Ilmavesilämpöpumpun toiminnan tehostaminen maaperän lämpöenergiaa hyödyntämällä
Juusola, Timo (2023)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2023051912071
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2023051912071
Tiivistelmä
Talvella ulkolämpötila laskee alhaiseksi, jolloin ilmavesi- ja ilmalämpöpumppujen hyötysuhde heikkenee. Opinnäytetyön tarkoituksena on selvittää, voidaanko ilmavesilämpöpumpun toimintaa tehostaa maaperän lämpöenergiaa hyödyntämällä. Työ on teoreettinen esiselvitys ilman lämmittämisestä maanalaisessa putkistossa. Lämmitettävä kiinteistö on pientalo.
Tutkimuksen Ilmavesilämpöpumppu on Panasonic Aquarea All in One T-CAP 9 kW. Koejärjestelyssä on neljä 12 metriä pitkää putkea, joiden sisähalkaisijat ovat 20 cm. Putket kaivetaan maan alle noin kahden metrin syvyyteen. Maanpinnalla on katoksella suojattu tuloaukko, josta ulkoilma pääsee sisään lämpenemään putkistoon. Ilma virtaa putkissa 3 m/s puhaltimen avustuksella. Esilämmitettyä ilmaa puhalletaan nousukuilusta ilmavesilämpöpumpun ulkoyksikköön, jolloin lämpöpumpun hyötysuhde paranee ja syntyy energiansäästöä.
Koejärjestely tullaan toteuttamaan Kouvolassa, siksi lämpötilatietoina on käytetty Utin havaintoaseman arvoja vuosilta 2013–2022. Tutkimuksen suurin ongelma on selvittää, kuinka hyvin maaperän lämpö siirtyy putkissa virtaavaan ilmaan. Ilmavesilämpöpumpusta on kerätty COP- ja tehonkulutusarvoja eri ulkolämpötiloilla, joiden avulla on voitu laskea vuotuinen energiansäästö. Säästöä syntyy 287–656 kilowattituntia vuodessa, mikä vastaa 5,3–12,1 % kokonaislämmitysenergian tarpeesta. Tuloksen tarkkuuteen vaikuttaa paljon lämpöpumpun ulkoyksikön läpi menevä tilavuusvirta, joka voi olla jopa tuhansia kuutiometrejä ilmaa tunnissa. Kaikkea ulkoyksikön käyttämää ilmaa ei saada riittämään putkistosta, vaan osa on ulkoilmaa. Esilämmitettyä ilmaa putkistosta tulee noin 40 % ulkoyksikön käyttämästä maksimi ilmamäärästä.
Työssä tehtiin karkea kustannusvertailu maalämmön, ilmavesilämpöpumpun ja ilmavesilämpöpumpun, jossa on esilämmitys, välillä. Maalämpö on edullisin energiaratkaisu. Esilämmitys ei juuri paranna ilmavesilämpöpumpun vuotuisia kokonaiskustannuksia. Työn lopussa tarkastellaan lisää epävarmuustekijöitä, jotka vaikuttivat tuloksiin.
Tutkimuksen Ilmavesilämpöpumppu on Panasonic Aquarea All in One T-CAP 9 kW. Koejärjestelyssä on neljä 12 metriä pitkää putkea, joiden sisähalkaisijat ovat 20 cm. Putket kaivetaan maan alle noin kahden metrin syvyyteen. Maanpinnalla on katoksella suojattu tuloaukko, josta ulkoilma pääsee sisään lämpenemään putkistoon. Ilma virtaa putkissa 3 m/s puhaltimen avustuksella. Esilämmitettyä ilmaa puhalletaan nousukuilusta ilmavesilämpöpumpun ulkoyksikköön, jolloin lämpöpumpun hyötysuhde paranee ja syntyy energiansäästöä.
Koejärjestely tullaan toteuttamaan Kouvolassa, siksi lämpötilatietoina on käytetty Utin havaintoaseman arvoja vuosilta 2013–2022. Tutkimuksen suurin ongelma on selvittää, kuinka hyvin maaperän lämpö siirtyy putkissa virtaavaan ilmaan. Ilmavesilämpöpumpusta on kerätty COP- ja tehonkulutusarvoja eri ulkolämpötiloilla, joiden avulla on voitu laskea vuotuinen energiansäästö. Säästöä syntyy 287–656 kilowattituntia vuodessa, mikä vastaa 5,3–12,1 % kokonaislämmitysenergian tarpeesta. Tuloksen tarkkuuteen vaikuttaa paljon lämpöpumpun ulkoyksikön läpi menevä tilavuusvirta, joka voi olla jopa tuhansia kuutiometrejä ilmaa tunnissa. Kaikkea ulkoyksikön käyttämää ilmaa ei saada riittämään putkistosta, vaan osa on ulkoilmaa. Esilämmitettyä ilmaa putkistosta tulee noin 40 % ulkoyksikön käyttämästä maksimi ilmamäärästä.
Työssä tehtiin karkea kustannusvertailu maalämmön, ilmavesilämpöpumpun ja ilmavesilämpöpumpun, jossa on esilämmitys, välillä. Maalämpö on edullisin energiaratkaisu. Esilämmitys ei juuri paranna ilmavesilämpöpumpun vuotuisia kokonaiskustannuksia. Työn lopussa tarkastellaan lisää epävarmuustekijöitä, jotka vaikuttivat tuloksiin.