Aurinkoenergiaa, maalämpöä tai lämpöakkua harkitsevan on keskeistä kiinnittää huomiota muutamiin asioihin kunkin energiantuottomuodon osalta. Huolellisesti suunniteltuna ja toteutettuna uusiutuvien energiantuottomuotojen hyödyntäminen rakennuksessa voi tuoda merkittävästi säästöä rakennuksen energiankulutuksessa. Esimerkiksi maalämmöllä voidaan saavuttaa lämmityskuluissa jopa 80 prosentin säästö.
Rakennusten energiatehokkuuteen kiinnitetään koko ajan enemmän huomiota, ja tämän johdosta uusiutuvien energiantuottomuotojen hyödyntäminen on kasvussa. Aurinkoenergian, maalämmön ja lämpöakun osalta tulee kiinnittää huomiota muutamiin asioihin, jotta kyseisten energiantuottomuotojen hyödyistä saadaan irti mahdollisimman paljon.
Aurinkoenergian tuotanto riippuu vuodenajasta
Aurinkoenergiasovellutukset voidaan yleensä jakaa lämpöä ja sähköä tuottaviksi. Aurinkoenergian käytön rajoitteena toimivat säteilyn vaihtelut vuodenajan mukaan. Suurin osa (90 %) säteilyenergiasta saadaan maalis-syyskuun välillä (Etelä-Suomessa). Vuodenajasta johtuvat vaihtelut kasvavat vielä enemmän pohjoiseen mentäessä. [1]
Auringosta voidaan tuottaa sähköä kennoista koostuvien aurinkopaneelien (kuva 1) avulla. Aurinkokenno toimii elektronisena puolijohteena. Auringonsäteily synnyttää jännitteet sen ala- ja yläpinnan välille. Kun kytketään tarvittava määrää kennoja sarjaan, saavutetaan haluttu jännitteen taso. Aurinkopaneeleista saatavilla oleva virran määrä riippuu auringonsäteilyn voimakkuudesta. Aurinkopaneelien avulla on mahdollista tuottaa sähköä auringon suorasta ja hajasäteilystä. Tämä on keskeistä, sillä Suomessa suuri osa auringonsäteilystä on hajasäteilyä. Paneelien asennuskulma ja pilvisyys vaikuttavat myös saatuun tuotantomäärään. [1]
Aurinkokeräinten (kuva 2) avulla on mahdollista ottaa aktiivisesti hyöty irti aurinkosäteilystä. Aurinkokeräimellä tarkoitetaan laitetta, jolla on mahdollista muuntaa auringon säteilyä lämmöksi. Siihen, paljonko aurinkolämpöä on mahdollista saada keräimen avulla, vaikuttavat muun muassa auringon säteilyteho ja lämpötila. Aurinkolämpöä on parasta hyödyntää läpi vuoden melko tasaisena pysyvän kuorman lämmitykseen, kuten käyttöveden lämmitykseen. Aurinkolämpökeräimet pystyvät vastaanottamaan hajasäteilyä, ja niillä on mahdollista kerätä lämpöä myös pilvisen sään aikaan. Talvella lämpöä ei kuitenkaan kerry kovinkaan paljon. [1]
Aurinkoenergian tekniikassa keskeinen osa aurinkolämmitysjärjestelmää on aurinkokeräin. Keräin muuttaa siihen osuvan säteilyn lämmöksi ja lämmönsiirtonesteen avulla siirtää sen käyttöön. Sähköä tuottavissa järjestelmissä aurinkokennojen avulla muunnetaan säteily sähköksi. Aurinkopaneelien keräämää sähköenergiaa on mahdollista varastoida akkuihin tai syöttää sähköverkkoon. [1]
Maalämmöllä on edulliset käyttökustannukset
Maalämpö on maahan varastoitunutta, uusiutuvaa auringon energiaa. Yleisesti maalämpö on ympäristöystävällinen ja taloudellisesti kannattava valinta. Sen kustannukset ovat hyvin ennustettavissa verrattaessa muihin energiamuotoihin, ja se myös pienentää kiinteistön hiilijalanjälkeä. Maalämpö itsessään on ilmaista, uusiutuvaa energiaa. Maalämpöpumppu tarvitsee toimiakseen sähköä, mutta pumpun sähkönkulutus on kuitenkin vain murto-osa verrattaessa esimerkiksi sähkö- tai kaukolämmityksen energiankulutukseen. Maalämmöllä on sama toimintaperiaate kuin jääkaapilla. Tavoitteena on, että lämpöä saadaan siirrettyä huoneilmaan pois kaapin sisältä. Lämpöpumpun avulla lämpöä saadaan siirrettyä kallioperästä lämpimään käyttöveteen sekä vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään rakennuksessa. [2]
