sama kuva koko ikkunaan kylmävesisäiliö aurinkoputki vesivaraaja keskusmuuri aurinkolämmön ilmakeräin kaksoisvaippaputki kaksoisvaippaputki aurinkolämmön vesikeräin viherhuone viherhuone itsesäätyvä tuloventtiili ilmanotto maaputki ulos salaoja salaoja salaoja salaoja betonirunko sateenvarjoeriste sateenvarjoeriste sateenvarjoeriste suljettukiertoiset maaputket avoimet maaputket avoimet maaputket

AURINKOENERGIATALO

"Passiivitalot perustuvat yksinkertaiseen rakennusteknologiaan, eikä niiden arkkitehtuurille ole erityisiä rajoituksia. VTT:n määritelmän mukaan passiivitalo on rakennus, jonka vuotuinen lämmitysenergian tarve on 15-30 kWh/m2/v riippuen maantieteellisestä sijainnista" (http://www.aurinkoenergiaa.fi/). Passiivitalojen ja ns. nollaenergiatalojen perustana on erittäin tiivis ja lämpöeristetty vaippa. Tällöin lämmitykseen riittää hukkalämpö (ihminen, valaistus ja koneet) sekä mahdollisuuksien mukaan auringon hyödyntäminen. Tämä on huomattava parannus pohjoisen asukkaan ekologiseen jalanjälkeen. Passiivitalo on kuitenkin täysin riippuvainen sähköstä ja koneellisesta ilmanvaihdosta. Ilman sähköä passiivitalo muuttuu pian asuinkelvottomaksi.

Seuraavassa kuvataan lähes energiaomavaraisen ja huoltovapaan kodin rakenne- ja lvi-ratkaisut mallia low-tech. Talossa voi olla tavanomaiset sähköiset mukavuudet, mutta siinä voi asua terveellisesti ja sangen mukavasti myös ilman sähköä. Suuri osa rakenne- ja lämpöratkaisuista löytyy John Haitin teoksesta Passive Annual Heat Storage (= PAHS).

Kokonaiskuva

Useimmat aurinkoenergiataloon liittyvät ratkaisut on koottu tähän kuvaan. Kuvan eri osia klikkaamalla siirryt kyseiseen kohtaan artikkelissa.

aurinkotalo9.gif (41,6 kB) sisältää kuvakartan

Uudempia kuvia ja näkemyksiä löydät englanninkielisestä versiosta.

Lämmönsiirron teoriaa

Syvälle maahan tuotu lämpö leviää pallomaisesti kaikkiin suuntiin, ylös- ja alassuunnat eivät eroa toisistaan. Lämpö siirtyy kuivassa maaperässä johtumalla, lämpörintaman edetessä karkeasti metrin kuukaudessa. Siten maan lämpötila on tasoittunut kuuden metrin syvyydessä hyvin lähelle ilman vuotuista keskiarvoa. Aurinkolämpöä kesällä siirtäen maansisäistä vakiolämpötilaa on mahdollista kohottaa Etelä- & Keski-Suomen 2-6°C:sta vaikka noin 19°C:seen, mikä riittää kattamaan talon lämmitys- ja ilmastointitarpeen. Lämpövarastona toimiva maamassa on saatava erittäin kuivaksi, koska

  1. vesi kasvattaa lämmönjohtumisnopeutta,
  2. lämpö poistuu valuvan veden mukana.

Kaikki maaperät eivät siis kelpaa lämpövarastoksi (kapillaarivesi, pohjavesi, radon).

Aurinkolämmön siirto maaputkissa ja keräimissä perustuu luonnolliseen konvektioon: ympäristöään viileämpi ilma lämpenee, harvenee ja kohoaa. Vastaavasti ympäristöään lämpimämpi ilma luovuttaa lämpöä, tiivistyy ja laskee itsestään. Tämä on huomioitava muun muassa maaputkien oikeana kallistuksena: maata kylmempi ilma ei etene laskevassa eikä lämpimämpi ilma nousevassa maaputkessa.

Ilmanvaihtoon vaikuttavaa konvektiota kutsutaan piippuefektiksi: kun ulkona on viileämpää kuin sisällä, alhaalta asuntoon tullut ilma lämpiää ja poistuu ylhäältä. Tuloilman nousupyrkimys viileällä säällä aiheuttaa tulo- ja poistoilma-aukon välille paine-eron, joka on suoraan verrannollinen sisä- ja ulkoilman tiheyseroon (lämpötilaeroon) sekä aukkojen korkeuseroon.

Talon rakenne

Oleellisin rakenneratkaisu on talon sijainti kokonaan maan alla. Yli kuuden metrin maakerros asunnon katon päälle tulisi kalliiksi ja vaikeuttaisi muun muassa luonnonvalon käyttöä. Siksi asunto sijoitetaan eteläiselle mäenharjalle lähemmäs maanpintaa laajan eristekerroksen alle sekä varustetaan lämmönkerääjänäkin toimivalla ikkunalla. Maisemoidusta talosta näkyy ulos vain pääikkuna, aurinkokeräimet, ovet sekä ilmanvaihto-, savu- ja valokanavat. Siksi talon ulkopinnoissa ei ole paljon huoltokohteita, lähinnä pestävää tarpeen mukaan.

Paras runkoratkaisu olisi

6-9 m leveä ja talonkorkuinen ympyräjänne avautuu ikkunaksi mäen etelärinteeseen. Sopivalla pohjaratkaisulla, lasitiilillä ja kattomuodolla sisätilat ovat valoisampia kuin perinteisessä talossa. Pimentoon kuitenkin jääviä tiloja voidaan valaista valokuilun 'light tube' tai valonkeräinten ja kuituoptiikan avulla. Pimeän (vuodenajan) valaisussa lienee turvauduttava ledeihin, jotka voi myös yhdistää em. kuituoptiikkaan.

Betonirungon sivuille ja päälle tulee vesieristys muovista ja/tai kumibitumista. Muovitus jatkuu rungosta alaspäin, ja ulospäin taivutetun muovireunan päälle rakennetaan salaojitus. Salaoja kiertää ikkunaa lukuun ottamatta koko rungon ympäri, mutta hieman runkoa alempana, myös kallistus on muistettava. Asuintilat ja sitä lähellä oleva maamassa pyritään pitämään mahdollisimman lähellä 19°C ympäri vuoden, joten runkoon ei tule lämpöeristettä. Betonirungon sisäpuolelle tulee höyrynsulku ja maali tai vesieristys ja laatoitus. Lattioissa myös ohut parketti on mahdollinen. Seinät ovat hyvin vaaleita ja lattia tummahko, mikä tehostaa valaisua ja minimoi ylilämpenemistä kesäisin.

Talon päälle tulee sateenvarjonmallinen eristekerros: kolmen oikein limitetyn polyetyleeni-muovikerroksen välissä kaksi polystyreenilevykerrosta. Muovi säilyy kauan maan alla vähähappisessa ja plus-lämpötilaisessa ympäristössä. Kolme muovikerrosta minimoi veden läpäisyn jos/kun rakennusvaiheessa syntyy reikiä. Myös pohjustukseen on syytä paneutua, jotta eristekerrokseen ei synny painumia ja niihin vesitaskuja. Sama yhtenäinen eristekerros suojaa myös etelärinteen aurinkokeräimet ja ikkunan alapuolisen rinteen. Katon ja eristekerroksen väliin on hyvä laittaa maata vähintään puoli metriä: asuintilojen ylimääräinen lämpö poistuu luonnollisimmin katon kautta. Eristekerroksen päällä on maata vähintään puoli metriä, mikä ehkäisee kasvillisuuden kuivumista kesäisin. Jotta routa ei yltäisi muoviin äärivuosinakaan, maakerroksen tulisi olla kuitenkin Etelä- ja Keski-Suomessa noin metrin paksuinen. Rungon kohdalla ja siitä neljä metriä ulkopuolelle oleva eristekerros on paksuudeltaan 15 cm. Sateenvarjoeristeen reunat on salaojitettu, ulottuvat noin 8 m etäisyydelle ulkoseinistä, taipuvat selvästi alaspäin ja ohenevat 2,5 cm:iin. Ohuempi eriste säästää kuluja ilman lämmönhukkaa, koska eristetyn maamassan lämpötila on muutenkin viileämpi reunalla. Eristekerros viettää ulkoreunoille pääosin vedenpoiston takia. Lisäksi eristekerroksen alle muodostuva puolipallomainen lämmönkeruualue ulottuu alemmas talon alla eristeen alas taivutettujen reunojen ansiosta. Alimman muovin reunan päällä kiertää siis salaoja, jonka on selvittävä koko sateenvarjon imeytysvesistä. Salaojiin tulee putken lisäksi sopivaa soraa, samoin päällimmäisten muovireunojen alle estämään vesitaskujen muodostumista. Sateenvarjon reunat salaojineen viettävät etelärinteeseen päin, jonne imeytysvedet johdetaan.

