Teollisuudessa muodostuu usein hukkalämpöä. Jackonin Muurlan tehtaalla prosessin tarvitsemat lämpötilat ovat hyvin korkeita, mutta Oilonin teollisuuslämpöpumppujen korkealämpötekniikka tekee mahdolliseksi myös niiden tuottamisen.
Jackon Group on Pohjoismaiden johtava eristevalmistaja. Viime vuodenvaihteessa ThermiSol, Tupler, Epsira ja Pohjoismainen Solumuovi yhdistettiin Jackon Finland Oy:ksi, joka on osa norjalaista perheyhtiötä Jackon Groupia. Konserni tuottaa energiatehokkaita ratkaisuja rakentamiseen ja teollisuudelle, tuotanto käsittää laajan valikoiman EPS-, XPS- ja EPP-eristeitä, -pakkauksia ja -komponentteja.
Energiatehokkuutta on tutkittu pitkään
Muurlan tehdas rakennettiin käytännössä kokonaan uudestaan vuoden 2009 alussa, itsenäisyyspäivänä 2008 tapahtuneen tuhoisan tulipalon jälkeen.
Tehtaalla valmistetaan eristyslevyjä lukuun ottamatta kaikkia erilaisia solumuovituotteita muottiin paisuttamalla. Raaka-aineina käytetään polystyreeniä (EPS), polyeteeniä (EPE) ja yhä lisääntyvässä määrin polypropeenia (EPP). Paisuttaminen eli sintraaminen tapahtuu kylläisellä höyryllä, jonka lämpötila on styreenillä noin 120°C ja propeenilla noin 140°C.
Sintraaminen tapahtuu 20:ssä suuressa ”uunissa”, Shape Molding -muotoautomaatissa. Paisutussykli kestää 1–2 minuuttia, minkä jälkeen muotti jälleen jäähdytetään noin 90°C:een. Prosessi kuluttaa paljon energiaa. Lisäksi lämpöä tarvitaan neljässä lämpökäsittelyuunissa, joihin EPE- ja EPP-tuotteet siirretään tasaantumaan sintraamisen jälkeen. EPS ei tätä jälkikäsittelyä tarvitse.
– Kymmenen vuotta sitten ryhdyimme tutkimaan energian tehokkaampaa hyödyntämistä, kertoo Muurlan tehtaan tuotantopäällikkö Jukka Mälkönen. – Muottien jäähdytyksestä tulee 50–60-asteista vettä joka perinteisesti jäähdytetään 30–40 asteeseen jäähdytystornissa. Siinä kului 3 000 megawattituntia (MWh) vuodessa energiaa pikkulinnuille.
– Silloinkin hyödynsimme ylimääräisen lämmön mahdollisimman kattavasti, mutta esimerkiksi lämpökäsittelyuuneihin tarvittavaa lähes sadan asteen lämpötilaa emme pystyneet tuottamaan hukkalämmöstä. Sen aikaiset lämpöpumput eivät pystyneet tuottamaan riittävän korkeaa lämpötilaa.
Suunnittelu vaati paljon laskutaitoa
Joitakin vuosia myöhemmin Mälkönen luki artikkelin, jonka mukaan lämpöpumpuilla on saavutettu yli 100°C lämpötiloja. Hän oli yhteydessä alan konsultteihin ja tapasikin muutamia, mutta näillä ei ollut tarjota Oilonin tekniikkaa. He tarjosivat erilaisia kokonaisratkaisuja, mutta ehdotusten kustannukset vaikuttivat kovin korkeilta.
– Järjestelmän suunnittelussa oli paljon laskemista, mutta tiesimme itse parhaiten, koska tunsimme prosessin toiminnan tarkalleen, jatkaa Mälkönen. – Meillä oli entuudestaan vahva suhde Oilonin kanssa, koska käytämme heidän polttimiaan muun muassa höyrykattilassa. Ryhdyimme suunnittelemaan kokonaisuutta heidän kanssaan, sillä heillä on pitkä kokemus korkealämpöisistä lämpöpumpuista ja osaamista laskelmien tekoon.
– Päätimme tehdä itse tarvittavat lämmönvaihtimet ja järjestelmän kokoamisen. Oilon auttoi meitä eri yksityiskohtien suunnittelussa ja mitoituksessa sekä toimitti tarkoitukseen sopivan lämpöpumpun.
Monia korkeita lämpövirtoja
Muottien jäähdytysvesi johdetaan 20 m3:n koontisäiliöön, jonka lämpötila on 50–60°C luokkaa. Lämpöpumppu hyödyntää tätä jäähdytyskiertoa lämmönlähteenä jäähdyttäen veden 40°C:een ja vähentää samalla tarvetta käyttää jäähdytystorneja. Lämpöpumppu tuottaa noin 95-asteista vettä jota hyödynnetään jälkikäsittelyuunien ja tilojen lämmittämiseen. Tällä tavoin korvataan höyryn ja sähkön käyttöä. Toisaalta lämpöpumpulla lämmitetään myös kattilan syöttövettä.
Sintraushöyry tuotetaan tehtaalla edelleen nestekaasulla lämpiävässä kattilassa. Höyrykattilan syöttövesi tuotetaan kunnan vesijohtoverkon vedestä, jonka tulolämpötila on 6–7°C ja joka lämpiää suoralla lämmön talteenotolla noin 60°C:een. Lämpöpumpulla höyrykattilan syöttövettä lämmitetään edelleen aina noin 80°C:een saakka.
Korkeita – lähes 100°C – lämpötiloja tarvitaan myös raaka-aineen esikäsittelyssä ja energiaa on käytettävissä enemmän kuin tarpeellista kiinteistön lämmittämiseen. Lämpöenergiaa on kaikkiaan käytettävissä yli oman tarpeen, mutta esimerkiksi kunnalla ei ole ollut kiinnostusta hyödyntää sitä Muurlan kylän kaukolämmöksi. Osa lämmöstä menee edelleen jäähdytystorniin.
Paljon tehoa hyvällä hyötysuhteella
– Päädyimme Oilon ChillHeat P 150 -lämpöpumppuun tässä kokonaisuudessa, kertoo Oilon teollisuuslämpöpumppujen liiketoimintajohtaja Martti Kukkola. – Se on sopivan kokoinen tähän kohteeseen ja sillä päästään hyvin korkeisiin lämpötiloihin. Lämpöpumpun kaksi kompressoria ovat taajuusmuuttajalla ohjattuja, joten sen hyötysuhde on erinomainen ja tehonsäätöalue hyvin laaja.
– Jackonilla on paljon 50–60°C tasolla olevaa hukkalämpöä. Tarvittavat hyötylämpötilat ovat kuitenkin niin korkeita, että tavanomaisella lämpöpumpulla hukkalämpöä ei olisi mahdollista hyödyntää. Perinteisten lämpöpumppujen tuotto on tasolla 50–60°C, josta täällä vasta lähdetään ylöspäin.
Kukkola kehuu vuolaasti Mälkösen ja tämän henkilökunnan osaamista esimerkiksi vaativassa kriittisten putkilämmönvaihtimien toteutuksessa. – Tilaaja rakensi järjestelmän itse. Heiltä löytyy paljon osaamista.
Jackonille toimitetun ChillHeat P150 -lämpöpumpun mitoitusteho on yhteensä 372 kW ja COP-arvo 3,2 (Coefficient Of Performance), vaikka tuotetaan lähes sata-asteista vettä.
Lämpöpumpun kylmäaine (tai lämmönsiirtoaine) on R1234ze. Se on uuden sukupolven kylmäaine, joka yhdessä P-sarjan lämpöpumpun kanssa soveltuu 100°C lämpötilan tuottamiseen. Aineen ilmastovaikutusarvo (GWP) on erittäin alhainen, alle 1. Kylmäaine on A2L luokiteltu eli se on myrkytön, mutta lievästi syttyvä. Tämän takia lämpöpumppu on täysin koteloitu ja varustettu kaasuvuotoanturilla sekä tuuletusmahdollisuudella.
Lämpöpumppu on liitetty etäyhteydellä Oilon Global Monitor -valvontajärjestelmään, joka seuraa laitteiden toimintaa, kertoo käyttöasteesta, energian tuotannosta ja ilmoittaa välittömästi mahdollisista poikkeamista normaalista toiminnasta.
Edullinen ja toimiva kokonaisuus
– Lämpöpumppu otettiin käyttöön vuoden 2019 alussa ja meillä on nyt 11 kuukauden tilasto sen toiminnasta, jatkaa Mälkönen tammikuussa 2020 tehdyssä haastattelussa. – Sinä aikana lämpöpumppu on tuottanut lämpöä 413 MWh, joka on merkittävästi pienentänyt myös tuotannon hiilijalanjälkeä. Paljon enemmänkin olisi voitu tuottaa, mutta meillä ei ole ollut paikkaa mihin hukata lämpöä. Lämpökäsittelyuunit olivat viime vuonna vajaalla käytöllä, mutta tänä vuonna kaikki neljä tulevat olemaan täydessä käytössä. Myös kiinteistön lämmitys liitettiin järjestelmään vasta keväällä.
– Oilonin vahvuus on, että he osaavat laskea ja niin saimme juuri oikein mitoitetun järjestelmän ja toisaalta heidän kauttaan järjestyy myös koneen huollot. Tämän rinnalla oma osaamisemme toteutuksessa teki sen, että saimme kokonaisuuden toteutettua varsin edullisesti. Lämpöpumpun osuus koko investoinnista oli vajaa puolet ja lisäksi saimme investointitukea hankkeellemme. Takaisinmaksuaika jää hyvin kohtuulliseksi.
– Hankkeen riskit olivat suuret, kun ryhdyimme soveltamaan uutta tekniikkaa uuteen käyttötarkoitukseen. Kaikki on kuitenkin mennyt kuten toivoimme, eikä lämpöpumpussa ole ollut yhtään käyttöhäiriötä vuoden aikana. Kaikki on toiminut hienosti. Olen onnellinen.
