Kalliosta saatuna kaksi kolmasosaa lämmöstä on ilmaista

Matalien merenlahtien sedimentit ovat potentiaalisia kohteita maalämpöjärjestelmien asennukseen. Kuvassa sedimentin lämpötilamittausta Oravaistenlahdella. Kuva: Samu Valpola, GTK

Uusiutuvaa energiaa voi saada paitsi auringosta, vedestä ja tuulesta myös maasta. Jo nelisenkymmentä tuhatta pientaloa Suomessa lämmitetään maa- tai kalliolämmöllä. GTK selvittää parhaillaan yhteistyössä muiden tutkimuslaitosten kanssa kallioperän energiakäyttöä Suomessa. Suunnitteilla on kalliolämmön käyttämistä etenkin suurissa rakennuskohteissa, missä sille povataan hyvät kasvuennusteet.

Maa- ja kalliolämmön hyödyntämisessä Suomi on selvästi jäänyt jälkeen vertailumaittensa kehityksestä, varsinkin suhteessa Ruotsiin. Naapurimaassa on asennettu noin 300 000 kallio- tai maalämpöjärjestelmää, verrattuna Suomen noin 40 000:een. Ruotsissa on itse asiassa asennettu enemmän kallio- ja maalämpöpumppuja kuin kaikissa muissa Euroopan maissa yhteensä. Myös uusien yksiköiden asennusmäärät vuosittain ovat Ruotsissa kymmenkertaiset Suomeen verrattuna.

– Maalämmön suhteen Ruotsista on tullut kansainvälinen edelläkävijä. Siellä lähdettiin voimakkaasti tukemaan uusiutuvien energiamuotojen kehitystä 1980-luvulla, kun maassa oli päätetty luopua ydinvoimasta. Se vauhditti sekä lämpöpumppujen että muun maalämpötekniikan kehitystä, sanoo aluejohtaja Runar Blomqvist GTK:n Länsi-Suomen alueyksiköstä. Kokkolassa sijaitsevan yksikön toimintaprofiiliin kuuluu energiahuoltoon liittyvät palvelut, mukaan lukien maa- ja kalliolämpö.

Vuoden 2005 tilastojen mukaan 12 prosenttia Ruotsin pientaloista lämmitettiin maa- tai kalliolämmöllä. Suomessa maalämmön käyttö on yleistymässä uusissa pientaloissa, joista sitä rakennusvaiheessa asennetaan 40 prosenttiin.

Asuntomessualue lämpenee sedimenttilämmöllä

Kalliolämmön hyödyntäminen pientaloissa laajemmassa mittakaavassa on vasta tulossa. Suuria kalliolämmön rakennuskohteita on toistaiseksi vasta muutama kymmenen rakennettu tai rakenteilla Ruotsissa ja Norjassa. Kynnys käyttää uutta tekniikkaa suurten kohteiden lämmönhuollossa on korkea. Alalle odotetaan nopeaa kasvua varsinkin, kun naapurimaiden ohessa referenssejä vähitellen saadaan Suomestakin.

Suurin menossa oleva yksittäinen hanke on Akershusin yliopistosairaalan kokonaisen uuden sairaalan rakentaminen Oslossa. Sairaalarakennuksen tarvitsemasta lämmitys- ja jäähdytysenergiasta yli 80 prosenttia lasketaan saatavan kalliolämmöllä ja lämpöpumpuilla. Rakennusalueen lähelle porataan 350–400 syvyydeltään 200-metristä porakaivoa, joista saadaan kalliolämpöä ja jotka myös toimivat lämpövarastoina. Lämmitysprojektista vastaa Fortumin norjalainen tytäryhtiö Bærum fjernvarme AS. Rakennustyöt aloitettiin neljä vuotta sitten ja sairaalan pitäisi valmistua tämän vuoden lopussa.

Ruotsin suurin kalliolämpöhanke on vuonna 2006 valmistunut Vällingbyn ostoskeskus Tukholmassa. Sen yhteyteen on porattu 143 energiakaivoa, joiden kokonaisteho on noin 6 megawattia.

Blomqvistin mukaan Suomessa on useita kallioenergiaselvityksiä menossa. GTK on mukana muun muassa Espoon Nupurinkartanon pientaloalueen selvityksessä ja Vaasan asuntomessualueen lämmitysratkaisun selvityksessä. Asuntomessualueella suunnitellaan matalan merenlahden sedimenttikerrosten sisältämän energian hyödyntämistä.

Kallioon poratun energiakaivon lämpötilan ja sähkön johtavuuden luotaus Vaasan Västervikissä. Kaivon syvyys on 230 metriä. Kuva: Mauri Lieskoski, Mateve Oy

Tehokkaampi järjestelmä, kun myös jäähdytetään

Kalliolämmityksen lämpökerroin on tavallisesti kolme – järjestelmä tuottaa kolme kertaa enemmän lämpöä kuin mitä kuluttaa sähköä. Suurissa rakennuskohteissa, kuten ostoskeskuksissa, liiketaloissa tai sairaaloissa, kerroin on vieläkin parempi. Niissä on sekä lämmitys- että viilennystarvetta. Kalliolämmityksellä molempia voi hoitaa samalla järjestelmällä, jolloin sen hyötysuhde paranee.

– Kesällä kun rakennuksessa tarvitaan viilennystä, vettä voidaan käyttää suoraan kalliokaivosta ilman lämpöpumppua. Veden lämpötila on korkeintaan 10 astetta, joten se on sopivan viilentävää. Sitten jonkin verran lämmennyt vesi pumpataan takaisin kaivoon, missä se luovuttaa ylimääräisen lämpönsä ympäröivään kallioperään ja tavallaan “lataa” sitä talvea varten, GTK:n erityisasiantuntija Jarmo Kallio selittää, miksi hyötykerroin paranee, kun jäähdytys otetaan mukaan.

Pientalossa lasketaan, että tarvitaan yksi porareikä 100–140 m² pinta-alan lämmitykseen kalliolämmöllä. Suurissa kohteissa kaivojen määrää lisätään tarpeen mukaan. Jos rakennuksen eri tiloissa yhtaikaa tarvitaan sekä lämmitystä että viilennystä, sekin on mahdollista järjestää. Joistakin rei’istä otetaan lämpöä kalliosta lämpöpumpun kautta ja toisista otetaan kylmää vettä viilennykseen.

Kallion mukaan ihanteellinen paikka energiakaivoille suurissa kohteissa on pysäköintialueen alla. Tumma asfaltti tehostaa kesällä aurinkoenergian imeytymistä maaperään ja talvella asfaltti toimii kantena, joka hidastaa jäätymistä.

Rasitustestit ja järjestelmän optimointi ehdottoman tärkeitä

Jos energiakaivot sijaitsevat liian lähellä toisiaan, kalliossa voi siinä kohdassa syntyä lämpötilaminimi suhteessa ympäristöön. Silloin pitää jättää lämmitystä hyödyntämättä joksikin aikaa niin, että kallio “latautuu” lämmöllä uudestaan. Reikien määrän ja sijainnin optimointiin sekä sopivan tasapainotilan löytämiseksi tarvitaan paikallisia kuormitustestejä.

– Mitä suurempi kalliolämpökohde, sitä tärkeämpää suunnittelussa on itse lämmön lähteen, eli paikallisen energiakentän tuntemus. Paikalliset olosuhteet, kuten kallioperän rikkonaisuus ja sen lämmönjohtavuus sekä pohjavesiolosuhteet, pitää aina selvittää perusteellisesti. Itse tekniikka on tänä päivänä jo tunnettu ja tarvittavat komponentit on periaatteessa saatavilla rautakaupasta, Kallio toteaa.

Energiakentän tutkimiseksi tehdään sen mallinnus: porataan muutama koereikä, asennetaan putkistot niihin, ajetaan simuloitua käyttöä ja mitataan kuinka paljon energiaa voi ottaa talteen ennen kuin järjestelmä “hyytyy”. Näin voidaan määrittää, kuinka monta kaivoa kohteessa tarvitaan, miten niitä tulee sijoittaa ja kuinka paljon energiaa niistä saa irti.

– Tällaisia simulointeja on Ruotsin lisäksi tehty muun muassa Saksassa. Me yritämme oppia heidän kokemuksistaan ja näin välttää turhia virheitä, Kallio sanoo. Tutkimuksissa GTK tekee yhteistyötä muun muassa Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen, Teknillisen korkeakoulun ja liiketoimintamallien kehittelyssä Turun kauppakorkeakoulun kanssa.

Blomqvistin mukaan GTK:lla on selkeä rooli tällaisten kalliolämpöjärjestelmien optimointi- ja rasitustestien tekemisessä. GTK on hankkimassa laitteistoa testien tekemiseen. Pientalojen lämmitysjärjestelmiä varten ei välttämättä tarvita erillisiä testejä; tilastotiedot aikaisemmista hankkeista riittävät useimmiten suunnittelun pohjaksi.

Pientalojen lämmitysjärjestelmissäkin tapahtuu toki kehitystä. Kallion mukaan omakotitalon maalämpöjärjestelmän hankintahinta on noin 10 000–15 000 euroa ja sen takaisinmaksuaika 5–10 vuotta. Takaisinmaksuaika kuitenkin lyhenee, kun teknisten komponenttien hinta laskee ja sähkön hinta samalla nousee. Kalliolämpöjärjestelmä on investointina hieman kalliimpi kuin maalämmitysjärjestelmä, mutta käytön myötä maalämpöä edullisempi ja stabiilimpi järjestelmä.

– Suomessa maalämpöä on kokeiltu pientaloissa Lappia myöten. Onnistuminen riippuu siitä, mitä rakenneratkaisuja käytetään ja onko kyseessä uudis- vai korjausrakentaminen. Asentamalla lattialämmitys uudisrakennukseen saadaan maalämmöstä parempi hyötysuhde kuin perinteisellä patterilämmityksellä, Kallio toteaa.

TEKSTI: HARRIET ÖSTER