Tuesday, 28 October 2014

Maalämpölämmittäjän parasta aikaa





 Syksy on juuri nyt lämmin ajankohtaan nähden. Maakin on lämmin kesän jäljiltä, kunhan mennään vähän syvemmälle. Olosuhteet ovat mitä otollisimmat maalämmöllä lämmittäjän kannalta. 

Maalämpösysteemini käyttöpanelista ottamani kuvat kertovat paljon tilanteesta. Niiden perusteella voi tehdä myös muutamia lämpöopillisia laskelmia. 

Ulkolämpötila lienee selkeä ilman sen kummempia selityksiä. 11,2 astetta, mikä näin lokakuun viimeisten päivien iltana on aika korkea. Liuos sisään tarkoittaa sen alkoholin ja veden seoksen (1:2) lämpötilaa, joka on käynyt 170 metriä syvällä imemässä maaperän kesällä auringosta varastoimaa lämpöä. Kun osa siitä on otettu kompressorilla talteen, niin maahan palaavan nesteen lämpötila on -0,8 astetta. Kun liuosta kierrätetään 1800 l/h, niin lukion ensimmäisen vuoden fysiikan kurssien lämpöopin laskulla saadaan tulokseksi, että lämpöpumppu imee maasta lämpöä huusholliin noin 11 kilowatin teholla. Ei huono.


Menov on se lämpötila, johon lämminvesivaraajassa kiertävän liuoksen lämpötila nostetaan. Sen avulla voidaan laskea laitteen teoreettinen COP-arvo eli suorituskerroin. 


Tämä siis tarkottaisi, että vajaan 2 kW:n sähköteholla saataisiin tupaan lähes 13 kW teholla lämpöä. Kuulostaa liian hyvältä ollakseen totta. Kuten onkin. 


Maalämpöpumpun reaaliset arvot näkyvät tästä kaaviosta. Kun lämpötila nostetaan pyörein luvuin 5 asteesta 50 asteeseen, niin laitteen lämmitysteho Qh on noin 10,5 kW, suorituskerroin COP on 3,5 ja vaadittava sähköteho Pe on noin 3 kW. Ei ihan huonoja nekään. 

Sen sijaan pakkasen paukkuessa kireimmillään meikäläisen rintamamiestalossa yritetään imeä viimeinenkin lämpö maasta. Sisään tulevan nesteen lämpötila on nollan huitevilla ja se pitää nostaa 65 asteeseen. COP on enää noin kaksi, eli ollaan siinä kuuluisassa fifty-sixty -tilanteessa. Puolet petäjäistä. Lämmitystehokaan ei nouse juuri 8,5 kW:ia suuremmaksi. Liiterissä olevat koivuklapit nousevat arvoon arvaamattomaan. Tulee myös mieleen, että pitäisikö lisäeristää. No, kesähelteillä nämä pakkomielteet kummasti helpottavat. 

Tämän tarinan opetus on varsinaisesti siinä, että matematiikan lukutaito, niin kaavojen kuin graafien osalta olisi varsin hyödyllistä silloin tällöin arkielämässäkin. Mitatut suoritusarvot ja myyntimiesten puheet kun eivät aina ole 1:1.

12 comments:

  1. Tämmöinen fysikaalinen erhe ylläolevaan varsin mielenkiintoiseen juttuun liittyy, että maalämpözydeemi ei imeskele "maaperän kesällä auringosta varastoimaa lämpöä". Se kun kulkeutuu vain ehkä noin 15 metrin syvyyteen, ja lisäksi sen verran hitaasti, että siellä 10 metrin alapuoleella lämpötila on korkein talvella - viive on sen puoli vuotta. Season lag, sanoisi britti...

    Geotermistä lämpöä sieltä imeskellään. Hyvin saman tyyppistä, noin persnahkatuntumalla kyllä.

    ReplyDelete
  2. Tässä kyllä rohkenen olla aika lailla eri mieltä. Osa perustuu "kirjaviisauteen", osa omakohtaisiin havaintoihin. Suomen kallioperän syvyys on suurusluokkaa 100 - 200 km. Siitä ei ole mahdollista saada geotermistä energiaa, ellei porata kilometrien syvyyteen.

    Maalämmön käyttäjänä minulla selkeä näppituntuma tulevan nesteen lämpötilaan. Olisi ihan mukavaa, jos tässä olisi puolen vuoden season lag, eli lämpöä olisi eniten maassa silloin kun on kylmintä. Valitettavasti vain näin ei ole. Graniitti on kohtuullisen hyvä lämmönjohdinmateriaali. 3,4 W/mK. Kun esimerkiksi nyt lämmitän, niin putkissa olevan veden lämpötila pysyy aika hyvin 5 asteen molemmin puolin. Kun reikä on vain 115 mm läpimiltaltaan ja siellä on on vielä kahdet muoviputket, niin siellä on vettä pyörein luvuin 1 kuutiometri. Kun lämpöä kaivosta tulee tällä hetkellä noin 10 kW:n teholla, niin kaivossa olevan veden lämpötilan pitäisi laskea tunnissa noin 8 astetta. Näin ei käy, joten graniitti johtaa siihen varsin tehokkaasti lämpöä korvaamaan talteen otettua.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Kuten niin moni fysikaalinen fakta, tämäkään ei ole varsinaisesti mielipideasia :)

      Kesän lämpö kulkeutuu maahan 2-8 metrin syvyyteen, käytännössä. Siitä sun putkesi ei paljoa sitä napsi, syvemmältä se tulee.

      Delete
    2. Asiasta löytyy tutkimustietoa vaikka millä mitalla - lämpöpumppukauppiaitten esitteisiin ei ole pakko rajoittua.

      Delete
    3. Asiasta on kovasti ristiriitaista tietoa. Itse kuvittelin aikoinani maalämmön olevan meillä lähinnä peruskalliossa tapahtuvien radioaktiivisten hajoamisten tuottamaa lämpöä. Lukuisten eri mieltä olevien lähteiden perusteella muutin kantaani. Omakohtaisia havaintojahan tässä on vaikea tehdä. Nyt olisin kuitenkin kallistumassa entiselle kannalleni, koska faktat näyttäisivät tukevan sitä. Palaan asiaan, kunhan olen vähän tutkinut taustoja.

      Delete
  3. Löytyy kyllä tosiaan jos vaikka minkälaista tietoa ja "tietoa". Useissakin kauppiaitten esittelyissä esiintyy mm. termi "kylmäenergia" ikään kuin lämpöenergian vastakohtana. Ihan omia fysiikan tutkimushaaroja, tai sitten peräti haaranperiä.

    Lainaus en viitsi sanoa mistä:
    "Maakylmä käyttää siis hyväkseen kylmäenergiaa, jota varastoituu maaperään etenkin talven pakkasten aikana. Näin samaa järjestelmää, jota käytetään talvisin kodin lämmittämiseen, voidaan käyttää kuumina kesäpäivinä tuomaan helpottavaa viileyttä sisäilmaan. "

    ReplyDelete
    Replies
    1. Tosin, sen verran täydennystä tai takaisinottoa, että onhan käytössä vielä paljon niitäkin maalämpöjärjestelmiä, joissa keräysputkisto on asennetu vaakatasoon lähelle maan pintaa - kait tavallisesti parin metrin syvyyteen. Jonkin verran niitä asennetaan nykyäänkin. Niihinhän nuo esitteiden jutut ovat ihan valideja - noita "kylmäenergia"-osuuksia tietysti lukuun ottamatta. Tekstit tai ainakin niitten ajatukset lienevät osin entisiä, vaikka tekniikka onkin muuttunut.

      Syvälle menevät porakaivoasennukset ovat tosiaan sitten eri juttu. Terminologia onkin kait vakiintumassa siihen suuntaan, että "kalliolämpö" ja "maalämpö" tarkoittavat näitä eri vaihtoehtoja, vaikka "maalämpö" onkin vielä paljon yleisnimityksenä.

      Delete
  4. Näin on. Minäkn vähän hämäännyin, kun kalliolämpö ja maalämpöä käsiteltiin erittelemättä niitä. Joten selvennettäköön maalämmön tarkoittavan tilannetta, jossa putket ovat vaakasuoraan perin metrin syvyydellä maassa tai jopa järven pohjassa. Silloin ne hyödyntävät auringon lämpöä. Toimii sitä paremmin, mitä etelämmässä ollaan ja saviperäisessä maassa, joka sitoo paljon lämpöä itseensä. Pysytysuoraan porattu putki taas hyödyntää kallolämpöä, joka meillä on peräisin pääasiassa radioaktiivisten aineiden hajoamisesta. Se ei ole juuri lainkaan leveysasteriippuvainen, joten lienee esim. Lapissa parempi vaihtoehto kuin maalämpö.

    ReplyDelete
  5. Näin ollen on siis harhaanjohtavaa markkinoida kalliolämpöä uusiutuvana energiana. Radioaktiivinen hajoaminen jos mikä on luonnossa uusiutumaton.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Samalla logiikalla aurinkoenergiakaan ei ole uusiutuvaa energiaa.

      Delete
    2. Kuten ei myöskään mikään aurinkoenergian johdannainen (tuuli, bio, vesi - puhumattakaan fossiilisista:)

      Delete
    3. Uutta big bangia odotellessa.

      Delete