Tulevaisuudessa lämmittäminen tapahtuu lämpöpumpuilla. Näin on todennut mm. Helen Oy:n toimitusjohtaja Juha-Pekka Weckström taannoisessa haastattelussa. Tämän vision toteuttamiseksi on Oilon tehnyt töitä pian kaksi vuosikymmentä ja tänään se on lähempänä todellisuutta kuin koskaan.
Kun puhutaan lämpöpumpuista, tulee monelle ensimmäisenä mieleen omakotitalon seinälle asennettu ilmalämpöpumppu. Tai maalämpöpumppu, joka nostaa porakaivosta energiaa pientalon lämmittämiseen. Näistä emme puhu tässä artikkelissa. Puhumme suurista teollisuuslämpöpumpuista ja niiden muodostamista järjestelmistä, joilla tuotetaan teollisuuden prosessilämpöä, kaukolämpöä tai suurten kiinteistöjen lämmitystä ja jäähdytystä. Ne ovat keskeisessä asemassa Oilon Group Oy:n strategiassa.
”Sepän tekemästä” teolliseksi tuotteeksi
Oilonin sittemmin ostama Scancool teki 2000-luvun alkuvuosina kylmälaitosten urakointia. Siinä huomattiin, miten paljon hukkalämpöä laitokset tuottivat, ja ryhdyttiin kehittämään tekniikkaa hukkalämmön muuttamiseksi hyötykäyttöön. Tätä ei juuri kukaan ollut aikaisemmin tehnyt. Oilonilla oli jo tuolloin ymmärretty kehityksen tuleva suunta ja käynnistetty pioneerityö lämpöpumppujen hyödyntämiseksi. Järeät teollisen mittakaavan lämpöpumput astuivat nopeasti Oilonin strategiaan.
Alussa suurten lämpöpumppujen valmistetut kappalemäärät olivat pieniä. Jokainen yksilö oli käyttötarkoitustaan varten räätälöity ”projektikone”. Komponentit valittiin tapauskohtaisesti, mikä tarkoitti, että määrät eivät voineetkaan olla kovin suuria. Näistä projekteista saatiin kuitenkin paljon kokemusta erilaisista ratkaisuista ja ymmärrystä teollisuuden erilaisista hyödynnettävistä ja tarvittavista lämpötiloista sekä kuormituksen vaihtelusta. Kokemusta, joka toimi tulevaisuuden pääomana.
Oilon on perinteisesti konepajayritys ja konepajayritys haluaa valmistaa tuotteita – ei yksittäisiä räätälöityjä projekteja. Alun kokemusten rohkaisemana Oilonilla ryhdyttiin panostamaan voimakkaasti tuotekehitykseen, tuotannon korkeaan laatuun ja tuotteistettuihin ratkaisuihin.
Ennen kuin tuote lanseerataan myyntiin, tehdään sille kattavat testaukset toimivuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Jos testauksessa havaitaan heikko lenkki – vaikkapa väärin mitoitettu komponentti – vaihdetaan se testattavaan laitteeseen ja kaikkiin mallisarjan tulevaisuudessa valmistettaviin koneisiin. Myyntiin tuotavat koneet ovat valmiita käyttötarkoitukseensa. Koska vain harva tuote on koskaan täydellinen, on laatukehitys jatkuva prosessi, joka jalostaa uusia ja yhä parempia tuotteita.
Teollisuuslämpöpumput ovat vakiinnuttaneet asemansa
– Teollisuuslämpöpumppujen myyntimäärät ovat olleet voimakkaassa kasvussa viime vuosina, kertoo Oilonin teollisuuslämpöpumppujen liiketoimintajohtaja Martti Kukkola. – Vuotuiset myyntimäärät ovat viime aikoina lähes kaksinkertaistuneet ja olemme juuri laajentaneet tehtaamme nelinkertaiseksi niin tiloiltaan kuin valmistuskapasiteetiltaan. Kaikki teollisuuslämpöpumput valmistetaan Kokkolassa ja kaksi kolmasosaa pumpuista menee vientiin.
– Päämarkkinat ovat Pohjois-Eurooppa, Iso-Britannia ja Kiina. Keski- ja Itä-Euroopan markkinat ovat hyvässä kasvussa ja hyviä avauksia on saavutettu myös esimerkiksi Etelä-Amerikassa.
Suomalaiset asiakkaat ovat Kukkolan mukaan luonnollisesti ensiarvoisen tärkeässä asemassa. Yhtenä esimerkkinä hän mainitsee Fortumin Espoossa sijaitsevan Suomen suurimman ilma-vesilämpöpumppu-hankkeen. Se korvaa kivihiilen käyttöä energianlähteenä. Jo toimitetun 1,3 megawatin (MW) pilottivaiheen jälkeen laitos on tarkoitus laajentaa 11 MW:iin. Järjestelmä tuottaa Vermon voimalaitoksella kaukolämpöä ja kaukokylmää.
– Oilon tekee pitkäjänteistä yhteistyötä kaikkien merkittävien suomalaisten energiayhtiöiden kanssa, jatkaa Kukkola. – Lämmityksen ja jäähdytyksen samanaikainen tuottaminen samalla koneella – combined heating and cooling (CHC) – on monella energiayhtiöllä hyvin ajankohtaista. Vedenjäähdyttimillä on perinteisesti jäähdytetty kiinteistöjä kesähelteillä, mutta energia on tuuletettu hukkaan ilmaan. CHC-koneella tuotetaan jäähdytystä ja lämpö siirretään kaukolämpöverkkoon tai kiinteistön käyttöveden lämmitykseen.
– Jokaisella lämpöpumpulla tietenkin aina lämmitetään jotakin kohdetta ja jäähdytetään jotakin toista. CHC-ratkaisussa on yksinkertaisesti vain kysymys sekä lämmityksen että jäähdytyksen samanaikaisesta hyötykäytöstä. Helen Oy:lle olemme toteuttaneet parikymmentä CHC-kohdetta ja monta on toimituksessa, vain yhden esimerkin mainitakseni.
Oilonilla on kattava valikoima teollisuuslämpöpumppuja
Oilonin valmistamat teollisuuslämpöpumput voidaan jakaa kompressoritekniikan mukaan kolmeen tuoteryhmään. Kussakin ryhmässä on laaja valikoima eri tehoisia laiteita.
Oilon ChillHeat RE -tuoteperhe käyttää kierukkakompressoreita (scroll), joita lämpöpumpussa on kahdesta neljään. Tehoalueet ovat 100–1 000 kilowattia (kW) ja pumput soveltuvat tuottamaan myös hyvin kylmästä – noin nolla-asteisesta – tulolämmöstä enintään noin 65-asteista (°C) lähtölämpöä.
Oilon ChillHeat P -sarjan kahdeksassa eri lämpöpumppumallissa käytetään 1–6 mäntäkompressoria (piston). Tehoalueet käsittävät 30–1 000 kW:n vaihtoehdot. P-sarjan koneille on ominaista, että niillä pystytään tuottamaan hyvin korkeita lämpötiloja – jopa 120°C, pumppujen hyötysuhde on hyvä myös osatehoilla ja tehoalueen säädettävyys erittäin hyvä.
Oilon ChillHeat S -sarjan koneet 100–1 000 kW teholuokissa – samoin kuin edellä luetellut RE- ja P-sarjalaiset – ovat koteloituja ”verhopeltikoneita”. Koteloinnin leveys on aina enintään 911 mm, joten laitteet voidaan kuljettaa asennuspaikalleen normaaleista oviaukoista.
S-sarjassa on koteloitujen mallien lisäksi useita suurempia malleja, aina 5 MW teholuokkaan asti. S-sarjan koneissa käytetään ruuvikompressoreita (screw) ja ne ovat hyvä ratkaisu suurta tehoa vaativiin kohteisiin, kun tarvitaan enintään noin 85°C lähtölämpötiloja. Niiden avulla hyödynnetään esimerkiksi teollisuuden hukkalämpöjä suuressa mittakaavassa.
Kuinka suuria lämpöpumppuja tarvitaan?
– On ollut ilahduttavaa nähdä, että suuritehoisten lämpöpumppujärjestelmien kysyntä on merkittävästi kasvanut, kertoo Kukkola. – Suurimmat tarkastelemamme kohteet ovat olleet noin 200 MW suuruusluokkaa. Törmäsimme kuitenkin Saksassa erääseen hankkeeseen, jossa 20 MW järjestelmässä oli tarjouspyynnön ehtona, että yhden yksittäisen lämpöpumpun tehon pitää olla vähintään 10 MW. Ihmettelen kovasti, mitä väliä yksittäisen pumpun teholla on.
– Väliä sen sijaan on hyötysuhteella, huoltokustannuksilla, tilavaatimuksella, osatehomahdollisuuksilla, redundanttisuudella, toimitusajalla ja hankintahinnalla. Kun nämä tekijät arvotetaan, mitä väliä on, onko järjestelmässä kaksi tai vaikka 20 lämpöpumppua? Tästä joudumme keskustelemaan isommissa hankkeissa jatkuvasti ja usein hankkeet ovat valitettavasti toistaiseksi olleet jo niin pitkällä, ettei asiakas enää uskalla kyseenalaistaa pumppukohtaista tehovaatimusta.
Iso lämpöpumppu ei Kukkolan mielestä ole välttämättä edullisempi. Iso pumppu on aina erikoistuote ja esimerkiksi vara[1]osat saattavat olla kalliita. Joka tapauksessa asiakas joutuu sitoutumaan yhteen toimittajaan. Tehonsäätöalue ei isossa pumpussa ole yhtä hyvä kuin useassa pienemmässä ja tarvittavassa asennustilassa ei välttämättä ole eroa – varsinkaan tilavuusvaatimuksen suhteen.
Järjestelmäosaaminen ja hallittavuus
Yksi Oilonin lämpöpumppuosaamisen vahvimpia valtteja on järjestelmäosaaminen. Se tarkoittaa kokonaisuutta, jossa useampia – hyvin usein myös erilaisia – lämpöpumppuja kytketään kokonaisuudeksi, joka toimii halutuilla lämpötilatasoilla ja teholuokassa mahdollisimman hyvin ja taloudellisesti. Joissain tapauksissa koko järjestelmä on rakennettu eristettyyn konttiin, joka voidaan toimittaa rekalla asiakkaalle ”avaimet käteen”.
Avain monimutkaisten, useista lämpöpumpuista koostuvien järjestelmien – ”junien”, kuten niitä Oilonilla sisäisesti nimitetään – suunnitteluun on Oilonin kehittämä Oilon Selection Tool – OST. Se antaa mahdollisuuden tutkia erilaisia sarjaan ja rinnan kytkettyjä ratkaisuja eri lämpöpumppumalleilla. Järjestelmän toimintaa voidaan simuloida tarkasti ja luotettavasti erilaisilla asetusarvoilla, eli tulo- ja lähtöpuolen erilaisilla tulo- ja menolämpötiloilla sekä osatehoilla. Esimerkiksi S-sarjan lämpöpumpulla voidaan tuottaa suuri teho ja jatkaa sen tuottamasta lämpötilasta tarpeen mukaan edelleen ylöspäin P-sarjan pumpuilla, joilla saadaan korkean lämpötilan ohella erinomainen säädettävyys osatehoilla.
Oilon ChillHeat -lämpöpumppujärjestelmät voivat olla teholtaan esimerkiksi 50 MW tai sitäkin suurempia. Ratkaisussa asiakkaalla on joka tapauksessa vain yhdet kytkentäpisteet ja mitä niiden välissä on, se on Oilonin suunnittelema ja Oilonin yhdessä valtuuttamansa asennuskumppanin kanssa tekemä ratkaisu.
Yksittäisten lämpöpumppujen ja kokonaisten laajojen järjestelmien hallintaa varten Oilon on kehittänyt Oilon Global Monitoring (OGM) -järjestelmän. Siinä tietoverkkoon kytketyt lämpöpumput lähettävät toiminnastaan kertovan datan pilvipalveluun. Järjestelmästä saadaan nopeasti tieto mahdollisista ongelmista ja historiatietoa voidaan hyödyntää laitteiden etähuollossa.
Asiakkaille on mahdollista tuottaa raportteja, jotka kertovat järjestelmän käyttöasteesta, energian tuotannosta ja säästetystä rahasta.
Teollisuuslämpöpumppujen kolme suurta käyttöaluetta
Oilonin kokemuksen mukaan voidaan nimetä kolme tärkeintä ja hiukan toisistaan poikkeavaa käyttöaluetta teollisuuslämpöpumpuille. Nämä ovat: suurten kiinteistöjen lämmitys ja jäähdytys; teollisuuden hukkalämpöjen hyödyntäminen ja prosessilämmön tuottaminen; sekä kaukolämmön ja kaukokylmän tuottaminen.
Suurissa kiinteistöissä tarvitaan kesäkaudella jäähdytystä ja syntyvällä lämmöllä voidaan lämmittää kiinteistön käyttövettä. Talvella puolestaan voidaan samalla järjestelmällä ottaa talteen ilmanvaihdon poistoilman lämpöä kiinteistön lämmitykseen. Näissä sovelluksissa ei tarvita kovin korkeita lämpötiloja ja tehoalue on yleensä enintään muutamia satoja kilowatteja, joten RE-sarjan pumput sopivat tarkoitukseen hyvin. Niillä voidaan tuottaa hyvinkin kylmästä tulolämpötilasta yli 60°C lähtölämpöä.
Teollisuuden hukkalämpöjä voidaan hyödyntää tehokkaasti S-sarjan lämpöpumpuilla ja jos tarvitaan hyvin korkeita lähtölämpötiloja, käytetään P-sarjan pumppuja joko yksinään tai S-sarjan kanssa sarjaan kytkettynä. Jos jokin ratkaisu halutaan toteuttaa yhdellä lämpöpumpulla, pitää sen säätöalueen olla riittävä. P-sarjan lämpöpumpuilla on laaja säätöalue laajalla lämpötila-alueella, S-sarja on rajoittuneempi.
Kaukolämmön ja kaukokylmän tuottaminen lämpöpumpuilla on voimakkaasti kasvava sovellusalue. Kaukolämmössä tarvitaan yleensä korkea ”lifti”, eli lämpötilaa pitää nostaa paljon. Varsinkin pienemmissä kohteissa P-sarja on silloin paikallaan ja usein kysymys onkin silloin CHC-ratkaisusta. Kun tarvitaan suuria tehoja, voidaan käyttää S-sarjan ja P-sarjan yhdistelmää.
Lämpöpumput ja tulevaisuuden energiatehokkuus
– Lämpöpumput ovat tulevaisuuden ratkaisu, kun halutaan hyödyntää uusiutuvaa energiaa, sanoo Kukkola. – Euroopassa rakennusten lämmitys ja jäähdytys kuluttaa yli puolet ja Suomessa pelkkä rakennusten lämmitys yli neljäsosan kaikesta energiasta. Leijonanosa tästä lämmityksestä tuotetaan polttamalla jotakin. Hiilineutraaliuden saavuttaminen edellyttää polttamisen oleellista vähentämistä ja uusiutuvien energialähteiden hyötykäyttöä.
Uusiutuvan energian, kuten maalämpö ja ilma, lämpötilat ovat kuitenkin matalia. Lämpöpumpuilla matala lämpötila voidaan edullisesti nostaa lämmityksen vaatimalle suhteellisen korkealle tasolle.
Lämpöpumpuilla voidaan myös kierrättää energiaa. Kun kiinteistö kaipaa jäähdytystä, saadaan siitä lämpöä toisaalle. Kun pesuvedet tai viemärivesi on hiukankin lämmintä, voidaan ylimääräinen lämpö ottaa hyötykäyttöön. Teollisuudessa käyttöalueet ovat vielä verrattomasti monipuolisemmat.
– On muistettava, että yhteiskunta sähköistyy kovaa vauhtia, jatkaa Kukkola. – Sähkö on jo monessa tapauksessa kaikkein halvinta energiaa ja lämpöpumpuilla kulutettu sähköenergia voidaan muuntaa moninkertaiseksi määräksi lämpöenergiaa. Lämpöä on helppoa ja edullista varastoida.
– Tämä, missä olemme nyt, on vasta alkusoittoa! Tulossa on äärimmäisen mielenkiintoinen ja kiireinen vuosikymmen – lämpöpumppuvuosikymmen. Teollisuuslämpöpumput ovat erittäin vahvasti Oilonin strategiassa ja ala kasvaa moninkertaiseksi.