Telulainen, Oulun ammattikorkeakoulun tekniikan ja luonnonvara-ala yksikön yhteinen julkaisu

Oulun ammattikorkeakoulun tekniikan ja luonnonvara-alan lehti

TELULAINEN

YKSIKÖN YHTEINEN JULKAISU

Oulunammattikorkeakoulun tekniikanjaluonnonvara-alanlehti

#Oamk_TeLu

Julkaisija

Oulun ammattikorkeakoulun tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö

Toimituskunta

Ville Isoherranen - yksikönjohtaja, Tekniikka ja luonnonvara-ala

Jouni Kääriäinen - koulutuspäällikkö, Matti Toppi- koulutuspäällikkö, Helena Tolonen - koulutuspäällikkö,

Mira Kekkonen - Editor-in-Chief

etunimi.sukunimi@oamk.fi

ISSN2670-2835

Sisällysluettelo

4 Tekniikan ja luonnonvara-alan tuloksellisuus ja tiimityö jälleen erinomaista!

6 ABB älykkäät sähkölaiteratkaisut

9 Huonekohtainen lämmönsäätöjärjestelmä lisää kiinteistön

energiatehokuutta ja asumismukavuutta

11 Vesitornin paineenkorotuspumpun vaikutukset

13 Rakennusalan laatuongelmat olisivat korjattavissa

15 Voimajohdon luvitus ja rakentaminen tuulipuistohankkeessa

19 Suunnitteluprosessin kehittäminen jakeluverkkoprojekteissa

21 Sähköajoneuvojen latauksen kuormanhallinta ja kysyntäjousto

24 Energiayhteisö ja hyvityslaskenta parantavat taloyhtiöiden asemaa uusiutuvan energian hyödyntämisessä

26 Duoraitiojunan mahdollisuudet Etelä-Pohjanmaalla ja Pohjanmaalla

28 Sähkönjakelun käyttövarmuus rautatieympäristössä

30 Valokaarivikasuojausjärjestelmän rakenne ja ominaisuudet

32 Study of hygrothermal behaviour for building elements in different environment by hotbox method

Tekniikan ja luonnonvara-alan tuloksellisuus ja tiimityö jälleen erinomaista!

kirjoittaja: TkT, Dos. Ville Isoherranen, yksikönjohtaja, Tekniikka ja luonnonvara-alan yksikkö, OAMK

Tekniikan ja luonnonvara yksikön tuloksellisuus on ollut erittäin hyvä vuodesta 2020 alkaen, yksikössä on tehty ennätystuloksia OKM-tulosmittareilla useana vuonna peräkkäin. Lisäksi on rakennettu kaksi uutta tutkinto-ohjelmaa, ensimmäistä kertaa Pohjois-Suomessa on tarjolla englanninkielinen konetekniikan tutkinto-ohjelma, sekä uusi kiertotalouden tutkinto-ohjelma. Lisäksi rakenteilla on toinen tekniikan englanninkielinen tutkinto-ohjelma, B.Eng. Circular Economy and Management, jonka suunniteltu aloitus on v.2025. Yksikön yhteishenki, tiimityö ja henkilöstön hyvinvointi ovat erinomaisia

Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikön toimintaa on kehitetty pitkäjänteisesti ja tuloksekkaasti. Toisen asteen väylä, Oamk Highway, on tullut tunnetuksi yksikön määrätietoisella työllä 2. asteen opiskelijoiden, PohjoisSuomen lukioiden ja ammattiopistojen keskuudessa. Highwaystä on muodostunut Suomen suurin 2.asteen väylä.

Tekniikan ylemmissä ammattikorkeakoulututkinnoissa (yamk) on tehty useana vuonna peräkkäin ennätystuloksia, viime vuonna 2022 saavutimme 93 yamk-tutkintoa. Jatkuvan oppimisen pisteissä tekniikan alan myönteinen kehitys jatkui, ja nostimme jatkuvan oppimisen, avoin-amk ja ristiinopiskelun pisteet myös ennätystasolle. Koronan leimaavat vuodet eivät ole hidastaneet tuloksellisuuden kehittymistä, vaan digitalisaation mahdollisuudet on hyödynnetty täysimääräisesti.

Yksikössä on rakennettu vuosina 2020–2022 kaksi uutta tutkinto-ohjelmaa. Energiatekniikan ja kiertotalouden uusittu tutkinto-ohjelma aloittaa syksyllä 2023 sekä ns. päiväryhmällä että monimuotoryhmällä. Uuden tutkinto-ohjelman tavoitteena on kouluttaa kiertotalouden asiantuntijoita ja tekniikan osaajia PohjoisSuomen yritysten ja organisaatioiden tarpeisiin. Tutkinto-ohjelmaa on rakennettu tiiviillä yhteistyöllä alueen yrityksien kanssa.

Tämän vuoden 2023 syksyllä aloittaa myös Pohjois-Suomessa ensimmäistä kertaa tarjolla oleva konetekniikan englanninkielinen tutkinto-ohjelma. Tässä B.Eng. Mechanical Engineering, Sustainable Product Development, tutkinto-ohjelmassa tavoitteena on kouluttaa kestävän kehityksen osaajia tuotekehityk-seen ja tuotesuunnitteluun. Tuotekehityksessä tehtävillä valinnoilla ja ratkaisuilla on suuri vaikutus tuotteen tai järjestelmän elinkaaren hiilijalanjälkeen ja kierrätettävyyteen. Juuri nyt on myös rakenteilla kolmas uusi tutkinto-ohjelma tekniikan alalle, B.Eng. Circular Economy and Management, kyseessä on uusi englannin-kielinen tutkinto-ohjelma, jossa erityisesti johtamiskoulutusta tuodaan osaksi insinöörikoulutusta, ja yhdiste-tääntämävahvaantekniseenosaamisen

- Tekniikan ja luonnonvara-alan tuloksellisuus on loistavalla tasolla, olemme ylittäneet tavoitteemme useana vuonna peräkkäin, YAMK-tutkinnoissa teimme viime vuonna kaikkien aikojen ennätyksen 93 tutkintoa.

Tulos

syntyy hyvästä tiimityöstä ja osaavista opettajista

Yksikön tuloksen takana ovat osaava henkilöstö ja hyvä tiimityö. Henkilöstön nostamia ideoita, jotka syntyvät usein vuorovaikutuksessa ympäröivän teollisuuden ja yrityselämän kanssa viedään rohkeasti eteenpäin. Oppimisympäristöt ja laboratoriot Linnanmaan uudella kampuksella ovat ajantasaiset ja mahdollistavat loistava opiskelijakokemuksen, jossa teorian siirtäminen käytäntöön tapahtuu luontevasti ja valmistaa edelleen yrityksessä tapahtuvalle harjoittelulle, projektitöille, työelämälähtöiselle oppimiselle. Uusi rakentamistekniikan laboratorio on juuri rakenteilla, ja se valmistuu v.2025. Kehitämme oppimisympäristöjä pitkäjänteisesti kehitystiekarttojen avulla ja investoimme myös jatkossa uusiin teknologioihin. Suurin tekniikan alan investointi Nuve-Lab on rakentunut autonomisten työkoneiden kehittämisen ympärille. Kaikki yhdessä tehty työ näkyy tekniikan opiskelijoiden palautteessa ja suositteluindeksissä (NPS), joka niin amk kuin yamk-opinnoista on hyvällä tasolla. Tekniikan ja luonnonvara-alalta valmistuvat ovat valmiina muuttamaan maailmaa!

Kirjoittajat : Ella Uusitalo, Insinööriopiskelija, Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö Veli-Matti Mäkelä, yliopettaja, Oulun ammattikorkeakoulu

Huonekohtainen lämmönsäätöjärjestelmä lisää kiinteistön

energiatehokuutta ja asumismukavuutta

Nykypäivän rakentamisessa ja asumisessa energiatehokkuus kulkee käsi kädessä asumismukavuuden kanssa. Iäkkäämpienkin rakennusten energiaratkaisuja ja -tehokkuutta tarkastellaan uudelleen aiempaa herkemmin. Oulun Sivakka Oy otti Oulun Haukiputaalla sijaitsevassa kerrostalossaan käyttöön uuden, huonekohtaisen lämmonsäätöjärjestelmän ja jatkaa projektin myötä energiatehokkaan ja kestävän asumisen kehittämistä vuokra-asuntoalalla.

Rakennusten lämmittäminen aiheuttaa yhden suurimmista hiilidioksidipäästöjen osuudesta Euroopassa. Hiilijalanjälkeä pystytään pienentämään vähentämällä lämpöenergiantarvetta. Suurimmissa osissa rakennuksista lämmönsäätö tapahtuu yhdessä paikassa, esimerkiksi kiinteistön lämmönjakokeskuksessa tai kattilahuoneessa. Huonekohtaisella lämmönsäätöjärjestelmällä voidaan varmistaa kiinteistön tarkoituksenmukainen lämmittäminen, joka parantaa koko kiinteistön energiatehokkuutta, parantaa asumismukavuutta sekä helpottaa kiinteistön ylläpitoa ja huoltoa. Huonekohtaisen lämmönsäätöjärjestelmän käyttöönottoa kerrostalokiinteistössä tarkasteltiin opinnäytetyössä, johon tämä artikkeli pohjautuu.

Lämmitys digitaaliseksi

Työssä tarkasteltava lämmönsäätöjärjestelmä Simap OptiControl asennettiin Oulun Haukiputaalla sijaitsevaan kerrostaloon 17. tammikuuta 2023. Kerrostalossa on 19 asuntoa ja sen lämmitysmuotona on kaukolämpö. Simap Opticontrol on jälkiasennettava kaksisuuntainen mittaus- ja ohjausjärjestelmä. Se koostuu kolmesta elementistä: tukiasemasta, älytermostaatista ja huoneanturista (kuva 1). Huoneanturiin säädettiin asetusarvo 21,5 °C, jota asukkaan on mahdollista muuttaa.

Työssä tutkittiin kaukolämmön normitettua kulutusta kohteessa sekä Simap-datajärjestelmästä saatavia lämpötilatietoja kolmen kuukauden ajalta. Haasteita työlle aiheutti kohteessa suoritetut remonttityöt helmikuussa ja maaliskuussa. Kohteen lämmitysverkostoa on jouduttu käyttämään tyhjänä. Tästä johtuen useampaan asuntoon toimitettiin sähköpattereita. Sähköpattereiden käyttö on vaikuttanut asuntojen sisälämpötiloihin ja kaukolämmön kulutukseen, minkä vuoksi työhön ei saatu täysin oikeellista dataa käytettäväksi. Saatujen tulosten perusteella järjestelmän asentaminen näyttäisi vähentävän kaukolämmön kulutusta. Tämä vaatii kuitenkin lisätutkimusta seuraavien lämmityskausien aikana.

Simap-datajärjestelmässä näytetään lämpötilamuutos asetusarvosta. Kuvasta 2 esitetään lämpötilakuvaaja kohteen kaikista asunnoista ja yleisistä tiloista. Kuvaajassa arvo 0 tarkoittaa asetusarvoa ja muut lukemat poikkeamaa asetusarvosta. Kuvaajasta nähdään suuri sisälämpötila-arvojen poikkeama helmikuun alussa. Tämä voidaan selittää asuntoihin tuoduilla sähköpattereilla. Ennen sähköpattereiden käyttöönottoa lukemat ovat

KUVA 1. Kohteeseen asennettu Simap Opticontrol-lämmönsäätöjärjestelmän huoneanturi.

hyvin lähellä asetusarvoa, mutta sähköpattereiden käyttäminen on aiheuttanut huomattavaa hajontaa lämpötiloissa.

Lähteet

Uusitalo, Ella. 2023. Opinnäytetyö. Selvitys huo-nekohtaisen lämmönsäätöjärjestelmän käyttöön-otosta.

KUVA 2. Kohteen asunnot ja yleiset tilat Simap OptiControl-datajärjestelmässä

Tulosten perusteella huonelämpötilat pysyvät hyvin asetusarvossaan vaikka ulkolämpötila muuttuisi nopeasti. Myös huonelämpötilan asetusarvon muutokset toteutuvat hyvin.

Seurantaa kannattaa jatkaa

Kolme kuukauden ajalta kerätty data ei vielä riitä näyttämään lämmitysjärjestelmän kokonaisvaltaista vaikutusta kohteessa. Valittujen aiheiden tarkastelu opinnäytetyössä onnistui hankaloittavista tekijöistä huolimatta.

Mahdollisia jatkotutkimuksen aiheita opinnäytetyön pohjalta voisivat olla esimerkiksi lämmityskulujen säästöjen tarkastelu ja kustannuslaskelmat. Asiakastyytyväisyys on yksi toimeksiantajan toimintaa ohjaava tekijä. Lähitulevaisuudessa asiakastyytyväisyyden ja lämmönsäätöjärjestelmän välistä yhteyttä on tärkeä kartoittaa.

Kirjoittaja(-t): Tuomas Pitkäaho insinööriopiskelija (AMK) Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö

Veli-Matti Mäkelä, yliopettaja Oulun ammattikorkeakoulu

Vesitornin paineenkorotuspumpun vaikutukset

Vesihuolto on yhteiskunnan hyvinvoinnin kannalta korvaamaton ala, ja kuten muutkin teollisuuden alat, se vaatii toimiakseen energiaa. Ilmastotavoitteiden yhä kiristyessä ja sähkön hintojen noustessa on kehitettävä ratkaisuja energian käytön vähentämiseksi. Kempeleen Vesihuolto Oy on harkinnut Kempeleen vesitornille paikallista paineenkorotusta, jolla se toivoo saavutettavan energiasäästöä ja samalla vedenjakeluverkoston rasitus vähenisi.

