TAMK-kampus koulutusympäristönä energiatehokkuusopinnoissa

Tulevien rakennus-, talo- ja sähkötekniikan insinöörien on tärkeää hallita mm. energiatehokkuuteen liittyvät asiat myös käytännössä. Usein hyvien korjaussuunnittelukohteiden löytäminen on kuitenkin ongelmallista. Tampereen ammattikorkeakoulussa energiakatselmoinnin kohteena on käytetty TAMKin Kuntokadun kampusta. Näin noin 9 000:n opiskelijan kampus toimii kestävien ratkaisujen living labina, ja opiskelijat pääsevät työskentelemään aidossa kohteessa.

TAMKin kampuksella on lämmintä rakennustilavuutta yhteensä reilu 260 000 rm3, mikä vastaa 600 keskikokoista omakotitaloa (kuva 1). Lisäksi kiinteistökokonaisuus on hyvin monimuotoinen, ja rakennukset ovat eri vuosilta (1961–2016). Vuosien varrella kampuksella on tehty monenlaisia muutoksia ja perusparannuksia. Niin taloteknisten kuin rakennusteknistenkin ratkaisujen kirjo on runsas.

pihlajamaa_kuva1_tamk-kampus
Kuva 1. TAMK-kampus on monirakennuksinen noin 9 000 opiskelijan ja noin 700 henkilökuntaan kuuluvan päivittäinen oppimis- ja työympäristö lähellä Tampereen keskustaa.

Energiakatselmointi avuksi

TAMK solmi v. 2012 vapaaehtoisen elinkeinoelämän energiatehokkuussopimuksen koskien ajanjaksoa 2008–2016. Sopimustoiminta on keskeisessä asemassa toimeenpantaessa EU:n energiatehokkuusdirektiiviä (2012/27/EU). Sopimusjärjestelmällä on kansallisen ilmasto- ja energiastrategian mukaisesti tarkoitus osaltaan vastata kansainvälisiin sitoumuksiimme ilmastonmuutoksen vastaisessa työssä. Sopimustoiminnalla halutaan vauhdittaa myös uuden energiatehokkaan teknologian käyttöönottoa sekä lisätä uusiutuvan energian käyttöä. Sopimusjaksossa 2008-2016 tavoitteena on kaikkiaan yhdeksän prosentin suuruinen energiansäästö vuoteen 2016 mennessä (tavoite lasketaan vuosien 2001–2005 keskimääräisestä energiankäytöstä). Valtio (Työ- ja elinkeinoministeriö TEM) tuki sopimuksiin liittyneiden pk-yritysten ja yhteisöjen energiakatselmuksia ja -analyyseja sekä tapauskohtaisesti myös yritysten energiatehokkuusinvestointeja ja uuden energiatehokkaan teknologian käyttöönottoa. Sopimustoiminnan ansiosta Suomessa säästyi vuoden 2015 lopussa energiaa vuositasolla yli 14 TWh. Sopimus edellyttää energiakatselmuksen tekoa MOTIVAn ohjeistamalla tavalla ja jatkossa vuosittaista energiankulutusraportointia. Uusi käynnistyvä sopimusjakso 2017–2025 on lähestymässä.

Katselmointityön toteutustapaa mietittäessä oivallettiin, että olisi viisasta yhdistää TAMK-kiinteistönpito ja eri koulutukset. Syntyi ajatus, että rakentamisen tulevat ammattilaiset voisivat yhdessä pätevöityneiden katselmoijien kanssa tutkia, selvittää ja ideoida kampusta energiatehokkuusnäkökulmasta. Näin yhdistettäisiin korkeakoulukampuksella kiinteistöpalvelujen yksikön tehtäviä ja koulutuspuolen oppimistapahtumia. Yhteen liimaaviksi tekijöiksi tarvittiin toisaalta energiankäytöstä valveutunut kiinteistöpäällikkö alaisineen, MOTIVA-pätevöitynyt katselmoijaopettaja ja aiheeseen paneutuneet muut opettajat innostuneiden ja sitoutuneiden opiskelijoiden lisäksi.

Yhteistyöstä vastaavien ensimmäiseksi haasteeksi tuli löytää energiatehokkuusopinnoille vaihtoehtoinen tai täydentävä suoritustapa, sillä em. opintoja oli sisällytettynä useisiin koulutusaloihin. Katselmointiin osallistui yli 50 opiskelijaa mm. LVI- ja sähköisestä talotekniikasta, kiinteistöpitotekniikasta, sähkötekniikasta ja rakennusmestarikoulutuksesta erisuuruisilla työpanoksilla. Opettajista, kiinteistöhenkilökunnasta ja 10 opiskelijasta muodostettiin tiivis ydintyöryhmä (kuva 2). Em. ydintyöryhmä kokoontui viikoittain lukuvuonna 2012 -2013. Opiskelijat selvittivät, kartoittivat ja mittasivat ohjatusti ja aikataulutetusti olosuhteita ja energiankulutuksia sekä tekivät havaintojensa perusteella parannusehdotuksia kannattavuuslaskelmineen. Energiakatselmoinnin lopputuotteena laadittiin aina MOTIVAn määrittelemä raportti. Yli 100-sivuinen raportti valmistui joulukuussa 2013.

Katselmointityössä on melko helppoa sovittaa osatehtäviä erilaisiksi täydentäviksi oppimistehtäviksi eri opintojaksoille. Esimerkiksi rakennusmestariopiskelijat pystyivät tekemään erilaisia rakenteiden kartoitus- ja selvitystöitä, kunnossapidon ja huollon opintojakson opiskelijat selvittivät taloteknisten laitteiden kuntoa ja toimintaedellytyksiä, ja valaistustekniikan opintojaksolla selvitettiin valaistuksen erilaisia toteutus- ja ohjaustapoja sekä osoitettiin niihin parannusehdotuksia kannattavuuslaskelmineen. Sähkötekniikan opiskelijoiden oli opettavaista selvittää koulun sähköverkon kunto.

Kuva 2 Monikoulutustaustainen 10-henkinen opiskelijaryhmä oli oleellisen tärkeä osa katselmoinnin ydintyöryhmää. Opinnäytetöitä valmistui aihepiiristä useita. Kuvassa on opiskelijoiden rinnalla katselmointia vetänyt LVI-lehtori Pirkko Pihlajamaa.
Kuva 2. Monikoulutustaustainen 10-henkinen opiskelijaryhmä oli oleellisen tärkeä osa katselmoinnin ydintyöryhmää. Opinnäytetöitä valmistui aihepiiristä useita. Kuvassa on opiskelijoiden rinnalla katselmointia vetänyt LVI-lehtori Pirkko Pihlajamaa.

Energiatehokkuuspotentiaalia löytyi ja löytyy

Katselmustoiminnan päätavoitteena on löytää energiatehokkuutta edistäviä ratkaisuja tilojen sisäilmaolosuhteita ja toimintoja heikentämättä. Usein lopputuloksena saadaan aikaan entistä selvästi kattavampi tietopankki kiinteistöstä tukemaan energiatehokasta kiinteistönpitoa ja –hallintaa.

Katselmoinnin raporttiin on keskitetysti koottu kampuksen kiinteistötietojen lisäksi analysoidut ja eritellyt energiankulutuskohteet sekä ideat ja ratkaisut energiansäästötavoista takaisinmaksuaikoineen. Säästöpotentiaalia energiakuluissa löytyi 11% eli selvästi enemmän kuin tehdyssä energiatehokkuussopimuksessa luvattiin. Löydetyillä säästöehdotuksilla ei ainoastaan säästetä energiaa vaan joissain kohdissa saatiin aikaan jopa olosuhdeparannuksia.

Energiankulutuksen jatkuva seuranta on avain kiinteistöjen energiatehokkuuden parantamiseen ja säilymiseen. Katselmoinnin aikana kirkastui opiskelijoille ja projektiin osallistujille, että kertaluonteisella katselmuksella ei taata vielä kiinteistön energiatehokkuutta, vaikka kaikki ehdotukset toteutettaisiinkin. Useita asioita jäi odottamaan tarkempaa analyysiä. Seuraaville lukuvuosille ja uusille opiskelijaryhmille onkin tarjolla oppimistapahtumia omassa koulukiinteistössä, tutkimisen ja kulutusseurannan parissa.

Yhteistyö jatkuu katselmoinnin jälkeenkin

Yhteistyö koulutuksien ja kiinteistöpalvelujen kesken on jatkunut. Mukaan on erilaisten kiinteistöön liittyvien selvitystöiden lisäksi otettu myös hankesuunnitteluvaiheen ideointia ja taustaselvitystyötä. Yhteiseksi uudeksi hankkeeksi vuosille 2014–2016 sovittiin kampuksen liikuntahalliin kohdistuva perusparannus- ja laajennushanke, jossa liikuntahallin koko kaksinkertaistettiin ja sen vanha osa perusparannettiin. Syksyllä 2016 valmistuneen TAMKin liikuntahallin esiselvitys-, suunnittelu- ja toteutusvaiheessa oli mukana useita TAMKin opiskelijoita ja opettajia. Ideointipajoja pidettiin yhdessä suunnittelijoiden kanssa. Liikuntahalliin tuli paljon innovatiivista uusiutuvien energioiden käyttöratkaisuja ja energiatehostamistapoja. Tavoitteena oli, että liikuntahallin vuotuinen ostoenergiankulutus ei kasvaisi, vaikka liikuntahallia laajennettiinkin kaksinkertaiseksi. Siellä hyödynnetään nyt mm. aurinkoenergiaa (kuva 3), sekä maalämpöä ja –kylmää perinteisten ilmanvaihdon lämmöntalteenottojen lisäksi. Valaistuksenohjaus toteutettiin pääosin modernilla DALI-reititinjärjestelmällä, ja tiloissa hyödynnetään sekä läsnäolo- vakiovalo- että tilanneohjauksia. Monitoimi- ja kuntosalissa on myös hyvinvointia edistävä, värilämpötilaltaan ja valaistusvoimakkuudeltaan vuorokaudenaikojen ja käyttötarpeen mukaan mukautuva dynaaminen valaistus. Ikkunoiden automaattinen, valaistuksen ohjaukseen integroitu aurinkosuojaus ja luonnonvalon harkittu ja hallittu hyödyntäminen saatiin myös mukaan. Liikuntahalli otettiin opiskelijoiden ja henkilökunnan käyttöön syksyllä 2016. Liikuntahallin ja sen järjestelmien vastaanoton jälkeinen toimivuuden ja energiatehokkuuden testausvaihe on nyt meneillään. Mahdollisten alkuvaiheen vikatilanteiden selvittäminen ja seuraaminen takuuaikana ja myöhemminkin vahvistavat edelleen energiatehokkuusoppimista, ja seurannat tuovat toimivuushaasteet näkyviksi. On tärkeätä oppia, että vain toimivilla ratkaisuilla voidaan päästä tavoiteltuun energiatehokkuuteen.

pihalajamaa_kuva3
Kuva 3. Uusi 2016 laajennettu TAMKin liikuntahalli koulukampuksen laidalla hyödyntää aurinkoa sekä maalämpöä ja –kylmää. Ikkunoiden aurinkosuojaus ja päivänvalon hyödyntäminen ovat myös hallitusti mukana. Opettavaiset toimivuustarkastelut ovat meneillään.

Kirjoittaja

Pirkko Pihlajamaa, DI, LVI-lehtori, Talotekniikan koulutus, Tampereen ammattikorkeakoulu pirkko.pihlajamaa(at)tamk.fi

Motiva. Energiatehokkuusdirektiivi. Haettu 8.12.2016 osoitteesta http://www.motiva.fi/taustatietoa/ohjauskeinot/direktiivit/energiatehokkuusdirektiivi

Energiatehokkuudella parempaa kannattavuutta maitotiloille – ERKKA-hankkeesta työkaluja navettainvestointeihin

Oikeista energiaratkaisuista säästöä pitkällä tähtäimellä

Energiahuollolla ja siihen liittyvillä teknisillä ratkaisuilla on keskeinen vaikutus lypsykarjatalouden kannattavuuteen. Välittömät suorat energiakustannukset maidon tuottajahinnasta ovat merkittävät. Esim. sähköä kuluu navetassa 0,08 – 0,12 kWh tuotettua maitokiloa kohti (Grönroos ja Voutilainen 2001). Tämän lisäksi tuotantorakennuksen rakenteiden ja toimintatapojen sekä energian tuotanto- tavan valinnoilla ja käytöllä vaikutetaan välillisesti muodostuviin yksikkökustannuksiin ja kannattavuuteen.

Merkittävät lypsykarjarakennukseen rajoittuvat energiankulutuskohteet ovat tuotantoeläinten ja toiminnan ylläpitoon, maidon tuotantoketjuun ja käsittelyyn, ilmanvaihtoon sekä käyttöveden ja tuotantorakennuksen lämmitykseen kuluva energia. Tähän saakka tuotantorakennusten osalta säästöä on haettu pääasiassa rakennuskustannuksista.

Energiankulutuksessa on suuria vaihteluja tilojen välillä, vaikka tuotantosuunta ja kokoluokka olisivat samat. Esimerkiksi lypsykarjakokoluokassa 50-70 lehmää sähkön käytön vaihtelu eri tiloilla oli 20 ka 200 MWh välillä. Maitotiloilla on paljon tuotannossa käytössä olevia sähkömoottoreita. Yleensä lypsykarjatiloilla on 5-10 jatkuvasti päällä olevaa sähkömoottoria ja 7-10 päivittäin tuotannossa tarvittavaa sähkömoottoria (Kirkkari ja Lehtinen 2005).

Suurten tilojen osuus maidontuotannossa on koko ajan nousussa (Pyykkönen et al. 2010), ja odotet- tavissa on, että vuoteen 2016 mennessä puolet maidosta tuotetaan Suomessa yli 50 lehmän tiloilla. Vuonna 2010 yli 50 lehmän karjojen osuus oli 26 % (Lehtonen ja Pyykkönen 2005). Myös energian- kulutuksen ja energiahuollon merkitys korostuvat entisestään.

Tuotantoyksikön toiminnan ja kannattavuuden kannalta optimaalisten olosuhteiden aikaansaaminen tulee ottaa huomioon tuotantorakennuksen suunnitteluvaiheessa. Tuotannollisten ja rakennus- teknisten ratkaisuiden lisäksi tulisi kiinnittää huomio myös energiantuotantomuodon valintaan, prosessien ja laitteiden energiatehokkuuteen sekä hukkalämpövirtojen hyödyntämiseen lämmön- talteenottojärjestelmiä hyödyntäen. Rakennuksessa vallitsevan ilman laadulla on suuri merkitys eläinten ja tilassa työskentelevien ihmisten hyvinvointiin sekä tuotantotilan rakenteiden ja laitteiden kuntoon. Lypsykarjan tuotantotiloissa ilman olosuhteita hallitaan ilmanvaihdon avulla. Ilmanvaihdon tarvetta määrittäviä tekijöitä ovat ilman lämpötilan ja kosteuden hallinta sekä tiettyjen kaasu- komponenttien pitoisuuden pitäminen sallittujen raja-arvojen sisällä.

Energiakustannusten oletetaan nousevan tulevaisuudessa edelleen, minkä vuoksi lypsykarja- taloudessakin energiatehokkuuden merkitys korostuu entisestään. Lisäksi kansallisen energia- ja ilmastostrategian mukaisesti on tavoitteena siirtyä energiantuotannossa uusiutumattomista fossiilisista polttoaineista uusiutuvien energialähteiden käyttöön.

Maitotilojen tuotantorakennusten energian tuotannontavan valintoihin ja energiatehokkuuteen vaikuttavien tekijöiden kartoitus sekä neuvontatyön ja investointipäätöksien tueksi kehitettävät suunnittelu- ja laskentatyökalut ovat ERKKA-hankkeen keskeisimpiä tavoitteita. Hankkeen tuloksia hyödyntäen on tavoitteena parantaa lypsykarjatilojen taloudellista kannattavuutta vähentämällä energiankäytöstä ja -tuotannosta aiheutuvia kustannuksia. Kohderyhmänä ovat pääasiassa keskimääräistä suuremmat lypsykarjatilat ja niiden energiansäästö uudisrakentamisen osalta mutta
myös jo olemassa olevissa tuotantorakennuksissa. Keskeisenä osana hanketta on tuotetun ja kootun tiedon välittäminen tiloille ja tilojen kanssa toimiville neuvojille ja muille alan asiantuntijoille. Hankkeessa tehdään mittauksia tuotantorakennusten laitteistojen energiankulutuksesta, lämpö- vuodoista sekä ilmanlaadusta.

Maalämpö kiinnostaa maitotiloja

Maitotilojen energiatietotarpeita kartoitettiin kyselyllä, joka toteutettiin keväällä 2012. Kysely lähettiin 82 pohjoissavolaiselle maitotilalle, ja siihen oli mahdollisuus vastata sekä postitse että sähköisesti. Vastauksia saatiin 22 kappaletta. Vastausprosentiksi muodostui 26,8 %.

Kysely osoitti, että tuottajat ovat kiinnostuneita vähentämään energiankulutusta laitevalinnoilla ja muuttamalla työtapoja energiatehokkaammaksi. Koneiden ja laitteiden energiankulutus, pienen kokoluokan sähköntuotannon ja lämmöntuotannon tekniikka ja kannattavuus koettiin sellaisiksi, että niistä haluttiin lisää tietoa. Omavaraiseen energian- ja lämmöntuotantoon on kiinnostusta ja lisätietoa kaivataan.

Energiamuodoista eniten yrittäjiä kiinnostaa tällä hetkellä maalämpö (Kuvio 1). Maalämmön hyödyntämisessä tarvittava investointi on korkea. Laiteinvestoinnin yhteydessä tarvikkeiden hankinta ja lämpökanaalien suunnittelu ja kaivu tuovat eniten kustannuksia, mutta sen jälkeen käyttökustannukset jäävät alhaisiksi ja huollon tarve on vähäinen. Toiselle sijalle kiinnostuksen kohteena nousivat biokaasu ja pientuulivoima. Biokaasuteknologia on ollut runsaasti esillä ja yrittäjiä kiinnostanee myös käytettävän teknologian vaikutukset lannan jatkokäsittelyyn ja käyttöön.

Kuvio 1. Maidontuottajien kiinnostus (% vastaajista) hankkia lisää tietoa energian tuotantomuodoista (n=23).

Kiinnostuneimpia energian käyttöön liittyvän tietämyksen lisäämisestä olivat 40 – 50 vuoden iässä olevat tuottajat (Taulukko 1). Hieman yllättävää oli, että vain puolet alle 30-vuotiasta yrittäjistä oli kiinnostuneita lisätiedosta.

Lehmien lukumäärällä mitattuna pienet tilat olivat kaikkein kiinnostuneimpia saamaan lisätietoa energiaratkaisuista (Taulukko2). Tämä saattaa johtua siitä, että pienillä tiloilla ei ole ollut tarvetta pohtia erikseen energiaratkaisuja. Kustannusten nousun myötä se on kuitenkin noussut esille potentiaalisena kohteena, jossa voidaan saada aikaan säästöjä. Suuret tilat ovat joutuneet paneutumaan tarkemmin energiankäyttöön jo investointien yhteydessä.

Lämminpihatto-tiloista 72,2 %, ovat kiinnostuneet samaan lisätietoa (Taulukko 3). Puolilämpimän pihaton omistajat olivat vähiten kiinnostuneita (50 %) energiaan liittyvästä lisätietämyksestä. Energiankulutus puolilämpimässä on pienempi, koska lämmitykseen ei mene niin paljoa energiaa. Parsinavetan omistavilla viljelijöillä oli eniten kiinnostusta energiamuotojen kustannuksia sekä energiatehokkaita ratkaisuja kohtaan kuin muilla (90,9 %). Tämä saattaa johtua siitä, että parsinavetat ovat usein lämpimiä. Uusia parsinavetoita ei juurikaan enää rakenneta, joten nämä yrittäjät voisivat olla sellaisia, jotka suunnittelevat investointia.

Työkaluja ja tietoa käytännön toimijoille

ERKKA-hanke tuottaa tietoa siitä, kuinka lypsykarjatilat voivat vähentää uusiutumattoman energian käyttö laiteteknisillä valinnoilla ja uusiutuvien energianlähteiden käytöllä ja rakennusteknisillä ratkaisuilla.

Hankkeen tuloksena syntyy suosituksia käytännöistä lypsykarjatilojen tuotantorakennusten lämmön- ja sähkönkulutuksen vähentämiseksi sekä ratkaisuiksi, jotka vähentävät tuotantorakennusten lämpöhäviöitä, ilmanvaihtoon kuluvaa energiaa tai edistävät rakennusten energiatehokkuutta.

Hankkeen tavoitteena on tuottaa tietoa Maatilojen energiaohjelman kehittämiseen. Hanke toteutetaan monialaisena tutkimuksena, jossa hyödynnetään ympäristötekniikan-, luonnonvara- alan-, energiatekniikan- sekä sähkö- ja rakennustekniikan osaamista. Hanke toteutetaan ajalla 1.9.2011-31.12.2013.

Kirjoittajat

Projektipäällikkö Teija Rantala, yliopettaja Risto Kauppinen, tutkimuspäällikkö Eero Antikainen, tutkimuspäällikkö Raija Lankinen
Savonia-ammattikorkeakoulu, Iisalmi, etunimi.sukunimi@savonia.fi

Grönroos, J. ja Voutilainen, P. 2001. Maatalouden tuotantotavat ja ympäristö – Inventaarioanalyysin tulokset. Suomen ympäristökeskus 231. 65 s.

Kirkkari, A-M ja Lehtinen, R. 2005. Energiankäyttö maito-, nauta- ja sikatiloilla. Työtehoseuran maataloustiedote, 12/2005 (585). 6 s.

Perttu Pyykkönen, Heikki Lehtonen ja Anu Koivisto. 2010. Maatalouden rakennekehitys ja investointitarve vuoteen 2020. PTT työpapereita 125 (www.ptt.fi).

Heikki Lehtonen ja Perttu Pyykkönen. 2005. Maatalouden rakenne kehitysnäkymät vuoteen 2013. MTT:n selvityksiä 100. 40 s.