Rakennuksen ulkokuori – seinät, ikkunat, ovet, katto ja lattia – on perinteisesti staattinen. Tilanne kuitenkin muuttuu, kun siihen lisätään järjestelmiä, joilla voidaan vaikkapa hallita auringon lämpösäteilyn pääsyä sisätiloihin. Tällöin voidaan puhua dynaamisesta ulkovaipasta. STEK oli mukana rahoittamassa Motivan koordinoimaa Rakennuksen älyvaippa – tutkimushanketta. 

‒ Rakennukseen pääsevää lämpösäteilyä ja päivänvaloa voidaan hallita erilaisilla ratkaisuilla. Lämpimänä vuodenaikana halutaan välttää liikaa lämpösäteilyä ja näin säästää rakennuksen viilennyskustannuksissa. Kylmänä vuodenaikana taas auringon lämpöenergia voi auttaa pienentämään rakennuksen lämmityskustannuksia. Tämä edellyttää, että varsinainen lämmitysjärjestelmä kykenee reagoimaan ulkopuolelta tulevaan lämpöön riittävän nopeasti, selventää rakentamisen johtava asiantuntija Jaakko Ketomäki Motivasta.

Ketomäki on myös Aalto-yliopiston työelämäprofessori ja projektipäällikkönä Motivan ja Aalto-yliopiston yhteishankkeessa.

Maksimoidaan valo, minimoidaan häikäisy

Rakennukseen tulevan päivänvalon määrä halutaan yleensä maksimoida, mutta samalla halutaan estää häikäisyä. Päivänvalonkin tapauksessa valaistuksen energiansäästö riippuu siitä, pystyykö valaistusjärjestelmä reagoimaan riittävän nopeasti valaistustehoa muuttamalla. Perinteisiä ratkaisuja päivänvalon ja lämpösäteilyn hallintaan ovat markiisit, rullaverhot ja sälekaihtimet. Nykyään varsin yleinen ratkaisu on screen-kaihdin.

‒ Dynaamisiin ulkovaippoihin luetaan myös aurinkoaktiiviset julkisivut. Tällaisia ovat esimerkiksi julkisivut, joihin on integroitu aurinkosähköpaneeleita. Tämänkaltaisia asennuksia on Suomessa tehty jo muutamia. Hyvänä puolena on, että aurinkopaneeli toimii samalla julkisivupinnoitteena eikä silloin välttämättä tarvita erillisiä, katolle asennettavia paneeleita, Ketomäki jatkaa.

Rakennusvaipan dynaamisuus mahdollistaa älykkään ohjaamisen. Monesti älykkäällä ulkovaipan ohjaamisella toivotaan säästöjä lämmityksen tai viilennyksen energiakulutukseen tai parannusta sisäilma- ja valaistusolosuhteisiin. Vaipparatkaisuilla voidaan myös hallita sisäolosuhteita nykyistä paremmin ja esimerkiksi hyödyntää päivänvaloa tehokkaasti. Hieman harvinaisempia älyvaipparatkaisuja ovat muun muassa kromogeeniset lasitukset ja sähkölasit.

Rakennusten älyvalmiuksia arvioidaan älyindikaattorilla

Rakennusten älyindikaattorilla, Smart Readiness Indicator (SRI), arvioidaan rakennusten taloteknisten järjestelmien älyvalmiuksia yhtenevän menetelmän avulla energiatehokkuuden, rakennuksen käyttäjän sekä energian kysyntäjouston näkökulmasta. Älyindikaattorista on säädetty Rakennusten energiatehokkuusdirektiivin (EPBD) artiklassa 8.

‒ Yhtenä arvioitavana kohtana älyindikaattorin arvoa laskettaessa on dynaaminen rakennusvaippa. Siitä arvioidaan kolmea tekijää: 1) ikkunoiden aurinkosuojaus, 2) avattavien ikkunoiden ohjaus ja 3) järjestelmän toiminnan raportointi, toteaa työelämäprofessori Heikki Ihasalo Aalto-yliopistosta.

