Tieto lisää tuskaa

Maalämpöpäivä 29.3.2012
Menin suurin odotuksin maalämpöseminaariin. Luvassa oli aikamoinen joukko asiantuntijoita. Olihan siellä luennoitsija monipuolisesti eri aloilta, mutta oikeastaan vahvistusta tuli vain siihen, mitä olin aikaisemminkin kokenut: maalämpöä koskeva "tieto" on enemmän mielipiteitä kuin faktaa. Suurin hyöty seminaarista oli, että ymmärtää suhtautua kaikkeen faktana esitettyyn tietoon entistä epäluuloisemmin. Tässä tapauksessa tuskaa lisää siis epävarma tieto. Tämä ei kuitenkaan muuta sitä tosiasiaa, että siirtyminen öljylämmityksestä maalämpöön kannattaa.

Turun rakennusvalvonta näytti taas kyntensä, kun Anssi Koskiahde sanoi, että hänen mielestään yli kolmen kaivon systeemille pitäisi hakea toimenpideluvan sijasta oikein rakennuslupa. Toivottavasti se oli vitsi tai mies tulee järkiinsä. Kuvittelin, että toimenpidelupa on pienin murheista, mutta Turussa siitä voi tulla murheista suurin.

Ristiriitaista tietoa
Yllätyin kovasti, kun maalämpöpäivillä Golder Associates Oy:n geologi Teppo Arola kertoi vallan erilaista faktaa kallioperän lämpöominaisuuksista kuin v. 2009 ilmestynyt Suomen Ympäristökeskuksen julkaisema Ympäristöopas. Oppaan mukaan vuodenaikojen mukaan lämpötilaltaan vaihtelevan n. 15 m pintakerroksen alapuolella lämpötila nousee alaspäin mentäessä 0,5-1 astetta jokaista sataa metriä kohden. Arola puolestaan kertoi lämpötilan nousevan 2-3,5 astetta sataa mertriä kohden. Tässä on aika merkittävä ero, koska lämpökaivot ovat sentään suunnilleen 200 m syviä. Kysyin Arolalta syytä tähän eroon, mutta vastauksena oli epämääräistä muminaa jostain erikoistapauksesta tai virhetulkinnasta. En ruvennut satapäisen yleisön läsnä ollessa asiaa enempää tivaamaan, kun se ei varmaan siitä olisi selvemmäksi tullut.

Toinen hyvin epämääräinen juttu on lämpökaivojen etäisyys toisistaan. Suositus on 20 m, käytännössä tarjotaan 15 m ja tehdään vaikka 10 m. Kirjavaa on toiminta. Toiminnan kannalta olisi tietenkin tärkeää, että geoterminen energia riittää, eli maaperä ei jäähdy jäähtymistään, kun lämpöä pumpataan maan pinnalle. Kehitys taitaa mennä siihen suuntaan, että suunnittelu siirtyy suunnitteluun erikoistuneille yrityksille ja järjestelmätoimittajat tarjoavat tällaisen suunnitelman mukaan. Silloin tarjouksiakin on helpompi vertailla.

Mielenkiintoista tietoa
Pari mielenkiintoista ja minulle uutta juttua esitettiin seminaarissa. Poraustekniikka on todella kiinnostavaa monessakin mielessä. Olen pitkään ihmetellyt, miten pehmeän pintamaan osuudelle asennettava teräksinen suojaputki saadaan tiivistetyksi kallioreikään esimerkiksi kymmenen metrin syvyydessä. Jostain betonoinnista olen kuullut puhuttavan, mutta kuka sinne syvälle menee betonoimaan pientä putkea pitkin? Asia selvisi. Kun kallio tulee vastaan, porataan teräsputkea varten pari metriä reikää kiinteään kallioon. Sen jälkeen pora otetaan ylös ja putki asetetaan paikalleen. Betonointi tapahtuu siten, että reiän pohjalle pudotetaan pussi, jonka sisällä on jonkinlaista juotosbetonia ja pullo kovetinainetta. Sen jälkeen putkeen työnnetään mäntä, jota painetaan poralla niin, että pussin sisältö menee paineella putken ja kallion väliseen rakoon. Samalla kovetinpullo särkyy ja kovettuminen tapahtuu nopeasti. Sitten voidaankin jatkaa reiän poraamista kallioon.

