Ulla Kangasmaa Projektipäällikkö DI

Transkriptio

1 Ulla Kangasmaa Projektipäällikkö DI

2 Geoener - Painiitty Rakennusosakeyhtiö Hartela sai mahdollisuuden osallistua GeoEner-hankkeeseen rakennusliike-edustajana Pilottikohteeksi valittiin Painiitty, koska se oli alue, jolla olisi varsin mahdollista hyödyntää lämmöntuotannossa maalämpöä ja koska oli tiedossa sen toteutus aivan lähiaikoina Vaihtoehtoina oli myös kaksi toimitilahanketta Maalämpö soveltuu hyvin vesikiertoisen lattialämmityksen lämmönlähteeksi Tutkimuksessa Painiityn maalämpö olisi kalliolämpöä

3 Maalämmön käyttömahdollisuuksien selvittäminen Geoenerin kautta GTK:n tutkimukset: kallioperän koostumuksen selvitys silmämääräisesti, TRT-mittaus ja kaivokentän mallintaminen, tehtiin sekä pohjoiselle että eteläiselle alueelle VTT:n selvitykset: mm. kustannusvertailut ja hiilijalanjälkilaskelmat TuKKK:n selvitys liiketoimintamallista Muiden kanavien kautta Tutustuminen toteutettuihin yhtiökohtaisiin järjestelmiin LVI-suunnittelijamme ja maalämpötoimittajat

4 Painiityn sijainti Painiitty sijaitsee aivan pääkaupunkiseudun ytimessä Helsingin rajan tuntumassa Linnuntietä alle 10 km Helsingin keskustasta

5 Painiityn laajuus Alue on ollut Hartelan omistuksessa jo yli 20 vuotta Alue sijoittuu olemassa olevan asutuksen keskelle, joten se on laaja täydennysrakentamiskohde Kaavoitus valmistui kesällä 2008 Koko alue 46 ha, josta 21 ha korttelialuetta, 20 ha virkistysaluetta ja 5 ha katualuetta Asuntoja yhteensä ke-m2 N. 900 asuntoa Kerrostaloalueella liitytään kaukolämpöverkostoon, mutta pientaloalueilla voimme käyttää esim. maalämpöä

6 Painiityn kaava ja monimuotoista rakentamista Erillistaloja, paritaloja, rivitaloja ja kerrostaloja, AP 65% Monimuotoista rakentamista: sekä vapaarahoitteisia asuntoja perustajaurakointina että ns. välimallin vuokra-asuntoja ja asumisoikeusasuntoja urakkatuotantona Ensimmäisten pientaloja kerrostalokohteiden rakennustyöt ovat käynnistyneet 2010 keväällä Ensimmäiset asukkaat muuttavat Painiittyyn loppukesällä 2011 Alueelle on kaavoitettu myös ala-asteen koulu ja päiväkoti Rakennuslupa on saatu jo kuudelle ensimmäiselle AP-tontille, joista ensimmäisellä rakentaminen juuri käynnistetty AK-tonteista kahdella on rakennuslupa, ja molempien rakentaminen on aloitettu

7 Painiityn ensimmäisten pientalotonttien suunnittelun lähtökohtia Rakennamme laadukkaita koteja kestäviin järkiratkaisuihin perustuen Suunnitteluratkaisuissa huomioidaan etukäteen teetetty tutkimus tulevien asukkaiden tarpeista ja toiveista Maalämpö sopii imagoltaan hyvin siihen kokonaisuuteen, joka em. tutkimuksella muodostettiin Ensimmäisessä pientaloyhtiössä As Oy Painiitynportti Espoo tulee käyttöön maalämpö, jolla lämmitetään asunnot ja lämmin käyttövesi Lämmitysjärjestelmä on vesikiertoinen lattialämmitys Lämmityksen sekä lämpimän ja kylmän käyttöveden mittaus tehdään huoneistokohtaisesti Tehokas LTO-laite kussakin huoneistossa Lämmönkulutuksen mitoitus etupainotteisesti 2010 määräysten mukaan ET-luokka suunnitteluvaiheessa B, tulee olemaan käytännössä A Rakennukset elementtirakentisia (puu- ja betonielementtejä käyttäen), verhoiltu paikalla muuraten Painiityssä kestävän rakentamisen periaatteita toteutuu hyvin jo kuin itsestään järkevästi valittujen suunnitteluratkaisujen ansiosta

