Maalämpöpumput

Vuonna 2017 Indianassa sijaitseva Ball State University sulki viimeisen neljästä hiilivoimalla toimivasta kattilasta, jotka olivat lämmittäneet sen kampusta vuosikymmeniä. In their place it drilled about 3,600 boreholes under its grounds and connected them, through two energy stations, to heat pumps that warm and cool the campus. The system cost about $65 million, and the university committed to cutting its greenhouse gas emissions by nearly 80,000 tons a year (Wikipedia, Ball State University).

Maalämpöpumppu ei ole uusi energialähde. Se on kerroin: se käyttää sähköä siirtääkseen lämpöä, joka on jo maassa rakennukseen ja tuottaa kolmesta viiteen yksikköä lämpöä jokaista käyttämäänsä sähköyksikköä kohden (IEA, 2022). Se on kypsä, luotettava ja hiljainen. Se on myös kallis asentaa, minkä vuoksi tämä sivu viettää yhtä paljon aikaa kustannuksista kuin fysiikasta.

Mitä se on

Maalämpöpumppu on erittäin tehokas ja kestävä ratkaisu. Maadoitussilmukka muoviputki haudattiin juoksuhautoihin tai pudotettiin kairareikiin, jotka on täytetty vedellä ja jäätymisenestoaineella; Lämpöpumppu järjestelmät Jääkaapin kokoinen, yleensä sisätiloissa; ja Lämmönjakelujärjestelmä, kuten patterit tai lattialämmitys. Talvella kierrossa oleva neste ottaa lämpöä maasta ja lämpöpumppu tiivistää sen 35-55 °C:een talon tarpeisiin. Kesällä sama kone voi toimia myös päinvastaisessa asennossa, jolloin se jäähdyttää rakennusta ja siirtää lämpöä takaisin maahan.

Pienissä puutarhoissa voi käyttää vaakasuoria silmukoita, jotka on asetettu 1-2 m syvyyteen. Useimmat muut rakennukset käyttävät pystysuuntaisia porauksia, tyypillisesti 15-150 m syviä; omakotitalo, joka tarvitsee 10 kW lämpöä, voi tarvita kolme 80-110 m: n porausta (Wikipedia, Ground source heat pump). Kokonaiset kadut ja kampukset voivat jakaa yhden kentän porausreikien kautta Lämpöverkko: ympäristön lämpötilassa oleva vesikierros, joka yhdistää useita rakennuksia, joista jokaisessa on oma lämpöpumppu.

Näin se toimii

Lämpöpumppu on jääkaappi, joka on käännetty nurinpäin. Työneste (kylmäaine) haihtuu matalassa lämpötilassa lämmönvaihtimessa, joka on kytketty maadoitussilmukkaan ja imee siten lämpöä. Kompressori puristaa höyryä, mikä nostaa sen lämpötilaa. Toisessa lämmönvaihtimessa se tiivistyy ja vapauttaa tämän lämmön veteen, joka menee pattereihin. Paine laskee paineventtiilillä ja kierros alkaa uudelleen.

Kerroin. Tuotettu lämpö jaettuna käytetyllä sähköllä on suorituskerroin, COP. Paras mitä lämpöpumppu voi koskaan tehdä on Carnot COP:

COP_max = T_hot / (T_hot − T_cold), lämpötila kelvinein.

Kun maaperästä tuotetaan 40 °C:n (313 K) lämpötilaista vettä, jonka lämpötila on 5 °C (278 K), lämmönvaihdinhäviöiden jälkeen saadaan 313 / 35 ≈ 8.9. Todelliset koneet saavuttavat karkeasti puoli Carnot-luvun, eli noin 4.5. Kaksi asiaa seuraa suoraan yhtälöstä:

• Nosto on tärkeämpää kuin mikään muu. Jokainen aste lämmönlähteen ja pattereiden välillä maksaa tehokkuutta. Tuloilman lämpötilan nosto 35 °C:sta 55 °C:een laskee mallinnuksen mukaisen maalähteen COP-arvon noin 4,5:stä 3,0:aan. Suuremmat patterit tai lattialämmitys, jotka toimivat alhaisemmissa lämpötiloissa, tekevät jokaisesta lämpöpumpusta paremman.
• Lähteen lämpötilalla on merkitystä. Ulkoilmassa on kylmintä juuri silloin, kun lämpöä tarvitaan eniten. Kun virtauslämpötila on −7 °C ja 55 °C, mallimme ilmalähteen lämpöarvo laskee noin 2,3:een; maaperän lämpötila on noin 10 °C, jolloin samalla virtauslämpötilalla lämpöarvo on 3,0. Se on koko maan etu.

