Maalämpö omakotitaloon – lue vinkit maalämmön järkevään hyödyntämiseen
Suomen maaperään on varastoitunut huikea määrä lämpöä. Uuden sukupolven maalämpöpumput ottavat sitä hyötykäyttöön tehokkaasti ja entistä ympäristöystävällisemmin.
1. Kuinka syvälle maalämpö porataan?
Maalämpö- eli energiakaivon porauksessa ensimmäiset ja viimeiset metrit ovat kalleimpia. Ensin porataan maapeitteen läpi, missä irtaimet maalajit voivat olla hyvin lämpöä johtavasta savesta lämpöä eristävään kuivaan hiekkaan. Aluksi kaivoon porataan teräksinen suojaputki, joka ulottuu koko maapeitteen läpi ja muutaman metrin kallioperän sisään.
Jollakin hiekkaharjulla maaperä voi koostua kymmeniä metrejä syvästä hiekkakerroksesta, josta ei ole hyötyä energiakaivon lämmöntuotannolle. Tuollaiseen paikkaan ei maalämpöpumppua yleensä asenneta. Kun päästään kallioperään, alkaa varsinainen maalämpökaivon poraaminen. Kaivon kokonaissyvyys vaihtelee omakotitonteilla 150–300 metrin välissä. Kerrostalojen energiakaivot voivat olla jopa 600 metrin syvyisiä.
Suuresta syvyydestä ei olisi haittaa pientalon maalämpöjärjestelmälle, mutta 200 metrin alapuolella lisämetrit maksavat yhä enemmän. Jos lämmöntarve on erityisen suuri, usein kannattaa porata kaksi matalaa kaivoa ennemmin kuin yksi syvä.
2. Enemmän maalämpöä syvemmältä
Suomessa maankamaran lämpötila vaihtelee noin 20 metrin syvyydessä maantieteellisen sijainnin mukaan 2–7 ºC välissä vuodenajasta riippumatta. Syvemmällä lämpötila kasvaa keskimäärin 1–1,5 °C / 100 m. Tätä lämpötilan nousua syvyyden mukaan kutsutaan geotermiseksi gradientiksi.
Periaatteessa siis syvemmästä kaivosta saadaan enemmän lämpöä sekä absoluuttisesti että suhteellisesti. Mutta jos 200-metrisestä kaivosta saadaan kaikki pientalon tarvitsema lämpö, syvemmälle poraamisesta ei ole hyötyä. Ammattimaisesti tehty mitoitus on siksi tärkeää ja vaikuttaa maalämpökaivon hintaan.
Tiesitkö?
Maankamara selitetään usein kuivan maan pintakerrokseksi. Geologian tutkimuskeskus, GTK, käyttää käsitettä laajemmassa merkityksessä:
”Suomen maankamara koostuu ikivanhasta peruskalliosta eli kallioperästä ja sitä peittävistä irtaimista maalajeista eli maaperästä. Maapeite ei ole yhtenäinen, vaan kallioperä on paikoin paljastuneena. Maapeitteen paksuus voi olla jopa 100 m, mutta keskipaksuus on vain 8,5 m.”
Tämä jako on tärkeä maalämpöä tarkasteltaessa.
3. Voiko maalämpö loppua?
Maalämpö on uusiutuvaa energiaa, mutta erityisesti ensimmäisen sukupolven järjestelmät mitoitettiin usein turhan kitsaasti. Porattiin sadan metrin reikiä ja imettiin lämpöä niin paljon, että moni energiakaivo suorastaan jäätyi umpeen muutamassa vuodessa. Tuloksena oli suuria summia maalämpöön investoineita omakotiasukkaita, joiden talot lämpenivät käytännössä vesikiertoisella sähkölämmityksellä eli lämpöpumpun vastuksella.
Tuollaisessa tilanteessa ei auta kuin lämmittää suosiolla sähköllä ja kenties käyttää kiertovesipumppua kesällä lataamaan hieman lisälämpöä energiakaivoon. Sitten täytyy antaa luonnon tehdä tehtävänsä. Aurinko lämmittää kesällä pintamaata, ja lämpö siirtyy hiljalleen alaspäin. Maapallon sisuksen lämpö nousee hiljalleen ylöspäin ja lämmittää jäähtynyttä kalliota. Ehkä muutaman vuoden kuluttua sulanutta energiakaivoa voidaan taas varovasti, osateholla, ruveta käyttämään lämmöntuotantoon.
Edellä kuvailtu tilanne ei onneksi ole enää kovin yleinen. Nykyaikaisen maalämpöpumpun automatiikka seuraa keruunesteen lämpötilaa ja siirtää toimintaa enemmän sähkövastuksille, jos kaivo näyttää jäähtyvän liikaa.
4. Maalämpöä voi käyttää myös viilennykseen
Jos maalämpökaivon keruunestettä kierrätetään kesällä pelkällä kiertovesipumpulla, siinä viedään lämpöä talteen kaivoon. Ja tuo lämpö otetaan lämmönvaihtimella rakennuksen sisätiloista. Paluutuotteena syntyy maaviileää. Se on liki ilmaista, koska lämpöpumpun kompressoria ei tarvitse käynnistää lainkaan. Jotta maaviileästä saataisiin oikeaa ilmastointia, tarvitaan lisäksi puhallinkonvektori tai ilmanvaihtokone.
5. Maalämpö on riittoisaa
GTK on tehnyt matalan geotermisen energian – siis maalämmön – potentiaalikartoitusta. Suomen maankamaraan ylimpään 300 metriin on varastoitunut energiaa noin 300 000 TWh eli lähes tuhat kertaa koko maan vuotuisen energiankulutuksen verran.
300 metrin geoenergiapotentiaali on suurin Uudellamaalla, Kymenlaaksossa, Varsinais-Suomessa, Satakunnassa ja Ahvenanmaalla. Erot ovat huomattavia. Etelä-Suomen otollisimmilla alueilla varastoituneen geoenergian määrä on jopa nelinkertainen pohjoisen vilpoisimpiin alueisiin verrattuna.
Kartta on vapaasti tarkasteltavissa GTK-Data -sivulla. Kartan solukoko on yksi neliökilometri, joten se ei sellaisenaan sovellu kiinteistökohtaiseen maalämpöjärjestelmän suunnitteluun tai mitoitukseen.
6. Maalämpöpumppu: vaihtuva tai tulistin?
Lämpöpumpputyypit eroavat toisistaan lähinnä siinä, miten ne ohjaavat maasta louhittua lämpöä asuintilojen ja käyttöveden lämmitykseen.
Tulistusjärjestelmässä on kompressorin jälkeen sijoitettu erillinen lämmönvaihdin, tulistin. Se ottaa talteen kuumimmat kompressorilta tulevat kaasut ja lämmittää niillä varaajan yläosan erillistä käyttövesiosiota. Tulistuslämpöpumpussa kompressorin paine voidaan pitää alhaisena ja samalla tuottaa kuumaa vettä tulistimen avulla. Tämä pienentää laitteen sähkönkulutusta.
Vaihtuvalauhdutteisessa järjestelmässä lämpöpumpun koko teho ohjataan hetkellisesti käyttöveden lämmittämiseen. Kun sen tavoitelämpötila on saavutettu, vaihtoventtiili kääntää virtauksen rakennuksen lämmitysverkostoon. Invertteriohjaus säätää kompressorin käyntiä portaattomasti.
7. Ympäristöystävällisempiä laitteita
Vuonna 2024 voimaan astunut EU:n niin sanottu F-kaasuasetus rajoittaa pitkällä aikavälillä ilmastoa voimakkaasti lämmittävien fluorattujen kaasujen käyttöä. Näitä ovat muun muassa lämpöpumpuissa käytettävät kylmäaineet. Kaasujen käyttöä vähennetään vähitellen, jotta nykyisiä laitteita ei tarvitsisi uusia ennen niiden teknisen käyttöiän päättymistä. Uusia vähäpäästöisiä kylmäaineita ei voi käyttää fluoratuille kaasuille suunnitelluissa laitteissa.
Kylmäaineen ympäristövaikutusta kuvaava tunnusluku, GWP (Global Warming Potential), ilmoittaa aineen ominaislämmitysvaikutuksen verrattuna yleisimpään kasvihuonekaasuun, hiilidioksidiin. Vielä muutama vuosi sitten yleisesti käytössä olevien kylmäaineiden GWP oli jopa 2000, eli yksi kilo tuollaista ainetta vastasi ilmastovaikutuksiltaan 2000 kiloa hiilidioksidia.
Uusissa lämpöpumpuissa on laajalti siirrytty käyttämään kylmäaineena difluorimetaania (R32), jonka GWP on 675. Se on askel parempaan suuntaan, mutta F-kaasuasetus vie vaatimukset vielä pitemmälle. Joillakin valmistajilla onkin jo mallistoissaan lämpöpumppuja, jotka pystyvät käyttämään turvallisesti kylmäaineena vanhaa tuttua propaania (R290). Sen GWP on kolme (3).
Propaania käytettiin kylmäaineena 20. vuosisadan alkupuolella, mutta koska se oli herkästi syttyvää, siitä luovuttiin, kun kehitettiin ”turvallisempia” kloorifluorihiiliyhdisteitä (CFC). R12-yhdisteen kauppanimestä Freon tuli CFC-yhdisteiden yleisnimitys, ja vasta paljon myöhemmin huomattiin sen erittäin haitalliset ominaisuudet kasvihuonekaasuna ja ilmakehän otsonikerroksen tuhoajana. Nykyisin käytetyt fluorihiilivedyt (HFC) eivät ole haitallisia otsonikerrokselle.
8. Pörssisähköohjaus maalämpöpumpulle
Tietyissä maalämpöpumpuissa on mahdollista ottaa käyttöön pörssisähköohjaus. Se on automaatti, joka seuraa sähkön spot-hinnan kehitystä ja käyttää lämpöpumppua suurella teholla edullisen sähkön aikoina ja vähentää kompressorin kierroksia, kun sähkö on kallista.
Järjestelmä edellyttää kompressorin invertteriohjausta sekä lämmitysjärjestelmän kykyä varastoida lämpöä tehokkaasti. Käytännössä tarvitaan lattialämmitys tai erityisen iso ja hyvin eristetty varaaja.
Järjestelmässä on tietysti lämmöntuotannon raja, jota ei aliteta, vaikka kWh maksaisi euron. Legionellabakteerivaaran vuoksi käyttöveden lämmityksen ei anneta osallistua näihin säästötalkoisiin.
Lähteet: Motiva, Lämpöykkönen, Scanoffice, Gebwell, Geologian tutkimuskeskus, Ympäristöministeriö ja EUR-Lex.
