Onko ”aurinkotalo” yksi ratkaisu?
Herätkää!-lehden Japanin-kirjeenvaihtajalta
JAPANIN kansallistunnus – valkoisella pohjalla lepäävä loistavanpunainen kiekko – on myös äänetön muistutus ajasta, jolloin aurinkoa palvottiin tämän maan kaikissa osissa Amaterasu Omikami -jumalattarena. Viime aikoina on japanilaisten kiinnostus taas kerran suuntautunut kohti taivasta, mutta tällä kertaa päämääränä on kohtuuhintaisen energianlähteen etsintä.
Itse asiassa jo monien vuosien kuluessa kymmenien tuhansien japanilaisten talojen katoille on ilmaantunut auringonsäteilyllä toimivia vedenlämmittimiä. Kuitenkin vasta vuonna 1973 puhjenneen öljykriisin mukanaan tuoma energiansäännöstelyn uhka sai aikaan sen, että aurinkoenergian käyttöä kohtaan alettiin osoittaa vakavaa huomiota laajemmassakin mitassa kuin vain omakotitalojen energianlähteenä.
Huomattava askel tähän suuntaan otettiin yli 203000 asukkaan japanilaisessa kaupungissa Numazussa, joka sijaitsee Fujivuoren ja meren välissä. Numazun viranomaiset ja insinöörit päättivät supistaa kaupungin öljyn ja sähkön kulutusta käyttämällä aurinkoenergiaa. Ensimmäisenä käytännön toimenpiteenä oli uuden Kanaoka-hallin ja siihen liittyvän kaupungin virastotalon rakentaminen, joita yhdessä kutsutaan sopivasti nimellä Taiyo no Ie ’Aurinkotalo’. Rakennuksen ensimmäisen vuoden aikana Numazun kaupunki säästi yli 20000 markkaa käyttämällä hyväksi rakennuksen katolle lankeavia auringonsäteitä. Haluaisitko tietää enemmän tämän Aurinkotalon puolesta puhuvia yksityiskohtia?
Aurinkoenergian hyväksikäyttö
On sanottu, että maahan lankeaa auringonsäteinä 20000 kertaa niin paljon energiaa kuin ihmiset nykyään kuluttavat. Niinpä se selvästi muodostaa merkittävän vielä käyttämättömän energian lähteen. Aurinkoenergian käytön tiellä on kaksi pääestettä: 1) se ei ole yhtäjaksoista (keskeytyksiä aiheuttavan maan pyörimisliikkeen ja pilvipeitteen takia), ja 2) energian talteenotto vaatii suuria keräilypintoja, koska auringon säteilyenergia pinta-alayksikköä kohti on alhainen.
On suunniteltu monia erilaisia aurinkoenergian talteenottojärjestelmiä yksinkertaisista heijastinperiaatteella toimivista lämmittimistä, joiden avulla voidaan kuumentaa litra vettä kiehuvaksi 20 minuutissa, aina valonherkkiin (tavallisesti piistä valmistettuihin) aurinkokennoihin asti, jotka muuttavat auringonsäteiden energian suoraan sähköksi. Etelä-Ranskaan on rakennettu suuri aurinkovoimala, jossa auringonsäteet keskitetään 3500 pienellä peilillä yhteen polttopisteeseen ja näin saavutetaan 3000 asteen lämpötiloja. Jotkut tiedemiehet kannattavat keräilijöiden asettamista maata kiertävälle radalle ja energian lähettämistä mikroaaltoina maan pinnalle sijoitettaviin suuriin vastaanottoantenneihin. Yhdysvalloissa jotkut ajattelevat, että sikäläinen sähkövoiman tarve voidaan tyydyttää sijoittamalla aurinkoenergian keräilijöitä laajoille asumattomille alueille ja sitten kehittämällä tämän energian avulla höyryä turpiinien pyörittämiseen.
Auringon energian hyödyntämiseksi voi siis olla olemassa monia keinoja, mutta tarvitaan vielä paljon lisätutkimuksia, ennen kuin useimmat näistä menetelmistä voidaan ottaa käyttöön mitenkään huomattavassa mitassa. Joka tapauksessa japanilaisessa Aurinkotalossa aurinkoenergiajärjestelmä on jo toiminnassa ja säästää rahaa ja luonnonvaroja käyttämällä saasteetonta aurinkoenergiaa. Aurinkotalosta saadut kokemukset ovat jo nyt olleet niin myönteisiä, että Numazun ympäristönsuojeluvirastossa toimivan apulaisjohtaja Kyohiko Watenaben mukaan seuraavien kolmen vuoden kuluessa tullaan vaatimaan, että kaikki uudet julkiset rakennukset varustetaan samanlaisilla laitteistoilla.
Numazun kaupungin viranomaiset eivät jääneet odottamaan, kunnes kokonainen aurinkoenergiajärjestelmä olisi kehitetty täydelliseksi, vaan päättivät käyttää sitä, mikä oli jo kehitetty. Heidän käyttämänsä järjestelmä on yksinkertainen, mutta toimii silti 30 prosentin hyötysuhteella. Aurinkoisina päivinä se kerää riittävästi energiaa tämän kaksikerroksisen, pohjapinta-alaltaan 716 neliömetrin suuruisen rakennuksen lämmittämiseen ja ilmastointiin ja varaa kuumaa vettä peseytymiseen ja teen valmistukseen. Sateisina tai pilvisinä aikoina saattaa olla tarpeen turvautua veden varalämmitysjärjestelmään yhtenä päivänä kolmesta. Silti se, että kaksi kolmasosaa tarvittavasta lämmitysenergiasta saadaan auringosta, merkitsee huomattavaa edistysaskelta maassa, jonka on tuotava maahan 98 prosenttia öljystään. Entä kuinka tämä Aurinkotalo nimensä mukaisesti käyttää hyväksi auringon energiaa?
Rakennuksen katolla riveissä olevat 224 keräilijää on kallistettu 25 astetta vaakatasosta, niin että auringonsäteet kohdistuvat niihin mahdollisimman kohtisuorasti. Kunkin keräilijän pintaa peittää lasi, joka päästää valonsäteet kulkemaan lävitse. Näin sen alla ohuissa mustissa putkissa kiertävä vesi lämpiää. Lämmennyt vesi juoksee 20000 litran varastosäiliöön, jossa veden lämpötila saattaa nousta kiehumapisteeseen asti. Kun tämä säiliössä oleva vesi käy viileämmäksi kuin katolla keräilijöissä oleva vesi, alkaa pieni pumppu kierrättää sitä rakennuksen lämpöpattereissa, ja tuulettimet jakavat lämmön tasaisesti. Tämä vesi ei kuitenkaan ole juomakelpoista, koska siihen on lisätty kemikalioita, joiden tarkoituksena on ehkäistä ruostuminen ja sakan muodostuminen. Peseytymiseen ja teenvalmistukseen voidaan sitä vastoin käyttää erillisessä, suuren säiliön sisällä olevassa 5000 litran säiliössä lämpiävää vettä.
Soveltamalla kaasulla toimivissa jäähdytinlaitteissa käytettäviä periaatteita voidaan aurinkoenergiaa käyttää myös rakennuksen ilmastointiin. Mitä kuumemmin aurinko näin ollen paistaa, sitä enemmän energiaa on saatavilla ilmastointia varten. Kun käy tutustumassa Aurinkotaloon hyvin helteisenä kesäpäivänä ja havaitsee lämpötilan sisällä pysyttelevän 25 asteessa, vakuuttuu aurinkoenergian käyttökelpoisuudesta.
Numazun Aurinkotalo on käytännöllinen esimerkki todella runsaan energianlähteen hyväksikäytöstä, lähteen joka on erityisen käyttökelpoinen 35. pohjoisen ja 35. eteläisen leveysasteen välillä. Numazun viranomaiset olivat niin vakuuttuneita siitä, että he olivat ottaneet askeleen oikeaan suuntaan, että aurinkoenergialla toimiva lämmitys- ja ilmastointijärjestelmä asennettiin Ashitakan vuoristoalueelle rakennettuun kaupungin uuteen hoitokotiin.
Pohjapinta-alaltaan tämä uusi hoitokoti on kaksi kertaa Aurinkotaloa suurempi, ja niin myös sen aurinkoenergiajärjestelmän kapasiteetti on yli kaksi kertaa Aurinkotalon vastaavaa laitteistoa suurempi. Katolle sijoitetut 522 keräilijää varaavat energiaa talon lämmittämiseen ja ilmastointiin, sekä kuumaa vettä teen valmistukseen ja peseytymiseen. Koska keräilypintaa varattiin ylimääräinen sadan neliömetrin alue mahdollista tulevaa laajennusta varten, energiaa voidaan varastoida myöhemmin käytettäväksi.
Tulevaisuuden energiaongelmien ratkaisuko?
Onko aurinkoenergiajärjestelmän käytössä ilmennyt lainkaan vaikeuksia tai haittoja? On. Veden virtaamisen tasapainottaminen kahden neliömetrin laajuisten keräilijöiden ja putkistojen läpi oli vaikein ongelma. Tämä ongelma kuitenkin voitettiin, ja Aurinkotalon laitteisto on siitä pitäen toiminut hyvin ja kaivannut suhteellisen vähän huoltoa. Aurinkoenergiajärjestelmän varjopuoli on siinä, että sen perustamiskustannukset ovat huomattavasti korkeammat kuin tavanomaisten kaasulla tai öljyllä toimivien lämmitysjärjestelmien. Kuitenkin esimerkiksi Aurinkotalon energiajärjestelmän suuremmat perustamiskustannukset tulevat maksetuiksi takaisin energiasäästöinä seitsemässä vuodessa tai nopeamminkin, jos öljyn hinta edelleen nousee. Ylimääräiset rakennuskustannukset Ashitakan hoitokodin kohdalla olivat 18,5 miljoonaa jeniä (noin 340000 mk), mutta laskelmien mukaan tämä lisähinta tullaan kattamaan 4,2 vuoden toiminnan aikana. Kuinka niin? Koska Ashitakan hoitokodin lämmitys- ja ilmastointikulut ovat 750000 jeniä (noin 14000 mk) vuodessa, mutta vastaavin mukavuuksin viisikymmentä henkeä majoittavan ja tavanomaisia järjestelmiä käyttävän laitoksen vuotuiset energiakustannukset ovat 5,2 miljoonaa jeniä (noin 95000 mk).
Minkä vaikutelman olemme siis saaneet tästä Aurinkotalosta? Ensiksikin se on auttanut meitä arvioimaan aurinkoenergiaa realistisesti. Se ei ole täysin riippumaton energiajärjestelmä. Valaistukseen ja erilaisten toimistokoneiden sekä aurinkoenergiajärjestelmään kuuluvien pumppujen ja puhaltimien käyttämiseen tarvitaan sähköä. Lisäksi sateisina ja pilvisinä aikoina täytyy turvautua varalämmittimeen. (Se ei ole kokonaan oma järjestelmänsä, vaan pelkästään aurinkolämmitysjärjestelmään liitetty erillinen vedenkuumennin.) Kun aurinko sitä vastoin paistaa, ja sehän tapahtuu noin kahdella kolmanneksella päivänvalon tunneista, tämä käytännöllisesti katsoen saastuttamaton järjestelmä hyödyntää energiaa, joka muuten heijastuisi takaisin ilmakehään tai imeytyisi kattoon.
Toiseksi se tosiseikka, että yksi kaupunki oli halukas luopumaan tavanomaisista lämmitys- ja ilmastointijärjestelmistä, kannustaa meitä arvioimaan uudelleen maapallon energiavarojen nykyisiä käyttötapoja. Monet pelkäävät, että nykyisellä vauhdilla fossiiliset polttoaineet käytetään loppuun suhteellisen lyhyessä ajassa. Kuitenkin sellaisten polttoaineiden käytön helppouden takia ihmiset ovat hitaita omaksumaan uusia menetelmiä, jotka saattavat vaatia muutoksia heidän energiankäyttötottumuksiinsa tai suurempia alkusijoituksia, vaikka nämä saattavatkin olla ajan mittaan kannattavampia.
Kolmanneksi turvautuminen aurinkoenergiaan auttaa kehittämään arvostusta yksinkertaisempia asioita kohtaan ja sellaista kohtaan, mitä olemme saattaneet pitää itsestään selvänä. Oli kiinnostavaa kuulla Aurinkotaloa meille esittelevän kaupungininsinöörin sanovan, ettei hän siihen mennessä, kun nämä rakennukset pystytettiin, ollut todellisuudessa milloinkaan täysin tajunnut millainen merkitys on sillä, että aurinko nousee joka aamu. Ajattelepa tätä hetkinen. Jos aurinko ei paistaisi, lämpötila kaikkialla maapallolla olisi – 240 astetta.
Vaikka emme ajattelisikaan katolle sijoitettavia lämmön keräilijöitä, vaikuttaa auringon energia elämäämme monin tavoin. Auringonvalon avulla kasvit valmistavat meille ravintoa muuttamalla ilman hiilidioksidin ja maaperästä saamansa veden vetyä hiilihydraateiksi. Tuulikin on yksi aurinkoenergian epäsuora muoto, sillä maamassojen ja ilmakehän lämpeneminen ja jäähtyminen panee tuulet puhaltamaan. Lisäksi auringon lämmön ansiosta maan päältä haihtuu joka päivä ilmaan suunnattomat määrät vettä, joka myöhemmin sataa alas vetenä tai lumena. Kun tuo vesi kerääntyy jokiin ja altaisiin, ihminen voi valjastaa auringon varastoiman energian käyttöönsä vesirattaiden ja vesivoimalaitosten avulla.
Joka vuosi lankeaa auringosta maahan 0,7 triljoonan kilowattitunnin edestä energiaa. Kuitenkin tuo käsittämättömän suuri energiamäärä vastaa mitätöntä osuutta auringon vuosittain kaikkialle ympärilleen säteilemän energian koko määrästä. Nähtäväksi jää, missä määrin tätä käytännöllisesti katsoen rajatonta energianlähdettä on tulevaisuudessa mahdollista käyttää ihmisen hyödyksi. Mutta jo nykyään voidaan – jos niin halutaan – saada auringon energiasta käytännöllistä hyötyä nykyaikaisissa rakennuksissa, kuten havaitsemme tapahtuneen juuri tarkastelemassamme Aurinkotalossa.