UUS_3

UUSIUTUVAT ENERGIAMUODOT RAKENNETUSSA YMPÄRISTÖSSÄ -muistilista

Aurinkoenergia

Aurinkoenergiaa voidaan hyödyntää passiivisesti ja aktiivisesti. Aktiivisen hyödyntämisen muotoja ovat sähkön tuottaminen aurinkopaneelilla ja käyttöveden lämmittäminen aurinkokeräimellä.

Passiivisella aurinkoenergian hyödyntämisellä tarkoitetaan rakennusten suuntaamista aurinkoa kohden niin, että ne lämpiävät auringon voimalla ilman erillisiä laitteita. Auringon säteiden annetaan päästä lämmityskauden aikana ikkunoista sisälle rakennukseen, jolloin ne lämmittävät sisätilojen rakenteita. Lämpö varastoituu rakenteisiin ja säteilee yöllä huonetiloihin. Rakenteet voidaan suunnitella siten, että ne varastoivat lämpöä.

Kesäinen ylikuumeneminen estetään varjostavien rakennusosien kuten räystäiden, lippojen ja markiisien avulla. Varjostava elementti jo rakennuksen ulkopuolella on tehokkain. Lehtipuut ovat hyvä aurinkosuoja: talvella ne päästävät auringon lämmittämään rakennusta, mutta varjostavat kesällä lehvästöllään sitä. Varjostavia elementtejä voidaan kutsua passiiviseksi viilentämiseksi. Ilmastomme lämmetessä kesäisen viilentämisen tarve kasvaa. Rakennusten viilennys ilmastointilaitteiden avulla lisää energiankulutusta.

Oikealla ikkuna-aukotuksella ja ikkunoiden suuntauksella voidaan lisätä luonnonvalon saantia talvella ja siten vähentää valaistuksen tarvetta.

Aurinkosähköpaneelilla tuotetaan sähköä. Aurinkosähkö on vielä melko kallista, joten se soveltuu hintansa puolesta parhaiten paikkoihin, joissa ei ole sähköverkkoa. Laitetekniikka kuitenkin kehittyy ja halpenee jatkuvasti lisäten aurinkosähkön kilpailukykyä. Aurinkopaneelit ovat hyvin pitkäikäisiä ja useat valmistajat antavat laitteilleen 25 vuoden takuun.

Suomessa aurinkosähkö on sähköverkon ulkopuoleisten kesämökkien lisäksi parhaimmillaan kotitaloussähkön ostotarpeen pienentäjä sekä toimistorakennusten ilmastointi- ja jäähdytyslaitteiden voimanlähde – nämä kun tarvitsevat virtaa juuri silloin, kun aurinko paistaa eniten.

Sternin raportin mukaan kaksoistariffi- eli kuluttajien sähkön myynnin mahdollistava järjestelmä olisi yksi tehokkaimmista keinoista kasvihuonekaasujen vähentämiseksi. Suomessa kaksoistariffijärjestelmää ei valitettavasti vielä ole. Esimerkiksi Saksassa valtio tukee päästötöntä sähköntuotantoa ostamalla ylijäämäistä aurinkosähköä pientuottajilta eli yksittäisten talojen asukkailta.

Kesällä paras kallistuskulma aurinkosähköpaneelille on 30 astetta, mutta talvella lähes pysty, 75–90 astetta. Sopiva kompromissi on 45 astetta. Paneelit suunnataan eteläisiin ilmansuuntiin: rannikolla lounaaseen, koska merituuli puhdistaa taivaan pilvistä iltapäivisin ja sisämaassa lievästi kaakkoon, sillä aamupäivisin taivas on keskimäärin kirkkaampi kuin iltapäivisin. Karkeasti voidaan sanoa, että järjestelmästä saadaan vuodessa kilowattitunteja paneelin nimellistehon verran.

Aurinkopaneelien integroiminen osaksi rakennuksen arkkitehtuuria on haastavaa. Usein laitteet piilotetaan tasakatoille telineisiin, mutta parhaimmillaan ne voivat korvata jonkin muun pintamateriaalin tai olla osa rakennuksen ulkoarkkitehtuuria. Reijo Jallinojan suunnittelemassa asuinkerrostalossa Helsingin Viikissä aurinkosähköpaneelit toimivat parvekkeiden umpiosina. Näin ne nerokkaasti korvaavat toisen rakennusosan.

Aurinkosähkön laskennalliset hiilidioksidipäästöt ovat noin 40 g/kWh, ja ne syntyvät lähinnä laitteiden tuotantovaiheessa. Aurinkopaneelien valmistustekniikka kehittyy jatkuvasti vähemmän energiaintensiiviseen suuntaan. Samalla paneelien valmistuskustannukset alenevat, ja aurinkosähkö on hinnaltaan kilpailukykyisempi verrattuna fossiilisilla polttoaineilla tuotettuun sähköön.

Aurinkolämpökeräimillä tuotetaan puolestaan lämpöä. Niiden toimintaperiaate on yksinkertainen: aurinko kuumentaa litteää tummaa levyä, jonka sisällä putkissa kulkeva neste kuumenee. Kiertoputkien neste puolestaan luovuttaa lämpönsä lämmönsiirtimen välityksellä lämmönvaraajaan, joka on suuri hyvin eristetty vesisäiliö. Varaajasta lämpöä voidaan ammentaa vaikkapa lämpimän käyttöveden tuottamiseen. Tyhjiökeräin on yleisempää tasokeräintä tehokkaampi.

Suomen oloissa aurinkolämpökeräimillä voidaan tuottaa jopa 60 % asuintalossa käytettävästä vuotuisesta lämpimästä käyttövedestä: kesällä kaikki, syksyllä ja keväällä puolet. Pientalossa nelihenkiselle perheelle riittää noin 7 neliömetrin keräin. Aurinkolämpökeräinjärjestelmä maksaa itsensä takaisin 3–7 vuodessa. Laitteisto kestää käytössä kymmeniä vuosia.

Aurinkolämpökeräin istuu vanhankin talon katolle, ja sen avulla voi leikata vaikkapa öljylämmitteisen talon hiilidioksidipäästöjä. (Suuntaaminen: kts. aurinkosähköpaneeli.)

Aurinkolämmön laskennalliset hiilidioksidipäästöt ovat noin 10 g/kWh, ja ne syntyvät lähinnä laitteiden tuotantovaiheessa.

Tuuli

Pientuulivoimaloita voidaan sijoittaa esimerkiksi rakennusten katolle. Maailmalla tuuliturbiinit on otettu jopa arkkitehtuurin lähtökohdaksi: rakennuksen muoto ohjaa tuulta turbiineihin. Tuuliturbiinien aiheuttama resonointi on huomioitava rakennesuunnittelussa. Propellimallin lisäksi on markkinoilla akselinsa ympäri pyöriviä pystymalleja.

Voitaisiinko voimaloita sijoittaa tulevaisuudessa enemmän rakennuksiin ja ihmisen entuudestaan muokkaamaan maisemaan? Jonkinlainen rakennuksiin integroitavan hiljainen välikoon taajamatuulimylly puuttuu markkinoilta.

Tuulisähkön laskennalliset hiilidioksidipäästöt ovat noin 10–20 g/kWh. Hiilidioksidipäästöt syntyvät lähinnä voimaloiden valmistusvaiheessa. Isot voimalat ovat puhtaimpia

Lisää tuulivoimasta Suomen tuulivoimayhdistyksen ja Suomen tuuliatlaksen sivuilta. Tuulivoimayhdistyksen sivuilla on runsaasti teknistä tietoa voimaloista ja mm. ostajan opas.

Lämpöpumput

Ilmalämpöpumppu on nopeasti yleistynyt lisälämmönlähde lähinnä pientaloissa. Niitä hurisee jo kymmeniä tuhansia suomalaisten talojen kyljissä. Ilmalämpöpumpun avulla pystytään leikkaamaan jopa 40 % sähkölämmitteisen omakotitalon lämmitysenergian kulutuksesta. Päälämmitysmuodoksi siitä ei ole, eikä se myöskään ole mikään talon kaunistus. Kotelo niin sanotusti maisemoi ulkoyksikön, mutta haittaa hieman ilman virtaamista ja näin pumpun parasta mahdollista toimintaa.

Ilmalämpöpumpun laskennalliset hiilidioksidipäästöt ovat noin 200–280 g/kWh. Päästöt muodostuvat etupäässä sähkön osuudesta ja on laskettu sähköntuotannon keskipäästöjen mukaan.

Ilma-vesilämpöpumppu siirtää ilmasta pumpatun lämmön lämmönvaraajaan, josta lämpöä voidaan hyödyntää vesikiertoisessa lämmitysjärjestelmässä ja käyttöveden lämmittämisessä. Ilma-vesilämpöpumpun hyötysuhde on parempi kuin ilmalämpöpumpun, ja se toimii myös päälämmitysjärjestelmänä, mutta tarvitsee rinnalleen esimerkiksi varaavan takan kovimpien pakkasten ajaksi. Yleensä lämmönvaraajassa on sähkövastus kovien pakkasten varalle.

Ilma-vesilämpöpumppu on varteenotettava vaihtoehto uudisrakentamisessa – varsinkin, jos sen rinnalle liitetään samaan lämmönvaraajaan varaava tulisija ja aurinkokeräin ns. hybridijärjestelmäksi. Ilma-vesilämpöpumppu soveltuu myös sellaisiin korjauskohteisiin, joissa on vesikiertoinen lattia- tai patterilämmitys.

Ilma-vesilämpöpumpun laskennalliset hiilidioksidipäästöt ovat noin 160–240 g/kWh. Päästöt muodostuvat etupäässä sähkön osuudesta ja on laskettu sähköntuotannon keskipäästöjen mukaan.

Maalämpöpumppu riittää hyvin päälämmitysmuodoksi pienten ja isojenkin tilojen ja lämpimän käyttöveden lämmittämiseen. Keruuputkisto, jossa lämmönsiirtoneste kulkee, voidaan sijoittaa maahan, kallioon porattavaan lämpökaivoon tai vesistön pohjasedimentteihin. Kallio ja vesistö tarjoavat hieman paremmin lämpöä kuin pintamaahan upotettu vaakasuuntainen putkisto.

Maalämpöpumppu tarvitsee karkeasti kolmea tuotettua lämpökilowattituntia kohden yhden sähkökilowattitunnin. Yhdellä ostetulla sähkökilowattitunnilla saadaan siis aikaan kolme lämpökilowattituntia, joista kaksi on ilmaisia – ja päästöttömiä.

Maalämpöpumpun avulla päästään hyvin eristetyssä talossa varsin alhaiseen ostoenergian kulutukseen ja e-lukuun. Mikäli käytetty sähkö vielä on tuotettu uusiutuvilla energiamuodoilla, jäävät lämmityksen hiilidioksidipäästöt alhaisiksi.

Maalämpöpumpun laskennalliset hiilidioksidipäästöt ovat noin 120 g/kWh. Päästöt muodostuvat etupäässä sähkön osuudesta ja on laskettu sähköntuotannon keskipäästöjen mukaan.

Biopolttoaineet

Biopolttoaineita ovat jatkuvasti uusiutuvat eloperäiset materiaalit. Turve ja öljykin ovat eloperäistä materiaalia, mutta niitä ei enää juurikaan muodostu lisää. Biopolttoaineita saadaan mm. kasveista, levistä, lannasta ja kotitalousjätteistä. Suomessa puupohjaiset biopolttoaineet, kuten halot, hake ja pelletit ovat yleisimpiä.

Biopolttoaineet soveltuvat niin talokohtaisiin järjestelmiin kuin aluevoimaloihin. Biopolttoaineet ovat melko edullisia käyttää, mutta ne vaativat runsaasti varastotilaa. Pellettilämmitys on yleistynyt pientaloissa. Pellettilämmitys liitetään vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään.

Biopolttoaineiden poltto on katsottu hiilivapaaksi, koska poltettujen kasvien tilalle kasvavat uudet kasvit sitovat ilmakehästä edellisen kasvisukupolvien poltossa vapautuneen hiilidioksidin. Uusimpien tutkimusten valossa biopolttoaineden tupruttelu ei kuitenkaan ole niin haitatonta, ja esimerkiksi puun todelliset hiilidioksidipäästöt saattavat parhaimmillaankin jäädä vain puoleen kivihiilen päästöistä. Lisäksi biopolttoaineiden käyttö saattaa haitata luonnon monimuotoisuutta, ravinnontuotantoa ja ekosysteemien toimintaa.

Pelletin ja puun laskennalliset, tuotantovaiheen huomioivat hiilidioksidipäästöt ovat noin 30 g/kWh.

Kaukolämpö

Uudet (2012 voimaan astuneet) rakentamisen energiamääräykset kannustavat uusiutuvien energiamuotojen ohella kaukolämmön ja -viilennyksen käyttöön. Paikallisten kaukolämpöyhtiöiden lämmöntuotannon hiilidioksidipäästöt vaihtelevat paljon. Perustelu kaukolämmön suosimiseen on mm. se, että yksittäisen voimalan muuttaminen vähäpäästöiseksi on helpompaa kuin lukuisten talokohtaisten ratkaisujen.

Porvoon Skaftskärrissä kaukolämpö todettiin vähäpäästöisimmäksi lämpövaihtoehdoksi. Porvoon energia tuottaa lämmön pääosin uusiutuvilla energiamuodoilla.

Päästöjen vähentäminen ja rakennusten energiatehokkuuden paraneminen asettavat uusia haasteita kaukolämpöyhtiöille. Matalaenergiaverkot ovat tulevaisuuden kaukolämpötarjontaa. Yhtiöiden rooli saattaa myös muuttua lämmönjakelusta energian tuotanto järjestelmien ylläpitoon.

Kaukolämmön hiilidioksidipäästöt ovat Suomessa keskimäärin 220 g/kWh, öljylämmityksen 267 g/kWh ja suoran sähkölämmityksen 400 g/kWh. Sähkön tuotannon keskipäästöt ovat 270 g/kWh. Talvella sähkön tuotannon huippuja tasataan käynnistämällä hiiltä polttoaineenaan käyttävät varavoimalat, jolloin sähköntuotannon hiilidioksidipäästöt voivat nousta jopa 900 g/kWh. Tästä syystä sähkölämmityksen päästöt ovat keskimääräistä sähköntuotantoa korkeammat. Sähkön tuotannon päästöt vaihtelevat vuosittain vesitilanteen, talven kylmyyden ja taloussuhdanteiden mukaan. (Lähde: Matias Keto, Energiamuotojen kerroin, Aalto-yliopisto 2010).

Lisätietoa uusiutuvista energiamuodoista saat näiden sivujen linkkilistalta.

Pallaa Uusiutuvat energiamuodot rakennetussa ympäristössä -teemasivulle.