Helsinki
  • Kuva 1. Helsingin rakennusten energiatietoja voi tarkastella kaupungin 3D-mallilla.

Helsingin energiatietojen esittäminen 3D-kaupunkimallissa tuo työkaluja ilmastonmuutoksen hillintään

Helsingissä on jo useita vuosia haaveiltu, että energiansäästöön ja uusiutuvaan energiaan liittyviä tietoja saataisiin kartalle, jotta kaupungin suunnittelijoilla olisi paremmat työkalut ilmastonmuutoksen hillintään. Karttojen avulla voitaisiin helpommin arvioida, mille alueille ja minkä tyyppisiin toimintoihin kaupungin rajallisia resursseja kannattaisi suunnata. On nähty, että kiinteistöjen omistajilla ei välttämättä ole riittäviä valmiuksia kiinteistöjen energiatehokkuuden suunnitelmalliseen parantamiseen peruskorjausten yhteydessä. Yksi suurimmista haasteista on tiedon saatavuus kunnollisten energiaselvitysten ja energiansäästöpotentiaaliarvioiden puuttuessa.

Avoimen energiadatan tuomia mahdollisuuksia kestävälle kaupunkisuunnittelulle alettiin selvitellä Helsingissä jo 2010-luvun alussa. Pohjoismaisessa konferenssissa kuultiin tuolloin muun muassa kokemuksia Tanskasta, kun Odensen kaupungin edustaja kertoi, kuinka kaupungin katot oli lämpökamerakuvattu ja jalostetut kuvat esitetty rakennuskohtaisesti kartalla. Palvelun avulla viestintä rakennusten omistajille helpottui, kun rakennusten kattojen lämpöhukan potentiaali saatiin visuaalisesti näkyviin. Karttapalvelu helpotti kaupungin suunnittelua, aktivoi asukkaita ja loi uutta cleantech-liiketoimintaa energiansäästöpalveluiden alalla. Odensen mallin mahdollisti tietotekniikan, etenkin paikkatietopalveluiden kehittyminen, kun rakennusten sijainti pystyttiin yhdistämään lämpökamerakuvien tuottamaan dataan.

Tämän jälkeen Helsinki alkoi yhdessä HSY:n kanssa suunnitella energia- ja ilmastoatlasta, johon voitaisiin koota erilaisia energiansäästötyötä ja uusiutuvaa energiaa helpottavia tietoaineistoja. Karttapalvelun tueksi kartoitettiin ulkomaisia esimerkkiaineistoja muun muassa Hampurista, Berliinistä, Amsterdamista ja New Yorkista. Kotimaassa esimerkiksi Syke oli tuottanut pilottiaineistoja rakennusten laskennallisesta energiankulutuksesta ja hiilidioksidipäästöistä. Espoon kaupunki puolestaan avasi vuonna 2015 energiatietopalvelun, jossa esitettiin kaikkien rakennusten aurinkoenergiapotentiaali sekä kaupunkialueen soveltuvuus maalämmön tuotantoon.

Esimerkkien myötä saatiin tuntumaa siihen, mitkä tietoaineistot ovat energiatehokkuuden ja uusiutuvan energian edistämisen kannalta hyödyllisimpiä. Uusiutuvan energian osalta todettiin, että aurinkoenergia- ja maalämpöpotentiaaliaineistojen kerääminen voitaisiin toteuttaa kustannustehokkaasti. Tuulivoimapotentiaali on myös mielenkiintoinen teema, mutta sen merkitys kaupunkialueilla todettiin kohtuullisen pieneksi ja selvittäminen haastavaksi, koska maaston muodot vaihtelevat ja rakentamisen myötä myös muuttuvat kaupungissa paljon.

Energiansäästön kannalta tärkeimmiksi aineistoiksi havaittiin energiankulutustiedot, joilla rakennusten omistajat pääsevät vertaamaan kiinteistöjensä kulutusta vastaavan tyyppisten kiinteistöjen kulutukseen. Vielä tehokkaampana nähtiin todelliset energiankulutustiedot, mutta niiden saatavuus oli haastavaa etenkin yksityisomisteisissa kiinteistöissä yksityisyyden suojan vuoksi. Kuitenkin vähintään 10–15 huoneiston summatietoja voitaisiin esittää anonyymissä muodossa. Tällaisista tiedoista saatiin kokemusta vuonna 2017 päättyneestä Ilmastokatu-hankkeesta, jossa Iso Roobertinkadun sähkön ja kaukolämmön kulutustiedot saatiin eriteltyä Helenin (HSV ja Helen kaukolämpö) tuottamasta tiedosta.

