§
ENERGIATEHOKAS KYLÄKOULU PUUSTA
K AISA NISSIL Ä
Tampereen teknillinen yliopisto Arkkitehtuurin laboratorio. COMBI -hanke
Diplomityö Tampere 2017
Lähes nollaenergiakoulu Laukaalle
II
ENERGIATEHOKAS KYLÄKOULU PUUSTA
K AISA NISSIL Ä
Tampereen teknillinen yliopisto Arkkitehtuurin laboratorio. COMBI -hanke
Diplomityö Tampere 2017
Lähes nollaenergiakoulu Laukaalle
TIIVISTELMÄ
TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Arkkitehtuurin laboratorio
Kaisa Nissilä: Energiatehokas kyläkoulu puusta - Lähes nollaenergiakoulu Laukaalle Diplomityö, 44 sivua
Kesäkuu 2017
Avainsanat: Energiatehokkuus, puurakentaminen, lähes nollaenergiarakennus, koulu
Diplomityö on suunnitelma energiatehokkaasta puurakenteisesta koulusta, joka antaa puitteet uuden opetussuunnitelman mukaiselle opetukselle ja oppimiselle.
Tapaustutkimusluontoinen diplomityö on ehdotus vireillä olevalle Laukaan kunnan ekokoulu -hankkeelle, joskin painotus on vahvasti energiatehokkuudessa, ja sen ohella tavoitetuista ekotehokkuuden piiriin lukeutuvista hyödyistä.
Suunnitelmapainotteisen työn tukena on kirjallinen osio, joka on laaja suunnitelmaselostus työn kehityksestä, ratkaisuista, perusteluista ja niihin liittyvästä pohdinnasta. Tämä diplomityö on konkreettinen esimerkki monikäyttöisestä ja viihtyisästä kyläkoulusta, jonka energiatehokkuus on laskelmin todistettu.
Diplomityö on osa Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) vetämää Tekes- rahoitteista COMBI-hanketta, joka tutkii lähes nollaenergiarakentamista palvelurakennusten näkökulmasta. Työ sisältyy työpakettiin Arkkitehtonisten ratkaisujen vaikutus energiatehokkuuteen, josta vastaa TTY:n Arkkitehtuurin laboratorio. Työpaketin tavoitteina on kartoittaa nykyisiä ja tulevaisuuden energiatehokkaita suunnitteluratkaisuja sekä kehittää ohjausmalli energiatehokkuuteen vaikuttavien arkkitehtuurin ominaisuuksien ohjeistukseen ja vertailuun.
IV
ABSTRACT
TAMPERE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Architecture
Kaisa Nissilä: Energy efficient wooden school - Nearly zero-energy school building in Laukaa.
Master's thesis, 44 pages June 2017
Keywords: Energy efficiency, wood construction, nearly zero-energy building, school
This master's thesis is a design proposal for an energy efficient wooden school, which considers the new approach of teaching and learning methods of the new curriculum of Finnish National Board of Education. This is a case study -like thesis and a proposal for the ongoing ecological school -project of the municipality of Laukaa, even though the emphasis is on the energy efficiency. The written part of the thesis is a comprehensive design narrative about the development, solutions, the argumentation behind it, and deliberating of these matters. This master's thesis is a concrete example of a transformable and cosy school which energy efficiency is certified by calculations.
This master’s thesis is part of the research project COMBI, which is led by Tampere University of Technology (TUT) and explores the concept of nearly zero-energy in the context of municipal service buildings. The thesis is included in the work package titled The Impact of Architecture on Energy Efficiency, carried out by TUT’s School of Architecture. The work package’s aim is to study current and future energy efficient building solutions as well as develop a tool for guiding the design and illustrating the connections between various aspects of energy efficient architectural design.
TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Arkkitehtuurin laboratorio. Asuntosuunnittelu
Julkaisu nro 28
TAMPERE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Architecture. Housing Design
Publication nro 28
KAISA NISSILÄ
ENERGIATEHOKAS KYLÄKOULU PUUSTA Lähes nollaenergiakoulu Laukaalle
DIPLOMITYÖ
Tarkastaja prof. Markku Hedman
Aihe hyväksytty talouden ja rakentamisen tiedekunnassa 27.3.2017
PAINO ISBN 978-952-15-3961-9
ISSN 2489-429X
Taittopohja: COMBI-hanke, Arkkitehtonisten ratkaisujen vaikutus energiatehokkuuteen (WP2) –työpaketti
VI ALKUSANAT
Kiitokset professori Markku Hedmanille ja Taru Lindbergille asiantuntevasta ja inspiroivasta ohjauksesta. Lisäksi kiitokset muillekin COMBI-hankkeen WP2-työpaketin tutkimusryhmän jäsenille, erityisesti Malin Moisiolle energiatehokkuuslaskennan konsultoinnista. Kiitän Tero Wémania ekokoulu- hankeeseen perehdyttämisestä. Kiitos myös teille, Jutta ja Lilli, vertaistuestanne oli paljon apua.
Rakas Anton, kiitos antamastasi tuesta ja kärsivällisyydestäsi 28 m² yksiössämme, jonka valtasin diplomityön ajaksi.
Toukokuu 2017 Kaisa Nissilä
SISÄLLYS
5. POHJAPIIRROS
...20
5.1. OPPIMISYMPÄRISTÖ
...21
5.2. MONITOIMITALO
...23
6. ARKKITEHTONINEN ILME
...26
6.1. MUOTO
...26
6.2. JULKISIVUT
...26
6.3. LEIKKAUKSET
...26
7. ENERGIATEHOKKUUS
...36
7.1. ENERGIATEHOKKUUTTA PARANTAVAT RATKAISUT
...36
7.2. AURINKOENERGIA
...38
7.3. DETALJIT JA U-ARVOT
...39
7.4. E-LUKU
...41
8. YHTEENVETO
...44
9. LÄHTEET
...46
10. LIITTEET
...48
10.1. PERUS- JA ESIOPETUKSEN TILANTAR- PEEN TUNNUSLUVUT
...48
10.2. ENERGIALASKELMAT
...50
10.3. PLANSSIEN PIENENNÖKSET
...58
TIIVISTELMÄ
...III ABSTRACT
...IV ALKUSANAT
...VI SISÄLLYS
...VII KÄSITTEET
...X 1. JOHDANTO
...2
1.1. AIHEEN RAJAUS JA TAVOITTEET
...2
1.2. COMBI -HANKE
...2
2. LÄHTÖTIEDOT
...6
2.1. VUONTEE, LAUKAAN KUNTA
...6
2.2. OPETUSSUUNNITELMA 2016
...6
2.3. TONTTIANALYYSI
...6
3. ASEMAPIIRROS
...10
3.1. SIJOITTUMINEN JA MASSOITTELU
...11
3.2. PIHASUUNNITELMA
...11
4. TILAOHJELMA
...14
4. 1. TILANTARVE JA TILATEHOKKUUS
...14
4. 2. SUUNNITELMA, VERSIO 1
...15
4. 2. SUUNNITELMA, VERSIO 2
...17
VIII
KÄSITTEET
X
Energiate hok kuus
Nykymääräysten nojalla rakennuksen energiatehokkuus lasketaan jakamalla rakennuksen vuotuinen kokonaisenergiankulutus rakennuksen lämmitetyllä nettopinta-alalla. Tästä saadaan tuloksena E-luku (kWh/m²vuosi), joka määrittää rakennuksen energiatehokkuusluokan A-G. (Energiatodistus, 2017) Rakennuksen kokonaisenergiankulutukseen vaikuttavat useat tekijät, muun muassa rakenteiden lämmöneristävyys, talotekniset järjestelmät ja rakennusvaipan ilmanpitävyys (Suomen raketamismääräyskokoelma, 2012).
L ähe s nollae nergiarake nnus
Rakennusten energiatehokkuusdirektiivi (EPBD) edellyttää, että vuonna 2020 kaikki rakennukset on rakennettava lähes nollaenergiarakennuksia. Direktiivin määrittelyn mukaan lähes nollaenergiarakennuksella on erittäin korkea energiatehokkuus, ja rakennuksen kuluttaman energian on oltava osin katettavissa tai tuotettavissa uusiutuvilla energialähteillä.
T ilate hok kuus
Tilatehokkuudella tai tilankäytön tehokkuudella tarkoitetaan esimerkiksi rakennuksen liikkennealaa suhteessa hyötyalaan, eli mitä pienempi liikenneala on hyötyalaan verrattuna, sitä parempi on rakennuksen tilatehokkuus . (Jääskeläinen, 2010)
Käy t töte hok kuus
Käyttötehokkuudella tarkoitetaan tämän diplomityön yhteydessä rakennuksen energiankulutusta suhteessa henkilökäyttötunteihin COMBI-hankkeen WP2-työpaketin tutkimuksen mukaisesti, eli miten rakennuksen käyttö vaikuttaa rakennuksen todelliseen energiankulutukseen. Käyttötehokkuutta tarkasteltaessa kokonaisenergiankulutus kasvaa käyttäjien lukumäärän kasvaessa, mutta energiankulutus hekilöä kohden pienenee. (Lindberg, 2017).
Ekote hok kuus
Ekotehokkuudella tarkoitetaan luonnonvarojen käyttöä mahdollisimman tehokkaasti ja tarkoituksenmukaisesti.
Ekotehokasta tuotantoa on, että minimi raaka-ainemäärillä ja energiankulutuksella tuotetaan mahdollisimman paljon tuotteita ja palveluita. Tuotteen tai palveluun kuluneiden luonnonvarojen määrää mitataan MIPS -luvuilla. MIPS -lukua voidaan pienentää, eli parantaaa joko vähentämällä luonnonvarojen käyttöä (MI) tai lisäämällä aikaansaatavaa palvelua (S). Aikaansaatavaa palvelua voi lisätä esimerkiksi edistämällä tuotteen pitkäkestoista käyttöä (esim. kestävyydellä ja helppokäyttöisyydellä), edistämällä
tuotteiden monivaiheista käyttöä (esim. monikäyttöisyys, uudelleenkäyttö ja purettavuus), tai lisäämällä yhteiskäyttöä ja jaettua käyttöä. (Suomen luonnonsuojeluliitto)
CLT
Monikerroslevy eli CLT (Cross Laminated Timber) on kerroksittain ristiin liimattua massiivipuulevyä. Rakenteensa ansiosta CLT on erittäin luja, käytännössä tiivis, jäykkä ja hyvin paloa kestävä elementti, joka toimii niin kantavana kuin jäykistävänä rakenteena.
Syrjäliimattu CLT-massiivipuuseinäelementti toimii rakenteellisesti myös ilman erillistä höyrynsulkumuovia. (Puuinfo, 2011).
U-ar vo
U-arvo, (yksikkö: W/m²K) eli lämmönläpäisykerroin ilmaisee lämpömäärän, joka jatkuvuustilassa läpäisee aikayksikössä pintayksikön suuruisen rakennusosan, kun lämpötila rakennusosan eri puolilla olevien ilmatilojen välillä on yksikön suuruinen (Siikanen, 2009.)
1. JOHDANTO
2 1.1. AIHEEN R AJAUS JA TAVOIT TEE T
Diplomityöni on suunnitelma energiatehokkaasta puurakenteisesta koulusta, joka antaa puitteet uuden opetussuunnitelman mukaiselle opetukselle ja oppimiselle. Tapaustutkimusluontoinen diplomityöni on oma ehdotukseni vireillä olevalle Laukaan kunnan ekokoulu -hankkeelle, joskin painotukseni on vahvasti energiatehokkuudessa ja sen ohella tavoitetusta ekotehokkuuden piiriin lukeutuvista hyödyistä. Suunnitelmapainotteisen työni tukena on tämä kirjallinen osio, joka on laaja suunnitelmaselostus työni kehityksestä, ratkaisuista, perusteluista ja niihin liittyvästä omasta pohdinnasta.
Päätavoitteenani on tutkia ja syventää tietämystäni energiatehokkaasta puurakentamisesta ja antaa tästä konkreettinen esimerkki monikäyttöisen ja viihtyisän kyläkoulun muodossa, jonka energiatehokkuus on laskelmin todistettu.
1.2. COMBI-HANKE
Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) vetämässä COMBI-hankkeessa (Comprehensive Development of Nearly Zero-Energy Municipal Service Buildings) tarkastellaan kokonaisvaltaisesti palvelurakennusten energiatehokkuuden parantamista lähes nollaenergiatasoon. Palvelurakennuksia hankkeen yhteydessä ovat koulut, päiväkodit, sairaalat ja erityisryhmien palveluasumisen yksiköt. COMBI on osa Tekesin Innovatiiviset kaupungit (INKA) -ohjelmaa. Hankkeessa on TTY:n lisäksi mukana kahdeksan pirkanmaalaista kuntaa Tampereen johdolla, Helsingin kaupunki, Aalto yliopisto ja Tampereen ammattikorkeakoulu (TAMK) sekä yli 40 yritystä.
Hankkeen taustalla vaikuttaa Euroopan Unionin energiatehokkuusdirektiivi (EPBD), jonka mukaan vuoden 2019 alusta lähtien kaikki julkiset rakennukset toteutetaan lähes nollaenergiarakennuksina (nZEB). Kansallisen lähes nollaenergiatalon määritelmä on kuitenkin edelleen avoinna.
COMBI-hankkeen keskeisenä tavoitteena on mahdollisimman laaja-alainen tarkastelu lähes nollaenergiapalvelurakennuksiin liittyen. Tällaisessa kokonaisvaltaisessa tarkastelussa otetaan huomioon nollaenergiatason vaatimusten vaikutus rakennuksen arkkitehtuuriin ja tiloihin (WP2), rakenneratkaisuihin ja sisäilmaolosuhteisiin (WP3), taloteknisiin järjestelmiin ja uusiutuvan energiantuotannon ratkaisuihin (WP4) sekä rakentamisen prosesseihin ja rakennuksen ylläpitoon (WP5). Lisäksi hankkeen tavoitteena on parantaa palvelurakennusten energiatehokkuutta siten, että ratkaisut täyttävät myös muut kansalliset vaatimukset ja tavoitteet, joita ovat esimerkiksi korkealaatuisuus, terveellisyys, riskittömyys, taloudellisuus, viihtyisyys, muuntojoustavuus, ympäristöystävällisyys ja pitkäaikaiskestävyys.
Arkkitehtonisten ratkaisujen vaikutus energiatehokkuuteen (WP2) -työpaketti koostuu neljästä tutkimusosiosta: palvelurakennusten energiatehokkuuteen vaikuttavista arkkitehtonisista perusratkaisuista (T2.1), tulevaisuuden
energiatehokkaista suunnitteluratkaisuista (T2.2), arkkitehtisuunnittelussa käytettävästä energiaoptimoinnin ohjausmallisista (T2.3) sekä arkkitehtonisia ja tilasuunnitteluun liittyviä ratkaisuja käsittelevästä ohjeistuksesta (T2.4). Professori Markku Hedmanin vetämään tutkimusryhmään kuuluvat lisäksi projektipäällikkö Tapio Kaasalainen sekä arkkitehdit Taru Lindberg ja Malin Moisio. Tämä diplomityö liittyy osaksi WP2-työpaketin tutkimusta ja ennen kaikkea tulevaisuuden energiatehokkaisiin suunnitteluratkaisuihin keskittyvää tutkimusosiota T2.2.
4
KUVA 1. Näkymä saapumisesta
2. LÄHTÖTIEDOT
6 2.1. VUONTEE, L AUK A AN KUNTA
Vuonteen kylä sijaitsee Laukaan kunnassa Keski-Suomessa. Laukaan kunnan 18 865 asukkaasta 267 asuu Vuonteella vuonna 2011 tehdyn arvion mukaan (Laukaan kunta b, Vuonteen kylä.) Laukaan kunnan vuoden 2016 kaavoituskatsauksessa on positiivinen arvio Laukaan taajaman sekä Vuonteen kylän kehityksestä ja kasvusta, jota tukee Laukaan ekokoulu -hanke. Ekokoulu -hankkeen tavoitteena on toteuttaa monikäyttöinen Vuonteen, Tarvaalan, ja Savion kylien (ks. kuva 2, kappale 2.3.) yhteinen koulurakennus noin 100 lapselle perusopetuksen luokille 1-6, esikoululle ja päiväkodille (Maankäytön osasto, Laukaan kunta 2016b). Hankeen kantavia teemoja ovat yhteisöllisyys, ekologisuus ja omavaraisuus. (Laukaan kunta, a.) Suunnitelmani puurakenteisesta lähes nollaenergiaperuskoulusta on oma versioni hankkeelle. Suunnitelmassani otan myös huomioon Vuonteen kylän SWOT -analyysin haaveet, jossa mainitaan muun muassa harrastustoiminnan lisääminen, uusien jäsenten innostaminen kylätoimintaan, vanhustenkerhon jatkuminen, sekä toive esteettömästä koulusta. Vuonteen kylän toiveiden toteuttamista tuetaan myös Laukaan kuntastrategiassa (2014) yleisesti, jonka tavoitteena on "esteetön, liikkumiseen, harrastamiseen ja virkistäytymiseen kannustava ympäristö."
2.2. OPE TUSSUUNNITELMA 2016
Suurin vaikuttavin tekijä, ja merkittävin uudistus edellisiin opetussuunnitelmiin on oppilaan rooli: oppilas on aktiivinen toimija, joka oppii omien kokemusten ja vuorovaikutuksen myötä (Opettaja 2015, Opetushallitus 2015b). Opetushallituksen opetussuunnitelmatyön päällikkö Irmeli Halisen esityksessä kerrotaan uudistuksen ytimen olevan koulun toimimisesta nykyistä paremmin kasvuyhteisönä ja oppimisympäristönä, joka muun muassa edistää laaja-alaisen osaamisen kehittymistä. Laaja-alaisen osaamisen lisäksi opetussuunnitelmassa tuntuu painottuvan erityisesti toimintakulttuuri ja monialaiset oppimiskokonaisuudet.
Nämä teemat tuovat oman haasteensa, mutta toisaalta ne myös antavat selkeät suuntaviivat suunnittelun lähtökohdille: oppimisympäristön on oltava yhteisöllinen, aktiivinen ja joustava.
2.3. TONT TIANALY YSI
Vuonteen kylässä sijaitseva tontti Tarvaalantien ja Saviontien haarassa on maastoltaan tasainen ja aluskasvillisuudeltaan tiheähkö sekametsä. Luonnon koskemattomuus ja harva rakennuskanta antavat mielestäni koulurakennuksen sijoittelun ja massoittelun puolesta paljolti vapauksia, mutta toisaalta vaatii myös huomioimaan paikan mittakaavan, jonka vuoksi on hyvä painottaa, että maalaismaisemiin suunnitellaan nimenomaan kyläkoulua. Vuonteen aluekoulun ja päiväkodin asemakaavan osallistumis- ja arviointisuunnitelmassa annetaankin suunnittelumääräys: "Alueen suunnittelussa on otettava huomioon kulttuurihistoriallisen rakennetun ympäristön kokonaisuus, ominaispiirteet ja identiteetti" (Maankäyttöosasto, Laukaan kunta 2016b)
KUVA 2. Muokattu satelliittikuva (Google Maps).
Laukaan kunnan alue on merkitty vaaleammalla sävyllä. Punaiset pisteet merkitsevät Tarvaalan, Vuonteen, ja Savion kylien sijaintia, ja pieni turkoosi alue Vuonteen itäpuolella on suunnittelutontti.
SAVIO VUONTEE TARVAALA
8
3. ASEMAPIIRROS
10
KUVA 3. Asemapiirros 1:2500
3.1. SIJOIT TUMINEN JA MASSOIT TELU
Tontin tasaisuuden ja harvan rakennuskannan takia koin, että tärkeimmät kriteerit rakennusmassan sijoittumiselle määräävät ilmansuunnat. Halusin, että suurin osa seinäpinta-alasta avautuu aurinkoisiin ilmansuuntiin, jotta luonnonvalon pääsy sisätiloihin, etenkin talvisaikaan, olisi suurin mahdollinen. Lisäksi pidin olennaisena, että koulun piha-alue sijaitsee rakennusmassan lounaispuolella, jotta siistittyä, mutta mahdollisimman luonnontilassa olevaa metsää jäisi mahdollisimman paljon pihan ja Saviontien väliin.
Alun perin mielessäni oli kompakti, lapekattoinen L:n muotoinen rakennus, jonka toinen lape olisi optimaalinen aurinkoenergian hyödyntämisen kannalta.
COMBI -hankkeen tulosten perusteella rakennuksen muodolla ei kuitenkaan ole merkittävää, jos lainkaan vaikutusta rakennuksen energiatehokkuuteen (Moisio, 2017), joten rikoin massan kolmeen pienempään harjakattoiseen osaan.
Harjakattoiset massat luovat kiinnostavampien sisätilojen lisäksi linkin Vuonteen maalaismaisemaan.
Lapekatto osoittautui ongelmalliseksi myös omavaraissähkön kannalta, sillä rakennusmassan ollessa kohtuullisen suuri, katto ei saavuta tarpeeksi jyrkkää kulmaa, jotta aurinkosähkön tuotto olisi kannattavaa tai edes mahdollista Suomen leveyspiireillä. Useampi katonharja mahdollistaa optimaalisen kulman kattoon integroiduille aurinkopaneeleille ja -keräimille. Käsittelen asiaa tarkemmin luvun 4. Energiatehokkuus kappaleessa 4.5.2. Aurinkoenergia.
3.2. PIHASUUNNITELMA
Koulun alueelle on kaksi saapumisreittiä, yksi Saviontien, ja toinen Tarvaalantien puolelta. Tarvaalantien puoleisella pysäköintialueella sijaitsee bussipysäkki, josta kevyen liikenteen väylä ohjautuu katettuun käytävään, joka johtaa pääsisäänkäynnille. Huoltoajo tapahtuu Tarvaalantien kautta, jolloin huoltoliikenne häiritsee mahdollisimman vähän välituntipiha-aluetta, ja matka keittiön lastauslaiturille on mahdollisimman lyhyt.
Saviontien puoleinen pysäköintialue on tarkoitettu erityisesti esiopetuksen siiven saattoliikenteelle, sekä rakennuksen liikuntatilan ja pelikentän käyttäjille.
Välituntipihaa jaottelee ja rajaa rakennusmassan lisäksi kivipäällystetyt polut, jotka johtavat katetulle käytävälle, pääsisäänkäynnille, sekä esi- ja perusopetuksen siipien sisäänkäynneille. Itä-länsi-suuntaiselle poikkipolulle sijoitetut pyöräkatokset, tontinhoito- ja ulkovälinevarastot, sekä istutetut hyötypensaat rajaavat piha-alueen pienempään ydinpihaan.
Rakennusmassan ja poikkipolun väliin jäävä ydinpiha on tarkoitettu myös opetuskäyttöön ja kylän yhteisöllisyyden edistämiseen: alueella on kasvimaa, jossa oppilaat ja Vuonteen vanhustenkerhon jäsenet voivat yhteisvoimin kasvattaa omia hyötykasveja. Kasvimaan lisäksi pihalle istutetut omenapuut ja marjapensaat toimivat lapsille konkreettisena esimerkkinä muun muassa vuodenaikojen vaihtelusta, kasvien biologisesta toiminnasta ja ruoantuotannosta.
KUVA 4. Kaaviokuvat rakennusmassan kehityksestä.
KUVA 5. Pihasuunnitelma 1:1000 1. Leikkikenttä
2. Päiväkodin aidattu piha 3. Pelikenttä
4. Huoltoajo, lastauslaituri
5. Pysäköinti/jättö, 32 AP ja bussipysäkki 6. Pysäköinti/jättö, 23 AP
7. Hyötypensasistutukset
8. Päällystetty kevyen liikenteen väylä 9. Kasvimaa
10. Pyöräkatos 11. Pukuhuone ja varasto
12. Tontinhuoltotila, ulkovälinevarasto 13. Omenapuuistutukset
14. Hoidettu, luonnontilainen metsä.
15. Leikkimökki
12
1.
5.
6.
7.
8.
10.
13.
13.
13.
14.
14. 15.
10.
10.
11.
12.
10.
8.
9.
8.
7. 7.
7.
2.
3.
4.
4. TILAOHJELMA
14 4.1. TIL ANTARVE JA TIL ATEHOKKUUS
Perus- ja esiopetuksen tunnusluvut ovat Opetushallituksen (2012) laatima suuntaa antava ohjeistus koulusuunnitelman tilaohjelmasta, joka pitää sisällään perusopetuksen vuosiluokkien 1-9 ja esiopetuksen toiminnan vaatimat tilat. (Liite 10.1.) Tunnusluvut on laadittu oletuksella, että koulussa on tasasuuret ikäluokat, joiden koko on 10-100 oppilasta, viiden oppilaan porrastuksella.
Ensimmäisen suunnitelmaversioni 1 (ks. kappale 4.2. Suunnitelma, versio 1) tein pitkälti tilantarpeen tunnuslukujen 100 oppilaan koulun tilaohjelmalla, mutta kuten ekokoulu -hankkeessa, suunnitelma on vuosiluokkien 1-6, esikoulun ja päiväkodin lapsille, sekä henkilökunnalle mitoitettu.
