ENERGIATEHOKAS JA EKOLOGINEN RAKENTAMINEN
TA-Yhtymä Espoo, päätoimipiste Helsinki Hämeenlinna Jyväskylä Kittilä Kuopio Lahti Oulu Tampere Turku
Sinikalliontie 14, 02630 Espoo Kivikonkaari 38, 00940 Helsinki Sahratie 5 A 19, 13500 Hämeenlinna Väinönkatu 15B, 40100 Jyväskylä Tunturitie 205, c/o Hotelli Levi Panorama, 99130 Levi Microkatu 1 M-osa, 5. krs, 70210 Kuopio Hämeenkatu 5, 15110 Lahti Rautatienkatu 28, 90100 Oulu Tuomiokirkonkatu 34 B, 2. krs, 33100 Tampere Linnankatu 45, piharak. 3. krs, 20100 Turku
Asiakaspalvelukeskus
045 7734 3777 | info@ta.fi | www.ta.fi
Sisällys Valtakunnallinen asuntojen omistaja ja rakennuttaja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Energiankulutuksen hallinta asumisen olosuhteista tinkimättä. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Vantaan asuntomessujen puukerrostalo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Puukerrostalon koerakentamishanke – PuuMera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Oulun passiivikerrostaloprojekti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Passiivikerrostalo numero 3: Rita-aukiontie 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Viherrakentamisen tutkimus- ja kehityshanke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Vihreistä vihrein -kortteli Helsingin Jätkäsaareen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Maalämpö . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Öljylämmityksestä maalämpöön. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Aluelämpöä ja -sähköä pien-CHP-laitoksesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Valtakunnallinen RESCA-hanke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Pien-CHP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Energian tuottaminen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Huoneistokohtaiseen mittaukseen perustuva lämmityksensäätö. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 SiMAP-lämmityksensäätöjärjestelmä . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Leanheat-konsepti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Kaukolämmön kysyntäjousto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Poistoilman lämmöntalteenotto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Energiansäästöä LED-valaistuksella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Auringonsäteilystä lämpöä ja sähköä. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Aurinkokeräimet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Aurinkopaneelit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Vedensäästö. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3
Valtakunnallinen asuntojen omistaja ja rakennuttaja
TA-Yhtiöt on valtakunnallinen asuntojen omistaja ja rakennuttaja. Asuntomme ovat pääosin vuokra- ja asumisoikeusasuntoja. TA-Yhtiöiden asuntokanta käsittää tällä hetkellä noin 14 000 asuntoa. Uudistuotantoa valmistuu yli tuhannen asunnon vuosivauhtia, joten asuntokanta tulee laajenemaan noin 15 000 asuntoon vuoden 2015 loppuun mennessä. Asuntokanta kattaa kaikki Suomen isoimmat kaupungit. Toimistomme sijaitsevat Espoossa, Helsingissä, Turussa, Lahdessa, Hämeenlinnassa, Tampereella, Jyväskylässä, Kuopiossa, Oulussa ja Kittilässä.
Asuntojen omistamisesta, isännöinnistä ja markkinoinnista vastaavat TA-Yhtymä Oy, TA-Asumisoikeus Oy, Taova Oy, Tarveasunnot Oy ja TA-Asunnot Oy. Uudis rakentamisesta sekä peruskorjaustoiminnasta vastaa TA-Rakennuttaja Oy ja hankintatoiminnasta Tapartia Oy. Tässä julkaisussa esitellään toimenpiteitämme kiinteistöjen energiatehokkuuden parantamiseksi. TA-Yhtiöiden tavoitteena on energiankulutuksen vähentäminen asumisolosuhteista ja viihtyvyydestä tinkimättä.
5
6
Kivikonkaari 38, Helsinki | TA-Asumisoikeus Oy
Energiankulutuksen hallinta asumisen olosuhteista tinkimättä
Asumisen osuus energian loppukäytöstä on Suomessa varsin merkittävä. Vuonna 2013 asumiseen kuluva energia oli yhteensä noin 63,4 TWh, mikä oli noin 21 % Suomen kokonaisenergiankulutuksesta. Energian hinnan nousu ja ympäristöarvojen merkityksen korostuminen ovat saaneet kiinteistöjen omistajat etsimään ratkaisuja energiatehokkuuden parantamiseksi. Asumisen energiankulutuksesta ylivoimaisesti suurin osa menee läm mitykseen. Vuonna 2013 tilojen ja käyttöveden lämmitykseen kuluva energia oli noin 55,1 TWh. Tällöin lämmityksen osuus oli noin 87 % asumisen kokonaisenergiankulutuksesta. Lämmityksen energiankulutuksen vähentämisellä on merkittävä vaikutus asuinrakennuksen energia tehokkuuteen. Asumisessa energiaa kuluu moniin eri kohteisiin, ja kulutuksen vähentä miseen on monenlaisia mahdollisuuksia. Pyrittäessä pienentämään energian
kulutusta seurannalla on oleellinen merkitys. Kulutuksen systemaattisella tarkastelulla, uusilla teknisillä ratkaisuilla sekä kehittyneillä rakennus materiaaleilla voidaan säästää huomattava määrä energiaa. Energiansäästö on mahdollista toteuttaa siten, että asumisolosuhteet eivät huonone. TA-Yhtiöt on vastuullinen yhtiö, joka pyrkii toiminnassaan minimoimaan ympäristövaikutukset. Koska energiankulutuksella on suora vaikutus asumis kustannuksiin, energiatehokkuuden parantaminen koituu ympäristön lisäksi asukkaiden hyväksi. TA-Yhtiöt pyrkii pienentämään omistamiensa asuntojen energiankulutusta kohteiden ominaispiirteet huomioiden. Olemassa olevan asuntokannan osalta energian säästämiseksi on käytettävissä laaja valikoima erilaisia toimenpiteitä. Säästötoimenpiteitä priorisoidaan toteutettavaksi kustannus tehokkuuden ehdoilla.
