Tulisijalämmitys ja polttopuun varastointi Takkailta, 1.11.2011 Pori Eija Alakangas, Ari Erkkilä ja Jyrki Raitila, VTT
2 Polttopuun käyttö, laatu ja varastointi Kuva: www.halkoliiteri.com
3 Puupolttoaineen käyttö pientaloissa 2008 Puupolttoaineita käytettiin pientalossa lähes 7 miljoonaa kiintokuutiota (noin 10 M pino-m 3 ). Suurin osa käytetään pilkkeenä tulisijoissa, joita on yli 2 miljoonaa. Polttopuun osuus pientalojen lämmityksestä 40 % Teollisuusrakennukset 14 % Maatalousrakennukset 5 % Pientalot yht. 42 % 11 444 GWh Asuinkerrostalot 17 % Palvelurakennukset 22 % Kuva: Smart-Splitter Rakennusten energiankulutus yhteensä 33 644 GWh Lähteet: Energiatilastot 2007, Metla Metsätilsatotiedote 26/2009
4 Polttopuukauppa Suomessa Käyttäjä Määrä, milj.m 3 Omakotitalot, rivit. yms. 4,0 Maatilat 2,0 Vapaa-ajan asuunnot 0,7 Yhteensä 6,7 Ostopuulaji % Halko 34 Pilke 25 Ranka 20 Rakennustähde 9 Metsätähde 8 Pystypuusto 3 Yhteensä 1,1 miljoonaa m 3 Suomessa on noin 2 000 pilkekauppiasta, joista noin 200 saa pääosan toimeentulostaan pilkkeitä myymällä. Kaupallisen polttopuun (lähinnä halko ja pilke) myyntivolyymi asiakkaalle toimitettuna on noin 70 miljoonaa euroa vuodessa. Lähteet: Metla Metsätilatotiedote 26/2009, Työtehoseuran metsätiedote 15/2002
5 Polttopuun laatu Kaikki Suomessa kasvavat puulajit soveltuvat polttopuuksi ominaisuudet huomioon käyttötarpeen ja -mukavuuden mukaan Poltettavuuden kannalta laadun tärkein tekijä on alhainen puun kosteus --> syttyy hyvin, hyvä lämpöarvo (vesipitoisuus, paino-%, veden osuus kokonaismassasta) kaatotuore noin 50 p-% sopivin poltettavaksi 15-20 p-% sopiva pilkekoko Muut laatutekijät ei sieni- ja homekasvustoja
Kosteus, p-% 2.11.2011 6 Kuivaus Koivupilkkeiden kuivuminen ja kosteuden vuodenaikainen vaihtelu Pilkkeet katetussa verkkokehikossa (3,5 m3) ulkona varjoisessa paikassa 50 45 40 2003 2004 2005 35 30 25 20 15 Tavoite 10 5 0 maalis kesä syys joulu maalis kesä syys joulu maalis kesä syys
7 Polttopuun on oltava kuivaa Tulisijapolttoaineelle suositus 15 20 % Palaminen on tehokkaampaa Päästöt ovat pienemmät Uunista saadaan parempi lämmitysteho, koska kuivan puun lämpöarvo on suurempi 40 %:n kosteudessa olevaa puuta tarvitaan noin 30 % enemmän 1 kg PUUTA 25 % vettä 40 % vettä 25 % ENERGIAA 24 % vähemmän energiaa 3,75 kwh 2,86 kwh 40 % Jos poltat noin 10 kg koivua, joudut höyrystämään vettä 2,5 kg (25 %:n kosteudessa olevaa puuta) 4,0 kg (40 %:n kosteudessa olevaa puuta) Yhden vesikilon haihduttaminen vie energiaa 0,75 kwh Lähde: Alakangas, Taloustulisijojen käyttö, Rakennustieto Oy, 1992
8 Erilaisia kuutiometrejä käytössä KIINTOkuutiometri Käytetään tilastoissa PINOkuutiometri IRTOkuutiometri Myyntiyksikkö Pilkkeiden mittayksiköiden väliset muuntokertoimet (Työtehoseura) Mittayksikkö Irto-m 3 Pino-m 3 Kiinto-m 3 Irtokuutiometri, pilke (330 mm) 1 0.6 0.4 Pinokuutiometri, pilke (330 mm) 1.68 1 0.67 Pinokuutiometri, halko (1000 mm) 1.55 1 0.62 Kiintokuutiometri 2.5 1.5 1 Pilkkeet myydään yleensä heitto- eli irtokuutioina.
