Tulevaisuuden kaukolämpö -blogisarja, Osa 1: Alkuaskeleet

Kaukolämpö on tänä päivänä Suomen suosituin lämmitysmuoto: yli puolet suomalaisista asuu kaukolämmitetyssä talossa. Kaukolämpö on myös maailmalla yleinen tapa lämmittää asuntoja erityisesti kaupungeissa, joissa kaukolämpöjärjestelmä on kaikista tehokkain. Vaikka erilaisia kaukolämpöjärjestelmiä on ollut käytössä jo toistasataa vuotta, on kaukolämmityksen periaate säilynyt pitkälti samana: kaukolämpölaitoksessa kootusti tuotettu lämpöenergia siirretään putkiverkostoa pitkin lämpöä tarvitseville kiinteistöille.

Tämä kolmiosainen blogisarja vie sinut aikamatkalle aina kaukolämmön alkuajoista nykyaikaan, vuosien varrella tapahtuneita kehitysaskeleita unohtamatta. Avaamme myös hieman, millaista lämmittäjän, eli tavallisen kaupunkiasukkaan elämä on eri kaukolämpösukupolvien aikana. Ensimmäisessä osassa kurkataan historiaan: miten kaukolämpöjärjestelmät saivat alkunsa ja miten ne kehittyivät aina 1970-luvulle saakka. Toisessa kirjoituksessa käsitellään kaukolämmön kolmatta sukupolvea, joka vielä tällä hetkellä on vallitseva kaukolämpösukupolvi. Kolmas kirjoitus pureutuu neljännen sukupolven kaukolämpöön (4GDH), jonka aika on alkamassa 2020-luvulla.

Kaupungistuminen ja kaukolämmön yleisyys kulkevat käsi kädessä: ei liene sattumaa, että teollistumisen aikakaudella ihmisten muuttaessa kaupunkeihin myös tarve keskitetylle lämmitysjärjestelmälle oli koko ajan suurempi! Kaupunkiasujalle kaukolämpö on vaivaton, varmatoiminen ja edullinen tapa pitää asunto lämpimänä edelleen 2020-luvulla.

neljännen sukupolven kaukolämpö

Kaukolämmön kehitys on jaettu sukupolviin

Kaukolämmön kolme sukupolvea

Kaukolämmön kehitys on jaettu perinteisesti kolmeen sukupolveen: ensimmäisen sukupolven järjestelmät, joiden lämmönsiirtoaineena toimi kuuma höyry, näkivät päivänvalon 1800-luvun loppupuolella. Toisen sukupolven kaukolämpöjärjestelmissä siirryttiin käyttämään vettä lämmönsiirtoaineena. Näiden järjestelmien kultakausi ajoittui 1930-1960-luvuille. Kolmas kaukolämpösukupolvi, niin kutsuttu skandinaavinen kaukolämpö, yleistyi 1970-luvulla ja on pikkuhiljaa väistymässä neljännen kaukolämpösukupolven tieltä.

Ensimmäisen sukupolven kaukolämpö mullistaa kaupunkien lämmittämisen

Kaukolämpöjärjestelmiä muistuttavia viritelmiä ovat esimerkiksi Rooman valtakunnan aikaiset kylpylöiden lämmitykseen käytetyt vedensiirtojärjestelmät, mutta ensimmäiset varsinaiset kaukolämpöjärjestelmät keksittiin Yhdysvalloissa 1800-luvulla.

Kaupallisen kaukolämpöjärjestelmän keksijänä pidetään amerikkalaista Birdsill Hollya. Holly oli vesialan insinööri ja keksijä, joka mm. nykyisenkaltaisen palopostijärjestelmän keksittyään käänsi katseensa kaupunkien lämmitykseen. Voisiko kiinteistöjen lämmityksen toteuttaa energiatehokkaammin? Tuohon aikaan yleinen tapa oli, että jokaisessa kiinteistössä oli oma lämmityskattila. Hollyn tavoitteena oli luoda järjestelmä, jossa lämpö tuotettaisiin keskitetysti yhdessä paikassa, jolloin lämmittäminen olisi taloudellisempaa ja energiatehokkaampaa. Ympäristöasiat tuskin painoivat vaakakupissa tuolloin yhtä paljon, kuin tänä päivänä, mutta siitä huolimatta tämä uusi keksintö tulisi parantamaan kaupunkien ilmanlaatua, kun tuhannet pienet lämpökattilat voitiin korvata yhdellä suurella lämpölaitoksella.

Hollyn keksintö otti tuulta alleen ja lopulta kaukolämpöverkkoja alettiin rakentaa vauhdilla: Manhattan rakensi oman kaukolämpöverkkonsa 1880-luvulla, kun taas Euroopan ensimmäinen kaukolämpöverkko otettiin käyttöön Saksassa 1890-luvun alkupuolella. Näiltä ajoilta peräisin olevia ensimmäisen sukupolven kaukolämpöjärjestelmiä on käytössä edelleen esimerkiksi New Yorkissa ja Pariisissa!

kaukolämpö new york

1800-luvulla rakennettu kaukolämpöverkko puhkuu höyryä New Yorkin katukuvaan vielä tänäkin päivänä

Täyttä höyryä eteenpäin

Ensimmäisen sukupolven kaukolämpö toimi 1800-luvulla hyvin pitkälti samalla tavalla kuin nykyisetkin järjestelmät, tietenkin muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta. Lämpöä tuotettiin keskitetysti kaukolämpölaitoksissa polttamalla kivihiiltä ja kaupunkilaisten jätteitä. Kaukolämpö löi siis kaksi kärpästä yhdellä iskulla: kodit saatiin lämpiämään entistä energiatehokkaammin ja samalla päästiin kätevästi eroon jätteistä. Kaukolämpö oli siis oman aikansa kiertotaloutta!

Uusi ja uhkea kaukolämpöjärjestelmä ei kuitenkaan ollut täysin ongelmaton: höyryjärjestelmä on käyttäjän näkökulmasta melko äänekäs, kallis rakentaa ja ylläpitää. Höyryn siirto vaatii suuria putkia, ja suuria putkia varten joudutaan kaivamaan suuria kuoppia. Kaukolämpö kuitenkin edusti aikansa huipputeknologiaa: maan alle kaivetuissa putkissa kulkeva kuuma höyry siirsi kaukolämpölaitoksen tuottaman lämmön kaupunkilaisten koteihin ennennäkemättömällä tavalla.

Korkea paine – korkeat riskit

Kovan paineen ja korkean lämpötilan vuoksi höyryä siirtävät kaukolämpöputket ovat kuitenkin varsin alttiita räjähtämään ja aiheuttamaan harmia. Esimerkiksi vuonna 2007 Manhattanilla pahimpaan ruuhka-aikaan räjähtänyt kaukolämpöputki aiheutti miljoonien dollarien aineellisten vahinkojen lisäksi 45 ihmisen loukkaantumisen ja yhden ihmisen kuoleman, tosin sydänkohtaukseen. Lievempinä haittoina mainittakoon myös amerikkalaisissa elokuvissa nähtävät höyrypurkaukset, jotka syntyvät kylmän veden höyrystyessä tulikuuman kaukolämpöputken pinnasta.

Höyryjärjestelmän ongelmana on sen äänekkyyden ja vaarallisuuden lisäksi myös kehno energiatehokkuus: vaikka höyryn liikuttamiseen tarvitaan suhteellisen vähän energiaa, kuuman höyryn verkostohäviöt ovat todella suuret. Verkostohäviöllä tarkoitetaan höyryn siirron aikana putkiin ja sitä kautta ympäröivään maahan johtuvaa energiaa.

Käyttöön liittyvistä riskeistä ja kustannuksista huolimatta kaukolämmön hyödyt olivat niin suuret, että järjestelmien rakentaminen oli kannattavaa. 1800-luvun loppu ja 1900-luvun alku olivat ensimmäisen sukupolven kaukolämpöjärjestelmien kulta-aikaa: järjestelmiä rakennettiin tuolloin ympäri maailmaa, mutta erityisen suosittuja ne olivat Yhdysvalloissa. Pohjoismaiden ensimmäinen kaukolämpöverkko valmistui Tanskaan 1800-1900-lukujen taitteessa.

kaukolämpö tanska frederiksberg

Tanskan ja samalla pohjoismaiden ensimmäinen kaukolämpölaitos rakennettiin Frederiksbergiin 1900-luvun alussa

Miten ensimmäisen sukupolven kaukolämpö muutti maailmaa?

1800-luvun teollinen vallankumous mullisti ihmisten elämää ennennäkemättömällä tavalla. Kaukolämmön osana tässä vallankumouksessa oli yksinkertaistaa ja helpottaa kaupunkien lämmittämistä. Sen sijaan, että jokainen kiinteistö olisi huolehtinut itse lämmityksestään lappamalla vaikkapa halkoja tai kivihiiltä omaan lämmityskattilaansa, voitiin lämpö tuottaa kootusti kaukolämpölaitoksella. Samalla myös kaupunkikeskustojen ilmanlaatu parani.

Tekninen kehitys johti lopulta siihen, että kaukolämpöjärjestelmissä pystyttiin käyttämään vettä lämmönsiirtoaineena höyryn sijasta. Vettä käyttävien järjestelmien yleistyessä alkoi kaukolämmön toinen sukupolvi.

Kaukolämmön toinen sukupolvi: höyrystä nesteeseen

Teknisen kehityksen edetessä 1900-luvun alussa hurjaa vauhtia eteenpäin, oli myös kaukolämpöjärjestelmän osana uudistua. Muun muassa pumppausteknologian kehittyminen mahdollisti lämmönsiirtoaineen vaihtamisen höyrystä paineistettuun veteen. Samalla kaukolämpöverkkojen kokoa voitiin kasvattaa tehokkaampien pumppujen ansiosta. Toisen sukupolven kaukolämpöjärjestelmiä alettiin rakentaa 1930-luvulla.

Siirtyminen höyrystä veteen oli merkittävä kehitysloikka kaukolämmölle. Veden tuomiin hyötyihin lukeutuvat muiden muassa parantunut energiatehokkuus ja hyötysuhteet, helpommin rakennettava ja ylläpidettävä järjestelmä, mahdollisuus paluulämmön tehokkaampaan hyödyntämiseen sekä luotettavampi tapa mitata asiakkaiden energiankulutusta. Toisen sukupolven kaukolämpöjärjestelmät olivat myös höyryjärjestelmiä toimintavarmempia ja turvallisempia.

Massiiviset putkistot muokkaavat maisemaa

Toisin kuin ensimmäisen sukupolven kaukolämpöjärjestelmissä, toisen sukupolven kaukolämpöverkostojen putkistot rakennettiin usein maan päälle. Nämä massiiviset putkiviritelmät valmistettiin usein paikan päällä, mikä oli työlästä, aikaa vievää ja kallista. Verkostot koostuivat yleensä kahdesta suuresta putkesta, joista toinen kuljetti rakennuksiin menevää kuumaa vettä ja toisessa putkessa kulki viileämpi paluuvesi. Putket oli eristetty yleensä mineraalivillalla tai polyuretaanilla, mikä osaltaan pienensi verkoston lämpöhävikkiä. Toisaalta maan päälle rakennetut putket olivat alttiita sään ja muiden ulkoisten tekijöiden aiheuttamalle vahingolle, joten energiatehokkuus yleensä heikkeni ajan myötä.

toisen sukupolven kaukolämpö

Toisen sukupolven kaukolämpöjärjestelmille tyypillinen maanpäällinen putkilinja

Vesikiertoiset kaukolämpöverkot olivat usein suljettuja, eli kiinteistön verkossa kiertävä vesi oli erillään kaukolämpöverkon vedestä. Tällöin kaukolämpöveden sisältämä lämpöenergia siirretään talojen käyttöön lämmönsiirtimillä. Joissain Neuvostoliiton maissa rakennettiin avoimia kaukolämpöverkkoja, joissa kaukolämpövesi virtaa suoraan sellaisenaan talojen käyttöön.

Sähkön ja lämmön yhteistuotanto alkaa

Toisen sukupolven kaukolämpöverkkojen aikana kehitettiin myös sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset (tunnetaan myös lyhenteellä CHP). Nämä yhteistuotantolaitokset mullistivat energiantuotannon parantamalla laitosten hyötysuhteita huomattavasti. Kaikessa yksinkertaisuudessaan CHP-laitos toimii niin, että polttamisen tuloksena saatu höyry hyödynnetään ensin turbiinin avulla sähköntuotannossa ja lopulta johdetaan lämpöenergiana kaukolämpöverkkoon. Kaukolämpöverkon aiempaa matalammat lämpötilat mahdollistivat myös uusien polttoaineiden tehokkaamman hyödyntämisen. Veden käyttäminen mahdollisti myös energian tehokkaamman varastoinnin. Tämän kehityksen tulos on nähtävänä nykyään vaikkapa kaukolämpöakkujen muodossa.

Toisen kaukolämpösukupolven aikana energialaitokset käyttivät polttoaineena edelleen jätettä ja kivihiiltä, mutta myös polttoöljyn käyttö energiantuotannossa alkoi yleistyä.

Miten toisen sukupolven kaukolämpö muutti maailmaa?

Kaukolämpöverkkojen siirtyminen höyrystä veteen tarkoitti lämmittäjänkin kannalta selkeitä etuja: lämmittäminen oli turvallisempaa ja varmatoimisempaa kuin aiemmin. Elämä oli myös rahtusen verran mukavampaa, kun höyryjärjestelmien pauke ja kolina jäivät historiaan uuden teknologian myötä. Kaukolämpöön liittyminen oli mahdollista yhä useammille, kun tekninen kehitys mahdollisti verkostojen laajentamisen.

Suuri merkitys oli myös CHP-tuotannon kehityksellä. Nyt sähkön ja lämmön tuotantoon tarvittiin kahden laitoksen sijasta enää yksi, joten sähkön ja lämmön kustannukset saatiin pidettyä kurissa. Vaikka ympäristöasiat eivät vielä toisenkaan kaukolämpösukupolven aikana liene olleet prioriteettilistan kärjessä, siirtyminen kahdesta tupruttavasta piipusta yhteen paransi kaupunkien ilmanlaatua entisestään.

Suomen ensimmäinen kaukolämpöverkko muuten rakennettiin Helsingin olympiakylään vuonna 1940, mutta varsinainen kaukolämmittäminen aloitettiin vasta sotien jälkeen. Ensimmäiset kaukolämpöverkot aloittivat toimintansa pääkaupunkiseudulla 1950-luvun alussa.

Kaiken kaikkiaan toisen sukupolven kaukolämpöön siirtyminen ja sen kehittyminen 1900-luvun aikana oli valtava loikka kohti nykyisenkaltaista kaukolämpöjärjestelmää. Toisen sukupolven kaukolämpöjärjestelmien kulta-aika ajoittui 1930-1970-luvuille, minkä jälkeen kolmannen sukupolven ratkaisut alkoivat vallata alaa.

Tämä lyhyt historiakatsaus toimii hyvänä pohjustuksena seuraaville kirjoituksille, joissa käsitellään puolestaan kolmannen ja neljännen sukupolven kaukolämpöjärjestelmiä. Seuraava blogikirjoitus julkaistaan ensi viikolla.

Lue blogisarjan toinen osa täältä!

Lue blogisarjan kolmas osa täältä!

Lue lisää nykyaikaisista kaukolämpöratkaisuistamme Kaukolämpö-sivultamme!