Maalämpö yleistyy – Miten se vaikuttaa sähkönkulutukseen?

Maalämpöpumput kasvattavat sähkönkulutusta talvella. Kun pakkanen kiristyy, yhä useammat järjestelmissä varalla olevat sähkövastukset kytkeytyvät päälle. Miika Lundell käsitteli lämmitystapamuutosten vaikutusta liittymien huipputehoihin ja vuosienergioihin diplomityössään Maalämpökerrostalojen verkostovaikutukset.

Miika Lundell tutki Tampereen yliopistossa maalämmön yleistymisen vaikutusta sähkönkulutukseen tulevaisuuden Helsingin kerrostaloissa ja sähköverkossa. Tutkimuksensa hän jakoi kolmeen tasoon: kiinteistön liittymiin, jakelumuuntajiin sekä kaupunginosaan, Helsingin Vuosaareen.

– Liittymän kokoa voi kohteesta riippuen joutua kasvattamaan, mutta keskimäärin vapaata kapasiteettia vaikuttaisi olevan melko hyvin. Myös muuntamoilla on tyypillisesti hyvin tilaa. Kaupunginosassakaan ei havaittu merkittävää ongelmaa lähivuosina. Mutta jos samalla alueella paljon kerrostaloja vaihtaa maalämpöön, voidaan joissain tilanteissa tarvita uusi muuntaja, Lundell sanoo.

Työssään Lundell huomasi, että Helsingissä maalämpöön oli siirtynyt eniten pieniä ja keskisuuria kerrostaloja, kantakaupungin ulkopuolella. 

– Isommat siirtyvät hitaammin. Keskustassa taas on haasteita maalämpöön siirtymisessä, siellä maalämpökaivoja ei välttämättä pystytä poraamaan.

Kapasiteettia yllättävän paljon

Lundell muistuttaa, että maalämpöjärjestelmän hankkimisessa mitoitus on myös valinta: se, miten suuri sähkövastus ja lämpöpumppu siinä on. 

– Sähkönkulutukseen ja järjestelmän hankintakustannuksiin vaikuttaa aika paljon se, pärjääkö järjestelmä pelkällä pumpulla vaikka miinus 10 tai 20 pakkasasteeseen. Lämpöpumpulla on parempi hyötysuhde, Lundell sanoo. 

Lundellin mukaan diplomityössä keskimäärin tarkasteltujen kerrostalojen huipputeho kasvoi maalämpöön siirtymisen myötä noin 90 kW ja vuosienergia 150 MWh. Lämmitystapamuutoksen jälkeen maalämpökerrostalojen liittymien keskimääräinen kuormitusaste on 48 prosenttia sulakekoon sallimasta maksimitehosta. 

– Kävin läpi liittymiä olemassa olevista rakennuksista. Sitä, kuinka paljon niiden sähkönkulutus oli kasvanut keskimäärin vaikka kerrostaloissa. Tarkastelemissani rakennuksissa on keskimäärin tilaa keskikokoiselle maalämpöjärjestelmille, mutta se riippuu kohteesta. Toisessa voi olla paljonkin vapaata kapasiteettia ja toisessa ei ollenkaan. 

Siitä Lundell yllättyi, että vapaata kapasiteettia oli keskimäärin niinkin paljon.

– Maalämpö voisi mahtua joihinkin olemassa oleviin kohteisiin, mikä on yllättävää. Olin ajatellut, että liittymän kokoa täytyy ilman muuta kasvattaa. Usein liittymiä ylimitoitetaan huomattavasti.

Maalämpöön siirtyminen on siis hieman helpompaa kuin mitä Lundell ennen diplomityötään arvioi. Sähköautojen latauspisteet kuitenkin vaikeuttavat yhtälöä. 

– Jos samassa taloyhtiössä varauduttaisiin samaan aikaan siirtymään maalämpöön ja sähköautojen lataukseen, liittymän kokoa täytyisi kasvattaa. Niin paljon vapaata kapasiteettia ei havaittu olevan. 

Muuntamoille haasteita?

Sähköverkon puolelta Lundellia kiinnostivat muuntajat siltä kannalta, tarvitseeko niihin tulevaisuudessa investoida. Hän tutki työssään lämmitystapamuutoksen vaikutusta sellaisilla jakelumuuntajilla, joiden kuormituksesta yli 90 prosenttia muodostuu kerrostalojen sähkönkulutuksesta. 

Lundell arvioi eri muuntajakokojen mukaan sitä, montako tyypillistä kerrostaloa voisi Helsingin alueella vaihtaa lämmitystapaa maalämpöön ilman muuntajan kapasiteetin ylittämistä. 

– Tutkin muuntamoja, joissa on ennestään eniten kerrostaloja. Arvioin niiden kuormitusta, sitä montako uutta maalämpökerrostaloa niihin voisi tulla ennen kapasiteetin täyttymistä. Tulokseksi sain, että uusia maalämpökerrostaloja mahtuisi Helsingin alueella keskimäärin ehkä viidestä kahdeksaan. Enimmillään niitä voi olemassa olevilla muuntamoilla olla viidestä kymmeneen. 

Haasteita muuntamoille syntyisi, jos maalämpö otettaisiin käyttöön pienellä asuinalueella tai monessa taloyhtiössä samaan aikaan.

– Muuntamolta voi esimerkiksi loppua kaapelilähdöt kesken. Sen voi mahdollisesti ratkaista laittamalla jakokaapin muuntamon lähelle, mikäli muuntajalla on vielä vapaata kapasiteettia. Mutta jos sähkönkulutus kasvaa niin paljon, että huipputeho ylittyy, tarvitaan kokonaan uusi isompi muuntaja. 

Viisi skenaariota Vuosaaresta

Vuosaaren kaupunginosan Lundell valitsi tutkimukseensa siksi, että siellä kerrostalojen sähkönkulutuksen vuosienergia on Helsingin kaupunginosien suurin. Alueen kerrostalojen kuormituksen osuus kaupunginosan kokonaissähkönkulutuksesta on myös merkittävä. 

Lundell hyödynsi työssään Tampereen yliopistolla aiemmin tehtyä tutkimusta erityyppisten rakennusten kuormitusprofiileista ja sai simulointien perusteella tuloksia siitä, miten lämmitystapaa vaihtavien kerrostalojen lämmitys vaikuttaa niiden kuormitusprofiileihin. Rakennuksille pystytään muodostamaan kuormitusprofiili ja ennustamaan sen avulla sähkönkäyttöä päivä- ja tuntitasolla. 

– Tein tutkimuksen avulla simulaation maalämpökerrostaloille. Otin Vuosaaren alueelta kerrostalojen tietoja, kuten koon, rakennusvuoden, pinta-alan ja tilavuuden. Niiden avulla simuloin sähkönkäyttöprofiilin.

Vuosaaren rakennuskannan perusteella Lundell simuloi viisi eri skenaariota sen pohjalta, että Vuosaaren olemassa olevasta rakennuskannasta 10–100 prosenttia vaihtaa lämmitystavan maalämpöön. 

– Vuosaaren sähkönkulutus ei kauheasti noussut – paitsi jos oikein iso osa kerrostaloista siirtyisi maalämpöön. Jos öljylämmitetyt kerrostalot siirtyisivät maalämpöön, se kasvattaisi Vuosaaren alueen huipputehoa kahdeksan prosenttia. Jos kaikki siirtyisivät, huipputeho kasvaisi 50 prosenttia, mutta se on todella epätodennäköistä. Silloin pitäisi luopua kokonaan kaukolämmöstä. 

Maalämpöä voi käyttää myös jäähdytykseen

Lundell muistuttaa, että maalämpöä voi käyttää myös jäähdytykseen. Maalämpöpumpulla huoneilmaa jäähdytetään keskitetysti koneellisen ilmanvaihdon välityksellä tai huoneistokohtaisesti – esimerkiksi puhallinkonvektorilla tai erilaisilla jäähdytyspalkin tapaisilla vesikiertoisilla järjestelmillä. 

– Energiakaivot lämpenevät, kun huoneilmasta poistettava lämpö menee jäähdytyskäytössä energiakaivoon. Siitä osa voidaan lämmityskaudella eli talvella hyödyntää. Hyötysuhde voi parantua hieman, jos kaivot ovat valmiiksi hieman lämpimämpiä, kun niistä aletaan ottaa lämpöä, Lundell sanoo.

Lämmitystapana Lundell pitää maalämpöä hyvänä, erityisesti öljylämmityksen tilalle. Alkuinvestointi on kuitenkin melko kallis.

– Maalämmössä takaisinmaksuaikaa on vähän vaikea arvioida. Siihen vaikuttaa kaukolämmön ja sähkön välinen hintakehitys. 

Lundellin diplomityö valmistui vuonna 2021. Työn kirjoittamisen aikaan maalämpö valittiin yhä useammin uudisrakennusten ja lämmitystapaa vaihtavien saneerauskohteiden lämmönlähteeksi. Lundell arvelee, että meneillään olevan energiakriisin myötä maalämmön valitseminen vain yleistyy.

– Öljy on kallistunut. Öljylämmittäjät siirtyvät varmaankin entistä enemmän maalämpöön ja muihin lämmitysmuotoihin, kuten kaukolämpöön. 

Lähde: Miika Lundell: Maalämpökerrostalojen verkostovaikutukset

Juttu on julkaistu alun perin Talotekniikka-lehdessä 8/2022