9 Pilkkeiden lämpöarvoja 20 p-%:n kosteudessa Puulaji Lämpöarvo Lämpömäärä Lämpömäärä (kwh/kg) (kwh/irto-m 3 ) (kwh/pino-m 3 ) Koivu 4,15 1 010 1 700 Mänty 4,15 810 1 360 Kuusi 4,10 790 1 320 Leppä 4,05 740 1 230 Haapa 4,00 790 1 330
10 Puulajien vertailu energian kannalta Koivu on tiheää puuta, joten sen lämpöarvo tilavuusyksikössä on korkein Koivupilke 1 700 kwh/ pino-m 3 (1010 kwh/irto-m 3 ) Mänty ja kuusi 1300 1350 kwh/pino-m 3 (790 810 kwh/irto-m 3 ) Leppä 1 230 kwh/pino-m 3 (740 kwh/irto-m 3 ) Puubriketti 3 120 kwh/irto-m 3 Puupelletti 3 000 kwh/irto-m 3 Hyödyksi saat varaavissa uuneissa noin 80 85 % eli 1 heitto-m 3 koivupilkettä tuottaa noin 800 850 kwh lämpöä. Koivussa noin 15 %:a enemmän energiaa samassa tilavuudessa. Tiheä puu (esim. koivu) kaasuuntuu hitaammin ja päästöt ovat pienemmät Lähde: Alakangas, Suomessa käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia, VTT Tiedotteita 2045 (www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2000/t2045.pdf)
11 Kuivien pilkkeiden varastointi Estettävä kastuminen pilkkeet helppo sytyttää, lämpöarvo säilyy estää home- ja sienikasvuston syntymisen Hyvä polttopuuvarasto hyvin tuulettuva, ilmankierto esteettä pinojen alla, ympärillä, välissä sateelta ja kosteudelta suojaava tilava, pientaloissa käytetään keskimäärin 6 pinokuutiota vuodessa suuret oviaukot, matalat kynnykset hyvät kulkuväylät Sisätiloissa saa säilyttää enintään 0,5 kuutiota Polttoainevarasto osastoitava, paloluokka EI30 tai EI60 Kattilahuoneessa enintään 0,5 kuutiota Autotallissa ei saa samaan aikaan säilyttää polttopuita ja moottoriajoneuvoa Rakennusten seinustalla ei saisi varastoida polttopuita
12 Ulkovarasto Polttopuuvaraston etäisyys muihin rakennuksiin vaikuttaa paloteknisiin vaatimuksiin jos yli 8 m, ei paloteknisiä suojauksia vaadita jos alle 8 m, niin yleensä osastointi vaaditaan Sijainti tontin rajaan asettaa vaatimuksia paikkakunta/korttelikohtaisia eroja vaatimuksissa esim. jos alle 20 m 2 ja etäisyys yli 4 m, ei paloteknisiä vaatimuksia jos tontin rajalle yhteinen varasto naapurin kanssa, rajanpuoleiselle seinälle osastointivaatimus Polttopuun varastointi raportti (www.biohousing.eu.com)
13 Esimerkki ulkovarastosta Asuminen kalbvoista kuva
14 Ostopolttopuun hankinta Nettikauppapaikat apuna esim. www.halkoliiteri.com, www.polttopuuporssi.fi, www.mottinetti.fi Ammattimaiset polttopuuyrittäjät valmistavat myyntipilkkeen laatusuositusten mukaan Tiedustele kosteus, valmistusaika, kuivaus, varastointi Ota huomioon kaupan peruste, mistä yksiköstä on kyse - irto - pino - kiinto - massa - energiasisältö Erilaisia pakkauksia ja toimitustapoja useimmin peräkärryllä tai kuorma-autolla irtotavarana tai kuormalavoilla myös käyttövalmiina asiakkaan tiloihin esim. rullakolla Jakeluauton kulkureitti varastolle Älä jätä puita maahan kasaan kostumaan
15 Tulisijamalleja Kuvat: Uunisepät, VTT ja SINTEF
16 Varaavan tulisijan käyttö Suurin osa varaavia tulisijoja, jossa varaava massa lämmitetään polttamalla puita 2 3 tunnin ajan. Uuni luovuttaa lämmön hitaasti huonetilaan ja lämmittää noin 24 tunnin ajan. Lähde:Tulikivi Oyj
