LVI-järjestelmään kuuluu lämmitys-, vesi- ja ilmanvaihtojärjestelmät. LVI-järjestelmät ovat oleellinen osa taloa ja sen toimintaa. Valinnat LVI-järjestelmien suhteen tehdään jo suunnitteluvaiheessa ja tehtyjä valintoja on hankala enää muuttaa jälkikäteen ellei kyse ole pelkästä laitteesta, jonka muuttaminen ei vaikuta talon sisäiseen järjestelmään.

Uusiutuvan lämpöenergian tuottamiseen on käytännössä useampi vaihtoehto kuin uusiutuvan sähkön tuottamiseen. Uusiutuvaa lämpöenergiaa on mahdollista ottaa maasta, vedestä tai ilmasta tähän soveltuvalla lämpöpumpulla. Lisäksi lämpöä voidaan tuottaa auringosta tai uusiutuvasta polttoaineesta polttoprosessin kautta. Eri lämpöpumpuista on todella hankalaa löytää tietoja niiden vuosihyötysuhteista. Nyrkkisääntönä voidaan kuitenkin pitää, että maa- ja vesilämpö ovat parhaita ja niistä saadaan tasaisesti lämpöä läpi vuoden, koska olosuhteet pysyvät melko vakiona ulkoilman lämpötilasta riippumatta. Ilmasta otettavan lämmön energiatehokkuus riippuu suoraan ulkoilman lämpötilasta ja siksi nämä lämmitysmuodot voivat mennä toimintakyvyttömiksi pakkasen kiristyessä alle −20 °C. Toisaalta tällaisia pakkasia on harvoin, mutta ilmasta lämpöenergiaa ottavat lämpöpumput tarvitsevat käytännössä jonkin toisen rinnakkaisen lämmitysmuodon näiden tilanteiden varalle. Aurinkolämpö puolestaan tuottaa lämpöä käytännössä maaliskuusta lokakuuhun samoin kuin aurinkosähköjärjestelmäkin. Tässä täytyy kuitenkin tehdä ero aurinkosähkön ja -lämmön välillä, sillä aurinkosähköjärjestelmä tuottaa paremmin mitä kylmempää on, mutta aurinkolämmön kohdalla tämä on toisinpäin. Puulla on mahdollista lämmittää mihin vuoden aikaan tahansa, mutta järkevintä se on silloin, kun muista energialähteistä ei ole saatavilla lämpöä tai lämmöntarve on suurimmillaan. Puulla lämmön tuottamiseen ei tarvita sähköä, kun taas lämpöpumppu tarvitsee toimiakseen aina sähköä.

Tässä hankkeessa lämmitysmuodoiksi on valittu maalämpö ja puu. Maalämpö valittiin siksi, että se toimii energiatehokkaasti talvikuukausina ja etenkin kylmimpinä ajanjaksoina, jolloin sähkönkulutus on suurimmillaan. Toisaalta maalämpökaivoa on myös mahdollista käyttää kesällä viilennykseen. Maalämpöpumppua on myös mahdollista käyttää silloin, kun aurinkosähköä on saatavilla. Puu valittiin tukevaksi lämmitysmuodoksi maalämmön rinnalle, jotta tarvittaessa sähkönkulutusta on mahdollista pienentää lämmittämällä puulla tulisijoja erityisesti silloin, kun sähkönkulutus on suurimmillaan. Tämä on moderni tapa toteuttaa puulämmitys, koska tällöin talo ei ole riippuvainen lämmittäjän aktiivisuudesta. Tulisijojen lämpöä on mahdollista siirtää sekä ilmaan että veteen. Lämmön siirtäminen ilmaan tapahtuu esimerkiksi ilmanvaihdon lämmöntalteenoton kautta, jolloin tulisijojen lämpö siirtyy kaikkialle taloon. Lämpöä on myös mahdollista siirtää veteen erillisen lämmönsiirtimen avulla. Molemmat vaihtoehdot on otettu tässä hankkeessa huomioon.

Maalämpö

Taloon valittiin maalämpö, koska sillä on mahdollista hyödyntää maahan sitoutunutta uusiutuvaa lämpöenergiaa. Lisäksi maalämpöpumppua on mahdollista pyörittää aurinkosähköllä, jolloin kaikki tuotettu lämpöenergia on uusiutuvaa. Maalämpö voidaan ajatella tontin rajojen sisäpuoliseksi omaksi energiantuotannoksi siinä missä aurinkosähkökin. Maalämpöpumppu tarvitsee osan energiastaan sähköstä toimiakseen, mutta suurin osa tuotetusta lämpöenergiasta on kuitenkin uusiutuvaa maahan sitoutunutta lämpöenergiaa. Sähkön ja uusiutuvan energian suhde riippuu maalämpöpumppujärjestelmän COP-arvosta (eng. coefficient of performance) eli lämpökertoimesta. COP-arvo kertoo siis sen, millä kertoimella maalämpöpumppu tekee sähköstä lämpöä. Esimerkiksi, jos COP-arvo on 3, niin maalämpöpumppu antaa 1 kW sähköteholla 3 kW lämpötehoa eli 2 kW lämmöstä tulee maasta. COP-arvo riippuu lämpötilaerosta maalämpöpumpun tulo- ja lähtönesteen välillä. Mitä pienempi lämpötilaero on, sitä parempi on myös hyötysuhde ja COP-arvo. Lämpökertoimen suuruus riippuu lämmön keruu- ja luovutuslämpötiloista. Lämpökertoimen teoreettisen arvon voi laskea seuraavasti [25]:

missä T₁ (K) on kohteen lämpötila, josta lämpö kerätään eli tässä tapauksessa keruupiirin nesteen lämpötila ja T₂ (K) lämmön luovutuslämpötila eli tässä tapauksessa lattialämmitys- tai käyttöveden lämpötila. Todelliset COP-arvot ovat luonnollisesti teoreettista arvoa pienempiä, mutta tämä on kuitenkin raja-arvo, jota lämpöpumput eivät ylitä.

Maalämmön etuna ilmalämpöpumppuihin verrattuna on sen tasainen toiminta läpi vuoden ulkoilman lämpötilasta riippumatta. Tämä on oleellinen asia nollaenergiahirsitalon suunnittelussa, koska aurinkosähköä ei ole saatavilla juurikaan talvikuukausina. Maalämmöllä on siis mahdollista pienentää sähkön kulutusta talvikuukausina verrattuna esimerkiksi vastaavaan ilma-vesilämpöpumppuun.

Maalämmön keruuputkisto on mahdollista sijoittaa joko vaaka- tai pystyasentoon. Vaakaputkistossa putket kaivetaan pintamaan alle vaakatasoon, kun taas pystyputkistossa maahan porataan putken syvyinen reikä kallioon. Tässä hankkeessa tehdään pystyputkitus, koska tällöin pinta-alan tarve tontilla on huomattavan pieni. Lisäksi kallioon poratusta reiästä saadaan tasalämpöistä nestettä kovillakin pakkasilla vaikka lumipeitettä ei olisi. Maalämpökaivosta kannattaa tehdä myös riittävän syvä. Tällä voidaan varmistaa se, että kaivosta riittää lämpöä tasaisesti ympäri vuoden. Ylimitoitus tässä kohtaa ei ole siis haitaksi. “Liian syvästä” kaivosta riittää lämpöä pienelle maalämpöpumpulle, mutta ei toisinpäin. Ennemmin kannattaa kiinnittää huomiota maalämpöpumpun mitoittamiseen, koska se vaikuttaa maalämpöpumpun käyntijaksojen pituuteen ja sillä on merkitystä energiatehokkuuden kannalta. Tässä tapauksessa lämpökaivon syvyydeksi valittiin 150 m, josta aktiivista syvyyttä vähintään 120 m. Todellinen kaivon syvyys selviää kaivoa poratessa, sillä maaosuuden syvyyttä ei voi tietää etukäteen.

Maalämpöpumppu

Maalämpöpumpun koko valittiin energialaskelman perusteella. Nollaenergiahirsitaloon soveltuva maalämpöpumppu on teholtaan 6 kW. Kuvassa 2.22 on esitetty valittu maalämpöpumppu.

Maalämpöpumppuun haluttiin mahdollisuus etäohjaukseen, jotta lämpöä olisi mahdollista tuottaa silloin, kun itse tuotettua aurinkosähköä on saatavilla. Tämä on mahdollista toteuttaa SG Ready -rajapinnan kautta. Rajapinta on alun perin kehitetty Saksassa kuormien, kuten lämpöpumppujen etäohjausta varten, mutta sitä on mahdollista hyödyntää myös tällaiseen tarkoitukseen. Rajapinnan kautta maalämpöpumpulle on mahdollista antaa ohjeita sähkön hinnasta ja pumppu päättää sen jälkeen itse omat käyntijaksonsa. SG Ready -rajapinnan kautta on mahdollista antaa neljä erilaista hintatietoa seuraavan taulukon 2.1.

 Taulukko 2.1.  SG Ready -rajapinnan kautta annettavat sähkön hintatiedot. [26]

Lämminvesivaraaja

Lämminvesivaraaja on oleellisessa roolissa tässä hankkeessa, koska se mahdollistaa aurinkosähkön tuotantokaudella käyttöveden lämmittämisen maalämpöpumpulla päiväsaikaan. Kesällä maalämpöpumppua ei tarvitse juuri pyörittää muulloin ollenkaan.  Vesivaraaja mitoitetaankin tämän takia riittävän suureksi, jotta lämmintä käyttövettä riittää kertalämmityksellä nelihenkiselle perheelle yhdeksi päiväksi. Lämminvesivaraajaan tarvitaan maalämmön lisäksi liitäntä vesikiertoiselle takalle. Suuri tilavuus mahdollistaa myös lämmön tuoton ajoittamisen sekä maalämpöpumpulle pidemmät yhtenäiset toimintajaksot. Tähän tarkoitukseen valittiin 750 l hybridivaraaja, kuva 2.23.

Lattialämmitys

Taloon valittiin lattialämmitys, koska lämmitykseen tarvittavan veden lämpötila on pienempi kuin patterilämmityksen. Tämä johtaa siihen, että maalämpöpumppu voi toimia korkeammalla COP-arvolla. Lattialämmitys on lisäksi miellyttävä lämmitysmuoto ja se myös mahdollistaa normaalia pienemmän huonelämpötilan viihtyvyyden kärsimättä, koska lattia on lämpöinen.

Tulisijat

Tulisijat ovat oleellisessa roolissa lisälämmönlähteenä, kun talvikuukausina halutaan vähentää sähkönkäyttöä. Sähkönkäytön vähentäminen on perusteltua nollaenergiarakentamisessa ja yleisesti varsinkin kylminä aikoina, jolloin sähkönkäyttö ja sähköntuotannon päästöt ovat valtakunnan tasolla suurimmillaan. Tulisijoja on mahdollista käyttää yleisten tilojen lämmityksen lisäksi ruuanvalmistuksessa, saunan ja veden lämmityksessä. Tulisijoja valittaessa on syytä ottaa huomioon niiden lämmönvarauskyky. Varaava tulisija sitoo lämpöä ja luovuttaa sitä hitaasti useita tunteja lämmityksen jälkeen, mutta siitä ei saa lämpöä nopeasti. Varaavassa tulisijassa liekit ja savukaasut kiertävät tulisijan kanavistoissa siten, että mahdollisimman suuri osa lämmöstä otetaan talteen ja varastoidaan tulisijan massaan. Varaava tulisija polttaa puuta myös puhtaammin kuin varaamaton tulisija. Lämpöä varaamaton tulisija luovuttaa vastaavasti lämpöä nopeasti, mutta ei luovuta sitä juurikaan lämmityksen jälkeen.

Piippu

Piippu sijoitettiin tässä tapauksessa talon pohjoispuolelle, jotta se ei olisi esteenä aurinkopaneeleille. Kaikki tulisijat haluttiin sijoittaa samaan piippuun ja tämän takia piippuun tarvittiin neljä hormia. Leivinuuni, hella ja takka tarvitsevat yhden kiven hormin ja saunankiuas puolen kiven hormin. Tarvittavan piipun rakenne on esitetty kuvassa 2.24.

Piippu haluttiin muurata tiilistä, koska se massiivisuutensa ansiosta varaa lämpöä ja siten lisää puulämmityksen kokonaishyötysuhdetta. Tiilipiippu siis varastoi savukaasujen hukkalämmön massaansa luovuttaen sen hitaasti edelleen huonetilaan. Tiilipiipun energiataloudellisuus verrattuna valmispiippuun on myös osoitettu mittauksin VTT:n toimesta vuonna 2003.

Leivinuuni ja puuhella

Leivinuuni suunniteltiin yläkertaan keittiön läheisyyteen. Tässä tapauksessa leivinuuni katsottiin monikäyttöiseksi sen ruoanvalmistusmahdollisuuden takia. Isolla leivinuunilla saadaan myös hyvä lämmitysteho yläkertaan. Varaavana tulisijana leivinuuni tuottaa lämpöä pitkään myös lämmittämisen jälkeenkin. Leivinuunin yhteyteen haluttiin myös puuhella. Puuhella on oiva vaihtoehto sähköhellan rinnalla ruoanvalmistuksessa. Puuhellalla on mahdollista vähentää sähkön käyttöä erityisesti kylminä aikoina. Kuvassa 2.25 on esitetty taloon valittu leivinuuni ja puuhella.

Takka

Erillinen tulisija haluttiin myös alakertaan lämmönlähteeksi. Tähän tarkoitukseen valittiin vesikiertoinen takka ja se sijoitettiin takkahuoneeseen. Takkaan lisätään siis erillinen lämmönsiirrin, jolla voidaan lämmittää vettä. Lämpö on mahdollista siirtää sekä käyttö- että lattialämmitysveteen erillisen varaajan kautta. Takassa on tämän ominaisuuden takia mahdollista pitää tulta pidempääkin ilman, että tila lämpenee liikaa, koska suuri osa lämmöstä siirtyy veden mukana pois. Kuvassa 2.26 on esitetty taloon valittu takka, johon voidaan laittaa lämmönsiirrinpaketti.

Kiuas

Saunaan valittiin sähkökiukaan rinnalle puukiuas, jotta tarvittaessa saunaa on mahdollista lämmittää myös puilla. Puilla lämmittäminen on järkevää varsinkin silloin, kun sähkönkulutus on suurimmillaan. Kiukaat sijoiteltiin saunaan eri kulmauksiin ja ovi näiden keskelle, kuten kuvassa 2.4 esitettiin. Kuvassa 2.27 on esitetty valitut kiukaat.

Kuva 2.27.  Kiuas.

Ilmanvaihto ja lämmöntalteenotto

Toimiva ilmanvaihto on oleellisessa roolissa nykyajan taloissa, koska talot ovat tiiviitä. Hyvä tiiveys takaa ainoastaan hallitun reitin ilmalle, oli kyseessä koneellinen tai painovoimainen ilmanvaihtojärjestelmä. Molemmat näistä tekevät taloon alipaineen ja tällöin siirrettävälle ilmalla täytyy olla sekä tulo- että poistoreitti. Nykymääräysten mukaan ilman pitäisi vaihtua talossa kerran kahdessa tunnissa. Koska uusissa taloissa on sekä tulo- että poistoilmanvaihto, on poistoilman lämpöä mahdollista siirtää tuloilman lämmitykseen lämmöntalteenottojärjestelmällä. Lämmöntalteenottojärjestelmä onkin erittäin tärkeässä roolissa nykytalojen energiatehokkuudessa, koska suurin osa lämmöstä menee poistoilman kautta ulos talosta, kuten huomattiin kuvasta 1.1. Lämmöntalteenoton vuosihyötysuhde onkin tärkeä parametri valittaessa lämmöntalteenottojärjestelmää, koska se vaikuttaa tulevaan energiankulutukseen. Lämmöntalteenotto toimii myös toisinpäin eli se viilentää tuloilmaa kesällä, jos poistoilma on viileämpää kuin tuleva.

Taloon valittiin koneellinen ilmanvaihto, koska se toimii tasaisesti ja hallitusti olosuhteista riippumatta. Tämän lisäksi poistuvasta ilmasta saadaan lämpö talteen. Lämmintä ilmaa on siten mahdollista kierrättää kaikkialla talossa huolimatta tulisijojen sijainnista. Koneellinen ilmanvaihto vaatii oikeanlaiset säädöt, jotta se toimii suunnitellusti. Ilmanvaihto pitää säätää huolellisesti hieman alipaineiseksi kaikkialla talossa. Koneellisessa ilmanvaihdossa tuloilma suodatetaan, joten taloon tuleva ilma on suodattimen rajoissa puhdas pölystä. Suodattimia täytyy säännöllisin väliajoin vaihtaa.

Tulisijojen korvausilmaa ei kannata kierrättää ilmanvaihtokoneen kautta, koska se heikentää tulisijan tarvitsemaa ilmansaantia ja siten myös palamisprosessia. Korvausilma on järkevää tuoda suoraan ulkoa, koska tällöin talon ilmanvaihto ei sotkeudu. Ilman suoria tuloilmakanavia, korvausilma pitäisi kuljettaa ilmanvaihtokoneen kautta ja siten talon tuloilmavirtausta pitäisi lisätä aina, kun tulisijoissa pidetään tulta.

Ilmanvaihtokone

Ilmanvaihtokone valittiin LVI-suunnitelman perusteella. Nollaenergiahirsitaloon valittu ilmanvaihtokone on esitetty kuvassa 2.28. Ilmanvaihtokoneeseen valittiin sähköinen jälkilämmitys, jotta järjestelmä saatiin pidettyä riittävän yksinkertaisena. Toisaalta, jälkilämmityksen tarve ei ole suuri tai sitä ei ole ollenkaan. Jälkilämmityksen tarve riippuu asetetuista tuloilman lämpötilarajoista. Valittu ilmanvaihtokone sisältää automatiikkaa ja se mahdollistaa esimerkiksi koneen automaattisen säätymisen esimerkiksi liesituulettimen tuottamaan liialliseen alipaineeseen. Koneeseen on mahdollista liittää paine-erokytkin, jonka perusteella ilmanvaihtokone saa pidettyä tasaisen paine-eron kaikissa tilanteissa. Tiiviissä talossa liesituuletin voi muuten tehdä melkoisen suuren alipaineen, joka aiheuttaa ongelmia esimerkiksi tulisijoille.

Viilennys

Viilennystä tarvitaan, jos taloa halutaan jäähdyttää. Jäähdytys on järkevintä tehdä talon ilmanvaihdon kautta, koska silloin jäähdytysilma on mahdollista ohjata tasaisesti kaikkiin tiloihin, joissa sitä tarvitaan. Viilennystä on mahdollista ohjata aurinkosähkön mukaan, jolloin ilman jäähdytystä varten sähköä ei tarvitse ostaa sähköverkosta. Tuloilmaa on myös mahdollista viilentää maalämpöpumpun keruupiirissä kiertävän nesteen avulla kierrättämällä nestettä tuloilmanvaihdon kautta. Tämä vaihtoehto kannattaa ehdottomasti hyödyntää, koska viilennys ei tällöin tarvitse ulkopuolista energiaa muuhun kuin pumpun pyörittämiseen, joka kierrättää keruupiirissä nestettä. Maalämpökaivon keruuneste on kesäisinkin vain muutaman asteen lämpöistä. Tällä tavoin on myös mahdollista ladata maalämpökaivoa talvea varten. Maaviileän hyödyntäminen ilman viilennykseen tarvitsee ilmanvaihtojärjestelmältä ainoastaan lämmönvaihtimen eli maakylmäpatterin. Maalämpökaivon avulla ilmaa ei saada viilennettyä kovin suurella teholla, mutta tärkeä ominaisuus on myös kosteuden poistaminen tuloilmasta, vaikka ilma ei paljon viilentyisikään. Nollaenergiahirsitaloon valittu tuloilman esilämmitys/-viilennyspatteri on esitetty kuvassa 2.29.

LVI-suunnittelu

LVI-suunnittelussa otettiin huomioon muutamia asioita, jotka ovat tärkeitä toimivuuden kannalta. Taloon suunniteltiin jo alussa tekninen kuilu, jota kautta tekniikkaa on mahdollista kuljettaa. Tämä reitti on oleellisessa asemassa varsinkin IV-putkien reitityksessä, sillä ne vievät reilun tilan. Alakerran putkitukset kuljetetaan alaslasketussa katossa, mutta yläkerrassa putkitukset tehdään ilmasulun yläpuolella eristekerroksessa. Tämä lisää tarvittavien läpivientien määrää, mutta IV-putkien läpivienti on yksinkertaista tehdä tiiviiksi siihen tarkoitetuilla tuotteilla. Esiviilennyksen takia myös tuloilmaputket kondenssieristetään. Muissa kohdissa mennään normaalien käytäntöjen mukaisesti.

• Share on Facebook.
• Share on Twitter.
• Share on Google+
• Share on LinkedIn