• fi

Huipputehokas lämmitys ja jäähdytys

2.4.2015

Derby Business Park on 2012 valmistunut nykyaikainen toimistorakennus, joka on noussut Turunväylän pohjoispuolelle Laajalahden kohdalle. Rakennuksessa toimii mm. Siemensin ja rakennusyhtiö SRV:n pääkonttorit.

Noin 80 000 rm3 suuruisen rakennuksen lämmitys ja jäähdytys hoidetaan huipputehokkaalla maalämpö-järjestelmällä, joka on suunniteltu ja räätälöity tarkasti kohteen erityistarpeita varten.

Hankkeen taustaa

Rakennusyhtiö SRV oli suunnittelemassa itselleen pääkonttoria ja halusi selvityttää tehokkaimman mahdollisen tavan rakennuksen lämmitykseen ja jäähdytykseen ottaen huomioon sekä kustannukset että ympäristövaikutukset.

Paras ratkaisu esiin esiselvityksen avulla

Konsulttitoimisto Enersys Oy sai loppuvuodesta 2009 SRV:ltä toimeksiannon laatia suunnitteilla olevaan kohteeseensa lämmitys- ja jäähdytysvaihtoehtoja koskeva esiselvitys.

Kattavassa esiselvityksessä tarkasteltiin eri lämmitys- ja jäähdytysvaihtoehtoja ja selvitettiin myös eri luonnon lämmönlähteiden hyödynnettävyys. Selvityksen perusteella elinkaarivaikutuksiltaan edullisimmaksi päävaihtoehdoksi osoittautui lämpöpumpputekniikkaan perustuva yhdistetty lämmitys-jäähdytysjärjestelmä, jossa tontin alla olevaa kallioperää hyödynnetään lämmön lähteenä ja lämpövarastona.

Lisä- ja varalämmön lähteeksi valittiin öljykattilat, koska lisälämmön tarve laskettiin hyvin pieneksi eivätkä öljykattilat aiheuta kiinteitä tehomaksuja.

 

Geoenergiakenttä – tuotantoinvestointi josta saatavissa hyötyä vuosikymmeniä

Järjestelmän kallein yksittäinen osa on kallioon poratuista lämpökaivoista koostuva geoenergiakenttä. Järjestelmä kannattaa mitoittaa tarkasti, koska kentän tulisi toimia vähintään 50 vuotta. Geoenergiakentän ylimitoitus maksaa investointivaiheessa, mutta alimitoitus saattaa romuttaa koko järjestelmän toiminnallisen ja taloudellisen perustan.

Geologian tutkimuskeskus GTK:lta tilattiin perusselvitys, jossa tutkittiin koereikien avulla kallioperän ominaisuudet, mm. lämmönjohtavuus ja alkulämpötila.

Kallioperän ominaisuudet, kohteen lämmitys- ja jäähdytyskuormat ja porareikien sijoitus vaikuttavat energiakentän vaikutusalueella olevan kallioperän pitkäaikaiseen lämpötilakehitykseen. Tämä lämpötilatrendi vaikuttaa olennaisesti järjestelmän toimintaan ja käyttötalouteen, joten järjestelmä on aina suunniteltava siten, että maaperän lämpötilakehitys on hallittu ja ennalta määritelty.

kayttoaika

Esimerkki geoenergiakentän maaperän lämpötilan pitkäaikaistrendistä, joka tulee olla hallinnassa ja määritellä jo suunnitteluvaiheessa.

 

Suunnittelun merkitys

Lämpöpumppujärjestelmään pätee erinomaisesti heikoimman lenkin vertaus. Järjestelmän pääosat ovat:

Lämmönkeräys – LP-laitos – Kuorma/jakeluverkostot

Näistä heikoimmin toimiva osa dominoi koko järjestelmän toimintaa ja voidaan osoittaa, että elinkaarikustannusten ero hyvin ja huonosti toimivan järjestelmän välillä voi olla suurempi kuin alkuinvestointi. Järjestelmä kannattaa suunnitella yhtenä kokonaisuutena, jotta varmistettaisiin eri osien yhteensopivuus ja vältettäisiin heikot lenkit.

Maalämpöjärjestelmän suunnittelu kannattaa aloittaa hankesuunnittelun alkuvaiheessa, jotta järjestelmän toiminnot voidaan ottaa huomioon järkevällä tavalla osana rakennushankkeen kokonaissuunnittelua (energia-kenttien ja laitetilojen sijoituksella ja rakentamisen vaiheistuksella saavutettavissa suuret kustannussäästöt).

Enersys vastasi maalämpöjärjestelmän kokonais-suunnittelusta ja talotekninen (TATE) suunnittelutoimisto lämmitys- ja jäähdytysverkostojen suunnittelusta. Järjestelmien yhteensopivuuden varmistaminen vaati läheistä yhteistyötä maalämpö- ja TATE-suunnittelijoiden välillä. Yhteistyö onnistui tässä kohteessa erinomaisesti ja myös verkostojen on todettu toimivan optimaalisesti.

Kohteeseen päätettiin hakea lisäksi LEED-sertifiointia (Leadership in Energy and Environmental Design), jolla pyritään vähentämään rakennuksen käytön aikaista ympäristökuormitusta. Myös tämä asetti energiatehokkuudelle erityisvaatimuksia.

 

Tuloksena huipputehokas kohteeseen räätälöity laitos

Elinkaarikustannusten minimoimiseksi ja tiukkojen energia- ja päästövaatimusten vuoksi kohteeseen suunniteltiin täysin kohteen tarpeisiin räätälöity lämpöpumppu-järjestelmä, joka käsittää mm. seuraavia osia ja laitteita

  • Räätälöidyt päälämpöpumppuyksiköt, teho 2 x 250 kW sekä lämmitystä että jäähdytystä, mitattu vuosihyötysuhde yli 4,0
  • Räätälöity korkealämpötilayksikkö lämpimän käyttöveden tuotantoon, lämmönlähde jäähdytys, mitattu vuosihyötysuhde 3,5
  • Erillinen vedenjäähdytysyksikkö, lauhdutus lämpökaivoihin
  • Lämpökaivot 24 x 300 m, erikoiskollektorit

Lämpöpumppukoneille laadittiin etukäteen erittäin tiukat suoritusarvovaatimukset. Toimittajaksi valittiin kilpailutuksen ja tarkan evaluoinnin perusteella hollolalainen Pemco Oy, jonka toimittamien koneiden suoritusarvot mitattiin käyttöönottovaiheessa ja niiden todettiin jopa ylittävän tiukat suoritusarvovaatimukset.

pemco

Paljonko säästää, kannattaako?

Järjestelmä on otettu käyttöön syksyllä 2012, josta lähtien laitoksen toimintaa on seurattu. Sähkön markkina-hinnoilla laskien lämmityksen ja jäähdytyksen käyttö-kustannukset ovat olleet ensimmäisinä käyttö- vuosina yhteensä noin 40 000 €/v (alv 0). Lämmitystarve on ollut 1700 MWh/v ja järjestelmään kytketty jäähdytystarve 700 MWh/v (osa serveritilan jäähdytystä), jolloin tuotetun lämmön keskihinta on ollut 20 €/MWh ja jäähdytyksen
6 €/MWh. Järjestelmällä on siten mahdollista säästää 25 v aikana 2 miljoonaa euroa (nykyhintatasolla) verrattuna tavanomaiseen lämmitys/jäähdytys-järjestelmään alla olevan kuvan mukaisesti (tai 5 milj. € 50 v elinkaaren aikana). Energioiden hintojen noustessa säästö lisääntyy entisestään, koska hinnan nousu ei vaikuta maalämpöjärjestelmän ilmaisenergiaan, jonka osuus on ollut 3/4 pelkän lämmityksen osalta.

kustannuskertyma

Hyvin suunnitellun ja toteutetun maalämpöjärjestelmän avulla on mahdollista saavuttaa elinkaarisäästöt, jotka ovat moninkertaiset alkuinvestointiin verrattuna.

Säästöt perustuvat järjestelmän huippuunsa vietyyn energiatehokkuuteen ja optimoituun tuotanto-rakenteeseen. Suurin osa energiasta saadaan ilmaiseksi joko maaperästä tai jäähdytyksen sivutuotteena. Alla olevassa kuvassa lämmön tuotantojakauma 2013- 014.

tuotantojakauma

Lopputulos ei ole syntynyt sattumalta, vaan tuloksen on mahdollistanut koko järjestelmän toteutusketjun hallintaan ottaminen hankkeen alusta loppuun saakka:

  1. Puolueettoman esiselvityksen kautta valitaan suunnittelun lähtökohdaksi paras järjestelmä
  2. Järjestelmä suunnitellaan tarkasti kohteen erityisvaatimusten mukaan, heikot lenkit pyritään eliminoimaan jo suunnitteluvaiheessa
  3. Laaditaan tarkat hankintamäärittelyt ja tarjoukset evaluoidaan pääkriteerinä elinkaarihyöty (ei hinta)
  4. Urakoitsijoiden työtä valvotaan riittävästi ja varmistetaan suunnitelmien mukaisuus
  5. Lopputulos varmistetaan huolellisella käyttöön otolla ja käyttäjät koulutetaan tehokkaaseen käyttöön.