Maalämpöpumppu ja sen toimintaperiaatteet

Miten toimii maalämpöpumppu?

Maalämpöpumppu hyödyntää maaperään, kallioon tai vesistöön varastoitunutta, auringon tuottamaa energiaa rakennuksien sekä käyttöveden lämmittämiseen. Toimintaperiaate on täysin sama kuin jääkaapilla, jossa jääkaapin sisältä pumpataan lämpöä huoneilmaan. Maalämpöratkaisussa porakaivo vastaa jääkaapin sisältöä ja lämpö pumpataan talon lämmönjakojärjestelmään.image001

 

Tavallisesti maalämpöjärjestelmään kuuluu maalämpöpumppu, muovinen lämmönkeruuputkisto, vesikiertoinen lämmönjakojärjestelmä sekä käyttövesivaraaja. Muovisen lämmönkeruuputkiston avulla maaperästä, peruskalliosta tai vesistöstä saadaan kerättyä lämmönkeruunesteen siirtynyttä energiaa. Tästä varsin viileästä lämmönkeruunesteestä maalämpöpumppu nostaa kompressorin avulla lämpötilan niin ylös, että lämpöenergia voi siirtyä edelleen talon patteri- tai lattialämmitysjärjestelmään sekä käyttöveteen. Maalämpöpumpppu tarvitsee lämmönjakojärjestelmäksi vesikiertoisen järjestelmän, kuten esimerkiksi patterit, lattialämmityksen ja ilmalämmityksen.

 

Youtube: maalämpöpumpun asennus

 

Tilaa maksuton arviointikäynti!

Kiinnostaako maalämpö tai haluatko tietää maalämmöstä enemmän? Autamme mielellämme kaikissa maalämpöön liittyvissä kysymyksissä.

Soita meille: 0290 0011 00

Puheluhinnat:
Kiinteän verkon liittymästä 8,35 snt/puh + 6,91 snt/min,
Matkaviestinverkon liittymästä 8,35 snt/puh + 16,69 snt/min.

tai lähetä sähköpostia: if.1tsnull@aigreneihal 

Tilaa maksuton maalämmön kartoitus ›

Pyydä ilmainen hintatarjous sähköisesti ›

 

Maalämpöpumppu ja sen lämmönkeruuputkisto

maalämpötalo ja porakaivoMaalämpöpumppu tarvitsee pääsääntöisesti toimiakseen lämmönkeruuputkiston. Muovinen lämmönkeruuputkisto sijoitetaan tyypillisesti peruskallioon porattavaan noin 100-300 metriä syvään lämpökaivoon, noin 1,0 metriä syvälle kosteaan maaperään tai vesistön pohjaan.

Maalämpöjärjestelmän lämmönkeruuputkisto on tyypillisesti halkaisijaltaan 40 mm:n muoviputkea, jonka seinämävahvuus on noin 2,4 mm ja paineenkesto 6 bar (ns. ”punaraitaista” vesiputkea).

Markkinoille on tullut myös erikseen maalämpöpumpuille kehitettyjä muoviputkia kuten esim. turbulenssikollektorit. Nämä eroavat perinteisiin muoviputkiin siinä, että niiden sisäpinta on ”rihlattu”, jolloin keruuneste saadaan etenemään putkistossa turbulenttisesti. Turbulenttisen virtauksen hyötyinä ovat parempi lämmön siirtyminen sekä putkiston pienempi painehäviö, jotka puolestaan alentavat maalämpöpumpun käyttökuluja entisestään. Myös perinteistä ns. siniraitaista 10 bar vesiputkea voisi maalämpöpumpun lämmönkeruuputkistona käyttää, mutta siinä paksumman seinämävahvuuden takia lämmönsiirtyminen on hiukan heikompaa. Tämä heikentäisi maalämpöpumpun hyötysuhdetta.

Maalämpöjärjestelmän keruuputkistossa kiertää lämmönkeruuneste eli tavallisesti veden ja bioetanolin seos. Nesteessä on n. 30 % bioetanolia ja n. 70 % puhdasta vettä, jolloin saavutetaan n.-15 asteen pakkasen kestävyys . Nesteellä kerätään ja johdetaan kalliosta, maaperästä tai vesistöstä lämpöenergiaa maalämpöpumpulle. Lämpökaivon lämmönkeruuputkisto on pituudeltaan tyypillisesti noin 200–600 metriä, mikä edellyttää 100–300 metrin syvyistä lämpökaivoa. Lämpökaivossa lämmönkeruuputkiston pituuden kasvaessa yli 400 metrin on kiinnitettävä erityistä huomiota pitkän putkiston tuomiin painehäviöihin. Liian isot painehäviöt aiheuttavat liian hitaan virtaaman, joka puolestaan heikentää maalämpöjärjestelmän hyötysuhdetta ja näin lisää käyttökustannuksia. Poikkeuksellisen pitkissä piireissä voidaan käyttää esim. 50mm muoviputkea, jolloin painehäviö on huomattavasti pienempi. Tämä voisi tulla kyseeseen esim. tilanteissa joissa pehmeää maata on paljon ja kaivomäärää halutaan tästä syystä pienentää ja näin tehdä lämpökaivoista syvempiä.

 

Maalämpöpumppu ja tarvittava lämmönjakojärjestelmä

Maalämpöpumppu tarvitsee rinnalleen aina nestekiertoisen lämmönjakojärjestelmän. Tämän syynä on se, että maalämpöpumppu siirtää lämmön veteen tai johonkin muuhun nestemäiseen lämmönjakonesteeseen kuten esim. glygoliin. Tavallisesti kuitenkin puhumme vesikiertoisista järjestelmistä, sillä esim. glykolin käyttö on Suomessa harvinaista. Tavallisimmat vesikiertoiset järjestelmät ovat:

  • Vesikiertoinen patterilämmitys
  • Vesikiertoinen lattialämmitys
  • Vesikiertoinen ilmalämmitys
  • Vesikiertoinen puhallinkonvektori

Maalämpöpumppu toimii sitä tehokkaimmin mitä alhaisemmalla lämmitysvedellä tullaan toimeen. Siksi lattialämmitys onkin erittäin suositeltava lämmönjärjestelmä jos ollaan rakentamassa uutta järjestelmää. Jotta saavutetaan mahdollisimman alhainen maalämpöpumpun menoveden lämpötila, lattialämmityksellä kannattaa kiinnittää huomiota lattian pintarakenteisiin. Tavoitteena on, että lämpö johtuisi mahdollisimman helposti huonetilaan. Esimerkkinä paksut lankkulattiat ja uivat parkettilattiat alusmattoineen eivät ole suositeltavia pintaratkaisuja, koska toimivat eristeenä lattialämmityksen ja huoneilman välissä. Laatta-, kivi- ja liimatut pintamateriaalit toimivat puolestaan maalämpöpumpun kannalta erittäin hyvin.

Maalämpöpumppu toimii kuitenkin erittäin hyvällä hyötysuhteella myös pattereissa, joten maalämpöpumppu on harvoin syynä siihen, että pattereita vaihdetaan lattialämmitykseen. Jos pattereiden pinta-ala ja luovutuskyky on pieni, niin silloin on usein suositeltavaa harkita muutamien pattereiden vaihtamista tehokkaimpiin, vaikka se ei välttämätöntä olisikaan.

Ilmalämmitykset toimivat pääsääntöisesti maalämpökiinteistöissä erittäin hyvin. Niiden tarvitsema menoveden lämpötila on tavallisesta lattialämmityksen ja patterijärjestelmän välissä. Usein ilmalämmitystalossa maalämpöpumppu asennetaan vain vanhan lämmönlähteen tilalle ja vanha lämmönjakojärjestelmä jätetään ennalleen. Lämmönjakolaitteiston iästä riippuen voi kuitenkin olla perusteltua vaihtaa myös lämmönvaihdin ja ilmapuhallin, jolloin kuluva tekniikka tulee uusittua käytännössä kokonaan.

Vesikiertoisia puhallinkonvektoreita käytetään tavallisesti avarissa tiloissa joissa lämpö pääsee jakautumaan helposti. Puhallinkonvektoreilla voidaan myös tehostaa esim. patterijärjestelmää jolloin päästään alhaisimpiin menoveden lämpötiloihin ja näin tehostetaan maalämmön hyötysuhdetta.

Maalämpöpumppu ja puhallinkonvektoreita voidaan myös asentaa suoran sähkölämmityksen rinnalle, jolloin päästään usein korvaamaan valtaosa kiinteistön lämmitystarpeesta. Nykyisillä energianhinnoilla on myös erittäin perusteltua korvata sähköpattereita ja sähköisiä lattialämmityksiä vesikiertoisilla järjestelmillä, jolloin maalämpöpumppu tulee mahdolliseksi kiinteistön lämmitysmuodoksi. Tämä väkisinkin hiukan pidentää maalämpöinvestoinnin takaisinmaksuaikaa, mutta kyse on tavallisesti vain muutamasta lisävuodesta.  Talon elinkaaressa tämä on varsin lyhyt aika ja siksi näitä tehdään Suomessa jo merkittäviä määriä vuosittain.

Miten maalämpöpumppu tulisi mitoittaa?

Maalämpöjärjestelmän hankinnassa on erittäin tärkeää huolehtia mitoituksen onnistumisesta. Muutoin on mahdollista, että maalämpöpumppu tuottaa liian suuren osan lämmöntarpeesta lisävastuksilla, mikä kuluttaa kallista sähköenergiaa. Vaihtoehtoisesti on myös mahdollista, että liian suuren tehon takia maalämpöpumppu kävisi pätkäkäyntiä, joka mm. lyhentää maalämpöpumpun elinikää sekä heikentää sen hyötysuhdetta merkittävästi. Maalämpöjärjestelmän mitoitus perustuu talon lämmityksen ja lämpimän käyttöveden tarvitsemaan, todelliseen energiamäärään.

Miten mitoitetaan saneerauskohteen maalämpöpumppu?

Mitoitettaessa maalämpöjärjestelmää olemassa olevaan kohteeseen, on erittäin tärkeää ottaa huomioon useamman vuoden energiakulutukset ja suhteuttaa ne eri vuosien todellisiin lämmöntarvelukuihin. Sähkölämmitteisessä talossa tulee erotella kokonaissähkön kulutuksesta pelkästään lämmitykseen ja käyttöveden lämmittämiseen menevä sähkönmäärä. Öljylämmitteisessä talossa tulee huomioida vuotuinen, lämmitykseen ja käyttöveden lämmittämiseen kuluva polttoöljyn määrä siten, että myös öljykattilan hyötysuhde otetaan realistisesti huomioon.

Maalämpöpumppu on erittäin pitkäaikainen investointi ja siksi maalämpömitoituksessa tulee myös huomioida tiedossa olevat muutokset kiinteistön energiatarpeeseen. Jos lämpimiä tiloja ollaan esimerkiksi lisäämässä tai vastaavasti tekemässä peruskorjauksia, joissa kiinteistön lämpöarvot paranevat, niin maalämpöpumppu tulisi mitoittaa nämä huomioiden.

Uudisrakennuksen maalämpöpumppu ja sen mitoitus

Tämän päivän uudisrakennuksien energiankulutuksissa on erittäin suuria eroja. Perinteinen 50w/m2 mitoittaminen ei todennäköisesti osu oikeaan kuin erittäin harvoissa tapauksissa ja tässä onkin erittäin ison virheen mahdollisuus. Liian iso, ”varmuuden vuoksi” valittu maalämpöpumppu on aina virhe, sillä silloin on riskinä, että maalämpöpumppu kävisi lyhyitä käyntijaksoja. Ns. pätkäkäynti lyhentää maalämpöpumpun elinikää sekä nostaa sen käyttökustannuksia merkittävästi.

Uudisrakennuksessa lämmityksen tehon tarve selviää rakennuslupamenettelyn yhteydessä tehtävästä energiaselvityksestä. Näiden laskelmien perusteella maalämpöpumppu voidaan mitoittaa luotettavasti. Näissä laskelmissa on usein myös mukana myös käyttöveden- ja ilmanvaihdon tehotarpeet jotka pitää huomioida niiltä osin kuin jäävät maalämpöpumpun tehtäväksi.  

Osa- vai täystehomitoitus?

Tämä kysymys on ollut yleinen maalämpöalalla jo vuosia. Maalämpömitoitus on herättänyt paljon keskustelua ja mielipiteitä. Sinänsä maalämpömitoituksessa ei ole mitään yksiselitteistä totuutta, vaan se voidaan tehdä juuri sen mukaan kuin asiakas näkee oikeaksi. Ruotsissa, missä maalämpökokemusta on eniten mailmassa, suositaan pääsääntöisesti osatehomitoitusta ja suomalainen maalämpöpumpputeollisuus on usein voimakkaasti täystehomitoituksen kannalla. Tästä johtuen usein Ruotsissa valmistetuissa maalämpöpumpuissa on jo sisäänrakennettuja sähkövastuksia, joita voidaan halutessaan käyttää maalämpöpumpun apuna kovemmilla pakkasilla. Näiden ruotsalaistyyppisten maalämpöpumppujen automatiikat onkin usein tehty valmiiksi siten, että niillä voidaan ohjata ulkopuolista lisäenergiaa kuten esim. öljykattilaa. Jos kiinteistössä pyritään esim. mahdollisimman pieneen, hetkelliseen sähkötarpeeseen, niin siinä usein täystehomioitus antaa paremman lopputuloksen, sillä silloin selvitään pienemmillä pääsulakkeilla. Jos taas asiakkaan tavoitteena on mahdollisimman mahdollisimman hyvin suhteellisesti tuottava maalämpöinvestointi, niin silloin osateholla päästään parempaan lopputulokseen. Maalämpöjärjestelmässä ensimmäiset kilowatit ovat selkeästi tuottavimmat ja suhteellinen tuotto heikkenee väistämättä mitä isompaan tehopeittoon maalämpölaitteistoa kasvatetaan .

Maalämpöpumppu ja osatehomitoituksen kannattavuusOheisesta kaaviosta näemme miten maalämpöpumppu jonka tehopeitto on 82% (tehopeitto = maalämpöpumpun kattavuus vuoden kylmimmästä päivästä) tekee koko vuoden energiasta yli 98%. Tämä on pientalossa hyvin tyypillinen tilanne ja tällöin ns. lisäenergian kulutus on talon koosta riippuen, tavallisesti muutamia kymmeniä euroja vuodessa.   Suomessa eniten myydyt maalämpöpumppumerkit ovat ns. ruotsalaistyyppisiä maalämpöpumppuja ja useimmiten ne mitoitetaan osateholle kuten Ruotsissakin.

Suomessa yleisesti käytössä olevat maalämpöpumpputekniikat

Suomessa käytetyt maalämpöpumppuratkaisut voidaan jakaa kahteen eri päätyyppiin niiden toimintatavan perusteella: kiinteän lauhdutuksen maalämpöpumppuihin ja vaihtuvan lauhdutuksen maalämpöpumppuihin. Yleisesti ruotsalaiset isot maalämpöpumppuvalmistajat tekevät vaihtuvan lauhdutuksen maalämpöpumppuja ja suomalainen maalämpöpumpputeollisuus on usein kiinteän lauhdutuksen kannalla.

1. Kiinteän lauhdutuksen maalämpöpumppu

Tässä ratkaisussa maalämpöpumppu tekee kiinteästi lämmitysveden samaan lämpötilaan riippumatta vuodenajasta. Maalämpöpumppu lämmittää tyypillisesti isoa varaajaa josta lähtee sekä lämmin käyttövesi että pattereiden tai lattialämmityksen lämmitysvesi. Koska valtaosan vuodesta lämmitysvesi tarvitaan lämmönjakoon viileämpänä kuin käyttövesi, järjestelmään kuuluu 3-tie venttiili joka laskee lämmitysveden lämpötilan halutulle tasolle.

2. Vaihtuvan lauhdutuksen maalämpöpumppu

Tässä ratkaisussa maalämpöpumppu tekee eri lämpöistä vettä talon lämmitysjärjestelmään kuin mitä se tekee käyttövesivaraajaan. Maalämpöpumpun valmistusmaasta tai koulukunnista riippumatta, maalämpöpumpun hyötysuhde eli COP-arvo on sitä parempi mitä viileämpää vettä tehdään. Tästä johtuen vaihtuvan lauhdutuksen maalämpöpumpulla onkin mahdollista päästä erittäin korkeisiin hyötysuhteisiin, sillä huippulämpötiloja ei edes patterijärjestelmiin tarvita kuin muutamia viikkoja vuodesta. Valtaosa vuodesta voidaan lämmitysjärjestelmään ajaa selkeästi käyttövesilämpötiloja alhaisempia lämpötiloja, jolloin maalämpöpumpun hyötysuhde paranee merkittävästi.  

3. Erillisellä tulistuksen poiston lämmönvaihtimella varustettu maalämpöpumppu

Tulistuksen poisto on tekniikka jota voidaan soveltaa sekä kiinteän- että vaihtuvan lauhdutuksen maalämpöpumppuihin. Yleisempää se kuitenkin on ns. Suomalaistyyppisessä maalämpöratkaisussa, jossa maalämpöpumppu toimii kiinteällä lauhdutuksella ja joissa maalämpöpumpun kokonaisteholla ei tavoitella yhtä korkeita lämpötiloja kuin mitä tekevät ruotsalaiset maalämpöpumppuvalmistajat.

Osa maalämpöpumppuvalmistajista on valinnut maalämpötekniikaksi ns. tulistuksen (tarkemmin sanottuna tulistuksen poiston), jossa maalämpöpumppu pystyy kokotehollaan vain esimerkiksi n. 55-58 asteiseen menoveteen ja tätä kompensoidaan tulistuksella. Tulistuksessa pieni osa, n. 5-10% maalämpöpumpun kokonaistehosta saadaan huomattavasti kuumemmaksi, mutta vain silloin, kun maalämpöpumppu tekee erittäin kuumaa lämmitysvettä ja käy pitkiä käyntijaksoja. Tämä maalämpötekniikka toimiikin kylmimmät talvikuukaudet hyvin mutta valtaosa vuodesta jäädään kuitenkin mm. käyttövedessä lisäenergian varaan, sillä tulistustehoa saadaan vain silloin kun maalämpöpumppu tekee pitkiä käyntijaksoja kuumalla lämmitysvedellä.

Puhuttaessa maalämpöpumpun korkeimmasta menovedestä tulisikin selvyyden vuoksi erotella ne lämpötilatasot, joihin pystytään 12 kuukautta vuodesta maalämpöpumpun kokonaisteholla, sekä ne lämpötilatasot joita voidaan hyödyntää vain vuoden kylmimpinä kuukausina ja silloinkin vain pienin osin 5-10%  maalämpöpumpun kokonaistehosta.

Suomessa ja Ruotsissa yleisin maalämpöratkaisu onkin se, että maalämpöpumppu pystyy suoraan, vaihtuvalla lauhdutuksella n. 60-65 asteiseen menoveteen ilman tulistusta ja näin pystyy tekemään myös käyttöveden läpi vuoden ilman käyttövesivaraajien legionella-bakteeririskiä. Suosion takana onkin se, että tällä maalämpöratkaisulla päästään erittäin kilpailukykyiseen hintaan ja yksinkertaisempaan asennukseen häviämättä kuitenkaan maalämpöpumpun hyötysuhteessa

Kommentointi on suljettu.