Energiapaalut. Geoenergian hyödyntäminen perustuspaalujen kautta rakennusten lämmitykseen ja viilennykseen. Hannu Vesamäki, Tuoteryhmäpäällikkö

Transkriptio

1 Energiapaalut Geoenergian hyödyntäminen perustuspaalujen kautta rakennusten lämmitykseen ja viilennykseen Hannu Vesamäki, Tuoteryhmäpäällikkö Geoener-seminaari

2 Teräspaalut energian keräyksessä Teräspaaluihin integroiduilla lämmönkeräimillä voidaan hyödyntää maalämpöä/kylmää Uusi toiminto teräspaaluille Vältetään ylimääräinen työvaihe lämpökaivojen poraamisessa paalutettavissa kohteissa Erityisen tehokas systeemi kohteissa joissa lämmitys- ja viilennystarve Edistää uusiutuvien energianlähteiden käyttöä

3 Teräspaalut energian keräyksessä Yleensä yksi keräin/ paaluryhmä (# 5-7m) Keräimet soveltuvat useimpiin Ruukin teräspaalukokoihin ( 140mm) Lyöntipaalut Porapaalut Hybridiratkaisussa voidaan paalun alapäästä jatkaa kallioreiän poraamista kuten tavallisessa lämpökaivossa Keräintyypit U-putki Koaksaaliputki

4 TRT-mittaukset, GTK

5 GTK:n TRT-mittaukset, Suurpelto 2 energiapaalua mittauksia varten 1) vesitäytteinen paalu 2) vesi-sementtiseoksella täytetty paalu Paalujen halkaisija 140 mm, syvyys ~ 25 m, U-putkisto 1) mittaus 2/2010, n. 7 vrk 2) mittaus 2/2010, n. 4,5 vrk TRT-mittausten yhteydessä mitattiin paalujen lämpötilaprofiilit. Kuva: J. Piispanen, GTK

6 GTK:n TRT-mittaukset, Hämeenlinna 2 energiapaalua mittauksia varten 1) Paalu U-putkella 2) Paalu koaksiaaliputkella Paalujen halkaisija 170 mm, syvyys noin 20 m Täytteenä juotosbetoni 1) mittaus 4/2010, 5 vrk 2) mittaus 5/2010, 7,5 vrk TRT-mittausten yhteydessä mitattiin paalun lämpötilaprofiili. Kuva: M. Pelkkala, GTK

7 TRT-mittausten tulokset Suurpelto, vesitäyte Suurpelto, vesi-sementtitäyte Hämeenlinna, U-putki Hämeenlinna, koaksiaali Lämmönjohtavuus [W/(m*K)] Lämpövastus [K/(W/m)] 1,5 1,1 1,8 1,8 0,09 0,06 0,11 0,08 Mitatut lämmönjohtavuusarvot vastaavat erilaisten savien lämmönjohtavuuksia [0,4 2,2 W/(m*K)]. Irtomaan lämmönjohtavuus riippuu voimakkaasti vesipitoisuudesta, mineraalikoostumuksesta ja raekoosta. Tyypillisen energiakaivon lämpövastus on luokkaa 0,10 K/(W/m) Energiapaalun lämpövastusta pienentää täytteen hyvä lämmönjohtokyky. Mallinnusten mukaan erityisesti lämmönjohtavuuden vaikutus paalukentän kokoon on huomattava

8 Pitkäaikaismittaukset, Ruukki

9 Testiasema, Hämeenlinna Pitkäaikaismittaus aloitettu 11/ kpl 20 m paalua, eri paaluja keräinkombinaatioita Yhdistetty maalämpöpumppuun Mittaustulokset erikseen kullekin paalulle Tuloksena tehot ja energiamäärät

10 Esimerkkitapauksia

11 Toimistorakennus 1 8-kerrosta, 6900m 2 Pohjan pinta-ala n. 860m 2 49 energiapaalua, pituus 15m Hybridiratkaisussa lisäksi 4 x 200m porakaivoa Rakennuksen energiatehokkuus hyvä Vuoden 2010 lämmöneristystaso Hyvä lämmöntalteenotto Tehokas aurinkosuojaus Energiantarve Lämmitys = 42,6 kwh/m 2,a Jäähdytys = 7,3 kwh/m 2,a

12 Toimistorakennus 1, tulokset Pelkät energiapaalut 49 x 15m Maalämpöjärjestelmällä 37% lämmitysenergiatarpeesta (ilmaisenergiana maasta 23% 100% jäähdytysenergiatarpeesta (ilmaisenergiana maasta 83%)

13 Toimistorakennus 1, tulokset Energiapaalut 49 x 15m + porakaivot 4 x 200m Maalämpöjärjestelmällä 83% lämmitysenergiatarpeesta (ilmaisenergiana 59%) 100% jäähdytysenergiatarpeesta (ilmaisenergiana 84%)

14 Toimistorakennus 1, poraus- ja putkituskustannukset 7 perinteistä porakaivoa 49 energiapaalua, joista 4 hybridiä 7 hybridipaalua Suojaputki + maaporaus Kallioporaus Putkitukset Yhteensä Maaporaus = 35 /m Suojaputki = 19 /m Kallioporaus = 25 /m Putkitus: -energiapaalu 240 / 15 m -lämpökaivo ja hybridikaivo / kpl

15 Toimistorakennus 2 6 kerrosta, 5976m 2 Rakennuksen energiatehokkuus hyvä Vuoden 2010 lämmöneristystaso Tehokas lämmöntalteenotto Lämmitysenergia 36,5 kwh/m 2,a Jäähdytysenergia 21,5 kwh/m 2,a 55 energiapaalua, syvyys 29m

16 Toimistorakennus 2, tulokset Lämmitysenergia 100 % lämmitysergiantarpeesta Ilmaisenergiana % koko lämmöntarpeesta riippuen lämpöpumpun lämpökertoimesta Jäähdytysenergia Lähes 100 % jäähdytystarpeesta Ilmaisenergiana % vapaakierrolla

17 Toimistorakennus 2, Elinkaarikustannuslaskenta ja elinkaarianalyysi, VTT 1. Energiapaalut a. lisälämmitys kaukolämmöllä (Case 1a) b. lisälämmitys sähköllä (Case 1b) 2. Lämpökaivot a. lisälämmitys kaukolämmöllä (Case 2a) b. lisälämmitys sähköllä (Case 2b) 3. Kaukolämpö ja kompressorijäähdytys (Case 3)

18 Toimistorakennus 2, Elinkaarikustannukset Lähde: TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R

19 Toimistorakennus 2, Hiilijalanjälki Lähde: TUTKIMUSRAPORTTI VTT-R

20 Energiapaalujärjestelmän alustava suunnittelu Tarvittavat lähtötiedot: Rakennuksen energiaprofiili (kuukausitason lämmitys-/viilennysenergian tarve) Rakennuksen geometria Pohjaolosuhteet Maaperän ominaisuudet

21 Energiapaalujen tulevaisuus Mahdollisuudet Matala- / nollaenergiatalot Tekniikan kehittyminen Kokemusten karttuminen ja liiketomintamallin kehittyminen Haasteet Kilpailu muiden ratkaisujen kanssa Kokonaisuuden hallinta Suunnittelun epävarmuustekijät

22