Eesti magalapiirkonna renoveerimise modelleerimine näitab, kuidas nullheidee võib paberil näida saavutatav, kuid tegelikkuses ebaõnnestuda elukaarepõhiste heitmete ja maakasutuspiirangute tõttu.
Kadri-Ann Kertsmik, Tallinn University of Technology | LinkedIn profile
Targo Kalamees, Tallinn University of Technology | LinkedIn profile
(Märkus: artiklites esitatud arvamused on üksnes autorite omad ega pruugi kajastada Euroopa Liidu seisukohti)
Euroopa initsiatiiv, et tagada aastaks 2050 kliimaneutraalne ehitatud keskkond eeldab senisest kõrgemaid renoveerimismahte ja paremat energiatõhusust renoveeritud hoonetes. Linnadesse koondub nii energiatarve kui ka heitmete peamine raskuspunkt, sealjuures saab põhjamaise kliima tingimustes määravaks hoonete küttevajadus- ja allikas. Eestis kestab kütteperiood suurema osa aastast (septembrist maini), praktikas tähendab see, et pelgalt hoone energiaklassi parandamisest ei piisa - tulemuse määrab renoveerimislahenduste tervikpilti asetamine koos kaugkütte, elektrivõrgu, kohaliku taastuvenergia tootlikkuse ning ümbritseva maa-alaga tekkivate heitmete kompenseerimiseks.
Teaduskirjanduses on toodud välja, et külmas kliimas domineerivad hoonete olelusringis kasutusaegsed heitmed (eriti kütmine), mistõttu on välispiirete renoveerimisel ja soojustagastusega ventilatsioonil suur mõju. Teiseks, mida energiatõhusamaks hoone muutub, seda olulisemaks muutub seal kõrval materjalidest pärinevad kehastunud süsinik. Erinevate lahendustena on esile tõstetud tervikrenoveerimist (korda tehakse nii hoone välispiirded kui tehnosüsteemid, sh võetakse kasutusele soojustagastusega ventilatsioon) ning piirkondlik energiavõrk ja energiataristu, kus kombineeritakse tõhusat kaugkütet, taastuvenergiat ja energiakasutuse paindlikkust suurendavaid tehnoloogiaid. Tähelepanu vajab terviklahenduste teostatavus linnalises elukeskkonnas.
HE projektis Open innovation living labs for Positive Energy Neighbourhoods oPENlab võeti antud teema luubi alla ja sündinud uurimusest avaldati hiljuti teadusartikkel. Uurimuse eesmärgiks oli hinnata, millistel tingimustel ja millise hinnaga on võimalik saavutada null- või positiivse heitega naabruskond külma kliimaga ja tihedalt hoonestatud linnapiirkonnas. Erilist tähelepanu pöörati ruumilisele dimensioonile – sellele, kui palju maad on tegelikult vaja heitmete kompenseerimiseks ning kuidas see mõjutab net-zero lahenduste realistlikkust. Tulemused pakuvad olulisi järeldusi nii hoonete energiatõhususe direktiivi (EPBD) rakendamise, renoveerimispoliitika kujundamise kui ka nullheitmega piirkondade kontseptsiooni praktilise kasutatavuse kohta. Tutvustame artiklis selle uuringu põhitulemusi.
Uuring lähtub eeldusest, et tihedalt hoonestatud paneelelamute kvartalis ei ole nullheitme saavutamine pelgalt tehniline, vaid eeskätt ruumiline väljakutse. Eeldati, et kasvuhoonegaaside kompenseerimiseks vajalik maa-ala ületab märkimisväärselt analüüsitava kvartali enda pindala, seades kahtluse alla net-zero lahenduste praktilise teostatavuse linnalises keskkonnas. Samuti lähtuti hüpoteesist, et Eestis kehtivad renoveerimise miinimumnõuded (ETA C) ei ole piisavad nullheitmega naabruskonna saavutamiseks olukorras, kus elektrivõrk on endiselt suhteliselt kõrge heitega. Kolmanda eeldusena käsitleti tervikrenoveerimist (ETA A) kui kriitilist eeltingimust hoonefondi kliimaeesmärkide saavutamisel, kuna see vähendab oluliselt nii kasutusaegseid heitmeid kui ka emissioonide kompenseerimiseks vajalikku maa-ala.
