Leskinen rakentamisen vaikutukset

Näkökulmia rakentamisen

ympäristövaikutusten arviointiin

Antti Kilpeläinen, Pekka Leskinen, Jarmo Linjama ja Ari Nissinen

Suomen ympäristökeskus

Kehittyvä metsätalous

ja

puurakentaminen, Joen

suu, 19.9.2012

• Case Synergia-talo

• Puurakentamisen ilmastovaikutusten laskennasta

Esitelmän sisältö

Case

Synergia-talo

Taustalla SYKEn toimitilatarve

• Toimistotalo ja laboratoriot 15 km päässä toisistaan

• Nykyisen rakennuksen peruskorjaus lähitulevaisuudessa

• Viikin ympäristökampus parantaisi yhteistyömahdollisuuksia

• Suunniteltavan rakennuksen mitoitus

• 625 työntekijää (SYKE+muita)

• kerrosluku 3-5

• tilaohjelma 12855 m2

(toimistotiloja, laboratoriotiloja, yhteiskäyttöisiä tiloja).

Rakennuksen tavoitteet

Ekologinen kestävyys (tärkeysjärjestyksessä)1. energiatehokkuus

2. materiaalitehokkuus ja materiaalien ekologinen kestävyys

3. paikallinen uusiutuva energiantuotanto

4. mahdolliset muut ekologista kestävyyttä tukevat ratkaisut

Kaupunkikuvallinen ja arkkitehtoninen laatu- liittyminen Viikin tiedepuiston aluekokonaisuuteen

- arkkitehtoninen kokonaisratkaisu

- omaleimaisuus (ympäristömyönteisyyden kiinnostava ilmentäminen)

Käytettävyys- toiminnalliset ominaisuudet

- työympäristön laatu

Toteuttamiskelpoisuus- investointi- ja elinkaarikustannukset

- teknisten ratkaisujen laatu

Miten ympäristötavoitteisiin päädyttiin?

SYKE SENAATTI

VnP kestävistä

julkisista hankinnoista:

passivitalot 2015

EU:n energia-

palveludirektiivi,

9% säästö 2008-2016,

julkisen sektorin esimerkki

Senaatin rakennuttaja-

käyttäjä-prosessi ja

ekologisen kestävyyden

tavoitteet

Ministeriöt (YM, MMM, V

M)

TEKES

SYKEn omaa

tehtäväkenttää:

Kestävyyden arvioinnit

- elinkaariarviointi

Yhdennetty tuotepolitiikka

- julkiset hankinnat

Kestävä kulutus ja tuotanto

Rakennusten

ekologisen

kestävyyden

asiantuntijat

Low2No-kilpailu Esimerkki-

rakennukset

© A ri N iss inen ja

S irkka Vuoristo, SYKE

Energiatehokkuus

•Tavoitteena ”lähes nollaenergiarakennus”

•Tällöin energiamuotojen yhteismitallistamiskertoimilla

painotettu rakennuksen netto-ostoenergia ilman

käyttäjäsähköä saa olla enintään 80 kWh/ohm²/a (kun

ohjelma-ala on 12855 ohm2)

•Kilpailuehdotusten energiatehokkuutta arvioitiin

kokonaisenergiankulutuksen säästönä verrattuna

”tavanomaiseen” ratkaisuun.

Paikallinen uusiutuvan energian

tuotanto

Suunnitteluratkaisun laskennallisesta, vuotuisesta

kokonaissähkönkulutuksesta (kiinteistö- ja käyttäjäsähkö

yhteensä) tulee tuottaa 15 % paikallisesti kiinteistöllä

esimerkiksi aurinkopaneelien tai tuulivoimaloiden avulla.

Materiaalitehokkuus ja materiaalien

ekologinen kestävyys•Tätä mitattiin rakennusmateriaalien valmistuksen ja ylläpidon

kasvihuonekaasupäästöillä 100 vuoden tarkastelujaksolla

(hiilijalanjälki)

•Laskentaan kehitettiin laskuri, jolla arvoitiin kilpailuehdotusten

päämateriaalien hiilijalanjälki

•Laskuri huomioi seuraavat rakenteet:

- Alapohja

- Ulkoseinät

- Ikkunat ja lasiseinät

- Kantavat väliseinät

- Runkorakenteet

- Välipohja

-Yläpohja, kattorakenteet

-Eristeet ja pintamateriaalit

Calculating carbon footprint /1

For carbon

footprint,

use

the Excel-

tool

and

instructions

and

source data

given in

a separate

Document.

SYKE Synergia building APPENDIX 19.1

Senaatti-Kiinteistöt Contact person: Ari Nissinen, SYKE, [email protected]

Name of the competition entry:

Name of the team:

MATERIAL EFFICIENCY AND CARBON FOOTPRINTSUMMARY SHEET:

Main structures together - Carbon footprint

Structures Total area Carbon footprint

in the building emissions storage together

m2

kg CO2-eq kg CO2-eq kg CO2-eq

Base floor /1 0 0 0 0



Base floors together 0 0 0 0

Exterior wall /1 0 0 0 0



Exterior walls together 0 0 0 0

Windows and glass walls /1 0 0 0 0



Windows and glass walls together 0 0 0 0

Load-bearing partitions /1 0 0 0 0



Load-bearing partitions together 0 0 0 0

Frame /1 0 0 0 0

Frame /2 0 0 0 0

Frame /3 0 0 0 0

Frame together 0 0 0 0

Intermediate floors /1 0 0 0 0



Intermediate floors together 0 0 0 0

Roof /1 0 0 0 0

Roof /2 0 0 0 0

Roof /3 0 0 0 0

Roof together 0 0 0 0

Carbon footprint

emissions storage together


Main structures together 0 0 0


Senaatti-Kiinteistöt

MATERIAL EFFICIENCY AND CARBON FOOTPRINT

Structure-specific calculations

Type of structure: Base floor /1Total area in the building: m2

Default area (i.e. area for which the volume of each material is given): 1 m2

Volume of the structure, per default area (just for check, not used in calculations): m3

Verbal description of the structure (give below): check: 0 dm3 (i.e. liters)

In addition, attach a figure of the structural details, indicating main materials.

Building materials and their carbon footprint

Material Properties Volume Weight Replacing Carbon footprint

Specific

weight

(w eight per

v olume)

Green-

house gas

emissions

Carbon

storage

per default

area

is auto-

matically

calculated

If no replacing

during 100

years, value

is 1 emis

sio

ns

sto

rag

e

kg/m3

g CO2-eq/kg g CO2-eq/kg dm3 (i.e. liters) kg kg CO2-eq

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

Introduce here the materials, that are easier to estimate by weight than by volume: Weight

500 0 1 0 0

1 0 0

1 0 0

1 0 0

1 0 0

0 0 0 0

SUMMARY check above

Carbon footprint of the structure per square meter, kg CO2-eq / m20 0

Carbon footprint of the structure type in the building, kg CO 2-eq 0 0

(Starting from outside) (See

materials and their properties in

Appendix 18.2. of the Instructions)

Nails, fixing materials


Introduce

text and values

only to cells

that are

yellow.

Intermediate

and final results

appear in

the grey cells.












Specific

weight

(w eight per

v olume)

Green-

house gas

emissions

Carbon

storage

per default

area

is auto-

matically

calculated

If no replacing

during 100

years, value

is 1 emis

sio

ns

sto

rag

e

kg/m3


0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0


500 0 1 0 0

1 0 0

1 0 0

1 0 0

1 0 0

0 0 0 0

SUMMARY check above








For each main structure, you can specify three different options

and their share (as m2).

SYKE Synergia building APPENDIX 19.1 SYKE Synergia building APPENDIX 19.1 SYKE Synergia building APPENDIX 19.1

Senaatti-Kiinteistöt Senaatti-Kiinteistöt Senaatti-Kiinteistöt

MATERIAL EFFICIENCY AND CARBON FOOTPRINT MATERIAL EFFICIENCY AND CARBON FOOTPRINT MATERIAL EFFICIENCY AND CARBON FOOTPRINT

Structure-specific calculations Structure-specific calculations Structure-specific calculations

Type of structure: Base floor /1 Type of structure: Base floor /2 Type of structure: Base floor /3

Total area in the building: m2Total area in the building: m2

Total area in the building: m2

Default area (i.e. area for which the volume of each material is given): 1 m2Default area (i.e. area for which the volume of each material is given): 1 m2





Verbal description of the structure (give below): check: 0 dm3 (i.e. liters) Verbal description of the structure (give below): check: 0 dm3 (i.e. liters) Verbal description of the structure (give below): check: 0 dm3 (i.e. liters)

In addition, attach a figure of the structural details, indicating main materials. In addition, attach a figure of the structural details, indicating main materials. In addition, attach a figure of the structural details, indicating main materials.

Building materials and their carbon footprint Building materials and their carbon footprint Building materials and their carbon footprint

Material Properties Volume Weight Replacing Carbon footprintMaterial Properties Volume Weight Replacing Carbon footprintMaterial Properties Volume Weight Replacing Carbon footprint

Specific

weight

(w eight per

v olume)

Green-

house gas

emissions

Carbon

storage

per default

area

is auto-

matically

calculated

If no replacing

during 100

years, value

is 1 em

iss

ion

s

sto

rag

e

Specific

weight

(w eight per

v olume)

Green-

house gas

emissions

Carbon

storage

per default

area

is auto-

matically

calculated

If no replacing

during 100

years, value

is 1 em

iss

ion

s

sto

rag

e

Specific

weight

(w eight per

v olume)

Green-

house gas

emissions

Carbon

storage

per default

area

is auto-

matically

calculated

If no replacing

during 100

years, value

is 1 em

iss

ion

s

sto

rag

e

kg/m3

g CO2-eq/kg g CO2-eq/kg dm3 (i.e. liters) kg kg CO2-eq kg/m

3g CO2-eq/kg g CO2-eq/kg dm

3 (i.e. liters) kg kg CO2-eq kg/m

3g CO2-eq/kg g CO2-eq/kg dm

3 (i.e. liters) kg kg CO2-eq

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

Introduce here the materials, that are easier to estimate by weight than by volume: Weight Introduce here the materials, that are easier to estimate by weight than by volume: Weight Introduce here the materials, that are easier to estimate by weight than by volume: Weight

500 0 1 0 0 500 0 1 0 0 500 0 1 0 0

1 0 0 1 0 0 1 0 0

1 0 0 1 0 0 1 0 0

1 0 0 1 0 0 1 0 0

1 0 0 1 0 0 1 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

SUMMARY check above SUMMARY SUMMARY

Carbon footprint of the structure per square meter, kg CO2-eq / m20 0 Carbon footprint of the structure per square meter, kg CO2-eq / m2

0 0 Carbon footprint of the structure per square meter, kg CO2-eq / m20 0

Carbon footprint of the structure type in the building, kg CO2-eq 0 0 Carbon footprint of the structure type in the building, kg CO2-eq 0 0 Carbon footprint of the structure type in the building, kg CO2-eq 0 0













1. 2. 3.


For each major

material in the

structure, use the

values given in

Appendix 19.2

for:

- specific weights,

- greenhouse gas

emissions

- carbon storages.

Estimate volume

or weight

of each material

per square meter.












Specific

weight

(w eight per

v olume)

Green-

house gas

emissions

Carbon

storage

per default

area

is auto-

matically

calculated

If no replacing

during 100

years, value

is 1 emis

sio

ns

sto

rag

e

kg/m3


0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 0 0


500 0 1 0 0

1 0 0

1 0 0

1 0 0

1 0 0

0 0 0 0

SUMMARY check above







Results for

the type of

structure are

shown here.

Consider also,

is there a need

to replace the

material during

the 100 year

period.


Appendix 19 presents

instructions and source

data.

Make the calculations with

the given values!

Additionally, if you wish,

you can also calculate a

second version, using

your own data for e.g.

greenhouse gas

emissions of materials.

Give arguments for these

values!


In the first page

’Main structures together’,

both the emissions from the

production of the materials

as well as the storage of

carbon dioxide in the structure

are shown.

All three values, i.e. ’emissions’,

’storage’ and ’together’, are

used in the evaluation.


