Optimization of life cycle costs in 1960s apartment building renovation

Kiinteistöillä on keskeinen rooli Euroopan Unionin energiatehokkuuspolitiikassa, koska kiinteistöjen osuus energian loppukulutuksesta on yli 40 %, kun huomioidaan myös rakentamisen energiankulutus. Suomessa asuinkerrostalokanta kasvoi huomattavasti 1960- ja 1970-luvuilla kaupungistumisen myötä ja nämä rakennukset ovat peruskorjausiässä. Rakentamisen painopiste on siirtynyt uudisrakentamisesta korjausrakentamiseen. Rakennuskanta uudistuu vain vähän yli prosentin vuodessa. Rakennusten ympäristövaikutusten ja energiakulutuksen kannalta uudisrakennusten energiatehokkuuden merkitys on mitätöntä verrattuna nykyiseen rakennuskantaan. Työn tavoitteena oli löytää optimoinnin avulla elinkaarikustannuksiltaan edullisimmat korjausratkaisut 1960-luvun asuinkerrostalolle. Asuinkerrostalon elinkaarikustannusten optimointi suoritettiin IDA-ICE simulointiohjelman ja MOBO optimointityökalun avulla. Työn case kohteena käytettiin 1960-luvun asuinkerrostaloa, jossa on painovoimainen ilmanvaihtojärjestelmä. Elinkaarikustannusten kannalta optimoitiin ulkoseinien ja yläpohjan lisälämmöneristämistä, ikkunoiden U-arvon parantamista sekä aurinkopaneelien ja –keräinten asentamista kiinteistön ka-tolle. Työssä tarkasteltiin kahta eri optimointitapausta. Tapauksessa 1 kiinteistössä säilytettiin painovoimainen ilmanvaihtojärjestelmä ja tapauksessa 2 kiinteistöön lisättiin huoneistokohtaiset tulo-poistoilmanvaihtokoneet, joissa oli pyörivä lämmöntalteenotto. Nämä tapaukset tutkittiin erillään, koska huoneistokohtaisten tulo-poistoilmanvaihtokoneiden aiheuttama investointikustannus on huomattavan suuri ja kustannuksissa ei pystytä huomioimaan asumisviihtyvyyden paranemista. Molemmissa optimointitapauksissa elinkaarikustannuksiltaan edullisimmaksi ratkaisuksi valikoitui ulkoseinien ja yläpohjan lisälämmöneristäminen työssä määritetyn raja-arvon maksimiin. Ikkunoiksi optimointi valitsi molemmissa tapauksissa työssä määritetyn raja-arvon minimin. Elinkaarikustannuksiltaan edullisimpaan ratkaisuun ei valikoitunut aurinkopaneeleja, kun taas aurinkokeräimiä valikoitui molempiin tapauksiin. Tapauksen 1 elinkaarikustannuksiltaan edullisimmassa ratkaisussa ostetun kaukolämpöenergiankulutusta saatiin pienettyä lähes 50 % ja tapauksessa 2 jopa 56 %.Buildings have a major role in EU’s energy policy because the energy usage of the building stock accounts for about 40 % of the overall energy usage. In Finland the number of apartment houses grew considerably in the 1960s and 1970s because of urbanization. These apartment buildings are now reaching the age where they need major renovations. The focus of residential building construction has shifted from constructing new buildings to renovating old ones. In terms of energy performance and the environmental impact of new residential buildings is negligible compared to the impact of the existing residential buildings. The case study presented here is 1960s apartment building with a gravitational ventilation system. The target of this investigation was to determine renovative solutions through optimization which provide the most advantageous life cycle costs. Life cycle costs optimization was implemented with a dynamic simulation program and with an optimization program, MOBO. The target of the investigation was to optimize the addition of insulation to the walls and to the roof, U-values of the windows, surface area of photovoltaic panels and solar heat collectors on the roof. Investigation included two different optimization cases. In Case 1 gravitational ventilation system was maintained in the building. In Case 2 ventilation units were installed in each apartment.These units have a rotating heat recovery system. Both cases were examined separately be-cause the investment cost of the ventilation units is so considerable and the improvement of living comfort in the apartments cannot be taken into account in the investment costs. The most advantageous solutions for the life cycle costs were found with maximal addition of insulation to the wall and to the roof, windows with a U-value of 1 W/m2K and solar heat collectors. The most advantageous solution didn’t include photovoltaic panels