Lämmitysmuotona aurinkokeräimet ja vesikierto kiukaassa

Teksti. Pekka Hietala. Artikkeli on julkaistu aiemmin TM-Rakennusmaailma -lehdessä

70-luvun omakotitalon öljylämmityksen korvasi keräimet katolla ja kätevä kiuaslämpö.

Fossiilisesta uusiutuvaan

Vuonna 1976 valmistunut omakotitalo lämpeni öljykattilalla ja seinäpattereilla. Kun saunatuvan avotakka jäi toimettomaksi,  puuta poltettiin vain kiukaassa, joka lämpeni neljä kertaa viikossa. Myöhemmin avotakasta muurattiin leivinuuni, jonka lisälämmöntuotto pudotti öljynkulutuksen 1500 litraan vuodessa – Energiaksi muunnettuna tämä tarkoitti 15000 kWh lukemia vuodessa.

Lämmitysmuodon uudistamista oli aika miettiä öljykattilan tultua tiensä päähän – Uusi olisi maksanut noin 7000€ ja vaikka polttoöljy on halpaa, mielessä siinsi uusiutuva energia.

Fundamentaaliksi muodostuneen maalämpölahkon edustajan hintatarjous oli 17000€. Maalämpöjärjestelmä seinäpattereilla vaatisi lattialämmitystä korkeampia lämpötiloja, eli vastaisi paukkupakkasilla lähinnä suoraa sähkölämmitystä. Kaiken lisäksi talon tekninen tila sijaitsi makuuhuoneiden vieressä, joten huriseva kompressori saattaisi häiritä yöunia.

Vaihtoehdot alkoivat käydä vähiin ja ratkaisua lähdettiin hakemaan useamman vaihtoehdon hybridistä, joissa huomio suunnattiin käyttötottumuksiin. Lämpö otettaisiin saunan kiukaasta ja auringosta.

Lämmitysjärjestelmä on hybiridi:

Lämminvesivaraaja on 400 litran hybridivaraaja ilman sähkövastusta, joten lämmön vastaanottokapasiteetti voitiin maksimoida, koska siinä ei lämmitettäisi sähkövastuksella edes käyttövettä.

Kuva. Muovinen hybridivaraaja ilman sähkövastusta

Katolla on kolme NN10-HP 3 aurinkokeräintä, joiden laskennallinen vuosituotto on 2400kWh. Koska keräimet eivät tuota lämmintä käyttövettä talvipakkasilla, käyttövesiputkistoon asenettiin sähköinen 11kW suoralämmitys, joka kykenee pikakuumentamaan vettä hanaa aukaistessa. Samainen ratkaisu rakennettiin myös patterilämmitysjärjestelmään mutta 8kW kokoluokassa. Tämä laite huolehtii talon lämmityksestä, jos varaajassa ei ole tarpeeksi lämmintä vettä.

Kuva. Tyhjiöputki aurinkokeräin. 

Puukiukaan hormiin asennettiin vesikiertoinen lämmönvaihdin, joka ottaa talteen n. 20-50% kiukaan tehosta. Ilmoitettu nimellisteho vaihtimelle on 8kW.

Kuva. Kiuashormiin asennettava lämmönvaihdin tuottaa pesussa käytettävän lämpimän veden samalla kun saunaa lämmitetään. Hormin sisällä kulkeva vesikierukka on valmistettu titaaniseoksesta ja se kestää max. 850° C savukaasut. Lämmönvaihdin antaa veteen lämpöä 20-50% tulipesän tehosta. Hormiliitos (150 mm) on asennettavissa adapterien avulla normaaleihin kiukaisiin. 

Järjestelmää ohjaamaan asennettiin Sorel XHCC lämmönohjausjärjestelmä etähallinnalla. Ohjauksessa on yö- ja päivä -asetus. Yöllä järjestelmä pudottaa huonelämpöä pari astetta ja nostaa sitä päivällä. Järjestelmä on etäohjattavissa kännykällä, eli samainen yöasetus toimii myös poissaoloasetuksena. Järjestelmässä on yksi säätötermostaatti sisällä, sekä ulkolämpötila-anturi ulkona. Lämminvesikierrossa on tavalliset patteriventtiilit.

Kuva. Suorasähkölämmitin

Säästöpotentiaali vastaa käyttötottumuksia

Ensimmäisen lämmityskauden myötä voitiin jo tehdä johtopäätöksiä. Järjestelmä mukailee kulutustottumuksia, sillä sauna lämpiää talossa useampana päivänä viikossa ja tuottaa nyt siis myös lämmitysvettä. Matala öljyn nykyhinta toki pidentää järjestelmän takaisinmaksuaikaa mutta uusiutuvan energian hyödyntäminen lämmittää paitsi taloa myös sen omistajan mieltä.

Varaaja on järjestelmän sydän

Hybridivaraajan erikoisuus on pitkä lämminvesikierukka, joka kulkee koko varaajan läpi alhaalta ylös, joten se kykenee siirtämään lämpöä vedestä tehokkaasti. Jatkeena on jo mainittu suoralämmitin, joka lämmittää veden sähkövastuksella varaajan ulkopuolella tarvittaessa.

Idea on siinä, että varaajassa ei siis säilötä sähkövastuksella lämmitettyä vettä vain siksi, jos joku sattuu sitä tarvitsemaan. Niinpä varaaja kykenee ottamaan vastaan tehokkaasti kaiken auringosta ja kiukaanlämmityksestä saatavan energian. Tämä tekee varaajan kapasiteetin huomattavasti isommaksi.

Kuva. Kun aurinko on talvella piilossa, hoitavat sähkövastukset lämmityksen mutta sen osuus vuosittaisessa kulutuksessa vaikuttaa jäävän esimerkkikohteessa varsin kohtuulliseksi.

 Ensimmäisen lämmityskauden kulutuslukemia

Talon aiempi öljynkulutus kilowattitunteina oli jo mainitut 15000 kWh vuodessa ja kun tähän lisätään sähkönkulutus 7000 kWh, ollaan 22000 kWh vuosilukemissa.

Energiaremontin myötä öljylämmityskustannus (1500 litraa/ n. 1050€ vuodessa) on nyt poissa ja talo lämpiää sähkölämmityksellä (suoralämmittimet), aurinkokeräimillä, sekä puulla (kiuaslämpö ja leivinuuni).

Seurantajaksolla elokuu – helmikuu, sähkönkulutus on ollut yhteensä 8171,2 kWh. Aurinkolämmön tuotto tänä ajanjaksona on ollut 359 kWh.

Aiemmalla lämmitysjärjestelmällä vastaavalla ajanjaksolla sähkönkulutus oli 3883,4 kWh.

Sähkönkulutuksen nousu uudella lämmitysjärjestelmällä (johtuu suorasähkölämmittimistä) on ollut 7 kuukauden seurantajaksolla 4288 kWh.

Kun mukaan lasketaan aiemmin tarvittu öljyn osuus lämmitykseen, joka oli 15000 kWh/vuosi ja verrataan tätä uuden järjestelmän 7 kuukauden sähköenergiankulutukseen, eli 4288 kWh, voidaan todeta, että tätä menoa talon ostoenergiankulutus puolittuu, sillä lämmityskausi on jo lopuillaan.

Tämä on edellyttänyt saunankiukaan lämmittämistä talvikaudella noin neljä kertaa viikossa, sekä leivinuunin lämmittämistä kaksi kertaa viikossa. Puuta on kulunut noin 5m³ vuodessa, joka on saatu omasta metsästä.

Laskelma energiakustannuksista:

• Polttopuun ostohinta vuodessa noin 370€
• Öljyn vuosikustannus aiemmin noin 1050€.
• Sähkönkulutus lämmitykseen vuodessa noin 5500 kWh.
• Energialasku nyt sähkö (0,10 €/kWh X 5500 kWh) + puu (370€) = 920€/vuosi
• Summa ennen: öljy (1050€) + puu (370€) = 1420€/v.
• Erotus: 500e

Takaisinmaksuaika

Uuden hybridilämmitysjärjestelmän kokonaiskustannus asennuksineen oli 12000€. Nykyisellä poikkeuksellisen halvan öljyn hinnalla järjestelmän takaisinmaksuaika on 12000€/500€/v, eli noin 24 vuotta mutta siinä ei ole vielä koko totuus, sillä on huomioitava, että talon vanha öljykattila olisi pitänyt vaihtaa joka tapauksessa, jolloin sen investointihinnan (7000€) erotus hybridijärjestelmään (12000€-7000€) olisi ollut 5000€, joten tässä kohteessa uuden järjestelmän takaisinmaksuaika putoaa (5000€/500€/v) kymmeneen vuoteen.

Hybridilämmitysjärjestelmä:

• 3 kpl NN10-HP tyhjiöputki aurinkokeräimiä tuotto vuodessa noin
• 400L hybridivaraaja
• Vesikiertoinen kiuaslämpö (tuotto esimerkkikohteessa vuodessa noin 1500kWh)
• Suoralämmittimet lämmitykselle ja käyttövedelle, sekä Sorel XHCC lämmönohjaus etähallinnalla.

Passiivitalon mallikappale – Matkalla kohti ongelmattomia rakenneratkaisuja

Oulun koetalossa mallinnettiin paikallarakentamisen soveltuvuutta A-luokan energiavaatimuksiin – Se on työlästä ja kallista.  Kokemuksilla halutaan saavuttaa matalaenergiatason asumista ilman homeongelmia.

 

Tutkittu ja mallinnettu

Passiivitason edellyttämät tiiveys – ja eristevaatimukset ovat toimimattomina riskirakenteita. Jottei energiatehokkuuden nimissä syntyisi sutta, vaativista rakenneratkaisuista ja monimutkaisen talotekniikan yhdistelmistä kaivataan kipeästi kokemusta.

Ouluun valmistuneessa talossa kerättiin kokemuksia passiivitason rakenteiden (energialuokka A) toteuttamisesta ns. pitkästä tavarasta rakennettaessa.

Rakenteiden kylmäsillat on minimoitu ja vaipparakenteet eristetty, sekä tiivistetty huolella. Perustusratkaisuna toteutettiin ns. halkaistu sokkelimalli, jossa saavutetaan yhtenäinen lämpöeristekerros sokkelilta seinälle asti.

Kuva. Talon valmistuttua kosteusteknistä toimivuutta ja lämmöneristyskykyä mitataan rakenteisiin asennetuilla kosteus- ja lämpötila-antureilla. Mittausdatasta saadaan myös lisätietoa lämmitysjärjestelmän, sekä muun talotekniikan ja rakenteiden yhteensopivuudesta.

Koetalo oli osa energiatehokkaan rakentamisen IEEB (Increasing Energy Efficiency in Buildings)–projektia, jossa mukana toimi myös Oulun rakennusvalvonta.

Talon arkkitehtisuunnittelija on Pia Grogius ja päärakennesuunnittelijana toimi Juha Järvenpää. Vastaavana työnjohtajana ja detalji -suunnittelijana toimi Olli Huttunen rakennusliike A Vänttilä Oy:stä.

Hyvää ei saa halvalla

Rakennusprojektin myötä Olli Huttusen mietteet energiatehokkuuden hyödyistä ovat hieman ristiriitaiset. Hänen mielestään rakennukset kuluttavat yleisesti paljon energiaa ja ovat ilmastollisesti merkittävä kuormittaja. Lisäksi energian hinta tullee nousemaan edelleen, jolloin asumisen käyttökustannukset kasvavat.

Olisi siis järkevää rakentaa energiapihejä taloja mutta projekti opetti ainakin sen, että pitkästä tavarasta tehtynä nykytekniikoilla ja työtavoilla se on kallista. Esille nousi myös kysymys siitä, ovatko nykyiset rakennusmateriaalit sittenkään kovin ekologisia, sillä alumiinin ja muovin valmistus kuluttaa paljon energiaa ja niiden kierrätys ei ole helppoa.

Materiaalien valmistukseen ja kuljetuksiin käytetty energia voi siis pidemmälläkin aikavälillä olla suurempi, kuin niillä saavutettu hyöty rakennuksen energiankulutuksessa varsinkin, kun lämmittämiseen käytetään vaikkapa ilmaista aurinkoenergiaa.

Huttunen muistuttaa myös tiiviiden ja eristettyjen rakenneratkaisujen riskeistä. Lähtökohtaisesti passiivitason ratkaisut ovat rakennusfysikaalisesti arveluttavia, joten niiden toteuttaminen vaatii ammattitaitoa.

Rakennusaikainen materiaali- ja kosteudenhallinta pitää olla kunnossa, ettei jo työmaavaiheessa viritetä homepommia ja tämä koskee erityisesti paikallarakentamista.

Pilottitalossa tavoitteena oli rakentaa erittäin vähän energiaa kuluttava, turvallinen ja kestävä talo mutta ei pelkän energiatehokkuuden kustannuksella. Siitä oli määrä tulla myös viihtyisä koti, jossa taloautomaatio huolehtisi lämmityksestä ja ilmanvaihdosta.

Kuva. Energiatehokkaan talon on oltava tiivis kaikkialta. Saumoissa on SPU –vaahto, teippaus ja päällä vielä silikonikerros.

Talon pohjaratkaisu on energiatehokas suorakulmio mutta maustettuna vinoilla sisäkatto-osuuksilla, isoilla ikkunapinta-aloilla, sekä parvirakenteella, jottei kokonaisuudesta tule liian askeettinen.

Vaikka talo rakennettiin pitkästä tavarasta, haluttiin samalla eri rakenneosia mallintaa sarjatuotantoon, josko ne olisivat toteutettavissa taloudellisesti.

Kuva. Ilmanvaihtoputkisto kulkee alaslasketuissa katoissa, eli siis lämpimässä tilassa. Kattorakenteiden läpi kulkee vain savu – ja poistoilmahormi, sekä viemärin tuuletusputki.

Huttusen mielestä pitkälle vietyjen ja monimutkaisia rakenteiden tapauksessa kannattaa harkita korkeampaan esivalmistusastetta kuivissa ja hallituissa olosuhteissa. Myös tuotannon laadunvarmistus olisi näin helpompaa kuin työmaalla. Energiarakentamisessa kannattaa edelleen kehitellä osamoduuli- tai elementtirakenteita, jotka valmistettaisiin tehtaissa. Työmaalla tehtäisiin vain näiden osien liittämiseen tiiviisti toisiinsa, joka vaatii vielä detalji- ja komponenttisuunnittelua.

Kuva. Seinissä on 120mm SPU –levy ilmatiiviiksi teipattuna ja sen sisäpinnassa vielä 50mm mineraalivilla ehkäisemässä kaikumista. Sisänurkat on varmistettu peltikaroilla rakenteen elämisen estämiseksi.

Huttunen niputtaa että energiatehokkaan rakentamisen keskiössä on arkkitehti -, rakenne – ja LVIS – suunnittelun saumaton yhteistyö – Nämä ovat avainsanat laadukkaampien, ympäristöystävällisten ja energiatehokkaampien talojen rakentamiseen.

Huttunen uskoo koetalossa käytettyjen ratkaisujen olevan turvallisia ja hyviä, mutta työ ei ole taloudellisesti kannattavaa ainakaan Oulun korkeudella. Projektitalosta tuli uniikki, jonka matalaenergiaratkaisut olivat työläitä ja rakenneosien tuotteistettavuus hankalaa. Kirvesmiestyötunteja kertyi noin 500 enemmän, kuin vastaavankokoisessa mutta tavanomaisessa talossa. Lisälasku siitä oli noin 50000€.

 Rakenteet tiiviiksi ja kylmäsillat minimiin

• Talon ilmatiiveys on peräti 0,2, joten näiltä osin käytetyissä rakenneratkaisuissa on onnistuttu. Höyrynsulku on SPU-eristelevyä, joiden saumat on teipattu ja lisäksi muun muassa nurkkasaumoissa on käytetty joustavaa uretaanivaahtoa ja osalla rakenteita myös tiivistyskangasta.
• Seinärakennetta on myös lisäjäykistetty vinolaudoituksilla ja sisänurkissa on peltikarat saumojen rakenteiden elämisen estämiseksi ja SPU kerroksen ratkeamisten ehkäisemiseksi. Myös yläpohja on varmistettu tiheämmällä koolauksella.
• Rakenteiden kylmäsiltoja on vältetty asentamalla rungon nurkkatolpat erilleen, jolloin mineraalivillaeriste on saatu asennettua myös nurkissa riittävän leveänä kauttaaltaan kantavien tolppien väliin.

 

Kuva. Ovet ja ikkunat on vaahdotettu suoraan kiinni sisäpuolen SPU – levyeristeeseen ja kiinnitys varmistettu mekaanisesti. Ikkunoiksi harkittiin ensin seinärakenteeseen integroituja elementti-ikkunoita mutta kokemuksesta tiedettiin, että se olisi ollut työläs ja kallis ratkaisu. Lopulta päädyttiin energiatehokkaisiin (U-arvo 0,63) mutta perinteisiin ikkunoihin.

Rakenteet:

• Yläpohja. Sisäverhouslevy, ristikoolaus 22X100mm, 40mm alumiinipintainen SPU-levy, 150mm mineraalivilla, 500mm puhallusvilla, tuulensuojalevy, 100mm tuulettuva yläpohjatila, kattovaneri ja huopakate. U –kerroin 0,05 W/m²K.
• Vinoilla osilla sisäverhouslevy, ristikoolaus 22X100mm, 100mm SPU-levy, intello eristekangas, 150mm mineraalivilla, 500mm puhallusvilla ja 55mm tuulensuojaeriste.
• Paikallaan muottiin valettu antura ja halkaistu sokkeli, jossa keskellä 90mm SPU eristelevy, sekä sisäpinnassa 70mm SPU eristelevy. Lattiassa 200mm SPU eriste ja 80mm teräsbetonilaatta. U-arvo 0,11W/m²K
• Seinärakenne. Sisäverhouslevy, 50mm mineraalivillalevy (kaikumisen ehkäiseminen), 120mm SPU –levy, 175mm mineraalivilla, 50mm tuulensuojavillalevy, koolaus ja ulkoverhouslauta. U-arvo 0,07W/m²K. Kantava seinärunko 48mmX173mm, kantavat palkit ristikoiden kainaloissa lovettuna. Seinärakennetta on myös jäykistetty vinolaudoituksella.

 Käytettyjen rakenneratkaisujen hyödynnettävyys korjausrakentamisessa

Eräs Ritaharjun talon suunnittelutavoite oli mallintaa myös korjausrakentamiseen soveltuvia rakenteita.

Sokkelin ja seinän liitoskohta on eräs talon kriittinen rakenne, sillä esim. 80 ja 90-luvun taloissa sokkelin ulkopuolista lämpöeristettä ei ole, jolloin seinän ja sokkelin liitoskohdassa kosteus ja kylmyys pääsevät kulkeutumaan rakenteen sisään.

Koetalossa sokkelin, alapohjan ja seinän rakenneratkaisussa päädyttiin halkaistuun sokkelirakenteeseen, jossa on keskellä SPU levy lämpöeristeenä. Lisäksi seinärungon alaohjauspuu on runkotolppia kapeampi, jotta eristekerros saatiin kuljetettua yhtenäisenä rakenteena sokkelilta ylös seinään.

 

Kuva. Paikallaan muottiin valettu sokkeli on halkaistu ja seinärungon alaohjauspuu on runkotolppia kapeampi, jotta lämpöeristekerros kulkee yhtenäisenä sokkelilta seinälle.

Ratkaisulla on pyritty ehkäisemään kosteuden pääsyä rakenteen sisälle, jotta ei syntyisi otollisille olosuhteita homeelle. Yhtenäisellä eristekerroksella ei myöskään synny kylmäsiltaa seinän ja sokkelin saumakohtaan.

Rakenteen suunnitelleen insinööri Juha Järvenpään mukaan koetalon mallinnukseen haluttiin kokemuksia myös sellaisten vanhempien omakoti- ja rivitalojen energiaremonteista, joissa sokkelin ja seinärakenteen liitoksen kylmäsillat ovat kohdissa, joissa ilman huolellisesti suunniteltua lisälämpöeristystä mennään ojasta allikkoon. Mikrobeille syntyy herkästi otolliset olosuhteet.

Järvenpään mukaan korjausrakentamisessa on melko yleistä että eristettä on lisätty pelkästään seinärakenteen sisäpuolelle ja kaikki muu vanha rakenne on jätetty ennalleen – Näin olosuhteet rakenteen sisällä muuttuvat ja korjattu tilanne saattaa johtaa ”hometalon” syntyyn. Seinän sisäpuolen lisäeristäminen tulisi tehdä aina maltillisesti.

Turvallisempi lisäeristysmenetelmä on lisätä sitä ulkopuolelle, jolloin voitaisiin huomioida myös sokkelin lisäeristäminen.  Tämän tyyppistä rakennetta mallinnettiin nyt tässä koetalossa. Korjausrakentamisessa pitää silti tehdä rakennetarkastelu ja suunnittelu aina tapauskohtaisesti.

Koetalossa yhdistettiin perinteistä sokkelin sisäpuoleista eristystä, sekä ulkopuolelle lisättyä eristettä. Taloudellisista syistä päädyttiin malliin, jossa tämän ulkopuolisen eristyksen (90mm SPU-levy) tuli vielä betonipinta, eli syntyi ns. halkaistu sokkelimalli. Vaihtoehtoinen ratkaisu olisi ollut lisälämpöeristää sokkeli ulkopuolelta mutta kerros olisi pinnoitettava erikseen, jolloin rakenteesta tulisi vielä halkaistuakin kalliimpi toteuttaa.

Halkaistu sokkeli on paikallaan rakennettaessa noin 30€/m kalliimpi, kuin perinteinen vain sisäpuolelta eristetty sokkeli.

Myös sokkelirakenteisiin on asennettu kosteus- ja lämpöanturoita, joilla seurataan rakenteen toimivuutta tällä sijainnilla.

Talotekniikkaa

• Vesikiertoinen lattialämmitys
• Nereus 6kW maalämpölaite ja porakaivo
• Savosolar 6m² aurinkokeräinpaneelit
• Varaava tulisija
• Lämmön talteenotolla ja erillisellä maalämmitys/jäähdytyspiirillä varustettu ilmanvaihtokoje.
• Aurinkokeräimien lämpö ohjataan lämmitykseen, jos keräin tuottaa matalampaa lämpöä. Jos lämpötila on korkeampi, se ohjataan käyttöveden lämmitykseen. Liikalämpö ohjataan maalämpökaivoon.

 

Kuva. Ilmanvaihdossa on maapatterilla toimiva tuloilman esilämmitys/jäähdytys. Noin 4 asteinen maalämpö lämmittää tuloilmaa pakkasella ja jäähdyttää sitä helteellä pelkän kiertovesipumpun sähkönkulutuksella.

Laskennallinen energiankulutus

• Painotettuihin energiamuotokertoimiin perustuva laskennallinen energialuku 78 kWh(m2/vuodessa)
• Laskennallinen sähkönkulutus 6269 kWh/vuodessa (sähkön muotokertoimella painotetulla laskentatavalla 10657 kWh)

 

Kuva. Uusiutuvaa omavaraisenergiaa. Talon aurinkolämmön laskennallinen tuotto on 834kWh/vuodessa ja maalämmön tuotto 7756 kWh/vuodessa.

teksti. Pekka Hietala

 

Kuumailmakeräin kotikonstein

 

Aurinko talteen!

Yksikertaisen kuumailmakeräimen tekeminen ei vaadi erityistaitoja ja jos materiaaliksi kelpuuttaa perusrautakauppatavaraa, voi teho jäädä matalaksi, mutta niin jää hintakin.

Artikkeli on julkaistu aiemmin TM – rakennusmaailma lehdessä

Lämmin ilma on ilmaista

Kuumailmakeräimellä pyritään hyödyntämään auringon lämpöenergiaa ilmavälitteisesti. Markkinoilla on saatavilla kuumailmakeräimiä (mm. SolarVenti ja Sol Navitas), joihin voi olla integroituna myös aurinkosähkökenno, joka käynnistää keräimessä lämmenneen ilman puhaltamisen rakennukseen aina lämpötilan kohotessa riittävästi.

Kaupallisten kuumailmakeräimien hinta riippuu ainakin keräimen koosta ja pienimmät paneelit (kokoluokassa 0,2m2 maks. lämpöteho 200W) maksaa noin 500e. Isompien, kuten 0.7m2 paneelien (500w) hinta kohoaa jo 700 euroon ja siitä isompien jo tuhanteen euroon.

Hyvä kohde kuumailmakeräimille on kesämökeillä, asuntovaunuissa tai varastoissa, joissa ei välttämättä ole saatavilla sähköenergiaa, jolloin kuumailmakeräin ryhtyy tuulettamaan ja lämmittämään tilaa heti kevätauringon myötä.

Joulu-helmikuussa aurinkokeräimet uinuvat talviunillaan, jolloin niistä ei saavuteta merkittävää hyötyä. Merkitystä on myös sillä, että keskikesällä pienessä mökissä tai asuntovaunussa ei kaivata lisälämmittimiä, joten todelliseen tarpeeseen kuumailmakeräin tulee, (ja kykenee tuottamaan lämpöä) vain keväällä ja syksyllä. Mutta kun puhutaan ilmaisenergiasta, kaikki on aina kotiinpäin, edellyttäen että investointi pysyy järjellisenä.

Omatoimikeräin

Kotitekoisen kuumailmakeräimen tekoon houkuttaa sen suhteellisen yksikertainen rakenne ja välittäjäaineena toimiva ilma, joka on turvallinen, ei kuumene ylettömästi ja, mikä tärkeintä, ei aiheuta vuotaessaan katastrofia.

Myös ilma kevyenä välittäjäaineena on suhteellisen yksinkertaista siirtää puhaltimella, jolloin tehoakaan ei tarvita paljoa. Ilman kapasiteetti siirtää lämpöä on tosin nestettä heikompi, mutta toisaalta ilma alkaa lämmetä nopeasti vähemmälläkin energiamäärällä (auringon lämmitysteholla).

Kaupallisissa aurinko- ja kuumailmakeräimissä on käytetty tehokkaita mustia absorbtiopintoja lämmön maksimaaliseen keräämiseen, mutta se myös kohottaa laitteen hintaa.

Kotikonstein rakennettavassa lämmittimessä tyydyttiin keräinpintojen käsittelynä mustaan maaliin, mutta kotelorakenteen tiiveys ja lämpöeristys pyrittiin toteuttamaan mahdollisimman huolellisesti ja kunnollisista materiaaleista.

Keräimen pinta-ala on eräs merkittävimmistä seikoista aurinkoenergian pyydystämisessä, joten paneeleista tehtiin mahdollisimman isoja.

Koska kyseessä oli pelkkä kokeilu, ja auringon kuumentama ilma virtasi keräimessä maalattujen eristemateriaalien pinnoilla, ilmaa ei puhallettu suoraan sisätiloihin.

Tarkoitus oli vain kokeilla keräimen toimintaa, joten mahdollisesti materiaalipintojen kuumenemisessa erittyvät höyryt jätettiin analysoimatta ja kuumentunut ilma puhallettiin talon ryömintätilaan, jossa oli lämpöanturi mittaamassa laitteen tehoa. Keräimen lämmitysteho joutui siis melkoiselle koetukselle, sillä talven jäljiltä ryömintätila oli kostea ja kylmä.

 

Kuva 1. Rungon koko on 2700mmX1170mm. Sisään tulee mahtua 50mm eristelevy, 80mm lämmönkeräinputket, sekä pieni ilmarako etulevyn ja putkiston väliin.

Kuva 2. Takalevyksi kiinnitettiin liimalla ja ruuveilla tavallinen kovalevy, sillä paneeli tulisi rakennuksen räystään alle suojaan vesisateelta. Keräimen kaikki liitokset ja saumat tiivistettiin tiivisteliimamassalla.

