Maalämpöpumppu
Maalämpöpumppu (MLP) kerää maaperään, kallioon tai veteen varastoitunutta auringonlämpöä. Lämpökaivon syvemmissä osissa lämpöä saadaan oleellisemmalta osalta maapallon ytimestä kallioon johtuvasta fissioenergiasta sekä lämpimistä pohjavesivirtauksista. Maalämpö sopii hyvin ympärivuotiseksi lämmitysjärjestelmäksi sekä uusiin että vanhoihin rakennuksiin.
Maalämmön alkuinvestointi on tyypillisesti eri lämpöpumppuvaihtoehdoista suurin, mutta käyttökustannukset ovat edullisimmat. Maalämmön kannattavuus paranee rakennuksen koon sekä vuosittaisen energiankulutuksen kasvaessa. Lämpöpumppujen hyötysuhde on parhaimmillaan lattialämmityskohteissa tai muissa matalalämpöisissä lämmitysjärjestelmissä.
Lämmitysjärjestelmän saneerauksen yhteydessä rakennuksen aikaisempi vesikiertoinen lämmitysjärjestelmä voidaan korvata suoraan maalämpöpumpulla. Valtaosa maalämpöratkaisujen lämmönkeräyspiireistä toteutetaan maahan porattavilla lämpökaivoilla. Muita lämmönkeräyspiirin toteutusmalleja ovat vaaka-asennus maaperän pintakerrokseen noin metrin syvyyteen tai asennus vesistöön upottamalla keräyspiiri vesistön pohjaan painojen avulla.
Maalämpöpumpun hankinta
Maalämpöputkiston asentaminen edellyttää toimenpidelupaa kunnalta. Luvan saantiin vaikuttavat muun muassa mahdolliset maanalaiset rakenteet taajama-alueella, pohjavesialueet ja suojaetäisyydet rakennuksiin, tonttirajoihin ja muihin lämpökaivoihin. Jos putkisto suunnitellaan asennettavaksi vesistöön, vesialueen omistajan lupa on myös saatava.
Ennen hankintapäätöstä on tarkistettava oman talon sähkönsiirrosta vastaavalta verkkoyhtiöltä, onko maalämpöhankinnan vuoksi esimerkiksi suurennettava pääsulakekokoa, hankittava käynnistysvaiheen maksimivirtaa rajoittava niin sanottu pehmokäynnistin tai hankittava tasavirtaohjattu (inverter) maalämpöpumppumalli. Varsinkin haja-asutusalueilla maalämpöpumpun kompressori voi aiheuttaa muun muassa oman ja/tai naapuritalojen valojen välkyntää.
Maalämpöpumppumalleja
Osa maalämpöpumpuista on vuorottain lataavia malleja, joissa käyttövesi tehdään kaksoisvaippavaraajan ulompaan vaippaan – vuoroin kuumennetaan vettä siis lämmitystä varten ja vuoroin käyttövettä varten. Käyttöveden lämmitys tapahtuu huonommalla lämpökertoimella kuin lämmöntuotanto tilojen lämmitystä varten, koska lauhtumislämpötila käyttövettä tuotettaessa on yleensä korkeampi lämmönjakoverkon kohdalla. Käyttövesi lämmitetään mahdollisuuksien mukaan ensisijaisesti. Vuorottain lataava malli sopii sekä lattia- että patterilämmityskohteisiin.
Maalämpöpumpuista osa on niin sanottuja tulistinlämpöpumppuja. Tulistinmaalämpöpumpussa on kompressorin ja lauhduttimen välissä erillinen lämmönvaihdin, jossa kaikkein kuumimmasta kylmäainehöyrystä siirretään lämpöä käyttöveden lämmitykseen. Tulistinmaalämpöpumput on yleensä varustettu käyttövesikierukalla. Yleensä tulistusenergia hyödynnetään käyttöveden jälkilämmitykseen.
On myös kahden kompressorin laitemalleja, joissa on omat kylmäainepiirinsä, lämpötila-alueensa ja eri kylmäaineet. Näilläkin malleilla päästään yli 70 asteen lämpötilaan kompressorien tuotolla.
Lämpökaivo maalämpöpumpun lämmönlähteenä
Nykyään ylivoimaisesti suurin osa maalämpökohteista toteutetaan lämpökaivoilla. Kyseessä on ulkohalkaisijaltaan 115–165 mm porakaivo, johon asennetaan putkisto, jossa lämmönkeruuliuos kiertää. 30-prosenttisen bioetanoliseoksen jäätymispiste on noin -17 Celsiusastetta. Lämpökaivoa käyttäen maalämpöjärjestelmä pystytään useimmiten tekemään ahtaallekin tontille mutta se on lämmönkeruuvaihtoehtona yleensä kallein.
