Ville Eloranta, insinööri (AMK), asiantuntija, Älykäs rakennettu ympäristö, Lapin ammattikorkeakoulu
Sirja Sarkkinen, metsätalousinsinööri (AMK), asiantuntija, Tulevaisuuden biotalous, Lapin ammattikorkeakoulu
Asiasanat: automaatio, esineiden internet, kasvit, viherrakentaminen
Kaupunkiviherrakentaminen ilmastonmuutoksen hillinnässä
Viherrakentamisella voidaan sopeutua ilmastonmuutokseen. Kasvit sitovat hiiltä ja vettä itseensä ja näin ollen lisäävät vedenpidätyskykyä sekä toimivat hiilensitojina. Ilmastonmuutoksen tuomat pitkät helle- ja sadekaudet eivät ole vielä samaa luokkaa Lapissa kuin esimerkiksi Keski-Euroopassa ja muualla maailmassa, mutta ääriolosuhteisiin on kuitenkin varauduttava. Innovatiivinen ja vähähiilinen viherrakentaminen on yksi sopeuttamiskeinoista, joilla voidaan vastata tulevaisuuden ääri-ilmiöihin.
Lapissa erilaiset palvelut ovat tärkeä tulonlähde alueen yrittäjille, ja viherrakentaminen ja rakennusten julkisivujen kunnossapitäminen ovat osa markkinointia sekä yritysten imagoa. Uusilla teknologisilla ratkaisuilla yhdistettynä kasvien kasvatukseen voidaan rakennusten julkisivuja värittää, ja kaupunkiympäristössä viherrakentaminen lisää myös yleisesti alueiden viihtyvyyttä.
Automaatiotekniikan yhteys luontoon
Maailma digitalisoituu ja luonto sen mukana. Älykkäät sääasemat, kasvatusjärjestelmät ja vesistömittaukset ovat muutamia esimerkkejä tästä. Lisäksi metsän eläimiä ja karjaa pystytään valvomaan ja seuraamaan etänä. On hankala löytää alaa, jota IoT-laitteet eivät olisi vielä saavuttaneet.
IoT on lyhenne sanoista Internet of Things eli esineiden internet. Se tarkoittaa toimintamallia, jossa yhä useampi laite on verkkoon kytketty ja laitteet lähettävät dataa palvelimille. IoT-laitteiden avulla voidaan mitata esimerkiksi lämpötilaa, kosteutta ja ilmanlaatua. Lisäksi on olemassa runsaasti mm. erilaisia etäisyys- ja äänisensoreita. Näiden anturitietojen avulla on mahdollista luoda järjestelmiä, jotka seuraavat todellisia tilanteita ja vähentävät hukkaa. Esimerkiksi jätehuollon tyhjennysajot voidaan suorittaa silloin, kun jäteastiat ovat oikeasti täynnä, ja ilmanvaihto toteuttaa juuri oikealla teholla huoneilman pitoisuuksiin nähden. IoT:n avulla voidaan säästää valtavasti energiaa.
Lapin liiton JTF-rahoitteisessa Innovaatiotoiminnan kehittäminen yritysverkostoja aktivoimalla (ACTIVE) -hankkeessa on testattu luonnon digitalisaatiota mm. automaattisilla kastelujärjestelmillä. Hankkeessa on Lapin ammattikorkeakoulun osaamisryhmien välisenä yhteistyönä kokeiltu, miten erilaiset kastelujärjestelmät voivat auttaa ja helpottaa kiireisiä lappilaisia PK-yrittäjiä. Kastelujärjestelmien suunnittelussa on huomioitu ympärivuotinen käyttö, visuaalisuus, uusiutuvan energian käyttö ja luonnonveden hyödyntäminen.