Kempeleen vesitornia täytetään öisin nostamalla verkostopumppauksen painetta vedenjakelujärjestelmän alkupäässä sijaitsevalla pumppaamolla

Pumppauspaineen asetusarvon nosto johtaa siihen, että paine nousee kaikkialla keskustan painepiirissä tuhlaten pumppausenergiaa ja rasittaen samalla verkostoa. Ratkaisuna tähän on harkittu paineenkorotuspumpun asentamista vesitornille. Paineenkorotuspumppu hoitaisi vesitornin täyttämisen öisin, eikä pumppauspaineen asetusarvoa tarvitsisi nostaa jakeluverkoston alkupäässä. Kuvassa 1 on esitetty Kempeleen vesitorni (1).

kuntoon. Työssä käytettiin vuoden 2022 tuntitasoisia vedenjakelun ja pumppauksen tietoja. Työhön liittyen tehtiin konsultointiyrityksen toimesta simulointi, jossa tarkasteltiin erisuuruisia Tuohinon pumppauspaineen arvoja yön eri kellonaikoina. Tarkastelussa käytettiin solmupistekarttaa. Simuloinnin tavoitteena oli selvittää, mikä olisi matalin käyttökelpoinen verkoston pumppauksen paine, jota voitaisiin käyttää varmistaen samalla vedenjakelun häiriöttömyys. Kuvassa 2 on esitetty yksinkertaistettu esimerkki simuloinnissa käytetystä solmupistekartasta

Kempeleen Vesihuolto Oy:n lähtökohta opinnäytetyölle oli, että vesitornille asennettava paineenkorotuspumppu säästäisi pumppaukseen käytettävän sähkön kulutusta ja vähentäisi verkoston rasitusta koko keskustan painepiirin alueella. Opinnäytetyössä tarkasteltiin paineenkorotuspumpun vaikutuksia pumppauskustannuksiin ja verkoston

Simuloinnilla selvitettiin matalin mahdollinen painetaso Tuohinon laitoksen pumpuille eri vuorokaudenaikoina. Simuloinnin tulosten perusteella pumppauspainetta voitaisiin laskea ainakin osan vuorokaudesta nykyisestä 4,7 bar:sta jopa 3,9 bar:iin.

KUVA 1 Kempeleen vesitorni, jonka täyttämiseen paineenkorotuspumppua on harkittu

KUVA 2 Esimerkki simuloinnissa käytetystä solmupistekartasta.

Paineenkorotuspumpusta monia hyötyjä

Vesitornille asennettava paineenkorotuspumppu laskisi keskustan painepiirin pumppauskustannuksia noin 8,8 %. Paineenkorotuspumpun hankinta ei ole kannattava investointi verrattaessa pelkästään pumppauskustannuksista saatuja säästöjä investoinnin kustannusarvioon. Investoinnilla saataisiin kuitenkin verkoston paine laskemaan, millä tulisi olemaan positiivisia vaikutuksia verkoston kuntoon. Matalamman öisen painetason ansiosta verkostossa esiintyvien putkirikkojen määrä harvenisi ja putkirikkoihin kuluvien korjauskustannusten määrä pienenisi. Olemassa olevien vuotojen suuruus pienenisi hieman ja uusien vuotojen ilmestyminen vähentyisi. Paineenkorotuspumpun hankinnalla aikaansaatu verkoston painetason lasku antaisi hyvät lähtökohdat tuleville investoinneille, kuten uusille pumppuhankinnoille Tuohinon laitokselle.

Paineenkorotuspumpun vaikutusten tarkastelu

Työssä selvitettiin Kempeleen vesitornille asennettavan paineenkorotuspumpun vaikutuksia pumppauskustannuksiin ja verkoston kuntoon ja kunnossapitotarpeeseen. Paineenkorotuspumpulla saadaan laskettua jonkin verran keskustan painepiirin pumppauskustannuksia, mutta säästöt jäävät pieniksi verrattuna investoinnin kustannuksiin. Investoinnilla saadaan kuitenkin verkoston paine laskemaan, millä on positiivisia vaikutuksia verkoston kuntoon. Lisäksi verkoston painetason lasku antaa hyvät lähtökohdat tuleville investoinneille.

Lähteet

[1]

Pitkäaho Tuomas, Paineenkorotuspumppu vesitornille, Oulun ammattikorkeakoulu, Energiatekniikan tutkinto-ohjelma, opinnäytetyö

Kirjoittaja(-t): Enni Pohjola, Soili Fabritius, Raimo Parkkila Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö Kuva: [2] Oulun ammattikorkeakoulu

Rakennusalan laatuongelmat olisivat korjattavissa

Rakentamisen laatuongelmat keskusteluttavat vuosi toisensa jälkeen. Syitä ongelmiin on löydetty ja ratkaisujakin olisi, mutta suurimpana esteenä muutokseen on heikko motivaatio. Laatuongelmien merkittävään vähentämiseen tarvitaan laajasti rakentamisen alan toimijoita.

Rakentamisen laatu Suomessa koetaan keskinkertaiseksi. [1] Laatuongelmat vaikuttavat kilpailukykyyn ja aiheuttavat taloudellisiakin tappioita. Siksi on tullut aika tunnistaa laatuongelmat ja etsiä konkreettiset ratkaisut niiden ehkäisemiseksi Kaikkein tärkeintä on selvittää, miksi muutoksia, joiden avulla laatuongelmia voitaisiin ratkaisevasti vähentää, ei saada läpi työmailla.

Syyt laatuongelmien takana

Rakennusalalla toteutettujen kyselyiden mukaan laatuongelmien pääsyy on kiire. Muiksi syiksi mainitaan muun muassa työnjohdon osaamattomuus ja riittämättömyys, valvonnan puute, tekijöiden heikko ammattitaito ja ammattiylpeyden puute, huolimattomuus, liian kireät aikataulut sekä virheet ja puutteet suunnittelussa. [2]

Kireä aikataulu voi aiheuttaa laatuongelmia, jos esimerkiksi työvaiheiden vaatimia aikoja ei ole huomioitu tarpeeksi. Lisäksi tuloksena on usein myös kiireentuntu, joka vaikuttaa työskentelyyn ja työssä jaksamiseen. [2]

Kiireessä työn tekeminen on paineistettua. Tällöin virheiden riski kasvaa ja työvaiheissa saatetaan oikoa. Yleensä kiire on kuitenkin seurausta muista hankkeen tuotannon ja suunnittelun ongelmista. Kiirettä aiheuttavat syyt jäävät helposti huomaamatta, kun vaikuttavia tekijöitä on useita. [2]

Yleensä kiire on kuitenkin vain seurausta muista hankkeen tuotannon ja suunnittelun ongelmista.

Kun kiirettä aiheuttaa työn aloituksen viivästyminen tai työn keskeytyminen, syynä voi olla suunnitelmien viivästyminen tai keskeneräisyys. Keskeneräiset suunnitelmat aiheuttavat keskeytyksiä työssä tai pahimmillaan työ tehdään keskeneräisten suunnitelmien mukaisesti ja virhe on syntynyt. Jos suunnittelua tapahtuu yhtäaikaisesti rakentamisen kanssa, suunnitelmien viivästymisellä on suora yhteys rakennustyön aikataulun viivästymiseen. [2]

Laatuongelmien syitä selvitettiin Rakennusliiton laatukyselyllä. Tulosten mukaan suurin laatuongelman aiheuttaja on kiire 49 %:n osuudella. Kiireentuntu nostaa riskiä virheen tekemiseen. Seuraavan riskin laatuongelmille muodostavat valvonta, osaamattomuus ja ammattitaidottomuus 19 %:n osuudella. [1] Työntekijöiden välinpitämättömyyden havaittiin olevan 8 %:ssa laatuongelman taustalla. Se voi johtua turhautumisesta, joka puolestaan voi olla seurausta työnjohdon osaamattomuudesta.

Laatuongelmien syyt [1]

Laatuongelmien syyt ovat moninaisia, mutta suurin osa ongelmien syntymisestä aiheutuu ihmisten toiminasta tai toiminnan puutteesta. Vastausten perusteella todettiin, että työntekijöiden yhteishengen koetaan olevan työmailla hyvä, minkä tulisi edistää virheisiin puuttumista. [1]

Työmaan resurssit kuntoon

Kiireen syntymistä työmaalle voidaan estää parhaiten panostamalla työmaan johdon ja valvonnan resursseihin. Tällöin varmistetaan, että resurssit arvioidaan oikein ja ennakkosuunnittelu

toteutetaan kunnolla. Työnjohto osaltaan varmistaa, että edellytykset työvaiheiden etenemiseen ovat kunnossa, jolloin tekijä saa keskittyä työn laadukkaaseen tekemiseen. [2]

Hankkeeseen jo syntyneiden aikatauluviiveiden umpeen kurominen on mahdollista ilman, että laatu kärsii. Työmaan resursseja lisäämällä laatupoikkeamiin liittyvät riskit vähenevät tai poistuvat kokonaan. [2]

Rakennusalaa vaivaavan työnjohtajapulan vuoksi työnjohtajiksi palkataan usein nuoria ja kokemattomia henkilöitä. Ennakoinnin ja laadunvalvonnan toteuttaminen on haasteellista, kun kokemusta ei ole. Resurssit työmaan johdossa tulisi mitoittaa niin, että kokematon työnjohtaja saa tarvittavan tuen ja avun oman työnkuvansa laadukkaaseen suorittamiseen. [2]

Osaamattomuus, asenne ja kiire laatuongelman takana

Laatuongelmien vähentämiseksi työmaajohdon koulutukseen ja määrään tulisi tehdä muutoksia. Määrää lisäämällä työ ehdittäisiin suunnitella tuotantoa silmälläpitäen ja työn valvontaan ja ohjaukseen voitaisiin panostaa aiempaa paremmin. Jos tuotannonohjauksessa on ongelmia ja ongelma tiedetään, tulisi sen ratkaisemiseen panostaa.

Laatuongelmien vähentämiseen olisi keinot ja osaaminen, mutta asenneongelmat ja alan tahtotila tuntuvat olevan esteenä suurelle muutokselle.

Rakentamisen laatuongelmien syitä on kartoitettu useiden eri toimijoiden toimesta ja syyt ovat melko selkeitä, mutta silti toivottua muutosta ei tunnu syntyvän.

Laatuongelmien vähentämiseen olisi keinot ja osaaminen, mutta asenneongelmat ja alan tahtotila tuntuvat olevan esteenä suurelle muutokselle.

Työnjohdolla ja -tekijöillä on tiedot ja taidot hyvän laadun tuottamiseen, muttei sitä silti toteuteta. Olisiko tähän ratkaisuksi laatupalkinnot tai muut laadukkaan työn lisät?

Tämän ajan työntekijät eivät halua eläkevirkaa vaan vaihtavat tarvittaessa sujuvasti työpaikkaa, työnkuvaa tai alaa. Ennen työntekijä teki kaikkensa työnantajan eteen. Nykyajan työntekijä tekee, jos siitä maksetaan. Tästä syystä hyvän laadun tuottaminen tulisi joko juurruttaa työntekijöiden ja työmaan toimintakulttuurin tai siitä pitää maksaa ylimääräistä. [3]

Ratkaisuna koko alan laatutalkoot

Laatuongelmien poistamiseksi rakennusalan toimintatapojen tulisi muuttua monella tapaa. Ongelma tulisi ottaa todesta ja kaikkien alan toimijoiden tulisi osallistua laatutalkoisiin.

Rakennusalan isoimpia ongelmia on vuorovaikutuksen puute. Rakennuttaja–suunnittelijat–urakoitsijat-ketju tulisi saada jo hankkeen alkumetreiltä toimimaan. Kun oikea tieto on oikeaan aikaan oikeiden ihmisten saatavissa, riskit laadunhallinnassa vähenevät huomattavasti. [2]

Suunnittelun ongelmien poistamisella on suora yhteys työmaan laadunhallinnan riskien poistumiseen. Suunnitelmien keskeneräisyys ja puuttuminen olisi helposti ehkäistävissä, kunhan niihin vain kiinnitettäisiin enemmän huomiota. Suunnittelua kannattaisi aikatauluttaa enemmän. Tällöin myös lisäresurssien sijoittaminen on helpompaa.

Suunnittelijoiden jalkautuminen työmaille saattaisi myös ehkäistä ongelmien syntyä, kun käsitys käytännöstä olisi selkeämpi.

Työmaan resurssien oikeanlainen mitoitus mahdollistaa laadukkaan tuotannon. Ennakkosuunnittelun tärkeyttä tulisi korostaa entisestään ja siihen pitäisi varata enemmän resursseja. Suunnittelunja tuotannonohjaus tulisi olla sidoksissa toisiinsa.

Työmaan valvonnan tärkeys korostuu entisestään, kun urakoita ketjutetaan useille eri toimijoille. Myös yhteisen kielen puuttuminen voi tuoda osaltaan väärinymmärryksiä, jotka voidaan ehkäistä riittävällä valvonnalla. [2]

Tuumaustauot toisivat tukea rauhalliseen, johdonmukaiseen työskentelytapaan. Vastaan tulleiden ongelmien dokumentointi ja niiden ratkaisuista oppiminen sekä tiedonvaihto eri osapuolten välillä toisivat rakentamiseen toivottua oppimisketjua ja vuorovaikutusta.

Lähteet

[1] Rakentamisen laatu RALA ry. (2017). Työmaan laatukysely, esitys kyselyn tuloksista. Hakupäivä: 31.1.2023. https://www.rala.fi/download_file/view/325/464

[2] Mölsä, Seppo 2018. ”Kiireessä ei synny priimaa”, selittävät rakennusmiehet laatuongelmia Rakennusliiton kyselyssä. Rakennuslehti. Hakupäivä: 21.1.2023. https://www.rakennuslehti.fi/2018/02/kiireessa-ei-synny-priimaa-valittavat-rakennusmiehet-liiton-kyselyssa/

[3] Rosendahl, Tanja 2019. Y- ja Z-sukupolven työhön sitoutuminen. Opinnäytetyö. Tampereen ammattikorkeakoulu. Hakupäivä: 31.1.2023. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk2019120224095

Kirjoittajat: insinööriopiskelija (AMK) Eemil Kaikkonen ja Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö yliopettaja Ensio Sieppi Oulun ammattikorkeakoulu Kuvat: insinööriopiskelija (AMK) Eemil Kaikkonen

Voimajohdon luvitus ja rakentaminen tuulipuistohankkeessa

Wpd Finland Oy kuuluu wpd-konserniin, joka on yksi Euroopan johtavista tuulivoima-alan toimijoista. Wpd Finland Oy aloitti toimintansa vuonna 2007 ja kehittää maatuulivoimaprojekteja Suomessa. Selvitystyön pääpainona on tuulivoimapuiston voimajohdon luvitukseen, suunnitteluun ja rakentamiseen liittyvät asiat. Rakennusvaiheet käydään yksityiskohtaisesti läpi todellisista työvaiheista otettujen kuvien avulla. Sähkötekniikan insinööriopiskelija (amk) Eemil Kaikkonen toteutti selvitystyön wpd Finland Oy:lle.

Tuulipuistot ovat suuressa merkityksessä nykypäivän energiataloutta. Nykypäivän energiatuotantomalleista se on myös hyvin vähän hiilidioksidipäästöistä ja uusiutuvaa.

Tuulivoimassa auringon purkaukset aiheuttavat ilmanpaine-eroja, jotka tuntuvat maapallolla tuulena. Tuulen liike-energia muutetaan tuulivoimalassa sähköksi. Voimalan lavoilla tuuli muutetaan pyöriväksi liikkeeksi. Pyörivä liike muutetaan generaattorilla lopuksi sähköenergiaksi.

Energia, joka käytetään turbiinin valmistusvaiheessa, tuotetaan takaisin viimeistään vuoden sisällä.

Tuulivoimapuisto

Tuulivoimapuistoa rakennettaessa päästöt syntyvät voimaloiden valmistusvaiheessa ja rakentamisesta syntyvistä päästöistä. On kuitenkin tutkittu, että voimaloiden tuottamiseen tarvittava energia tuotetaan takaisin vuoden sisällä, kun voimala on tuotantokäytössä. Tuotantovaiheessa voimaloista ei synny juuri päästöjä ympäristöön. (1, s.10.)

Tuulivoimapuisto tarkoittaa kokonaisuutta, jonka pääkomponentit ovat yksi tai useampi tuulivoimala, sähköasema, puistokaapelointi ja voimajohto. Voimalat tuottavat sähkön, ja puistokaapelointi mahdollistaa sähkönsiirron puiston sisällä yhteen paikkaa. Sähköasemalla, jonne puiston tuottama sähkö kerätään, sijaitsee myös puiston ohjain- ja suojausyksiköt sekä päämuuntaja. Sähköasemalta tuotettu sähkö jatkaa matkaa voimajohtoa pitkin joko suoraan tai jakeluverkkoyhtiön kautta Suomen kantaverkkoon.

KUVA 1. Tuulivoimala (2)

KUVA 2. Tuulivoimapuisto (1, s. 11)

Tuulivoimahankkeen kehittäminen

Tuulivoimaprojekti on pitkäaikainen prosessi, ja hankekehitys ja rakentamisvaihe kestävät yleensä 4–8 vuotta. Rakentaminen tästä aikajanasta kestää 2–3 vuotta. Projekti voidaan jakaa vaiheisiin: kartoitus, suunnittelu ja luvitus, rakentamisen valmistelu, rakentaminen, tuotanto ja purku.

todella suosittua, mikä näkyy myös alan työmarkkinoilla positiivisena asiana. Alalla etsitään jatkuvasti osaajia eri osaamisalueilta hankekehityksestä aina huoltoasentajiin ja lakimiehiin asti. Ala tuo tällä hetkellä suorasti tai kerrannaisvaikutteisesti kymmeniä tuhansia henkilötyövuosia. (2.)

Sähkön siirtäminen

Sähkön siirto puistosta tapahtuu yleisimmin voimajohtoa pitkin 110 kV:n tai 400 kV:n jännitteellä. Jännitetasot ovat näin suuria, koska isojen tehojen siirtäminen suurilla jännitteillä on mahdollisimman energiatehokasta.

Mitä puistot sitten nykypäivänä tuottavat? Puistojen koot vaihtelevat suuresti hankekohtaisesti paljon useasta voimalasta jopa satoihin voimaloihin. Nykypäivän voimalat ovat teholtaan noin 6–7 MW. Se tarkoittaa, että yksi voimala voi tuottaa jopa 25 000 MWh vuositasolla, ja se taas tarkoittaa noin 5 000 omakotitalon sähkön vuosikulutusta, kun talo lämpiää muulla kuin sähköllä. Nykypäivän puistoissa puhutaan siis jo suurista sähköntuotantomahdollisuuksista, jotka vaativat oman voimajohdon. (1, s. 14.)

Puiston sisällä jännite on yleensä 33 kV. Sähköasemalla päämuuntajan avulla jännite nostetaan siirtoa vaativalle tasolle. Jännitetaso määräytyy puiston kokonaistehon ja mahdollisen liittymäpisteen mukaan. Liittymäpisteeksi kutsutaan kohtaa, jossa puisto liittyy joko jakeluverkon kautta tai suoraan Suomen kantaverkkoon, jonka omistaa Fingrid Oyj.

Voimajohdon suunnittelu ja luvitus

Puiston voimajohdon luvittaminen ja suunnittelu ovat oma prosessinsa itse tuulivoimapuiston lisänä. Se aloitetaan reittisuunnittelulla, josta siirrytään ympäristövaikutusten arviointiin (YVA). Hyväksytyn YVA-menettelyn kautta siirrytään tutkimusluvan ja hankeluvan tekemiseen. Viimeiseksi voidaan aloittaa yleissuunnittelu ja lunastusmenettely. Lunastusluvan saamisen jälkeen ja yleissuunnittelun valmistuttua voidaan aloittaa rakentaminen.

KUVA 3 Tuulivoimaprojektin aikajana (1, s. 13)

Suomessa saavutettiin vuonna 2022 tuhat rakennettua voimalaa. Tämän määrän lisäksi 11/2022 tuulivoimaloita Suomessa oli eri vaiheissa projekteja 6 827 (3). Tällä hetkellä tuulivoima on siis

Voimajohdon luvituksen eri vaiheissa toimitaan yhteistyössä eri viranomaisten kuten ELY:n, Energiaviraston, työ- ja elinkeinoministeriön sekä Maanmittauslaitoksen kanssa. Myös konsultit, urakoitsijat ja maanomistajat ovat suuressa osassa tätä prosessia. Näiden viranomaisten kautta haettavilla selvityksillä ja lupa-asioilla mahdollistetaan ympäristöä ja maanomistajia huomioivat ratkaisut.

KUVA 4 Voimajohdon luvituksen vaiheet (1, s. 18)

Yleissuunnittelu

Yleissuunnittelu mahdollistaa voimajohdon rakentamisen. Yleissuunnittelu tekee kaikki voimajohtoon vaadittavat dokumentit ja laskennat reittikartoista maaperätutkimuksiin ja pylvässuunnitteluun asti. Yleissuunnittelu hoitaa myös maanomistajien informoinnin voimajohdosta sekä huomioi maanomistajien yhteydenotot ja vastaa kysymyksiin. Yleissuunnittelu mahdollistaa toteutettavan voimajohdon rakentamisen turvallisesti.

Voimajohdon rakentaminen

Voimajohdon rakentamisessa hyödynnetään talviaikaa, jolloin liikkuminen koneilla on mahdollista myös kosteilla ja vetisillä paikoilla. Rakentaminen on helpoin jakaa vaiheisiin.

Perustöiden jälkeen on vuorossa pylväsrakentaminen. Tässä vaiheessa pylvään tyypistä riippumatta pylväs kasataan pylväspaikalla. Kasaustapa vaihtelee pylvästyyppien mukaan. Nykypäivän pylväät on yleisimmin valmistettu teräksestä, ja osien määrä vaihtelee kymmenistä satoihin metalliosiin. Pylvään pystytys on seuraavana. Valmiiksi rakennettu pylväs nostetaan sille kuuluvan betoniperustuksen päälle, johon se pultataan kiinni. Tässä vaiheessa pylvääseen kiinnitetään myös eristimet ja johdinpyörät.

KUVA 5 Johtoalueen etäisyydet (1, s. 24)

Ensimmäisessä vaiheessa poistetaan puusto tulevalta johtoalueelta. Puuston poiston jälkeen vuorossa ovat perustustyöt. Voimajohdon pylväitä varten maahan kaivetaan yleensä betonista valmistetut perustukset. Perustukset ovat joko valmiita elementtiperustuksia, jotka vain kaivetaan maahan, tai paikallaan valettavia perustuksia, joissa betonin valu- ja raudoitustyöt suoritetaan merkityllä pylväspaikalla.

KUVA 7 Pylvään pystytys (1, s. 32)

Johdinveto on pylvään pystytystä seuraava vaihe. Veto tapahtuu ennalta määrätylle vetovälille. Johdin kulkee johdinpyöriä pitkin pylväältä toiselle. Veto tapahtuu kahdella koneella, joista toinen kone vetää ja toinen kone jarruttaa vetoa niin, että johtimet pysyvät ilmassa.

KUVA 6 Paikallaan valettavan perustuksen raudoitus työt kesken (1, s. 30)

Johtimien sitominen on viimeinen vaihe, jossa johtimet kiinnitetään eristimiin ja johdinpyörät poistetaan. Johtimien sidontavaiheessa asennetaan johtimiin tarvittaessa värinän vaimentimet ja välisiteet.

110 kV:n pylväs

Tulevaisuudessa kiinnostavaa on, pystytäänkö nykyteknologiaa hyödyntämään työvaiheissa, onko mahdollista työskennellä ympäri vuoden tai saadaanko työn raskautta kevennettyä koneellisesti.

Hankekehityksessä hidasteena on viranomaisten palvelujen ruuhkaisuus ja siitä johtuvat pitkät lupien käsittelyajat. Ennen kuin tähän asiaan tulee muutos, on hankekehitysvaiheen kestoa vaikea saada lyhenemään ja prosessia nopeutumaan.

Lähteet

1. Kaikkonen, Eemil 2022. Voimajohdon luvitus ja rakentaminen tuulipuisto hankkeessa. Oulun ammattikorkeakoulu. Sähkö- ja automaatiotekniikka. Opinnäytetyö. Hakupäivä 6.12.2022. https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/787486/Eemil_Kaikkonen.pdf?sequence=2&isAllowed=y

2. Suomen Tuulivoimayhdistys. Ajankohtaista. Työpaikkoja. 2020. Hakupäivä 6.12.2022. https://tuulivoimayhdistys.fi/kategoria/tyopaikkoja

3. Suomen Tuulivoimayhdistys 2022. Tuulivoimahankkeet Suomessa 11/2022. Suomen Tuulivoimayhdistys ry. PowerPoint-esitys.18.11.2022. Sweco. Hakupäivä 6.12.2022. https://tuulivoimayhdistys.fi/media/tuulivoimahankkeet_syksy_2022_11.pdf

KUVA 8. Johdinveto alkamassa

KUVA 9. Vapaasti seisova teräsrakenteinen

Kirjoittajat: insinööriopiskelija (AMK) Tapio Vierelä ja Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö yliopettaja Ensio Sieppi Oulun ammattikorkeakoulu

Suunnitteluprosessin kehittäminen jakeluverkkoprojekteissa

Omexom on energia-alalla toimiva yritys, joka on osa maailmanlaajuista Vinci-konsernia. Omexom halusi sähkön jakeluverkkoprojektien suunnitteluprosessiin liittyvän kehitystyön. Sähköinsinööriopiskelija (amk) Tapio Vierelä esittää tutkielmassa yleisesti ja yrityksessä kehitettäviä kohteita ja ratkaisuja niihin.

voi jakaa karkeasti neljään eri osaan: yleis-, sähköja maastosuunnitteluun sekä dokumentointiin.

Vuonna 2017 VINCI Energies osti norjalaisen Infratekin, joka lanseerattiin vuonna 2019 Omexomtuotemerkin alle. Alkunsa Oulussa toimiva jakeluverkkoprojektien toimipiste on saanut Pohjolan Werkonrakennuksesta, jonka Infratek osti vuonna 2016 toimittuaan PWR:nä vuodesta 2006 asti. (1.)

Omexom toimii sähköverkkojen tuotannossa ja siirrossa monella osa-alueella neljällä eri maanosalla. Omexom tarjoaa sähkön kanta- ja jakeluverkkopalveluita ympäri Suomea. Suomessa työntekijöitä on tällä hetkellä 260 ja toimipaikkoja 12. (1.)

Jakeluverkkoprojektit urakkana

Yksi Omexomin viidestä liiketoiminta-alueesta on jakeluverkkoprojektit. Nimensä mukaan se toteuttaa projektiluontoisia töitä pääsääntöisesti urakkamuotoisena ja toimii hankkeen pääurakoitsijana. Tilaajia ovat yleensä verkkoyhtiöt, kaupungit ja kunnat sekä operaattorit. (1.)

Projekti koostuu pääpiirteittäin suunnittelu-, toteutus- ja loppudokumentointivaiheesta. KVR- eli kokonaisvastuurakentamisen urakkamuodossa nämä kaikki vaiheet ovat pääurakoitsijan vastuulla. Lisäksi on muita variaatioita, joissa on voitu rajata tiettyjä osa-alueita urakan ulkopuolelle. Pääurakoitsijan lisäksi urakkaa on toteuttamassa monesti eri alan aliurakoitsijoita. (2, s. 9.)

Urakan suunnitteluvaihe

Suunnittelu on tärkeä osa hyvin onnistunutta projektia. Jakeluverkkoprojekteissa suunnittelutyön

Yleis- ja sähkösuunnittelussa mukautetaan verkonsaneeraus verkkoyhtiön verkostopolitiikkaan ja mitoitetaan sähköverkko määräysten mukaisesti. Maastosuunnittelussa verkkotietojärjestelmässä suunniteltu verkkosuunnitelma sijoitetaan ja luvitetaan maastoon. Dokumentoinnissa toteutunut rakentamis- ja asennusvaihe dokumentoidaan tilaajan järjestelmiin muun muassa erilaisin pöytäkirjoin ja paikannustiedoin. (2.)

Projektiprosessi

Projektin elinkaari kulkee tarjousvaiheesta projektin luovutukseen asti. Tarjousvaiheessa tavoitteena on laskea urakalle hinta, joka kattaa kulut, ja jäljelle jää vähän liikevoittoakin. Alalla kilpailu on kovaa ja erot tarjousten välillä ovat välissä hyvinkin pieniä.

Voitetun tarjouskilpailun jälkeen projekti polkaistaan käyntiin kokoamalla projektiorganisaatio yleensä projektipäällikön johdolla. Aloitusvaiheessa käydään läpi projektin luonne, laajuus ja suunniteltu aikataulu.

Onnistunut projekti viedään läpi aloituksesta luovutukseen asti arvioidussa aikataulussa ja budjetissa. Tähän väliin mahtuu monta eri vaihetta kuten suunnittelua, rakentamista, asennusta ja

”Urakkaa pukkaa!”

”Hyvin suunniteltu, puoleksi tehty!”

”Ei yksin, vaan yhdessä!”

KUVA 1. Yksinkertaistettu projektiorganisaatio (2, s. 14)

käyttöönottoa. Yleensä työvaiheet ovat pitkälti riippuvaisia toistensa valmistumisesta joko osittain tai kokonaan.

”No paljonko se maksaa?”

Tilaaja kilpailuttaa urakan tarjoajien kesken. Valintaperusteita on useita, mutta lähes aina urakan hinnalla on suurin painoarvo. Urakan hinta koostuu pääsääntöisesti materiaaleista, aliurakoinnista sekä oman työn osuudesta.

Urakan päätteeksi on hyvä vertailla laskennan mukaista kustannusarviota toteutuneisiin kustannuksiin. Kuvassa 2 on tehty kustannusten vertailu laskennan ja toteutumisen välillä.

esimerkiksi taloudelliselta kannalta: mitä kannattaa suosia ratkaisuissa ja mitä välttää. Nämä asiat on hyvä käydä läpi projektinjohdon kanssa aloitusvaiheessa ja pitää sovituista kiinni projektin läpi.

Koska suunnittelu on monivaiheista, pitää pyrkiä mahdollisimman paljon yhdistämään eri työvaiheita ja ennakoimalla tekemään työvaiheita samanaikaisesti niiltä osin, kuin se on mahdollista. Tästä hyvänä esimerkkinä on komponenttien teknisten tietojen täyttö järjestelmään jo suunnitteluvaiheessa, mikäli ne ovat tiedossa. Tämä vaihe jää näin pois loppudokumentoinnista.

KUVA 2 Kustannusten vertailu laskennan ja toteutumisen välillä (2, s. 18)

Suunnittelu on usein pääurakoitsijan omaa työtä, ellei sitä osteta aliurakointina. Suunnittelutiimille on hyvä tuoda esille projektin aloituksessa tiimiläisten työlleen lasketut kustannusarviot ja projektin lopussa kertoa todelliset kustannukset.

”Osaamme, innovoimme, sitoudumme!”

Suunnitteluprosessin kehittäminen

Teknisen infrastruktuurin, vaatimusten ja rajoitteiden lisääntyessä suunnittelutyö on jatkuvasti yhä haastavampaa toteuttaa. Paras tekijä tällaiseen työhön on osaava suunnittelija, jolla on selkeä tehtävänkuva ja tavoite sekä tarvittavat ohjeistukset työn suorittamiseen.

Tekijän on hyvä tietää, mitä kaikkea hänen täytyy tehdä saadakseen työ valmiiksi ja paljonko tähän voi käyttää aikaa ja kustannuksia. Tavoitteiden määrittely ja niiden seuranta työn edetessä ovat tärkeitä toimenpiteitä.

Tekijällä täytyy olla myös hyvä tieto, mitä kyseisessä projektissa tulee ottaa erityisesti huomioon

KUVA 3 Kehitys takaa menestyksen! (3, s. 1)

Suunnitteluprosessia, kuten myös muita projektiin liittyviä prosesseja ja työvaiheita, tulee kehittää jatkuvasti. Työskentelytapoja tulee tehostaa, mutta laatu ei saa tästä kärsiä. Kehittämistyötä tulee toteuttaa niin erillisinä kehitysprojekteina kuin myös osana jokapäiväistä tekemistä ja hyvien käytänteiden jakamisena muillekin tekijöille. Tärkeässä osassa prosessien kehittämisessä on osaava ja sitoutunut henkilöstö. Osaamisella ja innovoinnilla voi saada aikaan huomattavaakin tehostamista aiemmin totuttuihin tapoihin ja keinoihin.

Lähteet

1. Omexom 2022. Yhtiömme. Hakupäivä 9.12.2022. https://www.omexom.fi/yhtiomme/

2. Vierelä, Tapio 2022. Suunnitteluprosessin kehittäminen jakeluverkkoprojekteissa. Oulun ammattikorkeakoulu. Sähkö- ja automaatiotekniikka. Sähkötekniikka. Opinnäytetyö. Hakupäivä 10.5.2023. https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/786992/Vierela_Tapio.pdf?sequence=2&isAllowed=y

3. Bullick, Anthony 2018. Sans press releases, how PR helps your business increase sales. Outwrite. Hakupäivä 10.5.2023. https://www.outwrite.co.uk/blog/sans-press-releases-pr-helps-business-increase-sales/

Kirjoittaja: insinööriopiskelija (AMK) Teemu Iivari ja Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö yliopettaja Ensio Sieppi Oulun ammattikorkeakoulu

Sähköajoneuvojen latauksen kuormanhallinta ja kysyntäjousto

Sähköisessä liikenteessä on monia mielenkiintoisia hyödyntämismahdollisuuksia, sillä sähköajoneuvoja voi ajatella eräänlaisina liikkuvina energiavarastoina. Näiden energiavarastojen lataus on kuitenkin sulautettava nykyiseen sähköverkkoon hyvin, sillä oikein hyödynnettynä niiden positiiviset vaikutukset ovat huomattavat verkon yleisen toiminnan kannalta. Sähkötekniikan insinööriopiskelija (amk) Teemu Iivari toteutti tutkimustyön Sweco Talotekniikka Oy:lle.

Sähköajoneuvojen yleistyessä myös latauspisteiden kysyntä on kasvanut räjähdysmäisesti. Sähköajoneuvojen yleistymistä ovat nopeuttaneet huomattavasti nykyinen maailmantilanne ja ilmastopolitiikka, joka pyrkii pääsemään fossiilisista polttoaineista eroon mahdollisimman nopeasti hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Erityisesti liikenteen sähköistymistä viime aikoina ovat nopeuttaneet polttoaineiden hinnannousu ja valtion antamat latausinfra-avustukset. (1, s. 8.)

Sähköajoneuvojen lataus

Sähköajoneuvojen latauksella tarkoitetaan ulkoisella teholähteellä tapahtuvaa lataustapahtumaa. Yksinkertaisimmillaan ajoneuvo liitetään pistotulpalla latauspisteen ja lataus alkaa. Latauspisteen teho ja tyyppi vaihtelevat lataustavan mukaan. Suomessa käytetään neljää eri lataustapaa, joista yleisimpiä ovat lataustavat 3 ja 4. Tämäntyyppisiä latauspisteitä on yleisimmin taloyhtiöiden pysäköintialueilla ja julkisilla alueilla. Asuinrakennusten yhteyteen asennettavat mode 3 -latauspisteet toimivat vaihtovirralla, ja julkisille latauspisteille asennetaan yleensä suurempitehoisia mode 4 -DC-pikalatausasemia.

KUVA 1. Suomessa ensirekisteröidyt henkilöautot käyttövoimittain aikavälillä tammi-elokuu 2022 (2)

Vakuutusyhtiö Ifin toukokuussa 2022 tuottaman kyselyn mukaan jopa 45 % suomalaisista valitsisi jonkin sähköistä voimalinjaa käyttävän ajoneuvon perinteisen polttomoottoriauton sijaan. Valtaosa sähköauton valinneista harkitsee myös seuraavaksi autokseen sähköautoa polttomoottoriauton sijaan. Sähköauton hankintaa varjostaa kuitenkin edelleen niiden kova hankintahinta, jonka vuoksi 53 % kyselyyn vastanneista jättää sähköajoneuvon toistaiseksi ostamatta. Muita hankintaa varjostavia tekijöitä ovat Suomen maantieverkon suuret etäisyydet ja siitä aiheutuva latausasemien riittämättömyys. Teknologian kehittyessä hankintahinnat kuitenkin tulevat laskemaan ja luotto sähköajoneuvoihin kasvaa. (3.)

Jopa 45 % suomalaisista valitsisi jonkin sähköistä voimalinjaa käyttävän ajoneuvon perinteisen polttomoottoriauton sijaan.

Erityisesti taloyhtiöt ovat alkaneet asentaa latauspisteitä remonttien yhteydessä lakiuudistuksen myötä. Maaliskuussa 2021 eduskunnan hyväksymä laki 733 § rakennusten varustamisesta latauspisteillä ja latauspistevalmiuksilla velvoittaa taloyhtiön, joka remontoi hallinta-aluettaan laajamittaisesti, asentamaan vähintään latauspistevalmiudet laissa esitettyjen määrävaatimusten mukaisesti. Vuoden 2021 jälkeen myös kaikkiin uudisrakennuksiin tulee rakentaa latauspistevalmiudet. Käytännössä latauspistevalmiuden rakentaminen tarkoittaa kaapelireittien asentamista pysäköintialueille tulevia latauspisteitä varten, mutta ennen tätä taloyhtiön tulee teettää alkukartoitus. (4.)

Latauspisteiden alkukartoituksessa taloyhtiölle tehdään selvitys latauspisteiden toteutuksesta. Kartoituksessa käydään läpi nykyisen sähköjärjestelmän kunto ja kuormitus, jotta latauspisteet voidaan mitoittaa nykyiseen sähköjärjestelmään. Suurimpiin latausjärjestelmiin suositellaan käytettäväksi kuormanhallintaa, jolla voidaan välttää muun sähköjärjestelmän ylikuormitustilanteet tai jopa kokonaan nykyisen sähköliittymäkoon kasvattaminen.

Kuormanhallinta

Kuormanhallinnalla hallitaan sähköajoneuvon latauksen aikana syntyviä kuormia. Kuormanhallinnan voi toteuttaa joko perinteisesti jakamalla latausteho samaksi kaikkien pysäköintialueen latauspisteiden kesken tai dynaamisella kuormanhallintajärjestelmällä. Älyllä toteutettava dynaaminen kuormanhallinta ohjaa latausjärjestelmää tiedonsiirtoväylän kautta, joka voidaan toteuttaa joko langallisesti tai langattomasti.

Älykkäitä kuormanhallintajärjestelmiä käytetään erityisesti tilanteissa, joissa muun sähköjärjestelmän kuorma on suurta tai joissa on suuria eroja vuorokauden eri ajankohtina. Asuinrakennuksissa lataus tapahtuu yleensä öisin, mutta esimerkiksi kauppakeskusten pysäköintialueilla lataustapahtumat keskittyvät päivälle, jolloin älykäs hallinta tulee tarpeeseen.

Dynaaminen kuormanhallinta koostuu energiamittareista, tiedonsiirtokaapeloinnista ja taustajärjestelmästä. Järjestelmä mittaa reaaliaikaisesti sähköjärjestelmän eri kuormia ja tarvittaessa kasvattaa tai laskee latausvirtoja. Dynaamiselle kuormanhallinnalle voidaan asettaa raja-arvot, joilla lataus tapahtuu.

alhaiselle teholle kiinteistön ollessa tyhjillään, jolloin sähköä säästyy. Samaa teknologiaa hyödynnetään myös isoissa kokonaisuuksissa kuten sairaaloissa ja tehtaissa.

Kysyntäjoustoa tarvitaan myös sähköautojen latauspisteillä varsinkin latauskuormien kasvaessa. Kysyntäjoustolla ajoneuvon lataus voidaan ajoittaa edullisimmille sähköntuotannon tunneille, jolloin lataustehojen kuormitus näkyy sähköverkossa huomattavasti vähemmän kuin esimerkiksi verkon vikatilanteessa, jolloin sähköä tarvitaan enemmän sähkön jakelun kriittisten osien toiminnan takaamiseksi.

Kysyntäjoustoa voidaan tuoda latauspisteille esimerkiksi älykkäillä ohjausjärjestelmillä ja kaksisuuntaisilla latausjärjestelmillä. Kaksisuuntaisella latauksella tarkoitetaan sähkön syöttämistä latausasemalle liitetyn ajoneuvon akustosta takaisin verkkoon päin. Näin voitaisiin toimia esimerkiksi verkon vikatilanteissa, jolloin sähköautoista saatu sähköenergia tasaisi kuormitusta.

Kaksisuuntaiset latausasemat ovat kuitenkin vielä tuotekehitysasteella, eivätkä monet autovalmistajat vielä varusta ajoneuvojaan kaksisuuntaisilla latausasemilla. Teknologian tulevaisuus näyttää kuitenkin valosalta, sillä esimerkiksi Nissan varustaa kaikki uudet Leaf-täyssähköautonsa tukemaan tätä teknologiaa. Yhtiö on myös kertonut laajentavansa V2X-teknologiaa yhtiön muihinkin sähköautomalleihin.

