Kaukolämpö

Kaukolämpö on rakennusten lämmitysmuoto, jossa lämpöä toimitetaan kaukolämpöverkossa kiertävän kuuman veden tai kuuman vesihöyryn avulla. Asiakas voi käyttää kaukolämpöä tilojen ja käyttöveden lämmittämiseen sekä muihin lämmitystarpeisiinsa.

Kaukolämpö on erityisesti kaupunkien ja taajamien lämmitysmuoto. Kaukolämpö on kehittynyt viimeisten vuosikymmenien aikana ja siksi se on edelleen kilpailukykyinen ja asiakkaiden usein valitsema lämmitysmuoto. Kaukolämpö on kehittynyt sähkövoimalaitosten hukkalämmön hyödyntämisestä, jolla voimalaitoksen kokonaishyötysuhde on saatu nostettua korkeammaksi. Kaukolämpöä käytetään kylmissä ilmastoissa, erityisesti Pohjois- ja Itä-Euroopassa. Se on myös Suomen yleisin rakennusten lämmitysmuoto. Maailman suurin kaukolämmön tuottaja on Venäjä.

Kaukolämpöä tuotetaan voimalaitoksissa, jotka on optimoitu sähkön ja lämmön yhteistuotantoon. Yksi kaukolämmön haasteista on, kuinka lämpöä tuotetaan verkostoon, kun kivihiilen energiakäytöstä luovutaan Suomessa vuoteen 2030 mennessä.https://yle.fi/uutiset/3-10135147 Kaukolämmön haasteena ovat myös matalaenergiatalot, joiden lämmöntarve on pienihttps://www.talouselama.fi/uutiset/aika-ajaa-kaukolammon-ohi/3e86a31d-c40f-3c83-b8d0-5d389692a806.

 Toimintaperiaate 
 Asiakkaan laitteet 
Asiakkaat ottavat kaukolämmön vastaan lämmönjakokeskuksessa, jossa on lämmönvaihdin. Vaihdin siirtää lämmön kaukolämpöverkosta asiakkaan lämmönjakoverkoston kautta rakennuksissa oleviin lämmönjakolaitteisiin, kuten pattereihin, lattialämmitysverkostoon tai ilmanvaihtoon sekä lämpimään käyttöveteen. Asiakkaan rakennuksessa ja lämmönjakolaitteissa kiertää lämmin käyttövesi, joka on erillään vaihtimessa kaukolämpövedestä, joka on värjättyä.

Asiakkaan lämmönjakokeskukseen vaihdinpakettiin kuuluvat lämmityksen ja käyttöveden lämmönsiirtimet sekä mahdollinen ilmanvaihtosiirrin, säätölaitteet, pumput, paisunta- ja varolaitteet, lämpö- ja painemittarit sekä sulkuventtiilit. Lämmönjakokeskukset ovat tehdasvalmisteisia kokonaisuuksia. Lämmönjakokeskus asennetaan yleensä erilliseen tekniseen laitetilaan. Laitteiden tilantarve on pieni, koska kattiloita, varaajia tai polttoainevarastoja ei tarvita.

 Kaukolämpöverkko 
Lämpö siirretään asiakkaille kuumana vetenä suljetussa kaksiputkisessa kaukolämpöverkossa. Kuuma vesi johdetaan kiinteistön lämpöjakokeskukseen, jossa se luovuttaa lämpöä vaihtimen kautta asiakkaiden lämmitysverkkoon ja lämpimän käyttöveden valmistukseen. Talot käyttävät lämpöä huoneiden ja käyttöveden lämmittämiseen sekä ilmanvaihtoon. Kaukolämpöverkon vesi palaa jäähtyneenä paluujohdossa takaisin tuotantolaitokseen uudelleen lämmitettäväksi. Kaukolämpövesi ei kierrä talojen lämmitysverkossa.