7
Rubiinikehä 1a • 7 kerrosta • 186 asuntoa • Huoneistoala 10 120 asm2 • Rakennusoikeus 11 800 kem2 • 1. kerros betonia
8
• Kerroskorkeus 3,2 m • 3000 m3 puutavaraa/6000 m3 tukkia/120 tukkirekkaa • Ilmanvuotoluku alle 0,6 1/h • VTT:n määrittelemä passiivitalo • Energiatehokkuusluokka B
TA-Asumisoikeus Oy 79 asuntoa, asuntojen keskimääräinen pinta-ala 60 m2 Suomen Vuokrakodit Oy 107 asuntoa
ARKKITEHTITOIMISTO VUORELMA ARKKITEHDIT OY
Vantaan asuntomessujen puukerrostalo
Puukerrostalon koerakentamishanke – PuuMera TA-Yhtiöt toteutti Suomen Vuokrakodit Oy:n kanssa Vantaan asuntomessuille Suomen laajimman puukerrostalokokonaisuuden. Yhteistyössä Vantaan kaupungin ja Rakennusliike Reponen Oy:n kanssa toteutettu PuuMera-kerrostalokortteli on Valtion asuntorahaston hinta- ja laatuhyväksymä kohde. Kokonaisuudessaan kohteen rakennusoikeus on 11 800 kem2 ja asuinpinta-ala on yhteensä 10 120 asm2. Kohteeseen pääsee tutustumaan Vantaan asuntomessuilla.
ovat esimerkiksi maantasoisen autopaikkakerroksen toteuttaminen puukerrostalokohteeseen, taloteknisten järjestelmien integroiminen puurakennejärjestelmän asettamilla reunaehdoilla sekä passiivitasoisen suuren puu kerrostalokohteen toteuttaminen aurinkoenergiaa hyödyntäen. Hankkeessa tutkitaan myös rakentamisvaiheen vaihtoehtoisia sääsuojaratkaisuja rakentamisprosessin laadun parantamiseksi sekä rakenteiden kosteusrasituksien pienentämiseksi.
”Olemme tottuneet rakennusliikevetoisesti viemään erilaisia asuntorakentamiseen liittyviä kehittämisprojekteja. Tässä Vantaan PuuMera kerrostalo korttelihankkeessa on kuitenkin kyse sen luokan kehittämisasioista, että on erinomaista päästä tekemään yhteistyötä Suomen parhaimpien ja innovatiivisimpien rakennuttajien kanssa”, toteaa Rakennusliike Reponen Oy:n toimitusjohtaja Mika Airaksela ja jatkaa ”On poikkeuksellista, että tilaajatahojen kanssa myös kaupungilta löytyy osaamista, kokemusta ja rohkeutta viedä ilman viivytyksiä valmistelua eteenpäin.” Rubiinikehä 1 puukerrostalo täyttää passiivienergiatalon vaatimukset ja sen energiatehokkuusluokka on B. Puukerrostalorakentaminen on Suomessa vielä kehitysvaiheessa, joten hankkeesta on tarkoitus kerätä tutkimustietoa vastaavia projekteja varten. Hankkeessa tutkittavia asioita
ARKKITEHTITOIMISTO VUORELMA ARKKITEHDIT OY
9
Rita-aukiontie 18 • Kaksi viisikerroksista taloa • 43 asuntoa • Huoneistoala yhteensä 2540,5 m2, bruttoala 3888 m2 • Energiatehokkuusluokka A, E-luku noin 67 kWh/m2 • Valmistunut vuonna 2014
10
Passiivikerrostalo numero 1: Isopurjeentie 5 Passiivikerrostalo numero 2: Rita-aukiontie 14
Oulun passiivikerrostaloprojekti
Passiivikerrostalo numero 3: Rita-aukiontie 18
Tekniset tiedot
Rita-aukiontie 18 passiivikerrostalossa otettiin oppia kahdesta aikaisemmin toteutetusta passiivitalohankkeesta. Huomattavin muutos edellisiin oli, että kohteelta edellytettiin omaa sähköntuotantoa. Rakennuksen katolle asennettiin aurinkopaneelit, joiden tuottamaa sähköä on mahdollista myydä valtakunnalliseen sähköverkkoon. Lisäksi rakennukseen toteutettiin jäteveden lämmöntalteenottojärjestelmä. Lämmöntalteenotto on mahdollista vain harmaasta vedestä, jota syntyy peseytymisessä sekä pyykin ja astioiden pesussa. Nimitystä musta vesi käytetään likaisesta WC-jätteestä. Mustan ja harmaan veden erottamiseksi kohteeseen jouduttiin tekemään kaksi erillistä viemäriverkostoa. Harmaasta vedestä talteen otettu lämpöenergia käytetään käyttöveden esilämmitykseen.
