Mitoitus määrittää maalämpöhankinnan onnistuneisuuden

Maalämmön hankinnassa erityisen tarkkana täytyy olla mitoituksen suhteen. Näin luodaan taloyhtiön maalämpöjärjestelmälle edellytykset toimia hyvin tulevaisuudessakin.

Pientalon maalämpöjärjestelmää varten porataan yleensä yksi energiakaivo, mutta isompien asuinkiinteistöjen kohdalla tämä ei yleensä riitä. Kaivoja saatetaan tarvita useampia, ja tällöin puhutaan jo kaivokentästä.

Geologian tutkimuskeskus GTK:n geofyysikko ja ryhmäpäällikkö sekä Suomen Geoenergiakeskuksen koordinaattori Nina Leppäharjun mukaan pientalojen maalämpöjärjestelmien mitoitus ja muu toteutus sujuu yleensä hyvin, samoin todella suurten kaivokenttien mitoitus, mutta taloyhtiöiden ja muiden isompien kiinteistöjen, joihin on suunnitteilla esimerkiksi 4–30 energiakaivoa, täytyy tilaajana huolehtia erityisen tarkasti järjestelmän suunnittelusta ja toteutuksesta.

Näiden keskikokoisten kohteiden onnistuneisuuden varmistamiseksi tarvitaan huolelliset pohjatutkimukset sekä mitoituslaskelmat. Isommissa rakennuksissa esimerkiksi energiakaivojen mitoitukseen tarvitaan toisenlaista tekniikkaa kuin pientalopuolella.

– Energiakaivokenttien mitoitukseen eivät yleensä sovellu lämpöpumppuvalmistajien ohjelmat, jotka on ainakin pääsääntöisesti tarkoitettu yksittäisten kaivojen mitoitukseen. Nämä sovellukset eivät huomioi kaivojen vaikutusta toisiinsa, Leppäharju kertoo.

Taloyhtiön maalämpöhankinnan onnistumisen varmistamiseksi hän suosittelee valitsemaan hankkeeseen vain oikeita mitoitusosaajia sekä muita asiantuntevia kumppaneita – kokeneita tahoja, jotka ovat tehneet vastaavia projekteja aiemminkin, mielellään jo vuosien ajan.

Tarkat energiankäyttötiedot mitoituksen lähtökohtana

Taloyhtiön maalämpöjärjestelmän mitoitukseen vaikuttaa moni tekijä, mutta niistä tärkein yksittäinen on rakennuksen energiantarve.

– On erittäin oleellista, että kiinteistön energiantarve tunnetaan mahdollisimman hyvin. Jos lämmitys- ja viilennysenergian tarve on arvioitu pieleen, maaperän tarkatkaan mittaukset eivät riitä mitoittamaan kaivoja ja järjestelmää oikein. Eli kaikki lähtee tarkoista lähtötiedoista. Tähän tulisi kiinnittää erityistä huomiota, Leppäharju sanoo.

Motivan julkaiseman lämpöpumppujen hankintaoppaan mukaan hankesuunnittelija tarvitsee tiedot taloyhtiön energian- ja vedenkulutuksesta viimeiseltä kolmelta vuodelta. Lämmönkeruuputkisto mitoitetaan siis taloyhtiön tilojen sekä käyttöveden lämmityksen vaatiman vuotuisen energiamäärän mukaan. Motivan oppaan mukaan lämmönkeruuputkisto kannattaa kuitenkin mitoittaa hieman suuremmaksi kuin sen laskennallinen minimitarve on. Tämä nostaa lämmönkeruunesteen lämpötilaa ja lämpöpumpun hyötysuhdetta, ja vähentää kaivon jäätymisriskiä.

– Taloyhtiön kannattaa hankkia mieluummin hieman ylimitoitettu kaivo tai kaivokenttä kuin alimitoitettu. Investointikustannuksissa pihistäminen energiakaivon tai -kaivojen mitoituksesta kostautuu käyttövuosien aikana siten, että sähköä alkaa kulua enemmän. Pahimmillaan alimitoitus voi johtaa kaivon jäätymiseen, mutta tällainen on onneksi varsin harvinaista, Leppäharju toteaa.

Maankamara tuo omat muuttujansa mitoitukseen

Kun rakennuksen energiantarve on tarkasti tiedossa, kannattaa lisäksi tutkia maaperän lämmönjohtavuutta ja geologisia ominaisuuksia. Eri kivilajien lämmönjohtavuuksissa voi nimittäin olla merkittäviä eroja. Lämmönjohtavuus puolestaan vaikuttaa tarvittavien energiakaivon porareikien määrään ja syvyyteen. Näiden muuttujien selvittämiseksi on kehitetty TRT-mittausmenetelmä (Thermal Response Test) eli terminen vastetesti.

Ympäristöministeriön Energiakaivo-opas suosittelee tarkempia tutkimuksia lämmönjohtavuuden ja geologisten ominaisuuksien selvittämiseksi kymmenen ja sitä useamman porareiän kohteissa.

– TRT-mittaus tontille poratussa koekaivossa on erittäin suositeltavaa ja yleensä kustannusmielessäkin järkevää, erityisesti jos tarvittavien kaivojen lukumäärä tulee olemaan 10 tai enemmän, ja/tai lämpöpumpun teho on luokkaa 100 kilowattia, toteaa Nina Leppäharju.

TRT-mittauksen yhteydessä kannattaa selvittää myös maankamaran lämpötila, joka samankin kunnan sisällä vaihtelee suhteellisen paljon riippuen muun muassa tontin aurinkoisuudesta ja läheisten rakennusten maankamaraan vuotamasta lämpömäärästä.

– Näiden maankamaran mittausten perusteella saadaan tarkka suunnitelma siitä, kuinka monta ja kuinka syviä kaivoja kohteeseen tulisi porata, ja kuinka kaivot tulisi sijoittaa tontille.

Lähekkäin olevat kaivot on huomioitava mitoituksessa

Myös kaivojen keskinäinen välimatka on merkittävä tekijä kaivojen tuottavuudessa. Alue tuleekin mitoittaa kaivokenttänä siten, että lähellä olevat kaivot huomioidaan mitoituksessa. Nina Leppäharjun mukaan mitoituksessa tulee olla tarkkana, jotta kaivot eivät vuosien mittaan ala vaikuttaa toistensa tuottavuuteen.

– Jos ja kun maalämpö yleistyy taajaan asutuilla ja pienitonttisilla kaava-alueilla, lähekkäin sijoitettujen kaivojen lämpötilat saattavat alkaa laskea.

Välttämättä kuntien rakennusvalvonnatkaan eivät osaa ennakoida ja säännöstellä asiaa luvituksen kautta.

– Tiedän, että esimerkiksi Tukholmassa tietyillä omakotialueilla on huonoimmissa tapauksissa tullut kaivojen kanssa ongelmia ihan jäätymiseen asti. Tämä on asia, johon Suomessakin pitäisi herätä.

Ympäristöministeriön Energiakaivo-oppaan mukaan pystysuoraan porattavien kaivojen tulisi olla vähintään 15 metrin päässä toisistaan. Leppäharjun mukaan myös kunnat tavallisesti vaativat noudattamaan tätä ohjetta.

– Kaksi kaivoa 15 metrin etäisyydellä toisistaan toimii kyllä vielä hyvin, mutta jos kaivoja on useita, ne alkavat käyttövuosien mittaan vaikuttaa toisiinsa.

Lähellä olevien muiden energiakaivojen tai kaivokenttien lisäksi taloyhtiön on huomioitava kaivojen sijoituksessa myös mahdolliset maanalaiset rakennelmat, vedenottamot sekä etäisyydet rakennukseen, kiinteistön rajaan ja jätevedenpuhdistamoihin.

Maalämpöön vinokaivojen tai hybridin myötä

Jos taloyhtiö tahtoo siirtyä maalämpöön, tontin pieni koko ei välttämättä ole ylipääsemätön este. Energiakaivoista voidaan nimittäin porata yhä syvempiä.

– Jopa niin sanotusti keskisyviä, eli 1–3 kilometrin reikiä porataan. Jos näistä ensimmäisistä kokeiluista saadaan rohkaisevia tuloksia Suomessa, luulen, että ne tulevat yleistymään. Asia on tutkimusvaiheessa, mutta ahtailla tonteilla syvemmät kaivot ovat kuitenkin vaihtoehto. 400–600 metrin kaivoja on Suomessa jo toteutettu muutamassa kohteessa. Poraushinta kuitenkin nousee syvyyden kasvaessa, eli asiaa on harkittava tapauskohtaisesti.

Nina Leppäharju kannustaa olemaan kekseliäs myös energiakaivojen sijoittamisessa ja hyödyntämään kaiken mahdollisen tilan kulkuväyliä, pysäköinti- ja viheralueita sekä erilaisia maanalaistiloja myöten. Leppäharjun mukaan useissa taloyhtiöissä käytetään myös niin sanottuja vinokaivoja, eli kaivoja ei porata pystysuoraan, vaan ne suunnataan hieman kallistaen eri suuntiin poispäin toisistaan, jotta niiden keskimääräistä etäisyyttä saataisiin suuremmaksi.

– Vinokaivojen osalta on kuitenkin oltava tarkka mitoituksen kanssa, koska hyvin tiiviisti sijoitetut vinokaivot voivat jäähtyä yläosastaan liikaa.

Energiakaivo voidaan porata naapurin kiinteistön puolelle ulottuvana vinoreikänä naapurin kirjallisella suostumuksella. Suostumuksen lisäksi suositellaan omistajavaihdokset turvaavan kiinteistörasitteen perustamista.

Taloyhtiö voi myös miettiä erilaisia hybridivaihtoehtoja, jolloin maalämpö tuottaa osan yhtiön tarvitsemasta energiasta ja jokin muu energiamuoto osan.

– Hybridi voi koostua esimerkiksi erilaisista lämpöpumppuratkaisuista tai vaikkapa maalämmöstä ja kaukolämmöstä. Kaivojen lataamista esimerkiksi aurinkokeräimien avulla voi myös harkita – tällöin voidaan vähentää tarvittavaa kaivomäärää ja pinta-alaa.

Mitoitus täystehon vai osatehon mukaan?

Mitä maalämpöpumpun mitoitukseen tulee, se mitoitetaan joko täys- tai osatehoiseksi suhteessa rakennuksen huipputehontarpeeseen. Taloyhtiön tilojen sekä käyttöveden lämmityksen vaatima vuotuinen energiamäärä antaa siis suuntaa lämpöpumpun tarvitsemalle teholle.

Motivan oppaan mukaan osateholle mitoitettu pumppu kattaa yleensä 60–80 prosenttia lämpötehon huipputarpeesta, ja sen energiantuotto on 95–99 prosenttia vuotuisesta energiamäärästä. Kovimmilla pakkasilla tarvitaan lisälämmitystä, joka voidaan tuottaa sähköllä tai lämmitysjärjestelmän saneerauksessa jäljelle jätetyllä öljykattilalla tahi kaukolämpölaitteistolla.

Täystehon mukaan mitoitettu pumppu kattaa rakennuksen kaiken energiantarpeen kylmimmilläkin säillä ilman lisävastuksia. Täystehomitoituksessa on kuitenkin oltava huolellinen ja pyrittävä välttämään pumpun liiallista pätkäkäyntiä –5 ja 5 celsiusasteen välisissä lämpötiloissa. Lyhyet käynti- ja lepoajat saattavat nimittäin heikentää laitteiston kestävyyttä.

Motivan oppaan mukaan pätkäkäyntiä voidaan välttää joko useamman kylmäyksikön käytöllä tai invertteriohjatuilla kompressoriyksiköillä.

Maalämpö tekee tuloaan myös kaukolämmön tuotantoon

Lämpöpumpun mitoitustapa – oli se sitten täysteho tai osateho – tulee aina valita kohdekohtaisesti. Kaukolämmöstä tai öljystä maalämpöön siirtyvän taloyhtiön on joka tapauksessa hyvä varautua siihen, että järjestelmän myötä kiinteistösähkön kulutus nousee.

Etenkin osatehomitoitetun järjestelmän käyttökustannuksia saattaa nostaa se, jos tarvittava lisäteho tuotetaan ostosähköllä. Tällöin taloyhtiö voi joutua maksamaan aiheuttamistaan kulutuspiikeistä sähkön jakelusta vastaavalle verkkoyhtiölle sähkön siirtomaksussa. Tämä niin sanottu tehomaksu eli tehoperusteinen sähkömaksu on Motivan mukaan käytössä muutamilla sähköyhtiöillä, ja sen uskotaan lähivuosina yleistyvän.

Maalämpöjärjestelmän hankesuunnittelijan onkin esitettävä taloyhtiölle muun muassa järjestelmän vaikutukset taloyhtiön energiankäyttöön kuukausittain sekä sähkön perus- ja tehomaksujen perusteeseen.

Geoenergiassa on joka tapauksessa potentiaalia taloyhtiöiden energiantuotannon kannalta – joko suoraan, taloyhtiön oman investoinnin myötä, tai välillisesti. Jotkin energiayhtiöt ovat jo nimittäin päättäneet korvata kivihiilen käyttöä lisäämällä myös maalämmön osuutta kaukolämmön tuotannossa.

Lähteet: Lämpöpumppujen hankintaopas – kunnat ja taloyhtiöt, Motiva Oy 2018. Energiakaivo – Maalämmön hyödyntäminen pientaloissa, Janne Juvonen & Toivo Lapinlampi, ympäristöministeriö 2013.

Teksti: Saara Pakaslahti

Kuva: Pixabay