Aalto-yliopiston porakaivosta maailmalle

Espoossa aivan Otaniemen kampuksen sydämessä sijaitsee rakennushanke, joka on Aalto-yliopiston historian suurin yksittäinen investointi: noin 140 miljoonan euron hanke pitää sisällään rakennuskokonaisuuden, josta löytyvät Taiteiden ja suunnittelun korkeakoulun tilat Väre, Kauppakorkeakoulu ja kauppakeskus A Bloc myymälöineen, ravintoloineen ja kahviloineen.

Kysymyksessä on myös yksi Suomen suurimmista geoenergiakohteista. Energiakentässä on kaikkiaan 74 kpl 320 metrin syvyistä energiakaivoa ahtaalla tontilla rakennusten alle porattuna. Kiinteistökokonaisuuden rakennuksen lämmöntarpeesta 90 prosenttia ja jäähdytyksestä 95 prosenttia tuotetaan geoenergialla.

Otaniemessä geoenergiapotentiaalia

Geologian tutkimuskeskus GTK:n selvitti Otaniemen geoenergiapotentiaalia korttelitasolla vuonna 2015 ja sai selville, että sen kallioperä on yleisesti ottaen geoenergian hyödyntämiseen erinomaista. Lämpötilataso on hyvä ja kiviaines pääosin lämmönjohtavuudeltaan hyvää graniittia. Aalto-yliopiston kampus pyrkii energiaomavaraiseksi jo vuoteen 2030 mennessä. Energiaomavaraisuus edellyttää paitsi energiankulutuksen vähentämistä myös paikalliseen energiantuotantoon panostamista kiinteistöissä.

”Geoenergiaa hyödynnämme silloin, kuin se suinkin on järkevää”, projektipäällikkö, TkT Antti Säynäjoki kertoo. Hän vastaa Aalto-yliopistokiinteistöt Oy:ssä muun muassa uusien energiajärjestelmien kehittämisestä ja tutkimusyhteistyöstä.

Geoenergiajärjestelmä on asennettu peruskorjauksen yhteydessä tähän mennessä jo Aalto-yliopiston päärakennukseen Dipoliin.

Mitaten toimivammaksi

Geoenergiakaivot paitsi tuottavat kiinteistökokonaisuuteen lämpö- ja jäähdytysenergiaa, myös toimivat energian kausivarastona, johon kiinteistöstä talteen otettua lämpöenergiaa varastoidaan ja jonka avulla energiakentän varantoja voidaan palauttaa.

Kokonaisuuden toimintaa ohjataan ja seurataan DTS (Distributed Temperature Sensing) -monitorointijärjestelmän ja rakennuskompleksin oman kiinteistöautomaatiojärjestelmän kautta. DTS-monitoroinnilla varmistetaan, että geoenergiajärjestelmä toimii suunnitellulla tavalla ja ohjataan sen tuottamaa lämmitys- ja jäähdytysenergiaa kiinteistön tarpeisiin parhaalla mahdollisella tavalla.

”Ideaalitilanteessa energiakaivokenttä toimii mahdollisimman joustavasti käytön aikaisen tarpeen muuttuessa siten, että siitä saadaan irti suurin mahdollinen määrä energiaa sekä lämmitykseen että jäähdytykseen”, selittää geoenergiakenttiä tutkiva ja suunnitteleva geofyysikko Nina Leppäharju GTK:sta.

Energiavarannot eivät kuitenkaan saa kuormittua liikaa. Niinpä kentän lämpötiloja on voitava seurata mahdollisimman tarkasti ja verrattava reaaliaikaisesti geoenergiakentän muutoksia kiinteistön olosuhteissa ja käytössä tapahtuneisiin muutoksiin.

GTK:n juuri tähän tarkoitukseen suunnittelema DTS-menetelmään perustuva geoenergiakaivojen monitorointimenetelmä tekee juuri näin. Järjestelmään kuuluu mittalaite ja 600–700 metriä optista kuitukaapelia, jota asennetaan valikoituihin geoenergiakaivoihin. Valokuidun avulla tapahtuva jatkuva lämpömittatilamittaus antaa lämpötilatietoa energiakaivon koko syvyydeltä ja kaivokentän eri osuuksilta järjestelmän käytön aikana.

Kevään aikana Kauppakorkeakoulun DTS-monitorointi yhdistetään kiinteistöautomaatioon. Sen jälkeen rakennuksen jäähdytys- ja lämmitysjärjestelmän ohjaus pystyy hyödyntämään geoenergiakentän energiavarastoja rakennusautomaation kautta optimaalisella tavalla. ”Rakennusautomaatio seuraa tilannetta siis reaaliaikaisesti”, Leppäharju kertoo.

GTK:n tutkija Ilkka Martinkaupin mukaan suurissa geoenergiakenttäkohteissa pienelläkin optimoinnilla voi saavuttaa merkittäviä säästöjä sähkölaskuissa. ”Täytyy muistaa, että monitorointi on aika pitkäkestoista työtä.”

Optimointi voidaan toteuttaa monellakin tapaa. Suuri kaivokenttä voidaan esimerkiksi jakaa lohkoihin ja hyödyntää niistä kerralla vain osaa ja antaa osan levätä. Toisessa Suomessa käytössä olevassa suuressa DTS-monitoroidussa kohteessa SOK:n Sipoon logistiikkakeskuksessa lohkoihin jaetussa geoenergiakentässä voidaan esimerkiksi määritellä, mihin lohkoon energiaa kesäisin on syytä palauttaa.

Monitoroinnista vientituote

Kauppakorkeakoulun geoenergiajärjestelmä tulee aivan varmasti olemaan yksi Suomen huolellisimmin tutkituista, ja tutkimusprojektina se on osa Smart Otaniemi -hanketta. Säynäjoki sanoo, että DTS-monitoroinnille olisi selvästi tarvetta erityisesti suurissa geoenergiakiinteistökohteissa. Niinpä kiinnostusta hankkeessa kehitettävää palvelukonseptia ja teknologiaa kohtaan onkin sekä kotimaassa että muuallakin.

Toiveissa on, että hankkeen avulla onnistutaan kehittämään teknologiaa ja uusi palvelutuote jopa vientimarkkinoille. Aalto-yliopiston ja VTT:n lisäksi tutkimushankkeisiin osallistuu lukuisia alan yrityksiä.