Jätehuolto

Talossa on erotteleva ja kompostoiva kuivakäymälä, koska juomaveden käyttö huuhteluun ei ole järkevää ja poiskuljetettavan ongelmajätteen sijaan saadaan maanparannusainetta. Kompostisäiliön tyhjennystä ja tuloilmaventtiilin puhdistusta varten voidaan tarvita käynti lattiatason alle. Jos talossa on tiskikone, virtsat voidaan johtaa tiskivesien kanssa samaan mustavesisäiliöön. Virtsat voidaan myös kerätä erilliseen säiliöön ja käyttää lannoitteena. Pyykinpesu- & suihkuvedet on käsiteltävä omassa puhdistamossa tai imeytyskentässä. Suihkun, pesukoneen ja tiskin lämpimät jätevedet voidaan ohjata bi-metallisen venttiilin avulla automaattisesti lattian alle, puhdistettavaan välisäiliöön, josta saatava jätelämpö lämmittää maaperää ja asuntoa.

Lämmitys

Haitin ratkaisut

John Haitin mukaan maanalainen ikkunallinen asunto voi itse kerätä kesäisin aurinkolämpöä ja varastoida sitä riittävästi ympäröivään, ylhäältä eristettyyn maamassaan koko talven ajaksi. Itään, etelään ja länteen avautuvien ikkunoiden kautta aurinko lämmittää asunnon ilmaa kesäpäivisin niin paljon, että lämpöä siirtyy seinien kautta johtumalla maaperään. Jo tällaisenaan ikkunoiden keräämä aurinkolämpö sekä asumisen hukkalämpö nostavat ympäröivän maamassan keskilämpötilaa huomattavasti, mutta ei vielä riittävästi ympärivuotiseen asumiseen. Lisäksi asunnon ympärivuotinen lämpötilanvaihtelu on liian suuri.

Haitin merkittävä idea on lisätä sekä asunnon tarvitsema ilmanvaihto että lisälämpö maaputkien avulla. Asunnosta lähtee kaksi maaputkea, tulo- ja poistoilmalle. Toinen putkista alkaa ikkunoiden luota lattialta, kulkee alaspäin sateenvarjoeristeen alla ja aukeaa esimerkiksi ikkunan edessä olevaan rinteeseen. Toinen putkista alkaa katosta asunnon korkeimmasta kohdasta, kulkee alaspäin sateenvarjoeristeen alla ja aukeaa rinteeseen, esimerkiksi asunnon edessä tai takana.

Kesällä konvektio kuljettaa asunnossa lämmenneen ilman ulos katossa olevan putken kautta ja vastaavasti tuo ulkoa raikasta ilmaa lattiaputken kautta. Putkien ansiosta asunto ei siis kuumene niin voimakkaasti kesällä ja maaperään saadaan varastoitua enemmän lämpöä talvea varten. Talvella konvektio kuljettaa ulkoa raikasta ja maaperän lämmittämää ilmaa asuntoon kattoputken kautta. Ikkunan luona viilentynyt ilma poistuu vastaavasti lattiaputken kautta. Putkien ansiosta asunto ei viilene niin voimakkaasti talvella. Konvektio perustuu aurinkokeräimen ja maamassan väliseen lämpötilaeroon, eikä esimerkiksi asunnon ja ulkoilman lämpötilaeroon tai rinteessä olevien tulo- ja menoilma-aukkojen korkeuseroon. Maaputket ovat siten itsesäätyviä: ilmavirta kasvaa automaattisesti asunnon ja maamassan lämpötilaeron kasvaessa.

Lämmönsiirron tehostamiseksi Hait esittää useita pienempiä rinnakkaisia maaputkia yhden ison sijaan sekä vähintään 1,2 m väliä näille rinnakkaisille putkille. Neljän rinnakkaisen putken kokonaispinta-ala on kaksi kertaa suurempi kuin yhdellä vastaavan poikkialan omaavalla putkella. Putkien ympärillä etenevät lämpörintamat voivat yhtyä toisiinsa, mikä pienentää lämmönsiirtotehoa putkesta maaperään. Putkien riittävä välimatka ehkäisee ätä. Lisäksi maaputket tulisi sijoittaa vähintään 3 m päähän talon rungosta, missä vain mahdollista. Tämä ehkäisee lämpörintaman suoraa vaikutusta asunnon lämpötilaan. Sen sijaan katosta lähtevä putki voidaan suunnata talon etupuolelle ja jopa kiinni lattiasta lähtevään putkeen, jolloin syntyy pienitehoinen vastavirtalämmönvaihdin: talvella lattiaputken kautta poistuva ilma esilämmittää sisään tulevaa pakkasilmaa. Putkien avoimet päät sijoitetaan riittävän kauaksi toisistaan, jottei poistoilma sekoittuisi tuloilmaan.

Haitin ratkaisuissa on muutamia puutteita:

Lämmityksen säätämiseksi Hait esittää ikkunan varjostimia, jotka otetaan käyttöön, jos asunto kuumenee liikaa tai maaperä saavuttaa riittävän lämpötilan syyskesällä. Jos maaperän lämpö ehtyy kevättalvella, voidaan tarvita lisäeristeitä ikkunoille. Ratkaisut edellyttävät asujan aktiivisia toimenpiteitä ja lisärakenteita. Varjostimet ja lisäeristeet pimentävät asuntoa.

Ilmanvaihdon vaihteluja voidaan tasata sähköisellä puhaltimella. Se voisi olla jatkuvatoiminen tai asujan tarvittaessa käynnistämä. Jälkimmäinen vaatii aktiivista seurantaa ja ensimmäinen sähköä.

Parannusehdotukseni

Oma ehdotukseni mainittujen ongelmien ratkaisuun sisältää seuraavat muutokset: laajempi ja osin paksumpi sateenvarjoeristys - Hait esittää alle 7 metrin päähän ulottuvaa ja max 10 cm paksua eristettä. Lähimmät maaputket kulkisivat, missä mahdollista, 4 metrin etäisyydellä rungosta, mikä tasoittaa lämpötilaa rungon vieressä. Rinnakkaisten putkien väli olisi 1,5 metriä, mikä tehostaa lämmönsiirtoa ääriolosuhteissa, keväällä ja syksyllä. Asunnon sijaan lämpökeräimenä toimisi viherhuone sekä kaksi muuta, tehokkaampaa keräintä. Viherhuone eristäisi asuintilat ulkoilmasta tasoittaen sisälämpötilaa. Tehokeräimet varmistaisivat riittävän lämmönsiirron maaperään huonompinakin kesinä. Asuintilojen ilmanvaihto toteutetaan erillään aurinkokeräimistä jatkuvana ja oikein kohdistettuna.

Lisäaurinkokeräimet rakennetaan ikkunan molemmille reunoille, rinnettä tukeviin betoniseinämiin. Seinämät aukeavat ikkunasta ulospäin noin 90 asteen kulmassa toisiinsa ja ne ovat kallellaan noin 60 asteen kulmassa, mikä optimoi valaisutehon, lämmönkeruun ja seinän tukitarpeen toisiinsa. Seinämät olisi hyvä erottaa/eristää asunnon betonirungosta kylmäsillan välttämiseksi. Molempien seinämien eteen tulee musta pellitys: pellin ja betoniseinän välinen ilma lämpenee voimakkaasti kesäpäivisin. Kuumentunut ilma poistuu keräimen yläreunasta ja luovuttaa lämmön talon ympäri keräimen alareunaan johtavissa putkissa. Näissä keräimissä on siis suljettu kierto. Keräinten alareunan ilma-aukoissa on kevyt takaiskukalvo, joka estää vastakkaisen konvektion ja lämmönhukan viileällä/yöaikaan. Maamassan lämpötilaa eri etäisyyksiltä seuraamalla voidaan arvioida oikea hetki tukkia keräinten yläreunan putket eristetulpalla talveksi.

pahs diagonal.gif (4,9 kB) Suljettukiertoiset aurinkokeräimet pääikkunan molemmin puolin

Pääikkunan takana on lasiseinäinen viherhuone, joka on samalla kolmas aurinkokeräin. Sen yläreunasta lähtevä putki avautuu talon kierrettyään ikkunan edessä olevaan rinteeseen eristekerroksen alla. Toinen putki kulkee edellisen vieressä (= vastavirtalämmönvaihdin) rinteestä puutarhan alareunaan. Myös nämä kannattaa haaroittaa useaksi rinnakkaiseksi putkeksi. Viherhuone toimii ympärivuotisena virkistyskeitaana, kerää kesäisin lämpöä ja estää asunnon kuumenemisen. Viimeisintä varten viherhuoneen sisälasipinnat voivat olla lievästi heijastavat. Viherhuoneen putket ovat avoinna myös talvisin ja tuovat vastakkaisella konvektiolla lämpöä maaperästä pitäen viherhuoneen reilusti plussalla kovimmillakin pakkasilla. Siten viherhuone pienentää tehokkaasti asunnon lämpöhukkaa talvisin suuresta ikkunasta huolimatta. Jotta maaperää kylmentävä vaikutus ei ulottuisi taloon, viherhuoneen putket sijoitetaan noin 6 metrin etäisyydelle rungosta. Hellekausia varten tarvitaan erilliset, ylempää rinteestä viherhuoneen lattiatasolle laskevat tuloilmaputket, joissa helleilma jäähtyy sisälle virratessaan ja jotka suljetaan eristetulpalla talveksi. Koska viherhuone ei ole aktiivinen oleskelutila, katkokset ilmanvaihdossa voidaan jättää huomiotta.

pahs summer.gif (8,9 kB) Ilmankierto ja lämmönsiirto kesäaikaan hobittitalon viherhuoneen kautta vs. perinteisessä talossa.
pahs winter.gif (8,6 kB) Ilmankierto ja lämmönsiirto talviaikaan hobittitalon viherhuoneen kautta vs. perinteisessä talossa.

Muita lämmitystarpeita varten asunnon keskeisellä paikalla sijaitsee kaksikerroksinen takka-hella-leivinuuni-kiuas-sydänmuuri -yhdistelmä, jota lämmitetään puulla, mahdollisesti myös sähköllä. Yhdistelmään liittyy myös ensimmäisen kerroksen katonrajassa oleva lämminvesivaraaja, joka myös lämmittää asuintiloja. Lisälämmitystarve on aluksi suuri, koska talon ympärillä oleva maamassa saavuttaa lopullisen lämpötilan aikaisintaan parin aurinkoisen kesän kuluttua.

Vesi

Sateenvarjoeristeen päällä sijaitsee erillinen kylmävesisäiliö, josta vesi valuu painovoimaisesti hanoihin ja hyvin eristettyyn varaajaan. Säiliön sijoitus, talon korkeus sekä tavanomaista paksummat putket parantavat putkistopainetta. Vesi pumpataan säiliöön joko sähköllä tai käsin ja säilyy sijaintinsa ansiosta noin 4°C:isena. Jos lähellä olisi kirkasvetinen puro tai järvi, veden liikuttama uppotukki voisi huolehtia pumppaamisesta, tippa kerrallaan.

Varaajaan tuleva vesi esilämpiää 19°C:seen sateenvarjoeristeen alla kiertävässä putkessa. Koska putken pinta-ala on pieni ja veden hetkellinen lämmitystehontarve suuri, ympäröivään maahan voidaan lisätä säteittäin ohuita kuparitankoja lämmönsiirron tehostamiseksi. Kylmävesiputket ovat sen sijaan kauttaaltaan eristetyt. Molempien putkien on oltava "ikuista" tai huollettavaa mallia, koska vaihto edellyttäisi sateenvarjoeristeen purkamista. Varaajan lämmitys käyttölämpötilaan (keskim. yli 50°C) tapahtuu joko sähköllä ja/tai savuhormiin integroidussa putkistossa sekä ei-pakkaskaudella aurinkokeräimessä. Tiilisen savuhormin alaosaan piilotetaan teräksinen kaksoisvaippaputki: takan, hellan, uunin ja kiukaan savukaasut johdetaan sisempään putkeen, varaajan vesi lämpiää luonnollisella konvektiolla ulkovaipassa. Veden konvektio lakkaa automaattisesti, kun tulisijoja ei lämmitetä. Loppuun kuluneen kaksoisvaippaputken vaihto ei vaadi merkittävää rakenteiden aukirepimistä. Kaksoisvaippaputken päälle katonrajaan tulee ensimmäinen savupelti, joka ehkäisee lämmönhukkaa varaajasta. Savuhormin toinen, esimerkiksi ketjullinen sulkumekanismi tulee sateenvarjoeristeen kohdalle, jossa myös poistoilmaputki eroaa savuhormista.

Varaajan tulee olla riittävän suuri, jotta kaksoisvaippaputken vesi ei ala kiehua: esimerkiksi neljällä puupesällisellä käyttölämpöinen vesi ei saisi ylittää 80°C. Tällöin myös koko varaajallisen lämmittäminen tulolämpötilasta käyttölämpötilaan vie neljä puupesällistä. Kylmävesisäiliö voisi olla kooltaan noin kaksinkertainen varaajaan nähden, jotta yksi pumppauskerta kattaa sekä kylmän että lämpimän käyttöveden tarpeen.

Varaaja on lisäksi liitetty toisilla, erittäin hyvin eristetyillä konvektioputkilla alempana, pääikkunan edessä olevaan aurinkokeräimeen. Keräimen pinnassa voisi käyttää selektiivilasia (sisäpinnalla metallioksidia), joka ehkäisee kerätyn lämmön hukkasäteilyä. Lämpötila lasin takana riittäisi veden lämmitykseen aurinkoisella pakkassäälläkin, mutta pimeyden takia konvektioputket ja aurinkokeräin tyhjennetään pakkaskaudeksi. Keräin tulee mitoittaa siten, ettei varaaja kuumene liikaa pienellä kulutuksellakaan - nollakulutusta varten keräin on tyhjennettävissä.

Ilmanvaihto

Asuintilojen ilmanvaihto voidaan rakentaa hybridiksi, joka toimii tasaisemmin sähköllä, mutta tyydyttävästi myös painovoimaisesti, mitä tarkastellaan myöhemmin. Poistoilma voidaan imeä huippuimurilla, jolloin alipaine vetää tuloilman sisään. Tuloilman ottoaukko sijaitsee kaukana alhaalla ikkunarinteessä ja siitä johtaa sisääntuloon kaksi hieman eri tavoin linjattua putkea. Alle 4°C tuloilma esilämpiää plussan puolelle eristekerroksen ulkopuolella nousevassa n. 30 m maaputkessa. Nousu jatkuu eristekerroksen alla olevassa n. 30 m putkessa, josta saadaan sisään n. 19°C tuloilmaa. Toinen putki viettää ottoaukosta alaspäin ja siinä yli 4°C tuloilma ensin jäähtyy sekä tarvittaessa kuivaa, kondenssivesi johdetaan salaojaan. Sitten putki kääntyy nousuun eristekerroksen alla ja tuloilma lämpenee n. 19°C:seen.

Tuloilma-aukot ovat pohjakerroksen "puhtaissa" huoneissa lähellä lattiaa sekä saunassa kiuaskivien ylle. Poistoilma-aukot ovat pohjakerroksessa pesuhuoneen, käymälän ja saunan katossa (tai saunalauteiden alla huippuimurillisessa versiossa) sekä toisen kerroksen äärihuoneiden katossa. Liedellä on erillinen, suljettava poistoilmaputki. Kun kuivakompostorin ilmatiivis istuinkansi avataan, poistoilmanotto ohjataan mekaanisesti käymälän katosta kompostisäiliöön, istuinosan alle. Pesuhuoneen poistoilma voidaan ottaa suihkukopin katosta. Kylpeminen jää vesistöjen varaan: se ei ole järkevää energiankulutuksen eikä kosteusrasituksen takia.

Talon runkorakenne on ehdottoman tiivis, ulko-ovien ja ikkunoiden tiiviyteen on kiinnitettävä erityistä huomiota. Löylykosteuden leviäminen estetään tekemällä myös saunan ovesta ehdottoman tiivis. Kiukaan tulipesä voi aueta esimerkiksi takkahuoneen puolelle, jolloin palaminen ei vie happea saunasta.

Painovoimaisen ilmanvaihdon perustana ovat ilmanpaine-erot, jotka syntyvät

Piippuefekti on voimakkain kovilla pakkasilla, heikkenee ulkolämpötilan noustessa, kunnes kääntyy vastakkaiseen suuntaan helteillä. Aiemmin kuvatussa ratkaisussa asuntoon tuleva ja asunnosta lähtevä ilma ovat ympäri vuoden lähes samanlämpöisiä kuin asunto, joten piippuefekti on käytännössä aina nolla pelkän asunnon osalta. Lämpötilaerot tuloilmaputkiston eri osissa voivat olla suuriakin, mutta loiva putkisto kuluttaa suuren osan piippuefektin tuomasta edusta. Siten piippuefektille jää merkittävin rooli poistoilmaputkiston toiminnassa. Erityisesti kesäaikaan piippuefekti voidaan pitää oikeansuuntaisena ja vahvistaa poistoputken päähän tulevalla aurinkoputkella sekä poistoputken sijoituksella osaksi savuhormia (= rinnakkainen kanava savupiipussa). Nämä kasvattavat poisto- ja ulkoilman lämpötilaeroa. Hormin korkeuskin on hyödyksi. Aurinkoputki on pinnaltaan musta ja ympäröi poistoilmaputken päätä. Auringon lämmittämä ilma nousee aurinko- ja poistoilmaputken välissä ja imee samalla myös poistoilmaa. Hellekautena voidaan myös poistaa poistoilmaputken eriste aurinkoputken kohdalta, jolloin aurinkoputki myös lämmittää poistoilmaa hieman.

Poistoilman virtausta tehostetaan tuulella käyttäen venturia ja roottoria, jotka ovat osoittautuneet yllättävän tehokkaiksi Viikissä. Tuuliohjain ja roottori sopivat myös tuloilman puhaltamiseen. Venturi muodostaa aurinkoputken päälle kapenevan raon, jossa tuulen nopeus kasvaa ja pienentynyt staattinen paine imee poistoilmaa. Venturi toimii myös sadehattuna. Lopuksi voidaan lisätä roottori: venturin päälle tulee tuulimittareista tuttu palloristikko ja alle akselin päähän potkurisiivekkeet.

Tuloilman ottoaukkoon lienee lisättävissä laaja-alainen (>2 m²), ohuehko suodatin, joka ei tyrehdyttäisi virtausta. Tuloilmaputkien puhtaus ehkäisee myös homeita yhdessä kondenssinpoiston kanssa. Tuloilmalle lisätään myös itsesäätyvä tuloventtiili, joka ehkäisee liiallista ilmanvaihtoa niin pakkasella kuin kovalla tuulella. Hollantilaisen NatVentin kehittämä malli, jossa kaarevalla pinnalla lepäävä tasapainotettu kaareva levy kääntyy ilmavirran vaihdellessa, on mittauksissa kyennyt hyvin tasaamaan tuloilmavirran laajalla paine-eroalueella.

Lämmöntalteenotto on jossain määrin mahdollista myös painovoimaisessa ilmavaihdossa: tätä on kokeiltu ainakin tietokoneista tutuilla lämpöputkilla, jotka toimivat myös erittäin pienillä lämpötilaeroilla eivätkä lisää paljoa vastuspainehäviötä. Lämmöntalteenoton etuna olisi pienempi lämmön kulutus maaperästä, mutta hintana olisi säätötarve lisäputkineen sekä tulo- ja poistoilmaputkien linjaaminen hankalasti kohtaamaan toisensa. Käytännössä passiivinen lämmöntalteenotto poistoilmasta tuskin kannattaisi tai toimisi passiivista aurinkolämpövarastoa käyttävässä talossa.

Ylläpito ja huolto

Maanpäälliset sovellukset

Vallitsevat asenteet, kokemuksen puute ja sopivien rinnetonttien vähyys varmistavat, ettei kuvailemastani aurinkoenergiatalosta ole sellaisenaan kovin laajojen massojen asunnoksi. Toisaalta suhteellisen pienikin mäennyppylä laajenee kummasti, kun sinne upotetaan talo.

Useille realistisempi vaihtoehto olisi vain osittain maanalainen talo (earth bermed house) tai perinteinen talo, joka sijaitsee etelärinteessä tai rinteen päällä. Talon maanpäällisissä osissa turvaudutaan matalaenergiatalon mukaisiin eristepaksuuksiin. Talon ympärille, routarajan alapuolelle rakennetaan laaja sateenvarjoeriste, kuten aiemmin on kuvattu. Kyseessä on ikäänkuin normaali routaeristys potenssiin kolme.

aboveground.pn (45,2 kB) Aurinkokeräimet ja maaputket perinteisen rinnetalon lämmityksessä

Lisäksi talon alapuoleiseen etelärinteeseen sijoitetaan samanlainen (tai useita) aurinkokeräin mustalla peltipinnalla kuin hobittitalossakin. Keräimen yläreunasta kiertää useita pitkiä maaputkia takaisin keräimen alareunaan. Kesän aurinkoisina päivinä taloa ympäröivään maamassaan varastoituu ilmaiseksi huomattava osa talvella tarvittavasta lämmöstä. Maalämpöä saadaan asuntoon mukavasti alhaalta päin sitä mukaa kuin sitä ylhäältä karkaa.

Tasamaastossa ja kaupungeissa voisi tulla kyseeseen lämmönsiirto pakotetulla konvektiolla ts. pienitehoinen puhallin voisi kierrättää aurinkokeräimissä lämmennyttä ilmaa maaputkien kautta. Koska sähkönkäyttöä ei voi tässä välttää, puhaltimen käynnistys voisi tapahtua automaattisesti keräimen lämpötilan mukaan. Aurinkokeräin voisi olla tarvittaessa myös vaakasuorassa. Ratkaisun hyötysuhde lienee syytä laskea ennen koko kaupungin rakentamista lämpövaraston päälle.

Sanasto

Linkkejä