Kuva 3. Keräinkotelo eristettiin kauttaaltaan sisäpuolelta 50mm styrofoamlevyillä, jonka saumoihin ruiskutettiin saumausvaahto. Ilmanlämmitysputket ovat taipuisaa ilmastointiputkea, jotka kiinnitettiin ja tiivistettiin päätylaatikoihin porattuihin reikiin.

Kuva 4. Keräimen kumpaankin päätyyn osastoitiin ilmankokoojalaatikot. Ulkoilma tulee takaseinässä olevasta reiästä toiseen päätyyn ja jatkaa virtaustaan lämmönkeräysputkia pitkin toiseen päätyyn, jonne lämmennyt ilma kootaan ja se jatkaa eteenpäin erillistä ilmastointiputkea pitkin lämmitettävään tilaan.  Ilmaa imetään keräimeen kanavapuhaltimella.

 

Kuva 6. Koska saatavilla oleva akryylilevyn koko oli vain 1250mmX1000m, keräimen runkoon tehtiin kehykset kolmelle vierekkäiselle levylle. Koko keräimen sisäosa mustalla spraymaalilla.

Kuva 8. Tuloilma otetaan keräimen takaa 125mm reiästä. Lämmennyt ilma ohjataan keräimeltä eteenpäin vastaavanlaisesta reiästä toisessa päässä, johon on kiinnitetty 125mm ilmastointiputki.

 Kokemuksia

Ensimmäinen valmistunut keräin asennettiin rakennuksen eteläseinälle nojalleen helmikuussa 2012. Lämpötiloja seurattiin keräimen sisäpuolella, sekä ulkona (varjossa) ja talon ryömintätilassa, jonne lämmennyt ilma ohjattiin.

80m2 ryömintätilassa olevan putken suulle asennettiin 30w kanavapuhallin, joka imee ilmaa keräimen läpi.

26.helmikuuta ulkolämpötila oli –4,5 ja ryömintätilassa oli +1 astetta. Auringon paistaessa keräimelle, lämpötila sen sisällä nousi +22 asteeseen, jolloin kanavapuhallin kytkettiin päälle. Virtauksen myötä paneelin sisälämpötila laski noin kymmenen astetta.

Ryömintätilan lämpötila nousi ensimmäisen koepäivän aikana +6 asteeseen, eli paneeli oli nostanut kostean (88%) ryömintätilan lämpötilaa 5 astetta. Pitkin kevättä auringon paistaessa paneeliin, sen lämpötila nousi aina yli 20 asteen, vaikka ulkona oli pakkasasteita.

Kun kevään myötä ulkolämpötila nousi plussan puolelle, myös lämpötila keräimessä kohosi edelleen, mutta näin tapahtui vain auringon paistaessa suoraan keräimelle.

Aurinko paistoi keräimeen huhti-elokuussa pilvettöminä päivänä keskimäärin noin viisi tuntia. Pilvisinä päivinäkin keräimen lämpötila nousi ulkoilmaan verrattuna mutta lämmönsiirtämisen kannalta se ei ollut merkityksellistä.

Kesäkuukausina keräimen tuottamaan lämpötehoon vaikutti myös lämpimämpi tuloilma, joka oli auringon lämmittämää ilmaa talon seinustalla. Kokeilun aikana ryömintätilan ilmanvaihtokanavat olivat suljettuina, jotta saataisiin tarkempi kuva keräimen kyvystä lämmittää sitä.

Kaksin aina kauniimpi

Kesäkuussa 2012 keräimen rinnalle asennettiin toinen samalla periaatteella toimiva, mutta hieman pienempi keräin (2170mmX1170mm). Etulevynä tässä keräinmallissa oli kaksoiskennolevy, joka oletettavasti eristää paremmin tuulelta ja virtauksilta.

Kumpikin keräin kytkettiin samaan kanavapuhaltimeen ja ryömintätilan lähtölämpötila oli aloitettaessa +11 astetta. Auringon paistaessa keräimille, niiden lämpötila nousi +40 asteeseen (keskipäivällä klo11-13) ja jo kahden päivän kokeen aikana ryömintätilan lämpötila nousi 4 astetta.

Keräimet ovat olleet nyt käytössä yli vuoden ja puhallus ryömintätilaan on toteutettu ajastimella kesäkuukausina aina klo 10-14 jolla ryömintätilan lämpötila on pysynyt yli +16 asteessa.

Tehdyn mittauksen perusteella ei voi vetää pitkälle vietyjä johtopäätöksiä omatekoisen kuumailmakeräimen tehoista, sillä siihen suoritettu mittaustapa on epäluotettava. Joka tapauksessa keräin kykeni lämmittämään ilmaa ympäröivää ulkoilmaa lämpimämmäksi, mutta siihen onko nähty vaiva ja satsaus kannattavaa, ei oteta tässä yhteydessä kantaa.

Eräs huomio kokeilussa oli myös se, että keräimissä käytetty (ja mustaksi maalattu) styrofoamlevy ei kestä auringon ultraviolettivaloa, vaan halkeilee ja rapistuu. Tästä syystä, sekä sisäilman laadun kannalta, keräimen lämpöeristepinnat tulisi päällystää ainakin niiltä osin, jossa kuuma ilma pääsee suoraan kosketuksiin eristepinnan kanssa (keräimen ilmakeräyslaatikot päädyissä).

Keräimet otettiin talviteloille elokuun lopussa, jonka jälkeen auringon lämmittävää vaikutusta ole merkittävästi muutoinkaan saavutettu. Syksy 2012 ja sitä seurannut talvi on ollut säätieteilijöiden mielestä erittäin pilvinen ja siihen on aurinkokeräinharrastajankin helppo yhtyä. Laitteesta on ollut iloa vain lämpimien kuukausien (huhti-elokuu) ajan, joka panee miettimään kennojen kaupallisten versioiden takaisinmaksuaikoja.

Tarvikkeet:

• Mitallistettu 148mmX48mm kuusi (3e/m)
• 50mm styrofoam levy (25e)
• Lämmönkeräinputket. 80mm taipuisa alumiininen ilmastointiputki (a9e)
• Tiivistys ja kiinnitykset. Saumavaahto (8e), saumausmassa (10e) ja tiivisteliima (5e).
• Kirkas akryylilevy (yht 150e). Toisessa keräinversiossa kaksikerroksinen kennomuovilevy (20e)
• 3mmX1220mmX2745mm kovalevy (6euroa)

Isomman keräimen materiaalihinnaksi tuli yht. 330e

Pienempi keräin kaksoiskennolevykannella yht. n. 200e

Sähkölämmityksen ohjausjärjestelmä

teksti Pekka Hietala

Älykäs sähkölämmitys hyödyntää pörssisähkön hintavaihteluja. Helposti asennettava ja etäohjattava järjestelmä huomioi myös asukkaan asettamat perusparametrit ja laskee talon lämmitysaikataulun, joka painottaa kulutusta halvoille tunneille. 

 

Säästö perustuu pörssisähkön hintavaihteluun

Suomessa on 600 000 – 700 000 suorasähkölämmitteistä taloutta, joissa energialasku kirpaisee varsinkin talvikuukausina. Pelkän päivä- ja yösähkön hintaan perustuva sopimus tuottaa pientä porkkanaa vaikka isompiakin herkkuja olisi tarjolla.

Perinteisessä sähkösopimuksessa hinnan vaihtelu on tasattu yhdeksi hinnaksi, joka on kaikille aina sama. Sen sijaan pörssisähkön hinta määräytyy pohjoismaisen sähköpörssin (Noord Pool Spot) ilmoittaman Suomen hinta-alueen mukaan. Hinta määräytyy tunneittain, johon energian myyntiyhtiöt lisäävät marginaalinsa ja verottaja arvonlisäveron. Pörssisähkön tulevan vuorokauden tuntihinnat julkaistaan aina edellisen vuorokauden iltapäivällä.

Suomalaisten energiayhtiöiden kuluttajan pörssisähkön hintaan perustuvia sähkösopimukisa voi käydä vertailemassa vaikkapa osoitteessa http://www.sahkovertailu.fi

Tuntikohtaista hinnoittelua

Pörssisähkösopimuksen myötä halvimmat kulutustunnit ovat siis ennakoitavissa. Pelkän päivä- ja yösähkön hinnoittelueroon verrattuna asialla on merkitystä, sillä pörssisähkön hinta voi vaihdella jopa yli 50% vuorokauden aikana. On laskettu, että pörssisähkön keksimääräinen hinta on ollut markkinoiden halvin, vaikka siihen kaikkien pörssien tapaan liittyy riskinsä markkinavaihteluista.

Pörssisähkösopimuksen myötä myös kotitalouksien tarve ja motivaatio tuntikohtaiseen kulutuksenohjaukseen lisääntyy. Ajantasaiset tiedot pörssisähkön hinnasta voi ladata vaikka älypuhelimelle Fingridin kotisivuilta.

Sähkönkulutuksen manuaalinen ohjaus tuntikohtaisesti vaatisi kuitenkin valppautta. Lämmityksenohjauksessa patteriventtiilien käänteleminen tuntikohtaisesti on mahdoton urakka. Sen sijaan kodinkoneiden (pesu- ja tiskikone) ”täsmäkäyttö” voisi jo sujua mutta saavutettava kokonaissäästö jää vaatimattomaksi.

Tilausta ohjauspalvelulle

On syntynyt markkinarako yksikertaisille ja helposti asennettaville sähkönohjaussovelluksille kotitalouksissa ja tähän mahdollisuuteen on tartuttu. Suomessa saatavilla on ainakin There ja CleBox -palvelusovellus älykkääseen sähkönkulutuksenohjaukseen.

CleBox keskusyksikkö asennetaan sähkökeskukseen, johon se tarvitsee verkkovirran, sekä internetyhteyden.

Asennettava laitteistokokonaisuus vaihtelee paitsi kohteen myös palvelupaketin tarjoajan mukaan. Asennustyö sinällään ei ole monimutkaista ja kaikissa tapauksissa tarvitaan keskusyksikkö, joka liitetään talouden kiinteään internetyhteyteen tai omaan mokkulaan. Lisäksi tarvitaan yksi tai useampi lämpötila-anturi keräämään lämpötilatiedot huoneistosta keskusyksikölle, sekä ohjausreleet lämmityspiireihin.

 

Cleworks – useampaankin rakennukseen skaalautuva ohjausjärjestelmä

Oululaisen Cleworksin tuote on CleBox sähkölämmityksen etäseuranta- ja ohjaussovellus, joka soveltuu kotitalouksiin ja vapaa-ajan asuntoihin. Lisäksi järjestelmä on laajennettavissa myös vaikkapa vuokrattaviin mökkikylin tai yhteisöihin, joissa vaikkapa mökin varaustietojen perusteella voidaan lämpötilaa nostaa valmiiksi tulevalle asukkaalle.

Tuotekehityksestä vastaava Pentti Palo kiteyttää lyhyesti CleBox palvelun keskeisimmät ominaisuudet asukkaalle. Palvelu hakee sähkön hinnat Nordpool-palvelusta sekä säätiedot ilmatieteen laitokselta, laskee kohteen sähkönkäyttösuunnitelman seuraavaksi vuorokaudeksi ja ohjaa sähkölaitteiden käyttöä sen mukaisesti. Mikäli käyttäjä muuttaa asetuksia, laskee palvelu saman tien uuden sähkönkäyttösuunnitelman.

Pörssisähkösopimukseen perustuvan hinnoittelun myötä palvelu kykenee hyödyntämään halvimmat tunnit koko vuorokauden ajan ja estämään sähkön käytön lämmitykseen kalleimpien tuntien aikana.

Esimerkkinä Palo antaa laskelman, joka perustuu toteutuneeseen sähkönhintaan viime vuoden lopulta. Energian hinnat (sis. ALV ja myyjän marginaalin).

Aikasähkö (www.sahkonhinta.fi) toistaiseksi voimassa oleva tarjoushinta on 4.9-8.2 c/kWh.

Nordpoolin lokakuun keskihinta oli 4.72 c/kWh

CleBox -ohjattu pörssisähkön keskihinta oli 4.14 c/kWh.

Kätevästi kännykältä tai päätteeltä

CleBox –palvelun myötä asukas voi itse seurata sähkön käyttöä ja määritellä erilaisia asetuksia omalta päätteeltään. Palvelun tehtävänä on huolehtia halvimpien tuntien hyödyntämisestä ja asetettujen lämpötila-arvojen noudattamisesta. Lämmityksen lisäksi laite voi toki ohjata muitakin sähkölaitteita.

CleBoxissa on kotona/poissa toiminto, jonka avulla voidaan pudottaa rakennuksen lämpötiloja poissaollessa huonekohtaisesti halutulla tavalla. Yleisenä nyrkkisääntönä pidetään, että yhden asteen pudottaminen sisälämpötilassa säästää lämmitysenergiaa noin 5%.

Laitteella voidaan ohjata lämmitystä sähkönhintaan perustuvan käytön lisäksi valitsemalla vaikkapa haluttu mukavuustaso. Mitä enemmän mukavuutta painotetaan, sitä tasaisemmin lämmitys tapahtuu ajallisesti. Tällöin sähkönkulutusta tapahtuu myös kalliimmilla tunneilla, kuin pelkästään hintaa painotettaessa.

Asennus

CleBox – järjestelmän osat ovat keskusyksikkö, releet ja lämpötila-anturit. Keskusyksikkö asennetaan normaalisti sähköpääkeskuksen yhteyteen ja liitetään internetiin joko kiinteällä laajakaistalla tai mokkulalla.

Releet asennetaan sähkökeskukseen lämmityspiirikohtaisesti (lattialämmityspiirit, seinäpatterit ja lämminvesivaraaja) ja maksimissaan releitä voi olla 12 kappaletta.

