Tietoa meistä
TIETOA TULISIJOISTA
TIETOA TULISIJOISTA
| 1. PUULÄMMITYKSEN MERKITYS |
Suomen pientaloissa on käytössä 1,3 miljoonaa polttopuulla toimivaa tulisijaa. Kiinnostus tulisijojen käyttöön asunnon lämmityksessä on lisääntynyt viime aikoina. Pientalojen uuneissa ja takoissa poltetaan vuosittain 5,6 miljoonaa kuutiometriä puuta. Kolme neljästä pientalosta käyttää ainakin ajoittain puuta lämmönlähteenään.
Puuenergia on uusiutuvaa energiaa, jonka käyttö säästää muita energiamuotoja. Energiatilaston mukaan oli vuonna 1997 puun pienkäytön osuus n. 20% asuin - ja palvelurakennusten lämmitykseen käytetystä energiasta kasvattaen tasaisesti osuuttaan.
Tulevaisuuden kannalta on puulämmityksellä monia vahvuuksia:
-puulämmitys on CO2-neutraalia eli palamisessa tuotettu hiilidioksidi käytetään uudelleen puun kasvaessa. Vastaava CO2 määrä vapautuu ilmaan myös puun lahotessa metsiin. Näin ollen puulämmitys ei lisää kasvihuoneilmiötä. |
Puuenergia on tyypilllisesti paikallista energiaa. Energiaan käytetty raha jää paikkakunnalle. Polttopuita ei useinkaan tarvitse kuljettaa pitkiä matkoja, jolloin kuljetuksen energiankulutus jää pois. Eri energiamuotojen kuljetukset ovat myös riskialttiita, sekä meri- että maantieonnettomuuksissa on henkilövahinkojen lisäksi mahdollisuus ympäristövaurioihin esimerkiksi öljyvahinkojen muodossa.
Tulisijojen panospoltto asettaa omat erityisvaatimuksensa niiden tehokkaan käytön kannalta. Poltettaessa puusta vapautuva lämpöenergia siirtyy tulisijan rakenteiden kautta lämmitettävään tilaan. Tyypillisesti niitä käytetään yhdessä muiden lämmitysjärjestelmien kanssa, joten tulisijojen suunnittelussa ja käytössä tulee huomioida eri lämmitysjärjestelmien yhteiskäytön aiheuttamat rajoitukset.
Tulipesässä puun kiihkeimmän palamisen aikana vapautuva lämmitysteho on tyypillisesti useita kymmeniä kilowatteja ( 20-50 kW). Varaavissa tulisijoissa merkittävä osa tästä energiasta varastoituu polttoprosessin aikana tulisijan rakenteisiin pienentäen palamisen alkuvaiheen tehopiikkiä ja pidentäen yhden lämmityssyklin lämmitysaikaa.
Kevyet tulisijat luovuttavat poltettavan puun sisältämän energian varsin nopeasti ja suurella hetkellisellä teholla.
Tulisijalämmityksen suunnitteluun vaikuttaa oleellisesti seuraavat seikat: - rakennuksen tyypilliset käyttöolosuhteet ( tasalämpöinen, ympärivuotinen käyttö; vapaa-ajan asunto) |
Kuvassa 1 on esitetty periaatekuva kevyen ja massiivisen tulisijan lämmitystehosta, kun molemmissa tulisijoissa on poltettu sama puumäärä ja palamisen hyötysuhde on oletettu samaksi ( eli tehokäyrän alapuolinen pinta-ala on yhtä suuri ). Massiivisen tulisijan tyypillinen, sytytyksen jälkeinen tehopiikki aiheutuu lasiluukun läpi tapahtuvasta säteilystä.
Kevyet tulisijat eivät voi varastoida pieneen massaansa puusta vapautuvaa energiaa, vaan luovuttavat lämpöenergian nopeasti ja suurella hetkellisellä teholla lämmitettävään tilaan. Massiiviset, varaavat tulisijat puolestaan luovuttavat puusta vapautetun lämmitysenergian, rakenteestaan riippuen, pienemmällä hetkellisellä teholla mutta pidemmän ajanjakson kuluessa.
| 3. PIENTALON ENERGIANKULUTUS |
Tulisijan tehokkaan käytön kannalta on tärkeää tarkastella , miten pientalossa kulutetaan energiaa. Tyypillinen taloustulisijan käyttö on pientalon lisäenergianlähteenä toimiminen. Tulisijan tai tulisijojen toimiminen pientalon pääasiallisena lämmönlähteenä vaatii hyvin toimiakseen paitsi tarkan mitoituksen myös poikkeavia järjestelyjä lämmön jakamiseksi eri huonetiloihin.
Esimerkkikohteena on Jyväskylässä sijaitseva 140 m2 :n ja 500 m3 :n omakotitalo, jossa kokonaisenergiankulutus on 24 000 kWh vuodessa . Tästä energiamäärästä kuluu tyypillisesti 55% huonetilojen lämmitykseen eli vuosittain n. 13 000 kWh. Käyttöveden lämmitykseen kuluu 4000 kWh ja taloussähköön 7000 kWh. Kuva 2. /1/
Huonetilojen lämmitykseen kuluvasta energiasta voidaan asukkaan aktiivisuudesta riippuen osa korvata tulisijojen käytöllä. Koska muu lämmitysjärjestelmä hajautettuine lämmönsiirtoverkostoineen pystyy tuottamaan tarvittavan kokonaisenergiamäärän ja myös säätöjärjestelmiensä avulla mukautumaan muuttuviin olosuhteisiin, on taloustulisijoilla järkevintä pyrkiä tuottamaan rakennuksen lämmöntarpeesta pohjakuorma, jota tarvittaessa ( pakkaskausina) lisätään lämmityskertoja lisäämällä.!
Tulisijan valinnassa tulee tarkastella mihin käyttötarkoitukseen sitä tarvitaan:
-lämpötilan kohottamiseen ( vapaa-ajan asunto, sauna )
-lämpötilan ylläpitämiseen (vakituinen asunto, vapaa-ajan asunto oleskelun aikana)
Lämpötilan kohottaminen vaatii tehoa , kilowatteja (kW ) sitä enemmän mitä nopeammin tilan lämpötilan halutaan nousevan.
Lämpötilan ylläpitäminen sen sijaan vaatii vähäistä , mutta tasaista ja pitkäaikaista tehoa. Yleensä tarvittava teho on 0,3-0,6 kW huonetta kohti. /2/
Huippupakkasilla esimerkkikohteen huonetilojen lämmitykseen ( vaippahäviöihin ja ilmanvaihtoon) kuluu 7-8 kW:n teho, mutta koska näitä yli 20 pakkasasteen päiviä on vähän saavutetaan mitoituksen kannalta parempi lopputulos tarkastelemalla keskimääräisiä paikkakuntakohtaisia lämmitystarpeita eri kuukausina (LIITE 1). Esimerkkikohteessa on oletettu rakenteiden eristysarvojen olevan RakMK C3 mukaisia. Näin ollen kylmimpien talvikuukausien keskimääräinen tehontarve on 2,7 kW:n luokkaa
Yksi erityinen huomioitava näkökohta on lisäksi se, että taloussähkön käytön kasvu näyttää jatkuvan varsin voimakkaana. Kun samaan aikaan rakennusten yleinen eristystaso paranee ja ilmanvaihdon lämmön talteenottolaitteet yleistyvät, niin lämmitysenergian tarve vähenee. Tällöin taloussähköstä saadaan kasvava osuus lämmityksen näkökulmasta ilmaisenergiana eli eri sähkölaitteiden hukkalämpönä. Siksi tarvittava varsinainen lämmitysenergian määrä näyttää vähenevän. Taloussähkön käytöstä tuleva kulutus voi olla jopa 8 000 ... 10 000 kWh/a, joten sen merkitys saattaa yksittäisissä tapauksissa olla todella huomattava.
Myös taloussähkön käyttöä voidaan korvata puulämmityksellä, hellojen ja leivinuunien käytöllä.
Oheiset laskelmat eivät mitenkään huomioi passiivisen aurinkoenergian hyödyntämisestä saatavaa säästöä, joka oikeilla, massiivisilla seinärakenteilla ja oikealla rakennuksen suuntauksella saattaa olla 10-20%:n luokkaa. /1/
| 4. TULISIJAN KÄYTTÖ LISÄLÄMMÖNLÄHTEENÄ |
Käytettäessä tulisijaa lisälämmönlähteenä suurin taloudellinen hyöty saavutetaan silloin, kun tulisijaa käytetään leikkaamaan lämmitystehon huippuja. Leikkaamalla vuorokausi-, viikko- ja koko lämmityskauden huippuja voidaan ostoenergiaa korvata kohtuullisilla tulisijan polttoainekustannuksilla.
Puun tyypillinen energiasisältö on noin 4,3 kWh/kg, kun puun kosteus on 15 %. Jos tällainen puu poltetaan 75 % hyötysuhteella nykyaikaisessa tulisijassa, on puusta saatava nettomääräinen energiasisältö noin 3,2 kWh/kg. Käytännön mittaukset ovat osoittaneet, että tarkemman laskentaperusteen antaa arvo 3,0 kWh/kg. Kevyen polttoöljyn lämpöarvoon verrattuna saadaan likimääräiseksi arvioksi: 1 öljylitra vastaa 2,5 kiloa puuta. Eli pinokuutiometri (20% kosteus) vastaa 170 litraa kevytöljyä./4/
Mikäli puulämmityksellä halutaan tuottaa 25% rakennuksen 13000 kWh:n lämmitysenergiantarpeesta, tarvitaan puuta noin 1000 kg eli noin 3,5 pinokuutiometriä ( vastaten 3250 kWh). Kun esimerkiksi Suoratakka Laurin tulipesäkoolle sopiva panoskoko on 8 kg, tarkoittaa 25%:n osuus 125 pesällisen polttoa lämmityskaudella. Kuvassa 4 on ehdotus sopivaksi lämmitysrytmiksi eri puulämmitysosuuksilla .
Kuten taulukosta ilmenee, edellyttää yli 50%:n puulämmitysosuudet jo varsin aktiivista tulisijojen lämmittämistä. Näin korkeilla korvausprosenteilla on tulisijan sijoittelulla keskeinen rooli mikäli samanaikaisesti halutaan kaikissa huonetiloissa kiinnittää huomiota myös asumisviihtyvyyteen. Tulisijasta saatavan lämpöenergian jakaminen eri huonetiloihin muodostuu helposti ongelmaksi, mikäli siihen ei ole varauduttu esim. ilmastoinnin avulla. Korkeisiin korvausprosentteihin ja samalla hyvään asumisviihtyvyyteen päästään keskeisesti sijoitettujen sydänmuurien tai useampien tulisijojen avulla.
Kuukausi |
| Pesällisiä ( a' 8kg ) / kk | ||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| 10 % |
| 25 % |
| 50 % |
|
|
|
|
|
|
|
tammi |
| 11 |
| 25 |
| 40 |
helmi |
| 10 |
| 25 |
| 40 |
maalis |
| 10 |
| 20 |
| 35 |
huhti |
| 0 |
| 15 |
| 25 |
touko |
| 0 |
| 0 |
| 15 |
syys |
| 0 |
| 0 |
| 15 |
loka |
| 0 |
| 7 |
| 20 |
marras |
| 10 |
| 15 |
| 30 |
joulu |
| 10 |
| 20 |
| 35 |
|
|
|
|
|
|
|
Yhteensä |
| 51 |
| 127 |
| 255 |
Kuva 4. Kuukausittain poltettava puumäärä, kun esimerkkikohteen lämmityskohteesta on korvattu puusta saatavalla energialla 10%, 25% tai 50%. Kesäkuukausina kesä ,heinä, elo ei puulla ole lämmitetty lainkaan.
Tulisijan käyttö aiheuttaa muun lämmitysjärjestelmän kannalta tilanteen, jossa sen tulisi mukautua mahdollisimman nopeasti huoneen energiataseessa tapahtuviin muutoksiin.
Suora sähkölämmitys (patteri- tai kattolämmitys) huonekohtaisine termostaatteineen säätyy nopeasti ja pudottaa sähkötehon osuutta asetetun sisäilman lämpötilan mukaisesti. Riski ylilämmitykseen on tarkasteltavista järjestelmistä pienin.
Vesikiertoisella patterilämmityksen säätymisnopeus on edellistä astetta hitaampi.
Tulisijalämmityksen kannalta hankalin on yhteiskäyttö varaavan lämmitysjärjestelmän kanssa, sillä rakenteisiin esim. yösähköllä varautunutta energiaa ei pystytä rajoittamaan tulisijan aiheuttaman tehon mukaisesti.
Myös osittain varaavat lattialämmitysjärjestelmät reagoivat hitaasti, mikäli sähkökaapelit tai lämmitysputket ovat suuren massan ympäröiminä.
Muuratut, kuorelliset tulisijat luovuttavat puun poltosta vapautuneen energia markkinoilla olevista tulisijoista hitaimmin. Tämä edesauttaa eri lämmitysjärjestelmien sopeutumista tulisijalämmityksen aiheuttamiin muutoksiin siten, että kokonaisuutena lämmitysjärjestelmä hyödyntää parhaiten tulisijalla tuotetun energian. VTT:n Lämpöviihtyvyys-projektin yhteydessä suoritetuissa tehomittauksissa Suoratakka Laurin ominaisuuksista antaa kuvaa 8 kg:n panoksella tehty koepoltto, jossa hyötysuhteen perusteella tulisijan huonetilaan luovuttama energiamäärä ensimmäisen 24 tunnin aikana oli ainoastaan noin kolmannes puumäärän koko energiamäärästä.
| 6. TULISIJAN OMINAISUUKSIEN VAIKUTUS LÄMMITYKSEEN |
Lämmityksen kannalta tulisijan keskeisimpiä ominaisuuksista ovat sen varaavuus ja lämmönluovutusteho. Pelkkä tulisijan paino ei kuitenkaan kerro riittävästi tulisijan ominaisuuksista, sillä massiivinen tulisijakin voi periaatteessa olla rakenteeltaan sellainen , että sen teho on lämmityksen kannalta liian korkea. Toisaalta teholtaan alhainen tulisija ei kykene nostamaan nopeasti huoneen lämpötilaa, mikä on tyypillisenä tarpeena vapaa-ajan asunnoissa.
Tarkasteltaessa kahta erityyppistä tulisijaa, jotka oletetaan molemmat tekniikaltaan yhtä hyviksi ja ne pystyvät hyödyntämään 75% puun sisältämästä energiasta ( eli palamishyötysuhde on 75% ). Poltettaessa näissä tulisijoissa sama puumäärä, vapautuu huonetilaan tulisijan jäähtymisen aikana myös sama energiamäärä.
Mikäli tulisijan rakenteet on suunniteltu siten, että varastoitunut energia siirtyy nopeasti rakenteiden läpi johtaa se lämmityksen alussa suureen hetkelliseen tehoon.
Tällöin tulisijan lämmöntuotto ylittää helposti lämmön kulutuksen, jolloin suurempi osa tuotetusta lämmöstä poistuu talon seinämien läpi ja ilmanvaihdon mukana. Tässäkin tapauksessa pätee vanha nyrkkisääntö : huonetilan lämpötilan nosto yhdellä asteella lisää lämmitysenergian kulutusta 5%! /1/ Eli mikäli tulisija on liian tehokas ja lämmittää tilaa 3 astetta yli halutun lämpötilan menee puulämmityksen energiasta harakoille 15%.
Ylilämmityksen riski on luonnollisesti suurempi ajankohtina, jolloin rakennuksen lämmöntarve on alhaisimmillaan. Rakennuksen massiivisuus sekä lämmityksen säätöjärjestelmä vaikuttaa merkittävästi miten ylilämpöä kehittyy huonetiloissa.
| 7. TULISIJAN VUOROKAUTINEN KÄYTTÖ |
Varaavissa tulisijoissa yleisin polttotapa on panospoltto eli tulipesään asetetaan verrattain suuri määrä (6-10 kg ) pilkkeitä kerrallaan, jotka sitten sytytetään ja poltetaan lähes loppuun. Tarvittaessa enemmän lämpöä asetetaan seuraava panos jo tummuvan hiilloksen päälle. Kevyissä tulisijoissa puuta poltetaan jatkuvasti ja lämpömäärää säädellään polton nopeudella.
Peräkkäisten pesällisten määrää rajoittaa tulisijan ominaisuudet: miten paljon varaavaa massaa se sisältää ja toisaalta miten sisäpuolisen massan lämpötila kehittyy polton edetessä. Tiilitulisijoissa maksimi peräkkäisten pesällisten määrä on kaksi, joskin energiataloudellisesti parhaaseen lopputulokseen päästään polttamalla toinen pesällinen vasta 3-4 tunnin kuluttua. Kuten kuvasta 3 nähdään, riittää esimerkkikohteessa kahden pesällisen vuorokautinen poltto korvaamaan puolet lämmitysenergiasta kylmimpinäkin talvikuukausina. Käytännössä kaksi pesällistä poltettaessa ne poltetaan aamuin illoin tai molemmat illalla. Koska viimeisimpien tutkimusten mukaan on kuorellisen tiilitulisijan luovuttama teho varsin pitkä ja tasainen lukuunottamatta suuluukkujen säteilystä johtuvaa tehopiikkiä lämmityksen alussa, ovat molemmat lämmitystavat energiataloudellisesti yhtä hyviä.
Vuorokaudessa poltettavien pesällisten määrä on syytä rajoittaa kolmeen, riittävin väliajoin poltettuna ja rajoittuen lyhyille pakkaskausille. Näin varmistetaan tulisijan pitkäikäisyys ja tehokas käyttö.
Kuoritakan tehokkaalle lämmityskäytölle on tyypillistä jatkuvan lämmityksen tarve, vähintäin niin, että lämmityskaudella joka toinen päivä poltetaan pieni pesällinen./3/
Suoralla sähkölämmityksellä tai öljylämmityksellä varustetussa rakennuksessa on kustannussäästön osalta yhdentekevää milloin tulisijaa poltetaan, sillä vuorokauden aikaista tariffivaihtelua ei ole. Tärkeintä on lämmityskertojen lukumäärällä säädellä, että tulisijasta saatava energiamäärä pystytään hyödyntämään täysipainoisesti ja ettei huonetilojen viihtyvyysolot kärsi kohonneen lämpötilan tai hetkellisen korkean tehon takia. Kaksoistariffi laskutuksessa aamulla tulisijalla tuotettu lämpöenergia vähentää kalliimman päivätariffin sähkönkulutusta.
Varaavien yösähköjärjestelmien
Tässä yhteydessä on myös hyvä tarkastella mitä tarkoittaa markkinoilla esitettyjen tehojen aikaansaaminen. Esimerkiksi 2000 kg:n tulisijalle ilmoitettu n. 5kW:n keskimääräinen teho edellyttää ( 75% hyötysuhde oletuksena) vuorokaudessa 5kWx 24h eli 120 kWh:n energiamäärää. Tähän tarvitaan puuta n. 38 kiloa. Huomioiden ko. kokoisen tulisijan tulipesän tilavuus, on sopiva panoskoko n. 6 kg, joten teho edellyttää yli kuuden pesällisen polttoa vuorokauden aikana.
Markkinoinnissa nykyään yleisesti käytetty lämmityspinta-ala perustuu tehojen avulla laskettuun maksimi neliömäärään, mitä tulisija pystyy pitämään lämpimänä. Kuinka lämpimänä ja millä ulkolämpötilalla ja millä eristysmäärillä ei asian hämärtämiseksi selvitetä. Yhdessä paikassa sijaitsevan, korkeatehoisen tulisijan toimiminen laajan alueen lämmittäjänä johtaa epänormaalin kuumiin olosuhteisiin tulisijan läheisyydessä.
Nykyisistä lämmitysjärjestelmistä saataisiin em. teorialla huomattavasti halvempia sijoittamalla lämmönluovutuspinnat ( patterit, lattialämmityskierrot ) yhteen rajattuun kohtaan asunnossa.
Nykykehitys on johtamassa täysin päinvastaiseen: suosiossa ovat laajojen pintojen ja alhaisten pintalämpötilojen avulla toteutetut lämmitysjärjestelmät.
| 8. TULISIJA HUONETILASSA |
8.1 LÄMMÖN TUOTTO HUONETILAAN
Tulisijassa puun sisältämä lämpöenergia siirretään tulipesän rakenteisiin nopeasti tapahtuvan palamisen aikana. Syntyvät kuumat palokaasut kierrätetään tulisijan savukanavissa, joissa ne jäähtyvät ja luovuttavat lämpönsä rakenteisiin. Myös massiivinen tiilipiippu toimii tehokkaana lämpöenergian varastona.
Tulisijan sisärakenteista lämpö siirtyy johtumalla tulisijan pintaan. Johtumisnopeuteen vaikuttaa tulisijan seinämärakenteiden materiaalin lämmönsiirtokerroin ja rakenteiden paksuus.
Tulisijan pinnasta lämpöenergia siirtyy huonetilaan konvektion avulla ympäröivään ilmaan tai säteilemällä tilan pintojen välillä. Tulisijan pintalämpötilan kohotessa kasvaa säteilylämmön osuus.
Tulisijan huonetilaan siirtämään tehoon vaikuttaa em. konvektio- ja säteilylämmönsiirtokertoimien lisäksi tulisijan pinta-ala ja pintalämpötila.
8.2 HUONETILAN LÄMPÖVIIHTYVYYSTEKIJÄT
Ihmisen huonetilassa kokemaan viihtyvyyteen vaikuttaa ihmisen oman lämmöntuoton ja vaatetuksen ohella tarkasteltavan tilan eri parametrit, kuten ilman lämpötila, ilman suhteellinen liikenopeus, vesihöyrypitoisuus ja keskimääräinen säteilylämpötila. Tilan eri pintojen lämpötilat vaikuttavat oleellisesti, kokeeko ihminen huonetilan kylmäksi , kuumaksi tai jotain siltä väliltä.
Ihminen kokee lämmityksen sitä miellyttävämmäksi mitä pienempi lämpötilaero on lämmityspinnan ja huoneen lämpötilan välillä.
VTT Rakennustekniikan kehittämällä tietokoneohjelmalla voidaan ihmisen lämpöviihtyvyyden kannalta tarkastella erilaisia tiloja, joihin on sijoitettu lämpötilaltaan erilaisia pintoja: kylmiä ikkuna, tai seinäpintoja , kuumia pattereita tai tulisijoja. Ohjelma perustuu kansainvälisten standardienkin pohjalla olevaan Fangerin tekemään tutkimukseen, jossa yli 1300 henkilöä pyydettiin arvioimaan tyytyväisyyttään eri koeolosuhteissa .
Laskennan tuloksena saatava lämpöviihtyvyys- eli PMV-indeksi voidaan esittää seitsenportaisella asteikolla:
+ 3 kuuma
+ 2 lämmin
+ 1 hieman lämmin
0 neutraali
- 1 hieman viileä
- 2 viileä
- 3 kylmä
Lämpöviihtyvyysindeksi antaa keskimääräisen arvion termisestä aistimuksesta, kun suuri joukko ihmisiä on tarkasteltavissa olosuhteissa. Yksittäisten henkilöiden arviot vaihtelevat keskiarvon ympärillä, joten PMV -indeksin lisäksi tarvitaan arvio tyytymättömien suhteellisesta osuudesta tarkasteltavissa olosuhteissa.
Tämä tyytymättömien osuus on se osuus henkilöistä, joiden ennustetaan arvioivan tilan olevan kuuma (PMV -indeksi + 3), lämmin (+ 2), viileä (- 2) tai kylmä (- 3).
Tulisijojen korkeat pintalämpötilat ( eli korkeat tehot! ) johtavat tulisijan läheisyydessä tyytymättömien osuuden kasvuun. Pieneen tilaan suunniteltu korkeatehoinen tulisija nostaa keskimääräisen säteilylämpötilan ohella myös huonetilan lämpötilaa, seurauksena korkea tyytymättömien osuus.
Vastaavasti tyypillisiä kylmäsäteilijöitä ( ja tyytymättömien osuuden lisääjiä ) ovat suuret ikkunapinnat, joiden pintalämpötila saattaa nykyisilläkin k-arvoilla laskea huippupakkasilla alle 15ŗC:n lukemiin.
Hyvin suunniteltu rakennuksen päälämmitysjärjestelmä pitää huolta siitä, että sisälämpötila ja pintojen lämpötilat ovat eri lämmitysolosuhteissa sopivia. Tulisijojen varaan ei voi jättää viihtyvyyden parantajan osaa, vaan se on yleensä viihtyvyyden kannalta häiriötekijä riippuen ensisijassa:
- tulisijan pintalämpötilasta ( eli tehosta ! )
- päälämmitysjärjestelmän säätymisnopeudesta
- huonetilan koosta ja sijoittumisesta asunnossa
Viihtyvyyden kannalta tulisijan korkea teho ja varaava, hitaasti säätyvä lämmitysjärjestelmä tuottaa heikoimman asumisviihtyvyyden ja matalatehoinen tulisija nopeasti säätyvän lämmitysjärjestelmän kanssa tuottaa parhaimman asumisviihtyvyyden.
Liian tehokas tulisija energiankäytön kannalta huonoon hyötysuhteeseen, kun lämpöä kuluu normaalitilannetta enemmän vaipan läpi energiahukkana sekä ilmastoinnin kautta. Myös viihtyvyystekijöiden osalta on sisäilman lämpötilalla suuri merkitys.
Sovelluksen avulla voidaan huonetilan energiatase laskea ja sen perusteella arvioida onko huonetila liiallisen tehon vuoksi lämpiämässä.
Viihtyvyyslaskelmissa sovellus huomioi hetkellisen ajankohdan , kun pintalämpötilat ovat valitun mukaiset. Luotettava viihtyvyysolojen arviointi riippuu pitkälti siitä miten hyvin eri pintojen pintalämpötilat arvioidaan. Ongelmallisia ovat massiivisten seinien ja lattialämmitys pintojen lämpötilojen ajallinen kehittyminen. Samoin luotettavien tulisijojen pintalämpötilojen arviointi on vaikeaa ilman kokeellisia mittauksia.
Tulisijavalmistajien esitteissä annetut tehoarvot voidaan sitoa tulisijan pinta-alan kautta pintalämpötilaan ja näin arvioida millä pintalämpötilalla saavutetaan annettu teho ja miten se vaikuttaa tilan viihtyvyysoloihin.
Mikäli puulämmityksellä halutaan korvata merkittävä osa rakennuksen kokonaisenergiasta edellyttää se tulisijan käyttöä myös muina kuin kylmimpinä talvikuukausina. Tällöin asumisviihtyvyyttä laskee nopeasti kohonnut sisälämpötila.
Kuvissa 5,6,7 ja 8 esitetyt laskentatulokset: Lämpöviihtyvyys-sovelluksen avulla on laskettu tyypillisessä 20 m2 :n ( 4 x 5 metriä, korkeus 2,5 m ) olohuoneessa sijaitsevan tulisijan vaikutus huoneen asumisviihtyvyyteen seuraavin oletuksin: Tulisija on kuvissa 5 ja 6 kuorellinen tiilitulisija painoltaan n. 2100 kg , ulkomitat (l x s x k ) 1050x700x1920 mm. |
Tarkasteltaessa lämpöviihtyvyys olosuhteita esimerkin huonetilassa havaitaan korkean tehon aiheuttama tyytymättömien osuuden lisääntyminen. Matalatehoisessa tulisijassa aiheutuu merkittävä tyytymättömien osuuden kasvu suuluukun korkeahkon lämpötilan johdosta. Korkeatehoisessa tulisijassa ei suuluukun merkitys näy vastaavasti, sillä muu osa tulisijasta on pintalämpötilaltaan samassa lämpötilassa.
Käytännössä esim. kuorellisen tiilitulisijan kohdalla poltettaessa yksi pesällinen, nousee aluksi ainoastaan suuluukun lämpötila ja huomattavasti myöhemmin tulisijan muiden osien lämpötilat ( kuorirakenteen pintalämpötilan maksimi saavutetaan yleensä vasta 10-12 tunnin kuluttua sytyttämisestä ). Näin ollen kuvan 5 esimerkki kuvaa jo pidempään jatkuneen lämmityksen tilannetta.
Erityisesti on huomattava korkean tehon aikaansaaman huonelämpötilan nousun vaikutus tyytymättömien osuuteen.
Esitettyjen tulisijojen sijoittaminen 20 m2:n olohuoneen sijasta esim. 12 m2:n takkahuoneeseen olisi johtanut todella korkeisiin tyytymättömien osuuksiin. Samoin olisi ollut tilanne , mikäli tilojen lämmitysmuotona olisi ollut varaava lattia- tai seinälämmitys, joka ei pystyisi reagoimaan tulisijasta tulevaan tehoon.
| 9. PUHDAS JA TEHOKAS PALAMINEN |
9.1 PUU POLTTOAINEENA
Puuaines koostuu pääasiassa runkoaineista: selluloosasta ja hemiselluloosasta sekä sideaineesta: ligniinistä. Alkuaineista puussa on happea 43%, hiiltä 50% ja vetyä 6%.
Puussa on paljon, 80-90% haihtuvia aineita. Siksi energiasisällöstä kaksi kolmannesta on kaasuissa. Puu on poltettaessa siis käsitettävä kaasuksi. Tulipesässä puu ensin kaasutetaan ja sitten kaasut poltetaan. Eri puulajien energiasisältö kiloa kohti ei paljoa vaihtele. Tehollinen lämpöarvo on noin 18,7 MJ/kg. Energia-arviointien perustana voidaan pitää 3,2 kWh/kg, kun polton hyötysuhteeksi arvioidaan 75%. Kuten jo edellä todettiin, käytännön mittaukset antavat arvoksi 3,0 kWh/kg.
Havupuissa on hieman enemmän energiaa kiloa kohti kuin lehtipuissa, mutta koska niiden tiheys on lehtipuita pienempi, saadaan koivuhalkomotista enemmän lämpöenergiaa kuin havupuumotista.