Senaatti-Kiinteistöt Contact person: Ari Nissinen, SYKE, [email protected]

Name of the competition entry:

Name of the team:

MATERIAL EFFICIENCY AND CARBON FOOTPRINTSUMMARY SHEET:

Main structures together - Carbon footprint

Structures Total area Carbon footprint

in the building emissions storage together

m2





Base floors together 0 0 0 0




Exterior walls together 0 0 0 0




Windows and glass walls together 0 0 0 0




Load-bearing partitions together 0 0 0 0

Frame /1 0 0 0 0

Frame /2 0 0 0 0

Frame /3 0 0 0 0

Frame together 0 0 0 0




Intermediate floors together 0 0 0 0

Roof /1 0 0 0 0

Roof /2 0 0 0 0

Roof /3 0 0 0 0

Roof together 0 0 0 0

Carbon footprint

emissions storage together


Main structures together 0 0 0

Authors

JKMM Architects and

ECADI (East China Architectural Design & Research Institute Co., Ltd)

Kilpailun voittaja: APILA

•Erityisenä ansiona on omaleimainen arkkitehtoninen

ilmaisu, joka synnyttää alueen kaupunkirakenteeseen ja -

kuvaan uuden, käyttäjästään kertovan ja ympäristöarvoja

heijastavan lisän

•Puurakenteisen rakennuksen tilat on sijoitettu puolilämpimiä

sisäpihoja kiertäviin kapeahkoihin rakennusrunkoihin

•Katetut, puolilämpimät sisäpihat vähentävät olennaisesti

ulkovaipan pinta-alaa ja parantavat energiatehokkuutta

•Rakennuksen mitoitus soveltuu hyvin puurakentamiseen ja

tarjoaa luonnonvalo-olosuhteiltaan erinomaiset työskentelytilat.

APILA 1 /2

•Esitetyt tekniset ratkaisut muodostavat erinomaisen

kokonaisuuden

•Puurakenteisessa Apilassa oli pienin energiankulutus

ja alhaisimmat 30 vuodelle lasketut energiankäytön ja

rakennusmateriaalien hiilidioksidipäästöt

•Samalla se oli myös rakennuskustannuksiltaan

edullisin

•Tulos osoittaa, että suurehkosta matalasta

rakennusmassastakin on mahdollista saada

kustannustehokkaasti hyvin energiatehokas.

APILA 1 /2

Technical solutions used in competition entries (1/2)

Structural solutions:• Valaistus and Pastorale were steel-framed, while the rest timber-framed

• of the steel-framed entries, wooden floor and facade elements have been used in

Valaistus, while steel-concrete composite slab intermediate floor construction and

steel cassette facade elements have been used in Pastorale

• the use of timber and steel construction achieved advantages in materials efficiencies

• concrete was used however commonly for the laboratory facilities

Energy supply:• district heating in Solaris and Valaistus, as well as to a significant extent (40%) in

Pastorale

• in other entries’ heat pumps/boreholes were used with the peak power from the

district heating, except in 191910 from electricity

• free cooling from boreholes was utilized in all entries

• waste heat of continuously cooled rooms caused some confusion and was not utilized

in all entries

Technical solutions used in competition entries (2/2)

Solar heat and electricity• Solar cells were commonly placed on the roofs (where the generation of electrical

power is more efficient), but in a few entries also on facades, facilitating also as solar

protection screens

• In Solaris, the positioning of the solar collectors was seen exceptionally difficult for

maintenance

• Similarly in Valaistus , the solar cells have been placed in a difficultly maintenanced

location, but the solution had better development potential

• In the other competition works, the placement of solar cells, either on the roof or

facades, were fairly successful

Natural light and solar protection• In all competition entries, natural light had been utilized more or less in an exemplary

fashion, and solar protection had been solved with effective external solar protection

solutions

Ventilation • All competition entries used mechanical supply and exhaust ventilation with heat

