Miten maalämpö toimii? Toimintaperiaate selitettynä

Maalämpö on noussut etenkin 2020-luvulla erääksi suosituimmista lämmitysratkaisuista, kun etsitään energiatehokasta lämmitysmuotoa. Maalämmön toimintaperiaate on kuitenkin sen verran monimutkainen, että järjestelmän toiminta on monelle lämmitysjärjestelmän päivitystä pohtivalle täysin vieras. 

Tämän artikkelin tarkoitus on korjata tilanne, ja selittää maalämpöjärjestelmän toimintaperiaate selkeästi ja helposti ymmärrettävästi.

Kiinnostaako maalämpö? Ota meihin yhteyttä ja pyydä tarjous maalämpöjärjestelmän asentamisesta!

Maalämmön toiminta selitettynä

Maalämpö perustuu luonnollisen lämpöenergian talteenottoon maaperästä tai vesistöistä. Auringon lämpöenergia ja geoterminen lämpö varastoituvat maaperään, mistä maalämpöpumput siirtävät kerätyn lämpöenergian rakennuksen lämmitysjärjestelmän käytettäväksi.

Energiaa voidaan myös varastoida maaperään viilennystarkoituksessa, mikä tekee maalämmöstä monipuolisen ratkaisun.

Maalämpöpumppu toimii samalla periaatteella kuin jääkaappi, mutta prosessi on käänteinen – sen sijaan, että lämpö siirrettäisiin ulos laitteesta, se siirtyy rakennukseen.

Mitä maalämpö on?

Maalämpö on uusiutuva energiamuoto, joka hyödyntää maaperään tai vesistöön kertynyttä auringon lämpöenergiaa. 

Lämmön tuotantoprosessi alkaa energian keruusta, joka tapahtuu maalämpökaivoissa tai maakeruupiirissä kiertävän nesteen avulla. Liuos siirtää maasta kerätyn lämmön lämpöpumpputekniikkaa hyödyntäen lämmönvaihtimeen ja edelleen rakennuksen lämmitysjärjestelmään.

Keruuputkistossa lämmönkeruuneste lämpenee n. 1-4 asteiseksi. Nesteen lämpötila ei näin ollen ole riittävän korkea lämmittämään käyttö- tai lämmitysvettä, mutta alhaisesta lämpötilasta huolimatta se on sitonut itseensä merkittävän määrän lämpöenergiaa keruuputkistossa kiertäessään.

Tutustutaan seuraavaksi tarkemmin siihen, miten 1-4-asteisesta lämmönkeruunesteestä saadaan riittävän lämmintä, jotta sitä voidaan hyödyntää rakennuksen lämmitystarpeisiin.

Maalämmön hyödyntäminen:

• Maaperään tai vesistöön varastoitu lämpöenergia kerätään lämmönkeruupiirin avulla.
• Lämmönkeruupiirissä kulkee neste, kuten esimerkiksi vesi/etanoliliuos, joka sitoo itseensä lämpöä maaperästä tai vesistöstä.
• Neste siirtyy höyrystimeen, jossa se lämmittää kylmäaineen ja nostaa sen lämpötilaa.

Energian siirto tapahtuu kolmen kierron kautta:

1. Ulkopuolinen keruupiiri: Lämmönkeruuneste kerää maalämmön.
2. Lauhdutin: Kerätty maalämpö siirretään lauhduttimessa kylmäaineeseen, ja kylmäaine paineistetaan.
3. Kompressori: Paineistetun kylmäaineen lämpötila kohoaa jopa yli 100 celsiusasteeseen, ja kylmäaine luovuttaa lämpöenergiansa rakennuksen lämmitysjärjestelmään.

Itse lämpöpumpputekniikka perustuu hyvin tunnettuihin fysiikan periaatteisiin. Lämmönsiirto perustuu höyrystämiseen ja tiivistämiseen, mikä mahdollistaa lämmön siirtämisen alhaisemman lämpötilan alueelta korkeamman lämpötilan alueelle.

Järjestelmä koostuu siis lukuisista komponenteista, joista jokaisella on oma tehtävänsä. Tutustutaan seuraavassa kappaleessa maalämpöpumpun eri komponentteihin sekä niiden toimintaan syvällisemmin.

Maalämpöpumpun osat

Maalämpöpumpun tehokas toiminta perustuu sen keskeisiin komponentteihin. Järjestelmässä on useita tärkeitä osia, jotka yhdessä muuntavat maasta peräisin olevan lämmön rakennuksen käyttöön sopivaksi energiaksi.

Keruuputkisto

Keruuputkisto on maalämpöjärjestelmän ensimmäinen vaihe, jossa maaperän lämpö otetaan talteen. Putkisto sijoitetaan maaperään tai veden alle, ja sen kautta kiertävä neste kerää ympäristön lämpöä.

Yleensä keruuputkisto kiertää n. 100 – 300 metriä syvässä lämpökaivossa. Lämpökaivon syvyys vaihtelee rakennuksen ominaisuuksien, kuten lämmitystarpeen sekä maantieteellisten ominaisuuksien mukaan.

Putkisto voidaan asentaa myös vaakatasoon vain muutaman metrin syvyyteen, jos tontti on riittävän suuri. Tällöin putkistoa kutsutaan maakeruuputkistoksi.

Lauhdutin

Lauhduttimessa keruuputkistosta saatu energia siirretään rakennuksen lämmitysjärjestelmään. Siinä kylmäaine, joka on jo kerännyt energiaa ja kompressorin puristama, luovuttaa lämpöenergiaansa ja muuttuu kaasumaisesta nesteeksi.

Kylmäaine

Kylmäaine on aine, joka kiertää maalämpöpumpussa ja siirtää lämpöä. Sen olomuoto muuttuu nestemäisestä kaasumaiseksi ja takaisin kierron aikana, mikä mahdollistaa lämmön siirron.

Kompressori

Kompressori on keskeinen osa lämpöpumpun toimintaa. Sen päätehtävä on paineistaa kylmäaine ja näin nostaa sen lämpötilaa. 

Kylmäaineen paineistaminen on tarpeellista, sillä paineistaminen mahdollistaa kylmäaineen lämpötilan kohottamisen riittävän korkeaksi rakennuksen lämmitysjärjestelmän tarpeisiin. Kompressori säätelee myös kylmäaineen lämpötilaa nostamalla tai laskemalla painetta tarpeen mukaan.

Säätelyllä varmistetaan, että kylmäaine on aina riittävän lämmintä rakennuksen lämmitystarpeisiin nähden. Se myös mahdollistaa hukkaenergian minimoinnin, sillä kylmäainetta ei aina tarvitse lämmittää korkeimpaan mahdolliseen lämpötilaan.

Nykyaikaisissa maalämpöpumpuissa käytetään miltei aina ns. invertterikompressoreita. Invertterikompressorin suurin etu on se, että se kykenee säätelemään kompressorin käyntitehoa ja näin ollen järjestelmän painetta huomattavasti tarkemmin kuin vanhempi On/Off-kompressori.

On/off-kompressori käynnistyy aina täydellä teholla ja sammuu kokonaan, kun järjestelmän paine kohoaa riittävän korkeaksi. Näin tehdessään kompressoriin voi kohdistua lyhyitä, normaalitilannetta kuormittavampia käyntijaksoja lämmitystehon tarpeen ollessa alhainen.

Syy vanhemman maalämpöjärjestelmän ennenaikaisille huolto- tai korjaustoimenpiteille löytyykin usein juuri On/Off-kompressorin rikkoutumisesta.

Nykyaikaiset invertterikompressorit eivät kärsi tästä ongelmasta, ja niiden odotettu elinikä on varsin pitkä, jopa yli 20 vuotta.

Sisäyksikkö

Sisäyksikkö on lämmönjakelun sydän. Se sisältää säätölaitteiston ja lämmönsiirtimen, joka varmistaa, että lämpö jakautuu rakennukseen tasaisesti ja tehokkaasti. Maalämpöjärjestelmän sisäyksikön päätehtävä on toimia yhteyspisteenä maalämpöpumpun sekä rakennuksen lämmönjakojärjestelmän välillä.

Sisäyksikkö asennetaan rakennuksen sisätiloihin, yleensä kodinhoitotilaan, tekniseen tilaan, tai pannuhuoneeseen. Maalämpöjärjestelmän sisäyksikkö vaatii asennustilaa noin täyskorkean jääkaappipakastimen verran.

Lisäksi sisäyksikön asennustilassa tulisi olla vesi-, viemäri-, ja sähköliitännät valmiina, sillä sisäyksikkö vaatii kyseiset liitännät toimiakseen – liitännät voidaan kuitenkin asentaa myös jälkikäteen, jos olemassa olevia liitäntöjä ei ole.

Modernit maalämpöjärjestelmän sisäyksiköt ovat varsin hiljaisia myös käydessään, joten meluhaitta on harvoin ongelma sisäyksikön sijoituspaikkaa suunnitellessa.

Maalämpöjärjestelmän asennus

Maalämpöjärjestelmän asennus on prosessi, jossa asennetaan maalämpöpumppu, mahdollinen lämpökaivo, sekä lämmönkeruuputkisto. Asennus koostuu useista vaiheista, jotka edellyttävät ammattitaitoa ja oikeanlaisten laitteiden käyttöä.

Suunnittelu ja mitoitus

Asennusprosessin ensimmäinen vaihe on aina ammattilaisen tekemä suunnittelu sekä maalämpöjärjestelmän mitoitus niin, että järjestelmä vastaa rakennuksen lämmitystarpeisiin kaikissa olosuhteissa.

Oikeaoppinen mitoitus on kriittisen tärkeää, sillä liian tehoton maalämpöpumppu ei kykene tuottamaan riittävää määrää lämpöenergiaa kovimmilla pakkaskeleillä, ja toisaalta liian tehokas lämpöpumppu johtaa usein alhaiseen energiatehokkuuteen.

Maalämpöjärjestelmä asennetaan lähtökohtaisesti rakennuksen päälämmitysjärjestelmäksi, eli se ei vaadi rinnalleen varajärjestelmää tai toista lämmitysmuotoa. Joissain tapauksissa maalämpöä voidaan kuitenkin käyttää myös toisen lämmitysjärjestelmän rinnalla.

Porakaivojen poraus

Porakaivojen poraus on ensimmäinen askel maalämpöjärjestelmän asentamisessa kohteisiin, joissa lämpökaivon poraaminen on mahdollista.

Kaivon syvyys määräytyy maantieteellisten ominaisuuksien ja lämmön tarpeen mukaan.  Tyypillisessä omakotitalossa lämpökaivon syvyys on yleensä n. 100 – 300 metriä. Lämpökaivoon asennetaan lämmönkeruuputkisto, jonka avulla maalämpöä kerätään maaperästä.

Poraus vaatii toimenpideluvan, joka tulee hakea paikalliselta rakennusvalvontaviranomaiselta. Rakennusvalvonta varmistaa, ettei poraus aiheuta haittaa esimerkiksi mahdollisille pohjavesialueille tai muulle maanalaiselle infrastruktuurille.

Porakaivon poraaminen ei vaadi suurta tonttia, ja poraaminen onnistuu lähes aina myös pienimmille tonteille.

Maapiirin asentaminen

Jos lämpökaivon poraaminen ei ole mahdollista esimerkiksi kohteen sijainnin vuoksi, voidaan maalämpöä kerätä myös maapiirillä. Maakeruuputkisto asennetaan vain n. muutaman metrin syvyyteen, mutta sen asentaminen vaatii merkittävästi lämpökaivoa suuremman tontin.

Asennuksessa seurataan tarkasti putkistovalmistajan ohjeita, varmistetaan tiivis asennus ja suojataan järjestelmä ulkoisilta vaurioilta.

Sisäyksikön kytkentä

Sisäyksikkö kytketään asennusvaiheessa lämmönkeruuputkistoon sekä kiinteistön lämmitysverkostoon. Sisäyksikön asennus sisältää usein säätöautomatiikan, joka mahdollistaa optimaalisen lämmön tuottamisen ja kulutuksen mukaisen säädön. 

Kytkennät tulee tehdä huolellisesti, ottaen huomioon valmistajan suositukset ja sähköturvallisuusmääräykset. Sisäyksikön asennuksen yhteydessä tehdään myös mahdolliset lisätyöt, kuten sähkö-, vesi-, tai viemäriliitäntöjen asennus.

Maalämmön hyödyt ja haasteet

Maalämpö tarjoaa energiatehokkaan ja ympäristöystävällisen lämmitysvaihtoehdon, mutta sen käyttöönottoon liittyy myös kustannuksia ja muita harkittavia seikkoja.

Energiatehokkuus ja ympäristövaikutukset

Maalämpö hyödyntää maaperään tai vesistöön varastoitunutta lämpöenergiaa. Lämmönkeruuprosessi on erittäin energiatehokas, sillä maalämpöpumppu siirtää luonnosta saatavaa lämpöä rakennuksen lämmitykseen sen sijaan, että se tuottaisi kaiken tarvittavan lämpöenergian itse.

Ympäristön kannalta maalämpö on uusiutuva energiamuoto, mikä tarkoittaa vähäisiä hiilidioksidipäästöjä ja alhaisempaa ympäristökuormitusta.

• Uusiutuvuus: Maalämpö on uusiutuvan luonnonvaran hyödyntämistä.
• Päästöt: Lähes nollapäästöt käytön aikana, mikä auttaa vähentämään kasvihuonekaasuja.

Kustannukset ja säästöt

Maalämmön asennuskustannukset voivat olla suhteellisen korkeat, mutta säästöt energialaskuissa alkavat kertyä heti järjestelmän käyttöönoton jälkeen. 

Maalämpöjärjestelmän asennus voi lisätä merkittävästi asunnon arvoa, ja sen tuoma energiatehokkuus voi vähentää lämmityskustannuksia jopa 70-80% verrattuna perinteisiin lämmitysmuotoihin, kuten sähkö-, kaasu-, tai öljylämmitykseen. Maalämpö käyttää siis hyvin vähän sähköä verrattuna tuottamaansa lämpöenergiaan.

• Asennuskulut: Maalämpöjärjestelmän asennus on suuri investointi, mutta pitkällä aikavälillä usein varsin kustannustehokas ratkaisu.
• Taloudellinen säästö: Energialaskujen merkittävä pienentyminen pitkällä aikavälillä.

Huolto ja ylläpito

Vaikka maalämpöjärjestelmä on lähtökohtaisesti huoltovapaa, ovat huolto ja ylläpito olennainen osa sen elinkaarta varsinkin laitteen ikääntyessä.

Huolto varmistaa, että järjestelmä toimii moitteetta – moitteeton ja häiriötön toiminta puolestaan maksimoi energiansäästöt ja laskee korjauskustannuksia.

Tarkastukset ja säädöt

• Visuaalinen tarkastus: Järjestelmän komponenttien silmämääräinen tarkastus mahdollisten vuotojen tai vaurioiden varalta.
• Paineiden tarkistus: Lämpöpumpun ja keruupiirin paineet tulee tarkistaa säännöllisesti.
• Lämpötilojen valvonta: Järjestelmän lämpötilojen seuranta auttaa havaitsemaan mahdolliset poikkeavuudet toiminnassa.

Puhdistus ja vaihto

• Suodattimien puhdistus/vaihto: Suodattimet tulee puhdistaa tai vaihtaa ohjeiden mukaan, jotta ilmavirran laatu ja maalämpöpumpun teho säilyvät.
• Kiertovesipumppu: Pumppujen toiminta tarkistetaan, ja ne puhdistetaan tai tarvittaessa vaihdetaan.

Ennaltaehkäisevä huolto

• Huoltosopimus: Säännölliset ammattilaisen tekemät huoltokäynnit varmistavat, että laitteistoon ei kerry ongelmia.
• Käyttäjän tehtävät: Lämpöpumpun eri toiminnot ja hälytykset on hyvä opetella tuntemaan, jotta käyttäjä voi reagoida mahdollisiin ongelmatilanteisiin nopeasti.

Säännöllisen huollon tiheyteen vaikuttavat maalämpöjärjestelmän tyyppi, ikä ja käyttöolosuhteet. Huoltotoimenpiteet ovat usein osa laajempaa energiajärjestelmän ylläpitotyötä, joka on keskeistä rakennuksen energiatehokkuuden kannalta.

Kuinka paljon maalämpöpumppu maksaa asennettuna?

Maalämpöjärjestelmän hinta koostuu useista tekijöistä, ja siihen voivat vaikuttaa merkittävästi mm. kiinteistön koko, vanha lämmitysjärjestelmä, sekä rakennuksen lämmitystehon tarve.

Myös kohteen sijainti voi vaikuttaa järjestelmän kokonaishintaan, sillä tietyt ominaisuudet voivat tehdä maalämpöpumpun asentamisesta tavanomaista haastavampaa.

Maalämpöjärjestelmän hinta koostuu mm. seuraavista tekijöistä:

• Maalämpöpumpun teho
• Maalämpöpumpun malli sekä energiatehokkuus
• Rakennuksen lämmitysenergian tarve
• Lämpökaivon syvyys
• Mahdolliset lisätyöt, kuten sähkö-, tai vesiliitäntöjen asentaminen

Maalämpöjärjestelmän teho on yksi keskeisistä tekijöistä, joka vaikuttaa hankinnan kokonaishintaan. Maalämpöjärjestelmää harkittaessa onkin tärkeää mitoittaa järjestelmä vastaamaan kohteen lämmitystarpeita tarkasti, jotta järjestelmä on mahdollisimman kustannustehokas.

Tehokkaampi pumppu on yleensä kalliimpi, eikä tehokkaampi pumppu ole aina paras vaihtoehto. Liian tehokas pumppu laskee maalämpöjärjestelmän hyötysuhdetta

Liian pienitehoinen pumppu puolestaan nostaa käyttökustannuksia ja alentaa asuinmukavuutta, sillä väärin mitoitettu pumppu ei kykene vastaamaan rakennuksen lämmitystarpeisiin kylmimmissä olosuhteissa.

Maalämpökaivon poraaminen on toinen hankkeen kalliimmista vaiheista, joten myös porakaivon syvyys on syytä mitoittaa tarkkaan.

Kuinka nopeasti maalämpöjärjestelmä maksaa itsensä takaisin?

Maalämpöjärjestelmän takaisinmaksuaikaan vaikuttavat monet tekijät, aivan kuten sen kokonaishintaan. Hankintahinta on tietysti näistä suurin tekijä, mutta myös laitteen käyttökustannukset voivat joko pidentää tai lyhentää takaisinmaksuaikaa merkittävästi.

Maalämpöjärjestelmä on kuitenkin lähes aina merkittävästi perinteisiä lämmitysjärjestelmiä energiatehokkaampi ratkaisu, joka tarkoittaa huomattavasti alhaisempia lämmityskustannuksia vanhaan järjestelmään verrattuna.

Kustannussäästöt alkavat heti asennuksen jälkeen, ja ne jatkuvat niin pitkään, kuin maalämpöjärjestelmä on toiminnassa.

Tyypillisesti maalämpöjärjestelmän takaisinmaksuaika on n. 10 vuotta, joka tarkoittaa sitä, että toteutuneet säästöt lämmityskustannuksissa kattavat maalämpöjärjestelmän asennuskustannukset n. 10 vuotta asennuksen jälkeen.

Viime vuosien aikana voimakkaasti kohonneet energian hinnat ovat osaltaan vaikuttaneet huomattavasti maalämmön kannattavuuteen, ja takaisinmaksuaika voi olla myös lyhyempi, jos nykyisen lämmitysjärjestelmän käyttökustannukset ovat poikkeuksellisen korkeat.

Valtiontuet maalämpöjärjestelmän hankintaan

Valtio myöntää erilaisia tukia uusiutuvien lämmitysmuotojen hankintaan. Maalämpöjärjestelmälle voidaan myöntää kotitalousvähennys, joka on suuruudeltaan 2 250€ henkilöä kohden.

Lue tarkemmat ohjeet Verottajan sivuilta: Kotitalousvähennys – Vero.fi

Maalämpöjärjestelmän hankintaan voidaan myöntää myös ELY-keskuksen avustusta öljylämmityksestä luopumiseen. Tuen myöntämisen edellytyksenä on, että maalämpöjärjestelmä asennetaan öljylämmityksen tilalle. Avustuksen määrä on 4 000 euroa.

Maalämmön soveltuvuus

Maalämmön tehokas hyödyntäminen riippuu useista eri tekijöistä, kuten kiinteistön koosta, rakennustavasta ja lämmitysjärjestelmän suunnittelusta. 

Erilaiset kiinteistöt

Pientalot: Maalämpö on suosittu lämmitysvaihtoehto omakotitaloissa. Eristys ja lämmitysjärjestelmän tehokkuus ovat avainasemassa, jotta maalämmöllä voidaan saavuttaa paras mahdollinen hyötysuhde.

Kerrostalot ja liikerakennukset: Nämä suuremmat kiinteistöt hyötyvät maalämmöstä erityisesti taloudellisesti, sillä suuret lämmitystarpeet ja mahdollinen kierrätettävän lämmön määrä tekevät maalämmöstä houkuttelevan vaihtoehdon.

Maatilat ja teollisuuskiinteistöt: Lämpöä tarvitaan jatkuvasti, ja maalämpö toimii hyvin tällaisten kiinteistöjen suurissa lämmitystarpeissa. Lisäksi maalämpö tehostaa energian käyttöä ja vähentää energiaan liittyviä operatiivisia kustannuksia.

Julkiset rakennukset: Koulut, sairaalat ja muut julkisen sektorin rakennukset voivat myös hyödyntää maalämpöä. Kun huomioidaan näiden rakennusten laajat käyttöajat ja suuret tilavuudet, maalämpö tarjoaa kestävän ja taloudellisen ratkaisun niiden energiantarpeeseen.

Maalämmön toimintaperiaate on kaikille kiinteistötyypeille sama: Maalämpöpumppu siirtää maasta tai vesistöstä kerättyä lämpöenergiaa kiinteistön lämmitysjärjestelmään.

Erilaiset kiinteistöt vaativat erilaisen suunnittelun ja toteutuksen, mutta maalämpö tarjoaa joustavan ja ympäristöystävällisen ratkaisun monenlaisiin lämmitystarpeisiin.

Yhteenveto

Maalämpö on äärimmäisen energiatehokas ja moderni lämmitysmuoto, joka on kasvattanut suosiotaan viime vuosien aikana merkittävästi. Kohonneet energian hinnat sekä tarve siirtyä uusiutuviin lämmitysmuotoihin on kiihdyttänyt maalämpöjärjestelmien kysyntää voimakkaasti.

Maalämpöjärjestelmä toimii keräämällä maaperää kertynyttä auringon säteilystä varastoitunutta energiaa, ja siirtämällä kerätty energia rakennuksen lämmitysjärjestelmään.

Sen energiatehokkuus perustuu siis siihen, että maalämpöjärjestelmä ei varsinaisesti tuota kaikkea rakennuksen vaatimaa lämpöenergiaa, vaan se käyttää suurimman osan käyttämästään sähköstä ilmaisen maalämmön siirtämiseen rakennuksen lämmönjaon käytettäväksi.

Maalämpöjärjestelmän kokonaishinta vaihtelee merkittävästi eri kohteiden välillä, mutta esimerkiksi tyypilliseen omakotitaloon järjestelmän asentaminen maksaa yleensä n. 10 000 – 20 000 euroa. Maalämpöjärjestelmän takaisinmaksuaika on tyypillisesti n. 10 vuotta.

Usein kysytyt kysymykset

Tässä osiossa käsitellään yleisimpiä kysymyksiä maalämmön toimintaperiaatteeseen ja käyttöön liittyen.