26.06.2020
Turun Kupittaan liikunta-alueen energiasimulointi ja elinkaarilaskelmat
Haasteet
Turun kaupungin tavoitteena on vähentää päästöjä ja saavuttaa hiilineutraalisuus vuoteen 2029 mennessä. Rakennusten energiankulutus on yksi merkittävistä päästölähteistä. Turun Kupittaan liikunta-alueella sijaitsee useita urheilurakennuksia ja kenttiä. Alueen kiinteistöissä esiintyy eri vuodenaikoina samanaikaisia jäähdytyksen ja lämmityksen tarpeita, jotka mahdollistavat energiavirtojen alueellisen kierrätyksen ja primäärienergiankulutuksen vähentämisen. Rakennusten toisistaan poikkeavat energian tarpeet mahdollistavat myös paremman uusiutuvan energian hyödyntämisen. Luistelumadon jäähdytys tuottaa hukkalämpöä kun taas urheilukentän ja urheiluhallin lämmitykseen tarvitaan lämpöä talvisaikaan. Kesäaikaan urheiluhalliin muodostuu hukkalämpöä ja maauimalalla on veden lämmitystarve.
Tavoitteet
Energiaviisaat kaupungit hankkeessa Kupittaan liikunta-alueella pilotoitiin energiavirtojen alueellista mallinnusta ja elinkaarilaskenta. Alueelle haettiin vähähiilisiä, kustannustehokkaita, toimintavarmoja ja kaupunkikuvallisesti miellyttäviä tapoja pienentää alueen kokonaisenergiankulutusta. Alueen energiatehokkuutta tarkastellaan kokonaisuutena eri toimintojen energiavirtojen näkökulmasta ja alueelle pyrittiin sen tulevaisuuden kehittymisen huomioiden löytämään parhaat energiatehokkuuden ratkaisut. Tehtävä sisälsi Kupittaan urheiluhallin, Kupittaan maauimalan, luisteluradan ja talvisin lämmitettävän tekonurmipintaisen jalkapallokentän toimintojen energiavirtojen tarkastelut. Energiamallinnuksen avulla tavoiteltiin energiatehokkuuden parantamista, ostoenergiakäytön tehostamista, hukka- ja ilmaisenergioiden parempaa hyödyntämistä sekä uusiutuvien energiatuotantotapojen lisäämistä alueellisella tasolla. Tavoitteena oli tehdä alueellinen konsepti energiatehokkuuden näkökulmasta, jota voidaan soveltaa myös muissa kohteissa ja kaupungeissa
Tulokset
Kupittaan alueen dynaamiset mallinnukset ja elinkaarilaskelmien tulokset muodostavat pohjan, jonka avulla pystytään arvioimaan energiatehokkuutta parantavien ratkaisujen ympäristövaikutuksia ja elinkaarikustannuksia. Tuloksia käytetään alueelle tehtävien energiatehokkuuden parannustoimenpiteiden priorisointiin. Pilotissa toteutettavien laskelmien lähtökohtia on tarkoitus hyödyntää Turussa jatkossakin, kun Impivaaran urheilukeskuksen alueelle lähdetään toteuttamaan alueellista tarveselvitystä.
Alueen energiakokonaisuudelle muodostettiin lähtötilanteen analyysin pohjalta neljä vertailtavaa energiajärjestelmien vaihtoehtoa. Nykytilanteen skenaario (VE 1) kuvastaa nykyisen tilanteen jatkumista. Vaihtoehto 2 kuvastaa urheiluhallin ja maauimalan tyypillistä peruskorjausta ilman hukkaenergioiden hyödyntämistä. Vaihtoehdossa 3 peruskorjauksen yhteydessä hyödynnetään myös alueen hukkalämmöt. Vaihtoehdossa 4 on korvattu merkittävä määrä alueen kaukolämmön kulutuksesta lämpöpumpuilla ja tuotettu mahdollisimman suuri osa energiajärjestelmän sekä urheiluhallin tarvitsemasta sähköstä aurinkosähköllä. Vaihtoehdossa on pyritty noudattamaan Suomen lämpö- energian tuotannosta tehtyjä tutkimuksia, joiden mukaan Suomen lämmöntuotannon hiilineutraalisuuden saavuttaminen tulee vaatimaan merkittävää lämmöntuotannon sähköistämistä lämpöpumppujen avulla. Kaukolämpö on kuitenkin jätetty vaihtoehtoon rinnalle merkittäväksi lämmönlähteeksi. Lämpöpumppujen lämmöntuotannon lämmönlähteenä toimii tässä vaihtoehdossa geoenergiakenttä, ulkoilma ja luistelumadon lauhde.
Kaikille vaihtoehdoille määritettiin vuosittainen primäärienergiankulutus, elinkaarikustannukset ja elinkaaren hiilijalanjälki, jotka nähdään alla olevassa kuvaajassa 1.
Kuvaajassa on vasemmalla y-akselilla vuosittainen kulutettu kaukolämpö sekä verkkosähkö ja oikealla y-akselilla elinkaarikustannukset sekä elinkaaren hiilijalanjälki. Kuvaajasta nähdään, että tyypillisellä urheiluhallin ja maauimalan peruskorjauksella (VE 2) on maltilliset vaikutukset alueen energiankulutukseen sekä elinkaaren kustannuksiin ja hiilijalanjälkeen. Hukkaenergioiden tehokkaammalla hyödyntämisellä (VE 3) energiankulutus ja hiilijalanjälki tippuvat merkittävästi. Myös elinkaarikustannukset tippuvat hieman. Vaihtoehdolla 4 on huomattava vaikutus kaikissa tutkituissa vaikutuskategorioissa.
Kuvaajasta 2 nähdään, että 25 vuoden tarkastelujaksolla vaihtoehtojen 2 ja 3 suhteelliset kustannus- sekä hiilijalanjälkihyödyt ovat maltillisemmat, kuin 50 vuoden tarkastelussa. Näiden vaihtoehtojen alkuinvestointi on merkittävästi vaihtoehtoja 1 ja 2 suurempi, mutta niiden vuosikustannukset ovat pienemmät. Tästä syystä niiden kannattavuus korostuu pidemmällä aikavälillä. Vaihtoehdoissa korvataan kaukolämpöä lämpöpumpuilla tuotetulla lämmöllä ja kaukolämmön päästöskenaario on Turussa seuraavalla 25 vuodelle sähköä suotuisampi ja tästä syystä 25 vuoden aikajaksolla vaikutus hiilijalanjälkeen on vaihtoehdoissa 3 ja 4 50 vuotta suhteellisesti pienempi.
Vaihtoehdon 4 suuri vaikutus johtuu pääsääntöisesti seuraavista asioista:
Energia:
- Lämpöpumpuilla tuotetaan pääsääntöisesti matalan lämpötilatason verkostoihin lämpöä korkealla hyötysuhteella hukkalämmönlähteistä, ulkoilmasta ja geoenergiakentästä. Tämä kerätty uusiutuva energia vähentää kaukolämmön tarvetta.
- Suuremman mitoituksen aurinkosähköjärjestelmä vähentää merkittävästi ostosähkön tarvetta
Elinkaarikustannukset
- Useiden rinnakkaisten kaukolämpöliittymien keskittäminen yhteen energiakeskukseen laskee kaukolämmön perusmaksuja
- Lämpöpumpuilla tuotetaan merkittävä määrä lämpöä huomattavasti kaukolämpöä halvemmalla keskihinnalla
- Aurinkosähköllä lasketaan kulutetun sähkö kustannuksia
Hiilijalanjälki
- Merkittävä määrä kaukolämpöä korvataan pienen ominaispäästön uusiutuvilla energianlähteillä.
Alueen energiaa, elinkaarikustannuksia ja hiilijalanjälkeä voitaisiin vielä hieman pienentää lisää kasvattamalla aurinkosähköjärjestelmän kokoa ja siirtämällä tuotettua sähköä myös urheiluhallin sekä energiakeskuksen ulkopuolelle muihin kulutuskohteisiin. Siirto vaatisi kuitenkin luvan sähköverkko- yhtiöltä ja ei täten ole täydellä varmuudella toteutettavissa. Mahdollisuus on kuitenkin hyvä tiedostaa aluetta kehitettäessä tulevaisuudessa.
Alueella tulisi hyödyntää laajamittaisesti lämpöpumppuja lämmön tuotannossa. Alueen lämmön- ja kylmäntuotanto tulisi integroida mahdollisimman kattavasti samaan energiakeskukseen, jotta hukkaenergioiden ja alueen eri ajoille sijoittuvien energiantarpeiden tuomat hyödyt voitaisiin hyödyntää tehokkaasti. Koska merkittävä osa alueen lämpöenergian tarpeesta sijoittuu kesäajalle, tulisi lämpöpumppujen lämmönlähteenä käyttää kesäisin ulkoilmaa, jota käytettäisiin myös geoenergiakentän regenerointiin. Näin pienennettäisiin huomattavasti järjestelmän tarvitsemaa geoenergiakenttää. Talviaikana geoenergiakenttää käytettäisiin luistelumadon lauhteen kanssa lämpöpumppujen lämmönlähteenä. Jos urheiluhallin katon kantavuus todetaan riittäväksi, voidaan se varustaa noin 300 kWp aurinkosähköjärjestelmällä, joka tuottaa sähköä energiajärjestelmän lämpö- pumpuille ja urheiluhallille. Jos sähkön jakaminen myös muille kulutuskohteille todetaan mahdolliseksi, voidaan järjestelmän kokoa kasvattaa noin 50 kWp. Kehitysmahdollisuudet tulisi huomioida, kun urheiluhallin ja maauimalan korjausten hankesuunnitelmia laaditaan. Hankesuunnitelmien yhteydessä tehtyjä tarkasteluita voitaisiin tarkentaa mahdollisesti muuttuneeseen tilanteeseen ja tutkia miten tämän tutkimuksen suositukset voidaan hankesuunnitelmassa huomioida.
Hankkeen aikana alueen kohteisiin suoritettiin myös kohdekierrokset, joiden yhteydessä tutkittiin työn lähtötiedoksi kohteiden olemassa olevia järjestelmiä. Kierroksella ilmeni tutkimusten ohessa, että kohteiden automatiikka ei välttämättä toimi optimaalisella tavalla ja esimerkiksi lämmitetyssä jalkapallokentässä voitaisiin erilaisella säätötavalla säästää merkittäviä määriä lämpöenergiaa. Kohteisiin olisikin suositeltavaa toteuttaa talotekninen toiminnanvarmistus, jossa käytäisiin kattavammin läpi nykyisten laitteiden toiminta, jonka pohjalta laitteiden toiminta voitaisiin säätää optimaaliseksi.
Raportit
Tulokset perustuvat Kupittaan liikunta-alueen energiasimulointi ja elinkaarilaskenta loppuraporttiin (Sitowise Oy 25.8.2020).
Loppuraportti – Kupittaan liikunta-alueen energiasimulointi ja elinkaarilaskenta
Lisämateriaali – Kupittaan liikunta-alueen energiasimulointi ja elinkaarilaskenta
Kumppanit
Turun kaupunki, Helsingin ja Tampereen kaupungit, Sitowice Oy ja Bionova Oy
Lisätietoja
Jouni Anttila, Rakennuttajainsinööri, Toimitilojen rakennuttaminen, Turun kaupunki, jouni.anttila(at)turku.fi
Johanna Korpikoski, Controller, Konsernihallinto, Turun kaupunki, johanna.korpikoski(at)turku.fi
Osastopäällikkö Marko Tulamo, Sitowise Oy, etunimi.sukunimi@sitowise.com
Ryhmäpäällikkö Nicholas Stewart, Sitowise Oy, etunimi.sukunimi@sitowise.com
Avainsanat: elinkaarilaskenta, Kupittaa, Turku