Koaksiaaliseen virtaukseen perustuvassa kaivossa veden lämpötilaerot saadaan säilytettyä ja virtauksen suunta lämpökaivon putkissa voidaan kääntää, jolloin kaivoja voidaan käyttää myös kiinteistöjen jäähdytykseen ja lämpöenergian varastoimiseen.
Noin 300 metriä syviä maalämpökaivoja käytetään jo yleisesti esimerkiksi omakotitalojen lämmityksessä. Toimivia ratkaisuja on tilattavissa useilta kaivovalmistajilta.
Kallioperä kuitenkin muuttuu sitä lämpimämmäksi, mitä syvemmälle maan pinnasta edetään. Kilometrin syvyydessä lämpötila on 15–30 astetta, kolmen kilometrin syvyydessä jo 40–60 astetta ja kahdeksan kilometrin syvyydessä jo yli sata astetta.
Pumpputeknologia, rakennusvaiheen sujuvuus sekä kustannukset huomioiden noin kaksi kilometriä syvä lämpökaivo on optimaalisin ratkaisu geotermisen lämmön hyödyntämiseen. Yksi tällainen kaivo vastaa teholtaan jopa kymmeniä noin 300 metriä syviä lämpökaivoja.
Koaksiaalinen virtaus on ratkaisu veden lämpötilaerojen säilyttämiseen
Perinteisessä, matalassa maalämpökaivossa lämpöenergiaa välittävä liuos valuu kaivossa yhtä putkea pitkin alas maan pinnalta kohti kaivon pohjaa. Valumisen aikana neste lämpenee ympäröivän kallioperän lämmöstä ja tulee vieressä kulkevaa toista putkea pitkin lämmenneenä ylös.
Syvempiä kaivoja rakentaessa tämä tapa ei ole tarkoituksenmukainen. Vierekkäiset putket, joista toisessa virtaa viileä ja toisessa lämmennyt vesi, vaihtavat lämpöä maan alla kulkiessaan. Kun kaivon syvyys jatkuu yli 300 metrin, viileä putki kylmentää kaivon pohjassa käynyttä vettä jo niin paljon, että kaivon syvyyden tuoma hyöty menetetään. Niinpä lämmin putki täytyy eristää mahdollisimman hyvin, mutta haasteena on kaivon tilanahtaus.
Ratkaisu lämmitettävän ja lämmenneen veden välisen lämpötilaeron ylläpitämiseen on koaksiaaliseen virtaukseen perustuva QHeatin teknologia. QHeatin kaivossa kylmä vesi virtaa ensin alas kaivon ulkokehällä ja lämmettyään kaivon seinän lämmöstä kääntyy kohti pintaa kaivon keskellä kulkevassa pystysuorassa eristetyssä putkessa. Ratkaisun ansiosta lämpöenergiaa ei mene hukkaan putkien lämmön tasaantumiseen, ja kaivon poikkipinta-ala tulee täysimittaisesti hyödynnetyksi veden kuljettamisessa. QHeatin ratkaisussa kaivossa kulkee ainoastaan vettä, kun perinteisissä maalämpökaivoissa liuoksessa on veden lisäksi etyleeniglykolia tai etanolia.
QHeatin lämpökaivossa ainutlaatuista on myös se, että kaivoa voidaan hyödyntää jäähdytyksessä ja että lämpöä voidaan varastoida kaivon pohjaan. Veden virtaus on mahdollista kääntää käyttötarkoituksen mukaan niin, että jäähdytyksessä ja energiaa varastoidessa lämmintä vettä valutetaankin eristettyä putkea pitkin kaivon pohjaan ja ulkokehää pitkin ylös, jolloin suurin osa energiasta varastoituu kaivon pohjaan. Putkea ympäröivä kallioperä viilentää ylös nousevaa vettä, ja samalla veden kuljettama lämpöenergia varastoituu kallioperään. Kaivoon voidaan varastoida niin kiinteistön tai kesähelteiden synnyttämää hukkalämpöä kuin kiinteistössä kerättyä aurinkoenergiaakin.
Ei hukkalämpöä taivaan tuuliin – verkko tasaa lämmön ja jäähdytyksen tarpeen kiinteistön sisällä
QHeatin teknologia mahdollistaa myös alueelliset lämmönjakoverkot esimerkiksi asuinkortteleiden tai teollisuuskiinteistöjen sisällä.
Lähtökohtaisesti lämmönjakoverkko toimittaa kylmällä säällä geolämpöä kaivosta rakennukseen ja kesällä puolestaan jäähdytystä. QHeatin lämmönjakoverkko kuitenkin tasaa kiinteistöjen sisäisiä lämpötiloja myös suoraan maan päällä, jolloin kaivoa tarvitsee hyödyntää ainoastaan lämmön kulutus- ja tuotantohuippujen aikana.
Kuvitellaan esimerkiksi suuri asuinkortteli, jonka katutasossa toimii ruokakauppa. Suomalainen ruokakauppa tarvitsee jäähdytystä noin kahdeksan kuukautta vuodesta, sillä kylmälaitteiden toiminta tuottaa myymälään runsaasti hukkalämpöä. Lämmönjakoverkko ottaa hukkalämpöä talteen ja siirtää sen automaattisesti paikkoihin, joissa tarvitaan sillä hetkellä lämmitystä – esimerkiksi yläkerran asuntoihin. Kesällä maalämpökaivosta saadaan jäähdytystä sekä varasto kesälämmölle.
Runsaasti energiaa säästävä verkko perustuu kahteen putkeen, joista toinen kuljettaa noin 40-asteista ja toinen noin 20-asteista vettä lämpöpumppujen käytettäväksi. Jokainen kulutuspiste, kuten huoneasuinkerrostalo tai kauppa, hyödyntää sen verran lämmintä tai viileää vettä, mitä tarvitsee. Kahden putken ratkaisu on yksinkertaisempi kuin esimerkiksi kaukolämpöön ja -jäähdytykseen perustuva tyypillinen järjestelmä, jossa on neljä putkea käytetylle sekä käyttämättömälle lämmitys- ja jäähdytysvedelle.