Lämpötila-anturit ovat langallisia ja niitä asennetaan rakennukseen tarpeen mukaan. Antureiden asennuksessa voidaan mahdollisesti hyödyntää esimerkiksi puhelinpistokkeilla ja hälytyslaitteilla jo olemassa olevaa valmista johdotusta. Muutoin johdotus on vedettävä keskusyksiköltä kohteeseen pinta-asennuksena tai koteloituna. Anturit voidaan yrittää ketjuttaa, jolloin keskusyksikölle ei tarvita, kuin yksi kaapeliveto huoneiden lämpötilojen mittaukseen. Jatkossa CleBox palveluun on tulossa myös langattomia antureita.

CleBox huoneistolämpötila-anturit ovat johdollisia mutta niiden asennuksessa voidaan hyödyntää olemassa olevaa johdotusta esim. tarpeettomaksi jäänyttä puhelinlinjaa.

Tietolaatikko:

CleBox

• Tarjolla on erikokoisia laitteistovaihtoehtoja. Perusmyyntipakkaus sisältää ohjausyksikön, 1 kpl muuntaja, 8 kpl releitä ja 3 kpl lämpötila-antureita.
• Hinta (sis.alv) 1224 € + asennus 366 €, yht. 1590 €. (Asennus arvonlisäverovähennyskelpoinen). Voidaan hyödyntää kiinteä internetverkko. Jos tarvitaan mokkula, lisähinta on n. 5€/kk.

CleBoxin plussat ja miinukset:

+ peruspaketissa useampi lämpötila-anturi

-langalliset lämpötila-anturit

Lisää sähkölämmityksen ohjausjärjestelmistä TM rakennusmaailma lehdessä 6/2015

Lämpöä taloon vaikka viemäristä

teksti Pekka Hietala

Yhä kiristyvien energiamääräysten myötä uusien omakotitalojen on tulevaisuudessa tuotettava kuluttamaansa energiaa itse. Vaatimus edellyttää siis kaiken mahdollisen hukkalämmön taltiointia. Viimeistään tuolloin lämpö otetaan talteen jo viemäreistäkin.

Energiatehokkaaseen rakentamiseen ohjaavat rakennusmääräykset astuivat voimaan 2012 ja lisää on luvassa. Jo vuoteen 2020 mennessä uusien talojen tulee olla lähellä nollaenergiatasoa, eli energiaa tulee tuottaa yhtä paljon kuin mitä lämmitykseen kuluu.

Energiatehokkuutta on haettu tähän saakka lähinnä rakennusten lämpöeristystä, eli eristevahvuutta, parantamalla. Nykyään matalaenergiatalojen seinävahvuus lähentelee jo puoltametriä ja passiivitaloissa ollaan jo sen yli. Talon eristämisessä alkaa siis rakennusalan ammattilaisten mielestä tulla sanan varsinaisessa merkityksessä ”seinä vastaan”.

Seuraavaksi nollaenergiataso on saavutettava talojen lämmitysjärjestelmien kehittämisessä, sekä uudistuvan energian hyödyntämisessä. Aurinkokeräimet (lämpö) ja aurinkopaneelit (sähkö) tulevat yleistymään edelleen tulisijojen ja lämpöpumppujen rinnalla.

Tulevaisuuden talo on useamman lämmitysmuodon hybridi, jonka yhteensovittaminen on suuri haaste. Erilaiset taloautomaatiojärjestelmät tulee valjastaa suunnittelemaan ja säätämään älykkäiksi muuttuvien omakotitalojen energiantuottoa ja kulutusta.

Kaikki mahdollinen energiahukka on pyrittävä tallentamaan, sillä matalaenergiatalojen energiankulutus on niin pieni, että vähäisempikin hukkaenergian pyydystäminen ja taltioiminen edustaa merkittävää osuutta.

Uusiin lämmöntalteenottomuotoihin kuuluu talon jäteveden lämmöntalteenottojärjestelmä. Keksintö ei ole aivan tavaton ja uusi mutta Suomessa se tunnetaan huonosti.

Oulun Hiukkavaaraan on nousemassa kaupungin ja alueella toimivien yritysten yhteishankkeena energiatehokkaan rakentamisen pilottikortteli. Tarkoitus on tutkia uusiutuvaan energiaan perustuvien lämmitysmuotojen soveltuvuutta rakentamissa.

Rakenteilla olevaan korttelin taloissa hyödynnetään aurinkolämpöä ja sähköä mutta taltioidaan myös jopa talosta poistuvaa jätevettä.

Hiukkavaarassa tavoitteena on tutkia ja mitata, sekä mallintaa tulevaisuuden lämmitysmuotojen soveltuvuutta pohjolan olosuhteisiin. Lisäksi halutaan kokemuksia erilaisten lämmitysmuotojen (lämpöpumput, tulisijat, aurinkoenergia jne.) yhteensovittamisesta samassa talossa.

Eräs mielenkiintoisimmista hankkeista on omakotitalo, johon rakennetaan jäteveden lämmöntalteenottojärjestelmä.

Talo on rakennettu passiivitasolle eristämällä ja tiivistämällä se huolella ja asentamalla siihen energiatehokkaat ikkunat. Suorasähköllä lämpiävän talon arvioitu vuosittainen sähkökulutus (taloussähkö, valaistus ja lämpö) on noin 5000kWh.

Nollaenergiatasolle pääsemiseksi taloon asennetaan harmaan jäteveden lämmön talteenottojärjestelmä. Vaikka ajatus tuntuu oudolta, kyseessä on varsin merkittävä energiapotentiaali, sillä 120m2 talon asukkaat käyttävät vuodessa noin 70000 litraa lämmintä käyttövettä, joka lorisee viemäreistä hukkaan.

Keskikokoisessa omakotitalossa valuu vuosittain viemäreistä hukkalämpöä jopa 8000kWh.

Pelkästään jo käyttöveden mukana valuu viemäreistä alas arviolta 4200kWh lämpöenergiaa ja lisäksi tulee vielä pesukoneet, joiden huuhteluvesissä lämpöenergiaa katoaa saman verran. Tästä energiamäärästä on mahdollista ottaa yli 50% talteen, jolloin puhutaan reilusti yli 3000kWh taltioitavissa olevasta lämpöenergiamäärästä vuodessa.

Nollaenergiatasolle pääsemiseksi taloon ei siis tarvittaisi jäteveden lämmön talteenoton lisäksi, kuin esimerkiksi aurinkokeräimet tai tulisija, jolloin lisäinvestoinnit pysyvät kurissa, eikä kalliita maalämpöjärjestelmiä tarvitse edes harkita.

Rakenteilla oleva jäteveden lämmön talteenottojärjestelmä perustuu maahan upotettavaan harmaavesisäiliöön, joka sisältää vesitiloja ja lämmönvaihdinkierukoita eri tarkoituksia varten. Laite siirtää mm. lämpöenergiaa lämpimään käyttöveteen, sekä esilämmittää talon tuloilmaan pakkaskaudella.

Säiliössä on lämmöntalteenoton seurauksena myös viileää vettä, joten sitä voidaan käyttää kesäkaudella tuloilman jäähdyttämiseen.

Hankketta on rahoittamassa mm. ELY-keskus ja sille on haettu mallisuojaa, koska siitä on tulossa kaupallinen versio kuluttajakäyttöön.

Ouluun rakennetuissa passiivikerrostaloissa jätevedestä saadaan talteen noin 25% käyttöveden lämmittämisen tarvittavasta energiamäärästä.

Oulussa jätevesien lämmöntalteenottojärjestelmä on käytössä myös kerrostalokohteessa. TA-yhtymä rakensi Ritaharjuun kaksi passiivikerrostaloa, joissa on ns. harmaan veden lämmöntalteenotto. Tämä lämmin vesi on peräisin peseytymisestä, sekä pyykin ja astioiden pesusta. Harmaan veden erottamiseksi kohteeseen on rakennettu kaksi erilistä viemäriverkostoa. Harmaasta vedestä talteen otettu lämpöenergia käytetään käyttöveden esilämmitykseen. Järjestelmästä talteen otettava lämpöenergian määrä on 50MWh/vuodessa. Vertailukohtaa antaa se, että lämpimän käyttöveden valmistukseen tarvittava energiamäärä on kohteessa 180MWh. Kyseessä on siis varsin merkittävä säästö.

Volter – Electricity from the woodgas

Pekka Hietala

Volter power plant produces electricity and thermal energy by gasifying the woodchips. New indoor –model electric power output is 40kW but plants can also be connected side by side, if more effeciency needed.

Wood gasification

The wood will gasify in the high temperature if there is oxygen minimally available. The product gas which forms in the pyrolysis can be used as fuel of the combustion engines.

Wood gas was familiar fuel of the vehicles of the formely times. The problem in the combustion engines was tar contained by the gas. Later the technique has been developed to improve the quality of the wood gas. The problematic tar can be broken to smaller particles during the gasification process.

Wood gas generator with combustion engine provides an interesting way to produce energy from renewable fuel. Electric energy can be obtained, when the wood gas engine is connected to a generator. Also the heat which is created in the process can be utilised.

Finnish power plant manufacturer Volter has examined the gasification of the wood and after few years of product development has built the power plant capable of produces electricity and heat. The fuel of the power plant is woodchips.

Product gas consist about 17% of hydrogen 25% of carbon monoxide and 2% of methane. In the cleaning device that has been connected to the gasification process a soot and coal can be separated furthermore. When burning, product gas emissions are only water vapour and carbon dioxide which has bound itself to the wood.

 Wood gas which is suitable for a motor

The Technical Research Centre of Finland (VTT) has studied the contents of Volter powerplant product gas. In the results it was mentioned that product gas is very clean so the gasifying process is idealised. The contents of tars were very small and there were really no compounds heavier than the naphthalene in gas. Output power level of plant or the fuel itself did not have an effect on the tar content on basis of the measurings either.

Volter CHP -power plant produces electricity 40kW and heat 100kW. According to managing director Jarno Haapakoski, the plant is suitable for example for an industrial establishment, to a farm or for the group of the residential buildings. When plant is connected to the country network it is possible to sell the electricity produced by the plant. The plant can be equipped, if necessary, also as an independent energy islet.

To create optimal power plant Volter was first concentrated especially on functional technique in the product development. The first model was packed in a container which can be landscaped to their environment on alternative covering materials.

The power plant container can be placed on a yard and connected to the electric and heat network of the buildings. The demand is that in all the buildings heating systems should based on water circulation. Heat produced by the power plant can be also utilised, for instance drying of the woodchips or, on the farms, for the drying of the corn.

According to Jarno Haapakoski, 80% of the plants is sold abroad. Container model produced considerable transportation costs so a new model which could be installed in a finished building was needed – Time was ripe to a new compact power plant model.

Indoor 40 – new covering but familiar effect and technique

 

New compact indoor model produces also 40kW electricity and 100kW heat –  The tested technigue is familiar of the container power plants but now installed the steel body frame which has been covered metal sheet.

The outside measures of the plant are length 4820mm, width 1270mm and height 2500mm, so it can be installed in a small state. Plant has been designed to be installed in the interior so a cover is sound-proofed and plant has an efficient heat recovery in it. The woodchip feeding takes place from the top of the device and the necessary interfaces are also ready. The ash removal has also been automated.

Indoor -model can serve as an individual unit or plants can be connected side by side. The wholeness can be use to produce heat for example to a district heating net and electricity can be produced for own purposes or to be sold.

At side by side connection model capacity of electricity and heat can be added or reduced fast and flexible according of needs. Also the maintenance of devices goes without interrupting production. In the side by side connection for example the production of the electricity can be adjusted between 30 kW – 500kW.

Volter the power plants can also be connected side by side

Volter has distribution channels in Europe, in North America and in Australia. The device deliveries have been made to the following targets:

• 3 x 30kW Oulu district, Finland, 2009-2011
• 40 kW Nurmes, Finland, 2012
• 30 kW Ilomantsi, Finland, 2013
• 40 kW, Alpua, Finland, 2013
• 70 kW, Stamford, UK, 2013
• 40 kW, Oulu, Finland 2014
• 40 kW, Timmins, Ontario, Canada, 2014
• 30kW, Leeds, UK, 2014
• 80 kW, Sydney, Australia, 201480 kW, Grasheide, Belgium, 2015

Model:       Volter 40

Fuel:          Wood chips (birch, spruce, pine, aspen)

Fuel moisture: <18%

Particle size: 8mm ≤ P ≤ 50mm, fine particles (<3,15mm) <1%, all <63mm

Fuel supply: Spring agitator, auger, rotating feeder

Gasmotor: Agco Sisu Power 8,4L, 6-cyl.

Output:     Generator output 30kW (40kW), thermal 80kW (100kW)

Plant usage (e): ca. 1,5-2,5kW

Fuel consumption:      ca. 3,5 m3 (4,5 m3) of chips/24h at 100% power level

Automation: Schneider electric PLC, GSM –alarms, remote internet control

Connections: Electricity cable, Heat channel, water line, broadband, GSM-connection

Ash removal: Automatic ash removal

Maint. interval: once a week

 

The ecovillage shows the direction for the future

 

The energysociety of 10 detached houses served as the pilot target for Volter power plant product development. Ecovillage was not connected at all to the country network.

The development work of the Volter power plant was begun at 2009 by founding the ”energysociety” of 10 detached houses. This ecovillage was not connected to a country network so the electricity and heat needed by the houses had to be produced in all the situations with an own power plant. The development work that had been made in front of the compulsion led to the reliable technique.

The ecovillage was a totally self-sufficient energy islet during the development work so a reserve power machine was needed and the produced electricity was stored to a 200 V batteries which reservation capacity is 6200Ah. In the power plant building there is a boiler of 7000 litres from which the heat was divided into house-specific smaller boilers.

The power plant has produced electricity 70580 kW per year and heat 228,700 MWh. A five year pilot episode succeeded because all electricity and heat were independently produced.

Power plant with high standards

The power plant can be landscaped to suit its environment.

The standard of the first container plant that has been delivered to the customer was extremely challenging.

The area of the buildings was altogether 400m² so the heat need was relatively minor with respect to the capacity of the power plant. The power plant produces electricity only a third compared to the heat but still the demands into an electricity produce were high. The electricity would be sold to the country network whenever possible.

To adjusting to different production situations was required of the power plant. Furthermore, the reliable operation of the power plant was an absolute precondition. Also the landscaping of a plant and woodchip warehouse to the yard required special arrangements. The unit is a energyislet and there are the intelligent mains supply, fully automation and follow-up of the energy consumption.

The logic control (PLC) of the unit is able to adjust electric power when necessary. The operation of the plant can be followed and can be adjusted with the help of the remote connection for example with a computer or telephone.

The plant unit is able to scale electricity production on the space 10–30 kW and it serve independently also in the interruptions in the distribution of electricity of the country network.

The unit will produce 129MWh of electricity in a year from which about 50 MWh is sold. The heat is produced 450 MWh in a year and the wearing of the woodchip is about 700 MWh.

Renewable energy at use on the contryside

Power plant and chip warehouse side by side. The electricity and the heat are produced to 300 cattle farm.

The first Volter power plant that has been delivered to a Finnish farm produces 40kW electricity and 100kW heat. On the farm there are 300 cattle and it produces a million litre of milk per year and corn also. The electricity consumption was 350000kWh in a year. Furthermore, there was an oil heating in the buildings.The power plant was delivered to the farm in the container and a woodchip warehouse was built next to it. The feeding of the woodchip to the plant from the warehouse has been automated. The power plant was connected as part of a country network so the surplus electricity is sold out and if necessary, is bought from there when needing electricity. The plant is able to produce all heat needed and it is possible to utilise the extraheat also in corn drying and drying of the woodchip. The woodchip which is dry enough (moisture <18%) is a precondition for the operation of the power plant.In the dryer warm air is directed to the woodchip pile with the duct fan from below. 50 cubic metres of chip will dry in three days.

Optimal product gas is created from an good quality and dry woochips

The plant has been run forexample in mild weather (<-10°C) directed with the heat need an about 45% effect in which case the plant will spend woodchip in about 2m³/a day. With this driving model the power plant has been able to produce the electricity which is half of the need 16000kWh/month. The heat is always sufficiently obtained.

The maintenance of the power plant can be made without the specialisation. The automatism manages the cleaning of filters independently. The forming coal is automatically carried to the container which is emptied twice per week. The oil change of the gas motor is performed at intervals of 500 hours.

Volter omasähkövoimala

Volter puukaasuvoimalalla tuotetaan ympäristöystävällistä sähkö- ja lämpöenergiaa – Uuden indoor mallin sähköteho on 40kW mutta tehon kasvattamiseksi näitä mikrovoimaloita voidaan tarvittaessa liittää myös rinnakkain.

teksti: Pekka Hietala

Puun kaasutus

Puu kaasuuntuu korkeassa lämpötilassa, jos happea on tarjolla minimaalisesti.  Kaasuttamalla voidaan tuottaa polttomoottorin soveltuvaa polttoainetta ja kun moottori kytketään generaattoriin, saadaan sähköenergiaa. Myös prosessissa syntyvä lämpö voidaan hyödyntää.

Suomalainen Volter Oy on kehittänyt puuhakkeen kaasutusta ja kehittänyt siihen perustuvan voimalamallin, joka tuottaa sähköä ja lämpöä.

Puun kaasuttaminen, eli pyrolyysi oli jo entisaikojen ajoneuvojen häkäpöntöistä tuttu menetelmä, jossa kuitenkin tervapitoinen kaasu tukkeutti moottoria. Volter Oy:ssä kaasutustekniikkaa on kehitetty tuotekaasun laadun parantamiseksi. Ongelmallinen terva saadaan nykyään hajotettua pienemmiksi hiukkasiksi ja tuotekaasusta noin 17% on vetyä, 25% häkää ja 2% metaania. Prosessiin liitettävässä puhdistuslaitteessa tuotekaasusta voidaan lisäksi erotella noki ja hiili. Palaessaan tuotekaasun päästöt ovat vesihöyryä ja uusiutuvaan polttoaineeseen, eli puuhun sitoutunutta hiilidioksidia.

Moottorille soveltuva tuotekaasu

VTT tutki Volter voimalan tuotekaasun terva,– ja pääkomponenttien pitoisuuksia vuonna 2012. Tuloksissa mainittiin, että tuotekaasu on hyvin puhdasta ja kyseessä on ideaalisesti toimiva myötävirtakaasutin. Tervojen pitoisuudet ovat hyvin pieniä ja mikä tärkeintä naftaleenia raskaampia yhdisteitä ei kaasussa juurikaan ole.  Tehotasolla tai polttoaineella ei myöskään ollut mittausten perusteella vaikutusta tervapitoisuuteen.

Paras tuotekaasu syntyy hyvälaatuisesta ja kuivasta puuhakkeesta

Puukaasu CHP -voimala

Volter Oy:n pyrolyysiin perustuva haketoiminen CHP – voimala tuottaa sähköä 40kW ja lämpöä 100kW. Toimitusjohtaja Jarno Haapakosken mukaan tämä teholuokka soveltuu tyydyttämään esimerkiksi teollisuuskiinteistön, maatilan tai vaikkapa pientaloyhteisön sähkön ja lämmöntarpeen. Valtakunnanverkkoon liitettynä voimalan tuottamaa sähköä on mahdollista tuottaa myyntiin. Voimala voidaan tarvittaessa varustaa myös itsenäiseksi energiasaarekkeeksi.

Aluksi Volter Oy:n tuotekehityksessä keskityttiin erityisesti toimivaan tekniikkaan ja syntyi ensimmäinen voimalamalli joka pakattiin konttiin, joka on maisemoitavissa ympäristöönsä vaihtoehtoisilla verhousmateriaaleilla.

Voimala voidaan toimittaa valmiiseen rakennuskokonaisuuteen, perustettavaan energiaosuuskuntaan tai vaikkapa maatilalle. Kohteen rakennuksissa tulee olla vesikiertoinen lämmitysjärjestelmä.

Lämmönhyödyntämistä voidaan laajentaa pelkkien rakennusten lämmittämisestä vaikkapa hakkeen, tai maatiloilla viljan kuivaamiseen. Sähkö kannattaa hyödyntää omassa käytössä ja myydä ylimäärä valtakunnanverkkoon.

Jarno Haapakosken mukaan jo 80% Volter -voimaloista menee vientiin. Konttivoimalaitokset tuottivat huomattavia kuljetuskustannuksia kokonsa vuoksi ja lisäksi tarvittiin malli, joka olisi asennettavissa valmiiseen rakennukseen – Aika oli kypsä uudelle kompaktille voimalamallille.

Indoor 40 – uusi ulkokuori mutta tuttu teho ja tekniikka

Indoor -voimala on suunniteltu asennettavaksi rakennukseen sisälle ja niitä voidaan tarvittaessa kytkeä useampi rinnakkain.

Uusi Volter indoor tuottaa sähköä 40kW sähköä ja 100kW lämpöä. Indoor -mallissa on konttivoimaloista tuttu ja testattu tekniikka asennettuna metallirunkoon, joka on verhottu näyttävällä ohutlevyrakenteella.

Voimalan ulkomitat ovat pituus 4820mm, leveys 1270mm ja korkeus 2500mm, joten laitos on asennettavissa pieneen tilaan. Laitos on suunniteltu asennettavaksi sisälle rakennukseen, joten siinä on äänieristetty kuori, sekä tehokas lämmöntalteenotto.

Hakesyöttö on toteutettu laitteen päältä ja sekä sähkö-, että lämpöverkkoon laitos on kytkettävissä sivussa olevista liittymistä. Pakokaasu on ohjattavissa ulos laitteen päällä olevasta yhteestä.

Indoor voi toimia yksittäisenä yksikkönä tai laitoksia voidaan vaihtoehtoisesti kytkeä useampi rinnakkain. Useamman laitteen kokonaisuus voidaan liittää vaikkapa kaukolämpöverkkoon ja samalla tuotetaan sähköä myytäväksi valtakunnanverkkoon. Useamman laitteen rinnakkainkytkennällä saavutetaan myös hyödyllistä skaalautuvuutta, sillä kapasiteettia on nopeasti lisättävissä tai vähennettävissä sähkön ja lämmöntarpeen mukaan. Myös laitteiden huolto sujuu tuotantoa keskeyttämättä. Asentamalla voimaloita rinnakkain sähköntuotantokapasiteettiä voidaan säätää esimerkiksi 30 kW – 500kW välillä.

Volter Oy:llä on valmiit jakelukanavat Euroopassa, Pohjois-Amerikassa ja Australiassa. Laitetoimituksia on tehty seuraaviin kohteisiin:

• 3 x 30kW Oulun alue, Suomi, 2009-2011
• 40 kW Nurmes, Suomi, 2012
• 30 kW Ilomantsi, Suomi, 2013
• 40 kW, Alpua, Suomi, 2013
• 70 kW, Stamford, Englanti, 2013
• 40 kW, Oulu, Suomi 2014
• 40 kW, Timmins, Ontario, Kanada, 2014
• 30kW, Leeds, Englanti, 2014
• 80 kW, Sydney, Australia, 2014
• 80 kW, Grasheide, Belgia, 2015

Vuonna 2015 Volter toimitti vientiin 22 voimalaa.

Volter –40 Indoor

Polttoaine: Puuhake (koivu, mänty, kuusi, haapa)

Polttoaineen kosteus:    <18%

Polttoaineen syöttö: Jousipurkain, ruuvi- ja ketjukuljettimet, lokerosyötin

Moottori: Agco Sisu Power, 6-cyl

Teho: Generaattoriteho 40kW, lämpöteho 100kW

Polttoaineen kulutus: 24 h/vrk käytöllä ja 100% teholla noin 4,5m³ irtokuutiota/vrk.

Automaatio: Automatisoitu prosessi. Schneider electric PLC, GSM –hälytykset, etävalvonta

Liitännät: Sähkökaapeli, lämpökanaali, nettiyhteys, GSM liittymä

Tuhkanpoisto: Automaattinen tuhkanpoisto

Huolto: 1,5h/viikko.

Muuta: Tyypillinen lämpöverkon menolämpötila +65-+75C, paluu +35-+45C.

Ekokortteli näyttää suuntaa tulevaisuuteen

Volter voimalan kehitystyö aloitettiin yli viisi vuotta sitten 10 omakotitalon muodostamassa energiaosuuskunnassa. ”Ekokorttelia” ei liitetty lainkaan valtakunnanverkkoon, joten talojen tarvitsema sähkö ja lämpö oli pakko tuottaa omalla voimalalla. Tämä selkä seinää vasten tehty kehitystyö ohjasi projektia käyttövarmuuden suuntaan, joka on voimalajärjestelmän perusta.

Koska ekokortteli oli kehitystyön ajan täysin omavarainen energiasaareke, tuotettua sähköä varastoitiin 200V akustoon, jonka varauskapasiteetti on 6200 Ah. Lisäksi tarvittiin varavoimakone. Voimalassa on 7000L lämminvesivaraaja, josta lämpöä jaettiin talokohtaisiin pienempiin varaajiin ja sieltä käyttöön.

Voimala on tuottanut saarekkeeseen vuosittain sähköä noin 70580 kW ja lämpöä 228,700 MWh.

Viiden vuoden pilottijakso onnistui suunnitellusti, sillä sähkö ja lämpö saatiin tuotettua saarekemuotoisesti ja voimalakonsepti tuotteistettua valmiiksi.

Volter voimalan pilottikohteena toimi 10 omakotitalon energiaosuuskunta, jota ei liitetty lainkaan valtakunnan sähköverkkoon

Madekoski

Jarno Haapakoski pitää ekokorttelin pilotointimallia tuotekehityksessä niin tehokkaana, että sen jälkeen jatkettiin samalla linjalla – Ensimmäisen asiakkaalle toimitetun konttivoimalan vaatimustaso oli myös korkein mahdollinen.

Omasähkövoimala voidaan maisemoida pihapiiriin sopivaksi.

Kohteessa lämmitettäviä neliöitä oli n.400m². Koska voimala tuottaa sähköä vain 1/3 –osan lämpöenergiaan nähden, tämän kohteen lämmöntarve oli voimalan kapasiteettiin nähden suhteellisen vähäinen.

Silti sähköntuottovaatimukset ovat korkealla, sillä sähköä myytäisiin valtakunnanverkkoon aina kun mahdollista. Voimalalta vaadittiin siis säätyvyyttä erilaisiin tuotantotilanteisiin. Myös voimalan ja hakevaraston maisemointi pihapiiriin vaati erikoisjärjestelyjä ja laitteiston toimintavarmuus oli ehdoton prioriteetti.

Voimalassa ja siihen kytketyssä rakennuskokonaisuudessa on älykäs sähköverkko ja pitkälle viety automatiikka sekä energiankulutuksen seuranta.

Yksikön ohjelmoitava logiikkaohjaus (PLC) kykenee säätämään kaasumoottorin tuottamaa tehoa ajamalla moottorille vastamomenttia sähkötehon tarpeen mukaan. Laitoksen toimintaa voidaan seurata ja tarvittaessa säätää käyttöpaneelista paikanpäällä tai etäyhteyden avulla esimerkiksi älypuhelimella.

Voimalan sähkön nimellisteho on 30kW (80kW lämpö) mutta se skaalautuu sähköntuottoon välillä 10–30 kW ja kykenee akustonsa ansiosta toimimaan itsenäisesti myös sähkökatkoksissa.

Voimala tuottaa nykyisellä ajotavalla 129MWh sähköä vuodessa, josta myyntiin saadaan noin 50 MWh. Lämpöä saadaan 450 MWh ja haketta kuluu noin 700 MWh.

Kuittinen

Ensimmäinen maatilalle toimitettu laitos edusti teholuokaltaan jo Volter Oy:n päätuotetta, eli teholtaan 40kW sähköä ja 100kW lämpöä tuottavaa voimalaa.

Voimala ja hakevarasto vierekkäin. Sähköä ja lämpö tuotetaan 300 tuotantoeläimen maatilalle.

300 tuotantoeläimen tila tuottaa vuosittain miljoona litraa maitoa, sekä myös viljaa. Sähköä tila kuluttaa 350000kWh vuodessa. Lisäksi rakennuksissa oli öljylämmitys. Volter omasähkövoimalan myötä tavoiteltiin roimaa pudotusta sekä sähkö-, että lämmityslaskuissa.

Voimala toimitettiin erillisessä kontissa, jonka vierelle valmistui hakevarasto. Hakkeen syöttö on täysin automatisoitu kuljettimilla.

Tilalle rakennettiin voimalan myötä oma lähilämpöverkko ja sähköistyksen osalta eri rakennukset varustettiin energiamittareilla. Voimala liitettiin osaksi valtakunnanverkkoa, joten ylimääräsähkö ajetaan verkkoon ja vaihtoehtoisesti sieltä ostetaan sähköä tarvittaessa.

Lämpöä kyetään hyödyntämään rakennusten lämmittämisen lisäksi viljankuivaamisessa, sekä varsinkin tarvittavan hakkeen kuivaamisessa. Tilalle ostettavan hakkeen kosteusprosentti on yli 25% ja se kuivataan itse. Kuiva hake on edellytys voimalan optimaaliselle toiminnalle.

Erillisessä hakekuivaamossa on pohjalla reikälevy, johon ohjataan alakautta kanavapuhaltimella lämmönvaihtimen läpi virtaavaa ilmaa. Yhteensä 50 kuution hakepatjaa kuivataan 3 vuorokautta, jolloin kosteusprosentti putoaa alle kymmeneen.

Voimalaa on ajettu lauhalla kelillä (alle -10C°) tilan lämmöntarpeen ohjaamana noin 45% teholla, jolloin voimala kuluttaa haketta noin 2m³/vuorokaudessa.

Sähköä voimala on kyennyt tuottamaan em. ajomallilla noin 16000kWh/kk, jolla on katettu puolet tilan sähköntarpeesta. Lämpöä on saatu aina riittävästi.

Automatiikka huolehtii suodattimien puhdistuksesta ja kaasutuksen jätteenä muodostuva hiili kulkeutuu automaattisesti 200 litran tynnyriin, joka tyhjennetään 3 päivän välein.

Voimalan toiminta on niin lupaava, että tilan isäntä Jouni Korhonen on valmis suosittelemaan laitteistoa muillekin.

Tuloilman esilämmitys maapiirillä

Tuloilman esilämmitys maapiirillä parantaa talon energiatehokkuutta

Teksti: Pekka Hietala

Ilmanvaihtolaitteeseen liitetty yksinkertainen maapiiri kykenee lämmittämään tuloilmaa pakkasella tai viilentämään sitä helteellä – Tämä kaikki pelkän kiertovesipumpun sähkönkulutuksella.

Ilma lämpiää ja viilenee maan avulla

Maahan asennettava maapiiri mahdollistaa ilmanvaihtolaitteelle tulevan ilman lämmittämisen, tai viilentämisen passiivisesti, ilman erillistä lämmitintä, lämpöpumppua tai jäähdytintä.

Järjestelmän toiminta perustuu maalämmön hyödyntämiseen mahdollisimman edullisesti ja yksinkertaisesti – Energia on ilmaista ja kustannukset muodostuvat vain järjestelmän rakentamisesta, sekä lämmön siirtämisestä ilmanvaihtolaitteelle.

Järjestelmä koostuu maapiiristä, paisunta-astiasta, kiertovesipumpusta, kanavalämmittimestä ja suodattimesta.

Koekenttä pohjolan kovissa olosuhteissa

Maapiirillä tapahtuvan tuloilman esilämmitys ja viilennys -järjestelmiä on asennettu Suomeen jo satoja. Laitteen tarve lämmittämisessä korostuu erityisesti pohjoisen kylmissä olosuhteissa.

Oulun kaupungin rakennusviraston tarkastusinsinööri Markku Hienoselle on kertynyt kokemusta laitteistojen toiminnasta ja tulokset vaikuttavat lupaavilta.

Hienosen mukaan maapiirin keskeinen idea on luoda optimaaliset olosuhteet lämmöntalteenottojärjestelmällä varustetun ilmanvaihtolaitteen toiminnalle pakkaskaudella.

Pakkasella IV-laitteen lämmöntalteenottokenno pyrkii jäätymään, jolloin tuloilmapuhallin pysähtyy mutta poistoilmapuhallin jatkaa toimintaansa. Seurauksena on se, että rakennuksen tiloihin voi muodostua alipaine, jolloin jääkylmä korvausilma virtaa sisään liesituulettimen kanavasta, rakenteiden vuotokohdista tai vaikkapa tulisijan hormista.

Tiiviiksi rakennetussa talossa ilmanvaihtokoneen moitteeton toiminta on edellytys talon kosteustekniselle toimivuudelle ja laitteen jäätyessä toistuvasti voi seurata ongelmia.

Pieni lenkki pitkässä ketjussa

IV- laitteeseen liitetystä maapiiristä saadaan vain noin +12 – +4 asteista nestettä laitteen lämmönvaihtimelle mutta se on osoittautunut riittäväksi takaamaan lämmöntalteenottolaitteiston moitteettoman toiminnan pakkasella.

Vaihtuuko ilma jo liikaakin?

Markku Hienosen mukaan ilmanvaihtojärjestelmän rooli rakennusten energiatehokkuudessa on merkittävä. Nykyisillä rakennusmääräyksillä kaikki e-lukuun vaikuttavat tekijät on huomioitava, joten myös tuloilman esilämmitys on varteenotettava seikka.

Suomessa perusvaatimus ilmanvaihdon tarpeeseen asuinrakennuksissa on ns. ”puolivaihto” 0,5, eli puolet huoneistojen ilmasta vaihdetaan tunnissa.  Tämä tarkoittaa 600m3:n talossa 300 kuutiota tunnissa. Useissa maissa vaatimus on matalampi, eli 0,4 tai jopa 0,3. Hienosen mielestä voitaisiin pohtia riittäisikö meilläkin vähempi, sillä se olisi energiatehokkaampaa.

Oulun rakennusvalvonnassa on hyvien kokemusten myötä päädytty suosittelemaan IV-laitteen maapiirin asentamista pientalojen talviaikaiseen esilämmitykseen ja kesäajan viilennykseen. Myös opastusta ja neuvontaa on kokemusten myötä jo saatavilla.

Asennuspaikalla ja maaperällä on vaikutusta

Maaperässä riittää lämpöä hyödynnettäväksi myös talvella.  Metrin syvyydessä on vähintään +2 astetta talvikaudella ja jopa +15 astetta loppukesällä ja syksyllä.

Maapiirin asennussyvyydellä ja koolla on vaikutusta maapiirin tehokkuuteen. Isompi piiri tuottaa enemmän lämpöä mutta ilmanvaihtolaitteessa sitä ei kyetä välttämättä hyödyntämään. Mitä syvemmällä maassa piiri on, sitä stabiilimpi on lämpötila, johon ei pääse vaikuttamaan sääolosuhteet.

Esilämmityspiiri voidaan rakentaa maalämpöjärjestelmän oheen omaksi piirikseen, tai erillisenä järjestelmänä, jolloin tontin maaperään upotetaan 1,2-4.5 metrin syvyyteen maalämpöjärjestelmissäkin käytettyä PEH 40mm vesijohtoputkea.

Maaperän laatu on piiriin tehoon eniten vaikuttava seikka, sillä maalajin lämmönvarauskyky liittyy suoraan sen kosteuteen. Kostean maamassan kyky varata lämpöä on huomattavasti parempi, kuin kuivan maa-aineksen.

Maapiirille erittäin otollinen asennuspaikka on märkä savimaa, sillä siinä on yleensä aina vähintään puolet vettä, kun taas kuivassa hiekassa vettä on vain muutama prosentti.

Hiekkamaahan, metrin syvyyteen ja etelärinteeseen upotetun piirin lämpötila nousee vasta, kun lumet sulaa ja aurinko pääsee paistamaan mutta tässä vaiheessa keväällä ei esilämmitystäkään enää tarvita.

Jos piiri on asennettu savimaahan rakennuksen alle, pysyttelee lämpötila, eli maan lämmönluovutuskapasiteetti lähes vakiona vuodenajasta riippumatta.

Talon ja routaeristealueen alle asennetusta maapiiristä saadaan kokemuksien perusteella riittävästi lämmitysenergiaa talvikaudellakin ainakin tilanteessa, jossa putki on asennettu yli 1,5 syvyydelle perustuksen alapinnasta. Maa ei myöskään lämpene kesäkaudella niin paljon kuin lähellä maanpintaa olevassa maapiirissä.

Tavallinen kiertovesipumppu riittää

Saatujen kokemusten perusteella (150-200m² taloissa) piirin optimaalinen pituus IV-laitteeseen liitettynä on noin 200 metriä, jolloin 40mm putkessa virtaa 200 litraa nestettä.

Piirissä virtaavan nesteen virtausnopeudella ei ole havaittu olevan suurta merkitystä lämmöntuotossa, mutta jos virtaus aikaansaadaan pumpun tehoa kasvattamalla turbulenttiseksi, lämmönsiirto tehostuu. Nesteen kierrättämisen riittää tavallinen kiertovesipumppu, jonka 10-50W pumpputeho saa aikaan riittävän virtauksen.

Maapiiriin riittää tavallinen kiertovesipumppu. Järjestelmän ohjaus toimii automatikalla tai yksikertaisimmillaan pelkästään erillisestä katkaisimesta.

Puolet viinaa ja loput vettä

Putkistossa käytettävän nesteen pakkasenkesto vaikuttaa järjestelmän tehoon, eli väkevämpi liuos heikentää lämmöntuottoa.  Eräs käytetty liuos on ollut mm. 50% etanoliseos, jolla pakkasenkesto on noin -30 astetta.

Vaikka maapiirin lämpötila liikkuu nolla asteen yläpuolella vuodenajasta riippumatta, pakkasenkestokaan ei ole merkityksetön seikka. Jos piirin nestekierto pysähtyy, puhaltaa IV-kone jääkylmää ilmaa lämmönvaihtimessa olevaan nesteeseen.

Aiemmin käytetty etyleeniglykoliseos maapiiriliuoksena on ympäristölle ja terveydelle haitallista ja johtaa huonommin lämpöä. Etanoliliuoksen ohella nykyisin käytetään lämmönsiirtoaineena myös propyleeniglykolia, jota ei pidetä terveydelle ja ympäristölle haitallisena.

Lupa odottaa tehoja mutta ei ihmeitä

Maaperän lämpötilan ollessa suhteellisen vakio ympäri vuoden, voidaan (varsinkin syvemmälle asennettua) maapiiriä käyttää myös tuloilman viilennykseen.  Vaikka jäähdytyksestä ei passiivisen järjestelmän ollessa kyseessä voida puhua, maapiirissä kiertävä neste kykenee pudottamaan helteellä tuloilman lämpötilaa silti jopa puolet.

On kuitenkin muistettava, että ilmanvaihtolaitteessa ja varsinkin riittämättömästi eritetyssä putkistossa tuloilma lämpenee uudelleen. Eli jos ulkoilma on helteellä noin +30 asteista ja lämmönvaihdin viilentää sen +15 asteiseksi, olisi se ilmanvaihtolaitteelta lähtiessään jo todennäköisesti noin +20 asteista.

Asia riippuu myös ilmanvaihtokanavan lämpöeristeistä, eli jos putkisto kulkee yläpohjassa riittämättömästi eristettynä, huoneisiin saapuva ilma lämpenee huomattavasti. Realistista on odottaa, että lämmönvaihdin kykenee pudottamaan huoneilmaa helteellä noin kolme astetta.

Tuloilman viilentämisen lisäksi vaihtimen pinnoilla poistuu lämpimästä tuloilmasta huomattava määrä kosteutta, joka sekin on erittäin merkittävä seikka huoneilman miellyttävyydelle.

Keväällä ja syksyllä on jaksoja, jolloin maapiirissä virtaava viileä neste viilentää tuloilmaa, vaikka sen ei ole toivottavaa. Jos varhain keväällä tuloilma lämpenisi auringossa +15 asteeseen ja lämmönvaihdin pudottaa lämpötilan puolella, tarvitaan sisällä lämmitystä tilanteen korjaamiseksi.

Kun jäähdytystarve loppuu elokuussa, kannattaa maapatterikierto sulkea ja laittaa käyntiin vasta pakkasten tultua. Samoin keväällä kovien pakkasjaksojen mentyä laite kannattaa pysäyttää ja ottaa käyttöön vasta kun viilennystä tarvitaan. Edellä mainittu ohjaus on mahdollista automatisoida erillisellä ohjelmoinnilla tai IV-kojeen automatiikalla.

Patteri ja automatiikka ilmanvaihtolaitteessa

Ilmanvaihtolaitevalmistaja Vallox Oy toimittaa vuosittain yli 500 jollakin tavalla maapiiriin liitettävää laitetta ja määrä on kasvussa. Yleensä nämä MLV-patterit liitetään maalämpöjärjestelmän keruupiiriin mutta tässä artikkelissa käsiteltäviä ns. passiivipiirejäkin rakennetaan enenevässä määrin.

Vallox Oy;n koulutuspäällikkö Ali Aaltosen kokemusten mukaan nämä ns. ”passiivipiiri” toimivat yleensä porakaivoa paremmin etulämmityskäytössä. Porakaivosta otettu neste taas toimii tehokkaammin viilennyskäytössä.

Kokemuksia maapiireistä on kertynyt niin hyviä kuin huonojakin. Yleisin harmin aihe lienee asiantuntemattomat asentajat sekä kuluttajien pettymys viilennystehoon kesähelteellä.

Aaltonen muistuttaa, että ilmanvaihtokoneen ilmamäärien mukana siirrettävä jäähdytysteho on rajallinen. Jos makuuhuoneeseen puhallettava ilma on kymmenen astetta huoneilmaa viileämpää, 12 l/s ilmamäärällä jäähdytysteho on vain 144 W, joten ollaan kaukana lämpöpumppujen useiden kilowattien tehoista.

MLV-patterin etulämmityksen teho riippuu ratkaisevasti keruupiiristä tulevan nesteen lämpötilasta ja tämä tulee huomioida keruupiirin mitoituksessa. Mikäli keruupiirin nesteen lämpötila laskee lämmityskaudella lähelle nollaa tai jopa pakkasen puolelle, teho pienenee oleellisesti.

Kanavalämmittimiä on saatavilla ilmavaihtoputkikokojen mukaisina Eräs nyrkkisääntö on valita ilmavaihtolaitteelle tulevaa putkea yhden pykälän isompi lämmitin, jotta se ei kuristaisi tuloilman virtausta järjestelmässä.

 Faktat

• Laitteisto on jokseenkin yksinkertainen, eli myös kohtuuhintainen. Itse lämpöenergia ja viileys ovat ilmaisia. Piiriin kannattaa asentaa automatiikka joka käynnistää ja sammuttaa pumppua tarvittaessa, sillä nollakeleillä kylmä etulämmityspiirin neste voi jopa jäähdyttää ulkoilmaa. Esimerkiksi Valloxin MLV-malleissa ilmanvaihtokoneelta saa ohjauksen pumpulle ja mahdollisille venttiileille.

• Tuloilman esilämmityspiiri voidaan rakentaa maalämpöjärjestelmän oheen omaksi piirikseen, jolloin lämpö otetaan samasta kaivosta tai kaivannosta ja kuljetetaan ilmavaihtolaitteelle. Keruupiiristä tulevasta putkesta haaroitetaan putki ilmanvaihtokoneen esilämmityspatterille ja neste palautetaan keruupiiriin menevään putkeen. Kokonaan erillinen esilämmityspiiri koostuu noin 200 metristä putkea maassa, joka on asennettu metrin välein.

• Maapiirin lisäksi järjestelmä koostuu tekniseen tilaan asennettavasta kiertovesipumpusta (10-50W), kalvopaisunta-astiasta, sekä kanavalämmittimestä ja suodattimesta ilmanvaihtojärjestelmän tulokanavassa.

• Maapiirin mitoituksessa tulee huomioida talon koko, piirin koko, maaperän laatu, lämmönvaihtimen kapasiteetti ja ilmanvaihtokojeen pyörimisnopeus (ilmanvirtaus lämmönvaihtimen läpi). Vähintään 1 m putkea maassa/asuinneliö voisi olla jonkinlainen nyrkkisääntö.

• Yksikertaisimmillaan tuloilman esilämmityksellä maapiiristä tavoitellaan siis vain pakkashuippujen poistoa IV-laitteen toiminnan optimoimiseksi ja kyseessä ei ole siis lämpöpumpulla tapahtuva ilman kuumentaminen ja sen siirtäminen huoneistoon. Toki esilämmitetty tuloilma vaikuttaa positiivisesti myös talon lämpimänä pitämiseen ja siten energiatalouteen.

Kesällä kostea ulkoilma kondensoituu lämmönvaihtimen pinnoilla, joten siitä on ohjattava kondenssivesiputki viemäriin. Kuvan laite on neljän vuoden käytön jäljiltä edelleen puhdas, eli ulkoilman epäpuhtaudet eivät näyttäisi aiheuttavan ongelmia.

Suunnittelijan kokemuksia

Diplomi-insinööri Arto Kivioja työskentelee Oulun seudulla pientalorakentamisen parissa. Hänellä on kokemusta IV-laitteiden maapiirien asennuksesta jo yli kymmenessä kohteessa.

Kiviojan mielestä järjestelmän rakentaminen on yksikertaisinta talon perustamisvaiheessa. Maapiirejä on asennettu sekä talon alle  (jopa 4,5 metrin syvyydelle), että 120mm syvyyteen tontille.

Kivioja laskeskelee, että järjestelmän perustamiskustannuksiksi tulee noin 2000 euroa (ilman iv-putkiston eristämiskustannuksia), jonka jälkeen lämpöä ja viileää saadaan kiertovesipumpun kuluttaman sähkön (n.40w) hinnalla.

Maapiirin tulo- ja menoputki vedetään teknisen tilan lattiaan, josta sen ohjataan ulkoilmakanvaan asennettuun lämmönvaihtimeen.

Toiminnassa olevan laitteen erityinen hyöty on myös Kiviojan mukaan siinä, että IV-laitteen jäätymisongelmista on päästy eroon. Laitteistot ovat toimineet läpi talven myös ilman jälkilämmitystarvetta, joten sähkönsäästö on oleellinen.

Lämmönvaihtimen ansiosta kesähelteillä ulkoilmasta poistuu kosteutta. Jotta viilennysteho ulottuisi huoneistoihin saakka Kivioja korostaa tuloilmakanavien riittävää eristämistä, joka hidastaa viilennetyn tuloilman lämpenemistä kanavassa.

Kiviojan seurantakohteissa on tarkkailtu talon alle asennetun maapiirin paluuputkistossa virtaavan nesteen lämpötilaa ja se on jäänyt 0-asteen yläpuolelle, joten maan jäätymistä ei ole odotettavissa.

Taulukko

Oheisessa talukossa on maapiirin ja IV-koneen lämpötiloja. Kyseessä on 2008 valmistunut omakotitalo matalaenergiarakenteella. Huoneistoala 150 m2, IV-koneena Enervent Peligan eco greenair HP, kanavalämmitin Veab 250mm, lattialämmitys ja kaukolämpö.

Päivämäärä	14.11.2010	19.12.2010	13.2.2011	27.3.2011	10.07.2011
Tuloilma ulkoa lämmönvaihtimelle	-2	-17	-24	-4	+31
Tuloilma IV-koneelle	+4	+1	-3	+1,5	+13
Tuloilma IV- koneelta sisälle	+21	+20	+19	+20,5	+15,5
Huoneenlämpö	+23	+23	+22	+25	+25
Poistoilma IV-koneelle	+23	+22	+22	+22,5	+26
Maapiiri tulo	+7	+4	+2	+3	+8
Maapiiri paluu	+6	+3	+1	+3	+12
IV teho (60% = 110L/s)	55%	50%	45%	50%	60%

Huomioita taulukosta:

• Ensimmäinen sarake on käytännössä ulkolämpötila ja toisessa sarakkeessa havaitaan maapiiriin liitetyn kanavalämmittimen vaikutus ulkoilman lämpötilaan.
• Kolmannessa sarakkeessa havaitaan tehokkaan ilmanvaihtokoneen lämmön talteenoton vaikutus. Kesäaikana talteenottoa voidaan rajoittaa viilennyksen tehostamiseksi.
• Tuloilmaa koneelta sisälle ohjataan iv-koneen automatiikalla, joka kesäaikana ohittaa talteenoton ja siten maaviilennys saadaan tehokkaasti käyttöön
• Kovalla pakkasella (-24 astetta), lämmönvaihdin kykenee nostamaan tuloilman lämpötilaa huomattavat 21 astetta.
• Helteellä (+31 astetta) maapiiri kykenee laskemaan lämpötilaa 18 astetta. Lämmön talteenotto ei ole käytössä, joten poistoilma ei lämmitä tuloilmaa. Helteellä huonelämpötila on +25 astetta, mutta sen miellyttävyyttä parantaa merkittävästi vaihtimella alentunut kosteusprosentti.
• IV-koneen lämpöpumppu ei ole ollut käytössä näiden mittaustulosten aikana

Hybridilämmitys joka perustuu puuhun, aurinkoon ja erikoiseen energiavaraajaan

Teksti: Pekka Hietala

Matalaenergia- ja passiivitalojen lämmittämisen looginen perusta on erilaisten uusiutuvien energioiden hyödyntäminen ja käytön minimoiminen. Yksi päälämmönlähde ei välttämättä siis riitä, vaan tarvitaan useampi. Tästä hyvänä esimerkkinä käy 150m2 omakotitalo pohjoisessa, jonka sähkönkulutus on alle 7000kWh vuodessa ilman lämpöpumppuja

Rajalliset reservit hyötykäyttöön

Jotta uusiutuvaa energiaa (puu, aurinko) voitaisiin hyödyntää, on se kyettävä taltioimaan käyttöä varten. Tähän pelkkä tavallinen lämminvesivaraaja ei välttämättä ole paras ratkaisu.

Ei ole kovin energiataloudellista ylläpitää lämminvesivaraajassa sähkövastuksella lämpöä vain satunnaista käsienpesua tai suihkussa käyntiä varten, Samaisesta syystä varaajan lisälämmön vastaanottokapasiteetti on rajallinen. Varaajassa tulisi olla valmius ottaa vastaan lämpöä silloin kun sitä tuotetaan polttamalla puuta, tai kun aurinko paistaa.

Energiatehokkaampi tapa käyttää sähköä lämmitykseen voisi olla pikakuumentaa käyttövesi varaajan ulkopuolella vasta hanaa aukaistaessa.

Energiatehokas talo on osiensa summa

Mikko ja Katja Sassin talo Kiimingissä ei ensivilkaisulla poikkea tavanomaisesta. Jo talon suunnitteluvaiheessa päätettiin, että ison tontin puuvaranto otettaisiin maksimaaliseen hyötykäyttöön.

Itse talopaketti valittiin rautakaupan katalogista matalaenergiamallina mutta lämmitysjärjestelmää mietittiin pitkään – Kuten arvata saattaa talotekniikkakauppiaat vannottelivat maalämpöjärjestelmän nimiin. Kerrottiin, kuinka maalämpö alentaisi jopa 80% talon lämmityskustannuksia suorasähkölämmitykseen verrattuna.

Silti skeptismiin oli syynsä: Käyttöveden on oltava kuumempaa, kuin mitä lämpöpumppu kykenee tuottamaan, loppu lämmitetään sähkövastuksella. Myös kompressori toimii sähköllä. Kyseessä on siis sähkölämmitys, joka toimii positiivisella hyötysuhteella. Investointihintaansa (yli 15000€) nähden maalämpöjärjestelmä ei välttämättä aina ole kustannustehokkain vaihtoehto.

Vaihtoehtoja miettiessä selvisi, ettei olisi yksittäistä ja kattavaa lämmitysmuotoa, koska lämmöntarve vaihtelee vuodenaikojen mukaan ja niin vaihtelee myös ilmaisenergian tarjonta.

Eteen avautui laitevalikoimien viidakko – Tulisija, aurinkokeräimet, vesi-ilmalämpöpumppu, poistoilmalämpöpumppu, vesitakka vai maalämpö? Eri toimittajien myymien laitteistojen yhdistelmissä piilee riski, että yhteensopimattomuusongelmissa on vastuunkantajat vähissä.

Suomen Ekotalot Oy:n Mikko Kukkohovi suositteli kolmen asian yhdistämistä. Puuta käytettäisiin niin paljon kuin mahdollista. Pelkkä varaava tulisija ei riittäisi, vaan lämpöä laitettaisiin kiertoon vesitakalla. Kesällä takkalämmitys tuottaisi ylimääräistä lämpökuormaa huoneistoon, joten silloin kannattaisi tallentaa ilmaista aurinkoenergiaa, jota varten hankittaisiin keräimet.

Käyttövettä pikalämmitettäisiin varaajan ulkopuolella suoralämmittimellä aina hanaa aukaistessa ja samanlaista periaatetta voisi soveltaa myös lattialämmitysjärjestelmässä.

Kuva: Puu- ja aurinkoenergiasta (ja myös muut lämmönlähteet) saatavan hyödyn edellytys on, että varaajaan tuotavan veden tai välittäjäaineen lämpötila on oltava suurempi, kuin siellä jo oleva lämpötila. Hyöty kasvaa, jos em. lämpötilaero on mahdollisimman suuri. Siksi on järkevää pitää varaajan lämpötila matalana, kun energiaa ei ole saatavilla, tai kun sitä ei tarvita. Matalassa lämpötilassa oleva varaaja on valmiina ottamaan vastaan runsaasti energiaa, kun puuta ryhdytään polttamaan tai aurinko paistaa.

Varaajalla on väliä

Perinteisten teräsvaraajien yläosassa on laipalla osittain erotettu osasto, jonka vesi lämmitetään sähkövastuksella n. 65° lämpöön, jotta varaajan lyhyellä lämminvesikierukalla (jolla käyttövesi kuumennetaan tässä yläosassa) saataisiin ulos n. 55° käyttövettä.

Sallien taloon asennetussa energiavaraajassa on mielenkiintoinen sovellus – Siinä kun ei hehkuteta vettä sähkövastuksella siksi, että joku sattuisi tarvitsemaan satunnaisesti lämmintä käyttövettä.

Muovisen RikuTherm lämminvesivaraajan erikoisuus on paitsi valmistusmateriaalissa myös siinä, että sähköistä lämpövastusta ei ole lainkaan.

Varaaja koostuu PE- muovisesta ulkokuoresta, yhtenäisestä 100mm polyuretaanieristeestä ja PE-RT muovisesta sisäkuoresta. Varaajassa on tilaa riittävän pitkälle lämminvesikierukalle, joten sillä saadaan kiertävään veteen sama lämpömäärä mitä varaajassa on tarjolla.

Hyvän lämpöeristeen ansiosta muovivaraajan hukkalämpö voi valmistajan mittausten mukaan olla jopa 40% pienempää, kuin tavanomaisissa teräsvaraajissa.

Käyttöveden suoralämmittimen ansiosta varaajassa ei tarvita lainkaan korkeampaa lämpötilaa yläosassa, joten siinä on myös enemmän kapasiteettia ottaa vastaan puulla- tai auringolla tuotettua lämpöenergiaa – Valmiiksi kuumaan veteen, kun lisälämpöä ei saada taltioitua.

Varaajan ulkopuolelle asennettu käyttöveden suoralämmitin mittaa varaajalta tulevan käyttöveden lämmön ja lämmittävät vettä aina tarpeen mukaan ja säätyvällä teholla.

Sähköistä suoralämmitystä voidaan myös soveltaa joustavasti talon lämminvesikiertojärjestelmässä silloin, kun lämmitystarve on suurimmillaan, tai kun takkaa ei ehditä lämmittää.

