Sähkönsäästöä ja helppoa huollettavuutta – KYS vaihtaa jäähdytyskoneet luonnon kaukokylmään Kallaveden syvänteistä

KYS Puijon sairaala on Suomen suurimpia sairaaloita. Sen kampuksella on lämmitettäviä neliöitä noin 187 000. KYS on päättänyt liittää pitkällä aikavälillä koko sairaalakampuksen rakennuskannan Kuopion Energian vastuullisesti tuotettuun kaukojäähdytykseen, jossa jäähdytysenergia saadaan läheisen Savilahden yli 30 metrin syvänteistä. 

– KYS haluaa toimia edelläkävijänä ympäristöystävällisessä ja energiatehokkaassa sairaalarakentamisessa, jossa jäähdytys on ympärivuotista. Kaukojäähdytys on perinteisiin kylmäainepohjaisiin jäähdyttimiin verrattuna vaivaton, energiatehokas ja ympäristöystävällinen jäähdytysmuoto, joka pienentää myös kiinteistön E-lukua. Kaukojäähdytys on toiminut hyvin myös helteillä, lvi-insinööri Reetta Turtiainen KYSin kiinteistöhallinnosta sanoo.

Kaukojäähdytys tarvitsee huomattavasti vähemmän huoltoa kuin perinteiset vedenjäähdytyskoneet ja kaukolämmön tavoin se on Turtiaisen mukaan asiakkaalle huoleton ja helppo ratkaisu.

Kaukokylmää laajennetaan sairaalakampuksella pääosin rakennushankkeiden yhteydessä, kuten Uusi Sydän -sairaalan neljässä rakennusvaiheessa. Näistä kaksi ensimmäistä ovat jo valmiita. Osa rakennuksista on liitetty kaukokylmään myös jälkikäteen niin, että rakennukset ovat olleet koko ajan käytössä. Näin tehtiin esimerkiksi vuonna 2015 käyttöön otetussa Kaarisairaalassa, joka liitettiin kaukokylmään vuonna 2021. Kaarisairaalassa on neliöitä noin 35 600.

Huolellinen suunnittelu tärkeää

 Toiminnassa olevien sairaalarakennusten saneeraus kaukokylmälle vaati Turtiaisen mukaan huolellisen suunnittelun ja valmistautumisen, sillä sairaalassa jäähdytyksen täytyy toimia katkeamatta. 

– Rakennuksissa, joita ei ole alun perin suunniteltu kaukokylmälle, on yleensä huonosti tilaa ensiöputkille rakennuksen sisällä. Putkia jouduttiin Kaarisairaalassa sijoittamaan katolle ja ulkoseinille. Ulkonäköseikkojen lisäksi on tärkeää huomioida myös jäätymisen esto, Turtiainen sanoo.

Kaarisairaalan jäähdytyssaneerauksen suunnitteluvaiheessa todettiin myös, että kaukojäähdytys ei soveltunut ainoaksi jäähdytysjärjestelmäksi tiloihin, joissa ilmanvaihtoon vaadittiin kuivatusta. Tällaisia tiloja ovat esimerkiksi leikkaussalit, kuvantamisen laitetilat ja puhdastilat. 

Kaukojäähdytyksen lämmönsiirtimet ovat Turtiaisen mukaan yksinkertaisia ja varmatoimisia. Niidenkin vikaantumiseen täytyy silti varautua. Vikaantunut jäähdytyssiirrin on pystyttävä vaihtamaan niin, ettei kylmän toimitus katkea. Verkostoon on siksi asennettu sulkuventtiileillä varustetut yhteet uudelle siirtimelle jo valmiiksi. 

– Vikaantunut siirrin voidaan purkaa vasta sitten, kun uusi siirrin on liitetty verkkoon. Aluksi ensiöpuolen ilmanpoisto tuotti ongelmia, koska Puijon sairaala sijaitsee Savilahden alueen kaukokylmäverkoston korkeimmassa kohdassa, ja ensiöverkoston ilmat tahtovat siksi karata meille. Ongelmasta päästiin onneksi eroon ensiöpuolen ilmanpoistimien avulla. Sairaalakampuksen kaukojäähdytyksen suunnittelussa ei ole kyse vain yksittäisten rakennusten järjestelmien mitoituksesta, vaan suunnittelu täytyy tehdä huolella koko kampus huomioiden, Turtiainen korostaa.

Järjestelmän laajennettavuus on huomioitava jo suunnittelun alkuvaiheessa. Ensiöpuolen putkikoot varataan riittävän suuriksi, jos on pienikin mahdollisuus siihen, että jostain täytyy ottaa haara esimerkiksi uuteen rakennukseen. 

– Esimerkiksi Kaarisairaalan katolta otettiin haara uuteen Lainesairaala-rakennukseen.

Turtiainen muistuttaa, että kaukojäähdytykseen liittymisessä on arvioitava myös riskit ja niiden hallinta. 

– Liityttäessä kaukokylmään sitoudutaan samalla vain yhteen toimijaan. Silloin kylmälaitoksen toiminta ja varautuminen häiriötilanteisiin on ulkopuolisen toimijan vastuulla. Vedenjäähdytyskoneita käytettäessä se oli vielä omissa käsissä.

KYS Puijon sairaalassa on tällä hetkellä noin 14 kaukokylmän siirrintä, joista kolme on Kaarisairaalassa.

Vesistössä riittää kylmää

Granlund Kuopion suunnittelija Ari Koukku on vastannut KYSin kaukojäähdytys- ja muiden sairaalahankkeiden taloteknisestä suunnittelusta. Hän sanoo, että kaukokylmä on rakennuksen käyttäjän ja suunnittelijan näkökulmasta paljon yksinkertaisempi järjestelmä kuin rakennuksiin sijoitettavat vedenjäähdytyskoneet. 

– Jäähdytyskoneissa on paljon huollettavaa tekniikkaa ja elektroniikkaa, joka voi mennä rikki.

Huoltokohteita vähentää myös se, ettei katolle tarvita nestelauhduttimia. 

– Kaukojäähdytys on hyvin samankaltainen järjestelmä kuin kaukolämmitys. Sairaalassa on vain lämmönsiirtimiä, joihin Kuopion Energia toimittaa kylmää vettä sekä ensiöpuolen venttiilit, jotka ohjaavat järjestelmää. Järjestelmä on hyvin mekaaninen ja yksinkertainen.

Koukun mukaan KYSin käytössä ja rakenteilla olevien kiinteistöjen jäähdytyksen maksimitehontarve on noin 13 megawattia. 

– Kun aiemmin sähköllä tuotettu jäähdytysteho tuotetaan järvisyvänteistä saatavalla passiivisella jäähdytyksellä, sähköenergian säästö on huomattava. Suomi on ihanteellinen maa tällaiselle kaukojäähdytykselle. Meillä on kylmä ilmanala ja todella paljon järviä ja merenrantaa, joissa on mittaamattoman paljon jäähdytysenergiaa tarjolla, Koukku sanoo.

Uusi Sydän -sairaalahankkeen kaukojäähdytys- ja muun taloteknisen suunnittelun lisäksi Koukku on ollut mukana jo Kaarisairaalan saneerauksessa kaukojäähdytykseen ja tehnyt aiheesta myös opinnäytetyönsä. 

– Tutkin opinnäytetyössäni, miten toisiopuolen verkoston lämpötilan vaihtuminen jäähdytyskoneiden 7/12 asteen mitoituslämpötiloista kaukokylmän 10/15 asteen lämpötiloihin vaikuttaa jäähdytettävän tilan sisälämpötilaan. Tutkimus osoitti, että yhden asteen lämpötilan nousu verkostossa nosti tilan sisälämpötilaa vain 0,1 asteella.

Kaukojäähdytys toimii siis tehokkaasti tilojen jäähdytyksessä myös saneerauskohteissa. Suurin ongelma tulee Koukun mukaan siinä, että ilman kuivattamisessa kaukojäähdytyksen lämpimämpi vesi toimii selvästi huonommin. Kaarisairaalassa Koukku teki yhteistyössä ilmanvaihtokonetoimittajan kanssa laajoja simulointeja siitä, miten jäähdytysverkon lämpötilamuutokset vaikuttavat tuloilman lämpötilaan ja kosteuteen jäähdytyksen mitoitusulkolämpötilassa. 

– Sairaalan kriittisissä tiloissa, joissa on esimerkiksi hyvin herkkiä kuvantamis- ja muita laitteita, on määritelty hyvinkin tarkasti olosuhteet myös ilman suhteellisen kosteuden osalta. Esimerkiksi Kaarisairaalassa jouduttiin jättämään joihinkin kriittisimpiin tiloihin sähköä käyttäviä kylmävesiasemia kuivatustehon varmistamiseksi kaikissa tilanteissa.

KYSin kaukojäähdytykseen liitetyissä kiinteistöissä sähköenergian kulutus jäähdytyksessä on noin 80 prosenttia pienempi kuin kokonaan perinteisillä jäähdytyskoneilla toteutettuna.

Vihreämpää jäähdytystä

Saneerauskohteissa yksi hankaluus on Koukun mukaan kaukojäähdytysputkiston suuri koko. 

– Reitin löytäminen järjestelmän pääpumppuryhmille on välillä haasteellista, mutta esimerkiksi Kaarisairaalassa pystyttiin todella paljon hyödyntämään katolla olevien nestelauhduttimien lauhdeputkia, jotka olivat ruostumatonta terästä.

Sairaalarakennuksessa yksi vaikeus on myös kylmävesiasemien suuri koko. Jäähdytyksen jatkuvan toiminnan varmistamiseksi kaukojäähdytyksen lämmönsiirrinkokonaisuus joudutaan yleensä rakentamaan lähelle olemassa olevaa kylmävesiasemaa, joka voidaan purkaa pois vasta sen jälkeen, kun kaukojäähdytys on toiminnassa. 

– Ilmanvaihdon konehuoneissa ei ole monesti varauduttu sellaisiin tiloihin, joihin pystyisi kätevästi tekemään rinnakkaisen järjestelmän.

Koukku pitää kaukojäähdytyksen suurimpina etuina järjestelmän yksinkertaisuutta ja sähköenergian säästön tuomaa ympäristövastuullisuutta. 

– Ympäristönäkökulmasta kaukojäähdytys luonnosta saatavalla passiivisella energialla on hyvinkin paljon vihreämpää kuin sähköllä tuotettu jäähdytysenergia, jossa myös kylmävesiasemien lauhdutuksen tuottama lämpö joudutaan talvella heittämään harakoille, jollei sitä saada hyödynnettyä.