Maaperästä energiaa tulevaisuuden kestäviin ratkaisuihin

Alueelliset kestävät energiaratkaisut rakennetussa ympäristössä tulevat lisääntymään tulevaisuudessa.

Energian hyödyntäminen rakennuksen sisällä, samoin kuin erilaiset lämmöntalteenottoratkaisut kehittyvät kovaa vauhtia. Maaperän hyödyntäminen alue- ja rakennustason ratkaisuissa voi olla osana siirtymistä vähäpäästöisempään rakennuskantaan.

Maaperän hyödyntäminen

Maaperässä piilee suuri potentiaali rakennusten lämmitykseen ja viilennykseen. Maahan varastoitunutta lämpöenergiaa voidaan hyödyntää monella tavalla. Yleisin tapa hyödyntää maaperän lämpöenergiaa rakennuksiin on ollut maalämpöpumput, joita on yleisesti käytetty jo 1970-luvulla Ruotsissa.

Maalämpöpumppu on tehokas, mutta kallis toteutus. Myös sen asennustekniset ongelmat estävät sen käyttöä monissa paikoissa. Tämän takia on tärkeää tarkastella vaihtoehtoisia tapoja hyödyntää maaperän energiaa rakennusten lämmityksen tai ilmanvaihdon osalta. Kiinnostus erilaisiin maalämpöjärjestelmiin on kasvussa, josta esimerkkinä on korttelitasolla tehtävät syvät maalämpökaivot (Yle 2024).

Ilmastonmuutoksen vuoksi uusiutuvan energian käytön edistäminen on välttämätöntä. Sisätilojen lämmityksessä perinteiset ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmät (LVI) vastaavat noin 40 % rakennuksen energiankulutuksesta, joten sisätilojen mukavuuden saavuttamisesta pienemmällä energiankulutuksella on tullut merkittävä kysymys ja haaste yhteiskunnille maailmanlaajuisesti. (Li ym. 2019)

Uusiutuvien energialähteiden joukossa geoterminen energia on laajalti saatavilla olevaa matalalämpötilaista energiaa, joka soveltuu hyvin rakennusien lämmitykseen ja jäähdytykseen (Goswami & Biseli 1993). Järjestelmällä on suuri CO2-vähennyspotentiaali perinteiseen ilmanvaihtoon verrattuna, kun rakennukseen tulevaa ilmaa lämmitetään esimerkiksi kaukolämmitystä käyttäen.

Maa–ilma-lämmönvaihtimet (maaputki kuvassa 1) ovat lupaava tekniikka rakennusten lämmitykseen tai jäähdytykseen (Bisoniya ym. 2015). Xamkilla tehtyjen alustavien selvitysten perusteella maalämmön hyödyntäminen on toteutettavissa rakennuksen lämmöntalteenottoyksikön kanssa itsenäisenä lämmönlähteenä joko kylmän ilman lämmittämiseen talvella tai kesällä rakennuksen jäähdyttämiseen.

Ilman lisälämmitys tarkkaan huonelämpötilaan voidaan säätää lämmittämällä ilmaa sähköllä. Järjestelmän soveltuvuutta selvitetään useampien rakennusten lämmittämiseen korttelitasolla. Tekniikka soveltuu hyvin tulevaisuuden matalaenergiatalojen lämmitykseen.

Energiaratkaisun suunnitteluvaiheet

Vaihtoehtoisia lämmitysratkaisuja on lähdetty laajemmin edistämään puhtaiden lämmöntuotantomuotojen ja energiatehokkuuden näkökulmasta niin kunta- kuin taloyhtiötasolla. Suunnitteluvaiheeseen kannattaa panostaa, samoin jälkiseurantaan.

Alueen tai rakennuksen lämmitystapamuutos alkaa tyypillisesti nykytilanteen kartoituksella, joka voi sisältää perinteisen energiakatselmuksen. Kohteen osalta tarkastellaan soveltuvat uudet lämmitysratkaisut, joiden kannattavuustarkastelussa simuloidaan järjestelmän toimintaa nykyisissä sääolosuhteissa. Energia- ja päästövaikutusten lisäksi selvitetään kustannusvaikutukset.

Lämmitystapamuutoksen ollessa kokonaisuudessaan kannattava päädytään toteutukseen. Toteutuksen jälkeen on tärkeä seurata järjestelmän toimivuutta, jolloin löydetään kannattavimmat toiminta-arvot järjestelmälle.

Kymenlaaksossa on etsitty vaihtoehtoisia lämmitys- ja jäähdytysratkaisuja, joissa hyödynnetään maaperää. Ilman lämmitys ja veden jäähdytys maaputkistossa on hankkeen aikana herättänyt kiinnostusta maakunnassa.

Energiaälykäs kaupunkiympäristö -hankkeessa kartoitetaan Kymenlaakson alueella kokeilu- ja pilotointiympäristöjä ja niihin soveltuvia innovatiivisia energiaa säästäviä ratkaisuja. Päärahoittajana Kymenlaakson liitto Euroopan aluekehitysrahastosta.

Lisätietoa hankkeen verkkosivuilta.  www.xamk.fi/energiaalykas

Lähteet

Ahmed, A., Miller, A., Ip, K, The potential of earth-air heat exchangers for low energy cooling buildings, PLEA2007, The 24th Conference on Passive and Low Energy Architecture.

Bisoniya, T. S., Kumar A., Baredar P., Energy metrics of earth-air heat exchanger system for hot and dry climatic conditions of India, Energy and Buildings 86 (2015) 214-221.

Goswami, D.Y., Biseli K. M., Use of underground air tunnels for heating and cooling agricultural and residential buildings, University of Florida, Fact Sheet EES 78, May 1993.Li H., Ni L., Liu G., Zhao Y., Yao Y., Feasibility study on applications of an earth-air heat exchanger (EAHE) for preheating fresh air in severe cold regions, Renewable Energy 133 (2019) 1268-1284.

Ground-coupled heat exchanger – Wikipedia

Yle. 2024. Kortteliin porattiin harvinaisen syvät lämpökaivot, mutta kaikki ei mennyt putkeen – todellinen testi tuli pakkasilla. WWW-dokumentti. Saatavissa: Kortteliin porattiin harvinaisen syvät lämpökaivot, mutta kaikki ei mennyt putkeen – todellinen testi tuli pakkasilla | Uusimaa | Yle