9.2 TULISIJAN OSAT
Tulisijoissa on periaatteessa kolme palokammiota. Ne ovat tulipesä, nielu ja toisiopalotila. Ensinmainittu on paikka, johon panos laitetaan ja jossa kaasut irtoavat puun kuumentuessa. Pääosa kaasujen palamisesta tapahtuu tulipesässä välittömästi panoksen yläpuolella.Nielun eli oikeammin kaasujen kokoojan merkitys on kaasujen ja ilman loppusekoittumisessa. Toisiopalotilassa pysitään polttamaan sitten loppuun vielä palamatta jääneet kaasut ja hiukkaset. Tämän onnistuminen edellyttää lämpötilan säilyttämistä korkeana.
On edullista, jos tulipesän, kuten koko palokammiojärjestelmän, materiaali on heikosti lämpöä tulisijan rakenteisiin johtavaa materiaalia. Näin saadaan lämpötila nopeasti nostettua ja säilytettyä korkeana.
9.3 PALAMISEN VAIHEET
Palamisesta voidaan eroittaa kolme vaihetta: sytytysvaihe, palovaihe ja hiipumisvaihe. Näiden vaiheiden aikana tulipesän eri osissa tapahtuu lukuisa määrä eri kemiallisia reaktioita, reaktioista ja lopputuotteista tarkemmin liitteeissä 2 ja 3. Puupolton päästöjä ovat palamisreaktioiden lopputuotteet kuten CO2 , CO eli häkä , hiilivetypäästöt, hiukkaset ja typen oksidit.
Puussa tapahtuvia ilmiöitä palamisen aikana ovat kosteuden haihtuminen, pyrolyysi eli kaasuuntuminen sekä jäännöshiilen palaminen.
9.3.1 SYTYTYSVAIHE
Sytytysvaiheessa asetetaan suomalaisessa puulämmityskulttuurissa varaavan tulisijan tulipesään koko panos, joka on usein 6-10 kg, yhdellä kertaa. Kun kylmässä tulipesässä on kylmä, verrattain suuri polttoainemassa, on selvää, että palamislämpötilan saavuttaminen kestää useita minuutteja. Seurauksena on helposti polton huono tehokkuus ja suuret päästöt.
9.3.2 PALOVAIHE
Palovaiheessa ovat palokammoitten pinnat jo kuumentuneet ja päästötaso on matala.
Palonopeus tässä vaiheessa suurimmillaan. Tulisijoissa, joissa käytetään paloilman vakiosäätöä, on ilman määrä säädettävä tämän vaiheen mukaan. Ensiöilman osuudella on suuri vaikutus palonopeuteen. Panoksen yläpuolella muodostuu ali-ilmainen kaasuvyöhyke, jonne johdetaan toisioilmaa sitä hapettamaan. Palamisen ei tarvitse olla rajua ollakseen puhdasta.
9 3.3 HIIPUMISVAIHE
Kun liekkivaihe on päättymässä polton kolmas vaihe, hiipumisvaihe alkaa. Polttoaine on kokonaan kuivunut ja kaasuuntuvat aineet ovat poistuneet. Jäljellä on pääasiassa hiiltä. Lämpötilan laskiessa kaikki reaktion hidastuvat ja koska vesihöyryä ei enää tulipesässä ole, alkaa CO-pitoisuus nousta. Tässä vaiheessa on vakiosädetty paloilma liian runsasta ja se jäähdyttää polttoa entisestään. Toisioilma onkin syytä sulkea kokonaan hiipumisvaiheessa.
Vaikka puun palamisesta muodustuu jäännöshiiltä melko vähän, sen palamisesta tuleva energiamäärä on varsin merkittävä, 25-50% kokonaisenergiamäärästä. Tämä johtuu jäännöshiilen korkeasta lämpöarvosta . /5/
Poltto katsotaan päättyneeksi kun kaikki näkyvät liekit sammuvat. Myös siniset hiilimonoksidin palamisesta syntyvät liekit.
| 10. KÄYTÄNNÖN OHJEET PUHTAAN JA TEHOKKAAN PALAMISEN KANNALTA |
10.1 SYTYTTÄMINEN
Ennen sytyttämistä on syytä varmistua, että savupiippu vetää. Yleisin ongelmatilanne tulisijojen käytössä syntyy kun savupiippuun ei synny vetoa ja tulipesässä syntyvä savu tunkeutuu huoneeseen. Jos asunnossa vallitsee jostain syystä alipaine, saattaa savupiipun alipaine olla pienempi kuin hyoneen. Tällöin ei tulisijaan synny vetoa. Ennen tulisijan sytyttämistä on alipaineen voi aiheuttaja (ilmastointi, liesituuletin ) säädettävä oikein tai sammutettava. Korkea, rakennuksen keskelle sijoitettu savupiippu varmistaa tulisijan moitteettoman toiminnan kaksikerroksisessa rakennuksessa.
Ennen tulen sytyttämistä voidaan veto todeta polttamalla tulitikkua suuluukun aukossa. jos liekki ei taivu tulipesään päin on hyvä polttaa pieni määrä paperia nuohousluukussa, jotta nähdään poistuuko savu piipun kautta. Jos vetoa ei heti synny voidaan savupiipun nuohousluukussa polttaa lisää paperia ja tarvittaessa myös puutikkuja.
Parhaaksi tavaksi on polttokokeissa osoittautunut sytyttäminen panoksen päältä, laittamalla puitten päälle pieni määrä puutikkuja ja tuohta, myös pientä määrää sanomalehtipaperia voi käyttää. Silloin puusta sytykkeitten lämmöstä kaasuuntuvat aineosat leimahtavat ja siis kaikki mikä kaasuuntuu myös palaa. Jos kylmää panosta kuumennetaan sytykkeillä altapäin, niin panos kyllä kaasuuntuu, mutta kaasut eivät jaksa kokonaan leimahtaa kylmässä ympäristössä. Seurauksena on mm. noen muodostuminen ja luukun lasin sekä savuhormin nokeentuminen.
10.2 KÄYTETTÄVÄT PUUT
Käyttäjä voi helpoimmin vaikuttaa palamisen puhtauteen ja tulisijan moitteettomaan toimintaan käyttämällä kuivaa puuta
Kuivan polttopuun ansiosta palaminen on puhtaampaa , sillä puussa oleva kosteus lisää savukaasujen määrää ja laskee tulipesän lämpötilaa. Näin kaasujen palaminen hidastuu eikä kaasut ehdi palaa loppuun. Kun polttopuu kuivaa 25 prosentista 10 prosenttiin on polttokokeissa havaittu sekä häkä- että hiilivetypäästöjen putoavan jopa puoleen.
Myös tulisijan hyötysuhde on parempi käytettäessä kuivia puita, sillä kosteat puut lisäävät savukaasumäärää ja kasvattaa savukaasuhäviötä, mikä on suurin tulisijan hyötysuhteeseen vaikuttava tekijä.
10.3 PUIDEN ASETTAMINEN TULIPESÄÄN
Polttopuut voidaan periaatteeessa asettaa tulipesään joko pystyyn tai vaakasuoraan. Polttokokeissa ei ole havaittu pelkästään puitten asennolla olevan mainittavaa vaikutusta palamisen puhtauteen. Kuitenkin vaakasuoraan asetun panoksen sytyttäminen sekä poltto onnistuu hallitummin ja tuli palaa varmemmin puhtaasti.. Puita ei kuitenkaan tule ensimmäiseen pesälliseen asettaa liian tiiviisti, vaan niiden välissä tulee olla selvät raot, puita lisättäessä taas on syytä asettaa puut tiiviimmin.
Tulipesää ei tule täyttää täyteen. Edullisinta palamisen kannalta on, jos polttoainetta on vain noin puolet pesän tilavuudesta eli 8 kilon panos edellyttää noin 110 litran vetoista tilavuutta nielun alapuolella. Tiilerin valmistulisijapakettien osalta sopivat panoskoot on esitetty luvussa 7.
Pilkkeet eivät saa olla liian pieniä. Halkaisijan tulee olla 8-10 cm eli noin kilon painoisia ensimmäisessä pesällisessä ja toisessa mielellään isompia, halkaisija voi olla 11-13 cm eli 1,5 kiloa. Samaan pesälliseen on hyvä laittaa vain samankokoisia puita.
Oikea paloilman säätäminen tulisijassa on vaikeaa, sillä jotta päästäisiin hyvään palamistulokseen tulisi ilmamäärää säätää jatkuvasti. /5/
Tulisijaan paloilmaa johdetaan arinan kautta ensiöilmana ja suuluukkujen yläreunan aukkojen kautta toisioilmana
Palamisen puhtauteen vaikuttaa eniten lämpötila ja hapen läsnäolo. Molempiin voidaan vaikuttaa oikealla paloilman määrällä ja ohjauksella. Jos ilmaa johdetaan tulipesään liikaa, se jäähdyttää palamisen lämpötilaa. Teoreettinen ilmantarve noin 3,7 m3 puukiloa kohti. Käytännössä hyvä ilmamäärä on noin kaksi kertaa teoreettinen tarve eli noin 8 m3. Jos selvitään vähemmällä paloilmalla, saadaan palokammioitten lämpötila korkeammaksi ja palaminen sen seurauksena puhtaammaksi.
Syttymisvaiheessa voidaan ilma-aukot pitää täysin auki, sillä veto savupiipussa on yleensä pieni. Palovaiheessa on varsinkin toisioilman johtaminen palamiseen tärkeää. Ilmaa annetaan niin paljon, että tuli kohisee lievästi. Noin 2/3 osa ilmasta tulisi johtaa arinan alta ensiöilmana ja loput 1/3 toisioilmana. Jos palamisen ääni on voimakas on ilmaa liikaa ja palamisen lämpötila laskee. Tuli ei saa kohista, vaan sen tulee palaa rauhallisesti. Tulipesä ei kuitenkaan saa tummua, vaan liekkien tulee loistaa kirkkaina. Toiseen pesälliseen rajoitetaan arinan läpi johdettavaa ensiöilmaa entisestään.
Hiipumisvaiheessa vähennetään toisioilmaa reilusti tai suljetaan se kokonaan. Hiilipaloon johdetaan ilmaa vain arinan kautta. Loppuvaiheessa vähennetään myös arinan kautta johdettua ensiöilmaa.
10.5 PUIDEN LISÄYS
Aluksi on syytä varmistaa, ettei asunnon alipaine ylitä hormissa vallitsevaa alipainetta. Jos luukkua varovaisesti avattaessa alkaa savua tulla sisään, on asunnon alipainetila korjattava sulkemalla koneellinen poisto tai vaikkapa avaamalla ikkuna.
Kun puita lisätään kuumaan tulipesään hiilloksen päälle on helposti seurauksena raju ja hallitsematon kaasuuntumisryöpsähdys. Puiden lisäys on päästöjen vähentämisen kannalta yhtä tärkeä vaihe kuin sytytys. Paras tapa on lisätä puut vasta tummuvan hiilloksen päälle. Kun nyt lisätään melko suuria pilkkeitä tulipesään, ne syttyvät hitaasti ja sen seurauksena ei synny äkillistä, runsasta kaasuuntumisryöpsähdystä. Näin päästöt pysyvät kurissa ja savusolat puhtaina. Tässä menetelmässä voi käyttää yhtä suurta panosta kuin ensimmäinenkin panos
10.6 POLTTAMISEN PÄÄTTYMINEN
Palamisen loppuvaiheessa tarkkaillaan hiilloksen kirkkautta ja siinä näkyviä sinisiä liekkejä. Nämä liekit syntyvät hiilimonoksidin eli häkäkaasun palamisesta. Savupeltejä ei saa missään tapauksessa täysin sulkea niin kauan kuin sinisiä liekkejä näkyy. Kun ne sammuvat on viisainta odottaa vielä hetki ja vasta kun hiillos alkaa selvästi tummua, voidaan pellit sulken.
10.7 JÄTTEIDEN POLTTO TULISIJASSA
Tulisija ei ole jätteiden hävityslaite eikä niiden polttamista tule suositella. Pieniä määriä ( enintään maitopurkillinen! ) ehdottoman kuivia jätteitä voi polttaa silloin kun tulisija on jo kokonaisuudessaan lämmennyt ja liekit edelleen kuumimmillaan.
Mitään jätteitä, maitotölkkejä tai muoveja , ei saa käyttää tulen sytyttämiseen.
Polttokelpoisista muoveista on merkintä pakkauksissa.
PVC.tä, polyuretaania (PUR) tai polyamidia (PA) ei saa polttaa lainkaan.
Leivinuuneissa, padoissa ja kertalämmitteisissä kiukaissa ei jätteitä saa polttaa ollenkaan !
| 11. HYÖTYSUHDE JA PÄÄSTÖT |
Puun palamisesta, kuten muustakin polttamisesta syntyy ympäristöön sitä eri tavalla kuormittavia päästöjä. Niiden muodostumiseen vaikuttavat polttoaineen ominaisuudet, polttoaineen määrä/aikayksikkö, paloilman määrä ja sekoittuminen, tulisijan rakenne ja palamisen hallinta. Palamisen reaktiot on tarkemmin kuvattu liitteessä 2 ja syntyvät komponentit on kuvattu liitteessä 3.
Pääosa puun sisältämästä hiilestä poistuu tulipesästä hiilidioksidina ( CO2 ), mutta mikäli palaminen on epätäydellistä syntyy päästönä hiilimonoksidia ( CO ) ja hiilivetyjä ( CxHy ). Osa hiilivedyistä on ihmisen terveydelle vaarallisia PAH-yhdisteitä.
Mahdollisimman täydellinen palotapahtuma edellyttää korkeaa lämpötilaa, riittävää viipymäaikaa ja hyvää sekoittumista kaasujen ja paloilman kesken. Panospoltossa päästöt syntyvät tyypillisesti palamisen alussa pyrolyysivaiheessa sekä jäännöshiilen palamisessa.
Päästötestauksissa mitataan yleensä CO-määriä, sillä se antaa hyvän kuvan palamisen täydellisyydestä.
Suomessa ei tulisijoille ole voimassaolevia päästörajoituksia. Saksassa yleisesti käytössä oleva normi rajoittaa CO-pitoisuuden 0,4%:iin ja hyötysuhteen tulee ylittää 70%. Tiilitakoissa tehtyjen mittausten perusteella nämä normit alittuvat selkeästi tyypillisten arvojen ollessa 0,20-0,30 % CO ja hyötysuhde yli 75%. Parhaimmillaan koepoltoissa on saavutettu 80-85%:n hyötysuhde.
Suurin hyötysuhteeseen vaikuttava tekijä on savukaasuhäviö, johon vaikuttaa palamattomien kaasujen määrä paloilman määrä ja savukaasun lämpötila.
Pienimassaisilla tiilitulisijoilla toimii savupiippu hyvänä lisämassana parantaen puunpolton kokonaishyötysuhdetta.
| 12. TULISIJA JA ILMASTOINTI |
Tulisijan tehokkaalla käytöllä ja ilmanvaihdon toiminnalla on selkeä vuorovaikutus. Puun polttamiseen tarvitaan palamisilmaa, ja savukaasut tulee johtaa hallitusti pois rakennuksesta. Toisaalta savupiippu on peltien ollessa avoimina yksi ilmanvaihdon virtausreitti. Tulisijan ja ilmanvaihdon hallittu yhteistoiminta on siis varmistettava erilaisissa käyttötilanteissa huolellisella suunnittelulla ja rakentamisella.
Tulisijan moitteeton toiminta asettaa ilmanvaihtojärjestelmälle joitakin vaatimuksia: - ilmanvaihtojärjestelmä ei saa aiheuttaa niin suurta alipainetta rakennuksen sisälle, että tulisijaa on vaikea sytyttää niin ettei se savuta sisään. |
Palamisilman hallittu saanti tulipesään voidaan varmistaa tuomalla ulkoilmaa ulkovaipassa olevasta aukosta sisään taloon, esimerkikisi ikkunan tai ulkoilma-venttiilin kautta. Toinen mahdollisuus on säätää mahdollisia ilmanvaihdon puhaltimia niin, ettei rakennuksen sisälle synny varsinaista palotapahtumaa eikä savukaasujen poistumista häiritsevää alipainetta.
PALAMISILMAN KANAVOINTI SUORAAN ULKOA TULISIJAAN EI OLE SUOSITELTAVAA, SILLÄ KYLMÄ PALAMISUILMA VAIKEUTTAA PALAMISEN HALLINTAA JA SAATTAA AIHEUTTAA KOSTEUDEN TIIVISTYMISTÄ TULISIJAAN JA LÄPIVIENTIEN LÄHEISYYTEEN.
Edelläesitetyn lisäksi rakennustarkastus katsoo ilmahormin tulisijan osaksi ja sitä koskevat samat määräykset esimerkiksi suojaetäisyyksien osalta kuin tulisijaa ja savupiippua. Näin ollen ei tällainen ilmahormi saa päättyä ulkona puuseinän viereen.
Painovoimaisen ilmanvaihdon taloissa tulisija saattaa vetää hyvin sen takia, että pääosa palamisilmasta tulee väärinpäin toimivien poistokanavien kautta. Etenkin erillisinä hormeilla kanavoitujen vaatehuoneen ja WC:n poistot ovat tyypillisiä ulkoilman sisääntuloreittejä. Tulisijan lisäksi liesituuletin kääntää helposti poistokanavien ilmavirtauksen väärinpäin.
Lähteitä:
1.Haapakoski,Laitala,Ruska , 1998. Vuosituhannen sähkölämmitystalot, IVO
2. Mäkelä, 1982. Kodintulisijat
3. Jäkkö, 1983. Diplomityö: Puulämmitteinen varaava tulisija
4. Pirinen, 1997.Pilkeopas omakotitaloille, Työtehoseuran julkaisu 357
5. Alakangas, 1992. Taloustulisijojen käyttö
6.Sähkötieto Oy, 1994. ST-kortisto, sähkösaunat ja -kiukaat
| LIITE 1 RAKENNUSTEN ENERGIANKULUTUS |
Energia-analyyseissä arvioitava rakennuksen lämmitysenergiankulutus Q[kWh] saadaan laskemalla johtumishäviöiden ( seinät, yläpohja, alapohja, ikkunat ) ja ilmanvaihdon energiankulutuksen summa kaavalla:
Q= ķ k1 A1 +k2A2+…. +kiAi + nVr cp ż t ( Ts-Tu ) ,
jossa
ki = rakenteen i lämmönläpäisykerroin
Ai = rakenteen i pinta-ala
n= tilan nimellisilmanvaihtokerroin
V= tilavuus
r = ilman tiheys
cp = ilman ominaislämpökapasiteetti
t = tarkastelujakson pituus
Ts-Tu =sisä-ja ulkolämpötilan välinen ero
Vuotuisen lämmitysenergian kulutuksen laskemiseksi taulukossa 1 on esitetty kuukausien keskilämpötiloja Suomen eri osissa.
PAIKKAKUNTA | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ka. |
Turku | -6,0 | -6,6 | -3,6 | 2,2 | 8,7 | 13,9 | 17,1 | 15,7 | 10,6 | 5,2 | 0,9 | -2,7 | 4,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Helsinki | -6,6 | -7,3 | -4,6 | 2,3 | 8,4 | 14,1 | 17,2 | 15,6 | 10,5 | 5,1 | 0,8 | -2,7 | 4,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tampere | -7,9 | -8,0 | -4,8 | 2,2 | 8,8 | 13,7 | 16,8 | 15,0 | 10,0 | 4,3 | -0,1 | -3,9 | 3,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lahti | -8,0 | -8,1 | -4,5 | 2,1 | 8,8 | 14,0 | 16,7 | 14,9 | 9,6 | 4,0 | -0,5 | -4,4 | 3,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vaasa | -7,3 | -7,5 | -4,7 | 1,3 | 7,5 | 12,8 | 16,2 | 14,6 | 9,6 | 3,8 | -0,5 | -3,7 | 3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mikkeli | -9,1 | -9,2 | -5,3 | 1,8 | 8,6 | 13,9 | 16,7 | 14,6 | 9,4 | 3,6 | -1,1 | -5,4 | 3,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Jyväskylä | -9,4 | -9,2 | -5,4 | 1,4 | 8,1 | 13,3 | 16,3 | 14,1 | 8,8 | 3,0 | -1,6 | -5,8 | 2,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Oulu | -9,5 | -9,9 | -7,0 | -0,1 | 7,0 | 12,6 | 16,6 | 14,4 | 8,9 | 2,6 | -2,1 | -6,0 | 2,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rovaniemi | -11,0 | -11,1 | -7,5 | -1,2 | 5,5 | 11,7 | 15,3 | 12,9 | 7,2 | 0,4 | -4,4 | -8,1 | 0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sodankylä | -13,5 | -13,0 | -8,9 | -2,2 | 4,8 | 11,3 | 14,7 | 12,0 | 6,2 | -0,5 | -5,8 | -9,8 | -0,4 |
LIITE 2
Palamisen pääreaktiot
| H2 + 1/2 O2 = H2O | vety hapettuu vedeksi |
| C + O2 = CO2 | hiili hapettuu hiilidioksidksi |
| C + 1/2 O2 = CO | hiili hapettuu epätäydellisesti hiilimonoksidiksi |
| CO+ H2O = CO2+H2 | hiilimonoksidi ja vesi reagoivat, tuloksena on hiilidioksidia ja vetyä |
| CmHn+( m + n/4)O2 = mCO2 + n/2H2 | koska hiilivetyjen reaktiot ovat erittäin monimutkaisia, esitetään tässä yleistetty yhtälö kuvaa hiilivetyjen palamisesta. |
Palamistapahtuma etenee eri lämpötiloissa seuraavasti:
| alle 170 | Puu kuivuu, vesihöyryä syntyy. Tämä vaihe kuluttaa energiaa. |
| 170 - 200 | Hajoaminen alkaa ja liekit leimahtelevat noin 180 asteen tienoilla. Tuloksena pieniä määriä CO2 ja CO. Lämmöntuotto alkaa. |
| 200 - 600 | Hajoaminen voimakkaimmillaan, itsenäinen palo alkaa 270 asteen vaiheilla, |
| 300-350 | puun paino vähenee 50% haihtuvien aineitten poistumisen vuoksi. Polttopuun aineosat hajoavat eri lämpötiloissa |
| 600 - | Hiilimonoksidi ja kiinteät aineet, esimerkiksi hiilihiukkaset palavat. Tulisijoissa saavutetaan yleensä noin 900-1000 asteen lämpötila polton ollessa kiivaimmilkaan, aina kuitenkin pitäisi saavuttaa vähintään 850 astetta, jotta palaminen olisi puhdasta. |
Kun savukaasujen lämpötila savukanavissa laskee alle 400 asteen loppuvat reaktiot ja palaminen päättyy.
LIITE 3
Päästöt
Päästöjä ovat palamisreaktioitten lopputuotteet. Niitä syntyy koko palamisen aikana. Haitallisia päästöjä syntyy pääasiassa palamisen alkuvaiheessa, mutta myös palamisen muissa vaiheissa palamisen puhtaudesta riippuen. Loppuvaiheessa lisääntyvät hiilimonoksidi- eli häkäpäästöt.
CO2
Tunnetuin palamisen tulos on hiilidioksidi,CO2. Sitä syntyy puun palaessa tulisijassa tai luonnossa lahotessa. Sitä taas sitoutuu puun kasvaessa ja siksi puulämmitys ei kuormita ympäristöä eli se on hiilidioksidi-neutraali.
H2O
CO
Hiilimonoksidi eli häkä on suoraan hengitettynä erittäin myrkyllinen kaasu. Se muodostaa palovaaran ohella suurimman vaaratekijän puun poltossa. Ympäristön kannalta se on melko harmiton päästönä. Sitä ei jää luontoon pysyvästi, vaan se hapettuu pian hiilidioksidiksi. Hiilimonoksidin määrä savukaasuissa kertoo paljon palamisen tasosta. Koska häkäpitoisuuden mittaaminen on helpompaa kuin hiukkasten tai hiilivetyjen, käytetään häkää yleisesti palamisen tason mittarina.
C
Savukaasuissa esiintyy yleisesti hiilihiukkasia. Pienet hiukkaset ovat kenties suurin puunpolton haitoista. Hiili sinänsä on puhdas aine.
CmHn
PM
Hiukkaset eli Particulate Matter, PM, ovat palamisen puhtauden mittayksikköjä varsinkin USA:ssa. Hiukkaset koostuvat usein hiilihiukkasesta, johon tarttunut jäähtyvässä savukaasuvirtauksessa tiivistynyt hiilivetypisara (tervapisara). Yhdistelmä on erittäin harmillinen ja terveydelle vaarallinen. Ratkaisevaa on hiukkasen koko: Hiukkasia, jotka ovat pienempiä kuin PM 2,5 = 2,5 mikronia = 2,5 / 1 000 000 mm pidetään erikoisen vaarallisina pienen kokonsa ja sen johdosta suuren tunkeutumiskykynsä vuoksi. Hiukkasten määrä on todennäköisesti jatkossa keskeinen asia palamisen puhtauden määrittelyssä
VOC
PAH
NOx
Typen termisiä oksiideja muodostuu runsaammin korkeissa ( yli 1400 C ) palamislämpötiloissa ja ne ovat erittäin haitallisia. Tulisijoissa ei tällaisia lämpötiloja esiinny. Puun poltossa syntyy kuitenkin aina pieni määrä muita typen oksideja, joiden yleisnimi on NOx. Niiden määrä on riippuvainen lähinnä puun sisältämästä typpimäärästä, polttotavalla ei juuri ole vaikutusta. Esimerkiksi pyökki on runsaasti typpeä sisältävä puulaji ja siksi sen polttamisen tuloksena on typpioksideja enemmän kuin muita puulajeja käytettäessä.
Pääasialliset lähteet:
1. Tietoa tulisijoista, moniste, Tiileritehtaat, Jari Valtonen.
2. Pientalon Tulisijat, kirja, Heikki Hyytiäinen, Rakennustieto Oy.
3. EU-rahoittama, Stuttgartin yliopiston koordinoima tutkimus: "Development of newly designed wood burning systems with low emissions and high efficiency"( Maier, Unterberger, Norin, Gaegauf, Struschka, Hyytiäinen)
4. Tekesin rahoittama, Åbo Akademin koordinoimaan tutkimusohjelma:
"TULISIJA, puunpolton teknologiaohjelma 1997-1999"( Hupa et al. )
5. Tekesin rahoittama VTT Rakennustekniikan johtamaan tutkimus:
"Lämpöviihtyvyys-projekti" ( Tuomaala, Hyytiäinen)
Em. tutkimuksia, niiden raportteja ja seurantakokouksissa saatuja tietoja on hyödynnetty aineiston laadinnassa eikä niitä ole erikseen nimetty lähteiksi. Muu lähdeaineisto on oppaan lopussa.
Polyaromatic Cyclic Hydrocarbons, polyaromaattisia syklisiä hiilivetyjä, PAH, tarkoittaa ryhmää hiilivety-yhdisteitä, joista osa on terveydelle vaarallisia.
Volatile Organic Compounds, VOC, on kaikkien haihtuvien hiilivetyjen yhteismäärä.Hiilivetyjen yleisnimi on CmHn tai CxHy. Näitä yhdisteitä syntyy palamisessa lukuisa joukko. Osa niistä palaa vasta erittäin korkeassa lämpötilassa. Hiilivedyt ovat tulipesässä kaasumaisessa olotilassa ja tiivistyvät nestemäisiksi savukaasujen jäähtyessä. Yleisesti voidaan sanoa, että hiilivetyjen polttamisen taito on yhtäkuin kuin puhtaasti polttamisen taito. Hiilivetypäästöjen vähentämisessä on keskeistä korkean polttolämpötilan saavuttaminen tulipesässäPuu on esimerkiksi kivihiileen verrattuna nuori polttoaine. Siitä johtuen siinä on myös 5-6% vetyä. Vesihöyrystä savukaasuissa ei ole muuta haittaa kuin mahdollinen savupiipun jäätyminen.
Taulukko 1 Kuukausien keskimääräiset keskilämpötilat Suomen eri osissa.
. Polttoaineen kosteuden vaikutus palamiseen on suuri ja se on helpoimmin hallittavissa.Polttopuu kuivataan parhaiten auringossa. Jos puu kaadetaan keväällä ennen kasvukautta, se voi olla pilkottuna kasassa ulkona koko kevään. Juhannuksen tienoilla puut tulisi siirtää katon alle hyvin tuuletettuun varastoon. Kuumana kesäpäivänä kosteus vähenee aina 15% tasoon, mikä on sopiva kosteusprosentti puhtaan palamisen kannalta. Käytännösssä kuivan puun tunnistaa kun kalauttaa pilkkeitä yhteen. Jos ääni on kilahtava ja terävä on puu polttokelpoista. Kuivasta puusta irtoaa kuori tai kaarna helposti./4/ osalta tulisija lämmityksen avulla tulisi korvata mahdollisimman suuri osuus päiväsähköstä tähdättäessä maksimaaliseen rahalliseen hyötyyn. Kuoritakan ominaisuudet huomioiden paras tapa polttaa tulisijaa nivoutuu pitkälti käyttäjän normaaliin vuokausirytmiin ja mahdollisuuksiin käyttää tulisijaa.
Tulisijan massiivisuuden ohella tulisijan käyttöä rajoittaa tulipesän koko ja siitä johtuva sopiva panoskoko. Käytännön ohjeena panoskoolle antaa tulipesän nielun alainen tilavuus: jokaista poltettavaa puukiloa kohta tarvitaan n. 14 litran tilavuus. Tämän perusteella voidaan valmistulisijamalleille laskea seuraavat maksimaaliset suosituspanoskoot:
| 5. TULISIJAN KÄYTTÖ MUUN LÄMMITYSJÄRJESTELMÄN KANNALTA |