• Vuotoilma 0,6 l/h • U-arvot (W/m2K) - yläpohja 0,09 - seinät 0,13 - alapohja 0,14 - ikkunat 0,50 • Aurinkokeräimiä yhteensä 140 m2, noin 3,3 m2/asunto • Aurinkopaneeleita 100 m2, noin 2,3 m2/asunto • Ilmanvaihdon esilämmitys/viilennys kuudesta porakaivosta • Keskitetty ilmanvaihto sisältäen lämmöntalteenoton • Harmaan veden lämmöntalteenotto
Rita-aukiontie 18, ENERGIATASE Ilmaisenergia
Ostoenergia
MWh/vuosi
Tilojen lämmitys Lämpimän käyttöveden valmistus Kiinteistösähkö IV:n esi- ja jälkilämmitys Aurinkokeräimet Aurinkopaneelit Porakaivot Jäteveden lämmöntalteenotto Kaukolämpö Sähköliittymä Yhteensä
Energian kulutus 120 180 70 110
40 12 80 50
480
182
240 58 298 11
12
Länsisatamankatu 36
Hyväntoivonkatu 4
Asumisoikeusasunnot • 55 asuntoa • Asuntojen keskipinta-ala 61 m2 • 4 300 kem2
Vuokra-asunnot • 66 asuntoa • Asuntojen keskipinta-ala 59 m2 • 4 400 kem2
”VIHREISTÄ VIHREIN” -KERROSTALO (ARKKITEHTUURI- JA MUOTOILUTOIMISTO TALLI)
Viherrakentamisen tutkimus- ja kehityshanke
Vihreistä vihrein -kortteli Helsingin Jätkäsaareen TA-Yhtiöt toteuttaa osana Helsingin kaupungin kehittyvä kerrostalo -ohjelmaa viherrakentamiseen keskittyvän kerrostalohankkeen Helsingin Jätkä saareen. Hanke on Valtion asuntorahaston korkotukemaa tuotantoa ja pitää sisällään sekä asumisoikeusasuntoja että vuokra-asuntoja.
Tutkimushankkeen tavoitteena on selvittää muun muassa viherkattojen vaikutusta asumisviihtyvyyteen ja yhteisöllisyyteen. Lisäksi selvitetään toimiiko viherkatto vesikatteen mekaanisena suojana ja kuinka se vaikuttaa hulevesien laatuun. Julkisivujen osalta tutkitaan viherrakentamisen vaikutusta auringosta aiheutuvan ylilämmön hallintaan. Biodiversiteettikatto
Hankkeessa tutkitaan urbaaniin kaupunkiympäristöön soveltuvaa viher rakentamista. Tutkimus- ja kehitystyötä tehdään yhdessä Helsingin yliopiston asiantuntijoiden, Aalto-yliopiston ympäristötaiteen laitoksen sekä viherasiantuntija Roslings Manor Gardensin kanssa. Työnimellä ”Vihreistä vihrein” -kaupunkikortteli käsittää kaksi 6 – 8 kerroksista asuintaloa, joissa on yhteensä 121 asuntoa. Niistä 55 on asumisoikeus asuntoja ja 66 vuokra-asuntoja. Rakennusten kaksi ylintä kerrosta on por rastettu niin, että katoista muodostuu viherkattopihoja. Katoille on tarkoitus sijoittaa keittiöpuutarha viljelylaatikkoineen ja kasvihuoneineen, yhteis saunatiloihin liittyviä hedelmäpuutarhoja sekä biodiversiteettikattoja. Rakennusten julkisivulle on suunniteltu laitettavaksi kasviritilöitä ja parvekkeiden istutuslaatikoita. Lisäksi rakennuksen seinille asennetaan teräksiset vaijerirakenteet, joiden varassa erilaiset köynnöskasvit pääsevät kasvamaan.
Hedelmäpuumetsä
Keittiöpuutarha
Viherkattojen kolme eri tasoa
13
Öljylämmityksen korvaaminen maalämmöllä mahdollistaa jopa kahden kolmasosan säästöt lämmityksen ostoenergian osalta.
14
Maalämpö
Maalämpö on maaperään, kallioon tai veteen varastoitunutta auringon säteilystä peräisin olevaa lämpöenergiaa. Käytännössä auringonsäteily varastoituu ainoastaan maaperän pintakerrokseen, sillä Suomen leveys asteella maalämpö ulottuu enintään 15 metrin syvyyteen. Sitä syvemmältä saatava lämpö on ns. geotermistä energiaa, joka on peräisin maapallon sisuksissa tapahtuvista radioaktiivisista hajoamisista. Puhekielessä maa lämmöllä tarkoitetaankin yleensä geotermistä energiaa. Maalämpöpumppu kerää lämpöä maahan tai veteen asennetusta lämmön keruuputkistosta. Yleisin ratkaisu ovat pystykaivot, jotka ulottuvat tyypil lisesti 200 – 300 m:n syvyyteen. Näissä syvyyksissä lämpötila on vakio vuodenajasta riippumatta. Maalämpöpumppua voidaankin kesäaikaan käyttää myös viilennykseen. Maalämmön hyödyntämisen suosio on kasvanut nopeasti etenkin uusissa omakotitaloissa. Nykyisin lähes joka toiseen uuteen omakotitaloon asennetaan maalämpöpumppu. Maalämpöpumppuja käytetään myös isommissa kiinteistöissä, mutta selvästi vähemmän kuin omakotitaloissa. Viime vuosina maalämpöpumppujen käyttö saneerauskohteissa on yleistynyt. Kiinteistöissä, joissa on vesikiertoinen lämmitysjärjestelmä, maalämpöjärjestelmän asentaminen ei edellytä muutoksia lämmönjakeluverkostoon.
Öljylämmityksestä maalämpöön Öljyn hintakehityksen johdosta TA-Yhtiöissä päätettiin vuonna 2011 siirtää öljylämmitteiset kiinteistöt maalämpöön. Vuosien 2011 ja 2014 välisenä aikana korvattiin 13 kohteessa vanhat öljypolttimet maalämpöpumpuilla. Kaikissa kohteissa tontti ja maaperä mahdollistivat keruupiirien toteutta misen pystykaivoilla. Vanhojen öljysäiliöiden poistamisen seurauksena kiinteistöihin syntyi myös lisää varastotilaa. Yhdessä kohteessa vanha öljykattila jätettiin lisälämmönlähteeksi maalämpö järjestelmän rinnalle. Maalämpöjärjestelmä on mitoitettu siten, ettei se kata kaikkea lämmitystarvetta. Tehohuippujen aikana tarvittava lisäenergia tuotetaan öljykattilalla. Muissa kohteissa tehontarpeen huiput katetaan vesivaraajiin integroiduilla sähkövastuksilla. Öljylämmityksen korvaaminen maalämmöllä mahdollistaa jopa kahden kolmasosan säästöt lämmityksen ostoenergian osalta. Nykyisillä energian hinnoilla tämä tarkoittaa myös vastaavaa säästöä lämmityskustannuksissa. Huono puoli maalämpöjärjestelmässä on, että sen investointikustannukset ovat korkeat. Ostoenergian kustannussäästöt ovat kuitenkin niin huomattavat, että maalämpöjärjestelmän takaisinmaksuaika on tyypillisesti vain 5 – 8 vuotta.
15
Liikkujantie 19 – Kiinteistö Oy Oulun Tarve • 8 rivitaloa • 32 asuntoa • Huoneistoala yhteensä 2 365 m2 • Energiatehokkuusluokka A, E-luku 60 kWh/m2 • Valmistunut vuonna 2015
16
ARKKITEHTUURITOIMISTO KIMMO LYLYKANGAS OY
Aluelämpöä ja -sähköä pien-CHP-laitoksesta
Valtakunnallinen RESCA-hanke
Pien-CHP
Oulun Kivikkokankaan kaupunginosaan rakennetaan valtakunnallisen RESCAhankkeen pilottialue. RESCA-hankkeen tavoitteena on lisätä uusiutuvan energian käyttöä kaupunkiympäristössä. TA-Yhtiöt osallistuu pilottiin rakennuttamalla alueelle kahdeksan rivitaloa käsittävän asunto-osakeyhtiön Kiinteistö Oy Oulun Tarve, Liikkujantie 19.
Pien-CHP:llä (Combined Heat and Power) tarkoitetaan pienen kokoluokan yhdistettyä sähkön ja lämmön tuotantoa, jossa sähkön tuotantoteho on noin 1 – 2 MWe. Lämpöteho on tällöin noin 3 – 5 MWh. Yhdistetyn sähkönja lämmöntuotannon etu on korkea kokonaishyötysuhde, joka on usein
Liikkujantie 19:n asunnot ovat Valtion asuntorahaston korkotukemia vuokraasuntoja. Kohteessa on 32 asuntoa joiden yhteenlaskettu huoneistoala on 2 365 m2. Kiinteistö on energian suhteen lähes omavarainen. Tarvittava lämpöenergia tuotetaan puuhakkeen kaasutukseen perustuvassa pien-CHPlaitoksessa. Lämpöenergian lisäksi laitos tuottaa rakennusten tarvitseman kiinteistösähkön. Ylimääräinen sähköenergia myydään paikalliselle energiayhtiölle, joka toimittaa asukkaiden ostaman sähköenergian. CHP-laitoksen lisäksi jokaisella rakennuksella on oma porakaivo, jossa kiertävää nestettä käytetään talvella tuloilman esilämmitykseen ja kesällä viilennykseen. Rakennuksissa käytettyjen rakenteiden U-arvot täyttävät Suomen rakentamismääräyskokoelmassa määritellyt passiivitalon vaatimukset. Rakennusten E-luku on 60 kWh/m2 ja ne sijoittuvat energiatehokkuusluokkaan A.
tCO2e/a 60
Energiakäytön CO2e-päästöt Kiinteistö Oy Oulun Tarve, Liikkujantie 19
55 50 45
Tilojen lämmitys
40
Käyttöveden lämmitys
35
Ilmanvaihdon sähköenergia
30
Kuluttajalaitteet ja valaistus
25 20 15 10 5 0
CHP
Maalämpö
Kaukolämpö
Suora sähkö
Hiilipäästöt eri lämmitysmuodoilla
17
PIEN-CHP-LAITOS Liikkujantie 19 Kiint. Oy Oulun Tarve
18
Liikkujantie 19:een toteutetussa pien-CHP-voimalassa käytetään kaasumoottoriteknologiaa. Sen toiminta perustuu puuhakkeesta pyrolyysireaktiolla tuotettavaan biokaasuun. Puuhakkeesta tuotettava biokaasu sisältää runsaasti vetyä ja hiilimonoksidia, eikä polttoprosessissa näin ollen synny juuri lainkaan ympäristölle haitallisia päästöjä. Voimalan sähköhyötysuhde on noin 25 % ja lämpöhyötysuhde noin 65 %.
Liikkujantie 19, ENERGIATASE Tilojen lämmitys Lämpimän käyttöveden valmistus Kiinteistösähkö IV:n esi- ja jälkilämmitys Myytävä sähköenergia CHP-laitos, lämpöenergia CHP-laitos, sähköenergia Lämpöenergia porakaivosta Yhteensä
Energiankulutus 135 125 70 50 40
Energiantuotanto
MWh/vuosi
yli 90 %. Sähkön- ja lämmöntuotannon hyötysuhteet vaihtelevat teknologiasta riippuen. Tyypillisesti sähköntuotannon hyötysuhde on 25 – 35 % ja lämmön 60 – 70 %.
290 110 20 420
420
Energian tuottaminen Pien-CHP-voimalan kannattavuus riippuu kaukolämmön hinnoittelusta. Tällä hetkellä kannattavuutta heikentävät Oulun alueen edullinen kaukolämpö sekä pien-CHP-voimalan huoltokustannukset. Pien-CHP-voimalan ehdoton etu on vähäiset hiilipäästöt. Maalämpöön, kaukolämpöön ja suoraan sähkölämmitykseen verrattuna se on selvästi vähäpäästöisin lämmitysjärjestelmä. Lisäksi laitos tuottaa sähköä ja lämpöä mahdollisen sähkökatkon aikana.
3
4
2
1. Polttoaineenkuljettimet Puuhake tuodaan kaasuttimeen ruuvi- tai ketjukuljettimilla. 2. Kaasutin Lämpötila nostetaan 800 – 1200 °C:een. Vähähappisen palamisen seurauksena puuhake kaasuuntuu.
5
3. Suodatin Kaasusta suodatetaan lentotuhka ja noki.
1
4. Moottori ja generaattori Puhdistettu kaasu palaa moottorissa, joka pyörittää sähkögeneraattoria. 5. Verkkoonsyöttöyksikkö Tuotettu sähköenergia syötetään sähköverkkoon.
Oulun pien-CHP-laitoksen toimintaperiaate
19
Vastaanotin
Huoneanturi Rappu
Huoneistot
433 MHz Lämmönjakokeskus
Matkapuhelinverkko
Internet
Lämmityksen ohjauskeskus
SiMAP-säädön, asuntokohtaisen mittauksen ja etähallinnan periaate
20
Palvelin - Mittausohjelmisto
Etäkäyttö
Huoneistokohtaiseen mittaukseen perustuva lämmityksensäätö
SiMAP-lämmityksensäätöjärjestelmä
Leanheat-konsepti
Lämmitysverkoston lisäksi asuntoihin tulee lämpökuormia asukkaista, lämpimästä vedestä, kodin sähkölaitteista ja auringon säteilystä. Jos kuormia ei huomioida lämmityksessä, asuntojen sisälämpötilat vaihtelevat. Energiansäästön ja asumismukavuuden kannalta olisi oleellista välttää rakennuksen liiallista tai liian vähäistä lämmittämistä.
Leanheat on ohjelmistoyritys Pandia Oy:n kehittämä energianhallintajärjestelmä, jolla pyritään pienentämään kiinteistön lämmitysenergian kulutusta. Järjestelmä perustuu huoneistokohtaiseen lämpötilamittaukseen ja siitä saadun tiedon automaattiseen analysointiin. Energiansäästön lisäksi huoneistokohtaisen lämpötilamittauksen perusteella voidaan parantaa sisä ilmasto-olosuhteita ja vaikuttaa näin asumismukavuuteen. Leanheat-konseptia pilotoidaan vuosina 2014 – 2016 asuinrakennuksissa ympäri Suomen.
SiMAP-lämmityksensäätöjärjestelmä on Si-Tecno Oy:n kehittämä ja perustuu huoneistokohtaiseen lämpötilamittaukseen. Lämmitysjär jestelmän menoveden lämpötilaa ohjataan asuntojen keskimääräisen sisälämpötilan mukaan. Sisäisten lämpökuormien kasvaessa säädin laskee lämmitysjärjestelmän menoveden lämpötilaa. Sisälämpötilan perusteella tapahtuvassa säädössä virhealttiit ja hankalasti aseteltavat säätökäyrät voidaan jättää pois. Saavutettava energiansäästö riippuu talon aikaisemmasta tilanteesta. Kylmässä talossa saavutetaan vain asumismukavuuden parantuminen. Tyypillisesti taloja kuitenkin lämmitetään liikaa. Tällaisessa tapauksessa SiMAP-lämmityksensäätöjärjestelmällä voidaan saavuttaa merkittäviä säästöjä lämmityskustannuksissa. Lisäksi jatkuvaa mittatietoa voidaan hyödyntää kiinteistön ylläpidossa.
TA-Yhtiöiden lisäksi Leanheat-konseptin pilotoinnissa on mukana neljä suomalaista yritystä. Tällä hetkellä pilotissa on mukana lähes 4000 asuntoa, joten kyseessä on valtakunnallisestikin merkittävä hanke. Leanheatin tavoitteena on 20 %:n säästö lämmitysenergian kulutuksessa. Lisäksi järjestelmällä pyritään vähentämään kiinteistön huoltokäyntejä ja sitä kautta huoltokustannuksia. Leanheat-konseptin avulla tavoiteltavat säästöt muodostuvat huoneistokohtaiseen lämpötilamittaukseen perustuvasta lämmityksen säädöstä, joka paitsi säästää energiaa myös parantaa asumismukavuutta tasaisempien sisälämpötilojen myötä. Lisäksi säästöjä voidaan saavuttaa mittaroinnista kertyvän tiedon analysoinnin perusteella.
21
”Kattavan ja jatkuvan mittaroinnin tuloksena syntyy valtava määrä tietoa. Aiemmin tällaista tietomäärää ei ole ollut saatavilla, eikä sen louhintaan ole ollut käytettävissä tarpeeksi työvoimaa. Uudessa konseptissa kone hoitaa tiedon keruun ja louhinnan, jolloin henkilöstön työksi jää päättää, mitkä automaattisesti havaituista säästökohteista toteutetaan.”, kertoo Olli-Pekka Piironen TA-Asumisoikeus Oy:stä. Merkittävää Leanheatissa on se, että säästöt saadaan järkevällä hinnalla ja järjestelmä voidaan asentaa edullisesti olemassa olevaan kiinteistökantaan. Leanheat ei vaadi muita samanaikaisia energiainvestointeja säästöjen saavuttamiseen.