Uuringu ala asub Tartus, Annelinnas: 22 nelja- kuni üheksakorruselist paneelelamut, kokku 13,3 hektaril (Joonis 1). Korterelamud on ehitatud ajavahemikus 1970-1980. Piirkonna majadetänast olukorda iseloomustavad: vähene välispiirete soojustus, kõrge õhulekkearv, loomulik ventilatsioon ning ühetoruline radiaatorisüsteem.
Joonis 1 Uuritav naabruskond, allikas: Maa- ja Ruumiamet 2023, autorid
Vastavalt Eesti Maa- ja Ruumiameti andmetele koosneb analüüsitav piirkond kolmest peamisest maakasutuse liigist: 11% transpordimaa, 14% avalik maa ja 75% elamumaa. Seetõttu on käesoleva uuringu fookus otseselt seotud hoonete energiatõhususe parandamise ning kohapealse taastuvenergia tootmisega. Tähtsal kohal on ka energiavaesuse vähendamine, mida saab saavutada olemasolevate korterelamute renoveerimise kaudu. Hoonete algne energiakasutus oli ligikaudu 145 kWh/(m²a) kütteks ja tarbeveeks ning 24 kWh/(m²a) elektriks.
Korteritele on projektlahenduse kohaselt ette nähtud ühetorusüsteemil radiaatorküte, loomulik tõmbventilatsioon ning kahekordsed pakettaknad, mida sai õhutamiseks avada. Hooneid köetakse Tartu linna tõhusa kaugküttesüsteemiga. Renoveerimise ning kaasaegsete tehnoloogiate kasutuselevõtuga, sh kohalike ja taastuvate kütuste kasutamisega soojatootmises, on Tartu linna kaugküttevõrgu heitmed viimastel aastatel vähenenud üle 30%, kuid täieliku kliimaneutraalsuse saavutamiseni on veel pikk tee minna. Tulevased hoonete renoveerimised peaksid vähendama nii kehastunud kui ka kasutusaegseid heitmeid. Seda läbi hoonete soojakadude vähenemise renoveerimisjärgselt läbi välisseinte, katuste, esimese korruse ja keldri vahelise plaadi soojustamise, akende vahetuse ning tehnosüsteemide uuendamise, et tagada kaasaegne sisekliima.
Erinevate stsenaariumide peamised kasutuaegse energia parameetrid (soojusläbivuse U väärtused) tulenesid soojuskao vähendamise vajadusest. Arvesse võeti ka sotsiaal majanduslikke tegureid, nagu renoveerimistoetused: ETA C tähistab tavapärast, samas kui ETA A on kulutõhususe alusel uutele hoonetele seatud minimaalne nõuetase. Mõõdetud pindalade hulka kuulusid kogu välispiirete pind (katused, keldrilaed, välisseinad ja aknad) – kokku 103 047 m² –, netopõrandapind 125 944 m² ning köetav pind 121 155 m². Ülevaatlikult on strateegiad esitatud Tabelis 1.
Tabel 1 Renoveerimisstrateegiate ülevaade
Olelusringi hindamine (Life-cycle assessment ehk LCA) tehti 50 aastase perioodi kohta, hõlmates kehastunud emissioone (A1–A5; B4,C1-C4) ja kasutusaegset energiavajadust (B6), st olulisemad moodulid kogu olelusringi süsinikujalajäljest (Joonis 2). LCA‑arvutused põhinevad Eesti esimesel ametlikul LCA‑metoodikal. Kasutatud arvutusmeetod tugineb standardile ISO 14040, Euroopa standarditele EN 15804+A2:2019 ja EN 15978 ning Euroopa Level(s) raamistikule, mis määratlevad süsteemipiirid ja metoodika aluspõhimõtted. Metoodilises lähenemises võeti arvesse ka Euroopa Liidu taksonoomia määrust, mis jõustus 12. juulil 2020.
Joonis 2 Hoone olelusringi süsiniku hindamise ulatus, allikas: autorid
Hindamisel võeti arvesse kohalikke eriheitetegureid elektrile ja kaugküttele, samuti päikesepaneelide ja renoveerimismaterjalide tootmise mõju. Positiivse energianaabruskonna (PEN) stsenaariumi puhul käsitleti „dünaamilist“ bilansipiiri: aastabalanss saavutatakse naabruskonna sees ja/või vahetus lähiümbruses paiknevate kompensatsioonialadega (päikesepaneelide pargid, energiavõsa, mets), mitte tingimata üksnes hoonete kruntidel.
Analüüs kinnitab, et hoonete tervikrenoveerimine annab märkimisväärse kliimakasu kogu olelusringi vaates. Terviklikult nullheitehooneteks renoveeritud majades langeb kumulatiivne süsinikuheide võrreldes olemasoleva hoonega juba ligikaudu kümne aasta järel, mis tähistab renoveerimisstrateegia globaalse soojenemispotentsiaali tasuvuspunkti (Joonis 3). Pärast seda jäävad renoveeritud hoonete heitmed kogu 50-aastase kasutusea jooksul järjepidevalt madalamaks. See näitab selgelt, et põhjalikud energiatõhususe meetmed – eelkõige välispiirete soojustamine koos soojustagastusega ventilatsiooniga – on külmas kliimas võtmetähtsusega.
Samas ilmneb, et üksikmeetmete rakendamine ei anna võrreldavat mõju. Akende vahetus või katuse soojustamine eraldiseisvalt ei vähenda piirkonna kogusüsiniku jalajälge märkimisväärselt, kuna nende energiasäästu tühistavad suurel määral ehitusmaterjalidest tulenevad kehastunud heitmed. Märgatav kliimakasu saavutatakse alles tervikrenoveerimisega, kus vähenevad nii hoone küttekulud kui ka õhulekked ning paraneb sisekliima.
Joonis 3 Hoone süsinikujalajälje muutus juhtumiuuringu piirkonna kõrghoone (9–4–144 - 9 korrust, 4 trepikoda, 144 korterit) näitel, stsenaarium (3) ETA A, allikas: autorid
Kogu hoone süsiniku jalajälje muut ΔCO₂eq väljendab erinevust kumulatiivsete emissioonide vahel olemasoleva ja renoveeritud hoone stsenaariumides. Graafikul on selgelt näha renoveerimistegevuste – tehnosüsteemide ja päikesepaneelide väljavahetamise ning fassaadihoolduse mõju hoone süsiniku jalajäljele ajas.
Joonis 4 annab põhjalikuma analüüsi ΔCO₂eq ja energiatõhususarvu omavahelisest seosest erinevate renoveerimisstsenaariumide puhul. X‑teljel on kujutatud ETA väärtus kWh/(m²·a), mis iseloomustab hoone energiatõhusust, samas kui Y‑telg näitab süsiniku jalajälje muutust kgCO₂eq/(m²a). Iga andmepunktide punktipilv esindab erinevaid renoveerimismeetmeid, nagu küttelahenduse valik, välisseinte soojustus ning üksikmeetmetena rakendatud lahendused.
Joonis 4 Renoveerimismeetmete süsinikujalajälg ilma taastuvenergiaallikateta (RES). Ring tähistab erinevaid renoveerimismeetmeid, romb aga renoveerimiseelset olemasolevat olukorda. Hoone kirjelduses tähistab ees olev „0“ renoveerimiseelset seisukorda, „9“ korrust, „4“ trepikodade arvu ning „144“ korterite arvu majas, allikas: autorid
Üksikud renoveerimismeetmed (näiteks üksnes akende vahetus või katuse soojustamine) ei toonud kaasa märkimisväärset mõju kogu olelusringi heitmete vähendamisele piirkonnast - materjalide kehastunud süsiniku emissioonid neelasid tagasihoidliku võidetud energiasäästu. Selgelt suurim mõju saavutati välispiirete tervikliku soojustusega, mis vähendas küttekadusid ning parandas oluliselt ka siseõhu kvaliteeti, kuna soojustagastusega ventilatsioon muutus tõhusamaks ja õhulekked vähenesid. Päikesepaneelide mõju hoonepõhiselt oli nähtav alles siis, kui lisaks katusele kasutati ka lõunafassaadi; ainult katusest ei piisanud hoone elektrivajaduse tasakaalustamiseks.
