Maalämpö

Maalämpö on uusiutuvaa energiaa, joka on peräisin auringosta ja geotermisestä energiasta (maan sisällä tapahtuva radioaktiivinen hajoaminen).

Maalämpö on maaperän tai veden massaan varastoitunutta lämpöenergiaa..

Auringon säteilyn tuottama maalämpö ulottuu Suomessa enintään 15 metrin syvyyteen ja siten laajasti Suomessa käytetyistä porakaivoista saatava lämpö on alkuperältään pääosin geotermistä lämpöenergiaa. Suomen oloissa geoterminen lämpö tuottaa 6 - 10 asteen lämpötilan jo 200 m:n syvyydessä, riippuen kallioperän laadusta. GTK on suorittanut kattavia mittauksia suomen kallioperästä jo vuosikymmeniä.

Maalämpöjärjestelmällä tuota lämpöenergiaa voidaan käyttää rakennusten ja käyttöveden lämmittämiseen. Lämpöpumpun kompressorin avulla maaperästä saatu lämpöenergia siirretään lämmitysjärjestelmään ja lämpimään käyttöveteen. Maalämpö on uusiutuvaa energiaa, jota voidaan taloudellisesti kannattavasti tuottaa hajautetusti pienissä rakennuskohtaisissa yksiköissä. Järjestelmä on kuitenkin sitä kannattavampi mitä suurempi rakennus ja energiankulutus ovat. Maalämpöä käytetään lähinnä pientaloissa, mutta se soveltuu yhtä hyvin esimerkiksi liike- ja toimistorakennuksiin.

Maalämpöjärjestelmä

Lämmönkeruupiiri

Lämmönkeruupiiri on pintamaahan, peruskallioon tai veteen sijoitettava putkisto, jonka sisällä kiertävää nestettä ympäröivä maaperä lämmittää. Nesteenä putkistossa käytetään bioetanolia (C₂H₅OH), jonka jäätymispiste on -17 °C. Kiertäessään putkistossa neste (eli maaliuos) kerää lämpöenergiaa ympäröivästä maa-aineksesta.

Kallioperä lämmönlähteenä

Kallioperään keruuputkisto asennetaan pystysuoraan porattuun porareikään lämpökaivoksi. Ratkaisu on nykyisin yleinen, vaikka sen rakennuskustannukset ovat suurempia kuin vaakasuoraan asennettavilla keruupiireillä. Lämpökaivon etuja vaakapiireihin verrattuna ovat lähes kaksinkertainen energiansaanti putkimetriä kohti ja vähäinen tarvittava pinta-ala, routimattomuus ja helppo ilmattavuus.

Maaperä lämmönlähteenä

Maaperään vaakasuoraan asennettava putkisto sopii suurille tonteille. Putkisto ei haittaa puutarhanhoitoa tai tontin istutuksia. Soraharjuja lukuun ottamatta lähes kaikki maalajit soveltuvat vaakaputkistolle. Maaperän kosteuspitoisuus ja lämmönjohtavuus ovat merkittäviä tekijöitä piiriä mitoitettaessa.

Vesistö lämmönlähteenä

Veteen asennettava putkisto vaatii rannan, joka syvenee nopeasti vähintään pariin-kolmeen metriin. Putket kiinnitetään pohjaan vähintään kolmen metrin syvyyteen. Vesistö voi olla meri, järvi tai lampi, ei mielellään kuitenkaan virtaava joki. Hankkeelle on saatava vesialueen omistajan lupa.

Lämmön talteenotto

Lämmönkeruuputkistossa kiertävän maaliuoksen lämpötila on liian matala, jotta sitä suoraan voitaisiin käyttää huoneiston tai käyttöveden lämmitykseen. Sitä varten järjestelmään tarvitaan lämpöpumppu, joka pumppaa lämpöä maaliuoksesta lämpövaraajaan. Samalla maaliuos jäähtyy voimakkaasti ja se ohjataan suljetussa kierrossa takaisin maapiiriin, jossa se maalämmön vaikutuksesta uudestaan lämpenee ja kiertää takaisin lämpöpumpulle.

Lämmön varaaminen

Lämpöpumppu lämmittää perinteisesti varaajaa, josta jaetaan lämpö tarvittavaan tarkoitukseen joko käyttöveden tai talon lämmitykseen tai kumpaankin yhtä aikaa energiavaraajalla, jossa on käyttöveden lämmitykseen tarkoitetut kupariset kierukat. Tällöin puhutaan kiinteästilauhtuvasta järjestelmästä. Tälläistä järjestelmää voidaan osin ohjata myös ulkolämpötilan mukaan liukuvasti.

Suurimmassa osassa valmistajien nykyaikaisissa laitteissa hyötysuhdetta on parannettu vaihtuvalla lauhdutuksella, jossa maalämpöpumppu lämmittää vuorotellen lämmitysjärjestelmää ja varaajaa samalla varmistaen, että käyttöveden lämpötila pysyy tarvittavan korkealla ja että lauhdutus myös lämmitysverkostoon tapahtuu mahdollisimman alhaisella lämpötilalla hyötysuhteen parantamiseksi.

Vaihtuvaa lauhtumista ohjataan ulkolämpötila-anturin antaman tiedon avulla tai käyttöveden lämpötilan mukaan. Lämpöä ei varastoida varaajaan, jolloin hyötysuhde heikkenisi, vaan se tuotetaan suoraan lattialämmityspiiriin. Tällä tekniikalla lauhdutuslämpötila pidetään aina sopivassa lämpötilassa, jolloin hyötysuhde on aina paras mahdollinen.^lähde?

Lämpimänä aikana, kun energiaa ei tarvita kiinteistön lämmitykseen, lämpöpumppujen kokonaishyötysuhde laskee, koska kaikki teho käytetään lämpimän veden lämmitykseen.

Tulistinpumpuissa ongelmana on energian varastointi, jolloin joudutaan tekemään todellista tarvetta korkeampaa lämpötilaa, jotta varastosta voidaan shuntata talon lämmitykseen tarvittavaa lämpötilaa. Varauksin etuna voidaan toisaalta pitää lämmityskaudella edullisempaa käyttöveden tekoa, tosin silloin kompressorin teho tulee mitoittaa reilusti osatehoiseksi n. 40-60 % tarvittavasta lämmitystehosta. Tämä selviää TTKK:n professori Antero Aittomäen "Raket" tutkimuksesta.

Vaihtuvalauhdutteinen pumppu voidaan mainiosti mitoittaa kattamaan koko tarvittavan tehon eli täysitehoiseksi, koska koko lattian massa toimii varaajana.

Lämmön jakelu

Parhaimmalla hyötysuhteella lämpöpumppu toimii alhaisten lämpötilojen lämmönjakojärjestelmillä, vesikiertoisen lattialämmityksen tai ilmalämmityksen kanssa. Myös radiaattori- eli lämpöpatteriverkosto on mahdollinen, sillä laitteistolla saadaan ilman sähkövastusta tehtyä n. 58–65 °C vettä. Käsitys siitä, että maalämpö ei sopisi patterilämmitystaloon on siten virheellinen, mutta esimerkiksi lattialämmitystalossa maalämmön hyötysuhde on parempi matalamman menoveden lämpötilan takia.

Maalämmityksen käyttö viilennykseen kesällä

Lämmönkeruupiiri mahdollistaa kesäaikaisen kiinteistön tuloilman jäähdytyksen. Maapiiriin voidaan sijoittaa viilennyspatteri, jonka läpi tuloilma kulkee, samalla jäähtyen. Puhutaan ns. ilmaiskylmästä, sillä esim 4 kilowatin tehoinen ilmalämpöpumpun sisäyksikön näköinen laite kuluttaa energiaa noin 100 W, kun vastaavan tehoinen ilmalämpöpumppu kuluttaisi energiaa noin 2 kW.^lähde? Maaliuos johtaa tuloilmasta poistuneen liikalämmön maaperään tai se hyödyttää kuuman käyttöveden valmistusta.

Maalämmön myynti ja markkinat

Maalämpöjärjestelmien myyntimäärät ovat kasvaneet lähes viisinkertaiseksi muutamassa vuodessa lähinnä kallistuneen lämmitysöljyn takia. Vuonna 2006 arvioitiin Suomessa myydyksi 4 500 uutta maalämpöjärjestelmää. Asennettuja järjestelmiä Suomessa on yhteensä 50 000, Ruotsissa puolisen miljoonaa. Norjassa lämpöpumppuja on asennettu jopa 70 000 kappaletta vuodessa.

Maalämmön tulevaisuus

Viime vuosien tekninen kehitys näyttää asettavan uusia haasteita maalämpöpumppujärjestelmille: puhtaalla ympäristöystävällisellä kylmäaineella (CO₂) toimivat ilma-vesilämpöpumput ovat tulleet markkinoille ja ne soveltuvat samoihin tehtäviin kuin maalämpöpumput. Laitteiden etuna on myös ulkoyksikön pienempi koko ja yksinkertainen asennus, koska lämpöä imetään ulkoilmasta yhdestä pisteestä eikä järeää perusputkistoa maaperään tarvita.

Lähteet

Verkkolähteet

• Maalämpö – Motiva Oy
• Uusiutuvan energian käyttö Suomessa – Motiva Oy
• Lämpöpumput keräävät ilmaista energiaa – Varsinais-Suomen energiatoimisto

Aiheesta muualla

• Lämmitysjärjestelmät – Motivan julkaisuja
• Pientalolämpöpumppujen toiminta käyttökohteissa (PDF) – Tampereen teknillinen korkeakoulu
• IEA Heat Pump Centre – OECD:n kansainvälisen energiajärjestön IEA:n lämpöpumppuohjelma
• Matalalämpötilajärjestelmien kansainvälinen energiatutkimusohjelma – VTT
• Geoenergia - uusiutuvaa energiaa jalkojesi alta - Työ- ja elinkeinoministeriö

Uusiutuva energia ja kestävä kehitys

Rakentaminen ja kestävä kehitys

Yhdyskuntasuunnittelu	ympäristövaikutusten arviointi ekokylä yhteisökylä
Suunnitteluperiaatteet	ekorakentaminen aurinkoarkkitehtuuri matalaenergiatalo passiivitalo nollaenergiatalo plusenergiatalo
Lämmitys	aurinkolämmitys kaukolämpö lämpöpumppu maalämpö puupelletti takka
Talotekniikka	ilmanvaihtokone aurinkokenno energiansäästölamppu
Rakennustekniikka	rakennuksen vaippa lämmöneriste ilmansulku ikkuna
Perinnerakentaminen	hirsirakentaminen olkipaalirakentaminen savirakentaminen turpasmökki terva keittomaali
Organisaatiot	ympäristöhallinto Ympäristöministeriö Ympäristökeskus Motiva