17 Uunien kehitys tehokkaampaa palamista Palamisilma johdetaan tulipesän eri osiin, jolloin pesän koko tilavuus hyödynnetään Arinan läpi 20 % Paneelien läpi 40 % Tulipesän luukun kautta huuhteluilmana noin 40 % Palaminen tehostuu, josta seurauksena korkeampi hyötysuhde (noin 85 %) Päästöt pienemmät Häkä noin 700 ppm = 700 mg/kg (0,07 %) Hiukkaset noin 9 mg/mj 1000 mg/kg = 1000 ppm = 0,1 % Lähde:Tulikivi Oyj
18 Ympäristövaikutukset Kuva:Finndomo
19 452 kg CO 2 päästöjä kevyestä öljystä ja 0 puusta Puun poltto ei aiheuta hiilidioksidin nettopäästöjä ilmakehään 100 l Kevyt öljy 70 l 170 litrassa kevyttä polttoöljyä on energiaa 1 700 kwh eli koivumotin verran Kevyt öljy tuottaa 452 kg hiilidioksidipäästöjä (CO 2 ). Puu ei aiheuta CO 2 -nettopäästöjä. Sähkölämmityksen keskimääräinen hiilidioksidikerroin on 250 350 g hiilidioksidia yhtä tuotettua kwh:a kohti. Kovilla pakkasilla, kun joudutaan käynnistämään hiilivoimaa, on kerroin suurempi, jopa 600 gco 2 /kwh, silloin tulisijan käyttö on erityisen suotavaa. KOIVUPINO - m 3
20 Päästöjen muodostuminen Päästöjen muodostumiseen vaikuttavat Polttoaine Polttolaite/prosessi Käyttäjä Hiukkaserotuslaitteisto (ei yleensä pienpoltonlaitteissa) Ideaalisessa palamisessa syntyy pelkästään hiilidioksidia (CO 2 ) ja vettä (H 2 O) NO x ja SO 2 -päästöt sekä osa tuhkahiukkasista vapautuu, vaikka palaminen olisi täydellistä Päästöjä syntyy, kun polttoaineen hapettuminen ei ole täydellistä = epätäydellinen palaminen Epätäydellisen palamisen tuotteita ovat C x H y, (hiilivedyt), CO (häkä), haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC:t), aromaattiset monirengashiilivedyt (PAH:t) ja hiukkaset typen oksidi- ja rikkipäästöt ovat erittäin pieniä puun poltossa, koska puu sisältää vähän rikkiä ja typpeä Lähde: Jorma Jokiniemi, VTT
CO ja C x H y, %, 2.11.2011 21 1. Puu kuivuu. Vesihöyry vapautuu. 2. Kaasumaiset palavat ainekset vapautuvat kuivasta puusta. 3. Kaasut syttyvät ja palavat. 4. Jäännöshiili palaa ja jäljelle jää tuhka Miten palaminen tapahtuu? Haihtuvien aineiden palaminen O 2 CO, H O 2 2 O Aika Jäännöshiilen palaminen CO 2 2 3 HÄKÄ Häkä ja hiilivedyt aiheutuvat epätäydellisestä palamisesta. 2 CO HIILIVEDYT 1 Lähde: Tekesin Tulisija-teknologiaohjelma 0:00 2:59 6:00 9:00 11:59 14:59 18:00 20:59 23:59 26:59 Aika, minuuttia 0
22 Epätäydellinen palaminen Syynä epätäydelliseen palamiseen on palamisilman riittämättömyys ja epätäydellinen sekoittuminen palavien kaasujen kanssa, liian alhainen lämpötila, jotta palamisreaktiot ehtivät tapahtua sekä liian vähäinen viipymäaika tulipesän olosuhteissa Epätäydellisen palamisen tuotteita ovat mm. hiilimonoksidi (CO) eli häkä, erilaiset hiilivedyt, hiilihiukkaset, noki ja pienhiukkaset. Palamisen täydellisyyttä arvioidaan yleensä savukaasujen häkäpitoisuuden (CO) ja hiilivetyjen perusteella. Mikäli CO-pitoisuus on riittävän alhainen, muita päästöjä ei savukaasuissa käytännössä juuri ole. Lähde: Heikki Oravainen, VTT
23 Orgaanisten päästöjen muodostuminen 80 % puusta kaasuuntuu, kun sitä lämmitetään ja kaasut poltetaan Orgaanisia päästöjä hiilivetyjen epätäydellisen palamisen seurauksena Jatkuvassa poltossa (stokerit, pellettipolttimet) päästöt alhaisia Epätäydellisessä palamisessa päästöt korkeita Syttymisvaihe tulisijoissa (alhainen lämpötila, huonot veto-olosuhteet) Rakoarinapoltto Kitupoltto Orgaanisia päästöjä voidaan vähentää tehokkaasti kaasuuntumisen kontrolloinnilla ja ilman ohjauksella! Lähde: Jorma Jokiniemi, VTT
24 Mitä on pienhiukkaset? 9-10 m 6-9 m 5-6 m 3-5 m 2-3 m 1-2 m <1 m Partikkelikoko 1 on 0.001 mm Erilaiset hiukkaset Kokonaishiukkaset (TPS) Karkeat hiukkaset, halkaisija> 2,5 µm Pienhiukkaset (halkaisija, D < 2,5 µm) kertymähiukkaset (0,1< D> 1 µm) ultrapienet (0,01< D< 0,1µm) Hiukkasten määrä ilmoitetaan Massaa kohti (1 mg/mj =3,6 mg/kwh) Tilavuutta kohti (mg/nm 3 ) Hiukkasten lukumääränä (kpl/nm 3 ) Pienhiukkasten haitat lyhentynyt elinikä astmaoireiden paheneminen hengitys- ja sydänsairauksien oireiden lisääntyminen viihtyvyyshaitat (likaisuus, haju) 1 µm = 1 mikrometri
8 2.11.2011 25 Pienhiukkasia (PM1) syntyy Puun poltto ei ole suinkaan ainut pienhiukkaslähde Pienhiukkasia syntyy myös öljyn poltosta, liikenteestä, voimalaitoksista, teollisuudesta, kaukokulkeutuman jne. kautta Isoissa voimalaitoksissa, joissa on savukaasujen puhdistus 0,03 11 mg/mj polttoaineesta ja polttotekniikasta riippuen Puun pienpoltossa (< 50 kw:n laitteissa) Jatkuvassa poltossa 5 60 mg/mj Parhailla pellettilaitteilla alle 10 mg/mj Panospoltto Hyvässä, tehokkaassa poltossa alle 50 mg/mj (10 kg panos 7200 mg); 1 MJ = 1/36 kwh Laitekohtaiset arvot alle 100 mg/mj Hiilivetyjen osuus massassa kasvaa voimakkaasti, kun päästö yli 100 mg/mj Panospoltossa hetkellisesti 600 mg/mj Huonosta palamisesta seuraa yleensä suuremmat massapäästöt Lähde: Jorma Jokiniemi ja Kuopion yliopiston raportti: (www.uku.fi/laitokset/ifk/pipoloppuraportti2005.pdf)
suht CO / ppm 2.11.2011 26 Panoksen vaikutus päästöihin 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 panosvertailu HÄKÄ, iso 12 kg panos 200 150 100 50 0 50 100 150 aika min HÄKÄ, 3 pientä 4 kg panosta 350 keskipäästö 3*4 kg 300 700 ppm keskipäästö 1*12 kg 250 2000 ppm 0 HÄKÄ hormin keskilämpö 3*4 kg 225 C hormin keskilämpö 1* 12 kg 252 C Yksi iso panos tuottaa lähes kolminkertaiset häkäpäästöt! 1 ppm = 1/1 000 000 100 ppm=0,01%
27 Lämmitysohjeet varaaville tulisijoille
28 Polttopuun palakoko Sytytykseen käytetään pieniä sytykepuita, joissa on paljon palamispintaa (esim. kiehiset, pienet tikut ja tuohi) Voidaan käyttää myös sytytyspaloja tai -nestettä tai sanomalehtipaperitolloja. Kuvat: Tulikivi Oyj Hellapuut ovat pieniä (yleensä < 40 mm halkaisijaltaan), koska niillä säädetään hellan tehoa. Puun pituus määräytyy uunin mukaan ja paksuus ensimmäiselle pesälle 80-100 mm (n. 0,5 kg/pilke) ja toiselle 110-130 mm (n. 1-1,5 kg/pilke). Jaa tarvittava puumäärä useampaan panokseen (3 5 kg/panos). Lämmityskertaa varten tarvitaan 1 kg puuta /100 uunikilo
29 Lämmityksen aloittaminen Tuhka ei saa yltää arinarautoihin. Poista tuhkat palamattomasta materiaalista tehtyyn jalalliseen ja kannelliseen astiaan. Älä laita tuhkaa kompostiin, tuhka estää pieneliöiden toiminnan! Tuhka säilyy kuumana pitkään, älä laita tuhka-astiaa puupinnalle.
30 Tarkista veto Jos tulisija on ollut käyttämättä pitemmän aikaa, tarkista veto Vedon voi tarkistaa pitämällä tulitikkua suuluukun aukossa Jos liekki ei taivu uuniin päin, polta savuhormissa rutistettua paperia tai puhalla lämmintä ilmaa hiustenkuivaajalla tai lämpöpuhaltimella. Varo, että et levitä nokea huonetiloihin, jos käytät puhallinta. Turvaa palamisilman saanti koneellisella ilmanvaihdolla varustetussa talossa (esim. sulje ilmanvaihto sytyttämisen ajaksi)
31 Sytyttäminen Sytytä pienellä määrällä. Käytä ensimmäisessä panoksessa pienikokoisia polttopuita. Lado polttopuut mieluummin vaakatasoon. Lado puut kuohkeasti ja sijoita sytykkeet päälle tai alle arinaratkaisusta riippuen. Noudata aina valmistajan antamia käyttöohjeita!
32 Erilaisia sytytystapoja Sytytys puiden päistä Sytytys useasta kohdasta Sytytys päältä Kuvat: Tulikivi Oyj, Nunnanlahden Uuni Oy and Kerman Savi Oy
33 Polttoaineen lisäys Lisää puut laitevalmistajan käyttöohjeen mukaisesti Puita lisätään vasta kun entiset ovat palaneet lähes hiillokselle, ja liekit ovat laskeutuneet Sijoita mielellään kuoripuoli alaspäin Älä lado tulipesää täyteen. Vapaata tilaa pitää olla vähintään 1/3 tulipesän korkeudesta Lisäykseen voit käyttää suurempia polttopuita. Liekkipalon aikana tarvitaan runsaasti palamisilmaa. 1 kg puuta tarvitsee 8 12 m 3 palamisilmaa Vältä turhaa tulen kohentelua, jotta palaminen ei häiriinny
34 Sytyttäminen päältä
35 Hiillos antaa runsaasti lämpöä Punaisena hehkuva hiillos luovuttaa paljon lämpöä, 25 50 % puun energiasisällöstä. Vähennä uunin luukusta virtaavan ilman määrää Kokoa hiillos yhteen ja kohenna tummuneita kekäleitä Pidä arinailma täysin auki, jotta hiillos palaa mahdollisimman nopeasti loppuun
36 Peltien sulkeminen Kun hiillos on tummunut sulje pelti Jos suljet pellin liian aikaisin, huoneeseen saattaa tulla häkää Häkävaroitin on hyvä turva Palaminen on onnistunut hyvin, kun tulipinnat ovat vaaleita eikä niissä näy tummaa nokea
37 Muutamia tärkeitä uunilämmittäjän ohjeita Älä polta uunissa jätteitä Varmista polttoaineen loppuun palaminen ennen kuin suljet savupellit Älä jätä uunia valvomatta lämmityksen aikana! Muista uunin nuohous! Kiinteistön omistaja on vastuussa nuohouksesta Jatkuvassa käytössä olevat uunit on nuohottava kerran vuodessa Käytä ammattitaitoista nuohoojaa Palovaroitin on pakollinen ja häkävaroitin suositeltava Kuva: Uunisepät
38 Lisätietoa: www.biohousing.eu.com
39 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa