MALIN MOISIO

Purkaa vai korjata? Tuloksia hiilijalanjäljen näkökulmasta

Ympäristöministeriön tilaamassa  Purkaa vai korjata (Purkuko) -tutkimushankkeessa (Huuhka, S. & al. 2021) tutkittiin koulurakennuksen korjaamista sekä korjaamista ja laajentamista verrattuna vastaavankokoisiin puu- ja betonirakenteisiin uudisrakennuksiin. Laskentatulokset osoittavat, että hiilijalanjäljen kannalta korjaaminen on purkavaa uudisrakentamista parempi vaihtoehto. Myös laajennettaessa kannattaa olemassa olevat rakennukset säilyttää, vaikka uudisrakentaminen toteutuisikin puurakenteisena.

Menetelmä

Tapaustutkimuksessa hiilijalanjäljen laskenta perustuu ympäristöministeriön rakennuksen vähähiilisyyden arviointimenetelmään (Ympäristöministeriö, 2019). Hiilijalanjäljen laskentaan on sisällytetty kaikki elinkaaren vaiheet: tuotevaihe, rakentaminen, käyttövaihe ja elinkaaren loppu. Tuotevaiheen materiaalimäärät on laskettu ArchiCAD-ohjelmassa luotujen rakennusten tietomallien avulla ja niiden päästöt on arvioitu One Click LCA -ohjelmalla. Materiaalien päästötiedot on valittu ohjelman sisältämistä päästötietokannoista vastaamaan mahdollisimman hyvin Suomessa yleisesti käytössä olevia ratkaisuja. Käytön aikainen energiankulutus on simuloitu tietomalliin perustuen dynaamisella laskentamenetelmällä IDA ICE 4.8 -ohjelmalla. 

Peruskorjauksen ja uudisrakennusten vertailu

Tapaustutkimuksen kohteiksi valittiin tyypillistä 1950-luvulla rakennettua koulua edustava rakennus sekä tyypillistä 2010-luvun uutta koulua edustava rakennus.

Olemassa oleva koulurakennus

Perukorjausvaihtoehdoksi valittiin Heteniityn koulu Helsingissä, jonka lämmitetty nettoala on 2 412 m². 1950-luvun koulurakennuksen peruskorjaus käsittää koko ulkovaipan korjaamisen sekä rakenteiden sisäilmastoteknisen peruskorjauksen.

Kuva 1: Heteniityn koulu, Helsinki.

Uudisrakennukset

Tapaustutkimuksessa käytettyjen uudisrakennusten esikuvana toimii Tampereella sijaitsevan Tesoman koulun uudisrakennus (Kuva 2.) Laskentaa varten Tesoman koulun geometriasta on muodostettu kaksi eri koulurakennusta, iso versio sekä pienennetty laskentaversio. Molempien uudisrakennusten rakennetyyppejä tarkistettiin vastaamaan tyypillisiä, yleisesti käytössä olevia rakenteita. Betonikoulun rakenteet ovat toteutuneesta Tesoman koulusta. Puukoulun rakenteet on valittu toteutettujen kohteiden CLT-rakennetyypeistä Taulukon 1 mukaan.

Kuva 2: Tesoman koulu, Tampere.

Vertailutapaukset

Olemassa olevan koulurakennuksen (A) kehittämiseksi luotiin seitsemän erilaista vertailukelpoista skenaariota. Skenaarioita ovat laaja peruskorjaus (B), laaja peruskorjaus sekä laajennus (C), olemassa olevan koulun purkaminen ja uuden samankokoisen betonikoulun rakentaminen (D) sekä koulun purkaminen ja uuden isomman betonikoulun rakentaminen tontille (E). Mukana oli myös uudisrakennuksien puurakenteiset versiot, pieni puurakenteinen koulu (D2), puurakennuksella laajennettu koulu (C2) sekä iso puukoulu (E2).

Uuden ja olemassa olevan koulun tilatehokkuuksissa ei näytä olevan olennaista eroa. Tällä perusteella tapausten käyttäjämäärä on oletettu samaksi. Vaikka Heteniityn ja Tesoman koulujen runkosyvyydet poikkeavat toisistaan merkittävästi, niiden tilarakenteet ovat kuitenkin varsin samankaltaiset. Peruskorjaustapaukseen ei suunniteltu tilamuutoksia hissin lisäämistä lukuun ottamatta.

Energialaskennan lähtötiedot

Kaikissa uudisrakennuksissa on käytetty asetuksen 1010/2017 mukaisia vertailuarvoja ja käyttötarkoitusluokan vakioitua käyttöä. Lämpöhäviöiden tasauksessa määräystenmukaisuus on saavutettu vertailuarvoa paremman ilmatiiveyden avulla, joka on molemmissa versioissa 2. Taulukossa 2 on esitetty keskeisimmät energialaskennassa käytetyt lähtötiedot.

