Keksijäprofessori Tero Joronen kehittää teknologioita sekä työkseen että perheensä iloksi. Energiapaaluilla seisova passiivikivitalo lämpiää ilma- ja lattialämmityksen yhdistelmällä.

Kun Tero Joronen alkoi rakentaa perheelleen kotia Tampereelle 2010, hän aikoi rakentaa yksinkertaisen talon. Kuitenkaan talosta ei tullut tavanomaista. Ihmekös tuo, kun mies on tehtaillut kolminumeroisen luvun keksintöilmoituksia.

Pääosa Jorosen keksinnöistä hyödyttää liike-elämää, sillä hän on tehnyt Valmetille parisataa keksintöilmoitusta. Niistä viisi on patentoitu ja yksi oli vuodenvaihteessa vireillä.

Joronen, Valmetin uuden teknologian projektipäällikkö, on erikoistunut energiatekniikan kehittämiseen, optimointiin ja kehittyneisiin säätöihin. Tekniikan tohtoriksi hän väitteli 2005 leijukerroskattiloiden optimoinneista.

”Innostuin kymmenkunta vuotta sitten maailmanparantamisesta, jolloin aloin paneutua biopolttotekniikkaan. Päästöjen vähentäminen on aina kiinnostanut”, hän sanoo.

Reilut viisi vuotta sitten Joronen siirtyi osittain Tampereen yliopistolle, aluksi teollisuus-, sitten työelämäprofessoriksi. Miehen työpanoksesta Valmet saa 60 prosenttia, yliopisto 40 prosenttia. Tampereen yliopisto palkitsi Jorosen Vuoden keksijänä 2020.

Joronen luonnehtii, että omassa talossa korostuvat asuttavuus ja tasapainoisuus. Talossa on satsattu niin sisustamiseen kuin käytännöllisyyteen.

”Oma talo ei saa olla vain insinööritalo. Olen siis sijoittanut tekniset keksinnöt rakenteisiin.”

Energia omista paaluista

Kun Joroset löysivät haluamansa tontin, Tero Joronen päätteli, että kustannussyistä on itse rakennettava paljon. Mies luki talonrakennuskirjoja ja innostui rakentamisesta, kun talo oli pätevästi suunniteltu. Näin Joronen kehuu arkkitehtiparia Tiina Vimpari ja Tuomo Nakari.

Ensiksi piti ratkaista, mikä energialähde varastoisi energiaa mahdollisimman edullisesti. Porakaivosta Joronen sai liian kalliin tarjouksen, joten oli keksittävä parempi ratkaisu.

Savimaa edellytti paalutusta, mutta myynnissä oli vain 90-millistä energiapaalua. Joronen päätti käyttää edullisempaa 75-millistä teräsputkea. Energiapaaluksi se muuttui 25-millisellä putkella, jonka Joronen ujutti tavallisen, siniraitaisen 40-millisen PE-putken sisään koaksiaalisesti eli sama-akselisesti. Tämä putkipari sijoitettiin teräspaaluun. Paalussa energiaa kuljettaa keruupiiri, jonka nesteenä toimii veden ja bioetanolin eli viinan seos.

”Vesi kiertää noin kahdeksanasteisena, kun porakaivosta olisi tullut kiertoon noin neljäasteista vettä. Ja säästin paljon. Kaivo olisi tullut tuplasti kalliimmaksi kuin paalut ja niiden asennus”, hän myhäilee.

Nyt jyhkeä talo lepää 32 keskimäärin 12-metrisen paalun päällä. Paaluista 24 on kytketty kolmen paalun sarjoihin. Näin muodostuu kahdeksan keruupiiriä. Jorosen odotusten mukaisesti savimaa varaa lämpöä hyvin.

”Kuuden metrin paalutussyvyys olisi ehkä riittänyt, kun savimaa johtaa lämpöä paremmin kuin peruskallio”, hän pohtii.

Joronen jatkaa, että paalujen lyöminen pihaan olisi kätevin ja turvallisin ratkaisu, ja pintamaa on kesäisin lämpimämpää kuin syvällä. Teoriassa keruupiirit voivat talon perustuksissa jäätyä, mutta näin ei käy, kun järjestelmä on oikein suunniteltu.

Keruupiirejä varmistaa 70 metriä siniraitaputkea, jotka on asennettu kesäaikaista lämmön talteenottoa varten talon tiilikaton etelään avautuvan lappeen alle. Varausta ei ole tarvittu, kun lämpöä riittää hyvin.

Keksijäprofessori Jorosella on meneillään yliopistollinen tutkimus energiapaalujen soveltuvuudesta harju- ja savimaihin. Teknoekonominen selvitys osoittaa, että energiapaalu on lämpöteknisesti ja kustannuksiltaan lämpökaivoa edullisempi vaihtoehto.

Ilma + lattia = lämmitys

Passiivikivitalon 41-senttinen seinärakenne koostuu erikoiskovasta kipsilevystä, EPS-valumuotista – jonka keskelle on valettu betoni – ja monikerrosrappauksesta. Höyrynsuluton talo on osoittautunut terveeksi.

Katossa on polyuretaania ja 50 senttiä selluvillaa. Ontelolattian alla on 40 senttiä EPS-eristettä, joten lattialaatassa on lämmönjakopiirien ansiosta vain sentin eriste.

Joronen sanailee, että kun joka taloon pitää asentaa ilmanvaihto, sen ilmanvaihtokonetta ja -kanavia voi hyödyntää myös talon lämmittämiseen.

Ilma- ja lattialämmityksen yhdistelmä syntyi, kun Joronen pohti optimaalista lämmitysjärjestelmää. Hän hoksasi, että yhdistelmä tarvitsee lämmönvaihtimen eli jälkilämmittimen.

Aluksi lämmön talteenottolaite esilämmittää ilmanvaihtoilman. Sitten ilmanvaihtokanavassa lämmönvaihdin lämmittää ilmaa lisää.

Lämmönvaihdin näyttää isolta pulloharjalta. Siinä on runsaasti alumiinilankoja, jotka johtavat hyvin lämpöä. Vaihtimella on iso pinta-ala, joten lämpö siirtyy tehokkaasti ilmaan.

Joronen toteutti oman lämmönvaihtimensa teettämällä liitynnät Hydrocelliltä ostamiinsa lämmönvaihtimiin. Liitynnät tehtiin oppilastyönä Tampereen seudun ammattiopistossa.

”Lämmitysvesi tulee lämpöpumpulta, ja ilma lämmitetään vastavirtaperiaatteella, mikä edelleen nostaa hyötysuhdetta”, Joronen kiteyttää keksinnön perustan.

Lisäksi tarvitaan lämmönluovutus. Jorosten joka huoneen lattiassa on ilmaputkisto, ja lattiasäleiköistä johdetaan tuloilma huoneilmaan.

Joka huoneessa on vähintään yksi lämmönvaihdin, ja tuloilmakanavista saatavaa lämmitystä voi säätää huoneittain. Joka lämmönvaihtimelle on tuloilmaräppänä, olohuoneessa näitä kennostoja on kolme.

Saunatilojen, kodinhoitohuoneen ja keittiön lattiavaluissa ilma kiertää jatkuvasti, sillä Joronen on kytkenyt kosteiden tilojen ilmankierron suljetuksi, ja ilmaa kierrätetään erillisillä puhaltimilla.

”Lämmönluovutusputkistolla on valtava pinta-ala. Oli juhlava hetki, kun putkisto valettiin betonilaatan sisään – ja toimiihan se”, Joronen kommentoi.

Lämmönvaihtimia on 12, niistä osa on täyspitkiä, toiset puolikkaita. Joronen kertoo miettineensä aika lailla, että sai lämmönvaihtimet säädettäviksi. Vesi menee lämmönvaihtimille linjasäätöventtiileiden kautta, kustannussyistä huonetermostaattivarausta ei käytetty. Vaihtimet pitää myös olla irrotettavissa, kun ne on joskus puhdistettava.

Järjestelmä on toiminut luotettavasti jo yli kymmenen vuotta.

Lämmönvaihdinten fyysinen sijoittelu tuotti vaikeuksia. Ne sijaitsevat portaiden alla, teknisessä tilassa ja koteloituna ylhäällä vaatehuoneessa.

Talon kokonaisala on 209 neliömetriä. Jorosen mukaan lämmitysjärjestelmä ei vielä toimi optimaalisesti, joten sähköä kuluu vuodessa noin 15 000 kilowattituntia. Sähköstä valtaosan vie veden lämmittäminen, lisävaraaja antaa vesivirran kahdelle rättipatterille.

Kupariputkia takassa

Kun talotoimittaja ei tiennyt, miten savuhormi vedetään EPS-valumuotin läpi, Joronen joutui kehittämään tällekin pulmalle toimivan ratkaisun. Se on teräshormin, palovillan, jäähdyttävän pellin ja lämmönkestävän uretaanin monikerroksinen yhdistelmä.

Tehdasvalmisteisesta takasta Joronen tuunasi paksun, jotta se varaisi tehokkaasti lämpöä. Muotoilun vuoksi takka on myös korkea. Lisäksi hän asensi takan kylkiin kupariputket. Ne lämmittävät yläkerrassa sekä lattiaa että ilmaa, kun putkisto on lattialaatan reunoissa ja erillisessä ilmankierrossa.

Joronen muurasi takkaan paksun ulkokuorikerroksen, jotta takka ei lämmitä liikaa. Talo on tosin hyvin lämmöneristetty, joten takkaa lämmitetään vain kovimmilla pakkasilla.

Takkanurkan toisella puolen on sauna. Joronen joutui tekemään saunassa vaakavedon piippua kohti, jotta sai turva­etäisyydet määräysten mukaisiksi.

Saunan Joronen rakensi, kun oli lukenut monet kirjat saunasuunnittelusta. Ohessa syntyi löylynpidätin eli kylmäkivi. Sen rakennetta hän ei paljasta, kun uskoo keksinnöllä olevan kaupallistamismahdollisuuksia.

Aina ei heti onnistu

Talon alla on kytkemättä yksi kolmen energiapaalun putkisto. Joronen aikoi käyttää tämän ylimääräisen putkiston lasiterassin ilmakiertokennostoon: Ilmakierto jäähdyttäisi terassia kesällä, ja talvisin ilmakierto lämmittäisi terassia paaluihin kertyneellä lämmöllä. Järjestelmä tarvitsee myös kiertovesipumpun ja paisuntasäiliön. Monimutkaisen järjestelmän sähköistykseen ovat va­rauk­set valmiina.

Terassin kulmaan Joronen on suunnitellut pizzauunia, joka takkana lämmittäisi terassin oleilualuetta. Samaan kulmaan tulisi lattialämmityspiiriin yhdistettävä pakkasvahti. Tämä hanke on kesken.

Palotarkastaja on hyväksynyt lasiterassin takkavarauksen, jossa on läpivienti sisällä olevaan piippuun.

Jorosen epäonnistunut kokeilu on jäte­veden lämmön talteenotto. Siinä lämmönvaihdin on viemärissä. Kun jätevesi poistuu talosta tyypillisesti 14-asteisena, Joronen sai jäteveden jäähtymään tulevalla vedellä noin neliasteiseksi.

”Se toimi, kunnes lakkasi. Ostin liian halvan liittimen, joka alkoi vuotaa”, Joronen tarinoi.

Pihalle Joronen on rakentanut uima-altaan. Sen kanteen sijoitetun aurinkokeräimen piti lämmittää altaan vettä, mutta halvat muoviliittimet eivät toimineet putkistossa, jolla piti kierrättää vettä. Muuten lämmönluovutuslevyjä hyödyntävä ratkaisu toimii. Joronen ehtikin saada altaan kannesta 2,5 kilowatin tehon. Keksijä uskoo, että myös aurinkokeräin aikanaan täyttää odotukset.

Artikkeli on ilmestynyt TM Rakennusmaailmassa 1/22. Lue koko artikkeli Teknisesti kekseliäs talo digilehdestä.

Lue lisää:

Energiatehokas talorakentaminen vaatii valintoja