Kannattaako nestekaasuliesi laittaa pois päältä?

Kannattaa.

Mutta jos öljyn hinta nousee hintaan 1,27 e/l, öljylämmitystaloissa nestekaasuliettä ei enää kannata pistää pois päältä lämmityskautena.

Lämmitysöljyn hinta on tällä hetkellä 1,12 e/l. Matkaa on siis vielä hieman yli 10 %, 0,15 euroa litralta. Kevyen polttoöljyn hinta on noussut kymmenessä vuodessa 216% [1] eli tuskin tätä kovin kauaa tarvitsee odottaa.

Nestekaasun hinta muotoutuu aivan eri tavalla kuin öljyn hinta, joten siihen samat öljyn hinnan nousut tuskin vaikuttavat yhtä paljoa. Kaasun, erityisesti metaanin hinta on maailmalla ennätyksellisen alhaalla. Jos Iranissa syntyy sota, nestekaasu muuttuu öljyä edullisemmaksi lämmitystavaksi.

Verailun perustana on 11 kilon nestekaasupullon vaihtohinta 19,90 euroa: http://www.sahkolamppu.com/2012/04/nestekaasun-hinta.html

[1] Talouselämä: Katso miten paljon halvempaa kaikki oli 10 vuotta sitten

PS. Kun sisällä polttaa 10 kg nestekaasua, ilmaan tulee 16,3 kiloa vettä. Energiantuotossa on otettu huomioon, että vesihöyry tuuletetaan talosta normaalin ilmanvaihton mukana ulos. Jos vesihöyryn saisi tiivistettyä vedeksi, energiantuotto paranisi kymmenisen prosenttia. Jos ilmastointia joudutaan lisäämään liiallisen ilmankosteuden vuoksi, se vähentää energiantuottoa.

Häkä ja hiilen palaminen

Kun vappuna tuijotin avotakkaa, mielessä alkoi pyöriä, mitä hiilen palamisessa oikeasti tapahtuu. Miten häkä oikeastaan syntyy? Koska pellin oikeasti voi laittaa kiinni? Ja kuinka kiinni?

Verkosta löytyy oikeastaan kaksi koulukuntaa. Toiset eivät uskalla laittaa peltiä kiinni ennen kuin kaikki mahdollinen palava on palanut pois. Toiset laittavat pellin mahdollisimman pian kiinni, ettei lämpö mene karkuun. Kukaan ei tunnu oikeasti tietävän, miksi joskus tulee häkää – vaikka moni ihminen kuolee siihen joka vuosi.

Pikainen selvitys paljasti, että lähes kaikki, mitä olen mielestäni tiennyt häästä on väärin.

Tässä vaiheessa vakava varoitus on paikallaan: en oikeasti ole selvittänyt tätä asiaa perusteellisesti ja tulen itsekin opiskelemaan asiaa enemmän tulevaisuudessa. Älkää uskoko mitään, mitä seuraavassa kirjoitan. Häkä on tappavaa, älkää tehkö sillä kokeita.

Hiilen palaminen.

Käsittelen tässä vain hiilen palamista. Puu palaa hiileksi lähinnä kaasuuntumalla metaaniksi ja tuon metaanin palamisella, mutta tässä käsitellään vain sitä vaihetta, kun jäljellä on hehkuvia hiiliä.

Selväjärkisin kuvaus hiilen polttamisesta löytyi yllättäen Kiinan muinaista tekniikkaa käsittelevästä kirjasta [1]. Toisaalta, se ei ole yllättävää, koska hiilen poltto on tekniikka, joka kiinalaisilla on todella hallussa tuhansien vuosien takaa.

Ennen kuin käydään läpi kuvassa oleva hiilen palaminen, käydään läpi pari usein väärin ymmärrettyä faktaa:

  • Hiilien palamisessa syntyy häkää tai ainakin hiilidioksidia. Peltiä ei todellakaan kannata pistää täysin kiinni.
  • Itse asiassa peltiä ei saakaan kiinni. Määräysten mukaan pellissä on aina jätetty vähintään 3% auki kulmaa viistämällä tai poraamalla siihen reikä.[2] Tämä on ns. häkäpelti. Verkossa liikkuu tietoja, että ”pullotalokautena” olisi tehty paljon takkoja, joissa tuota reikää ei ole tehty.
  • Häkä on ilmaa kevyempää eli se on katon rajassa (minä olen pienenä oppinut, että häkä olisi ilmaa painavampaa ja pikemminkin lattialla)
  • Noin puolet puun lämpöenergiasta on hiilessä [1].

Tähän liittyy vielä fakta, jonka olen mielestäni ymmärtänyt oheisen kuvan avulla: häkää syntyy vaikka happea olisi yllin kyllin. Ratkaisevaa on, että hiilidioksidi ei pääse kertymään hehkuvien hiilien joukkoon.

Kuvasta näemme, että normaali hiilen palaminen tuottaa hiilidioksidia (”hehkumalla palaminen”). Koska happea on aina ilmassa kaksittain, palamisessa ei voi syntyä suoraan häkää! Häkä syntyy vasta vaiheessa kaksi: hehkuvat hiilet saavat hiilidioksidin pelkistymään eli menettämään yhden happiatomin yhtymällä vielä yhden hiilen kanssa, jolloin tuloksena on kaksi häkämolekyyliä. Tämä vaatii paljon energiaa, eli se ei tapahdu muuten kuin hehkuvien hiilien kanssa.

Häkämolekyylin vaarallisuuskin perustuu siihen, että se on epävakaa molekyyli ja se hyvin aktiivisesti yrittää yhdistyä muihin molekyyleihin. Siksi häkä katoaa luonnossa nopeasti, jos suinkin mahdollista. Takassa tämä tapahtuu kahdella tavalla. Ensimmäinen tapa on se, että häkä palaa sinisellä liekillä. Silloin häkämolekyyli yhtyy uudelleen happeen ja kaksi häkämolekyyliä muodostaa kaksi hiilidioksidimolekyyliä. Toinen tapa on se, että hehkuvassa hiilessä tapahtunut pelkistysreaktio tapahtuu uudelleen toisin päin, kun kaksi häkämolekyyliä törmää toisiinsa. Tällöin ilmassa olevasta häkäkaasusta syntyy kiinteä hiilimolekyyli. Tätä sanomme noeksi.

Noen muodostuminen tarkoittaa sitä, että lämpöä palaa takaisin hiileksi vääriin paikkoihin aiheuttaen ilmaan epäterveellisiä hiukkasia tai nokipalon vaaroja piipun sisäpinnalle. Siksi hään palaminen pitäisi tapahtua riittävässä hapessa. Sinisellä liekillä palaminen on ainoa toivottava vaihtoehto, jos häkää on muodostunut. Tämä on myös ainoa vaihtoehto, jossa häkään varastoitunut huomattava energiamäärä(*) saadaan käyttöön oikeassa paikassa.

Eli jos olen ymmärtänyt kaikki oikein, niin hiilen palamisessa

  • Hapen puute ei aiheuta häkää. Jos ilmassa ei ole happea, palamista ei tapahdu. Jos ilmassa on happea, aina syntyy ensin hiilidioksidia.
  • Häkää syntyy vain, jos hiilen hehkuessa ei ole tarpeeksi ilmavirtaa siirtämään hiilidioksidia mahdollisimman nopeasti pois hehkuvien hiilien läheisyydestä. Ilmavirta voi olla vaikka argon-kaasua, happea siinä ei tarvitse olla.
  • Sitten, jos hiilidioksidin tuuletus epäonnistuu, syntyy häkää ja vasta sitten hapen puute estää hään palamisen (sininen liekki), jolloin sitä pääsee ilmaan. Avotakassa tämä lienee melko epätodennäköistä, mutta voinee tapahtua esim. kiinni olevassa leivinuunissa.
  • Noki on merkki siitä, että häkä ei ole palanut riittävässä hapessa
Puun varsinaisessa palamisessa syntyy häkää hapenpuutteen seurauksena, mutta sitä en ole tässä tarkastellut.
Puunpolton hapensaanti kannattaa varmistaa aivan kuin ennenkin olet ajatellut. Tosin syy onkin suurelta osin toinen, kuin minkä ainakin itse olin aiemmin kuvitellut: hiilidioksidin pitäminen irti hehkuvista hiilistä.

(*) Jos kaksi moolia hiiltä muuttuu hiilidioksidiksi, se tuottaa 786 kJ energiaa. Hiilimonoksidiksi pelkistyminen vaatii kuitenkin energiaa niin paljon, että kahden hiilimoolin energiantuotto on vain 222 kJ, jos se tuottaa kaksi moolia häkää. Vasta sinisellä liekillä palaminen vapauttaa tuon erotuksen takaisin.

[1] Science and Civilisation in China, Volume 5, sivu 62
[2] http://www.pelastustoimi.fi/neuvontapalvelu/3378

PS. Kuvan saa minulta myös Inkscape-SVG-muodossa ja sitä saa käyttää vapaasti.

Päivän sitaattirikos

T&T-lehdessä oli mielenkiintoinen artikkeli uudesta akkutyypistä. Toimittajalla kuitenkin pääsi hauska lipsahdus:

”Tuuli- ja aurinkovoimaloiden sähköä voitaisiin kerätä varastoon erityisesti yöllä”.

Tuo aurinkovoimala on kuitenkin jo korjattu pois ja asiallisesti kirjattu korjaus artikkelin loppuun.

http://www.tekniikkatalous.fi/energia/nestemainen+akku+tekee+uusiutuvan+energian+varastoinnista+edullista/a803383

Lämmitystapojen vertailumittarit päivitetty

(klikkaa suuremmaksi)

Sivun alalaidassa olevat lämmitystapojen suhteellista hintaa kuvaavat mittarit on päivitetty vastaamaan hieman laskenutta öljyn hintaa.

Koivun vertailuhinnaksi on muutettu tuoreen koivuklapin hinta kuivan sijaan. Kuivan hinta oli lähellä öljylämmityksen hintaa, mutta tuoreen hinta on yksi edullisimmista. Vaivaahan kotikuivaus ei kovin paljoa lisää. Hinta on yhä pääkaupunkiseudulla kotiin tuodulle puulle. Puulämmityksen hinta on siis selvästi erittäin edullista, mikä ei aikaisemmin mittareissa näkynyt tarpeeksi selvästi.

Sähkön hinta on tämän hetken ennustehinta 3,8 c/kWh.

Sähkön uusi vertailuhinta öljylämmitykseen: 5,9 c/kWh

Öljylämmitys on nyt saman hintaista sähkölämmityksen kanssa, jos sähkö maksaa pörssissä 5,9 c/kWh. Sähkön odotettavissa oleva hinta huhtikuussa on 3,9 c/kWh eli sähkölämmitys on yhä huomattavasti öljylämmitystä edullisempaa.

Vertailuhinta on ollut kuukauden verran 6,1 c/kWh, mutta pari kuukautta sitten vertailuhinta oli sama 5,9 c/kWh.

Lämpövarastot: vesi: loistava, tiili: OK

(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.