Kuva: Muovivaraajaa on saatavilla omakotitaloihin kokoluokassa 600 tai 800 litraa. Varaaja voidaan upottaa maahan jo rakennusvaiheessa, sillä kierukoihin ja yhteisiin pääsee käsiksi lattiapinnan yläpuolelle jäävästä hatusta. Muovivaraajassa ei ole lainkaan sähkövastusta, koska käyttö- ja lämmitysveden kuumentaminen tapahtuu tarvittaessa erillisillä suoralämmittimillä. Näin varaajassa ei kuumenneta erikseen vettä odottamaan mahdollista käyttöä.

Mihin muovivaraajan energiatehokkuus perustuu?

800L teräsvaraajissa on sähkövastus ja jo aiemmin mainittu n.300L käyttöveden lämmittämiseen tarkoitettu tila ylhäällä, jossa ylläpidetään 65° lämpötilaa. Vesitakalla ja aurinkoenergialla em. varaajaan voitaisiin tuottaa n.24kWh lisäenergiaa. Sen sijaan muovivaraajassa (jossa käytetään ulkoista suoralämmitintä käyttövedelle) varaajalämpötila voidaan pitää matalampana (esim n.30°), joten takalla ja auringolla on mahdollista johtaa varaajaan yli 60% enemmän energiaa, eli noin 40kWh.

Järjestelmässä lämpimän käyttöveden maksimiarvo on asetettu + 52°. Kun varaajaveden lämpötila on puulla-tai aurinkoenergialla tapahtuneen lämmityksen jälkeen +55°, edes suoralämmittimiä ei käyttöveden lämmittämiseksi tarvita. Kun taas lämpötila varaajassa laskee alle + 52°, käyttöveden suoralämmitin käynnistyy, kun lämminvesihana aukaistaan. Sama periaate toimii myös lattialämmityksessä mutta asetusarvo on matalampi.

Matalammasta lämpötilasta huolimatta muovivaraajassakaan ei legionellariskiä ole, koska käyttövesi tulee vesijohdosta ja kulkee varaajan kierukan läpi. Kierukassakin pidempään seisonut vesi puhdistuu legionellasta viimeistään käyttöveden suoralämmittimellä.

Järjestelmän rakenne:

15kW Kratki vesitakkasydämessä on vesikanavat päällä ja sivuilla. Takka on varustettu mekaanisella ylilämpösuojalla, joka purkaa ylikuumenneen veden viemäriin. Takka sytytetään avaamalla ns. damper-pelti, joka ohjaa palokaasut suoraan hormiin. Kun takka palaa hyvin, damper-pelti voidaan sulkea, jolloin kuumat palokaasut kiertävät takan rakenteissa lämmittämässä vettä.  Kun takan vesitilassa olevan veden lämpötila saavuttaa 65°, ohjainyksikkö käynnistää kiertovesipumpun varaajalle ja tilalle virtaa viileää vettä varaajalta. Tehokkain polttotapahtuma on tasaisen rauhallinen ja ylläpitävä, jolloin takassa virtaava vesi lämpenee parhaiten. Takka tuottaa 30% lämmöstä säteilynä ympäröivään tilaan ja loput menee varaajaan.

Katolla on kolme NN 10 tyhjiöputkiaurinkokeräintä (noin 800 kWh/vuosi/keräin), joiden keskimääräinen tuotto on ollut noin 2000kWh kesäkaudella. Aurinkolämpöjärjestelmä koostuu kiertovesipumpusta, paisunta-astiasta, varolaitteista, ilmanpoistosta ja ylipaineventtiilistä. Keräimien tuotto on riittänyt kattamaan koko lämmöntarpeen välillä touko-elokuu.

Sekä takka, että aurinkokeräimet tuottavat lämpöä talon lattiaan upotettuun 600 litran muoviseen hybridivaraaja, jossa on takkalämpö- ja aurinkokierukat mutta ei sähkövastusta.

Lämmitysjärjestelmä on varustettu ohjainyksiköllä, joka mittaa paitsi huone- ja ulkolämpötilaa, myös takan- ja aurinkokeräinten lämpöä ja käynnistää tarvittaessa kierrot. Ohjain pystyy lisäksi ohjaamaan myös esimerkiksi ilmanvaihtokoneen esilämmityspiiriä ja lämpöpumppua.

Sähköinen käyttöveden suoralämmitin. Lämmittimen maksimiteho on 11kW ja se on liitetty käyttövesijärjestelmään. Vesihanaa aukaistaessa virtaus tapahtuu varaajassa olevan kierukan kautta suoralämmittimelle, joka lisälämmittää vettä vain sen verran, kuin sitä tarvitaan.

Sähköinen lattiakierron suoralämmitin on maksimiteholtaan 8kW:n yksikkö on liitetty osaksi lattialämmitysjärjestelmään ja koostuu paisunta-astiasta, ylipaine-, sekä ilmanpoistoventtiilistä, painemittarista ja kiertovesipumpusta. Kun lämmitysveden lämpötila varaajassa alittaa lattialämmitysjärjestelmän tarvitseman lämpötilan, sähköinen suoralämmitin ryhtyy lämmittämään vettä lattialämmityskiertoon ja syöttää sitä järjestelmään omalla pumpulla. Järjestelmän säädin ohjaa suoralämmitintä päälle ja pois tarpeen mukaan.

Kokemuksia

Talon lämmitykseen käytettävä puumäärä on ollut noin 7 m³ vuodessa. Vesitakka lämmitetään talvikaudella kerran päivässä, kesäkuukausina ei ollenkaan.

Lämmityksen alussa 600L varaajassa ollut yleensä n. 30° vesi, joka on saatu 60° polttamalla takassa noin 30 kg puuta.

Kokonaissähkönkulutus neljähenkisellä perheellä on ollut noin 6700kWh vuodessa, josta käyttösähkön osuus noin 4000-5000kWh. Vedenlämmityksen osuus (käyttöveden ja lämmityksen suoralämmittimien osuus) on siis noin 2000kWh.

Teknisesti ehkä monimutkaiselta kuulostava lämmitysjärjestelmän säätöautomatiikka on toiminut hyvin ja ainoa manuaalisesti tarvittava säätö on ollut kääntää kulloinkin haluttu arvo lattialämmityssäätimestä.

Järjestelmä sopii parhaiten niille, joilla on saatavilla polttopuita ja halu värkätä niiden kanssa. Lämmitysjärjestelmä kannustaa nimenomaan polttamaan puuta, koska se säästää sähkönkulutusta (suoralämmittimet). Lämmitys ei silti ole pelkästään puunpolton varassa talvellakaan, sillä suoralämmittimet huolehtivat ylläpitolämmityksestä, kun ollaan töissä tai reissussa.

Järjestelmän puulämmitysosan (vesitakka) voisi toki korvata esim. maalämpöpumpulla mutta siitä tulisi huomattava lisäinvestointi. Jo nykyinen puu-, aurinko- ja sähköyhdistelmä maksoi asennuksineen 13000€. Hieman huokeampi vaihtoehto voisi olla ilmavesilämpöpumppu, jota ohjausjärjestelmä kykenee myös hallinnoimaan.

Puukaasuvoimala tuottaa omaa sähköä ja lämpöä

Teksti: Pekka Hietala

Kuittisten maitotilalla Nurmeksessa hakekäyttöinen puukaasuvoimala tuottaa 160 lehmän maitotilan tarvitseman lämmön ja myös osan sähköstä. Koska lämpöä prosessissa syntyy runsaasti, ylimäärällä kuivataan haketta.

Jouni ja Eini Korhosen maitotilalla on kahden robotin navetta. Karjasta puolet, eli n.160 on lypsäviä ja toinen osa on nuorkarjaa.

Yli miljoona litraa maitoa vuodessa tuottavalla tilalla kuluu sähköä n. 350000kWh. Lisäksi tontilla on kuivaamo, varastot, korjaamo ja asuinrakennukset.

Kuittisten maitotila

Aikanaan uuden navetan valmistuttua Korhoset ryhtyivät miettimään myös tilan energiantuotantovaihtoehtoja. Korjaamo ja asuinrakennukset lämpenivät öljyllä mutta myös huimalle sähkönkulutukselle olisi tehtävä jotain.

Tilalle tarvittaisiin hakevoimala, joka ei vielä toisi helpotusta sähkönkulutukseen, joten syntyi ajatus myös omasta sähköntuotannosta.

Markkinoille oli saatu ensimmäiset haketoimiset CHP -puukaasuvoimalat, joissa kokoluokka osui kohdalleen – Sähköä olisi saatavilla n. 40kW ja lämpöä n. 100kW.

Korhoset olivat yhteydessä laitetoimittaja Volteriin, josta tehtiin tarjous laitteesta, jonka lisäksi tarvittaisiin oma lähilämpöverkko tilalle.

Hankkeen kustannusarvio oli 350000€. ELY- keskuksen yrityspuolelta Korhoset saivat 35% avustuksen hankkeelle.

Pyrolyysivoimalassa hake kaasutetaan polttokelpoiseksi tuotekaasuksi ja hyödynnetään tavanomaisessa mäntämoottorissa, joka pyörittää sähkögeneraattoria. Prosessista kyetään ottamaan myös lämpö talteen lämpimänä vetenä.

Voimala toimitettiin tontille maisemaan verhoiltuna konttina, jossa on kaikki tarpeellinen jo valmiina. Tarvittavia kytkentöjä ovat lähilämpöverkko, sähkökaapeli, hakesyöttö sekä voimalan ohjaamiseen tarvittava GSM-yhteys.

Lämmitysmuodon muuttamista varten tontille kaivettiin kilometrin mittainen lähilämpöverkko, joka ulottuu navetalle, korjaamolle, asuinrakennuksille, viljankuivaamolle, sekä voimalaa varten rakennetulle hakekuivaamolle.  Myös sähköpuolelle tarvittiin lisäkaapelointeja, sillä jokaiseen tilan eri tuotantorakennukseen asennettiin erillinen lämmön-, ja sähkön kulutusmittari. Idea oli tuottaa sähköä ja kaikki lämpö tilan rakennuksiin oman energiayhtiön kautta. Vain lisäsähkö ostettaisiin valtakunnanverkosta, johon myös voimala on liitetty.

Kun tarvittavat putkitukset ja kaapeloinnit olivat valmiina, voimala tuotiin tontille ja liitettiin verkkoon. Voimalan vierellä on  hakevarasto.

Hakkeen siirto kaasuttimelle on hoidettu ruuvi-, ja ketjukuljettimilla.

Voimalaan ja hakesiiloon asennettiin vikailmoittimet, sekä etäohjaus omalta päätteeltä. Kun ensimmäinen hakekuorma oli saatu siiloon, päästiin koekäyttöön. Voimalaan tarvitaan kuivaa (< 20%), tasaisen palakoon omaavaa ja hyvälaatuista haketta. Sitä ei alueelta ollut vielä ensimmäisenä talvena saatavilla, joka sujui vain koekäyttöjen merkeissä. Kun oma kuivaamo saatiin toimimaan, oli seuraavalle talvikaudelle jo kunnollista polttoainetta tarjolla.

Omassa hakekuivaamossa kyetään kuivaamaan 50m³ haketta kerrallaan.

Kuivaamon pohjassa on reikäarina, johon ohjataan kanavapuhaltimella lämmönvaihtimelta lämmintä ilmaa.

Optimaalinen kuivuminen saavutetaan, kun hake on reikäarinalla noin metrin korkuisena patjana. 50 kuutiota haketta kuivaa arinalla noin 3 vuorokautta. Kuivausprosessin jälkeen hake siirretään varastoon ja uusi satsi otetaan kuivaamoon. Tilalla on mahdollista varastoida haketta noin 120m³, jonka kuivaus kestää siis pari viikkoa.Voimalan hakkeenkulutus on 100% teholla neljä kuutiota vuorokaudessa mutta tähän saakka on riittänyt noin kahden kuution vuorokausimäärä. Varastossa oleva hakemäärä riittää siis noin kolme kuukautta.

Voimalaa ajetaan lauhalla kelillä alle 50% teholla koska muutoin lämpökuorma kasvaa liikaa. Lämmityskauden aikana sähköä on kyetty tuottamaan noin 16000kWh/kk, joka on puolet tilan sähköntarpeesta. Pakkaskaudella voimalalla tavoitellaan 80% tehoja, jolloin sähköä saataisiin paremmin. Lämpöä on kyetty hyödyntämään lämmityskauden ulkopuolella viljan- ja hakkeen kuivaukseen.

Voimalan toiminta edellyttää kuivaa ja optimaalisen palakoon omaavaa haketta. Kun tämä on huomioitu, toimii laite varsin moitteettomasti.

•  Voimalan automatiikka puhdistaa tuotekaasusuodattimen kahden vuorokauden välein.
• Kaasutuksessa muodostuva hiili siirtyy automattisesti 200 litran tynnyriin, joka on tyhjennettävä kolmen päivän välein.
• Voimalan polttomoottorissa on normaalit öljynvaihdot ja huollot.
• Tilan lämmöntarve ohjaa voimalan toimintaa itsenäisesti.
• Hakkeensyötössä on vikailmoittimet mutta käytettäessä hyvälaatuista haketta, tukkeutumat tai toimintahäiriöt ovat kokemusten mukaan harvinaisia. Hakkeessa ei saa olla hienoainesta tai tikkuja.

Volter 40 – voimala

Polttoaine: Alle 18% kosteudessa oleva puuhake (koivu, mänty, kuusi, haapa)

Polttoaineen syöttö: Jousipurkain, ruuvi- ja ketjukuljettimet, lokerosyötin

Moottori: Agco Sisu Power, 6-sylinterinen kaasumoottori.

Teho: Generaattoriteho 40kW, lämpöteho 100kW

Polttoaineen kulutus: N. 4,5 m3 haketta/24h 100% teholla

Automaatio: Schneider electric PLC, GSM –hälytykset, etävalvonta

Liitännät:      Sähkökaapeli, lämpökanaali, nettiyhteys, GSM-liittymä

Huoltotarve: 1,5h/viikko. Automaattinen tuhkanpoisto. Polttomoottorilla tavanomainen öljynvaihto ja huollot.