Sähkön säästäminen fysiikan lakien pohjalta

Sähkön hinta on nyt ennätyskorkealla, mikä johtuu siitä, että Suomen oma sähkön tuotanto ei riitä kattamaan kulutusta kovimmilla pakkasilla. Ja kun tuontisähkössäkin on epävarmuuksia, niin vaarana on jopa sähkön säännöstely. Voidaankin puhua energiakriisistä. Se mitä yksittäinen kotitalous voi tehdä, on sähkön säästäminen. Aihetta voi lähestyä fysiikan lakien pohjalta, jolloin monimukainen asia alkaa tuntua yksinkertaiselta.

Kun aineeseen tuodaan lämpöenergiaa, niin aineen lämpötila nousee. Vastaavasti kun aine luovuttaa lämpöenergiaa, niin lämpötila aineessa laskee. Talo voidaan ajatella lämpösysteeminä, joka pikkuhiljaa luovuttaa energiaa sisältä ulos eli lämpimästä kohti kylmää. Mitä suurempi on lämpötilaero talon sisällä ja ulkona, sitä suurempaa on lämmön siirtyminen ja myös talon lämmitystarve. Pakkasen kiristyessä talon jäähtyminen nopeutuu, koska lämpötilaero kasvaa. Taloa ei kuitenkaan anneta jäähtyä samaan lämpötilaan kuin ulkoilma on, vaan talon sisälle tuodaan jatkuvasti lisää uutta lämpöenergiaa, jotta lämpötila talon sisällä pysyisi vakiona. Tällöin sanotaan, että talo lämpötasapainossa. Taloon tulee lämpöenergiaa yhtä paljon kuin siitä poistuu.

Lämmön siirtyminen

Talossa lämpö siirtyy pikkuhiljaa ulos ja siirtyminenhän tapahtuu kolmella eri tavalla: säteilemällä, johtumalla ja kulkeutumalla. Lämmöneristys on hyvin talokohtainen, mutta pieniä parannuksia voi aina tehdä. Lämmönsiirtyminen talosta pois lisääntyy, kun lämpötilaero kasvaa tai talon seinäpinta-ala kasvaa. Lämmönsiirtyminen on lisäksi riippuvainen eristeen lämmönjohtavuudesta ja sen paksuudesta. Eristäminen yleensä perustuu siihen, että ilma on hyvä lämmöneriste. Siksi 3-kerrosikkuna on parempi kuin 2-kerrosikkuna, 4-kerrosikkunasta nyt puhumattakaan. Samoin eristemateriaalin sisällä on yleensä ilmaa. Materiaalin pintaan myös yleensä muodostuu paikallaan pysyvä eristävä ilmakerros, joka johtuu ilman ja aineen välisestä kitkasta.

Lämmön säteilyä voi tapahtua ikkunan läpi. Kun aurinko paistaa päivällä, niin auringon säteilyenergia tulee ikkunan läpi talon sisälle, samalla nostaen talon lämpötilaa. Vastaavasti yöllä lämpö säteilee ikkunan läpi ulos talosta. Tätä lämmön karkaamista säteilemällä ulos voidaan vähentää esimerkiksi laskemalla sälekaihtimet alas yön ajaksi.

Lämmön johtuminen tapahtuu ikkunoiden, ovien, seinien, lattian ja etenkin yläpohjan lävitse. Tätä lämmön johtumista voidaan pienentää vain lisäämällä eristystä, jossa lämmönjohtuminen on vähäistä. Esimerkiksi liikkumattoman ilman lämmönjohtavuus on luokkaa 0,025 W/(m°C). Jos eristeen lämmönjohtavuusarvo on alle tämän, niin kyseessä on erittäin hyvä eriste. Lämmön johtumisen pienentäminen käytännössä tarkoittaa, että vaihdetaan ikkunat ja ulko-ovet uusiin eristävämpiin malleihin, samoin voidaan lisätä seinien ja yläpohjan eristystä paksummaksi tai käyttämällä uudempia ja tehokkaampia eritysmateriaaleja. Eristysmateriaalit nykyään ovat paljon parempia, kuin esimerkiksi sotien jälkeen 50-luvulla, jolloin esimerkiksi paljon rakennettiin rintamamiestaloja ja eristeenä käytettiin sahanpuruja. Myös 60- ja 70-luvun taloissa on usein puutteellinen eristys. Talon lämpöeristyksen parantamisessa on kuitenkin muistettava se, että eristeen on aina harvennettava ulospäin mentäessä ja höyrysulun on oltava talon sisäpinnassa. Jos talon ulkopintaan laitetaan liian tiivis eristysmateriaali, niin taloon tulee kaksi höyrysulkua ja kosteus helposti tiivistyy uloimman höyrysulun pinnalle ja tällöin on vaarana, että kosteus jää talon rakenteisiin. Eristeen pitää tuulettua ulkoa päin ja kosteuden pitää päästä poistumaan talon rakenteista. Tämä ongelma pahimmassa tapauksessa muuttaa koko talon hometaloksi, jos kosteus ei pääse poistumaan talon rakenteista. Lisäeristäminen kannattaakin jättää ammattilaisille, jos omat taidot ja tiedot eivät riitä. Toinen vaihtoehto on purkaa vanhan talon eristys kokonaan pois ja rakentaa se uusiksi, mutta se voi tulla liian kalliiksi talon arvoon nähden. Investoinnin kannattavuus kannattaa aina miettiä.

Lämpö voi siirtyä myös kulkeutumalla. Talon lämmityksessä tätä hyödynnetään esimerkiksi vesikiertoisella lämmön kuljetuksella vesipattereissa tai vesikiertoisessa lattialämmityksessä. Lämpö luonnostaan pyrkii kulkeutumaan ylöspäin ilman mukana, koska lämmin ilma on harvempaa, kuin kylmä ilma, joka vastaavasti on tiheämpää. Tiiviissä talossa lämmön kulkeutuminen ulos on estetty. Vanhoissa taloissa on useasti lämpövuotoja, koska talo ei ole tiivis joka kohdassa. Syynä voi olla rakennusvirheet tai eristeen painuminen kasaan ajan kanssa ja reiät höyrysulussa. Yleensä lämpö poistuu talosta kulkeutumalla ilmanvaihdon mukana. Ilmanvaihto on tärkeää siksi, että ilman kosteus ja ilman hiilidioksidipitoisuus eivät kasva talossa liian suureksi. Liian suuri hiilidioksidipitoisuus aiheuttaa mm. päänsärkyä. Ilmanvaihtoa ei saa laittaa kokonaan pois päältä. Kaikkein paras ilmanvaihto on koneellinen ilmanvaihto, jossa mukana on lämmöntalteenotto. Poistoilmalämpöpumpussa on paras hyötysuhde. Toisena ääripäänä on pelkkä huippuimuri, joka puhaltaa kaiken lämpimän ilman ulos. Kun ilmaa poistetaan talosta ulos, on saman verran korvausilmaa tultava tilalle tai muuten talon sisälle tulee alipaine. Alipaine on huono asia, sillä silloin on mahdollista, että korvausilma pyrkii tulemaan talon rakenteiden läpi tai vaikka viemäristä, jolloin korvausilma on epäpuhdasta. Koneellisessa ilmanvaihdossa on tärkeää vaihtaa ilmansuodattimet riittävän usein, myös ilmanvaihtokanavat pitää puhdistaa säännöllisesti.

Lämmitystarpeen pienentäminen

Asuinmukavuudesta voi hieman tinkiä eli huonelämpötilaa voidaan yleensä laskea 1–2 astetta. Ihminen tottuu nopeasti pieniin lämpötilan laskuihin. Suurempi lämpötilan lasku voi johtaa esimerkiksi terveysongelmiin, kun ilman prosentuaalinen kosteus alkaa kasvaa liian suureksi. Kylmä ilma ei voi sitoa niin paljon kosteutta kuin lämmin ilma. Liika talon lämmitys on myös huono asia, koska liian lämmin huonelämpötila vastaavasti kuivattaa huoneilmaa, joka voi myös johtaa terveyshaittoihin. Suomessa suositus huoneilman lämpötilalle on 19–21 °C. Tyhjillään olevissa huoneissa voi olla tätä alempikin lämpötila, mutta alle 12 °C lämpötilaa ei saisi asuinhuoneissa koskaan olla. Vaarana on esimerkiksi jo sitten esimerkiksi vesiputkien jäätyminen. Myös muita vaurioita talon rakenteisiin voi tulla, jos lämpötila laskee liian alhaiseksi taloissa, jotka on suunniteltu asuinkäyttöön. Vaurioita voi tulla esimerkiksi kosteuden tiivistymisestä. Turhaa sähkön kulutusta kannattaa myös välttää eli se käytännössä tarkoittaa tarpeettomien sähkölaitteiden kytkemistä pois sähköverkosta. Yleensä suurin sähkösyöppö kotitalouksissa on lämpimän veden kulutus. Lämminvesivaraajassa voi 80 °C tilalle laittaa 60 °C ja lyhentää suihkut minimiin. Alle 60 °C lämminvesivaraajaan ei saa laittaa, jotta sinne ei synny haitallista bakteerikasvustoa.

Jos talossa on pelkkä sähkölämmitys, niin sähkölaitteiden vähempi käyttö ei tietenkään pienennä lämmitykseen kuluvaa sähköenergiaa. Yleensä laitteiden pitäminen ns. valmiustilassa tuottaa lähinnä lämpöenergiaa, joka siis on poissa talon lämmityksestä. Laitteiden sulkeminen kokonaan siis vain lisää saman verran sähkölämmitystä ja säästöä ei synny. Ainut tapa sähköenergian säästöön sähkölämmitystalossa, on korvata sähköllä tuotettu lämpöenergia esimerkiksi ilmalämpöpumpulla tai polttamalla puuta varaavassa takassa. Mikäli haluaa investoida enemmän, niin poistoilmapumppu, ilma-vesipumppu, maalämpöpumppu tai aurinkoenergia voivat tuoda suurempia säästöjä. Investoinnin järkevyys kannattaa aina laskea etukäteen, koska isot investoinnit yleensä kannattavat vasta 20 asumisvuoden jälkeen. Säästön määrä on käytännössä hyvin talokohtainen eli riippuu talon koosta, sijainnista ja eristyksestä. Sähköenergian kallistuminen kuitenkin lyhentää investoinnin takaisinmaksuaikaa. Käytännössä on hyvä, jos talossa on useita eri tapoja tuottaa lämpöenergiaa, niin pakkasen kiristyessä voidaan vaihtaa edullisempaan energiamuotoon, kun lämmitysenergian tarve kasvaa. Jos edullista muuta energiaa on tarjolla koko ajan, kuten esimerkiksi polttopuuta, niin sitä kannattaa polttaa koko lämmityskauden ajan.

Varaava takka

Suomessa tulipesä on ollut vaatimuksena rakennusmääräyksissä omakotitaloissa, koska se on ainut varma lämmitysmuoto, jos sähköä ei ole saatavana, kuten esimerkiksi sähkökatkon aikana. Polttopuun edullisuus riippuu yleensä oman työn määrästä. Jos on valmis hakemaan polttopuun metsästä asti ja pilkkomaan sen itse, niin polttopuun voi saada lähes ilmaiseksi, etenkin jos itse omistaa metsää. Polttopuun voi toki ostaa yrittäjiltä, jotka myyvät polttopuuta ja sitten sen hinta voi vaihdella paljonkin alueellisesti, esimerkiksi pinokuutio koivua voi olla 50 € – 100 € välillä.  Polttopuuta poltettaessa on syytä käyttää varaavaa uunia, joka on valmistettu kivestä tai tiilestä. Vuolukiven ominaislämpökapasiteetti on 0,98 kJ/(kg°C) ja yhden litran (dm3) vuolukiven massa on noin 3 kg, joten vuolukivilitran ominaislämpökapasiteetti on 2,9 kJ/(°C). Vastaavasti tiilen ominaislämpökapasiteetti on 0,8 kJ/(kg°C) ja yhden litran (dm3) tiilen massa on noin 2 kg, joten tiili litran ominaislämpökapasiteetti on 1,6 kJ/(°C). Vertailun vuoksi veden ominaislämpökapasiteetti on 4,19 kJ/(kg°C). Varaavissa takoissa palokaasut kiertävät pitkän matkan uunin sisällä ennen poistumista hormiin, jolloin päästään yli 80 % hyötysuhteeseen. Eli jos 1 kg koivua, jonka lämpöarvo on 4,15 kWh = 14 940 kJ, poltetaan varaavassa uunissa, niin noin 12 000 kJ lämpöä siirtyy tiileen tai kiveen. Tällä lämpömäärällä lämmittää 2800 litraa vettä, 4000 litraa kiveä tai 7 500 litraa tiiltä yhden asteen verran. Toisinpäin ajatellen, jos samankokoiset vuolukiviuuni ja tiiliuuni lämmitetään saman lämpöiseksi, niin vuolukiviuunissa on 1,8 kertaa enemmän lämpöenergiaa kuin tiiliuunissa. Vuolukivellä on parempi lämmönjohtavuus kuin tiilellä, joten se yleensä lämpiääkin kuumemmaksi kuin tiiliuuni. Kääntöpuolena on tietysti vuolukiven nopeampi jäähtyminen, joka osittain myös johtuu suuremmasta lämpötilaerosta huoneilmaan nähden. Molemmille uunityypeille löytyy omat kannattajansa, mutta molemmat uunit hoitavat tehtävänsä hyvin, johtuen uunien suuresta massasta. Sitä vastoin vanhan mallinen avotakka ei lämmitä kovin hyvin, koska sen hyötysuhde on vain 10 % luokkaa. Avotakan omistajien kannattaisikin vaihtaa takka uudempaan varaavaan malliin.

Puuta poltettaessa kannattaa kiinnittää huomiota puun puhtaaseen palamiseen eli puun pitää olla kuivaa (kosteusprosentti alle 20 %) ja palaessa pitää palamisen saada tarpeeksi korvausilmaa. Kun palaminen on puhdasta ja palamislämpötila tarpeeksi korkea, niin pienhiukkaspäästöt ympäristöön ovat myös pienet. Epäpuhdas palaminen lisää myös hiilimonoksidia eli häkää. Pahin virhe on polttaa esimerkiksi kosteaa rakennusjätettä kotona. Suomessa jätteiden poltto vaatii viranomaisten luvan eli rakennusjäte kuuluu kaatopaikalle, josta ne viedään jätteenpolttolaitokseen. Jätteidenpolttolaitoksessa palamislämpötila on paljon korkeampi kuin kodin uuneissa ja palaminen siellä on siksi puhdasta. Polttopuuta kannattaa polttaa mielellään koko lämmityskauden ajan, jotta hormi ja uuni pysyvät kunnossa. Leudolla kelillä yleensä riittää, kun uunin lämmittää pari-kolme kertaa viikossa, mutta kovimmalla pakkasella uunin voi lämmittää joka päivä. Yleensä 2–3 pesällistä puuta riittää uunin lämmittämiseen. Ylilämmittämistä on syytä välttää.

Valokuva takasta ja toinen kuva ilmalämpöpumpusta. Sähkön säästäminen.
Kuva 1: Varaava takka ja ilmalämpöpumppu ovat parhaimmat keinot laskea lämmitykseen kuluvaa sähkön määrää sähkölämmitteisissä taloissa. Kuva: Tuomo Riekkinen.

Ilmalämpöpumppu

Toinen hyvä laite, jolla sähkölaskua saadaan alas sähkölämmitteisissä taloissa, on ilmalämpöpumppu. Ilmalämpöpumppu siirtää lämpöä ulkoilmasta talon sisälle eli toimii kuin käänteinen kylmälaite. Sisäyksikössä tapahtuu kylmäaineen tiivistyminen, jolloin lämpöenergiaa luovutetaan. Ulkoyksikössä tapahtuu kylmäaineen höyrystyminen, jolloin lämpöenergiaa otetaan vastaan ulkoilmasta. Jos ulkoyksikössä tarvitaan sähköä 1 kWh kylmäaineen höyrystymiseen ja sisäyksikkö luovuttaa samalla energiaa 3 kWh edestä tiivistymisen yhteydessä, niin silloin sanotaan, että ilmalämpöpumpun hyötysuhde on 3-kertainen (= COP-arvo). Yksi ilmalämpöpumppu yleensä riittää yhteen omakotitaloon. Usein talot ovat kuitenkin sokkeloisia tai ovat kahdessa kerroksessa, jolloin ilma ei pääse kovin hyvin liikkumaan huoneiden välillä, tällöin voi olla tarve jopa 2-3 ilmalämpöpumpulle tai yhdelle ilmalämpöpumpulle, jossa on useampi sisäyksikkö. Ilmalämpöpumppu kannattaisi sijoittaa talon isoimpaan tilaan, josta lämmin ilma pääsee esteettä leviämään eri huoneisiin. Yleensä lasketaan, että 1 kW riittää noin 30 m2:n lämmittämiseen. Jos ilmalämpöpumppu on hankittu lämmityskäyttöön, niin silloin on syytä hankkia malli, joka on suunniteltu alun perin kylmiin olosuhteisiin. Myös nämä pohjoiseen ilmastoon suunnitellut ilmalämpöpumput alkavat hyytyä -25 °C jälkeen eli COP-arvo lähenee 1:stä, joten pelkästään ilmalämpöpumppujen varaan talon lämmitystä ei voi suunnitella.

Ilmalämpöpumpun vääränlainen käyttö voi jopa kasvattaa sähkölaskua. Esimerkiksi jos ilmalämpöpumpussa on automaattiasetus päällä ja lämmität uunia polttopuulla, laite poistaa ylimääräisen polttopuulla tuotetun lämmön ulos eli alkaa viilentämään taloa, jotta talon lämpötila pysyisi vakiona. Automaattiasetus helposti tuhlaa energiaa. Oikea tapa käyttää ilmalämpöpumppua on pitää se koko ajan lämmitysasetuksessa lämmityskaudella. Laite lopettaa lämmityksen, kun pyyntilämpötila ylittyy. Pörssisähköä käyttävä voi yöllä laittaa ilmalämpöpumpun lämpötilapyynnön suuremmalle, kuin päivällä, jos yöllä on reilusti halvempaa sähköä tarjolla. Lämmin ilma varastoituu seiniin ja huonekaluihin yön aikana, jotka taas luovuttavat lämpöä huoneilmaan päivän aikana. Ilmalämpöpumpun huolto on helppoa, yleensä riittää, kun imuroi suodatinritilät parin viikon välein. Imuroinnin ajaksi kannattaa laittaa ilmalämpöpumpun puhallusnopeus nollalle. Ilmalämpöpumppua ei kannata sijoittaa ihan takan viereen, koska se muuten voi lopettaa toimintansa pakkasella, kun uunia lämmitetään ja vaarana on tällöin ulkoyksikön jäätyminen. Ilmalämpöpumppu kuitenkin kannattaa hankkia ja pitää päällä, jos polttaa puuta takassa, koska se kierrättää uunista saatavaa lämpöä ympäri taloa, kunhan vain muistaa pitää puhallusnopeuden vakiona (ei automaatilla) koko ajan. Pakkaskäyttöön tarkoitettuja ilmalämpöpumppuja ei kannata muutenkaan sammuttaa pakkasella, koska laitteen käynnistys pakkasella rasittaa liikaa lämpöpumppua. Laitteen automatiikka osaa ajaa laitteen alas, jos pakkanen laskee alle käyttölämpötilan. Halpoja, vain viilennyskäyttöön tarkoitettuja ilmalämpöpumppuja, ei kannata käyttää talon lämmitykseen pakkasella, koska niissä ei ole mukana automatiikkaa kovia pakkasia varten. Laite voi rikkoutua, jos käyttölämpötila alitetaan.

Yhteenvetona voi todeta, että sähkölämmitteisissä taloissa sähkölaskua voi pienentää: 1) lisäämällä talon eristystä, 2) vähentämällä turhaa sähkökulutusta 3) laskemalla huonelämpötilaa 1–2 asteella 4) korvaamalla sähkölämmitystä lämpöpumpuilla ja polttopuulla varaavissa takoissa. Jos ajatellaan koko Suomen mittakaavaa, niin sähkön kulutus vaihtelee tunnissa välillä 6 GWh/h – 14 GWh/h. Suomi ei ole sähkön suhteen täysin omavarainen, vaan noin 5 % – 10 % sähköstä tuodaan ulkomailta. Kun tuontisähköönkin liittyy epävarmuuksia, niin tällöin on vaarana jopa sähkön loppuminen, jolloin sähköä pitää säännöstellä. Toivoa sopii, että talvesta tulee leuto ja ainakin se 5 % sähköä pystytään säästämään edellistalveen verrattuna. Omaa lämmön tarvetta voi pienentää esimerkiksi laittamalla villasukat jalkaan ja lisäämällä vaatetusta.    

Lähteet:

Rodald Hydal, Käytännön kylmätekniikka, Suomen kylmäyhdistys ry, 3. painos, 2002


Tilaa Dimension uutiskirje – saat sähköpostiisi aina kuunvaihteessa koosteen tuoreimmista artikkeleista

Kirjoittaja