recovery and air conditioning, that was supported with summer time natural

ventilation in atriums in some entries

Results of energy performance and material

efficiency and construction cost estimates Kilpailutyö 1 2 3 4 5 6

Solaris Valaistus PikkukampusPastorale Apila 191910

Hyötyala, hym2 (ohjelma-ala 12855 ohm2) 14000 13100 14600 15800 12700 14800

Huoneala, hum2 18300 18800 18200 21500 19800 20400

Bruttoala, brm2 20600 20300 20100 23600 21800 23800

Kustannusarvio, M€ 54,9 54,6 58,5 57,7 54,1 61,1

E-luku, vähimmäisvaatimusten mukainen

vertailuratkaisu, MWh/a5104 4513 4575 4272 4523 4053

E-luku, suunnitteluratkaisu tavanomaisella

energiantuotolla, MWh/a3576 3517 3502 3631 3508 3281

E-luku, varsinainen suunnitteluratkaisu, MWh/a 2851 2765 2830 2985 2674 2780

E-luku, varsinainen suunnitteluratkaisu,

kWh/(ohm2,a) ilman käyttäjäsähköä99 92 97 109 85 93

30 v energiankäytön hiilidioksidipäästöt, tCO2-ekv 7589 7146 6904 7726 6005 6102

Päärakenteiden hiilijalanjälki, tCO2-ekv -470 147 1600 3269 481 4013

Päärakenteiden hiilijalanjälki, kgCO2-ekv/ohm2 -37 11 124 254 37 312

30 v energiakäytön ja päärakenteiden

hiilijalanjälki yhteensä, tCO2-ekv7119 7293 8504 10995 6486 10115

Ecological and economic efficiency results (CO2 of

materials + energy use of 30 years vs. construction +

energy cost)

3000

6000

9000

12000

55 60 65 70

tCO

2-ek

v

M€

Solaris

Valaistus

Pikkukampus

Pastorale

Apila

191910

Puurakentamisen

ilmastovaikutusten

laskennasta

Wood products

Kilpeläinen et al. 2011

Bioenergy

Metsätuotannon hiilen virrat ja tuotteiden elinkaaret

• Puutuotteiden elinkaaritarkasteluissa otetaan huomioon

metsätuotannon dynamiikka ja hiilitasemuutokset (CO2) ajan

suhteen.

• Metsien hiilensidonnan sisällyttäminen rakennusten ja

rakennusmateriaalien ilmastovaikutusten elinkaarilaskentaan

mahdollistaa puutuotteiden vertailun muihin tuotteisiin niiden

ilmastovaikutuksien suhteen.

• Näiden lisäksi huomioidaan puutuotteiden valmistuksen ja

muiden elinkaarivaiheiden, kuten kuljetuksien,

kasvihuonekaasupäästöt.

• Tarkoituksena on mahdollistaa nykyistä luotettavampi

ilmastovaikutusten elinkaariarviointi rakennusten,

rakennusmateriaalien ja tuotemallien suunnitteluvaiheessa.

Puutuotteiden elinkaaritarkastelu perustuen

nettohiilitaseisiin

26

Elinkaarilaskelmien toteutus;

Metsätuotannon elinkaarityökalu

• Metsäekosysteemimalli yhdistetty

päästölaskentatyökaluun.

• Mahdollistaa netto CO2 vaihto (Cnet) -----

laskelmat metsätuotannolle “kehdosta

hautaan”.

• Kilpeläinen et al. 2011. Global Change

Biology Bioenergy 2011. Life cycle

assessment tool for estimating net CO2

exchange of forest production

Energy wood in power plant

Timber in pulp and saw mill

Energy and carbon balance

Energy

input

Carbon

emission

Working paths

+

+

Kilpeläinen et al. 2011

Net exchange of CO2

Metsätuotannon elinkaarityökalu

• Ainespuun (tukki ja kuitu) eri tuotanto- ja käyttöskenaarioille

voidaan laskea nettohiilitaseita (Cnet)

• Nettovaihtoja vertailemalla päästään käsiksi

elinkaarimenetelmien keinoin nettoilmastovaikutuksiin.

• Laskennan tulos voidaan allokoida esim. tuotettua

sahatavara m3 kohti.

• Vertailutilanteen valinta ja aikadynamiikka tärkeä

huomioida laskennassa.

• Tämä mahdollistaa puutuotteiden ilmastovaikutuksien

vertailun muiden rakennustuotteiden ilmastovaikutuksiin

(esim. betoni) nettohiilitasetarkasteluihin perustuen.

Documents

Leskinen rakentamisen vaikutukset