Kaukolämmön kysyntäjousto Fortum ja Pandia aloittivat keväällä 2015 Leanheat-yhteistyön, jonka tavoit teena on kehittää asuinkerrostaloihin soveltuvaa kaukolämmön kysyntä joustoratkaisua. Ratkaisun avulla on tarkoitus pienentää lämmityskustannuksia asumismukavuudesta tinkimättä. Yksinkertaistettuna kysyntäjouston periaate on varata lämpöä rakennuksiin silloin kun energia on edullista. Rakenteisiin varautunut lämpöenergia voidaan hyödyntää esimerkiksi kylmänä talvipäivänä, hetkinä jolloin energia on kalliimpaa. Leanheatin pilvipalvelu luo kohteesta termodynaamisen mallin, joka oppii kohteen
Sisäisten lämpökuormien tehokkaan hyödyntämisen ansiosta lämmitysenergian kulutus pienenee ja asumismukavuus paranee.
22
käyttäytymisen erilaisissa olosuhteissa. Termodynaaminen malli, yhdessä huoneistokohtaisen lämpötilanmittauksen kanssa, mahdollistaa rakenteisiin varautuneen lämpöenergian tehokkaan hyödyntämisen. Leanheatin pilvipalvelu ohjaa lämpöenergian varaamista ja purkamista Fortumin laatiman tuntikohtaisen hintasignaalin perusteella. Energiantuotanto on tehokkaimmillaan kysynnän ollessa tasainen. Kysyntäjouston avulla Fortum pyrkiikin tehostamaan energiantuotantoaan tasoittamalla energian kulutusta ja tarjontaa. Kysyntäjoustossa rakennukset toimivat niin sanottuina lämpöakkuina, joilla kysyntäpiikkejä voidaan tasoittaa. ”Kysyntäjoustolla on positiivinen vaikutus myös ympäristöön, sillä parhaassa tapauksessa fossiilisia polttoaineita käyttävä varalämpölaitos voidaan jättää käynnistämättä”, kertoo Fortumin aluemyyntipäällikkö Susanna Huuskonen. Lämmön varaaminen rakennuksiin ei ole täysin ongelmatonta. Liiallinen varaaminen nostaa sisälämpötilaa ja heikentää näin asumismukavuutta. Leanheatin avulla asuntojen sisälämpötiloja voidaan seurata reaaliajassa. Sen avulla voidaan välttää lämpöenergian liiallinen varaaminen rakenteisiin. ”Leanheat mahdollistaa kysyntäjouston hyödyntämisen erityisen älykkäästi – tämä tarkoittaa muun muassa sitä, etteivät asukkaan olosuhteet heikkene kysyntäjouston aikana”, toteaa Pandia Oy:n toimitusjohtaja Jukka Aho.
Kysyntäjouston periaate
Lämpöenergian todellinen tarve Edullisen energian varastoin kerrostaloihin
Jouston myötä tasoi unut lämmön tuotanto Energiavarastojen purku kysyntäpiikin aikana
23
Poistoilman lämmöntalteenotto
Vanhoissa 1900-luvun kerrostaloissa yleisin ilmanvaihtotapa on koneellinen poistoilmanvaihto. Siinä keskimäärin 21 – 22 °C asteista sisäilmaa imetään ilmanvaihtokanavan kautta ulkoilmaan. Ratkaisu on erittäin energiatehoton, sillä tällä tavalla hukataan jopa kolmannes rakennuksen lämmitysenergiasta. Vuonna 2003 rakentamismääräyskokoelmaan lisättiinkin määräys varustaa ilmanvaihto lämmöntalteenotolla (LTO). Poistoilmasta talteen otettu lämpöenergia voidaan hyödyntää esimerkiksi tilojen tai käyttöveden lämmityksessä. Lämpöä on usein edullisempaa käyttää tilojen lämmitykseen, sillä siinä tarvittavat lämpötilat ovat matalia. Kesällä tiloja ei kuitenkaan tarvitse lämmittää juuri lainkaan. Siksi voi olla järkevää käyttää talteen otettu lämpöenergia käyttöveden lämmitykseen. Vanhoihin kerrostaloihin soveltuvia LTO-järjestelmiä on kehitetty useita. Eräs ratkaisuista on poistoilmalämpöpumppu. Katolla olevat yhteiskanava puhaltimet korvataan LTO-yksiköillä, jotka pitävät sisällään poistopuhaltimen, suodattimen ja LTO-patterin. LTO-yksiköltä johdetaan liuosputkisto lämpöpumpulle, jonka avulla lämpö siirretään varaajaan. Poistoilmalämpöpumpulla voidaan saada talteen jopa 50 % ilmanvaihdon kautta hukatusta lämpöenergiasta. Se tarvitsee kuitenkin rinnalleen varajärjestelmän, sillä poistoilmasta ei saada talteen kaikkea rakennuksen tarvitsemaa lämmitysenergiaa. Usein kohteessa on kaukolämpöliittymä jo
24
valmiina. Sitä onkin mahdollista käyttää poistoilmalämpöpumpun kanssa rinnakkain. TA-Yhtiöt on toteuttanut kahdessa kerrostalokohteessa poisto ilmalämpöpumppuun perustuvan lämmön talteenoton. Kolmas kohde valmistuu kesällä 2015. Etenkin isoissa kerrostalokohteissa poistoilmalämpö pumppu on usein kannattava investointi. Tyypillisesti järjestelmän takaisinmaksuaika on noin 6 – 10 vuotta. Ilmanvaihto 27 % – 36 %
Yläpohja 2 – 6 %
Keskitetty lämmön talteenotto järjestelmä katolla, säästö 50 %
Ulkoseinät 17 – 21 %
Ikkunat 15 – 25 % Lämpöpumppu kellarissa Ihmiset, aurinko ja sähkönkäyttö n. 40 % Alapohja 4 – 6 % Lämmitys n. 60 %
Viemäri 21 – 24 %
Energiansäästöä LED-valaistuksella
Viimeisen vuosikymmenen aikana LED-teknologia on kehittynyt erittäin suurin harppauksin. Tekniikan kehittymisen myötä kilpailu LED-markkinoilla kiristyi. Kilpailu oli niin kiivasta, että laadunvalvonta ja testaus jäivät usein vähemmälle huomiolle. Vialliset ja jopa vaaralliset LEDit ovatkin hidastaneet niiden yleistymistä. Yhteisten standardien ja tuotevalvonnan myötä LEDteknologiasta on tullut luotettavampaa. Hehkulamppuihin perustuviin valaistusratkaisuihin verrattuna nykyisillä LEDeillä voidaan säästää jopa 70 % energiaa. LEDit kuitenkin kehittyvät edelleen huimaa vauhtia. Nykyisten LEDien valotehokkuus on vain 10 – 25 % niiden teoreettisesta maksimivalotehokkuudesta. Energiansäästön lisäksi LEDien etuna on niiden pitkä käyttöikä. Parhaim millaan LEDin polttoikä voi olla jopa 80 000 tuntia. Pitkä käyttöikä ja sen ennustettavuus merkitsevätkin huomattavaa säästöä myös huoltokustannuksissa. Julkisissa tiloissa ja ulkoalueilla tämä merkitsee myös turvallisuuden parantumista. LEDit sopivat erityisen hyvin ulkovalaistukseen, sillä viileässä ympäristössä niiden käyttöikä pitenee. Lisäksi niiden valovirta ei alene kovallakaan pakkasella. LEDit sopivat myös hyvin esimerkiksi porraskäytäviin, sillä toistuva sytyttäminen ja sammuttaminen eivät lyhennä niiden käyttöikää. LEDit sopivatkin hyvin käytettäväksi liiketunnistimen kanssa. Lisäksi LEDien
lämpenemisaika on käytännössä olematon, joten ne antavat täyden valotehon heti sytyttämisestä lähtien. TA-Yhtiöt on toteuttanut muutamissa kohteissa ulkovalaistuksen LED-tekniikalla. Valaistuksen uusimisen yhteydessä on vaihdettu joko lamput tai koko valaisin. Uudisrakentamisessa LED-valaistuksen toteuttaminen lähtee jo suunnittelusta, jolloin niiden käyttäminen on vielä kannattavampaa. Yksi LEDien huonoista puolista on niiden huono värintoistoindeksi. LEDien spektri on epäsäännöllinen, jolloin jotkin värit toistuvat huonosti. Näin ollen LEDit sopivat huonosti tiloihin, joissa tarvitaan hyvää värintoistoa.
25
26
Auringonsäteilystä lämpöä ja sähköä
Aurinko on lähes rajaton energianlähde. Teoriassa aurinkoenergialla voitaisiin kattaa koko maapallon energiantarve, sillä auringosta maan pinnalle saapuva säteilymäärä on noin 10 000 kertainen maailman tämänhetkiseen energiankulutukseen verrattuna. Säteily on kuitenkin epätasaisesti jakautunutta ja eniten säteilyä esiintyy harvaan asutuilla alueilla. Suomessa vaakasuoralle pinnalle tuleva auringonsäteily on keskimäärin noin 1000 kWh/m2. Kallistetulle pinnalle säteilymäärä voi olla jopa 20 % suurempi. Aurinko energian hyödyntäminen lisääntyy jatkuvasti. Joidenkin arvioiden mukaan Suomen sähköntuotannosta jopa neljännes on aurinkosähköä vuonna 2050.
lämmin käyttövesi. Erityisen hyvin aurinkokeräin sopii yhdistettäväksi vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään. Auringonsäteilyn epätasaisuudesta johtuen aurinkolämpöjärjestelmään on liitettävä lämpövaraaja. Aurinkolämpöjärjestelmä mitoitetaan yleensä kesäkuukausien lämmitystarpeen mukaan. Tällöin keräimellä voidaan tuottaa keskimäärin noin 40 – 50 % lämpimästä käyttövedestä.
Aurinkokeräimet
Tasokeräin • nestekiertoinen tasokeräin on yleisimmin käytetty ratkaisu • keräimen putkissa kiertää vesi-glykoliseos • kuluttaa sähköä, sillä lämmönsiirtonesteen kierrättäminen vaatii ulkoisen pumpun • maksimilämpötila noin 80 °C
Aurinkokeräimet perustuvat auringonsäteilyn lämmitysvaikutukseen. Lämpö sitoutuu keräimen sisällä virtaavaan kaasuun tai nesteeseen. Parhaimmillaan aurinkokeräimen hyötysuhde on yli 80 %. Käytännössä aurinkokeräinten hyötysuhde kuitenkin alenee olosuhteista ja lämpöenergian varastointikapasiteetista johtuen. Aurinkokeräimen energia voidaan hyödyntää kiinteistön lämmitysjärjestelmässä. Tyypillisin käyttökohde on
Tyhjiöputkikeräin • tasokeräimiä parempi hyötysuhde, erityisesti alhaisissa ympäristön lämpötiloissa • putkissa olevan ilman kierrättäminen kuluttaa jonkin verran sähköä • maksimilämpötila on noin 170 °C • tasokeräimiä kalliimpi ratkaisu
Aurinkoenergiaa voidaan hyödyntää passiivisesti sekä aktiivisesti. Passiivisesti auringosta saatavaa valoa ja lämpöä hyödynnetään suoraan ilman erillisiä laitteita. Aktiivisessa hyödyntämisessä auringonsäteily muunnetaan aurinkopaneeleilla sähköenergiaksi tai aurinkokeräimillä lämpöenergiaksi.
Aurinkokeräimiä on neljää eri tyyppiä: termosifonikeräimet, tasokeräimet, tyhjiöputkikeräimet ja ilmalämpökeräimet. Yleisimmin käytetyt keräintyypit ovat tasokeräimet ja tyhjiöputkikeräimet. Aurinkolämpöjärjestelmien hinta on tällä hetkellä noin 600 – 900 euroa/kW, mutta sen oletetaan jopa puoliintuvan vuoteen 2020 mennessä.
Aurinkopaneelit Aurinkopaneelien toiminta perustuu valosähköiseen ilmiöön; puolijohteeseen osuva fotoni vapauttaa elektronin, joka johdetaan ulkoisen virtapiirin kautta puolijohteen toiselle puolelle. Elektronien liike virtapiirissä synnyttää sähkövirran. Aurinkopaneelien tuottama sähkö on tasavirtaa, kun taas valta kunnallinen sähköverkko perustuu vaihtovirtaan. Mikäli aurinkopaneelien tuottama sähkö halutaan syöttää kiinteistön sähköverkkoon, on tasavirta ensin muunnettava vaihtovirraksi.
Piikennot • yleisimmin käytössä nykyisissä aurinkopaneeleissa • pitkä elinikä, jopa 25 – 30 vuotta • hyötysuhde välillä 14 – 25 % • sähköntuotanto normaalisti noin 140 W/m2 Ohutkalvokennot • ohut kenno mahdollistaa paneelin laminoimisen suoraan rakenteen pintaan • hyötysuhde välillä 4 – 20 %, riippuen kennon efektiivisestä materiaalista • vähemmän herkkä valon tulosuunnasta johtuvalle vaihtelulle
Viime vuosina aurinkopaneelien suosio on ollut selvässä kasvussa. Suosion kasvua selittää niin sähkön kuluttajahinnan nousu kuin aurinkopaneelien hinnan laskeminen kilpailukykyiselle tasolle. Vaikka paneelien hinnat ovatkin laskeneet, rajoittavaksi tekijäksi muodostuu usein muun tekniikan, kuten esimerkiksi akuston hinta. Tyypillisesti paneelien hinta on vain 35 – 40 % aurinkosähköjärjestelmän hankintahinnasta. Aurinkopaneelityyppejä on monenlaisia. Yleisimmin käytössä ovat piikennot ja ohutkalvotekniikkaan pohjautuvat paneelit. Aurinkosähköjärjestelmien hinta on tällä hetkellä noin 1800 euroa/kW. Hinnan ennustetaan laskevan noin kolmanneksella vuoteen 2020 mennessä.
Teoriassa aurinkoenergialla voitaisiin kattaa koko maapallon energiantarve.
28
Vedensäästö
Veden osuus kiinteistöjen käyttökustannuksista on varsin merkittävä. Veden hankinnan lisäksi kustannuksia aiheutuu veden lämmittämisestä sekä jätevedestä. Suomessa keskimääräinen vedenkulutus on noin 155 litraa/hlö/vrk, josta lämpimän veden osuus on noin 40 – 50 litraa/hlö/vrk. Asuinkiinteistössä veden lämmittämiseen kuluu tyypillisesti jopa 30 % koko kiinteistön lämmitysenergiasta. Tulevaisuudessa osuus tulee edelleen kasvamaan, sillä tilojen lämmitykseen tarvitaan koko ajan vähemmän energiaa. Vedenkulutusta voidaan vähentää merkittävästi vesikalusteiden virtaamia säätämällä. Usein virtaamat ovat suunniteltuja suuremmat. Lisäksi vesi kalusteissa saattaa esiintyä vuotoja, joita voi olla vaikea havaita. Pitkällä aikavälillä pienikin vuoto aiheuttaa vedenkulutukseen huomattavan kasvun. Suuressa osassa TA-Yhtiöiden kiinteistöjä käyttövesiputkiston paineet on tarkastettu ja säädetty oikealle tasolle. Samassa yhteydessä vesikalusteisiin on asennettu säästösuuttimia. Virtaamien ja paineiden säätäminen on tuottanut säästöjä sekä parantanut asumisviihtyvyyttä.
Säästösuuttimet Vedensäästösuuttimet rajoittavat suuttimen läpivirtausta. Yleisin ratkaisu on niin sanottu poresuutin, joka sekoittaa veteen ilmaa. Vesisuihkusta tulee tällöin pehmeämpi. Toinen vaihtoehto on niin sanottu vakiopainesuutin, joka pitää virtaaman vakiona putkiston paineesta riippumatta. Vedensäästösuuttimet pienentävät kiinteistöjen vedenkulutusta jopa 15 – 40 %. Tällöin veden lämmitykseen tarvittavaa lämpö energiaa säästyy noin 5 – 12 %.
29
TA-Yhtiöt Asiakaspalvelukeskus puh. 045 7734 3777 | info@ta.fi | www.ta.fi