Todellisten kulutustietojen saanti tulisi helpommaksi, jos sujuvoitettaisiin kiinteistön omistajien mahdollisuuksia luovuttaa tietoja yleiseen käyttöön yksityisyyden rajoitusta loukkaamatta. Kyseisten tietojen helpompi saatavuus edellyttäisi kuitenkin sitä, että kiinteistöjen omistajille olisi tehty kätevämmäksi luovuttaa tietoja yleiseen käyttöön yksityisyyden rajoitusta loukkaamatta. Myös mittaroitujen summatietojen tietotekniset järjestelmät pitäisi uusia, jotta tietojen luovuttaminen olisi helpompaa esimerkiksi kortteli- tai aluetasolla. Näihin asioihin saadaan parannusta EU:n tietosuojadirektiivin muutoksen myötä, sillä tietojen luovutus on siinä tehty aiempaa helpommaksi.

Tietoaineistoja aletaan kehittää

Tietoaineistoja alettiin kehittää kevättalvella 2015, jolloin HSY:n koordinoimassa hankkeessa selvitettiin  rakennusten kattojen lämpöhukkaa . Tulosten luotettavuuden tueksi yli sata vapaaehtoista helsinkiläistä mittasi rakennustensa lämpötiloja yläkerrassa, vintillä ja talonsa ulkopuolella tiettynä ajankohtana, jotta kattojen lämpötilat saatiin kalibroitua. Aineistosta tuotettuun karttaan lämpöhukka merkittiin värikoodeilla ja niiden tulkinta edellytti värejä tulkitsevan avaimen käyttöä. Tulkintaan vaikutti kattomateriaali, katon kaltevuus sekä ullakon lämpötila.

Lisäksi hankkeessa selvitettiin pääkaupunkiseudun rakennusten aurinkoenergiapotentiaali.

Datasta käyvät ilmi potentiaaliset paikat aurinkopaneelien käyttöönottoon sekä laskennallinen aurinkoenergian tuotto vuodessa (MWh/a). Katon osa sopii aurinkopaneeleille, jos se saa säteilyä yli 847 kWh/m2/vuosi, yhtenäistä riittävästi säteilyä saavaa pinta-alaa on vähintään 5 m² ja etäisyys katon reunasta on yli 0,5 metriä. Aineistot löytyvät HSY:n palvelimelta ja tiedot ovat saatavilla myös avoimena datana. Palvelusta löytyy myös muita energiaan ja ilmastoon liittyviä tietoja.

Vuonna 2015 Helsingin kaupungilla käynnistettiin myös 3D-kaupunkitietomalliprojekti, jonka päätavoitteena oli kehittää Helsingistä ensimmäinen 3D-kaupunkitietomalli. Monikäyttöiset 3D-tietomallit tuovat uusia mahdollisuuksia kaupungin suunnittelun ja rakentamisen hallintaan. Tietomallin keskeinen ominaisuus on semantiikka, jossa mallin kohteet sisältävät muutakin kuin pelkästään visuaalista tietoa itsestään. Kyse on näin ollen laajemmasta tietokokonaisuudesta kuin pelkästä kolmiulotteisesta tietokonenäkymästä kaupunkiin.

Kahden vuoden määräaikaisessa 3D-projektissa tuotettiin kaksi koko kaupungin kattavaa 3D-kaupunkimallia, älykäs semanttinen CityGML-kaupunkitietomalli ja fotorealistinen kolmioverkkomalli. Mallit julkistettiin vuoden 2016 loppupuolella ja avattiin samanaikaisesti avoimena datana. Pian tietomallin valmistumisen jälkeen valikoitui yksi ensimmäiseksi konkreettiseksi CityGML-kaupunkitietomallin käyttökohteeksi energiasektorille suunnatun työvälineen kehittäminen ja toteuttaminen. Yhteistyö Helsingin energia-asiantuntijoiden ja 3D-hankkeen välillä alkoi.

CityGML on avoin kansainvälinen standardi kaupunkitietomallinnukseen. CityGML-standardin teknologia mahdollistaa semanttisesti rikastetun kaupunkitietomallin tuottamisen. Kaupunkimalleilla voidaan luoda monipuolisia kaupunkitasoisia analyysejä ja simulaatioita esimerkiksi energiankulutuksesta, aurinkoenergiapotentiaalista, ympäristön ominaisuuksista sekä kaupunkisuunnittelusta. Kaupunkimallien kehitystyö, tuotanto ja lukuisat kehitysprojektit jatkuvat edelleen Helsingin kaupunginkanslian 3D-hankkeessa, joka on muuttunut määräaikaisesta projektista vakituiseksi Helsingin ICT-kehityshankkeeksi.

Palaset loksahtavat kohdalleen

Samaan aikaan lämpöhukka-aineiston rakentamisen kanssa Helsingissä käynnistettiin selvitys muista mahdollisista tietolähteistä. Helsingin kaupungin tietokeskus teki 2016 kartoituksen mahdollisista energiatietopalveluun liitettävistä tietoaineistoista ja haastatteli kaupungin hallintokuntien lisäksi myös yritysten edustajia heidän tarpeistaan energiatietoon liittyen.

Tuloksena oli, että energiansäästöpalveluita tarjoavat yritykset näkivät kaikkein hyödyllisimpänä rakennusten todelliset kulutustiedot, joilla voisi arvioida rakennusten mahdollista säästöpotentiaalia. Erityisen hyödylliseksi koettiin pitkän aikavälin tiedot mahdollisimman lyhyellä aikajänteellä (tuntitaso) tarkasteltuna. Tarpeellisena nähtiin myös rakennusten laserkeilausaineisto, sillä siitä voi laskea esimerkiksi vaipan alan sekä rakennusten peruskorjaustiedot, joista voi päätellä lähivuosien ajankohtaiset remonttitarpeet.  Käytännön kannalta myös rakennusten omistajien tai isännöitsijöiden yhteystiedot nähtiin arvokkaana, jolloin yhteydenotto rakennusten omistajiin helpottuu. Selvityksessä hyödyllisiksi todetut aineistot ja niiden julkistamisaikataulu löytyvät taulukosta 1.

Kaupunki otti tavoitteekseen, että energiatietoaineistoja yhdistettäisiin kolmiulotteiseen kaupunkitietomalliin. Tämä kehittäminen jatkui mySMARTLife-hankkeessa, joka on Helsingin suurin kansainvälinen EU-rahoitteinen ilmastohanke, partnereina Hampuri ja Nantes. Hankkeessa testataan uusia ratkaisuja ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi kaupungeissa ja nopeutetaan parhaiden ratkaisujen pääsyä markkinoille. Hankkeessa VTT analysoi Helsingin rakennuskannan laskennallisen energiankulutuksen, jota kiinteistöjen omistajat voivat käyttää omistamansa rakennuksen kulutuksen vertailukohtana. VTT myös analysoi Merihaan alueen tyypillisen 70–80-luvun kerrostalon potentiaalisimpia energiatehokkuustoimenpiteitä ja niiden kustannustehokkuutta. Tiedot ovat yleisemminkin sovellettavissa vastaavan ikäkauden samantyyppisiin asuinkerrostaloihin.

Osana hanketta kaksi Metropolia-ammattikorkeakoulun opiskelijaa kokosi energia-aineistoja, joita sitten yhdistettäisiin 3D-malliin. Rakennusvalvontaviraston tietojärjestelmästä poimittiin rakennuskannan luvanvarainen peruskorjaushistoria, jonka tiedot esitetään 3D-mallissa yli kymmenen huoneiston asuinrakennuksista. Jätelämmön osalta tehtiin kartoitus potentiaalisimmista suurista hukkalämmön kohteista Helsingissä. Alkuperäisen suunnitelman mukaisia kiinteistökohtaisia tietoja ei voida vielä esittää, sillä luotettavien arvioiden tekeminen edellyttää tarkempaa kohdekohtaista analyysiä. Tietovarannon kehittämistä kuitenkin jatketaan.

Myös muita tietolähteitä alkoi löytyä. ARA:n ylläpitämässä energiatodistusrekisterissä on tiedot yli kymmenen huoneiston rakennusten energiatodistuksista, jotka on poimittu mukaan 3D-malliin. Ongelmana rekisterin tiedoissa oli, että mukana ei ollut rakennustunnuksia, joten kohteet jouduttiin yhdistämään osoitteen tai muun sijaintiin sidotun tiedon perusteella, mikä ei kaikkien rakennusten kohdalla onnistunut luotettavasti. Kaiken kaikkiaan energiatodistuksia ja niiden sisältämiä tietoja löytyy yli kahdesta tuhannesta Helsingin rakennuksesta. Todistus sisältää myös rakennukselle ehdotettuja muutos- tai korjaustoimia, joiden toteuttaminen parantaisi rakennuksen energiatehokkuutta.

Kuva 2. Rakennuksen energiatehokkuus näkyy rakennuksen väristä, ja klikkaamalla rakennusta saa koko todistuksen näkyville.

Helsingin kaupungin asunnot (Heka Oy) toimii edelläkävijänä luovutettuaan hallinnoimiensa vuokrakerrostalojen todelliset kaukolämmön, kiinteistösähkön ja vedenkulutuksen tiedot julkaistavaksi. Muualla Suomessa ei vastaavia tietoja ole vielä julkistettu. Hekan tietojen avulla on mahdollista arvioida esimerkiksi saman ikäluokan rakennusten ominaiskulutuksia ja selvittää syitä suurempiin poikkeamiin. Tietojen avulla kaupunki voi parantaa omien kiinteistöjen ylläpitoa sekä peruskorjausten suunnittelua ja päätöksentekoa. Avoimet tiedot tarjoavat myös yrityksille mahdollisuuden analysoida rakennusten kulutusta ja ehdottaa tarkempien energiatehokkuusarviointien tai -remonttien selvitysten tekoa. Yksityisten kiinteistöjen omistajat puolestaan voivat verrata kulutuksia Hekan kiinteistöjen vastaaviin kulutuksiin.

Kuva 3. Energia- ja ilmastoatlaksessa pystyy tutkimaan sekä toteutuneita että laskennallisia energiankulutustietoja.

Tietoaineistot ja 3D-malli

Tietoaineistojen tuottamisesta ei kuitenkaan olisi hyötyä ilman toimivaa toteutusta ja sopivaa teknistä alustaa toteutukselle. 3D-kaupunkitietomalli toimii yhteistyön ja tiedonjaon alustana. Tietomalli mahdollistaa erilaisten tietoaineistojen yhdistelyn, mikä voi johtaa uusien innovatiivisten palvelujen, tuotteiden ja toimintatapojen kehitykseen. Tietoaineistojen integrointi kaupunkitietomalliin edellyttää kuitenkin yhteen toimivia ja yhteen sopivia aineistoja, mikä ei ole ollenkaan itsestäänselvyys, kun aineistoja yhdistellään useista eri rekistereistä ja yli toimialarajojen.

Koottujen energiatietojen käsittelyä päästiin aloittamaan kesällä 2017 mySMARTlife-hankkeen rahoituksella. Aineistoja läpikäytiin ja niiden yhteensopivuutta 3D-kaupunkitietomallin kanssa tutkittiin. Tästä työstä syntyi lopulta Helsingin energia- ja ilmastoatlas, joka on yksi ensimmäisistä testikohteista Helsingin CityGML-kaupunkitietomallin tietokannan, alustan ja itse 3D-tietomallin päälle rakennetusta sovelluksesta.

