.

Ulkoalueen sulatukseen tarvittava lämmitysteho on merkittävästi riippuvainenvaatimuksista, jotka asetetaan sulatusnopeuden ja toimintalämpötilojen suhteen(Kuva 46).

ULKOALUEIDEN SULANAPITOLÄMMITYS

Tyy

pilli

nen

teho

ntar

ve (

W/m

2)

0

100

200

300

400

500

Tuuleltasuojattu,

lämmöneriste

Tuuleltasuojattu

Tuulelle alt is Tuuleltasuojattu

Tuulelle alt is

100

150

250 250

450

Tu,min = -10 ° C

Tu,min = -30 ° C

Kuva 46. Ulkoalueiden sulanapitolämmityksen tyypillinen tehontarve erimitoitustavoilla.

Sulanapitolämmityksen ohjaus voidaan toteuttaa monilla tavoilla:

- käsikytkimellä, joka on varustettu aikareleellä- lumianturilla- ulkolämpötilaohjauksella erillisestä termostaatista tai DDC-järjestelmästä- säätämällä laatan lämpötila vakioksi.

Säädön toiminnalla on hyvin suuri vaikutus lämmityksen sähkönkulutukseen.Koska ulkoalueille asennettavat tehot ovat suuria, voivat viat säädössä lisätä ra-kennuksen sähkönkulutusta merkittävästi.

Lumianturin sekä erillisen lämpötilatermostaatin toiminnassa on kokemusten mu-kaan hyvin usein puutteita. Varmatoiminen ratkaisu saadaan ohjaamallalämmitystä DDC-järjestelmästä on/off-periaatteella ulkolämpötiloissa -5°C ..+5°C. Tällöin vältetään esim. ajoluiskien liukkaus vaikeimmissa sääolosuhteissa.

Sulanapitolämmityksen ominaissähkönkulutus

70

Kuvassa 47 on esitetty eritehoisten sulanapitolämmitysten vuotuinen ominaissäh-könkulutus, kun lämmitystä ohjataan ulkolämpötilatermostaatilla välillä +5 °C .. -5°C.

SULANAPITOLÄMMITYKSEN OMINAISSÄHKÖNKULUTUS

Lämmitysteho (W/m2)

Om

inai

ssäh

könk

ulut

us (

kWh/

m2,

a)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

100 150 200 250 300 350 400 450

Lämmitystä ohjataanulkolämpötilatermostaatillavälillä + 5 ° C .. -5 ° C.

Kuva 47. Ulkoalueiden sulanapitolämmityksen ominaissähkönkulutus erilaisillaasennustehoilla. Ohjaus ulkolämpötilatermostaatilla välillä +5 °C .. -5 °C.

2.8.3 Saattolämmitykset

Saattolämmitys on yleisnimitys erilaisten putkistojen ja niihin liittyvien laitteidensulanapitoon ja käyttölämpötilan ylläpitämiseen. Saattolämmitystä on sovellettukiinteistöissä mm. seuraavissa kohteissa:

- sadevesikouruissa- käyttövesiputkistoissa- viemäreissä.

Räystäskourun vaatima sulatusteho on sisäpuolisissa, kattoon upotettavissakouruissa 30 - 50 W/jm ja ulkopuolisissa kouruissa 40 - 60 W/jm. Muovistenkäyttövesiputkien saattolämmityksen teho on alle 10 W/jm.

71

3 MENETELMÄ SÄHKÖLAITTEIDENKULUTUSSEURANTAAN

3.1 YLEISTÄ

Rakennusten sähköverkko on useimmiten sellainen, että sähkökeskuksestalähtevän yhden ryhmälähdön takana voi olla monenlaista sähkökuormaa esim.valaistusta ja pistorasiakojeita. Monessa tapauksessa merkittävilläkiinteistökuormilla, kuten esim. ulkovalaistuksella, LVI-koneilla,autosähkölämmöllä ym., on oma lähtönsä sähkökeskuksessa. Tämä sähkökes-kusten rakenne merkitsee sitä, että eri kuormaryhmien (esim. valaistus, pistorasiat)mittaaminen erikseen ryhminä muutamalla mittarilla sähkökeskuksesta käsin onmahdotonta. Jos siis jonkin ryhmäkeskuksen syöttöalueen valaistuskuormitushalutaan mitata, vaatii se useimmiten hyvin monikanavaista, lähtökohtaistamittausta. Yksittäisten laitteiden mittaaminen vaatii laitekohtaista anturointia jatiedonsiirtoyhteyttä anturilta tietoja keräävälle keruuyksikölle. Vähänkinlaajempien mittausten suorittaminen on hyvin kallista ja usein käytännössämahdotonta.

Sähkönkäytön kuormitusjakaumien edes osittainen selvittäminen rakennuksessaon hyvin vaikeaa perinteisellä mittaustekniikalla edellä mainitusta sekaryhmittelynja jälkimittareiden puuttumisen vuoksi. Uutena ratkaisuna tähän ongelmaan VTTEnergian tutkimusyksikön energiajärjestelmien tutkimusalueella alettiin v. 1993kehittää osakuormien mittaustekniikkaa, jossa laitteiden päälle- ja poiskytkeytymi-nen pyritään tunnistamaan kytkentähetkillä sähkökeskuksen sähkötehoissa (pätö-ja loisteho) tapahtuvista muutoksista. Tällöin sähkökeskuksen ryhmittelyt eivätvaikuta mittauslaitteiston kokoonpanoon ja tarvitaan ainoastaan yksi riittäväntehokas mittauslaite. Toisaalta laitteiden kytkentöjen tunnistaminen mittausdatastavaatii tunnistettavien laitteiden toimintatapojen hyvää tuntemusta ja monimut-kaisia tunnistusalgoritmeja. Lisäksi tunnistustarkkuus heikkenee laitteiden janiiden aiheuttamien tehomuutosten määrän kasvaessa hyvin suureksi yhtäaikaistenkytkentätapahtumien lisääntyessä.

Tämän mittaustekniikan tutkimus ja kehittely alkoi Yhdysvalloissa MIT:ssa(Massachusetts Institute of Technology) v. 1983 EPRI:n (The Electric PowerResearch Institute) rahoituksella. Sovellutuskohteena on ollut kotitalouksien säh-kölaitteiden kuormitusten tunnistaminen. Kaksivaiheista mittalaitetta on kehitettysähkölaitosten suorittamia kuormitustutkimuksia varten. Mittauslaite on erityisestitähän tarkoitukseen rakennettu 1-vaiheiseen kWh-mittariin liitettävä "kaulus".Pyrkimyksenä Yhdysvalloissa on ollut rakentaa täysin automaattinen järjestelmä,joka oppii laitteiden kuormituskäyttäytymisen ("Automatic-Setup Non IntrusiveAppliance Load Monitoring System"). Kotitalouksien seurantaan soveltuvan mit-tausjärjestelmän kaupallistamisvaihe on tällä hetkellä käynnissä ja suurempiin ra-kennuksiin tarkoitettua järjestelmää kehitellään.

72

Euroopassa Ranskan sähköyhtiö Electricite de France on yhdessä SchlumbergerIndustriesin kanssa v. 1989 lähtien kehittänyt 1-vaiheista mittauslaitetta, josta v.1992 valmistui ensimmäinen prototyyppi. Ranskassa suurin osa kotitalouksista onliitetty 1-vaiheisesti sähköverkkoon. Laite on suunniteltu kotitalouksien sähkölait-teiden mittaamiseen. Ranskalaiset ovat kehittämässä tunnistustekniikkaa, joka pe-rustuu cluster-analyysiin, Markovin malleihin ja Viterbi-algoritmiin.

Tanskassa aiheesta on tehty tutkimus ja koemittauksia 1990-luvun alussa. Laittei-den tunnistuksessa oli pyritty soveltamaan sumeaa logiikkaa. Koko hankekuitenkin loppui sopivan mittauslaitteen puuttumiseen v. 1993

V. 1995 alussa perustettiin suomalaisten, ranskalaisten ja tanskalaisten yhteinentyöryhmä, joka tekee yhteisen raportin kyseisten maiden tilanteesta tämän uudenmittaustekniikan osalta ja pyrkii löytämään yhteistyömahdollisuuksia. Työryhmäon yksi neljän kuormitustutkimukseen liittyvän työryhmän kokonaisuudesta, jossaetsitään mahdollisuuksia käynnistää laajempia hankkeita EU:n puitteissa.

3.2 MITTAUSJÄRJESTELY

3.2.1 Mittausmenetelmän periaatteet

Sähkökuormien tehonkäyttö muodostuu kahdesta komponentista: pätö- ja loiste-hosta. Täysin resistiivisiä (ei loistehokomponenttia) kuormia ovat tyypillisesti säh-kölämmityskuormat, liesi ja hehkulamppuvalaistus. Muut kuormitukset muodostu-vat sekä induktiivisesta että resistiivisestä komponentista. Tehokerroin cos φkuvaa virran ja jännitteen välisen vaihekulman suuruutta. Jos cos φ=1, on kuormatäysin resistiivinen ja jos cos φ = 0, on kuorma täysin induktiivinen. Jokaisellekuormamuutokselle voidaan määritellä tehomuutoskoordinaatit (∆ Pi/W,∆ Qi/VAR). Kuormamuutoksen näennäisteho ∆ Si muodostuu näidenkomponenttien vektorisummasta. ∆ P,∆ Q-parit muodostuvat pisteryhmistä eliclustereista, koska samankin laitteen eri aikoina ja eri lämpötilassa ottama tehokytkeytymistilanteissa saattaa vaihdella jonkin verran. Lisäksi muutostenrekisteröintitekniikka aiheuttaa tiettyä epätarkkuutta. Laitteen päälle- ja poiskyt-keytymistehot voivat poiketa huomattavastikin toisistaan (esim. kylmälaitteet).

Mitatun loistehon suuruuteen vaikuttaa se, miten paljon virrassa olevia yliaaltojamitataan. Verkon perustaajuuden mukaan mitattuun loistehoon on lisättävä yliaal-tojen aiheuttama loisteho, jotta saataisiin ns. säröllinen kokonaisloisteho. Tyypilli-sesti elektroniset laitteet (esim. televisio, PC) tuottavat paljon virran yliaaltoja,jolloin niiden ottama perustaajuuden loisteho ja kokonaisloisteho poikkeavat huo-mattavasti toisistaan. Periaatteessa laitteen virran yliaaltospektriä samoinkuin kyt-kentätransienttiä voitaisiin käyttää hyväksi laitteiden tunnistamisessa, muttasamalla mittalaitteen vaatimukset kasvavat huomattavasti. Laitteidentunnistamisen kannalta perustaajuuden loisteho on yksikäsitteisin ja sitätarkoitetaan seuraavassa puhuttaessa loistehosta.

73

Menetelmässä mitataan sähkökeskuksen summatehon pätö- ja loistehot (P,Q) sekäjännite (U) riittävän tiheästi, esim. sekunnin välein. Tämän jälkeen tehoarvot skaa-lataan nimellisjännitteeseen nähden, jolloin poistetaan jännitevaihteluiden vaikutustehoihin seuraavasti:

PN = (P/U2) * 2302

QN = (Q/U2) * 2302.

Tehomuutokset aikavälillä (i, i-1) saadaan nyt seuraavasti:

∆PN = PNi - PN(i-1)∆QN = QNi - QN(i-1).

Tehomuutos kirjataan muistiin, mikäli se ylittää määritellyn kynnysarvon ja mikälikokonaisteho tehomuutoksen jälkeen on asettunut stabiiliin tilaan. (∆ P,∆ Q)-muutospareista muodostuu (P,Q)-tasolle pisteryhmiä, jotka kuvaavat eri laitteiden"sormenjälkiä" sähköverkossa.

3.2.2 Mittausjärjestelmä

Rekisteröintilaitteena päätettiin kokeilla 3-vaiheista, digitaalista kWh-mittaria.Mikroprosessoripohjaisten sähkömittarien kehittymisen myötä sähköiset suureet(eri vaiheiden virrat, jännitteet, pätö- ja loistehot) ovat luettavissa suoraan mitta-rista RS-sarjaväylän avulla. Suomessa Mittrix Oy on kehittänyt suurten kuluttajienlaskutusmittaukseen sopivan monipuolisen sähkömittauslaitteiston.

Koemittauksissa käytettiin Mittrix Oy:ltä hankittua digitaalista kWh-mittaria tyyp-pimerkiltään MXPQ 1165. Tämä mittari soveltui erikoiskalibroinnin jälkeen sor-menjälkien rekisteröintiin. Myöhemmin saatiin käyttöön Mittrix:n sähkönlaatumit-tarin alakortti, joka soveltui suoraan tähän tehtävään.

Liitteessä 3 on esitetty mittauslaitteiston kaaviokuva. Mittari liitetään sähkökes-kuksen syöttöjohtoihin virtamuuntajien välityksellä. Lisäksi mittari tarvitsee kol-mivaiheisen jännitesyötön. Kannettavalla PC:llä luetaan jatkuvasti mittarinalakortin sarjaväylästä sekunnin välein pätö-, loisteho ja jännite. Tällä hetkellämittauksen aikana tarvitaan aina PC mittarin luona. Tulevaisuudessa, kuntekniikkaa kehitetään edelleen, on todennäköisesti mahdollista siirtää muutostenrekisteröinti ja lyhytaikainen puskurointi mittarin sisälle, jolloin puhelinmodeeminvälityksellä pystytään purkamaan datat yhdessä paikassa olevalle PC:lle tai käydälukemassa kannettavalla PC:llä datat määräajoin.

Kuvassa 48 on esitetty kaaviona osakuormien mittaukseen soveltuvanprototyyppijärjestelmän hardware-ja software-osat. Mittaukseen liittyvätohjelmalohkot suoritetaan on line mittauspaikalla ja analyysin ohjelmalohkotmyöhemmin mittausdatojen käsittelypaikalla.

74

Kannettavassa PC:ssä oleva ohjelma rekisteröi haluttua kynnysarvoa suuremmatmuutokset ja tallentaa ne tiedostoon sekunnin tarkkuudella. Lisäksi kerätäänkokonaispätö- ja loistehon sekä eri vaiheiden jännitteiden 15 minuutin keskitehoja.Mittauksen aikana tapahtuvista mittarin antamista virhekoodeista kerätään omaatiedostoa.

Kaikki tehomuutokset talletaan nimellisjännitteen neliöön (2302V) normitettuinaarvoina. Näin voidaan eliminoida jännitevaihteluiden aiheuttama vaikutustehomuutoksiin.

3.2.3 Analysointi-algoritmien pääperiaate

Mittausdatojen analysointia varten kehitettiin ohjelmisto käyttöliittymineen. Se ontoteutettu Microsoftin Visual Basic 3.0:lla ja toimii Windowsin alla. Kuvassa 48 onesitetty ohjelmiston päälohkoja.

Ensimmäisessä vaiheessa mittausdatoista erotellaan omaksi aikasarjakseen sym-metriset kolmivaihemuutokset. Samalla pystytään erottelemaan myös kolmivaihe-muutoksiin integroituneet samanaikaiset yksivaihemuutokset.

Laiterekisteri sisältää tiedot tunnistettavista laitteista. Tällä hetkellä se laaditaanmanuaalisesti, mutta tulevaisuudessa sen laadinta voisi tapahtua automaattisestimittausdatojen ja suuren laitetietokannan avulla. Laitteiden sormenjälkien selvit-täminen edellyttää mittarin asennuksen yhteydessä tehtävää kytkentäkokeiluakohteessa. Laitteiden muutostehot mitataan sekä päälle- että poismenotilanteessa.Tehoarvot ovat keskiarvoja ja tunnistusprosessissa tehot voivat poiketa keskiar-vosta tietyn hajonnan verran, jonka on määritelty ohjelmassa.

Jokainen tunnistettava tehonmuutos on koodattu omalle numerolle, jonka perus-teella algoritmi sen tunnistaa ja osaa nimetä laitteen ja laiteryhmän. Muutlaiterekisterissä annetut tiedot ovat koodeja, jotka kuvaavat laitteen ominaisuuksia(On/Off-laite tai monitilainen laite, maksimi mahdollinen päällä oloaika jne.). Heh-kulamput muodostavat oman erikoisryhmänsä. Yksittäisen hehkulamppuva-laisimen kuluttaman energian määrittäminen ei tällä menetelmällä onnistu, muttaalgoritmi laskee jollakin tarkkuudella kokonaisuutena hehkulamppujen ja muidenpienten resistiivisten laitteiden kuluttamaa summaenergiaa.

Laitteiden toiminnan identifiointi tapahtuu neljän mittausaikasarjan (R-,S-,T- ja 3-vaihe) ja laiterekisterin avulla. Ainoastaan laiterekisterissä mainittuja laitteitapystytään tunnistamaan. Tehomuutosaikasarjat käsitellään vuorollaan aikajär-jestyksessä ja yhteensopivat tehomuutosparit yhdistetään toisiinsa kehitetynalgoritmin avulla. Monitilaisten laitteiden tapauksessa algoritmi generoi uusialaskennallisia tehomuutoksia aikasarjaan laskennan edistyessä ja ne yhdistetäänsopiviin tehomuutospareihin. Löydettyään sopivat parit ohjelma laskee laitteen 15minuutin keskitehot suorittamalla ns. takaisin normituksen mitattujen 15 minuutinjännitekeskiarvojen avulla. Näin saadut keskitehot talletetaan laiteryhmänimen

75

mukaiseen tiedostoon.Va ihee t

RST Ana loo g iset a a lto m u od o t

Ha rd w a re

1 sekunnin RM S d a ta

So ftw a re M it ta u s(o n line)

M it ta u s(o n line)

1 sekunn in n orm a liso itu p ä tö - ja lo iste ho ko lm esta va ihe esta

M it ta u s(o n line)

Lista teho m uu to ksista m uuto she tkine en

Ana lyysi(o ff line)

Ne ljä e ri a ika sa rja a te ho m uuto ksia


Ka ikki m a hd o lliset la ittee t n im e tty


Tunnistus va ihe it ta in(R,S,T,3-v.)


Eri la itte id en kuo rm ituskä yrä t

Dig ita a lin en kWh-m it ta ri (M it trix M XPQ 1165, eriko is ka lib ro in t i) + ka nne tta va PC .Ko m m uniko in ti: RS-232 sa rja -vä ylä

M it ta a p ä tö - ja lo isteho se kä jä nnit te et ko lm esta va ihe esta

No rm a liso i n im e llisjä nn ite ese en: Prno =(230*230/ Ur*Ur)*Pr, ...

SÄHKÖ N-JAKELU

SÄHKÖ -KUORMAT

SÄHKÖ NJA KELU

15 m inuut in keskite ho t kunkin tu nniste tun la ittee n to im inna sta ta lle ta a n la ittee n n im e n m uka isee n tie d o stoo n

Te ho m uuto sten tunnistus:M ä ä rite llä ä n p ien in tu nniste t ta va teho m uu to s: Pd e lta , Q d e lta : 50 W, 50 VArM ä ä rite llä ä n sta b iilissa tila ntee ssa sa llittu te ho m uuto s: Psta b , Q sta b : 30 W, 30 VAr

Ero te lla a n sym m et rise t 3-va ihe m uuto kse t 1-va ihem uu -to ksista

M uo d o ste ta a n la ite rekiste ri m a n ua a lisest i: la itte id en so rm e njä lje t (o n/ o ff), t ila -m a lliko o d i (yksi ta i usea m p i tila ine n la ite ),ko od i on / off -p a rien kä sitte lyä va rte n

Tunniste ta a n e ri la it te id e n to im inta kä yttä en hyvä ksi la iterekiste riä ja tä tä va rten ke hite ttyä tunnistusa lg o ritm ia .

Kuva 48. Osakuormien mittausjärjestelmän kaaviokuva.

76

3.3 DEMONSTRAATIOKOHTEIDEN TULOKSET

3.3.1 Omakotitalo

Koemittaustaloksi valittiin VTT Energian erään työntekijän kolmikerroksinen ko-

konaispinta-alaltaan 275 m2:n omakotitalo pääkaupunkiseudulta. Kyseisessä oma-kotitalossa on kaksi sähkökeskusta, joista toiseen keskukseen (alakeskus) on kyt-ketty makuuhuoneiden, olohuoneen ja keittiön laitteet ja toiseen eli pääkes-kukseen edellisen lisäksi varaavan sähkölämmityksen ja muun kiinteistösähkönkuormat (mm. autotallin valaistus, ulkopistorasiat). Lämmitysjärjestelmä on täysinvaraava vesikeskuslämmitys, minkä vuoksi talon pääsulakkeet ovat 63 A:nsuuruiset. Vesivaraajan maksimiteho on noin 30 kW.

Kyseisessä kohteessa kodin sähkölaitekanta on runsas: kaksi jääkaappia, arkku-pakastin, 1-vaiheinen sähköliesi tai -uuni, astianpesukone, leipäkone, mik-roaaltouuni, kaksi kahvinkeitintä, leivänpaahdin, kaksi pölynimuria, pyykinpesu-kone, silitysrauta, kaksi mikrotietokonetta, kaksi televisiota, vesipumppu, lukuisajoukko loisteputkivalaisimia ja kierrekantaloisteputkivalaisimia, kymmeniä hehku-lamppuja ym.

Kuormien tunnistusmittaus aloitettiin siten, että kuormitukset kytkettiin pois päältäja sen jälkeen kytkettiin ne laitteet päälle, jotka toimivat jatkuvasti (esim. kello-radio, TV standby-tilassa, jne). Tämän jälkeen kytkettiin laitteita yksitellen päälleja pois, jolloin yksittäisen laitteen sormenjälki voitiin kirjata. Vesivaraajan sähkö-vastuksia käytetään yösähköllä siten, että sähkölaitoksen verkkokäskyohjausohjaa 1/3-tehon (10 kW) päälle klo 21 ja loput 2/3-tehon (20 kW) päälle klo 23.Myöhemmin yöllä vastukset kytkeytyvät suoraan täydelle teholle. Vesivaraajanvastusten kuormitusmalli on esitetty kuvassa 49.

P= 0

Q = 0

P= 1 0 k W

Q = 0

P= 3 0 k W

Q = 0

Kuva 49. Vesivaraajan kuormitusmalli ja sähkötehot.

77

Kuvissa 50, 51 ja 52 on esitetty mittaustuloksia yöaikaisista laitetehojen muutok-sista. Kuvissa loistehoakselin oikealla puolella ovat laitteiden päällekytkeytymisetja vasemmalla puolella niiden poispäältäkytkennät. Mittaus on aloitettu hiemanennen klo 21 ja lopetettu aamulla klo 7. Sähkövaraaja on ohjautunut päälle kuvan49 mallin mukaisesti sekä sähkölaitoksen verkkokäskyohjauksella portaittain illalla

-1250

-1000

-750

-500

-250

0

250

500

750

1000

1250

1500

-30000 -20000 -10000 0 10000 20000 30000

dQ/VAr

dP /W

Vesivaraajan sähkövastukset

Vesipumppu

Loistehomuutos

Pätöt ehomuut os

Kuva 50. Laitteiden aiheuttamia tehonmuutoksia omakotitalossa klo 21-7.

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000

dQ/VAr

dP/W

Kahvinkeit in

Vesipumppu

Mikroaaltouuni

Loistehomuutos

Pätötehomuutos

Kuva 51. Laitteiden aiheuttamia tehonmuutoksia omakotitalossa klo 21-7.Pätötehoasteikkoja muutettu.

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

dQ/VAr

Hehkulamppuvalaisimia

dP/W

Loisteputkivalaisimia

Jääkaappi 1

Jääkaappi 2

Loistehomuutos

Pätötehomuutos

Kuva 52. Laitteiden aiheuttamia tehonmuutoksia omakotitalossa klo 21-7. Pätö-ja loistehoasteikkoja muutettu.

78

että termostaattiohjattuna suoraan täydelle teholle yhden kerran yöaikana.Kuvassa 51 tehoasteikkoja on kutistettu, jotta keskisuurten laitteiden tehoklusterittulisivat paremmin esiin. Kuvasta havaitaan kahvinkeittimen ja mikroaaltouunintoiminnot illalla. Vesipumppu on käynnistynyt ja pysähtynyt neljä kertaamittausjaksolla. Pätö- ja loistehoasteikkoa on supistettu arvoon 200 kuvassa 52.Tällöin paljastuvat jääkaappien, loisteputkivalaisimien ja hehkulamppujen kyt-kentämuutostehot. Kuvista havaitaan, että laitteiden päällekytkentätehot ryhmit-tyvät selvemmin kuin niiden poiskytkentätehot.

Kuvissa esiintyvät tehomuutospisteet, jotka eivät liity suoranaisesti mihinkään pis-teryhmään ovat pääasiallisesti kahden laitteen samanaikaisia kytkentöjä taimahdollisesti tunnistamattomien harvoin kytkeytyvien laitteiden aiheuttamiatehomuutoksia.

Kuvassa 53 on esitetty mittaustuloksia päiväaikaisista laitteiden tehomuutoksista.Kyseessä on viikonloppu, jolloin eri laitteita on käytetty ahkerasti perheenjäsententoimesta normaaliin tapaan. Erikoisuuksina ovat painepesurin kolme eri tehomuu-tosclusteria ja pyykinpesukoneen tyristoriohjatun rumpumoottorin tehoklusteri-suora. Painepesurin tehotilat ovat seuraavat: A. käynnistys tyhjänä (P=1000 W,Q=1100 VAr), B. käynnistys vesipistoolin liipasin alhaalla (P=2200 W, Q=500VAr), C. moottori käy ja vesipistoolin liipasin painetaan alas (P=1200 W, Q= -600VAr) eli A+C=B. Pyykinpesukoneen rumpumoottorin pyöritystehot osuvat sa-malle tehoklusterisuoralle, mikä johtuu tyristoriohjauksesta. Muut pyykinpesuko-neeseen liittyvät kuormitustilamuutokset muodostuvat lämmitysvastuksen javeden poistopumpun kytkeytymisistä.

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

-2500 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500

dP/W

dQ/VAr

Painepesuri

Vesipumppu

Kahvinkeit in

Pölynimuri

Pyykinpesukone

Sähköliesi

Leivänpaahdin

Loistehomuutos

Pätötehomuutos

Autotallin valo

Kuva 53. Laitteiden tehomuutoksia omakotitalossa lauantai-iltapäivällä.

Kuvassa 54 on esitetty sunnuntaipäivän mitattuja tehonmuutospareja. Uusina laite-klustereina siinä ovat leipäkoneen ja astianpesukoneen kuormitustilamuutokset.Astianpesukoneessa kiertovesipumppu menee päälle samanaikaisesti kun poisto-pumppu pysähtyy. Kun lisäksi vielä kiertovesipumpun moottorin rinnalle kytkettykondensaattori on jatkuvasti toiminnassa moottorin käydessä, muodostaa astianpe-sukone varsin erikoisen tehoklusterin ( P=100 W, Q= - 120 VAr). Tätä vastaavatehopari päinvastaisessa kytkentätilanteessa on P= - 210 W, Q= 150 VAr. Tehonnousu pesuvaiheen alusta sen loppuun johtuu ilmeisesti siitä, että veden pinnannoustessa astianpesukoneessa kiertovesipumpun kuormitus kasvaa.

79

-300

-200

-100

0

100

200

300

-300 -200 -100 0 100 200 300

Leipäkone

Ast ianpesukone (kiertovesipumppu on, poistopumppu of f )

Jääkaappi 2

Pyykinpesukone (rumpum.)

Pyykinpesukone (poistopumppu)

Ast ianpesukone (poistopumppu on)

Hehkulamppuvalaisimet

LoistelamppuvalaisimiadP/W

dQ/VAr

Pätötehomuutos

Loistehomuutos

Jääkaappi 1

Kuva 54. Laitteiden tehomuutoksia sunnuntaipäivänä omakotitalossa.

Mittausdatoista löytyi ainoastaan kahden kylmälaitteen "sormenjälkiä" ja koskakohteessa on kolme kylmälaitetta: kaksi jääkaappia ja yksi pakastin, päätettiinvanha arkkupakastin kytkeä manuaalisesti toiseen vaiheeseen ja seurata senaiheuttamia tehomuutoksia. Manuaalisesti tehty tehomuutos rekisteröityi, muttasen jälkeen laite ei enää termostaatin ohjaamana kytkeytynyt pois päältä, vaantoimi jatkuvasti. Laitteen sähkönkulutus on siten maksimissaan koko ajan. Samoinmittauksissa havaittiin auton lohkolämmittimen johdon olevan irti, koskaainoastaan auton sisälämmittimen tehomuutos rekisteröityi mittauksissa.

Kyseessä olevan omakotitalon vuorokautinen sähkönkulutus vaihteli tammi-helmi-kuussa 140 - 190 kWh, josta 80 - 85 % kului vesivaraajassa. Loppukulutus(keskim. 26 kWh/vrk) kului kotitalouslaitteisiin ja muuhun kiinteistösähköön. Ve-sivaraajan kulutus pystyttiin erottelemaan 100 %:sesti uudella mittaustekniikalla jamuusta kulutuksesta pystyttiin jakamaan komponentteihin noin 60 - 70 %.

3.3.2 Koemittaukset liikerakennuksessa ja päiväkodissa

Koemittauksia päätettiin tehdä myös suuremmissa rakennuksissa, jotta saataisiinriittävästi erityyppistä dataa varsinaisen kuormien tunnistusalgoritmin kehittämistävarten. Erityisesti 3-vaiheisten sähkökuormien käyttäytymisestä haluttiinmittausdatoja. Tämä mahdollisuus tarjoutui Imatran Voima Oy:n 100 energiateho-kasta palvelurakennusta -projektin yhteydessä.

Ensimmäiseksi kohteeksi valittiin Viipurin Autola Kouvolassa. Rakennuksessa onautomyymälä ja -korjaamo sekä toimistotiloja. Rakennuksen lämmitys on toteu-tettu säteilylämmittimillä ja ilmastoinnin sähköisellä jälkilämmityksellä. Laitteidenkytkentäkokeilu suoritettiin illalla työajan jälkeen. Varsinainen mittaus sekunninaikaresoluutiolla kesti yhden vuorokauden. Kaikki mittaukset suoritettiin raken-nuksen pääkeskuksessa liittymäjohdoista. Toiseksi kohteeksi valittiin Lintumetsänpäiväkoti Leppävaarassa. Mittauksia suoritettiin keittiön sähkökeskuksessa ja il-mastointihuoneen sähkökeskuksessa. Keittiö on valmistuskeittiö, jossa päivittäinvalmistetaan ateriat päiväkodin henkilökunnalle ja siellä hoidossa oleville lapsille.Keittiön sähkökeskuksen kuormina olivat astianpesukone (9 kW+1,5 kW), kier-toilmauuni (19 kW+0,4 kW), liesi (12 kW), keittokattila (12 kW) ja yleiskone

80

(0,75 kW). Kuvassa 55 on esimerkki havaituista tehonmuutoksista yhden päivänaikana. Suurin osa muutoksista ryhmittyy omiin klustereihinsa, mutta kuvassanäkyvät yksittäiset muutostapahtumat ovat joko kahden muutoksen summia taityristoriohjattujen laitteiden aiheuttamia muutoksia.

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

-25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 20000 25000

dQ ( VAr)

dP ( W )

Kuva 55. Laitteiden aiheuttamat tehonmuutokset päiväkodin keittiössä 4.10.94klo 7-15.

Lisäksi päiväkodin ilmastointihuoneen sähkökeskuksessa suoritettiin koemittauk-sia. Kuormina olivat tulo- ja poistoilmapuhaltimet, keskuspölynimuri, 4 valaistus-ryhmää, keittiön pakastimien ja kylmiön kylmäkoneet. Pakastimienkäyntijaksoissa havaittiin hyvin nopeita kytkentäjaksoja (tiheimmillään 20 s On ja20 s Off), minkä johdosta tehomuutoksia rekisteröityi suuria määriä tiedostoihin.Koska kyseinen epänormaalin tiheä kytkentäjakso ei ole normaalia kylmälaitteentoimintaa ja saattaa johtaa kylmälaitteen ennenaikaiseen vikaantumiseen, asiastainformoitiin rakennuksen käyttäjiä.

3.4. YHTEENVETO

Perinteinen sähkökuormien mittaus, jossa jokaiselle laitteelle tai laiteryhmälleasennetaan oma tehomittaus, on hyvin kallis ja sisältää paljon asennustyötä jakalliita laitteita (mittarit ja tiedonsiirto keruuyksikköön). Lisäksi se on käytännössäusein mahdoton toteuttaa, koska laitteet ovat sekaryhmissä ja hajallaanrakennuksessa. Näitä ongelmia ei tässä esitetyllä uudella osakuormienmittaustekniikalla ole, koska mittaus tapahtuu yhdessä pisteessä ja mittaukseentarvittavan sähkömittarin hinta on noin 2000 - 3000 mk. Osakuormienmittaustekniikan avulla saadaan laitteiden kuormituskäyristä laskennalliset arvot,jotka eivät välttämättä ole absoluuttisesti aivan tarkkoja. Virhettä voi muodostuapienempien laitteiden tunnistamisessa mm. laitteiden suuren kytkentätiheydenvuoksi. Sen seurauksena mittausdatassa on paljon samanaikaisia tapahtumia.Yleensä laskennallisesti saadut energiat ovat pienempiä kuin todelliset. Suuremmatlaitteet tunnistuvat paremmalla tarkkuudella kuin pienet. Mittauspisteenkokonaisteho rekisteröityy tarkasti mittarin tarkkuusluokan mukaan (1 %).

Tällä menetelmällä ei pystytä tunnistamaan seuraavantyyppisiä sähkökuormia:• jatkuvasti päällä olevat kuormat• hyvin pienet kuormat < 50 W

81

• jatkuvasti tehoaan muuttavat kuormat.

PC-ympäristöön kehitetyn analysointityökalun tämänhetkiset puutteet ovatseuraavat:• ei pysty erottelemaan toisistaan samassa vaiheessa tapahtuneita yhtäaikaisia te-

homuutostapahtumia• mikäli tunnistamatta jää saman laitteen peräkkäiset off- ja on-tapahtumat esim.

yhtäaikaisten tapahtumien vuoksi, yhdistyvät toisiinsa ensimmäisen jakson on-ja toisen jakson off-tapahtumat, mistä on seurauksena virhetulkinta.

Kaikki muualla maailmassa kokeillut järjestelmät (Yhdysvallat ja Ranska) ovat pe-rustuneet erityisesti tätä mittaussovellutusta varten rakennettuihin yksi- taikaksivaiheisiin erikoismittalaitteisiin, jotka on tarkoitettu yksi- tai kaksivaiheisellasähkösyötöllä toteutettujen kotitalouskuluttajien mittauksiin. Kun mitataanyksivaiheisesti ns. yhtäaikaisten tapahtumien määrä kasvaa jo kotitaloudenkuluttajia mitattaessa suureksi, mikä vaikeuttaa laitteiden tunnistamista jaaiheuttaa epätarkkuutta. Tunnistusalgoritmit muodostuvat hyvin monimutkaisiksi.Kolmivaihemittauksen suurena etuna on se, että muutokset jakaantuvat kolmellevaiheelle, jolloin eri vaiheiden samanaikaiset tapahtumat eivät integroidu yhteen.Samoin symmetriseen kolmivaihemuutokseen integroitunut yksivaihemuutos onsuhteellisen helppo erotella erikseen. Suuremmissa rakennuksissa laitemäärien japääkeskuksen sähkösyötössä tapahtuvien laitteiden aiheuttamien tehomuutostenlukumäärän kasvaessa suureksi mittaukset on suoritettava ryhmäkeskustasolla,mikäli halutaan selvittää myös pienitehoisten laitteiden toimintaa.

Tässä esitetty mittausjärjestelmän prototyyppi on ilmeisesti ainoa laatuaan maail-massa, jolla pystytään mittaamaan ja erottelemaan laitteiden sähköverkossaaiheuttamia pätö- ja loistehojen muutoksia kolmivaiheisesti käyttäen hyväksidigitaalista kWh/kVAr-mittaria. Kolmivaihemittaus soveltuu sekä kotitaloudenettä muiden kuluttajien mittaamiseen. Sovelluksia on mahdollista kehittää sekäsähkölaitoksille, voimayhtiöille, tutkimuslaitoksille että kuluttajille kulu-tusseurannan, energianhallinnan ja energia-analyysien alueelle, koska itsemittalaitteen hinta ei muodostu kannattavuusesteeksi. Lisäksi tämän tyyppisenmittausjärjestelmän käyttö laitteiden vikadiagnostiikassa on mahdollista, mikävoitiin todentaa valituissa mittauskohteissa havaituista laitevioista.

Lupaavana sovellusalueena on nähtävissä osakuormien mittausjärjestelmän liit-täminen osaksi kiinteistöautomaatiojärjestelmää, jossa se toimisi älykkäänäanturina korvaten esim. ilmastointipuhallinten yms. käyntiaikalaskurit.Mitattavasta keskuksesta sähkönsä saavien laitteiden kuormituskäyrien mittauksenlisäksi järjestelmään voidaan rakentaa vikadiagnostiikkaa mahdollistenlaitevikojen ilmaisemiseen.

82

4 EHDOTUS KULUTUSLUOKITTELUKSI

4.1 KULUTUSLUOKITTELUN KUVAUS

Seuraavassa on esitetty ehdotus eri sähkölaiteryhmien luokittelumenetelmäksi,jolla määritetään sähkölaitteiden kulutuksille ja energiatehokkuuksille tavoitetasot.Sähkölaitteiden kulutusluokittelulla yhtenäistetään eri kokoisten jakäyttötavoiltaan erilaisten sähkölaitteiden kulutukset yhden luokittelutunnuksenalle. Luokittelun avulla määritetään laitteiden ”energiatekninen hyvyys”.Sähkölaitteen sisäisiä ominaisuuksia ei tarvitse tuntea voidakseen valitaenergiatehokkaan laitteen, vaan luokittelutunnus kertoo laitteenenergiatehokkuuden sijoittumisen omassa laiteryhmässään. Kiinteistökohtaisetkulutusluokittelut on laskettu malliksi myös toimistorakennuksille sekäasuinrakennuksista pientaloille ja kerrostaloille summaamalla kunkin rakennuksentyypillisistä palveluista rakennustason kulutukset.

Luokittelussa määritetään keskimääräinen taso (D-taso), joka on nykyisellä käy-tössä olevalla teknologialla mahdollista saavuttaa (tai nykyisen sähkölaitekannankeskimääräinen kulutus). Asteikkona käytetään kirjaimia A:sta G:hen. Taso Aedustaa energiaa säästävää tekniikkaa ja taso G energiaa tuhlaavaa.

4.2 PUHALTIMET

Taulukossa 19 on esitetty SCANVAC:in vaatimukset puhaltimiensähkötehokkuudelle toimisto- ja liikerakennuksissa /3/. Esitetyt luvut sisältävätrakennuksen kaikki puhaltimet, eli luku on saatu jakamalla puhaltimienyhteenlaskettu tehontarve rakennuksen nimellisilmavirralla.

Mittausten mukaan ruotsalaisissa /4/ toimistorakennuksissa keskimääräinenkulutus on välillä 2 - 4 kW/m3/s. Liikerakennuksissa jopa yli 70 % mitatuistaarvoista on yli 5 kW/m3/s. SCANVACin heikoin laatuluokka (VAS 4000) pitäisiolla melko helposti saavutettavissa. Tavoitetasoa 1,0 kW/m3/s lienee melkovaikea saavuttaa nykytekniikalla uudisrakennuskohteissakaan. Sen sijaan tasoon1,5 kW/m3/s pääsee suunnittelemalla järjestelmä huolellisesti ja mitoittamallakanavisto tavanomaista väljemmäksi (yhtä kokoa suurempi kanavisto kuintavallisesti).

Lähteessä /16/ tehdyissä tarkasteluissa on havaittu taloudellisesti optimaalisenSFP:n vaihtelevan käyntiajan mukaan. Laskelmat on tehtyvakioilmavirtajärjestelmille. Takaisinmaksuaikana on käytetty 15 vuotta. Laitteet

Taulukko 19. SCANVACin vaatimukset puhaltimien sähkötehokkuudelle /3/.

Luokka Tehovaatimus (kW/m3/s)VAS 1500 < 1,5VAS 2500 < 2,5VAS 4000 < 4,0ei VAS luokitusta > 4,0

83

olivat ruotsalaisen valmistajan tuotteita. Sähköenergian hinta oli 0,08 US$/kWh elinoin 0,40 mk/kWh. Taulukossa 20 on esitetty esimerkkejä käyntiajan vaikutustaoptimaaliseen SFP:hen eri korkokannoilla. Lukuarvoja voi soveltaa suuntaaantavina myös muuttuvailmavirtaiseen järjestelmään, jos ilmavirranlaskentaperusteena käytetään keskimääräistä ilmavirtaa vuositasolla.

Taulukko 20. Optimaalinen SFP eri käyntiajoilla ja korkokannoilla /16/.

Optimaalinen SFP (kW/(m3/s))Korkokanta (%) Käyntiaika 1000 h Käyntiaika 8760 h6 2,8 1,815 2,8 2,1

Optimaalinen SFP pienenee, kun käyttötuntien määrä kasvaa. Tyypillisellätoimistokäyttöajalla 2 500 h/a saadaan optimaaliseksi SFP:ksi 2,4 - 2,7 kW/(m3/s),investoinnin korkokannan mukaan. Tutkimuksessa on havaittu, että IV-koneenilmavirta vaikuttaa vain vähän optimaaliseen SFP:hen. Merkittävin vaikuttavatekijä on vuosittainen käyttöaika. Taulukon 20 luvut pätevät ilmavirta-alueella 3 -24 m3/s.

Kuvassa 56 on esitetty puhaltimille tulo-poistoilmalaitoksen energiatehokkuus-luokittelu. Energiankulutus on laskettu tyypilliselle toimistokäyttöajalle 2 500 h.Normaalille toimistokäyttöajalle tulisi käyttää vähintään luokan D järjestelmää.Pelkälle poistoilmalaitokselle voidaan käyttää arvoja, jotka ovat noin 45 % tulo-poistolaitoksen arvoista. Luokan A saavuttaminen ei ole luultavasti taloudellisestikannattavaa nykyisillä sähköenergianhinnoilla.

ENERGIATEHOKKUUSLUOKITTELU

Puha ltimet, tulo-poistojä rjestelmä

Vähän kuluttava Tehonta rve kW/ (m3/ s) Energ ia nkulutus kWh/ (m 3/ s),a

< 1,0 < 2 500

1,0 - 1,5 2 500 - 3 750

1,5 - 2,0 3 750 - 5 000

2,0 - 2,5 5 000 - 6 250

2,5 - 3,0 6 250 - 7 500

3,0 -4,0 7 500 - 10 000

> 4,0 > 10 000

Paljon kuluttava

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 56. Puhaltimien energiatehokkuusluokittelu. Energiankulutus on laskettukäyntiajalle 2 500 h/a. Luokittelu koskee koko IV-järjestelmää, jossa tulo -japoistopuhaltimien tehot on jaettu rakennuksen nimellisilmavirralla. Pelkällepoistoilmalaitokselle voidaan käyttää arvoja, jotka ovat 45 % tulo-poisto-laitoksen arvoista.

84

4.3 PUMPUT

Kuvassa 57 on esitetty energiatehokkuusluokittelu rakennuksissa käytettävillepumpuille. Omakotitalojen pumpuille on käytetty paineenkoroituksena 10 kPa:ta,rivitaloille 30 kPa:ta ja kerrostaloille 50 kPa:ta. Vastaavasti vesivirta-alueena käy-tettiin qv < 0,2 l/s, 0,2 < qv < 0,5 l/s ja 0,5 < qv < 5,0 l/s. ASHRAE standardi 90.1-1989 /16/ esittää pumppauksen ominaisteholle maksimiarvoa 300 W/(l/s). Tämäarvo koskee kaikkia rakennuksen vesikiertopiirejä (lämmitys -ja jäähdytysvesipii-rit).


Rakennusten LV-pumpuille, omakotita lot

Vähän kuluttava Tehonta rve (W/ (l/ s)) Energiankulutus (kWh/ (l/ s),a )

< 100 < 650

100 - 150 650 - 980

150 - 180 980 - 1 170

180 - 200 1 170 - 1 300

200 - 250 1 300 - 1 630

250 - 300 1 630 - 1 950

> 300 > 1 950

Pa ljon kuluttava

A

B

C

D

E

F

G


Rakennusten LV-pumpuille, rivita lot ja kerrosta lot

Vähän kuluttava Tehonta rve (W/ (l/ s)) Energiankulutus (kWh/ (l/ s),a )

< 90 < 590

90 - 100 590 - 650

100 - 120 650 - 780

120 - 140 780 - 910

140 - 170 910 - 1 110

170 - 200 1 110 - 1 300

> 200 > 1 300

Pa ljon kuluttava

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 57. Energiatehokkuusluokittelu rakennusten LV-pumpuille.Energiankulutus on laskettu käyntiajalle 6 500 h/a.

85

4.4 KYLMÄLAITTEET

Kylmälaitteiden energiankulutus on sidoksissa laitteen kokoon jalämpötilatasoihin. Kotitalouden kylmälaitteiden osalta on Euroopan yhteisönkomissio julkaisut direktiivin /21/, jossa määritellään säännöt energiankulutuksenosoittamiseksi. Direktiivi astui voimaan jäsenmaissa 1.1. 1995.

Direktiivissä määritellään kylmälaitteelle energiatehokkuusindeksi, joka onlaitteen energiankulutus jaettuna laitteen standardin mukaisellaenergiankulutuksella ilmaistuna prosentteina. Direktiivissä on annettuyksityiskohtaiset ohjeet eri kylmälaitteiden standardin mukaisenenergiankulutuksen laskemiseksi.

Kuvissa 58, 59 ja 60 on laskettu kotitalouden kylmälaitteiden eri energiatehok-kuusluokkien mukaisia vuosittaisia energiankulutusarvoja. Koska laitteen ener-giankulutus on suhteessa tilavuuteen, taulukkoihin on laskettu tilavuudenvaikutuksen havainnollistamiseksi kustakin laitetyypistä kahta eri tilavuuttavastaavat arvot. Monimutkaisempien laitteiden (jää-viileä, monioviset laitteet, jää-kaappi-pakastimet, yhdistelmäkaapit) laskemiseksi on direktiivissä annettu omatlaskentaohjeensa.


Kotitalouden kylmälaitteet

Vähän kuluttava Jääkaapp i 100 l (kWh/ a ) Jääkaapp i 300 l (kWh/ a )

< 147 < 173

147 - 201 173 - 236

201 - 241 236 - 283

241 - 268 283 - 315

268 - 295 315 - 347

295 - 335 347 - 394

> 335 > 394

Pa ljon kuluttava

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 58. Kotitalouden jääkaappien energiatehokkuusluokittelu.

86


Kotita louden kylmäla itteet

Vähän kuluttava Kaapp ipaka stin 100 l (kWh/ a ) Kaapp ipaka stin 300 l (kWh/ a )

< 213 < 325

213 - 290 325 - 443

290 - 348 443 - 531

348 - 387 531 - 590

387 - 426 590 - 649

426 - 909 649 - 738

> 909 > 738

Pa ljon kuluttava

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 59. Kotitalouden kaappipakastimien energiatehokkuusluokittelu.


Kotita louden kylmäla itteet

Vähän kuluttava Sä iliöpakastin 100 l (kWh/ a ) Sä iliöpakastin 300 l (kWh/ a )

< 152 < 258

152 - 208 258 - 352

208 - 249 352 - 422

249 - 277 422 - 469

277 - 305 469 - 516

305 - 346 516 - 586

> 346 > 586

Pa ljon kuluttava

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 60. Kotitalouden säiliöpakastimien energiatehokkuusluokittelu.

Kuvissa 61 ja 62 on esitetty suurtalouden kaappimallisten kylmälaitteiden eri ener-giatehokkuusluokkien mukaisia vuosittaisia energiankulutusarvoja.Kaappimallisten kylmälaitteiden kulutukset perustuvat tutkimuksessa mitattuihinPorkka Oy:n laitteisiin. Mitatut kulutukset asetettiin E-luokkaan ja muutkulutustasot määritettiin samoilla kertoimilla kuin kotitalouden kylmälaitteidendirektiivissä. Koska laitteen energiatehokkuus on suhteessa tilavuuteen,taulukkoihin on laskettu tilavuuden vaikutuksen havainnollistamiseksi kustakinlaitetyypistä kahta eri tilavuutta vastaavat arvot lukuunottamattajäähdytyslaitteita, joilla kulutus on luokiteltu jäähdytettävää kiloa kohti. Kuvassa63 on esitetty jäähdytyslaitteille energiankulutusluokittelu.

87


Suurta loude n kylmä la ittee t

Vä hä n kulutta va Jä ä ka a p p i n.400 l (kWh / a ) Jä ä ka a p p i n. 900 l (kWh/ a )

< 970 < 1400

970 - 1320 1400 - 2000

1320 - 1590 2000 - 2270

1590 - 1760 2270 - 2530

1760 - 1940 2530 - 2780

1940 - 2200 2780 - 3160

> 2200 > 3160

Pa ljon kulutta va

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 61. Suurtalouden jääkaappien energiatehokkuusluokittelu.


Suurta louden kylmä la ittee t

Vähän kuluttava Pa ka st in n.400 l (kWh/ a ) Pa ka st in n. 900 l (kWh/ a )

< 2070 < 3380

2070 - 2820 3380 - 4600

2820 - 3380 4600 - 5520

3380 - 3750 5520 - 6130

3750 - 4130 6130 - 6750

4130 - 4690 6750 - 7670

> 4690 > 7660

Pa ljon kuluttava

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 62. Suurtalouden pakastimien energiatehokkuusluokittelu.


Suurta louden kylmäla itteet

Vähän kulutta va Jä ä hd ytysla ite (kWh/kg,90 min)

< 0,05

0,05 - 0,07

0,07 - 0,08

0,08 - 0,09

0,09 - 0,10

0,10 - 0,11

> 0,11

Paljon kulutta va

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 63. Suurtalouden jäähdytyslaitteiden energiatehokkuusluokittelu. Jäähdy-tysaika 90 min, lämpötilasta +70 oC:sta +3 oC:een.

88

4.5 VALAISTUS

Valaistuksen energiatehokkuudelle toimistorakennuksissa on esitetty luokittelu(Kuva 64), jossa tyypillinen tämän hetken suunnittelukäytännön mukainen suoraavalonjakotapaa hyödyntävä valaistusratkaisu sijoittuu luokkaan D. Varustamallaloistelamppuvalaisimet perinteisten kuristimien sijasta elektronisilla liitäntälaitteillasiirrytään luokkaan C.

Valaistustulokseltaan paremmilla, suoraa ja epäsuoraa valonjakotapaa yhdistävillävalaistusratkaisuilla sijoitutaan samoin tavanomaisissa huonetiloissa luokkiin C jaD käytettävän liitäntälaitteen (elektroninen tai perinteinen) mukaan. Kunhuonepintojen heijastuskertoimet valitaan valaistuksen kannalta optimaalisesti(esim. NUTEKin vaatimukset) ja käytetään energiatehokkaita valonlähteitä,valaisimia ja liitäntälaitteita, saadaan aikaan luokkaan B sijoittuviavalaistusratkaisuja. Kaikkein tehokkaimmat ratkaisut sijoittuvat erittäinheijastavilla katto- ja seinäpinnoilla varustetussa huoneessa luokkaan A.

Luokittelun tehontarvetta vastaava energiankulutus toteutuu toimistojen tyypilli-sillä valaistuksen käyttöajoilla (2000 h/a), kun valaistuksen säätöratkaisu on perin-teinen kello- tai kytkinohjaus. Mikäli huonetilojen valaistuksen säätöön ja ohjauk-seen käytetään tätä edistyksellisempiä ratkaisuja, voi valaistusratkaisu saavuttaaenergiankulutuksen alenemisen ansiosta tehontarvettaan paremman energiatehok-kuusluokan. Karkeasti voidaan sanoa, että läsnäolo- tai päivänvalo-ohjauksen to-teuttaminen parantaa sijoitusta yhdellä luokalla ja näiden yhdistelmä kahdella luo-kalla. Ohjausratkaisujen säästövaikutukset riippuvat kuitenkin niin paljon koh-teesta, että säästövaikutus tulee jokaisessa tapauksessa arvioida erikseen.


Vala istus

Tehontarve Energia nkulutus

Vähä n kulutta va W/ m2 kWh/m 2,a

< 7 < 14

7 - 10 14 - 20

10 - 13 20 - 26

13 - 16 26 - 32

16 - 20 32 - 40

20 - 25 40 - 50

> 25 > 50

Pa ljon kulutta va

A

B

C

D

E

G

F

Kuva 64. Valaistuksen energiatehokkuusluokittelu. Toimistorakennus. Luokka Dedustaa tyypillistä valaistusratkaisua melko uusissa toimistorakennuksissa

89

4.6 TOIMISTOLAITTEET

4.6.1 Näytöt

Näyttöjen energiatehokkuutta kuvaa (Kuva 65) luokittelu, jossa luokka D edustaatyypillistä käytössä olevaa näyttöä. Energy Star -määrittelyjen mukaiset näytötsijoittuvat B- ja C-luokkiin. Luokkaan A tarvitaan NUTEK-määrittelyjenmukainen näyttö tai erillinen näytönsammutin.


Näytöt

Vähä n kulutta va kWh/ '',a

< 5

5 - 10

10 - 15

15 - 17

17 - 20

20 - 23

> 23

Pa ljon kulutta va

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 65. Näyttöjen energiatehokkuusluokittelu. Tyypillinen toimistokäyttö.Luokka D edustaa tyypillistä 14'' näyttöä ilman energiansäästöominaisuuksia.

4.6.2 Mikrotietokoneet

Erilaisten mikrotietokonekokoonpanojen energiatehokkuutta kuvaa luokittelu(Kuva 66), missä luokka D vastaa tyypillistä käytössä olevaa laitetta ilman ener-giansäästöominaisuuksia. Lähellä Energy Star -määrittelyjen ylärajaa olevalla lait-teistolla päästään luokkaan B. Luokkaan A tarvitaan lepotilan kulutukseltaan huo-mattavasti nykyiset raja-arvot alittavaa laitetta, joita on jo saatavilla.

90


Mikrotietokoneet (PC + näyttö)

Kannettava Tava llinen CAD- ta i DTP-tietokone mikro työasema

Vähän kuluttava kWh/ a kWh/ a kWh/ a

< 100 < 300 < 500

100 - 200 300 - 500 500 - 800

200 - 250 500 - 700 800 - 1100

250 - 300 700 - 900 1100 - 1400

300 - 350 900 - 1000 1400 - 1600

350 - 400 1000 - 1200 1600 - 1800

> 400 > 1200 > 1800

Paljon kuluttava

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 66. Mikrotietokoneiden energiatehokkuusluokittelu. Tyypillinen toimisto-käyttö. Luokka D edustaa tyypillistä käytössä olevaa laitetta ilman energiansääs-töominaisuuksia.

4.6.3 Kirjoittimet

Kirjoittimien energiatehokkuusluokittelu (Kuva 67) on laadittu riippumattomaksikäytetystä tulostusteknologiasta. Toisin sanoen erityyppisten kirjoittimien(matriisi, mustesuihku ja laser) energiatehokkuusvaatimukset ovat samat.Luokittelun perustana on tyypillinen toimistokäyttö (lähinnä laitteensammutuskäytäntö) ja keskimääräinen 10 000 sivun vuotuinen tulostusmäärä.

Luokka D edustaa suurinta osaa käytössä olevista laserkirjoittimista, joissa ei olekehittyneitä energiansäästöominaisuuksia. Luokkaan C sijoittuisivat Energy Star_määrittelyjen ylärajan mukaisesti toteutetut kirjoittimet. Matriisikirjoittimet,joiden energiatehokkuutta ei enää juurikaan pystytä parantamaan, sijoittuvatluokkaan B. Tämän hetken teknologialla toteutetut, selvästi Energy Star -määrittelyjen raja-arvot alittavat laser- ja mustesuihkukirjoittimet sijoittuvatluokkien A ja B rajamaastoon. Lähitulevaisuudessa ennustetaan lepotilantehotarve voitavan laskea alle 1 W:n, jolloin nämä kirjoittimet sijoittuisivat selvästiluokkaan A.

91


Kirjoittimet

Vähä n kulutta va Wh/sivu

< 5

5 - 10

10 - 20

20 - 30

30 - 35

35 - 40

> 40

Pa ljon kulutta va

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 67. Kirjoittimien energiatehokkuusluokittelu. Tyypillinen toimistokäyttö,tulostusmäärä keskimäärin 10 000 sivua vuodessa. Luokka D edustaa tyypillistälaserkirjoitinta ilman energiansäästöominaisuuksia.

4.7 KEITTIÖLAITTEET

Keittiöiden energiatehokkuusluokittelu (Kuva 68) on laadittu ominaiskulutuksil-taan samankaltaisille keittiötyypeille: henkilöstöravintolalle, ylä- ja ala-asteelle,ammattioppilaitokselle sekä kahvilalle ja tienvarsiravintolalle.Ominaiskulutustasoltaan korkeampia keittiöitä vanhainkodeissa sekä ravintoloitaja hotelleja ei voida luokitella näillä perusteilla.

4.8 MUUT KIINTEISTÖJEN KONEET JA LAITTEET

Muiden kiinteistölaitteiden energiatehokkuusluokitteluja ei esitetä, koskayksikäsitteisen palvelun löytäminen erikoislaitteille on hankalaa.

92


Keittiöt

Vanha inkoti Ylä - / a la -aste Ravintola tai hotelli

Ammattioppila itos Henkilöstöravintola

Kahvila / tienva rsir.

Vähän kuluttava kWh/a nno s kWh/a nno s kWh/a nno s

< 0,3 < 0,5 < 1,0

0,3 - 0,4 0,5 - 0,6 1,0 - 1,3

0,4 - 0,5 0,6 - 0,7 1,3 - 1,5

0,5 - 0,6 0,7 - 0,8 1,5 - 1,7

0,6 - 0,7 0,8 - 0,9 1,7 - 2,0

0,7 - 0,8 0,9 - 1,0 2,0 - 2,5

> 0,8 > 1,0 > 2,5

Paljon kuluttava

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 68. Keittiöiden energiatehokkuusluokittelu eri valmistuskeittiöille. LuokkaD edustaa tyypillistä nykylaitteilla toteutettua keittiötä.

4.9 RAKENNUSTASON KULUTUSLUOKITTELU

Seuraavasssa on arvioitu määriteltyjen kulutusluokittelujen vaikutusta rakennus-tason sähkönkulutukseen. Laskelmat tehtiin kuvaamalla tyyppirakennus ja sensähkölaitekanta.

Toimistorakennuksen laitteille käytetään tässä tutkimuksessa määriteltyjälaitekohtaisia kulutusluokitteluja.

Asuinrakennuksille D-luokan määrittämiseen käytetään lähteen /28/ esittämiä ar-vioita kotitalouslaitteiden sähkönkulutukselle. Asuinrakennuksien muiden luokitte-lutasojen määrittely perustuu arvioon mahdollisista säästöpotentiaaleista kussakinlaiteryhmässä. Laiteryhmäkulutuksia, joille ei osattu esittää säästöpotentiaaleja,pidettiin vakioina. Tälläisia olivat mm. viihde-elektroniikan, kahvinkeittimen jamikroaaltouunin kulutukset. Viihde-elektroniikan vakiona pitäminen nostaahieman rakennustason A-luokan rajoja ylöspäin. Osalle kulutuksia arvioitiin tiettyvaihteluväli D-luokkaan verrattuna. Vaihteluväli kuvaa oletettujenlaiteominaisuuksien vaikutusta. Tehdyissä Sähkölaitosyhdistyksen tutkimuksissalaiteryhmien mitattujen kulutuksien vaihtelu on ollut noin ± 60 % /28/, jokasisältää sekä laiteominaisuuksien että kotitalouksittain vaihtelevan käyttöajanvaikutuksen. Tässä oletettiin laiteominaisuuksien osuuden olevan maksimissaan ±20 %, josta saadaan rajat laiteryhmien A- ja G-luokille. Osalle kiinteistösähkönkulutuskomponenteista on arvioitu kulutukset lähteen /29/ mukaan.

Liitteissä 4, 5 ja 6 on esitetty laskettujen tyyppirakennusten laitekokoonpanot japalvelujen määrät, kulutukset palvelua kohti sekä laiteryhmiin jaotellutkokonaiskulutusjakaumat. Liitteiden 5 ja 6 laskelmissa asuinrakennusten palveluton esitetty melko yksinkertaisesti laitteiden, asukkaiden tai asuntojen lukumäärinä

93

tai rakennuskuutioina. Kulutusten laskentaperusteena käytettiin sähkölaitteidenoikeaa käyttöä, koska rakennusluokittelulla haluttiin kuvata rakennuksen järkevääkäyttöä. Tuhlaavat käyttötottumukset jätettiin pois laskelmista. Esimerkiksitoimistojen ATK-laitteiden kulutukset laskettiin 8 tunnin työpäivän mukaan.Laskelmissa ei otettu huomioon tyypilliseen toimistokäyttöön liittyvää mahdollistayöaikaista laitteiden päälläoloa. Samoin asuinrakennusten kulutuksissa ei olemahdollisia sähkölämmittimiä, jotka saattaisivat lisätä kokonaiskulutusta melkopaljon.

Kuvassa 69 esitetään tyyppirakennusten sähkönkulutuksien luokittelut. Olemassaolevan rakennuksen sähkönkulutuksen asettuminen johonkin luokkaan ei suoraankerro rakennuksen sähköenergiatehokkuuden hyvyydestä tai huonoudesta. Tar-kempia arvioita tehdessä tulee kulutuksia lähestyä palvelutasolta ja summatanäistä rakennuksen sähkönkulutuksen tavoitearvo. Rakennustasonkulutusluokittelun tarkoitus on esittää esimerkkejä sähkönkulutuksenmuodostumisesta nykypäivän rakennuksille.


Rakennusta solla tyypp irakennuksille (kWh/ ra k-kuutio)

Vähä n kuluttava Pienta lo Asuinkerrosta lo Toimistorakennus

< 10 < 10 < 9

10 - 11 10 - 11 9 - 12

11 - 12 11 - 12 12 - 15

12 - 13 12 - 13 15 - 18

13 - 15 13 - 15 18 - 22

15 - 16 15 - 16 22 - 26

> 16 > 16 > 26

Pa ljon kuluttava

A

B

C

D

E

F

G

Kuva 69. Energiatehokkuusluokittelu erityyppisille rakennuksille. Luokitteluosoittaa oletetulla keskimääräisellä laitekannalla rakennuksen kulutuksen.Mikäli laitekanta poikkeaa merkittävästi keskimääräisestä, täytyy tavoitearvolaskea summaamalla palveluiden kulutuksista. Esimerkiksi pientalojen D-luokankulutukset laskettuna oletetulle laitekannalle muodostuvat pienemmiksi kuintilastolliset kulutukset. Nykyisten pientalojen tilastoidut keskimääräisetkulutukset asettuvat luokkaan F eli pientaloissa käytetään myös sellaisialaitteita, joita tässä määrittelyssä ei ole mukana.

94

5 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUSRAKENNUKSEN LÄMMITYKSEEN

5.1 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUS LÄMMITYSTEHONMITOITUKSEEN

Toimistorakennukset

Sisäisten lämpökuormien vaikutusta lämmitystehontarpeeseen tarkasteltiin simu-loimalla toimistorakennuksen tilojen lämmitystarvetta testivuoden 1979 säätie-doilla. Laskelmissa ei ollut mukana lämpimän käyttöveden osuutta.Mitoitustehoksi valittiin suurin lämmitysteho tammi-helmikuulta. Rakenteidendynamiikan varioimiseksi laskelmat tehtiin rakenteiltaan raskaalle sekä kevyellerakennukselle. Raskas rakennus oli betonirakenteinen ja kevyt puurakenteinen.

Sähkötehoista voitiin hyödyntää toimistorakennuksissa lämmitystehon mitoituk-sessa enimmillään noin 6 %:a (Taulukko 21). Kevyessä rakennuksessa kuormilla eiollut mitään vaikutusta tehomitoitukseen. Raskaassa rakennuksessa kuormat pie-nentävät hieman mitoitustehoa. Kuormien vaikutusta ei voitu havaita, koska toi-mistorakennusten lämmitystehontarpeen maksimi on yleensä aamulla tai illallaulkolämpötilan mukaan. Aamun ja illan päiväaikaan verrattuna suuremmat tehon-tarpeet johtuivat ilmanvaihdon käytöstä. Tällöin hyödynnettävää ilmaistehoa eiollut käytettävissä (Kuva 70). IV-koneen käyntiaika oli laskelmissa klo 7 - 17. Va-laistus ja ATK-laitteet olivat käytössä klo 8 - 16.

Taulukko 21. Sisäisten kuormien (ATK, valaistus) vaikutus lämmitystehon mitoi-tukseen toimistorakennuksessa.

Sähkökuormat(ATK, valaistus)(W/m2)

Lämmityksen mitoi-tusteho (W/m2)

Tehoista hyödynnettäväosuus (%)

Kevyt ra-kenne

Raskas ra-kenne

Kevyt ra-kenne

Raskas ra-kenne

0 54,4 51,8 0 0

23 54,4 51,8 0 0

43 54,4 49,2 0 6

Mikäli sähkökuormat olisivat samanaikaisia lämmöntarpeen kanssa, olisi sähkö- jalämpötehon välinen riippuvuus mitoituksessa huomattavasti selkeämpi. Kuvasta70 voidaan havaita, että sähkökuormat pienentävät huomattavasti lämmitystehoaarkipäiväaikaan, jolloin pienillä pakkasilla rakennus lämpenee pelkästäänilmaiskuormilla.

95

YHDEN VIIKON LÄMMITYSTEHON KULKU TOIMISTORAKENNUKSELLE TAMMIKUUSSA

-10.0

-5.0

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

ma ti ke to pe la su

Viikonpäivä

Ulk

oläm

pötil

a (o

C)

Läm

mity

steh

o (W

/

Puurakenteinen

Betonirakenteinen

Ulkolämpötila

Kuva 70. Esimerkki lämmitystehon viikottaisesta käyttäytymisestä puu- ja betoni-rakenteisessa toimistorakennuksessa. Työajan ulkopuolinen IV-koneiden käyttönäkyy tehontarpeen nousuna arkipäivien aamuisin ja iltaisin, kun ilmaislämpöjäei ole hyödynnettävissä. Päiväaikana valaistuksen ja ATK-laitteidenilmaislämmöt pienentävät lämmitystehontarvetta. Esimerkiksi keskiviikkona, kunTu = -2 oC, ei päiväaikana tarvita lämmitystä ollenkaan, vaan rakennuslämpenee ilmaiskuormilla.

Asuinrakennukset

Asuinrakennusten sähkökuormitustaso on pienempi kuin toimistojen. Lisäksiasumisen sähkölaitteiden käyttö ei ole tasaista eri vuorokauden aikoina.Sähkölaitteiden käyttö painottuu pääasiassa illan tunneille ja jonkin verran myösaamun tunneille. Muuna aikana vuorokaudesta tehotasot ovat melko pienet.Laitekuormien pienten tehotasojen ja tehojen epätasaisen vuorokautisenjakautumisen vuoksi asumisen sähkönkäyttöä ei voi hyödyntää tilojenlämmitystehon mitoituksessa.

Asuinrakennuksissa sähkökuormien hyödyntäminen lämmitystehon mitoituksessaon yhtä ongelmallinen kuin toimistorakennuksissakin. Asuinrakennusten IV-koneet ovat yleensä jatkuvasti käytössä, jolloin tilojen lämmitystehontarpeeseenvaikuttaa vain ulkolämpötila. Lämmitystehontarpeen maksimi esiintyy kuitenkintodennäköisimmin yöllä, kun ulkolämpötila on alhaisimmillaan, jolloin asumisensähkökuormat eivät ole käytettävissä.

96

5.2 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUS LÄMMITYSENERGIANKULUTUKSEEN

Sähkökuormien vaikutusta rakennusten lämmitykseen tarkastellaan tässä lasken-nallisesti sekä tilastollisesti. Laskennalliset ja tilastolliset analyysit tehtiin sekä toi-mistorakennuksille että asuinkerrostaloille.

Rakennuksen sähkölaitteista hyödyksi saatavan lämpöenergian osuus sähköener-giankulutuksesta on arvioitava rakennuskohtaisesti. Yleensä voidaan olettaa va-laistuksen, atk-laitteiden, muiden toimistolaitteiden sekä tuloilmapuhaltimien säh-köenergian muuttuvan kokonaan hyödynnettäväksi lämpöenergiaksi.Sähkölaitteista vapautuvaa lämpöenergiaa rakennuksessa kutsutaanvastaisuudessa sähkökuormaksi. Lämpöenergiaa saadaan hyödyksi lisäksiikkunoiden kautta tulevasta auringonsäteilystä, ihmisistä ja osittain lämpimästäkäyttövedestä.

5.2.1 Laskennallinen sähkökuormien hyväksikäyttöaste

Rakennuksen sähkökuorman vaikutus lämmitystarpeeseen lasketaan käyttäenlämpökuorman hyväksikäyttöastetta.

Lämpökuorman hyväksikäyttöaste

Lämpökuorman hyväksikäyttöaste tarkoittaa rakennuksen lämmityksessä hyväksi-käytettyä osuutta lämpökuormasta. Lämpökuorma voidaan laskea hyväksikäyte-tyksi, kun lämmitysjärjestelmän luovuttama lämpömäärä on vähentynytvastaavalla määrällä.

Hyväksikäyttöaste esitetään tietylle ajanjaksolle, joka on tyypillisesti vuosi, läm-mityskausi tai kuukausi. Tässä raportissa on valittu ajanjaksoksi lämmityskausi.

Lämmityskauden hyväksikäyttöaste riippuu pääosin• ideaalisesta hyväksikäyttöasteesta ηηr

• säätöjärjestelmän hyvyydestä. Suomen rakentamismääräyskokoelman(SRMK):n D5 osassa on säätöjärjestelmän hyvyys huomioitu kertoimella ηηs, jo-ka vaihtelee eri säätöjärjestelmien kesken.

Lämmitystarpeen laskennassa käytettävä hyväksikäyttöaste ηη lasketaan kaavan(6) mukaisesti.

ηη = ηηr ηηs , (6)

jossaηηr on ideaalinen hyväksikäyttöasteηηs on säätöjärjestelmän hyväksikäyttöaste

97

Ideaalinen hyväksikäyttöaste

Lämpökuorman ollessa suurempi kuin yhteenlasketut lämpöhäviöt, voidaan hyö-dyntää vain osa lämpökuormasta. Enintään hyödynnettävissä olevaa osuutta läm-pökuormasta tiettynä ajanjaksona kutsutaan ideaaliseksi hyväksikäyttöasteeksi(ηηr, arvo 0-1). Lämpöhäviöitä, joita lämpökuormilla voidaan kompensoida ovat

• johtuminen vaipan läpi• vaipan kautta tulevan korvausilman lämmittäminen• • koneellisen ilmanvaihdon tuloilman lämmittämiseen tarvittava energia siltä

osin, mitä kuluu alilämpöisen sisäänpuhallusilman lämmittämiseenhuonelämpötilaan.

Laskettaessa lämmityskauden ideaalista hyväksikäyttöastetta riittää useimmitenkuukauden laskentajakso, jolloin verrataan kuukauden yhteenlaskettua lämpö-kuormaa lämpöhäviöihin. Tällöin ei kuitenkaan huomioida vuorokaudenlämpökuorman epätasaista jakautumista vuorokaudelle, nk. kuormaprofiilia.Suurempi lämpökuorma kuin lämpöhäviö esiintyy käytännössä keväällä ja syksylläpäiväsaikaan.

Eurooppalainen CEN-standardissa /27/ esitetään ideaalisen hyväksikäyttöasteenlaskenta kuukauden ajanjaksolle. Laskennassa otetaan huomioon kuormien ja hä-viöiden jakautuminen vuorokaudelle sekä rakennuksen lämpökapasiteetinvaikutus lämpökuorman hyväksikäyttöön. Lämpökapasiteetti kuvaa rakennuksenlämmönvarauskykyä eli kykyä tasata päivän ja yön välistä eroa lämpökuormissa.

Ideaalinen hyväksikäyttöaste ηηkk kuukausitason laskennassa lämpökuorman jalämpöhäviön suhteen funktiona eri rakennuksen aikavakioille on esitetty kuvassa71. Betonirakenteisen rakennuksen aikavakio on noin 2 - 3 vuorokautta.Kevyemmälle puurakenteiselle rakennukselle aikavakio on noin 1 vrk.

Säätöjärjestelmän hyvyys

Säätöjärjestelmä vaikuttaa olennaisesti hyväksikäyttöasteeseen vähentämällä läm-mitysjärjestelmästä tulevaa lämmitystehoa, kun lämpökuormia esiintyy. Säätöjär-jestelmän hyvyys toisin sanoen kuvaa kuinka hyvin säätöjärjestelmä pitää huone-lämpötilan asetusarvossaan. Suomen rakentamismääräyskokoelman (SRMK):n D5osassa on säätöjärjestelmän hyvyyttä huomioitu kertoimella ηηs, joka vaihtelee erisäätöjärjestelmien kesken. Tämän raportin laskelmissa on huomioitu säätöjärjestel-män hyvyyttä kertoimella ηηs = 0,8.

Lämmityskaudella hyväksikäytetty osuus lämpökuormasta

Lämmityskauden hyväksikäytetty osuus lämpökuormasta Qhyv on laskettukäyttäen kuvaa 71 ja kaavaa 7. Kuvasta 71 saadaan kunkin laskentakuukaudenideaalinen lämpökuormien hyväksikäyttöaste ηηkk, kun laskentakuukaudenlämpökuormien ja lämpöhäviöiden suhde tunnetaan.

98

Q

hyv = η η η* * ,( )Q Qkuorma kk

i kuukausi

syys toukokuus* kuorma i= ∑

=

−

(7)

missä

Qkuorma on lämmityskauden lämpökuormaηη on lämmityskauden lämpökuormien hyväksikäyttöasteQkuorma,i on kuukauden lämpökuormaηηkk on laskentakuukauden ideaalinen lämpökuormien

hyväksikäyttöaste (Kuvasta 71)ηηs on säätöjärjestelmän hyväksikäyttöaste.

KUUKAUSITASON LÄMPÖKUORMIEN HYVÄKSIKÄYTTÖASTE CEN-STANDARDISSA ERI

RAKENNUKSEN AIKAVAKION ARVOILLA

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Lämpökuorma / Lämpöhäviö

Idea

alin

en h

yväk

sikä

yttö

aste

Ääretön

1 viikko

48 h

24 h

8 h

0 h

Kuva 71. Ideaalinen lämpökuormien hyväksikäyttöaste eri aikavakioilla kuukau-sitason laskennassa CEN-standardin mukaan /27/. Betonirakenteisenrakennuksen aikavakio on noin 2 - 3 vrk ja puurakenteisen noin 1 vrk.

99

Sähkökuormien hyödynnettävyys eri rakennustyypeissä

Seuraavassa on laskettu nykyisen rakentamistavan mukaisille asuinkerrostalolle jatoimistorakennukselle sähkölaitteiden lämpökuormien hyödynnettävyys lämmityk-sessä. Laskelmat on tehty kullekin tyyppirakennuksille käyttäen kuukausitasonlaskentaa ja CEN-standardin laskentamenetelmää ideaalisellehyväksikäyttöasteelle. Koska CEN:n laskentamenetelmä on esitettyasuinrakennuksille, tarkastettiin sen sopivuus toimistorakennuksen laskennassa(Liite 2). Koska sähkökuormien hyödynnettävyyteen lämmityksessä vaikuttaatilan kuormitustaso, on sähkökuormien hyödynnettävyys annettu kuormitustasonfunktiona. Laskelmissa käytettiin säätöjärjestelmän hyötysuhteena 80 %:a.

Kuvassa 72 on esitetty sähkölaitteista vapautuvien lämpökuormien hyödynnettä-vyys lämmityksessä toimistorakennuksille ja kuvassa 73 asuinkerrostalolle. Kuviinon merkitty myös ideaalisella säätöjärjestelmällä saavutettava sähkökuormien hyö-dynnettävyys. Ideaalisen säätöjärjestelmän antama hyödyntämiskerroin onehdoton maksimi. Käytännön järjestelmissä hyödyntämiskerroin on aina huonompikuin ideaalisella säädöllä.

SÄHKÖKUORMIEN MUUTOKSEN VAIKUTUS LÄMMITYKSESSÄ TOIMISTORAKENNUKSISSA

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Sähkökuormataso (kWh/toimistoneliö,a)

Hyö

dynn

että

vyys

läm

mity

kses

sä (

kWh_

sähk

ö/kW

h_lä

mpö

)

Ideaalinen säätö

Säädön hyötysuhde 80 %

Toimiston laitteiden (valaistus, ATK..) kulutukset

normaalisti tällä alueella

Esimerkki:Toimistolaitteiden kuormat pienenevät 100 -> 90 kWh/neliö. Tämä saavutetaan esim. vaihtamalla valaisimien kuristimet (E-luokka) elektronisiin liitäntälaitteisiin.Paljonko lämmönkulutus kasvaa?

Em. sähkökuormatasolla hyödynnettävyys on n. 0,28.==> Kun muutos on -10 kWh/neliö, lämmönkulutus kasvaa 2,8 kWh/neliö.

Kuva 72. Sähkökuormien muutoksen vaikutus lämmityksessä toimistorakennuksis-sa, kun tiedetään lähtökuormitustaso. Toimistojen laitteiden kuormitukset ovattyypillisesti välillä 40-100 kWh/toimisto-m2,a.

100

SÄHKÖKUORMIEN MUUTOKSEN VAIKUTUS LÄMMITYKSESSÄ ASUINKERROSTALOSSA

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0 10 20 30 40 50 60 70

Sähkökuormataso (kWh/asuinneliö,a)

Hyö

dynn

että

vyys

läm

mity

kses

sä (

kWh_

sähk

ö/kW

h_läm

Ideaalinen säätö

Säädön hyötysuhde 80 %

Asumisen kulutukset normaalisti

tällä alueella

Esimerkki:Taloussähkön kuormat pienenevät 40 -> 35 kWh/neliö. Tämä saavutetaan esim. siirtymällä hehkulampuista loisteputki-valaistukseen ja D-luokasta A-luokan kylmälaitteisiin. Paljonko lämmönkulutus kasvaa?

Em. Sähkökuormatasolla hyödynnettävyys on n. 0,48.==> Kun muutos on -5 kWh/neliö, lämmönkulutus kasvaa 2,4 kWh/neliö

Kuva 73. Sähkökuormien muutoksen hyödynnettävyys asuinrakennuksissa, kuntiedetään lähtökuormitustaso. Asuinrakennusten laitteiden kuormitukset ovattyypillisesti välillä 30-45 kWh/asuin-m2,a.

Kuvista voidaan havaita, että nykypäivän rakennuksille laskennallinen sähkökuor-mien hyödynnettävyys lämmityksessä on asuinrakennuksille noin 0,45 - 0,50kWhlämpö/kWhsähkö toimistorakennuksille noin 0,25 - 0,45 kWhlämpö/kWhsähkö, kunsäätöjärjestelmän hyötysuhde on 80 %. Asuinrakennukset poikkeavat kuormitus-tasoltaan toimistorakennuksista, jolloin sähkön hyödyntämiskertoimet eivät olesamansuuruisia.

On huomattava, että kokonaissähkönkulutus sisältää myös komponentteja, jotkaeivät ole hyödynnettävissä lämmityksessä. Tällaisia ovat mm. autopaikkojen, ulko-valaistuksen ym. kulutukset. Samoin asuinrakennusten taloussähkönkulutuksestaei kaikki energia ole käytettävissä lämmitykseen. Esimerkiksi astian- ja pyykinpe-sukoneiden energiasta osa menee viemäriin veden mukana. Analyysejä tehdessätäytyy ensin määrittää mahdollisen hyödynnettävän energian osuus laitteiden tailaiteryhmien kulutuksista

101

5.2.2 Tilastollinen hyväksikäyttöaste kulutustiedoissa

Sähkönkäytön vaikutusta lämmönkulutukseen tarkasteltiin myös tilastollisella ana-lyysillä, jossa kunkin kiinteistöryhmän toteutuneista vuosikulutuksista pyrittiinlöytämään riippuvuus lämmön- ja sähkönkulutuksen välille /38/, /39/. Analyysissäoli mukana sekä toimistorakennuksia että asuinkerrostaloja. Tarkasteluajanjaksonakäytettiin asuinrakennuksissa v. 1992-94 ja toimistorakennuksissa v. 1987-94.Tietoja käytetystä otannasta on esitetty taulukossa 22.

Toimistorakennukset

Tilastollisissa analyyseissä havaittiin, että käytetyn otannan toimistorakennuksistasuurin osa käyttäytyy teorian mukaisesti eli lisääntynyt sähkönkulutus pienentäälämmönkulutusta ja päinvastoin. Joissain tapauksissa rakennuksissa oli tehty toi-minnallisia muutoksia, jolloin sekä sähkön- että lämmönkulutus kasvoivat sa-manaikaisesti. Keskimäärin sähkökuormien hyväksikäyttöaste lämmityksessävaihteli toimistorakennusten otantaryhmässä 0,22-0,76 kWhlämpö/kWhsähkö.

Asuinkerrostalot

Asuinrakennusten osalta sähkön- ja lämmönkulutuksen välinen riippuvuus ei ollutyhtä selkeä huonon tilastollisen korrelaation vuoksi. Asuinrakennusten korjatunotannan sähkökuormien hyväksikäyttöaste oli noin 0,54 kWhlämpö/kWhsähkö. Tulok-seen täytyy kuitenkin suhtautua erittäin varauksellisesti (selitysaste oli huono r2 =0,017). Osasyynä tähän voi olla tarkasteluajanjakso (1992-94), jolloinkiinteistöissä on yleisesti tehty energiansäästötoimenpiteitä. Tällöin tilastollisellatarkastelulla ei voida löytää sähkön ja lämmön välistä riippuvuutta.

Analyysejä

Tilastolliset tarkastelut ovat hyvin herkkiä rakennuksen käyttöön liittyviin muu-toksiin. Kun pyritään analysoimaan lämmönkulutuksen muutoksia pelkästäänsähkönkulutuksen muutosten avulla, jää kiinteistöstä aina jotain informaatiotaselvittämättä.

Tilastollisia tarkasteluja sotkevat mm. seuraavat tekijät:

Taulukko 22. Tilastollisessa tarkasteluissa käytettyjen rakennusten tiedot.

Asuinkerrostalot Toimistoraken-nukset

Kiinteistöjen lukumäärä (kpl) 59 26Sähkö yhteensä keskimäärin(GWh/a)

12,6 42,5

Lämpö yhteensä keskimäärin(GWh/a)

51,2 38,8

Rak.tilavuus yhteensä (m3) 1 025 000 1 360 922

102

• Tarkasteluajanjakson aikaiset käytön muutokset (esim. osa tiloista alussa tyhjil-lään ja myöhemmin ne otetaan käyttöön, iltakäyttö lisääntyy jne.)

• Henkilömäärän muuttuminen toimistorakennuksissa (Henkilömäärän kasvustaseuraa IV:n, PC-laitteiden ja valaistuksen sähkönkulutuksen sekä lämpimänkäyttöveden ja IV:n lämmönkulutuksen kasvu, joka sekoittaa tilastollisia tarkas-teluja. Lisäksi lisääntynyt henkilökunta tuo oman ilmaislämpönsä rakennuksenenergiataseeseen)

• Tarkasteluajanjakson aikaiset saneeraukset, jolloin koko energiankulutusmuuttuu.

• Asuinrakennuksissa sähkönkulutus on pieni verrattuna lämmönkulutukseen(pienetkin lämmönkulutuksen muutokset ovat suuria verrattuna sähkönkulutuk-seen). Lisäksi lämpimän käyttöveden osuus lämpöenergiankulutuksesta onmerkittävä.

• Käyttäjien energiaa tuhlaavat tottumukset ovat mukana tilastollisissa analyy-seissä, kun taas laskelmat olettavat rakennusta käytettävän aina ideaalisesti.Asumisessa tuhlaavat tottumukset heikentävät tilastollista analyysia, koska per-heissä, joissa tuhlataan lämpöä tuhlataan myös sähköä.

5.2.3 Sähkökuormien vaikutus eri ikäisissä rakennuksissa

Eri ikäisten rakennusten rakenteellisten ominaisuuksien vaikutusta sähkökuormienhyödyntämiseen on havainnollistettu seuraavalla toimistorakennustenesimerkkilaskelmalla. Tässä luvussa on graafisesti esitetty kolmen eri ikäisentoimistorakennuksen lämmitystarpeen riippuvuutta sähkökuormasta.

Lämmitystarpeen laskenta on suoritettu Suomen rakentamismääräyskokoelmanD5:ttä noudattaen. Lämmityskauden lämpökuorman hyväksikäyttöasteenarvioimiseen on käytetty CEN:n standardeja. Lämmitystarve on laskettulämmityskaudelle olettaen, että esimerkkirakennusten lämmitysjärjestelmät ovatpoissa käytöstä kesä- elokuun välisenä aikana.

Laskennan lähtöarvot

Tarkastelua varten on valittu kolme esimerkkitoimistorakennusta. Rakennuksetedustavat kolmea eri lämmönkulutustasoa: nykyistä, vanhaa ja ennustettua raken-nusnormia vastaavaa tasoa. Rakennukset poikkeavat toisistaan ilmanvaihdon läm-möntalteenoton hyötysuhteen sekä ikkunoiden ja vaipan lämmöneristyksen osaltataulukon 23 mukaisesti. Muilta osin rakennukset ovat identtisiä.

103

Esimerkkirakennusten sähkökuorma on laskettu luvun 4 luokittelun mukaisesti.Sähkökuorma saadaan laskemalla yhteen vain niiden sähkölaiteryhmienkulutukset, joiden aiheuttama lämpökuorma on hyödynnettävissä rakennustenlämmityksessä.

Kuvassa 74 on esitetty kolmen kulutusluokan (A, D ja G) mukaisilla ominaiskulu-tuksilla lasketut sähkökuormat eri laiteryhmille eriteltyinä. Kuvan G2 pylväs onlaskettu käyttäen G-luokan ominaiskulutuksia, mutta G pylvästä suuremmillapalvelujen määrillä.

LASKELMISSA KÄYTETYT SÄ HKÖNKULUTUSLUOKAT TOIMISTORAKENNUKSILLE

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

A D G G2

Sähkönkulutusluokka

Säh

könk

ulut

us (k

Wh/

rak-

kuut

io,a

)

Tuloilmapuhaltimet

Keittiölaitteet

Kopiokoneet

Kirjoittimet

Tietokonenäytöt

Mikrotietokoneet

Valaistus

Kuva 74. Esimerkkilaskelmissa käytetyt sähkönkuormitustasot toimistorakennuk-sissa.

Taulukko 23. Laskelmissa käytettyjen toimistorakennusten lämpöteknistenominaisuuksien kuvaus.

Ominaisuus Rakennusnormia vastaava lämmönkulutustasoNykyinenrakennusnormi

Vanharakennusnormi

Ennustetturakennusnormi

Ikkunoiden U-arvo 2,0 3,0 0,6Ulkoseinän U-arvo 0,28 0,50 0,16Yläpohjan U-arvo 0,18 0,30 0,11Alapohjan U-arvo 0,24 0,45 0,13Ilmanvaihdonlämmöntalteenotonlämpötilahyötysuhde

50% 0% 75%

104

Kuva 75 esittää sähkölaitteiden kuormien vaikutusta eriikäisten rakennustenlämmitystarpeeseen eli ts. sähkökuorman muutoksen vaikutuksia lämmityskaudenlämmitystarpeeseen, kun muut lämpökuormat pysyvät muuttumattomina.

SÄHKÖN JA LÄMMÖNKULUTUKSEN VÄLINEN RIIPPUVUUS ERI IKÄISISSÄ TOIMISTORAKENNUKSISSA

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Sähkönkulutus kWh/r-m3,a

Läm

mön

kulu

tus

kW

h/r-

m3 ,a

Vanha rakennusnormi

Nykyinen rakennusnormi

Ennustettu rakennusnormiToimistojen sähkönkulutukset


Kuva 75. Vuotuisen sähkökuorman vaikutus lämmitystarpeeseen kolmessa esi-merkkitoimistorakennuksessa, jotka edustavat entistä, nykyistä ja ennustettua ra-kenteiden lämpöeristystasoa ja ilmanvaihdon lämmöntalteenoton hyötysuhdetta.

Kuvasta havaitaan, kuinka vanhassa rakennuksessa, jossa lämpöhäviöt rakennus-vaipan ja ilmanvaihdon kautta ovat suuret, on sähkökuorman vaikutuslämmitystarpeeseen suurin. Ennustetussa rakennuksessa sähkökuormasta saadaanselvästi vähemmän hyödyksi. Kun sähkönkulutus on suurempi kuin 20 kWh/m3,a,ei sähkönkulutuksen kasvu pienennä enää lämmönkulutusta ennustetussarakennuksessa. Lisäksi havaitaan, kuinka sähkökuorman hyväksikäyttö pieneneesähkökuorman lisääntyessä. Sähkökuorman muutoksen vaikutuslämmitystarpeeseen riippuu siis vallitsevasta sähkökuormasta ja myös muistalämpökuormista.

105

6 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUSRAKENNUKSEN JÄÄHDYTYKSEEN

Sähkökuormien välilliset vaikutukset rakennusten jäähdytyksensähköenergiankulutukseen ovat erityisen merkittäviä kokonaissähkönkulutuksenkannalta, koska sähkölaitteiden lämpökuormien vaikutus on päinvastainen kuinlämmityksessä. Lämmityksessä lisääntynyt sähkölaitteiden käyttö pienentäälämmityksen energiankäyttöä eli osa laitekuormasta voidaan hyödyntää.Jäähdytyksessä lisääntynyt sähkölaitekuorma lisää välillisesti sähkönkulutusta,josta aiheutuu vain lisäkustannuksia kiinteistöille.

6.1 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUS JÄÄHDYTYSTEHONMITOITUKSEEN

Sähkökuormien vaikutusta rakennusten jäähdytyksen mitoitukseen tarkastellaanseuraavassa laskennallisesti. Laiteryhmistä on erikseen tarkasteltu ns. toimistolait-teita, joihin voidaan tässä yhteydessä sisällyttää kaikki toimistotiloissa työaikanakäytettävät sähkölaitteet. Keittiöt poikkeavat muista tiloista hyvin suurten lämpö-kuormien sekä niiden muista tiloista eroavien poistomahdollisuuksien osalta, jotenne on tarkasteltu erikseen. Jäähdytyksen mitoitusta on tarkasteltu tarvittavan jääh-dytysvaikutuksen tuottamiseen tarvittavien laitteiden sähkötehontarpeen, ei tuote-tun jäähdytystehon, avulla. Jäähdytyksen sähkötehontarve sisältää siis sekä puhal-timien että vedenjäähdyttimen kompressorin sähkötehontarpeen.

6.1.1 Toimistolaitteet

Toimistotiloissa työaikana käytettävien sähkölaitteiden lämpökuorman välillinenvaikutus jäähdytyksen sähkötehontarpeeseen erilaisilla sähkökuormituksilla onesitetty kuvassa 76.

Tyypillisillä toimistokuormituksilla välillinen vaikutus on noin 50 %, kun ilmas-tointijärjestelmänä on vakioilmavirtajärjestelmä. Toisin sanoen jokainen watti lisäätoimistolaitekuormaa edellyttää 0,5 wattia lisää sähkötehoa ilmastointilaitteisiin(puhaltimiin ja vedenjäähdyttimiin), jotta sisäolosuhteet säilyisivät ennallaan.Muussa tapauksessa lämpötila huoneissa pyrkisi nousemaan suunniteltua korke-ammaksi.

106

Kuva 76. Toimistojen sähkökuormien välillinen vaikutus ilmastoinninsähkötehontarpeeseen erilaisilla sähkökuormatasoilla (valaistus+ATK-laitteet),kun ilmastointijärjestelmänä on vakioilmavirta varustettuna tuloilmankoneellisella jäähdytyksellä.

Ilmastointijärjestelmän vaikutus

Valitun ilmastointijärjestelmän vaikutusta jäähdytyksen sähkötehontarpeeseentutkittiin mitoittamalla toimiston ilmastointilaitteet neljällä toimistoissa yleisestikäytetyllä ilmastointijärjestelmällä. Puolet järjestelmistä voidaan luokitella kuulu-viksi ilmajärjestelmiin (jäähdytys tuloilman välityksellä) ja puolet vesijärjestelmiin(pääosa jäähdytyksestä vesikiertoisten huonelaitteiden välityksellä):

• Ilmajärjestelmät:• vakioilmavirtajärjestelmä• MIV, muuttuvailmavirtajärjestelmä

• Vesijärjestelmät:• ilmastointipalkkijärjestelmä• puhallinkonvektorijärjestelmä.

SÄHKÖKUORMIEN VÄLILLINEN VAIKUTUSILMASTOINNIN TEHONTARPEESEEN

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

20 30 40 50 60 70 80

Ominaissähkökuorma (W/m²)

Ilmas

toin

nin

lisät

ehon

tarv

e [W

(ilm

asto

inti)

/W(s

ähkö

kuor

ma)

]

Toimistolaitteiden (valaistus, ATK, kopiokoneet ym.) sähkökuorma


Esimerkki:Toimistokuorma pienenee 50 ==> 45 W/neliö.Tämä saavutetaan esim. vaihtamalla valaisimien kuristimet (luokka E) elektronisiin liitäntälaitteisiin.Paljonko ilmastoinnin sähkö-tehontarve pienenee?

Välillinen vaikutus on tässä tapauksessa n. 0,52.==> Kun muutos on -5 W/neliö, ilmastoinnin tehontarve pienenee n. 2,6 W/neliö.

107

Kuva 77. Toimistojen sähkölaitekuorman välilliset vaikutukset ilmastoinnin säh-kötehontarpeeseen ilmastointijärjestelmätyypeittäin. Ilmastoinnin sähkötehon-tarve sisältää puhaltimet ja vedenjäähdyttimen kompressorin.

Toimistolaitteiden sähkökuorman välillinen vaikutus jäähdytyksen sähkö-tehontar-peeseen (Kuva 77) voidaan ryhmitellä sen mukaan, kuuluuko valittuilmastointijärjestelmä ilma- vai vesijärjestelmiin. Toimistoissa tyypillisillälämpökuormilla vaikutus on seuraava:

• Ilmajärjestelmät 0,54 Wilmastointi/Wsähkölaite

• Vesijärjestelmät 0,42 Wilmastointi/Wsähkölaite.

Ero ilma- ja vesijärjestelmien välillä johtuu siitä, että jäähdytystehon mitoituspis-teessä (= lämmin ja kostea kesäpäivä) vesijärjestelmällä voidaan tuottaa jäähdy-tysenergiaa selvästi tehokkaammin kuin ilmajärjestelmillä.

Kuvassa 78 ilma- ja vesijärjestelmien kylmäntuotannon tehokkuutta on havainnol-listettu erilaisilla ulkolämpötiloilla. Ns. näennäinen kylmäkerroin on määriteltyhuoneisiin siirretyn jäähdytysenergian ja sen tuottamiseen tarvittavan sähköener-gian suhteena. Toisin sanoen mitä suurempi näennäisen kylmäkertoimen arvo onsitä vähemmän sähköenergiaa kuluu jäähdytykseen.

Kuvan esimerkkitapauksessa jäähdytys on ilmajärjestelmällä tehokkaampaa, kunulkoilman lämpötila on alle 16 °C kostealla säällä tai alle 18 °C kuivalla säällä.Tätä lämpimämmissä tai kosteammissa olosuhteissa jäähdytys on tehokkaampaavesijärjestelmillä.

SÄHKÖKUORMAN VAIKUTUS ILMASTOINNIN TEHONTARPEESEENIlmastointijärjestelmän vaikutus

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Vakioilmavirta MIV Ilmastointipalkki Puhallinkonvektori

Ilmas

toin

nin

lisät

ehon

tarv

e(W

ilmas

toin

ti/W

sähk

ölai

te)

Ilmajärjestelmät Vesijärjestelmät

108

Kuva 78. Ilma- ja vesijärjestelmien kylmäntuotannon tehokkuuden vertailu eri-laisilla ulkoilman lämpötiloilla.

6.1.2 Keittiölaitteet

Keittiöiden lämpökuormat ovat muihin tiloihin verrattuna hyvin suuret, joten myösilmastoinnissa tarvittavat ilmavirrat muodostuvat suuriksi. Rakentamismääräystenmukainen minimi-ilmavirta on valmistuskeittiöissä 15 dm3/s,m2,lämmityskeittiöissä 10 dm3/s,m2 ja jakelukeittiöissä 6 dm3/s,m2, mikä ei useinkaanriitä kompensoimaan laitteiden lämpökuormia. Viihtyisien sisäolosuhteidensaavuttamiseksi kohtuullisilla ilmavirroilla onkin erittäin tärkeää pyrkiäpoistamaan mahdollisimman suuri osa lämpökuormasta ja epäpuhtauksistasuoraan.

Keittiölaitteiden verkosta ottamasta sähkötehosta vain osa vapautuu lämpökuor-mana huoneeseen ja loppuosa kuluu mm. ruuanvalmistusprosessinfaasimuutoksiin, sitoutuu ruokaan tai kulkeutuu viemärin kautta ulos huoneesta.Lisäksi ilmastoinnin mitoituksessa huomioidaan keittiölaitteen todellinenkäyttöaste, esim. lieden levyistä vain osa on päällä samanaikaisesti. Em. tekijätotetaan huomioon lämpöteho- ja käyttöastekertoimien avulla. Taulukossa 24 onesitetty laskelmissa käytetyt kertoimien arvot.

ILMA- JA VESIJÄRJESTELMÄTKYLMÄNTUOTANNON TEHOKKUUS

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 5 10 15 20 25 30

Ulkoilman lämpötila (°C)

Näe

nnäi

nen

kylm

äker

roin

Vesijärjestelmä, kylmäkone

Ilmajärjestelmä, puhallin

Raitisilma

Tuloilman jäähdytys:kuiva (ylempi) ja

kostea (alempi) teho

Tulopuhallin 700 Pa, 65%Poistopuhallin 400 Pa, 60%Minimi sis.puh.lt. 15 °CPuhaltimen lt.nosto 1 °C

109

Keittiöiden jäähdytystarpeen mitoitus ja ilmastoinnin energiankulutuksen laskentasuoritettiin dynaamisella simulointiohjelmalla. Keittiöiden koko, laitevalikoima jakäyttöajat olivat Hackman Metos Oy:n suunnittelupalvelun arvioiden mukaiset(Liite 1). Ilmastointi toteutettiin vakioilmavirtajärjestelmällä, joka oli varustettukoneellisella tuloilman jäähdytyksellä. Keittiön kesätilanteen mitoituslämpötilaksivalittiin +25 °C. Sisäänpuhallusilman minimilämpötila oli +15 °C.

Ilmastoinnin ominaistehontarve (Kuva 79) laskettiin tuotettua palvelua eli annostakohti vuorokaudessa. Ilmastoinnin ominaissähkötehontarve vaihteleevoimakkaasti keittiötyypin mukaan. Lisäksi tehontarpeeseen vaikuttaakohdepoistolaitteiston tehokkuus.

Kuva 79. Eri keittiötyyppien ilmastoinnin ominaissähkötehontarve.

Osa keittiölaitteista on käytännössä aina varustettu jonkinasteisella huuvalla. Seu-raavassa on esitetty eri keittiötyyppien ilmastoinnin ominaistehontarve, kun

Taulukko 24. Laskelmissa käytetyt keittiölaitteiden lämpöteho- ja käyttöasteker-toimien sekä näistä laskettujen kokonaiskertoimien arvot muutamienerityyppisten laitteiden osalta.

Keittiölaite Lämpöteho-kerroin

Käyttöaste-kerroin

Kokonaisker-roin

AstianpesukoneLiesi uunillaYhdistelmäuuniParilaRasvakeitinPaistinpannuKeittopata

0,700,700,200,900,700,800,40

0,700,700,800,900,700,700,70

0,490,490,160,810,490,560,28

KEITTIÖIDEN ILMASTOINNIN OMINAISSÄHKÖTEHONTARVE

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90



Kahvila/ tienvarsiravintola

Ammattioppilaitos

Ylä/ala-aste

Vanhainkoti

Ominaissähkötehontarve [W/(annos/vrk)]

Tavallinen huuva

Sieppari

110

kohdepoisto on toteutettu tavallisella huuvalla (lämpökuorman poistotehokkuus50 %):

• Kahvila tai tienvarsiravintola 16,3 W/(annos/vrk)• Vanhainkoti 20,3 W/(annos/vrk) (+ 25 %)• Ammattioppilaitos 30,2 W/(annos/vrk) (+ 85 %)• Ylä- tai ala-aste 38,3 W/(annos/vrk) (+135 %)• Henkilöstöravintola 51,6 W/(annos/vrk) (+217 %)• Ravintola tai hotelli 84,8 W/(annos/vrk) (+420 %)

Pienin tehontarve on kahvila tai tienvarsiravintoloissa ja vanhainkodeissa, joissailmastoinnin ominaistehontarve tavallisella huuvalla on tyypillisesti 15 - 20W/(annos/vrk). Ammattioppilaitosten, ylä- tai ala-asteiden ja henkilöstö-ravinto-loiden tehontarve on edellisiin verrattuna kaksin- tai kolminkertainen, 30 - 50W/(annos/vrk). Suurin ilmastoinnin sähkötehontarve on ravintoloissa ja hotel-leissa, noin 85 W/(annos/vrk).

Kohdepoistolaitteiston vaikutus

Kohdepoistoratkaisujen vaikutusta on tässä raportissa käsitelty kolmen eritasoisenvaihtoehdon avulla:

• Ei huuvaa, jolloin keittiössä ei ole lainkaan kohdepoistoja. Tämä on lähinnäteoreettinen vaihtoehto ja vastaa huonointa mahdollista tilannetta.

• Tavallinen huuva, jolla lämpökuormien poistotehokkuus on noin 50 %. Vastaa

tyypillistä toteutusta. • Sieppari eli sieppausilmasuihkulla tehostettu huuva, jonka lämpökuormien

poistotehokkuudelle on laskelmissa käytetty keskimääräistä arvoa 85 %.

Ilmastointikatto, vaikka ei olekaan varsinainen kohdepoistolaite, on lämpökuor-mien poistotehokkuudessa jonkin verran sieppausilmaa hyödyntäviä huuvaratkai-suja heikompi, mutta tavallista huuvaa tehokkaampi. Ilmastointikaton etuna onkuitenkin keittiölaitteiden vapaampi sijoittelumahdollisuus sekä joustavuus jamuunneltavuus. Tällöin poistotehokkuus säilyy varsinaisia kohdepoistolaitteitahelpommin samana myös keittiön muutostilanteissa.

Kohdepoistoratkaisujen vaikutusta arvioitaessa tulee huomata, että kaikkiakeittiön laitteita ei voi eikä kannata sijoittaa kohdepoistojen piiriin. Näitä laitteitaovat tyypillisesti kylmälaitteet, säilytyslaitteet ja erilaiset pienkoneet. Laskelmienesimerkkikeittiöissä kohdepoistolaitteiden ulkopuolelle sijoittui 7 - 17 % kokonais-lämpökuormasta. Tämän lämpökuorman merkitys korostuu erityisesti tiloissa,joissa muut keittiölaitteet on varustettu tehokkailla kohdepoistolaitteilla.

Keittiöiden ilmastoinnin ominaistehontarpeeseen vaikuttava suurin yksittäinen te-kijä on lämpökuormien poistotehokkuus. Sen vaikutus ilmastoinnin tehontarpee-

111

seen on lähes lineaarinen (Kuva 80) siten, että vaikutus on suurimmillaan korkeillalämpökuormatasoilla. Tehokkaamman kohdepoistolaitteiston (poistotehokkuus85 %) tehonsäästöpotentiaali tavalliseen huuvaan (poistotehokkuus 50 %) verrat-tuna on seuraava:

• Ravintola tai hotelli - 46,5 W/(annos/vrk) (- 55 %)• Henkilöstöravintola - 19,5 W/(annos/vrk) (- 38 %)• Kahvila tai tienvarsiravintola - 6,9 W/(annos/vrk) (- 42 %)• Ammattioppilaitos - 10,8 W/(annos/vrk) (- 36 %)• Ylä- tai ala-aste - 13,1 W/(annos/vrk) (- 34 %)• Vanhainkoti - 6,1 W/(annos/vrk) (- 30 %).

Kuva 80. Kohdepoistolaitteiston tehokkuuden vaikutus ilmastoinnin ominaissäh-kötehontarpeeseen. Kohdepoiston piirissä 83 - 93 % kokonaislämpökuormasta.

Toisin sanoen ilmastointi voidaan mitoittaa keittiötyypin mukaan kolmanneksentai jopa yli puolet pienemmäksi, mikäli lämpökuormien poistoon käytetään tehok-kaita kohdepoistoratkaisuja.

LÄMPÖKUORMIEN POISTOJÄRJESTELYJEN VAIKUTUSILMASTOINNIN SÄHKÖTEHONTARPEESEEN

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 %

Lämpökuormien poistotehokkuus

Ilmas

toin

nin

omin

aiss

ähkö

teho

ntar

ve

[W/(

anno

s/vr

k)]




Ammattioppilaitos

Ylä/ala-aste

Vanhainkoti

Ei huuvaa Tavallinen huuva Sieppari

112

6.2 SÄHKÖKUORMIEN VAIKUTUS JÄÄHDYTYSENERGIANKULUTUKSEEN

Sähkökuormien vaikutusta rakennusten jäähdytysenergian kulutukseen on seuraa-vassa tarkasteltu laskennallisesti. Laiteryhmistä on erikseen tarkasteltu ns.toimistolaitteita, joihin voidaan tässä yhteydessä sisällyttää kaikki toimistotiloissatyöaikana käytettävät sähkölaitteet. Keittiöt on tarkasteltu erikseen suurtenlämpökuormien sekä niiden muista tiloista eroavien poistomahdollisuuksien takia.

Jäähdytysenergian kulutusta on tarkasteltu huonetilojen jäähdytyksentuottamiseen tarvittavien laitteiden sähköenergian kulutuksen, ei tuotetunjäähdytysenergian, avulla. Jäähdytyksen sähkönkulutus sisältää siis sekäpuhaltimien että vedenjäähdyttimen kompressorin sähkönkulutuksen.

6.2.1 Toimistolaitteet

Toimistotiloissa työaikana käytettävien sähkölaitteiden lämpökuorman välillinenvaikutus jäähdytyksen sähkönkulutukseen erilaisilla sähkölaitekuormituksilla onesitetty kuvassa 81.

SÄHKÖKUORMIEN VÄLILLINEN VAIKUTUS ILMASTOINNIN SÄHKÖNKULUTUKSEEN

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

60 80 100 120 140 160Ominaissähkökuorma (kWh/m2,a)

Ilmas

toin

nin

lisäs

ähkö

nkul

utus

[k

Wh(

ilmas

toin

ti)/k

Wh(

sähk

ökuo

rma)

]

Toimistolaitteiden (valaistus, ATK, kopiokoneet ym.) kulutus normaalisti tällä alueella

Esimerkki:Toimistolaitteiden kuormat pienenevät vuodessa 100 ==> 90 kWh/neliö.Tämä saavutetaan esim. vaihtamalla valaisimien kuristimet (luokka E) elektronisiin liitäntälaitteisiin.Paljonko ilmastoinnin sähkönkulutus tällöin pienenee?

Em. sähkökuormatasolla välillinen vaikutus on n. 0,21.==> Kun muutos on -10 kWh/neliö, ilmastoinnin sähkönkulutus pienenee 2,1 kWh/neliö vuodessa.

Kuva 81. Toimistojen sähkökuormien välillinen vaikutus ilmastoinninsähkönkulutukseen erilaisilla sähkökuormatasoilla (valaistus+ATK-laitteet), kunilmastointijärjestelmänä on huonekohtainen MIV-järjestelmä varustettunatuloilman koneellisella jäähdytyksellä.

113

Tyypillisillä toimistojen lämpökuormituksilla välillinen vaikutus on 22 %, kun il-mastointijärjestelmänä on huonekohtaisella ilmavirran säädöllä varustettu MIV-järjestelmä. Toisin sanoen jokainen kWh enemmän toimistolaitekuormaa lisää yli0,2 kWh ilmastointilaitteiden (puhaltimet ja vedenjäähdyttimen kompressori) säh-könkulutusta.

Muilla ilmajärjestelmillä sekä vapaajäähdytystä hyödyntävillä vesijärjestelmillä vä-lillisen vaikutuksen voidaan arvioida olevan samansuuruinen.

6.2.2 Keittiölaitteet

Ilmastoinnin ominaissähkönkulutus vaihtelee voimakkaasti keittiötyypin mukaan(Kuva 82). Lisäksi ilmastoinnin sähkönkulutukseen vaikuttaa kohdepoistolaitteis-ton tehokkuus.

Kuva 82. Eri keittiötyyppien ilmastoinnin ominaissähkönkulutus.

Seuraavassa on esitetty eri keittiötyyppien ilmastoinnin ominaissähkönkulutus am-mattioppilaitoskeittiöön verrattuna. Keittiöt oli varustettu tavallisella huuvalla,jonka lämpökuorman poistotehokkuus on 50 %:• Ammattioppilaitos 0,058 kWh/annos• Vanhainkoti 0,063 kWh/annos (+ 9 %)• Ylä- tai ala-aste 0,065 kWh/annos (+ 12 %)• Henkilöstöravintola 0,081 kWh/annos (+ 40 %)• Kahvila tai tienvarsiravintola 0,103 kWh/annos (+ 77 %)• Ravintola tai hotelli 0,333 kWh/annos (+ 476 %)

Pienin välillinen energiankulutus on ammattioppilaitosten, vanhainkotien sekä ylä-ja ala-asteiden keittiöissä, joissa ilmastoinnin sähkönkulutus tavallisella huuvallaon tyypillisesti noin 0,06 kWh/annos. Henkilöstö- ja kahvila taitienvarsiravintoloissa ilmastoinnin sähkönkulutus on välillä 0,08 - 0,10 kWh/annosja suurin ravintoloiden ja hotellien keittiöissä, noin 0,3 kWh/annos.

KEITTIÖIDEN ILMASTOINNIN OMINAISSÄHKÖNKULUTUS

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35




Ammattioppilaitos

Ylä/ala-aste

Vanhainkoti

Ominaissähköenergiankulutus (kWh/annos)

Tavallinen huuva

Sieppari

114

Kohdepoistolaitteiston vaikutus

Lämpökuormien poistotehokkuuden vaikutus ilmastoinnin sähkönkulutukseen onlähes lineaarinen (Kuva 83) siten, että vaikutus on suurimmillaan korkeilla sähkö-energian ominaiskulutustasoilla. Tehokkaamman kohdepoistolaitteiston (poisto-tehokkuus 85 %) sähkönsäästöpotentiaali tavalliseen huuvaan (poistotehokkuus50 %) verrattuna on seuraava:

• Ravintola tai hotelli - 0,18 kWh/annos (- 55 %)• Henkilöstöravintola - 0,03 kWh/annos (- 38 %)• Kahvila tai tienvarsiravintola - 0,04 kWh/annos (- 42 %)• Ammattioppilaitos - 0,02 kWh/annos (- 36 %)• Ylä- tai ala-aste - 0,02 kWh/annos (- 34 %)• Vanhainkoti - 0,02 kWh/annos (- 30 %).

Kuva 83. Kohdepoistolaitteiston tehokkuuden vaikutus ilmastoinnin ominaissäh-könkulutukseen. Kohdepoiston piirissä 83 - 93 % kokonaislämpökuormasta.

LÄMPÖKUORMIEN POISTOJÄRJESTELYJEN VAIKUTUSILMASTOINNIN SÄHKÖNKULUTUKSEEN

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 %

Lämpökuormien poistotehokkuus

Ilmas

toin

nin

omin

aiss

ähkö

nkul

utus

(k

Wh/

anno

s)




Ammattioppilaitos

Ylä/ala-aste

Vanhainkoti

Ei huuvaa Tavallinen huuva Sieppari

115

Ilmastoinnin energiakustannukset

Kuvassa 84 on esitetty keittiölaitteiden ja ilmastoinnin energiakustannuksetravintoloiden ja hotellien keittiöissä erilaisilla kohdepoistoratkaisuilla.

Kuva 84. Keittiölaitteiden ja ilmastoinnin energiakustannukset ravintoloiden jahotellien keittiöissä erilaisilla lämpökuormien poistoratkaisuilla. PoistoilmanLTO, hyötysuhde 50 %.

Ravintoloissa ja hotelleissa valmistettavissa annoksissa energiakustannusten osuuson noin 1 mk/annos. Keittiölaitteiden suora sähkönkulutus muodostaa energiakus-tannuksista suurimman osan. Kohdepoistoratkaisun valinnalla voidaan vaikuttaailmastoinnin sähkö- ja lämpökustannuksiin. Näiden välillisten energiakustannustenosuus kokonaisenergiakustannuksista on ravintoloiden ja hotellien keittiöissä seu-raava:

• tavallinen huuva 23 %• sieppari 11 %.

Muissa keittiötyypeissä välillisten energiakustannusten osuus kokonais-energiakustannuksista on ravintoloiden ja hotellien keittiöitä pienempi (Kuva 85)ja vaihtelee tavallisella huuvalla varustetuissa keittiöissä 5 - 9 %.

RAVINTOLA TAI HOTELLIKOKONAISENERGIAKUSTANNUKSET

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Tavallinen huuva Sieppari

Om

inai

sene

rgia

kust

annu

kset

[ p/

anno

s ]

Ilmastoinnin lämmönkulutus

Ilmastoinnin sähkönkulutus

Keittiölaitteiden sähkönkulutus

116

KOKONAISENERGIAKUSTANNUSJAKAUMA

0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 %




Ammattioppilaitos

Ylä/ala-aste

Vanhainkoti

Ilmastoinnin lämmönkulutus

Ilmastoinnin sähkönkulutus

Keittiölaitteiden sähkönkulutus

Tavallinen huuva,poistotehokkuus 50 %

Kuva 85. Erilaisten keittiöiden energiakustannusten jakautuminen suoraan(keittiölaitteiden sähkö) ja välilliseen (ilmastoinnin sähkö ja lämpö) kulutukseen.Tavallinen huuva, jonka lämpökuormien poistotehokkuus on 50 %.

117

7 YHTEENVETO

Sähkölaiteryhmien kulutusluokittelut

Sähköenergian kulutusarvioitaessa laadittaessa ja kulutuksia seurattaessakäytetään yleisesti tunnuslukua, jossa kulutus jaetaan rakennustilavuudella.Sähkön rakennustilavuutta kohti laskettu ominaistilavuus vaihtelee erirakennuksissa ja eri rakennustyypeissä melko paljon. Sähkön kulutuserot johtuvatmm. erilaisesta varustetasosta ja toiminnasta. Siksi ominaiskulutusrakennustilavuutta kohti ei ole paras mahdollinen mittari eri rakennustensähkönkulutusten vertailuun. Tutkimuksessa kehitettiin menetelmä, jossarakennuksen sähkönkulutus lasketaan sen tarvitsemien palvelujen avulla.Rakennuksen eri laiteryhmille määriteltiin kulutusluokittelut, jossa laitteen kulutusnormitettiin sen tuottamaa palveluyksikköä kohti. Luokittelussa määritettiinkeskimääräinen taso (D-taso), joka on nykyisellä käytössä olevalla teknologiallamahdollista saavuttaa. Asteikkona käytetään kirjaimia A:sta G:hen. Taso Aedustaa energiaa säästävää tekniikkaa ja taso G energiaa tuhlaavaa. Tuntemallarakennuksen varustetaso ja sen tarvitsemat palvelut sekä laiteryhmien luokittelut,voidaan sähkön kokonaiskulutuksen tavoitearvo laskea.

Rakennuksen sähkölaitteille määriteltiin energiatehokkuusluokittelut seuraavienlaiteryhmien osalta:• puhaltimet, pumput, kylmälaitteet (kotitalous- ja suurtalouslaitteet)• valaistus, toimistolaitteet (PC-laitteet, näytöt ja kirjoittimet).

Lisäksi esitettiin asuinkerrostaloille, pientaloille ja toimistorakennuksille rakennus-kohtaiset kulutusluokittelut ja -jakaumat, jotka muodostettiin arvioimalla kunkinrakennuksen tyypillinen laitekanta ja palvelut.

Tutkimuksessa tarkasteltiin eri laiteryhmien säästömahdollisuuksia sähköenergian-käytössä. Nykypäivän suunnittelu- ja urakointikäytäntö ei huomioi sähkölaitteenenergiankulutusta, koska määräävämpänä tekijänä on laitteen hinta eikä sen ener-giankulutus. Usein käykin, että valitaan halvempi, sähköä tuhlaava laite, vaikkahieman kalliimpi energiatehokkaampi laite olisi saatavilla. Sähkölaitteen hintaa tu-lisikin tarkastella sen koko elinkaaren yli ottaen huomioon investointi- jakäyttökulut, jolloin voitaisiin minimoida sähkölaitteen käytöstä aiheutuvatkokonaiskustannukset.

Summamittausmenetelmä

Tutkimuksessa kehitettiin sähkölaitteiden kulutusseurantaan summa-mittausmenetelmää, jolla erillisten laiteryhmien kulutuksia voidaan seurata raken-nuksen pääsyötöstä ilman erillistä laitekohtaista mittarointia. Mittauslaitteisto tun-nistaa eri sähkölaitteet niille tyypillisten ”sähköisten sormenjälkien” mukaan.Kehitetty summamittausjärjestelmän prototyyppi on ilmeisesti ainoa laatuaanmaailmassa. Sillä pystytään mittaamaan ja erottelemaan laitteiden sähköverkossa

118

aiheuttamia pätö- ja loistehojen muutoksia kolmivaiheisesti käyttäen hyväksidigitaalista kWh/kVAr-mittaria. Prototyyppiohjelma toimii Windows-ympäristössäja on liitetty RS-väylän kautta kaupalliseen Mittrix Oy:n mittariin.Seurantamittauksia tehtiin kolmessa seurantakohteessa: omakotitalossa,liikerakennuksessa ja päiväkodissa. Mittauksista saatiin seuraavat tulokset:

• Omakotitalossa vesivaraajan kulutus pystyttiin erottelemaan 100 %:sestiuudella mittaustekniikalla ja muusta kulutuksesta pystyttiin jakamaankomponentteihin noin 60 - 70%.

Summamittausmenetelmällä ei pystytä tunnistamaan seuraavantyyppisiä sähkö-kuormia:• jatkuvasti päällä olevat kuormat• hyvin pienet kuormat < 50 W• jatkuvasti tehoaan muuttavat kuormat

PC-ympäristöön kehitetyn analysointityökalun tämänhetkiset puutteet ovatseuraavat:• ei pysty erottelemaan toisistaan samassa vaiheessa tapahtuneita yhtäaikaisia te-

homuutostapahtumia• mikäli tunnistamatta jää saman laitteen peräkkäiset off- ja on-tapahtumat esim.

yhtäaikaisten tapahtumien vuoksi, yhdistyvät toisiinsa ensimmäisen jakson on-ja toisen jakson off-tapahtumat, mistä on seurauksena virhetulkinta.

Sähkökuormien välilliset vaikutukset lämmitykseen

Sähkökuormien välillisiä vaikutuksia rakennusten lämmitykseen tarkasteltiin las-kennallisilla ja tilastollisilla analyyseillä. Laskelmissa havaittiin, että suuri kuormi-tustaso pienenentää sähkökuormien hyödyntämisastetta. Tulevaisuuden rakennuk-sissa sähkökuormista voidaan hyödyntää vain pieni osa, koska hyvien eristysomi-naisuuksien vuoksi kuormat ovat suuremmat kuin lämpöhäviöt suuren osan vuo-desta. Kun sähkökuorma on suurempi kuin 20 kWh/m3,a, ei sähkökuorman kasvupienennä lämmöntarvetta.

Nykypäivän rakennuksille laskennallinen sähkökuormien hyödynnettävyys lämmi-tyksessä on asuinrakennuksille noin 0,45-0,50 kWhlämpö/kWhsähkö ja toimistoraken-nuksille noin 0,25-0,45 kWhlämpö/kWhsähkö, kun säätöjärjestelmän hyötysuhde on80 %. Tunnusluvut pätevät sähkökuormiin, jotka lämmittävät huonetilaa. Tunnus-luvuilla ei voi suoraan laskea rakennuksen kokonaissähkönkulutuksen muutoksenvaikutusta lämmitysenergiantarpeeseen, koska kokonaissähkönkulutus sisältäämyös komponentteja, jotka eivät ole hyödynnettävissä lämmityksessä. Tällaisiaovat mm. autopaikkojen, ulkovalaistuksen, ym. kulutukset. Asuinrakennuksetpoikkeavat kuormitustasoltaan toimistorakennuksista, jolloin sähkön hyödyntämis-kertoimet eivät ole samansuuruisia.

Sähkökuormat eivät merkittävästi alenna lämmitystehon mitoitusta, koskakuormat ja huipputeho ovat eriaikaisia. Lämmitystehontarpeen huipputoimistorakennuksissa on usein aamulla, kun IV-koneet käynnistyvät. IV-koneiden

119

käynnistys tapahtuu yleensä hieman ennen rakennuksen aktiivista käyttöä, jolloinsähkökuormia ei ole hyödynnettävissä. Teholaskelmia asuinrakennuksille ei tehty,mutta vastaavasti asuinrakennuksilla lämmöntarpeen huipputeho ei ole sa-manaikainen sähkökuormien kanssa, koska todennäköinen ulkolämpötilan minimiesiintyy yöaikaan. Tällöin sähkökuormia ei ole käytettävissä lämmitykseen.

Tehdyissä tilastollisissa analyyseissä kiinteistöjen toteutuneista energiankulutuk-sista havaittiin, että toimistorakennuksissa sähkökuormien hyväksikäyttöastelämmityksessä oli noin 0,22 - 0,76 kWhlämpö/kWhsähkö. Asuinrakennuksissa sähkön-ja lämmönkulutuksen välinen riippuvuus ei ollut yhtä selkeä huonon tilastollisenkorrelaation vuoksi. Asuinrakennusten otannan sähkökuormien hyväksikäyttöasteoli noin 0,54 kWhlämpö/kWhsähkö. Tulokseen täytyy kuitenkin suhtautua erittäinvarauksellisesti. Otannan selitysaste asuinkerrostaloissa oli R2 = 0,017, joka onhuono.

Tilastolliset tarkastelut ovat hyvin herkkiä rakennuksen käyttöön liittyville muu-toksille. Tilastollisia tarkasteluja sotkevat mm seuraavat tekijät:

• Tarkasteluajanjakson aikaiset käytön muutokset (esim. osa tiloista alussa tyhjil-lään ja myöhemmin ne otetaan käyttöön, iltakäyttö lisääntyy jne.).

• Henkilömäärän muuttuminen toimistorakennuksissa (henkilömäärän kasvustaseuraa IV:n, PC-laitteiden ja valaistuksen sähkönkulutuksen sekä lämpimänkäyttöveden ja IV:n lämmönkulutuksen kasvu, joka sekoittaa tilastollisia tarkas-teluja. Lisäksi lisääntynyt henkilökunta tuo oman ilmaislämpönsä rakennuksenenergiataseeseen).

• Tarkasteluajanjakson aikaiset saneeraukset.• Asuinrakennuksissa sähkönkulutus on pieni verrattuna lämmönkulutukseen

(pienetkin lämmönkulutuksen muutokset ovat suuria verrattuna sähkönkulutuk-seen).

Jotta tilastolliset tarkastelut olisivat päteviä, täytyisi rakennuksen käyttötarkoituk-sen ja aktiviteetin pysyä muuttumattomana tarkastelujakson aikana. Sähkökuor-mien hyödynnettävyys lämmityksessä on hyvin monimuotoinen ilmiö, jokakoostuu useista eri tekijöistä. Teoreettisissa laskelmissa kuormienhyödynnettävyys tulee selkeästi esille, mutta toteutuneiden energiankulutustentilastollisissa analyyseissä kuormien hyödynnettävyys ei ole enää yhtä selkeä.Näyttääkin siltä, että rakennuksen käyttäjän vaikutus sähköenergianhyödynnettävyyteen on merkittävä. Esimerkiksi laskelmissa kuormista johtuvatylilämmöt nostavat huonelämpötilaa ja osittain varastoituvat rakenteisiin.Käytännön elämässä rakennuksen käyttäjä aukaisee ikkunan, kun huoneessa onkuuma ja tuulettaa ylilämmöt ulos. Lisäksi käyttäjien energiaa tuhlaavattottumukset ovat mukana tilastollisissa analyyseissä, kun taas laskelmat olettavatrakennusta käytettävän aina ideaalisesti. Asumisessa tuhlaavat tottumuksetheikentävät tilastollista analyysia, koska perheissä, joissa tuhlataan lämpöätuhlataan myös sähköä.

Sähkökuormien välilliset vaikutukset jäähdytykseen

120

Sähkökuormien välilliset vaikutukset rakennusten jäähdytyksensähköenergiankulutukseen ovat erityisen merkittäviä kokonaissähkönkulutuksenkannalta, koska sähkölaitteiden lämpökuormien vaikutus on päinvastainen kuinlämmityksessä. Lämmityksessä lisääntynyt sähkölaitteiden käyttö pienentäälämmityksen energiankäyttöä eli osa laitekuormasta voidaan hyödyntää.Jäähdytyksessä lisääntynyt sähkölaitekuorma lisää välillisesti sähkönkulutusta,josta aiheutuu vain lisäkustannuksia kiinteistöille.

Rakennusten sisätiloissa olevat sähkölaitekuormat vaikuttavat välillisesti myös il-mastointilaitteiden mitoitukseen ja sitä kautta sekä ilmastoinnin tehontarpeeseenettä energiankulutukseen. Välillisen vaikutuksen suuruus riippuu valitusta ilmas-tointijärjestelmästä sekä sähkölaitteiden käyttöajoista.

Toimistolaitekuormien lisäyksen välillinen vaikutus ilmastoinnin tehontarpeeseenon ilmajärjestelmillä yli 50 % ja vesijärjestelmillä yli 40 % toimistolaitteidensähkötehon muutoksesta. Ilmastoinnin sähkönkulutus lisääntyy välillisesti yli 20 %toimistolaitekuorman muutoksesta.

Keittiöiden muita tiloja suurempien lämpökuormien aiheuttamia välillisiävaikutuksia ilmastoinnin mitoitukseen ja energiankulutukseen voidaan pienentääkäyttämällä tehokkaita kohdepoistoratkaisuja. Esimerkiksi ns. sieppariakäyttämällä voidaan ilmastoinnin tehontarvetta ja energiankulutusta laskeakolmanneksella tai jopa yli puolella tavanomaiseen ratkaisuun verrattuna.

Ilmastoinnin ominaistehontarve on kahvila tai tienvarsiravintoloissa ja vanhainko-deissa tyypillisesti välillä 15 - 20 W/(annos/vrk), ammattioppilaitosten, ylä- tai ala-asteiden ja henkilöstöravintoloiden keittiöissä 30 - 50 W/(annos/vrk) ja suurimmil-laan ravintoloissa ja hotelleissa, noin 85 W/(annos/vrk).

Ilmastoinnin ominaissähkönkulutus on ammattioppilaitosten, vanhainkotien sekäylä- ja ala-asteiden keittiöissä tyypillisesti noin 0,06 kWh/annos, henkilöstö- jakahvila tai tienvarsiravintoloissa välillä 0,08 - 0,10 kWh/annos sekä ravintoloidenja hotellien keittiöissä noin 0,3 kWh/annos.

Ravintoloiden ja hotellien annoksissa kokonaisenergiakustannukset ovat noin 1mk/annos. Keittiölaitteiden suora sähkönkulutus muodostaa energiakustannuksistasuurimman osan. Ilmastoinnin energiakustannusten osuus vaihtelee kohdepoisto-ratkaisun mukaan 11 - 23 %. Muissa keittiötyypeissä välillisten energiakustannus-ten osuus kokonaisenergiakustannuksista on tätä pienempi.

121

LÄHDELUETTELO

1. Kosonen, R. & Aho, I. Energiansäästötoiminnan systematisointi Helsinginkaupungin omistamissa rakennuksissa. Espoo 1994, Valtion teknillinentutkimuskeskus, VTT Tiedotteita 1562. 85 s.

2. Isaksson, H. & Sandberg, E. Effektiv ventilation spar el. Undersökning aveleffektivitet i flerbostadshus. Stockholm 1994. Byggforskningsrådet T 11:1994.31 s.

3. SCANVAC. Klassindelade luftdistributionssystem- riktlinjer ochspecifikationer. Riktlinjeserien R2, Version 1,0. Stockholm 1991. SvenskaInneklimatinstitutet, Stockholm. 27 s.

4. Jagemar, L. Klassindelning med avseende på elanvändningen avluftbehandlingssystem för servicelokaler. Göteborg 1991. Chalmers Tekniskahögskola. Avdelningen för installationsteknik. Document D11:1991. 81 s.

5. Jagemar, L. Energiekonomi. Val av fläktar och kanalutformning förluftbehandlingssystem i servicelokaler och industrier. Göteborg 1991. ChalmersTekniska högskola. Avdelningen för installationsteknik. Document D10:1991. 81p.

6. Pihala, H. & Koski, P. Rakennusten sähkön käyttö ja sen ohjaaminen. Espoo1993. LVIS-2000 tutkimusohjelma, raportti 23. 114 s.

7. Ilmatekniikan suunnitteluopas. Valmet Oy ja O.Y Mercantile A.B. Turku 1978.Jaakkoo-Taara Oy. 98 s.

8. Seppänen, O. Ilmastointitekniikka ja sisäilmasto. LVI-tekniikan Kustannus Oy.348 s. ISBN 951-96098-0-6.

9. Keskustelu Ilkka Myllymäen (Kolmeks Oy) kanssa 16.2.1995.

10. Sandberg, E. & Isakson, H. Eleffektiv ventilation i flerbostadshus. Okt 1992.108 s.

11. Olufsen, P. Elforbruk til mekanisk ventilation. Horsholm 1993. SBI-RAPPORT Statens Byggeforskningsinstitut. 40 s. ISBN 87-563-0829-9.

12. Ylhäisi M. KTM Energiaosasto Yhteenveto alustuksesta Pumppaus 94-semi-naarissa 22.3.1994.

13. Tuoteluettelo 93-95. Turenki 1993. Kolmeks OY. 76 s.

14. Kaukonen, J., Pyrhönen, J. & Kurronen, P. Epätahtimoottoreiden sähkönku-lutus ja häviöt puunjalostusteollisuudessa. Lappeenranta 1994. TutkimusraporttiEN B-88. LTKK Energiatekniikan osasto. 13 s.

122

15. Jagemar, L. Energiekonomi, Val av fläktar och kanalutformning för luft-behandlingssystem i servicelokaler och industri. Chalmers University ofTechnology. Document D10:1991. Göteborg 1991. 380 s.

16. Jagemar, L. Learning from experiences with energy efficent HVAC-systems inoffice buildings. CADDET Analysis Support Unit, Final Draft. Jan. 1995. 149 s.

17. Aittomäki, A. & Viita, I. Energian säästön mahdollisuudet jäähdytyslaitoksissa.Tampere 1993. TTKK, Lämpötekniikka, Raportti 89. 120 s. ISBN 951-721-993-8

18. Malin, A., Reisbacka, A. & Rytkönen, A. Koneiden sijoittaminen keittiöka-lusteisiin. Helsinki 1993. Työtehoseuran monisteita 4/1993. 52 s. ISBN 951-788-194-0

19. Reisbacka, A. Ajankohtaista tietoa kylmäsäilytyslaitteista. Helsinki 1990.Työtehoseuran kotitaloustiedote 13/1990. 12 s.

20. Päivärinta, T. & Reisbacka, A. Vertailevaa tutkimustietoa jäähdytyslaitteista jajääkaapista. Helsinki 1993. Yhteenveto työtehoseuran monisteesta 2/93.

21. Komission direktiivi 94/2/EY. Euroopan yhteisöjen virallinen lehti N:o L 45/1.

22. Päivärinta, T. & Sillanpää, L. Selvitys suurkeittiöiden ja elintarvikkeiden kyl-mäketjun energiankäytön tehostamismahdollisuuksista. Helsinki 1992.Työtehoseuran monisteita 3/92. 43 s. ISBN 951-788-178-9

23. Markkinakatsaus: Kylmälaitteet, pakastimet. Sähkölaitosyhdistys 1994. 5 s.

24. Janhonen, H. & Sillanpää, L. Kylmäsäilytyslaitteiden energiankulutussuomalaisessa kotitaloudessa. TEHO 6/1993. s. 12 - 14.

25. Energiansäästö suurtalouksien keittiöissä. Helsinki 1984. Työtehoseuranjulkaisuja 262. 223 s. ISBN-951-788-085-5.

26. Työtehoseuran kotitaloustiedotteet 4/87, 7/87, 8/87, 9/87, 11/87, 19/87, 21/87.

27. prEN 832. Thermal Performance of the buildings - Calculation of Energy Usefor Heating - Residential Buildings. February 1994. 7th draft. 43 s.

28. Kotitalouksien sähkönkäyttötutkimus 1993. Helsinki 1995. Suomen Sähkölai-tosyhdistys ry. Julkaisusarja. 128 s.

29. Rantala E. Sähkön säästeliäs käyttö kiinteistössä. Helsinki 1981. InsinööritietoOy. INSKON julkaisu 79-81. 207 s. ISBN 951-793-380-0.

123

30. Kaleva K. & Laine T. RAKET T-504. Sähkölaitteiden ja ilmastoinninintegroitu säätö, osaraportti 5. Insinööritoimisto Olof Granlund Oy. Helsinki 1993.14 s.

31. Laine T. Toimistolaitteiden energiansäästön edistäminen, osatehtävä 1. Insi-nööritoimisto Olof Granlund Oy. Helsinki 1994. 10 s.

32. Molinder O. 1 year later. NUTEK, DOEE. Sweden 1994. 74 s.

33. Energiakatselmusraportti, KTM Dnro 261/854/93. Helsingin yliopistollinenkeskussairaala, laboratoriotilat. Insinööritoimisto Olof Granlund Oy. 1994. 32 s.

34. Eloholma M. Työpaikkojen valaistussuunnittelu - tavoitteena hyvä näköympä-ristö. Talotekniikka nro 8, 1995. 61 - 62 s.

35. Lighting design requirements, office lighting, requirements for good andenergy-efficient office lighting. Sweden 1994. NUTEK 1994-II, version 2. 14 s.

36. Energian säästö toimistorakennuksessa: valaistuskoeasennukset Motivan ti-loissa keväällä 1995. Liteco Oy. 31.3.1995. 13 s.

37. Ottosson A. & Wibom R. Office lighting - a large-scale demonstration projectin cooperation with electricity distributors. 3rd European Conference on Energy-Efficient Lighting 18-21.6.1995. 9 s.

38. Kara, R., Sähkön ja lämmön kulutus toimistorakennuksissa. Projektin sisäinenraportti. 19.6. 1995. 25 s.

39. Kara R. Sähkön ja lämmön kulutus asuinkerrostalossa. Projektin sisäinen ra-portti. 15.9. 1995. 17 s.

LIIT

E 1

. SU

UR

KE

ITT

IÖT

YY

PIT

Ta

ulu

kko

1.