KUVA 2. Dynaaminen kuormanhallinta jakaa 100 A:n lataustehon kolmelle latausasemalle. Asemien latausteho laskee, jos neljännelle latausasemalle liitetään ajoneuvo. (3.)

Kysyntäjousto osana sähköautoilua

Kysyntäjoustolla tarkoitetaan sähkönkäytön lisäämistä tai vähentämistä sähkön kysynnän mukaan. Kysyntäjousto on noussut yhä enemmän ihmisten tietoisuuteen sähkön hinnannousun myötä, ja sähkönkäyttöä onkin alettu ajoittaa entistä enemmän korkean sähköntuotannon tunneille, jolloin sähkö on muuta halvempaa.

Kuluttaja voi hallita asuintalonsa sähkönkulutusta helposti kotiautomaatiojärjestelmän avulla. Esimerkiksi suuret sähkökuormat kuten lämmitykset voidaan asettaa automaattisesti mahdollisimman

Sähköverkon kysyntäjousto tulee olemaan keskeisessä asemassa verkon toiminnan kannalta. Kirjoitushetkellä maailmantilanteen takia kärsitään osittain energiapulasta, jota pitää pystyä paikkaamaan vaihtoehtoisilla energianlähteillä ja älykkään sähköverkon toimivalla hallinnalla. Myös sähköajoneuvojen latausasemat ovat tärkeässä asemassa. Nykyteknologialla täyteen ladatulla sähköautolla voi antaa tarpeeksi virtaa koko päiväksi yhden

KUVA 3. Kaksisuuntaisella latausteknologialla ajoneuvoon ladattua sähköenergiaa voidaan syöttää takaisin verkkoon. (4.)

kotitalouden tarpeisiin, ja tulevaisuudessa tätä teknologiaa voidaan hyödyntää entistä laajemmin.

Lähteet

1. Iivari, Teemu 2022. Sähköajoneuvojen latauksen kuormanhallinta ja kysyntäjousto. Oulun ammattikorkeakoulu. opinnäytetyö. Sähkö- ja automaatiotekniikan tutkinto-ohjelma. Sähkötekniikka. Hakupäivä 10.5.2023. https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/788178/Iivari_Teemu.pdf?sequence=2&isAllowed=y

2. Traficom 2022. Vaihtoehtoisten käyttövoimien osuus tieliikenteen ajoneuvoista. Hakupäivä 10.5.2023 https://tieto.traficom.fi/fi/tilastot/vaihtoehtoisten-kayttovoimien-osuus-tieliikenteen-ajoneuvoista

3.Vakuutusyhtiö If 2022. Sähköauto, hybridi vai pysyttely bensassa? Hakupäivä 10.5.2023. https://www.if.fi/henkiloasiakkaat/vakuutukset/autovakuutus/auton-vaihto/auton-osto2020-luvulla

4. Finlex. 733/2020. Laki rakennusten varustamisesta sähköajoneuvojen latauspisteillä ja latauspistevalmiuksilla sekä automaatio- ja ohjausjärjestelmillä Hakupäivä 10.5.2023. https://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2020/20200733

5. Ensto 2021. Suunnittelijan Opas. Sähköautojen latausjärjestelmien huomioiminen kiinteistöjen sähkösuunnittelussa 2021. Hakupäivä 10.5.2023. https://www.ensto.com/globalassets/whitepapers/suunnittelijan-opas-sahkoautojen-latausjarjestelmat.pdf

6. Jeff Wandell. Nissan approves first bi-directional charger for use with Nissan LEAF in the U.S. Hakupäivä 10.5.2023. https://usa.nissannews.com/en-US/releases/nissan-approves-first-bi-directional-charger-for-use-with-nissan-leaf-inthe-us#

Kirjoittajat: insinööriopiskelija (AMK) Tuomas Lukkari ja Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö yliopettaja Ensio Sieppi Oulun ammattikorkeakoulu Kuvat: Lähteet

Energiayhteisö ja hyvityslaskenta parantavat taloyhtiöiden asemaa uusiutuvan energian hyödyntämisessä

Suunnittelu- ja konsultointipalvelua tuottava yritys Granlund Oulu Oy, Kajaanin toimipiste tarvitsi selvityksen taloyhtiöihin perustettavien energiayhteisöjen käytännön järjestelyistä paikallisen verkkoyhtiön kanssa. Kainuussa energiayhteisöjen mahdollistamaan hyvityslaskentaan ei ole ollut mahdollisuutta ennen 1.1.2023 alkavaa Fingridin Datahubissa toimivaa laskentapalvelua. Sähkötekniikan insinööriopiskelija (amk) Tuomas Lukkarin selvitystyö sisälsi myös aurinkopaneeleiden mitoituksen kyseiseen kiinteistöön.

Yhteisöllisesti tuotetun energian käyttö taloyhtiöissä paranee merkittävästi vuoden 2023 alusta lähtien. Parannuksen takana on vuonna 2021 voimaan tullut lakimuutos, joka mahdollistaa energiayhteisöjen perustamisen ja hyvityslaskennan käytön taloyhtiöiden energiantuotannon jakamiseksi sen osakkaille. Hyvityslaskenta on palvelu, jossa yhteisön tuottama energia jaetaan laskennallisesti sen jäsenten kesken (kuva 1). Energiayhteisön jäsenten ei myöskään tarvitse maksaa tuotetusta sähköstä verkkopalvelumaksua ja veroa kuten ennen lakimuutosta. (1, s. 22, 25, 27.)

Sähkön hintakehitys vuonna 2022 on vaikuttanut takaisinmaksuajan lyhenemiseen. Sähkön hinnan nousun taustalla on energiakriisi, joka on seurausta Venäjän hyökkäyssodasta Ukrainassa. Lisäksi investoinnin kannattavuuteen vaikuttaa taloyhtiöihin asennettavien aurinkopaneelijärjestelmien koon moninkertaistaminen, joka on mahdollista hyvityslaskentamallin ansiosta. Suurempi järjestelmäkoon asennus suhteessa tehoon maksaa vähemmän kuin pienemmillä järjestelmillä. (2; 3.)

Hyvityslaskentaa varten taloyhtiön tulee perustaa kiinteistöön energiayhteisö. Ensimmäinen toimenpide on tehdä asiasta päätös taloyhtiön sisällä.

Aurinkosähköjärjestelmän kannattavuuden merkittävä parannus

Aurinkopaneelijärjestelmiä mitoitettaessa käytetään apuna kannattavuuslaskelmia, jotka pohjautuvat rakennuksen energiankulutukseen. Laskelmista saadaan usein merkittävimpänä tuloksena järjestelmän takaisinmaksuaika.

Taloyhtiön asukas, joka kuuluu energiayhteisöön, voi tuntea investoinnin välittömän taloudellisen hyödyn omassa sähkölaskussaan, sillä hyvityslaskenta (kuva 1) vähentää asukkaan kuluttamasta kokonaisenergiasta hänelle kuuluvan jako-osuuden verran tuotettua energiaa. Mikäli asukas ei ole kotona eikä kulutusta ole, voidaan sähkö myydä hänen käyttöpaikastaan takaisin sähköverkkoon, jolloin asukas hyötyy myös tuotetun sähkön kuluttamatta jättämisestä. Toinen vaihtoehto ylijäämäenergian myymiselle on myydä se sähköverkkoon vain yhdestä käyttöpaikasta, jolloin se on lain mukaan oltava kiinteistölle määritetty tuotantokäyttöpaikka eli sähköliittymä, johon aurinkopaneelijärjestelmä on kytketty. Tällöin yhteisön muiden jäsenten ei tarvitse tehdä ylijäämäenergian sähköverkkoon myymiseen liittyviä sopimuksia ja yhteisön perustamisprosessi on yksinkertaista. (1, s. 25–26.)

Edellytykset hyvityslaskennan käyttöönotolle taloyhtiöissä

Hyvityslaskentaa varten taloyhtiön tulee perustaa kiinteistöön energiayhteisö. Ensimmäinen toimenpide on tehdä asiasta päätös taloyhtiön sisällä. Toisekseen taloyhtiöllä tulee olla energiantuotantolaitteisto, jonka liittämisestä sähköverkkoon tulee tehdä ilmoitus paikalliselle jakeluverkonhaltijalle. Lisäksi liitetystä tuotannosta käyttöpaikalla tulee olla voimassa oleva ostosopimus ylijäämäsähkön

KUVA 1. Hyvityslaskennan toimintaperiaate (4)

myynnistä sähköverkkoon. Kun edellä mainitut asiat on tehty, voidaan energiayhteisö perustaa. (1, s. 26–27.)

Ilmoitus energiayhteisön perustamisesta voidaan tehdä Energiateollisuus ry:n tulkinnan mukaan esimerkiksi sopimuksella, jossa ilmoitetaan lain edellyttämät tiedot jakeluverkonhaltijalle energiayhteisöstä sekä sovitaan osapuolien välisistä velvollisuuksista ja vastuista. Kun sopimus on tehty, jakeluverkonhaltija välittää sen tiedot Fingrid Oy:n ylläpitämään Datahub-laskentapalveluun ja hyvityslaskenta voidaan aloittaa 14 vuorokauden kuluttua yhteisön perustamisesta. (1, s. 27.)

Sopimus tehdään paikallisen jakeluverkonhaltijan ja taloyhtiön välillä, jolloin kyseessä on lain mukaan termi Paikallinen energiayhteisö. Sen perustamisesta on vastuussa oikeushenkilö eli tässä tapauksessa taloyhtiö. Myös sähkön loppukäyttäjät voivat perustaa energiayhteisön, jolloin siitä käytetään termiä Aktiivisten asiakkaiden ryhmä. Tällöin yhteisön jäsenet ovat yhteisvastuussa ryhmän perustamisesta ja edustamisesta. Käytännössä ryhmän tulisi valtuuttaa joukostaan henkilö, joka on ilmoitusvelvollinen jakeluverkonhaltijalle energiayhteisöä koskevissa asioissa. (1, s. 23–24.) Lisäksi tällä henkilöllä olisi suotavaa olla valtuutus tehdä energiayhteisön perustamiseen liittyvään sopimukseen tarvittaessa muutoksia, jottei esimerkiksi ryhmän kokoonpanon muuttuessa tarvitsisi hakea suostumusta jokaiselta jäseneltä sopimuksen muuttamiseen erikseen.

Työn tulokset

Selvitystyön pääpainopiste oli kartoittaa käytännön järjestelyt energiayhteisön ja jakeluverkonhaltijan välillä energiayhteisöä perustettaessa. Tälle koettiin tarvetta, sillä Datahubin tarjoama hyvityslaskenta aloittaa toimintansa 1.1.2023, jolloin sen hyödyntäminen tulee mahdolliseksi koko Suomessa. Lisäksi kiinteistö, jossa tilaajan toimipiste sijaitsee, on kiinnostunut energiayhteisön perustamisesta lähitulevaisuudessa. Aikaisemmin hyvityslaskenta on ollut mahdollista joidenkin jakeluverkonhaltijoiden alueella, mutta nekin siirtyvät Datahubin tuottaman palvelun käyttöön siirtymäajalla. (1, s. 22.)

Osana selvitystyötä laadittiin energiayhteisön ja jakeluverkonhaltijan välille sopimusmalli, joka perustuu Energiateollisuus ry:n julkaisemaan ohjeeseen. Etenkin paikallinen jakeluverkonhaltija koki tarvetta sopimusmallille, sillä vastaavaa sopimusta

ei vielä toistaiseksi ole tehty. Sopimusmallin valmistuttua marraskuun 2023 loppupuolella Energiateollisuus ry ilmoitti tekevänsä vastaavan sopimusmallin ja julkaisevansa sen jäsenilleen käytettäväksi apuna sopimuksia tehdessä. (1, s.29–30.)

Tilaajalle laadittiin käyttöön useita dokumentteja kuten PowerPoint-esitys markkinointia varten ja kohdekohtainen muokattava tekninen raportti, jossa käydään läpi energiayhteisön perustamisprosessi kussakin taloyhtiössä. Laadittujen dokumenttien avulla energiayhteisöjen perustamista voidaan markkinoida taloyhtiöille ja käyttää dokumentteja apuna myös tilaajan sisäisessä koulutuksessa. Lisäksi dokumentit pyrittiin integroimaan hyödynnettäväksi jo tilaajan käytössä olevien työkalujen kuten aurinkopaneelijärjestelmän kannattavuuslaskurin ja siihen liittyvän PowerPoint-esityspohjan kanssa. Kokonaisuutena ne luovat kattavan tietopaketin myytäväksi taloyhtiöille. (1, s. 30–31.)

Selvitystyön yhteydessä tilaajan toimipisteen kiinteistöön mitoitettiin myös kaksi eri aurinkopaneelijärjestelmää, joista ensimmäinen mahdollistaa tarpeeksi suuren määrän energiaa jaettavaksi energiayhteisön jäsenille tuotannon omakäyttöasteen pysyessä kuitenkin korkealla. Toinen mitoitettu järjestelmäkoko tuottaa merkittävästi ylijäämää, joka voidaan myydä tai varastoida akkuun ja purkaa myöhemmin yhteisön jäsenten käytettäväksi hyvityslaskennalla. (1, s. 28–30.)

Lähteet

1. Lukkari, Tuomas 2022. Aurinkosähköjärjestelmän mitoitus ja energiayhteisön perustaminen taloyhtiöissä. Oulun ammattikorkeakoulu. Sähkö- ja automaatiotekniikan tutkinto-ohjelma. Sähkötekniikka. Opinnäytetyö. Hakupäivä 29.12.2022. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk2022122131253

2. Eurooppa-neuvosto 2022. Infografiikka – Energiakriisi: kolme EU:n koordinoimaa toimea laskujen pienentämiseksi. Hakupäivä 29.12.2022. https://www.consilium.europa.eu/fi/infographics/eu-measures-to-cut-downenergy-bills/

3. Motiva Oy 2022. Aurinkosähköjärjestelmien hinta. Hakupäivä 29.12.2022. https://www.motiva.fi/ratkaisut/uusiutuva_energia/aurinkosahko/jarjestelman_valinta/aurinkosahkojarjestelmien_hinta

4. Auvinen, Karoliina 2020. Aurinkosähkön hyvityslaskentamalli. Finsolar.net. Aalto-yliopiston kauppakorkeakoulu Hakupäivä 29.12.2022. https://finsolar.net/aurinkosahkon-tuotantomallit-taloyhtiossa/hyvityslaskentamalli/

Kirjoittajat: Aki Korkeamaa ja Terttu Sipilä Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö

Kuvat: Aarne Alameri, Aki Korkeamaa, Proxion Oulun ammattikorkeakoulu

Duoraitiojunan mahdollisuudet Etelä-Pohjanmaalla ja Pohjanmaalla

Työssä selvitettiin, kuinka raitiotiellä ja rataverkolla liikennöimään kykenevä duoraitiojunakalusto sopisi EteläPohjanmaan ja Pohjanmaan maakuntiin. Liikenteellisessä tarkastelussa Vaasan radalle saatiin yhteensovitettua 16 päivittäistä lisävuoroa. Uuden liikenteen matkatuotospotentiaali voisi olla jopa miljoona matkaa vuodessa.

Ilmastotavoitteiden ja ympäristötietoisuuden myötä raideliikenteen rooli liikennejärjestelmässä tulee korostumaan lähivuosina. Suurimmassa osassa EU-jäsenmaita rautateiden kotimaan henkilöliikenne on avattu kilpailulle. Suomessa tavaraliikenteen kilpailu avautui vuoden 2007 alussa ja henkilöliikenteen kilpailu vuoden 2020 lopussa, kun Liikenne- ja viestintäministeriö sekä VR-Yhtymä Oy solmivat uuden ostoliikennesopimuksen, jonka myötä VR:lle myönnetty yksinoikeus henkilöliikenteessä päättyi (1).

Myös eri kaupunkien raitiotiehankkeet ovat olleet viime vuosina paljon esillä. Helsingin lisäksi Suomeen saatiin toinen raitiotiekaupunki, kun Tampereen Ratikka aloitti liikennöinnin elokuussa 2021. Näiden lisäksi Espoosta rakennetaan Raide-Jokeri-nimistä pikaraitiotietä Helsingin Itäkeskukseen, liikennöinnin on tarkoitus alkaa vuonna 2024. Vantaalla on suunnitteilla ratikkayhteys Helsinki-Vantaan lentoasemalta Mellunmäen metroasemalle. Turussa kaupunginvaltuusto päätti keväällä 2020, että raitiotien suunnittelua jatketaan laatimalla Tiedepuiston ja Sataman linjojen yleisja toteuttamissuunnitelmat. Oulun yleiskaavassa on keskeiselle kaupunkialueelle osoitettu kaupunkiraitiotien kehittämiskäytävä, joka kulkee Ritaharjusta yliopiston, keskustan ja yliopistollisen sairaalan kautta Kaakkuriin

Duoraitiojuna yhdistää raitiovaunun joustavuuden kaupunkiliikenteessä ja junan nopeuden rataverkolla.

Duoraitiojuna

Duoraitiojuna on Suomessa uusi liikennemuoto, joka on raitiotiellä liikennöivän raitiovaunun ja rautateillä liikennöivän moottorivaunun tai moottorijunan yhdistelmä. Englannin- ja saksankielinen nimi duoraitiojunalle on tram-train. Jotta duoraitiojuna voi liikennöidä raitiotiellä ja rataverkolla, on molempien raideleveys oltava sama – Suomessa 1 524 mm. Raitiotiellä kalusto voi käyttää 750 voltin tasavirtaa ja rautatiellä korkeajännitteistä vaihtovirtaa, Suomessa 25 kilovoltin ratasähköä. (2.) Näiden

lisäksi akkukäyttöisyys ja erilaiset hybridiratkaisut ovat mahdollisia. Duoraitiojuna yhdistää raitiovaunun joustavuuden kaupunkiliikenteessä ja junan nopeuden rataverkolla.

Euroopassa duoraitiojunajärjestelmiä on aluksi rakennettu Saksaan, mistä ne ovat levinneet myös muihin maihin. Järjestelmiä on Euroopassa tällä hetkellä käytössä noin kahdellakymmenellä kaupunkiseudulla. Suomea lähin löytyy Tanskan Aarhusista, missä keskuskaupunki Aarhusiin on rakennettu uusi noin 12 kilometrin mittainen raitiotie ja sillä liikennöivä duoraitiojunakalusto kulkee rataverkkoa pitkin aina naapurikaupunkeihin Grenaan ja Odderiin asti. Pituutta tällä duoraitiojunajärjestelmällä on yhteensä noin 110 km ja pysäkkejä sen varrella on noin 50. (4.)

KUVA1 Duoraitiojuna Saksan Karlsruhessa (3)

KUVA2 Eurooppalaiset duoraitiojunajärjestelmät kartalla

Suomessa duoraitiojunajärjestelmiä on selvitetty Tampereella, Turussa, Keski-Suomessa, PohjoisSavossa, Päijät-Hämeessä ja nyt myös Etelä-Pohjanmaalla ja Pohjanmaalla.

Duoraitiojunan tarkastelualue

Etelä-Pohjanmaan ja Pohjanmaan duoraitiojunaselvityskokonaisuus kattoi kartassa sinisellä merkityt rataosuudet: Pohjanmaan rata välillä Seinäjoki–Härmä, Vaasan rata välillä Seinäjoki–Vaasa ja Suupohjan rata välillä Seinäjoki–Kaskinen. Lisäksi karttaan on keltaisella merkitty Etelä-Pohjanmaan lähijunapilotti välillä Seinäjoki–Ähtäri. Tässä opinnäytetyössä keskityttiin tarkemmin Vaasan rataan, joka on merkitty karttaan tumman sinisellä.

KUVA 3 Selvitystyön koko tarkastelualue sinisellä merkittynä, keltaisella korostettu Seinäjoki–Ähtäri-lähijunapilotti

Seinäjoen ja Vaasan välimatka on noin 80 kilometriä. Kaupallisia henkilöliikenteen pysähdyksiä on nykyään Seinäjoella, Tervajoella ja Vaasassa. Ylistaron, Isonkyrön ja Laihian asemat lakkautettiin vuonna 2016. Vielä 1990-luvulla Vaasan radalla kulki Wasalandian kautta laivajunia Vaskiluodon satamaan, josta on yhä edelleen matkustaja-autolauttayhteys Ruotsin Uumajaan.

Duoraitiojunaliikenne Vaasan radalla

Duoraitiojunaliikenteen vaiheistuksen lähtökohtina olivat YKR-aineiston mukaiset asukas- ja työpaikkamäärät sekä nykyinen ratainfra. Toinen seisakepriorisointi perustui kaupunkien ja kuntien kanssa käytyihin työpajoihin. Kolmas seisakepriorisointi perustui kuntakohtaisiin maankäytön kehitysnäkemyksiin, alueiden väestö- ja työpaikkakehitykseen sekä seisakkeiden sijoittumiseen nykyiseen maankäyttöön nähden.

Aikataulusuunnittelun tavoitteena oli noin 60 minuutin epäsäännöllinen vuoroväli kello 05–23, mutta joitain vuoroja ei saatu sovitettua. Syy tähän on raidekapasiteetin rajallisuus Vaasan radalla ruuhka-aikoina. Aikataulusuunnittelussa saatiin yhteensovitettua 16 vuoroa päivässä kumpaankin suuntaan välillä Seinäjoki–Vaasa. Duoraitiojunan keskimääräiseksi ajoajaksi nykyisen liikennerakenteen sekaan yhteensovittamalla muodostui 81 minuuttia. Ajoajat laskettiin Seinäjoen ja Vaasan sataman välille huomioimalla pysähdys kaikilla esitetyillä seisakkeilla.

Vaasan radan alustavat infrakustannukset duoraitiojunaliikenteen osalta olisivat noin 26 miljoonaa euroa. Liikennöintikustannukset Vaasan radalla olisivat noin 3,8–10 miljoonaa euroa vuodessa sisältäen kalustokustannukset. YKR-työmatka-aineiston perusteella Vaasan radan matkatuotospotentiaali voisi olla jopa miljoona matkaa vuodessa.

Lähteet

1. LVM:n ja VR:n välille uusi ostoliikennesopimus. 2020. Liikenne- ja viestintäministeriö. Saatavissa: https://www.lvm.fi/-/lvm-n-ja-vr-n-valille-uusi-ostoliikennesopimus-1247204. Hakupäivä 10.1.2021.

2. Duoraitiovaunu. 2021. Wikipedia. Saatavissa: https://fi.wikipedia.org/wiki/Duoraitiovaunu. Hakupäivä 24.1.2021.

3. Alameri, Aarne 2013. Suunnittelija, Proxion. Kuva: Duoraitiojuna Saksan Karlsruhessa.

4. Aarhus Letbane. 2021. Wikipedia. Saatavissa: https://en.wikipedia.org/wiki/Aarhus_Letbane. Hakupäivä 22.1.2021.

KUVA 4 Etelä-Pohjanmaan ja Pohjanmaan duoraitiojunaliikenteen ehdotetut seisakesijainnit aloitusvaiheessa

Kirjoittajat: Insinööri-opiskelija (AMK) Tommi Laurila ja Lehtori Esa Silomaa Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö

Kuvat: Tommi Laurila 2023 Oulun ammattikorkeakoulu

Sähkönjakelun käyttövarmuus rautatieympäristössä

Rautatiejärjestelmien liikenteenohjauksen turvallisuustasoa ja tehokkuutta on nostettu Suomessa toteuttamalla rataverkon ohjaus turvalaitejärjestelmä ratkaisuilla. Erittäin tärkeässä roolissa rataverkkojen turvallisuuden ja toiminnan varmistamiselle on tässä artikkelissa käsitelty turvalaitteiden UPS- varavoimalaitteistojen modulaariset ratkaisut, jotka ovat tärkeä osa tehokasta ja varmistettua turvalaitteiden sähkönsyöttöjärjestelmää. Artikkeli pohjautuu Tommi Laurilan opinnäytetyöhön, jonka tuloksena UPS-laitteisto päivitettiin turvalaitteissa Ylivieska-Kokkola -rataosuudelle Väyläviraston erikoismääräysten mukaisiksi.

Lähes koko suomen rataverkon ohjaus toteutetaan turvalaitejärjestelmillä, mikä on nostanut rautatiejärjestelmän turvallisuustasoa ja liikenteenohjauksen tehokkuutta merkittävästi.

Teknisen kehityksen varjopuolena on syntynyt riippuvuus kyseisen turvalaitejärjestelmän toiminnasta. Turvalaitteen vika- ja häiriötilanteet näkyvät nopeasti liikenteen täsmällisyydessä, ja näin myös kuormittavat helposti liikenteenohjausta. Häiriötilanteissa vähintäänkin junanopeudet putoavat, ja pahimmillaan junaliikenne voi keskeytyä järjestelmähäiriön vuoksi kokonaan (1, s. 221). Tästä syystä turvalaitejärjestelmien suunnittelussa on kiinnitettävä erityistä huomiota mm. katkeamattoman virransyötön varmistamiseksi, joka voidaan toteuttaa järkevällä laitteisto- ja varavoimaratkaisuilla.

Laitteiston arkkitehtuuri

Väylävirasto edellyttää, että uudet turvalaitetilat varustetaan redundanttisella, moduulein toteutetulla UPS-laitteistolla. UPS-laitteen hankinnassa suunnittelijan tulee ottaa huomioon suojauksen toimivuuden varmistamiseksi tarvittava oikosulkuvirran syöttökyky ja kuorman suuruus. UPS-laitteiston mitoituksessa voidaan kuitenkin päätyä siihen, että oikosulkuvirran suuruuden takia UPS-laite ylimitoitetaan ja kuormitusaste jää alle 10 %: in. Syötettäessä tärkeitä järjestelmiä, kuorma ei saisi ylittää 45 % UPS-järjestelmän nimellistehosta (2, s. 6)

Tavanomaisin ratkaisu sähkönsyötön varmistamiseksi on toteutettu tähän asti ns. kaksoismuunnos-UPSeilla. Tällaisen arkkitehtuurin päätarkoituksena on suojata kuormia, ja minimoida kuormaan syötetyn sähkötehon häiriöt.

Kriittisten kuormien toimintavarmuuden ja vikasietoisuuden lisäämiseksi on markkinoille tullut modulaarisia UPS-laitteita. UPS-laitteen moduulit

on varustettu itsenäisen toiminnan mahdollistavilla komponenteilla, eli laitteisto koostuu useasta itsenäisestä UPS-laitteesta. Moduulin vikaantuessa rinnakkaiset moduulit huolehtivat kuormien syötöstä, joka tapahtuu katkottomasti. Tämä myös mahdollistaa vikaantuneen moduulin vaihtamisen käytön aikana, ja viankorjaus ei aiheuta häiriötä kriittisille kuormille. Onkin siis hyvin tärkeää, että laitteisto on aidosti modulaarinen, eli järjestelmässä käytetään oikeaa arkkitehtuuria. Ratkaisevaa ei ole se, kuinka monta moduulia kehikossa on, vaan se että onko UPS-järjestelmän päätöksenteko hajautettua vai keskitettyä (3).

Modulaarisuus ei tarkoita välttämättä vikasietoisuutta, koska ratkaisun lisääntynyt monimutkaisuus saattaa kokonaisuuden kannalta johtaa järjestelmän korkeampaan vikaantumisasteeseen.