Taulukko 2

Vertailu 1: Koulun peruskorjaus verrattuna samankokoiseen betonikouluun ja puukouluun

Ensimmäisen vertailun muodostavat koulun peruskorjaus, pieni betonirunkoinen koulurakennus sekä samankokoinen pieni puurunkoinen koulurakennus (Kuva 3). Tesoman koulun geometriasta on pienennetty versio yhtä L-mallista siipeä käyttäen. Vertailtavana pinta-alana on käytetty lämmitettyä nettoalaa (2412 m2).

Kuva 3: Vertailtavien rakennusten havainnekuvat: pohjan jalanjälki ja perspektiivipiirros. Peruskorjattu rakennus (B) ja uusi betonirakennus (D) ja uusi CLT-rakennus (D2).

Tulokset, hiilijalanjälki

Hiilijalanjälkilaskennan tulokset muodostuvat koko elinkaaren hiilijalanjälkilaskennan tuloksista, joista merkittävä osa muodostuu käytön aikaisista päästöistä. Käytön aikaiset päästöt muodostuvat pääasiassa rakennusten energiankulutuksesta.

Kuvasta 4 nähdään, että peruskorjauksen jälkeen olemassa olevan koulun energiatehokkuus (E-luku) on heikompi kuin peruskorjaamattoman koulun. Tämä johtuu painovoimaisen ilmanvaihdon vaihtamisesta koneelliseen tulo-poistoilmanvaihtoon, joka kuluttaa erityisesti sähköä. Ilmaa myös vaihtuu merkittävästi aiempaa enemmän. Ostoenergiankulutus kuitenkin pienenee peruskorjaamattomaan rakennukseen nähden.

Uudisrakennusvaihtoehdot ovat peruskorjattua rakennusta energiatehokkaampia: uuden betonirakennuksen E-luku on 25 % ja puurakennuksen 22 % pienempi kuin peruskorjatulla rakennuksella.

Kuva 4: Korjaamattoman (A), peruskorjatun (B), betonisen uudisrakennuksen (D) ja CLT-puurakenteisen uudisrakennuksen (D2) E-luku (kWhE/(m²a)) sekä ostoenergian kokonaismäärä (kWh) 50 vuoden tarkastelujaksolla.

Hiilijalanjälkilaskennan tulokset on esitetty Kuvassa 5. Paremmasta energiatehokkuudesta huolimatta betonirakenteisen uudisrakennuksen kokonaishiilijalanjälki on 50 vuoden arviointijaksolla noin 4 % tai suurempi kuin peruskorjatulla rakennuksella. Peruskorjaus säilyy vähähiilisempänä vaihtoehtona koko arviointijakson. Peruskorjauksen ja betonirakenteisen uudisrakennuksen päästötasot ovat kauimpana toisistaan arviointijakson alkupuolella ja lähenevät toisiaan arviointijakson loppupuolelle tultaessa. Peruskorjatun rakennuksen päästöistä vain n. 14 % muodostuu tuote- ja rakennusvaiheista, n. 82 % käyttövaiheesta ja 4 % purkuvaiheesta. Betonisen uudisrakennuksen hiilijalanjäljestä puolestaan 44 % muodostuu tuote- ja rakentamisvaiheista ja 52 % käytön aikana ja 4 % käytöstä poistettaessa.

Puurakenteisen uudisrakennuksen päästöt alittavat peruskorjatun koulun päästöt 50 vuoden tarkastelujakson kuluessa: tämä tapahtuu 30 vuoden kohdalla. Peruskorjaus on siis vähähiilisempi vaihtoehto ensimmäiset kolme vuosikymmentä, minkä jälkeen puurakennus muuttuu sitä vähähiilisemmäksi. Ero betonisen ja puurakenteisen uudisrakennuksen hiili-investoinnin takaisinmaksuajassa johtuu tuote- ja rakentamisvaiheen hiilipiikistä: tämä on puurakenteisessa koulussa 32 % pienempi kuin betonirakennuksessa.

Kuva 5: Tulokset vertailuparille Hiilijalanjälki ajan funktiona: korjaamaton rakennus (A), peruskorjattu rakennus (B), uudisrakennus betonista (D) ja uudisrakennus CLT:stä (D2).

Vertailu 2: Koulun peruskorjaus ja laajennus verrattuna samankokoisiin betonikouluun ja puukouluun

Toisessa vertailussa tarkastelun kohteena ovat neljä kertaa niin suuret rakennukset kuin ensimmäisessä vertailussa (lämmitetty nettoala 9 648 m2). Peruskorjausosana on Heteniityn koulu, uudisrakennus ja laajennusosa seuraavat Tesoman koulun geometriaa (Kuva 6).

Kuva 6: Vertailtavien rakennusten havainnekuvat: pohjan jalanjälki ja perspektiivipiirros. Peruskorjattu rakennus ja betonirakenteinen laajennus (C), peruskorjattu rakennus ja CLT-rakenteinen laajennus (C2), uusi betonirakennus (E) ja uusi CLT-rakennus (E2).

Hiilijalanjälki

Vaihtoehtojen energiankulutus on esitetty Kuvassa 7. Koska uusi laajennusosa muodostaa 75 % olemassa olevan rakennuksen säilyttämiseen perustuvasta vaihtoehdosta, vertailtavien rakennusten E-lukujen ero on huomattavasti pienempi kuin ensimmäisessä vertailussa. Huomataan, että parempi E-luku saavutetaan helpommin suuremmalla rakennuksella.

Kuva 7: E-luku (kWhE/(m²a)) sekä ostoenergian kokonaismäärä (kWh) 50 vuoden tarkastelujaksolla peruskorjatulle koululle betonirakenteisen laajennuksen kera (C), betonirakenteiselle uudisrakennukselle (E), peruskorjaukselle ja CLT-laajennukselle (C2) sekä CLT-uudisrakennukselle (E2).

Hiilijalanjäljen laskennan tulokset on esitetty Kuvassa 8. Olemassa olevan rakennuksen peruskorjaamiseen ja laajentamiseen perustuvan vaihtoehdon kokonaishiilijalanjälki on 50 vuoden arviointijaksolla noin 8 % (betonirakenteet) tai 5 % (puurakenteet) pienempi kuin uudisrakennuksella. Olemassa olevan rakennuksen säilyttämisestä saadaan siis etua hiilijalanjälkeen, vaikka peruskorjattava osuus muodostaa kokonaisuudesta vain yhden neljäsosan. Puurakenteinen uudisrakennus on peruskorjausta ja betonirakenteista laajennusta vähähiilisempi vaihtoehto koko elinkaaren ajan, mutta vaihtoehdoista kaikkein vähähiilisin on kuitenkin peruskorjaus ja puurakenteinen laajennus.

Erot muodostuvat tuote- ja rakennusvaiheessa: elinkaaren alkuvaiheen hiilipiikki edustaa betonisessa uudisrakennusvaihtoehdossa 42 % koko elinkaaren päästöistä ja peruskorjaukseen ja betoniseen laajennukseen perustuvassa vaihtoehdossa 34 %. Puurakenteisille vaihtoehdoille vastaavat luvut ovat 32 % ja 25 %.

Suuren puurakenteisen uudisrakennuksen tuote- ja rakennusvaiheen päästöt ovat 36 % pienemmät kuin betonisella uudisrakennuksella. Betonisen uudisrakennuksen tuote- ja rakennusvaiheen päästöistä lähes 60 % muodostuu betonirungosta ja noin 7 % kivivillaeristeestä, muiden materiaalien jäädessä kunkin alle 3 % osuuteen.

Kuva 8: Hiilijalanjälki ajan funktiona: peruskorjaus ja betonirakenteinen laajennus (C), peruskorjaus ja CLT-rakenteinen laajennus (C2), betoninen uudisrakennus (E) ja CLT-rakenteinen uudisrakennus (E2).

Malin Moisio
Arkkitehti SAFA.
Projektitutkija, Tampereen yliopisto, Arkkitehtuurin laitos.

Työryhmä: Satu Huuhka, Malin Moisio, Emmi Lampinen, Arto Köliö ja Jukka Lahdensivu.

Kuvat: Mikael Lindén (Helsingin kaupungin aineistopankki), Malin Moisio.

Lähteet

Huuhka, S., Vainio, T., Moisio, M., Lampinen, E., Knuutinen, M., Bashmakov, S., Köliö, A., Lahdensivu, J., Ala-Kotila, P. & Lahdenperä, P. (2021). Purkaa vai korjata? Hiilijalanjälkivaikutukset, elinkaarikustannukset ja ohjauskeinot (Ympäristöministeriön julkaisuja 2021:9). Helsinki: Ympäristöministeriö. http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-361-221-1

Kuittinen, M. (Toim.). (2019). Rakennuksen vähähiilisyyden arviointimenetelmä (Ympäristöministeriön julkaisuja 2019:22). Helsinki: Ympäristöministeriö. http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-361-029-3 

Ympäristöministeriön asetus 1010/2017 uuden rakennuksen energiatehokkuudesta. https://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2017/20171010