Maalämpöjärjestelmää varten on tarve tehdä porakaivo. Toinen vaatimus järjestelmän asentamiselle on, ettei tontti sijoitu tunnelien, kuten metrotunnelin, yläpuolelle. Kaivon syvyyteen vaikuttavat muun muassa lämpöenergian tarve sekä pohjaveden aiheuttamat virtaukset. Kaivot mitoitetaan tapauskohtaisesti. [2]
Maalämmön hyödyntämiseksi maahan on siis tarve porata energiakaivo. On myös mahdollista kaivaa maahan noin metrin syvyyteen lämmönkeruuputkisto, jossa lämmönkeruuneste kiertää vaakaputkistoa pitkin. Silloin porareikää ei tarvita. Maalämpö on ollut pitkään suosittu energiantuottomuoto omakotitaloissa. Nykyisin maalämpöä on alettu käyttää myös suuremmissa kiinteistöissä energiajärjestelmänä. Tarkkojen esitutkimusten ansiosta maalämpökaivojen määrää on mahdollista mitoittaa optimaalisesti erittäin suurissakin kohteissa. [2]
Lämpöakku avuksi kaukolämmön kulutushuippuihin
Pienen kokoluokan kaukolämpöakut, joilla on kapasiteettia muutama tunti, ovat jo yleistä teknologiaa. Suuren kokoluokan kaukolämpöakkuja voidaan puolestaan purkaa täydellä teholla useampia päiviä, ja niitä voidaan hyödyntää lämmön kausivarastona. Suurikokoinen kaukolämpöakku voidaan yksinkertaisimmillaan toteuttaa siten, että tehdään se kallioluolaan joka ei enää ole käytössä. Keskeistä on kallioluolan täyttäminen vedellä. [3]
Suurten kaukolämpöakkujen avulla voitaisiin edistää esimerkiksi lämpöpumppujen käyttömahdollisuuksia ja kannattavuutta kaukolämpöverkoissa. Suuren kokoluokan kaukolämpöakun sekä lämpöpumpun yhdistelmä toimisi niin, että lämpöpumppua ajettaisiin matalan lämmöntarpeen aikana täydellä teholla, vaikka tuotantoteho ylittäisi lämmön kulutuksen. Lämpöakun avulla on myös mahdollista hyödyntää paremmin hukkalämpöjä, joita on saatavilla vaihtelevasti. Suurista kaukolämpöakuista on toivottu hyötyä tukemaan uusiutuvien energiamuotojen käyttöönottoa. Akkua voitaisiin ladata esimerkiksi lämpöpumpulla silloin, kun sähköä tuotetaan yli kysynnän esimerkiksi tuulisen sään aikaan. Päivisin akkua voitaisiin ladata esimerkiksi aurinkolämmöllä ja purkaa yöllä. [3]
Lämpöakun avulla saadaan lämmitettyä kaukolämpöputkiston kiertävä vesi silloin, kun kaukolämpöä on tarve käyttää paljon eli yleensä pakkasjaksojen aikaan. Puolestaan tilanteessa, jossa kaukolämmön kuluttaminen on vähäisempää kuin sen tuottaminen, akkua ladataan kaukolämmön vedellä. Lämpöakku on taloudellinen ja ympäristöystävällinen tapa tuottaa kaukolämpöä. Öljyn käyttöä on mahdollista vähentää kaukolämmön tuotannossa kulutushuippujen aikana, sillä tuotettua kaukolämpöä voidaan purkaa akusta tarvittaessa. [4]
Uusiutuvien energiantuottomuotojen vertailu ja huomiot
Aurinkopaneelien tuotannossa on huomioitava, että tuotantoa ei ole mahdollista säädellä, vaan tuotanto painottuu vuositason tarkastelussa kesäkauteen ja vuorokausitason tarkastelussa päiväaikaan. Tuotannossa on myös selkeää päivätason vaihtelua. Aurinkovoima edellyttää joustoa muulta sähköjärjestelmältä. Paneelit tarvitsevat tilaa esimerkiksi maasta tai rakennuksen katolta. Paneeleista ei synny ilmapäästöjä käytössä ollessaan. [3]
Aurinkokeräinten kannattavuus riippuu kohteesta ja energiasta, joka aurinkolämmöllä korvataan. Aurinkokeräinten tuotanto ei ole säädettävää, vaan se riippuu esimerkiksi ulkolämpötilasta ja auringon säteilytehosta. Ympäri vuotisessa käytössä Suomessa aurinkolämpö toimii siis vaan osana hybridilämmitysjärjestelmää. Aurinkokeräimet täytyy sijoittaa kiinteistön yhteyteen tai kaukolämpöverkon varrelle, jotta kerätty lämpö saadaan hyötykäyttöön. Niille tarvitaan myös riittävästi tilaa kiinteistössä esimerkiksi katolta. Aurinkolämpöjärjestelmissä pumput vaativat sähköä, mutta hyvin pienellä kulutuksella. Aurinkolämpö on edullinen tapa käyttöveden lämmitykseen, mutta alkuinvestointi on melko kallis hyötyihin nähden. Yleisesti aurinkolämmön ilmastovaikutus on positiivinen. Vaikutuksen suuruus riippuu kuitenkin korvattavasta tuotannosta (esimerkiksi maalämpö). [3]
Maalämpöpumpun lämpökaivo on tärkeää mitoittaa oikein. Jos se on liian pieni, viilenee se liikaa. Kun lämmönlähde viilenee, se heikentää hyötysuhdetta vuosien aikana. Maalämpökenttien yleistyessä haasteena on niiden vaikutus toisiinsa, koska jos niitä sijoittaa liian lähekkäin, voivat ne jäähdyttää toisiaan. Energiakaivojen poraustekniikoiden kehityksen vuoksi voidaan kaivoista tehdä hyvin syviä. Pientaloon riittää yksi lämpökaivo, kun taas suuret kiinteistöt saattavat tarvita useampia kymmeniä kaivoja. Maalämmön alkuinvestointi on melko suuri, mutta maalämmöllä voidaan saavuttaa lämmityskuluissa jopa 80 prosentin säästö. Lämmittäminen on edullista myös talvella, koska maasta saadaan hyödynnettävää lämpäenergiaa ympäri vuoden. Lämpökaivo mahdollistaa myös maaviileän hyödyntämisen. Maalämpö on ympäristöystävällinen lämmitystapa ja pitkällä aikavälillä hyvin edullinen. [3]
Kaukolämpöakkujen tarkastelussa tulee tuoda esille, että ne ovat vielä melko kalliita ja vaativat suuren tilan. Toisaalta niitä pystyy hyvin sijoittamaan käytöstä poistettuihin luolavarastoihin. Tähän asti Suomeen toteutetut suuret lämpöakut onkin tehty jo valmiiksi olemassa oleviin kalliovarastoihin. Varaston tulisi olla kiinni kaukolämpöverkossa eli lähellä kulutusta. Akkujen purkaus ja lataus voidaan aloittaa melko nopeasti. Kun kaukolämpöakku toimii, on sen ilmastovaikutus hyvä, sillä jo pienessä kokoluokassa akut vähentävät tarvetta huippulämpölaitoksille. Suuret lämpöakut parantavat uusiutuvien energialähteiden tuottamaa ylimääräisen sähkön hyödyntämistä lämmöntuotannossa esimerkiksi lämpöpumppujen avulla. Akkujen avulla aurinkolämmön vaihteleva tuotanto on mahdollista hyödyntää paremmin. [3]
Emma Pelttari
Opiskelee rakennusarkkitehdiksi Oulun ammattikorkeakoulussa
Blogiteksti perustuu opinnäytetyöhön: Pelttari, E. 2023. Oulun keskustan arvokiinteistön kehittäminen. Oulun ammattikorkeakoulu. Rakennusarkkitehdin tutkinto-ohjelma. Opinnäytetyö. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2023051210334
Lähteet
[1] Energiamaailma. 2023. Aurinkoenergia. Hakupäivä 13.4.2023. https://energiamaailma.fi/energiasta/energiantuotanto/aurinkovoima/
[2] Rototec. 2023. Mitä geoenergia eli maalämpö ja maaviileä on? Hakupäivä 12.4.2023. https://www.rototec.fi/mita-maalampo-on
[3] Energiateollisuus ry. 2018. Uudet energiateknologiat – yhteenveto polttamisen vaihtoehdoista. Raportti Energiatollisuus ry:n ympäristöpoolille. Hakupäivä 14.4.2023. https://energia.fi/files/4342/ZETPOLF_uudet_tekniikat_ja_polttaminen_loppuraportti.pdf
[4] Jurkko, K. 2022. 2022. Lämpöakku lämmittää koteja talvella. Blogi 25.1. Oulun Energia. Hakupäivä 13.4.2023. https://www.oulunenergia.fi/ajankohtaista/blogi/lampoakku-lammittaa-koteja-talvella/
Vastaa
Sinun täytyy kirjautua sisään kommentoidaksesi.