Sedimenttilämpö

Sedimenttilämpö on hyödynnettävää maaperän lämpöenergiaa eli maalämpöä. Sedimenttilämmössä lämmön lähteenä käytetään vesistöjen sedimenttiä, johon lämmönkeruupiiri asennetaan useiden metrien syvyyteen. Vesistön tai merenpohjan sedimentteihin asennettu putkisto toimii samalla periaatteella kuin maan pintakerroksiin asennettu maalämpöputkisto. Sedimenttilämmön katsotaan kuuluvan uusiutuviin energialähteisiin, vaikka lämmöntuotannossa kuluu sähköä. Saadusta energiasta 2/3 on uusiutuvaa energiaa. Sedimenttilämmön hyödyntäminen parantaa erityisesti energiatehokkuutta, sillä sähkön kulutus putoaa kolmannekseen.

Sedimentti lämmön lähteenä

Sedimenttilämmön hyödyntäminen

Lämpöpumppua voidaan hyödyntää rakennuksien lämmön tuotannossa sekä viilennyksessä. Lämmön lähteenä käytetään yleisesti maa(piiriä), porakaivoa tai vesistöä, mutta myös vesistön pohjan alla olevaa sedimenttikerrostusta voidaan hyödyntää lämmön lähteenä. Sedimentti on yksinkertaisesti mutapohja. Ominaisuuksiltaan, kuten lämmönjohtavuudeltaan, sedimentti ei täysin pärjää kallioperälle, mutta vastaavasti matalissa vesissä aurinkoenergian varaava vaikutus on merkittävä.

Sedimentistä tehdyissä mittauksissa meren – tai järven pohjassa on talvellakin saatu jopa yhdeksän asteen lämpötiloja jo noin 3-5 metrin syvyydeltä. Tämä lämpötila näyttäisi pysyvän suhteellisen samanlaisena vuodenajasta riippumatta sedimentin koostumuksen ja sen päällä olevan vesimassan ansiosta. Näin sedimentti ei pääse jäähtymään vuoden kylminäkään aikoina.

Sedimenttilämpöä on tutkittu meristä, järvistä ja joista. Vesistön pohja vaikuttaa sedimenttilämmön hyödyntämiseen. Tärkeimpiä ominaisuuksia, aivan kuten esimerkiksi kallioperäisen lämpöenergian hyödyntämisessä, ovat lämmönjohtavuus ja lämpötila. Saatavaan lämpöön vaikuttavat myös lämmönkeruuputkisto ja lämmönkeruuneste. Mitä parempi lämmönjohtavuus, sitä paremmin lämpö siirtyy energialähteelle ja sieltä keruunesteeseen. Verrattuna esimerkiksi kalliolämpöön, sedimenttilämmöllä on huonompi lämmönjohtavuus. Tätä voidaan tutkia selvittämällä käytettävän alueen lämmönjohtavuutta termisellä vastetestillä eli TRT-mittauksella. Testissä alueelle porataan tutkimuskaivoja ja simuloidaan lämmönkeruuputkiston, energiakaivon ja kallioperän muodostaman kokonaisuuden käyttäytymistä todellisessa lämmönotossa tai -syötössä.

Lämmön jakelu rakennuksissa

Lämpöpumpulle sopii parhaiten vesikiertoinen lattialämmitys, jolloin lämpötilataso saa olla noin 30 °C. Tällöin korotus maaliuoksen lämpötilasta on vain puolet patterilämmityksen vaatimaan korotukseen. Patterilämmityksessä kiertoveden lämpötila on noussut jopa 70 °C:een. Lämpöpumpun on tällöin korotettava lämpötila maaliuoksen 0–5 °C:sta lämmöstä pattereissa kiertävän veden yli 70 °C:een lämpötilaan. Tehokkaimmillaan lämpöpumppu on siis vesikiertoisen lattialämmityksen lämmönlähteenä. Pääsääntönä lämpöpumpulla onkin, että mitä pienempi lämpötilan korotus, sen parempi hyötysuhde.

Tilojen lämmittäminen lisäksi lämmitysjärjestelmän on kyettävä lämmittämään myös lämmin käyttövesi, jonka lämpötilataso on noin 55–58 °C, jotta vältyttäisiin legionella-bakteerilta. Lämmitettävän käyttöveden määrä on kuitenkin suhteellisen vähäinen verrattuna tilojen lämmitystarpeeseen. Joissakin lämpöpumpuissa lämmin käyttövesi tuotetaan sähkövastuksilla ja toisissa käytetään ns. tulistuksen poistoa.

Keruuputket

Sedimenttiin varastoitunutta lämpöenergiaa voidaan kerätä koaksiaaliputkella. Lämpöenergiaa keräävä liuos kulkee putken ulkoisessa kennomaisessa rakenteessa runkoverkkoon, josta se välittyy talojen lämpöpumpuille. Takaisin palautuva neste kulkee putken keskiosaa pitkin keräysputken päähän ja sieltä jälleen kennorakenteeseen keräämään uutta lämpöä. Nestekiertoisessa keruupiirissä käytettävänä keruuliuoksena on yleensä vesi-etanoli- tai vesi-glykoli-seos.

Sedimenttilämmön käyttö

Matalaenergiaverkosto

Sedimenttilämpöä voivat hyödyntää yksittäiset kiinteistöt, mutta lämmönkeräysputket voidaan yhdistää verkostoihin, joista energiakaivojen kautta lähienergiaa jaetaan eri kiinteistöihin. Tällöin puhutaan matalaenergiaverkostoista. Vaasan asunto­messuilla 2008 esiteltiin ensimmäinen matalaenergiaverkosto, johon liittyi 43 omakotitaloa messualueelta.

Sedimenttilämmön tulevaisuus ja haasteet

Kaikkien maassa sijaitsevien lämmönlähteiden hyödynnettävyyteen liittyy rajoitteita, niin myös sedimenttilämmön. Kalliolämmön käytössä ongelmana voi olla esim. kallion pinnan syvyys eli kallion sijainti kaukana maanpinnasta. Tällöin lämpökaivon poraamisen kustannukset kasvavat. Maalämmön hyödyntämisen rajoitteena on maaperän kuivuus tai kivisyys. Sedimenttilämmössä rajoitteena on maaperän kovuus ja/tai kivisyys.

Sedimenttilämmön hyödyntämiseen liittyy myös monia kysymyksiä. Lämmön johtavuus sedimentissä ja siitä miten lämpö varastoituu ja latautuu talven aikana ovat vain eräitä kysymyksiä. Tehtyjen mittausten perusteella näyttäisi siltä, että sedimentin lämpötila alkaa voimakkaasti kohota keväällä välittömästi jäiden lähdettyä. Jääkerrokseen liittyy myös eristävä vaikutus ja tämän oletetaan hidastavan sedimentin jäähtymistä talvella. Jääkerroksen eristysvaikutuksesta ei ole tutkimustuloksia.

Lähteet

• [1] (Arkistoitu – Internet Archive)- Geoenergia
• [2]-Bergansin energiatutkimukset ja energiakaivokentän mallinnus
• [3]- Vaasan asuntomessujen energiaratkaisut