Energiakaivot

Geoenergiajärjestelmät

Suomessa maan lämpötila nousee noin 1–2 astetta sataa metriä kohden, ja geoterminen lämpöosuus on alle 5 % kokonaislämpövirrasta. Geoenergiajärjestelmien avulla voimme hyödyntää geoenergiaa sekä rakennusten lämmitykseen että jäähdytykseen. Talvella, kun otamme lämpöä talteen, maa tai kallioperä jäähtyy hieman ja kesällä lämpenee jälleen – toisin sanoen se latautuu uudelleen auringonlämmön (päältä) ja pienen geotermisen lämpöosuuden (alta) avulla. Kun käytämme maaperää viilennykseen, se lämpenee sen sijaan.

Aurinkoenergia

Geoenergia koostuu pääasiassa auringonenergiasta, joka varastoituu passiivisesti maaperään, kallioon ja pohjaveteen. Auringonenergia siirtyy maahan suoraan säteilyn, sateen ja tuulen kautta muutaman sadan metrin syvyyteen. Noin 10–15 metrin syvyyteen asti maaperän lämpötila vaihtelee vuodenaikojen mukaan, mutta syvemmällä se pysyy tasaisena ympäri vuoden ja vastaa keskimääräistä vuotuista ilman lämpötilaa.

Geoterminen lämpö

Suuremmissa syvyyksissä lämpötila nousee maan ytimestä säteilevän lämmön ansiosta. Tämä tunnetaan geotermisenä lämpönä.

Geoenergiajärjestelmän mitoittaminen

On tärkeää mitoittaa geoenergiajärjestelmä siten, että aktiivinen energianotto ja ympäristön passiivinen latautuminen ovat tasapainossa. Jos otto on suurempi kuin ympäristön passiivinen lataus, maaperää voidaan aktiivisesti ladata uudelleen. Tämän perusteella geoenergiajärjestelmät jaetaan passiivisiin ja aktiivisiin järjestelmiin.

Kalliolämpö

Kalliolämpö on yleisin geoenergiajärjestelmä, jota käytetään pääasiassa omakotitaloissa, mutta myös useiden satojen asuntojen kiinteistöissä. Kalliolämpö on passiivinen järjestelmä, jossa lämpö otetaan talteen maaperästä ja käytetään lämpöpumpun energialähteenä. Maaperä latautuu passiivisesti ympäristön kautta.

Energiakaivo omakotitaloille

Omakotitaloja varten porataan energiakaivo, jossa on putkisto, 100–250 metrin syvyyteen omalle tontille. Suuremmille kiinteistöille porataan useampia kaivoja harvempaan aseteltuina. Putkistossa kiertävä kylmäaineliuos kerää lämpöä kallion sisällä. Järjestelmä on suljettu ja vaatii vain vähän huoltoa. Sitä voidaan myös

hyödyntää mukavuusjäähdytykseen, mikä puolestaan tukee lämmityskautta aktiivisen uudelleenlatauksen kautta.
 

Erilaiset geoenergiajärjestelmät

Geoenergiaa käytetään pääasiassa omakotitaloissa, mutta myös suurissa kiinteistöissä. Kalliolämpö on passiivinen järjestelmä, jossa lämpö otetaan maaperästä ja hyödynnetään lämpöpumpussa. Maaperä latautuu passiivisesti ympäristön kautta.

Muita geoenergiajärjestelmiä ovat kalliokylmä, maaperälämpö, vesistöenergia ja porareikävarastot. Alla selitämme, miten nämä järjestelmät toimivat.

Kalliokylmä

Kalliokylmä toimii samalla periaatteella kuin kalliolämpö, mutta käyttää kallion lämpötilaa jäähdytykseen. Tämä johtaa maaperän lämpenemiseen, ja lämpö siirtyy passiivisesti ympäristöön. Jäähdytys voi tapahtua joko kylmäkoneella tai ilman.

Maaperälämpö

Maaperälämpö on passiivinen geoenergiamuoto, jota voidaan käyttää suuremmilla tasaisilla tonteilla. Putket joko aurataan tai kaivetaan noin metrin syvyyteen. Järjestelmä perustuu maaperän kosteuden osittaiseen jäädyttämiseen, jolloin jäänmuodostuksessa vapautuu suuria määriä lämpöä (jäänmuodostuslämpö), joka siirtyy putkistossa kiertävään kylmäaineeseen. Maaperälämpöä ei voida käyttää mukavuusjäähdytykseen, koska maan lämpötila nousee liian korkeaksi.

Vesistöenergia

Vesistöenergia kuuluu passiiviseen geoenergiaan ja hyödyntää järvien ja jokien pohjan lämpöä. Putket asetetaan suljetuiksi lenkeiksi ja kiinnitetään järven tai joen pohjalle. Lämpö käytetään lämpöpumpun energialähteenä. Järjestelmä edellyttää, että sopiva vesistö sijaitsee kiinteistön lähellä.

Porareikävarastot

Porareikävarastot ovat aktiivisia geoenergiajärjestelmiä, joita käytetään suuremmissa kiinteistöissä ja teollisuuslaitoksissa, joissa tarvitaan sekä lämpöä että jäähdytystä. Periaate on samanlainen kuin kalliolämmössä, mutta porakaivot sijoitetaan tiheämmin, mikä mahdollistaa kausittaisen lämpö- ja kylmävarastoinnin. Näin suurempi kallion tilavuus voidaan lämmittää tai jäähdyttää.

Talvella lämpö otetaan talteen kallion sisältä, jolloin kallio jäähtyy. Kesällä viilennystä saadaan talvella jäähtyneestä kallion osasta. Jäähdytysprosessin aikana kallioperä lämpenee takaisin alkuperäiseen lämpötilaansa, mikä mahdollistaa energian hyödyntämisen useaan kertaan. Varaston tehokkuus kasvaa sen koon myötä.

Useimmissa tapauksissa varaston tilavuus on yli 100 000 kuutiometriä ja siinä on noin 30 porakaivoa.

Ruotsissa on useita porareikävarastoja, joissa on yli 100 porakaivoa. Kaivojen etäisyys toisistaan on yleensä 4–6 metriä. Kaivojen määrä, syvyys ja etäisyys riippuvat energiatarpeen lisäksi ennen kaikkea geologiasta ja kallion lämmönjohtavuudesta.

Porareikävarastoissa ei ole liikkuvia osia, joten niiden valvonta ja huoltotarve on vähäinen. Niiden käyttöikä on erittäin pitkä, ja ne voidaan poistaa käytöstä samalla aikataululla kuin niitä palvelevat kiinteistöt. Lupaprosessi on yleensä yksinkertainen. Porareikävarastot vievät vain vähän tilaa, ja niitä voidaan sijoittaa esimerkiksi parkkipaikkojen tai viheralueiden alle. Joissain tapauksissa varastoja on sijoitettu myös rakennusten alle.