Sähköistetyllä rataosuudella voidaan turvalaitetilan virransyöttö ottaa tarvittaessa myös sähköratajärjestelmästä. Ajolanka-ups -järjestelmien

KUVA 1.UPS-laitteisto turvalaitetilassa.

toimittajana on Suomen rataverkolla pääasiassa ECM sekä ABB. Yksi syy sähköradasta otetulle virransyötölle on sen käyttövarmuus. Syy piilee 110kV:n suurjännitelinjassa, jossa on harvoin sääolosuhteista johtuvia katkoja, toisinkuin pienemmissä linjoissa. Toisena valintakriteerinä ajolankajärjestelmää valittaessa voidaan pitää laitetilan sijaintia ja sen vaikutusta kustannuksiin. Laitetilat sijaitsevat usein kaava-alueiden ulkopuolella, jolloin liittymän kaapelointikustannukset ja mahdolliset uuden muuntamon rakennuskustannukset jäävät liittymän tilaajan maksettaviksi (4, s. 9).

Varavoiman mahdollisuudet

Sähkönjakelun häiriötilanteessa on kriittistä huolehtia siitä, että tehon syöttö turvalaitejärjestelmille ei katkea missään vaiheessa. Suomen rataverkon turvalaitteilla pääasiallinen varavoiman lähde on 6 h käyttöä varten mitoitettu akusto. Akusto voidaan mitoittaa myös 2 h ajalle, mikäli kohteessa on ajolangasta syötetty järjestelmä, jonka rinnalla on valtakunnan verkko (5, s. 198). Useimmiten turvalaitetiloihin on edellä mainittujen ominaisuuksien lisäksi lisätty mahdollisuus dieselaggregaatin kytkemiseen. Dieselaggregaatit ovat yleensä peräkärryyn asennettuja, autolla hinattavia kokonaisuuksia. Näin laitteistojen kunnossapitäjä voi alueellaan toimittaa varavoiman kohteeseen, jossa sitä tarvitaan. Tällä tavalla saadaan varmistettua junaliikenteen täsmällisyys poikkeustilanteissa.

Vaikka valintakriteerit turvalaitteiden sähkönsyötölle ovat tiukat, se herättää hieman kysymyksiä laadukkaalle laitteiston määritykselle. Mikäli turvalaitetila saa sähkönsyöttönsä ajolangasta, ja syöttö katkeaa usein lyhyen ajan sisällä jännitekatkojen seurauksena, miten varmistetaan akkujen kestävyys? Onko huomioitu akuston syväpurkuominaisuudet?

Lisäksi laitteistoa suunnitellessa tulisi ottaa huomioon käyttö- ja toimintavarmuus sähkönsyötön osalta. Vaikka tarkkaa määritystä huolto-ohituskytkennälle ei ole, niin tulisi ottaa huomioon, kuinka toimitaan poikkeustilanteissa. Vaikka modulaariset UPS-järjestelmät ovatkin laadukkaita arkkitehtuurinsa ansiosta, ei voida aukottomasti väittää, että laitteet eivät menisi koskaan rikki. Tällöin huoltoohituskytkennän katkoton toteutus häiriötilanteessa on tärkeää.

KUVA 2.Varavoima-akusto Ylivieskan liikennepaikalla

Tekniikka kehittyy, vaatimukset kasvavat. On siis selvää, että sähkönsyöttöjärjestelmien, akkuteknologian, UPS-laitteiden, sekä näihin liittyvien mahdollisten IoT-ratkaisujen lisääntyvä tarjonta markkinoilla antaa mahdollisuuksia laadukkaille toteutuksille, joilla voidaan varmistaa kriittisten kuormien tehonsyöttö poikkeustilanteissa. Lisääntyvän tarjonnan myötä tulee kuitenkin pohtia sitä, että kuinka ratkaisut löydetään kustannustehokkaasti mutta huolehtien mahdollisimman laajasta komponenttien elinkaaresta. Tässä nousee rooliin saumaton yhteistyö laitetoimittajien asiantuntijoiden sekä suunnittelu- ja tilaajaorganisaation välillä.

Lähteet

1. Järvinen, Laura & Viitanen, Jari 2014. Rautatieturvalaitteet. Helsinki: Liikennevirasto

2. Turvalaitteiden virransyöttöasennusten sähköturvallisuutta koskevat Liikenneviraston erikoismääräykset. 2016. Väylävirasto. Hakupäivä 20.03.2022. https://ava.vaylapilvi.fi/ava/Julkaisut/Liikennevirasto/ohje_2016_turvalaitteiden_virransyottoasennusten_web.pdf.

3. Lecuona, Gerardo 2020. Aidosti modulaarinen UPSjärjestelmä vaatii erityisen arkkitehtuurin. Elektroniikkalehti. Hakupäivä 20.03.2023. https://etn.fi/index.php/tekniset-artikkelit/10741-aidosti-modulaarinen-ups-jarjestelma-vaatii-erityisen-arkkitehtuurin

4. Leskelä, Mikko 2018. Asetinlaitteiden virransyöttö sähköratajärjestelmästä. Oulun ammattikorkeakoulu. Sähkö- ja automaatiotekniikan tutkinto-ohjelma. Opinnäytetyö. Hakupäivä 20.03.2023.

https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201003064578

5. Ratatekniset ohjeet (RATO) osa 6 Turvalaitteet. 2021. Verkkoaineisto. Väylävirasto. Hakupäivä 20.03.2023. https://ava.vaylapilvi.fi/ava/Julkaisut/Vaylavirasto/vo_2021-18_rato6_web.pdf

Laurila, Tommi 2023. UPS-laitteiston uusiminen turvalaitteissa. Oulun ammattikorkeakoulu. Sähkö- ja automaatiotekniikan tutkinto-ohjelma. Opinnäytetyö.

https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202303284313

Kirjoittajat: insinööriopiskelija (AMK) Veeti Leskinen ja Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö

yliopettaja Heikki Kurki Oulun ammattikorkeakoulu

Kuvat: Scneider Electric

Valokaarivikasuojausjärjestelmän rakenne ja ominaisuudet

Veeti Leskinen on perehtynyt valokaari-ilmiöihin, niiden aiheuttamiin vaaroihin ja niiltä suojautumiseen. Selvitystyön toimeksiantaja oli Oulun Vesi -liikelaitos, jonka prosessilaitteiden sähkönsyötön toimintavarmuuden tulee olla korkealla tasolla. Suojauksen avulla vältytään sähköpaloilta ja valokaarivikojen aiheuttamilta henkilövahingoilta sekä pitkiä sähkökatkoja aiheuttavilta tuhoisilta laitteistovaurioilta. Samassa yhteydessä laadittiin myös pienjännitekeskukseen sijoitettavan valokaarisuojausjärjestelmän konfigurointi- ja käyttöönotto-ohje.

Sähköjärjestelmässä esiintyvä valokaarivika on erityisen vaarallinen, sillä siinä muodostuu myrkyllisiä kaasuja, korkeita lämpötiloja, voimakkaita ääniä, paineaaltoja ja säteilyä.

Valokaarivika ja sen aiheuttamat vaarat

Valokaarivika on tapahtuma, jossa virtapiirin osien välillä vaikuttava sähkökentän voimakkuus kasvaa liian suureksi aiheuttaen läpilyönnin. Tällöin sähkövirta ei enää kulje tarkoitettua reittiä vaan niin sanotusti ”hyppää” ilman tai muun vähemmän johtavan aineen läpi johtimesta tai virtakiskosta toiseen johtimeen, kiskoon tai maadoitukseen. (1.)

Sähköjärjestelmässä esiintyvä suuritehoinen valokaarivika on erityisen vaarallinen, sillä se synnyttää myrkyllisiä kaasuja, korkeita lämpötiloja, voimakkaita ääniä, paineaaltoja ja säteilyä. Valokaaren jopa 20000 ⁰C:n lämpötila sulattaa sähköjärjestelmässä käytettäviä virtakiskoja ja johtimia, joista höyrystyy myrkyllisiä kaasuja ympäristöön. Jos valokaarta ei saada nopeasti katkaistua, lämpö kykenee sytyttämään vaatteet ja polttamaan ihon lähialueella. Äkillisen lämpötilan nousun aiheuttama paineaalto voi lennättää lähellä olevien laitteiden osia ja sulaa metallia suurella nopeudella aiheuttaen vakavia vammoja. (1.)

Suojausjärjestelmän rakenne ja toiminta

Valokaarivian suojausjärjestelmä voi yksinkertaisimmillaan koostua yksittäisestä järjestelmän keskusyksiköstä, valoanturista ja ohjattavasta katkaisijasta. Valokaaritilanteessa valoanturi lähettää välähdyksestä tiedon keskusyksikölle, joka lähettää laukaisutiedon sähköjärjestelmän pääkatkaisijalle. Pääkatkaisija suorittaa laukaisun, jolloin virransyöttö vikakohdassa katkeaa. Sen seurauksena tehonsyöttö vikakohtaan loppuu ja valokaari sammuu.

Useissa keskusyksiköissä ovat valmiina virranmittauskortti ja liittimet muutamalle valoanturille. Pienissä sähköjärjestelmissä tästä on hyötyä, sillä niissä suojaus voidaan toteuttaa käyttäen yhtä yksikköä, jolloin asennus- ja hankintakustannukset pysyvät kohtuullisina. Keskusyksiköihin voidaan myös lisätä erilaisia mittaus- ja liitinkortteja, joiden avulla voidaan toteuttaa tarvittavia lisämittauksia. Liitinkorteilla voidaan myös lisätä valoantureiden tai alayksiköiden määrää järjestelmässä. Laajoissa järjestelmissä voi olla useita keskus- tai alayksiköitä rinnakkain. Usein keskusyksikkö liitetään alayksiköihin väyläkaapelilla, jonka kautta alayksiköt ja valoanturit saavat myös tarvitsemansa tehonsyötön. Isoissa kohteissa suojausjärjestelmä vaatii yleensä varmistetun ulkoisen virtalähteen.

Tyypillinen suojausjärjestelmä muodostuu kuvan 1 mukaisesti yhdestä keskusyksiköstä, yhdestä tai useammasta alayksiköstä ja useasta valoanturista.

KUVA 1. Tyypillinen suojausjärjestelmä (2, s. 20)

Valokaaren tunnistaminen

Valokaaren välähdys havaitaan antureilla, jotka liitetään keskus- tai alayksikköön joko pika- tai ruuviliittimellä. Suojausjärjestelmään voidaan käyttää erilaisia antureita tai se voidaan toteuttaa käyttäen pelkästään yhtä anturityyppiä. Yleisimmät anturityypit ovat kuitu- ja pisteanturi.

Kuituanturi (kuva 2) on ohut ja pitkä lasiputki, joka asennetaan kiertämään paikoissa, joissa valokaarivikoja todennäköisesti syntyy.

Valokaarisuojausjärjestelmiin voidaan liittää myös siirrettäviä antureita, joita käytetään kunnossapitotöiden yhteydessä. Siirrettävä anturi kiinnitetään työntekijään silloin, kun suoritetaan huoltotoimenpiteitä jännitteellisessä laitteistossa. (3, s. 23.)

Suojausjärjestelmien konfigurointi ja ohjaus

KUVA 2. Kuituanturi (2, s. 54)

Kuituanturilla voidaan tehdä pitkiä lenkkejä suojattavan kohteen sisällä, jolloin asentaminen on nopeaa ja edullista. Niiden heikkoutena on hankaluus vian paikallistamisessa. Jos kuituanturi muodostaa sähkökeskuksen sisällä pitkän lenkin, on hankalaa paikallistaa valokaaren esiintymiskohtaa. Rakenteeltaan kuituanturi on hauras, ja usein se suojataankin läpinäkyvällä muoviputkella.

Pisteanturi (kuva 3) on kohdeanturi, joka ei pysty havaitsemaan muualla kuin suoraan anturin läheisyydessä sen etupuolella olevaa valonlähdettä. Pisteanturi on kuituanturia kalliimpi, mutta sen avulla valokaaren paikallistaminen on helpompaa. Se ei myöskään ole herkkä havaitsemaan ulkopuolisista valonlähteistä tulevaa valoa, jolloin vältytään turhilta suojalaitteiston laukaisuilta. Kestävän kotelonrakenteen ansiosta se ei tarvitse muuta kosketussuojaa.

Valokaarivikasuojausjärjestelmiä voidaan konfiguroida ja ohjata paikallisesti suojareleen käyttöpaneelista tai käyttäen tietokoneelle asennettua konfigurointiohjelmistoa (3, s 27). Samat toimenpiteet voidaan toteuttaa etänä internetin välityksellä. Keskusyksikkö pystyy myös lähettämään hälytyksiä ulkopuoliseen hallintajärjestelmään. Hälytyksien lähetys lisää järjestelmän toimintavarmuutta ja parantaa työturvallisuutta. Etäohjaus on etu erityisesti kohteissa, joissa ei ole vakituisesti laitteiston käyttöhenkilökuntaa paikalla.

Tulevaisuuden kehitysnäkymiä

Valokaarivikasuojausjärjestelmät ovat jo nykyisellään joustavia ja monipuolisia, mutta niitä kehitetään entistä tehokkaammiksi ja luotettavammiksi.

Suojausjärjestelmien laukaisunopeus lisääntyy ja alayksiköiden tarve vähenee samalla kun keskusyksiköiden prosessointiteho kasvaa ja niiden koko pienentyy. On oletettavaa, että valokaarisuojausjärjestelmien kehittyessä niiden hankintakustannus pienenee, mikä johtaa niiden yleistymiseen sekä henkilöturvallisuuden ja sähköjärjestelmien toimintavarmuuden paranemiseen.

