Atrium Kauppapuisto, Espoo Energiaratkaisut

Transkriptio

1 Atrium Kauppapuisto, Espoo Optiplan Oy Y-tunnus Helsinki Turku Tampere Oulu Mannerheimintie 105 Helsinginkatu 15 Åkerlundinkatu 11 C Uusikatu 35 Puh PL 48, Helsinki PL 124, Turku PL 431, Tampere Oulu

2 2 (13) YHTEENVETO Tässä selvityksessä tutkitaan kohteen Atrium Kauppapuisto energiaratkaisuja. Selvityksen tavoitteena on arvioida paikallisten uusiutuvien energialähteiden hyödyntämispotentiaalia, erityisesti maalämpöä ja aurinkosähköä. Kohteen eri käyttötarkoitusluokkien energiatehokkuustavoitteena käytetään lähes nollaenergiatasoa, kuten se on esitetty päivätyssä Ympäristöministeriö asetusluonnoksessa uuden rakennuksen energiatehokkuudesta. Lähes nollaenergia-asetuksia ei ole vielä annettu mutta Ympäristöministeriön esittämän alustavan aikataulun mukaan rakennuslupahakemuksissa, jotka tulevat vireille jälkeen energiatehokkuusvaatimuksena tulee olemaan lähes nollaenergiataso. Rakennusten lämmityksen, jäähdytyksen ja sähkön huipputehoja voidaan hallita huipun pienentämisellä paremmalla energiatehokkuudella ja käyttötottumuksilla, huipun siirrolla energiavaraston avulla sekä huipun leikkaamisella (ts. kysynnän joustolla) tehoa rajaamalla, kuormaa siirtämällä halvemmille tunneille tai kuorman pudottamisella hetkellisesti pyynnöstä. Kohteen kokonaisenergian tarpeeksi arvioitiin MWh/vuosi (122,0 kwh/m 2,vuosi), josta lämpöenergiaa 35 %, jäähdytysenergiaa 8 %, kiinteistösähköä 17 % ja käyttäjäsähköä 41 %. Maalämmöllä voitaisiin tuottaa lämpöenergian tarve lähes kokonaan, joten maalämpö on vaihtoehto päälämmitysmuodoksi. Maalämmön porakaivoista voitaisiin tuottaa % kohteen jäähdytysenergiantarpeesta. Kohteen katolle voisi sijoittaa maksimissaan noin m 2 aurinkopaneeleita huomioiden asennusvälit, katoille tuleva muu tekniikka sekä paneeleiden sijoittelu siten, etteivät ne varjosta toisiaan tai muut rakennuksen osat tai puut varjosta niitä. Tällä paneelimäärällä järjestelmien maksimituotto olisi noin 180 MWh/a ja huipputeho noin 320 kw. Tuotettu aurinkosähkö pystyttäisiin hyödyntämään kohteessa.

3 3 (13) SISÄLTÖ YHTEENVETO... 2 SISÄLTÖ JOHDANTO ENERGIATEHOKKUUS- JA SISÄILMASTOTAVOITTEET HUIPPUTEHO ENERGIANTARVE VAIHTOEHTOISET ENERGIALÄHTEET Päälämmitys- ja pääjäähdytysjärjestelmät Lisäjärjestelmät SISÄILMASTO LIITTEET... 13

4 4 (13) 1 JOHDANTO Tässä selvityksessä arvioidaan Atrium Kauppapuiston energiaratkaisuja. Selvityksen tavoitteena on arvioida paikallisten uusiutuvien energialähteiden hyödyntämispotentiaalia, erityisesti maalämpöä ja aurinkosähköä. Alla on esitetty kohteen aluesuunnitelman (päivätty ) mukainen kerrosala. Tilatyyppi Laajuus Liiketilat kem 2 Varastotilat kem 2 Toimistotilat 694 kem 2 Yhteensä kem 2 2 ENERGIATEHOKKUUS- JA SISÄILMASTOTAVOITTEET Kohteen rakennusten eri käyttötarkoitusluokkien energiatehokkuustavoitteena käytetään lähes nollaenergiatasoa, kuten se on esitetty päivätyssä Ympäristöministeriö asetusluonnoksessa. Lähes nollaenergia-asetuksia ei ole vielä annettu mutta Ympäristöministeriön esittämän alustavan aikataulun mukaan rakennuslupahakemuksissa, jotka tulevat vireille jälkeen energiatehokkuusvaatimuksena tulee olemaan lähes nollaenergiataso. Asetusluonnoksessa energiatehokkuuden vertailuluvun (E luku) maksimiarvoina eri käyttötarkoitusluokissa on: - liikerakennus E lukuvaatimus <135 kwh E /m 2,vuosi (nykyinen E lukuvaatimus <240 kwh E /m 2,vuosi) - toimistorakennus E lukuvaatimus <100 kwh E /m 2,vuosi (nykyinen E lukuvaatimus <170 kwh E /m 2,vuosi) (tässä on huomattava, että yllä esitetyt E 2012 ja E 2018 luvut eivät ole vertailukelpoisia koska E-luvun laskennassa käytettävät energiamuotokertoimet muuttuvat) Kohteen oleskelutilojen sisäilmastotavoitteena on Sisäilmastoluokitus 2008 sisäilmastoluokan S2 (hyvä sisäilmasto) tavoitearvot.

5 5 (13) 3 HUIPPUTEHO Kohteen huipputehoiksi arvioitiin: - lämmitysteho kw - jäähdytysteho kw - sähköteho kw Lämmityksen, jäähdytyksen ja sähkön huipputehoja voidaan hallita: - huipun pienentämisellä paremmalla energiatehokkuudella ja käyttötottumuksilla - huipun siirrolla energiavaraston avulla - huipun leikkaamisella (ts. kysynnän joustolla) tehoa rajaamalla, kuormaa siirtämällä halvemmille tunneille tai kuorman pudottamisella hetkellisesti pyynnöstä. Huipun pienentäminen paremmalla energiatehokkuudella Rakennusvaipan ja taloteknisten järjestelmien energiatehokkuus on hyvin korkea lähes nollaenergiavaatimusten voimaan astumisen jälkeen. Energiatehokkuutta voidaan kuitenkin kehittää opastamalla käyttäjiä laitehankinnoissa, huoltohenkilöitä kiinteistön käytössä sekä aktiivisella energiatehokkuuden seurannalla ja ohjauksella. Tätä varten olisi hyvä laatia kiinteistön käyttöoppaaseen mm. Energiatehokkuus laitehankinnoissa ja Kiinteistön energiatehokas käyttö osiot. Kauppapuistossa ikkuna-alan osuus vaipasta on vähäinen ja pääosin luoteeseen, joten passiivisella auringonsuojauksella ei ole merkittävää vaikutusta jäähdytystehon tarpeeseen. Huipun siirto energiavarastolla Aurinko- ja kaukolämpöä voidaan varastoida lyhytaikaisesti lämminvesivaraajiin, jolla on alentava vaikutus lämmön huipputehoon. Mahdollisesta maalämpöjärjestelmästä voidaan ottaa kylmäenergiaa kesäjaksolla ja varastoida porakaivoihin lämpöä vaikkakin pohjaveden virtaukset heikentävät lämmön pysymistä. Aurinkosähköä ja edullista ostosähköä voidaan varastoida lyhytaikaisesti akkuihin mutta niiden käyttäminen ei ole tällä hetkellä taloudellisesti kannattavaa. Akkuteknologian kehitys on kuitenkin nopeaa, joten tulevaisuudessa akkujen lisääminen saattaa tulla kannattavaksi.

6 6 (13) Huipun leikkaamisella (ts. kysynnän joustolla) tehoa rajaamalla, kuormaa siirtämällä halvemmille tunneille tai kuorman pudottamisella hetkellisesti pyynnöstä Potentiaali kysynnän joustolle on arvioitava tapauskohtaisesti mm. rakennustyyppi, järjestelmävalinnat ja käyttäjien tahto huomioiden. Liike- ja toimistorakennuksissa potentiaalia on mm. ilmanvaihdossa, valaistuksessa, jäähdytyksessä ja sulanapidossa. Toisaalta energiatehokkuuden parantaminen ja energian varastointi pienentävät huipputehoa ja siten vähentävät kysynnän joustopotentiaalia. Kysynnän jousto aiheuttaa uudenlaisia vaatimuksia, joihin varautuminen edellyttää niiden huomioimista jo aikaisessa suunnitteluvaiheessa. Suunnittelussa tulee huomioida mm. sähkön ryhmittely, ohjaukset ja laitevaraukset sekä kiinteistöautomaationjärjestelmälle asetetut toiminnalliset vaatimukset kuten reaaliaikaisuus, ohjaustoimintojen priorisointi, sähkökuormien tilan mittaaminen ja todentaminen, järjestelmien integroitavuus (rajapintojen määritys) sekä tietoturvaan liittyvät asiat. Kysynnän jouston ohjausten edelle tulee priorisoida taloteknisten järjestelmien kriittiset toiminnat sekä käyttäjien tahto. 4 ENERGIANTARVE Kauppapuiston vuotuiseksi energiantarpeeksi arvioitiin: - lämmitysenergia MWh/vuosi (42,3 kwh/m 2 ) - jäähdytysenergia 240 MWh/vuosi (10,0 kwh/m 2 ) - kiinteistösähkö 484 MWh/vuosi (20,2 kwh/m 2 ) - käyttäjäsähkö MWh/vuosi (49,4 kwh/m 2 ) - yhteensä MWh/vuosi (122,0 kwh/m 2 ) Esitetty energiankulutus on laskennallinen arvio, todellinen energiankulutus vaihtelee vuosittain säästä ja käytöstä johtuen. - Espoossa lämmitystarve on vaihdellut viimeisen 10 vuoden aikana ( ) normaalivuoteen nähden -16% +13% ollen keskimäärin noin -6% normaalivuotta pienempi - keskimääräisen lämmitystarpeen on arvioitu Suomessa laskevan noin -13 % ja jäähdytystarpeen nousevan noin +14 % vuoteen 2030 mennessä ilmastonmuutoksen vaikutuksesta

7 7 (13) - rakennuksen käytöllä ja kiinteistönpidon toimintatavoilla on merkittävä vaikutus energiatarpeeseen o rakennusten käyttö (käyttöasteet ja käyttöajat) on tässä arvioitu käyttötarkoitusluokittain standardinomaiseksi mutta voi vaihdella tulevan käyttäjien tarpeista riippuen o kiinteistönpito on tässä arvioitu aktiiviseksi, jossa energiankäyttöä ja sisäilmastoa seurataan ja puututaan poikkeamiin pyrkimyksenä ylläpitää alhaista energiankulutustasoa 5 VAIHTOEHTOISET ENERGIALÄHTEET Tässä luvussa käydään läpi teknologiat, jotka ovat sopivimpia Kauppapaikka Atriumiin ja esitetään syyt mahdollisille poissulkemisille tarkastelusta. 5.1 Päälämmitys- ja pääjäähdytysjärjestelmät Alueella Fortum Oy:n kaukolämpö tuotetaan pääosin (noin 90 %) sähkön ja lämmön yhteistuotannossa (CHP, polttoaineina pääosin maakaasu ja kivihiili). Lisäksi kaukolämpöä tuotetaan eri puolilla jakelualuetta sijaitsevissa lämpökeskuksissa. Fortumin tavoitteena on tehdä kaukolämpö hiilineutraaliksi Espoossa vuoteen 2030 mennessä. Suomessa pohditaan kivihiilen polton kieltämistä lailla 2030 mennessä, joka osaltaan luo painetta kaukolämmön polttoaineen muutokselle. Alueellisen matalalämpöisen lämpö- tai yhteistuotantolaitoksen perustaminen on kyseenalaista päästöjen vähentämisen kannalta. Käytännössä oman laitoksen perustaminen tarkoittaisi lähes vastaava tuotantoa kun nykyinen kaukolämpö, mutta pienemmässä mittakaavassa. Erona on ainoastaan se, että omalla laitoksella lämpöenergia voitaisiin tuottaa 100 %:sti biomassalla. Oma laitos vaatii kuitenkin erittäin suuren tilan ja se lisäisi alueella olevaa liikennettä johtuen polttoaineen kuljetuksesta. Edellä esitetyistä syistä johtuen ei ole perusteltua käyttää polttoaineita, joita myös paikallinen energiayhtiö pystyy tehokkaasti hyödyntämään energiantuotannossa. Kohteessa käytettävän uusiutuvan energian tulisi olla joko suuremman tuotantolaitoksen tarjoamaa uusiutuvaa energiaa tai paikalla tuotettua energiaa, joka ei kilpaile vastaavien isompien yksiköiden kanssa. Maalämpö on toinen vaihtoehto kohteen päälämmitysjärjestelmäksi, jolloin jäähdytyksessä voitaisiin hyödyntää samoilla maalämmön porakaivoilla maakylmää.