8 Ilmakuva lounaasta

9 Ensimmäinen pientaloyhtiö pohjoisella alueella As Oy Painiitynportti Espoo, 2277 hu-m2, 20 as.

10 Eteläisen Painiityn ensimmäinen pientaloyhtiö As Oy Heikunankulma Espoo, 2344 hu-m2, 23 as.

11 GTK:n geoenergiatutkimukset Painiityssä Kohteen geologinen kartoitus + olemassa olevan geologisen tiedon hyödyntäminen Alustavia energiakaivokentän mallinnuksia 2 tutkimuskaivoa mittauksia varten TRT- ja lämpötilamittaukset Tonttien energiakaivokenttien mallintaminen mittaustuloksia hyödyntäen Raportointi Pohjakartat: Maanmittauslaitos, lupanro MML/VIR/TIPA/217/10 Nina Leppäharju

12 Painiityn geologinen kartoitus Kuvat: T. Turunen, GTK Painiityn pääkivilaji on kvartsimaasälpägneissi Lujaa, graniitinomaista kiveä, joka koostuu samoista päämineraaleista kuin graniitti, eli kvartsista, kalimaasälvästä ja plagioklaasista Pegmatiittigraniittijuonia Graniittinen juonikivi Pääkivilajin ja juonien välissä on paikoin suhteellisen avoimia rakoja, joissa vesi kulkee Kiillegneissiä Välikerroksina, raitoina ja sulkeumina LÄHDE: Turunen, T., Selostus Espoon Painiityn kallioperästä. Työselostus. Geologian tutkimuskeskus. 11 s. Nina Leppäharju

13 Kallioperän ominaisuudet Lämmönjohtavuus Suomessa tyypillisesti 2,25 4,25 W/(m*K). Keskiarvo on 3,24 W/(m*K) (Peltoniemi, 1996). Tarvittava lämpökaivon syvyys [m] ,25 2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75 4 4,25 Lämmönjohtavuus [W/(mK)] Lämpötila Riippuu pääosin ilman lämpötilasta pohjoisuus vaikuttaa selvästi. Geoterminen gradientti nostaa lämpötilaa Suomessa noin 1 C / 100 m. Tarvittava lämpökaivon syvyys [m] Maanpinnan keskilämpötila o C] [ Lähde: Leppäharju, N., Kalliolämmön hyödyntämiseen vaikuttavat geofysikaaliset ja geologiset tekijät. Pro gradu työ. Oulun yliopisto. Nina Leppäharju

14 Energiakaivon ominaisuudet Energiakaivon ominaisuudet vaikuttavat kaivon lämpövastukseen (thermal resistance), mm. halkaisija, kaivon täyte (pohjavesi) putkiston tyyppi, putkiston sijainti kaivossa lämmönkeruuneste, virtausnopeus Lämpövastus vaikuttaa kaivon tehokkuuteen Merkittävä vaikutus energiakaivokentän mallinnustulokseen. Todellinen lämpövastus voidaan selvittää ainoastaan TRT-mittauksella. Nina Leppäharju

15 TRT-mittaukset = Thermal Response Test, terminen vastetesti Simuloidaan kallioperän ja energiakaivon muodostaman kokonaisuuden käyttäytymistä energianotossa. Maailmalla vakiintunut menetelmä suurien järjestelmien suunnittelussa. Tuloksista ratkaistaan kallioperän tehollinen lämmönjohtavuus energiakaivon lämpövastus Mittaus kestää tyypillisesti 3 5 vrk. TRT-mittaukset mahdollistavat tarkan ja tapauskohtaisen energiakaivokentän suunnittelun. Nina Leppäharju

