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.
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.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti