Maalämpö

Lämpöpumppu toimii samalla periaatteella kuin jääkaappi tai pakastin, mutta sitä käytetään eri tavalla. Järjestelmä toimii kumpaan suuntaan tahansa: viilennystarpeen ilmaantuessa sisätiloissa voidaan lämpöä ohjata maaperään. Kesäaikaan maahan sidottu lämpö lisää järjestelmän kapasiteettia talviaikaan, eli viilennystarpeen vaihtuessa lämmitystarpeeksi on maaperällä enemmän varaa jäähtyä. Myös erillisistä lämmitysveden aurinkokeräimistä voidaan siirtää ylijäämälämpöä maaperään, jolloin järjestelmän tehosuhdetta pystytään kasvattamaan vielä lisääkin.

Vuonna 1853 lordi Kelvin hahmotteli lämpöpumpun ja vuonna 1855 Peter Ritter von Rittinger kehitteli sen. Tehtyään kokeita pakastimella, Robert C. Webber rakensi ensimmäisen suoran vaihdon^selvennä maalämpöpumpun 1940-luvun lopulla. Vuonna 1948 ensimmäinen kaupallisesti onnistunut projekti asennettiin Commonwealth Building -rakennukseen Portlandissa, Oregonissa. 1970-luvulla teknologiasta tuli suosittua Ruotsissa, ja siitä lähtien suosio on kasvanut hitaasti maailmanlaajuisesti. Avoimen kierron^selvennä järjestelmät hallitsivat markkinoita, kunnes vuonna 1979 polybuteeniputken kehitys teki suljetun kierron järjestelmistä taloudellisesti kilpailukykyisiä. Vuoteen 2004 mennessä oli asennettu yli miljoona yksikköä maailmanlaajuisesti. Joka vuosi noin 80 000 yksikköä asennettaan Yhdysvalloissa ja 27 000 Ruotsissa. Vuosina 2006–2011 Suomessa maalämpöpumppu oli yleisin valinta uusien pientalojen lämmitysjärjestelmäksi markkinaosuuden ylittäessä 40 %.^[6]

Maalämpöjärjestelmän putkisto on useimmiten asennettu kallioon porattuun kaivoon syvyyssuunnassa, mutta myös vaakatasoon routarajan alapuolelle kaivettu tai järven pohjalle sijoitettava lämmönkeruuputkisto on mahdollinen. Nesteenä putkistossa käytetään esimerkiksi bioetanolin (C₂H₅OH) ja veden seosta. Vaakatasossa toteutetun järjestelmän viilennysvaikutus pihapuutarhaan tulee ottaa huomioon suunnittelussa. Järjestelmän toinen osa on sisätiloissa sijaitseva laiteyksikkö, joka sisältää varsinaisen lämpöpumpputekniikan. Sisäyksikköä hyödynnetään lämmitysjärjestelmän lisäksi lämpimän käyttöveden valmistamiseen. Sisäyksikkö on kokoluokaltaan isoa jääkaappia vastaava laitos ja se sijoitetaan tyypillisesti kiinteistön tekniseen tilaan.^lähde?

 

 

Parhaimmalla hyötysuhteella lämpöpumppu toimii alhaisten lämpötilojen lämmönjakojärjestelmillä, vesikiertoisen lattialämmityksen tai ilmalämmityksen kanssa. Myös radiaattori- eli lämpöpatteriverkosto on mahdollinen, sillä laitteistolla saadaan ilman sähkövastusta tehtyä n. 58–65 °C vettä. Maalämpö soveltuu patterilämmitystaloon, mutta lattialämmitystalossa maalämmön hyötysuhde on parempi matalamman menoveden lämpötilan takia. Tämä perustuu siihen, että lämpöpumpun hyötysuhde on sitä parempi, mitä pienemmän lämpötilaeron yli lämpö siirtyy.^[1]

Maalämpö sopii varsinkin rakennuksiin, joissa on suuri energiankulutus, koska silloin se on kannattavin. Sellaisia rakennuksia ovat esim. liike- ja teollisuusrakennukset sekä rivi- ja kerrostaloyhtiöt. Maalämpö on suosittu ratkaisu myös omakotitaloissa vaivattomuutensa vuoksi, suurten hankintakustannusten ollessa suurimpana rajoittavana tekijänä. Maalämpöjärjestelmä mitoitetaan tapauskohtaisesti, sillä lämpöpumpun koko ja porakaivon syvyys riippuvat rakennuksen energiantarpeista. Porakaivon toteutus ei aina ole mahdollista, ja myös mahdolliset luvat esimerkiksi pohjavesialueella tulee selvittää. Järjestelmän alimitoitus on yleisin syy ongelmille, ja tämän välttäminen edellyttää vastuullisuutta myyjän taholta, mutta myös harkintaa ja valistuneisuutta ostajalta.^lähde?

Yleensä suuremmat kiinteistöt tarvitsevat useamman kaivon ja maalämpöpumpun muodostaman pumppukeskuksen optimaaliseen toimivuuteen.

Lämpökaivo jäähdyttää kallioperää noin 100 metrin säteellä ympäriltään. Maalämmön maaperää viilentävä vaikutus saattaa aiheuttaa puille juuristovaurioita. Pohjaveden lämpötila laskee parilla asteella alueilla, jossa maalämpöpumpulla lämmitetään vuodessa enemmän kuin viilennetään.^[7]

Maalämpöjärjestelmien myyntimäärät kasvoivat 2000- ja 2010-luvuilla moninkertaisiksi lähinnä kallistuneen lämmitysöljyn takia. Norjassa lämpöpumppuja on asennettu jopa 70 000 kappaletta vuodessa.^[8] Markkinoilla esiintyy runsaasti virheellisiä väittämiä ja mielikuvia koskien maalämpöä, lähinnä antaen ymmärtää että kyse olisi energialähteestä, vaikka kyse on pelkästään energian kuluttamisesta - tosin erittäin hyvällä hyötysuhteella. Maalämpö siis vaatii sähköä toimiakseen, ja loppuviimeksi sen ympäristöystävällisyys tai käytetyn energian uusiutuvuus on kiinni siitä, miten maalämmön kuluttama sähkö on tuotettu.

Maalämpö on erään tutkimuksen mukaan edullisempaa kuin kaukolämpö elinkaarensa aikana.^[9] Lisäksi maalämpöpumpulla kyetään myös jäähdyttämään, mikä ei edellytä erillistä kaukojäähdytysverkostoa. Ratkaisut kulkevat kuitenkin myös rinnakkain, maalämpöä hyödynnetään niinikään kaukolämmön tuotannossa, ja muitakin mahdollisuuksia tutkitaan ahkerasti.

Viime vuosien tekninen kehitys näyttää asettavan uusia haasteita maalämpöpumppujärjestelmille: puhtaalla ympäristöystävällisellä kylmäaineella (CO₂) toimivat ilma-vesilämpöpumput ovat tulleet markkinoille, ja ne soveltuvat osin samoihin tehtäviin kuin maalämpöpumput. Laitteiden etuna on myös ulkoyksikön pienempi koko ja yksinkertainen asennus, koska jäähdytys tapahtuu ulkoilmaan eikä järeää perusputkistoa maaperään tarvita. Niiden rajoitteena on kuitenkin toiminta kovilla pakkasilla, kuten perinteisilläkin ilmalämpöpumpuilla.^lähde?

Maalämmön ja vastaavien lämpöpumppujärjestelmien käyttö on kannattavimmillaan, jos samalla saadaan hyödynnettyä hukkalämpöä jostain muualta. Myöskin viilennyksen tarve esimerkiksi elintarvikeliikkeissä ja kylmävarastoissa on perinteisesti lämmitetty harakoille tai korkeintaan eteisaulaan, ja mahdollisiin synergiaetuihin ollaan vasta havahtumassa. Sivuvirtojen hyödyntäminen koskee myös energiataloutta, ja yhdessä muiden ratkaisuiden kanssa lämpöpumput ovat tärkeä osa sitä.^lähde?

• Lämmitysjärjestelmät – Motivan julkaisuja (Arkistoitu – Internet Archive)
• Pientalolämpöpumppujen toiminta käyttökohteissa (PDF) – Tampereen teknillinen korkeakoulu
• IEA Heat Pump Centre (Arkistoitu – Internet Archive) – OECD:n kansainvälisen energiajärjestön IEA:n lämpöpumppuohjelma
• Matalalämpötilajärjestelmien kansainvälinen energiatutkimusohjelma – VTT
• Geoenergia - uusiutuvaa energiaa jalkojesi alta - Työ- ja elinkeinoministeriö
• Geoenergiapotentiaali Suomessa (Arkistoitu – Internet Archive) GTK
• Janne Juvonen Toivo Lapinlampi: Energiakaivo, Maalämmön hyödyntäminen pientaloissa, Ympäristöopas 2013, Ympäristöministeriö (pdf)
• Lämpöpumppujen sanastoa