Kuten perus- ja esiopetuksen tilantarpeen tunnuslukujen yhteydessä mainitaan, tunnusluvut eivät ota huomioon sellaista ruokahuollon tilantarvetta, jossa ruoka valmistetaan koulun tiloissa. Näin ollen suunnitelman VE1 ruokahuollolle osoitetut tilat jäävät liian pieneksi ekokoulu -hankkeelle tarkoituksen mukaiselle lähiruoan valmistukselle. Lisäksi, vaikka liikenteelle tarkoitettuja neliömetrejä on suunnitelmassa VE1 vähemmän kuin tilantarpeen tunnusluvuissa, neliöitä on silti liikaa ollakseen ekotehokas koulurakennus. Koska käytävätiloja käytetään vain paikasta toiseen siirtymiseen, ei ole perusteltua kuluttaa rakennusmateriaaleja ja lisätä rakentamisesta aiheutuvia päästöjä niin sanottuihin hukkaneliöihin.
Suunnitelma VE1 jäi ongelmalliseksi muistakin syistä kuin tilantarpeen tunnuslukujen toteuttamisen takia. 100 hengen koulun tilaohjelman hahmottaminen konkreettiseen suunnitelmaan haki vielä muotoaan, ja pohjasta jäi kömpelö. Pyrkimyksenäni kuitenkin oli tilatehokas pohjaratkaisu monikäyttöisillä toiminta-auloilla ja tilojen muuntojoustavuudella, mutta niiden toimivuus jää tässä versiossa pitkälti ajatuksen tasolle. Lisäksi rakennusmassan runkosyvyys ja tilojen jäsentelemättömyys jättävät tiloista epäviihtyisän pimeät.
Suunnitelmaversiossa 2 (ks. kappale 4.3. Suunnitelma, versio 2) sain lopulta yhdistettyä tilantarpeen vaatimukset ja tehokkaan, viihtyisän pohjaratkaisun yhteisölliselle, oppimiseen ja virkistäytymiseen kannustavalle koululle, joka on monikäyttöinen ja joustava. Tehokkaasta tilaratkaisusta on etua myös energiatehokkuuden kannalta, sillä lämmitettävää nettoalaa on huomattavasti vähemmän, kuin esimerkiksi tilantarpeen tunnusluvuissa, vaikka opetus- ja liikuntatiloja on saman verran. Pohjaratkaisun ja sen konseptin esittelen yksityiskohtaisemmin seuraavassa luvussa 5. Pohjapiirros.
TAULUKKO 1. VE1 Esi- ja perusopetuksen tunnuslukujen pohjalta tehty ensimmäisen
suunnitelmaversion tilaohjelma. TILAOHJELMA VE1
OPETUSTILAT m² RUOKAHUOLTO m²
Musiikin ja draaman tilat 109,04 Sali 79,7
2. lk kotiluokka 68 Keittiö 20
3. lk kotiluokka 66,5 Varasto 6,5
4. lk kotiluokka 70,8 Laatikkovarasto 5,0
5. lk kotiluokka 69,9 yht. 111,3
6. lk kotiluokka 67,9 OPPILAIDEN TILAT
Erityisluokka 61,6 Oppilaskunnan kioski 5,6
Käsityön ja taiteen studio 83,1 WC-tilat 21,3
Materiaalivarasto 17,1 Naulakko- ja lokerikkotilat 30,8
Konesali 23,21 yht. 57,7
Toiminta-aula I 82,6 HUOLTOTOIMI
Toiminta-aula II 90,35 Jätehuolto 12,00
Toiminta-aula II 101,71 Siivoustilat 10,57
Kasvihuone/Ymp.opin.lab 18,49 Tontinhoitotila 11,48
Kasvihuone/Ymp.opin.lab 18,49 Rakennuksenhoitotila 4,59
Päiväkoti 173 yht. 38,6
Kuraeteinen 12,1 LIIKUNNAN TILAT
Kuivaushuone 3,2 Sali 298,2
WC 2,06 Pukuhuone, opettaja 8,4
1. lk kotiluokka 77,9 Pukuhuone, tytöt 23,6
Kirjasto 79,72 Pukuhuone, pojat 23,6
yht. 1296,7 Voimisteluvälinevarasto 12,6
TEKNISET TILAT Ulkovälinevarasto 9,9
Sähköpääkeskus 12,9 Tuolivarasto 9,9
Lämmönjakohuone 19,75 yht. 389,2
IV -konehuone 126,4 HALLINTO JA HENKILÖKUNTA
Huoltoporras 4,4 Taukotilat 86,2
yht. 163,5 Työskentelytilat/toimisto 70,8
LIIKENNE yht. 157,0
yht. 376,3 OPPILASHUOLTO
yht. 41,4
RAKENNUKSEN PINTA-ALA: M²
BRUTTOALA 2631,2
NETTOALA 2420,5
4.2. SUUNNITELMA, VERSIO 1
16
KUVA 6. VE1 Pohjapiirrosluonnos 1:500
TAULUKKO 2 VE2 Lopullisen suunnitelman tilaohjelma
TILAOHJELMA VE2
OPETUSTILAT m² RUOKAHUOLTO m²
Musiikin ja draaman tilat 97,38 Sali 89,2
2. lk kotiluokka 65,86 Keittiö 66,62
3. lk kotiluokka 64,02 Varasto 10,14
4. lk kotiluokka 63,95 Laatikkovarasto 10,019
5. lk kotiluokka 63,61 yht. 175,98
6. lk kotiluokka 64,1 OPPILASHUOLTO
Erityisluokka 45,97 yht. 40,9
Käsityön ja taiteen studio 64,7 OPPILAIDEN TILAT
Materiaalivarasto 9,72 Oppilaskunnan kioski 5,52
Konesali 13,0 WC-tilat 23,37
Toiminta-aula I 120,5 Naulakko- ja lokerikkotilat 32,82
Toiminta-aula II 86,94 yht. 61,71
Toiminta-aula II 85,06 HUOLTOTOIMI
Päiväkoti 207.8 Jätehuolto 12,00
Kuraeteinen 17,787 Siivoustilat 13,17
Kuivaushuone 3,965 Tontinhoitotila 11,48
WC 7 Rakennuksenhoitotila 8,87
1. lk kotiluokka 72,6 yht. 45,52
Kirjasto 69,55 LIIKUNNAN TILAT
Kasvihuone/Ymp.opin lab. 18,49 Sali 293,3
Kasvihuone/Ymp.opin lab. 18,49 Pukuhuone, pojat 31,058
yht. 1260,5 Pukuhuone, tytöt 31,058
TEKNISET TILAT Pukuhuone, opettaja 7
Sähköpääkeskus 11,46 Voimisteluvälinevarasto 11,23
Lämmönjakohuone 18,79 Ulkovälinevarasto 11,477
IV -konehuone 117,3 Tuolivarasto 8,696
Huoltoporras 3,24 yht. 393,8
Ryhmäkeskukset 4,65 HALLINTO JA HENKILÖKUNTA
tekn. (aurinkopaneelit) 4,59 Taukotilat 94,52
yht. 160,1 Työskentelytilat/toimisto 66,51
LIIKENNE yht. 161,03
yht. 299,16
RAKENNUKSEN PINTA-ALA: M²
BRUTTOALA 2598,6
NETTOALA 2379
4.3. SUUNNITELMA, VERSIO 2
18
KUVA 7. VE2 Pohjapiirrosluonnos 1:500
5. POHJAPIIRROS
20
KUVA 8. Pohjapiirros 1:400
5.1. OPPIMISYMPÄRISTÖ
Suunnitelman tilallinen konsepti oppimisympäristönä on perusperiaatteeltaan kaksiosainen. Ensimmäinen osa on jakaa pääasiassa esiopetukselle ja perusopetukselle tarkoitetut tilat omiin yksikköihinsä rakennuksen eri siipiin siten, että keskelle jää yhteiskäytössä oleva kokoava tila, jossa sijaitsee ruokala, käsityön ja taiteen studio, musiikin ja ilmaisun luokka, liikuntasali sekä kirjasto.
Etelässä on esiopetuksen siipi, jossa on päiväkoti, esikoulu, 1. luokan kotiluokka, henkilökunnan työskentelytilat ja esiopetuksen toiminta-aula. Esiopetuksen siiven sisäänkäynti on eteläpäädyssä päiväkodin aidatulla piha-alueella, johon on kulku niin välituntipihan kuin Saviontien pysäköintialueen kautta. Samasta sisäänkäynnistä pääsee myös suorinta tietä oppilashuollon tiloihin.
Rakennuksen länsipuolella on perusopetuksen siipi, jossa on kotiluokat 2.- 6. luokille, erityisopetuksen luokka ja perusopetuksen toiminta-aula. Lisäksi henkilökunnan ja hallinnon taukotilat ovat samassa siivessä. Länsisiiven luokkien väliseinät ovat osin liukulasiseiniä, jotta kaksi opetustilaa on mahdollista avata yhdeksi suuremmaksi opetussaliksi. Kolmesta kotiluokasta on pääsy katetulla käytävällä sijaitseviin kasvihuoneisiin, jotka toimivat samalla ympäristöopin ja luonnontieteen ilmiöiden laboratoriona, jossa lapset voivat esimerkiksi itse idättää hyötykasveja ja lopulta istuttaa ne pihan kasvimaahan.
Kotiluokat toimivat oppilasryhmille eräänlaisena kotipesänä, mutta tarkoituksena on, että oppilaat liikkuvat eri opetustilojen välillä riippuen siitä, mitä tai minkälaista opetusta on luvassa, oli se sitten hiljaista keskittymistä, ryhmätyötä, tutkimusta, oppiainerajojen ylitystä, ikäryhmien limittymistä, liikettä tai musiikkia.
Tilojen muunneltavuuden lisäksi kalusteiden pitää olla monikäyttöisiä ja helposti siirreltäviä.
Toinen osa suunnitelman oppimisympäristön tilallisesta konseptista on esiopetuksen ja perusopetuksen siipien, sekä kokoavan keskusaulan linkittyminen toisiinsa toiminta-aulojen avulla (ks. kuva 9.) Toiminta-aulat muodostavat yhteiskäytössä monipuolisen tilan koulun omille tapahtumille, mutta ovat myös käytettävissä erikseen opetustiloina.
Pääsisäänkäynnin ohessa oleva kokoava toiminta-aula on tarkoitettu erityisesti ryhmätyöskentelyyn, opettaviin leikkeihin ja yhteisöllisen toimintakulttuurin toteuttamiseen. Siivissä sijaitsevat pienemmät toiminta-aulat käyvät samassa tarkoituksessa pienemmille ryhmille, mutta ne sopivat myös keskittymistä vaativaan itsenäiseen työskentelyyn, kun aulat varustetaan peittoäänijärjestelmällä ja hyvästä akustiikasta huolehditaan niin akustiikkalevyillä, kalusteilla kuin rei'ittämällä CLT-seinäelementin pintaa.
Koulun kirjaston tunnuksilla oppilailla on pääsy sähköiseen oppimateriaaliin, joka on käytettävissä oppilaiden omilta älypuhelimilta ja koulusta panttia vastaan lainattavilta tableteilta. Lisäksi tunnuksilla saa lainattua kirjaston kirjojen paperisia ja sähköisiä versioita.
22
KUVA 9. Toiminta-aulat 1:500
5.2. MONITOIMITALO
Koulun ohella rakennus toimii Laukaan, erityisesti Vuonteen kylän monitoimitalona, joka on kaikkien kyläläisten käytettävissä kerhotoimintaan, yksityistilaisuuksiin tai virkistäytymiseen. Oheinen kaavio (ks. kuva 10) näyttää rakennuksen tilojen jakautumisen julkisesta puolijulkisiin, ja yksityisempiin tiloihin. Kaikkia tiloja on mahdollista varata erilaisiin käyttötarkoituksiin kouluajan ulkopuolella.
Rakennuksen julkisimmassa osassa olevia liikuntatiloja voidaan varata osin tai kokonaan urheiluseuran tai teatteriryhmän käyttöön, yksityishenkilöiden pelivuoroille tai vaikka yhtyeiden keikoille. Liikuntasali on avattavissa toiminta- aulaan, joka puolestaan voidaan avata pienempiin toiminta-auloihin, jolloin tilaa on käytettävissä isommillekin tapahtumille, kuten joulumarkkinoille tai lähiruokamessuille.
Käsityön ja taiteen studio, sekä musiikin ja ilmaisutaidon luokka ovat iltaisin harrastus- ja kurssikäytössä. Aulan yhteydessä olevassa kirjastossa on vaihtuvan uutuushyllyn lisäksi lastenkirjoja ja kirjallisuuden klassikkoteoksia, jotka ovat myös kirjaston tunnuksilla ladattavissa älypuhelimeen tai tablettiin.
Länsisiiven kotiluokkien tilat ovat kouluajan ulkopuolella sopivimpia esimerkiksi iltalukion, aikuiskoulutuksen, vanhustenkerhon tai partiotoiminnan käyttöön.
Eteläsiiven toiminta-aula ja 1. luokan kotiluokka on niin ikään varattavissa iltapäiväkerhon jälkeen.
Ruokala tarjoaa vierailijoillekin päivällistä kouluruokailun jälkeen pientä maksua vastaan, jotta ruokahävikki vältettäisiin mahdollisimman tehokkaasti. Ruokala voidaan varata yksityistilaisuuksiin ja keittiö on mahdollista luovuttaa ulkopuolisen catering-palvelun käyttöön tilaisuuden ajaksi.
Tilojen aktiivinen käyttö myös kouluajan ulkopuolella ympärivuotisesti parantaa rakennuksen energia- ja ekotehokkuutta: Käyttäjistä aiheutuva lämpökuorma vähentää lämmityksen tarvetta, ja rakentamiseen käytetyt ja kulutetut luonnonvarat ovat tehokkaassa hyötykäytössä, jolloin materiaalia ei mene hukkaan.
24
KUVA 10. Julkinen-puolijulkinen-yksityinen 1:500
Julkinen Puolijulkinen Yksityinen
6. ARKKITEHTONINEN ILME
26 6.1. MUOTO
Rakennuksen arkkitehtuurin epäsymmetrinen muodonanto ja paikoittain orgaanisenkin ilmeen luovat kattotaitteet tekevät koulurakennuksesta maamerkin Vuonteen kylälle vahvistaen sen identiteettiä. Pääsisäänkäynnin aulan yllä oleva korkea harja ikkunoineen ja aurinkopaneeleineen erottuu jo kaukaa puiden lomasta koulua lähestyttäessä. Katettuun käytävään astuessaan kulkija näkee käytävän päässä rakennusmassan syliin jäävän pääsisäänkäynnin, josta sisäänkäydessä näkymä avautuu koulukeskuksen korkeaan sydämeen.
6.2. JULKISIVUT
Julkisivut ovat pääasiassa kuultokäsiteltyä vaakalautaa. Julkisivun vaakalinjaa rikkoo ja rytmittää ikkunoiden lisäksi syvennykset, joissa laudat asetetaan pystysuoraan. Katetun käytävän tasavälein asetetut pilarit rauhoittavat pääjulkisivua, mutta toisaalta myös korostavat korkeinta katonharjaa, joka työntyy ulos muusta rakennusmassasta.
Rakennuksen opetustiloihin painotetut osat ovat sammalkatettuja, kun taas julkisen puolen katto on pääasiassa tummanharmaaksi käsiteltyä, konesaumattua peltiä. Korkean katonharjan eteläpuolta hallitsevat aurinkopaneelit. Julkisivun materiaalit ovat listattuna kuvatekstissä (ks. s. 25-28, kuva 11. ja kuva 13.)
6.3. LEIKK AUKSE T
Tilojen hierarkia on nähtävissä rakennusmassasta: rakennuksen matalimmat osat ovat koulun yksityisemmissä esi- ja perusopetuksen siivissä. Julkiset, käytöltään monipuolisimmat, ja aktiiviset tilat rakennuksen keskiosassa kohoavat huonekorkeudeltaan 7-10 metriin. Leikkauksissa näkyvien tilojen toiminnat ovat listattuna kuvatekstissä (ks. s. 29, kuva 15.)
KUVA 11. Julkisivu länteen, 1:400 JULKISIVUMATERIAALIT:
1. Kuullotettu puu, väri esim. Tikkurilan Valtti -kuullote sävyssä Kaisla 5061.
2. Sammal
3. Tummanharmaaksi käsitelty, konesaumattu pelti 4. Lasi, kirkas
5. Vaneri 6. Liimapuu 7. Betoni
8. Tummanharmaaksi maalattua alumiinia
1.
2.
3.
4. 6.
5. 6.
7. 7. 7.
5.
4.
4.
1. 4.
1.
28
KUVA 12. Julkisivu pohjoiseen, 1:400
5.
4.
7.
4. 4.
3.
1. 2.
8.
8. 1.
1.
5.
KUVA 13. Julkisivu itään, 1:400 JULKISIVUMATERIAALIT:
1. Kuullotettu puu, väri esim. Tikkurilan Valtti -kuullote sävyssä Kaisla 5061.
2. Sammal
3. Tummanharmaaksi käsitelty, konesaumattu pelti 4. Lasi, kirkas
5. Vaneri 6. Liimapuu 7. Betoni
8. Tummanharmaaksi maalattua alumiinia 9. Aurinkopaneeli
1.
2.
5.
5. 1.
8. 4. 8.
7. 7.
4. 3.
9.
30
KUVA 14. Julkisivu etelään, 1:400
5. 5.
6. 6.
8. 4. 7. 4. 7.
1. 1.
2.
3.
9.
8.
KUVA 15. Leikkaus etelä-pohjoinen, 1:400 1. Päiväkodin tilat
2. Henkilökunnan työskentelytilat 3. Pääaula
4. Ruokala 5. IV-Konehuone
6. Musiikin ja ilmaisutaidon luokka 7. Käsityön ja taiteen studio 8. Keittiö
9. Sähköpääkeskus
10. Perusopetuksen toiminta-aula 11. Perusopetuksen siipi
KUVA 16. Leikkaus itä-länsi, 1:400
1. 2. 3. 4.
4.
5.
6. 7. 8. 9. 10. 11.
32
KUVA 17. Näkymä pääsisäänkäynnin toiminta-aulaan
KUVA 18. Näkymä ruokalaan
34
KUVA 19. Näkymä esiopetuksen toiminta-aulaan
7. ENERGIATEHOKKUUS
36 7.1. ENERGIATEHOKKUUT TA PAR ANTAVAT
TEKIJÄT
Tässä kappaleessa käsittelen suunnitelmani arkkitehtonisia ratkaisuja, jotka edistävät rakennuksen energiatehokkuutta.
7.1.1. ULKOINEN VARJOSTUS
Suunnitelmani katetun käytävän ensisijaisena tarkoituksena on estää rakennuksen sisälämpötilan nouseminen liian korkeaksi suoran auringonvalon takia. Kun rakennuksen lämpötila ei nouse tukalan kuumaksi, ei myöskään erillistä jäähdytysjärjestelmää tarvita. Pimeänä vuodenaikana auringon paistaessa matalalta, auringonvalo ja -lämpö pääsevät sisään (ks. kuva 20.).
7.1.2. VIHERK AT TO
Viherkatto ehkäisee rakennuksen ylikuumenemista, toimii yläpohjan lisälämmöneristeenä ja helpottaa hulevesien hallintaa. Lisäksi viherkatolla on monia muitakin hyviä puolia, kuten ääneneristävyys ja ilmanlaatua parantava vaikutus, mutta niillä ei saavuteta suurta lisäarvoa kaupunkien ulkopuolella jo entuudestaan runsaan kasvillisuuden ympäröimässä, rauhallisessa miljöössä.
7.1.3. K ASVIHUONEE T
Kokemuksen ja elämyksen kautta oppimisen lisäksi kasvihuoneet toimivat kylmään vuodenaikaan puskurivyöhykkeenä. Puskurivyöhyke muodostuu kun auringonsäteily lämmittää kasvihuoneen, tai minkä tahansa muun lasitetun, lämmittämättömän tilan sisälämpötilan ulkolämpötilaa korkeammaksi. Näin ollen lämpötilaero lämpimän vaipan ja lämmittämättömän kasvihuoneen välissä pienenee, jolloin myös ulkoseinän lämpöhäviöt pienenevät. (Lylykangas et al., 2015) (ks. kuva 20.)
7.1.4. TIL AOHJELMA
Hyvällä tilojen järjestelyllä voidaan minimoida energiaa ja luonnonvaroja tuhlaavat neliöt. Tilatehokkuudella, esimerkiksi minimoimalla käytävätilat suhteessa rakennuksen hyötyalaan, ja rakennuksen puolilämpimien tilojen, jotka eivät vaadi erillistä lämmitystä, sijoittaminen rakennuksen lämpimän vaipan ulkopuolelle parantaa rakennuksen energiatehokkuutta. Monikäyttöiset, joustavat tilat puolestaan lisäävät tilojen käyttötehokkuutta, jolloin energiankulutus henkilökäyttötuntia kohden pienenee. (Lindberg, 2017a)
KUVA 20. Varjoanalyysi katoksen ja kasvihuoneiden toiminnasta. Kuva yllä havainnollistaa tilannetta toukokuussa keskipäivällä, alla tilanne keskipäivällä joulukuussa.
7.1.5. K AT TOKULMA
Kattokulman optimointi sopivaksi Laukaan leveyspiireille antaa mahdollisuuden omavaraissähkön tehokkaaseen tuottoon aurinkoenergiasta. Aurinkopaneelit voidaan integroida rakennusmassaan, jolloin rakennuksen arkkitehtoninen ilme ei kärsi. Käsittelen suunnitelmani omavaraissähköntuottoa yksityiskohtaisemmin seuraavassa kappaleessa 7.2. Aurinkoenergia.
KUUKAUSI ED EM HD HM
tammikuu 0,46 14,2 0,53 16,4
helmikuu 1,65 46,1 1,98 55,5
maaliskuu 2,41 74,8 3,08 95,5
huhtikuu 3,46 104 4,68 140
toukokuu 3,81 118 5,36 166
kesäkuu 3,65 110 5,24 157
heinäkuu 3,60 112 5,25 163
elokuu 2,78 86,0 3,95 123
syyskuu 1,96 58,7 2,64 79,2
lokakuu 1,11 34,4 1,42 43,9
marraskuu 0,41 12,4 0,51 15,3
joulukuu 0,23 7,08 0,27 8,33
vuoden ka. 2,13 64,7 2,91 88,6
VUODESSA
YHTEENSÄ: 777 1060
KUUKAUSI ED EM HD HM
tammikuu 0,45 14,0 0,52 16,1
helmikuu 1,62 45,4 1,96 54,8
maaliskuu 2,39 74,2 3,05 94,6
huhtikuu 3,46 104 4,67 140
toukokuu 3,81 118 5,36 166
kesäkuu 3,65 110 5,24 157
heinäkuu 3,60 112 5,25 163
elokuu 2,77 86,0 3,95 122
syyskuu 1,95 58,4 2,63 78,8
lokakuu 1,10 34,1 1,40 43,5
marraskuu 0,41 12,3 0,50 15,1
joulukuu 0,23 6,67 0,27 8,21
vuoden ka. 2,12 64,5 2,90 88,3
VUODESSA
YHTEENSÄ: 775 1060
KATTOKULMA = 45° ILMANSUUNTA=0°
KATTOKULMA = 45° ILMANSUUNTA=-10°
TAULUKOT 3 JA 4. Euroopan komission yhteisen tutkimuskeskuksen PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) -ohjelmalla arvioitu
aurinkoenergian tuotto kun:
Sijainti: 62°18’57” N, 25°59’16” E Aurinkokennon nimellinen teho: 1.0kW
Häviöarvio, kun vaikuttavina tekijiöinä lämpötila ja matala säteily: 11,8%
Häviöarvio, kun vaikuttavana tekijänä on heijastumiseen liittyvät ilmiöt: 3,1%
Muut mahdolliset häviöt: 14,0%
Ilmansuunnat ilmoitettu asteikolla 180°- -180°, jossa esim. 0° = etelä ja -90° = itä.
ED: Keskiarvo aurinkopaneelin energiantuotosta päivässä (kWh)
EM: Keskiarvo aurinkopaneelin energiantuotosta kuukaudessa (kWh)
HD: Keskiarvo aurinkopaneelin vastaanottamasta säteilymäärästä neliömetriä kohden päivässä (kWh/m²) HM: Keskiarvo aurinkopaneelin vastaanottamasta säteilymäärästä yhteensä (kWh/m²)
38
KUUKAUSI ED EM HD HM
tammikuu 0,45 14,0 0,52 16,1
helmikuu 1,61 44,9 1,92 53,8
maaliskuu 2,37 73,3 3,01 93,2
huhtikuu 3,46 104 4,67 140
toukokuu 3,86 120 5,42 168
kesäkuu 3,72 112 5,33 160
heinäkuu 3,66 113 5,33 165
elokuu 2,80 86,7 3,98 123
syyskuu 1,94 58,2 2,61 78,4
lokakuu 1,09 33,7 1,38 42,9
marraskuu 0,41 12,4 0,50 15,1
joulukuu 0,22 6,90 0,26 8,09
vuoden ka. 2,13 64,9 2,91 88,6
VUODESSA
YHTEENSÄ: 779 1060
OPTIMIKATTOKULMA = 41° ILMANSUUNTA=-10° TAULUKKO 5. Euroopan komission yhteisen tutkimuskeskuksen PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) -ohjelmalla arvioitu
aurinkoenergian tuotto kun:
Sijainti: 62°18’57” N, 25°59’16” E Aurinkokennon nimellinen teho: 1.0kW
Häviöarvio, kun vaikuttavina tekijiöinä lämpötila ja matala säteily: 11,8%
Häviöarvio, kun vaikuttavana tekijänä on heijastumiseen liittyvät ilmiöt: 3,1%
Muut mahdolliset häviöt: 14,0%
Ilmansuunnat ilmoitettu asteikolla 180°- -180°, jossa esim. 0° = etelä ja -90° = itä.
Opitimikattokulma = 41° on laskentaohjelman määrittämä.
7.2. AURINKOENERGIA
Nollaenergiatavoitteella on välttämätöntä pohtia rakenteiden U-arvojen lisäksi erilaisia omavaraissähkön tuotantomuotoja. Jotta aurinkopaneelit eivät toisi suunnitelmaani vain ekoimagoetua, tein Euroopan komission yhteisen tutkimuskeskuksen PVGIS (Photovoltaic, Geographical Information System) ohjelmalla laskelmia.
Ohjelmasta saatujen taulukoiden 3 ja 4 tulokset kertovat arvion tontin sijainnilla mahdollisesta aurinkosähkön tuotosta, kun rakennus, ja sen aurinkopaneelit, on asemoitu 10° etelästä kohti kaakkoa 45° kulmassa. Laskelmissa on otettu huomioon mahdolliset häviöt (ks. taulukot 3 ja 4 kuvateksti). Tuloksista voidaan todeta, että 10° asteen kulma etelästä vaikuttaa vain vähän, jos lainkaan vuosittaiseen energian tuottoon. Taulukossa 5 on esitetty laskelman tulokset samassa ilmansuunnassa Vuonteen leveyspiirille optimoidussa kattokulmassa 41°. Optimoitu kattokulma on sijoitettu suunnitelman monitoimikeskuksen yllä olevaan 341m² kokoiseen kattotaitteeseen.
Koska Euroopan komission yhteisen tutkimuskeskuksen laskentaohjelmasta saadut tulokset kertovat paneelin nimellistehon, mutta ei paneelin kokoa, käytän laskelmissa oletusta, että 1kWp tehoinen järjestelmä mahtuu n. 5,5m² kokoiselle alueelle (Compare my solar). Aurinkopaneeleille varattu pinta-ala 341m² jaettuna nimellisteholtaan 1kW suuruisiin alueisiin 5,5m²=62, joka kerrotaan aurinkopaneelien vuosituotolla 779kWh. Täten käytän energialaskelmissa omavaraissähkön vuosituotosta lukua: 62*779kWh/a= 48298 kWH/a
Sammalmatto ja multakerros 50 mm Salaojalevy, esim. Icopal Fonda GreenXtra
Juurisuojattu, bituminen vedeneristyskermi, esim. Icopal Graviflex Bituminen höyrynsulku- ja vedeneristyskermi, esim. Icopal Polar
Sammalkatteen kiinnitysalusta, puukuitulevy 20 mm
Tuuletusrako, aluskatteen kiinnitys 25 mm
Aluskate, diffuusioavoin kuitukangas
Tuuletusrako 100 mm
Tuulensuojalevy 25 mm
Koolaus 22x100 k600 22 mm
Eristys, puhallettu puukuitueriste 550 mm
ja NR-pukkiristikot 42x675 k900 675 mm
CLT -elementti 100 mm
YLÄPOHJA, RAKENNE YLHÄÄLTÄ ALAS: U=0,07
Ulkoverhous 22 mm
Tuuletusrako ja ristiinkoolaus 22x100 k600 44 mm
Tuulensuojaeriste, esim. Isover Facade 100 mm
Lämmöneriste 200 mm
CLT -elementti 100 mm
ULKOSEINÄ, RAKENNE ULKOA SISÄLLE: U=0,105
TAULUKKO 6. Rakenneluettelo.
Hiottu, kiillotettu teräsbetonilaatta 80 mm
Suodatinkangas
Lämmöneriste, esim. ThermiSol Platina Lattia -eriste (3x100mm) 300 mm
Salaojitus, tiivistetty sepeli ≥200mm
Perusmaa, kallistus salaojiin päin
ALAPOHJA, RAKENNE YLHÄÄLTÄ ALAS: U=0,09
IKKUNA U=0,64
7.3. DE TALJIT JA U-ARVO
Kuvan 21 rakenneleikkaus on esitys suunnitelmani tyypillisimmästä rakenteesta.
Paikoin suurien jännevälien, jyrkän kattokulman ja aurinkopaneelien integroinnin takia yläpohjarakenne ei ole kaikkialla rakennusta samanlainen. Pääaulan ja liikuntahallin mitoituksen takia yläpohjan kantava rakenne on hankalaa toteuttaa CLT -elementeistä. Samanlaisen minimalistisen ilmeen saisi mahdollisesti toteutettua esimerkiksi Kerto Ripa -elementillä, joka soveltuu suuriin jänneväleihin (MetsäWood 2016).
Suunnitelman märkätilat ja osa aputiloista on ryhmitelty siten, että ne voidaan valmistaa tehtaalla tilaelementteinä, jotka kuljetetaan valmiina rakennustyömaalle. Muuten rakennus kootaan valmiiksi mittatarkkaan leikatuista CLT-massiivipuuelementeistä, jotka valmistetaan tehdasolosuhteissa, mutta yhdistetään toisiinsa rakennustyömaalla, jossa lisätään myös lämmöneristys ja ulkoverhoilu.
40
KUVA 21. Rakenneleikkaus 1:20.
Isoverin, Icopalin, Puuinfon, Finnish Wood Researchin, Skaalan ja ThermaSolin rakennedetaljeista tehty mukaelma omaan suunnitelmaan sopivaksi.
7.4. E-LUKU
Saint-Gobainin laskentapalvelut.fi versio 1.4 -ohjelmalla tekemieni laskelmien mukaan kyläkoulu täyttää lähes nollaenergiarakennuksen vaatimukset.
Laskelmassa vaikuttavia tekijöitä ovat pinta-alat, U-arvot, rakennuksen massiivisuus, ilmanvaihdon ja lämmitysjärjestelmän hyötysuhteet, lämpökuormat, sekä uusiutuvan energian osuus. Ympäristöministeriön laskentaohjeet, johon laskentapalvelut.fi ohjelma pohjautuu, eivät ota nykyisessä muodossaan huomioon esimerkiksi käyttö- tai tilatehokkuutta. Laskelmat ovat kokonaisuudessaan kappaleessa 10. Liitteet (Liite 10.2.)
Laskelmiin syötettävät pinta-alat ovat yksiselitteiset: ohjelma tarvitsee tiedot ulkoseinien, yläpohjan, alapohjan, ikkunoiden ja ulko-ovien pinta-alasta ja niiden u-arvoista. Lisäksi rakennustilavuus, rakennuksen ilmatilavuus ja nettoala syötetään ohjelmaan, ja arvioidaan rakennuksen sisäpuolinen tehollinen lämpökapasiteetti Crak Suomen rakentamismääräyskokoelman D5 taulukon 5.6. ominaisarvojen perusteella. Päädyin lukuun 110Wh/(m²K), keskiraskas.
Ikkunoiden tiedot on ilmoitettava ilmansuunnittain, lisäksi on määritettävä valoaukon kohtisuoran auringonsäteilyn kokonaisläpäisykerroin gkohtisuora, joka vaihtelee ikkunatyypeittäin pitkälti lasitusten määrän ja lasin ominaisuuksien mukaan. Auringonsäteilyn läpäisyn korjauskertoimen, toisin sanoen ikkunan varjostuksen kohdalla, jouduin soveltamaan, sillä laskentaohjelma ottaa ikkunan kehäkertoimen ja verhokertoimen tulon huomioon. Näin ollen katetun käytävän kesällä varjostavan vaikutuksen huomiointi on arvioitu kehäkertoimen ja rakentamismääräyskokoelman D5 taulukon 5.2. verhokertoimien lisäksi myös taulukon 5.4. yläpuolisen varjostuksen korjauskertoimien mukaan.
Rakentamismääräyskokoelman D5 taulukosta 3.1. selvitin ohjearvot kylmäsiltojen aiheuttamalle lisäkonduktanssille ja syötin kylmäsiltojen pituudet metreissä ohjelmaan.
Ilmanvaihdon ja lämmitysjärjestelmän lähtötiedoissa pyrin käyttämään hyviä, mutta realistisia lukuja. COMBI-hankkeen WP2-työpaketin alustavien tulosten mukaan tekniset järjestelmät vaikuttavat suhteellisesti eniten rakennuksen käytön lisäksi sen energiatehokkuuteen (Moisio 2017). Oli kiinnostavaa havaita laskelmia tehdessä konkreettisesti kuinka paljon esimerkiksi rakennuksen ilmatiiveyttä ilmaiseva ilmanvuotoluku q50, tai LTO-järjestelmän kokonaisvuosihyötysuhde vaikuttavat energialaskennan tulokseen.
Tilojen ja käyttöveden lämmityksessä päädyin kaukolämpöön. Ekokoulu -hankkeen mukaisesti on perusteltua käyttää biokaasulla tuotettua kaukolämpöä rakennuksen lämmitykseen. Kaukolämmön tuotantotapaa ei kuitenkaan huomioida laskelmissa.
Laskelmissa käyttämäni omavaraissähköenergian perustelut ovat kappaleessa 7.2.
Aurinkoenergia.
42
Rakennuksen laskennallinen kokonaisenergiankulutus (E-luku) 70 kWh E /m²
TAULUKKO 7. Laskentapalvelut.fi:ssä tehtyjen energialaskelman tulokset. Laskelmat ovat
kokonaisuudessaan kappaleessa 10. Liitteet (Liite 10.2.)
8. YHTEENVETO
44
Lähes nollaenergiakoulun suunnittelu Vuonteen kylään Laukaalle oli haastava, mutta mieluisa suunnittelutyö. Pidän rakennuksen arkkitehtonisesta ilmeestä, sillä se sopii Vuonteen olemassa olevaan rakennuskantaan ja muistuttaa kyläkoulua olematta kuitenkaan perinteisen kyläkoulun näköinen. Olen tyytyväinen myös siihen, miten sain sisällytettyä Vuonteen kylän toiveet yhteisöllisestä, monikäyttöisestä koulusta suunnitelmaani. Monikäyttöisyyden lisäksi diplomityöni päätavoitteita oli syventää tietämystäni energiatehokkaasta puurakentamisesta, ja todistaa suunnitelman energiatehokkuus laskelmin. Mitä syvemmälle aiheessa pääsin, sitä enemmän ymmärsin, kuinka pintaraapaisu koko aiempi tietämykseni aiheesta oli opiskelusta riippumatta, ja kuinka paljon opittavaa minulla, ja varmasti suurimalla osalla arkkitehdeista vielä on ennen Euroopan Unionin energiatehokkuusdirektiivin voimaanastumista.
Mielestäni sopivana jatkotutkimuksena omalle työlleni olisi mitata suunnitelman tila- ja käyttötehokkuus, ja selvittää, kuinka niitä saisi parannettua entisestään energiatehokkuuden ohella. Suunnitelmani pohjaratkaisu on jo tällaisenaankin tilatehokas, mutta hyötyalan ja liikennealan suhdetta voisi entisestään kehittää kartoittamalla tilantarve tarkemmin laskelmilla, ja sijoittelemalla tilat vielä kompaktimmin. Toinen, paljon haastavampi, mutta mielestäni tärkeä tutkimuksen kohde olisi laatia energialaskenta-ohjelma, joka ottaa paremmin huomioon, sekä ohjaa tila- ja käyttötehokkuuden parantamiseen energiatehokkuuden nimissä.
Minusta on hienoa, että pääsin tekemään diplomityötäni osaksi COMBI -hankkeen WP2-työpaketin tutkimusta. Tulevaisuuden energiatehokkaiden suunnitteluratkaisujen pohtiminen erityisesti oppimisympäristössä oli minusta vilpittömän kiinnostavaa, ja toivon, että se myös näkyy diplomityössäni. Koko tutkimusryhmälle iso kiitos luomastanne innostavasta ilmapiiristä. Uskon, että teidän ansiostanne sain itsestäni paljon enemmän irti. Näinkin tiukan aikataulun luova suunnittelutyö tuntui välillä vaativan aivan erityistä jaksamista, joten sparrauksenne on ollut korvaamatonta. Tämän diplomityön teko oli ehdottomasti rankka, mutta myös äärettömän opettavainen ajanjakso.
9. LÄHTEET
46
Compare my solar. Learn about solar - Solar education. Viitattu 9.5.2017. Saatavissa: https://www.comparemysolar.co.uk/
learn-about-solar/solar-education/your-own-roof/
Energiatodistus 2017. Näin luet energiatodistusta - Energiatehokkuusluokka ja E-luku. Viitattu 8.5.2017.
Saatavissa: http://energiatodistus.motiva.fi/mika-on- energiatodistus/nainluetenergiatodistusta/
Jääskeläinen, M. 2010. Hyvin suunniteltu pientalo - työkalu pientalon suunnitteluun. Oulun rakennusvalvonnan tilaustyö.
Laukaan kunta a. Ekokoulu -hanke. Viitattu 27.4.2017
Saatavissa: https://www.laukaa.fi/palvelut/rakennuttaminen.
Laukaan kunta b. Tilastot. Viitattu 27.4.2017 Saatavissa: https://
www.laukaa.fi/tietoa-laukaasta/kuntainfo/tilastot
Lindberg, T, 2015. Vihreä asuinkerrostalo - Selvitys ekologisen asuinkerrostalon passiivisista suunnitteluratkaisuista
energiatehokkuuden ja hiilijalanjäljen nökökulmista.
Lindberg, T. 2017 COMBI WP2 esitys 26.1. : Käytön ja tilasuunnittelun yhteisvaikutus energiatehokkuuteen.
Lylykangas, K. et al. 2015. Rakenteellinen energiatehokkuus.
Opas.
Maankäyttöosasto, Laukaan kunta 2016a. Kaavoituskatsaus 2016.
Maankäyttöosasto, Laukaan kunta 2016b. Osallistumis- ja arviointisuunnitelma. Vuonteen aluekoulun ja päiväkodin asemakaava 17.2.2016. Viitattu 27.4.2017
MetsäWood 2016. Elementit. Viitattu 28.4.2017. Saatavissa:
http://www.metsawood.com/fi/tuotteet/elementit/kerto-ripa- katto/Pages/default.aspx
Moisio, M. 2017. COMBI WP2 esitys 26.1. : Arkkitehtoniset suunniteluratkaisut ja energiatehokkuus.
Nissilä, M. 2015. Ops! Oppiminen uusiksi. OPETTAJA -lehti 1/2015. Opetusalan Ammattijärjestö OAJ.
Opetushallitus 2015a. OPS2016 -tietoisku: Uudistuva perus- ja lisäopetus. Helsinki.
Opetushallitus 2015b. OPS2016 - Laaja-alainen osaaminen, monialaiset oppimiskokonaisuudet, uudistuvat oppiaineet sekä vuosiluokkakohtaisten osuuksien valmistelu
paikallisessa opetussuunnitelmassa. Oulu.
PuuInfo 2011. Tekninen tiedote: CLT - Cross Laminated Timber
Suomen rakentamismääräyskokoelma 2012a. D3
Rakennuksen energiatehokkuus. Määräykset ja Ohjeet 2012.
Helsinki.
Suomen rakentamismääräyskokoelma 2012b. D5 RT- RakMK-21585, Rakennuksen energiankulutuksen ja lämmitystehontarpeen laskenta, Ohjeet 2012. Säännökset marraskuu 2015. Helsinki.
Siikanen, U. 2009. Rakennusaineoppi, Rakennustieto Oy, Helsinki.
Suomen luonnonsuojeluliitto. Ekotehokkuus. Viitattu 3.5.2017.
Saatavissa: https://www.sll.fi/mita-me-teemme/kohtuutalous/
ekotehokkuus
Tampereen teknillinen yliopisto 2014. Tutkimussuunnitelma, Comprehensive Development of Nearly Zero-Energy Municipal Service Buildings (COMBI).
Vuonteen kylä. Kylä -info. Viitattu 27.4.2017. Saatavissa:
vuontee.fi/kylainfo
10. LIITTEET
48
LIITE 10.1. Perus- ja esiopetuksen tilantarpeen tunnusluvut Opetushallitus 2012
50
LIITE 10.2. Energialaskelmat
52
54
56
58
LIITE 10.3. Planssien pienennökset
