911±¬ÁÏÍø

°Õ±ð°ì¾±Âáä: Erik Lindfors

Valvoja: Jussi Leveinen

Ohjaaja(t): Lauri Uotinen

°Õ¾±¾±±¹¾±²õ³Ù±ð±ô³¾Ã¤

Maalämpöpumppujärjestelmät ovat yleistyneet merkittävästi Suomessa, mutta niiden pitkän aikavälin lämpötekniseen kestävyyteen liittyy edelleen kysymyksiä, erityisesti lämpökaivojen ympärille mahdollisesti kertyvän maaperän viilentymisen osalta. Tässä diplomityössä arvioidaan maalämpöjärjestelmien pitkän aikavälin lämpöteknistä käyttäytymistä Suomen olosuhteissa sekä tarkastellaan, aiheuttaako viileneminen merkittävää riskiä järjestelmän hyötysuhteelle tai toimintavarmuudelle. Työ yhdistää kirjallisuuskatsauksen, simulointiin perustuvan tarkastelun sekä usean vuoden kenttämittaukset todellisista kohteista.

Empiirisessä osassa analysoidaan lämmönsiirtonesteen meno- ja paluulämpötiloja kuudesta suomalaisesta maalämpökohteesta, joiden käyttöaika on ollut noin 3–15 vuotta, ja lisäksi hyödynnetään kausihyötysuhdetta (COP) koskevaa aineistoa silloin, kun sitä on ollut saatavilla. Mallinnuksen ja havaintojen vertailun vahvistamiseksi luvussa 9 esitetään Earth Energy Designer (EED) simuloinnit kolmelle edustavalle tapaukselle toteutuneilla käyttökuormilla sekä yksi hypoteettinen rasituskoe, joka kuvaa tiheää 10 × 10 muotoista lämpökaivokenttää. Simulointien avulla arvioidaan, toistavatko yksinkertaistetut mallit mitattua järjestelmäkäyttäytymistä vastaavia lämpötilatrendejä, sekä havainnollistetaan kaivokentän geometrian vaikutusta pitkän aikavälin viilenemiseen.

Tulokset osoittavat, että useimmissa mitatuissa järjestelmissä viileneminen on vähäistä tai kohtalaista, ja vain yhdessä kohteessa havaitaan selviä merkkejä lämpöteknisestä ehtymisestä, vaikka järjestelmä pysyy edelleen toiminnassa hyväksyttävien lämpötilarajojen sisällä. Toteutuneisiin ominaislämmönottotasoihin, noin 67–88 kWh/m, perustuvat EED-simuloinnit tuottavat pitkän aikavälin keskimääräisiä lämmönsiirtonesteen lämpötiloja, jotka pysyvät yli 0 °C:ssa eivätkä lähesty talvikauden keskiarvon kriteeriä −2 °C. Sen sijaan hypoteettinen tiheä 10 × 10 -lämpökaivokenttä (100 lämpökaivoa neliöruudukossa), jota kuormitetaan ominaislämmönotolla 100 kWh/m, saavuttaa −2 °C:n raja-arvon noin käyttövuonna 33 ja laskee edelleen vuoteen 50 mennessä.

Kenttämittaukset ja simuloinnit yhdessä tukevat johtopäätöstä, että hyvin suunnitellut ja asianmukaisesti mitoitetut sekä riittävästi etäisyyttä sisältävät maalämpöjärjestelmät voivat säilyä lämpöteknisesti vakaina vuosikymmenten ajan, ja että pitkän aikavälin kestävyys riippuu vahvasti kaivokentän asettelusta ja lämpökaivojen välisestä termisestä häiriöstä, ei pelkästään lämmönottotehosta.