16 TRT-mittaukset Painiityssä Painiityn pohjoinen kaivo mitattiin heinäkuussa 2009, 3 vrk. Painiityn eteläinen kaivo mitattiin tammikuussa 2010, 4 vrk. TRT-mittauksen yhteydessä mitattiin tutkimuskaivojen lämpötilat koko syvyydeltä. TULOS Kallioperän lämmönjohtavuus on Painiityssä keskimääräistä parempi! Alue soveltuu hyvin energianottoon. Kuva: I. Martinkauppi, GTK Nina Leppäharju

17 Energiakaivokenttien mallinnus: GTK:n metodi Mallinnuksessa optimoidaan kohteeseen tarvittavien energiakaivojen määrä, syvyys ja sijoitus tapauskohtaisesti maankamaran ja kaivon ominaisuuksien, energiantarpeen sekä pinta-alan mukaan huomioidaan kaivojen vaikutus toisiinsa Mallinnuksen tavoite: kestävä ja oikein mitoitettu energiakaivokenttä Suomessa geoenergiaa käytetään yleensä enemmän rakennuksen lämmittämiseen kuin viilentämiseen kallion lämpötila laskee mallinnuksella varmistetaan, että lämpötila laskee hallitusti Nina Leppäharju

18 Painiityn energiakaivokenttien mallinnus Mallinnuksella tutkittiin erilaisia vaihtoehtoja Kaivojen maksimisyvyys, erottimet, sijoittaminen Painiityssä kaivojen sijoittaminen on erityisen haasteellista Tonttirajat, rakennukset ja asfalttialueet Painiityn eteläosassa mallinnettiin kolmen vierekkäisen tontin kentät yhdessä Naapuritonttien energiakaivot heikentävät toistensa tehokkuutta Mallinnuksen avulla tämä huomioidaan ennakkoon. Mallinnuksilla tutkittiin kenttien lämpötilan kehittymistä 50 käyttövuoden aikana. Nina Leppäharju

19 Painiityn energiakaivokenttien mallinnus Kaivomäärä Kaivojen sijoitus Kaivojen välimatka [m] Kaivon aktiivisyvyys [m] Yhteissyvyys [m] Painiitynportti x x * x verkko x x x Heikunankulma x x * x U-muoto x x x Heikunanpiha x x * x linja x x x Heikunanpuisto x x * x L-muoto x x x Nina Leppäharju

20 Painiityn alueen kustannusvertailut ja hiilijalanjälkilaskenta GEOENER-seminaari Riikka Holopainen, Sirje Vares, Jouko Ritola VTT

21 VTT:n osuus Painiityn geoenergiatarkastelussa kahdessa pientalokohteessa laskettiin energiantarve ja tehtiin tarkastelu maalämmön hyödyntämisestä kaukolämpöön verrattuna. Esimerkkikohteet 1. eteläisen alueen Heikunankulman yksikerroksinen talo 2. pohjoisen alueen Painiitynportin kaksikerroksinen talo tilojen lämmitysenergiankulutus laskettiin VTT Talo-ohjelman dynaamisella vuosisimuloinnilla vuoden 2010 rakennusmääräysten mukaisilla rakenteilla lämpimän käyttöveden lämmitysenergiatarve arvioitiin toteutuneen kohteen mitatun kuukausikulutuksen avulla pientaloille laskettiin energiankulutusprofiilit, joiden avulla suunniteltiin ja mitoitettiin geoenergiakonseptit kahdella vaihtoehtoisella maalämpöpumpun mitoituksella: 50 %, tai 70 % maksimitehosta maalämpöratkaisuja verrattiin elinkaarikustannusvertailulla ja elinkaarianalyysilla vaihtoehtoiseen kaukolämpöratkaisuun