8 8 (13) Biomassa Lämmityskattila ei ole suositeltava ratkaisu kohteen lämmitysjärjestelmäksi. Katso luku Yhdistetty sähkön- ja lämmöntuotanto (CHP) Biomassalla toimiva CHP laitos ei ole suositeltava ratkaisu kohteen lämmitysjärjestelmäksi. Katso luku Lämpöpumput Porakaivoilla tuotetun geotermisen energian hyödyntäminen tontilla on mahdollista. Alueelle voitaisiin sijoittaa alustavan arvion mukaan maksimissaan 62 porakaivoa 15 metrin etäisyyksillä. Alueen kallioperä on Geologian Tutkimuskeskuksen karttojen mukaan tyypiltään gneissiä, jonka keskimääräinen lämmönjohtavuus noin 2,9 W/m (Kuva 1). Tämä arvo on noin 9% Suomen kallioperän keskimääräistä arvoa (3,2 W/mK) alhaisempi. Kuva 1. Kallioperän tyyppi kohteen alueella (keltainen gneissiä). Kohteen lämmitysenergiantarpeesta 95% pystyttäisiin kattamaan 45:llä 300 m syvällä porakaivoilla. Tällöin maalämmön tuottama vuotuinen lämmitysenergia on 964 MWh. Loput energiantarpeesta katettaisiin sähkökattilalla. Järjestelmän lämmitysteho on noin 400 kw. Tässä

9 9 (13) porakaivot mallinnettiin EED-ohjelmalla muotoon 5 X 9 porakaivoa 15 m väleillä. Todellisuudessa porakaivot eivät sijoitu alueelle näin tiiviisti, jonka vuoksi kentän lämpötila pysyisi riittävän korkealla jopa kauemmin kuin simuloinnissa käytetty 50 vuotta. Lisäksi tutkittiin porakaivojen sijoittamista kentälle 20 m etäisyydellä toisistaan. Tällöin kohteen lämmitysenergiantarpeesta 95% pystyttäisiin kattamaan jo 40:llä 300 m syvällä porakaivoilla koska suuremmalla etäisyydellä yhdestä porakaivosta saadaan enemmän lämpöä. Tällöin maalämmön tuottama vuotuinen lämmitysenergia on 969 MWh ja järjestelmän lämmitysteho noin 420 kw. Porakaivot mallinnettiin EED-ohjelmalla muotoon 4 X 10 porakaivoa 20 m välein. Kuvassa 2 on esitetty porakaivojen alustava sijoitus tontille 20 m etäisyyksillä. Kuva 2. Maalämpökaivojen sijoitus tontille 20 m väleillä (40 kpl). Samoja porakaivoja voidaan hyödyntää jäähdytysenergian tuottamiseen. Järjestelmä suunniteltaisiin toimivaksi vapaajäähdytysperiaatteella, jolloin jäähdytyksen sähkönkulutus on alhainen. Tällöin porakaivojen tuottama vuotuinen jäähdytysenergia vapaajäähdytyksellä on noin 47 MWh (20 % kohteen jäähdytysenergiantarpeesta) ja järjestelmän jäähdytysteho noin 40

10 10 (13) kw, kun maasta tulevan nesteen lämpötila on 10-asteista. Mikäli jäähdytysverkosto mitoitetaan siten, että maasta tulevan nesteen lämpötila voi olla 12-asteista, saadaan maakylmän avulla tuotettua vapaajäähdytyksellä noin 105 MWh vuodessa (44 % jäähdytysenergiantarpeesta) ja järjestelmän jäähdytysteho vapaajäähdytyksellä on noin 120 kw. 12-asteisella jäähdytyksen menoveden lämpötilalla tuloilman kuivaus ei ole kuitenkaan riittävä. Huomioiden alueen koon suhteessa kiinteistön lämpöenergian tarpeeseen, pintamaan käyttäminen lämmön lähteenä rajattiin pois tarkastelusta, koska arvioitiin että tontilla ei ole riittävästi tilaa vaadittavalle vaakaputkistolle. Vesistön käyttäminen lämmön lähteenä rajattiin pois, koska kohteen tontin lähialueilla ei ole vesistöä ja pitkän lämmönsiirtoputkiston rakentamisen arvioitiin aiheuttavan merkittävät putkivetojen kaivuu- ja materiaalikustannukset suhteessa saatavaan lämpöön. Ilma-ilma ja ilma-vesi lämpöpumput rajattiin pois, koska ne eivät sovellu päälämmitysjärjestelmäksi Suomen ilmastossa. Lisäksi myös poistoilman käyttäminen lämmönlähteenä rajattiin pois, koska rakennukseen suunnitellaan tehokas ilmanvaihdon lämmön talteenottojärjestelmä Kaukolämpö Kohteessa voidaan hyödyntää keskitetyssä tuotantolaitoksessa tuotettua lämpöenergiaa, jonka laitteet sijoitetaan rakennusten lämmönjakokeskuksiin Kaukokylmä Alueella ei ole kaukokylmäverkostoa, joten se ei ole mahdollinen vaihtoehto jäähdytysenergiantuotantomuodoksi. Fortum Oy tarjoaa tällä hetkellä kaukokylmää mm. Matinkylään, mutta liittyminen siihen ei ole pitkän etäisyyden (5 km) johdosta mahdollista Kompressorijäähdytys Perinteinen jäähdytysratkaisu sähkökäyttöisellä kompressorikylmäkoneella on yksi vaihtoehto kohteen jäähdytystarpeen kattamiseksi. Kompressorijäähdytyksen lauhdelämpö voitaisiin viedä Fortum Oy:n kaukolämpöverkkoon ns. kaksisuuntaisella lämpökaupalla.

11 11 (13) Mikäli kohteen päälämmitysjärjestelmäksi tulee maalämpö ja tällöin on myös mahdollisuus hyödyntää maakylmää, suositellaan sitä siltä osin kun sitä on saatavilla alueen jäähdytysratkaisuksi pienemmän sähkönkulutuksen takia Päälämmitys- ja jäähdytysjärjestelmän valinta Maalämmöllä voitaisiin tuottaa alueen lämpöenergian tarve lähes kokonaan, joten maalämpö/-kylmä voisi olla päälämmitys- ja jäähdytysmuoto kohteessa. Mikäli maalämpöä ei kustannussyistä valita kohteen päälämmitysjärjestelmäksi, on vaihtoehtona kiinteistön päälämmitysja jäähdytysmuodolle kaukolämpö ja kompressorijäähdytys, koska tällöin porakaivoja ei ole hyödynnettävissä maakylmään eikä alueella ole kaukokylmäverkostoa. 5.2 Lisäjärjestelmät Tässä kappaleessa tarkastellaan, olisiko kohteessa järkevää hyödyntää muita uusiutuvia energiantuotantomuotoja aiemmin valittujen pääjärjestelmien lisäksi Aurinkoenergia Tällä hetkellä Suomessa (vuonna 2016) uusiutuvan energian käyttöä ja energiatehokkuutta edistäviin investointeihin tai energiantuotannon ympäristöhaittoja vähentäviin investointeihin myönnettävä tuki voi olla enintään 30 %. Aurinkopaneeleiden tapauksessa tämä tuki on 25 %, mutta aurinkokeräimille ei uudisrakennuskohteissa myönnetä tukea. Suomessa tuen myöntää Työ- ja elinkeinoministeriö (TEM). Tietoa tulevien vuosien investointituista ei kuitenkaan ole vielä selvillä. Aurinkosähkö Kohteen katolle voisi sijoittaa noin m 2 aurinkopaneeleita huomioiden asennusvälit, katoille tuleva muu tekniikka sekä paneeleiden sijoittelu siten, etteivät ne varjosta toisiaan tai muut rakennuksen osat tai puut varjosta niitä. Tällä paneelimäärällä järjestelmien vuotuinen maksimituotto olisi noin 180 MWh ja huipputeho noin 230 kw. Tuotettu aurinkosähkö pystytään hyödyntämään kohteessa käytännössä kokonaan. Kiinteistön pohjakuorman laskennassa on otettu huomioon ilmanvaihdon puhallinsähkön pohjakuorma, mutta rajoittava tekijä paneelien mitoituksessa on varjostumaton kattopinta-ala.

