Lämpöpumput ja hybridiratkaisut Sami Seuna
Ilmaista ja puolueetonta neuvontaa Asiaa energiasta Facebook -sivusto Sivuilta myös lisätietoa ja kymmeniä opastusvideoita Lämmitysmuotojen vertailulaskuri: http://lammitysvertailu.eneuvonta.fi/ Lisätietoa lämmitysmuodoista: https://www.energiatehokaskoti.fi/ajankohtaista/asiasanat https://www.energiatehokaskoti.fi/kohteet (c) Motiva Oy 2019 2
Jääkaappi on yleisin lämpöpumppu Lämpöpumppu ottaa lämpöä maasta, ilmasta, poistoilmasta, kalliosta tai vesistöstä Kerätty lämpö nostetaan kompressorin avulla korkeammalle (käyttökelpoiselle) lämpötilatasolle (c) Motiva Oy 2019 3
(Maa)Lämpöpumpun toimintaperiaate (c) Motiva Oy 2019 4
Lämmönjakoverkko ja energiatarpeen suuruus oleellisia, mutta ota huomioon myös Rakennuksen jäljellä oleva arvioitu pitoaika? Energian hinnat? Korkotaso? Energiansäästöinvestoinnin vaikutus rakennuksen arvoon? Tähdätäänkö nopeimpaan takaisinmaksuaikaan / suurimpaan ostoenergiansäästöön? (c) Motiva Oy 2019 5
Vesikiertoiseen lämmönjakoon kytketyn lämpöpumpun investoinnin kannattavuutta parantaa mm. Vesikiertoinen lattialämmitys (Mahdollisimman pieni lämpötilaero lauhduttimen ja höyrystimen välillä) Kiinteistön suuri energiatarve (kiinteistön suuri koko, maantieteellinen sijainti?) o Mittakaavaetu + vaikutus COPpiin Käyttöveden pieni suhteellinen osuus lämmitysenergiasta Tehokkaat lämmönvaihtimet Vaihtoehtoisen lämmitysmuodon korkea energianhinta ja -hintojen nousu Alhainen rahoituksen korkotaso Kierroslukuohjatut kompressorit ja kiertovesipumput Pörssisähkön hinnanvaihteluita hyödyntävä lämpöpumpun ohjaus (c) Motiva Oy 2019 6
Eri lämpöpumppumalleilla ja tyypeillä on erilaisia lämpötilatasoja Täystehomitoitus vai hybridilämmitys? Patteriverkon ja ilmanvaihdon lämmitysveden lämpötila-alue? Lämpöpumpun suorituskyky kovien pakkasten olosuhteissa? Nykyinen sähkönsyöttökaapeli, pääsulakkeet ja teho maksut (c) Motiva Oy 2019 7
Lämmönjakoverkon vaikutus lämpöpumpun hyötysuhteeseen Patteriverkon maksimilämpötila menovedellä yleensä +55 75 astetta Paluuverkon maksimilämpötila?! (maksimissaan yleensä noin 45..55 astetta) Patteriverkon osalta menovesilämpötilan ja virtauksien tarkka säätö vaikuttaa oleellisesti Lattialämmityksen maksimilämpötila menovedellä yleensä +30 40 astetta Oikea virtausmäärä ja patterien tasapainotus tärkeää lämpökertoimen kannalta https://www.motiva.fi/koti_ja_asuminen/taloyhtiot/patteriverkoston_perussaato Lämpimän käyttöveden vaikutus vrs. lämpökerroin (c) Motiva Oy 2019 8
Erilaisia säätökäyriä (c) Motiva Oy 2019 9
Mitä on hybridilämmitys? Kaksi (tai useampikin) lämmitysmuotoa vuorottelevat eri vuodenaikoina tai vuorokauden aikoina, esimerkiksi öljy+ilma-vesilämpöpumppu.
Öljy-hybridilämmityksen edut Suuri teho joka olosuhteessa Korkea omavaraisuusaste (polttoainevarasto ja uusiutuvaa energiaa) Varalämmitysjärjestelmä (varauksin) Sähkön kysyntähuipuissa öljy on sähköä halvempaa Ei kesäajan öljykattilan pätkäkäyntiä Ei kesäajan lämpökuormaa öljykattilasta Energian, ympäristön ja rahan säästöä Yhdistää eri järjestelmien parhaat puolet Usein maalämpöä nopeampi takaisinmaksuaika Jos maalämpöä ei voi/saa toteuttaa kohteessa
Vanhan öljykattilan hyödyntäminen Öljypoltin tarvittaessa uusittava Öljykattilan ikä ja kunto? Öljysäiliön ikä, rakenne, kunto? Hormin kunto(?)
Muuta huomioitavaa Mahdollinen erillinen vesivaraaja, kunto, tilavuus, varustelu? Lämmitysverkon meno- ja paluulämpö, maksimit Säätökäyrän tilanne Lämpimän käyttöveden kulutusmäärä ja kulutustapa Lämmitysenergiankulutus lähtötilanteessa
Ilma-vesilämpöpumpun soveltuvuus patteriverkkoon Ilma-vesilämpöpumpulla saatavissa yleensä hyvissä olosuhteissa noin 50..60 -asteinen lämmitysvesi, kahden kompressorin ja kylmäaineen malleilla jopa yli 70 astetta Käyttöveden esilämmitys voidaan tehdä lämmitysveden ohella taloudellisesti noin 40 asteeseen Etelä-Suomessa uusi ilma-vesilämpöpumppu sopii kohtuullisesti öljylämmitettyyn patterikohteeseenkin, vuotuinen energiapeitto n.60 90 % vuositasolla Öljylämmitystä voidaan käyttää esim. -10 asteen alapuolella, suurin energiansäästö syntyy patterikohteessa noin -8..-10 asteen kohdalla (c) Motiva Oy 2019 14
Case-esimerkki: Ilma-vesilämpöpumpun energiansäästömäärä eri ulkolämpötiloissa Lähde: Höylä-hankkeen hybridilämmityksen jatkotutkimus v.2013-2014, Timo Knuuttila (c) Motiva Oy 2019 15
Esimerkki radiaattoreiden uusinnasta tehokkaampiin malleihin (c) Motiva Oy 2019 16
(c) Motiva Oy 2019 17
(c) Motiva Oy 2019 18
Millaisiin kohteisiin ilmavesilämpöpumppuja? Öljylämmityskohteisiin (erityisesti saneerauskohteet) o Hybridikäyttö öljy+lämpöpumppu o Nopea takaisinmaksuaika Jos maalämpöä ei voi/saa toteuttaa Maalämpöä pienempiinkin kohteisiin
Ilma-vesilämpöpumpun haasteena Patteriverkon lämpötila-alue Käyttöveden lämpötila Pakkastalven pituus ja kovuus Tehontarpeen suuri vaihtelu Tehomitoitusasteen valinta Ulkoyksikön riittävä sulatus
Ilma-vesilämpöpumpun kannattavuus Investointi noin 50..70 % maalämpöön verrattuna Vuosilämpökerroin pientalomittakaavassa tyypillisesti noin 1,4...2,7 Harkinnanarvoinen vaihtoehto Etelä-Suomen olosuhteissa, erityisesti lattialämmityskohteissa
Tutkimus (v2012): Ilma-vesilämpöpumpun säästö 3 750 17 000 kwh/a keskimäärin 9 824 kwh/a eli 38,0 prosenttia kokonaiskulutuksesta Keskimääräinen investointi 36 kohteessa oli 8 250 euroa Vuotuinen säästö oli 1 179 euroa, kun sähkön hinta oli 0,12 /kwh Kokonaiskulutus pieneni 17 52 prosenttia (c) Motiva Oy 2019 22
Ilma-vesilämpöpumpun (hankala) mitoitus Jos laite on teholtaan liian pieni, tukilämmitys (esim. öljy tai sähkö) joudutaan aloittamaan aiemmin mitä käyttöolosuhteet pakottaisivat tekemään. Jos laite on osatehomitoitettu, paluuveden maksimilämpötila voi olla oleellinen kriteeri (eli osatehomitoitus ei voi olla millainen tahansa) Toisaalta, jos laite on liian suuri, laite joutuu käymään hyvin lyhyitä käyttöjaksoja erityisesti kesäaikana. Se heikentää lämpökerrointa. (c) Motiva Oy 2019 23
Aurinkolämpökeräimet, yleistä Perinteisesti 1 keräinyksikkö 1,2m * 2,5m, painoa 50 60kg/keräin Käyttöveden lämmityksessä (yli 50 astetta) tyhjiöputkikeräinten hyötysuhde on selvästi tasokeräimiä parempi Aurinkokeräimen hyötysuhde yleensä noin 25 50% Lattialämmitykselle saadaan aurinkokeräimessä parempi hyötysuhde kuin käyttövedelle Korkeuskulman valinta vaikuttaa vuotuisen säteilymäärän kuukausijakautumaan ja vuotuiseen kokonaistuottoon Varaajatilavuutta ainakin 50 litraa per keräin-m^2 (max. lämpötilannousu varaajassa noin 30 50 astetta) ja 100 litraa per keräin-m^2 > (15 25 astetta)
Auringon kokonaissäteilyenergian summa 45 asteen kulmassa etelään päin suunnatulle pinnalle Suomessa sekä erot vuotuisissa säteilymäärissä eri kaupungeissa. Lähde: Ilmatieteen laitos. Energialaskennan testivuodet nykyilmastossa.3) (c) Motiva Oy 2019 25
Aurinkokeräimet hybridikytkennässä Vanhan varaajan hyödyntäminen? Käyttövesi mahdollista tuottaa jopa 90 prosenttisesti aurinkokeräimillä (ei kustannustehokkain valinta) Käyttöveden oltava päivittäin ainakin 60 astetta, enintään noin 90 astetta Käyttövesi ja kesäkauden lattialämmitys (c) Motiva Oy 2019 26
Maalämpö / lämmönkeruu kalliosta Yleisin tapa mutta ei ainoa vaihtoehto o syvyys tyypillisesti 100-200 m (jopa 300m) o tyypillisesti D=115 165mm o teräsputkiosuus noin 3 x kalliimpaa mm. vesivirtaukset vaikuttavat tehokkuuteen lämpökaivojen väli toisistaan >20m Lämpökaivo-opas (2013): https://helda.helsinki.fi/bitstream/handle/10138/40953/ YO_2013.pdf?sequence=4 (c) Motiva Oy 2019 27
Katkaisematon teräsputki ja (betoninen) suojakaivon rengas (nykyään useimmiten muovinen) Maalämpö / lämmönkeruu pintamaasta (vaakaputkisto) (c) Motiva Oy 2019 28
Vesistöupotuksessa putki painetaan vesistön pohjaan painojen avulla (c) Motiva Oy 2019 29
Maalämpö / lämmönkeruu vesistöstä Meri, järvi, joki soveltuu Asennussyvyys vähintään 3 5 m Betonipainoilla putki pohjaan Mahdollisuus käyttää paksumpaa putkea, jolloin pienempi virtausvastus ja suurempi tehokkuus Rannan läheisyys Vesialueen omistajan lupa tarvitaan, asennus kokonaan omalle vesialueelle? (c) Motiva Oy 2019 30
Maalämpöpumpun käynnistyshetken virtapiikki Voi aiheuttaa ongelmia maaseudulla Myös on/off tyyppinen ilma-vesilämpöpumppu voi aiheuttaa vastaavia ongelmia Oltava yhteydessä sähkönverkkoyhtiöön ennen maalämmön hankintaa Ratkaisuja: Kierroslukuohjattu kompressori (inverter-malli, paras ratkaisu) Pehmokäynnistin Pienempi kompressorikoko (osatehomitoitus) (c) Motiva Oy 2019 31
Esimerkkejä osatehoisesta MLP-mitoituksesta 87,5 % tehoaste = noin 99,8 % vuotuisesta energiasta 75 % tehoaste = noin 98,4 % vuotuisesta energiasta 50 % tehoaste = noin 87 % vuotuisesta energiasta 25 % tehoaste = noin 58 % vuotuisesta energiasta (c) Motiva Oy 2019 32
Bioenergian käyttö (c) Motiva Oy 2019 33
Puupelletti polttoaineena Pelletti Valmistettu puusepänteollisuuden kuivasta kutterinpurusta, sahajauhosta ja hiontapölystä puristamalla. Halkaisija: 6 12 mm.. Pituus: 10 30 mm.. Irtokuutiometrin paino: 650 kg Kosteus: 8 12 % Tuhkapitoisuus: 0,5 % Lämpöarvo : 3 000 3 300 kwh/m 3, 4 700 5 000 kwh/t Varastotilan tarve: 1,5 m 3 /tonni Puupellettilämmön hinta noin 6,5snt/kWh jos hyötysuhde 90 % Puupellettilämmön hinta noin 7,2snt/kWh jos hyötysuhde 80 % Pellettilämmitys asennettuna n. 12 20 000 eur (c) Motiva Oy 2019 34
Ilmalämpöpumppu tilojen tukilämmitykseen Inverter ILP investointi noin 1500 2500 Säästön määrä vaihtelee kohdekohtaisesti paljon Soveltuvin sähköpatterilämmityksen tueksi avaralle pohjaratkaisulle Haasteena: Kovat ja pitkät pakkaskaudet Ulkoyksikön sulatus Talon pohjarakenteen soveltuvuus Muun lämmönjakojärjestelmän säätö/tyyppi (c) Motiva Oy 2019 35
Energiamerkki (ILP) Minimivaatimukset (c) Motiva Oy 2019 36
Ilma-ilmalämpöpumpun kannattavuus Avara talorakenne Suuri tilojen ominaislämmöntarve Muun lämmitysjärjestelmän säätö Tehokas lämmönsiirto (tehokkaat lämmönsiirtimet lämpöpumpussa) Vaihtoehtoisen lämmitysmuodon korkea polttoaineen hinta Optimaalinen mitoitus Eteläinen sijainti maantieteellisesti, COP vs. energiansäästö Sähkö- tai öljylämmitystalo Jäätilannetta tarkkailtava talven aikana Ilmansuodattimen säännöllinen puhdistus (c) Motiva Oy 2019 37
Tutkimus: Ilmalämpöpumpun säästö käytännössä (Motivan Elvari tutkimus 2012) (c) Motiva Oy 2019 38
VTT on julkaissut v.2016 tutkimuksen ilmalämpöpumppujen energiansäästömahdollisuuksista pientaloissa https://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2016/t262.pdf (c) Motiva Oy 2019 39
Lähde: https://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2016/t262.pdf (c) Motiva Oy 2019 40
Lähde: https://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2016/t262.pdf (c) Motiva Oy 2019 41
Ilmalämpöpumpun asetuslämpötila vrs. lämmön nettotuotto Lähde: https://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2016/t262.pdf (c) Motiva Oy 2019 42
Kiitos. Asiantuntija, Sami Seuna @SamiSeuna https://www.linkedin.com/in/samiseuna/ motiva.fi