Lähteet

1.COHS (Canadian Centre for Occupational Health and Safety) 2023. Arc flash. Hakupäivä 28.2.2023. https://www.ccohs.ca/oshanswers/safety_haz/arc_flash.html

2. Schneider Electric 2023 VAMP 321 Arc-fault Detection System for Medium Voltage Applications User Manual. Hakupäivä 15.4.2023. https://www.se.com/fi/fi/download/document/63230-218-204/

3.Leskinen, Veeti 2023. Valokaarisuojareleen konfigurointi. Oulun ammattikorkeakoulu. Sähkö- ja automaatiotekniikan tutkinto-ohjelma. Opinnäytetyö. Hakupäivä 22.5.2023. https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/793753/Leskinen_Veeti.pdf?sequence=2.

KUVA 3. Koteloitu pisteanturi

Kirjoittajat : Eskelinen Joonas, Kyröläinen Tomi, Pajala Jani, Pähtilä Jeremias, Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö Rantamaula Ville, Pitkänen Ismo Oulun ammattikorkeakoulu

ABB älykkäät sähkölaiteratkaisut

Milloin laitetta voi kutsua älykkääksi, muuttuu koko ajan vuosien saatossa. Aikoinaan, jotkut ovat varmasti kutsuneet esim. simppeleitä releohjattuja piirejä älykkäiksi, vaikka nykypäivänä näin ei enää ole. Älykkääksi järjestelmäksi voi hyvin kutsua järjestelmää sen itseohjautuvuuden ja siitä saatavien hyötyjen ansiosta. Eri pilvipalvelut mahdollistavat eri järjestelmien integroitumisen yhdeksi isoksi kokonaisuudeksi ja näin niistä saatavat hyödyt voivat olla merkittäviä.

ABB on sveitsiläinen teollisuuskonserni, jonka toiminta keskittyy automaatiotekniikkaan ja sähkövoimatekniikkaan. Suomessa ABB valmistaa esimerkiksi taajuusmuuttajia, moottoreita ja Azipod-propulsiojärjestelmiä. ABB:n pienjännitetuotteet jajärjestelmät tarjoavat suojauksen, ohjauksen ja mittauksen sähköasennuksiin, kotelointiin, keskuksiin, elektroniikkaan sekä teollisuuden sähkömekaanisiin laitteisiin, koneistoihin ja niihin liittyviin palveluihin.

ABB:lta löytyy myös tuotteita ja ratkaisuja kodin- ja kiinteistönautomaatioon. Kodin ohjaukseen

ABB:lta löytyy esimerkiksi Free@home -järjestelmä.

Mikä tekee järjestelmästä älykkään

Milloin laitetta voi kutsua älykkääksi muuttuu, koko ajan vuosien saatossa. Aikoinaan, jotkut ovat varmasti kutsuneet esim. simppeleitä releohjattuja piirejä älykkäiksi, vaikka nykypäivänä näin ei enää ole.

ABB Free@home-järjestelmän voi hyvin luokitella älykkääksi järjestelmäksi mm. sen itseohjautuvuuden, pilvipalveluiden seuraamisen ja tilanneohjaus ominaisuuksien ansiosta.

Näiden järjestelmän piirteiden avulla voi seurata ja vaikuttaa siihen mitä kodissa ja sen järjestelmissä a säätää ohjauksia säästämään energiaa, kun kukaan ei ole kotona tai simuloimaan kodissa oloa turvallisuussyistä.

ABB Free@home älykkäät sähkölaiteratkaisut

Free@home

ABB Free@home on kotiautomaatio ohjausjärjestelmä, jolla voi yhdistää kaikki kodin ohjaukset helppokäyttöiseen ohjausjärjestelmään. Järjestelmää voi ohjata kotona sekä myös etänä mobiililaiteella. Siihen saa myös tilanneohjauksen, jolloin jokaista toimintoa ei tarvitse tehdä erikseen vaan tietty ohjaus muuttaa kaikki siihen valitut toiminnot kerralla. Ohjaukset voi myös laittaa automaattisiksi, jolloin ne ohjautuvat itsestään esimerkiksi kellonajan mukaan.

ABB Free@home järjestelmässä on useita toimintoja. Järjestelmällä voidaan ohjata valaistusta, lämmitystä, ilmastointia, pistorasioita, autonlämmitystä, verhoja ja markiiseja. Järjestelmässä on myös turvallisuustoimintoja.

ABB Free@home –laitekokonaisuuden yksi tärkeimmistä ominaisuuksista on valaistuksen eri ohjaukset sisällä ja ulkona. Valoja pystytään ohjaamaan monipuolisesti yksittäin tai ryhmissä. Valaistusta voidaan ohjata perinteisillä kytkimillä, liiketunnistimella, erilaisilla tilanteilla, kosketusnäytöiltä, mobiililaitteelta tai aikaohjauksilla. Järjestelmään pystytään asettamaan esiasetetut himmennystasot eli tilanneohjaus sytyttää valot suoraan haluttuun kirkkauteen. Valaistustilanteet ovat helposti muokattavissa, jos niihin on tarvetta. Valaistus pystytään liittämään kotona/pois painikkeen taakse täten valaistuksen ohjaus on energiatehokkaampaa, kun tilaan ei jää turhaan valot päälle. Valaistuksen ohjausta voidaan suorittaa myös haluttuina päivinä ja kellonaikoina, myös auringon liikkeiden mukaan. ABB Free@home järjestelmä on myös yhteensopiva Philips HUE järjestelmän kanssa. (1.)

ABB-Free@home-järjestelmä kykenee ohjaamaan kodin lämmitys- ja jäähdytysratkaisuja mukautuen asukkaiden tarpeisiin ja päivärytmiin. Lämmityksenohjaus voidaan toteuttaa vesikiertoiselle tai

KUVA 1 ABB sveitsiläinen teollisuuskonserni (4.)

sähköiselle lattialämmitykselle tai lämpöpattereille. Järjestelmän Eco-tila lisää energiatehokkuutta lämmityksen pudottamalla huoneiden lämpötilaa asukkaiden poissaolon aikana. Free@home pystyy myös tunnistamaan, kun asuntoa tuuletetaan ja kytkemään lämmitys ja jäähdytys toiminnot automaattisesti tauolle. Tilanneohjauksien avulla lämminvesivaraajan käyttö voidaan ajoittaa sähkönhinnan mukaan. Myös sääaseman avulla voidaan automatisoida kaihtimen tai verhojen ohjaus sen mukaan halutaanko auringon lämmittävän huoneita vai halutaanko estää ylilämpöä helteillä. Ulkopistorasiat voidaan ohjelmoida käyttämään auton lohkolämmitintä ulkolämpötilan mukaan määrättyinä viikonpäivinä. (1.)

on tärkein ominaisuus

Free@home -järjestelmän keskeiset komponentit asennetaan sähkökeskukseen tai sen läheisyyteen. Järjestelmä tarvitsee toimiakseen yksinkertaisimmillaan virtalähteen ja System Access Pointin. Virtalähde syöttää rele- ja kytkinyksiköille sekä mahdollisille väyläkaapelointia hyväksi käyttäville antureille virtaa. Koko laitteisto otetaan käyttöön ja sitä ohjataan System Access Pointista. System Access Point voi käyttöönottovaiheessa luoda oman Wlan-verkon laitteiden parametroimiseksi, jotta käyttöönotto voi olla omavaraista. Loppukäyttövaiheessa pitää kuitenkin System Access Point kytkeä kodin Wlan/Lan verkkoon ohjauksen toimivuuden varmistamiseksi.

Järjestelmän turvallisuutta voidaan ylläpitää laitteilla kuten hälytysjärjestelmä, älykkäät valaistusja lämmitysjärjestelmät sekä etäohjauksella toimivilla turvakameroilla. Tärkeimmät turvallisuuskysymykset ovat tietoturva, fyysinen turvallisuus ja käyttäjien yksityisyydensuoja. Smart@home -järjestelmän turvallisuus perustuu sen suunnitteluun, kehittämiseen ja toteuttamiseen, jotka on toteutettu noudattaen korkeimpia turvallisuusstandardeja. Järjestelmä käyttää vahvaa salausalgoritmia, joka takaa tietojen salauksen ja suojaa niitä mahdollisilta tietomurroilta ja hakkeroinneilta. ABB seuraa jatkuvasti tietoturvan uhkia ja varmistaa, että järjestelmä on ajan tasalla ja turvallinen. ABB:llä on myös monia muita turvatoimia kuten käyttäjien tunnistus ja valtuutus, käyttöoikeuksien hallinta ja järjestelmän suojaaminen fyysisesti ja digitaa-lisesti. Käyttäjät voivat pitää huolta turvallisuudesta käyttämällä vahvoja salasanoja, vaihtamalla salasanoja säännöllisesti, käyttämällä monivaiheista tunnistusta, välttää lataamasta haitallisia sovelluksia sekä pitämällä päivitykset ajan tasalla. (1.)

KUVA 2 ABB Free@home ohjausnäyttö (3.)

ABB Free@home järjestelmän komponentteja ja laitteita

Lähteet

1. ABB. ABB-free@home. Hakupäivä 9.4.2023

ABB-free@home - Kodin ja kiinteistön automaatio

2. Rakennusfakta. ABB-Free@home helpompaa kodin ohjausta. Hakupäivä 9.4.2023.

https://www.rakennusfakta.fi/abb-free-home-helpompaa-kodin-ohjausta-93359/uutiset.html

3. news.cision.com. ABB free home technology. Hakupäivä 9.4.2023.

https://news.cision.com/abb/i/abb-free-home-technology,c2700666

4. RS Components Ltd. ABB. Hakupäivä 9.4.2023.

https://fi.rsdelivers.com/ourbrands/abb

Oulun ammattikorkeakoulu0

Study of hygrothermal behaviour for building elements in different environment by hotbox method

Building envelope with high quality help us to ensure a good well-being of the environment in buildings. We have many approaches to assessing the appropriate building envelope. Approaches are divided in theoretical and practical. Theoretical approach includes simulations and calculations as (U-value, risk of water vapor condensation, etc...). In practical approach we often use in-site measurement and measure in environmental chambers. In walk-in environmental chambers, we can set different conditions and monitor hygrothermal parameters of structures as walls, ceilings, windows, or floors on a real scale. Environmental chamber with hotbox device is one possibility, it consists of hot and cold chamber. Chambers simulate outside and inside condition. Environmental chambers can help us to improve healthy and ecological living.

Environmental chamber

Environmental (climate) chamber is device, that is used to simulate different environment to which the sample is exposed. Main parameters, that can be changed, are temperature and relative humidity. Secondary parameters are air pressure, air flow and rain or solar simulation. Environmental chambers are divided by size into classic and walk-in. In classic environmental chambers we test specimens in range of decimetres. In walk-in environmental chambers we test specimens in range of metres. This article is focused on walk-in environmental chamber.

Types of walk-in environmental chamber

Walk-in environmental chambers for building physics purpose are divided into guarded or calibrated hotbox and CBS environmental chambers. Environmental chambers with hotbox devices consist of a hot and cold chamber. Hot and cold chambers are divided by measuring frame called hotbox. Specimen is built in a frame. Hot chamber simulates inside environment and cold chamber simulates outside environment.

CBS environmental chambers are advanced devices, that can be used as calibrated and guarded hotbox method and as one huge environmental chamber for testing room. [2,3]

Guarded hotbox method

There are two methods for measuring thermal performance with hotbox device, the calibration hotbox and guarded hotbox method. Guarded hotbox method is more accurate because specimen is measure in metering box. Metering box has same temperature as hot chamber, it ensures low thermal loses through joints, corners, and chamber’s envelope. [2]

Kirjoittajat: Bc. Jindřich Havelka, M.Sc. Jere Kangas Tekniikan ja luonnonvara-alan yksikkö

Fig. 1 – Walk-in climate chamber with hotbox device [1]

In calibrated hotbox method we must consider heat losses through joints, corners, and chamber’s envelope. Calibration process is performed on specimen with known thermal resistance. This method is more suitable for non-homogenous specimens as wall with window. [2]

By sensors we can measure parameters such as heat flux, surface and environmental temperature, surface and climate side humidity, moisture content and air flow. From the measured values we can calculate thermal resistance of construction or simulate hygrothermal flow through the building elements or formulate the risk of water vapor condensation. [2,3,4]

Main purpose is going to map moisture and thermal flow in characteristic Finnish construction such as sandwich-structured composite. The next purpose is going to explain the formation of water vapor condensation inside the construction and its prevention or risk of mould growth. Another field of interest is hygrothermal behaviour inside the construction during rain simulation.

Results can be used to improve health living, predict hygrothermal behaviour during the year,

determine suitability thermal insulation, composition of construction or influence of construction quality. Another area of interest is development of ecological material for thermal insulation and their durability. Measured data can be used together with simulation and calculation to show trends in future.

Walk-in environmental chamber on the European market

Currently, there is 5 large companies manufacturing walk-in environmental chambers on the European market. Manufactures are Weiss, CTS, Feutron, Netzsch and Angelantoni. Walk-in environmental chambers are

custom-made according to the client's requirements. The requirements can be size of chamber, technical details, or addition in form of raining, solar simulation or shaking.

Sources

[1] [online]. Available from: https://analyzingtesting.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/tdw4140-and-tdw-4240

[2] TKK, Hot; BOX, Cold. Environmental chamber for investigation of building envelope performance. Journal of Architectural Engineering, 1997, 97.

[3] KIVIOJA, Henna; VINHA, Juha. Hot-box measurements to investigate the internal convection of highly insulated loose-fill insulation roof structures. Energy and Buildings, 2020, 216: 109934.

[4] DAEMS, David, et al. Design of an advanced hot box-cold box with full climatic control to test heat, air and moisture transport through real scale building elements. In: E3S Web of Conferences. EDP Sciences, 2020. p. 1900

Fig. 2 – Scheme of environmental chamber during guarded hotbox test [2]