Maalämpö

Klikkaamalla alla olevaa otsikkoa saat lisätietoa aiheesta.

1. Maalämpöjärjestelmän toimintaperiaate

Maalämpöjärjestelmä hyödyntää maaperään, kallioon tai vesistöön varastoitunutta auringon energiaa rakennuksen ja käyttöveden lämmittämiseen. Järjestelmä hakee lämpöenergiaa maaperästä, kallioperästä tai vesistöstä lämmönkeruuputkistolla. Järjestelmä muodostuu kolmesta eri osa alueesta: Lämmönkeruuputkistosta, maalämpöpumpusta ja lämmönjakojärjestelmästä.

Lämmönkeruuputkiston avulla maaperästä, peruskalliosta tai vesistöstä saadaan kerättyä n. 1 – 4 asteista vesiliuosta. Tämä vesiliuos on luonnollisesti liian kylmää, jotta sitä voitaisiin suoraan käyttää rakennuksen ja käyttöveden lämmittämiseen. Maalämpöjärjestelmään kuuluu maalämpöpumppu, joka nostaa lämmönkeruupiiristä saatavan varsin viileän lämmön korkeampaan lämpötilaan, jotta sitä voidaan käyttää lämmityksessä ja lämpimänä käyttövetenä.
Lämmönjakojärjestelmä luovuttaa maalämpöpumpun lämmön rakennukseen. Lämmönjakojärjestelmänä rakennuksissa tulee olla vesikiertoinen lämmönjakojärjestelmä, esimerkiksi vesikiertoiset patterit tai vesikiertoinen lattialämmitys.

Takaisin sivun alkuun

2. Maalämpö: Lämmityskustannusten säästö

Lämmityskustannusten ja energian säästöä voidaan verrata siihen kuinka paljon rakennus kuluttaisi lämmitysenergiaa muilla tavanomaisilla lämmitysmuodoilla, kuten öljy- tai sähkölämmityksellä.

Verrattaessa öljylämmitykseen on arviointitilanteena usein vanhan öljykattilan vaihtaminen maalämpöön. Energiansäästön suuruus riippuu olemassa olevan öljykattilan energiataloudellisuudesta eli hyötysuhteesta. Uuden öljykattilan hyötysuhde voi olla 95%, eli öljykattila muuttaa lämpöenergiaksi 95% öljyn lämpöarvosta. Öljyn lämpöarvo on n. 10kWh/litra. 95%:n hyötysuhteella poltettuna litrasta öljyä saadaan lämpöenergiaa rakennuksen lämmittämiseen 9,5kWh/litra. Yli 30 vuotta vanhan öljykattilan hyötysuhde on tyypillisesti 75%, jolloin lämmitysöljystä saadaan hyödynnettyä lämpöenergian 7,5kWh/litra.

Lämmitysöljyn hinta on vaihdellut vuoden 2008 aikana 50c/litra – 105c/litra. Riippuen öljyn ostohetkestä ja öljykattilan hyötysuhteesta öljylämmityksen kustannukset ovat voineet vaihdella vuonna 2008 välillä 5,2c/kWh - 14c/kWh. Tyypillisen 1970 – luvulla rakennetun 200m2 omakotitalon lämmitysenergian tarve voi olla 35000kWh/vuosi, jolloin lämmityskustannukset öljylämmityksellä ovat voineet vuonna 2008 vaihdella 1842 eurosta 4900 euroon vuodessa. Mikäli lämmitysöljyn hintakehitys palautuu talouden noustessa samalle nousu-uralle kuin ennen kesää 2008, ovat öljylämmittämisen kustannukset pitkällä tähtäimellä tilavassa omakotitalossa joka tapauksessa yli 4000 euroa vuodessa.

Sähkölämmitteisessä rakennuksessa, jonka lämmitysenergian tarve on 35000 kWh/vuosi, ovat lämmityskustannukset vuonna 2009 noin 3500 euroa (sähkön hinta n. 10c/kWh)

Lämmityskustannukset maalämmöllä ovat tavanomaisessa patterilämmitteisessä talossa 1/3 sähkölämmittämisen kustannuksista. Sähkön hinta v. 2008/2009 on n. 10c/kWh, jolloin maalämmön lämmityskustannuksett ovat 3,3c/kWh. Rakennuksessa, jonka lämmitysenergian tarve on 35000 kWh ovat lämmityskustannukset 1155 euroa vuodessa.

Maalämmön lämmityskustannukset ovat tyypillisesti kolmannes sähkölämmitteiseen rakennukseen verrattuna, noin puolet öljylämmitteisen rakennuksen lämmityskustanuksista silloin, kun öljy on halpaa, ja neljännes öljyämmityskustannuksista silloin kun öljyn hinta on n. 1 eur / litra.

Takaisin sivun alkuun

3. Maalämmön hiilidioksidipäästöt verrattuna öljylämmitykseen

Öljylämmitys tuottaa CO2 päästöjä 2,7 kg/litra lämmitysöljyä. 4000 litran öljyn polttaminen omakotitalossa tuottaa 10800kg:n CO2 päästöt.

Vastaavan rakennuksen lämmittäminen maalämmöllä vaatii n. 11600kWh ostettavaa sähköenergiaa. Yhden kilowattitunnin tuottaminen Suomessa v. 2007 tuotti keskimäärin 195g/kWh CO2 päästöjä. 11600kWh ostettavaa sähköenergiaa tuottaa siis n. 2275kg CO2 päästöt.

Maalämpö tuottaa siis noin 4,75 kertaa vähemmän CO2 päästöjä kuin öljylämmitys.

Takaisin sivun alkuun

4. Maalämmön hiilidioksidipäästöt verrattuna sähkölämmitykseen

Sähkölämmitteinen rakennus, jonka lämmitysenergian tarve on 35000 kWh/vuosi, tuottaa 6825kg CO2 päästöt vuodessa. Maalämmön CO2 päästöt ovat noin kolmannes sähkölämmityksen hiilidioksidipäästöistä.

Takaisin sivun alkuun

5. Maalämmön lämmönkeruuputkisto

Lämmönkeruuputkisto sijoitetaan tyypillisesti n. 1,2 metriä syvälle maaperään, kallioon porattavaan noin 100 – 200 metriä syvään lämpökaivoon tai vesistöön.

Maalämpöjärjestelmän lämmönkeruuputkisto on halkaisijaltaan tyypillisesti n. 40 mm muoviputkea, jonka seinämävahvuus on n. 2,4 mm. Lämmönkeruuputkiston seinämävahvuus on pienempi kuin paineluokitellussa vastaavan ulkohalkaisijan omaavassa vesijohtoputkessa. Muoviputken seinämä toimii myös eristeenä, joten paksumpi putken seinämä heikentää lämmön siirtymistä maaperästä, kalliosta tai vesistöstä lämmönkeruunesteeseen. Lämmönkeruuputkisto toimii optimaalisesti suhteellisen ohuella, 2,4 mm:n seinämävahvuudella.

Lämmönkeruuputkistossa kiertää veden ja bioetanolin seos, joka kerää maaperän lämpöä maalämpöpumpulle. Lämpökaivossa lämmönkeruuputkisto on pituudeltaan tyypillisesti noin 200 – 400 metriä, mikä vastaa 100 – 200 metrin syvyistä lämpökaivoa. Lämpökaivossa lämmönkeruuputkiston pituutta ei voi kasvattaa merkittävästi yli 400 metrin, koska lisääntynyt virtausvastus ja tästä johtuva painehäviö alkaa hidastaa lämmönkeruunesteen virtaamista putkistossa. Neljänsadan metrin lämmönkeruuputkisto tuottaa 200 metriä syvässä porakaivossa n. 4000 litran öljynkulutusta vastaavan lämmön vuodessa, tai noin 35 000 kWh lämmitysenergiaa.