22 Esimerkkipientalot Pohjoinen alue: Eteläinen alue: 1. krs 2. krs

23 Kustannustarkastelu, eteläinen pientalo Heikunankulma eteläinen Hartela Kohde: Pientalo 112 huon-m2 Kustannustaso: 2/2010 (Sis. ALV) Nykyarvoanalyysi Energian reaalihintanousu: +4/3 %/v (1-20/21-50 v) Sähkö lämpö Kaukolämpö Maalämpö Kaukolämpö Maalämpö Laskentajakso 20 v 20 v 20 v 50 v 50 v KULUTUKSET MWh/v Kaukolämpöenergia 12,8 Sähkölämpöenergia 12,8 4,0 12,8 4,0 YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET Primäärienergia MWh/v 9,0 25,7 8,0 Hiilijalanjälki tn-co2/v 3,2 3,2 1,1 INVESTOINTIKUSTANNUS ( /huon-m2) (35) (30) (70) (35) (70) RAHOITUSKUSTANNUS /jakso UUSIMISKUSTANNUS /jakso HUOLTOKUSTANNUS /jakso ENERGIAKUSTANNUS /jakso Kaukolämpö (710 /0-v) Sähkölämpö (380 /0-v) (285) (445) (230) (950) (630) Nykyarvosäästö maalämmöllä ELINKAARIKUSTANNUS /jakso ( /huon-m2)

24 Kustannustarkastelu, pohjoinen pientalo Painiitynportti pohjoinen Hartela Kohde: Pientalo 116 huon-m2 Kustannustaso: 2/2010 (sis. ALV) Nykyarvoanalyysi Energian reaalihintanousu: +4/3 %/v (1-20/21-50 v) Kaukolämpö Sähkölämpö Maa-lämpö Kaukolämpö Maalämpö Laskentajakso 20 v 20 v 20 v 50 v 50 v KULUTUKSET MWh/v Kaukolämpöenergia 13,3 13,3 Sähkölämpöenergia 13,3 4,2 4,2 YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET Primäärienergia MWh/v 9,4 26,9 8,4 9,4 8,4 Hiilijalanjälki tn-co2/v 3,3 3,3 1,2 3,3 1,2 INVESTOINTIKUSTANNUS ( /huon-m2) (30) (25) (65) (30) (65) RAHOITUSKUSTANNUS /jakso UUSIMISKUSTANNUS /jakso HUOLTOKUSTANNUS /jakso ENERGIAKUSTANNUS /jakso Kaukolämpö (730 /0-v) Sähkölämpö (400 /0-v) /jakso (280) (450) (225) (955) (630) Nykyarvosäästö maalämmöllä Keskim. vuosikustannussäästö ELINKAARIKUSTANNUS ( /huon-m2)

25 Hiilijalanjäljen laskenta hiilijalanjälki ilmoittaa kuinka paljon kasvihuonekaasuja tuotteen elinkaaren aikana on syntynyt. Tulos ilmoitetaan ratkaisun hiilijalanjälkenä, kg CO2 ekvivalenttina: Hiilijalanjälki (kg CO 2 ekv.) = 1 * CO * CH * N 2 O eteläisen ja pohjoisen talon hiilijalanjälki laskettiin talon lämmitysratkaisujen toteuttamiselle ja materiaalien käytölle sekä ratkaisun energiankulutukselle. Ratkaisuna käytettiin kaukolämpöä (KL) tai maalämpöä (MLP). Maalämpöpumppu mitoitettiin 50 % ja 70 % maksimitehontarpeelle. Laskennalliseksi tarkasteluiäksi valittiin 50 vuotta.

26 Energiantuotantotavan vaikutus hiilijalanjälkeen energiatuotannolla ja erityisesti sähköntuotantotavalla on oleellinen vaikutus ratkaisun hiilijalanjälkeen jos lisääntyvä sähköntarve ajoittuu pakkaskaudelle, jossa omaa sähköntuotannon kapasiteetti ylittyy, joudutaan tuomaan sähköä ulkomailta tai käynnistämään varavoimaloina toimivia erillistuotantolaitoksia, joista suurin osa tuottaa sähköä kivihiililauhdevoimalla Lisääntyvän sähköntarpeen vaikutusta sähköntuotantotapaan tutkittiin neljän skenaarion avulla: skenaario S1 lisääntyvällä sähköntarpeella ei ole vaikutusta nykyiseen sähköntuotantorakenteeseen, sähkökäytön päästönä käytetään keskimääräisen suomalaisen sähkön päästöjä, skenaario S2 sähkönkäyttö aiheuttaa vaikutuksia sähkötuotantoon; pumpun lisälämmityssähkö joudutaan tuottamaan erillisellä kivihiililauhdevoimalla, maalämpöpumpun tarvitsema sähkö tuotetaan keskimääräisellä suomalaisella sähkötuotannolla, skenaario S3 sähkönkäyttö aiheuttaa vaikutuksia sähkötuotantoon; talvella (joulukuu, tammikuu, helmikuu) kaikki sähköntarve tuotetaan kivihiililauhdevoimalla, muulloin käytetään keskimääräistä suomalaista sähköä, skenaario S4 sähkönkäyttö aiheuttaa vaikutuksia sähkötuotantoon; kaikki tarvittava sähkö joudutaan tuottamaan erillisellä kivihiililauhdevoimalla.

27 Energiatuotannon hiilijalanjälki VTT:n laskemat päästöt: g CO 2 ekv / kwh Keskimääräinen suomalainen sähkö 224 Kivihiililauhdevoimalla tuotettu sähkö 966 Keskimääräinen kaukolämpö 210

28 Lämmitysjärjestelmän rakentamisen hiilijalanjälki (CO 2 ekv), eteläinen pientalo Maalämpö, mitoitus 50 % kg Maalämpö, mitoitus 70 % kg Kaukolämpö 56 kg 9 % Maalämpöjärjestelmän rakentamisen hiilijalanjälki (eteläinen pientalo), kg CO 2 ekv. 0,3 % 0,1 % 4,7 % 3 % 3 % Poraus Virtausputki Betonipaino Kylmä-aine Suojaputki (teräs) MLP liitäntäputket 80 % Lämmönvesivaraaja

29 Energiakulutuksen hiilijalanjälki (CO 2 ekv) maalämpöpumppuratkaisussa lisälämmitystarpeen sähkö tuotettu kivihiililauhdevoimalla, muu sähkö keskimääräisellä suomalaisella sähköllä (skenaario S2) Painiitty, lämmitysenergian hiilijalanjälki 50 vuodessa (MLP:n sähköntarve tuotetaan keskimääräisellä suomalaisella sähköllä, lisälämmitystarve lauhdevoimalla) kg CO2 ekv. / 50 a Kaukolämpö MLP, 50 % MLP, 70 % 0 Pohjoinen pientalo Eteläinen pientalo

30 Sähköntuotantoskenaarion vaikutus hiilijalanjälkeen Maalämpöpumpun sähkönkulutuksen hiilijalanjälki, Painiitty (MLP 50 %), eteläinen pientalo, 50a kg CO2 ekv. / 50 a S1 S2 S3 S4 eteläinen pientalo KL S1 -sähkön kulutuksella ei vaikutusta tuotantoon S4 - sähkön kulutuksella oleellinen vaikutus tuotantoon skenaario S1 kaikki sähkö keskimääräistä suomalaista sähköä skenaario S2 lisälämmityssähkö tuotettu kivihiililauhdevoimalla skenaario S3 sähkö tuotettu talvella kivihiililauhdevoimalla skenaario S4 kaikki sähkö tuotettu kivihiililauhdevoimalla

