Nojapyörällä lujaa ja kauas - Velomobiilin eli kinnerin edut pyöräilyssä

Arvostelin vuoden 2014 syksyllä kirjan: Pyörä ja ihminen: Miten pyörä ja polkija pelaavat yhteen. Siitä asti mielenkiintoisesta tiedekirjasta alitajuntaani on jäänyt jonkinlainen ajatus nojapyörän hankinnasta. Katettu nojapyörä, eli velomobiili, sukkulapyörä tai suomeksi ehkä parhaiten kääntyvä kinneri on siis avaruusaluksen/raketin näköinen, makuuasennossa poljettava kolmipyöräinen katettu polkupyörä. Kinnerin ilmanvastus on erittäin pieni ja siksi ratkaisu mahdollistaa kulkupelille todella suuret nopeudet.

Tiedekirjan kirjoittaja Max Glaskin kertoo kirjassaan, että ensimmäiset nojapyörät ilmestyivät 1800 luvun lopulla ja nousivat valokeilaan 1933, kun ensimmäinen nojapyörä voitti tunnin aika-ajon maailmanennätyksen. Vähän tämän jälkeen ne kiellettiin kilpailuista, koska ylivoimaisuuden takia nojapyörät voittavat perinteiset polkupyörät mennen tullen aika-ajoissa. Glaskinin mukaan niiden aerodynaaminen etu on niin suuri, että tavallisella polkupyörällä ajavalla ei olisi mitään mahdollisuuksia sellaisiin nopeuksiin. Mitä tämä sitten tarkoittaa?

Katettu nojapyörä antaa mainoksille varmasti näkyvyyttä. Kuvan lähde: Velocraft.fi

Kun pyöräilijän nopeus ylittää noin 16 km/h, suurin osa polkijan energiasta kuluu ilmanvastuksen voittamiseen. Nopeuden kasvaessa tilanne vain pahenee. Ilmanvastuksen voittamiseen tarvittava teho on suurin piirtein verrannollinen nopeuden kuutioon (kolmanteen potenssiin), joten nopeuden kaksinkertaistuessa tarvittava teho kahdeksankertaistuu. Tiedekirjailija Glaskinin mukaan merenpinnan tasolla ja 20 C lämpötilassa kuutiometri kuivaa ilmaa painaa noin 1,2 kg ja jokainen pyöräilijä joutuu työntämään sitä tieltään liikkuessaan. Ratkaisevaa tässä on menopelin etupinta-alan suuruus. Nopeimmat kilpapyöräilijät kuluttavat 90 % energiastaan ilmanvastuksen (ilman työntäminen, turbulenssi ja taakse jäävä matalapaine) voittamiseen. Kun suuren etupinta-alan (0,57 m2) omaava maastopyöräilijä puskee liikkuessaan sivuun 100 kg ilmaa 146,2 metrin matkalla, niin Glaskinin mukaan sutjakka nojapyörä voi ajaa 63 % enemmän saman kaasumassan siirtäessään (etupinta-ala 0,35 m2). Polkupyörällä liikkuva ihminen on yksinkertaisesti aerodynamiikan kannalta väärä.

Nojapyörän etu pystypyörään perustuukin juuri kokonaan pienempään etupinta-alaan, virtaviivaisiksi muotoiltuihin katteisiin ja siten pienempään ilmanvastukseen. Kinnerin muodolla pyritään estämään ilmavirtauksen irtoaminen kappaleen pinnasta, jolloin sen taakse syntyy mahdollisimman vähän turbulenssia. Pyöräilyn aerodynamiikan tutkimuksissa on selvinnyt, että ilmanvastusta voidaan pienentää jopa 60 % virtaviivaisten katteiden avulla. Matalan ajoasennon geometria ei ehkä ole edullisin polkemisen ja tehontuotannon kannalta, mutta ilmanvastuksen pienentäminen kaikin mahdollisin keinoin onkin kaikki kaikessa. Toisaalta kinnerin ajaja voi käyttää myös istuimen antamaa tukea puskiessaan polkimia, johon pystypyöräilijä ei pysty. Ajaakseen nopeudella 50 km/h pyöräilijän on tuotettava tehoa noin 420 wattia, mikä on lähellä huippu-urheilijan maksimitehoa yli viiden minuutin jaksoilla. Paremman aerodynamiikan ansiosta nojapyörällä voi saavuttaa saman nopeuden Glaskinin mukaan noin 75 watilla, eli alle viidenneksellä alkuperäisestä tehosta. Aika ällistyttävää. Pistetäänpä vielä kuitenkin lisää lukuja pöytään.

Kumpi voittaa, Dodge Viper vai WAW 045 -velomobiili? Kuvan lähde: Velomobilemedia. 

Perinteisen kilpapyörän huippunopeus ajastetulla 200:lla metrillä on noin 72 km/h, kun se on nojapyörällä melkein kaksinkertainen, eli vähän yli 130 km/h. Polkeakseen tällä 130 km/h nopeudella tavallisen kilpapyöräilijän pitäisikin kuluttaa noin 5 800 wattia (reilut pari saunan kiukaan teho), johon yksikään ihminen ei yksinkertaisesti pysty. Virtaviivainen nojapyöräilijä saavuttaa tämän 130 km/h nopeuden Glaskinin mukaan vain 350 watin teholla. Tunnin aika-ajoennätys täysin kuomupeitteisellä nojapyörällä seisovasta lähdöstä on 90,6 km. Näiden lukujen perusteella ei siis tule kenellekään yllätyksenä, miten lujaa katetulla nojapyörällä voi päästä ja kuinka vähän energiaa polkeminen teoriassa vaatii.

Pienemmästä ilmanvastuksen eduista voi nauttia kahdella eri tapaa: nopeuden tai vähentyneen energiankulutuksen kautta. Kinnerillä voi siis ajaa suuremmalla nopeudella ja kaksi kertaa pidemmälle kuin tavallisella pyörällä samalla energiankulutuksella. Toinen vaihtoehto on vain ajaa lähes samaa nopeutta kuin ennenkin, jolloin energiankulutus putoaa kuitenkin reilusti alle puoleen entisestä (jopa 3.5 kertaa vähemmän). Yleensä etenemistapa on näiden kahden välimaastossa ja oli etenemistyyli mikä tahansa, niin pidemmätkin ajomatkat sujuvat sutjakkaasti.

Kinneri rakentuu yleensä metallista tehdyn rungon varaan, johon pyöränosat ja kate kiinnitetään. Ulkokuori on yleensä lasikuitua tai kajakeista tuttua lujaa muovia. Kalliimmissa malleissa katteessa käytetään myös hiilikuitua. Ajaja istuu mukavalla istuimella kuin sohvassa konsanaan, joten takapuoli ei puudu kuten normaalisti pyörällä pidemmillä matkoilla tuppaa käymään. Ajajan painopiste on erittäin matalalla, joten kinneriä on erittäin vaikea saada kaatumaan. Pienissä kolaritilanteissa kate antaa paremmin suojaa, kuin normaalilla pyörällä ajettaessa. Kolmipyöräistä kinneriä ohjataan kuten autoa, mutta itse ohjauslaite on pienempi ja tulee haarojen välistä sopivasti syliin. Kinnerin alla polkimien kohdalla on pienet aukot jäähdyttävän ilmavirran takaamiseksi ja siksi, että peruuttaminen hoidetaan kävelemällä kinnerissä taakse päin. Eturenkaissa on tehokkaat rumpujarrut ja takapyörä toimii vetävänä pyöränä. Voimansiirto ja vaihteet ovat tuttuja polkupyöristä, ketju tosin on pidempi ja katetun korin ansiosta voimansiirto pysyy paremmin puhtaana kuin normaalisti pyörällä ajaessa. Useimmista kinnereistä löytyy myös erilaisia etu- ja takavaloja, vilkkuja, sivupeilit, jousitus yms. soittokelloja ja nopeusmittareita.

Kuinka nopea kinneri on erilaisissa olosuhteissa (ylämäki ja alamäki) ja eri tehoilla.

Painoa kinnerillä on mallista riippuen noin 24 - 40 kiloa, joten mitään keijukaisia ne eivät ole. Suuremman massan huomaakin hyvin ylämäkeen noustessa, jolloin normaali pyöräilijä tulee samoilla tehoilla todennäköisesti ohi. Kuten yllä olevasta taulukosta kuitenkin näkee, tämä tarkoittaa vasta pitkiä ja noin yli 5 % nousuja, joita ei nyt niin hirveästi ole. Ja jos peruspyöräilijä tuppaa tulemaan ylämäessä ohi, niin sitten pitää lisätä tehoja polkemiseen ylämäkeen noustessa :D Taulukon wateista (tehoista) sen verran, että NASA käyttää keskimääräisen pitkäaikaisen tehon arviointiin aikuisella miehellä arvoa 75 wattia, hyväkuntoiset yksilöt tuottavat tehon 100 wattia usean tunnin ajan, 200-300 wattia vielä tunnin ajan ja 300-400 wattia noin 10 minuuttia. Huippu-urheilija ja kilpapyöräilijä Lance Armstrongin on sanottu pystyvän ylläpitämään tehoja 475-500 wattia 38 minuuttia Tour de Francen mäkiä noustessa.

Maantiepyörään on hankala ottaa paljon varusteita mukaan, mutta kokonsa ja katteensa ansiosta kinneriin mahtuu helposti tavaraa pitkääkin reissua varten vähän kuten kajakkiin. Tavaratilaa löytyy keulasta, sivuista ja penkin takaosasta yhteensä noin reilut 100 litraa mallista riippuen. Varaosat, vaihtovaatteet, ruoka, teltta ja retkeilykamat saa siis kaikki kerralla helposti mukaan. Keski-Euroopassa kinneriä käytetään vuoden ympäri ja talviajo ei olekaan siellä mikään ongelma, jos alle laittaa nastarenkaat ja teillä on vähemmän lunta kuin täällä Suomessa. Kate suojaa hyvin viimalta ja sateelta ja ohjaamossa jotkin tarkenevat jopa kesävaatteissa vielä lähellä talvikelejäkin. Kinnerin hinnat liikkuvat noin 6 000 eurosta jopa yli 10 000 euroon. Hyvä peruskinneri on uutena noin 8 000 euroa. Valmistusmaina on Saksa, Hollanti ja Australia. Erilaisia malleja on paljon, mutta suosituimpia taitaa olla WAW, Strada, Quest, DF, Mango ja Rotovelo. Aikaisemmin Suomessa toimi liike Velocraft.fi, joka toimi menopelien maahantuojana, mutta vuoden 2015 alussa liike on päättänyt lopettaa toimintansa ja nyt kinnereiden maahantuonti pitää hoitaa itse. Harmi, sillä se on hinnan kanssa ainakin itselleni toistaiseksi ollut syy olla ostamatta kinneriä.

Kinnerin hyödyt tiivistettynä yhteen kuvaan englanniksi. Kuvan lähde: Velomobiles.co.uk.

Voiko kinneriä tästä enää parantaa? Kyllä voi, nimittäin lisäämällä siihen pienen akun (noin 288 Wh) ja sähkömoottorin (250 wattinen). Tällöin moottori antaa lisäapua mäen nousuun ja kiihdytyksiin, kun taas alamäessä ja tasamaastossa pääsee polkemaan moottorin sammuttaessa itsensä. Painoa moottori ja akku lisäävät esimerkiksi WAW-kinneriin vain noin 5 kg, kertoo Low Tech-Magazine. Eräässä artikkelissa laskeskeltiin sähköauton ja sähkömoottorilla varustetun kinnerin tehokkuutta tai paremminkin energiapihiyttä käytössä. Sähkömoottorilla varustetun WAW-kinnerin kulutukseksi mitattiin 0,7 kWh/100 km. Tämä tulos tekee kinnerin 20 kertaa energiatehokkaammaksi kuin nykyiset markkinoilla olevat sähköautot. Esimerkiksi Nissan Leaf käyttää energiaa 15 kWh 100:lla kilometrillä, kertoo Velomobiles.co.uk -sivusto. Primäärienergiassa se vastaa 37,5 kWh (koska voimalaitoksissa sähköntuotannon tehokkuus on luokkaa 40 %). Suurin osa erosta selittyy tietenkin sähköauton suurella painolla ja etenkin sen raskailla akuilla. Koska ihminen ei kulje sähköllä, eikä ihmisen lihaksiston hyötysuhde ole sähkömoottorin tasoa, niin osa ruuan antamasta energiasta menee pyöräillessä väistämättä hukkaan. Polkijan voimin ilman sähkömoottoria etenevän kinnerin primaarikulutukseksi samainen sivusto kertoo 0,6 kWh (kasvisruoka) - 2,4 kWh (liharuoka). Lukema on kieltämättä vähän outo ja (sähkömoottoriin verrattuna liian pieni), koska lihasten tehokkuus on muistaakseni luokkaa 20 %. Fiksumpi voi yrittää selittää tuon eron. Pienistä lukemista kuitenkin puhutaan ja sähköautot jäävät kauaksi taakse.

"Jos kaikki 300 miljoonaa amerikkalaista korvaisivat autonsa sähkömoottorilla varustetulla kinnerillä tähän tarvittaisiin vain 25 % Amerikassa vuonna 2012 tuotetusta uusiutuvasta tuulisähköstä."

Kinnerin hyödyt ovat siis ilmeiset (katso ylempi kuva ja aikaisempi energiatehokkuus) ja näin laite yhdistää mielestäni pyörän ja auton parhaat puolet. Mitäpä sitä salailemaan, haluaisin ehdottomasti sellaisen. Mikäpä olisikaan yhtä hienoa, kuin lähteä kinnerillä "piipahtamaan" Vantaalta Hämeenlinnaan ja takaisin vain pullakahville ja jäätelölle. Normaalilla pyörällä jo melkein yhdensuuntaiseen matkaan menisi koko päivä, mutta kinnerillä edestakainen matka (noin 180 km) taittuisi varmaan noin vajaassa viidessä tunnissa. Samalla kertaa sitä voisi vielä "oikaista" mummolan kautta, jotta matka olisi riittävän pitkä yhdelle päivälle. Tai sitten voisi ostaa retkeilykamppeet ja lähteä pariksi viikoksi vain kiertämään ympäri Suomea (kuten tässä linkissä), myöhemmin ehkä Eurooppaa.

Mango Sport -kinneri pyöräparkissa. Kuvan lähde: Fotocommunity.

Vähäpäästöinen pikkuauto Smart ja päästötön WAW -kinneri parkissa. Vielä on parkkiruudun koossa eroa. Kuvan lähde: Velomobilemedia.

Kertakustannuksena kinnerin hankinta varmasti kirpaisee, maksaahan se lähes saman verran kuin uusi pikkuauto. Luontoa, ilmastoa ja omaa kuntoa ajatellen kinnerin hankinta auton korvaajaksi vaikuttaisi kuitenkin järkevältä. Samalle se olisi varmasti vapauttavaa, koska samalla voi luopua tankkaamisen aiheuttamasta rahanmenosta, vakuutuksista ja autoon liittyvistä muista töistä ja kustannuksista. Kinnerin tekniikka ja osat ovat sen verran simppeleitä, että niiden huollon ja korjauksen pitäisi onnistua ihan normaaliltakin henkilöltä, joka on joskus pyörien kanssa puuhannut. Todennäköisesti rahaa jää hankinnan jälkeen käteen paljon enemmän pitkällä tähtäimellä kuin omistamalla auto. Ja suoria ja epäsuoria terveysvaikutuksia ei vielä ole tässä edes huomioitu. Todennäköisesti ne olisivat vielä säästettyä rahaakin arvokkaampia.

Videoita aiheesta:

Kinnerillä ajettu pyörätapahtuma Vuelta Vantaa (johon itsekin osallistuin) heinäkuussa 2014 nojapyöräkuskin silmin. Matka 102km. Kohdassa 1:15 kuski painelee jo minusta ja veljestäni ohi heittämällä :) Oi niitä muistoja.



Hyvä englanninkielinen video kinnerin hyödyistä ja vähän myös tekniikasta sekä varusteista.



Muita katsomisen arvoisia (muista klikata Youtuben laatu-asetuksista 720p, jos tarjolla) voisivat myös olla seuraavat:

• Talviajoa kinnerillä lumessa ja liukkaalla
• 142 kinnerin kokoontuminen
• Velomobiilitapahtuma 2013