aalto1 untyped-item.component.html
Uuden opetusrakennuksen hiilijalanjäljen ja kustannusten monitavoiteoptimointi elinkaaren aikana
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Authors
Date
Department
Mcode
ENG3068
Degree programme
Language
fi
Pages
78
Series
Abstract
Suomen Ympäristöministeriö on asettanut tavoitteekseen, että rakennusten elinkaaren hiilijalanjälkeä ohjataan lainsäädännöllä 2020-luvun puoleenväliin mennessä. Rakennushankkeen alkuvaiheessa tehtävällä tarkastelulla rakenneratkaisujen ja talotekniikan ratkaisujen valitsemiseksi voidaan vaikuttaa merkittävästi elinkaaren hiilijalanjäljen muodostumiseen.
Työssä selvitettiin monitavoiteoptimointia hyödyntäen aikaisessa vaiheessa määritettäviä rakenneratkaisuja ja talotekniikan ratkaisuja uudelle opetusrakennukselle, jotta rakennuksen hiilijalanjälki saataisiin kustannusoptimaalisesti mahdollisimman alhaiseksi. Monitavoiteoptimoinnissa optimoituja kohdefunktioita oli rakennuksen investointikustannukset, elinkaarikustannukset sekä elinkaaren hiilijalanjälki. Hiilijalanjäljen määrittämiseen käytettiin Ympäristöministeriön vähähiilisyyden arviointimenetelmään perustuvaa hiilijalanjälkilaskentaa.
Monitavoiteoptimointiin pyrittiin sisällyttämään mahdollisimman kattavasti rakennuksen merkittävimmät rakenneosat ja talotekniikan osat, jotta hiilijalanjälki vastaisi rakennuksen elinkaaren aikana aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä. Rakenneratkaisujen osalta optimoinnissa vertailtiin perinteisiä ja vähähiilisiä rakennusmateriaaleja. Talotekniikan osalta optimoitiin erilaisia kaukolämmön ja maalämmön ratkaisuja, erilaisia ilmanvaihtokoneiden energiateknisiä ominaisuuksia, ilmamäärän ohjausta sekä eri kokoisia aurinkosähköjärjestelmiä kustannusten ja hiilijalanjäljen minimoimiseksi.
Tutkimusmenetelmänä työssä käytettiin energiasimulointiin perustuvaa monitavoiteoptimointia. Monitavoiteoptimointi suoritettiin MOBO (Multi-Objective Building Performance Optimization) -ohjelmistolla ja energiasimulointi suoritettiin IDA ICE -ohjelmistolla.
Kattavat maalämpö- ja aurinkosähköjärjestelmät sekä energiatehokkaat ilmanvaihtoratkaisut osoittautuivat selvästi kustannusoptimaalisimmiksi vaihtoehdoiksi pienentää rakennuksen hiilijalanjälkeä. Myös vähähiilisiin rakennusmateriaaleihin investoiminen oli kannattavaa tiettyyn pisteeseen asti, mutta niiden käyttäminen vaikuttaa rakennuksen investointi- ja elinkaarikustannusten kasvamiseen.
The Finnish Ministry of the Environment has set the goal that buildings’ carbon footprint will be regulated by legislation by the mid-2020s. Early-stage evaluation of structural solutions and technical building systems can have great influence to minimize carbon footprint of a building.
The purpose of this thesis was to determine cost optimal structural solutions and technical building systems for a new educational building to minimize carbon footprint by using multi-objective optimization. This kind of optimization is suitable to be conducted at an early stage of a construction project. Optimized objective functions were the investment cost, the life cycle cost and the life cycle’s carbon footprint. Carbon footprint calculation was based on the Finnish Ministry of the Environment’s life cycle assessment method.
The goal was to include the most significant building components and technical building systems into the multi-objective optimization as comprehensively as possible, so that the carbon footprint would correspond to the building’s total carbon dioxide emissions during its life cycle. In terms of structural solutions, traditional construction materials and low-carbon construction materials were compared and optimized. In terms of technical building systems, different district heating and geothermal solutions, different energy technical properties of air handling units, air volume control and different sizes of photovoltaic solutions were optimized to minimize costs and carbon footprint.
The research method was simulation based multi objective optimization. Multi-objective optimization was carried out with MOBO (Multi-Objective Building Performance Optimization) software and energy simulation was carried out with IDA ICE software.
Comprehensive geothermal and photovoltaic systems as well as energy-efficient ventilation solutions proved to be by far the most cost-optimal solutions for reducing the building's carbon footprint. Investing in low-carbon construction materials was also profitable up to a certain point, but the use of low-carbon construction materials contributed to the increase in the investment cost and life cycle costs of the building.