Tu

tkim

uks

ess

a la

ske

ttu

jen

su

urk

eitt

iöid

en

tyy

pp

ijako

Kei

ttiöt

yypp

iR

uoka

ilija

-m

äärä

Ann

os-

mää

räK

eski

m.

koko

Käy

ttöai

kaH

uom

.

kpl

kpl/v

rkm

2vr

k/vu

osi

klo

Rav

into

la ta

i hot

elli

Hen

kilö

stör

avin

tola

Ka

hvila

ta

itie

nvar

sira

vint

ola

Am

mat

tiopp

ilaito

s

Van

hain

koti

Ylä

- ta

i ala

-ast

e

Kes

kuss

aira

ala

Pä

ivä

koti

100

- 20

0

100

- 30

0

500

- 10

00

600

- 80

0

200

500

100

- 20

0

100

- 30

0

500

- 10

00

600

- 80

0

800

500

45 72 70 195

60 130

300

- 36

5

200

- 24

0

365

188

365

190

11 -

01

09 -

15

00 -

24

07 -

15

07 -

18

08 -

15

Kä

yttö

pa

ino

ttu

u a

am

up

äiv

ää

n

ap +

loun

as +

päi

v. +

ipdi

eetti

en m

äärä

suu

ri

Lu

kum

ää

rä v

äh

äin

en

La

iteka

nta

ast

ian

pe

sua

luku

un-

otta

mat

ta k

otita

lous

laitt

eita

LIITE 2. CEN-LASKENTAMENETELMÄNSOVELTAMINEN TOIMISTORAKENNUKSIIN

Koska CEN-standardin laskentamenetelmä käsittelee asuinrakennuksia, ideaalistahyväksikäyttöastetta tarkasteltiin toimistorakennuksille erikseen. Toimistoraken-nusten IV-järjestelmät, käyttöajat ja kuormitukset poikkeavat asuinrakennuksista.Laskelmilla tarkasteltiin mahdollisia eroavaisuuksia toimisto -ja asuinrakennustenvälillä ideaalisessa hyväksikäyttöasteessa. Laskelmissa varioitiin sähkökuormituk-sen sisäistä jakautumista rakennuksessa sekä eri rakennetyyppien vaikutusta. Ku-vassa 1 on esitetty ideaalisen hyväksikäyttöasteen kulku lasketuissa toimistoraken-nuksissa eri rakenteilla.

Ideaalisesta hyväksikäyttöasteesta tietylle rakennetyypille muodostuu kahden käy-rän välinen alue, jonka sisällä se vaihtelee riippuen kuormitusten jakautumisesta,kuormien luonteesta (auringon säteily, ihmiset, laitteet) ja kuormatehonprofiileista. Betonirakenne ei ole yhtä herkkä kuormitusten jakautumisenmuutoksille, jolloin alue on kapeampi. Betonirakennuksen kapasiteetti pystyytasaamaan kuormituksen vaihtelut paremmin kuin kevyt rakenne. Kuvasta 1voidaan havaita, että CEN-standardin ideaalisen hyväksikäyttöasteenlaskentamenetelmä pätee kohtuullisesti myös toimistorakennuksille.

ILMAISLÄMPÖJEN IDEAALINEN HYVÄKSIKÄYTTÖASTE KUUKAUSITASON LASKENNASSA. VERTAILUSSA PUU- JA

BETONIRAKENTEINEN TOIMISTORAKENNUS

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Lämpökuorma/Lämmöntarve

Idea

alin

en h

yväk

sikä

yttö

aste

CEN: Aikavakio 168 h

CEN: Aikavakio 24 h

Betonirakenteinen

Puurakenteinen

Liitekuva 1. Ideaalinen hyväksikäyttöaste simuloiduissa toimistorakennuksissa.Vertailussa puurakenteinen ja betonirakenteinen toimistorakennus. Ideaalinenhyväksikäyttöaste tietylle rakennukselle muodostuu kahden käyrän välisestä alu-eesta, jonka sisällä se vaihtelee riippuen kuormitusten jakautumisesta, kuormienluonteesta (auringon säteily, ihmiset, laitteet) ja kuormatehon profiileista.Käyrät sovitettu simulointien tuloksista. Kuvaan piirretty CEN-laskentamenetelmän ideaalisen hyväksikäyttöasteen käyrät aikavakioillavuorokausi ja viikko.

LIITE 3. SUMMAMITTAUSMENETELMÄN LAITTEISTO

LIIT

E 4

. TO

IMIS

TO

RA

KE

NN

UK

SE

N K

ULU

TU

SLU

OK

ITT

ELU

N L

AS

KE

NT

A

T

au

lukk

o 1

. T

oim

isto

rake

nn

uks

en

ku

lutu

slu

oki

tte

lun

lask

en

ta

Toi

mis

tora

kenn

us 1

0 00

0 m3 ,

3 20

0 br

-m2 , 1

20 h

enki

löä

Luok

ittel

utas

otV

uosi

kulu

tuks

et (

kWh)

Laite

ryhm

äP

alve

lum

äärä

Pal

velu

yksi

kkö

Käy

ttöai

ka (

h/a)

AD

Gyk

sA

DG

Val

aist

us35

750

67 1

5011

7 63

0

Toi

mis

to18

00hy

m220

0014

2850

kWh/

m2 ,a25

200

50 4

0090

000

Kul

kutil

at55

0hy

m220

008

1426

kWh/

m2 ,a4

400

7 70

014

300

Var

asto

t,ark

isto

t25

0hy

m210

004

713

kWh/

m2 ,a1

000

1 75

03

250

Ruo

kala

170

hym2

1500

8,1

13,5

24kW

h/m2 ,a

1 15

02

300

4 08

0

Pih

a10

000

rak-

m3

0,4

0,5

0,6

kWh/

m3 ,a4

000

5 00

06

000

Toi

mis

tola

ittee

t21

490

54 2

8080

150

PC

:t+nä

yttö

100

kpl

2000

190

430

650

kWh/

kpl,a

19 0

0043

000

65 0

00

Kop

ioko

neet

3kp

l43

01

760

1 85

0kW

h/kp

l,a1

290

5 28

05

550

Lase

rkirj

oitti

met

240

000

sivu

a/a

525

40W

h/si

vu1

200

6 00

09

600

LVI y

htee

nsä

11 5

4023

630

41 0

80

IV-la

itos

3m

3 /s25

002

500

5 62

510

000

kWh/

(m3 /s

),a

7 50

016

880

30 0

00

Poi

stot

(W

C:t

ec..)

0,3

m3 /s87

603

940

1760

15 7

70kW

h/(m

3 /s),

a1

180

2 63

04

730

Pum

put y

htee

nsä

2 86

04

130

6 55

0

Pat

teriv

erko

sto

2,5

l/s65

0058

584

51

300

kWh/

(l/s)

,a1

460

2 11

03

250

LKV

-kie

rto

1l/s

8760

788

1 13

91

752

kWh/

(l/s)

,a79

01

140

1 75

0

IV-v

erko

sto

0,6

l/s87

6078

81

139

1 75

2kW

h/(l/

s),a

470

680

1 05

0

IV-p

atte

ripum

put

0,6

2500

100

200

300

kWh/

(l/s)

,a14

020

030

0

Ruo

kala

20 0

00an

nos/

a0.

50.

751

kWh/

anno

s10

000

15 0

0020

000

Muu

t7

230

10 3

2013

410

Aut

opai

kat

50kp

l10

015

020

0kW

h/pa

ikka

5 00

07

500

10 0

00

His

si10

000

rak-

m3

0,17

0,23

20,

3kW

h/m3

1 70

02

320

3 00

0

Edu

stus

saun

a25

läm

mity

sker

toja

/a15

2025

kWh/

kert

a37

550

062

5

86 0

1017

0 38

027

2 27

08,

6 kW

h/m

317

,0 k

Wh/

m3

27,3

kW

h/m

3

Toim

isto

rake

nnus

A-lu

okka

, kok

onai

skul

utus

8.6

kW

h/ra

k-ku

utio

Val

aist

us42

%

Toi

mis

tola

ittee

t25

%

LVI

13 %Ru

okal

a12

%

Muu

t8

%

Toim

isto

rake

nnus

D-

luok

ka, k

okon

aisk

ulut

us 1

7 kW

h/ra

k-ku

utio

Val

aist

us39

%

Toi

mis

tola

ittee

t32

%

LVI

14 %

Ru

okal

a9

%

Mu

ut6

%

Toim

isto

rake

nnus

G-lu

okka

, kok

onai

skul

utus

27.

2 kW

h/ra

k-ku

utio

Val

aist

us44

%

Toi

mis

tola

ittee

t29

%

LVI

15 %

Ru

okal

a7

%

Mu

ut5

%

Ku

va 1

. T

oim

isto

rake

nn

uks

en

sä

hkö

nku

lutu

sja

kau

ma

t lu

oki

ssa

A,

D ja

G.

Lu

okk

a D

ed

ust

aa

nyk

yist

ä k

ulu

tust

aso

a.

LIIT

E 5

. AS

UIN

KE

RR

OS

TA

LON

KU

LUT

US

LUO

KIT

TE

LUN

LA

SK

EN

TA

Ta

ulu

kko

1.

Asu

inke

rro

sta

lon

ku

lutu

slu

oki

tte

lun

lask

en

ta

Ker

rost

alo

4 70

0 m3 ,

1520

br-

m2 , 3

4 as

ukas

ta,

21 a

sunt

oaLu

okitt

elut

asot

Vuo

siku

lutu

kset

(kW

h)

Laite

ryhm

äP

alve

lum

äärä

Pal

velu

yksi

kkö

Käy

ttöai

ka (

h/a)

AD

Gyk

sA

DG

Val

aist

us9

370

11 7

1014

060

Asu

nnot

21as

unto

a34

042

551

0kW

h/as

unto

,a7

133

8 91

710

700

Kiin

teis

tö4

700

rak-

m3

0,5

0,6

0,7

kWh/

a,m3

2 23

72

797

3 35

6V

aate

huol

to2

870

3 59

04

310

Pyy

kinp

esu

21kp

l10

312

815

4kW

h/kp

l,a2

153

2 69

13

229

Kui

vaus

rum

pu3

kpl

240

300

360

kWh/

kpl,a

720

900

1 08

0V

iihde

5 96

05

960

5 96

0T

V21

kpl

200

200

200

kWh/

kpl,a

4 20

04

200

4 20

0V

ideo

16kp

l95

9595

kWh/

kpl,a

1 52

01

520

1 52

0P

C3

kpl

8080

80kW

h/kp

l,a24

024

024

0R

uoan

valm

istu

s ja

ast

ianp

esu

9 26

011

030

12 8

10Li

esi

21kp

l27

133

940

6kW

h/kp

l,a5

691

7 11

38

536

Mik

roaa

ltouu

ni14

kpl

5050

50kW

h/kp

l,a70

070

070

0K

ahvi

nkei

tin21

kpl

7070

70kW

h/kp

l,a1

470

1 47

01

470

Ast

ianp

esuk

one

10kp

l14

017

521

0kW

h/kp

l,a1

400

1 75

02

100

Kyl

mäs

äily

tys

4 95

08

990

11 2

40Jä

äkaa

ppi

18kp

l15

127

534

4kW

h/kp

l,a2

725

4 95

56

194

Jää-

viile

äkaa

ppi

3kp

l18

233

141

4kW

h/kp

l,a54

699

41

242

Kaa

ppip

akas

tin8

kpl

209

380

476

kWh/

kpl,a

1 67

43

043

3 80

4LV

I yht

eens

ä3

480

6 87

011

940

Poi

sto-

IV0,

6m3 /s

8 76

03

942

8 76

015

768

kWh/

(m3 /s),

a2

365

5 25

69

461

Pat

teriv

erko

sto

1,5

l/s6

500

585

845

1 30

0kW

h/(l/

s),a

878

1 26

81

950

LKV

-kie

rto

0,3

l/s8

760

788

1 13

91

752

kWh/

(l/s)

,a23

734

252

6T

alos

auna

21as

unto

a32

740

949

1kW

h/as

unto

,a6

870

8 59

010

300

Muu

t4

130

5 33

06

540

Aut

opai

kat

21kp

l10

015

020

0kW

h/pa

ikka

2 10

03

150

4 20

0H

issi

34as

ukas

ta18

2327

kWh/

asuk

as,a

621

776

931

Tal

opes

ula

21as

unto

a67

6767

kWh/

asun

to,a

1 40

71

407

1 40

7

46 8

9062

070

77 1

5010

,0 k

Wh/

m3

13,2

kW

h/m

316

,4 k

Wh/

m3

Asu

inke

rros

talo

A-l

uok

ka, k

oko

nais

kulu

tus

10 k

Wh

/rak

-ku

utio

Val

aist

us19

%

Vaa

tehu

olto

6 %

Viih

de13

%

LVI

7 %

Ruo

anva

lmis

tus

ja

astia

npes

u20

%

Kyl

mäs

äily

tys

11 %Tal

osau

na15

%

Muu

t9

%

As

uink

err

ost

alo

D-l

uokk

a, k

oko

nais

kulu

tus

13.2

kW

h/r

ak-k

uutio

Val

aist

us18

%

Vaa

tehu

olto

6 %

Viih

de10

%

LVI

11 %

Ruo

anva

lmis

tus

ja

astia

npes

u18

%

Kyl

mäs

äily

tys

14 %T

alos

auna

14 %

Muu

t9

%

As

uink

erro

sta

lo G

-luo

kka,

ko

kon

aisk

ulut

us 1

6.4

kW

h/ra

k-ku

utio

Val

aist

us18

%

Vaa

tehu

olto

6 %

Viih

de8

%

LVI

15 %

Ruo

anva

lmis

tus

ja

astia

npes

u17

%

Kyl

mäs

äily

tys

15 %T

alos

auna

13 %

Muu

t8

%

Ku

va 1

. A

suin

kerr

ost

alo

n s

äh

kön

kulu

tusj

aka

um

at

luo

kiss

a A

, D

ja G

. L

uo

kka

D e

du

sta

a n

ykyi

stä

ku

lutu

sta

soa

.

LIIT

E 6

. AS

UIN

PIE

NT

ALO

N K

ULU

TU

SLU

OK

ITT

ELU

N L

AS

KE

NT

A

T

au

lukk

o 1

. A

suin

pie

nta

lon

ku

lutu

slu

oki

tte

lun

lask

en

ta

Pie

ntal

o 45

0 m3 , 1

50 b

r-m

2 , 1 a

sunt

o, 4

asu

kast

aLu

okitt

elut

asot

Vuo

siku

lutu

kset

(kW

h)

Laite

ryhm

äP

alve

lum

äärä

Pal

velu

yksi

kkö

Käy

ttöai

ka (

h/a)

AD

Gyk

sA

DG

Val

aist

us1

120

1 40

01

680

Asu

nnot

1as

unto

a90

71

133

1 36

0kW

h/as

unto

,a90

71

133

1 36

0K

iinte

istö

450

rak-

m3

0,5

0,6

0,7

kWh/

a,m3

214

268

321

Vaa

tehu

olto

440

540

650

Pyy

kinp

esu

1kp

l19

624

429

3kW

h/kp

l,a19

624

429

3K

uiva

usru

mpu

1kp

l24

030

036

0kW

h/kp

l,a24

030

036

0V

iihde

375

375

375

TV

1kp

l20

020

020

0kW

h/kp

l,a20

020

020

0V

ideo

1kp

l95

9595

kWh/

kpl,a

9595

95P

C1

kpl

8080

80kW

h/kp

l,a80

8080

LVI

330

700

1 18

0P

oist

o-IV

0,05

m3 /s87

603

942

8 76

015

768

kWh/

(m3 /s

),a

197

438

788

Pat

teriv

erko

sto

0,15

l/s87

6087

61

752

2 62

8kW

h/(l/

s),a

131

263

394

Ruo

anva

lmis

tus

ja a

stia

npes

u74

090

01

050

Lies

i1

kpl

419

523

628

kWh/

kpl,a

419

523

628

Mik

roaa

ltouu

ni1

kpl

5555

55kW

h/kp

l,a55

5555

Kah

vink

eitin

1kp

l70

7070

kWh/

kpl,a

7070

70A

stia

npes

ukon

e1

kpl

200

250

300

kWh/

kpl,a

200

250

300

Kyl

mäs

äily

tys

390

710

890

Jää-

viile

äkaa

ppi

1kp

l18

233

141

4kW

h/kp

l,a18

233

141

4K

aapp

ipak

astin

1kp

l20

938

047

6kW

h/kp

l,a20

938

047

6S

auna

124

läm

mity

sker

taa/

a6,

928,

6510

,38

kWh/

kert

a85

71

070

1 29

0M

uut

100

150

200

Aut

opai

kat

1kp

l10

015

020

0kW

h/pa

ikka

100

150

200

4 35

05

850

7 32

09,

7 kW

h/m

313

,0 k

Wh/

m3

16,3

kW

h/m

3

Pie

ntal

o A

-luok

ka,

koko

nais

kulu

tus

9.7

kW

h/ra

k-ku

utio

Val

aist

us25

% Vaa

tehu

olto

10 %

Viih

de9

%LV

I8

%

Ruo

anva

lmis

tus

ja

astia

npes

u17

%

Kyl

mäs

äily

tys

9 %

Sau

na20

%

Muu

t2

%

Pie

ntal

o D

-luok

ka,

koko

nais

kulu

tus

13

kWh/

rak-

kuut

io

Val

aist

us25

%

Vaa

tehu

olto

9 %

Viih

de6

%

LVI

12 %

Ruo

anva

lmis

tus

ja

astia

npes

u15

%

Kyl

mäs

äily

tys

12 %

Sau

na18

%

Muu

t3

%

Pie

ntal

o G

-luok

ka, k

okon

aisk

ulut

us 1

6.3

kWh/

rak-

kuut

io

Val

aist

us23

%

Vaa

tehu

olto

9 %

Viih

de5

%

LVI

16 %

Ruo

anva

lmis

tus

ja

astia

npe

su14

%

Kyl

mäs

äily

tys

12 %

Sau

na18

%

Muu

t3

%

K

uva

1.

Asu

inp

ien

talo

n s

äh

kön

kulu

tusj

aka

um

at

luo

kiss

a A

, D

ja G

. L

uo

kka

D e

du

sta

a n

ykyi

stä

ku

lutu

sta

soa

.

VTT TIETOPALVELUJULKAISUJEN TOIMITUS

JULKAISUN ESITTELYTEKSTISarjanimeke Sarjanumero Vuosi

1996

Tekijät

Shemeikka, Jari; Kosonen, Risto; Hoving, Patrick;Laitila, Päivi; Pihala, Hannu& Laine, Tuomas.Julkaisun nimi

Rakennuksen sähköenergiankulutuksen tavoitearvot

Sivuja 123 Liitesivuja 9 ISBN

Esittelyteksti

Julkaisussa esitellään menetelmä sähkölaiteryhmittäisten tavoitekulutusarvojenmäärittämiseen ja sähkökuormien tunnistamiseen summamittauksella. Rakennuksen erisähkölaiteryhmille esitellään ehdotukset kulutusluokitteluiksi, joissa laiteryhmien kulutukseton normitettu niiden tuottamaaa palvelua kohti. Rakennuksen sähkönkulutuksen tavoitearvovoidaan laskea, kun tunnetaan rakennuksen tarvitsemat palvelut ja sähkölaiteryhmienkulutusluokittelut.

Julkaisussa esitetään tunnuslukuja sähkönkäytön välillisille vaikutuksille rakennustenlämmitykseen ja jäähdytykseen. Sähkölaitteet tuottavat toimiessaan rakennukseenlämpökuorman, joka lämmityskaudella voidaan hyödyntää osittain lämmityksessä. Mikälirakennuksessa esiintyy jäähdytystarvetta, sähkölaitteiden tuoma lämpö joudutaan poistamaankoneellisella jäähdytyksellä.

rakennuksen sähköenergiankulutuksen tavoitearvot...vtt tiedotteita – meddelanden – research...

Documents