Maalämmön toimintaperiaate on sama riippumatta siitä, lämmitetäänkö sillä kerrostaloa, omakotitaloa tai vaikka ostoskeskusta. Kerrostalossa tarvitaan toki järeämmät maalämpöpumput ja enemmän lämmönkeruuputkia kuin pienemmissä kiinteistöissä.
Lämmönkeruuputket keräävät ympäriltään kallioon, pintamaahan tai veteen varastoitunutta aurinkoenergiaa. Lämpöpumpun kompressorin avulla tämä maa- tai kallioperästä saatu lämpöenergia puristetaan kuumemmaksi ja siirretään vesikiertoiseen lämmönjakoverkostoon ja lämpimään käyttöveteen.
Maalämmön kannattavuuteen eli ns. hyötysuhteeseen vaikuttaa se, miten lämmintä vettä talon lämmitysverkostoon tarvitaan. Vanhaan patteriverkostoon tarvitaan lämpimämpää vettä kuin esimerkiksi lattialämmitykseen.
Tyypilliset maalämpöpumput pystyvät tuottamaan lämmitysverkostoon 55-60-asteista vettä. Vanhoihin taloihin se ei välttämättä kuitenkaan kovimmilla pakkasilla riitä.
Esimerkiksi 1930-luvulla rakennetussa Mannerheimintie 106:ssa on vanha patteriverkosto, jossa patteriverkoston pinta-ala on alhaisempi ja lämmönsiirtokyky heikompi kuin moderneissa pattereissa. Tarvittavan lämmitysvasteen aikaansaamiseksi Mannerheimintien patteriverkostoon pitää siksi tuupata kovimmilla pakkasilla jopa yli 80-asteista vettä. Siksi siihen valittiin lämpöpumppu, jossa käytettävä kylmäaine ja tekniikka mahdollistavat jopa 75-asteisen lämmitysveden tuottamisen.
Kaupungeissa kerrostalojen tontit ovat tavallisesti niin pieniä, että lämmönkeruuputket asennetaan maahan porattuihin ns. energiakaivoihin eli maalämpökaivoihin. Karkeana nyrkkisääntönä on, että helsinkiläisessä kerrostalossa tarvitaan reilun metrin verran kaivoa asuinneliötä kohti. Kaivoja kuitenkin tarvitaan vähemmän, jos samalla hyödynnetään kerrostalon poistoilmasta saatava lämpö tai jos samaa järjestelmää voidaan käyttää myös jäähdyttämiseen.
Energiakaivon syvyyteen vaikuttaa lämpöenergian tarpeen lisäksi kerrostalon maantieteellinen sijainti, pohjaveden virtaukset sekä kallioperän tyyppi. Siksi kaivot mitoitetaan tapauskohtaisesti.
Mitä pohjoisempana ollaan, sitä syvempi reikä pitää yleensä porata. Etelä-Suomen kallioperän pintalämpötila on 6–7 astetta, Lapissa viitisen astetta vähemmän. Mitä syvemmäs mennään, sitä lämpimämpää maa on. Lämpötila kasvaa noin asteen verran sataa metriä kohden. Neljänsadan metrin syvyydessä lämpöä on jo kymmenisen astetta.
Myös maaperä ja kivilaji vaikuttavat. Esimerkiksi etelärannikon aiemmin merenpohjana olleilla alueilla kallioperän lämpöominaisuudet ovat huonoja. Tällöin tarvitaan syvempi energiakaivo. Vastaavasti Pohjois-Suomesta löytyy alueita, joissa on lämmönjohtavuudeltaan hyviä kivilajeja, kuten graniittia.
Energiakaivo on tärkeä mitoittaa oikein – ja mielellään liian suureksi kuin pieneksi. Jos kaivo jää liian pieneksi, se viilenee liikaa ja lämpöpumpun hyötysuhde heikkenee vuosien aikana. Jos energiakaivosta otetaan jatkuvasti enemmän energiaa kuin sinne kalliosta siirtyy, kaivo voi pahimmassa tapauksessa jopa jäätyä.
Energiakaivojen poraustekniikka on viime vuosina kehittynyt, minkä ansiosta energiakaivoista voidaan tehdä aikaisempaa syvempiä.
Syväkään energiakaivo ei riitä tuottamaan lämpöä kokonaiselle kerrostalolle, vaan niitä tarvitaan useita. Esimerkiksi Mannerheimintiellä sijaitsevan 6-kerroksisen kerrostaloon porataan useita syviä, 330–400 metrin energiakaivoja. Yhteensä kaivojen pituus on noin kaksi kilometriä, ja se riittää noin 1 500 kerrosneliön ja talossa tarvittavan lämpimän käyttöveden lämmittämiseen kustannustehokkaasti.
Myös energiakaivojen sijoittaminen on kaupunkiolosuhteissa tarkkaa puuhaa. Ensiksi selvitetään, että porattavan alueen alla ei ole saastuneita maa-aineita, tunneleita, tunnelivarauksia tai pohjavesialueita, jotka saattavat estää energiakaivojen porauksen. Sitten suunnitellaan kullekin kaivolle paras paikka – sekä varmistetaan, että ne sijaitsevat riittävän kaukana toisistaan, muista kaivoista, viemäreistä, teistä, lämpöputkista, kiinteistön rajoista ja rakennuksista. Näille on määritelty suositeltavat minimietäisyydet. Energiakaivoja on kuitenkin mahdollista porata myös lähemmäs toisiaan, jos ne porataan vinoon. Kaupungilta pitää lisäksia anoa erillinen lupa kaivojen porausta varten.
Monia mietityttää se, minkä kokoinen tontti tarvitaan energiakaivojen ja maalämpöjärjestelmän rakentamiseen. Siihen ei kuitenkaan ole yksiselitteistä vastausta. Energiakaivojen määrään kun vaikuttavat rakennuksen lämmönkulutus, tontin muoto ja maalämpöjärjestelmän mitoitus.
Suomessa ja muissa Pohjoismaissa energiakaivot porataan pääsääntöisesti kallioon, jolloin porattu kaivo täyttyy tyypillisesti itsestään vedellä. Pohjaveden välityksellä kallioperään sitoutunut lämpö siirtyy lämmönkeruuputkessa olevaan lämmönkeruunesteeseen. Pohjoismaiden ulkopuolella kallio on usein syvemmällä, minkä takia energiakaivot eivät välttämättä ulotu kallioperään asti. Siksi kaivon ja keruuputkien välinen tila täytetään veden sijasta muilla aineilla.