31 Maalämmön sekä suoran sähkölämmityksen hiilijalanjälki tarkastelujaksolla 50 vuotta kg CO2 ekv/ 50a S1 -sähkön kulutuksella ei vaikutusta tuotantoon Maalämmön (MLP 50 %) sekä suoran sähkölämmityksen hiilijalanjälki, Painiityn eteläinen pientalo, tarkastelujakso 50 vuotta maalämpö suora sähkö S1 S2 S3 S4 Sähkötuotannon skenaario S4 - kulutuksella oleellinen vaikutus tuotantoon skenaario S1 kaikki sähkö keskimääräistä suomalaista sähköä skenaario S2 lisälämmityssähkö tuotettu kivihiililauhdevoimalla skenaario S3 sähkö tuotettu talvella kivihiililauhdevoimalla skenaario S4 kaikki sähkö tuotettu kivihiililauhdevoimalla

32 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa

33 Liiketoimintamalli Ulkopuolinen operaattori koko alueelle (Espoo myönteinen uusiutuvalle energialle) Asuntokohtainen ratkaisu (riskien minimointi) Taloyhtiöratkaisu Meidän tapauksessamme kustannustehokkain Riski jaettu tasaisemmin Ulkopuolisista energiahinnoista riippumaton Vastaa laitteistoltaan hyvin kaukolämpöä Ratkaisu perustuu kuitenkin pitkälle samaan tekniikkaan kuin omakotitaloissa, joiden teknisistä ratkaisuista on jo hyvin kokemusta

34 Käytettäväksi valittu maalämpöratkaisu Saatiin maalämpöä hyvin puoltavat tutkimustulokset sekä GTK:n, VTT:n että TuKKK:n osioista Päätettiin ottaa maalämpö käyttöön As Oy Painiitynportissa Taloyhtiökohtainen järjestelmä, jossa kaivokentältä kerätään lämpö lämmönjakohuoneeseen ja jakelu asunnoille kuin kaukolämpöratkaisussa Sekä tilalämmitys että lämmin käyttövesi lämmitetään maalämmöllä, tulistus sähköllä Jäähdytys Simulaatio: ei tarvita välttämättä, vaan viilennystarvetta voitiin vähentää suunnitteluratkaisuilla Tarvittaessa ilmalämpöpumppu asukkaiden omana hankintana Yhtiön ET-luokka tulee käytön myötä olemaan A, vaikka nyt laskentavaiheessa B Mitoitus tehtiin 50 v käyttöajan mukaan tavallisen 25 v sijaan Vastikearviointi tehtiin huolella Konkretian vuoksi asukkaille on kerrottavissa, kuinka suuri osuus tilalämmityksestä ja lämpimästä käyttövedestä järjestyy maalämmöllä Eteläisellä alueella As Oy Heikunankulma samat systeemit, mutta on varauduttu myös mahdolliseen muuhun vaihtoehtoiseen energiamuotoon: aurinkosähkö, aurinkolämpö

35 Tilanne nyt Kunnallistekniikkaa tehty päätien verran, sivukadut vielä kesken Kaukolämpöputket vedetty alueen läpi Asuntojen myyntitilanne on hyvä Asukkaat ovat valveutuneita ja luottavat omakotitaloista hyvää mainetta saaneeseen lämmöntuotantomuotoon Jatkossa Painiityn alueelle on mahdollista tehdä myös monta muuta yhtiötä maalämpöä hyödyntäen, kunhan hyviä kokemuksia kertyy näistä ensimmäisistä toteuttamistamme kohteista As Oy Painiitynportin kaivot on porattu ja putkitettu, liitännät kokoojakaivoihin tehty Ensimmäiset asukkaat muuttavat pilottikohteeseen elokuussa 2011 Myös As Oy Heikunankulma lämpiää maalämmöllä

36 Meidän kylässä on hyvä asua!

37