Minimaalne renoveerimistase (ETA C) vähendab küll hoonete soojusvajadust, kuid mehaanilise ventilatsiooni lisandumise tõttu suureneb elektritarbimine sellisel määral, et kogu olelusringi heide ei vähene võrreldes algolukorraga. See kinnitab, et tänased riiklikud renoveerimise miinimumnõuded ja sellest lähtuvad toetusmeetmed täidavad eeskätt sisekliima parandamise eesmärki, kuid ei kujuta endast toimivat kliimastrateegiat.
Renoveerimine ETA A tasemele vähendab kasutusaegset energiavajadust oluliselt, kuid toob kaasa ka täiendava kehastunud süsiniku päikesepaneelidest ja ehitusmaterjalidest. Seetõttu ei ole ka ETA A stsenaarium ilma täiendavate kompensatsioonimeetmeteta iseseisvalt nullheitmeline.
Hoonete süsinikuheitmete – nii kehastunud kui ka kasutusaegsete – allikate ja nende omavaheliste proportsioonide mõistmine on keskne eeltingimus tõhusate renoveerimis- ja energiastrateegiate kujundamisel. Joonis 5 on koostatud selleks, et analüüsida elektritarbimise, kütmise ja ehitusmaterjalide üksikpanust hoonete kogu süsiniku jalajäljele. Selgub, et eraldiseisvad renoveerimismeetmed (nt ainult akende vahetus või katuse soojustamine) ei too kaasa märkimisväärset olelusringi heitmete vähenemist, kuna nende energiasäästu neelavad suurel määral materjalidest tulenevad kehastunud emissioonid. Oluline kliimakasu saavutatakse alles tervikrenoveerimisega, kus samaaegselt vähenevad küttekaod, õhulekked ja paraneb sisekliima.
Joonis 5 Üksikmeetmete mõju süsinikujalajäljele ja energiatõhususe paranemisele. Kollased toonid tähistavad päikesepaneelide mõju ning hallid toonid hoone välispiirete meetmeid, sealhulgas akende, katuse ja välisseinte renoveerimist. Erinevad punktid esindavad juhtumiuuringu piirkonnas leiduvaid hoonetüüpe.
ETA C tasemele renoveerimine vähendas küll küttevajadust, kuid soojustagastusega ventilatsiooni lisandumise tõttu suurenes elektritarbimine sellisel määral, et kogu olelusringi heide ei vähenenud võrreldes algseisuga. See kinnitab, et tänased miinimumnõuded täidavad eeskätt tervisliku sisekliima eesmärki, kuid ei kujuta endast toimivat kliimastrateegiat. ETA A puhul langes kasutusaegne energiavajadus märgatavalt, kuid lisandusid päikesepaneelidest ja ehitusmaterjalidest tulenevad kehastunud CO₂-heitmed, mis vajavad positiivse energianaabruskonna (PEN) käsitluses täiendavat ruumilist kompenseerimist.
Selleks hinnati järgmisena maa-vajadust, mis on vajalik erinevate stsenaariumide korral kasvuhoonegaaside netonull-taseme saavutamiseks. Arvutustes kasutati kolme peamist kompensatsioonimeedet: biomassi tootmine energiavõsast soojusenergia tarbeks, maapinnal paiknevad päikesepaneelid elektritootmiseks ning uue metsamaa rajamine ehitusmaterjalide ja päikesepaneelide tootmisega seotud emissioonide tasakaalustamiseks (Joonis 6).
Erinevad ala vajadused, et saavutada piirkonnas nullheide.
Joonis 6 Erinevad maa-alade vajadused sihttaseme saavutamiseks juhtumiuuringu piirkonnas (ühikuks on üks analüüsitav piirkond). Pruun värv tähistab energiavõsa soojuse tootmiseks, kollane päikesepaneelide alasid elektri tootmiseks ning roheline uut metsamaad ehitusmaterjalidest ja päikesepaneelidest tulenevate heitmete kompenseerimiseks.
Tulemused tõestavad, et nullheitme saavutamine analüüsitud piirkonnas on kõigi stsenaariumide korral „paberil“ võimalik, muutes selle lõppkokkuvõttes positiivse heitmega naabruskonna (PEN) põhimõtetele vastavaks. Samas nõuab renoveerimata algseis kõige suuremat maa ala emissioonide kompenseerimiseks, mis rõhutab vajadust olemasolevate hoonete renoveerimiseks. Märkimisväärne on, et kõigi stsenaariumide maavajadus (Joonis 6) on väga suur. Renoveerimata algseis eeldab ligikaudu 72-kordset kompensatsiooniala võrreldes analüüsitava piirkonnaga, ETA C puhul väheneb see umbes 30-kordseni ning ETA A puhul ligikaudu 21-kordseni. Ka PEN stsenaarium nõuab üle 20-kordset maaressurssi, mis seab tõsise küsimuse alla selliste lahenduste praktilise teostatavuse tihedalt hoonestatud linnakeskkonnas.
Analüüs kinnitab, et kompensatsioonimaa vajaduse vähendamiseks tuleb hooned renoveerida vähemalt ETA C tasemele, kuid märksa suurema kliimakasu annab ETA A tasemeni jõudmine. Mida kõrgem on hoone energiatõhusus, seda väiksem on vajalik emissioonide tasakaalustamiseks vajalik maa-ala. Samal ajal on kriitilise tähtsusega madala heitega kaugkütte ja elektrisüsteemide olemasolu, mis võimaldab maakasutust optimeerida ning vähendada sõltuvust välisest kompensatsioonist.
Suurimaks maa-vajaduse kujundajaks osutuvad kütmisega seotud heitmed, eriti biomassil põhineva soojuse korral. Kuigi biomass on taastuv energiaallikas, piiravad selle laiemat rakendamist konkurents maaressursi pärast, looduskaitselised kaalutlused ning vaba maa piiratus.
Oluline on märkida, et käesolev uuring keskendus üksnes hoonetest tulenevatele elektri, soojus ja ehitusmaterjalidega seotud heitmetele ja jättis analüüsist välja muud olulised valdkonnad, nagu liikuvus, avatud rohealad ja tehniline taristu. Edasised uuringud peaksid hõlmama ka neid sektoreid, et pakkuda terviklikku raamistikku kestlikkuse eesmärkide saavutamiseks.
Nullheitmega linnakeskkonna saavutamine on külmas kliimas ja kõrge heitega energiavõrgu tingimustes märksa keerukam, kui poliitikadokumentides sageli eeldatakse. Tulemused ei sõltu üksnes hoonete tehnilistest lahendustest, vaid paljude väliste tegurite koosmõjust – sealhulgas riiklikust ja regionaalsest energiapoliitikast, regulatiivsetest raamistikest, ruumilistest piirangutest ning erinevate osapoolte koordineeritud tegutsemisest. Seetõttu eeldab kestliku linnaruumi kujundamine mitmetahulist ja paindlikku lähenemist, kus hoonete renoveerimine on küll keskne, kuid mitte ainus mõjutegur.
Joonis 7. Maakasutuse väljakutse eluhoonete renoveerimisel, allikas: autorid
Käesolev uuring näitab selgelt, et hoonete tervikrenoveerimine on kõige tõhusam viis vähendada nii kasutusaegseid heitmeid kui ka emissioonide kompenseerimiseks vajalikku maa-ala. Nagu ka varasemad uuringud on kinnitanud, määravad külmas kliimas tulemuse eelkõige kütmisega seotud heitmed. Seetõttu on kriitilise tähtsusega hoonete soojusvajaduse vähendamine ning madala heitega energiaallikate kasutuselevõtt.
Samas toob analüüs esile ka olulise piirangu: isegi terviklikult renoveeritud hoonete korral ületab emissioonide kompenseerimiseks vajalik maa-ala märkimisväärselt linna enda ruumilised piirid. See seab kahtluse alla nullheitmega energianaabruskondade praktilise teostatavuse tihedalt hoonestatud linnapiirkondades, eriti juhul, kui kliimaneutraalsust käsitletakse peamiselt netobilansi ja kompensatsioonimeetmete kaudu.
Käesolev uuring toob esile väljakutsed (joonis 7) nullheitmega energianaabruskonna saavutamisel külmas kliimas, kus hoonete kasutusaegne energiavajadus (B6 moodul) moodustab valdav osa olelusringi kogumõjust. Isegi tervikrenoveerimise korral ületab emissioonide kompenseerimiseks vajalik maa ala märkimisväärselt linna enda piirid, mis tekitab küsimusi selle teostatavuse kohta tihedalt hoonestatud linnalistes piirkondades. Tulemused kinnitavad, et piirkondlike kliimaeesmärkide saavutamine eeldab olemasoleva hoonestuse ulatuslikku renoveerimist, sealjuures ei piisa pelgalt ETA-C klassist. Eesti kontekstis on oluline järeldus, et süsiniku jalajälje vähendamiseks peaks renoveerimine saavutama ETA A energiatõhususe klassi senise ETA C sihtklassi asemel. Selline tase on vajalik, et tagada märkimisväärne heitmete vähenemine. See on vajalik, et saavutada märgatavaid kliimaeesmärkides sõnastatud tulemusi.
Tulemuste põhjal on lihtne järeldada, et rangemate energiatõhususe standardite rakendamine ning taastuvenergia lahenduste sidumine renoveerimisotsustega on tõsiseltvõetava kliimapoliitika jaoks vältimatu. Üleminek madala energiavajadusega hoonetele ja kohapealsele energiatootmisele on vajalik samm säästva arengu ja kliimakindluse suunas. Uuring rõhutab tasakaalustatud lähenemisviisi vajadust, mis ühendab energiatõhususe parandamise ja taastuvenergia integreerimise, et välja töötada tõhusad ja jätkusuutlikud energialahendused.
Hoolimata energiatõhususe paranemisest suurendab taastuvenergiaallikate, nagu päikesepaneelide integreerimine kehastunud süsiniku hulka, mistõttu on vaja tasakaalustatud lähenemist, mis arvestab nii hoonete energiatõhusust kui ka ehitusmaterjalide keskkonnajalajälge. Praegustes renoveerimispoliitikates puuduvad kohustuslikud nõuded kohapealsele taastuvenergiale ja välistele kompensatsioonimeetmetele. Kuna EPC C tase ei vähenda heitmeid piisavalt, on vajalik karmistada poliitikaraamistikku, et suunata renoveerimine sügavamale ja energiatõhusamale tasemele.
Eriti teravalt avaldub vajadus nn kõige halvas seisus hoonete puhul (WPB - worst performing buildings) puhul – hoonetes, mille energiakasutus, tehniline seisukord ja sisekliima jäävad märkimisväärselt alla tänastele standarditele ning kus renoveerimisvajadus on kõige suurem. Just nende hoonete renoveerimine on EPBD kohaselt seatud lähiaastate prioriteediks, kuid praktikas on need sageli ka kõige keerukamad objektid nii tehniliselt, majanduslikult kui ka sotsiaalselt. Samas on selge, et tervikrenoveerimine ETA A tasemele ei ole paljude WPB-de omanike jaoks realistlik ühe etapina, eriti olukorras, kus investeeringutoetused on piiratud või puuduvad. Just sellest tulenevalt liigub nii Euroopa kui ka riiklik poliitika üha enam samm-sammulise renoveerimise suunas, kus hooneid suunatakse järkjärgulisele teekonnale kliimaeesmärkide poole. Selline lähenemine on sotsiaalselt ja majanduslikult mõistetav, kuid uuringu tulemused osutavad olulisele riskile: ilma selge lõppeesmärgi ja tehniliselt läbimõeldud etapilisuseta võib samm-sammuline renoveerimine viia renoveerimislukkudeni, kus edasine süvendamine muutub keeruliseks, kalliks või isegi võimatuks. Uuring toob esile ka olulise vastuolu WPB-dele keskenduva poliitika ja nullheite narratiivi vahel. Kuigi halvimad hooned vajavad kiiret sekkumist, ei pruugi just nende renoveerimine minimaalsele tasemele anda oodatud kliimakasu. Vastupidi – ilma ambitsioonikama lõppsihitita võivad WPB-d jääda pikaks ajaks „parandatud, kuid mitte kliimakindlateks“ hooneteks, mille puhul sõltuvus välisest kompensatsioonist ja ruumilistest ressurssidest hoopis suureneb.
Üleminek nullheitega piirkonna saavutamisele tihedas linnakeskkonnas nõuab terviklikku strateegiat, mis käsitleb nii energiavajaduse vähendamist kui ka taastuvenergia allikate integreerimist. Võttes arvesse kogu ehitusmaterjalide- ja lahenduste vastupidavust, saavad linnaplaneerijad ja poliitikakujundajad kujundada kestlike, vastupidavaid ja energiatõhusaid linnu.
