Lämmityksen matematiikkaa

Olimme muutaman päivän poissa talolta, mutta Fortum Valpas -palvelu mahdollisti virtuaaliset vierailut tällä välin. Melko yksitoikkoiselta sähkönkulutus kuitenkin näyttää: luvut ovat pyörineet 3 kWh:n ympärillä tunnista toiseen.

Aiemmassa kirjoituksessa todettiinkin jo, että lukuun ottamatta varaajan vastuksia poissaoloajan kulutus pyörii 0,17-0,18 kWh:n haarukassa. Näin ollen sähkö on kulunut lähes kokonaan 194-neliöisen talon sekä noin 80-neliöisen autotalli-kellari-yhdistelmän lämmittämiseen, kun kukaan ei ole ollut paikalla polttamassa puita.

Polttopuita hyödyntävälle ovat suureksi avuksi Puulammitys.info-sivuston polttopuumatematiikkatiedot. Vesikiertoista järjestelmää käyttävälle erityisesti veden lämmönvarauskyvyn tunteminen on hyödyksi. Jos nimittäin lämmittää 1000 litraa vettä yhden asteen lämpimämmäksi, tarvitaan 1,16 kWh energiaa. Vastaavasti, jos lämmitetään vesikuutio kymmenen astetta aiempaa lämpimämmäksi, tarvitaan 11,6 kWh energiaa. Kun varaajan lämpötila laskee, energiankulutusta voidaan arvioida tämän saman suhdeluvun avulla. Jos 1000-litraisen varaajan lämpötila laskee 5 astetta, energiaa on kulutettu 5 * 1,16 kWh = 5,8 kWh.

Sähkönkulutuksen perusteella lämmitysenergiaa tarvitaan 24 * 3 kWh = 72 kWh vuorokaudessa. Jos tämä puristettaisiin irti 1000-litraisesta varaajasta, se jäähtyisi 62 astetta vuorokaudessa. Meillä on kahden kuution kokoinen varaaja, joten se jäähtyisi 31 astetta. Pudotus on niin suuri, että puita täytyy polttaa päivittäin, jos haluaa välttää sähköenergialla lämmittämistä. Myöhemmin asennettavat aurinkokeräimet tulevat toki helpottamaan tilannetta valoisina vuodenaikoina. Silti suurempi varaajakapasiteetti ei olisi pahitteeksi.

Kuinka paljon puuta pitää sitten päivässä polttaa 72 kWh:n tuottamiseksi? Kilo kuivaa puuta sisältää puulajista riippuen hieman yli 4 kWh energiaa. Jos hyötysuhde olisi teoreettinen 100 %, niin 18 kiloa puuta riittäisi päivässä. Hyötysuhteet eivät kuitenkaan ole tätä luokkaa, kun lämpöä karkaa savukaasujen mukana ja säteilynä. Ehkäpä oikeampi luku on lähempänä 30 kiloa.

Tähän kun lisätään käyttöveden lämmittäminen ja kovemmat pakkaskelit, niin puuta saa kantaa pesään melkoisia määriä.

Energiantuotantoa voi lihasvoimin skaalata, mutta myös kulutukselle pitää pystyä tekemään jotain. Meillä on edelleen varaa tiivistää taloa ja kaikista pahin ilmavuoto on entisellään vielä yli puolitoista vuotta reklamoinnin jälkeen: Glasierin toimittama, saksalaisiin passiivitaloihin suunniteltu Schüco-liukuovi ujeltaa parhaillaan talvimyrskyssä ja viilentää puolet olohuoneesta.

Korjaustarjouksia otetaan avosylin vastaan.

Lämmityskauden havaintoja ja pohdintaa

Vesitakka verhoiltiin juuri parahiksi ennen säiden kylmenemistä. Se onkin sittemmin ollut kovassa käytössä. Ensin poltettiin työmaan tuottamaa, kuivaa lautasilppua, ja nyt on siirrytty viime talvena kaadettujen koivujen hyödyntämiseen.

Samalla on havahduttu kaipaamaan asiaa, jota ei aiemmin tultu ajatelleeksikaan. Meillä ei ole vesikiertoisessa järjestelmässämme ainuttakaan energiamittaria. Ensisijaisesti sellainen tarvittaisiin vesikiertoisen lämmityksen meno- ja paluuveden lämpötiloja ja virtausta tarkkailemaan.

