Passiivisen maalämmön, LTO:n ja lämpöpumpun tarkastelua Ewarco-hybridilämmityslaitteessa

Kaavio hybridilämmityslaitteesta:

Tarkastelu on kuvaavinta suorittaa tehotarkasteluna, siinä järjestyksessä kuin komponentit ovat itse laitteessa.

Järjestys:

• Maapatteri
• LTO àlämpöpumppu (höyrystin/lauhdutin) 
• jälkilämmityspatteri

Kuvassa 1, on esitetty maapatterin teho muutamalle ilmamäärälle. Oletuksena on, että lämmönkeruupiiri on sijoitettu rakennuksen alle, jolloin voidaan käyttää liuoslämpötilana + 7 °C. Astekohtaiset tehot saadaan interpoloimalla.

Tehot on saatu patteritoimittajan mitoitusohjelmalla. Ohjelmalla saadut tehot ja lämpötilat ovat osoittautuneet paikkansapitäviksi myös käytännössä.

Kun teho kerrotaan ajalla saadaan energiamäärä, tässä käytetään Ympäristöministeriön moniste no: 122 säätietoja, referenssivuosi TRY 2012, lämmityksen alkaessa + 12 °C:ssä, tämä on rakentamismääräysten mukainen laskenta.  Laskennan tulokset esitetään kuvassa 2, (taulukko).

Kuva 1.

Kuva 2. Maapatterin teho ja vuosituotto

Todellisuudessa maapatterin vuosituotto on suurempi, sillä rakentamismääräysten mukaisessa laskennassa huomioidaan ainoastaan lämmityskausi, + 12 °C asti.

Kuva 3.

Kuvasta 3 näemme, että raitisilman lämpötila on suurimmillakin ilmamäärillä yli – 5 °C.

Maapatterin jälkeisellä raitisilman lämpötilalla on suuri merkitys LTO-kennon jäätymiselle. Normaaleissa ilmanvaihtolaitteissa, joissa ei ole passiivista maalämpöä eikä maapatteria, alkaa jäätymisriski n. – 5 °C:n ulkoilman lämpötilassa. LTO-kennon jäätymisen estämiseksi niissä käytetään useimmiten raitisilman LTO:n ohitusta, puhaltimien pysäytystä tai sähkövastuksia. Nämä menetelmät sekoittavat ilmatasapainon, tuloilma puhalletaan kylmänä huoneisiin tai ilmaa lämmitetään sähkövastuksilla, jolloin ostoenergian määrä kasvaa.

Ewarcon järjestelmä poistaa LTO:n jäätymisriskin kokonaan, ilman kokonaistehon menetyksiä.  

Kuvassa 4. on tilanne, kun ei ole passiivista maalämpöä. LTO:n sulanapito aiheuttaa kuvan mukaisen tehon menetyksen. Lisäksi tuloilmasta tulee toivottoman kylmää ja asunnosta vetoisa.

LTO:n vuosihyötysuhde, joka on teoriassa yli 80 %, putoaa alle 70 %:n juuri sulana pidon vuoksi.

Kuva 4.

 Vastaava tarkastelu lämmön talteenotto-kennolle:

Kuvassa 5 esitetään LTO:n teho maapatterin jälkeen. Laskelmissa on käytetty LTO-kennon toimittajan mitoitusohjelmaa.

Kuvaajissa on epäjatkuvuuskohta maapiirin käynnistyskohdassa. Tämä johtuu siitä, että maalämpö lämmittää raitisilmaa, jolloin poistoilman ja raitisilman välinen lämpötila-ero pienenee ja LTO:n teoreettinen hyöty vähenee.

Tästä aiheutuu ilmiö, että myös jäteilman lämpötila nousee. Ts. lämpöä menetetään harakoille!

Tämä on kuitenkin äärimmäisen tärkeää lämpöpumpulle, se nostaa lämpöpumpun lämmönlähteen lämpötilaa ja lisää lämpöpumpun lämmöntuottoa.

Kaikille lämpöpumpuille on tyypillistä seuraava vertaus: ”Lämmön siirtäminen lämmönlähteestä lämmitettävään kohteeseen on sitä vaikeampaa, mitä ”syvemmältä” lämpö haetaan ja toisaalta se on myös sitä vaikeampaa, mitä korkeammalle lämpö nostetaan”. Juuri tästä syystä ulkoilmasta lämpöä ottavat lämpöpumput eivät tuota lämpöä kovilla pakkasilla, niissä lämmön tuotto saattaa kääntyä jopa negatiiviseksi, ts. ne kuluttavat enemmän sähköä, kuin tuottavat lämpöä.

Kuva 5.

Taulukko 6.

LTO:n teho ja vuosituotto

Taulukon arvot ovat oikeita, niistä on vähennetty maapatterin lämmittävä vaikutus, joka pienentää LTO:n tehoa.

Yhteenveto:

Alla olevassa taulukossa on laskettu yhteen Passiivinen maalämpö ja LTO, joita verrataan ilmanvaihdon tarvitsemaan energiaan ja näistä saadaan vuoisihyötysuhde.

Vuosihyötysuhde on laskettu ainoastaan ilmanvaihdon osalta, siihen kuuluisi huomioida myös lämpöpumpun höyrystimeltä ottama lämpö. ARA:n järjestelmä ei kuitenkaan hyväksy vuosihyötysuhteeksi kuin 95 %, jolloin lämpöpumppua ei kannata ottaa mukaan, sillä lämpöpumppu huomioiden  nousee vuosihyötysuhde yli 100 %:n.