Lisää vauhtia lämmön talteenottoon

Hukkalämmön talteenotto on nyt ajankohtainen puheenaihe monella toimialalla, kun energiatehokkuutta ja päästöjen vähentämistä koskevat tavoitteet kiristyvät vuosi vuodelta. Yksittäiset onnistuneet esimerkit saavat julkisuutta, mutta kokonaisuudessaan lämmön talteenotossa (LTO) on Suomessa vielä valtavasti hyödyntämätöntä potentiaalia. Tätä mieltä on kaksi asiaan perehtynyttä asiantuntijaa.

Lähdetään liikkeelle teollisuudesta. ”LTO:n kannalta otollisimpia ovat lämmönlähteet, jotka ovat lämpötilatasoltaan mahdollisimman korkeat, eikä lämpötilassa ja virtauksessa ole suuria vaihteluja”, energia- ja vesiratkaisuja tarjoavan Adven Oy projektipäällikkö Pasi Kolehmainen sanoo.

Raskaassa teollisuudessa eniten potentiaalia

EU-tasolla tehdyistä tutkimuksista ja Tilastokeskuksen keräämistä tiedoista voi päätellä, että eniten energian talteenottopotentiaalia on paperi-, sellu- ja painotuoteteollisuudessa, rauta- ja terästeollisuudessa sekä kemian- ja petrokemian teollisuudessa. ”Missä energiaa käytetään paljon, siellä on myös eniten potentiaalia”, Kolehmainen tiivistää.

Hänen mukaansa monessa tuotantolaitoksessa haasteena voi sen sijaan olla, miten prosessista saadaan lämpö talteen ja kierrätettyä kustannustehokkaasti. Lisäksi läheisyydessä tulisi olla kohde, jossa energia kulutetaan.

Teknologisista ratkaisuista Kolehmainen nostaa esille lämpöpumput ja MVR-tyyppiset haihduttamot. ”LTO:n lisäämiseen tarvitaan uutta teknologiaa. Toisaalta vanhaa tekniikkaa voi soveltaa innovatiivisesti uusissa paikoissa.”

Kolehmainen huomauttaa, että lämpöpumppujen käyttö teollisuuden LTO-ratkaisuissa on kasvanut viime vuosina räjähdysmäisesti. Hänen mukaansa isolla osalla investoinneista on saatu merkittäviä taloudellisia säästöjä. ”Lämpöpumppua vaihtoehtona aletaan usein tutkia siinä tilanteessa, kun laitoksen lämmön tai jäähdytyksen tarve kasvaa tai harkinnassa on kokonaan uuden laitoksen rakentaminen.”

Kolehmaisen mukaan lämpöpumpun käytön suurin haaste on, että talteen otettavalle lämmölle on löydettävä välitön kulutuskohde. Tuotannon ja kulutuksen epäsynkronisuutta voidaan kuitenkin tasata lämpöakulla tai kuumavesisäiliöllä.

Lämmön kohteeksi kaukolämpöverkko

Kolehmaisen mukaan usein lämpöpumppuinvestointi muuttuu kannattamattomaksi, jos sen yhteydessä on rakennettava kymmenien tai satojen kuutiometrien kokoinen eristetty kuumavesisäiliö. ”Yksi keino ongelman kiertämiseen on käyttää kaukolämpöverkkoa lämmönkohteena.”

Kaukolämpöverkon menopuoli lämmönkohteena on kuitenkin Kolehmaisen mukaan haastava, sillä sen lämpötila on tyypillisesti 85–115 celsiusastetta. Paluupuolella lämpötila laskee noin 40–60 asteeseen, joten nykyisellä tekniikalla se olisi huomattavasti sopivampi lämpöpumpun lämmönkohteeksi, sillä tällöin pumpulta lähtevän veden lämpötila voidaan rajoittaa alhaisemmaksi, esimerkiksi 75–85 asteeseen.

”Monessa kohteessa kaukolämpöverkon haltija ei ole kuitenkaan halukas ottamaan lämpöä paluuvirtaukseen”, Kolehmainen sanoo. Tämä johtuu muun muassa siitä, että paluuveden lämpötilan nousu pienentää lämmön ja sähkön yhteistuotannossa syntyvän sähkön määrää. Se myös heikentää savukaasupesureiden lämmön talteenoton hyötysuhdetta ja kasvattaa lämpöhäviötä paluuputkessa.

”Monessa suuren kokoluokan teollisuuslaitoksessa prosessilämpö ja -höyry tuotetaan paikallisissa lämpölaitoksissa. Tällöin lämpöpumpun integrointi muuhun lämmöntuotantoon on usein helpompaa”, Kolehmainen toteaa.

Esimerkiksi monissa pienissä lämpövoimalaitoksissa ei aina ole savukaasupesuria, joten paluuvirtauksen lämmittäminen ei käytännössä heikennä laitoksen hyötysuhdetta. Myös lämpöpumpulla saatavat kustannussäästöt voidaan helpommin todentaa ja jakaa osapuolten kesken, kun lämpölaitos palvelee vain yhtä asiakasta.

MVR-haihduttimista hyviä kokemuksia

MVR-haihduttimissa (Mechanical Vapour Recompression) höyry kompressoidaan puhaltimella tai kompressorilla korkeampaan lämpötilaan ja paineeseen. Tätä kompressoitua höyryä voidaan käyttää energianlähteenä suorahöyryn asemesta. ”MVR-tekniikasta on saatu hyviä kokemuksia etenkin elintarvike-, kemian- ja metsäteollisuudessa”, Kolehmainen mainitsee.

Hän nostaa esimerkiksi paperia ja kartonkia valmistavan Kotkamillsin, jossa Adven toteutti MVR-tekniikkaan perustuvan investoinnin mustalipeähaihduttamoon. Kotkamills on tehnyt Advenin kanssa sopimuksen haihdutuspalvelusta.

Uudessa haihduttamossa käytetään puhallinhaihdutustekniikkaa, joka vähentää merkittävästi höyryn kulutusta. Investointi tehostaa merkittävästi höyrynkulutusta ja energiantuotannon päästöjä.

Myös kauppojen LTO:ssa paljon tekemistä

Päivittäistavarakaupat ovat erityisen energiaintensiivisiä rakennuksia, sillä tuoretavaroiden ja pakasteiden säilytys edellyttää mittavia kylmäjärjestelmiä. Niiden tuottamaa hukkaenergiaa on hyödynnetty jo kauan kiinteistön lämmitykseen, mutta tästä huolimatta LTO:ta hyödynnetään edelleen varsin huonosti kaupan alalla.

”Potentiaalia on paljon”, sanoo toimitusjohtaja Ari Elorinne kiinteistö- ja talotekniikka-alan asiantuntijapalveluja tarjoavasta KnowTekistä. Hänen tekemänsä karkean arvion mukaan lauhdelämmön kokonaismäärä Suomen elintarvikekaupoissa on noin 1 300 GWh vuodessa. Perinteisillä menetelmillä tästä käytetään noin 20 prosenttia. Jäljelle jäävästä 80 prosentista voitaisiin hyödyntää kaksi kolmasosaa eli noin 700 GWh vuodessa. ”Hyödyntämiskelpoisen lauhdelämmön arvo olisi noin 35 miljoonaa euroa vuodessa.”

Suurissa ja keskisuurissa marketeissa lauhdelämmön talteenotto ja kylmäjärjestelmien lauhdutus on toteutettu perinteisesti välillisellä järjestelmällä. Siinä lämmön talteenottoa pyritään parantamaan ohjaamalla lauhduttimelle palaavan nesteen lämpötilaa sekä kylmäaineen lauhtumispainetta suhteessa ulkoilman lämpötilaan.

”Pienemmissä myymälöissä on käytetty enimmäkseen suoraan lauhdutusta sekä suoraa tai välillistä lämmön talteenottoa”, Elorinne sanoo.

Yhteistyöstä hyötyvät kaikki osapuolet

Kaupoissa hukkalämpöä on pyritty hyödyntämään etenkin ilmanvaihdon ja käyttöveden esilämmitykseen. Elorinteen mukaan tämä on ollut kuitenkin vajavaista, sillä lämpöä luovutetaan vain osaan lämmitysjärjestelmistä. Lisäksi käytettävät kylmäaineet asettavat rajoitteita lauhdelämmön lämpötilatasoille.

”Perinteisten mallien ongelma on, että paljon potentiaalia jää hyödyntämättä.” Elorinne on ollut mukana toteuttamassa useiden kymmenien kaupan kiinteistöjen LTO-hankkeita. Hän sanoo, että lauhdelämmön käyttöä kiinteistössä voidaan tehostaa oleellisesti lisäämällä lauhdepiiriin lämpöpumppu.

”Haasteena on, että lämmityspuolella on pystyttävä hyödyntämään käytettävissä oleva potentiaali. Jos kytkennät ja lämpötilatasot on tehty väärin, paljon potentiaalia menetetään.”

Elorinne huomauttaa, että tehokkaimmat ratkaisut menevät limittäin kylmä- ja LVI-tekniikan kanssa. Se vaatii opettelua ja uudenlaista yhteistyötä kaikilta osapuolilta. ”Myös kylmäpuolella on hyvä tuntea entistä paremmin lauhdelämmön käyttökohteet.”

Elorinteen mukaan pikkumarketissa lauhdelämpöä ei kannata hyödyntää yleensä muuhun kuin ilmanvaihtoon. Hypermarketissa tarvitaan lämpöä muuhunkin, kun esimerkiksi käyttövettä kuluu enemmän.

”Kylmän tuotannosta syntyvä hukkalämpö pystytään hyödyntämään mahdollisimman tehokkaasti, kun kussakin kohteessa kokonaisuus otetaan huomioon. Onnistuneesta lopputuloksesta hyötyvät kaikki osapuolet.”