Kulutuksien suhde ulkolämpötilaan

Tässä osiossa vertaamme toteutuneita kaukolämmön, sähkön ja veden kulutuksia sisä- ja ulkoilman väliseen lämpötilaeroon. Tarkastelussa kiinnitetään eniten huomiota kaukolämmön kulutukseen, sillä kaukolämmön kulutus on voimakkaasti riippuvainen ulkoilman lämpötilasta. Sähkön ja veden kulutukset ovat vähemmän riippuvaisia ulkoilman lämpötilasta, mutta niiden kulutuksien suhdetta sisä- ja ulkoilman väliseen lämpötilaeroon voidaan tarkastella samalla periaatteella kuin kaukolämmön kohdalla.

Suomen ilmastossa rakennus kuluttaa luonnollisesti enemmän energiaa talvella kuin kesällä. Rakennuksesta karkaa sitä enemmän lämpöä mitä kylmempi ulkoilma on. Rakennuksesta karkaava lämpö on tuotettava lämmityksen avulla, joten teoreettisesti rakennuksen lämmityksen tarpeen tulisi kasvaa samassa suhteessa kuin ulkoilma viilenee. Tätä suhdetta kutsutaan lämmitystarpeen lineaariseksi riippuvuudeksi ulkolämpötilasta. Käytännössä tämän pitäisi näkyä siinä, että kuukausien kaukolämmön kulutusten arvot järjestyvät niin, että kaukolämmön kulutus on suurimmillaan kylmimmän kuukauden aikana ja pienimmillään lämpimimmän kuukauden aikana. Muiden kuukausien kulutusten tulisi asettua näiden kahden pisteen väliselle suoralle.

Taulukkoon kerättyjen kuukausittaisten kulutustietojen sisältö voidaan havainnollistaa paremmin piirtämällä tiedoista kuvaaja. Ladattava laskentapohja tekee tämän automaattisesti. Kuvaaja muodostetaan siten, että vaaka-akselille (x-akseli) asetetaan sisä- ja ulkolämpötilojen erotus ja pystyakselille (y-akseli) lämpötilaeroa vastaavat kuukauden kaukolämmön kulutuksen keskitehot. Eri kuukausien kulutukset asettuvat kuvaajaan punaisina pisteinä ja pisteiden vierelle ilmestyy kyseessä olevan kuukauden nimi. Kuvaan piirtyvä sininen katkoviiva on keskiarvosuora. Keskiarvosuoran tehtävä on kuvata, kuinka suuri kulutuksen pitäisi keskimääräisesti olla kyseisenä vuonna (perustuen kaikkien kuukausien kulutuksiin ja lämpötiloihin). Jos kuukauden kulutuksen piste on keskiarvosuoran yläpuolella, on tässä kuussa käytetty ennakoitua enemmän energiaa ja jos piste on taas suoran alapuolella, on energiaa käytetty ennakoitua vähemmän. Parhaassa tapauksessa kaikkien kuukausien pisteet ovat hyvin lähellä keskiarvosuoraa. Esimerkkikuvaaja on esitetty alla (Kuva 4).

Kuva 4. Esimerkki taulukkolaskentapohjan tuottamasta kuvaajasta.

Kuvaajan avulla voidaan päätellä monia asioita, joista tärkeimpiä ovat energiantarpeen riippuvuus ulkoilman lämpötilasta, energiankulutuksen minimitaso sekä järjestelmän hallittavuus. Kuvaajista voi havaita myös poikkeamia esimerkiksi uimahallin käyttöjaksoista, suuremmista huoltotöistä (esim. altaiden tyhjennykset) ja aiemmista energiainvestoinneista johtuen.

Kuvaajan tulkintaa on helpompi havainnollistaa, kun kuvan keskiarvosuora esitetään lukuina. Tätä varten käytämme suoran yhtälöä. Suoran yhtälö kertoo, kuinka jyrkästi keskiarvosuora nousee ja missä kohdassa on sen "perustaso". Suoran yhtälö on muotoa Y=kX+b. Käytännössä yhtälöstä tulee tuntea vain termit k ja b, jotka nekin laskentataulukko laskee automaattisesti. Alla on esitetty esimerkkikuva, jossa taulukko on laskenut suoralle yhtälön ja joka erottelee myös termit k ja b.

Termi k on suoran kulmakerroin. Se kuvaa sitä, miten jyrkästi suora nousee. Mitä tämä todellisuudessa kuvaa on se, kuinka voimakkaasti kaukolämmönlämmön kulutus on riippuvaista ulkoilman lämpötilasta. Jos kulmakerroin k on suuri luku (esim. 15), tarkoittaa se sitä, että kun ilmat viilenevät, lämpöenergiaa aletaan kuluttamaan huomattavasti enemmän kuin lämpiminä aikoina. Suuri kulmakerroin k voi olla merkki huonosta eristyksestä ja suurista lämpövuodoista tai esimerkiksi tehottomasta ilmanvaihdon lämmön talteenotosta. Jos taas kulmakerroin k on maltillinen (esim. 7), lämpöenergian kulutus nousee maltillisesti silloin, kun ulkoilman lämpötila laskee, eikä energiaa mene hukkaan. Kulmakerrointa k seuraamalla voidaan muodostaa kuva uimahallin energiankulutuksen ja ulkoilman lämpötilan suhteesta.

Suoran yhtälön termi b kuvaa kulutuksen "perustasoa". Käytännössä termi b kuvaa kaukolämmön kulutuksen sitä osaa, mikä ei ole riippuvaista ulkoilman lämpötilasta. Tähän kulutukseen kuuluu esimerkiksi allasveden lämmitys, sillä allasveden lämpötila on pidettävä käytännössä samana vuodenajasta riippumatta. Myös pesuveden lämmitys kuuluu samaan kategoriaan. Uimahalleissa, joissa termin b arvo on korkea (esim. 200 kW), kulutetaan jatkuvasti suuri määrä lämpöenergiaa johonkin muuhun kuin tilan lämmitykseen. Tämä saattaa johtua esimerkiksi suuresta lämpimän käyttöveden kulutuksesta. Jos taas käyttö- ja allasveden lämmityksen tarve on kohtuullinen ja pieni suhteessa tilan lämmitystarpeeseen, voi termi b olla hyvinkin alhainen. Joissakin tapauksissa termi b voi olla jopa negatiivinen, joka osoittaa, että kulutuksen "perustaso" on kunnossa ja energiansäästöä tulisi etsiä muualta. (Termin b negatiivinen arvo on laskennallinen vääristymä eikä todellisuudessa kulutus voi mitenkään laskea alle nollan.)

Kuvaajan keskiarvosuoran muoto voi vaihdella niin sen kulmakertoimen kuin "perustason" osalta riippuen vuoden ulkoilman olosuhteista, kulutuksista ja mahdollisista toimenpiteitä sekä korjauksista. Asiaa on havainnollistettu kuvassa 5. Kuvaajassa näkyvät niin positiiviset kuin negatiivisetkin muutokset.

Kuva 5. Kulutustietojen pohjalta piirtyvän kuvaajan keskiarvosuora voi muuttua niin kulmakertoimen kuin ?perustason? osalta.

Uimahallin energiankulutuksen hallittavuus kuvaa sitä, miten tehokkaasti kulutusta pystytään ohjaamaan. Kulutuksen hyvä hallittavuus näkyy siinä, että kuukausittaiset kulutuspisteet asettuvat lähelle keskiarvosuoraa, joka on osoitus siitä, että energiaa kulutetaan loogisesti; kylminä aikoina enemmän ja lämpiminä vähemmän. Heikosti hallittavassa järjestelmässä energian kuukausittaiset arvot asettuvat sekavasti kuvaajaan. Jonakin kuukausina saatetaan kuluttaa energiaa selkeästi ennakoitua enemmän ja jonakin taas vähemmän. Ellei tälle löydy jotakin selkeää syytä (esim. altaiden tyhjennys ja täyttö) voidaan sanoa, että järjestelmää ei täysin hallita. Esimerkkikuvat hyvin ja heikosti hallittavista uimahalleista on esitetty alla.

Kerätyn tiedon pohjalta piirretty kuvaaja on omalla tavalla "raportti" uimahallin toiminnasta sinä vuonna. Keräämällä tiedot ja kuvaajat useammalta vuodelta, voidaan hallin toimintaa analysoida eri vuosina. Vaikuttaako esimerkiksi kylmä talvi radikaalisti hallin toimintaan? Käytetäänkö jonakin kuukausina kohtuuttomasti energiaa? Näkyvätkö kuvaajassa joidenkin kuukausien isommat huoltotoimet ja korjaukset? Miten energiatehokkuuden parantamisen toimenpiteet näkyvät kuvaajassa? jne.

Sähkön kulutuksen osalta tarkastelu voidaan tehdä samalla tavalla kuin kaukolämmön kohdalla. Sähkön kulutus on kuitenkin yleisesti hyvin tasaista ympäri vuoden, eikä siihen vaikuta niin vahvasti sisä- ja ulkolämpötilan välinen ero. Tämä johtuu siitä, että suuri osa kulutetusta sähköstä käytetään esimerkiksi saunoissa ja valaistuksessa, joita käytetään samalla tavalla ympäri vuoden. Lisäksi ilmanvaihdon puhaltimien sähkön kulutus on varsin tasaista, sillä ilmaa tulee jatkuvasti vaihtaa (kuivattaa) tilassa vuodenajasta riippumatta. Myös lämmityspumppujen ja vesielementtien pumppujen sähkön kulutus on varsin tasaista ympäri vuoden ja enemmän riippuvaista käyttäjämäärästä.

Veden kulutus on joissain määrin riippuvainen sisä- ja ulkoilman välisestä lämpötilaerosta, mutta huomattavasti kuvaavampi tekijä veden kulutuksen osalta on sen suhde kävijämääriin, jota käsitellään seuraavassa osiossa. Laskentataulukko piirtää kuvaajat automaattisesti ja sähkön sekä veden osalta kannatta kiinnittää huomiota lähinnä selkeisiin poikkeamiin kuvaajissa.

Kulutustietojen seurantataulukon jokaisella välilehdellä on myös kohta, johon on koottu tiedot, joita kysytään uimahallin seurantalomakkeella. Tästä tarvittavien tietojen kopioiminen käy helposti.