Puupohjaisten materiaalien käytön vaikutus rakentamisen hiilijalanjälkeen : esimerkkikohteena päiväkoti

Abstract

Työn tavoite oli selvittää puupohjaisten materiaalien käytön vaikutus rakentamisen hiilijalanjälkeen päiväkotikohteessa. Tutkimuskohteeksi valittiin päiväkotirakennus, koska varhaiskasvatus- ja opetusrakennukset ovat määrällisesti suurin Oulun kaupungin omistuksessa oleva kiinteistöryhmä. Tavoitteena oli myös pohtia, miten hiilijalanjälkilaskentaa voitaisiin hyödyntää jo hankeselvitysvaiheessa suunnittelua ohjaavana tekijänä. Työssä verrattiin betonirakenteisen vertailuratkaisun hiilijalanjälkeä puurakentein toteutettuihin vertailuratkaisuihin. Puurakenteisia vertailuratkaisuja olivat rankarakenteinen-, CLT- ja hirsirakenteinen vertailuratkaisu. Laskentamenetelmänä työssä käytettiin Ympäristöministeriön rakennuksen vähähiilisyyden arviointimenetelmää.

Eri rakennetyyppien hiilijalanjälkiä vertailtiin betonirakenneratkaisuihin ja etsittiin vähäpäästöisempiä ratkaisuja. Rakennetyyppien lisäksi vertailtiin eristeiden hiilijalanjälkiä konservatiivisten päästötietojen ja valmistajakohtaisten tietojen osalta. Rakennevertailujen perusteella valittiin rakennetyypit rakennuksen elinkaarenaikaisiin vertailulaskelmiin. Vertailun tarkoituksena oli löytää puupohjaisista rakenneratkaisuista vähähiilisempiä vaihtoehtoja. Rakennevertailun jälkeen rakennukselle laskettiin sen koko elinkaarenaikainen hiilijalan- ja hiilikädenjälki eri vertailuratkaisuille. Ranka- ja CLT-rakenteiselle vertailuratkaisulle laskettiin myös vähähiilisemmät vertailuratkaisut käyttäen orgaanisia puupohjaisia eristeitä.

Tulosten perusteella eristeellä oli merkittävä vaikutus rakenteen hiilijalanjälkeen. Rankarakenteisen ulkoseinärakenteen hiilijalanjälki pieneni 58 % kun se eristettiin selluvillalla kivivillan sijaan. Rakennuksen koko elinkaarelle betonirakenteisen vertailuratkaisun hiilijalanjäljeksi saatiin 20,47 kgCO₂e/m²/v ja hiilikädenjäljeksi -5,22 kgCO₂e/m²/v. Puurakenteisille vertailuratkaisuille tulokset olivat: rankarakenne hiilijalanjälki 18,89 kgCO₂e/m²/v ja hiilikädenjälki -7,78 kgCO₂e/m²/v; CLT-rakenne hiilijalanjälki 19,07 kgCO₂e/m²/v ja hiilikädenjälki -16,01 kgCO₂e/m²/v; Hirsirakenne hiilijalanjälki 21,66 kgCO₂e/m²/v ja hiilikädenjälki -16,33 kgCO₂e/m²/v. Ranka- ja CLT-ratkaisuille lasketettujen vähähiilisempien vaihtoehtoratkaisujen hiilijalanjäljiksi saatiin: rankarakenteelle 18,29 kgCO₂e/m²/v ja CLT-rakenteelle 18,61 kgCO₂e/m²/v. Vähähiilisemmissä vertailuratkaisuissa eristeenä käytettiin tavanomaista selluvillaa. Laskennassa käytettiin selluvillan konservatiivista arvoa.

Suurin hiilijalanjälki oli hirsirakenteella ja pienin rankarakenteella. Hirsirakenteen hiilijalanjäljen suuruus johtuu muita rakenteita korkeammasta ulkoseinärakenteen U-arvosta. Jos hirsirakenne lisälämmöneristettäisiin kuten CLT-vertailuratkaisun ulkoseinä, sen hiilijalanjälki olisi paljon pienempi. Rankarakenteisen selluvillalla eristetyn seinän hiilijalanjälki oli 11 % pienempi kuin betonirakenteisen vertailuratkaisun. Kun tarkasteltiin pelkkää hiilijalanjälkeä, rankarakenne oli edukkain vaihtoehto. Vähähiilisyyden näkökulmasta tarkastellaan kuitenkin myös hiilikädenjäljen vaikutus. Vähähiilisyyden ja ekologisuuden näkökulmasta lisälämmöneristetyt massiivipuuratkaisut ovat päästöiltään ja ilmastohyödyiltään edukkaimpia ratkaisuja tässä laskentatapauksessa.

The aim of this thesis was to assess effects of wooden materials to the carbon footprint of construction in a kindergarten building. The kindergarten building was selected as a research case because kindergartens and school buildings are the largest real estate group for the city of Oulu. An aim was to discuss how carbon footprint calculation could be used to guide decision making in the early stages of construction designing. Concrete structured building’s carbon footprint was compared to wooden structured buildings carbon footprint. Wooden structures chosen to the comparison were light timber frame structure, massive cross laminated timber (later CLT), and log timber. Calculation method used was Finnish Ministry of the Environment’s Method for the whole life carbon assessment of buildings.

Selected wooden structures were compared to the concrete structures and the aim was to find solutions with lower emissions. In addition to the comparison of the structures, different insulation material’s carbon footprints were compared between conservative values and EPD based values. Based on the construction types comparison details were materials with low-carbon footprint. Whole life carbon assessment was calculated for the concrete structured building and for the wooden structured comparison models. Second alternative calculations were made for the frame structured building and the building made of cross laminated timber. Additional comparison was made using low-carbon wooden based insulation’s conservative values.

According to the results, insulation material had a significant effect to the structure’s carbon footprint. Frame structured exterior wall’s carbon footprint reduced 58% when stone wool insulation was switched to cellulose insulation. For the whole life cycle, concrete structured building’s carbon footprint was 20.47 kgCO₂e/m²/a and carbon handprint was -5.22 kgCO₂e/m²/a, frame structured building’s carbon footprint was 18.89 kgCO₂e/m²/a and carbon handprint was -7.78 kgCO₂e/m²/a, CLT-structured building’s carbon footprint was 19.07 kgCO₂e/m²/a and carbon hand-print was -16.01 kgCO₂e/m²/a and timber structured building’s carbon footprint was 21.66 kgCO₂e/m²/a and carbon hand-print was -16.33 kgCO₂e/m²/a. For the frame structured and CLT-structured building calculations were also made with cellulose insulation: frame structured building’s carbon footprint was 18.29 kgCO₂e/m²/a and CLT-structured building’s carbon footprint was 18.61 kgCO₂e/m²/a.

Log timber structure had the largest and frame structure smallest whole life cycle carbon footprint. Timber structures carbon footprint was highest because its exterior walls had bigger U-value. If timber exterior walls would have been insulated like CLT-walls’ the carbon footprint would have been lower. Frame structured building with cellulose insulation had 11% lower carbon footprint than the concrete structured building. When reviewing only carbon footprint, frame structure was optimal solution. However, Ministry of the Environments method takes into consideration also the effects on carbon hand-print. Therefore, massive wood structures like log timber and CLT are optimal solutions when additional thermal insulation is used.