12 12 (13) Aurinkolämpö Tyypillisesti aurinkolämpökeräimiä kannattaa sijoittaa katolle sen verran, että niiden tuotanto kattaa noin 50 % rakennuksen lämpimän käyttöveden tarpeesta. Tällöin kesäaikaan suurin osa käyttöveden tarvitsemasta lämpöenergiasta saadaan aurinkokeräimien avulla. Kohteessa aurinkokeräinten pinta-ala olisi tällöin noin 80 m 2, jolloin keräimillä pystyttäisiin tuottamaan lämpöenergiaa noin 40 MWh vuodessa. Toinen vaihtoehto on syöttää aurinkolämpöä maalämpöpiiriin, jolloin myös aurinkolämmön suurimman tuotannon aikaan kesällä sitä voitaisiin varastoida kallioperään talvea varten. Maalämmön energiantuotanto parantuisi, sillä tämä vähentäisi kallioperän talviaikaista viilentymistä. Toisaalta porakaivoista saatava jäähdytysenergia olisi pienempi. Kallioperän TRTmittauksella tulisi varmistaa pohjaveden virtaama kallioperässä, mikä vaikuttaa lämmön varastoimisen kannattavuuteen Jäteveden lämmön talteenotto Jäteveden lämmön talteenotolla otetaan talteen viemäreihin menevää hukkaenergiaa. Tässä on arvioitu, että jäteveden lämpötila ei nouse kovin korkeaksi, joten jäteveden lämmön talteenoton potentiaali on vähäinen Tuuli Pientuulivoiman hyödyntäminen alueella ei katsottu kannattavaksi heikohkojen tuuliolosuhteiden takia. Suuremman mittaluokan tuulivoimalan rakentaminen kaupunkialueella ei ole mahdollista, koska voimalan etäisyys asuinrakennuksiin tulee olla vähintään 2 km. Pientuulivoimalan ongelmana on lähistön puiden aiheuttama tuulen turbulenttisuus, mikä heikentää voimalan tuotantopotentiaalia. Lisäksi Suomen Tuuliatlaksen tuulen tuotantokarttojen mukaan kohde ei sijaitse tuulen tuotannon kannalta potentiaalisella alueella verrattuna muihin potentiaalisempiin lähialueisiin (Kuva 3).

13 13 (13) Kuva 3. Tuulivoiman tuotantopotentiaali kohteen alueella (tummempi alue potentiaalisempi). 6 SISÄILMASTO Matalaenergiarakentamisessa jäähdytyksen tarvetta on tärkeää pienentää merkittävästi rakennuksen suuntauksella, ikkuna-aukotuksen määrällä sekä ikkunoiden passiivisella auringonsuojauksella, kuten ulkopuolisilla säleiköillä ja/tai auringonsäteilyn kokonaisläpäisykertoimella (g-arvolla). Tällöin jäähdytysenergiankulutus pystytään minimoimaan säilyttäen silti suotuisat sisäilmaolosuhteet. Tarkastelemalla eri ratkaisujen vaikutusta energiatehokkuuteen, päivänvalo-olosuhteisiin sekä jäähdytystehontarpeeseen voidaan löytää kohteeseen optimaalinen auringonsuojausratkaisu. Kohteessa suuret näyteikkunat suuntautuvat luoteeseen, jolloin ylilämpenemisen riski suurten ikkunapintojen johdosta on pieni. 7 LIITTEET (ei liitteitä)