Vaakaputkisto maalämmön lämmönkeruupiirinä
Maalämpöpumppu voi hyödyntää myös auringon säteilystä maaperän pintakerrokseen varastoitunutta lämpöenergiaa. Lämpöenergiaa kerätään maaperään asennetulla lämmönkeruuputkistolla, joka asennetaan vaakatasoon, ilmastovyöhykkeen mukaan, noin metrin syvyyteen, Pohjois-Suomessa syvemmälle. Viereiseen putkilenkkiin on vaakaetäisyyttä oltava vähintään 1,5 metriä, mieluiten enemmänkin. Vaakaputkisto on yleensä edullisin maalämmönkeruutapa.
Lämmönkeruupiiri vesistössä
Järviin, mereen tai jopa suurivirtauksisiin ojiin asennetaan pieni osa maalämmön keruuputkistoista. Lämmönkeruuputkisto ankkuroidaan vesistön pohjaan painojen avulla noin 3–5 metrin välein.
Vesistössä olevasta putkituksesta voidaan ottaa suurempia tehoja ja energiamääriä kuin vastaavasta maaputkituksesta, koska veden lämmönsiirto-ominaisuudet ovat parempia kuin maaperän. Suunnittelussa on kuitenkin varmistuttava siitä, että veden lämpötila ei laske putken ympärillä talviaikanakaan alle +1 °C:n. Jos lämpötila laskee alemmaksi, on vaarana että putkien pinnalle kertyy jäätä. Kertynyt jää saattaa aiheuttaa putkistoon suuren nosteen, jonka seurauksena putkisto nousee veden pinnalle.
Putkiston asennussyvyyden tulisikin olla yli kaksi metriä, jotta vesi talvellakin pääsee riittävän vapaasti liikkumaan putkiston ympärillä. Varsinkin virtaavassa vesistössä on veden lämpötila tarkistettava, sillä virtaavan veden lämpötila saattaa olla hyvinkin matala (niin sanottu alijäähtynyt vesi). Käytännössä vesistöasennus on kustannukseltaan pientalolle hieman lämpökaivoasennusta edullisempi vaihtoehto. Energiatarpeeltaan isommissa kohteissa vesistöasennus on pienempiä kohteita kannattavampi, koska keruuputken asennus vaatii jonkin verran erikoisvalmisteluja ja -kalustoa.
Maalämpöpumpun tehomitoitus
Maalämpöpumpun tehoa ei välttämättä kannata mitoittaa kattamaan rakennuksen huipputehontarvetta järjestelmän paremman kustannustehokkuuden ja kompressorin pidemmän eliniän vuoksi. Maalämpöpumpun tehoksi voidaan mitoittaa noin 60–80 prosenttia rakennuksen mitoitustehosta, jolla tuotetaan noin 95–99 prosenttia vuotuisesta energiantarpeesta. Loput 1–5 prosenttia tuotetaan maalämpöpumpun vara/lisälämmitysvastuksella.
Pientaloissa maalämpöpumppu voidaan mitoittaa täysitehoiseksi siten, että hieman suuremmat investointikustannukset ovat järkevästi perusteltuja. Täysitehoiseksi mitoittaminen pienentää kiinteistön sähkönkäytön huipputehoa, jonka merkitys kasvaa jatkuvasti. Täystehomitoituksessa maalämpöpumpun invertteriohjaus vähentää lämpöpumpun osakäyntiä ja pidentää kompressorin käyttöikää.
Lämmönkeruupiirin mitoitus
Lämmönkeruupiiri tulee mitoittaa talon tilojen lämmityksen ja käyttöveden tarvitseman vuotuisen energian mukaisesti. Reilusti mitoitettu lämmönkeruupiiri maksaa itsensä takaisin hieman paremman lämpökertoimen muodossa pitkällä aikavälillä. Lämpökaivon alimitoittaminen myös johtaa lämmönlähteen viilenemiseen pikkuhiljaa vuosien varrella.
Lämpöpumpun tehomitoitus ei juurikaan vaikuta lämmönkeruupiirin mitoitukseen. Maaperässä maan kosteuden määrä vaikuttaa oleellisesti vaakaputkistona olevan lämmönkeruupiirin energiatehokkuuteen. Vesivirtaukset parantavat lämpökaivon ja pienten vesistöjenkin lämmönkeruupiirin tehoa.