Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmien energiatehokkuus ja ympäristövaikutukset Markku Mäkinen

Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmien energiatehokkuus ja ympäristövaikutukset Markku Mäkinen
Markku Mäkinen
Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmien
energiatehokkuus ja ympäristövaikutukset
Metropolia Ammattikorkeakoulu
Insinööri (ylempi AMK)-tutkinto
Rakentamisen koulutusohjelma
Opinnäytetyö
18.4.2012
Tiivistelmä
Tekijä(t)
Otsikko
Sivumäärä
Aika
Markku Mäkinen
Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmien energiatehokkuus
ja ympäristövaikutukset
116 sivua + 10 liitettä
18.4.2012
Tutkinto
insinööri (ylempi AMK)
Koulutusohjelma
rakentaminen
Suuntautumisvaihtoehto
talotekniikka
Ohjaaja
lehtori Jorma Säteri
Opinnäytetyössä selvitettiin lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmien energiatehokkuutta
ja ympäristövaikutuksia kuvitteellisen referenssikohteen avulla. Ensimmäiseksi selvitettiin
lääketeollisuuden liiketoimintaympäristön tekijöitä ja energian käytön merkitystä hyödynhyödy
tämällä saatavilla olevaa ohjeistusta energiatehokkuuden parantamiseen ilmastointijärjesilmastoi
telmissä, jotka palvelevat nimenomaisesti lääketeollisuutta. Opinnäytetyössä annettiin
myös yleiskuvaus puhdastilatyyppikohtaisista
puhdastilatyyppi
ilmastointijärjestelmistä.
Toiseksi opinnäytetyössä laskettiin kuvitteellisen referenssikohteen tunnusluvut energianenergi
kulutuksille ja CO2-ominaispäästöille
ominaispäästöille neljälle Suomen säävyöhykkeelle ja erilaisille enerene
giamuodoille. Laskenta suoritettiin karkean tasoisena perustuen Suomen RakentamismääRakentamismä
räyskokoelman osien D2, D3 ja D5 2007, 2010 ja 2012 laskentamääräyksiin ja sääntöihin.
sääntö
Laskennassa selvitettiin SFP-lukuun
lukuun vaikuttavia tekijöitä, kuten ilmastointikojeiden otsapinotsapi
tanopeuksia ja kanavistojen painehäviöitä. Laskennasta myöskin ilmeni niin sanottua kriittisten parametrien (esimerkiksi
esimerkiksi huonelämpötila ja kosteus) merkitys energiankulutukselle
e
ja siitä johtuen CO2-ominaispäästöille.
ominaispäästöille. Laskennan tarkoituksena oli selventää niitä energienerg
ankulutuksen eroja, jotka syntyvät keskeytymättömän kolmivuorotyön ja keskeytyvän yky
sivuorotyön välillä. Laskennasta selvisi edellä
e
mainittujen asioiden lisäksi kohtuullisen ylimiylim
toituksen merkitys.
Opinnäytetyön kolmas ja tärkein päämäärä oli selvittää kuvitteellisen referenssikohteen
tunnuslukujen laskennan kautta ne tekijät, joilla on vaikutusta, kun lääketeollisuusyritys
tekee investointipäätöksiä.
töksiä. Investointipäätöksessä huomioidaan tuotantolaitoksen sijoitussijoitu
paikan merkitys energiankulutukselle ja ympäristövaikutuksille. Opinnäytetyöstä selvisi,
ettei yksiselitteistä vastausta voitu antaa, koska laskennan tulokset ja niistä tehdyt johtojoht
päätökset
set olivat ristiriitaisia ja synnyttivät osaltaan uusia kysymyksiä.
Avainsanat
energiatehokkuus, ilmastointijärjestelmät, puhdastilat, ympäristövaikutukset
Abstract
Number of Pages
Date
Markku Mäkinen
Energy efficiency
ency and environmental impacts
imp
of HVAC systems
for pharmaceutical industry
116 pages + 10 appendices
18 April 2012
Degree
Master of Engineering
Degree Programme
Civil Engineering
Specialisation option
Building Services Engineering
Author(s)
Title
Instructor(s)
Jorma Säteri, senior lecturer
The Masters`s thesis focused on studying the energy efficiency and environmental impacts
of HVAC systems in the pharmaceutical industry on the basis of an imaginary reference
project. Firstly, an overall picture of the pharmaceutical industry was gathered. Then the
meaning
ning of energy consumption in the industry was looked into with the help of the
guides available for the improvement of energy efficiency of HVAC systems in the pharmapharm
ceutical industry.
Secondly, the key figures for the energy consumption and CO2-specific
emissions for the
four climate zones in Finland and the different energy forms were calculated for the referrefe
ence project. The rough calculations were based on the calculation rules and instructions
given in the Finnish Building Codes. The calculations were
were used to investigate factors havha
ing an effect on SFP. They also revealed how the critical parameters affect the energy
consumption and CO2-specific emissions. The differences in energy consumption in varivar
ous working time conditions was studied, as well as
as the consequences of moderate overover
dimensioning.
The most important objective of the thesis was to find the key figures affecting the ini
vestment decision in the case of the reference project. The thesis concluded that no simsi
ple answer could be found, because
because the results of the calculations were contradictory,
raising new questions.
s.
Keywords
HVAC-systems, clean rooms, energy efficiency,
eff
environmental impacts
Lyhenteet
ACH
Air Change Rate . Ilmanvaihtoa tunnissa.
API
Active Pharmaceutical Ingredient. Aktiivinen lääkeaine.
Aseptinen
Mikro-organismeista vapaa
ASHRAE
American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Amerikan LVI-yhdistys.
BPT
Best Possible Technics (paras mahdollinen tekniikka)
CFU
Colony Forming Units Pesäkkeitä muodostavaa yksikköä.
CNC
Controlled but not classified. Valvottu mutta ei luokiteltu.
EN ISO
Eurooppalainen ISO standardi
EU
Euroopan Unioni
EPA
Efficient Particulate Air Filter. Tehokas ilmahiukkassuodatin.
FDA
Food and Drug Administration. Yhdysvaltain ruoka –ja lääkevirasto.
GEP
Good Engineering Practice. Hyvä suunnittelutapa.
GMP
Good Manufacuring Practice. Hyvä valmistustapa.
HEPA
High Efficiency Particulate Air Filter. Huipputehokas ilmahiukkasuodatin.
HVAC
Heating, Ventilation and Air Conditioning. Lämmitys, ilmanvaihto ja ilmastointi.
IEST
Insitute of Environmental Sciences and Technologies. Ympäristötieteiden
ja teknologioiden instituutti.
ISO
The International Organization for Standarizationoin Kansainvälinen standardisoimisjärjestö.
ISPE
International Society for Pharmaceutical Engineers. Lääketeollisuusinsinöörien kansainvälinen yhdistys.
LBNL
Ernest Orlando Lawrence Berkerley National Laboratory
MPP
Most Penerating Particle size. Lävistävin hiukkaskoko.
RH
Relative Humidity. Suhteellinen kosteus.
RP
Report. Raportti.
Steriili
Mikro-organismeista täysin vapaa
UDAF
Uni Directonal Air Flow. Yhdensuuntainen ilmavirta.
ULPA
Ultra Low Peneration Air Filter. Ultra alhaisen lävistyskyvyn ilmasuodatin.
USA
United States of America. Amerikan Yhdysvallat.
USD
US-dollar. Yhdysvaltojen dollari.
URS
User Requirement Specificationoin Käyttäjävaatimus.
Vol.4
Volym 4. Osa 4.
WHO
World Health Organizationoin Maailman terveysjärjestö.
Sisällys
1
Johdanto
2
Lääketeollisuus
10
2.1
Lääketeollisuuden tunnusluvut
10
2.2
Lääketeollisuusyritykset
13
2.3
Yhdysvaltalaisten lääketeollisuusyritysten energiankulutus ja hinta
15
2.4
Lääketeollisuuden energiankulutus
17
2.5
LVI-järjestelmien energiatehokkuutta parantavat toimenpiteet
23
3
4
5
6
8
Puhdastilojen ilmastointijärjestelmät
29
3.1
Elektroniikkateollisuuden ilmastointijärjestelmät
29
3.2
Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmät
31
Referenssikohteen ilmastointijärjestelmien energiatehokkuus
40
4.1
Referenssikohde
40
4.2
Referenssikohteen ilmamäärät
43
4.3
Referenssikohteen ilmastointijärjestelmien komponenttimitoitukset
48
4.3.1
Ulkosäleiköt ja ulospuhallushajottimet
48
4.3.2
Ilmastointikojeet
49
4.3.3
Tulo- ja poistoilmakanavat
52
4.3.4
Tulo- ja poistoilmalaitteet
52
4.4
Mitoitusprosessit
54
4.5
Ilmastointijärjestelmien SFP-luvut
63
Ilmastointijärjestelmien energiankulutus
75
5.1
Ilmastointijärjestelmien lämpöenergian kulutus
75
5.2
Ilmastointijärjestelmien jäähdytysenergian kulutus
80
5.3
Ilmastointijärjestelmien kostutuksen energian kulutus
85
5.4
Ilmastointijärjestelmien puhallinmoottoreiden sähköenergian kulutus
88
5.5
Ilmastointijärjestelmien kokonaisenergian kulutus
89
5.6
Ilmastointijärjestelmien kostutuksen kokonaisenergiankulutus
95
5.7
Ilmastoinnin jäähdytyksen vuotuinen sähköenergian tarve
96
5.8
Ilmastoinnin puhaltimien vuotuinen sähköenergian tarve
99
Ympäristövaikutukset
100
7
6.1
Ympäristölupa
100
6.2
Ominaispäästökertoimet
100
6.3
Energiamuotojen kulutuskertoimet
101
6.4
Lämmitysenergian CO2-ominaispäästöt
101
6.5
Kostutuksen CO2-ominaispäästöt
106
6.6
Jäähdytyksen CO2-ominaispäästöt
107
6.7
Puhallinsähkön CO2-ominaispäästöt
108
Yhteenveto
109
7.1
Lääketeollisuuden ympäristöarvot
109
7.2
Referenssikohteen sijoituspaikka
109
7.3
Vertailu energioiden kokonaiskulutuksen kannalta
110
7.4
Vertailu ympäristövaikutusten kannalta
111
7.5
Energiankulutuksen ja CO2-päästöjen yhteisvaikutus
111
Lähteet
Liitteet
Liite 1. Puhdastilailmastoinnin toimintakaavio
Liite 2. Pohjapiirustus, pohjakerros 1:100
Liite 3. Pohjapiirustus, Tekninen kerros 1:100
Liite 4. Huonelaskentataulukot
Liite 5. Kanaviston painehäviölaskentataulukot
Liite 6. Lämmön talteenoton laskentadiagrammit
Liite 7. Lämpökuormien laskentataulukko
Liite 8. Ilmastointijärjestelmien lämpöenergiankulutuksen laskentataulukot
Liite 9. Ilmastointijärjestelmien jäähdytysenergiankulutuksen laskentataulukot
Liite 10. Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 kostutusenergian laskentataulukko
114
8
1
Johdanto
Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmät kuluttavat suuren osan siitä energiasta, joka
sidotaan lääkkeen valmistukseen. Tarkemmat luvut esitellään tämän selvityksen seuraavissa luvuissa. Suuresta energiankulutuksesta seuraa ympäristövaikutuksia, joiden
merkitystä kannattaa pohtia suhteessa siihen terveyden edistämisen yleiskuvaan, jonka
lääketeollisuus itsestään antaa ja ylläpitää. Lääketeollisuus on viime vuosien aikana
tullut mukaan ympäristötietoisten teollisuuden haarojen joukkoon. Sille on kustannusmielessä helppoa asettaa ja täyttää ympäristöä ja energiavaroja säästäviä vaatimuksia.
Lääketeollisuus on kannattavaa liiketoimintaa ja sen energiakustannukset suhteessa
myyntiin tämän selvityksen lukujen valossa ovat suhteellisen pienet. Energiankulutuksen pienentäminen parantaa kannattavuutta edelleen ja ohjaa ympäristövaikutuksia
ympäristölle edulliseen suuntaan.
Tämä selvitys perustuu kuvitteelliseen referenssikohteeseen, joka on alalle tyypillinen
niin sanottua greenfield-hanke (= uudisrakennus tai kokonainen kiinteistö). Referenssi
kohteen avulla voidaan tuoda esiin tekijöitä, jotka vaikuttavat investointipäätöksen tekoon. Näitä tekijöitä ovat erityisesti energiatehokkuus ja ympäristövaikutukset, jotka
molemmat riippuvat sijoituspaikkakunnan ulkoilman mitoitusolosuhteista. Tässä selvityksessä lähtökohdaksi on otettu kuvitteellisen referenssikohteen sijoittaminen Suomeen ja sijoituspaikkakunta vaihtoehtoina ovat Suomen Rakentamismääräyskokoelman
osan D3/2012 säävyöhykkeet: Helsinki-Vantaa, Jokioinen, Jyväskylä ja Sodankylä, jotka
edustavat tilastollisesti koko Suomea. Ilmastointijärjestelmien energiatehokkuus on
usean tekijän yhteisvaikutuksesta syntyvä kokonaisuus. Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmien mitoitusta ja toimintaa ohjaavat hyvän valmistustavan (Good Manufacturing Practice) GMP-vaatimukset, joista tärkeimmät ovat Euroopan Unionin sisäiset EU
GMP-vaatimukset ja Yhdysvaltain Ruoka– ja lääkehallinnon FDA cGMP-vaatimukset.
Nämä vaatimukset tulee täyttyä kaikissa mahdollisissa ratkaisuissa, energiatehokkuus
ja ympäristövaatimukset ovat toissijaisia, jos tällainen vertailu tulee ajankohtaiseksi.
Tekniikan kehittyessä ja alaa tukevan tutkimustiedon syventyessä GMP– ja energiatehokkuus voidaan yhdistää. Tämä selvitys tukee tätä tavoitetta.
9
Kun lääketeollisuusyritys tekee investointipäätöstä uuden tuotantolaitoksen sijoittamisesta tai vanhan tuotantolaitoksen saneerauksesta, se tarvitsee päätöksensä tueksi
selvityksiä, joista erilaiset päätökseen vaikuttavat tekijät voidaan tuoda esiinoin Yleensä
päätöksen tekijät eivät tarvitse laajoja teknisiä selvityksiä vaan ne pyritään tiivistämään
muutamaan tunnuslukuun, joita on helppoa verrata. Tässä selvityksessä keskitytään
ilmastointijärjestelmien energiatehokkuuteen ja yksinkertaistettuun malliin ympäristövaikutuksista CO2- ominaispäästöjen muodossa. Kuvitteellisen referenssikohteen ilmastointijärjestelmät ovat lääketeollisuudelle tyypillisiä ulko– ja kierrätysilmajärjestelmiä.
Kuvitteellisessa referenssikohteessa kaikki EU GMP -puhtausluokat D,C, B ja A ovat
edustettuina antaen näin hyvän kokonaiskuvan.
Työnantajani Elomatic Oy suunnittelee ja rakennuttaa lääketehtaita maailmanlaajuisesti. Elomatic Oy:llä on toimistot Intiassa, Kiinassa, Serbiassa ja Puolassa, pääkonttori ja
toimintojen pääosa sijoittuu Suomeen, jossa toimistot sijaitsevat Turussa (pääkonttori),
Helsingissä, Jyväskylässä ja Oulussa. Tämän selvityksen taustalla on Elomatic Oy:n
tarve saada materiaalia sisäiseen koulutukseen, jolla pyritään syventämään lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmien energiatehokkuuteen vaikuttavien tekijöiden ymmärtämistä ja ympäristövaikutusten suhdetta näihin. Tällä pyritään kohottamaan kompetenssitasoa Elomatic Oy:n lääketeollisuusprojekteissa.
Ilmastointijärjestelmien energiatehokkuus ja ympäristövaikutukset ovat juuri nyt ajankohtaisia monestakin syystä. Energiatehokkuusvaatimukset tiukentuvat perustuen EU:n
tavoitteisiin ja sitoumuksiin. Kiinteistöomistajat luokittelevat kiinteistöjään Leed ja
Breeam vaatimusten mukaisesti. Yritykset kirkastavat yrityskuvaansa investoimalla
energiatehokkuuteen, ja energiatehokkuudesta on tullut oma liiketoimintansa. Mitä
energiatehokkuus on ja miten sillä vaikutetaan ympäristöön? Tässä selvityksessä paneudutaan näihin kysymyksiin pilkkomalla kuvitteellisen lääketeollisuuden referenssikohteen ilmastointijärjestelmät pieniin osiin, joita kutakin erikseen käsittelemällä saadaan vastauksia niiden merkityksestä energiatehokkuudelle. Ympäristövaikutuksien
arvioinnissa on käytetty samoja tietoja, joita käytettiin uusien Suomen Rakentamismääräyskokoelmien osien D3/2012 ja D5/2012 valmistelussa. Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmät edustavat vaativia ilmankäsittelyprosesseja. Näiden ymmärtäminen antaa
yleispätevyyden ymmärtää myös muita alakohtaisia ilmankäsittelyprosesseja.
10
2
2.1
Lääketeollisuus
Lääketeollisuuden tunnusluvut
Lääketeollisuus valmistaa tuotteita ehkäisemään ja parantamaan eläin- ja ihmisperäisiä
sairauksia. Osaa sen tuotteista käytetään elämän laadun parantamiseen, näitä tuotteita ovat muun muassa ulkonäön hoitoon liittyvät valmisteet, kuten rypynpoistoon tarkoitetut hermoja lamaannuttavat pistokset ja silikoni proteesit.
Maailman lääketyritysten myynti valmistajien hinnoilla vastasi 808 miljardia dollaria
vuonna 2009 (1, s. 39). Lääketeollisuus on keskittynyt valmistusvolyymiltaan ja liikevaihdoltaan Yhdysvaltoihin, jolla on 37 % markkinaosuus, Euroopan lääketeollisuudella
on 31 % markkinaosuus, Japanilla 11 % ja muulla maailmalla 21 % maailman lääkemarkkinoista (1, s. 39). On merkillepantavaa miten lääketeollisuus on keskittynyt läntisiin teollisuusmaihin ja populaatioltaan suuret maat, kuten Kiina, Intia ja Venäjä jakavat vain edellä mainitun 21 %:n markkinaosuuden
Vuonna 2008 Yhdysvaltojen, Euroopan ja Japanin lääketeollisuuden tuotannon arvo oli
358 miljardia euroa, josta Yhdysvaltojen osuus oli 34 %, Euroopan 55 % ja Japanin 11
% (1, s. 7).
Vuonna 2009 kaksitoista maailman suurinta lääkealan yritystä pyörittivät noin 434 miljardin dollarin liikevaihtoa, josta syntyi noin 19 %:n keskimääräinen nettotulos, joka
vastaa noin 83 miljardia dollaria (2). Vuonna 2009 kaksitoista maailman suurinta lääkealan yritystä työllistivät suoraan noin 867 000 ihmistä (2).
Lääkkeen valmistus on yksi maailman kannattavimmista liiketoiminnoista.
Maailman
kannattavimmat liiketoiminnat ovat kannattavuusjärjestyksessä (3) huumeteollisuus,
aseteollisuus, prostituutio, öljyteollisuus, piraattituotteet, urheiluteollisuus, pankkitoiminta, alkoholin valmistus ja myynti, pornoteollisuus, lääketeollisuus, viihdeteollisuus ja
ihmiskauppa.
Lääketeollisuus on merkittävä elinkeino Euroopassa.
Vuonna 2008 eurooppalaisten
lääkealan yritysten tuotannon arvo oli noin 197 miljardia euroa (1, s. 7). Vuonna 2009
maailman kahdentoista suurimman lääkealan yrityksen joukossa oli kuusi eurooppalais-
11
ta yhtiötä. Näiden yhteenlaskettu liikevaihto oli noin 235 miljardia dollaria ja nettotulos
oli noin 44,8 miljardia dollaria, joka vastaa noin 19 % liikevaihdosta (2). Vuonna 2009
viisi suurinta eurooppalaista lääkeyhtiötä työllistivät suoraan noin 440 000 ihmistä.
Lääkekulujen prosentuaalinen osuus kaikista terveyden huollon kustannuksista vuonna
2007 oli maittain taulukon 1 mukainen.
Taulukko 1. Lääkekulujen osuus terveydenhuollon kustannuksista vuonna 2007 (1, s. 35).
Espanja
21,0 %
Japani
19,6 %
Italia
19,3 %
Ranska
16,3 %
Saksa
15,1 %
Yhdysvallat
12,0 %
Sveitsi
10,3 %
Lääkemyynnin arvo henkilöä kohden vastasi vuonna 2009 taulukossa 2 esitettyjä summia.
Taulukko 2. Lääkemyynnin arvo henkilöä kohden vuonna 2009 (1, s. 41).
Yhdysvallat
687 USD
Japani
556 USD
Kanada
426 USD
Sveitsi
370 USD
Ranska
349 USD
Saksa
337 USD
Espanja
301 USD
Italia
214 USD
Iso-Britannia
181 USD
Terveydenhuoltomenojen osuus bruttokansantuotteesta (BKT) oli maittain vuonna
2007 taulukon 3 mukainen.
12
Taulukko 3. Terveydenhuoltomenojen osuus bruttokansantuotteesta (BKT) vuonna 2007 (1,
s. 34).
Yhdysvallat
16,0 %
Ranska
11,0 %
Sveitsi
10,8 %
Saksa
10,6 %
Italia
8,7 %
Espanja
8,5 %
Iso-Britannia
8,4 %
Japani
8,1 %
Pohjoismaissa lääkemenojen prosentuaalinen osuus kaikista terveydenhuollon kustannuksista on esitetty taulukossa 4.
Taulukko 4. Lääkemenojen osuus terveydenhuollon kustannuksista pohjoismaissa vuonna
2007 (4).
Suomi
14 %
Islanti
13 %
Ruotsi
13 %
Tanska
9%
Norja
8%
Lääkemenojen arvo kaikista terveydenhuollon menoista henkilöä kohden pohjoismaissa
on esitetty taulukossa 5.
Taulukko 5. Lääkemenojen arvo pohjoismaissa henkilöä kohden vuonna 2007 (4).
Suomi
294 USD
Islanti
377 USD
Ruotsi
351 USD
Tanska
351 USD
Norja
320 USD
Terveydenhuoltomenojen prosentuaalinen osuus bruttokansantuotteesta (BKT) pohjoismaissa oli vuonna 2007 taulukon 6 mukainen.
13
Taulukko 6. Terveydenhuoltomenojen osuus bruttokansantuotteesta (BKT) pohjoismaissa
vuonna 2007 (4).
Suomi
8,2 %
Islanti
9,3 %
Ruotsi
9,1 %
Tanska
9,8 %
Norja
8,9 %
Pohjoismaissa lääketeollisuus on merkittävä elinkeino. Ruotsissa lääketeollisuus työllisti
14 000 henkilöä vuonna 2010. Ruotsin lääketeollisuuden viennin arvo oli 76 miljardia
Ruotsin kruunua vuonna 2010 (5, s 5 ja 19). Tanskan lääketeollisuus työllisti 17 000
henkilöä vuonna 2008 ja lääketeollisuuden viennin arvo oli 41 miljardia Tanskan kruunua vuonna 2005 (6). Suomen lääketeollisuus elinkeinona ei ole yhtä suurta kuin Ruotsissa ja Tanskassa. Suomessa lääketeollisuus työllisti 5 623 henkilöä vuonna 2009 ja
lääketeollisuuden viennin arvo oli 0,98 miljardia euroa vuonna 2010 (4).
2.2
Lääketeollisuusyritykset
Taulukon 7 mukaiset lääketeollisuusyritykset rankattiin kahdeksitoista suurimmaksi
liikevaihdoltaan maailmassa maaliskuussa 2010 perustuen vuoden 2009 julkisiin toimintakertomuksiin.
14
Taulukko 7. Maailman 12 suurinta lääketeollisuusyritystä (2).
Suuruus-
Yrityksen
Kotipaikka
Liikevaihto
järjestys
nimi
(maa)
miljardia USD:a
1
Johnson & Johnson
Yhdysvallat
61,90
2
Pfizer
Yhdysvallat
50,01
3
Roche
Sveitsi
47,35
4
Glaxo Smith-Kline
Iso-Britannia
45,83
5
Novartis
Sveitsi
44,27
6
Sanofi-Aventis
Ranska
41,99
7
Astra Zeneca
Iso-Britannia
32,81
8
Abbott Laratories
Yhdysvallat
30,76
9
Merek & Co
Yhdysvallat
27,43
10
Bayer Health Care *
Saksa
22,30
11
Eli Lilly
Yhdysvallat
21,84
12
British-Myers Squibb
Yhdysvallat
18,81
*Bayer:in liikevaihtoon tulee lisätä osuuksia, joita tässä taulukossa ei ole laskettu mukaanoin
Taulukon 7 tiedot eivät kerro yrityksen kotipaikasta koko totuutta, koska taulukossa
listatut yhtiöt harjoittavat liiketoimintaa kaikissa maailmanosissa. Selvennyksen vuoksi
taulukkoon 8 on listattu vuonna 2002 Yhdysvalloissa toimineet suurimmat lääketeollisuusyritykset.
Taulukko 8. Yhdysvalloissa toimineet suurimmat lääketeollisuusyritykset myynnin mukaan
vuonna 2002 (8, s. 13).
Yrityksen nimi
Yhdysvaltojen päämajan sijainti
miljardia USD:a
Abbot Laboratories
Amgen
Astra Zeneca
Aventis
Baxter Healthcare
Bayer
Boehringer Yngelheim
Bristol -Myers Squipp
Glaxo Smith-Kleine
Hoffmann- La Roche
Johnson & Johnson
Eli Lilly
Merek & Co
Novartis
Pharmacia
Pfizer
Schering-Ploughen
Wyeth
Abott Park, Illinois
ThoYhdysvallatnd Oaks, California
Wilmington, Delaware
Bridgewater, New Jersey
Deerfield, Illinois
West Haven, Connecticut
Ridgefield, Connectiut
New York, NY
R. Triangle Park, North Caroline
Nutley, New Jersey
New Brunswick, New Jersey
Indianapolis, Indiana
Whitehous Station, New Jersey
East Hanover, New Jersey
*
New York, NY
Kenilworth, New Jersey **
Madison, New Jersey
9,27
4,99
17,84
17,25
3,10
5,12
7,92
14,70
28,20
10,81
17,20
11,07
21,63
15,36
12,03
28,28
8,70
11,70
15
*Pharmacia myytiin Pfizerille vuonna 2003
**Schering-Ploughen myytiin Bayerille
Tanskalaiset lääketeollisuusyritykset Novo Nordisk ja IT. Lundeck löytyvät maailman
viidenkymmenen suurimman lääketeollisuusyrityksen joukosta (2).
Lääketeollisuus investoi suuria summia tutkimukseen Taulukon 7 mukaiset kaksitoista
suurinta Yhdysvalloissa toimivaa lääketeollisuusyritystä käyttivät noin 42 miljardia dollaria tutkimukseen ja tuotekehitykseen vuonna 2002, joka vastaa noin 17 % keskimääräisestä maailmanlaajuisesta myynnistä. Lääketeollisuus on yksi eniten tutkimukseen
ja tuotekehitykseen panostavista teollisuuden haaroista maailmassa. Lääketuotanto ja
tutkimus on integroitu toisiinsa. Monissa yhtiöissä lääketuotanto ja tutkimuslaboratoriot ovat samassa paikassa (8, s. 14).
2.3
Yhdysvaltalaisten lääketeollisuusyritysten energiankulutus ja hinta
Yhdysvaltalaisten lääketeollisuusyritysten energiankulutus on hyvin tilastoitua ja tietoa
siitä on helposti saatavilla. Eurooppalaisten lääketeollisuusyritysten energiankulutustietojen saaminen on hankalaa, se edellyttäisi yrityskohtaista tiedon keruuta. Tässä selvityksessä tukeudutaankin Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratoryn tekemään raporttiin (8).
Yhdysvaltojen lääketeollisuuden tilastoitujen kuljetusten arvo oli vuonna 2002 noin 140
miljardia dollaria (8, s. 12). Yhdysvaltojen lääketeollisuuden tilastoitu energiakustannus
oli vuonna 2002 noin 0,66 % kuljetusten arvosta eli arvoltaan 920 miljoonaa dollaria
(8, s. 21). Tästä voidaan johtaa tunnusluku, joka ilmentää energian hinnan osuutta
jokaista tehtaalta pois kuljetettua lääke-erää kohden:
0,92/140 = 0,00657
eli jokainen Yhdysvalloissa tehtaalta ulos lähetetty lääke-erä arvoltaan 1 miljardia dollaria on maksanut noin 6,6 miljoonaa dollaria energiakustannuksina.
Tätä tunnuslukua ei voi sellaisenaan soveltaa muualle kuin Yhdysvalloissa sijaitsevaan
lääketeollisuuteen, koska Yhdysvalloissa tilastoidut lääkeyritykset sijaitsevat maantieteellisesti lämpimimmillä ilmastovyöhykkeillä kuin esimerkiksi eurooppalaiset ja pohjois-
16
eurooppalaiset lääketeollisuusyritykset. Yhdysvaltojen lääketeollisuusyritykset sijaitsevat pääosittain Pennsylvaniassa, Pohjois-Carolinassa, Californiassa, New Jerseyssä,
New Yorkissa ja Puerto Ricossa (8, s. 5). Näiden osavaltioiden vuotuiset keskilämpötilat on listattu taulukkoon 9.
Taulukko 9. Yhdysvaltalaisten lääkeyritysten maantieteelliseen sijaintiin perustuvat vuotuiset
keskilämpötilat (9).
Pennsylvania
10… 12 oC
Pohjois-Carolina
15… 16 oC
California
13… 17 oC
New Jersey
10… 12 oC
New York
12 oC
Puerto Rico
24… 26 oC
Vertailun vuoksi voidaan mainita esimerkiksi Helsingin ja Turun vuotuinen keskilämpötila, joka on 5 oC (10, s. 56).
Yhdysvaltojen lääketeollisuuden energiakustannukset olivat vuonna 2002 noin 920 miljoonaa dollaria, josta sähkön osuus oli noin 700 miljoonaa dollaria ja muiden polttoaineiden 220 miljoonaa dollaria (8, s. 22). Yhdysvaltojen lääketeollisuus kulutti sähköä
vuonna 2002 noin 11 000 GWh, josta itse tuotettua oli noin 1 000 GWh (8, s. 23).
Vertailuna voidaan mainita, että Suomen teollisuuden kokonaissähkönkulutus oli vuonna 2002 noin 45 000 GWh (11).
Lääketeollisuudelle tyypillisesti lämmitys, -ilmanvaihto ja ilmastointijärjestelmät ovat
suurimmat energian kuluttajat. Tutkimus- ja tuotekehityslaboratoriot sekä niin sanottua massan valmistusprosessi ovat kaksi suurinta kuluttajaryhmää (8, s. 24). Taulukossa 10 on esitetty kuluttajaryhmäkohtaiset prosentuaaliset jakaumat sekä kuluttajaryhmän sisäinen jakauma kulutuskohteittain.
17
Taulukko 10. Lääketeollisuuden energiankulutuksen jakauma (8, s. 24).
Yhteensä
TTK
Osuus
kulutuksesta
100 %
30 %
Pisotrasiateho
ja prosessi
25 %
Mikroskoopit, centrifugit, sähköiset sekoittimet, analysointilaitteet, sterilointi, incubaattorit, tutkimustilat, (jäähdytys)
Toimistot
10 %
Tsto laitteet, kuten
Kohdevalot Yleis- Tilojen lämmitys (25%)*
PC:t, faxit, tulostimet,
valot
Tilojen jäähdytys (9%)*
kopiointilaitteet, käyttö- Pihavalot
Ilmanvaihto (5%)*
veden lämmitys (9%)*
Massan
valmistus
35 %
Centrifugit, Sterilointi
Incubaattorit, Kuivaajat, Erottimet
Kohdevalot Yleis- Puhdastilailmastointi ja
valot
vetokaapit, 100 % ulkoilmaa vaativat alueet, jäähdytysvesi, lämmitysvesi ja
höyry
Formulointi, 15 %
Pakkaus ja
täyttö
Sekoittimet, Moottorit
Yleisvalot
Hiukkaspitoisuuden hallitHieman yleisvalo- semisen ilmanvaihto
ja
Varastot
Trukit
Käyttöveden lämmitys
(5 %)*
Yleisvalot
Tilojen lämmitys (41 %)*
Hieman yleisvalo- Tilojen jäähdytys (4 %)*
ja
5%
Valaistus
Lämmitys, ilmanvaihto ja
ilmastointi (HVAC)
10 %
65 %
Kohdevalot Yleis- Puhdastilailmastointi ja
valot
vetokaapit, 100 % ulkoilmaa vaativat alueet, jäähdytysvesi, lämmitysvesi ja
höyry
Muut tilat
5%
Yleisvalo
*Prosenttiosuudet käyttöveden lämmitykseen, tilojen lämmitykseen, tilojen jäähdytykseen ja
ilmanvaihtoon on otettu U.S. DOE :n kaupallisten rakennusten energiakulutuksen tutkimuksesta
(CBECS) kaupallisille toimisto- ja varastorakennuksille (U.S.DOE 1999). Näissä luvuissa on
esitetty ensimmäiset arviot ja todellisuudessa luvut vaihtuvat kiinteistökohtaisesti.
2.4
Lääketeollisuuden energiankulutus
Lääketehtaan lämmitys-, ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmät kuluttavat taulukon 10
mukaan noin 65 % kaikesta Yhdysvalloissa sijaitsevan lääketehtaan energiasta. Tähän
on selvät syyt. Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmien mitoitusta ohjaavat viranomaismääräykset: Euroopan Unionin sisällä EU GMP ja Yhdysvaltojen sisällä FDA cGMP.
Yleensä kaikki lääketeollisuusyritykset pyrkivät täyttämään molempien viranomaismääräysten vaatimukset. Taulukko 11 selventää nykyisten viranomaismääräysten keski-
18
näistä vastaavuutta puhtausluokkien osalta. Taulukko 11 perustuu ISPE:n ohjeisiin ja
suosituksiin.
Taulukko 11. EU-GMP ja FDA-cGMP vastaavuudet (12, s.11).
Reference
ISPE Sterile
Baseline Guide
Description
Environmental Classification
Classification
Grade 5
Grade 7
Grade 8
Controlled Not Controlled Not
Classifed (w ith Classifed
local monitoring) (CNC)
European Comission
EU EU GMP, Annex 1,
Vol. IV, Manufacture
of Sterile Medicinal
Products (effective 1
March 2009) (similar
to PIC/S GMP Annex
1 2007)
Descriptive Grade
A1 Rest Maximun no. particles 0,5 γm
permitted per m3 >/=
the stated size
5 γm
A
3 520
B
3 520
C
352 000
D
3 520 000
Not Defined
-
20
("ISO 4.8")
29
2 900
29 000
-
3 520
352 000
3 520 000
Not stated
-
20
2 900
29 000
Not stated
-
Maximun permitted number of
viable organisms cfu/m3
<1
< 10
< 100
< 200
-
Maximun no. particles 0,5 γm
permitted >/= the
stated size
ISO 5
ISO 7
(Class 100) (Class
10 000)
ISO 8
(Class
100 000)
Not Defined
Action level number of
airborne organisms cfu/m3
1
100
Not Defined
See ISPE
Biopharm or
Sterile Baseline
Guides
-
In
Maximun no. particles 0,5 γm
Operation permitted per m3 >/=
the stated size
5 γm
FDA, Operation 2004, In
Gukfance for
Operation
Industry Sterile Drug
Products Produced
by aseptic
Processing
10
Lääketehtaan puhdastilojen ja valvottujen (CNC) tilojen puhtaus luodaan ilmastointijärjestelmien avulla annettujen edellytysten puitteissa.
EU GMP ja FDA cGMP perustuvat ISO 14644-standardeihin Taulukossa 12 on lueteltu
ISO 14644- ja ISO 14698 -standardit, joihin lääketehtaan puhdastilailmastointijärjestelmien mitoitus puhtausluokkakohtaisten hiukkaspitoisuuksien osalta perustuu. Näitä
standardeja voidaan myös soveltaa CNC-tilojen ilmastointijärjestelmien mitoitukseen.
Standardi ISO 14644-4 sisältää myös ohjeellisia arvoja muun muassa huonelämpötilalle
ja kosteudelle.
19
Taulukko 12. ISO-puhdastilastandardit.
ISO-number
Title
ISO 14644-1
Classification of Perticulate Cleanliness for Cleanrooms and Clean Zones
ISO 14644-2
ISO 14644-3
Specifications for testing cleanrooms and associated environments to prove
continued compliance
Metrology and Test methods
ISO 14644-4
Design, Construction and Start-up of Cleanroom Facilities
ISO 14644-5
Cleanroom Operations
ISO 14644-6
Terms, Definitions & Units
ISO 14644-7
Separative Devices
ISO 14644-8
Classification Of Airborne Molecular Contamination
ISO 14898-1
Biocontamination, General Principles
ISO 14898-2
Biocontamination, Evaluation & Interpretation of Bio-Contamination Data
ISO 14898-3
Biocontamination, Methodology for Measureing the Efficiency of Processes of
Cleaning and/or Disinfection
Puhdastilojen ja CNC-tilojen ilmanvaihtokertoimet (ACH) saattavat nousta moninkertaisiksi verrattuna muuhun teollisuuteen ja toimitilarakentamiseen. Tästä syystä lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmät kuluttavat paljon energiaa ja niiden energiatehokkuuteen ja ympäristövaikutuksiin tuleekin kiinnittää erityistä huomiota. ASHRAE on omassa lehdessään heinäkuussa 2004 (13) illustroinut selventävästi sitä ilmanvaihtokerroinsuhdetta, joka vallitsee puhdastilailmastointijärjestelmien ja tavanomaisen teollisuuden
tai toimitilan ilmastointijärjestelmien välillä. Tämä suhde ilmenee kuvasta 1.
20
Kuva 1. Ilmanvaihtokertoimien suhteellisuus (13, s.37).
Ilmanvaihtokertoimet (=ilmanvaihdon tarve) ovat riippuvaisia epäpuhtauslähteistä,
lämpökuormista ja sallitusta tuloilmanlämpötilan alilämpöisyydestä, kohdepoistoista ja
vaaditun huonepaine-eron ylläpitoon tarvittavasta vuotoilmamäärästä. Elpymisaikavaatimus (recovery time) saattaa myöskin vaikuttaa vaadittuun ilmanvaihtokertoimeen
Elpymisaika tarkoittaa sitä aikaa, joka kuluu siitä hetkestä, kun epäpuhtaus lähde
sammuu ja mitattu huoneilman hiukkaspitoisuus laskee 1/100:aan lähtöarvosta.
Il-
manvaihtokerroin (ACH) lasketaan kaavan 1 mukaan (15, s. 62):
ACH = h
äää /h
h
[ ]
(1)
Huoneen hiukkaspitoisuus lasketaan laimennusyhtälön avulla (15, s. 63):
ℎ
!"#$""/%& =
'(ä()*+,)-./01*/)--,.2+,/3/-456/(ää.+ö/.∗
9)51001/:3,3ää4ä[3 /.]
(2)
*Edellytyksenä on, ettei huoneen tuloilmassa ole hiukkasia.
Ilmanvaihtokerroin ACH on ratkaisevassa roolissa puhuttaessa lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmien energiatehokkuudesta ja ympäristövaikutuksista. Tästä aiheesta on
21
syvällisempää pohdintaa luvuissa 4 ja 7. IEST suosittelee puhdastilojen ilmanvaihtokertoimiksi (RP-121) perustuen ISO standardin 14644-1 puhtausluokkiin kuvan 2 mukaisia
ilmanvaihtokertoimia.
Kuva 2. Puhdastilojen ilmanvaihtokertoimet puhtausluokkien mukaan (13, s. 37)
Lääketeollisuuden puhdas- ja CNC-tilojen ilmastointijärjestelmien puhtausluokkina käytetään ISO 14644-1:n mukaisia puhtausluokkia 5, 6, 7 ja 8. Vaativimpia ISO 146441:n puhtausluokkia 1, 2, 3 ja 4 käytetään lähinnä elektroniikkateollisuuden puhdastiloissa.
ASHRAE:n käsikirjassa on laskennallisesti osoitettu huoneen ilmanvaihtokertoimen laskenta ja huoneessa vallitseva ilmanvirtausnopeus (=otsapintanopeus niin sanotussa
mäntävirtauksessa), kun huoneen mitat tunnetaan. ASHRAE viittaa myös käsikirjassaan vanhaan U.S. Federal Standardin 209E puhtausluokkiin 1 – 1 000 000, jota edelleen käytetään rinnan standardin ISO 14644-1 kanssa vaikka näin ei pitäisi tehdä.
ASHRAE:n laskenta on esitetty taulukossa 13. Taulukon 13 ilmanvaihtokertoimet voidaan laskea kolmella eri tavalla. Laskennassa käytetyt kaavat 3, 4 ja 5 ovat
;< = &=>>∗?
@A9
(3)
22
;< = &=>>∗@∗A∗B
@A9
(4)
;< = &=>>∗B
9
(5)
L on huoneen pituus [m]
W on huoneen leveys [m]
H on huoneen korkeus [m]
v on ilman nopeus huoneessa [m/s]
AHC on ilmanvaihtoa tunnissa (air changes per hour)
Kaava 5 osoittaa, että tietyllä ilman nopeudella huoneessa, ilmanvaihtokerroin AHC
muuttuu käänteisessä suhteessa huonekorkeuteen H.
Taulukko 13. Ilmanvaihtokertoimet huonekorkeudesta riippuvaisina (14, s. 16.11)
CLASS ISO 209
AVERAGE
ROOM
VELOCITY. m/s
2
3 CLASS 1
4 CLASS 10
5 CLASS 100
0.43 to
0.36 to
0.30 to
0.23 to
6 CLASS 1000
7 CLASS 10.000
8 CLASS 100.000
9 CLASS 1.000.000
0.13 to 0.18
0.04 to 0.09
0.02 to 0.04
0.010 to 0.015
0.51
0.43
0.36
0.28
AIR CHANGES PER HOUR
2.5 m CEILING 3 m CEILING
638 to
525 to
450 to
338 to
6 m CEILING
9 m CEILING
12 m CEILING 18 m CEILING
750
838
525
413
510 to 500
420 to 510
360 to 420
270 to 330
255 to
210 to
180 to
135 to
170 to 200
140 to 170
120 to 140
90 to 110
128 to 150
105 to 128
90 to 105
68 to 83
85 to 100
70 to 85
60 to 79
45 to 55
166 to 263
60 to 120
30 to 45
15 to 23
150 to 210
50 to 100
25 to 35
12 to 18
75 to 105
24 to 48
12 to 16
6 to 9
50 to 70
15 to 30
8 to 12
4 to 6
28 to 53
12 to 24
8 to 9
3 to 5
25 to 35
8 to 16
4 to 6
2 to 3
300
244
210
165
Lääketeollisuuden puhdas- ja CNC-tilojen ilmastointijärjestelmien puhtausluokan mukaisina ilmanvaihtokertoimina voidaan käyttää taulukon 14 mukaisia ilmanvaihtokertoimia.
Taulukko 14. Tyypillisiä lääketeollisuuden puhdastilojen ilmanvaihtokertoimia (15, s. 62).
CLASS OF CLEANROOM
ISO 8
ISO 7
ISO 6
<-
AIR CHANGES PER HOUR
2-10
10-100
> 100
use unidirectional airflow
23
Useat lääketeollisuusyritykset käyttävät omia puhtausluokkakohtaisia ilmanvaihtokertoimia, jotka saattavat poiketa edellisen taulukon arvoista. Vaadittavan EU GMP- tai
FDA cGMP -puhtausluokan määrittelee aina lääketeollisuusyritys. Puhtausluokan määrittely voidaan tehdä myös ISO 14644-1 -standardin puhtausluokkien mukaisesti. Annettujen puhtausluokkien vastaavuuden vertailuun voidaan käyttää taulukkoa 11.
2.5
LVI-järjestelmien energiatehokkuutta parantavat toimenpiteet
Lääketeollisuuden vuotuiset energiakustannukset on suhteellisen pienet verrattuna
esimerkiksi lääketehtailta ulos lähteneisiin kuljetusten arvoon. Lääketeollisuus on kuitenkin osana ympäröivää yhteiskuntaa ja siksi myös vastuussa ympäristöstään. Lääketeollisuus on HI-TECH -teollisuutta ja siksi se haluaa ylläpitää yrityskuvaa, joka vastaa
aikamme haasteita. Tämän hetken suurin haaste tulee ilmaston lämpenemisestä ja
siihen vaikuttavasta CO2 –päästöstä maan ilmakehään.
Lääketeollisuuden toiminnan perusta on ihmisten ja eläinten hyvinvoinnin lisääminen ja
ilmaston lämpenemisen ehkäiseminen on osa tätä tavoitetta. Lääketeollisuuden strategisia tavoitteita ohjaavat taloudelliset vaikuttimet niin kuin muussakin teollisuudessa.
Teollisuuden sisällä käydään jatkuvaa keskustelua siitä, mikä kullekin teollisuuden haaralle on tärkeää. Lääketeollisuusyrityksen tuleekin ennen energiajohtamisen strategiaan sitoutumistaan käydä läpi kuvan 3 mukainen prosessi (8, s. 19, 20).
24
Kuva 3. Energiajohtamisen prosessi (8, s.20)
Lääketeollisuuden energiatehokkuutta parantavat strategiset menetelmät jakaantuvat
energiajohtamiseen ja energiankäytön valvontaan (8, s. 19, 20 21). LBLN:n pääraportti
(8, s. 65, 66) esittää yhteenvetona ne lääketeollisuusyrityksen energiatehokkuutta parantavat toimenpiteet, jotka mahdollistavat järkevämmän energian käytön ja pienentävät näin ollen ympäristövaikutuksia. Taulukossa 15 on esitetty ne toimenpiteet, jotka
koskevat nimenomaisesti lääketehtaan ilmastointijärjestelmiä. Toimenpiteet on jaettu
energiajohtamiseen ja energiankäytön valvonnan tehtäviin.
25
Taulukko 15. Energiatehokkuutta parantavat toimenpiteet (8, s.65)
Yleistä
Energiajohtamisen ohjelmat
Energian käytön valvontajärjestelmät
Ilmastointijärjestelmät (HVAC)
Energiatehokas suunnittelu
Käyttöönotto ja valvonta
Energian kulutuksen valvonta (RAV)
Lämpötilat tuotantoajan ulkopuolella
Kanavien tiiviys
Poistoilman lämpötilojen hallinta
Muuttuva ilmavirtajärjestelmät
Säädettävät taajuusmuuttujat
Lämmöntalteenotto
Vedenjäähdyttimien hyötysuhteet
Puhallintyypit
Poistopuhaltimien hyötysuhteet
Vapaajäähdytys
Aurinkolämpö
Rakennuksen varjostus
Rakennuksen eristykset
Ikkunatyypit
Vetokaapit
Tehokas varastointi
Luukkujen auki/kiinni rajat
Vortexin käyttö
IMS-poistohuuvat
Berkeley vetokaappi
Puhdastilat
Pienemmät kiertoilman ilman-
Laadukkaat suodattimet ja niiden
vaihtokertoimet
tehokkuus
Jäähdytysvesijärjestelmien optimointi
Jäähdytystornit
Kohdepoistojen minimointi
Puhtausluokan pudotus
Moottorit
Moottorijohtamisen suunnitelma
Strateginen moottorivalinta
Kunnossapito
Oikein mitoitetut moottorit
Säädettävät taajuusmuuttujat
Tehon korjauskertoimet
Jännitteen (V) epätasaisuuden
Remmikäyttöjen korvaaminen
minimointi
Näiden toimenpiteiden lisäksi LBNL on tuottanut yksityiskohtaiisempaa tutkimustietoa
erityisesti laboratorioiden ja puhdastilojen ilmastointijärjestelmien energiatehokkuuden
parantamiseksi (16, s. 17, 18, 19, 20). Näitä toimenpiteitä ovat
−
ilmamäärien optimointi
−
ilmanjako
−
tieteellinen perusta ilmanvaihtokertoimille
−
tehokkaampien suodattimien kehittäminen
−
vetokaappien poistoilmamäärän pienentäminen
−
poistoilman lämmön talteenotto
−
kohdepoistolaitteiden ilmamäärän pienentäminen
−
valvontajärjestelmien parantaminen
−
epäpuhtauspitoisuuksiin perustuvat valvontajärjestelmät
26
−
verkkopohjaiset RAU –järjestelmät
−
miniympäristöt
−
valaistustehot
−
prosessilaitteiden lämpökuormat ja käyttö.
LBNL:n Hi-Tech-rakennusten puhdastilojen energiatehokkuuden parantamiseen tähtäävien koulutusohjelmien aineistoista löytyvät muun muassa seuraavat suositukset (17, s.
26, 27):
−
puhdastilojen minimointi
−
oikea puhtausluokka
−
optimoitu ilmanvaihtokerroin
−
miniympäristöjen käytön hallinta
−
optimoitu suodattimien osuus kattopinta-alasta
−
puhdastilaprotokollan ja puhtauden harkinta
−
minimoitu painehäviö (ilmanvastus)
o
ilmastointikojeiden sijoitus > tilojen lähellä
o
kanavien sopiva mitoitus ja minimoitu pituus
o
varattava riittävät tilat matalan painehäviön ilman virtaukselle
o
pieni otsapintanopeus
−
muuttuvan pyörimisnopeuden puhaltimien käyttö
−
optimoitu painetaso
−
tuotannon ulkopuolisten aikojen ilmamäärien pienentämisen harkinta
−
tehokkaat komponentit
o
otsapintanopeus
o
puhallinsuunnittelu
o
moottorien hyötysuhteet
o
HEPA–suodattimien paine-erot
o
puhallussuodatin yksiköiden hyötysuhteet
o
ilmastointijärjestelmien sähkösyötöt.
Saman aineiston suunnittelua koskevat ohjeet listaavat viisi suurimman energiansäästöpotentiaalin omaavaa toimenpidettä (17, s. 30):
−
ilmastointikojeiden alhaiset otsapintanopeudet
−
kuormituksen mukaan ohjattavat vedenjäähdyttimet
27
−
vapaajäähdytystä hyödyntävät prosessilaitteet
−
kahden lämpötilaeron jäähdytyspiirit
−
kiertoilmamäärän alentaminen tuotannon ulkopuolisina aikoina
Tuloilma- ja ulkoilmajärjestelmien suunnitteluun samainen aineisto antaa seuraavat
ohjeet (17, s. 52):
−
ilmastointikojeiden sijoittaminen puhdastilojen lähelle
−
kanaviston painehäviöt
−
paine-erot/hävikit/kohdepoistot
−
ilmastointikojeiden otsapintanopeudet
−
pattereiden painehäviöt
−
kanavien/kammioiden mitoitus ja sijoitus
−
puhaltimien ja moottoreiden hyötysuhteet
−
muuttuva ilmavirta puhaltimet.
Edellä mainitusta aineistosta löytyvät seuraavat energiatehokkuutta lisäävät johtopäätökset (17, s. 73):
−
puhdastilan minimointi
−
oikea puhtausluokka
−
ilmanvaihtokerroin
−
painehäviöiden minimointi
−
ilmamääräsääteiset järjestelmät
−
poistoilmamäärän minimointi.
Samaisessa aineistossa on listattu ne käytännön toimenpiteet, joilla on pystytty vaikuttamaan ilmanvirtausreitin vastuksiin (17, s. 74):
−
kanavakoko (isompi koko on hyvä)
−
matala otsapintanopeus
−
minimoitu kanaviston/ilmanvirtausreitin pituus
−
tehokkaat matalapainehäviön suodattimet
−
korotetun lattian painehäviö (% auki)
−
palautusilmahormien koko ja sijoitus
−
kammioiden käyttö.
28
Edellä mainittu aineisto tuo viimeksi esiin sen tosiasian, ettei puhdastilailmanvaihtojärjestelmien energiatehokkuutta mahdollisteta ainoastaan ilmanvaihtoteknisin keinoin
vaan kokonaisuuden hallitsemiseksi tarvitaan integroitua lähestymistapaa, jossa tulee
ottaa huomioon (17, s. 75)
−
järjestelmien mitoitus todellisille kuormille (mekaaninen ja sähkötekninen rajapinta)
−
matalan painehäviön ilmastointijärjestelmät (mekaaninen/HVAC ja
arkkitehtuurinen rajapinta)
−
muuttuvien virtaamien mahdollistaminen (mekaaninen ja ohjauksen/valvonnan rajapinta).
LBNL:n tutkimukseen perustuvissa suosituksissa on kiinnitetty paljon huomiota puhdastilailmanvaihtojärjestelmien energiatehokkuuteen ja erityisesti sähkönkulutukseen.
Kuva 4 havainnollistaa puhdastilailmastointijärjestelmien puhaltimien sähköenergiankulutusta, joka vastasi kokonaisenergiankulutuksesta 16 % laitoksessa 1, 27 % laitoksessa 2 ja 11 % laitoksessa 3. Tässä yhteydessä on syytä muistaa, että kyseessä olevat laitokset 1, 2 ja 3 edustavat LBLN:n tutkimuksissa elektroniikkateollisuutta.
Kuva 4
Energiakulutuksen jakaantuminen eräissä puhdastiloissa (17, s. 40)
29
3
3.1
Puhdastilojen ilmastointijärjestelmät
Elektroniikkateollisuuden ilmastointijärjestelmät
Elektroniikkateollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmät ovat yleensä kooltaan ja
kapasiteetiltaan lääketeollisuuden puhdastilojen ilmastointijärjestelmiä suuremmat. Ne
vaativat toimiakseen suuret tilat ja niissä pyritään luomaan ISO 14644-1 puhtausluokkien 1− 5 olosuhteet. Kriittisinä huoneolosuhdeparametreinä ovat yleensä lämpötila ja
kosteus. Niissä pyritään maksimoimaan kierrätysilman käyttö. Kierrätysilman käyttöön
on kolme konseptia, jotka ovat esitettyinä kuvissa 5, 6 ja 7.
Kuva 5. Konsepti 1 elektroniikkateollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmän kiertoilmalle
(17, s.11).
Elektroniikkateollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmän kierrätyslmakonseptissa 1
tuloilma (=käsitelty ulkoilma) johdetaan kanavilla kierrätysilmakojeiden sekoituskammioihin,
joista
kierrätysilmakojeissa
käsitelty
ilma
johdetaan
kanavilla
HEPA-
suodattimille. Kierrätysilma johdetaan rei’itetyn lattian kautta kierrätysilmahormeihin ja
niistä kierrätysilmakammioon (17, s. 11).
30
Kuva 6. Konsepti 2 elektroniikkateollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmän kiertoilmalle
(17, s. 12).
Elektroniikkateollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmän kierrätysilmakonseptissa 2
tuloilma (=käsitelty ulkoilma) johdetaan alipaineiseen kierrätysilmapuhallinkammioon,
jossa jäähdytetty kierrätysilma sekoittuu ulkoilmaan Kierrätysilmapuhaltimet puhaltavat
ilman ylipaineiseen kammioon, josta ilma kulkeutuu HEPA-suodattimille (17, s. 12).
Kuva 7. Konsepti 3 elektroniikkateollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmän kiertoilmalle
(17, s. 13).
31
Elektroniikkateollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmän kierrätysilmakonseptissa 3
tuloilma (=käsitelty ulkoilma) johdetaan kanavilla puhallinsuodatinyksiköiden (=FFU)
alipainepuolelle kierrätysilmahormeihin, joista ilma johdetaan puhallinsuodatinyksiköiden HEPA-suodattimille. Järjestelmässä syntyvät lämpökuormat hallitaan ulkoilman
käsittelyyn tarkoitetuissa tuloilmakojeissa (17, s. 13).
3.2
Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmät
ISPE on julkaissut hyvien käytäntöjen oppaan, jossa on esitetty lääketeollisuudessa
yleisimmin esiintyvät ilmastointijärjestelmät. Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmille
on ominaista se, että ne rakennetaan palvelemaan tiettyä tuotantotyyppiä. Kuvissa 8 −
16 on esitetty yleisimmät järjestelmäratkaisut.
Kuva 8. Lääketeollisuuden CNC-/puhdastilailmastointijärjestelmä tiloille, joissa käsitellään
kemiallisesti API:a (12, s. 50).
Aktiivisen lääkeaineen kemiallinen käsittely estää kierrätysilman käytön, koska jäteilma
on SRMK:n osan D2 jäteilmaluokan 4 ilmaa. Järjestelmään yleensä sisältyy vähintään
kaksiportainen ulko- ja tuloilman suodatus, lämmön talteenotto, lämmitys, jäähdytys,
jälkilämmitys ja optiona kostutus. Jälkilämmitys hoidetaan pääsääntöisesti huonekoh-
32
taisilla jälkilämmityspattereilla. Tämä siksi, että huonekohtaiset lämpökuormat saattavat esiintyä eriaikaisesti ja koko ulkoilma- ja tuloilmavirta kuivataan aiheuttaen tuloilmaan suurehkon alilämpöisyyden.
Ilman huonekohtaista jälkilämmitystä niissä huo-
neissa, joissa ei ole riittävästi sisäisiä lämpökuormia, huonelämpötilat saattavat laskea
alle hyväksyttävän työsuojelunormitason. Reaktorihuoneen kohdepoistohuuva ja hätätuuletus on huomioitu esimerkinomaisesti. Kuvan 8 esimerkissä kaikki valmistushuoneet ovat puhtausluokittelemattomia.
Kuva 9. Lääketeollisuuden CNC-/puhdastilailmastointijärjestelmä tiloille, joissa API:a käsitellään liuottimilla tai vaarallisilla aineilla (12, s. 51)
Aktiivisen läkeaineen käsittely liuottimilla tai vaarallisilla aineilla estää kierrätysilman
käytön ja tuo mukanaan useita käyttöturvallisuuteen liittyviä pohdintoja. Näitä ovat
muun muassa ATEX–normiin liittyvät näkökohdat ja SRMK:n osiin E1, E7 ja D2 liittyvät
näkökohdat. Kuvan 9 esimerkissä on merkille pantavaa erillispoistot ja jäteilman suodatus. Jäteilma tulee suodattaa silloin kun jäteilma sisältää ympäristölle vaarallisia aineita.
Järjestelmän rakenne on kuten kuvassa 8 mutta tässä esimerkissä on lisänä huonekohtainen kolmas tuloilman suodatinporras, joka yleensä valitaan EPA- tai HEPA- suodatinluokista E10 – H14 standardin EN 1822:2009 mukaisesti (12, s. 51).
33
Kuva 10. Lääketeollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmä biologisen lääkkeen viljelytiloille
(12, s. 52).
Biolääkkeiden valmistuksessa prosessi jaetaan geeniteknologian lainsäädännössä määriteltyihin bioturvallisuusluokkien BSL (Bio Safety Level) 1–4 mukaisiin luokkiin. Turvallisuusluokalla on suuri vaikutus ilmastointijärjestelmään Kierrätysilmaa voidaan käyttää
BSL 1- ja 2 -turvallisuusluokkien ilmastointijärjestelmissä sillä edellytyksellä, että kaikki
ne työvaiheet, joissa huoneilmaan saattaa päästää eläviä viruksia, suoritetaan standardin EN 12469 luokkien I, II ja III mukaisissa suojakaapeissa. Biollääkkeiden valmistus
jaetaan yleensä valmistusprosessin mukaiseen viljelyyn ja puhdistukseen.
Kuvassa 10 on esitetty viljelyprosessin ilmastointijärjestelmä, jossa ulkoilma johdetaan
erillisen ulkoilmakäsittely-yksikön kautta kierrätysilmakojeen sekoituskammioon. Ulkoilmayksikössä suodatin, lämmitys, jäähdytys ja kuivatus sekä sorbtiokuivatus (jos
mitoitusolosuhde vaatii). Kierrätysilmakojeessa on kaksiportainen suodatus, kostutus ja
jäähdytys. Huonekohtaisissa tuloilmahaaroissa jälkilämmitys ja HEPA- suodattimet.
Kierrätysilma HEPA- suodatetaan niissä huoneissa, joissa terveydelle tai ympäristölle
haitallisia viruksia saattaa päästää huoneilmaan (12, s. 52). Biolääkkeiden valmistustilojen ilmastointijärjestelmän rakenteeseen ja mitoitukseen vaikuttavat samanaikaisesti
GMP- puhtausluokat ja bioturvallisuusluokat. Molempien luokkien vaatimukset tulee
34
täyttyä. Tämä tekee ilmastointijärjestelmän suunnittelun haastavaksi. Biolääkkeiden
valmistustilojen puhtausluokkina saattavat esiintyä kaikki EU GMP:tä vastaavat luokat
A, B, C ja D.
Kuva 11. Lääketeollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmä biologisen lääkkeen puhdistustiloille (12, s. 53).
Kuvassa 11 on esitetty biolääkevalmistusprosessin puhdistuksen ilmastointijärjestelmä.
Periaate on sama kuin biolääkevalmistusprosessin viljelyn ilmastointiprosessissa (12, s.
53). Bioturvallisuusluokkien 3 ja 4 ilmastointijärjestelmissä ei yleensä hyväksytä kierrätysilman käyttöä. Näiden terveydelle ja ympäristölle vaarallisten biolääkevalmistusprosessien ilmastointijärjestelmien jäteilma HEPA- suodatetaan Bag in/Bag out-tyyppisissä
suodattimissa, joissa saastunut HEPA- suodatin vaihdetaan turvallisesti suoraan kaasutiiviiseen pakkaukseen. Bioturvallisuusluokkien 3 ja 4 ilmastointijärjestelmät varustetaan yleensä UPS- yksiköillä ja ne liitetään sähkönsyötön osalta varavoimajärjestelmiin.
Bioturvallisuusluokkien 3 ja 4 ilmastointijärjestelmien toiminta tulee varmistaa sähkökatkojen varalta niin, että turvallisuuden kannalta kriittiset puhaltimet käyvät jatkuvasti.
35
Kuva 11. Lääketeollisuuden CNC-/puhdastilailmastointijärjestelmä suun kautta otettavan
(OSD) lääkkeen valmistustiloille (12, s. 54).
Kuvassa 12 on esitetty suun kautta otettavien lääkkeiden (OSD = Oral Solid Dosages)
valmistustilojen ilmastointijärjestelmä. Näitä tiloja käytetään muun muassa tabletin
valmistuksessa ja valmistusprosessissa käytettävät raaka-aineet ovat terveydelle vaarattomia. Ilmastointijärjestelmä koostuu yleensä erillisestä ulko-ja tuloilman käsittelyyksiköstä, josta ilma johdetaan kierrätysilmakojeen sekoituskammioon. Kierrätyslmakojeessa on kaksiportainen suodatus, kostutus ja jäähdytys. Kierrätysilmakojeen sekoituskammion jälkeen on esitetty asennettavaksi lämmityspatteri ja tämä tarvitaan, jos
ulkoilma otetaan kierrätysilmajärjestelmään ilman erillistä ulko-ja tuloilman käsittelyyksikköä. Huonekohtaisissa tuloilmahaaroissa on jälkilämmityspatterit ja HEPA- suodattimet. Periaateratkaisuna voidaan pitää niin sanottua puhdaskäytävää, josta ilma virtaa
valmistushuoneisiin. Näin rakennettu paine-erokaskadi estää niin sanotun ristikontaminaation. OSD- tuotantotilojen GMP- puhtausluokkana on yleensä EU GMP:tä vastaava
”D” tai valvottu mutta ei luokiteltu ”CNC” (12, s. 54).
36
Kuva 12. Lääketeollisuuden CNC-/puhdastilailmastointijärjestelmä suun kautta otettavan
(OSD) lääkkeen valmistustiloille, joissa käsitellään terveydelle vaarallisia (potent) aineita
(12, s. 57).
Kuvassa 13 on esitetty suun kautta otettavien lääkkeiden (Oral Solid Dosages) valmistustilojen ilmastointijärjestelmä. Näitä tiloja käytetään muun muassa tabletin valmistuksessa ja valmistusprosessissa käytettävät raaka-aineet ovat terveydelle vaarallisia,
joten kierrätysilman käyttö ei tule kysymykseen. Ilmastointijärjestelmä koostuu yleensä erillisistä ulko- ja tuloilman sekä jäteilman käsittely-yksiköstä, joissa on epäsuora
lämmön talteenotto. Muut lämmön talteenottomenetelmät ovat käyttökelvottomia, koska tulo- ja jäteilman välistä vuotoa ei sallita. Tuloilmakojeessa on kaksiportainen suodatus, lämmön talteenotto, lämmitys, kostutus ja jäähdytys. Huonekohtaisissa tuloilmahaaroissa on jälkilämmityspatterit ja HEPA-suodattimet. Poistoilmakojeessa on lämmön talteenotto ja suodatin. OSD-tuotantotilojen GMP-puhtausluokkana on yleensä EUGMP:tä vastaava ”D” tai valvottu mutta ei luokiteltu ”CNC” (12, s. 57).
37
Kuva 13. Lääketeollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmä steriilin lääkkeen valmistustiloille (12, s. 60).
Kuvassa 14 on esitetty steriilin (= mikro-orgamismeista täysin vapaa) lääkkeen valmistustilojen ilmastointijärjestelmä. Steriili lääke on yleensä suonen sisäiseen käyttöön
tarkoitettu lääkevalmiste, kuten ruiskeet, silmätipat ja infuusioliuokset. Steriili lääke
valmistetaan aseptisissa (= mikro-organismeista vapaa) tiloissa. Steriilin lääkkeen valmistustilojen ilmastointijärjestelmissä pyritään maksimoimaan kierrätysilman käyttö.
Kierrätysilmajärjestelmiä saattaa olla useita ja niillä voi olla yksi yhteinen ulko- ja tuloilman käsittely-yksikkö tai jokaisella kierrätysilmajärjestelmällä on itsenäinen ulko- ja
tuloilman käsittely-yksikkö. Kuvassa 14 kierrätysilmajärjestelmät koostuvat kierrätysilmapuhaltimesta, sekoituskammiosta, kaksiportaisesta suodatuksesta lämmityspatterista (tarvitaan, jos ulkoilma otetaan suoraan sisään ilman erillistä käsittely-yksikköä),
jäähdytyspatterista, absorptio kuivaimesta (jos huoneolosuhteet vaativat erityistä kuivuutta), kostutuksesta ja jälkilämmityspatterista. Huonekohtaisissa tuloilmahaaroissa
jälkilämmityspatterit ja HEPA- suodattimet. Steriilin lääkkeen valmistustilat luokitellaan
EU GMP- puhtausluokkien A, B, C ja D mukaan, myös luokitusta CNC esiintyy (12, s.
60).
38
Kuva 14. Lääketeollisuuden CNC-/puhdastilailmastointijärjestelmä laboratorioille (12, s. 66)
Lääkevalmistustilojen laadunvarmistus (QA = Quality Assurance, QC = Quality Control)
tapahtuu laboratorioissa, kuten myös tuotekehitys ja tutkimus toiminta. Laboratorioiden jäteilma kuuluu yleensä SRMK:n osan D2 jäteilmaluokkaan 3 ja 4 eikä näin ollen
sovellu kierrätysilmaksi. Laboratorioiden ilmastointijärjestelmä koostuu erillisistä ulko/tuloilma- ja jäteilmayksiköistä joiden välillä on epäsuora lämmön talteenotto. Ulko/tuloilmayksikkö koostuu suodattimesta, lämmön talteenottopatterista, lämmityspatterista, kostutusosasta (jos kostutusta tarvitaan), jäähdytyspatterista ja huonekohtaisista
tuloilmahaaroista, joissa jälkilämmityspatterit. Laboratorioiden ilmastointijärjestelmät
mitoitetaan yleensä vetokaappien ja kohdepoistojen korvausilmamäärän perusteella
(12, s. 66). Tyypillinen laboratorioiden ilmastointijärjestelmä on esitetty kuvassa 15.
39
Kuva 15. Lääketeollisuuden laboratoriotilojen ilmavirtojen ja paine-erojen hallinta (12, s. 67).
Kuvassa 16 esitetään laboratorioissa yleisesti käytetyn vetokaapin ohjauskaavio. Vetokaapin luukussa pyritään ylläpitämään otsapintanopeus 0,5 m/s. Nopeus ei saisi alittaa
eikä ylittää edellä mainittua otsapintanopeutta. Liian alhainen nopeus ei estä terveydelle vaarallisten huurujen ja kaasujen vuotoa vetokaapin työtasolta väärään suuntaan eli
vetokaapista ulos. Liian korkea otsapintanopeus aiheuttaa turbulenssia vetokaapin aukossa ja siitä seuraa terveydelle vaarallisten huurujen ja kaasujen kulkeutumista ulos
vetokaapista. Kuvan kaavio esittää laboratoriohuoneen ilmavirtojen ohjausjärjestelmää,
jossa
keskusyksikön
välityksellä
ohjataan
vetokaapin
aukon
avautumisastetta
(=korkeus työtasosta), aukon otsapintanopeutta, yleispoiston ilmamäärää ja tuloilmamäärää sekä tuloilman lämpötilaa, samoin ohjataan laboratoriohuoneen paine-eroa
suhteessa referenssitilaan, ovikytkin tarvitaan paine-eron säädössä. Läsnäoloanturi
aktivoi järjestelmän käyttötilaan. Kuva 15 ilmentää hyvin sitä kokonaisuutta, jolla laboratoriotilojen tai rakennuksen ilmavirtoja sekä käyttöturvallisuutta hallitaan (12, s. 67).
40
4
4.1
Referenssikohteen ilmastointijärjestelmien energiatehokkuus
Referenssikohde
Referenssikohde on kuvitteellinen tuotantolaitos, jossa sijaitsevat tabletin valmistusosasto, voidevalmistusosasto, suonensisäisten steriilien lääkkeiden valmistusosasto ja
pakkaamo. Referenssikohteen ilmastointijärjestelmien kokonaisuuden ymmärtäminen
edellyttää toimintakaavion ja layout-piirustusten lukemista samanaikaisesti tekstiosan
kanssa. Toimintakaavio ja layout-piirustukset ovat liitteinä 1, 2 ja 3.
Referenssikohteen ilmastointijärjestelmien energiatehokkuutta ja ympäristövaikutuksia
tutkitaan Suomen olosuhteissa vaihtoehtoisilla sijoituspaikkakunnilla. Sijoituspaikkakunnat vastaavat Suomen Rakentamismääräyskokoelman osan D3/2012 säävyöhykkeitä. Sijoituspaikkakuntavaihtoehdot ovat Helsinki-Vantaa, Jokioinen, Jyväskylä ja Sodankylä. Sijoituspaikkapohdintaa käytetään niin sanotuissa greenfield–hankkeissa, joissa
lääkeyrityksellä on useampi vaihtoehto käytettävänään. Tässä pohdinnassa on mukana
useita päätökseen vaikuttavia tekijöitä. Energiatehokkuus ja energiankulutus sekä näistä johtuvat ympäristövaikutukset muodostavat yhdessä tärkeän kokonaisuuden, jota
ilman sijoituspaikkapohdinta ei vastaa nykyajan vaatimuksia. Samanlaista pohdintaa
voidaan soveltaa myös peruskorjaus- ja saneerauspäätöksissä.
Lääketeollisuudelle ominaista on lääkkeen elinkaaresta johtuva investointitarve. Lääkkeen elinkaaren pituus on patenttihakemuksen jättämisestä patentin antaman suojan
päättymiseen, noin 25 vuotta, asti, jonka jälkeen lääkkeen rinnalle ilmestyy halvempia
versioita (4). Lääkkeen valmistuksen elinkaari on huomattavasti lyhyempi, noin 15
vuotta (4). Lääkkeentuotannon elinkaaren lyhyydestä johtuen lääkeyritys on jatkuvassa
prosessissa, jossa vanhojen, käytössä olevien tuotantolinjojen tehokkuutta parannetaan ja uusien tulevien lääkkeiden tuotantolinjojen suunnittelua viedään eteenpäin.
Referenssikohteen omistava yritys haluaa tietää tuotantolaitoksensa tuotannon ilmastointijärjestelmien energian kulutuksen, energiatehokkuuteen vaikuttavat tekijät sekä
näiden ympäristövaikutukset sijoituspaikkakuntien mukaan. Referenssikohde on tuotantorakennus, joka jakaantuu pohjakerroksessa sijaitseviin tuotanto-osastoihin, niiden
päällä sijaitsevaan tekniseen ullakkoon ja tekniseen kerrokseen (ks. liite 2 ja 3).
41
Energiankulutuksen ja ympäristövaikutusten selvittämiseksi suoritetaan niin sanottua
peruslaskenta, jonka ehkäpä tärkeimpänä osana ovat huonelaskentataulukot (ks. liite
4). Huonelaskentataulukoista selviävät tuotanto-osastokohtaiset mitoitetut ilmamäärät.
Tässä
tapauksessa
tuotanto-osastokohtainen
ilmamäärä
on
myös
tuotanto-
osastokohtaisen ilmastointikojeen ilmamäärä. Laskenta etenee seuraavasti:
1. Määritetään GMP-kriittiset huoneolosuhteet ja mitoittavat ulkoilmaolosuhteet
talvelle ja kesälle.
2. Täytetään huonelaskentataulukot ja suoritetaan laskenta (ks. liite 4).
3. Piirretään ilmastointiprosessit Mollier-diagrammiin.
4. Lasketaan tarvittavat lämmitys-, jäähdytys- ja kostutustehot.
5. Lasketaan kanaviston painehäviöt (ks. liite 5).
6. Suoritetaan niin sanotut kojeajot esimerkiksi FläktWoodsin Acon-ohjelmalla.
7. Lasketaan vuotuinen energiankulutus ulko- ja palautusilmajärjestelmille.
8. Lasketaan energiankulutustietoihin perustuvat ympäristövaikutukset.
Laskentaa ja suunnittelua tehdään samanaikaisesti, ne täydentävät toinen toisiaan.
Lääketehtaan ilmastointijärjestelmien suunnittelu etenee vaiheittain:
1. CD (Conseptual Design / epävirallinen käännös: ehdotussuunnittelu)
2. BD (Basic Design / epävirallinen käännös: perussuunnittelu)
3. DD (Detail Design / epävirallinen käännös: toteutussuunnittelu)
Referenssikohteen ilmastointijärjestelmien suunnitelmien taso vastaa BD-vaihetta (ks.
liitteet 1, 2, 3). Tuotanto-osastot jakaantuvat tuotekohtaisesti taulukon 16 mukaisiin
pinta-aloihin, huonekorkeuksiin ja tilavuuksiin.
Taulukko 16. Tuotanto-osastojen jako.
Osaston nimi
Ala [m2]
Korkeus [m]
Tilavuus [m3]
Tabletin valmistus
206
2,55
525
Voiteen valmistus
187
2,45
458
Steriilit lääkkeet
106
2,44
259
Pakkaamo
359
2,45
881
Yhteensä
858
2123
Tuotanto-osastot ovat puhtausluokiteltuja valmistettavien tuotteiden mukaisiin EU GMP
-puhtausluokkiin. Sovellettavat puhtausluokat on esitetty taulukossa 17. Puhtausluok-
42
kien määrittämisen tekee lääkeyritys. Tuotanto-osastoihin sovelletaan taulukon 17 mukaisia EU GMP- puhtausluokkia.
Taulukko 17. Sovellettavat EU GMP– puhtausluokat.
Osaston nimi
luokka
Tabletin valmistus
D ja CNC*
Voiteen valmistus
D ja CNC
Steriilit lääkkeet
A, B, C, D ja CNC
Pakkaamo
CNC
*CNC: valvottu, mutta ei puhtausluokiteltu tila
Tuotantotilojen ilmastointijärjestelmät jakaantuvat tuotekohtaisesti, joka on suositeltavaa ristikontaminaatioiden välttämiseksi (12, s. 15, 163). Taulukossa 18 on esitetty
osastokohtaisten ilmastointijärjestelmien tunnukset.
Taulukko 18. Osastokohtaiset ilmastointijärjestelmät.
Osaston nimi
Ilmastointijärjestelmät
Tabletin valmistus
G3 AHU 1
Voiteen valmistus
G3 AHU 2
Pakkaamo
G3 AHU 3
Steriilit lääkkeet
G3 AHU 4.1 ja G3 AHU 4.2
Tuote- ja osastokohtaisten ilmastointijärjestelmien ulko- ja kierrätysilman käytön rakenne määräytyy ristikontaminaatioriskin perusteella ulkoilma- ja kierrätysilmajärjestelmiin. Taulukossa 19 on esitetty ilmastointijärjestelmäkohtaiset rakenteet. Ulko- ja
kierrätysilman käyttöön liittyvät riskit määrittelee lääkeyritys.
Taulukko 19. Ilmastointijärjestelmien rakenteet.
G3 AHU 1
Ulkoilma 100%
G3 AHU 2
Ulkoilma/kierrätysilma 20/80%
G3 AHU 3
Ulkoilma/kierrätysilma 20/80%
G3 AHU 4
Ulkoilma/kierrätysilma 20/80%
Kierrätysilman käyttöä kannattaa hyödyntää, jos ristikontaminaation vaaraa ei ole. Ulkoilman osuus voi kierrätysilmajärjestelmissä vaihdella 1020 % välillä normaalimitoi-
43
tuksissa, mutta ulkoilman minimiosuuden määrittelee sisäilman laatuvaatimukset ja
kansalliset määräykset. Ulkoilman osuuteen vaikuttaa myös esimerkiksi kohdepoistojen
ja suojailmanvaihtolaitteiden edellyttämät korvausilmamäärät.
Ilmastointijärjestelmien komponenttien kokoonpanossa noudatetaan ISPE:n suosituksia. Luvussa 3.2 on kuvattu lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmät. Taulukossa 20
viitataan luvun 3.2 järjestelmiin, joissa esitetään referenssikohteessa sovellettavat ilmastointijärjestelmien komponenttien kokoonpanot.
Taulukko 20. Ilmastointijärjestelmien kokoonpanot.
G3 AHU 1
luku 3.2 kuva 13
G3 AHU 2
luku 3.2 kuva 12
G3 AHU 3
luku 3.2 kuva 12
G3 AHU 4.1
luku 3.2 kuva 14
G3 AHU 4.2
luku 3.2 kuva 14
4.2
Referenssikohteen ilmamäärät
Mitoitustehon selvittämiseksi on välttämätöntä käyttää niin sanottuja huonemitoitustaulukoita. Referenssikohteessa käytetyt taulukot ovat liitteessä 4. Puhdastiloissa tarvittavan ilmanvaihtokertoimen (ACH) määrittelee
•
puhtausluokan mukaisen sallitun hiukkaspitoisuuden ylläpitäminen laimennuslaskelmaan (kaava 2) perustuen tai käyttämällä kokemuspohjaisia ilmavaihtokertoimia
•
huoneessa vaikuttavat lämpökuormat ja sallittu tuloilman alilämpöisyys
•
kohdepoistojen ja suojailmavaihtolaitteiden korvausilmamäärät
•
vuotoilmamäärät vaaditun huonepaine-eron yläpitämiseksi.
Puhdastilan mitoittavaksi ilmamääräksi valitaan näistä edellä mainituista laskentatavoista se, joka edellyttää suurinta ilmamäärää. Hyvin usein mitoittaviksi tekijöiksi muodostuvat huoneessa vaikuttavat lämpökuormat ja sallittu tuloilman alilämpöisyys. Taulukossa 21 on esitetty tuotanto-osastokohtaiset prosessilaitteista tiloihin johtuvat lämpökuormat.
44
Taulukko 21. Tuotanto-osastojen prosessilaitteiden lämpökuormat.
Osaston nimi
Lämpökuormat [kW]
Tabletin valmistus
10,0
Voiteen valmistus
23,3
Steriilit lääkkeet
8,0
Pakkaamo
11,0
Yhteensä
52,3
Prosessilaitteiden lämpökuormien lisäksi huonetiloihin syntyy lämpökuormia ihmisistä,
valaistuksesta ja johtumalla seinien ja kattojen läpi huonetiloja lämpimämmästä teknisestä tilasta, joka kattaa koko tuotanto-osastoalueen. Ihmisistä syntyvänä lämpökuormana on käytetty 70 W/hlö (10, s. 40), ja kussakin tuotanto-osastossa työskentelee 10
henkilöä. Valaistuksesta syntyvänä lämpökuormana on käytetty 15 W/lattia-m2. Puhdastilan katto- ja seinävaippojen läpi tekniseltä ullakolta johtuvana lämpökuormana on
käytetty 2,8 W/lattia-m2. Sallittuna tuloilman alilämpöisyytenä on käytetty tuotantoosastokohtaisesti taulukon 22 lämpötiloja.
Taulukko 22. Tuloilman alilämpöisyys tuotanto-osastokohtaisesti.
Osaston nimi
Tuloilman alilämpö [ºC]
Tabletin valmistus
6
Voiteen valmistus
6
Steriilit lääkkeet
4
Pakkaamo
6
Taulukon 22 esittämien tuotanto-osastokohtaisten tuloilman alilämpöisyyksien lisäksi
mitoituksessa on käytetty 2 ºC tuloilman alilämpöisyyttä kaikissa henkilösuluissa. Henkilösulut toimivat myös pukuhuoneina, joissa vedon tunteen aiheuttamista on vältettävä.
Puhtausluokan mukaisen sallitun hiukkaspitoisuuden ylläpitämiseen kokemuspohjaisia
ilmanvaihtokertoimia käyttäen sekä edellä mainittuihin huoneessa vaikuttaviin lämpökuormiin perustuen käyttäen taulukon 22 tuloilman alilämpöisyyttä mitoituksessa päädytään tuotanto-osastokohtaisiin ilmanvaihtokertoimiin, jotka on esitetty taulukossa 23.
45
Taulukko 23. Tuotanto-osastokohtaiset mitoittavat ilmanvaihtokertoimet.
Osaston nimi
Ilmanvaihtokerroin [ACH]
Tabletin valmistus
12-39
Voiteen valmistus
12-78
Steriilit lääkkeet
22-735
Pakkaamo
4-36
Tuloilmaeliminä käytetään niin sanottuja pyörrehajottimia, joissa on ilmansuuntausmahdollisuus. Tuloilman sisään puhallus tapahtuu katosta. Poistoilmaelimet sijaitsevat
lattianrajassa. Tulo- ja poistoilmaelimet jaetaan tasaisesti katto- ja lattiapinnoille. Tuloilman alilämpöisyyden on oltava mahdollisimman suuri, koska käytettävissä oleva
kattopinta on rajallinen eikä se salli suuremman tuloilmavirran käyttöä. Huonekohtainen tuloilmavirta lasketaan kaavalla 6.
CD = Φ
ρ∗E(∗∆F
(6)
Φ on lämpöteho [kW]
ρ on ilman tiheys 1,2 kg/m3
cp on ilman ominaislämpökapasiteetti 1,006 kJ/kgºC
qv on ilmamäärä [m3/s]
∆T on lämpötilaero [ºC] huoneilman ja tuloilman lämpötilojen välillä
Tuloilman alilämpöisyyden ja ilmanjakotavan välillä on riippuvuuksia, jotka on pidettävä
mielessä mitoitusta tehtäessä (18, s. 300). Taulukossa 24 on esitetty yleisiä ohjeita
tuloilman alilämpöisyyden, ilmanvaihtokertoimen ja ilmanjakotavan riippuvuuksien välillä.
46
Taulukko 24. Ilman alilämpöisyys, ilmanvaihtokerroin ja ilmanjakotapa (18, s. 300).
Alilämpöisyys ∆T [K]
Ilmanvaihtokerroin
Ilmanjakotapa
[ACH]
≤1
1-2
0-20
Kaikki järjestelmät
20-100
Pyörrehajoitin katossa tai lattiassa
100-500
UDAF-katot (HEPA ja ULPA)
0-12
Kaikki järjestelmät
12-25
Seinä- ja kattohajoittimet
Lattiasäleiköt
3-4
5-6
25-100
Pyörrehajoitin katossa ja lattiassa
0-10
Kaikki järjestelmät
10-20
Seinä-, katto- ja lattiahajoittimet
20-40
Pyörrehajoitin katossa ja lattiassa
40-100
Pyörrehajoitin lattiassa
0-10
Kaikki järjestelmät
10-16
Seinä-, katto- ja lattiahajoittimet
16-20
Pyörrehajoitin katossa ja lattiassa
20-80
Pyörrehajoitin lattiassa
Suunnitellut tuotanto-osastokohtaiset ilmanvaihtokertoimet ylittävät useassa huoneessa
edellisen taulukon ohjearvot, mutta puhdastilatyöskentelyssä käytetään suojavaatteita,
jotka ehkäisevät vedon tunnetta. Huonetiloissa, joissa sisäiset lämpökuormat eivät
muodostu mitoittaviksi on käytetty taulukon 25 mukaisia sallitun hiukkaspitoisuuden
ylläpitämiseksi kokemukseen perustuvia ilmanvaihtokertoimia puhtausluokittain.
Taulukko 25. Puhtausluokkakohtaiset ilmanvaihtokertoimet.
EU-GMP -puhtausluokka
Kokemuspohjainen
ilmanvaihto-
kerroin [ACH]
D
12
C
22
B
32
A
UDAF-otsapintanopeus 0,45 m/s
±20 % *
* perustuu EU GMP- ja FDA cGMP– määräyksiin
47
Kaikissa henkilösuluissa on käytetty korkeampaa ilmanvaihtokerrointa kuin puhtausluokka edellyttää. Vertailuarvoina voidaan käyttää ISPE:n suosituksia. ISPE käyttää
suosituksissaan suurempia ilmanvaihtokertoimia. Niiden käyttö voi olla perusteltua,
koska niitä käyttämällä hallitaan paremmin suunnitteluvaiheessa tuntemattomia lämpökuormia (12, s. 31). ISPE:n ohjearvot ilmanvaihtokertoimille on lueteltu taulukossa 26.
Taulukko 26. ISPE:n ohjearvot ilmanvaihtokertoimille.
EU-GMP -puhtausluokka
Ilmanvaihtokerroin [ACH]
D
6-20
C
20-40
B
40-60
A
UDAF-otsapintanopeus 0,45 m/s
±20 %
Puhdastilakohtaisen ilmanvaihtokertoimen määrittely on ilmastointijärjestelmän mitoituksen kannalta yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka vaikuttavat kokonaisuuteen. Toinen
on huoneolosuhde, joka tulee ylläpitää GMP- tuotannon ollessa käynnissä. Huoneolosuhde voi olla niin sanottu GMP- kriittinen tai sen voivat määrätä mukavuustekijät.
GMP- kriittisyydellä tarkoitetaan valmistettavan tuotteen kannalta sellaista olosuhdetta,
jonka tiedetään olevan valmistettavalle tuotteelle neutraali, joka tarkoittaa sitä, että
kriittisten olosuhteiden vallitessa tuotteen ominaisuudet pysyvät muuttumattomina.
GMP- kriittinen olosuhde käsittää yleensä huonelämpötilan ja suhteellisen kosteuden.
Referenssikohteen tuotanto-osastoille on asetettu taulukossa 27 esitetyt GMP-kriittiset
tai mukavuustekijöihin perustuvat huoneolosuhdevaatimukset.
Taulukko 27. Huoneolosuhdevaatimukset.
Osaston nimi
Huoneolosuhdevaatimus
Tabletin valmistus
21 ºC ±3 ºC, RH 50 % ±10 %
Voiteen valmistus
21 ºC ±3 ºC, RH NA
Steriilit lääkkeet
21 ºC ±3 ºC, RH 50 % ±10 %
Pakkaamo
21 ºC ±3 ºC, RH NA
Huoneolosuhdevaatimukset määrittelee lääkeyritys. ISPE suosittelee huoneolosuhdevaatimuksiksi, ellei lääkeyritys muuta vaadi, 1823 ºC, RH 3060 % (12, s. 27). Puh-
48
dastilastandardi ISO 14644-4 käyttää normatiivisessa osassaan suositusarvoina huoneolosuhteille 1822 ºC, RH 3065 %.
Huonelämpötila on yleisimmin käytetty parametri. Suhteellisen kosteuden alarajan
asettaminen synnyttää erillisen kostutusjärjestelmän tarpeen.
EU GMP- puhtausluo-
kassa D kostutukseen riittää niin sanottu tehdashöyry, mutta EU GMP- puhtausluokissa
A, B, C kostutukseen tulee käyttää niin sanottua puhdashöyryä. Huoneilman suhteellisen kosteuden alarajan asetuksessa kannattaa muistaa, että kaikki ne suhteellisen kosteuden alaraja-arvot, jotka alittavat ilmastointikojeen jäähdytyspatterin 10 ºC pintalämpötilan, edellyttävät erillisen sorbtiokuivaimen käyttöä (19, s. 23).
Referenssikohteen ilmastointijärjestelmät ovat mitoitettu edellä mainittuja parametreja
käyttäen. Näin olemme voineet laskea mitoitustehot perustilanteelle ja 20 % ylikapasiteetille, joka on lääketeollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmissä yleisesti käytetty
periaate. Referenssikohteen ilmastointijärjestelmien suunnitteluratkaisut on esitetty
liitteissä 1, 2 ja 3. Liitteessä 1 esitetty toimintakaavio toimii muun suunnittelun perustana.
4.3
Referenssikohteen ilmastointijärjestelmien komponenttimitoitukset
Ilmastointijärjestelmien komponenttimitoituksessa on pyritty hyvän suunnittelutavan
mukaiseen mitoitukseen. Mitoituksessa on huomioitu 20 %:n ylikapasiteetti laskettuna
perustilanteen ilmamäärästä. Ilmastointijärjestelmien kaikki komponentit mitoitetaan
toimiviksi 20 %:n ylikapasiteetin ilmamäärällä.
4.3.1
Ulkosäleiköt ja ulospuhallushajottimet
Ilmastointijärjestelmässä G3 AHU1 on ulkoilman sisäänotossa lumiloukkutyyppinen
ulkosäleikkö. Mitoituksessa on käytetty Fläkt Woodsin lumisuojasäleikön LSJ mitoitusohjeita. Tämän säleikkötyypin tehokas lumen- ja vedenesto toimii, kun otsapintanopeus on ≤ 0,7 m/s. Ilmastointijärjestelmässä G3 AHU1 on jäteilman ulospuhalluksessa
ulospuhallushajotin. Mitoituksessa on käytetty Fläkt Woodsin ulospuhallushajotintyyppiä EYMA-2. Ulospuhallushajottimen ulospuhallusnopeus suoraan ylöspäin on 20 %:n
ylikapasiteetin ilmamäärällä noin 3,0 m/s, kun EYMA-2:n kokona on 125. Ilmastointijär-
49
jestelmän G3 AHU1 ulkoilmanotossa on ulkoilmakammio lumisuojasäleikön jälkeen,
jossa sisään virtaavan ulkoilman virtausnopeus laskee, jolloin ulkoilmassa mahdollisesti
oleva lumi laskeutuu kammion pohjalle. Ulkoilmakammiossa on huolto-ovi ja lattiakaivo
(20, s. 36-38).
4.3.2
Ilmastointikojeet
Ilmastointikojeet on mitoitettu 20 %:n ylikapasiteetin ilmamäärille. Ilmastointikojeet on
mitoitettu niin, että ne täyttävät Suomen Rakentamismääräyskokoelman osan D2 /
2012 kohdan 2.6 ”Ilmanvaihtojärjestelmän energiatehokkuus” vaatimukset. Ilmastointikojemitoituksessa on vertailtu mitoitustilanteen SFP-lukua yhtä kojekokoa suuremman
kojeen SFP-lukuun ja pohdittu sen merkitystä kokonaisuuden kannalta. Ilmastointikojeajot on tehty Fläkt Woodsin ACON-ohjelmalla. Ilmastointikojeet jakautuvat kahteen
ryhmään:
1. ulkoilmaa käyttävään järjestelmään G3 AHU1
2. kierrätysilmaa käyttäviin järjestelmiin G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3 AHU4
Ulkoilmaa käyttävä järjestelmä G3 AHU1 on mitoitettu toimivaksi taulukon 28 mukaisissa ulkoilman olosuhteissa.
Taulukko 28. G3 AHU1:n ulkoilman mitoitusolosuhteet.
Paikkakunta
talvi
kesä
Helsinki-Vantaa
-26 ºC
Jokioinen
-29 ºC
25 ºC RH 63 % (57,4 kJ/kg)
Jyväskylä
-32 ºC
25 ºC RH 63 % (57,4 kJ/kg)
Sodankylä
-38 ºC
25 ºC RH 53 % (52,2 kJ/kg)
25 ºC RH 63 % (57,4 kJ/kg) *
* liitteen 1 komponenttimitoitus
Suomen Rakentamismääräyskokoelman osan D2 / 2012 luvussa 2.2.1.5 annetaan kesäkauden mitoittaviksi säätiedoiksi 25 ºC ja ulkoilman entalpiana Lapin läänissä 50
kJ/kg ja muualla Suomessa 55 kJ/kg. Sisäilmaluokitus 2008 luvussa 2.4.1 mainitsee
ilmastoinnin mitoituksessa kesätilanteessa käytettäväksi 57 kJ/kg k.i ja PohjoisSuomessa 52 kJ/kg k.i. G3 AHU1 ulkoilman mitoitusolosuhteina on käytetty talvella
Suomen Rakentamismääräyskokoelman osan D3 / 2012 liitteen 2 säätietoja ja kesällä
Sisäilmaluokitus 2008 kohdan 2.4.1 ohjearvoja.
50
Epäsuoran vesi-etyleeniglygoli-LTO-järjestelmän poistoilman vuosihyötysuhteena on
käytetty taulukon 29 mukaisia arvoja. Laskenta on esitetty liitteessä 6.
Taulukko 29. LTO:n poistoilman vuosihyötysuhde.
Paikkakunta
hyötysuhde
Helsinki-Vantaa
0,48
Jokioinen
0,48
Jyväskylä
0,48
Sodankylä
0,47
Mitoituksessa käytetty 20 %:n ylikapasiteetti antaa referenssikohteelle riittävän reservin poikkeavia sääolosuhteita varten. Ylimitoituksessa on käytettävä harkintaa, jottei
ajauduta hyötysuhteeltaan huonoihin valintoihin. Kierrätysilmaa käyttävissä järjestelmissä (G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3 AHU4) kierrätysilman olosuhde on sama kuin huoneolosuhde (ks. taulukko 27). Sisään puhallettavan tuloilman olosuhde on tuotannon ollessa käynnissä taulukon 30 mukaisissa arvoissa.
Taulukko 30. Tuloilman olosuhde tuotantokäytössä.
G3 AHU 1
15 ºC RH 73,8 %
G3 AHU 2
15 ºC RH 73,8 %
G3 AHU 3
15 ºC RH 73,8 %
G3 AHU 4.1
17 ºC RH 64,9 %
G3 AHU 4.2
19 ºC RH 57.2 %
Tuotantoaikojen ulkopuolella tuloilman olosuhdetta ohjaa huoneolosuhde. Ilmastointijärjestelmän toimintaosat on esitetty liitteessä 1.
Ilmastointijärjestelmissä yksittäisistä komponenteista tärkeimpiä ovat suodattimet.
Puhdastilailmastointijärjestelmän tulee pystyä suodattamaan ilmasta pois se hiukkasmäärä, joka vaaditaan kyseessä olevan EU GMP– puhtausluokan ylläpitämiseen. Suomalaisen taajaman ulkoilman hiukkaspitoisuuden portaittaiseen alentamiseen hyväksyttävälle tasolle riittää kokemuspohjaisesti ilmastointikojeissa standardin SFS-EN
779:2011 luokan F7 + F9 suodatus. Kuvassa 17 on esitetty suodatinluokkien vertailu.
51
Kuva 16. Suodatinluokkien vertailu (39).
Hienosuodattimien F7 ja F9 ultrahienojen hiukkasten suodatustehokkuutta on esitetty
kuvassa 18.
Kuva 17. Ultrahienojen hiukkasten suodatintehokkuus (39).
Puhdastilojen kattoihin asennettavat tuloilmahajoittimet varustetaan standardin
standa
EN
1822:2009 luokkien E10 ja H14 mukaisilla
mukais
EPA- ja HEPA-suodattim
suodattimilla. Näiden suodat-
52
timien valinnasta löytyy tarkempi kuvaus luvussa 4.3.4. EU GMP:n mukaisten hiukkasten puhtausluokkien sallitut huoneilman hiukkaspitoisuudet kokoluokissa 0,5 µm ja 5,0
µm löytyvät taulukosta 11. Puhdastilailmastointijärjestelmien suodattimet aiheuttavat
merkittäviä painehäviöitä ja muodostavat näin ollen oleellisen tekijän sähköenergian
kulutuksessa.
4.3.3
Tulo- ja poistoilmakanavat
Tulo-, poisto-, kierrätys- ja jäteilmakanavien mitoitusperusteena on käytetty painehäviötä 1 Pa/jm. Kanavamitoituksessa on vertailtu painehäviöiden muutoksia, jos käytettäisiin yhtä kokoa suurempaa kanavaa.
4.3.4
Tulo- ja poistoilmalaitteet
Puhdastilakohtaiset tulo- ja poistoilmalaitteet on mitoitettu toimimaan 20 %:n ylikapasiteettien ilmamäärillä. Ilmastointijärjestelmissä G3 AHU1, G3 AHU2 ja G3 AHU4 tuloilmaelimet ovat suunnitteluratkaisussa mallia TROX F640. Tuloilmaelimissä käytetyissä suodatinluokissa viitataan standardin EN 1822:2009 suodatinluokkiin. Taulukossa 31
on esitetty tuloilmahajottimien tyypit, mitat, mitoittavat ilmavirrat ja painehäviöt.
53
Taulukko 31. Suodattimilla varustetut tuloilmaelimet.
Hajotin malli
Hajotin koko
Suodatin malli
Suodatin koko [mm]
F640-M
(Ø125, Ø160)
F640-P
(Ø160, Ø200)
F640-C
(Ø200, Ø250)
F640-D
(Ø315)
Suodatin malli
398 x 398
398 x 398
498 x 498
498 x 498
598 x 598
598 x 598
623 x 623
623 x 623
Mitoittava ilmamäärä
[dm³/s]
70
55
125
85
240
130
270
150
1) F780Z (E10)
2) F782Z (H14)
3) F780Z (E10)
4) F782Z (H14)
5) F780Z (E10)
6) F782Z (H14)
7) F780Z (E10)
8) F782Z (H14)
Hajottimen ∆p [Pa]
345 x 345 x 78
345 x 345 x 78
435 x 435 x 78
435 x 435 x 78
535 x 535 x 78
535 x 535 x 78
575 x 575 x 78
575 x 575 x 78
Suodattimen ∆p [Pa]
17
11
28
15
50
15
45
13
125
120
125
120
125
120
125
120
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Tuloilmahajottajien mitoitus tulee tehdä vertailemalla taulukon 31 arvoja taulukon 32
E10-suodattimien mitoitukseen.
Taulukko 32. E10-suodattimien mitoitus.
Hajoitinmalli
Liitoskanavan koko
Ilmavirta-alue [dm3/s]
F640 - M
Ø125
0…35
Ø160
35…70
F640 – P
Ø200
70…125
F640 – C
Ø250
125…240
F640 - D
Ø315
240…270
Suodattimien suositeltu loppupainehäviö 300 Pa ja alkupainehäviö 125 Pa.
Samanlainen vertailu tulee tehdä H14-suodattimien mitoitukseen. Taulukossa 33 on
esitetty H14-suodattimien mitoitusarvot.
54
Taulukko 33. H14-suodattimien mitoitus.
Hajoitinmalli
Liitoskanavan koko
Ilmavirta-alue [dm3/s]
F640 - M
Ø125
0…35
Ø160
35…55
F640 – P
Ø200
55…85
F640 – C
Ø250
85…130
F640 - D
Ø315
130…150
Suodattimien suositeltu loppupainehäviö 600 Pa ja alkupainehäviö 120/140* Pa.
* riippuu konstruktiosta
Poistoilmaeliminä ilmastointijärjestelmissä G3 AHU1, G3 AHU2 ja G3 AHU4 käytetään
Polman’s AB:n lattianrajasta imeviä poistoilmaelimiä ELL ja ELV. Tuloilmaeliminä ilmastointijärjestelmässä G3 AHU3 käytetään Fläkt Woodsin tuloilmalaitetta VSK13 ja poistoilmaeliminä Fläkt Woodsin säleikköä USR, johon liitettynä tasauslaatikko TGE.
4.4
Mitoitusprosessit
Mollier-diagrammiin piirretyt ilmastoinnin prosessit kertovat ilmastointijärjestelmän
komponenttien toiminnallisen asennusjärjestyksen, lämpötila-, kosteus- ja entalpiaarvot, joiden avulla mitoitetaan komponenttien tehot, kun mitoituspisteet ja ilmamäärät
tunnetaan. Taulukossa 27 on annettu tuotanto-osastokohtaiset huoneolosuhdevaatimukset ja taulukossa 28 on annettu ulkoilman mitoitusolosuhteet ilmastointijärjestelmälle G3 AHU1 kesällä ja talvella neljälle mitoituspaikkakunnalle. Kuvassa 18 on esitetty ilmankäsittelyprosessi talvella ilmastointijärjestelmälle G3 AHU1.
55
Kuva 18. G3 AHU1 ilmankäsittelyprosessi talvella.
Talvella G3 AHU1:n ilmankäsittelyprosessi seuraa olosuhdepisteitä taulukon 34 mukaisesti.
Taulukko 34. G3 AHU1:n ilmankäsittelyprosessi talvella.
Olosuhdepiste nro
Lämpötila
RH
Vesisisältö
Entalpia
[ºC]
[%]
[g/kg]
[kJ/kg]
1
-26
29,1
0,1
-25,9*
2
15
1
0,1
15,3
3
15
73,8
7,82
34,8
4
21
50,6
7,82
41,0
* Pisteen 1 olosuhde muuttuu mitoituspaikkakunnan mukaan
Pistevälin 1−2 tuloilman lämpötilan nostoon osallistuvat LTO-patteri ja esilämmityspatteri. Pistevälin 2−3 tuloilman vesisisällön kasvattamisen hoitaa höyrykostutusosa. Pistevälin 3−4 tuloilman lämpötilan nostaa tarpeen mukaan huonekohtaiset jälkilämmityspatterit.
Kuvassa 19 on esitetty ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 ilmastointiprosessi kesällä.
56
Kuva 19. G3 AHU1:n ilmankäsittelyprosessi kesällä.
Kesällä G3 AHU1:n ilmankäsittelyprosessi seuraa olosuhdepisteitä taulukon 35 mukaisesti.
Taulukko 35. G3 AHU1:n ilmankäsittelyprosessi kesällä.
Olosuhdepiste nro
Lämpötila
RH
Vesisisältö
Entalpia
[ºC]
[%]
[g/kg]
[kJ/kg]
1
21
63,8
12,65
57,3
2
11
95,9
7,82
30,8
3
15
73,8
7,82
34,8
4
21
50,6
7,82
41,0
Pistevälin 1−2 tuloilman lämpötilan ja vesisisällön laskee jäähdytyspatteri. Pistevälin
2−3 tuloilman lämpötilan nostaa jälkilämmityspatteri. Pistevälin 3−4 tuloilman lämpötilan nostaa tarpeen mukaan huonekohtaiset jälkilämmityspatterit.
Kuvassa 20 on esitetty ilmastointijärjestelmien G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3 AHU4.1 ilmankäsittelyprosessi kesällä ja talvella.
57
Kuva 20. G3 AHU2, G3 AHU 3 ja G3 AHU4.1:n ilmankäsittelyprosessi kesällä ja talvella.
Talvella ja kesällä G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3 AHU4.1:n ilmankäsittelyprosessi seuraa
olosuhdepisteitä taulukon 36 mukaisesti.
Taulukko 36. G3 AHU2, G3 AHU 3 ja G3 AHU4.1:n ilmankäsittelyprosessi kesällä ja talvella.
Olosuhdepiste nro
Lämpötila
RH
Vesisisältö
Entalpia
[ºC]
[%]
[g/kg]
[kJ/kg]
1
15
73,8
7,82
34,8
2
21
50,6
7,82
41,0
3
20
53,8
7,82
39,9
Pisteväli 1−2 kuvaa kahden sekoittavan ilmavirran olosuhdepisteitä. Piste 3 on sekoitettujen ilmavirtojen olosuhde. Pisteestä 3 kohti pistettä 1 tuloilmana lämpötilaa lasketaan
tarpeen mukaan jäähdytyspatterissa ja jäähdytyksen jälkeen tuloilman lämpötilaa nostaa huonekohtaiset jälkilämmityspatterit tai järjestelmässä G3 AHU3 ilmastointikojeen
jälkilämmityspatteri. Ilmastointijärjestelmäkohtaiset mitoitusilmamäärät perustilanteessa on esitetty taulukossa 37.
58
Taulukko 37. Ilmastointijärjestelmäkohtaiset ilmamäärät perustilanteessa.
Ilmastointijärjestelmä
qv
tuloilma
qv
poistoilma
qv
palautusilma
[m3/s]
[m3/s]
[m3/s]
G3 AHU 1
2,99
2,8
-
G3 AHU 2
0,935
0,46
3,735
G3 AHU 3
0,54
1,29
2,16
G3 AHU 4.1
0,6
0,005
2,38
G3 AHU 4.2
-
-
3,17
Taulukon 37 ilmamääriä yhdistelemällä saadaan järjestelmien perustilanteen mitoittavat kokonaisilmamäärät, jotka ovat taulukon 38 mukaiset.
Taulukko 38. Ilmastointijärjestelmien kokonaisilmamäärät perustilanteessa.
Ilmastointijärjestelmä
qv
tuloilma
3
qv
poistoilma
3
[m /s]
[m /s]
G3 AHU 1
5,065
4,56
G3 AHU 2
4,67
-
G3 AHU 3
2,7
-
G3 AHU 4.1
2,98
-
G3 AHU 4.2
3,17
-
Ilmastointijärjestelmät mitoitetaan 20 %:n ylikapasiteetille. Tämä koskee ilmastointijärjestelmien kaikkia komponentteja. Taulukossa 39 on esitetty ilmamäärät 20 %:n ylikapasiteetille.
Taulukko 39. Ilmastointijärjestelmälukuiset ilmamäärät 20 %:n ylikapasiteetille.
Ilmastointijärjestelmä
qv
tuloilma
3
qv
poistoilma
3
qv
palautusilma
3
[m /s]
[m /s]
[m /s]
G3 AHU 1
3,48
3,29
-
G3 AHU 2
1,1
0,625
4,38
G3 AHU 3
0,63
1,38
2,54
G3 AHU 4.1
0,7
0,105
2,8
G3 AHU 4.2
-
-
3,81
Taulukon 39 ylikapasiteetin (20 %) ilmamäärät yhdistelemällä saadaan järjestelmien
mitoittavat ilmamäärät, jotka ovat taulukon 40 mukaiset.
59
Taulukko 40. Ilmastointijärjestelmien kokonaisilmamäärät 20 %:n ylikapasiteetilla.
Ilmastointijärjestelmä
qv
tuloilma
qv
[m3/s]
[m3/s]
G3 AHU 1
5,91
5,4
G3 AHU 2
5,48
-
G3 AHU 3
3,17
-
G3 AHU 4.1
3,5
-
G3 AHU 4.2
3,81
-
poistoilma
Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 ilman lämmitysprosessissa tarvittava lämpöteho lasketaan kaavalla 7 (21, s. 8). Lämmitysprosessi on esitetty kuvassa 18.
Φ = ρ ∗ CD ∗ <# ∗ ∆G
(7)
Φ on lämpöteho [kW]
ρ on ilman tiheys 1,2 kg/m3
qv on ilmamäärä [m3/s]
Cp on ilman ominaislämpökapasiteetti 1,006 kJ/kgºC
∆T on lämpötilaero [ºC]
Ennen tuloilman lämmittämistä ulkoilma on ilmastointijärjestelmässä G3 AHU 1 läpäissyt epäsuoraan lämmön talteenottoon perustuvan LTO-patterin ja ulkoilman lämpötilan
nousu lasketaan kaavalla 8 perustuen Fläkt Woodsin kojeajon tuloksena saatuun tuloilman lämpötilahyötysuhteeseen H = 0,44 (22, s. 423).
+I2+&
H = +J2+&
η on tuloilman hyötysuhde
t1 on poistoilman lämpötila [ºC]
t2 on tuloilman lämpötila [ºC]
t3 on ulkoilman lämpötila [ºC]
Kaavasta 8 ratkaistaan tuloilman lämpötila LTO:n jälkeen kaavalla 9.
(8)
60
$2 = H ∗ L$1 − $3P + $3
(9)
Ilmastointijärjestelmän G3 AHU 1 ilman jäähdytys ja kuivatus lasketaan kaavalla 10.
(21, s. 12)
Φ = ρ ∗ CD ∗ <# ∗ ∆ℎ
(10)
Φ on lämpöteho [kW]
ρ on ilman tiheys 1,2 kg/m3
qv on ilmamäärä [m3/s]
Cp on ilman ominaislämpökapasiteetti 1,006 kJ/kgºC
∆h on entalpiaero [kJ/kg]
Jäähdytysprosessi on esitetty kuvassa 19.
Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 höyrykostutuksen lisävedentarve lasketaan kaavalla
11. (21, s. 10).
C%ℎ = ρ ∗ CD ∗ LR2 − R1P
(11)
qmh on lisävesimäärä [kg/s]
ρ on ilman tiheys 1,2 kg/m3
qv on ilmamäärä [m3/s]
x1 on ilman vesisisältö ennen kostutusta [kg/kg k.i]
x2 on ilman vesisisältö kostuttimen jälkeen [kg/kg k.i]
Kostutusprosessi on esitetty kuvassa 18.
Ilmastointijärjestelmissä G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3 AHU4.1 palautusilma sekoitetaan
järjestelmästä G3 AHU1 tulevaan tuloilmaanoin Sekoituspisteen olosuhde lasketaan
kaavoilla 12 ja 13 (21, s. 7).
ℎ3 = Lρ∗STJ∗*JPULρ∗STI∗*IP
Lρ∗STJPULρ∗STIP
(12)
61
h3 on sekoituspisteen entalpia [kJ/kg]
ρ on ilman tiheys 1,2 kg/m3
qv1 on palautusilmamäärä [m3/s]
h1 on palautusilman entalpia [kJ/kg]
qv2 on tuloilmamäärä järjestelmästä G3 AHU1 [m3/s]
h2 on tuloilman entalpia järjestelmästä G3 AHU1 [kJ/kg]
R3 = Lρ∗STJ∗VJPULρ∗STI∗VIP
Lρ∗STJPULρ∗STIP
(13)
x3 on sekoituspisteen vesisisältö [kg/kg k.i]
ρ on ilman tiheys 1,2 kg/m3
qv1 on palautusilmamäärä [m3/s]
x1 on palautusilman vesisisältö [kg/kg k.i]
qv2 on tuloilmamäärä järjestelmästä G3 AHU1 [m3/s]
x2 n tuloilman vesisisältö järjestelmästä G3 AHU1 [kg/kg k.i]
Sekoitusprosessi on esitetty kuvassa 20.
Ilmastointijärjestelmien G3 AHU2, G3 AHU3, G3 AHU4.1 ja G3 AHU4.2 ilman jäähdytys
on niin sanottua kuivajäähdytystä ja sen teho lasketaan kaavalla 14 (21, s. 11).
Φ = ρ ∗ CD ∗ <# ∗ ∆G
(14)
Φ on jäähdytysteho [kW]
ρ on ilman tiheys 1,2 kg/m3
qv on ilmamäärä [m3/s]
Cp on ilman ominaislämpökapasiteetti 1,006 kJ/kgºC
∆T n lämpötilaero [ºC]
Jäähdytysprosessi on esitetty kuvassa 20.
Ilmastointijärjestelmien G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3 AHU4.1 höyrykostutusosien lisäveden tarve lasketaan kaavalla 11. Kostutukset ovat varauksia, jos lääkeyritys tulevaisuudessa päättää muuttaa huonekosteuden niin sanotuksi tuotekriittiseksi parametriksi.
62
Ilmastointikojeiden SFP-luvun laskennassa on käytetty kaavaa 15 (23, s. 10).
WXY = Z+):5UZ(5/.+5
LST3,VP
(15)
SFP on ilmastointikojeen ominaissähköteho [kW/(m3/s)]
Ptulo on tuloilmapuhaltimen ottama sähköteho [kW]
Ppoisto on poistoilmapuhaltimen ottama sähköteho [kW]
qv on kojeen ilmavirroista suurempi (tulo tai poisto) [m3/s]
Yksittäisen puhaltimen ominaissähköteho on laskettu kaavalla 16 (23, s. 10).
WXY = Z()*,::/1
ST
(16)
SFP on puhaltimen ominaissähköteho [kW/(m3/s)]
Ppuhallin on puhaltimen ottama sähköteho [kW]
qv on puhaltimen ilmavirta [m3/s]
Puhallintehojen laskennassa on käytetty puhallinlakien mukaista laskentakaavaa, koska
järjestelmien puhallinsähköenergian kulutuksessa on käytetty 20 % ylikapasiteetin SFPlukua muutettuna perustilanteen SFP-luvuksi. Perustilanteen pienemmän puhallintehon
määrittämiseksi on käytetty kaavaa 17 (24, s. 89). Kaava johdetaan puhallinlakien ensimmäisestä ja kolmannesta säännöstä.
ZJ
ZI
1J
= L1IP&
STJ
STI
= 1I
1J
=>
ZJ
ZI
STJ
= LSTIP& =>P2 =
ZJ∗STI
STJ
(17)
qv1 on 20 % ylikapasiteetin ilmavirta [m3/s]
qv2 on perustilanteen ilmavirta
n1 on 20 % ylikapasiteetin puhaltimen moottorin kierrosluku [r/min]
n2 on perustilanteen puhaltimen moottorin kierrosluku [r/min]
P1 on 20 % ylikapasiteetin puhallinmoottorin teho [kW]
63
P2 on perustilanteen puhallinmoottorin teho [kW]
4.5
Ilmastointijärjestelmien SFP-luvut
Ilmastointijärjestelmien energiankulutuksen laskenta alkaa kanavien painehäviöistä.
Niiden määrittämisen jälkeen voidaan laskea ilmastointikojeiden puhaltimien kokonaispaineiden korotuksen tarpeet. Näin määritellyt puhaltimien toimintapisteet johtavat
Fläkt Woodsin ACON-ohjelmaa käyttäen puhallinmoottorivalintoihin, SFP-lukuihin ja
puhallinmoottoritehoihin. Puhallinmoottoreihin johdettu sähköteho muuttuu osittain
tiloihin kohdistuvaksi lämpökuormaksi.
Kanavien painehäviöt on laskettu liitteiden 2 ja 3 tulo- ja poistokanavahaaroille, joihin
on merkitty kanavakoot. Painehäviöiden laskenta on esitetty liitteessä 5. Painehäviöt on
laskettu perustilanteen ja 20 %:n ylimitoituksen ilmamäärille. Kanavaosuuksien kitkapainehäviöt ja kanavaosien kertavastukset on laskettu yleisten laskentasääntöjen mukaisesti (25, s. 20…42). Taulukossa 41 on esitetty yhteenveto ilmastointijärjestelmien
painehäviöistä normaalia kojemitoitusta käyttäen.
Taulukko 41. Normaalin kojemitoituksen painehäviöt.
Painehäviöt
Kanavisto, tuloilma [Pa]
Kanavisto, poistoilma [Pa]
Lämmityspatteri [Pa]
Jäähdytyspatteri [Pa]
LTO-patteri [Pa]
Kostutusosa [Pa]
Suodatin F7 [Pa]
Suodatin F8 [Pa]
Suodatin F9 [Pa]
HEPA-suodatin [Pa]
Äänenvaimennin [Pa]
Päätelaite [Pa]
Ilmanotto ja ulospuh. [Pa]
Yhteensä [Pa]
SFP-luku [kW/m³/s]
Tuloilmapuh. teho [kW] (SFP)
Tuloilmapuh.nimellisteho [kW]
Poistoilmapuh. teho [kW] (SFP)
Poistoilmapuh.nimellisteho [kW]
Tuloilmamäärä [m³/s]
Poistoilmamäärä [m³/s]
Tuloilmapuh.1/2 teho [kW]
Poistoilmapuh.1/2 teho [kW]
G3 AHU 4.1
perust./ylim.20%
100/142
64/90
G3 AHU 4.2
perust./ylim.20%
24/34
42/61
G3 AHU 2
perust./ylim.20%
62/87
84/115
159/179
156/178
157/176
G3 AHU 3
G3 AHU 1
perust./ylim.20%perust./ylim.20%
105/149
48/65
142/197
68/94
47/60
65/106
166/220
130/171
0/0
110/148
109/122
122/137
164/178
159/178
34/45
36/49
74/97
33/45
610/615
32/48
600/600
35/47
342/359
29/40
102/141
1130/1263
890/970
884/1028
717/960
39/55
345/364
71/103
1305/1569
1,38/1,91
3,6/5,83
7,5
0,52/0,85
3
2,98/3,5
2,38/2,8
0,45/0,73
0,07/0,11
1,01/1,45
3,19/5,54
7,5
1,19/1,62
4,38/7,08
11
1,16/1,8
4
4,67/5,48
3,78/4,38
0,55/0,89
0,14/0,23
1,12/1,55
2,09/3,39
4
0,93/1,51
2,2
2,7/3,17
2,16/2,54
0,26/0,42
0,12/0,19
1,52/2,09
5,51/8,73
11
2,17/3,63
5,5
5,07/5,91
4,55/5,4
0,67/1,09
0,27/0,45
130/146
131/147
3,17/3,81
0,4/0,69
64
Normaali kojemitoitus perustuu pattereiden otsapintanopeuden pitämiseen lämmityspattereissa maksimissaan 3,0 m/s ja jäähdytyspattereissa maksimissaan 2,5 m/s (20, s.
41). Normaalin kojemitoituksen rinnalla on suoritettu vertailevat kojeajot yhtä kokoa
suuremmilla kojeilla ja näin saatua SFP-lukua on verrattu normaalin mitoituksen SFPlukuun. Suuremman kojekoon SFP-luvut on esitetty taulukossa 42.
Taulukko 42. Suuremman kojekoon vaikutus painehäviöihin.
Painehäviöt
Kanavisto, tuloilma [Pa]
Kanavisto, poistoilma [Pa]
Lämmityspatteri [Pa]
Jäähdytyspatteri [Pa]
LTO-patteri [Pa]
Kostutusosa [Pa]
Suodatin F7 [Pa]
Suodatin F8 [Pa]
Suodatin F9 [Pa]
HEPA-suodatin [Pa]
Äänenvaimennin [Pa]
Päätelaite [Pa]
Ilmanotto ja ulospuh. [Pa]
Yhteensä [Pa]
SFP-luku [kW/m³/s]
Tuloilmapuh. teho [kW] (SFP)
Tuloilmapuh.nimellisteho [kW]
Poistoilmapuh. teho [kW] (SFP)
Poistoilmapuh.nimellisteho [kW]
Tuloilmamäärä [m³/s]
Poistoilmamäärä [m³/s]
G3 AHU 4.1
perust./ylim.20%
100/142
64/90
G3 AHU 4.2
perust./ylim.20%
24/34
42/61
G3 AHU 2
perust./ylim.20%
62/87
84/115
G3 AHU 3
perust./ylim.20%
105/149
142/197
14/18
18/25
37/49
26/34
105/115
103/113
108/117
G3 AHU 1
perust./ylim.20%
48/65
68/94
28/36
72/96
43/56
0/0
92/100
102/113
131/145
128/143
120/135
124/137
122/138
15/22
610/615
18/25
600/600
15/21
342/359
15/22
102/141
1037/1148
822/880
768/884
615/795
20/28
345/364
71/103
1021/1201
1,27/1,75
3,33/5,4
7,5
0,44/0,72
3
2,98/3,5
2,38/2,8
0,95/1,37
3,01/5,22
7,5
0,94/1,28
3,55/5,74
7,5
0,84/1,3
7,5
4,67/5,48
3,78/4,38
0,82/1,14
1,4/2,26
4
0,82/1,34
4
2,7/3,17
2,16/2,54
1,2/1,65
4,43/6,88
11
1,72/2,87
7,5
5,07/5,91
4,55/5,4
3,17/3,81
SFP-lukujen vertailussa voidaan huomata selvä sähköenergian kulutuksen väheneminen käytettäessä yhtä kojekokoa suurempaa kojetta. Taulukossa 43 on esitetty SFPlukujen muutokset normaalimitoituksen ja yhtä kojekokoa suuremman mitoituksen
välillä.
Taulukko 43. SFP-lukujen muutokset.
Ilmastointijärjestelmä
Normaalimitoitus
Yhtä kojekokoa suurempi
SFP-luku [kW/m3/s]
SFP-luku [kW/m3/s]
Perustilanne
+20 % ylikap
Perustilanne
+20 % ylikap
G3 AHU 1
1,52
2,09
1,2
1,65
G3 AHU 2
1,19
1,62
0,94
1,20
G3 AHU 3
1,12
1,55
0,82
1,14
G3 AHU 4.1
1,38
1,91
1,27
1,75
G3 AHU 4.2
1,01
1,45
0,98
1,37
65
Merkittävimmät SFP-lukujen alenemiset ovat järjestelmissä G3 AHU1, G3 AHU2 ja G3
AHU3. SFP-luvun aleneminen on vähäinen järjestelmissä G3 AHU4.1 ja G3 AHU4.2.
Kojekoon muuttaminen suuremmaksi edellyttää tilankäytön harkintaa ja kustannusvertailua kannattavuuslaskelmien kautta. Lääketeollisuudelle ominaista ovat kuitenkin suuret käyttötuntimäärät, jotka puoltavat alempia käyttökustannuksia.
Suunnittelussa on varauduttava siihen, että lääkeyritys minimoi investointia ja valitsee
näin ollen normaalimitoituksen kojeet toteutuksen pohjaksi. Tämän lisäksi on varauduttava kierrätysilman suodatuksen tehostamiseen H13 HEPA –suodattimilla. Kaikki ilmastointijärjestelmiä palvelevat sähkökeskukset tulee varustaa lähdöillä, jotka kestävät ne
sähkötehot, joihin tämän ”pahimman” skenaarion puhallinmoottorit mitoitetaan. Tämä
mitoitus on esitetty taulukossa 44.
Taulukko 44. Ilmastointijärjestelmien suurimmat mahdolliset painehäviöt ja sähkötehot.
Painehäviöt
Kanavisto, tuloilma [Pa]
Kanavisto, poistoilma [Pa]
Lämmityspatteri [Pa]
Jäähdytyspatteri [Pa]
LTO-patteri [Pa]
Kostutusosa [Pa]
Suodatin F7 [Pa]
Suodatin F8 [Pa]
Suodatin F9 [Pa]
HEPA-suodatin [Pa]
Äänenvaimennin [Pa]
Päätelaite [Pa]
Ilmanotto ja ulospuh. [Pa]
Yhteensä [Pa]
SFP-luku [kW/m³/s]
Tuloilmapuh. teho [kW] (SFP)
Tuloilmapuh.nimellisteho [kW]
Poistoilmapuh. teho [kW] (SFP)
Poistoilmapuh.nimellisteho [kW]
Tuloilmamäärä [m³/s]
Poistoilmamäärä [m³/s]
G3 AHU 4.1
perust./ylim.20%
100/142
64/90
G3 AHU 4.2
perust./ylim.20%
24/34
42/61
G3 AHU 2
perust./ylim.20%
62/87
84/115
G3 AHU 3
perust./ylim.20%
105/149
142/197
159/179
600/600
33/45
610/615
32/48
600/600
157/176
600/600
35/47
342/359
1730/1863
1490/1570
1484/1628
1317/1560
G3 AHU 1
perust./ylim.20%
48/65
68/94
47/60
166/220
130/171
0/0
109/122
122/137
159/178
600/600
39/55
345/364
71/103
1905/2169
34/45
36/49
74/97
65/106
131/147
110/148
164/178
600/600
29/40
102/141
1,88/2,59
3,6/5,83
7,5
1,99/3,24
4
2,98/3,5
2,38/2,8
1,01/1,45
3,19/5,54
7,5
1,68/2,28
4,38/7,08
11
3,47/5,4
5,5
4,67/5,48
3,78/4,38
1,64/2,27
2,09/3,39
4
2,34/3,81
4
2,7/3,17
2,16/2,54
2,05/2,85
5,51/8,73
11
4,86/8,12
11
5,07/5,91
4,55/5,4
130/146
156/178
3,17/3,81
Sähköenergian kulutuslaskelmissa ja lämpökuormina on käytetty taulukon 41 arvoja.
Kanavien painehäviölaskelmissa on käytetty mitoitusperiaatetta, jossa kitkapainehäviönä yhtä juoksumetriä kohden on pidetty maksimina 1 Pa/jm. Tämän mitoituksen tulokset ovat liitteessä 5. Mitoituksessa on tutkittu vaihtoehtoa, jossa edellä mainittu mitoitusperiaatteen pohjalta saadut kanavakoot korvataan yhtä kanavakokoa suuremmalla
kanavalla. Tämän mitoituksen tulokset on esitetty liitteessä 5. Suuremman kanavakoon
käytön vaikutukset kanaviston painehäviöihin on esitetty taulukossa 45.
66
Taulukko 45. Suuremman kanavakoon vaikutus painehäviöihin.
Ilmastointijärjestelmä
1 Pa/jm mitoitus [Pa]
Yhtä kokoa suurempi [Pa]
tulokanavat
poistokanavat
tulokanavat
poistokanavat
G3 AHU 1
48/65
68/94
29/39
42/59
G3 AHU 2
62/87
84/115
33/47
46/63
G3 AHU 3
105/150
142/198
43/61
58/81
G3 AHU 4.1
100/142
64/91
48/68
33/46
G3 AHU 4.2
24/34
42/61
12/17
18/27
Edellisen taulukon ensimmäinen luku tarkoittaa perustilanteen kanavistojen painehäviöitä ja jälkimmäinen luku +20 %:n ylikapasiteetin ilmamäärän aiheuttaman kanavistojen painehäviöitä. Kanavakoon suurentamisella ei ole merkittävää vaikutusta kokonaispainehäviöihin. Merkittävä tekijä kokonaispainehäviöissä ovat suodattimet. Suodattimien osuus kokonaispainehäviöistä normaalimitoituksella on esitetty taulukossa 46.
Taulukko 46. Suodattimien osuus kokonaispainehäviöistä.
Ilmastointijärjestelmä
Perustilan painehäviöt [Pa]
+20
%
ylikapasiteetin
pai-
nehäviöt [Pa]
yhteensä
suodattimet
yhteensä
suodattimet
G3 AHU 1
1305
690
1569
737
G3 AHU 2
884
588
1028
623
G3 AHU 3
717
274
960
326
G3 AHU 4.1
1130
889
1283
925
G3 AHU 4.2
890
756
970
778
Suodattimien painehäviöissä on huomioitu mitoittava painehäviö suodatinluokissa F7,
F8 ja F9 sekä loppupainehäviö EPA- ja HEPA-luokan suodattimissa. EPA- ja HEPAluokan päätelaitteissa on huomioitu vain suodattimien osuus.
Kojekokojen vertailussa taulukoissa 41 ja 42 on käytetty FläktWoodsin kojemitoitusohjelmaa Acon. Kojetyyppinä on käytetty FläktWoodsin EQ. Taulukossa 47 on esitetty
mitoituksissa käytetyt EQ-kojekoot.
67
Taulukko 47. Mitoituksissa käytetyt EQ-kojeet.
Ilmastointijärjestelmä
Normaalimitoitus
Yhtä kokoa suurempi
EQ-kojekoko
EQ-kojekoko
G3 AHU 1
068
090
G3 AHU 2
063
090
G3 AHU 3
036
054
G3 AHU 4.1
041
056
G3 AHU 4.2
045
068
Kojekoon valinnalla on suora vaikutus järjestelmän painehäviöihin ja SFP-lukuun. Valitsemalla suurempi kojekoko vähennetään järjestelmän sähköenergian kulutusta.
Heinäkuussa 2012 voimaan tuleva Suomen Rakentamismääräyskokoelman osa D3 luvussa 2.6.1 määrittelee koneellisen tulo- ja poistoilmajärjestelmän SFP-luvuksi 2,0
kW/(m3/s) ja koneellisen poistoilmajärjestelmän SFP-luvuksi 1,0 kW/(m3/s). Siinä määritellään myös mahdollisuus suurempaan SFP-lukuun, jos esimerkiksi rakennuksen sisäilmaston hallinta edellyttää tavanomaisesta poikkeavaan ilmastointia.
Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmät edellyttävät yleensä tavanomaisesta poikkeavaa ilmastointia ja näin ollen niissä sallitaan korkeampi SFP-luku kuin mukavuusilmastointijärjestelmissä. Lääketeollisuusrakennuksissa on myös mukavuusilmastointijärjestelmiä, kuten toimistojen, sosiaalitilojen, keittiöiden ja ruokaloiden ilmastointijärjestelmät ja näihin sovelletaan SRMK:n määräyksiä ja ohjeita. Tavanomaisesta poikkeavien
ilmastointijärjestelmien, kuten lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmät, sallituille painehäviöille asetetaan useissa standardeissa raja-arvoja. Taulukoissa 48 ja 49 on esitetty standardin SFS-EN 13779, ASHRAE:n ja Ernst Orlando Lawrence Berkeley National
Laboratoriesin raja-arvot.
68
Taulukko 48. SFS-EN 13779 raja-arvot painehäviöille.
Ernst Orlando Lawrence Berkeley National Laboratorio on tutkinut puhdastilailmastointijärjestelmien energian kulutusta ja energiatehokkuutta useasta näkökulmasta ja tuottanut lukuisia raportteja tutkimustuloksista. LBNL on tutkimuksissaan viitannut muun
muassa ASHRAE:n käyttämiin painehäviön raja-arvoihin, jotka on esitetty taulukossa
49 (26, s. 16).
Taulukko 49. LBNL raja-arvoja painehäviöille.
69
Taulukossa 49 painehäviön yksikkönä käytetty 1 in. w.g. = 250 Pa ja nopeuden yksikkönä fpm = 0,00508 m/s. LBNL on antanut puhdastilailmastointijärjestelmien painehäviöiden raja-arvot erikseen ulkoilma- ja kierrätysilmajärjestelmille (27, s. 25−26). Nämä
raja-arvot on esitetty taulukossa 50.
Taulukko 50. Ulko- ja kierrätysilmajärjestelmien kokonaispainehäviöiden raja-arvot LBNL:n
mukaan.
Järjestelmä
Tyypillinen
painehäviö
Parhaan käytännön painehäviö
(kokonaisstaattinen ∆p)
(kokonaisstaattinen ∆p)
Kierrätysilma
375 – 750 Pa
125 – 250 Pa
Ulkoilma
1500 – 2500 Pa
500 – 1375 Pa
LBNL:n tutkijat löysivät tutkimuksissaan järjestelmissä käytettyjä tyypillisiä painehäviöiden suunnitteluarvoja. Taulukossa 51 on esitetty tyypillisiä painehäviöiden suunnitteluarvoja kierrätysilmajärjestelmille.
Taulukko 51. Tyypillisiä painehäviöiden suunnitteluarvoja kierrätysilmajärjestelmille.
Järjestelmän osa
Kierrätysilmakojeen painehäviö
[Pa]
Suodattimet
198
Patterit
125
Ulkop. painehäviö
250
Järjestelmähäviö
75
Yhteensä
638
Taulukossa 52 on vastaavat arvot ulkoilmajärjestelmille.
70
Taulukko 52. Tyypillisiä painehäviöiden suunnitteluarvoja ulkoilmajärjestelmille.
Järjestelmän osa
Ulkoilmakojeen painehäviö [Pa]
Esiuodattimet
250
Esilämmityspatterit
125
Jäähdytyspatteri
250
Kuivatusosa
250
Lämmityspatteri
125
Loppusuodattimet
250
Ulkop. painehäviö
625
Järjestelmähäviö
75
Yhteensä
1950
LBNL:n tutkijat huomasivat, että ilmastointijärjestelmien suunnittelijat käyttivät 2,5 m/s
otsapintanopeutena ilmastointikojeiden mitoituksessa, koska tämä on turvalliseksi koettu niin sanottu peukalosääntö. Referenssikohteen ilmastointijärjestelmien sähköenergian kulutuslaskelmissa käytetään perustilanteen painehäviöiden aiheuttamaa sähkötehon tarvetta. Taulukon 41 painehäviöarvoista voidaan koota taulukon 53 arvot.
Taulukko 53. Energiankulutuslaskelmissa käytettävät ilmastointijärjestelmien painehäviöt.
Ilmastointijärjestelmä
Perustilanteen painehäviö [Pa]
G3 AHU 1
1305
G3 AHU 2
854
G3 AHU 3
717
G3 AHU 4.1
1130
G3 AHU 4.2
890
Voitaneen todeta, että taulukon 53 arvot ovat lähellä taulukon 48 normaaliarvoja, taulukon 49 standardi ja taulukoiden 50-52 tyypillisiä arvoja. Kanavien painehäviöiden
ohjearvoina voidaan myös käyttää mukavuusilmastointilaitoksista tuttuja kanavistojen
mitoitusarvoja, kuten ilman äänenvaimentimia oleville ilmamääräsäätimillä varustetuille
kanavistoille 50−75 Pa ja kanavistoille, joissa virtaussäätimet ovat varustettuja äänenvaimentimilla, 75−125 Pa (28, s. 39).
71
Ilmastointijärjestelmien energiatehokkuusvaatimusten kasvaessa ovat niin sanotut suuret rakennuttajat tehneet omia ohjeitaan, joilla vaikutetaan suunnitteluun ja rakentamiseen niin, että rakennuttajien asettamat nykyisiä määräyksiä tiukemmat energiatehokkuusvaatimukset täytetään. Helsingin kaupungin rakennusvirasto HKR on julkistanut
Helsingin kaupungin matalaenergiarakentamisen LVI-suunnitteluohjeen, jossa SFPluvun ohjearvoksi annetaan uudisrakennuksissa 1,8 kW/(m3/s) ja korjauskohteissa
enintään 2,0 kW/(m3/s) (29, s. 9). Saman HKR:n ohjeen mukaan koteloitujen IVkojeiden otsapintanopeus saa olla maksimissaan 1.6 m/s uudisrakennuksissa ja enintään 2,0 m/s korjauskohteissa (29, s. 10). HKR:n ohje edellyttää kanavistolta ”väljää”
mitoitusta menemättä sen enempää yksityiskohtaisiin arvoihin.
Uppsalan läänin Maakäräjähuollon ilmastointijärjestelmien teknisessä ohjeessa annetaan yksityiskohtaisia ohjeita käytettäville mitoitusarvoille. Uppsalan läänin Maakäräjät
vastaa lääninsä sisällä terveydenhuollosta ja sen rakennushankkeista. Maakäräjäjärjestelmä Ruotsissa vastaa suomalaista sairaanhoitopiirijärjestelmää. Tämän ohjeen mukaiset SFP-arvot ovat (30, s. 4):
Tulo- ja poistoilmajärjestelmä, jossa LTO
SFP, kW/(m3/s): 2,0, 1,5 ilmamäärällä >1,5 m3/s
Tulo- ja poistoilmajärjestelmä ilman LTO:ta
SFP, kW/(m3/s): 1,5, 1,35 ilmamäärällä >1,5 m3/s
Poistoilmajärjestelmä, jossa LTO
SFP, kW/(m3/s): 1,0, 0,7 ilmamäärällä >1,5 m3/s
Poistoilmajärjestelmä ilman LTO:ta
SFP, kW/(m3/s): 0,6, 0,4 ilmamäärällä >1,5 m3/s
Uppsalan Maakäräjien ohje vahvistaa aikaisemmin tässä opinnäytetyössä mainitun 20
%:n ylimitoitusperiaatteen (ks. s. 47). Tämän ohjeen mukaan pää- ja kokoojakanavat
mitoitetaan 20 % ylikapasiteetille. Ilman virtausnopeudet tulee mitoittaa 4 m/s nopeudelle ja maksiminopeutena käytetään 5 m/s 20 %:n ylikapasiteetin ilmavirroilla. Kitkapainehäviötä 1 Pa/m ei saa ylittää (30, s. 5). Saman Uppsalan Maakäräjien ohjeen mukaan tulee ilmalaitteet ja säätöpellit, jotka palvelevat ilman säätömahdollisuutta olevia
ilmalaitteita, mitoittaa minimissään 25 Pa painehäviölle (30, s. 6). Uppsalan Maakäräjien ohjeen mukaan ulkoilmalaitteet mitoitetaan valmistajan ohjeiden mukaan. Ulkoilmasäleikön maksimiotsapintanopeutena käytetään 2 m:ä /s (30, s. 6).
72
SFP-luvun optimoinnissa on syytä muistaa ilmastointijärjestelmien kasvava tilantarve,
kun ilmastointikojeiden otsapintanopeutta ja kanavistojen ilman virtausnopeutta lasketaan. Taulukossa 54 on vertailtu ilmastointikojeiden mittoja, kun vertailtavina ovat niin
sanottua normaalin mitoituksen ja paremman SFP-luvun ilmastointikojeet.
Taulukko 54. Ilmastointikojeiden mitat normaalimitoituksella.
Ilmastointijärjestelmä
Pituus [mm]
Leveys [mm]
Korkeus [mm]
G3 AHU 1
9600
2000
3502
G3 AHU 2
8750
2300
2902
G3 AHU 3
9000
1400
2902
G3 AHU 4.1
8800
2000
2302
G3 AHU 4.2
6950
1700
1526
Mitat muuttuvat, kun valitaan parempi SFP-luku, taulukon 55 mukaisesti.
Taulukko 55. Ilmastointikojeiden mitat paremmalla SFP-luvulla.
Ilmastointijärjestelmä
Pituus [mm]
Leveys [mm]
Korkeus [mm]
G3 AHU 1
9750
2600
3502
G3 AHU 2
9350
2600
3502
G3 AHU 3
9250
2000
2902
G3 AHU 4.1
9500
1700
3502
G3 AHU 4.2
7100
2000
1826
Kojeiden mitat perustuvat FläktWoodsin ACON-ohjelman EQ-kojesarjaan. Lähtölukuna
on ollut tulo- ja poisto sekä kierrätysilmakojeiden asentaminen päällekkäin lukuun ottamatta ilmastointikojejärjestelmää G3 AHU 4.2, jossa on vain yhdellä puhaltimella
varustettu kierrätysilmakoje.
Vertailtaessa taulukon 43 SFP-lukuja Uppsalan Maakäräjien ohjeen mitoitusarvoihin
voidaan todeta, että tässä opinnäytetyössä käytetyt paremman SFP-luvun kojeet olisi
pitänyt mitoittaa vieläkin väljemmin, jotta Uppsalan Maakäräjien ohjeen mukaiset SFParvot olisivat täyttyneet, kun ilmamäärä >1,5 m3/s. HKR:n palvelurakennusten LVIsuunnitteluohjeen mukaiset SFP-arvot kylläkin täyttyvät.
73
Referenssikohteen ilmastointikojeiden asennuskokoonpanot on selvennyksen vuoksi
syytä eritellä. Kuvassa 21 on esitetty ilmastointikojeen G3 AHU1 asennuskokoonpano.
Kuva 21. Ilmastointikojeen G3 AHU1 asennuskokoonpano.
Kuvassa 22 on esitetty ilmastointikojeen G3 AHU2 asennuskokoonpano.
Kuva 22. Ilmastointikojeen G3 AHU2 asennuskokoonpano.
Kuvassa 23 on esitetty ilmastointikojeen G3 AHU3 asennuskokoonpano.
Kuva 23. Ilmastointikojeen G3 AHU3 asennuskokoonpano.
74
Kuvassa 24 on esitetty ilmastointikojeen G3 AHU4.1 asennuskokoonpano.
Kuva 24. Ilmastointikojeen G3 AHU4.1 asennuskokoonpano.
Kuvassa 25 on esitetty ilmastointikojeen G3 AHU4.2 asennuskokoonpano.
Kuva 25. Ilmastointikojeen G3 AHU4.2 asennuskokoonpano.
75
5
Ilmastointijärjestelmien energiankulutus
5.1
Ilmastointijärjestelmien lämpöenergian kulutus
Referenssikohteen ilmastointijärjestelmät jakaantuvat ulkoilman olosuhteista riippuvaan
ulkoilmajärjestelmään G3 AHU1 ja ulkoilmaolosuhteista riippumattomiin kierrätysilmajärjestelmiin G3 AHU2, G3 AHU3, G3 AHU4.1 ja G3 AHU4.2. Ilmastointijärjestelmien
lämpöenergian kulutus muodostuu näin kahden järjestelmätyypin summana. Ilmastointijärjestelmien lämpöenergian kulutukset on laskettu SRMK:n osan D5/2007 taulukon
L.1.1 mukaisille säävyöhykkeille. Laskelmat on tehty SRMK:n osan D5/2007 liitteen 1
säävyöhykelukuisten taulukoiden L1.1 – L1.3 mitoitustiedoilla.
Ulkoilman olosuhteista riippuvaisen ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 lämpöenergian
kulutus on laskettu SRMK:n osan D5/2007 luvun 4.3 mukaisesti. Laskentamenetelmä
on yksinkertaistettu ja se antaa lämpöenergian kulutuksen karkealla tasolla (10, s. 9).
Ilmastointijärjestelmien lämpöenergian kulutuksen laskenta on tehty seuraavilla ehdoilla:
•
Puhdastilat ovat ”rakennus rakennuksessa” periaatteella eli rakennuksen ulkovaipan lämpöhäviöt eivät sisälly laskentaan muuten kuin maanvaraisen lattian
osalta.
•
Puhdastiloja ympäröivä tekninen tila on ylilämpöinen ympärivuotisesti, joten
lämpövirta on sieltä puhdastiloihin päin.
•
Auringosta syntyvää lämpökuormaa ei huomioida, koska puhdastiloissa ei ole
ikkunoita eikä ulkovaippaa suoraan aurinkoon.
•
Sisäiset lämpökuormat on laskettu täysimääräisinä eikä niitä ole huomioitu rakenteisiin varautuvina.
•
Tehdasrakennuksen lämpöenergian kulutus ei sisälly tähän laskentaan.
Ulkoilmaolosuhteista riippumattomien kierrätysilmajärjestelmien G3 AHU2, G3 AHU3,
G3 AHU4.1 ja G3 AHU4.2, lämpöenergian kulutus on laskettu arvioituun tuotantorytmiin perustuen. Näissä järjestelmissä lämpöenergiaa kuluu pääsääntöisesti tuloilman
jälkilämmitykseen.
Lääketeollisuuden puhdastilailmastointijärjestelmille on ominaista
se, että jäähdytetään ja lämmitetään samanaikaisesti. Ulkoilmaolosuhteista riippuvaisen ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 lämmityksen tarvitsema energia on laskettu kaavalla 18.
76
[D = Σ ∗ LD ∗ LG" − GP∆$P/1000
(18)
Qv on ilmanvaihdon lämmityksen tarvitsema energia [kWh]
Hv on ilmanvaihdon ominaislämpöhäviöt [W/K]
Ts on sisäilman lämpötila [ºC]
Tu on ulkoilman lämpötila [ºC]
1000 on kerroin, jolla suoritetaan laatumuutos kilowattitunneiksi
Ilmanvaihdon ominaislämpöhäviöt Hv lasketaan kaavalla 19.
D = ρ ∗ <# ∗ CD# ∗ $] ∗ ^ ∗ $D ∗ L1 ∗ H!P
(19)
ρ on ilman tiheys 1,2 kg/m3
Cp on ilman ominaislämpökapasiteetti 1000 Ws/(kgK)
qvp on poistoilmavirta [m3/s]
td on ilmanvaihtolaitoksen keskimääräinen vuorokautinen käyntiaikasuhde
[h/24h]
tv on ilmanvaihtolaitoksen viikoittainen käyntiaikasuhde [vrk/7 vrk]
r on muuntokerroin, joka ottaa huomioon ilmanvaihtolaitoksen vuorokautisen käyntiajan
ηa on ilmanvaihdon poistoilman lämmön talteenoton (LTO) vuosihyötysuhde tai keskimääräinen hyötysuhde laskentajaksolla
Ilmanvaihdon poistoilman lämmön talteenoton vuosihyötysuhde on laskettu liitteen 6
mukaisilla arvoilla. Liitteen 6 laskenta perustuu ympäristöministeriön monisteen 122
(2003) laskentasääntöihin ja kaavoihin. Poistoilman lämmön talteenoton vuosihyötysuhteen laskennassa on tuloilman lämmön talteenoton hyötysuhteena käytetty
FläktWoodsin ACON -laskentaohjelmalla saatua hyötysuhdetta. Liitteen 6 laskennan
mukaiset poistoilman lämmön talteenoton vuosihyötysuhteet säävyöhykkeittäin on esitetty taulukossa 29, kun tulo- ja poistoilman välinen suhde R on ollut 1,1. Liitteen 6
mukainen LTO:n vuosihyötysuhteidenlasketa säävyöhykkeittäin perustuu Tekniikan
lisensiaatti Mika Vuollen Sisäilmatieto Oy:lle vuonna 2004 tekemään ohjelmaan.
77
Ilmastointijärjestelmien lämpöenergian kulutukset on laskettu säävyöhykkeittäin kahdelle tuotantorytmille:
•
24/24 h ympäri vuoden = keskeytymätön kolmivuorotyö
•
12/24 h 5/7 vrk = keskeytyvä yksivuorotyö.
Ilmastointijärjestelmien 1/1-tehon käyttötuntimäärät jakaantuvat tuotantorytmin mukaisesti:
•
8760 h = keskeytymätön kolmivuorotyö
•
3120 h = keskeytyvä yksivuorotyö.
Tämän lisäksi huomioidaan keskeytyvässä yksivuorotyössä ilmastointijärjestelmien ½tehokäytön tuntimäärät:
•
3120 h = keskeytyvä yksivuorotyö ilta-/yökäyttö
•
2520 h = keskeytyvä yksivuorotyö.
Taulukon 21 mukaiset prosessilaitekuormat ovat päällä:
•
7300 h keskeytymättömässä kolmivuorotyössä
•
2600 h keskeytyvässä yksivuorotyössä.
Valaistuksesta, ihmisistä ja puhdastilarakenteen läpi johtuvat lämpökuormat vaikuttavat
yhteisesti tuotantorytmin mukaisesti. Valaistuksesta ja ihmisistä syntyvä lämpökuorma
ei vaikuta yöllä eikä viikonloppuisin keskeytyvässä yksivuorotyössä.
Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 poistoilman lämpöenergiassa huomioidaan hyödyksi
ilmastointijärjestelmistä G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3 AHU4.1 tulevan poistoilman sisältämä lämpömäärä suhteessa kierrätysilmamäärään. Sisäisten lämpökuormien kokonaislaskenta on esitetty liitteessä 7. Ilmastointijärjestelmä G3 AHU1 lämpöenergian kulutus
perustilanteessa keskeytymättömässä kolmivuorotyössä on säävyöhykkeittäin taulukon
56 mukainen.
78
Taulukko 56. Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 lämpöenergian kulutus kolmivuorotyössä.
Säävyöhyke
Lämpöenergian kulutus [kWh]
Helsinki
298 469
Jokioinen
319 554
Jyväskylä
349 784
Sodankylä
480 073
Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 lämpöenergian kulutus perustilanteessa keskeytyvässä yksivuorotyössä on säävyöhykkeittäin taulukon 57 mukainen.
Taulukko 57. Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 lämpöenergian kulutus yksivuorotyössä.
Säävyöhyke
Lämpöenergian kulutus [kWh]
Helsinki
279 308
Jokioinen
293 892
Jyväskylä
314 961
Sodankylä
405 159
Vertailun vuoksi on tutkittava lämpöenergian kulutuksen kasvua, jos ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 ylikapasiteetti 20 % otetaan käyttöön keskeytymättömässä kolmivuorotyössä. Tämän toimenpiteen tulokset on esitetty taulukossa 58.
Taulukko 58. Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 lämpöenergian kulutus kolmivuorotyössä 20
%:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
Lämpöenergian kulutus [kWh]
Helsinki
341 204
Jokioinen
365 601
Jyväskylä
400 414
Sodankylä
551 101
Taulukoiden 56 ja 57 lämpöenergian kulutuksen eroissa näkyy yksivuorotyössä prosessilaitteista tulevan lämpökuorman pois jäänti ja siksi kulutusluvut ovat harhaanjohtavia.
Taulukot 56 ja 57 osoittavat ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 lämmitysjärjestelmästä
ottaman energiamäärän. Sisäisten lämpökuormien osuus ilmastointijärjestelmän G3
AHU1 lämmitysenergian tarpeesta on keskeytymättömässä kolmivuorotyössä taulukon
59 mukainen.
79
Taulukko 59. Sisäisten lämpökuormien osuus kolmivuorotyössä.
Säävyöhyke
Lämpökuormaenergia [kWh]
Helsinki
248 788
Jokioinen
248 788
Jyväskylä
248 788
Sodankylä
248 788
Taulukossa 60 on esitetty sisäisten lämpökuormien osuus yksivuorotyössä.
Taulukko 60. Sisäisten lämpökuormien osuus yksivuorotyössä.
Säävyöhyke
Lämpökuormaenergia [kWh]
Helsinki
98 501
Jokioinen
98 501
Jyväskylä
98 501
Sodankylä
98 501
Taulukot 56, 57, 59 ja 60 yhdistämällä saadaan ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 lämmitysenergian kulutus perustilanteessa kolmi- ja yksivuorotyössä. Taulukossa 61 on
esitetty keskeytymättömän kolmivuorotyön kulutus.
Taulukko 61. Kolmivuorotyön lämmitysenergian yhteiskulutus (taulukot 56 + 59).
Säävyöhyke
Kokonaiskulutus [kWh]
Helsinki
547 257
Jokioinen
568 342
Jyväskylä
598 572
Sodankylä
728 861
Taulukossa 62 on esitetty vastaavat kulutusluvut yksivuorotyössä.
80
Taulukko 62. Yksivuorotyön lämmitysenergian yhteiskulutus (taulukot 57 + 60).
Säävyöhyke
Kokonaiskulutus [kWh]
Helsinki
377 809
Jokioinen
392 393
Jyväskylä
413 462
Sodankylä
503 660
Taulukoista 61 ja 62 voidaan todeta, että kokonaisenergian kulutus ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 lämmitykseen perustilanteessa poikkeaa merkittävästi keskeytymättömän kolmivuorotyön ja keskeytyvän yksivuorotyön välillä.
Kierrätysilmajärjestelmät G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3 AHU4.1 kuluttavat lämmitysenergiaa tasaisesti riippumatta ulkoilman olosuhteista. Niiden lämmitysenergian kulutukseen
vaikuttaa kolmivuoro- ja yksivuorotyö taulukon 63 mukaisesti.
Taulukko 63. Kierrätysilmajärjestelmien lämmitysenergian kulutus perustilanteessa.
Säävyöhyke
Kolmivuorotyön
lämmityse-
Yksivuorotyön lämmitysener-
nergian kulutus [kWh]
gian kulutus [kWh]
Helsinki
76 811
58 454
Jokioinen
76 811
58 454
Jyväskylä
76 811
58 454
Sodankylä
76 811
58 454
Ilmastointijärjestelmien lämmitysenergian laskennan kulku on esitetty liitteessä 8 säävyöhykkeen I osalta. Säävyöhykkeille II, III ja IV laskennan kulku on samanlainen.
Kierrätysilmakojeiden osuudet lämmitysenergian kulutuksesta ovat kolmivuorotyössä:
G3 AHU2 -> 51 %, G3 AHU3 -> 7 % ja G3 AHU4.1 -> 42 % ja vastaavat osuudet yksivuorotyössä: G3 AHU2 -> 48 %, G3 AHU3 -> 17 % ja G3 AHU4.1 -> 35 %.
5.2
Ilmastointijärjestelmien jäähdytysenergian kulutus
Jäähdytysenergiaa kuluu ilman kuivaukseen ja sisäisten lämpökuormien hallintaan.
Ulkoilman olosuhteista riippuva ilmastointijärjestelmä G3 AHU1 muodostaa suurimman
81
jäähdytysenergian kuluttajan kesäaikaisen ilmankuivauksen johdosta. Kierrätysilmajärjestelmät G3 AHU2, G3 AHU 3, G3 AHU4.1 ja G3 AHU4.2 kuluttavat jäähdytysenergiaa
tasaisesti ympäri vuoden siirtäen pois sisäisiä lämpökuormia.
Jäähdytysenergian kulutuksen laskenta on suoritettu Gunnar Liljan vuonna 1981 julkaistussa kirjassa ”Luftbehandling 2” kohdan ”Energibehov för kylning” mukaan (22, s.
429). Sama laskentamenetelmä on esitetty Ruotsin LVI-teknisen yhdistyksen taulukkokirjassa ”Meteorologi och klimatologi” luvussa 8 (31, s. 53, 62, 63). Menetelmän mukainen jäähdytyksen ominaisenergiankulutus hj lasketaan kaavalla 20.
ℎ_ = L+)2++):5/:3,P*∗LF)2F+):5/:3,P°a
I
(20)
hj on jäähdytyksen ominaisenergiankulutus [kJh/kga]
tu on mitoittavan ulkolämpötilan esiintymisaika [h]
ttuloilma on tuloilman jäähdytyslämpötilan esiintymisaika [h]
Tu on mitoittava ulkolämpötila [ºC]
Ttuloilma on tuloilman jäähdytyslämpötila [ºC]
Mitoittavien vuosittaisten tuntimäärien ja lämpötilojen määrittämiseen käytetään liitteessä 9 esitettyjä säävyöhykelukuisia lämpötilojen pysyvyyskäyriä. Paikkakuntakohtaisia lämpötilan ja entalpian pysyvyyskäyriä voi Suomessa ostaa Ilmatieteen laitokselta ja
Foreca Oy:ltä. Liiteessä 9 esitetyt säävyöhykekohtaiset lämpötilan pysyvyyskäyrät on
ostettu Ilmatieteen laitokselta heinäkuussa 2011.
Kun tuloilman jäähdytyslämpötila alittaa mitoittavan ulkolämpötilan kastepistelämpötilan, tiivistyy jäähdytyspatterin pinnoille vettä ja tuloilma kuivuu. Kuivauksen tarvitsema
lisäenergian tarve lasketaan prosentuaalisena lisänä kaavan 20 mukaisen laskennan
arvoon korjauskertoimella, joka saadaan Ruotsin LVI-teknisen yhdistyksen taulukkokirjasta taulukosta 8.8 (31, s. 62 ja 63).
Näin laskettu jäähdytysenergian vuosittainen säävyöhykekohtainen kulutus Φj lasketaan kaavalla 21.
Φ_ = CD ∗ ρ ∗ ℎ_
(21)
82
Φj on jäähdytysenergian vuosittainen säävyöhykelukuinen kulutus [kWh]
qv on tuloilmavirta [m3/s]
ρ on ilman tiheys 1,2 kg/m3
hj on jäähdytysenergian ominaiskulutus [kJh/kg·a]
SRMK:n osa D5/2007 ei anna laskentaohjetta jäähdytysenergian kulutukselle, kun ilmastointijärjestelmä prosessoi ilman mitoittaviin huoneparametreihin ts. vakiolämpötilaan ja kosteuteen (10, s. 25). SRMK:n osan D5 heinäkuussa 2012 voimaan astuva
versio edellyttää dynaamisen laskentaohjelman käyttöä jäähdytysenergian laskennassa
(32, s. 3).
Jäähdytysenergian kulutus on laskettu säävyöhykekohtaisesti kolmi- ja yksivuorotyölle
samoilla tuntimäärillä, joita käytettiin ilmastointijärjestelmien lämmitysenergian kulutuksen laskennassa (ks. luku 5.1). Sisäiset lämpökuormat vaikuttavat samalla tavalla
jäähdytysenergian kulutuksen laskennassa kuin lämmitysenergian kulutuksen laskennassa (ks. luku 5.1). Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 jäähdytysenergian kulutus on
keskeytymättömässä kolmivuorotyössä säävyöhykkeittäin taulukon 64 mukainen.
Taulukko 64. Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 vuotuinen jäähdytysenergian kulutus perustilanteessa kolmivuorotyössä.
Säävyöhyke
Jäähdytysenergian
kulutus
[kWh]
Helsinki
131 695
Jokioinen
119 637
Jyväskylä
106 931
Sodankylä
76 386
Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 jäähdytysenergian kulutus on keskeytyvässä yksivuorotyössä säävyöhykkeittäin taulukon 65 mukainen.
83
Taulukko 65. Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 vuotuinen jäähdytysenergian kulutus perustilanteessa yksivuorotyössä.
Säävyöhyke
Jäähdytysenergian
kulutus
[kWh]
Helsinki
93 555
Jokioinen
84 989
Jyväskylä
75 963
Sodankylä
54 264
Vertailun vuoksi on tutkittava jäähdytysenergian kulutuksen kasvua, jos ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 ylikapasiteetti 20 % otetaan käyttöön keskeytymättömässä kolmivuorotyössä. Tämän toimenpiteen tulokset on esitetty taulukossa 66.
Taulukko 66. Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 vuotuinen jäähdytysenergian kulutus kolmivuorotyössä 20 %:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
Jäähdytysenergian
kulutus
[kWh]
Helsinki
153 515
Jokioinen
139 458
Jyväskylä
124 647
Sodankylä
89 042
Kierrätysilmajärjestelmät G3 AHU 2, G3 AHU 3, G3 AHU 4.1 ja G3 AHU 4.2 kuluttavat
jäähdytysenergiaa niin sanotussa kuivassa jäähdytyksessä (ei ilman kuivumista) tasaisesti riippumatta ulkoilman olosuhteista. Niiden jäähdytysenergian kulutukseen vaikuttaa kolmi- ja yksivuorotyö taulukon 67 mukaisesti.
Taulukko 67. Kierrätysilmajärjestelmien G3 AHU 2, G3 AHU 3, G3 AHU 4.1 ja G3 AHU 4.2 vuotuinen jäähdytysenergian kulutus perustilanteessa.
Säävyöhyke
Kolmivuorotyön
jäähdytyse-
Yksivuorotyön
jäähdytyse-
nergian kulutus [kWh]
nergian kulutus [kWh]
Helsinki
615 840
221 590
Jokioinen
615 840
221 590
Jyväskylä
615 840
221 590
Sodankylä
615 840
221 590
84
Kierrätysilmakojeiden osuudet jäähdytysenergian kulutuksesta ovat seuraavat: G3
AHU2 -> 41 %, G3 AHU3 -> 24 %, G3 AHU4.1 -> 19 % ja G3 AHU4.2 -> 16 %. Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 jäähdytysenergian kulutus on kompressorilla tehtyä energiaa, koska ilmastointijärjestelmä hyödyntää suoraan kylmää ulkoilmaa, kun ulkoilman
lämpötila on kylmempi kuin 11 ºC. Kierrätysilmajärjestelmät G3 AHU 2, G3 AHU 3, G3
AHU 4.1 ja G3 AHU 4.2 hyödyntävät niin sanottua vapaajäähdytystä kun ulkoilma on 5
ºC kylmempää kuin 7 ºC :n jäähdytyspattereille menevä vesi. Tämä tarkoittaa vapaajäähdytyksen täysimääräistä hyödyntämistä ulkolämpötilan ollessa 2 ºC (33, s. 8). Säävyöhykelkohtaisesti ≤2 ºC lämpötiloja esiintyy tuntimääräisesti taulukon 68 mukaisesti
(33, s. 8).
Taulukko 68. Säävyöhykkeittäin ≤2 ºC kestoajat.
Säävyöhyke
≤2 ºC kestoajat [h]
Helsinki
3819
Jokioinen
4109
Jyväskylä
4398
Sodankylä
5183
Ajallisesti tämä tarkoittaa sitä, että suhteutettuna vuoden kokonaistuntimäärään 8760
h kierrätysilmajärjestelmät hyödyntävät vapaajäähdytystä: Helsingissä -> 44 %, Jokioisilla -> 47 %, Jyväskylässä -> 50 % ja Sodankylässä -> 59 % ajasta. Karkeasti arvioituna vapaajäähdytyksellä tuotetaan jäähdytysenergian kulutuksesta taulukon 69 mukaiset osuudet.
Taulukko 69. Vapaajäähdytyksellä tuotettu jäähdytysenergia kierrätysilmajärjestelmissä.
Säävyöhyke
Kolmivuorotyössä
vapaa-
Yksivuorotyössä
vapaajääh-
jäähdytytyksen osuus [kWh]
dytytyksen osuus [kWh]
Helsinki
270 970
97 500
Jokioinen
289 445
104 147
Jyväskylä
307 920
110 795
Sodankylä
363 346
130 738
Näin ollen jäähdytyskompressorilla tuotetaan taulukon 70 mukaiset kierrätysilmajärjestelmien jäähdytysenergiat.
85
Taulukko 70. Jäähdytyskompressorilla tuotettu vuotuinen jäähdytysenergia.
Säävyöhyke
Kolmivuorotyössä jäähdytys-
Yksivuorotyössä
jäähdytys-
kompressorin osuus [kWh]
kompressorin osuus [kWh]
Helsinki
344 870
124 090
Jokioinen
326 395
117 443
Jyväskylä
307 920
110 795
Sodankylä
252 494
90 851
Ilmastointijärjestelmien jäähdytysenergian kulutuksen laskennan kulku on esitetty liitteessä 9 säävyöhykkeen I osalta. Säävyöhykkeille II, III ja IV laskennan kulku on samanlainen.
5.3
Ilmastointijärjestelmien kostutuksen energian kulutus
Kostutuksen vaatimaa energiaa kuluu varsinkin talvella kuivan tuloilman kostutukseenoin Ulkoilman olosuhteista riippuvainen ilmastointijärjestelmä G3 AHU1 muodostaa
suurimman kostutuksen vaatiman energian kuluttajan. Ilmastointijärjestelmä G3 AHU1
toimittaa käsitellyn ulkoilman kierrätysilmajärjestelmiin G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3
AHU4.1. Viimeksi mainittu kierrätysilmajärjestelmä G3 AHU4.1 palvelee EU GMP:n mukaisia puhtausluokkia D, C, B ja A. EU GMP:n mukaisessa puhtausluokassa D tuloilman
kostutukseen voidaan käyttää niin sanottua tehdashöyryä, mutta puhtausluokissa C, B
ja A tuloilman kostutus tulee hoitaa niin sanotulla puhdashöyryllä tai muulla todistettavasti puhtaammalla höyryllä (12, s. 160). Myös CNC-tilojen tuloilman kostutukseen voi
käyttää tehdashöyryä.
Kostutuksen vaatiman energiankulutuksen laskenta on suoritettu Gunnar Liljan vuonna
1981 julkaistussa kirjassa ”Luftbehandling 2” luvussa ”Vattenförbrukning i fuktare” mukaan (22, s. 435).
Vuotuisen ilmastoinnin kostutuksen vaatiman energian kulutuksen laskenta alkaa sen
vesimäärän määrittämisellä, jonka kostutus tarvitsee. Sen laskemiseksi tarvitaan säävyöhykekohtaiset ominaiskosteuskäyrät, jotka vastaavat säävyöhykekohtaisia keskilämpötilan pysyvyyskäyriä. Tässä laskennassa käytetyt säävyöhykekohtaiset ominaiskosteuskäyrät ovat liitteessä 10. Liitteessä 10 esitetyt säävyöhykekohtaiset ominaiskos-
86
teuskäyrät on ostettu Ilmatieteen laitokselta heinäkuussa 2011 (säävyöhykekohtaisia
ominaiskostutuskäyriä voi Suomessa ostaa Ilmatieteen laitokselta tai Foreca Oy:ltä).
Ilmastointijärjestelmien kostutuksen vuotuinen ominaisvedenkulutus lasketaan säävyöhykekohtaisten ominaiskosteuskäyrien avulla kaavan 22 mukaisesti.
bD" = +3,V∗L/3,V2/3/1P
I
(22)
gvesi on ominaisvedenkulutus [gh/kg]
tmax on maksimiaika mitoitusominaiskosteudelle [h]
imax on mitoitusominaiskosteus [g/kg]
imin on käyrän mukainen minimiominaiskosteus [g/kg]
Vuotuinen vedenkulutus, jonka ilmastointijärjestelmän kostutin kuluttaa, lasketaan
kaavalla 23.
DD" = c ∗ bD ∗ bD" ∗ 3,6 ∗ 102&
(23)
vvesi on vuotuinen veden tarve [m3]
ρ on ilman tiheys 1,2 kg/m3
gv on ilmamäärä [m3/s]
gvesi on ominaisvedenkulutus [gh/kg]
Ilmastointijärjestelmässä G3 AHU1 käytetään höyrykostuttimia. käytettävän höyryverkoston paine on 8 bar:a, josta höyrynpaine alennetaan paineen alentimissa 3 bar:n
paineeseen ennen kuin se johdetaan kostutintukeille. Tässä laskennassa on energiankulutuksen määrittämisessä käytetty 8 bar:n höyryn tarvitsemaa kokonaislämpömäärää
0,77 kWh/kg. Vuosittainen veden- ja lämmitysenergian kulutus ilmastointijärjestelmässä G3 AHU1 tuloilman kostuttamiseen on esitetty taulukossa 71.
87
Taulukko 71. Vuosittainen veden- ja lämmitysenergian kulutus perustilanteessa kolmivuorotyössä.
Säävyöhyke
Vedenkulutus [kg]
Lämpöenergian
kulutus
[kWh]
Helsinki
583 665
449 422
Jokioinen
605 470
466 212
Jyväskylä
612 604
471 705
Sodankylä
661 423
509 296
Yksivuorotyössä vastaavat arvot on esitetty taulukossa 72.
Taulukko 72. Vuosittainen veden- ja lämmitysenergian kulutus perustilanteessa yksivuorotyössä.
Säävyöhyke
Vedenkulutus [kg]
Lämpöenergian
kulutus
[kWh]
Helsinki
396 059
304 965
Jokioinen
410 854
316 358
Jyväskylä
415 696
320 086
Sodankylä
448 823
345 594
Kulutusarvot muuttuvat taulukon 73 mukaisiksi, jos 20 %:n ylikapasiteetti otetaan
käyttöön.
Taulukko 73. Vuosittainen veden- ja lämmitysenergian kulutus 20 %:n ylikapasiteetille kolmivuorotyössä.
Säävyöhyke
Vedenkulutus [kg]
Lämpöenergian
kulutus
[kWh]
Helsinki
680 367
523 883
Jokioinen
705 784
543 454
Jyväskylä
714 101
549 857
Sodankylä
771 008
593 676
Tämän laskentametodin tarkkuus on karkea ja se antaa vastauksena teoreettisen vuotuisen vedenkulutuksen ja sen kautta ilmastoinnin kostutuksen vaatiman lämpöenergian. Ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 tuloilman kostutuksen vaatiman energiankulutuksen laskennan kulku on esitetty liitteessä 10.
88
5.4
Ilmastointijärjestelmien puhallinmoottoreiden sähköenergian kulutus
Ilmastointijärjestelmien puhallinmoottoreiden sähköenergian kulutus on näissä laskelmissa oletettu ulkoilman olosuhteista riippumattomaksi ja näin ollen se pysyy samana
kaikilla säävyöhykkeillä. Puhallinmoottoreiden vuotuiset sähköenergian kulutukset on
laskettu kertomalla taulukon 41 mukaiset tulo- ja poistoilmapuhallinmoottoreiden SFPlaskennassa käytetyt tehot luvussa 5.1 esitetyillä keskeytymättömän kolmivuorotyön ja
keskeytyvän yksivuorotyön käyttötuntimäärillä, jotka vastaavat puhallinmoottoreiden
1/1- ja ½-tehon käyttöaikoja. Sama lopputulos saadaan käyttämällä SRMK:n osan
D5/2012 luvun 7.1.1. mukaista laskentatapaa. Puhallinmoottoreiden sähkönkulutus
lasketaan kaavan 24 avulla.
fg%!D!ℎ$ = ∑ WXYbD ∗ ∆$ ∗ fD, %$
(24)
Wilmanvaihto on ilmanvaihtojärjestelmän sähköenergian kulutus [kWh]
SFP on puhaltimen tai ilmanvaihtokoneen ominaissähköteho [kW/(m3/s)]
gv on puhaltimen tai ilmanvaihtokoneen ilmavirta [m3/s]
∆t on puhaltimen tai ilmanvaihtokoneen käyttöaika laskentajaksolla [h]
Wiv,muut on muu ilmanvaihtojärjestelmän sähkönkulutus [kWh]
Taulukossa 74 on esitetty ilmastointijärjestelmien puhallinmoottoreiden sähköenergian
kulutus keskeytymättömässä kolmivuorotyössä perustilanteessa.
Taulukko 74. Perustilanteen puhallinmoottoreiden vuotuinen sähköenergian kulutus perustilanteessa kolmivuorotyössä.
Ilmastointijärjestelmä
Sähköenergian
kulutus
[kWh]
G3 AHU 1
67 277
G3 AHU 2
48 862
G3 AHU 3
26 484
G3 AHU 4.1
40 068
G3 AHU 4.2
27 952
Keskeytyvässä yksivuorotyössä puhallinmoottoreiden sähköenergian kulutus on taulukon 75 mukainen.
89
Taulukko 75. Perustilanteen puhallinmoottoreiden vuotuinen sähköenergian kulutus yksivuorotyössä.
Ilmastointijärjestelmä
Sähköenergian
kulutus
[kWh]
G3 AHU 1
29 415
G3 AHU 2
21 279
G3 AHU 3
11 564
G3 AHU 4.1
17 194
G3 AHU 4.2
12 205
Ilmastointijärjestelmien puhallinmoottoreiden sähköenergiankulutus kasvaa taulukon
76 arvojen mukaisiksi jos 20 %:n ylikapasiteetti otetaan käyttöön keskeytymättömässä
kolmivuorotyössä.
Taulukko 76. Puhallinmoottoreiden vuotuinen sähköenergian kulutus 20 %:n ylikapasiteetilla kolmivuorotyössä.
Ilmastointijärjestelmä
Sähköenergian
kulutus
[kWh]
G3 AHU 1
108 274
G3 AHU 2
78 490
G3 AHU 3
42 924
G3 AHU 4.1
62 461
G3 AHU 4.2
48 530
Ilmastointijärjestelmien puhallinsähköenergian kulutuksen laskenta on esitetty liitteessä
8.
5.5
Ilmastointijärjestelmien kokonaisenergian kulutus
Suomen Rakentamismääräyskokoelman osat D3 ja D5 uudistuvat. Uudet määräykset
astuvat voimaan 1.7.2012. Tässä selvityksessä on sovellettu uusien määräysten laskentasääntöjä, joiden avulla selvitetään ilmastointijärjestelmien G3 AHU1, G3 AHU2, G3
AHU3, G3 AHU4.1 ja G3 AHU4.2 kokonaisenergian kulutukset energianjakelu ja tuotantotavasta riippuen. Tämä on olennaista selvittää, jotta ilmastointijärjestelmien ympäristövaikutukset voidaan arvioida oikein. Uuden D3:n mukainen kokonaisenergiankulutuksen laskenta edellyttää energianjakelun ja tuotannon häviöiden huomioimista, sekä
90
käytetyn energiamuodon kertoimien käyttöä. Kuvassa 27 on esitetty D3/2012:n laskentaperiaate.
Kuva 26. Lämmitysjärjestelmien kokonaisenergiankulutuksen eli E-luvun laskennan periaate
(34, s. 5).
Näin lasketaan E-luku. Rakennuksen kokonaisenergiankulutus on esitettävä laskennallisena energialukuna. E-luku on on energiamuotojen kertoimilla painotettu rakennuksen
vuotuinen netto-ostoenergian laskennallinen kulutus rakennustyypin standardikäytöllä
lämmitettyä nettoalaa kohden (37, s. 5). Tässä selvityksessä standardikäytöllä on tarkoitettu luvun 4.1 käyttöaikoja ja oletuksia. E-luvun laskennallinen taseraja on kuvan
27
uloimmainen
katkoviiva,
kun
taas
luvun
5
energiamuotokohtaiset
CO2-
ominaispäästöt lasketaan sisemmän katkoviivan taserajan mukaan.
E-luku = rakennukseen ostettu energia x energiamuodon kerroin (34, s. 3).
Energialähteille on määritetty luonnonvarojen käyttöä kuvastavat energiamuotojen
kertoimet. Rakennuksen ajallinen elinkaari vaikuttaa luonnonvarojen käyttöön ja se
huomioidaan energiamuotojen kertoimissa. Energiamuotojen kertoimien käyttö ohjaa
kohti energiatehokkaampaa rakentamista ja kestävää luonnonvarojen käyttöä. Mitä
suurempi energiamuodon kerroin on, sitä enemmän luonnonvarat kuluvat ja vastaavasti mitä pienempi energiamuodon kerroin on, sitä vähemmän kulutetaan luonnonvaroja
(34, s. 3-4).
91
SRMK:n osan D3/2012 energiamuotojen kertoimet perustuvat primäärienergiakertoimiin. Luonnonvarojen kuluminen kuvataan primäärienergiakertoimilla ja niillä ohjataan
rakennusten energiatehokkuutta paremmin kuin ominaispäästökertoimilla (34, s.4).
Primäärienergia tarkoittaa ihmiskunnan käytössä olevia energiamääriä mitattuna siinä
muodossa kuin ne ovat ennen muunnosprosessia käyttökelpoiseksi energiaksi eli ennen
niin kutsuttua energiatuotantoa (40).
Kokonaisprimäärienergiakertoimet (uusiutuva ja uusiutumaton) on määritetty Suomen
2000-luvun energiatuotannon tilastojen perusteella niin sanotulla hyödynjakomenetelmällä, johon SRMK:n osan D3/2012 energiamuodon kertoimien suhteet perustuvat.
Tämä edellä mainittu tilastoihin perustuva laskenta on antanut kaukolämmön primäärienergiakertoimeksi 0,9 ja sähkölle 2,2. Uusiutumattomia primäärienergiakertoimia
tarkasteltaessa saadaan kaukolämmölle kerroin 0,77 ja sähkölle 1,75. Sähkön ja kaukolämmön yhteistuotannossa (CHP) kaukolämmön primäärienergiakerroin on 0,72. Suomen kaukolämmöstä 75 % tuotetaan yhteistuotantolaitoksissa. Primäärienergiakerroin
fossiilisille polttoaineille on 1.0 (34, s. 4 ja 37, s. 8).
Kuva 27. Lämmitysjärjestelmien energiankulutuksen taserajat (37, s. 5).
Ilmastointijärjestelmien esi- ja jälkilämmityspattereiden lämmönjakeluverkostossa käytetään näissä laskelmissa hyötysuhdetta 0,9 ja lämmönjakeluverkoston kiertopumppujen sähköenergian kulutuksena 0,5 kWh/(m2a). Lämmöntuotantojärjestelmien vuosi-
92
hyötysuhteet ja niihin kuuluvien apulaitteiden vuosittainen sähköenergian kulutus on
esitetty taulukossa 77 (32, s. 45-46).
Taulukko 77. Lämmöntuotantojärjestelmien vuosihyötysuhteet.
Tuotantotapa
Vuosihyötysuhde
Sähkö [kWh/m2a]
Kevyt polttoöljy
0,9
0,24
Maakaasu
0,9
0,11
Turvepelletti
0,84
0,13
Kaukolämpö
0,97
0,07
Sähkö*
0,88
0,02
*Sähkökattila
Näiden kahden hyötysuhteen lisäksi tarvitaan energiamuodon kertoimet, jotka ovat
taulukon 78 mukaiset (36, s. 8).
Taulukko 78. Energiamuotojen kertoimet.
Energiamuoto
Energiamuodon kerroin
Kevyt polttoöljy
1,0
Maakaasu
1,0
Turvepelletti
1,0
Kaukolämpö
0,7
Sähkö*
1,7
Lämmitysenergian kokonaistarpeen laskemiseksi käytetään taulukon 79 mukaisia kertoimia, jotka saadaan kertomalla taulukon 78 arvot taulukon 95 arvoilla ja joilla kerrotaan luvussa 5.1 esitetyt kulutusarvot.
Taulukko 79. Lämmitysenergian kokonaiskulutuksen kertoimet (taulukot 79 ja 95).
Energiamuoto
Kokonaiskerroin
Kevyt polttoöljy
1,24
Maakaasu
1,24
Turvepelletti
1,32
Kaukolämpö
0,8
Sähkö*
2,15
93
Apulaitteiden vuosittainen sähkönkulutus on taulukon 80 mukainen. Puhdastilojen yhteenlaskettu pinta-ala on 658 m2.
Taulukko 80. Apulaitteiden sähköenergian kulutus.
Energiamuoto
Sähkö [kWh/a]
Kevyt polttoöljy
635
Maakaasu
523
Turvepelletti
541
Kaukolämpö
489
Sähkö*
446
Taulukon 80 sähköenergian kulutustiedot ovat suuntaa-antavia ja antavat tässä yhteydessä vain suhdeluvun eri energiamuotojen välillä, koska tässä selvityksessä käsitellään
tuotantolaitoksen lämmitysjärjestelmiä. Taulukon 80 arvoja ei käytetä laskennan edetessä.
Taulukon 79 mukaisia kokonaiskertoimia käyttämällä voidaan laskea ilmastointijärjestelmien G3 AHU1, G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3 AHU4.1 kokonaislämpöenergiankulutukset
säävyöhykkeittäin eri lämmitysmuodoille. Lämmitysmuototarkastelussa on oletettu, että
lääketeollisuusyritys sijoituspäätöstä tehdessään ottaa myöskin kantaa valittavaan
lämmitysmuotoon. Lämpöenergian kulutuslaskennassa käytetään taulukoiden 56, 57,
58 ja 63 kulutustietoja perustilanteessa ja 20 % ylikapasiteetilla keskeytymättömässä
kolmivuorotyössä sekä keskeytyvässä yksivuorotyössä.
Taulukossa 81 on esitetty vuotuiset kokonaislämpöenergian kulutukset keskeytymättömässä kolmivuorotyössä perustilanteessa energiamuodoittain säävyöhykekohtaisesti.
Taulukko 81. Kokonaislämpöenergiankulutus keskeytymättömässä kolmivuorotyössä perustilanteessa.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
465 347
491 493
528 978
690 536
Maakaasu
465 347
491 493
528 978
690 536
Turvepelletti
495 370
523 202
563 105
735 087
Kaukolämpö
300 224
317 092
341 276
445 507
Sähkö
806 852
852 185
917 179
1 197 301
94
Vuotuinen kokonaisenergian kulutus muuttuu suhteessa käyttötuntimäärään. Keskeytyvän yksivuorotyön vaikutus kokonaislämpöenergian kulutuksessa on esitetty taulukossa 82.
Taulukko 82. Kokonaislämpöenergiankulutus keskeytyvässä yksivuorotyössä perustilanteessa
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
418 825
436 909
463 035
574 880
Maakaasu
418 825
436 909
463 035
574 880
Turvepelletti
445 846
465 097
492 908
611 969
Kaukolämpö
270 210
281 877
298 732
370 890
Sähkö
726 188
757 544
802 842
996 768
Vuotuinen kokonaislämpöenergiankulutus kasvaa, jos 20 %:n ylikapasiteetti otetaan
käyttöön. Tämä muutos on esitetty taulukossa 83.
Taulukko 83. Kokonaislämpöenergiankulutus keskeytymättömässä kolmivuorotyössä 20 %:n
ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
558 417
589 791
634 773
828 643
Maakaasu
558 417
589 791
634 773
828 643
Turvepelletti
594 444
627 842
675 726
882 104
Kaukolämpö
360 269
380 510
409 531
534 609
Sähkö
968 222
1 022 622
1 100 615
1 436 761
Vastaava muutos tapahtuu myös keskeytyvässä yksivuorotyössä. Kulutusluvut muuttuvat taulukon 84 mukaisiksi.
Taulukko 84. Kokonaislämpöenergiankulutus keskeytyvässä yksivuorotyössä 20 %:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
502 590
524 291
555 642
689 856
Maakaasu
502 590
524 291
555 642
689 856
Turvepelletti
535 015
558 116
591 489
734 363
Kaukolämpö
324 252
338 252
358 478
445 068
Sähkö
871 426
909 053
963 411
1 196 122
95
5.6
Ilmastointijärjestelmien kostutuksen kokonaisenergiankulutus
Ilmastointijärjestelmien kostutuksen vaatiman energian kokonaiskulutuksen tarkastelu
suoritetaan kuten lämpöenergian kokonaiskulutuksessa. Ainoana poikkeuksena on kaukolämmön pois jättäminen, koska kostutuksessa käytettävällä energiamuodolla tulee
voida tuottaa 8 bar:n höyryä paikallisesti erillisellä höyrynkehittimellä. Höyrynkehittimessä voi olla energianlähteenä kevyt polttoöljy, maakaasu, turvepelletti tai sähkö.
Myös muut energianlähteet voivat tulla kysymykseen.
Vuotuinen ilmastointijärjestelmien kostutukseen tarvittava kokonaisenergia keskeytymättömässä kolmivuorotyössä on säävyöhykkeittäin energiamuodoittain esitetty taulukossa 85.
Taulukko 85. Kostutuksen kokonaisenergiankulutus keskeytymättömässä kolmivuorotyössä
perustilanteessa.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
557 283
578 103
584 914
631 527
Maakaasu
557 283
578 103
584 914
631 527
Turvepelletti
593 237
615 400
622 651
672 271
Sähkö
966 257
1 002 356
1 014 166
1 094 986
Vuotuinen kostutuksen tarvitsema kokonaisenergian määrä laskee käyttötuntien pienentyessä. Keskeytyvän yksivuorotyön vaikutus on esitetty taulukossa 86.
Taulukko 86. Kostutuksen kokonaisenergiankulutus keskeytyvässä yksivuorotyössä perustilanteessa.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
378 157
392 284
396 907
428 537
Maakaasu
378 157
392 284
396 907
428 537
Turvepelletti
402 554
417 593
422 514
456 184
Sähkö
655 675
680 170
688 185
743 027
Kostutuksen tarvitsema kokonaisenergiantarve kasvaa, jos 20 %:n ylikapasiteetti otetaan käyttöön. Tämän lisäyksen vaikutuksia on esitetty taulukoissa 87 ja 88.
96
Taulukko 87. Kostutuksen kokonaisenergiankulutus keskeytymättömässä kolmivuorotyössä
20 %:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
668 740
693 723
701 897
757 832
Maakaasu
668 740
693 723
701 897
757 832
Turvepelletti
711 884
738 480
747 181
806 725
Sähkö
1 159 509
1 202 827
1 216 999
1 313 984
Keskeytyvän yksivuorotyön vaikutus on esitetty taulukossa 88.
Taulukko 88. Kostutuksen kokonaisenergiankulutus keskeytyvässä yksivuorotyössä 20 %:n
ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
453 788
470 741
476 288
514 244
Maakaasu
453 788
470 741
476 288
514 244
Turvepelletti
483 065
501 111
507 016
547 421
Sähkö
786 810
816 204
825 822
891 633
5.7
Ilmastoinnin jäähdytyksen vuotuinen sähköenergian tarve
Ilmastoinnin vuotuinen sähköenergian tarve lasketaan menetelmällä, joka on esitetty
SRMK:n osan D5/2012 luvussa 8. Jäähdytysjärjestelmällä tuotettu vuosittainen jäähdytysenergia [kWh] lasketaan kaavalla 25.
[_ = L1 + iℎ_P ∗ [_ + L1 + iℎ_DP ∗ [_D
(25)
Qjk on Jäähdytysjärjestelmällä tuotettu vuotuinen jäähdytysenergia [kWh]
Qji on Ilmastointikojeen jäähdytyspatterin käyttämä vuotuinen jäähdytysenergia [kWh]
Qjv on Huonelaitteiden käyttämä vuotuinen jäähdytysenergia [kWh]
βhji on Järjestelmän ilmapuolen (termiset, kondenssi, yms) häviöt huomioiva kerroin
βhjv on Järjestelmän vesipuolen (termiset) häviöt huomioiva kerroin
97
Kaavassa 25 esitetyt Qjv (huonelaitteiden käyttävä vuotuinen jäähdytysenergia) ja β hji
(Järjestelmän ilmapuolen häviöt huomioiva kerroin) jätetään näissä laskelmissa huomioimatta, koska jäähdytettäviä huonelaitteita ei ole valmistusosastoilla ja järjestelmän
ilmapuolen häviöt on jo huomioitu jäähdytysenergian tarvelaskelmissa. Ilmastointijärjestelmien jäähdytyksessä hyödynnetään niin sanottua vapaajäähdytystä sen ollessa
mahdollista. Laskettaessa kompressorilla tuotetun ja vapaajäähdytyksellä tuotetun
jäähdytysenergian vuotuista sähköenergian kulutusta, käytetään SRMK:n osan D5/2012
luvun 8.1.3 menetelmää. Vuotuinen sähköenergian kulutus lasketaan kaavalla 26.
f_ääℎ]j$j" =∝ 1
?l+∝
∈'J
2
?l+
∈'I
f_ääℎ]. !#
(26)
Wjäähdytys on Vuotuinen jäähdytysjärjestelmän sähköenergian kulutus
[kWh]
Qjk on Jäähdytysjärjestelmällä tuotettu vuotuinen jäähdytysenergia [kWh]
α1 on tuottoprosessilla 1 tuotetun vuosittaisen jäähdytysenergian osuus
α2 on tuottoprosessilla 2 tuotetun vuosittaisen jäähdytysenergian osuus
(α1+α2 = 1,0)
εE1 on tuottoprosessin 1 vuotuinen kylmäkerroin
εE2 on tuottoprosessin 2 vuotuinen kylmäkerroin
Wjäähd.apu on jäähdytysjärjestelmän apulaitteiden sähköenergian kulutus
[kWh]
Kaavassa 26 esitettyä Wjäähd.apu (jäähdytysjärjestelmän apulaitteiden osuus) ei näissä
laskelmissa huomioida, koska ilmastointijärjestelmien G3 AHU1, G3 AHU2, G3 AHU3,
G3 AHU4.1 ja G3 AHU4.2 jäähdytyspatterit ovat liitettyjä koko kiinteistöä palvelevaan
jäähdytysjärjestelmään. Kaavan 25 korjauskertoimen βiv arvona käytetään 0,2, jolloin
korjauskertoimen kokonaisarvoksi muodostuu 1,2. Tällä arvolla kerrotaan taulukoiden
64, 65, 69 ja 70 vuotuiset jäähdytysenergian tarpeet ja näin saadaan laskettua häviöt
huomioiva jäähdytysenergian tarve. Kaavan 26 Qjk jakauma kompressori- ja vapaajäähdytyksen välillä lasketaan säävyöhykekohtaisesti ja näin saadaan myös α1- ja α2arvot. Tuottoprosessin 1 vuotuisena kylmäkertoimena käytetään arvoa 2,5 ja tuottoprosessin 2 vuotuisena kylmäkertoimena käytetään arvoa 5 (32, s. 58). Jäähdytysenergian tuottoprosessissa 1 käytetään ilmalauhdutteista kompressorikylmälaitosta ja jäähdytysenergian tuottoprosessissa 2 käytetään vapaajäähdytyksessä kuivaa liuosjäähdy-
98
tintä. Jäähdytysenergia tuotetaan pääsääntöisesti sähköllä ja kokonaisenergiantarpeen
laskemiseksi kaavoille 25 ja 26 lasketut jäähdytysenergian tarpeen kerrotaan kertoimella 1,7 (35, s. 8). Laskennan tulokset on esitetty taulukoissa 89 - 93.
Taulukko 89. Kolmivuorotyön jäähdytyksen sähköenergian tarve perustilanteessa.
Säävyöhyke
Kerroin α1
Kerroin α2
Kerroin ƐE1
Kerroin ƐE2
Qjk 1 [kWh]
Qjk 2 [kWh]
Wjäähdy tys [kWh]
Helsinki
0,6375153
0,3624847
2,5
5
571878
325164
169406
Jokioinen
0,606452683
0,393547317
2,5
5
535238
347334
157177
Jyväskylä
0,573972946
0,426027054
2,5
5
497821
369504
145778
Sodankylä
0,475104951
0,524895049
2,5
5
394656
436015
120774
Taulukossa 90 tarkastellaan 20 %:n ylikapasiteetin käyttöönoton vaikutuksia jäähdytyksen sähköenergian tarpeeseen keskeytymättömässä kolmivuorotyössä.
Taulukko 90. Kolmivuorotyön jäähdytyksen sähköenergian tarve 20 %:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
Kerroin α1
Kerroin α2
Kerroin ƐE1
Kerroin ƐE2
Qjk 1 [kWh]
Qjk 2 [kWh]
Wjäähdy tys [kWh]
Helsinki
0,6375153
0,3624847
2,5
5
686254
390197
203287
Jokioinen
0,606452683
0,393547317
2,5
5
642286
416801
188613
Jyväskylä
0,573972946
0,426027054
2,5
5
597385
443405
174934
Sodankylä
0,475104951
0,524895049
2,5
5
473587
523218
144928
Keskeytyvässä yksivuorotyössä jäähdytyksen sähköenergian tarve laskee taulukon 91
mukaisesti.
Taulukko 91. Yksivuorotyön jäähdytyksen sähköenergian tarve perustilanteessa.
Säävyöhyke
Kerroin α1
Kerroin α2
Kerroin ƐE1
Kerroin ƐE2
Qjk 1 [kWh]
Qjk 2 [kWh]
Wjäähdy tys [kWh]
Helsinki
0,690618604
0,309381396
2,5
5
261174
117000
79388
Jokioinen
0,660293106
0,339706894
2,5
5
242918
124976,4
72650
Jyväskylä
0,627646167
0,372353833
2,5
5
224110
132954
66166
Sodankylä
0,526059169
0,473940831
2,5
5
174138
156886
51514
Yksivuorotyössäkin 20 %:n ylikapasiteetin käyttöönotto nostaa jäähdytyksen sähköenergian tarvetta taulukon 92 arvoihin.
Taulukko 92. Yksivuorotyön jäähdytyksen sähköenergian tarve 20 %:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
Kerroin α1
Kerroin α2
Kerroin ƐE1
Kerroin ƐE2
Qjk 1 [kWh]
Qjk 2 [kWh]
Wjäähdy tys [kWh]
Helsinki
0,690618604
0,309381396
2,5
5
313409
140400
95266
Jokioinen
0,660293106
0,339706894
2,5
5
291502
149972
87180
Jyväskylä
0,627646167
0,372353833
2,5
5
268932
159545
79399
Sodankylä
0,526059169
0,473940831
2,5
5
208966
188263
61816
99
Ilmastointijärjestelmien jäähdytyksen sähköenergian tarve muutetaan kokonaisenergiakertoimen kautta kokonaisenergiatarpeeksi. Kertoimen vaikutus näkyy taulukossa
93.
Taulukko 93. Jäähdytyksen sähköenergian kokonaistarve.
Säävyöhyke
Energiakerroin 3-vuorotyö
3-vuorotyö
1-vuorotyö
1-vuorotyö
perustilanne
20 % ylik.
perustilanne 20 % ylik.
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Helsinki
1,7
287 990
345 588
134 960
161 952
Jokioinen
1,7
267 201
320 641
123 505
148 206
Jyväskylä
1,7
247 823
297 387
112 482
134 978
Sodankylä
1,7
205 315
246 378
87 573
105 088
5.8
Ilmastoinnin puhaltimien vuotuinen sähköenergian tarve
Puhallinmoottoreiden vuotuiset sähköenergian kulutukset on esitetty taulukoissa
74…76. Nämä arvot tulee kertoa sähkön energiakertoimella. Tämän laskennan tulokset
on esitetty taulukossa 94.
Taulukko 94. Puhallinmoottoreiden sähköenergian kokonaistarve.
Säävyöhyke
Energiakerroin 3-vuorotyö
3-vuorotyö
1-vuorotyö
1-vuorotyö
perustilanne 20 % ylik.
perustilanne 20 % ylik.
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Helsinki
1,7
358 093
579 086
155 817
251 978
Jokioinen
1,7
358 093
579 086
155 817
251 978
Jyväskylä
1,7
358 093
579 086
155 817
251 978
Sodankylä
1,7
358 093
579 086
155 817
251 978
100
6
6.1
Ympäristövaikutukset
Ympäristölupa
Ympäristönsuojelulaki 86/2000 edellyttää lääkevalmisteita ja lääkeraaka-aineita valmistavalta tehtaalta ympäristölupaa. Tämä vaatimus on kyseessä olevan lain 28 pykälän 1
momentin mukainen. Ympäristönsuojeluasetus 169/2000 määrittelee asian vieläkin
tarkemmin sen 1 pykälän 1 momentin g) kohdassa. Tämä asettaa lääketeollisuusyrityksen pohtimaan uudishankkeen ympäristövaikutuksia ja päästöjä ilmaan, maahan ja
veteen. Samanlaiseen pohdintaan joudutaan tehtäessä muutoksia jo toiminnassa olevaan tuotantolaitokseen, jolla on voimassa oleva ympäristölupa. Päästöjen muuttuessa
tulee voimassa oleva ympäristölupa päivittää vastaamaan uutta tilannetta. Voimassa
olevaa ympäristölupaa ja sen lupamääräyksien noudattamista valvotaan jatkuvasti lääketeollisuusyrityksen ja ympäristönsuojeluviranomaisten yhteistoiminnalla.
Ympäristölupaa edeltää ympäristölupahakemus, johon kirjataan kaikki mahdolliset ilmaan, maahan ja veteen lääketeollisuusyrityksen toiminnasta johtuvat päästöt. Yhtenä
osa-alueena on energiantuotannon ja käytön päästöt. Näitä ovat muun muassa SO2-,
NOx-, hiukkas- ja CO2-päästöt. Tässä selvityksessä keskitytään CO2-päästöihin laskemalla ne energiamuotolukuisilla ominaispäästökertoimilla. Päästöjen laskennallisena
taserajana on kattila tai lämmönsiirrin, joka tarkoittaa ostoenergian taserajaa.. Kuvassa
27 laskennallinen taseraja on esitetty kaavion muodossa.
6.2
Ominaispäästökertoimet
Energiamuotojen CO2-ominaispäästökertoimet vaihtelevat käytettävästä lähteestä riippuen. Tässä selvityksessä käytetään lähdekirjallisuudessa esitettyä uusinta kerrointa.
Kaukolämmön ominaispäästöinä käytetään keskimääräistä 218 g (CO2)/kWh ja sähkön
ominaispäästönä 276 g (CO2)/kWh. Sähkön päästöt vaihtelevat huomattavasti vuodesta
riippuen suurimman arvon ollessa 350 g (CO2)/kWh (37, s. 8). Tässä selvityksessä käytettyjen muiden energiamuotojen ominaispäästökertoimina käytetään kevyelle polttoöljylle 267 g (CO2)/kWh, maakaasulle 198 g (CO2)/kWh ja turvepelletille 349 g
(CO2)/kWh (35, s. 39).
101
6.3
Energiamuotojen kulutuskertoimet
Luvussa 5 esitetyt ilmastointijärjestelmien energiankulutustiedot tulee laskea ostoenergian kulutuksen taserajojen mukaisilla kertoimilla (ks. kuvat 26 ja 27), jotta energiankulutukset voidaan kertoa CO2-ominaispäästökertoimilla. Tämä laskentatapa on esitetty
Motivan ohjeena yksittäiselle kohteelle (38). Taulukossa 95 on esitetty energiamuotokohtaiset taserajan mukaiset kertoimet (=vuosihyötysuhde). Lämmön- ja kostutushöyryn jakeluverkostojen hyötysuhteena käytetään 0,9:ää ja sähkölämmityksessä 0,9:ää.
Taulukko 95. Energiamuotojen taserajakertoimet.
Energiamuoto
Vuosihyötysuhde
Kevyt polttoöljy
1,24
Maakaasu
1,24
Turvepelletti
1,32
Kaukolämpö
1,15
Sähkö*
1,26
Taulukon 95 arvot on saatu jakamalla luku 1 energiamuodon jakeluverkoston hyötysuhteella ja näin saatu tulos edelleen jakamalla energiamuodon tuotantotavan vuosihyötysuhteella, jotka on esitetty taulukossa 77. Jakelu- ja tuotantotavan vuosihyötysuhteet ovat SRMK:n osa D5/2012 mukaiset (32, s. 41, 45 ja 46).
6.4
Lämmitysenergian CO2-ominaispäästöt
Lämmitysenergian ominaispäästöt lasketaan kertomalla vuosittaisen lämmitysenergian
tarve energiamuotokohtaisella CO2-ominaispäästökertoimella. Laskenta suoritetaan
säävyöhykekohtaisesti. Taulukossa 96 on esitetty lämmitysenergiatarve ostoenergian
kulutuksen taserajojen mukaisilla hyötysuhdekertoimilla kolmivuorotyössä perustilanteeessa.
102
Taulukko 96. Taserajojen mukainen lämmitysenergiatarve kolmivuorotyössä perustilanteessa
säävyöhykkeittäin.
Säävyöhyke
Lämmitysenergian tarve
[kWh]
Helsinki
375 280
Jokioinen
396 365
Jyväskylä
426 595
Sodankylä
556 884
Taulukon 96 lämmitysenergian tarve on saatu taulukoista 56 ja 63 laskemalla yhteen
ilmastointijärjestelmän G3 AHU1 ja ilmastointijärjestelmien G3 AHU2, G3 AHU3 ja G3
AHU4.1 lämmitysenergian tarpeet. Samalla tavalla lasketaan lämmitysenergian tarve
yksivuorotyössä yhdistämällä taulukoiden 57 ja 63 energiantarpeet. Taulukossa 97 on
esitetty edellä mainitut laskentatulokset.
Taulukko 97. Taserajojen mukainen lämmitysenergiatarve yksivuorotyössä perustilanteessa
säävyöhykkeittäin.
Säävyöhyke
Lämmitysenergian tarve
[kWh]
Helsinki
337 762
Jokioinen
352 346
Jyväskylä
373 415
Sodankylä
463 613
Taulukoiden 96 ja 97 lämmitysenergiantarpeet kuvaavat perustilanteen tarvetta. Jos 20
%:n ylikapasiteetti otetaan käyttöön, tulee edellä mainituiden taulukoiden tarveluvut
kertoa kertoimella 1,2. Lämmitysenergian energiamuotokohtaiset ostoenergian (ks.
kuvat 26 ja 27) taserajaa noudattelevat säävyöhykekohtaiset kokonaistarpeet saadaan
kertomalla taulukoiden 96 ja 97 arvot taulukon 79 vuosihyötysuhdekertoimilla. Laskenta suoritetaan erikseen kolmivuoro- ja yksivuorotyölle. Taulukko 98 antaa arvot keskeytymättömälle kolmivuorotyölle.
103
Taulukko 98. Lämmitysenergian taserajan mukainen energiamuotokohtainen tarve kolmivuorotyössä perustilanteessa.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
465 347
491 493
528 978
690 536
Maakaasu
465 347
491 493
528 978
690 536
Turvepelletti
495 370
523 202
563 105
735 087
Kaukolämpö
431 572
455 820
490 584
640 417
Sähkö
472 853
499 420
537 510
701 674
Yksivuorotyön vaikutus lämmitysenergian kulutukseen on taulukon 99 mukainen.
Taulukko 99. Lämmitysenergian taserajan mukainen energiamuotokohtainen tarve yksivuorotyössä perustilanteessa.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
418 825
436 909
463 035
574 880
Maakaasu
418 825
436 909
463 035
574 880
Turvepelletti
445 846
465 097
492 908
611 969
Kaukolämpö
388 426
405 198
429 427
533 155
Sähkö
425 580
443 956
470 503
584 152
Tilanteessa, jossa 20 %:n ylikapasiteetti otetaan käyttöön keskeytymättömässä kolmivuorotyössä, kasvaa ostoenergian taserajojen mukainen lämmitysenergian tarve taulukon 100 mukaisiin arvoihin.
Taulukko 100. Lämmitysenergian taserajan mukainen energiamuotokohtainen tarve kolmivuorotyössä 20 %:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
558 417
589 791
634 773
828 643
Maakaasu
558 417
589 791
634 773
828 643
Turvepelletti
594 444 627 842
675 726
882 104
Kaukolämpö
517 886
546 984
588 701
768 500
Sähkö
567 423
599 304
645 012
842 009
Sama tarkastelu voidaan tehdä yksivuorotyölle 20 %:n ylikapasiteetilla, tulokset ovat
taulukossa 101.
104
Taulukko 101. Lämmitysenergian taserajan mukainen energiamuotokohtainen tarve yksivuorotyössä 20 %:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[kWh]
[kWh]
[kWh]
[kWh]
Kevyt polttoöljy
502 590
524 291
555 642
689 856
Maakaasu
502 590
524 291
555 642
689 856
Turvepelletti
535 015
558 116
591 489
734 363
Kaukolämpö
466 112
486 237
515 313
639 786
Sähkö
510 696
532 747
564 603
700 983
Lämmitysenergian CO2-ominaispäästöjen laskentaan päästään kertomalla taulukoiden
96…100 arvot energiamuotokohtaisilla luvussa 5.2 esitetyillä kertoimilla. Laskennan
tulokset ovat keskeytymättömässä kolmivuorotyössä perustilanteessa
taulukon 102
mukaiset.
Taulukko 102. Keskeytymättömän kolmivuorotyön lämmitysenergian energiamuotokohtaiset
CO2-päästöt perustilanteessa.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a] [CO2kg/a]
Kevyt polttoöljy
100 200
105 829
113 901
148 688
Maakaasu
74 305
78 480
84 466
110 263
Turvepelletti
130 973
138 331
148 882
194 353
Kaukolämpö
81 811
86 408
92 998
121 401
Sähkö
103 577
109 397
117 740
153 700
Päästöt muuttuvat pienemmiksi, jos tuotannossa sovelletaan keskeytyvän yksivuorotyön työaikaa. Tämä vaikutus näkyy taulukossa 103.
105
Taulukko 103. Keskeytyvän yksivuorotyön lämmitysenergian energiamuotokohtaiset CO2päästöt perustilanteessa.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
Kevyt polttoöljy
90 182
94 076
99 702
123 785
Maakaasu
66 877
69 765
73 936
91 795
Turvepelletti
117 879
122 969
130 322
161 801
Kaukolämpö
73 632
76 811
81 404
101 068
Sähkö
93 222
97 247
103 063
127 957
CO2-ominaispäästöt kasvavat, jos 20 %:n ylikapasiteetti otetaan käyttöön. Tämä vaikutus on taulukon 104 mukainen.
Taulukko 104. Keskeytymättömän kolmivuorotyön lämmitysenergian energiamuotokohtaiset
CO2-päästöt 20 %:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a] [CO2kg/a]
Kevyt polttoöljy
120 240
126 995
136 681
178 426
Maakaasu
89 167
94 176
101 359
132 316
Turvepelletti
157 167
165 998
178 658
233 223
Kaukolämpö
98 173
103 689
111 597
145 681
Sähkö
124 293
131 276
141 288
184 440
Päästöt vähenevät vastaavasti, jos tuotannossa voidaan soveltaa keskeytyvän yksivuorotyön työaikaa. Päästöjen muutoksen vaikutus on esitetty taulukossa 105.
Taulukko 105. Keskeytyvän yksivuorotyön lämmitysenergian energiamuotokohtaiset CO2päästöt 20 % ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
Kevyt polttoöljy
108 219
112 892
119 642
148 542
Maakaasu
80 252
83 717
88 723
110 154
Turvepelletti
141 455
147 563
156 386
194 161
Kaukolämpö
883 59
921 74
976 85
121 281
Sähkö
111 867
116 697
123 675
153 549
106
6.5
Kostutuksen CO2-ominaispäästöt
Ilmastoinnin kostutuksen CO2-ominaispäästöt lasketaan samalla tavalla kuin lämmitystarpeen energiamuotokohtaiset päästöt. Kostutuksen CO2-ominaispäästöjen laskennassa käytetään samaa ostoenergian taserajaa kuin lämmitystarpeen energiamuotokohtaisten päästöjen laskennassa. Laskennassa käytetään taulukoiden 71…73 lämpöenergian tarvearvoja. Keskeytymättömän kolmivuorotyön ilmastointijärjestelmien kostutuksen aiheuttama CO2-ominaispäästö on perustilanteessa energiamuotokohtaisesti taulukon 106 mukainen.
Taulukko 106. Keskeytymättömän kolmivuorotyön kostutusenergian energiamuotokohtaiset
CO2-päästöt perustilanteessa.
Säävyöhyke
I
Energiamuoto:
II
III
IV
[CO2kg/a] [CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
Kevyt polttoöljy
148 795
154 353
156 172
168 618
Maakaasu
110 342
114 464
115 813
125 042
Turvepelletti
207 040
214 775
217 305
234 622
Sähkö
156 291
162 130
164 040
177 113
Ominaispäästöt vähenevät, jos tuotannossa sovelletaan työaikaa, joka vastaa keskeytyvää yksivuorotyötä. Työajan vaikutus on esitetty taulukossa 107.
Taulukko 107. Keskeytyvän yksivuorotyön kostutusenergian energiamuotokohtaiset CO2päästöt perustilanteessa.
Säävyöhyke
I
II
III
IV
Energiamuoto:
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a] [CO2kg/a]
Kevyt polttoöljy
100 968
104 740
105 974
114 419
Maakaasu
748 75
776 72
785 88
848 50
Turvepelletti
140 491
145 740
147 457
159 208
Sähkö
106 055
110 017
111 313
120 184
Ylikapasiteetin, joka vastaa 20 %:n ilmamäärän nostoa, vaikutus CO2-päästöihin keskeytymättömässä kolmivuorotyössä on taulukon 108 mukainen.
107
Taulukko 108. Keskeytymättömän kolmivuorotyön kostutusenergian energiamuotokohtaiset
CO2-päästöt 20 %:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
I
Energiamuoto:
II
III
IV
[CO2kg/a] [CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
Kevyt polttoöljy
178 554
185 224
187 407
202 341
Maakaasu
132 411
137 357
138 976
150 051
Turvepelletti
248 448
257 729
260 766
281 547
Sähkö
187 549
194 556
196 848
212 535
Taulukossa 109 on esitetty CO2-ominaispäästöjen aleneminen, jos 20 %:n ylikapasiteetin käyttötilanteessa sovelletaan työaikaa, joka vastaa keskeytyvää yksivuorotyötä.
Taulukko 109 Keskeytyvän yksivuorotyön kostutusenergian energiamuotokohtaiset CO2päästöt 20 %:n ylikapasiteetilla.
Säävyöhyke
I
II
III
Energiamuoto:
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a] [CO2kg/a]
Kevyt polttoöljy
121 161
125 688
127 169
137 303
Maakaasu
898 50
932 07
943 05
101 820
Turvepelletti
168 590
174 888
176 949
191 050
Sähkö
127 266
132 020
133 576
144 221
6.6
IV
Jäähdytyksen CO2-ominaispäästöt
Ilmastoinnin jäähdytyksen aiheuttamat CO2-ominaispäästöt lasketaan taulukoiden 8992 ja sähkön CO2-ominaispäästökertoimen 276 g (CO2)/kWh avulla (37, s. 8). Tämän
laskennan tulokset on esitetty taulukossa 110.
Taulukko 110. Ilmastoinnin jäähdytyksen CO2-ominaispäästöt.
Säävyöhyke
Ominais-
3-vuorotyö
3-vuorotyö
1-vuorotyö
1-vuorotyö
päästökerroin perustilanne 20 % ylik.
perustilanne 20 % ylik.
kg(CO2)/kWh
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
[CO2kg/a]
Helsinki
0,276
46 756
56 107
21 911
26 293
Jokioinen
0,276
43 381
52 057
20 051
24 062
Jyväskylä
0,276
40 235
48 282
18 262
21 914
Sodankylä
0,276
33 334
40 000
14 218
17 061
108
6.7
Puhallinsähkön CO2-ominaispäästöt
Ilmastointijärjestelmien puhallinsähköenergian kulutus on kaikissa säävyöhykkeissä
sama. Puhallinmoottoreiden CO2-ominaispäästöjen selvittämiseksi käytetään taulukoiden
74-76
sähköenergian
kulutusarvoja
ominaispäästökertoimella 276 g
ja
kerrotaan
ne
sähkön
CO2-
(CO2)/kWh. Tämän laskennan tulokset on esitetty
taulukossa 111.
Taulukko 111. Puhallinmoottoreiden tarvitseman sähköenergian vuotuiset CO2-päästöt.
Säävyöhyke Ominais-
3-vuorotyö
3-vuorotyö
1-vuorotyö
1-vuorotyö
päästökerroin perustilanne 20 % ylik.
perustilanne
20 % ylik.
kg(CO2)/kWh
kg(CO2)/kWh
kg(CO2)/kWh
kg(CO2)/kWh
kg(CO2)/kWh
Helsinki
0,276
58 137
94 016
25 297
69 546
Jokioinen
0,276
58 137
94 016
25 297
69 546
Jyväskylä
0,276
58 137
94 016
25 297
69 546
Sodankylä
0,276
58 137
94 016
25 297
69 546
109
7
7.1
Yhteenveto
Lääketeollisuuden ympäristöarvot
Tämän selvitystyön johdannossa esiteltiin lääketeollisuuden tunnuslukuja. Käytetyt
tilastot kertoivat lääketeollisuuden suuresta merkityksestä koko maailmantaloudelle.
Lääketeollisuus pyörittää omassa liiketoiminnassaan valtavia rahavirtoja sekä sen työllistävä vaikutus on suuri niin tutkimuksessa kuin tuotannossa. Tässä selvityksessä käytetyt Yhdysvaltojen lääketeollisuuden vuoden 2002 tunnusluvut osoittavat sen tosiasian, että energiakustannusten osuus sen myynnin arvosta on vaatimaton. Energian hinnan merkitys lääketeollisuudelle on vähäinen. Se mikä tekee lääketeollisuuden energiankulutuksesta mielenkiintoisen, on se, että lääketeollisuus on niin sanottua High Techteollisuutta, jonka pyörittäminen edellyttää korkeaa osaamisen tasoa ja tämä tuo energian käyttöön aivan uuden näkökulman. Lääketeollisuuden tulee olla suunnan näyttäjä
kestävässä kehityksessä ja sillä on siihen vaadittavat taloudelliset resurssit. Lääketeollisuus pyrkii Yhdysvalloissa ja läntisessä Euroopassa vähentämään energian kulutustaan
ja sitä kautta ympäristöpäästöjään. Energiatehokkuudesta on tullut osa länsimaisen
lääketeollisuuden imagosta. Tämän asian merkitys on todella kasvanut ja siitä on esimerkkinä ISPE:n vuoden 2012 ”vuoden kiinteistö” palkinnon voittanut Chiesi Farmacentisi S.p.A uusi tuotekehityskeskus Parmassa Italiassa. Tämä uusi laboratoriorakennus
on suunniteltu ja rakennettu kestävän kehityksen periaatteiden mukaisesti. Rakennuksen toteutuksessa kiinnitettiin erityistä huomiota kestävän kehityksen neljään strategiseen perusteeseen: vähennä energiankulutuksen tarvetta, hyödynnä ilmaisenergioita,
nosta energiatehokkuutta ja hyödynnä jäte-energiavirtoja.
7.2
Referenssikohteen sijoituspaikka
Tämän selvitystyön päätarkoituksena on tuottaa kuvitteellisen lääketeollisuusyrityksen
johdolle korkean tason tietoa mahdollisen investointikohteen energiankulutuksesta ja
ympäristövaikutuksista. luvuissa 4…6 on kuvattu energiankulutuksen laskentaa ja CO2päästöjä ilmaan. On itsestään selvää, ettei pelkkä energiankulutus tai yksittäinen ympäristöpäästö ratkaise investoinnin toteutumista. Tällaisen päätöksen tekeminen edellyttää useita taustatietoja, niistä energiankulutus ja ympäristövaikutukset ovat vain
osana suurempaa kokonaisuutta. Nyt kuitenkin arvioidaan parasta mahdollista lääketeollisuuslaitoksen sijoituspaikkaa pohjautuen tämän selvitystyön kautta saatuun tietoon.
110
7.3
Vertailu energioiden kokonaiskulutuksen kannalta
Tässä vertailussa käytetään taulukoiden 81 ja 82 arvoja. Vertailu tehdään perustuen
teoreettiseen kokonaisenergian kulutukseen eli E-lukuun eri lämmöntuottomenetelmien
välillä perustilanteessa keskeytymättömässä kolmivuorotyössä ja keskeytyvässä yksivuorotyössä. E-luvun energiamuotokertoimia ja primäärienergiakertoimia on tarkemmin
käsitelty luvussa 5.5. Keskeytymättömässä kolmivuorotyössä vähiten lämpöenergiaa
kuluu Helsingissä ja eniten Sodankylässä. Edullisin lämmöntuottotapa on kaukolämpö,
joka kuluttaa perustilanteessa 300 224 kWh ilmastointijärjestelmien lämmittämiseen
vuodessa. Keskeytyvässä yksivuorotyössä pienin ilmastointijärjestelmien lämpöenergiankulutus syntyy Helsingissä, jossa
kaukolämpä kuluu perustilanteessa 270 210
kWh. Lämmitysenergian vuotuisen kokonaisenergian kulutuksen kannalta edullisin sijoituspaikka on Helsinki ja lämmöntuottomuotona kaukolämpö.
Kostutuksen vuotuinen energian tarve on sukua lämmitysenergialle. Energian tuotantotapa on niissä sama lukuun ottamatta kaukolämpöä. Tämä vertailu perustuu taulukoiden 85 ja 86 arvoihin. Keskeytymättömässä kolmivuorotyössä perustilanteessa matalin
ilmastoinnin kostutuksen kokonaisenergian kulutus saadaan Helsingissä kevytpolttoöljy
–tai maakaasukattilaa käyttämällä kostutushöyryn tekemiseen. Kevytpolttoöljy- tai
maakaasukattilalla tuotettu höyry vastaa 557 293 kWh:n energiamäärää. Keskeytyvässä yksivuorotyössä perustilanteessa vuotuinen ilmastoinnin kostutuksen kokonaisenergiantarve on perustilanteessa Helsingissä kevytpolttoöljy- tai maakaasukattilalla tuotettuna 378 157 kWh. Kostutuksen vuotuisen kokonaisenergian kulutuksen kannalta edullisin sijoituspaikka on Helsinki ja kostutusenergian tuottomuotona on kevytpolttoöljytai maakaasukattila.
Jäähdytysenergia tuotetaan sähköllä ja tässä arviossa tukeudutaan taulukon 93 arvoihin. Keskeytymättömässä kolmivuorotyössä pienin ilmastoinnin vuotuinen sähköenergian kulutus syntyy Sodankylässä, jolloin sähköenergiaa kuluu 205 315 kWh vastaava
määrä. Keskeytyvässä yksivuorotyössä tarvitaan ilmastoinnin vuotuiseen jäähdytykseen
87 573 kWh sähköenergiaa. Jäähdytyksen vuotuisen sähköenergian kokonaiskulutuksen kannalta edullisin sijoituspaikka on Sodankylä.
111
Puhallinenergia on sähköenergiaa. Tässä selvityksessä on lähdetty siitä olettamuksesta,
että puhallinenergiaa kuluu kaikilla sijoituspaikkakunnilla yhtä paljon perustilanteessa
keskeytymättömässä kolmivuorotyössä. Puhallinenergian kokonaiskulutukset sijoituspaikkakuntalukuisesti on esitetty taulukossa 94. Puhallinenergian kulutukseen vaikuttaa
kaikki ilmastointijärjestelmien komponenttien aiheuttamat painehäviöt. Tässä selvitystyössä SFP-luku pohdintaan perehdyttiin luvussa 5.4 vertailemalla niitä tekijöitä, jotka
vaikuttavat SFP-lukuun. Tehty selvitys osoittaa, että sisäänrakennettu 20 %:n ylimitoitus johtaa kohtuullisiin SFP-lukuihin. Se vaikuttaa edullisesti perustilanteessa ilmastointijärjestelmien puhallinenergian kulutukseen. Käyttämällä Uppsalan Maakäräjien mitoitusohjetta saavutetaan kohtuulliset SFP-luvut ja kohtuulliset rakentamiskustannukset
(30). Matalan SFP-luvun saavuttamisessa tulee saavutettu hyöty asettaa vaakakuppiin
investointikustannusten kanssa. Puhallinenergian kulutuksen perusteella ei voida antaa
ehdotusta edullisimmasta sijoituspaikkakunnasta.
7.4
Vertailu ympäristövaikutusten kannalta
Ympäristövaikutusten arviointi on tehty CO2-ominaispäästöihin painottuvana. Taserajan
muodostuksesta on kerrottu luvussa 5.5. CO2-ominaispäästöt lasketaan yhteen taulukoiden 102, 103, 106, 107, 110 ja 111 avulla keskeytymättömälle kolmivuorotyölle ja
keskeytyvälle yksivuorotyölle perustilanteessa. Keskeytymättömässä kolmivuorotyössä
perustilanteessa ilmastointijärjestelmien alhaisimmat CO2-ominaispäästöt syntyvät Helsingissä maakaasua käytettäessä energiamuotona. Näin CO2-ominaispäästöksi muodostuu 289 540 kg (CO2)/a. Keskeytyvässä yksivuorotyössä päästöt laskevat määrään
188 960 kg (CO2)/a. CO2-ominaispäästöjen kannalta edullisin sijoituspaikka on Helsinki.
7.5
Energiankulutuksen ja CO2-päästöjen yhteisvaikutus
Tulokset edellisistä luvuista eivät ole energiamuotojen osalta yksiselitteisiä. Lämpöenergian tuoton kannalta edullisin vaihtoehto kaukolämpö on CO2-ominaispäästöiltään
toiseksi edullisin maakaasun jälkeen. Energiamuotokohtaisia energian kulutustaulukoita
tutkimalla ja niitä vertaamalla CO2-ominaispäästötaulukoihin päädytään kaukolämmön
ja maakaasun yhdistelmään.
112
Tässä yhdistelmässä lämpöenergia tuotetaan kaukolämmöllä ja ilmastoinnin kostutushöyry maakaasukattilalla. Lämpöenergian yhteenlaskettu kulutus tällä yhdistelmällä on
857
507
kWh/a
keskeytymättömässä
kolmivuorotyössä
perustilanteessa.
CO2-
ominaispäästöjen määrät ovat kaukolämpö-maakaasuyhdistelmälle 192 153 kg (CO2)/a.
Tämä valinta synnyttää uuden kysymyksen. Valittaessa Helsinki lääketeollisuuslaitoksen
sijoituspaikaksi tilanne on varsin selvä, koska kaukolämpöä ja maakaasua on saatavilla
tiiviin kaupunki rakenteen ja tehokkaan hyödykeinfrastruktuurin ansiosta. Teknisesti on
myös kustannustehokasta käyttää kaukolämpöä ilmastointijärjestelmien lämmitykseen
ja erillistä maakaasukattilaa kostutushöyryn valmistamiseen. Tilanne monimutkaistuu,
jos lääketeollisuusyritys päättää sijoittaa tuotantolaitoksen esimerkiksi Jokioisiin, jossa
kaukolämpöä- ja maakaasua ei ole yhtä helposti saatavilla. Siinä tapauksessa joudutaan käymään keskusteluja paikallisen energiayhtiön kanssa parhaasta mahdollisesta
yhdistelmästä energiatehokkuuden ja ympäristövaikutusten kannalta. Tietysti myös
lääketeollisuusyrityksen oma energiantuotanto on teknisesti ja taloudellisesti toteutettavissa. On täysin mahdollista, että sijoituspäätöksen paikkakunnan ollessa esimerkiksi
Jokioinen, päädytään energiatuotanto muotoon tai niiden yhdistelmiin, joita ei ole tässä
selvityksessä käsitelty. Tärkeä näkökulma on myös niin sanottu savupiipputeollisuuden
imago. Lääketeollisuusyritykset haluavat usein välttää savupiippuja omilla laitoksillaan
ja tähän voi olla useita syitä.
Tämän selvitystyön tuloksena voidaan todeta, että energiatehokkuuden ja ympäristövaikutusten kannalta edullisinta olisi optimoida ilmastointijärjestelmien ilmamäärät,
käyttöajat ja niin sanotut kriittiset parametrit. Puhdastilakohtaisia ilmamääriä voidaan
pienentää eristämällä prosessilaitteet paremmin ja näin ehkäistä tuotantohuoneisiin
siirtyvä lämpökuorma. Tässä selvitystyössä referenssikohteen tuotanto-osastojen huonekohtaiset mitoittavat ilmamäärät määräytyivät useassa huoneessa huonetilaan johtuvan lämpökuorman perusteella ja ylittivät puhdastilaluokan puhtauden ylläpitämiseen
tarvittavan ilmamäärän. Tämä ylilämpöongelma aiheuttaa myös toisen ilmiön. Tuotannon ollessa käynnissä syntyy samanaikaisen jäähdytyksen ja lämmityksen tarve, joka
pitäisi pystyä ehkäisemään. Prosessista johtuen ylilämmön lisäksi toinen tekijä, jolla on
merkitystä energiatehokkuudelle ja ympäristövaikutuksille on kriittisten parametrien
valinta. Tämä selvitystyö osoittaa, että ilmastointijärjestelmien kostutus kuluttaa
enemmän energiaa kuin niiden lämmitys (vrt. taulukot 81 ja 85) ja siksi siihen tulisi
kiinnittää erityistä huomiota.
113
Lääketeollisuuden ilmastointijärjestelmien energiatehokkuutta ja ympäristövaikutuksia
voidaan huomattavasti parantaa tunnistamalla niihin suoraan ja epäsuorasti vaikuttavat
tekijät. Ilmastointijärjestelmät ovat vain yksi, mutta tärkeä osatekijä. Tämä selvitystyö
osaltaan auttaa ymmärtämään palasten yhteensopivuuden suuressa palapelissä, jonka
tarkoituksena on luoda tuotanto- ja työskentely-ympäristö, joka kaikilta osin täyttää
lääketeollisuuden GMP-vaatimukset ja tiukentuvat energiatehokkuus- sekä ympäristövaikutusvaatimukset.
114
Lähteet
1
German Association of Research-Based Pharmaceutical Companies.2010. Statistics 2010 The Pharmaceutical Industry in Germany. Berliini: Werband Forschender Arzneimittelhersteller e.V.
2
Pharmaceutical Industry Market Leaders in terms of revenue. 2010. Verkkodokumentti. Wikipedia. <en.wikipedia.org/wiki/Pharmaceutical.Industry#Mark>.
Luettu 2.7.2011
3
The World`s Most Lucrative Business Markets. 2010. Verkkodokumentti.Drea.
<www.businesspundit.com/the-worlds-most-lucrative-business>. Luettu
14.7.2011.
4
Vienti ja tuonti. 2011. Verkkodokumentti . Lääketeollisuus r.y.
<www.laaketeollisuus.fi/etusivu/tilastot_ja_raportit/Vienti ja tuonti>. Luettu
14.7.2011.
5
Fakta 2011.2011. Verkkodokumentti. Läkemedelsindustriföreningen.
<www.lif.se/Rapporter och publikationer/Läkemedelsstatistik/Fakta 2011>.
Luettu 14.7.2011.
6
Beskæftigelsen i lægemiddelindustrien i Danmark. 2011. Verkkodokumentti.
Lӕgemiddel industri foreningen. <www.lifdk.dk/sw239asp>. Luettu 14.7.2011.
7
Kansainväliset tilastot. 2011. Verkkodokumentti. Lääketeollisuus r.y.
<www.laaketeollisuus.fi/etusivu/tilastot_ja_raportit/Kansainväliset tilastot>.
Luettu 14.7.2011.
8
Gatlinsky, C., Chang, S., Worrell, E., Masanet, E. 2008. Energy Efficiency Improvement and Cost Saving Opportunities for the Pharmaceutical Industry. Berkerley, California, Yhdysvallat: Ernest Orlando Lawrence Berkerley National Laboratory.
9
Weatherbase. 2011.Verkkodokumentti. Canty and Associates.
<www.weatherbase.com>. Luettu 15.7.2011.
10
Rakennuksen energiankulutuksen ja lämmitystehontarpeen laskenta ohjeet 2012.
2011. Suomen rakentamismääräyskokoelma, osa D5. Helsinki: ympäristöministeriö.
11
Sähkö Suomessa. 2011. Verkkodokumentti. Wikipedia.
<fi.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4nk%C3%B6>. Luettu 18.7.2011
12
Blazewicz, B., Gantz, W., Garchner, P., Goldschmidt, NOIN, Heycocks, NOIN,
Koler, NOIN, Moore, D., Roberts, R., Schnipper, T. 2009. Good Practice Guide,
Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC). Tampa, Florida, Yhdysvallat:
ISPE.
13
Sun , Wei. 2008. Conserving Fan Energy in Cleanrooms.ASHRAE Journual, July
2008, s. 36-38.
115
14
ASHRAE. 2003. ASHRAE Handbook HVAC Applications SI Editionoin Atlanta,
Georgia, Yhdysvallat: ASHRAE.
15
Whyte, William. 1999. Cleanroom Design Second Editionoin Chichester , Englanti:
John Wiley & Sons
16
Tschudi, W., Sartor, D., Mills E., Xu, T. 2002. High-Performance Laboratories and
Cleanrooms A Technolgy Roadmap. Berkerley, California, Yhdysvallat: Ernest Orlando Lawrence Berkerley National Laboratory.
17
Tschudi, William. 2004. Cleanroom Air Systems Designoin Luentomoniste. Berkerley, California, Yhdysvallat: Ernest Orlando Lawrence Berkerley National Laboratory.
18
Awbi, Hazim. 2003. Ventilation of Buildings. Lontoo ja New York: Spoon Press.
19
Försvarets Materialverk. 2010. Avfuktningsteknisk Handbok. Tukholma: Försvarets Materialverk.
20
Ripatti, H., Pentikäinen, J., Saaristo, P., Vasara, J., Liljeström, K. 2002. Puhtaan
ilmanvaihtojärjestelmän suunnitteluohje. Helsinki: Sisäilmayhdistys r.y.
21
Jalonen, Olli. 2002. H, x-diagrammi ja ilmastoinnin perusprosessit. Opetusmoniste. Espoo: EVTEK.
22
Lilja, Gunnar. 1981. Luftbehandling 2. Malmö: LiberHermods.
23
Mäkinen, P., Railio, J. 2004. LVI-ohjekortti LVI 30-10349 SFP-Opas. Helsinki: Rakennustietosäätiö.
24
FlktWoods. 2010. Tekninen käsikirja. Helsinki: Fläkt Woods Oy.
25
Bagge, J., Pukkila, O. 1978. Ilmatekniikan suunnitteluopas osa 1. Helsinki: Valmet Oy ja Mercantile A.B.
26
Mathew P., Greenberg, S., Santor, D. 2009. Self Benchmarking Guide for Laboratory Buildings: Metrics, Benchmarks, Actioniin sanottua Berkerley, California, Yhdysvallat: Ernest Orlando Lawrence Berkerley National Laboratory.
27
Chu, L., Weale, J., Rumsey, P., Tschudi, B., Greenberg, S., Faulkner, D., Xu, T.,
Santor, D. 2006. High Performance Cleanrooms A Design Guideline Sourcebook.
San Fransico, California, Yhdysvallat: Pacific Gas and Electric Company.
28
Suojanen, Risto. 1996. LVIS 2000 Ilmastointi kanavisto-opas. KaYhdysvallatla:
Halton Oy ja Koja Oy.
29
Forsman, Jukka. 2011. Helsingin kaupungin palvelurakennusten matalaenergiarakentamisohje, LVI-suunnitteluohje, versio 1.4. Helsinki: HKR-Rakennuttaja.
30
Jonsson, Peter. 2011. Teknisk anvisning 57 Luftbehandlingssystem Ver. 1.0.
Uppsala: Landstingsservice i Uppsala län.
116
31
Andersson, J., Mattson, L-O., Gehlin, S. 2003. VVS 2000 Tabeller och diagram,
Meteorlogi och klimatlogi. Västerås: Förlags AB VVS.
32
Rakennuksen energiankulutuksen ja lämmitystehontarpeen laskentaohjeet 2012.
2011. Suomen Rakentamismääräyskokoelma, osa D5. Helsinki: Ympäristöministeriö.
33
Kianta, Jani. 2004. Vapaajäähdytys. Luentomoniste. Helsinki: Building Forum.
34
Kalliomäki, Pekka. 2011. Taustamuisto, Ympäristöministeriön asetus rakennusten
energiatehokkuudesta. Helsinki: Ympäristöministeriö.
35
Keto, Matias. 2010. Energiamuotojen kerroin Espoo: Aalto-Yliopiston Teknillinen
korkeakoulu.
36
Rakennusten energiatehokkuus. 2011. Suomen Rakentamismääräyskokoelma,
osa D3. Helsinki: Ympäristöministeriö
37
Kalliomäki, Pekka. 2011. Taustamuisto, Energiapaketti 2012. Helsinki: Ympäristöministeriö.
38
Suomi, U., Hietaniemi, J., Hellgren, M. 2004. Yksittäisen kohteen CO2-päästöjen
laskentaohjeistus sekä käytettävät CO2-päästökertoimet. Helsinki: Motiva Oy.
39
Bertilsson, T., Persson, A-C. 2011. Filterskolan. Luentomoniste. Camfil Farryhtymä.
40
Primäärienergia. 2011. Verkkodokumentti. Wikipedia.
<fi.wikipedia.org/wiki/Prim%C3%A4%C3%A4energia>. Luettu 15.4.1012.
Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Download PDF

advertisement