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.

Puu- ja aurinkoenergiasta (ja myös muut lämmönlähteet) saatavan hyödyn edellytys on, että varaajaan tuleva 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. Näin saatavan energian määrä maksimoidaan.

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.

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, sillä käyttö- ja lämmitysveden kuumentaminen tapahtuu tarvittaessa erillisillä suoralämmittimillä. Näin varaajassa ei kuumenneta erikseen vettä odottamaan mahdollista käyttöä.

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:

Vesitakka

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.

Mainokset

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

w

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s