Maa on hidas akku. Muutaman metrin syvyydessä päivittäiset vaihtelut katoavat; 10-20 m:n syvyydessä maa on lähellä paikallista vuotuista keskimääräistä ilman lämpötilaa, ja syvemmällä se lämpenee noin 0,025 °C metriä kohti (Wikipedia, Ground source heat pump). Lämpö tulee pääasiassa Auringon lämmittämästä pinnasta, ei Maan ytimestä. Pora, joka vain ottaa lämpöä pois, jäähdyttää ympäröivää kiveä hitaasti vuosien mittaan, ja tiheästi tiivistetty porausreikä voi jäähtyä nopeammin kuin maa palautuu. Lämmön palauttaminen kesällä rakennusten jäähdytyksen avulla pitää tasapainon yllä. Siksi yhteiset verkot, joissa lämmitys- ja jäähdytyskuormat yhdistetään, toimivat niin hyvin.

Kausiluonteinen luku. Teknisen tiedon COP-arvo mitataan yhdessä testiolosuhteessa. Tärkeää on kausittainen suorituskykykerroin (SPF): koko vuoden aikana tuotettu lämpö jaettuna kaikella käytetyllä sähköllä, mukaan lukien pumput ja varalämmittimet. Kenttäkokeissa mitataan SPF, ja se on aina pienempi kuin laboratoriossa mitattu COP.

Rajat

• Fysiikkaa. Carnot-raja rajoittaa COP:n tietylle nostolaitteelle; kylmäaine tai kompressori ei pääse siitä ulos. Oikeat koneet ovat jo noin puolet siitä, ja parhaat hieman enemmän.
• Maan kapasiteetti. Jokainen porakaivon metri voi tuottaa vain muutaman kymmenen watin verran lämpöä, riippuen kalliosta ja pohjavedestä, joten rakennuksen lämmöntarve määrää kuinka monta metriä on porattava. Poraus on suurin yksittäinen kustannus.
• Tilaa ja pääsy. Porauslaitteisiin on pääsy; tiheissä kortteleissa, suojelualueilla ja pienillä tonteilla ei ehkä ole paikkaa poraukseen.
• Rakennuksen laatu. Vuotava talo, jossa on pienet patterit, tarvitsee korkean virtauslämpötilan, mikä vähentää COP:tä; eristys ja suuremmat säteilijät tulevat usein ensin.
• Sähkön hinnat. Käyttökustannukset riippuvat sähkön hinnasta, joka jaetaan sen polttoaineen hinnan kanssa, jonka se korvaa. Where electricity costs more than three times as much as gas per kWh, as in the UK, the heat pump needs a yearly COP near 3 just to break even on running costs.
• Taidot. Hyvä suunnittelu ja käyttöönotto tekevät suuren eron todelliseen SPF:ään, ja asentajan taidot ovat vähäiset monissa maissa.


Todelliset projektit, mitattu

Hanke	Missä, milloin ja miten	Skaala	Mitä raportoidaan
Fraunhofer ISE kenttätesti, WPsmart varastossa	Saksa, olemassa olevat asunnot vuosina 1850–2001, seuranta vuodesta 2017	Ilman- ja maanlähteiset järjestelmät asuinrakennuksissa	Vuosittainen SPF: maalähde noin 4,1 (alue noin 3,3-4,7), ilmalähde noin 3,1 (alue noin 2,5-3,8) (Fraunhofer ISE)
Ball State Universityn geoterminen järjestelmä	Muncie, Indiana, USA, valmistunut 2017	Noin 3600 porausreikää, kaksi energia-asemaa, noin $65 miljoonaa	Replaced all four coal-fired boilers; the university committed to nearly 80,000 tons a year less greenhouse gas (Wikipedia)
Eversourcen verkotettu geoterminen pilotti	Framingham, Massachusetts, Yhdysvallat, 2024	Noin kolme tusinaa taloa ja kunnan rakennuksia yhden mailin silmukassa	Ensimmäinen julkisen palvelun lämpöverkko Yhdysvalloissa; kouluhallinnon rakennus, paloasema ja julkinen asuntokanta käyttäjien joukossa; noin 18,6 miljoonaa dollaria; verkon on tarkoitus kaksinkertaistaa kokonsa (PBS NewsHour, 2025)
Colorado Mesa University geo-vaihto	Grand Junction, Colorado, Yhdysvallat	16 buildings, 1.2 million square feet, on a shared ambient loop	Tuottaa 90 % kampuksen lämmityksestä ja jäähdytyksestä; yliopisto raportoi 1,5 miljoonan dollarin energiansäästöt vuodessa (US DOE case study)
Boiler päivitys järjestelmä	Englanti ja Wales, 2022–2026	82,651 grants paid for heat pumps and biomass boilers by April 2026	Maalämpö on pieni vähemmistö: 98 % sovelluksista oli ilma-vesi-lämpöpumppuja (DESNZ, 2026)