Rakennukseen tulevan kaukolämpöveden lämpötila vaihtelee kovimpien pakkasten 115 °C:sta kesäajan noin 65 °C:seen. Asiakkailta tuotantolaitoksiin palaavan veden lämpötila vaihtelee välillä 25–50 °C. Rakennuksen lämmityslaitteet toimivat hyvin, kun kaukolämpöverkkoon palaavan veden lämpötila on alle 45 °C. Lämmityskaudella hyvä jäähtymistaso on 40–60 °C.

Kaukolämpövesi on käsitelty mekaanisten epäpuhtauksien ja hapen poistamiseksi ja putken sisäpuolisen korroosion estämiseksi. Usein vesi myös värjätään mahdollisten vuotojen tai vaurioiden paikantamiseksi. Veden vihertäväksi muuttava väriaine ei ole terveydelle eikä ympäristölle vaarallista. Kaukolämpövesi on värjätty vihertävän keltaisella, vesien merkkaukseen tarkoitetulla väriaineella nimeltään Pyranin. Veden värjäys helpottaa vuotojen paikantamista ja kaukolämpöveden erottamista talousvedestä.

Pyranin on pyreenisulfonihappo-väriaine, joka täyttää muun muassa kosmetiikka-asetuksen mukaiset puhtausvaatimukset. Se on kuitenkin säilytettävä erillään elintarvikkeista ja nautintoaineista. Käyttövesisiirtimen rikkoutuessa saattaa talousveteen sekoittua vihreää kaukolämpövettä. Värjäytynyttä vettä ei suositella ruoanlaittoon tai muutoin sisäisesti nautittavaksi. Ihokosketus ei kuitenkaan aiheuta haittaa, joten käsien pesu, kukkien kastelu ja muu normaali veden käyttö luonnistuu myös siirrinrikon aikana.

Kaukolämmön toimitusvarmuus on lähes sataprosenttinen: keskimäärin asiakkaan lämmöntoimitus on keskeytyneenä 1–2 tuntia vuodessa. Kaukolämpöverkot ovat useimmiten silmukoituja, mikä mahdollistaa esimerkiksi vikatilanteissa asiakkaiden lämmönsaannin useammalta kuin yhdeltä syöttösuunnalta.

 Kaukolämmön tuotanto 
Kaukolämpöä voidaan tuottaa lukuisilla eri tavoilla ja tuotantomuoto tai energianlähde voidaan tarvittaessa vaihtaa. Kaukolämpö tuotetaan kuitenkin lähes täysin höyryvoimaa tuottavilla polttoaineilla,  fossiilisilla (kuten maakaasu ja kivihiili) tai muilla  (kuten metsähake ja turve). Kyseiset polttoaineet tuottavat huomattavan määrän hiilidioksidipäästöjä. Kaukolämpö tuottaa noin puolet Helsingin kaikista hiilidioksidipäästöistä. 
Tulevaisuudessa erilaisten uusiutuvien energialähteiden sekä teollisuuden ja yhdyskuntien ylijäämälämpöjen ennakoidaan edelleen lisääntyvän voimakkaasti. Uusiutuvien polttoaineiden käyttö on lisääntynyt ja hiilidioksidipäästöt ovat siten vähentyneet.

Kaukolämmöstä vuosittain 70–75 prosenttia tuotetaan lämmön ja sähkön yhteistuotantona. Lämmön ja sähkön yhteistuotannossa tuotetaan sekä lämpöä että sähköä samassa prosessissa. Tämä on erittäin tehokasta, koska tällöin sähkön lauhdetuotannossa syntyvä hukkaan menevä energia voidaan hyödyntää. Yhteistuotanto on miltei kaksi kertaa tehokkaampaa verrattuna sähkön ja lämmön erilliseen tuotantoon. Yhteistuotanto on tehokasta, sillä polttoaineen energia hyödynnetään lähes 90-prosenttisesti.

Kaukolämpöä tuotetaan myös erillisissä lämpökeskuksissa. Myös niissä käytetään lisääntyvissä määrin uusiutuvia polttoaineita. Suuremmissa yksiköissä esimerkiksi puun polttaminen on tehokkaampaa kuin hyvin pienissä yksiköissä. Samasta polttoaineesta saadaan enemmän energiaa hyötykäyttöön ja hukkaan menee vähemmän. Myös savukaasujen puhdistaminen päästöistä ja pienhiukkasista on edullisempaa isommissa yksiköissä kuin lukuisissa pienissä. 

Suomessa on kaukolämpöverkkoja, joissa energia tuotetaan kokonaan uusiutuvilla energianlähteillä.

 Kaukolämmön hinta 
Suomessa on yleisesti käytössä hinnoittelujärjestelmä, joka jakaantuu:
 liittymismaksuun
 tehomaksuun
 energiamaksuun
Kaukolämpötoiminnan viranomaisvalvonta perustuu Suomessa pääosin kilpailulainsäädäntöön. Kuluttaja-asiakkaiden asemaa turvaa lisäksi kuluttajansuojalaki. Kaukolämpöyritys on kilpailuviraston mukaan määräävässä markkina-asemassa kaukolämpöön liitettyjen asiakkaiden suhteen. Lisäksi hinnoittelua säätelee energiaverotus. Myös päästöjen vaikutukset on otettava huomioon. Energiateollisuus ry kerää kotimaisilta kaukolämpöyrityksiltä tietoja kolmen erisuuruisen uuden asuinrakennuksen kaukolämmön hinnoista kaksi kertaa vuodessa.

 Kaukolämmön historia 
Nykyisen muotoiseksi kaukolämmitykseksi tunnistettavaa taajamien lämmitystoimintaa on harjoitettu noin 1820-luvulta asti. Ensimmäiset laitokset syntyivät Yhdysvalloissa pian teräsputkien valmistusmenetelmien keksimisen jälkeen. 1800-luvun lopulla höyrylämpö teki mahdolliseksi pilvenpiirtäjien rakentamisen sellaisina kuin ne nyt Yhdysvalloissa tunnetaan. Saksassa kaukolämmitys aloitettiin 1893 ja muualla Euroopassa seuraavina vuosikymmeninä. Pohjoismaissa kaukolämmön leviämistä edisti toisen maailmansodan jälkeen korkeatasoisen lähiörakentamisen idea.

Suomen ensimmäinen nykyisenkaltaiseen perusratkaisuun eli vesikiertoon perustuva kaukolämpölaitos otettiin käyttöön Espoon Tapiolassa vuonna 1953 ja sen ensimmäinen asiakas liitettiin lämpöverkkoon vielä samana vuonna. Myös Helsingissä päästiin käynnistämään kaukolämmön jakelua samoihin aikoihin, kun verkkoon kytkettiin ensimmäinen asiakas vuonna 1953. Tekniikaltaan Helsingin ensimmäinen kaukolämpövoimala tosin poikkesi nykyisestä vesikiertoisesta perusratkaisusta siten, että lämpö toimitettiin asiakkaalle höyrynä. Helsingissä ensimmäinen vesikaukolämpöä tuottava voimalaitos oli Salmisaari A ja ensimmäinen asiakas joka liitettiin verkkoon vuonna 1957 oli Ravintolakoulu Perho, jonka rakennus valmistui sopivasti putkireitin varrelle samana vuonna.

Kaukolämpö eri maissa

Kaukolämmitystoimintaa harjoitetaan nykyisin eri puolilla maailmaa: Länsi- ja Itä-Euroopassa, Pohjois-Amerikassa sekä Aasian maista Japanissa, Koreassa, Kiinassa ja Mongoliassa. Euroopassa noin 10 % lämmöntuotantotarpeesta toteutetaan kaukolämmöllä, Pohjois-Amerikassa noin 4 %. Kaukolämmön suurin tuottajamaa on Venäjä, joka tuottaa vuosittain arviolta 1 700 000–2 400 000 GWh kaukolämpöä. EU:ssa kaukolämmön markkinaosuus on 13 % asuin- ja palvelurakennusten lämmityksestä.

Kaukolämpö Suomessa
Noin 2,7 miljoonaa suomalaista asuu kaukolämpötaloissa. Suomessa kaukolämmön markkinaosuus rakennusten lämmityksessä on noin 46 %. Omakotitaloista kaukolämmöllä lämmitettyjä on runsas 7 % lämmitysenergiasta. Suurimmissa kaupungeissa kaukolämmön markkinaosuus on yli 90 %.

Myös uudisrakentamisessa kaukolämmön asema on vahva: uusista kerrostaloista yli 95 % liitetään kaukolämpöön, palvelurakennuksista 75 %. Uusista pientaloista 14 % valitsee lämmitysmuodokseen kaukolämmön.

 Voimalaitokset ja kiinteät lämpökeskukset 
Kaukolämpö on hajautettua, alueellista toimintaa. Energiateollisuus ry:n jäsenyritykset:
 165 kuntaa ja kaupunkia
 109 voimalaitosta
 735 kiinteää lämpökeskusta
 375 siirrettävää lämpökeskusta

 Kansainvälistä tunnustusta 
Suomalainen kaukolämpö- ja jäähdytysosaaminen on saanut myös kansainvälistä tunnustusta, muun muassa seuraavissa kilpailuissa:

Global District Energy Climate Awards
1st International DHC+ Student Awards.

 Kaukojäähdytys 

Uusin tapa hyödyntää entistä paremmin primäärienergiaa on kaukojäähdytys. Tässä käytetään hyödyksi lämpö, joka menisi muuten hukkaan jäteveden mukana (lämpöpumpulla) tai muuna ylijäämäenergiana esimerkiksi ydinvoimalaitoksista (absorptiojäähdytyksellä) tai sitten voidaan käyttää luonnon omia kylmävarastoja (vapaajäähdytys talvella merestä).

Lämpöpumput kaukolämpöjärjestelmässä

Wärtsilän ja Pöyryn mukaan kaukolämpöä kannattaa tuottaa sähköstä lämpöpumpuilla.https://www.tekniikkatalous.fi/tekniikka/energia/kaukolampoa-kannattaisi-tehda-tuulivoimalla-suomen-joissakin-suurissa-kaupungeissa-poyry-ongelmana-sahkon-verotus-6741687 Wärtsilän mukaan tuulivoimaa käytetään tulevaisuudessa kaukolämmön tuotantoon lämpöpumpputeknologialla.https://www.tekniikkatalous.fi/tekniikka/energia/wartsila-tuulisahko-on-27-prosenttia-halvempaa-kuin-fennovoiman-ydinsahko-suomeen-kannattaa-rakentaa-tuulivoimaa-aika-paljon-6730174 Konsulttiyhtiö Pöyry on esittänyt samaa ajatusta.

VALOR Partners Oy:n tekemässä selvityksessä suurten lämpöpumppujen potentiaali Suomessa oli 3–4 TWh eli 9–13 prosenttia kaukolämmöstä.https://energia.fi/ajankohtaista_ja_materiaalipankki/materiaalipankki/suuret_lampopumput_kaukolampojarjestelmassa_-tutkimushanke.html  Suuria teollisen mittakaavan lämpöpumppuja valmistaa Johnson Controls.https://www.helen.fi/uutiset/2017/lampopumput/

 Lähteet 

Aiheesta muualla

 Kaukolämpö Energiateollisuus ry:n verkkosivuilla
 Kaukojäähdytys Energiateollisuus ry:n verkkosivulla 
 Veli-Matti Mäkelä, Jarmo Tuunanen: Suomalainen kaukolämmitys, Oulun ammattikorkeakoulu ja Mikkelin ammattikorkeakoulu, oppimateriaalia, 2015  (pdf)
 WWF

Luokka:Rakennuksen lämmitysjärjestelmät
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit