(Päivitys: alkuperäisen artikkelin laskelmat graniitin osalta olivat väärin. Graniitti onkin lämpövarastona yksi parhaista, vaikka alun perin se laskettiin huonoimmaksi.)
Naapuri kertoi aikoinaan isälleni ylpeänä laittaneensa jäterautaa talon suureen yösähkön vesivaraajaan, että se pitäisi paremmin lämpöä. Isä joutui valitettavasti kertomaan hänelle, että rauta varastoi tilavuuteensa nähden vähemmän lämpöä kuin vesi.
Kuinka paljon nykyaikainen talo varastoi lämpöä? Kuinka suuri osa varastoidusta lämmöstä on ilmassa ja kuinka suuri osa rakenteissa? Kuinka paljon lämpöä varastoi tuhat kiloa painava leivinuuni? Mitä materiaalia kannattaa pistää kasvihuoneeseen, että päivän ylikuumuudesta siirretään mahdollisimman paljon lämpöä yön yliviileyteen?
Mielenkiintoinen tapaus lämpövarastolle on sellainen, että meillä on kasvihuone, jonka lämpötilan haluamme pysyvän yli 15 asteen (kasvit kasvavat parhaiten). Voimmeko vähentää lämmitystarvetta laittamalla kasvihuoneeseen lämpövaraston?
Kuvassa näemme lämpötilan 31.5.2011 tunneittain. Tietyillä oletuksilla(*) meillä voi olla lämpövarasto, joka hidastaa kasvihuoneen sisälämpötilan muutosta punaisen tai keltaisen käyrän tavalla.
Pitääksemme lämpötilan 15 asteen yläpuolella, ilman lämpövarastoa meidän on lämmitettävä 58 astetuntia. Astetunti on suoraan verrannollinen lämmitykseen tarvittaviin kilowattitunteihin. Jos meillä on keltaisen käyrän mukainen lämmön varastointi, lämmitystarve on vain noin puolet, 34 astetuntia. Jos meillä on vielä voimakkaampi punaisen käyrän mukainen varastointi, lämmitystarve putoaa 17 astetuntiin. Jos voisimme pitää kasvihuoneen vuorokauden keskilämmössä, lämpötila ei koskaan laskisi 15 asteen alapuolelle.
Lämmön varastointi siis kannattaa.
Laskekaamme kuinka paljon mitäkin ainetta tarvitaan kilowattitunnin lämmön varastoimiseen kymmenen asteen lämpötilaerolla. Pienimmästä tilavuudesta suurimpaan:
om.lämpö paino tilavuus hinta
kJ/Kkg kg/kWh dm³/kWh eur/kWh
(10C) (10C) (10C)
Vesi 4,18 86 86 0,24
Rauta 0,45 799 102 400 (vrt. <200 jos myy)
Alumiini 0,90 400 148 400
Graniitti 0,75 480 182 ?
Betoni 0,75 480 192 38
Kahi-tiili 0,84 428 238 60
Lyijy 0,13 2767 244 4200
Hiekka 0,83 433 248 2
Puu 1,50 240 480 150* (vrt. <15 jos myy)
Ilma** 0,71 507 422m³ 0
* höyläämätön sahatavara 300e/m³
** vakiotilavuudessa
Taulukossa on varmasti muutama yllätys. Saavillisessa kymmenen astetta huoneenlämpöä lämpöisempää vettä on kilowattitunti energiaa. Kaksisataaneliöisen talon sisäilmassa on vain yhtä paljon energiaa kuin saavillisessa vettä! Kummassakin tapauksessa kymmenen asteen lämpötilan nosto maksaa noin kymmenen senttiä.
Rauta on tilavuudeltaan paras kiinteä lämpövarasto, mutta se ei silti ole aivan veden veroinen. Painavana äkkiseltään hyvältä kuulostava lyjy on yllättäen jopa tilavuudeltaan lämpövarastona surkea – lyijyä tarvittaisiin miltei kolme tonnia. Sekin on kuitenkin tilavuudeltaan yli kaksi kertaa parempi kuin puu. Suomalainen puutalo ei paljoa lämpöä varastoi. Kahi-tiili (valkoinen halpa kalkkihiekkatiili) on myös kaksi kertaa puuta parempi lämpövarasto, mutta sekin on kaukana raudasta tai vedestä.
Hinnaltaan edullinen ja joustavasti muotoiltava ja siirrettävä kasvihuoneen lämpövarasto on Kahi-tiili. Yksi 270x130x75-tiili maksaa 0,68 euroa ja se on painoltaan 4,9 kg ja tilavuudeltaan 2,43 litraa. Kilowattitunnin lämpövarastoon tarvitaan 87 tiiltä, se painaa 428 kiloa ja on tilavuudeltaan 238 litraa. Tällä määrällä voi siis siirtää kymmenellä sentillä energiaa päivästä yöhön.
Tiilet maksavat 60 euroa. Lämmönsiirrosta on hyötyä ehkä satana päivänä vuodessa, jolloin vuosisäästö on 10 euroa. Takaisinmaksuaika on siis kuusi vuotta. Toisaalta, tiililämmitys voi säästää sähköpatterin, joka maksaa ainakin samaa luokkaa kuin tiilet. Sähköpatterin sähkönkulutus olisi 10 euroa vuodessa – mutta jäähdytys jäisi tällä tavalla saamatta. Tiilien vähäinen huoltotarve ja odotettu käyttökelpoinen elinaika on myös aivan omaa luokkaansa.
Mikäli rakenteita tekee enemmän, betoni on tiiltä halvempi vaihtoehto. Hinta 38 euroa/kWh (10C) ei sisällä betoniauton käyntiä. Graniitti on suunnilleen yhtä hyvää kuin betoni, jos sellaista sattuu löytymään.
Puukaan ei ole aivan mahdoton lämpövaraston materiaali: jos höyläämätöntä sahatavaraa löytää 300 euroa/m³ (ainakin Virosta löytyy), siitä voi tehdä kilowatin lämpövaraston noin 150 eurolla. Tilavuutta sille tosin tulee puoli kuutiota, mikä on kaksi kertaa isompi kuin Kahi-tiilistä tai betonista tehty lämpövarasto.
Eri materiaalien yhdistelykin on järkevää (ja siitä voi tehdä jopa järkevän rakennelman), koska niiden lämmönluovutusominaisuudet ovat erilaiset eli ne tasaavat toisiaan.
Autiomaat ovat öisin kylmiä, koska kivien ja hiekan lämmönvarastointikyky on huono. Auringon lämmön varaamisen öiksi tekevät Suomessakin puut ja maassa oleva kosteus, ei itse maa.
Itse kuitenkin olen kokeilemassa 200 litran paksusta muovista tehtyä vesitonkkaa. Ostin tuollaisen muutamalla kympillä Juurikorven käytettyjen tavaroiden kaupasta(**) ja siinä oli ilmeisesti ollut laivakäyttöä varten varastoituja intialaisia suolakurkkuja. Tonkan pystyy sulkemaan täysin tiiviisti, vaikka se olisi kallellaan. Miinuspuolia on se, että 200 kilon painosta täyttä vesitonkkaa ei pysty siirtämään kovinkaan helposti ja täyttäminen lopullisessa paikassa voi olla hankalaa.
200 litraa vettä vastaa tonnia kahitiiliä (puoli kuutiota, 113 kappaletta, 77 euroa). Tuo tonkka pystyy siis säilömään 2,3 kilowattituntia lämpöä, noin 23 sentillä. Sisällä oleva vesi maksaa noin 50 senttiä. Tonkka maksaa itsensä vuodessa.
Ainakin teoriassa. Vaimo nimittäin inhoaa tonkan ulkonäköä ja yrittää piilottaa sen epätarkoituksemukaisiin piiloihin.
PS. Miksi Suomessa ei tehdä järvellä kelluvia kasvihuoneita?
PPS. Vastaus retoriseen kysymykseen: jos tuhatkiloinen tiilinen leivinuuni lämpenee kaikkialta neljäkymmentä astetta huoneenlämpöä lämpöisemmäksi, se varastoi hieman yli yhdeksän kilowattituntia, noin eurolla lämpöä.
Jatkuu myöhemmin osalla II: faasinmuutosmateriaalit.
(*) lämmön varastoinnin oletetaan pitävän kasvihuoneen lämpötilassa, joka reagoi tunnissa vain 10%/20% ulkolämpötilan ja sisälämpötilan eroon. Esimerkiksi jos ulkona on 15 astetta ja sisällä 17 astetta, seuraavan tunnin sisällä on 0,2 * (17-15) astetta eli 16,6 astetta)
(**) http://www.uuttajawanhaa.fi/, tonkista kuva heti etusivun kuvan vasemmassa laidassa.
Fenno-Skan 2 -kaapelin vika alkoi 17.2.2012 eli se on nyt jatkunut kaksi kuukautta eli noin 60 päivää eli 1440 tuntia.
.png)