Tällöin saataisiin mitattua tietoa siitä, paljonko talon lämmittäminen vie energiaa. Jos mittareita olisi kaksi, pystyttäisiin erottamaan päärakennuksen ja noin 60-neliöisen autotallin viemä lämmitysenergia. Jos vielä vesitakan kierron yhteydessä olisi mittari, voitaisiin mitata, kuinka paljon energiaa vesitakasta johdetaan lämminvesivaraajaan. Ja kun aurinkokeräimet saadaan asennettua, tarvitsisivat nekin oman mittarinsa. Jos mittareissa olisi vielä dataloggeriominaisuudet, niin saataisiin tarkkaa tilastoa siitä, miten energiaa tuotetaan ja kulutetaan eri ajankohtina.

Energiamittarit ovat kuitenkin sen verran kalliita, että niitä ei ole vielä hankintalistalla.

Mittausdatan puuttuessa on pitänyt tyytyä seuraamaan sellaisia asioita, joista löytyy tietoa. Yksi näistä on sähkönkulutus, jonka tarkkailemisessa Fortum Valpas -palvelu on ollut erinomainen apu. Sen avulla on selvinnyt mm. se, että kun talolta ollaan poissa, ilmanvaihtokone on pienellä teholla ja lämminvesivaraajan vastukset nollilla, niin kulutus pysyy tasaisesti 0,17-0,18 kW:n haarukassa. Kylmäkalusteet, valmiustilassa olevat sähkölaitteet ja hiljalleen puhaltava ilmanvaihtokone vievät siis jatkuvasti 170-180 W:n tehon. Mummonmarkkojen perään haikailevat puhuisivat kolmen hehkulampun tehosta.

Fortum Valpas tarjoilee tuoreimpana tietona sunnuntaiset kulutuslukemat:

Fortum Valpas: sähkönkulutus sunnuntaina 30.11.2014

Jos ei tunne taustoja, kuvaaja tuntuu käyttäytyvän hyvin erikoisesti. Yön tasainen kulutus vaihtuu aamunkoitteessa alati kasvavaan sähkönkäyttöön, joka taittuu illansuussa, kun kaiken viihde-elektroniikan pitäisi pauhata täysillä. Selityksenä tähän on vesitakka ja 2000-litraisen lämminvesivaraajan uumenissa lymyävät sähkövastukset.

Lauantai-iltana on ollut takassa tuli, joka on lämmittänyt varaajan vettä. Tämän jälkeen sunnuntain vastainen yö on kulunut tasaisella 0,7 kW:n kulutuksella (ero ylläkuvattuun poissaoloon nähden selittynee ilmanvaihtokoneen tehokkaamalla käynnillä ja sähkövastuksella). Aamusuihkuttelun myötä varaajan yläosan vastus on mennyt päälle ja lämmittänyt vettä koko ajan kasvavalla teholla.

Vasta Strömsön jälkeen tilanne on rauhoittunut, kun takassa on taas roihunnut tuttuun tapaan valkea.

Puulämmitys on itsessään hieno harrastus, mutta tällainen statistiikka koukuttaa siihen todella voimakkaasti. Talomme ainoa tulisija sijaitsee keskellä olohuonetta, jolloin lämmittämiseen saattaa liittyä lieveilmiöitä. Vesikiertoisuuden ansiosta huonetilaan tuleva lämpökuorma on kuitenkin jäänyt siedettävälle tasolle. Lämminvesivaraajassa on vielä vapaita liittymiä ja olenkin miettinyt, että varaajan viereen mahtuisi esimerkiksi kompakti käänteispalokattila, jossa voisi polttaa puuta silloinkin, kun olohuone on rauhoitettu muuhun käyttöön.

Vesikiertoisen lämmönjaon rinnalla on syytä nostaa esiin tuloilman lämmitys. Meillä tuloilma otetaan sisään ilmanvaihtokoneelle maaputkiston kautta, jolloin se esilämpiää passiivisesti. Tämän jälkeen poistoilman lämpöenergiaa siirretään lämmöntalteenoton avulla tuloilmaan. Jos lämmönsiirrin ei saa lämpötilaa nostettua halutulle tasolle, ilmanvaihtokoneen sähkövastus antaa viimeisen silauksen.

Mittausdatan näkökulmasta tilanne näyttää seuraavanlaiselta:

Ilmanvaihtokoneen mittaustietoja illalla 1.12.2014 ("ulkoilma" on jo esilämmennyt maaputkistossa)

Illalla 1.12.2014 ulkolämpötila oli -6 astetta. Maaputkistossa ilma lämpeni +0,7 asteen lämpötilaan. Lämmöntalteenotto nosti sen +19,8 asteen lämpötilaan jollaisena se olisi voinut hyvin virrata asuintiloihin. Tuloilman lämpötila oli kuitenkin mittaushetkellä säädetty +21 asteeseen, jolloin sähkövastus lämmitti ilman +21,2-asteiseksi. Poistoilma on vesitakan polttamisen johdosta +22,4-asteista eli omaan makuuni pari astetta "liian" lämmintä. Jäteilma poistui talosta +6,9-asteisena.

Eräs blogin lukija kysyi, onko lämmityskausi näkynyt lankkulattiassa. Pitkälle marraskuuhun asti pinta pysyi tiiviinä ja siloisena, mutta muutaman viime viikon aikana lattiaan on ilmestynyt 1-2 millin rakoja. Osa saumoista on silti edelleen tiiviisti kiinni.

Lämmityskauden elämistä: rakoja lankkulattiassa

Vesitakka käyttökunnossa

Vesitakan kotelon metallirakenne verhoiltiin Luja A -levyillä ja rapattiin karkealla antiikkilaastilla, weber.vetonit AK. Kotelon pintaan jätettiin kolme huoltoluukkua, jotka saadaan piiloon varastoitavien polttopuiden taakse. Kuoren ala- ja ylälaitaan tehtiin myös ritilällä peitetyt ilma-aukot konvektiolämmön tuulettamista varten.

Poltimme takassa tänään pienen määrän työmaan tuottamaa puusilppua. Tuli jaksoi lämmittää takan ja teknisen tilan väliä kiertävän veden noin 65-asteiseksi ennen hiilloksen hiipumista. Seuraavaksi laitetaan kunnolla puuta pesään, jotta päästään yli 70 asteen ja saadaan lämpöenergiaa talteen varaajaan.

Lasiluukun läpi tuli miellyttävässä määrin säteilylämpöä, mutta takan kuori ja savuhormi pysyivät viileinä. Vain konvektiolämmön luukusta virtasi kädenlämpöistä ilmaa hiljalleen.

Kaiken kaikkiaan vesitakka vaikuttaa ensitulien jälkeenkin nerokkaalta ratkaisulta. Jos kaikki menee suunnitelmien mukaan, varaajan vastuksia ei juuri tarvita tulevana talvena. Tätä ennakoiden käänsin ne jo nyt pois päältä.

Lähtötilanne: vesitakkarunko ja savuhormi tyhjässä olohuoneessa

Takan metallirunko hitsattiin 50x50 mm:n huonekaluputkesta

Metallirunko peitetään mineraalivillalla ja Luja-levyillä

Runko on rapattu karkealla antiikkilaastilla valkoiseksi, takaneduslasi lisätty

Takka jakaa tilaa ja peittää taakseen kahden makuuhuoneen ovet

Konvektiolämpö pääsee purkautumaan tuuletusaukosta takan taustapuolella

Vesitakalle kuori

Syksy tulee kovaa vauhtia ja ensimmäiset yöpakkasetkin on jo koettu. Talven lämmityskautta varten on tarkoitus laittaa vesitakkakin viimein käyttökuntoon. Käyttöveden lämmittämiseen kuluu meillä nykyisin suurin osuus käytetystä sähköenergiasta ja vesitakka ratkaisisi lämmityksen ohella myös tämän asian.

Takan runko tehtiin 50x50-millisestä huonekaluputkesta ja kehikko hitsattiin kasaan tänään. Takan muodon ratkaisivat vesitakkasydämen muoto, takan edellyttämät putkiliitännät, tuloilman putken sijainti sekä hormiliitoksen muoto. Näiden ympärille hahmottui noin kaksi metriä korkea ja leveä laatikko, johon jää avoin tila polttopuiden säilytykselle.

Polttopuupino naamioi kaiken kaikkiaan kolme tarkastusluukkua, joista pääsee tarvittaessa käsiksi putkiliitoksiin ja takan termostaatteihin. Lisäksi konvektiolämmön vuoksi kuoren ala- ja ylälaitaan laitetaan tuuletusritilät.

Teräsrunkoon on tarkoitus ruuvata ensi viikon aikana Luja A -levyt ja rapata pinta antiikkilaastilla valkoiseksi.

Takkarunko syysillan auringonpaisteessa; värilämpötilaero päivänvalovalaisimiin nähden on selkeä.

Putkiliitännät nousevat alapohjasta oikeassa alakulmassa. Niiden päälle tulee tilaa polttopuille.

Schiedelin savuhormi rapataan myös valkoisella antiikkilaastilla - väliin jää liikuntasauma

Takan taustapuoli levytetään umpeen, mutta polttopuiden säilytystila on avoin molempiin suuntiin.

Takan kehystämä näkymä eteisestä talon läpi kohti etelää.

Takan 200-millinen hormiliitos vielä ilman eristettä.

Muutoksia vesitakan asennukseen

Vesitakan asennusta käsiteltiin aiemmin kirjoituksessa 22.2.2014 Vesitakan asennus. Asennuksessa tukeuduttiin tuolloin saatavilla olleeseen versioon suomenkielisestä asennusohjeesta, joka löytyi Tulituote Oy:n sivustolta. Siinä kiehunnanesto- ja varoventtiiliputket oli yhdistetty ja johdettu samassa putkessa viemäriin.

Tämän jälkeen alkoi kuulua kummia Saksanmaalta. Asiaan oli kiinnitetty huomiota ja asennusta pidettiin riskipitoisena. Jos paine nousisi takassa yli 2,5 barin ja varoventtiili aukeaisi, niin paine ei pääsisi vapaasti purkautumaan, sillä kiehunnanestoputkessa juoksisi jo vettä. Tätä havaintoa höystettiin vielä muutamilla valokuvilla, joissa räjähtänyt vesitakka oli pyyhkäissyt suuren osan taloa mukanaan.

Päätimme LVI-urakoitsijan kanssa, että asennusta muutetaan. Kiehunnanestojärjestelmän poistoputki purkautuu edelleen teknisen tilan lattialle ja lattiakaivoon, mutta varoventtiilin lauetessa paine purkautuu erillistä putkea pitkin läpi alapohjan, talon alla olevaan ryömintätilaan.

Sittemmin myös Tulituote Oy:n asennusohje on päivittynyt vastaavasti.

Alkuperäinen asennus: kiehumisenestojärjestelmä ja varoventtiili ovat yhteydessä samaan putkeen

Lopullinen asennus: purkautuva paine johdetaan omassa putkessaan alapohjan läpi ryömintätilaan

Lankkulattia ja öljyvaha

Lattiamateriaaliksi valittiin pitkän pohdinnan päätteeksi leveää, 25-senttistä kuusilankkua. Lankkulattia asennettiin pääosin joulukuussa ja se on odottanut muiden työvaiheiden valmistumista suojapapereiden alla.

Laatoitustöiden valmistuttua lattia hiottiin ja käsiteltiin tällä viikolla kolmeen kertaan Osmocolorin Värillisellä Öljyvahalla. Värisävy oli 3040 Kuultava valkoinen, jossa on valkoista pigmenttiä mukana. Meillä on ollut aikaisemmin sekä öljyttyjä että lakattuja puulattioita, mutta öljyvahaa on käytetty vain huonekaluissa. Siksi oli mielenkiintoista kävellä ensimmäisen kerran öljyvahatulla pinnalla. Puun tuntu ei ollut aivan yhtä välitön kuin öljytyssä lattiassa, vaan kolminkertaisen käsittelyn jälkeen lattian pinnassa oli vahamainen kalvo. Tämä tuntui kuitenkin likaa ja vettä hylkivältä, joten se varmasti suojaa lattiaa paremmin kuin pelkkä öljy.

Olohuoneen lattia on käsitelty kolmeen kertaan valkoista pigmenttiä sisältävällä öljyvahalla

Vesitakan hormiliitos on vielä asentamatta. Sen valmistuttua takka koteloidaan.

Keittiön saarekeen sähköputket nousevat lankkulattiasta

Näkymä olohuoneen suunnalta ruokailutilaan ja keittiöön

Öljyvahattua kuusilankkulattiaa liukuoven edustalla

Oleskelutilan keittiöpääty ja taustalla näkyy saunarakennuksen hirsiseinää

Lattiapintaa takan edustalla

Miltä meillä näyttää nykyisin?

Maaliskuun alussa päivätty valmiusastetodistus asettui jo 90 prosentin tuntumaan. Työmaalla riittää vielä paljon tekemistä, mutta kuvat kertovat parhaiten, missä mennään.

Tällä hetkellä on käynnissä laatoitustöiden viimeistely, lähinnä parin tilan saumaus. Lisäksi on aloitettu lankkulattian hiominen ja öljyvahaus.

Sekä laatoitus että lattiahionta ovat pakottaneet tyhjentämään tiloja ja nyt näkee selkeämmin, mitkä tilat alkavat valmistua ja missä vielä riittää tekemistä.

Näkymä keittiöstä olohuoneeseen, lankkulattian hiominen on keskeytynyt viikonlopun ajaksi

Näkymä eteisestä olohuoneeseen, vesitakkaa ei ole vielä koteloitu

Näkymä eteisestä kahden makuuhuoneen oviaukoille

Vanhempien makuuhuone

Näkymä työhuoneesta hirsisaunan suuntaan

Varastoitua tavaraa juuri laatoitetussa kylpyhuoneessa, kattopaneeli puuttuu vielä

Pieni ikkuna kylpyhuoneessa

Kontrastia valkoisen ja mustanruskean laatan välillä

Toisen kylpyhuoneen suihkunurkkaus

Upotetut shampoohyllyt suihkun vierellä

Kurasyöppö kuraeteisessä

LED-paneeleita kodinhoitohuoneessa ja kuraeteisessä

Vielä saumaamatonta laattalattiaa eteisessä ja vierashuoneessa

Vesitakan asennus

[Toim. huom: Vesitakka-asennukseen on tehty tärkeä päivitys 31.3.2014 Muutoksia vesitakan asennukseen]

Vesitakka tulee muodostamaan talossamme pääasiallisen lämpöenergian lähteen. Malli on Normathermin tai tässä tapauksessa gz-brandservicesin kautta hankittu SKE 30 ja savuhormina toimii Schiedel Rondo Plus 200-millisellä sisämitalla. Takan teho on 30,8 kW, josta 23,5 kW päätyy veteen. Takassa lämmennyt vesi pumpataan autotallin kellarissa sijaitsevaan lämminvesivaraajaan.

Raaseporin seudulla pohjavesi ja kupariputket eivät oikein sovi yhteen. Varmaa syytä en ole saanut selville, mutta esimerkiksi silikaattiin on viitattu. Tämän vuoksi lämmitysjärjestelmässä on käytetty lähinnä sinkittyjä ja haponkestäviä teräsputkia sekä vähemmän kuumissa olosuhteissa muovi- ja komposiittiputkia. Vain vesitakan kiehunnanestojärjestelmä on tehty kupariputkilla, sillä siihen päätyy vettä vain poikkeusolosuhteissa.

Takkarunko on nyt paikallaan oman perustuksensa päällä. Tämä on mahdollistanut myös lankkulattian viimeisen osuuden asentamisen. Kuvissa lattia on rakennuspaperin alla suojassa.

Normathermin vesitakkarunko Shiedelin savuhormin rinnalla

Raaseporin pohjavesi ja kupari eivät sovi yhteen - niinpä vain kiehumisenestoputket ovat kuparia

Energiavaraajaa asennetaan

Vesitakan ja aurinkokeräinten tuottama lämpöenergia varastoidaan autotallin kellarin suureen lämminvesivaraajaan, josta sitä voidaan hyödyntää sekä lämmityksen että lämpimän käyttöveden tarpeisiin.

Varaaja on odottanut keskellä kellarin lattiaa lopullista sijoitustaan jo jonkin aikaa. Tällä viikolla lähes kaksi metriä korkea ja 500-kiloinen varaaja siirrettiin yllättävän helposti pumppukärryllä kellarin päätyseinälle.

Omalla paikallaan massiivinen varaaja näyttää pieneltä ja sirolta. En voinut välttyä ajattelemasta, että olisi sittenkin pitänyt ottaa suurempi. Se ei kuitenkaan ollut mahdollista, sillä Akvatermin Akvantti 2000 -varaaja oli tilavuudeltaan suurin malli, joka mahtui kellarin moduulimittaisesta parioviaukosta sisään. Oviaukon korkeutta lisäämällä sisään olisi mahtunut 2400-litrainen Akvantti, mutta 3000-litraiset ja sitä suuremmat varaajat ylittävät kellarin huonekorkeuden jo selvästi. Näihin olosuhteisiin Akvantti 2000 oli siis paras mahdollinen vaihtoehto.

Pian päästään täyttämään varaajaa.

Lokakuinen kuva vielä tyhjästä varaajan paikasta juuri laatoitetussa ja kalkkimaalatussa kellarissa

Varaajan asennus käynnistyi tällä viikolla

Tyylikkään näköisiä putkiasennuksia kellarin seinällä

Vesikiertoinen lämmönjako lankkulattian alle

Tällä viikolla asennettiin viimeisetkin vesikiertoisen lattialämmityksen putkipiirit. Laatoitettavissa tiloissa putket asennettiin jo aiemmin noin 10-senttisen betonivalun sisään. Nyt olivat vuorossa huonetilat, joihin tulee lankkulattia.

Rakennusaikaisena lattiana on toiminut ilmansulkupaperin päälle asennettu, 18-millinen havuvaneri. Se jää paikoilleen puurakenteista alapohjaa jäykistämään. Vanerikannen päälle tehtiin koolaus 22x100-laudasta siten, että laudoitus kannattelee lämmönluovutuslevyjä ja toimii samalla lankkujen kiinnitysalustana.

Uponorin lattialämmitysputket asennettiin 300 mm:n jaolla Rothin lämmönluovutuslevyihin. Tällaiseen yhdistelmään päädyttiin, koska Rothin levyt olivat selvästi edullisempia ja 125 neliömetrin alalla tällä alkoi olla jo merkitystä.

Samassa yhteydessä nostettiin vesitakan putket alapohjasta ylös takkaa odottamaan. Sitä onkin odotettu. Normathermin takka tilattiin heinä-elokuun vaihteessa ja kuuden viikon toimitusajalla sen olisi pitänyt saapua syyskuun puolivälissä. Nyt eletään marraskuun puoliväliä ja takasta on nähty vain suttuisia kännykkäkamerakuvia, joilla saksalaiset halusivat kertoa rikkoneensa takan lasiluukun. Toivomme edelleen, että tuote on niin laadukas, että heikosti hoidettu toimitusprosessi unohtuu koivuklapien loimutessa.

Vielä pidempään on odotettu Glasierin teknikkoa korjaamaan olohuoneen liukuoven tiivisteet. Niiden puutteet havaittiin jo helmikuussa, kun taloa alipaineistettiin lämpökuvausta varten. Oven keskisaumasta virtaa estoitta ulkoilmaa sisään ja tiiveysmittaustakaan ei voida tehdä, ennen kuin ovi on kunnossa.

Nyt kun alkaa valmiita pintoja syntymään, tällaiset roikkuvat asiat alkavat häiritsemään entistäkin enemmän.

Lattialämmitysputkia ja lämmönluovutuslevyjä olohuoneessa ja keittiössä

Vesitakka ei ole vieläkään saapunut, vaikka se tilattiin 14 viikkoa sitten (toimitusaika 6 viikkoa...)

Kaikkien lankkulattian alle jäävien piirien putket tulevat seinän ali vaatehuoneen jakotukista

Liukuoven tiivisteitä ei ole korjattu edelleenkään (reklamaatio tehty helmikuussa)

Matalalta paistava aurinko muistuttaa siitä, että ikkunat voisi joskus pestä

Jakotukki on sijoitettu kantavan väliseinän sisään siten, että siihen pääsee käsiksi vaatehuoneesta

Makuuhuoneiden putkipiirit kulkevat olohuoneen seinustalla

Koolauksena toimivat 22x100-laudat, jotka myös kannattelevat lämmönluovutuslevyjä