Paikallisen lämmöntuotannon hyödyntäminen

Suomessa tavallisin lämpöverkkotyyppi on kaukolämmön kaksiputkijärjestelmä, jossa lämpö siirretään lämmön tuottajalta verkkoon veteen sitoutuneena, ja kuluttajan lämmönsiirtimissä viilennyt kaukolämpövesi palaa takaisin tuottajalle. 

Tällä hetkellä kaikki Aalto-yliopistokiinteistöjen hallinnoimat rakennukset kuuluvat kaukolämpöverkkoon, joten veteen perustuva lämmönsiirtotapa valittiin työn tarkastelun kohteeksi. Yleisimpiä hajautettuja lämmöntuotantomuotoja ovat maalämpö, aurinkolämpö, pienen kokoluokan lämpö- ja CHP-laitokset sekä erilaiset hukkalämmön lähteet. Tarkemman selvityksen kohteeksi valittiin maalämpö, sillä Otaniemen maalämpöpotentiaali on todettu hyväksi.

Selvitystyön tuloksena voidaan todeta, että lämpöverkko voi parantaa maalämpöjärjestelmien hyödynnettävyyttä usean rakennuksen alueratkaisuissa.

Laskelmat

Lämpöverkon ominaisuuksia selvitettiin soveltavien laskelmien avulla. Laskelmissa verrattiin yhteensä 11,3 MW:n maalämpökaivojen käyttöä neljässä eri tapauksessa:

1.  jokaisessa rakennuksessa erilliset maalämpöjärjestelmät, jotka kattavat 50 % kunkin rakennuksen huipputehon tarpeesta
2. vastaava kuin 1. tapauksen järjestelmä, mutta kaikkien rakennusten maalämpöjärjestelmät on kytketty lämpöverkkoon
3. vain 10 rakennuksessa oma lämpöpumppu, joka kattaa kunkin rakennuksen huipputehon
4. vastaava kuin 3. tapauksen järjestelmä, mutta kytkettynä lämpöverkkoon

Tapauksessa 1 voidaan vuodessa tuottaa 43 300 MWh, mikä vastaa 94 % koko kampuksen lämmönkulutuksesta (vuosi 2012). Jos hyödynnetään lämpöverkkoa maalämmön siirtämiseen (tapaus 2), maalämpöä voidaan hyödyntää samalla järjestelmällä 44 300 MWh (96 %). Tapauksissa 3 ja 4 lämpöverkon hyödyt ovat huomattavasti suuremmat. 

Ilman verkkoa 10 rakennuskohtaista maalämpöjärjestelmää voivat tuottaa lämpöä vain kyseisten rakennusten tarpeisiin (25 300 MWh, 55 % koko lämmönkulutuksesta), ja muiden rakennusten lämmöntarve on katettava toissijaisella lämmönlähteellä. Mikäli lämmön syöttö verkkoon on mahdollista, pystytään lämpöpumpuilla tuottamaan 44 300 MWh – jopa 19 000 MWh enemmän kuin rakennuskohtaisessa järjestelmässä ja 96 % koko kulutuksesta. 

Verkon kanssa toissijaisen lämmönlähteen tarve olisi vain 4 % kokonaiskulutuksesta.

Tulokset

Laskelmien perusteella on selvää, että lämpöverkolla on suuri merkitys erityisesti silloin, jos maalämpöä halutaan rakentaa vain joillekin alueille ja sopivien rakennusten yhteyteen. Tällöin verkko mahdollistaa maalämmön tehokkaamman alueellisen hyödyntämisen ilman rakennuskohtaista lämmöntuotantojärjestelmää. 

Lämpöverkon avulla voidaan tasata verkon tuotanto- ja kulutushuippuja eri rakennusten välillä. Lämpöverkko myös mahdollistaa suurempien paikallisten lämpövarastojen käytön, jotka mittakaavaltaan ovat usein kannattavampia kuin pienet rakennuskohtaiset varastot.

Tutkimuksessa selvisi myös, että lämpöverkon keskeisin ominaisuus hajautetun lämmöntuotannon kannalta on lämpötilataso. Aurinkolämmön ja maalämmön hyötysuhde ja rakennusten ja teollisuuden lämmönlähteiden hyödynnettävyys ovat sitä paremmat, mitä matalampi on lämpöverkon lämpötilataso. 

Lämpötilan alentaminen nykyisestä olisikin tehokkuuden kannalta perusteltua. Kuitenkin lämpötilatason laskua rajoittavat mm. verkon tehonsiirtokyky matalammassa lämpötilassa, painehäviöiden kasvu virtausnopeuksien kasvun seurauksena ja käyttöveden minimilämpötila legionellariskin vuoksi.

Tulosten hyödyntäminen

Tutkimuksen tuloksia hyödynnetään Otaniemen alueen energiantuotantojärjestelmän suunnittelussa. Kun paikallista hajautettua lämmöntuotantoa tarkastellaan alueellisella tasolla rakennuskohtaisen tason sijaan, saadaan hyödynnettyä paikalliset synergiat lämpö- ja jäähdytystarpeessa. 

Lämpöverkon rooliin on kiinnitettävä huomiota energiaomavaraisuustavoitteen saavuttamiseksi lämmön osalta.

Nykyisen kaukolämpöverkon hyödyntäminen myös hajautettuun lämmöntuotantoon on Otaniemessä todennäköisesti mahdollista. Koska lämpöverkon rooli energiaomavaraisuuden saavuttamisessa lämpöenergian osalta on merkittävä, lämpöverkon kehittäminen yhteistyössä nykyisen lämpöverkon haltijan kanssa on tärkeää.