Kastelujärjestelmäprotoilua
Erilaisia automaattisia kastelujärjestelmiä on markkinoilla runsaasti. Perusjärjestelmät voivat toimia ajastetusti tai kasvupaikan kosteuden mukaan. Monimutkaisemmat ja tarkemmat järjestelmät voivat lisäksi käyttää aiempien kasvukausien historiatietoja ja tulevia sääennusteita luodakseen tarkempia kasteluohjelmia, jolloin kasvien kosteus pysyy optimaalisena. Järjestelmät voivat toimia joko verkko- tai aurinkosähköllä ja käyttää kasteluun vesijohto- tai luonnonvettä ollen täysin huoltovapaita.
Hankkeen kasteluprototyyppi-ideaa työstettiin yhdessä yrittäjien kanssa kohteissa, joihin kasvien kasvatus oli mahdollista. Mukana olleet yritykset olivat Rovaniemeltä Arctic Ice Cream Factory, Hostel Café Koti ja Tilausravintola Pirtti. Jokainen kohderakennus oli julkisivultaan erilainen, ja prototyypit räätälöitiin vastaamaan ympäristön olosuhteita. Suunnittelua ja muotoilua toteutettiin alkuvuodesta 2025, ja kasvukauden alkaessa järjestelmät saatiin testikäyttöön yritysten julkisivuille. Kesän aikana kerättiin tietoa järjestelmien toimivuudesta ja seurattiin kasvien kasvamista, ja syksyn tullessa prototyypit asetettiin talvimoodiin.
Kuvassa 1 on nähtävissä järjestelmät, joita hankkeessa kokeiltiin. Vasemmanpuoleinen järjestelmä toimi verkkosähköllä ja katolta kerääntyvällä sadevedellä. Kuvassa oikealla alhaalla oleva prototyyppi toimi aurinkosähköllä ja manuaalisesti täytettävällä säiliövedellä. Kuvassa oikealla ylhäällä oleva järjestelmä ei sijoituspaikan vuoksi sisältänyt lainkaan erillistä kastelutekniikkaa, mutta toimi silti visuaalisena lisänä yritykselle. Toteutettuihin järjestelmiin voi tutustua tarkemmin pilotin omilla nettisivuilla.
Kuva 1. Toteutetut kastelujärjestelmät.
Testeissä havaittiin, että automaatiosta huolimatta järjestelmät eivät kuitenkaan olleet huoltovapaita. Säiliöiden puhtaudesta huolehdittiin suodattimilla, ja ravinteet lisättiin suoraan puikoilla ruukkuihin, jotta kasteluvesi pysyisi puhtaana. Säiliöt olivat myös valoa läpäisemättömiä, jolloin niihin ei päässyt kertymään levää. Katolta sadeveden mukana kerääntyvä katupöly oli kuitenkin niin hienojakoista, että suodattimet tukkeutuivat nopeasti ja pienimmät hiukkaset päätyivät vesisäiliöön, jolloin kasteluteho laski alle suunnitellun. Lisäksi pumpun sisään joutunut pöly saattoi edesauttaa laitteiston rikkoutumista, sillä pumppu oli auennut liitoksistaan, mikä esti veden siirtymisen ruukkuihin. Tämä taas johti kasvien ennenaikaiseen kuihtumiseen. (Kuva 2.)
Kuva 2. Vasemmalla kasteluvesi kesän lopussa ja oikealla rikkoutunut pumppu.
Viestiminen ja yhteistyö yrittäjien suuntaan oli aktiivista, sillä prototyyppien toimivuutta testattiin koko kasvukauden ajan. Yrittäjiltä saadun palautteen perusteella järjestelmien visuaalinen ilme miellytti kokonaisuudessaan. Lisäksi kiinnostusta oli yhteistyön jatkamiseen sekä kastelun että uusien prototyyppien osalta.
Monikäyttöiset ja kestävät protot kiertotalouden edistäjinä
Prototyyppien suunnittelutyö tehtiin niin, että järjestelmät olisivat ympärivuotisessa käytössä muuttaen vuodenajan mukaan tehtäväänsä. Tämä lisää kestävyyttä ja jatkuvuutta, jota nyky-yhteiskunnassa tulee ajatella. Kiertotalous on muutakin kuin jätteiden lajittelua ja niistä uusien hyödykkeiden valmistamista. Uudet keksinnöt niin materian kuin palveluiden osalta tulisi suunnitella siten, että ne kestävät käyttöä, ovat muunneltavissa ja tukevat luonnon monimuotoisuutta.
Kaikkiin prototyyppeihin asennettiin valaistus, joka voidaan kytkeä joko ajastetusti tai manuaalisesti päälle. Valotoimintoa voidaan hyödyntää pimeinä aikoina tuoden protojen visuaaliset muodot ja ympäristö esiin.
Jäätelötötteröproto suunniteltiin siirrettäväksi, sillä jäätelökioskit harvoin ovat ympäri vuoden auki. Proto siirrettiin talven ajaksi sisätiloihin myymälään Louelle, jossa se luo viihtyvyyttä yrttien ja valon keinoin.
Aurinkosähköllä toimivan järjestelmän kasteluominaisuudet kytkettiin pois syksyllä, jottei järjestelmässä oleva vesi jäädy ja hajota laitteistoa. Talven aikana kasvatuslaatikot toimivat visuaalisena lisänä yrityksen terassilla, ja humalalaatikoiden kyljessä oleva kaupunkiprintti voidaan valaista. Monivuotisena kasvina humalat selviävät talven yli ja heräävät taas uuteen kasvukauteen keväällä.
Sadevesijärjestelmäproto sai uuden ilmeen syksyllä, kun kesäkukat kastelujärjestelmineen irrotettiin. Protoon suunniteltiin monikäyttöhylly, jossa syksyn aikana voidaan kasvattaa mm. kanervia. Joulun ja talven aikana järjestelmässä voidaan käyttää pelkkää valoa tai muuntaa ilmettä juhlien tai vuodenajan mukaan. (Kuva 3.)
Kuva 3. Sadevesijärjestelmäproto syksyasussaan.
Jatkossa kehitettävää
Prototyyppien kehittäminen jatkuu, sillä ne ovat toiminnassa ympäri vuoden. Ideointia jatketaan oman protoporukan kesken hyödyntäen yrittäjiltä saatuja kommentteja. Jatkossa järjestelmien teknisiä ominaisuuksia tulisi kehittää huoltovapaammiksi, jotta niiden idea helppokäyttöisyydestä toteutuisi. Kasvivalinnoissa voisi kokeilla luonnonkasveja ja suosia enemmän monivuotisia kasveja, kuten humalaa. Lisäksi kasvien peittoisuutta voisi lisätä. Testatussa humalassa kasvu alkoi vasta kesän aikana, mutta sen peittävyys lisääntyy kasvin vanhetessa. Ensi keväänä nähdään, miten humalat ovat selviytyneet talvesta.
Luonnonkasvien sekä monivuotisten kasvien hyödyntäminen viherrakentamisessa tukee luonnon monimuotoisuutta. Luonnonkasveilla ja kastelulla voitaisiin saada helposti vehreyttä aikaan suoraan maahan istutettuna, mutta kaupunkiympäristössä ja rakennuksissa joudutaan keksimään kasveille uusia innovatiivisia kasvupaikkoja. Tähän tarvitaan avuksi innovatiivisia kasteluratkaisuja, jotka integroituvat osaksi rakennusta ja arkkitehtuuria.
Pilotissa kehitellyillä prototyypeillä ei vielä voida kehuskella suurella biomassan peittävyydellä tai huipputekniikalla, mutta ne ovat hyviä askeleita kohti vehreämpää kasvillisuutta ja toimivampaa tekniikkaa. Tulevan talven aikana ja sen jälkeen nähdään, miten protot kestävät talviolosuhteita. Kevään koittaessa suunnitellaan protojen kehitystä jo seuraavaan vaiheeseen.