Mielenkiintoinen on myös poravasara. Se toimii paineilmalla ja kulkee sitä mukaa alaspäin, kun reikää syntyy. Iskut osuvat siis välittömästi porakruunuun. Näin poran pitkän varren vaimennus ei syö vasaran tehoa, kuten tapahtuisi, jos vasaroitaisiin poran varren yläpäätä. Tässä on myös sellainen asia, jota maallikko ei helposti tule ajatelleeksi: kaivon täyttyessä vedellä 200 m:n syvyydessä on n. 20 bar painetta. Siksi poravasaran kompressorin pitää kehittää reilusti korkeampi paine, jotta vasara voisi toimia. Nykyään niistä irtoaa kuulemma 35 bar. Tällä tekniikalla reiän syvyyttä rajoittaa siis hydrostaattinen paine.

Poraustekniikan asiantuntijan, Jouni Salakarin mukaan käytännössä porareikä menee melko pystysuoraan n. 100 m:iin saakka, mutta sen jälkeen reikä alkaa yleensä taipua johonkin suuntaan. Kallioperän kerrostumat vaihtelevat kovuudeltaan ja muilta ominaisuuksiltaan ja ohjaavat kruunua siihen suuntaan, mihin se helpoimmin menee. Ääritapauksessa kruunu voi tulla kurkkimaan takaisin maan pinnalle, jos lähdetään poraamaan jollakin kulmalla.

Energia-avustukset
Turun kiinteistöliikelaitoksen Mika Palmroos vaikutti tolkun mieheltä. Hän esitti aika purevaa kritiikkiä sekä valtiovaltaa että maalämpöyrittäjiä kohtaan ja oli tavallisten ihmisten puolella. Energia-avustuksiin jaettava summa on pienentynyt kolmannekseen edellisvuodesta. Kadun mies ei oikein ymmärrä, että samaan aikaan kun ollaan uusiutuvien energianlähteiden kannalla, romutetaan kaikki sitä suuntausta edistävät järjestelmät. Öljy-yhtiöt taitavat voidella poliitikkoja ainakin yhtä tehokkaasti kuin muita kohteita. Viime vuonna Palmroos oli voinut jakaa rahaa myös maalämpöprojekteihin liittyviin patteriverkoston remontteihin, mutta tänä vuonna rahat eivät riitä lähellekään maksimaalisen 20 % avustuksen jakamiseen, joten hän voi jakaa rahaa vain varsinaisiin maalämpöjärjestelmän hankintoihin. Avustus jäänee 5-10 %:n tietämiin.

Sähkön tarve tuplaantuu

Kysymyksiä sähköstä
Tavallinen pulliainen ei tiedä sähköstä juuri mitään, ja on vaikea saada hyviä vastauksia kun ei osaa tehdä hyviä kysymyksiä. Nyt on päästy sellaiseen käsitykseen, että ilmeisesti sähköt riittävät maalämpöpumpun tarpeisiin. Jos oikein tulkitsin, taloon tulevat johdot on mitoitettu aikanaan 3 x 160 A:n virralle, mikä on myös pääsulakkeiden koko. Nykyään kuitenkin saman kokoista kaapelia vedetään vain 125 A:n virralle, joten nykysäännösten mukaan pääsulakkeiden pitäisi olla kooltaan vähän pienempiä, vain 125 A. Keskus sietäisi jopa 200 A. Joka tapauksessa näyttää vahvasti siltä, että tuota 160 A:n pääsulaketta voidaan pitää maalämpöratkaisun lähtökohtana. Nousukaaviota on korjattu viimeksi vuonna 1974, joten luulisi systeemin olevan suunnilleen ajanmukainen...

Tässä on kai tapahtunut sama kehitys kuin monissa muissakin turvallisuusasioissa: varmuutta nostetaan joidenkin sattuneiden vahinkojen perusteella lisäämällä turvamarginaaleja. Ilmeisesti tässä tapauksessa on todettu, että jatkuva 160 A:n virta saattaa joissakin oloissa saada olevan kokoisen johdon lämpenemään liikaa (kuten Valamon luostarin tomuisessa vintissä). Tulos: käytännössä maksimivirtaa ei esiinny koskaan.

Jos kuitenkin pitää kasvattaa ns. nousujohdon kokoa, kustannuksia tulee 1.600 € liittymämuutoksesta ja lisäksi johdotuksen kustannus, n. 10 €/m.

Seuraavaksi aion kyllä opiskella sähkötekniikkaa!

Uusi sähkösopimus
Aikaisempi sähkösopimus umpeutuu 31.3.2012. Nyt olemme sopineet Turku Energian kanssa uudesta 3-vuotiskaudesta hintaan 4,89 snt/kWh (siirtomaksun päälle). Ensi kesän jälkeen onkin kiinnostavinta seurata sähkön hintakehitystä, kun öljyä ei enää kulu lainkaan (toivottavasti).

Maalämpöprojekti on alkanut

Maalämpö on nykyaikaa

Näyttää siltä, että nykyään järkevin tapa lämmittää asuntoja on käyttää uusiutuvia energianlähteitä. Vanha keksintö, lämpöpumppu, on löydetty uudelleen ja ruvettu käyttämään sitä paitsi jäähdytyksessä myös lämmityksessä. Uusiin asuinrakennuksiin tuskin kukaan enää asentaa perinteistä pannuhuonetta, vaan suurin osa lämmöstä pumpataan maaperästä, vesistöstä tai ilmasta. Pumppaamisessa kuluu energiaa, mutta vain n. kolmasosa siitä, mitä kuluu suorassa sähkö- tai öljylämmityksessä.

Projektin lähtökohdat

Rivitalomme kuluttaa kevyttä polttoöljyä n. 30 tonnia vuodessa. Nykyhinnoilla se tarkoittaa yli 30.000 € rahaa. Öljyn hinta ei näytä olevan laskussa - pikemminkin päin vastoin. Muita LVI-murheita setvittäessä mieleen juolahti kysymys, olisiko tällaiseen 1972 valmistuneeseen taloon teknisesti mahdollista ja taloudellisesti järkevää asentaa maalämpöjärjestelmä. Asiantuntijat sanovat, että ilman muuta on. Investointi on niin kannattava, että syntyneillä säästöillä voidaan kattaa korot ja kuoletukset, eli asumiskustannukset eivät nouse lainkaan, ja kun velat on maksettu, ne laskevat huomattavasti.

Tarjouskyselyt

Markkinoilla on useita toimijoita. Tarjouksia on toistaiseksi kolme, joiden hinta on 150.000 € luokkaa. Kyselimme useampia tarjouksia, ei vain hinnoittelun takia, vaan myös tarpeellisen tiedon saamiseksi. Tähän päivään mennessä on käynyt neljän yrityksen edustajia, ja joka kerta on saatu uusia näkökulmia aiheeseen. Tarvittavat tilat, lämpökaivojen sijoittelu, lupa-asiat, mitoitusperiaatteet, sähkön saanti jne. ovat nousseet esiin. Jotkut toimittajat tulevat selvästi myynti edellä ja kehuvat lämpöpumppujensa erinomaisia ominaisuuksia. Tällaisessa projektissa on kuitenkin erityisen tärkeää kiinnittää huomiota lämpökaivoihin ja keräysputkistoon, koska ne ovat järjestelmän pysyvin perusosa. Lämpöpumppukalusto vanhenee ja aina tulee uutta tekniikkaa, mutta lämmönkeruuputkisto on samalla tavalla lopullinen kuin rakennuksen kivijalka.

Lupa-asiat

Lämpökaivojen poraaminen vaatii tänä päivänä toimenpideluvan. Lupaa varten tarvitaan talon hallituksen tai yhtiökokouksen päätös, kartta tontilla kulkevista johdoista sekä naapurien lausunto. Tähän mennessä olemme saaneet kolmen naapurin lausunnot ja vielä haetaan pari lisää. Samalla tässä tulee tutustuneeksi rajanaapureihin!

Rakentamisen ympäristövaikutukset

Rakennusvaihe
- Rakennusvaiheessa syntyy luonnollisesti melua ja yhteinen piha-alue ei ole asukkaiden käytettävissä.
- Koneet jyristelevät ja nurmikko kärsii, mutta urakkaan kuuluu jälkien siistiminen ja poraustuhkan pois vieminen. Meille jää luultavasti jonkin verran nurmikon paikkaamista.
- Lämpöpumpun asennuksen yhteydessä tulee päivän tai kahden tauko lämpimän veden saantiin. Asennus tapahtuu lämmityskauden ulkopuolella, joten asuntojen lämpötilaan se ei vaikuta.

Valmis järjestelmä
- Lämpökaivoista ja putkilinjoista ei jää mitään näkyviin, vaan kaikki asennukset peittyvät nurmikon alle.
- Lämpöpumppu pitää jonkin verran ääntä, mutta luultavasti vähemmän kuin öljypoltin.
- Järjestelmä käyttää pelkästään sähköä, joten jatkossa aiheuttamamme päästöt rajoittuvat siihen, mitä käyttämämme sähkön tuotannossa syntyy jossakin voimalaitoksessa.

Maalämmön tekniikkaa

Lämmön kerääminen maaperästä

Maan pintakerroksissa lämpötila riippuu ilman lämpötilasta ja routa voi yltää enimmillään noin kahden metrin syvyyteen. Kahta metriä syvemmällä maa on aina sula ja kun mennään noin viiteentoista metriin lämpötila pysyy tasaisesti 5-6 °C:en tietämillä. Syvemmälle mentäessä yhä määräävämmäksi tekijäksi tulee geoterminen energia, jota syntyy radioaktiivisten aineiden hajoamisesta. Sen ansiosta kallioperän lämpötila 200 m:n syvyydessä voi olla jopa 8 °C.

Lämpö kerätään kallioperästä kierrättämällä keruunestettä seitsämässä, n. 200 m syvässä ja halkaisijaltaan 120 mm:n lämpökaivossa. Neste ei kaivosta tullessaan ole lämmintä, mutta oleellista on, että se on lämpimämpää kuin sinne lähtiessään. Oleellista on myös se, että nesteen virtaus on yhtä voimakas kaikissa kaivoissa, tai tarkemmin sanoen kaikista kaivoista otetaan yhtä paljon lämpöä. Kaivojen pitää olla riittävän kaukana toisistaan, jotta geoterminen energia riittää varmasti - suositeltu etäisyys on vähintään 15 m.

Kaivot ovat samanlaisia kuin pohjaveden ottoa varten tehdyt porakaivot. Veden sijasta niistä vain otetaan lämpöä. Lämmön keräämistä varten porareikään syötetään kaksi letkua, joiden alapäät on yhdistetty U:n muotoisella käyrällä. Mutkan kautta neste pääsee palaamaan takaisin maan pintaan. Mutkaan on ripustettu paino, joka asennusvaiheessa vetää letkut alas ja myöhemmin pitää ne tukevasti suorina. Putket ovat kestävää muovia ja liitoskappaleet, kuten U-käyrät, L-käyrät ja suorat jatkeet on kiinnitetty muovihitsauksen avulla.

Maan pinnalla neste johdetaan jakokaivoon, josta menee putket tekniseen tilaan, siis entiseen pannuhuoneeseen. Lämpökaivojen käytännön toteutuksesta voi lukea enemmän alla olevasta linkistä.

http://rototec.fi/assets/site/files/rototec_presentation.pdf

Lämpöpumppu

Porakaivoista saatavalla muutaman asteen lämpöisellä nesteellä ei vielä voida lämmittää mitään. Sen vuoksi tarvitaan lämpöpumppu, joka on samanlainen laite kuin jääkaapin kompressori. Jääkaapissa pumpataan lämpöä kaapin sisältä kaapin takana olevaan lauhdutinputkistoon, josta lämpö haihtuu huoneilmaan, ja jääkaappi viilenee. Maalämmityksessä käytettävä lämpöpumppu toimii täsmälleen samoin, mutta nyt jäähdytetään maaperää ja lämmitetään vettä ja sisätiloja.

Jokainen voi kokea lämpöpumpun toimintaperiaatteen arkisissa toimissa, kuten polkupyörän pumppua käyttäessään. Kiivaasti pumpattaessa suuttimen ympäristö lämpenee selvästi. Tämä johtuu samasta termodynaamisesta ilmiöstä kuin mitä tapahtuu lämpöpumpussa. Toiseen suuntaan ilmiö on havaittavissa, kun esimerkiksi paineilmatyökalujen kompressorin painesäiliötä tyhjennetään säiliön alaosassa olevan venttiilin kautta. Venttiili huurtuu ja jäätyy jopa tukkoon niin, että ilman purkautuminen katkeilee venttiilin jäätyessä ja sulaessa.





Lämpöpumpun toimintaperiaate (Lähde: SYKE - Ympäristöopas)



 Lämpöpumpussa nämä kaksi ilmiötä on yhdistetty siten, että kompressori kierrättää kylmäainetta suljetussa piirissä. Lämmityspuolella kompressori (2) nostaa painetta ja kylmäaine kuumenee. Keruupuolella paisuntaventtili (4) purkaa painetta ja kylmäaine jäähtyy. Höyrystimessä (1) maasta tuotu lämpö siirretään keruunesteestä jäähtyneeseen kylmäaineeseen ja lauhduttimessa (3) lämpö siirretään kuumenneesta kylmäaineesta lämmityspiirin veteen. Näin kompressori tavallaan pumppaa lämpöä keruupuolelta lämmityspuolelle.

Energiataloudesta

Lähes kaikki lämmityksessä tarvittava lämpö tulee maasta, mutta sähköenergiaa tarvitaan kompressorin ja muiden pumppujen tarpeisiin: pumppuja käytetään lämmönkeruunesteen, lämpimän käyttöveden ja patteriveden kierrättämiseen. Talven kylmimpinä päivinä sähköenergiaa kuluu lisälämmön tuottamiseen. Lämpöpumppua ei kannata mitoittaa huippukulutuksen mukaan, koska silloin laitteisto kävisi melkein koko ajan vajaalla teholla, mikä merkitsisi investointia ylimitoitettuun laitteistoon, huonompaa lämpökerrointa ja lämpöpumppujen suurempaa rasitusta tiheämpien pysäytys- ja käynnistyskertojen takia. Kun lämpöpumppu on oikein mitoitettu, sähköä kuluu noin kolmannes siitä, mitä kuluisi suorassa sähkölämmityksessä.

Lämpöpumppujen yhteydessä käytetään termiä lämpökerroin (COP = coefficient of performance). Kyse ei ole hyötysuhteesta, vaan siirretyn energian ja siirtämiseen kuluvan energian suhteesta. Tämä on helppo sekoittaa hyötysuhteeseen, joka kuitenkin tarkoittaa aivan eri asiaa: muutettaessa energiaa muodosta toiseen, esimerkiksi mekaanisesta sähköenergiaksi, hyötysuhde on saadun energian suhde kulutettuun energiaan, mikä on aina alle 1. Lämpökerroin taas voi olla esimerkiksi 3, koska kyse on lämpöenergian siirtämisestä, ei muuntamisesta.