Aurinkosuojaukseen on muuttuvassa nykymaailmassa kiinnitettävä entistä enemmän huomiota. Aurinkosuojaus ei välttämättä ole rakennushankkeessa kenenkään vastuulla, mikä voi johtaa huonoihin ratkaisuihin. Hyvällä suunnittelulla ja ennakoinnilla aurinkosuojaus ja muutkin dynaamisen ulkovaipan ratkaisut saataisiin integroitua rakenteisiin.

Hankkeen simuloinnit tehtiin Aalto-yliopiston LVI-laboratoriossa IDA-ICE -simulointiohjelmalla. Simuloinneissa vertaitiin uutta sekä 1960-luvun kerrostaloa sekä vastaavasti uutta ja vanhempaa toimistorakennusta. Eri ikäiset rakennukset varustettiin samanlaisilla aurinkosuojaratkaisuilla.

Kerrostaloissa passiivisten ja aktiivisten ratkaisuvaihtoehtojen välillä ei ole suuria eroja energiankäytössä. Prosentuaaliset säästöt jäähdytyksessä ovat suuret, mutta absoluuttisesti pienet. Lämmitysenergiankulutukseen vaikutukset eivät olleet merkittäviä.

Toimistorakennuksissa kaikilla vaihtoehdoilla voidaan parantaa sisäilman lämpötilatasoa. Tehokkaimmat ratkaisut niin uudessa kuin vanhassa toimistorakennuksessa ovat aurinkosuojatut ikkunat (kaihtimilla tai ilman), sähkökromaattiset ikkunat ja ulkoiset automaattiset kaihtimet.

Lisätietoja:

Motiva Oy
johtava asiantuntija Jaakko Ketomäki
jaakko.ketomaki@motiva.fi
puh. 050 300 0119

Aalto-yliopisto
työelämäprofessori Heikki Ihasalo
heikki.ihasalo@aalto.fi
puh. 040 820 9623

Metropolian kampus Myllypurossa on oppilaitoksen neljästä kampuksesta isoin: alueella opiskelee reilut 6000 hyvinvoinnin rakentajiksi valmistuvaa. Odotukset kampukselle ovat suuret; sen huippumodernit talotekniikan oppimisympäristöt tarjoavat innostavia opiskelumahdollisuuksia tulevaisuuden hyvinvoinnin rakentajille.

Viime vuonna valmistunut Metropolian Myllypuron kampusrakennus on yksi valtavankokoinen 40 000 m2 kiinteistö, jossa on neljä kulkukäytävillä yhdistettyä rakennusta. Kampuksella voi opiskella tekniikkaa, kiinteistö- ja rakennusalan tutkintoja sekä sosiaali- ja terveysalan AMK- ja ylempiä AMK-tutkintoja.

Kampuskiinteistössä on paljon viimeisintä talotekniikkaa ja taloteknisiä järjestelmiä: ilmanvaihtokoneita- ja järjestelmiä, nykyaikaisella automaatiolla toimivia sähkö- ja aurinkosähköjärjestelmiä sekä monenlaisia lämpöpumppuja, muun muassa absorptiolämpöpumppu, jolla tutkitaan jäähdytyksen tuottamista.

Kiinteistötietoa hyödynnetään laajasti

Kampusrakennuksesta tekee erityisen se, että talotekniset järjestelmät on tehty käyttäjille mahdollisimman näkyväksi, ja ne ovat samalla kiinteä osa opetusta. Sähkökeskusten, lämmönjakohuoneiden ja nousukuilujen ovet tai ikkunat ovat läpinäkyviä, kattoon sijoitetut ilmanvaihtokanavat ja ilmanvaihdon järjestelmät ovat näkyvillä pleksipaneelien ansiosta. Lämmönjakohuoneet ja ilmanvaihdon konehuoneet on suunniteltu riittävän väljiksi liikkumiseen.

Kiinteistöön on upotettu valtava määrä antureita, jotka välittävät kiinteistötietoa pilvipalveluihin. Dataa saatiin jo rakennusvaiheessa; muun muassa tietoa betonin käyttäytymisestä ja kuivumisesta. – Tavoitteena on, että kiinteistöstä saatavaa tietoa pystytään analysoimaan, yhdistämään ja hyödyntämään jatkossakin erilaisissa kehitysprojekteissa, Metropolian kiinteistö- ja rakennusalan teknologiapäällikkö Harri Hahkala sanoo. – On kiinnostavaa nähdä, miten kiinteistöt saadaan eri tietolähteitä yhdistämällä oppimaan tekoälyn avulla, jotta ne jatkossa voivat ennakoida tulevia olosuhteita ja näin muun muassa vähentää sähkön tehopiikkejä tai varautua kysyntäjoustoon, hän jatkaa.

Tieto visualisoidaan talon käyttäjille 

Kiinteistötietoa ja rakennuksen sisäolosuhteita visualisoidaan myös verkkopalvelussa, joka palvelee kiinteistön käyttäjien monenlaisia tarpeita.

Verkkopalvelu visualisoi muun muassa tilojen lämpötilaa, hiilidioksidipitoisuutta sekä sitä, miten eri työpiste- ja tilaresurssit ovat vapaana. Mikäli käyttäjä on laittanut oman hahmonsa pohjakuvaan läsnä olevaksi, voi hänet myös paikantaa verkkopalvelun avulla, mikä on valtavassa kampusrakennuksessa varsin kätevää. Verkkopalvelu toimii myös mobiilina, kampuksen ulkopuolella. Näin käyttäjä voi suunnitella ja tarkastella etukäteen saapumistaan, tilaresursseja ja olosuhteita kampuksella. Visualisoitu kiinteistötieto on myös valjastettu opiskelukäyttöön, ja verkkopalvelussa on oma kehitysympäristö opiskelijoita varten.

Opetuskin kehittyy kiinteistödatan avulla

Metropolian juuri eläköitynyt talotekniikan yliopettaja Lauri Heikkinen tähdentää, että kampuskiinteistöstä saatavan datan hallinta on otettu koko kampuksen rakenteessa omiin käsiin ja sitä hyödynnetään hyvin laajasti: kiinteistön käytössä ja kunnossapidossa, kiinteistöön liittyvissä palveluissa ja suunnittelussa, jossa käyttäjälähtöisyys on nostettu keskiöön.

Kiinteistötietoa hyödynnettäessä on mahdollisuus pitkäjänteiseen kehittämiseen tärkeää. Heikkinen mainitsee tärkeäksi yhteistyökumppaniksi Sähkötekniikan ja energiatehokkuuden edistämiskeskus STEK ry:n, joka tukee Metropolian Myllypuron älykampusta, rahoittamalla yliopettajan virkaa.

Kiinteistödataa ja käynnissä olevien hankkeiden tuloksia siirretään myös osaksi opetussuunnitelmaa ja keskeisiä opetussisältöjä. Heikkinen ottaa esimerkiksi rakennusautomaation, joka on juuri saanut uuden kolmen opintojakson kokonaisuuden. Metropoliassa talotekniikan opiskelija pystyykin nyt tekemään rakennusautomaatiosta oman erikoistumisalueensa.

 Innovatiivisia oppimisympäristöjä ja yritysyhteistyötä  

Myllypuron kampukselle on alkukeväästä valmistumassa Living lab – laboratorioita, jotka mahdollistavat opetussuunnitelmaan kuuluvan ilmiöpohjaisen oppimisen. Ilmiöpohjaisessa oppimisessa käsitellään laajoja teemakokonaisuuksia yli perinteisten oppiainerajojen. Opiskelijoille Living Lab-työskentely tarjoaa mahdollisuuden tutustua moderneihin taloteknisiin ohjausjärjestelmiin, mutta Labit toimivat myös opiskelijoiden omien innovaatioprojektien laboratorioina. Innovaatioprojekteihin osallistuu eri alojen opiskelijoita, ja niissä on mahdollista kehittää ja testata talotekniikan digitalisaatiota hyödyntäviä ideoita. Laboratorioissa on usein myös opiskelijoiden verkostoitumisen kannalta tärkeitä yrityskumppaneita, joille laboratoriot voivat muodostaa tuotekehitysalustan.

Yksi laboratorioista on lämmitykseen ja energiantuottoon keskittyvä hybridienergialaboratorio, jossa keskitytään aurinkolämpöön, aurinkosähköön ja sen tuotantoon ja varastointiin, energian ja olosuhteiden optimointiin ja niiden hallintaan sekä älykkääseen sähköverkkoon liittyviin kokeiluihin. Hybridienergialaboratorioon liittyy kampuskiinteistön katoilla sijaitsevat kolme aurinkosähkövoimaa ja yksi aurinkolämpökeräimillä varustettu voimala. Hybridilabrassa tutkitaan muun muassa sitä, miten kiinteistö itse voi varautua energiankulutuksen huippupiikkeihin.

SmartLab – kaksio täynnä älyä 

Kampukselle on valmistumassa myös SmartLab- kehitysalusta, käytännössä huippumoderni oikeankokoinen kerrostalokaksio täynnä älyteknologiaa. Kaikki kodinkoneet ja – laitteet ovat IoT-laitteita. Älykotihanketta toteuttavat ABB ja Skanska yhteistyössä Metropolian kanssa, ja rakennusprojektin toteutukseen on osallistunut eri opintosuuntien opiskelijoita Stadiasta.

Energiaa SmartLabissa tuotetaan kampusrakennuksen katolle sijoitetuila aurinkolämpökeräimillä (30 kW) sekä aurinkosähköjärjestelmällä (120 kW) ja SmartLabissa tutkitaankin, miten uusiutuvaa energiaa voidaan mahdollisimman hyvin hyödyntää älykodin energiankulutuksen optimoinnissa.

SmartLab toimii kotiautomaation koealustana ja kiihdyttämönä, jossa perehdytään asumisen digitalisaatioon ja sen kehittämiseen. SmartLabissa voidaan tutkia ja testata monipuolisesti erilaisia kotiautomaatiojärjestelmiä, toimilaitteita, antureita ja järjestelmien ohjausta sekä erilaisille käyttäjille parhaiten soveltuvia käyttöliittymiä. Oleellista on myös ymmärtää, miten kotiautomaation avulla päästään pureutumaan energiatehokkuuteen ja ohjaamaan kiinteistöä energiansäästöön ja miten järjestelmät mukautuvat asukkaan tarpeisiin ja mieltymyksiin. SmartLabissä tullaan hyödyntämään ennustedataa ja siellä tutkitaan jatkossa muun muassa sitä, miten tekoälyä voi opettaa seuraamaan muuttuvien olosuhteiden vaikutusta kiinteistöön ja edelleen vaikutusta sähköjärjestelmiin.

STEK ry:n ja Metropolian yhteishanke kiinteistötiedon ja IoT-ratkaisujen hallinnasta on edennyt vauhdikkaasti ja sovitun mukaisesti. Vuoden 2020 alussa käynnistynyt ja lyhenteellä KITSI kutsuttu kehitystyö keskittyy kiinteistöistä uuden talo- ja automaatiotekniikan avulla saatavan tiedon hyödyntämiseen arjessa. Hankkeessa on neljä toimintalinjaa tai koria:

• suuren mittakaavan kiinteistön käytön, ylläpidon ja resurssienhallinnan optimointi
• kiinteistötiedon ekosysteemin vahvistaminen ja eri intressitahojen verkostoituminen
• käyttäjälähtöisyyden ja älykkääseen ohjaukseen nostaminen keskiöön
• talotekniikan ja rakennusautomaation oppimisympäristöjen jatkuva kehittäminen ja hankkeen siirtovaikutukset opetukseen.

”Olemme KITSI:ssä edenneet viime vuonna ihan kaikilla osa-alueilla”, kertoo projektista vastannut yliopettaja Lauri Heikkinen viimeisenä työpäivänään Metropoliassa. Häntä odottavat eläkepäivät, ja vetovastuu siirtyy hänen seuraajalleen. ”Opettaminen ylipäätään on ollut rikastuttava asia ja uran loistava huipennus”, Heikkinen toteaa ja jatkaa: ”Olen voinut yhtäältä vetää yhteen ja jakaa opiskelijoille pitkästä, yrityselämän parissa hankitusta työkokemuksesta. Toisaalta sain tuotua mukanani Metropoliaan lisää yritysten ja korkeakoulun välistä yhteistyötä.”    

Yhteistyö STEK ry:n kanssa on tuonut juuri avautuneelle Myllypuron kampukselle talotekniikan ja rakennusautomaation osalta aivan uuden tason. Heikkisen mukaan luottamukseen ja kumppanuuteen perustuva toiminta on todella palkitsevaa ja antaa pitkäjänteisen selkärangan kokonaisuuden vetämiselle. Valta ja vastuu ovat silloin tasapainossa. Kun alan opettajat ovat mukana usean vuoden ajan tutkimassa ja kehittämässä kiinteistötiedon hyödyntämistä, niin väkisinkin tulokset ja osaaminen siirtyvät opetukseen. 

KITSI:n siirtovaikutukset opetukseen ovat jo konkretisoituneet siten, että kuluvan vuoden syksyllä on tarjolla talo-, sähkö- ja automaatiotekniikan tutkinto-ohjelmien opiskelijoille valinnainen, täysin uusi 15 opintopisteen rakennusautomaation opintokokonaisuus. ”Monet kone- ja automaatiotekniikan insinööreiksi valmistuneet siirtyvät jossain vaiheessa rakennusautomaation pariin. On tärkeää, että näkymä siihen avataan jo osana opintoja, ja että tutkintojen rajoja voi ylittää joustavasti omien kiinnostuksen kohteiden ja urasuunnitelmien mukaan”, Heikkinen sanoo.  

Rakennusautomaation 15 op kokonaisuus vastaa mitoitukseltaan yli 400 tuntia opiskelijatyötä, joten kyse ei ole pienestä panostuksesta osaamisen kehittämiseen. Sisältöalueita on kolme:

Opintojaksojen osaamistavoitteet, sisältö sekä opetuksen toteutustapa ovat alustavasti määriteltyjä, mutta niitä kehitetään kevään aikana yhdessä alan yritysten kanssa. Opetus on purettu vastuuopettajille pienempiin, 1−2 op laajuisiin teemoihin. Se takaa, että KITSI-hanke, sen tulokset ja onnistumiset on yhteisesti jaettu kokemus. Esimerkiksi ensimmäisessä, suunnittelun osiossa käydään läpi automaation perusteet, säätötavat ja niiden analysointi, kehittyneet säätöalgoritmit, rakennusautomaation suunnittelua ja energiatehokkuutta koskevat standardit, rakennusautomaatiojärjestelmien toimintaperiaatteet, ohjelmoinnin perusteet, suunnitteluasiakirjat ja projektidokumentaatio sekä hybridijärjestelmien rakennusautomaatio ja energian kulutusjousto.

Lauri Heikkisen jättäessä viestikapulan uusille opettajasukupolville hän haluaa kuitenkin korostaa, että opettaminen on muutakin kuin luennointia. Sen havaitseminen oli hänelle itselleenkin todellinen ahaa-elämys. Kyseessä on jotain, joka on paljon enemmän kuin pelkkä teoria: soveltamista, ryhmätöitä, laskuharjoituksia, vuorovaikutusta ja kanssakäymistä joka päivä opiskelijoiden nuoren energian kanssa.

Sähköturvallisuuden edistämiskeskus STEK ry ja Metropolia ovat sopineet pitkäaikaisesta yhteistyöstä, jonka avulla Myllypuron uudesta korkeakoulukiinteistöstä syntyy aito älykampus. STEK rahoittaa 2020 alkaen viiden vuoden ajan uutta yliopettajan tehtävää. Tavoitteena on vahvistaa projektin ajan talotekniikan ja rakennusautomaation opetusta ja osaamista vuosittain sadallatuhannella eurolla.

[Kuvateksti:] Myllypuron kampuksen katolle on asennettu aurinkolämpökerääjiä, joita hyödynnetään sekä energiatehokkuuden maksimoinnissa että innovaatiotoiminnassa.

”Kiinteistöistä saatavan big datan ja IoT-ratkaisujen hallinta, hyödyntäminen ja siirtovaikutukset eivät tapahdu itsellään. Jonkun täytyy olla kiinnostunut antureiden ja mittalaitteiden tuottamasta tiedosta ja osata hyödyntää sitä. Vain siten kiinteistön käyttöä ja ylläpitoa voidaan optimoida esimerkiksi kestävän kehityksen tai käyttäjätyytyväisyyden näkökulmasta”, sanoo johtaja Tuire Ranta-Meyer Metropoliasta.

STEK ry:n toimitusjohtaja Timo Kekkosen mukaan Myllypuron suuren mittaluokan kampus on kiinnostava alusta perinteisestä projektista poikkeavaan yhteistyömalliin. Yhteistyö korkeakoulun kanssa perustuu pitkäaikaiseen luottamukseen. Myös Hyvinvointia sähköllä -visio 2030 korostaa  sähkön rooli osana älykkäitä järjestelmiä korostuu tulevaisuudessa. Sähkön avulla voidaan lisätä hyvinvointia ja turvallisuutta, mutta vaikuttaa myös siihen, että rakennukset palvelevat käyttäjiään ja tuottavat energiaa.

Metropolian hankkeen sisältö koostuu neljästä visioon kytkeytyvästä temaattisesta kokonaisuudesta.

• Teknologian hyödyntäminen ja kustannustehokas ohjaus: kiinteistötiedon ja IoT-ratkaisujen hallinta suuren mittakaavan rakennuksissa
• Osaamisen siirtovaikutukset: talotekniikan ja -automaation opetuksen ja oppimisympäristöjen jatkuva kehittäminen
• Kiinteistötiedon ekosysteemin vahvistaminen: yhteishankkeet sekä datan avaaminen kumppaniverkostolle tutkimukseen ja kehittämiseen
• Kiinteistöjen hyvinvointivaikutukset: ihmislähtöiset, käyttäjien kannalta mielekkäät rajapinnat älykiinteistöön

Hankkeen konkreettisena tavoitteena on integroida käyttöön otettavat teknologiat kiinteistön arkipäivän toimintaan ja huolehtia siitä, että ne muokkautuvat myös tulevaisuuden ympäristöissä. Hyötyjen tulee realisoitua käyttäjille asti, mutta käytöstä tuodaan myös vahva takaisinkytkentä suunnitteluun.

”Olemme Metropolian kiinteistö- ja rakennusalan koulutuksessa onneksi niin lähellä käytäntöä, että älykampuksen hallintaan liittyvät kokemukset ja kokeilut kyetään hyödyntämään opetuksessa. On tärkeää siirtää keskeiset tulokset ja toimintatavat osaksi kiinteistö- ja rakennusalan opintoja ja alan osaamista”, toteaa osaamisaluepäällikkö Jorma Säteri.

Myllypuron kampuksen olosuhdetietoa on tarkoitus käyttää resurssiviisaan optimoinnin edistämisessä myös niin, että ennakoinnissa hyödynnetään oppivaa tekoälyä. Hankkeen kannalta on erinomaista, että siihen rekrytoitava uusi henkilö on sekä opetus- että tutkimus- ja kehittämistehtävissä. Kiinteistötiedon ja IoT-ratkaisujen hallinta, hyödyntäminen ja siirtovaikutukset -yhteistyössä panostetaan korkeakoulujen, muiden intressitahojen ja opiskelijoiden verkostoitumiseen. Korkeakoulu koetaan neutraalina toimijana ja katalyyttina verkostojen kutomisessa, eikä nyt alkavalla hankkeella ole päällekkäisyyksiä tai kilpailua muiden toimijoiden kanssa. Päinvastoin: yhteistyössä kaikki voittavat!

Lisätietoa

STEK ry

 toimitusjohtaja Timo Kekkonen timo.kekkonen@stek.fi

Metropolia Ammattikorkeakoulu, www.metropolia.fi
johtaja Tuire Ranta-Meyer, tuire.ranta-meyer@metropolia.fi
osaamisaluepäällikkö Jorma Säteri, jorma.sateri@metropolia.fi

Katso myös Ranta-Meyer 2019 (toim.). Korkeakoulukiinteistöstä älykampukseksi. Kiinteistötietomassojen hyödyntäminen sisäolosuhteiden ja energiatehokkuuden ennakoinnissa.