Uusiutuvaa energiaa ja hukkalämmön käyttöä voidaan edistää suunnittelun eri tasoilla

Maalämmön tilavaraukset tehdään kaavoituksessa

Maalämpöä tai geoenergiaa eli maankamaraan varastoitunutta lämpöä on mahdollista hyödyntää useassa kokoluokassa: noin 200–300 metrin syvyisillä, 1–3 kilometrin syvyisillä tai 4–7 kilometrin syvyisillä lämpökaivoilla. Maankäytössä niille vaadittava tilavaraus on samankaltainen noin 3 kilometriä syviin kaivoihin asti. Tavanomaiset, etenkin pientalojen lämmityksessä käytettävät maalämpökaivot ovat 200–300 metrin syvyisiä. Yhdellä noin 1–3 kilometrin keskisyvällä kaivolla voidaan korvata useita tavanomaisia maalämpökaivoja. Ne soveltuvat siten paremmin tiiviisti rakennetuille alueille. [1]

Kestävien energiaratkaisujen edistämisen kannalta oleellista on tehdä kaavassa tarvittavat tilavaraukset esimerkiksi geoenergian keruulle. Maalämpökaivoille voidaan kaavoituksessa varata energiantarvetta suurempi määrä mahdollisesti soveltuvia sijaintivaihtoehtoja. Näin energiaratkaisuiden toteuttamiseen jää enemmän joustonvaraa. Maalämpökaivot voidaan sijoittaa kenttä- tai nauhamaisesti.

Alueelliset järjestelmät ovat tonttikohtaisia maalämpöratkaisuja tehokkaampia ja tarjoavat synergiaetuja verrattuna tonttikohtaisiin järjestelmiin. Alueellinen maalämpöjärjestelmä on helpointa toteuttaa uusilla alueilla, jolloin se voidaan alusta asti suunnitella osaksi aluetta. Ilmastotavoitteisiin pääsemiseksi on kuitenkin siirryttävä mahdollisuuksien mukaan maalämpöön myös olemassa olevissa kohteissa. Maalämpöjärjestelmille tulee varata riittävästi tilaa maankäytön suunnittelussa ja ottaa se huomioon muun muassa muun kunnallistekniikan suunnittelussa. Tilaa tarvitaan muun muassa energiakeskuksille, maalämpökaivoille ja siirtoverkolle. Lämmitysjärjestelmien vähähiilisyyspolut voivat olla erilaisia eri kaupungeilla, ja mahdollisuudet siirtyä maalämpöön olemassa olevissa rakennuksissa vaihtelevat.

Tehokkaita keinoja edistää maalämmön käyttöönottoa ovat asemakaavoituksen yhteydessä tehtävä kunnallistekninen yleissuunnittelu ja maalämmön mahdollistavat kaavamääräykset. Tontinluovutusehdoissa voidaan puolestaan asettaa vaatimuksia rakennuksen matalasta kokonaisenergiankulutuksesta eli E-luvusta. [3] Kaavamääräyksissä voidaan vaatia esimerkiksi rakennusten E-luvun kansallisen vaatimustason alittamista tietyllä osuudella. Asetettuun E-lukutavoitteeseen voidaan päästä usealla eri keinolla ja painottamalla kohteen mukaan esimerkiksi lämmityksen energiatehokkuutta tai maalämmön tuotantoa. [4]

Geoenergian soveltuvuus on kohdesidonnaista

Geoenergian käyttöön liittyy reunaehtoja, eikä se sovi kaikkiin kohteisiin. Olemassa olevat ja suunnitellut maanalaiset rakenteet, kuten tunnelit, väestönsuojat ja pysäköintihallit, voivat vaikuttaa geoenergian käyttöön ja rajoittaa sitä. Kuntien rakennusjärjestyksessä voidaan määritellä suojaetäisyyksiä, joita lähemmäksi lämpökaivoja ei saa porata. Esimerkiksi kunnissa, joiden läpi Päijännetunneli kulkee, on rakennusjärjestyksessä määritelty tunnelille suoja-alue, jonka sisällä poraus on kielletty. [1]

Geoenergia vaatii joskus yhteensovittamista viheralueiden kanssa. Maalämpöjärjestelmiä voidaan tietyin edellytyksin toteuttaa viher- ja puistoalueille, mutta kasvillisuuden säilyttäminen edellyttää riittäviä suojaetäisyyksiä kaivoihin ja putkistoihin, ja vain sellaisten maalämpöjärjestelmän osien sijoittamista viheralueelle, joiden huoltotarve on vähäinen. [7]

Pysäköintiratkaisuista esimerkiksi pihakannen ja sen alapuolisten pysäköintitilojen rakentaminen voi vaikeuttaa maalämmön käyttöönottoa. Tämä on tärkeää huomioida suunnittelussa, niin ettei suljeta pois kestäviä energiaratkaisuja tulevaisuudessa. Maalämpöjärjestelmiä on kuitenkin toteutettu onnistuneesti myös maanalaisissa pysäköintitiloissa. Esimerkiksi Meilahden sairaala-alueella Helsingissä pysäköintihalliin sijoitettiin 49 maalämpökaivoa, joiden syvyys on 250 metriä [1].

Geoenergian tuotantoalueita on tärkeää suunnitella yhteistyössä paikallisen energiayhtiön kanssa. Geoenergiaa voidaan hyödyntää joustolähteenä ja lämpövarastona, ja keskustelut paikallisen energiayhtiön kanssa auttavat tunnistamaan alueet, joilla geoenergian edistämisestä on systeemitasolla eniten hyötyä. Vuonna 2018 kumottiin maankäyttö- ja rakennuslain kohta 57 a, minkä seurauksena asemakaavassa ei enää voida antaa määräystä kaukolämpöverkkoon liittymisestä [8]). Tämä lisää vapautta valita kuhunkin kohteeseen sopivin lämmitystapa ja toteuttaa myös alueellisia ja kiinteistökohtaisia lämmitysjärjestelmiä.

Kunnat voivat edistää alueellisten maalämpöjärjestelmien toteuttamista myös huomioimalla vaatimuksen aiheuttamat lisäkustannukset rakennusoikeuden myyntihinnassa tai vuokratonttien vuokrahinnassa. Yhtenä mahdollisuutena tälle on, että tontin myynti- tai vuokrahinta olisi alhaisempi, mikäli kohteen elinkaaren aikainen hiilijalanjälki alittaa sille asetetun raja-arvon. Raja-arvo voidaan asettaa sellaiseksi, että siihen pääseminen edellyttää käytännössä esimerkiksi maalämmön tai jäteveden lämmön talteenoton käyttöä [3].

Geoenergian edistämisessä on kuitenkin tärkeää ottaa ennakoivasti huomioon pohjavesialueet, sillä energiakaivojen poraaminen voi muodostaa riskin pohjavesille. Poraamisen riskit riippuvat pohjavesimuodostuman piirteistä, ja tilanne on arvioitava tapauskohtaisesti kussakin kohteessa. [1] Pohjavesialueiden sijainnin voi tarkistaa Suomen ympäristökeskuksen ylläpitämästä pohjavesitietojärjestelmästä, jotta pohjavesialueille ei suunnitella ratkaisuja, joiden toteuttaminen ei lopulta olisi mahdollista.

Tuulivoiman rakentamista voidaan sujuvoittaa kaavoituksessa ja luvituksessa

Pienen kokoluokan tuulivoimaa voidaan rakentaa tonttikohtaisilla toimenpideluvilla tai rakennusluvan yhteydessä myönnettävällä luvalla. Keskisuurten ja teollisen mittakaavan voimaloiden sijoituspaikka määritetään kaavassa. Esimerkiksi Helsingissä on yleiskaavatyön yhteydessä määritetty tuulivoimalle sijoittamisperiaatteet, joissa eri kokoluokkien tuulivoimaloille osoitetaan vyöhykkeet mahdolliselle rakentamiselle. [9]

Tuulivoimahankkeelle tulee tehdä ympäristövaikutusten arviointi (YVA), mikäli hankkeen koko ylittää YVA-menettelyn soveltamiskynnyksen. Tuulivoimarakentamisen vaikutuksia arvioidaan kaavoituksen ja lupamenettelyjen yhteydessä [10]. Tuulivoiman YVA-prosessi ja kaavaprosessi on usein mahdollista yhdistää samaan menettelyyn, mikä voi selkeyttää kokonaisprosessia ja lyhentää sen kestoa verrattuna tilanteeseen, jossa YVA- ja kaavaprosessit toteutetaan erillisinä.

Tuulivoimalan mahdollisia vaikutuksia ja haasteita:

• varjovälke
• melu
• maiseman ja kulttuurihistoriallisen ympäristön muutokset
• vaikutukset eliöstöön
• vaikutus puolustusvoimien toimintaan ja tutkiin
• tuotantovaihtelut
• vaikutukset toiminnan loputtua (voimaloiden purku ja kierrätys, alueen mahdollinen ennallistaminen) [10].

Tuulivoima tuo lisäksi kunnalle tuloja työllisyyden, voimalaitoksista maksettavan kiinteistöveron sekä tontti- ja maavuokran kautta. Koska tuulivoimalat edellyttävät lähtökohtaisesti laajaa maa-aluetta, voivat niistä koituvat tulot olla varsin merkittäviä. [11]

Aurinkoenergia lisää rakennusten energiaomavaraisuutta

Aurinkoenergian osuus Suomen energiantuotannosta on vielä pieni, mutta sen merkitys kasvaa tulevaisuudessa. Aurinkosähköä voidaan tuottaa rakennetussa ympäristössä paitsi rakennusten katoilla myös julkisivuilla, mikä voi nostaa kohteen energiaomavaraisuutta. Rakennusten aurinkoenergiapotentiaalin tunnistaminen ja osoittaminen kaavaprosessissa edistää aurinkoenergian käyttöönottoa. Ison kaavaprosessin yhteydessä voidaan toteuttaa selvityksiä, jotka helpottavat aurinkoenergian toteutumista myöhemmin, ja kaavassa voidaan tehdä merkintä aurinkoenergian tuottamiseen soveltuvista alueista. [12]

Aurinkoenergian tuotantoa voidaan edistää siten, että kaavassa määrätään suuntaamaan rakennusten kattojen lappeet lounaaseen, etelään tai kaakkoon, jolloin auringon säteilyä voidaan hyödyntää parhaiten. Lisäksi rakennusten sijoittelussa tulee varmistaa, etteivät puut tai muut rakennukset varjosta kattoja. [13]

Uusiutuvan energian ratkaisujen houkuttelevuutta ja myönteistä näkyvyyttä voi lisätä kiinnittämällä huomiota estetiikkaan teknisen suunnittelun ja toteutuksen rinnalla. Rakentamistapaohjeilla esimerkiksi aurinkopaneelit voidaan pyrkiä sulauttamaan osaksi rakennettua ympäristöä kaupunkikuvan kärsimättä. Lisäksi kestävien energiaratkaisujen suunnitteleminen myönteisellä tavalla näkyviksi voi toimia esimerkkinä asukkaille ja eri toimijoille sekä muun muassa kasvatuksellisena elementtinä etenkin koulu- ja päiväkotikohteissa. [14]

Tontinluovutusehdoissa voidaan asettaa vaatimuksia, jotka velvoittavat rakennuttajaa toteuttamaan aurinkoenergialle tarvittavat tilavaraukset. Esimerkiksi Turun Skanssissa tontinluovutusehtoihin on kirjattu vaatimuksia katoille tehtävistä tilavarauksista aurinkopaneeleille tai aurinkokeräimille sekä niiden vaatimille teknisille tiloille. [15]

Taloyhtiöiden muodostamat energiayhteisöt ovat tulevaisuudessa yhä tärkeämpi osa sähköntuotantoa ja ne tarjoavat energiajärjestelmään joustoja. Sähkön tuottaminen aurinkopaneeleilla kiinteistössä tai kiinteistöryhmässä on tyypillinen tapa muodostaa energiayhteisö. [16] Energiayhteisöt voivat tuottaa sähköä sekä omaan käyttöön että syöttää sitä sähköverkkoon silloin, kun tuotanto on omaa kulutusta suurempi. Aurinkoenergian tuotantoedellytysten huomioiminen kaavoituksessa mahdollistaa energiayhteisöjen syntymisen tulevaisuudessa, vaikka aurinkopaneeleita ei vielä rakennusvaiheessa asennettaisikaan.

Aurinkopaneelien sijoittelu ja kallistuskulma vaikuttavat, kuinka paljon säteilyä paneelilla voidaan kerätä. Vaikka suurin osa kokonaissäteilystä Suomessa on hajasäteilyä eikä suoraa säteilyä, ei sillä ole vaikutusta tuotantoon. Eniten tuotantoon vaikuttavat Suomessa vuodeaikojen vaihtelut ja siitä johtuva valon määrän vaihtelu. Tuotanto siis vaihtelee ympäri vuoden ja on vahvimmillaan kesäkuukausina. [17] Kuten muihinkin sähköjärjestelmiin, liittyy aurinkosähköjärjestelmäänkin tulipalon riski. Aurinkosähköjärjestelmistä alkaneet tulipalot ovat Suomessa hyvin harvinaisia, ja todennäköisyys järjestelmän aiheuttamalle tulipalolle on pieni [18].

Hajautettu energiajärjestelmä tarvitsee kulutus- ja tuotantojoustoa

Siirryttäessä hajautettuun, uusiutuvaan energiantuotantoon sekä sähkön että lämmön kulutushuippujen tasaaminen muodostuu yhä tärkeämmäksi. Kaavassa voidaan varata tilaa alueellisille lämpövarastoille. Niillä voidaan tasata lämmönkulutuksen vaihteluita, niin että varastoa ladataan siirtämällä sinne jäteveden ja kiinteistöjen muuta hukkalämpöä silloin, kun lämmönkulutus on pientä, ja puretaan lämpöverkkoon, kun kulutus on suurempaa. Järjestelmätasolla lämpövarastoilla voidaan vähentää fossiilisen energian käyttöä, kun kulutushuippujen aikana ei tarvitse käynnistää polttoon perustuvia voimaloita. Myös älykkäällä talotekniikalla voidaan lisätä kysyntäjoustoa ja tasata energiankulutuksen huippuja. Älykkäitä, kysyntäjoustoa lisääviä ratkaisuja voidaan edistää muun muassa tontinluovutusehdoissa [15].

Kaksisuuntaiset matalalämpöverkot ja kaksisuuntaiset sähköverkot mahdollistavat rakennusten tuottaman energian syöttämisen sähkö- tai kaukolämpöverkkoon, niin että verkkoon liittyneet rakennukset voivat olla sekä energian ostajia että myyjiä. Matalalämpöverkossa kiertävä vesi on noin 65–70- asteista, kun normaalisti kaukolämpöverkossa kiertää 65–115-asteinen vesi. Matalalämpöverkot mahdollistavat myös rakennuksissa syntyvien hukkalämpöjen hyödyntämisen tehokkaammin kuin perinteiset kaukolämpöverkot. Lisäksi matalalämpöverkoissa jakeluverkoston lämpöhäviö on huomattavasti pienempi kuin perinteisessä kaukolämpöverkossa. [19] Hukkalämmön syöttäminen energiaverkkoon edellyttää yhteistyökumppaniksi paikallista energiayhtiötä.

Kaavoituksessa on tärkeää ottaa huomioon alueen sijainnin erityispiirteiden ja sen eri toimintojen (esimerkiksi teollisuus ja asutus) väliset synergiat energiantuotannossa ja luoda mahdollisuudet hyödyntää esimerkiksi uusiutuvan energian ratkaisuja sekä hukkalämpöä tehokkaasti. Alueelliset ja paikalliset toimijat voivat muodostaa energiayhteisöjä, niin että esimerkiksi yhden yrityksen toiminnassa syntyvä hukkalämpö voidaan hyödyntää suoraan lämpönä toisessa rakennuksessa. Helpointa energiayhteisöjen muodostaminen on rakennettaessa uutta aluetta. [20]

Asukkaiden perustamilla uusiutuvan energian yhteisöillä on tulevaisuudessa suurempi rooli myös lämmön tuotannossa. Hankkeiden toteutuminen edellyttää tiivistä vuorovaikutusta kaupungin ja kaavoituksen kanssa. Suunnittelussa on siksi yhä tärkeämpää varautua etukäteen ja joustavasti kaupunkilaisten energia-aloitteisiin, kuten kaupunginosakohtaisen maa- ja merilämmön mahdollistamiseen, esimerkiksi huomioimalla niiden edellyttämien tilavarausten yhteensovittaminen muun maanalaisen rakentamisen kanssa [21].

Tontinluovutusehtoja voidaan hyödyntää varmistamaan, että rakennuksiin tulee kaksisuuntaisia matalalämpöverkkoja ja omaa energiantuotantoa. Tontinluovutusehtoja on käytetty energiatehokkuuden parantamiseen esimerkiksi Tampereella, Espoossa, Turussa ja Helsingissä. Siellä tontinluovutusehtoja on hyödynnetty myös osana tontinluovutuskilpailuja niin, että energiatehokkaista tai uusiutuvan energiantuotannon ratkaisuista on voinut saada laatupisteitä. [14]

Uusiutuvan energian tuotannon lisääntyessä on kulutusta pystyttävä säätämään ja ohjaamaan tasapainon säilyttämiseksi tuotannon ja kulutuksen välillä. Tuuli- ja aurinkoenergian tuotanto vaihtelee muun muassa tuuliolosuhteiden, pilvisyyden ja vuodenajan mukaan. Energian kulutuksessa on puolestaan vuorokauden- ja vuodenajasta johtuvia kulutushuippuja, joiden tasaamisesta tulee yhä tärkeämpää uusiutuviin energialähteisiin perustuvassa järjestelmässä.

Älykkään talotekniikan mahdollistama kysyntäjousto on avainasemassa. Se ei edellytä asukkaalta aktiivista panosta eikä vaikuta asumismukavuuteen. Tuuli- ja aurinkovoiman tuotantohuippujen aikana energiaa voidaan kysyntäjouston avulla varastoida esimerkiksi talojen rakenteisiin, vesivaraajiin ja sähköautojen akkuihin.[22] Kysyntäjoustoon voidaan kannustaa esimerkiksi edellyttämällä kysyntäjoustovalmiutta tontinluovutusehdoissa, kuten Helsingin Kalasatamassa [22] , tai antamalla alennusta tontin hinnasta kysyntäjoustovalmiuksia vastaan, kuten Porvoon Skaftkärrissä [23].

Hajautettu, polttoon perustumaton energiajärjestelmä vähentää kaukolämmön päästöjä

Kaukolämpöjärjestelmä on käytössä yli puolessa Suomen kunnista [24]. Kaukolämmön muuttamisella fossiilittomaksi on merkittävä rooli kuntien päästöjen vähentämisessä. Kaukolämmön ominaispäästöjen trendi on laskeva [25], ja monet kaukolämpöyhtiöt tarjoavat jo asiakkailleen hiilineutraalia kaukolämpöä. Kaukolämmön uusiutuvat energialähteet ovat pääasiassa puuperäisiä polttoaineita [24], eikä metsästä saatavien energiajakeiden käyttöä voida nykyisillä käyttö- ja hakkuumäärillä pitää hiilineutraalina [26].

Fossiiliton kaukolämpö perustuu pitkälti teollisiin ja kiinteistökohtaisiin lämpöpumppuihin, jotka keräävät lämpöä maasta, vedestä, ilmasta ja erilaisista hukkalämmön lähteistä (kuva 1). Pumppujen käyttämä sähkö tuotetaan uusiutuvilla energialähteillä, kuten tuuli- tai aurinkovoimalla. Hajautetussa ja fossiilittomassa energiajärjestelmässä polttoa hyödynnetään vara- ja säätövoimana. Kaukolämpöjärjestelmien tehokkuuden kannalta on tärkeää, että verkon pituus minimoidaan sijoittamalla rakennukset mahdollisimman lähelle olemassa olevaa lämpöverkkoa [14].

Kaupunkisuunnittelun toimijoiden tarkistuslista: vähähiilisten energiaratkaisujen edistäminen

Seuraavan kysymyslistan avulla voidaan tunnistaa keskeisiä keinoja vähähiilisten energiaratkaisujen edistämiseen kaupunkisuunnittelun näkökulmasta.

[28]