Lämmönkeruuputkistossa virtaavassa nesteessä on n. 30% bioetanolia ja n. 70% puhdasta vettä. Bioetanolia käytetään liuoksen jäätymispisteen laskemiseksi tarpeeksi alas, koska maalämpöpumpun lauhduttimessa lämmönkeruuneste voi jäähtyä maalämpöpumpussa jopa -5 asteeseen. Lämmönkeruuputkisto on suljettu järjestelmä, missä kiertää sama veden ja bioetanolin seos vuodesta toiseen. Lämmönkeruuneste ei siis aiheuta haitallisia vaikutuksia ympäristölle.
Poikkeustapauksessa, jossa lämmönkeruujärjestelmä vaurioituu esim. maansiirtokoneen tms. vaikutuksesta, voi maaperään tai vesistöön vuotaa veden ja bioetanolin seosta. Tämä on kuitenkin vaaratonta, koska bioetanoli haihtuu helposti, liukenee veteen ja hajoaa luonnossa toisin kuin öljypohjaiset aineet. Lisäksi bioetanolia voi vuotaa maaperään tai vesistöön vain hyvin rajallinen määrä, koska maalämpöpumpun lämmönkeruujärjestelmän tilavuus on n. 1,1 litraa metriä kohden, eli 400 metrin pituisella putkistolla n. 440 litraa. Bioetanolia tästä 440 litrasta on n.132 litraa. Vuodon tapahtuessa koko 440 litraa lämmönkeruuputkiston nestettä ei vuoda putkistosta pois, koska lämmönkeruuputket ovat suurimmalta osalta paineistamattomia tai vain kevyesti paineistetuja 1,5 barin paineeseen. Etanolia esiintyy mm. kaikissa ihmisen käyttöön soveltuvissa alkoholivalmisteissa. Bioetanoli on siis sama kemikaali kuin alkoholi.

Lämmönkeruuputkisto lähtee maalämpöpumpulta ja palaa maalämpöpumpulle. Lämmönkeruupiirin kiertovesipumppu kierrättää lämmönkeruunestettä lämmönkeruuputkistossa. Lämmönkeruuneste saadaan maaperästä tyypillisesti n. +1 asteisena. Tulolämpötila riippuu maaperän, peruskallion ja vesistön pohjasedimentin lämpötilasta. Maalämpöpumppu ottaa lämmönkeruunesteestä lämpöenergiaa, ja lämmönkeruuneste palaa maalämpöpumpulta tyypillisesti noin – 2 asteisena. Lämmönkeruuneste kiertää lämmönkeruuputkistossa, jolloin siihen siirtyy lämpöä maaperästä, kallioperästä tai vesistöstä. Lämmönkeruuneste palaa n. 3 astetta lämmenneenä.

Takaisin sivun alkuun

6. Maalämmön lämmönjakojärjestelmä

Maalämpö vaatii toimiakseen lämmönjakojärjestelmän. Lämmönjakojärjestelmän tulee olla vesikiertoinen, koska järjestelmä voi syöttää lämmintä vettä ainoastaan vesikiertoisiin lämmönjakojärjestelmiin. Vesikiertoisia lämmönjakojärjestelmiä ovat vesikiertoinen lattialämmitys, vesikiertoiset patterit ja vesikiertoiset puhallinpatterit. Kaikki nämä soveltuvat maalämmön lämmönjakotavoiksi. Maalämpöjärjestelmä toimii kuitenkin parhaalla hyötysuhteella eli säästää lämmitysenergiaa eniten silloin, kun lämmönjakojärjestelmän lämpötila on mahdollisimman alhainen. Lämmönjakojärjestelmän vaatima lämpötila on sitä alhaisempi, mitä enemmän lämmönjakoverkostossa on lämpöä luovuttavaa pinta-alaa. Lattialämmitys on tästä johtuen optimaalinen lämmönluovutustapa. Hyötysuhteeltaan paras mahdollinen lämmönjakotapa on valettu betonilattia, joka on päällystetty suoraan betoniin kiinnitetyllä klinkkerillä eli keraamisella laatalla tai luonnonkivellä. Näin maalämpöpumpun tuottama lämpö pääsee siirtymään huonetilaan mahdollisimman tehokkaasti, ja lämmönjakojärjestelmän syöttöveden lämpötila voidaan pitää mahdollisimman alhaisena. Betonilaattaan liimattu parketti toimii myös hyvin, koska betonin ja parketin väliin ei jää ilmarakoa. Uiva parketti toimii myös hyvin, mutta lämmönjakoverkoston menoveden lämpötilaa joudutaan nostamaan muutamalla asteella, koska laatan ja uivan parketin väliin jää parketin alusmateriaalista johtuen lämmön luovutusta heikentävä ilmarako. Lattialämmitysputkilla varustetun betonilaatan päälle tehtävä koolaus ja massiivisen puulattian käyttö heikentää lämmönjakojärjestelmän hyötysuhdetta, koska betonilaatan ja lattiamateriaalin väliin jää kerros ilmaa, joka toimii eristeenä, samoin massiivipuinen lattiamateriaali.

Patteriverkosto toimii maalämpöpumpun kanssa sitä korkeammalla hyötysuhteella mitä suurempi pattereiden yhteenlaskettu pinta-ala on. Uusiin rakennuksiin asennetaan harvemmin vesikiertoisia pattereita, mutta vanhemmissa rakennuksissa vesikiertoiset patterijärjestelmät ovat yleisiä. Vanhemmissa patterilämmitteisissä rakennuksissa vaihdetaan lämmöntuottojärjestelmä, eli vesikiertoinen sähkölämmitys tai öljylämmitys usein maalämpöön. Tällöin kannattaa kiinnittää huomiota pattereiden pinta-alaan. Mikäli patteriverkoston yhteenlaskettu pinta-ala on erittäin pieni rakennuksen energiankulutukseen suhteutettuna, kannattaa muutama patteri esimerkiksi suuremmissa huonetiloissa vaihtaa pinta-alaltaan suurempiin asennuksen yhteydessä. Näin voidaan varmistaa mahdollisimman hyvällä hyötysuhteella toimiva järjestelmä.

Vesikiertoiset puhallinpatterit perustuvat suhteellisen alhaiseen veden lämpötilaan, jolloin maalämpöpumppu toimii hyvällä hyötysuhteella. Puhallinpatterin lämmön luovutusta tehostetaan puhaltamalla ilmaa lämmityspatterin läpi. Puhallinpatterit luovuttavat lämpöä tehokkaasti rakennuksen sisätiloihin. Yhden puhallinpatterin lämmönluovutusteho voi olla esimerkiksi 10kW, jolloin yksi puhallinpatteri riittää suurenkin tilan lämmitykseen. Puhallinpatterilla voidaan myös tehostaa lämmönluovutusta rakennuksessa, missä suurin osa lämmityspattereista on normaaleja vesikiertoisia pattereita. Rakennukseen voidaan asentaa yksi tai useampia puhallinpattereita maalämpöjärjestelmän asentamisen yhteydessä.

Takaisin sivun alkuun

7. Suurten kiinteistöjen maalämpöjärjestelmät

Suurempia kiinteistöjä varten valmistetaan maalämpöpumppuja, jotka ovat teholtaan esimerkiksi 21 kW, 26kW, 35kW, 45kW, 55kW ja 70kW. Laitteita voidaan myös kytkeä rinnakkain, jolloin voidaan lämmittää minkä kokoinen rakennus tahansa ilman erityisiä rajoitteita. Yksi pumppu toimii master – pumppuna, joka käy silloin, kun lämmön tarve on vähäinen. Muut maalämpöpumput (slave – pumput) lähtevät käymään lämmön tarpeen kasvaessa. Jotta yhden lämpöpumpun (master) käyntiajat eivät nousisi huomattavasti suuremmiksi kuin muiden, vaihtavat maalämpöpumput säännöllisin väliajoin roolejaan master:sta slave:ksi, esimerkiksi kerran viikossa.

Mikäli tarvitaan erityisen runsaasti lämpöenergiaa, kuten suuremmissa taloissa, toimistorakennuksissa, hotelleissa etc. käytetään useampia n. 400m pitkiä lämmönkeruupiirejä. Lämmönkeruupiirit kytketään maalämpöpumpulle lähtevään ja maalämpöpumpulta tulevaan runkolinjaan käyttäen kytkentäkaivoa, jossa lämmönkeruuliuos ohjataan jakautumaan tasaisesti useampaan lämmönkeruupiiriin. Virtauksen tasainen jakautuminen useisiin lämpökaivoihin tai lämmönkeruupiireihin maaperässä tai vesistössä varmistetaan tarvittaessa virtauksenjakajilla. Suurimmat Suomessa toteutetut lämmönkeruujärjestelmät ovat kokonaispituudeltaan n. 8km.

Takaisin sivun alkuun

8. Maalämpöjärjestelmän mitoitus

Maalämpöjärjestelmän hankinnassa on tärkeää, että mitoitus on oikein suoritettu. Muuten on riski, että maalämpöpumppu tuottaa liian suuren osan lämmöntarpeesta lisävastuksilla, mikä on kallista sähköenergiaa.

Merkittävä riski on myös että järjestelmä ylimitoitetaan. Ylimitoitettu järjestelmä maksaa reilusti enemmän. Ylimitoitettu järjestelmä johtaa siihen, että maalämpöpumppu käy vain lyhyitä jaksoja kerrallaan, mikä kuluttaa sekä pumppua että lisää energiankulutusta. Kun maalämpöpumppu käynnistyy, kestää muutamia minuutteja ennen kuin laite toimii parhaalla hyötysuhteella. Muutaman minuutin aikana kylmäaineen höyrystymis- ja lauhtumisprosessi vakioituu, ja vasta tämän jälkeen saavutetaan paras hyötysuhde. Maalämpöpumpun käynnistymistä voi verrata auton kylmäkäynnistämiseen: Pakkasen puolella olevan moottorin käynnistäminen kuluttaa moottoria enemmän kuin usean sadan kilometrin ajaminen. Polttoaineen kulutus on lisäksi moninkertainen ensimmäisten muutamien minuuttien aikana, ennen kuin moottori on saavuttanut normaalin käyntilämpötilan. Oikein mitoitettu lämpöpumppu käy pitkiä jaksoja kerrallaan ja tuottaa parhaan mahdollisen säästön.

Oikein mitoitettu maalämpöpumppu kestää oikean käyttösuhteen vuoksi jopa kymmeniä vuosia. Täystehoinen maalämpöpumppu käy liian suuren tehon tuoton vuoksi pääasiassa vain lyhyitä jaksoja ja ei tuota parasta mahdollista lämmitysenergian säästöä. Täystehomitoitus on suositeltava ratksisu ainoastaan silloin, kun maalämpöpumppu on invertteriohjattu, eli portaattomalla kierrosluvun säädöllä varustettu malli. Invertteriohjatut maalämpöpumput toimivat kaikilla tehoalueilla parhaalla mahdollisella hyötysuhteella. Markkinoiden edistyksellisintä invertteriohjattua tekniikkaa edustaa esimerkiksi IVT PremiumLine X15 ja X11 mallit.

Maalämpöjärjestelmän mitoitus lämmitysjärjestelmää vaihdettaessa perustuu rakennuksen toteutuneeseen lämmitysenergian kulutukseen. Öljylämmitteisessä rakennuksessa tulee tarkastella mahdollisimman pitkää jaksoa öljyn kulutustietoja määritettäessä, mielellään useita vuosia, jolloin erot vuosittaissa lämmitysenergian tarpeessa voidaan huomioida. Mikäli öljyn kulutustietoja ei ole saatavissa kuin esimerkisi yhden vuoden ajalta, voidaan öljyn kulutus normeerata käyttäen tarkasteluajan lämmitystarvelukuja. Öljylämmitteisissä rakennuksissa öljylämmityskattilan hyötysuhteen arvioiminen on tärkeää, jotta rakennuksen todellinen lämmitysenergian tarve selviää.

Sähkölämmitteisissä rakennuksissa on yhtä lailla tärkeää tarkastella tarpeeksi pitkää aikajännettä sähkön kulutuksessa. Samoin täytyy luotettavasti arvioida taloussähkön osuus koko sähkönkulutuksesta, jotta todellinen lämmitysenergian tarve selviää.

Uudisrakennuksen energiankulutus selviää rakennuslupamenettelyn yhteydessä hankittavasta energiatodistuksesta. Energiatodistuksesta selviää rakennuksen lämmitysenergian tarve ja huipputeho, minkä pohjalta maalämpöjärjestelmä voidaan mitoittaa.

Takaisin sivun alkuun

9. Maalämpö: Täysteho- vai osatehomitoitus?

Maalämpöjärjestelmät mitoitetaan joko osatehoisina tai täystehoisina. Täystehomitoitus kuulostaa luonnollisesti ensi kuulemalta paremmalta ja tehokkaammalta mitoitustavalta kuin osatehomitoitus. Maalämpöjärjestelmän tärkein ominaisuus on kuitenkin energiataloudellisuus, ja osatehomitoituksella voidaan saavuttaa aivan yhtä hyvä, usein jopa jonkin verran parempi energiataloudellisuus kuin täystehomitoituksella.

Täystehomitoitettu järjestelmä on mitoitettu tuottamaan rakennuksen koko lämmitysteho kovimmillakin pakkasilla ilman sähkövastusten kautta tuotettavaa lisälämpöä. Tämä johtaa suurempaan maalämpöpumpun kokoon ja porareiän syvyyteen, mikä nostaa kustannuksia. Täystehomitoitettu maalämpöpumppu käy tavanomaisissa olosuhteissa huomattavasti lyhyempiä käyntisyklejä kuin osatehomaalämpöpumppu suuremmasta tehosta johtuen. Lyhyet käyntisyklit johtavat siihen, että maalämpöpumppu ei ehdi lyhyen käyntijakson aikana käydä optimaalisella hyötysuhteella kovin pitkään, koska käynnistämisen jälkeen kestää muutamia minuutteja kylmäaineprosessin vakioitumiseen ja parhaan hyötysuhteen saavuttamiseen.

Osatehomitoitettu järjestelmä on hankintakustannuksiltaan edullisempi, ja n. 80% tehopeitto riittää tuottamaan 99% vuotuisesta lämmitysenergian tarpeesta. Huippupakkasilla 20% tehon tarpeesta tuotetaan lisävastuksilla. Lisävastusten kuluttaman sähköenergian kustannukset ovat 80% tehopeitolla tyypillisesti 20 – 30 euroa vuodessa. Sähkövastusten kuluttaman energian kustannukset eivät riitä perustelemaan n. 2000 euroa korkeampia täystehomitoituksesta aiheutuvia kustannuksia.

Osateholle mitoitettu maalämpöpumppu käy pidempiä käyntisyklejä, jolloin maalämpöpumppu käy optimaalisella hyötysuhteella pidempiä aikoja, ja kokonaishyötysuhde ja energian säästö on usein parempi kuin täystehomitoitetulla maalämpöjärjestelmällä. 1 % säästö lisäsähkön hankkimisesta voi aiheuttaa 2% korkeammat kustannukset epäoptimaalisista käyntisykleistä johtuen.

Täystehomitoitettu maalämpöpumppujärjestelmä on energiataloudellisin pääsääntöisesti ainoastaan silloin, kun käytetään portaattomalla kierrosluvun säädöllä varustettua maalämpöpumppua. Portaattomasta kierrosluvun säädöstä käytetään käsitettä invertteriohjaus. Tärkeintä on, että invertteriohjausta käytetään juuri maalämpöpumpun kompressorin tehon säätöön, koska tällä saavutetaan suurin etu kokonaishyötysuhteessa. Markkinoilla on tällä hetkellä kaksi aidosti invertteriohjattua maalämpöpumppua, IVT PremiumLine X-15 ja IVT PremiumLine X-11. Mikäli maalämpöpumpussa on invertteriohjaus ainoastaan lämmönkeruuliuoksen kiertovesipumpussa, ei voida puhua todellisesta invertteriohjauksesta. Invertteriohjatun maalämpöpumpun hakinnassa kannattaa olla tarkkana, jotta nimenomaan kompressori olisi invertteriohjattu.

Takaisin sivun alkuun

Yhteydenottolomake Lähetä sähko¨postia

IVT Maalämpö on energiatehokas järjestelmä talon lämmittämiseen. Maalämpöpumppu nostaa maalämpöä maaperästä ja ilma vesilämpöpumppu siirtää lämpöä ulkoilmasta sisälle. IVT on Euroopan suurin lämpöpumppujen valmista.