Euroopan viidennen sukupolven lämpöverkkoja, ympäristön lämpötilaa vastaavia silmukoita, jotka jakavat lämpöä rakennusten välillä yksittäisten lämpöpumppujen kautta, on tarkasteltu kymmenissä paikoissa (Buffa et al., 2019). Niiden tehokkuus riippuu suuresti siitä, miten hyvin lämmitys ja jäähdytys vaativat tasapainoa.

Mitä se maksaa

A heat pump does not generate electricity, so the comparison with our site-wide benchmark (rooftop solar at about $0.19 per kWh in the Fan Wall model, within Lazard’s June 2026 range of $0.09 to $0.20 for commercial rooftop solar) is indirect: a ground-source heat pump turns each kWh of that solar electricity into about four kWh of heat. Suora kilpailija on kaasulämmitys, ja reilu mittari on kustannus/kWh lämpöä, mukaan lukien asennus.

We use UK figures because they are public and recent: median installed costs from the Boiler Upgrade Scheme for January to March 2026 (£27,352 for ground source, £13,100 for air source, both including VAT) (DESNZ); the £7,500 grant; price-cap unit rates for October to December 2026 of 26.32p per kWh of electricity and 7.97p per kWh of gas (Ofgem); the Fraunhofer field SPFs; a home using 12,000 kWh of heat a year; and 20 years at a 7% real discount rate, as on our wind page. For the gas boiler we assume £3,000 installed and 90% efficiency.

Lämmitysjärjestelmän asennus	Asennetut kustannukset	Käyttökustannukset kWh lämpöä kohti	Lämmön kokonaiskustannus/kWh, ei tukea	With the £7,500 grant
Kaasukattila	£3,000 (assumed)	8.9p	11.2p	ei tukikelpoinen
Ilmalämpöpumppu, SPF 3.1	£13,100	8.5p	18.8p	13.9p
Maalämpöpumppu, SPF 4.1	£27,352	6.4p	27.9p	22.0p

• Meidän laskelmamme. Pysyvät maksut ja ylläpito eivät sisälly hintaan, vaan ne ovat samanlaisia kaikissa vaihtoehdoissa.*


Pöytä on epämukava, ja niin sen pitäisi olla. Suomessa maanlähteenä toimiva lämpöpumppu maksaa yhden kodin osalta noin kaksi kertaa enemmän kWh:ta kohden kuin kaasu, jopa tuella, lähes kokonaan asennuksen takia. Käyttökustannukset ovat jo nyt pienemmät. Kuva muuttuu, kun:

• Sähkö on halvempaa verrattuna kaasuun, kuten Ruotsissa, Norjassa ja Ranskassa, tai käyttöaikamaksulla.
• Maakierto kestää yli 20 vuotta. Hyvin asennettujen kairausreikien odotetaan kestävän useita lämpöpumppuja pidempään; kun kierros jakautuu 50 vuoteen 20 vuoden sijaan, sen vuosittaiset kustannukset pienenevät noin neljänneksellä.
• Useat rakennukset jakavat yhden porauskentän, leikkaamalla suunnittelu, mobilisointi ja poraus kustannukset per koti, ja antaa jäähdytyskuormat ladata maan.
• Vaihtoehtona on öljy, nestekaasu tai suora sähkölämmitys, jotka maksavat enemmän kuin kaasu.
• Rakennus tarvitsee sekä jäähdytystä että lämmitystä, jonka sama järjestelmä tarjoaa pienellä lisäkustannuksella.

Missä se voi voittaa ja missä ei

Se voi voittaa:

• Kampukset, sairaalat, toimistot ja uudet asuinalueet, jossa yksi porauskenttä palvelee useita rakennuksia ja tarvitaan sekä lämmitystä että jäähdytystä.
• Off-kaasuverkon kodit ja tilat korvaamalla öljy tai nestekaasu.
• Kylmät ilmastot, jossa ilmalämpöpumput kamppailevat kylmimpien viikkojen kanssa ja maaperä pitää lämpötilansa.
• Kadut rakentavat uudelleen kaasuverkkoaan. Framinghamin kaltaiset lämpöverkot voisivat korvata vanhentuneet kaasuputket yhteisillä vesisilmukoilla.
• Uudet rakennukset, joissa reiät voidaan porata ennen perustusten poraamista ja lattialämmitys pitää virtauslämpötilan alhaisena.


Se ei voi voittaa:

• Yksittäiset olemassa olevat asunnot, joissa kaasu on halpaa ja sähkö kallista, kuten kustannustaulukko osoittaa, ellei asennuksen hinta laske voimakkaasti.
• Tiheät, vanhat kaupungin korttelit, joissa ei ole tilaa porata.
• Huonosti eristetyt rakennukset, joissa on pienet patterit, kunnes rakennus paranee.
• Sähkönlähteenä. Se käyttää sähköä, se ei tee sitä.

Mikä on todistettu, uskottava ja spekulatiivinen

Proven: the Carnot limit and the importance of low temperature lift; stable ground temperatures; field-measured yearly SPFs around 4 for well-designed ground-source systems; decades of reliable operation in Sweden, Switzerland, Germany and North America; campus-scale systems replacing coal and gas.


Todennäköinen: Energiayhtiöiden omistamat lämpöverkot, jotka tekevät maalämmöstä kohtuuhintaisen tavallisille kaduille; paljon halvempi poraus parempien laitteiden, standardien ja mittakaavan avulla; porauskentät, jotka varastoivat kesän lämpöä talvikäyttöön.

Spekulatiivinen: Asennuskustannukset ovat lähellä yksityisen talon kaasukattilan kustannuksia; lämpöpumput ylittävät selvästi 60 % Carnot’n rajasta kentällä; syvien porausreikien (500 m ja enemmän) hinta on riittävän halpa tiheään kaupunkikäyttöön.

Avoimet tutkimuskysymykset

• Halvempi poraus. Poraus voi olla suurin kustannus maalähteen järjestelmässä. Nopeammat porauslaitteet, matalamman tiheyden omaavat järjestelmät, perustusten energiapaalujen rakentaminen ja vaakasuuntainen poraus vaativat kaikki todellisia kustannustietoja.
• Verkkosuunnittelu. Miten jaetut silmukat ja porauskentät mitoitetaan siten, että lämmitys ja jäähdytys ovat tasapainossa vuosikymmenten ajan, ja kenen pitäisi omistaa ne.
• Todellista suorituskykyä mittakaavassa. Framinghamin kaltaisten verkkojen riippumaton seuranta: vuosittainen SPF, pumppausenergia, maaperän lämpötilan kehitys ja asiakkaiden laskut.
• Low-GWP refrigerants. Propane and CO2 heat pumps with high efficiency and safe installation indoors.
• - Ruudukkoefektit. Miten miljoonat lämpöpumput muuttavat talven huipputarvetta ja miten maalämpöjärjestelmät vähentävät sitä verrattuna ilmalämpöjärjestelmiin.
• Retrofit pathways. Edullisin eristys, lämpöpatterien päivitys ja lämpöpumput erityyppisiin koteihin.

Mitä toimiva prototyyppi tarvitsee

Lämpöpumput ovat itsessään kypsiä, hyödyllisiä ideoita ovat halvemmat maasilmukat, yhteiset verkostot ja älykkäämpi ohjaus. Toimivan mallin tulisi tuottaa mitattua lämpöä, mitattavia sähkön syöttöjä ja lämmön poistoja.

Vaihe	Työ	Päätös, jonka se mahdollistaa	Karkea kustannus	Aika
1. Työpöytätutkimus	Todellisten rakennusten lämmöntarve, geologisista tutkimuksista saadut maatiedot, silmukan suunnittelu vakio-ohjelmistolla, poraajien kustannuslaskelmat	Onko idea halvempi per kW kuin nykyiset poraukset?	$5k to $20k	2-3 kuukautta
2. Testisilmukka	Yksi porausreikä tai yksi uusi maalämmönvaihdin, jossa on lämpövastetestaus, pieni lämpöpumppu, lämpö- ja sähkömittarit sekä maan lämpötila-anturit	Mitattu lämpö metriä kohti ja SPF talven aikana	$30k to $80k	6–12 kuukautta
3. katupilotti	5–20 rakennusta jaetussa silmukassa, vuoden mittaustiedot, asiakkaiden laskut	Todelliset kustannukset kotitaloutta ja lämmön kWh:ta kohti	$0.5M to $3M	18–24 kuukautta


Keitä tarvitsemme

• Geologit ja hydrogeologit lukemaan maaperää ja mallintamaan porauskentät.
• Poraus urakoitsijat Haluatko testata uusia menetelmiä ja jakaa todelliset kustannukset.
• Lämpöpumppu- ja LVI-insinöörit Suunnitteluun, käyttöönottoon ja valvontaan.
• Kaupunkisuunnittelu ja kaupunkiympäristö Jaettujen verkkojen ja omistusmallien kehittäminen.
• Rakennustekniikan asiantuntijat Jälkiasennettaviin sekvenssi- ja matalan lämpötilan emittereihin.
• Taloustieteilijät ja tariffisuunnittelijat Lämmön hinnoittelu on oikeudenmukaista ja joustavuus palkitaan.

Onko sinulla parempi idea?

Joillakin säätiön jäsenillä saattaa olla kontakteja, jotka voisivat kuulla voimakkaan energia-alan idean. Jotta idea voidaan esittää, se tarvitsee Toimiva, tosielämän malli, joka todella tuottaa energiaa; tällaiselle lämpö-idealle se tarkoittaa mallia, joka tuottaa mitattua lämpöä ja jonka tuotos ja sähkönkulutus kirjataan laitteisiin ilman, että sitä käytetään. Paperi-ideat ovat myös tervetulleita: jos fysiikka ja numerot ovat kiinteitä, voimme julkaista ne täällä verkkosivuilla. Pääoman hankkiminen ilman toimivaa mallia on kuitenkin hyvin vaikeaa, eikä mikään tässä ole lupaus rahoituksesta, tuotoista tai esittelyistä.

Lähetä ideasi osallistumislomakkeen kautta ja kerro ongelma, jonka se ratkaisee, fysiikan tarkistus, karkeat kustannukset per kWh lämpöä ja halvin testi, joka voisi osoittaa sen vääräksi. Jos sinulla on toimiva malli, liitä mukaan sen mitattu tulos ja miten se mitattiin. energialähteiden sivu vertailee tätä ja muita vaihtoehtoja ideatutkassa.

Lähteet

1. Wikipedia. Ball State University: geoterminen järjestelmä valmistui vuonna 2017.
2. IEA (2022). Lämpöpumppujen tulevaisuus.
3. Fraunhofer-instituutti. WPsmart im Bestand: lämpöpumput olemassa olevissa rakennuksissa, kenttäkoe.
4. Wikipedia. Maalämpöpumppu: kairaussyvyydet, maaperän lämpötilat ja geoterminen gradientti.
5. Energiavarmuuden ja Net Zeron osasto (2026). Kattilankorjausjärjestelmän tilasto, huhtikuu 2026, taulukot Q1.1A ja 1.1.
6. Ofgem (2026). Energian hintakatto-yksikköhinnat, 1. lokakuuta – 31. joulukuuta 2026.
7. PBS NewsHour (2025). Epätodennäköinen liittouma rakentaa puhtaampaa geotermistä energiaverkkoa Massachusettsin yhteisössä.
8. Yhdysvaltain energiaministeriö. Geoterminen lämpöpumppu tapaustutkimus: Colorado Mesa University.
9. Buffa, S., Cozzini, M., D’Antoni, M., Baratieri, M. ja Fedrizzi, R. (2019). 5th generation district heating and cooling systems: a review of existing cases in Europe. Uusiutuva ja kestävä energia Review 104, 504-522.
10. Staffell, I., Brett, D., Brandon, N. ja Hawkes, A. (2012). Lämpöpumppujen ominaisuudet. Energia- ja ympäristötiede 5, 9291.
11. Lazard (kesäkuu 2026). Levelized Cost of Energy+, versio 19.
12. Local Solar System Säätiö. The Fan Wall open model: kattoon asennettava aurinkosähkövertailu, jonka hinta on 0,19 dollaria kWh:lta.
13. Kuusisto, T. ja Ahtisaari, J. (1965). Maan lämpötila ja lämpödiffuusio valituilla asemilla Yhdysvalloissa. National Bureau of Standards -raportti 8972.
14. Wikipedia. Höyry-kompressorijäähdytys: höyrystin, kompressori, lauhdutin ja paisuntaventtiili.
15. Wikipedia. Suunnattu poraus: ojittamaton poraus matalassa kaaren muodossa.