Valitut palat LVI-tekniikan kehittymisestä Osa 6: Jäähdytys

Meijerit jäähdytyksen eturintamassa

Maailmalla koneellinen jäähdytys pää­si vauhtiin olutpanimoissa korvaamaan luonnonjäätä 1860-luvulla, jolloin ilmasto meni laajalti sekaisin, eikä luonnonjäätä saatu. Suomeen koneellinen jäähdytys rantautui meijerien kautta, kun Osuus­liike Hankkija aloitti meijereiden jäähdy­tyksen uusimisen 1910-luvulla. Toiminta eteni sähköverkkojen rakentamisen tah­dissa. Jäähdytettyjä elintarviketeollisuu­den tiloja ja varastoja alettiin rakentaa pikkuhiljaa. Ravintoloihinkin tuli kylmä­huoneita ja kauppoihin kylmätiskejä. Kyl­mäasennusliikkeitä ja maahantuojia oli jo useita 1930-luvulla.

Pakasteiden tulo elintarvikekauppoihin 1950-luvulla mer­kitsi suurta myymäläkalusteiden uusimis­tarvetta. Huurre Oy aloitti silloin toimintansa, joka laajeni lopulta kokonaisten kylmärakennusten toimittamiseen käyt­täen oman Ylöjärven tehtaan valmistamia peltiuretaanipelti-elementtejä. Tämä rakenne ratkaisi monia jäähdytettyjen tilojen rakenneongelmia. Kompressorien kehittyminen eli suuremmat pyörimis-nopeudet ja paineet sekä paremmat materiaalit pienensivät radikaalisti konei­den kokoa, tilantarvetta ja hintaa.

Kylmätekniikkaa maitotiloille ja urheiluun

Kylmäala laajeni 1950-luvulla myös mai­totiloille, kun luonnonjäähän perustuvat jäävesialtaat korvattiin vähitellen koneel­lisesti jäähdytetyillä tilatankeilla. Samalla vuosikymmenellä otettiin Tampereella käyttöön Suomen ensimmäinen teko­jäärata ja seuraavalla vuosikymmenel­lä jäähalli, joita nykyään on jo satoja. 1990-luvulla rakennettiin ensimmäinen hiihtoputki. Jäähdytyssovelluksia on kek­sitty myös terveydenhoitopuolelle.

Jäähdytyksellä asuin- ja työolot siedettäviksi

USA:ssa ilmastoinnin jäähdytys levisi teattereihin, toimitaloihin ja marketteihin jo 1920-luvulla. Jäähdytetyt elokuvate­atterit olivat virkistäytymiskeitaita syvän etelän kaupungeissa. Willis Carrierin ke-hittämä turbokompressoriin perustuva vedenjäähdytysyksikkö helpotti asen­nuksia, tarvittiin vain vesi- ja sähköjoh­tojen kytkeminen. Yhdysvalloissa kotien koneellisella jäähdytyksellä varustettu ilmastointi eli Air Conditioning, AC, ja vähän myöhemmin ajoneuvojen AC tuli­vat osaksi elintasokilpailua 1950-luvulla.

Suomessa ilmastoinnin jäähdytyksiä ei juurikaan tehty ennen pula-ajan lop­pumista 1950-luvulla. Esimerkiksi 1952 valmistuneessa Suomen ensimmäises­sä suurinkonvektoreilla varustetussa ilmanvaihtolaitoksessa Eteläranta 10:ssä eli Palacen talossa ei ollut jäähdytystä. Tämänkin jälkeen jäähdytettiin ensin teollisuuden sähkötiloja ja 1960-luvul­ta atk-tiloja. Asuinkerrostaloihin tehtiin jäähdytettyjä kellarivarastoja 1960-luvul­ta saakka. Laitteistoissa oli suorahöyrys­tyspatterit ja vesilauhdutus, joka toisin myöhemmin muutettiin ilmalauhduttei­seksi. Kun koteihin alettiin saada edulli­sia isoja jää- ja viileäkaappeja, lopetet­tiin yhteisten varastojen rakentaminen, ja monet kiinteistöt ovat purkaneet tai pysäyttäneet varastojen jäähdytyksen.

Ilmastoinnin jäähdytystä hillitsi aluk­si laitteistojen alkeellinen rakenne, sil­lä pienempiin kohteisiin ei ollut tarjolla kuin huonosti karkein portain toimivia suorahöyrystysjärjestelmiä. Tultaessa 1980-luvulle ilmastoinnin jäähdytys oli kuitenkin muodostunut varsin tavan­omaiseksi ratkaisuksi ja suorahöyrys­tyksen sijaan tuli portaattomasti toimi­va vedenjäähdytys. Ulkoilman viileyttä opittiin käyttämään rakentamalla vapaa­jäähdytyspiirejä sisävyöhykkeiden jääh­dyttämiseksi. Samaan kiertoon voitiin yhdistää ilmanvaihdon lämmöntalteen­otto. Teollisuuskohteissa vedenjäähdy­tysjärjestelmät ovat olleet vakioratkaisu 1970-luvulta.

Sittemmin tasaussäiliön käyttöä ja kompressorien ohjausta on voitu optimoida siten, että käyntijakso­ja on saatu pidemmiksi ja käyttötaloutta paremmaksi. Pienet vedenjäähdytysko­neikot tekivät monessa paikassa lopulli­sesti suorahöyrystysjärjestelmät tarpeet­tomiksi.

Kompressoripuolella ja kylmäaineis­sa on tapahtunut kehitystä. Avoimista tai puoliavoimista kompressoreista on siirrytty hermeettisiin kompressoreihin. Mäntä- ja turbokompressorien rinnalle tulivat pieniin kohteisiin lamellikompres­sorit, isompiin laitoksiin ruuvikompressorit. Kiertomäntäkompressoreitakin on käytetty, 1990-luvulla scroll-kompressorit valtasivat alan.

Kolmas kylmäaineiden vaihtokierros meneillään

Kylmäaineina kokeiltiin ja käytettiin alun perin monenlaisia enemmän tai vähem­män hankalia kaasuja. Ammoniakki oli alusta alkaen merkittävä aine myrkylli­syydestä huolimatta. Myös hiilidioksidia käytettiin sen korkean paineen tarpees­ta huolimatta. 1930-luvulla kehitetyistä ja erinomaiseksi arvioiduista fluoratuista hiilivedyistä eli CFC- ja HCFC-aineista, kauppanimiltään freoneista, on siirryt­ty uusiin otsonikerrosta pilaamattomiin kylmäaineisiin. Nämä uudet aineet ovat kuitenkin kasvihuoneilmiön kannalta hai­tallisia: ilmakehään päästyään ne jarrutta­vat maapallon lämpösäteilyä avaruuteen. Nyt on menossa uusi kylmäaineitten vaihtokierros ns. F-aineisiin.

Freoneista luopumisen yhteydessä alettiin minimoida kylmäainepiirejä. Par­haiten se kävi rakentamalla esimerkik­si jäähdytettyihin varastoihin pakkasta kestävä välillinen liuospiiri. Myös lauh­dutuspuolella alettiin tehdä välillistä jär­jestelmää, jossa katolle asennettiin liuos­jäähdytin. Jäähdytyskoneet varustettiin kompakteilla levylämmönsiirtimillä, jol­loin tilan tarve jäi pieneksi. Näin ongel­mia tuoneista paikan päällä useinkin hankalissa olosuhteissa tehdyistä vaati­vista kylmäputkistoasennuksista päästiin kokonaan eroon ja työ siirtyi perustyötä tekeville putkiliikkeille.

Varoventtiileistä etäkäyttöön

Ensimmäiset LVI-automaation piiriin luet­tavat laitteet olivat vastapainolla varus­tettuja varoventtiileitä, joita tarvittiin höy­rykattiloissa 1700-luvun loppupuolella. Kehitys jatkui hitaasti 1800-luvun lopus­sa omavoimaisista venttiileistä koske­tintoimisiin termostaatteihin, katkai­simiin ja kellokytkimiin sähköistyksen yleistyessä. Näiden ensimmäisten lait­teiden toimintaa ei varsinaisesti voi kut­sua säädöksi vaan ohjaukseksi. Samaan ryhmään kuulunevat termostaattiset patteriventtiilit, joita Honeywell alkoi valmistaa jo 1930-luvulla.

Suomeen termostaattiset patteriventtiilit tulivat vähitellen 1960-luvulla, ja niiden käyt­töä piti perustella vakuuttavin kannat­tavuuslaskelmin. Keskuslämmitysveden lämpötilan ja ilmanvaihtokoneiden sää­dön hoitivat ihmiset eli konemestarit ja talonmiehet. Kattiloiden tehoa eli lähtevän veden lämpötilaa säädettiin palamisilmapellillä.

Varsinaista säätöä edustivat 1950-luvulla markkinoille tulleet kattilalaitos­ten radio- eli vahvistinputkiin perus­tuvat menovesisäätimet, joita usein kutsuttiin variaattorikeskuksiksi ruotsa­laisen Billmanin tuotemerkin mukaan. Säätimistä voitiin valita sopiva säätö­käyrä ulkolämpötilan ja menoveden lämpötilan riippuvuudeksi. Moottori­venttiilit ja peltimoottorit oli USA:ssa kehitetty jo 1920-luvulla, joten niitä alkoi ilmestyä ilmanvaihtotekniikkaan koneellisen ilmanvaihdon vähitellen laajetessa.

Putkivahvistimista siirryttiin LVI-järjestelmissä 1960-luvulla oleelli­sesti pitkäikäisempiin transistorivahvis­timiin. Ilmanvaihdossa voitiin käyttää säätökeskuksia, joilla hoidettiin puhal­luslämpötila huonelämpötilan tai pois­toilman lämpötilan mittauksen perus­teella sopivaksi. Lämmityspattereiden jäätymissuojat perustuivat vielä jonkin aikaa katkaisintoimintaan: asetetussa lämpötilassa puhallin pysäytettiin ja ulkoilmapelti meni kiinni – jos meni.

Instrumenttipaineilma vaativissa kohteissa

Suurten tai tärkeiden LVI-laitosten säädössä voitiin jo ennen toista maail­mansotaa käyttää prosessiteollisuudes­ta tuttua ja luotettavaa pneumaattis­ta säätöä. Sen toimilaitteissa on ollut aivan toisen tasoista muskelia verrat­tuna LVI-puolen heikkovoimaisiin vent­tiili- ja peltimoottoreihin. Pneumatiikal­la saatiin hoidettua suhdesäädöt sekä derivoivat ja integroivat säädöt (P, D ja PDI). Ohjauskeskuksista muodostui juhlallisen kokoisia pöytiä kaaviotau­luineen, mittareineen, merkkilamp­puineen ja käsikytkimineen. Toisaalta käyttöliittymä oli ylivoimaisen selkeä. Paineilman apua saatettiin tarvita myös aksiaalipuhaltimien lapakulman säädös­sä. Tätä varten puhaltimella oli kuitenkin yleensä oma pieni kompressori.

Mikroprosessorit ja digiloikka

Mikroprosessorien kehitys mahdollisti 1970-luvulla verraten monimutkaisten säätimien käytön. Samalla sähkökeskus­ten kytkinkelloilla hoidetut käyttöaika­ohjaukset voitiin hoitaa säätöpuolelta. Digitaalista mittausta mainostettiin tar­kaksi ja käyttövarmaksi, mutta laiteviois­ta ei koskaan olla päästy irti. Anturien vikaantuminen ja piirilevyjen rikkoutumi­nen ovat edelleen tätä päivää – joskaan ei kuitenkaan päivittäistä.

Pc-koneiden yleistyessä ja kehittyes­sä 1980-luvulla säätöjärjestelmiä voitiin edelleen kehittää ja monipuolistaa. Toi­minnot voitiin ohjelmoida ja esimerkik­si kytkinkellot jätettiin sähkökeskuksis­ta pois. Yhdestä pisteestä voitiin hallita kaikkia alakeskuksia. Internetin tultua säätöohjelmat ja muutokset sekä valvon­ta voitiin hoitaa verkon kautta ja sääs­tää matkustamisessa. Samaan aikaan alkoivat taajuusmuuttajakäytöt yleistyä eli puhallin- ja pumppumoottoreiden yksi- tai kaksinopeuskäytöistä päästiin portaattomaan säätöön säätöalueen ollessa tyypillisesti 15…110 prosenttia. Myöhemmin 2000-luvulla puhallinmoot­toreina alettiin käyttää hyötysuhteeltaan parempia EC-moottoreita eli tasavirta­käyttöjä.

Avoimet väylät, suljetut ohjelmat

Uutta kehitystä toivat mukanaan 1990-luvulla erilaiset väyläratkaisut. Alkupe­räisenä toiveena oli, että eri valmistaji­en laitteet toimisivat eri säätölaiteura­koitsijoiden asentamissa laitoksissa, eikä tarvitsisi sitoutua ensimmäisen laitteis­ton ostaessaan loppuiäkseen samaan toimittajaan. Tämä toive toteutui vain osittain. Kenttälaitteet eli anturit ja toi­milaitteet on saatu pääosin toimimaan erilaissa verkostoissa tai väylissä, joilla on komeita kirjainlyhennenimiä. Varsinainen järjestelmän äly on toimittajakohtaista eli ohjelmat eivät ole avoimia. Tämän jälkeen ei paljon muuta ole tullutkaan, ellei nyt kehitykseksi lasketa mobiiliso­velluksia ja erilaisia datanjalostusohjel­mia, joilla voidaan valvoa ja analysoida laitteistoista saatavaa tietoa. Hälytyksiä sai puhelinverkon kautta jo 1970-luvulla. Samoin jonkin lämmittimen tai vaikka­pa saunan kiukaan saattoi saada pääl­le puhelinkäskyllä. Laitteista käytettiin nimeä robottipuhelin.

Automaatioala on pitkään hehkut-tanut älytaloista. Jos ihan oikeasti haluaa vahtia kunkin huoneen lämpötilaa, mikä on tunti tunnilta energiankulutus tai kuka on kulkenut ulko-ovesta milloinkin, saat­taa älytalo maksullisine ohjelmapäivityk-sineen, valvontoineen, laitevikoineen ja hakkerointivaaroineen olla kiinnostava. Useimmille kuluttajille riittää, että huone-lämmitykset toimivat paikallisen termos­taatin perusteella, ilmanvaihtoa voi ohjata ajankohdan ja huoneilman ominaisuuk­sien mukaan ja kriittisissä kohdissa on vuotovesihälytys. Energiankäyttöön tu-lee tuomaan uuden mausteen älykkäät sähköverkot ja kuluttajien sähkönkäytön ohjaus reaaliajassa. Tämä edellyttää vielä kerran sähkömittareiden vaihtoa ja säh­kökeskusten varustamista kontaktoreilla, joiden avulla voidaan ohjata esimerkiksi lämmitystä. Tarve tällaisen ohjaukseen tulee muun muassa siitä, että Suomesta puuttuu sähkön huipputehon tarpeesta neljännes.

Tutustu aiempiin osiin:
Osa 1: Lämmitys
Osa 2: Kantovedestä kraanaveteen
Osa 3: Muovin valtakausi alkoi
Osa 4: Ilmanvaihto
Osa 5:Betonikammiokoneista valmiisiin paketteihin

Kuva: Tiia Javanainen, Purotie Design