Maalämpöpiirin hyödyntäminen aurinkolämmön varastoinnissa

Maaperän lämpötila vaihtelee metrin syvyydellä normaalisti noin +2 asteesta +15 asteeseen. Lämpimin se on alkusyksyllä ja kylmin alkukeväällä. Lämmityskauden aikana maalämmön lämmönkeruuputkisto voi jäähdyttää ympäröivää maaperää useilla asteilla, ja keväällä maaperä voi putken ympärillä olla alimmillaan jopa -5 astetta pakkasen puolella.

Kytkemällä aurinkolämpö maapiiriin voidaan maalämpöjärjestelmän lämmönkeruupiirin toimintakykyä elvyttää, jolloin maalämpöpumpun hyötysuhde ja teho paranevat. Samalla maalämpöpiirin matala lämpötila pitää aurinkokeräimen hyötysuhteen mahdollisimman korkeana. Maaperään lämpöä varautuu erityisen tehokkaasti keväällä ja vielä alkukesälläkin, jolloin maa ei ole vielä täysin lämmennyt talven jäljiltä.

Kuva 1. Lämpökaivo- ja vaakaputkistoasennuksissa käytetään useimmiten 40 mm muoviputkea. Vastaavaa putkea hyödynnetään myös aurinkolämmön varastoinnissa.

Lämpökaivoon varastointi

Maaperävarastointia suurempi hyöty lämmön varastoinnista saadaan mahdollisesti kytkemällä aurinkolämpöjärjestelmä lämpökaivoon. Lämpökaivon lämpötilataso alenee aluksi hieman vuosi vuodelta, ja saavuttaa melko vakaan tason noin 5 käyttövuoden jälkeen.

Aurinkolämmön siirtäminen lämpökaivoon elvyttää tehokkaasti lämpökaivoa talven jäljiltä, joskin osa aurinkolämmöstä saattaa karata pohjavesivirtauksien myötä. Elvytystarve on suurin niin sanotuilla kuivakaivoilla, joissa ei ole vesivirtauksia. Kallioperävarastoinnin kautta maalämpöpumpulle saadaan parempi hyötysuhde, lämpökerroin ja suurempi teho, kuten maapiirin yhteydessäkin.

Kuva 2. Periaatekuva kytkennästä, jolla aurinkolämpöä varastoidaan lämpökaivoon tai maapiiriin.

Kuva 3. Aurinkolämmön maalämpöpiiriin kytkemistapa, jolla parannetaan maalämpöpumpun kesäkauden lämpökerrointa (COP).

Vesistöön upotettu keruupiiri

Vesistöön upotetussa lämmönkeruupiirissä neste esilämpenee kolmisen astetta +4-asteisessa vedessä. Sen jälkeen lämpö siirretään nesteen avulla aurinkokeräimille. Nesteen lämpötila nousee keräimien läpi kulkiessaan. Tarvittaessa lämpöä voidaan nostaa maalämpöpumpun kompressorilla käyttöveden vaatimalle +55–60 -asteen tasolle.

Aurinkoenergian varastointi ilman lämpöpumppua

Aurinkoenergiaa voidaan varastoida myös ilman maalämpöpumppua käyttäen porakaivoa tai maaputkistoa. Näin varastoitua aurinkolämpöä voidaan hyödyntää muun muassa ilmanvaihdon esilämmityksessä. Maaputkisto voi olla asennettu myös rakennuksen maanvaraisen laatan alle, jolloin putkistoa ympäröivän maan lämpö lämmittää laattaa ja sitä myötä koko kyseisen kerroksen lattiaa.