Läm­pö­pum­put ovat rat­kaisu tule­vai­suu­den ener­gia­te­hok­kuu­teen

Lämpöpumput ovat ratkaisu tulevaisuuden energiatehokkuuteen

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.