Savi lämmönvarastointimateriaalina : laboratoriomittauksia ja koejärjestelyn kehittäminen

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää saven soveltuvuutta lämpöenergian kausivarastointiin tutkimalla sen lämmönvarastointikykyä laboratorio-olosuhteissa. Työ toteutettiin osana ULLEVI-hanketta, jonka tarkoituksena on kehittää ja edistää lämpöenergian varastointiin liittyvää osaamista, tutkimusta ja liiketoimintaa. Varsinais-Suomen maaperä on laajalti savea, jolloin energiapaalujen hyödyntäminen savimaahan rakennettaessa voisi tarjota uuden mahdollisuuden kausivarastointiin ilman erillisiä varastorakenteita. Työn alkuperäinen toimeksianto keskittyi saven lämpöteknisten ominaisuuksien selvittämiseen, mutta osoittautui myöhemmin, että pelkkä laboratoriomittauksiin perustuva tarkastelu ei ole riittävä arvioitaessa saven käyttökelpoisuutta todellisissa lämpövarastosovelluksissa. Saven ominaisuuksia tutkittiin lopulta määrittämällä sen vesipitoisuus, raekoko, tiheys, ominaislämpökapasiteetti sekä viitteellinen lämmönjohtavuus. Opinnäytetyössä rakennettiin laboratoriomittakaavan koejärjestely, jossa tutkittiin saven käyttäytymistä lämpövarastona pienessä skaalassa lämmittämällä ja jäähdyttämällä savella täytettyä 216 litran tynnyriä maalämpöputkea ja lämmönsiirtonestettä hyödyntäen. Vaikka tulokset antoivat jonkinlaisen kuvan saven lämmönvarastointikyvystä, laboratoriomittakaava ja saven käsittelyyn liittyvät vaikeudet rajoittivat tulosten yleistettävyyttä. Varsinaista kuvaa siitä, miten savi käyttäytyy todellisessa BTES- tai energiapaaluratkaisussa, ei mittauksilla ollut mahdollista saavuttaa. Tätä varten tarvittaisiin vielä CFD-mallinnuksia, mallien validointia ja mittauksia toteutuneista energiapaalukohteista. Saven ominaislämpökapasiteetiksi määritettiin 2,78 kJ/kgK ja tiheydeksi 1,70 g/cm³. Tynnyriin saatiin varastoitua 3,19 kWh lämpöenergiaa.