Tietoaineistojen läpikäynti toi useasti esiin tietojenkäsittelyssä piilevän yleisesti tiedossa olevan ongelman eli tietoaineistojen puutteellisuuden ja monimuotoisuuden. Aineistojen vieminen tietomallille vaatii tasalaatuista ja yhdenmukaista dataa tietomallin kanssa. Energia-aineistot sisälsivät monesti rakennuskohtaista tietoa, mutta ei kuitenkaan tietoa rakennuksen yksilöivästä tunnuksesta, joilla energiatieto olisi pystytty kohdentamaan tietomallin rakennuksiin. Atlaksen sisältämät energiatiedot on tallennettu tietokantaan hyödyntäen CityGML-standardin määrityksiä. Tietokantapohjainen sovellus edesauttaa jouhevaa tietoaineistojen päivitystä ja siten mahdollistaa atlaksen sujuvaa jalostusta ja jatkokehitystä.

Helmikuussa 2018 Helsingin energia- ja ilmastoatlas valmistui ja avattiin kaikille avoimena palveluna. Atlaksesta löytyvät tietoaineistot on lueteltu edellä taulukossa 1.

Energia- ja ilmastoatlas sisältää myös Helsingin aurinkoenergiapotentiaalin selvityksen. Helsingin kaikkien rakennusten yksittäisten seinä- ja kattopintojen saama auringon säteilyenergia on laskettu kuukausi- ja vuositasolla. Analyysi perustuu CityGML-kaupunkitietomalliin sekä mallin rakennusten katto- ja seinäpintojen ominaisuustietojen laskentaan. Aurinkoenergiapotentiaalin on laskenut Münchenin teknillinen yliopisto. Tutkimusryhmä kehitti laskentasovelluksen, ja Helsinki on ensimmäisiä kaupunkeja, joiden tietomalleja on käytetty laskennassa.

Kuva 4. Aurinkoenergialaskenta paljastaa Olympiastadionin aurinkoisimmat istumapaikat.

Aineistojen kehittäminen jatkuu

Vuoden 2018 aikana aineistojen kehittäminen jatkui, ja tavoitteena on saada esimerkiksi Helsingin maalämmölle soveltuvimmat alueet kartoitettua. Merihaassa jatkettiin lämpökamerakuvauksia ja testattiin mySMARTLife-hankkeen puitteissa, voiko julkisivujen lämpöhukkaa kuvata 3D-kaupunkitietomalliin soveltuvasti. Johtopäätöksenä todettiin, että mallintaminen tarvitsee vielä jatkokehitystä.

Merihaassa toteutettiin lisäksi syksyllä 2018 laaja energiatehokkuusselvitys (Mobo-monitavoiteoptimointi) yhteistyössä kahden kohdetaloyhtiön kanssa, ja sen tuloksia voidaan hyödyntää koko alueen energiatehokkuuspotentiaalin kartoittamisessa. Tulokset julkistetaan vuonna 2019. Seuraavaksi tavoitteena on kehittää 3D-kaupunkitietomalliin maalämpöpotentiaalia ja ilmastonmuutoksen sopeutumiseen liittyviä aineistoja.

Kalasatamassa asuinkiinteistöjen tontinluovutusehdot velvoittavat kiinteistöt luomaan avoimen rajapinnan kiinteistön energiatietojen keräämiseen. Asukkaan suostumuksella tietoja voidaan kerätä jopa huoneistotasolla kulutustyypeittäin. Kaikki Helsingissä tuotetut tietoaineistot viedään myös avoimen datan jakelupalvelu Helsinki Region Infoshareen.

Kuuden suurimman kaupungin kaupunginjohtajien ilmastoverkosto on myös tehnyt aloitteen, jonka mukaan avoimia energiatietoja pyritään edistämään kaikissa kuudessa suurimmassa kaupungissa. Sillä, että kaupungit kehittävät energiatietojärjestelmiään ja avaavat niitä aktiivisesti kaupunkilaisten, yritysten ja julkisyhteisöjen käyttöön, halutaan muun muassa kannustaa energiansäästöinvestointeihin ja luoda liiketoimintaa energiatehokkuuden ja ilmastoystävällisten ratkaisujen ympärille. Lisäksi tavoitteena on kasvattaa yleistä energiatietoisuutta.

Petteri Huuska toimii ympäristösuunnittelijana Helsingin kaupungin kaupunkiympäristön toimialalla ja Enni Airaksinen erityissuunnittelijana Helsingin kaupunginkansliassa.

Kommentoi

Lehdessä: