Küttesüsteemid (0)

KOOLI NIMI
Küttesüsteemid
Uurimistöö
Sinu Nimi
Juhendaja õp NIMI
2010

SISUKORD

SISUKORD 2
SISSEJUHATUS 3
POPULAARSEMAD KÜTTESÜSTEEMID 4
1.1 Ahjud , pliidid , kaminad 4
1.2 Elektriküte 5
1.3 Kesk- ja kombineeritud küte 7
1.3.1 Keskküte 7
1.3.2. Kombineeritud küttesüsteemid 8
1.4 Päikeseküte 10
1.5 Soojuspumbad 12
1.6.1 Õhksoojuspump 13
1.6.2 Maasoojuspump 14
1.6.3 Ventilisatsioonisoojuspump 15
UURIMUS 16
2.1 Välistemperatuuri mõju küttekulule 16
2.2 Vaatlusest saadud info 18
2.3 Soojuskadu 19
TÖÖ ANALÜÜS 21
3.1 Küttesüsteemide negatiivsed ja positiivsed küljed 21
3.2 Vaatluse ja soojuskao analüüs 22
KOKKUVÕTE 23
SUMMARY 24
KASUTATUD MATERJALID 25
LISAD 27
Lisa 1 27
Pilt 1 Ahi 27
Pilt 3 Kamin 27
Pilt 5 Õliradiaator 27
Pilt 2 Pliit 27
Pilt 4 Teisaldatav soojuskiirgur 27
Pilt 6 Konvektor 27
27
Pilt 7 Põrandaküte 28
Pilt 9 Päikesekollektor 28
Pilt 8 Küttekile 28
Pilt 10 Soojuspumba tööpõhimõte 28
Pilt 12 Õhksoojuspump 28

SISSEJUHATUS

Uurimistöös antakse ülevaade Eesti populaarsematest küttesüsteemidest ning välistemperatuuri mõjust küttekulule. Töö eesmärk oli välja selgitada kui palju mõjutab välistemperatuur küttekulu. Töö probleemiks oli valede küttelahenduste valimine ning minu eesmärgiks oli välja selgitada kui palju mõjutab välistemperatuur küttekulu. Oma eesmärkide saavutamiseks pidin tutvuma materjaliga, milleks osutus suuresti AS Eesti Energia Energiasäästu portaal . Samas pidin ka läbi viima uurimusliku osa tarbeks vaatluse, milles jälgisin välistemperatuuri muutusi ja küttekulu kasvu või langust vastavalt sellele. Oma vaatluse tarbeks kogusin 3 nädala ehk 21 päeva andmed.
Oma tööga soovisin kontrollida ka erinevaid hüpoteese. Üheks hüpoteesiks oli oletus , et küttekulu jääb teatud negatiivsel temperatuuril konstantseks. Töö uurimuslikus osas ma seda ka kontrollisin.

POPULAARSEMAD KÜTTESÜSTEEMID

1.1 Ahjud, pliidid, kaminad

Ahju [LISA 1; Pilt 1], kamina [LISA 1; Pilt 2] või pliidiga [LISA 1; Pilt 3] saab kütta elu-, töö- või muid ruume ning sealjuures ei kasutata kuuma vee tsirkulatsiooni. Tänapäeval on laiemalt levinud ahju või kaminaga ruumide kütmine. Kamina ja ahju tähtsaim erinevus on selles, et ahjul on soojamüür ning see püsib kaua soe, mistõttu pole seda vaja kütta tihemini kui kord ööpäevas. Pliidi peamine erinevus ahjust ning kaminast on see, et pliidi peal on võimalik ka sööki valmistada . Tänapäevastes elamutes siiski seda küttelahendust väga tihti ei kohta. Kütuseks on neil kolmel peamiselt puit, kuid kasutatakse ka sütt, pruunsütt, kütteõli ja maagaasi. (Vikipeedia. Ahiküte)
Ahje, pliite ja kaminaid on suhteliselt odav ehitada ja küttekulud on väikesed, kuid kütta ebamugav, eriti kaugemaid tube. Puudub võimalus automatiseerida. Kütmisel-jahtumisel kõigub temperatuur liiga palju. Sobib kuni kolme ruumi kütta, ülejäänuid tuleb kütta elektriga või panna ventilaatorid õhku ringi puhuma.
Sobib väikesele elamule , kui tahetakse rahaliselt kokku hoida ja lisatööd ei kardeta. Hea valik neile, kellel on maja ehitamisel rahaga kitsas , kuid vaja kiirelt sisse kolida. Senikaua , kuni raha koguneb, köetakse ahjuga, hiljem langetatakse otsus meeldivama kütteviisi kasuks.(TELDRE, K. Küttesüsteemid)
Peamised vead:

• Ahi ehitatakse liiga väike, mistõttu tuleb tihedamini kütta ja küttekeha läheb liiga tuliseks.
  
• Ei arvestata küttepuidu hoidmise kohaga.
  
• Ei osata õigesti kütta. Tagajärjeks suurem küttekulu ning oht õnnetuste tekkimiseks.
  

1.2 Elektriküte

Elektrikütteseadmeid on suhteliselt suur valik. Tuntumad on puhurid, statsionaarsed ja teisaldatavad kiirgurid [LISA 1; Pilt 4], õliradiaatorid [LISA 1; Pilt 5], konvektorid [LISA 1; Pilt 6], küttekaablid [LISA 1: Pilt 7], klaaspindadele või lakke paigaldatavad küttekiled [LISA 1; Pilt 8]. Elektrilise kütteseadme saab toas paigaldada kuhu soovite - põrandale, seinale, akna alla või isegi lae alla. Kõige otstarbekam on kombineerida põranda- ja laekütet, see annab köetavasse ruumi ühtlase ja mugava soojuse. Sealjuures on aga väga oluline jälgida ohutust. Kindlasti ei sobi vannituppa lahtise kütteelemendiga seadmed . Seega tasub lasta kavandada elektriküttesüsteem spetsialistidel. Samuti tuleb rõhku panna soojustusele.(Energiasäästu portaal. Elektriküte)
Elektri abil saab kütta kõike seda, mida teised küttelahendused ei võimalda. Elektriga saab kütta põrandat, lage, seinu, õhku, klaasi – just neid pindu, mida parasjagu vaja on. Erinevalt teistest küttelahendustest, kõetakse seda paika, mida vaja on. Elektriküttesüsteem hakkab ruume soojendama kohe kui see sisse lülitatakse.(Energiasäästu portaal. Elektriküte 1)
Elektrikütte plussid:

• Alginvesteering on suhteliselt odav, näiteks radiaatori saab kätte mõnesaja krooniga.
  
• Elektriküte on väga paindlik, pakkudes kütteks erinevaid võimalusi.
  
• Elektriküte on mugav, võtab vähe ruumi ja vajab vähe hooldust .
  
• Elektriküttesüsteem on töökindel. Kui ühes süsteemi osas ilmnebki viga, ei tähenda see, et kogu süsteem seiskub.
  
• Elektrikütet ei pea valvama, võib rahulikult pikka aega kodust eemal olla.
  
• Elektriküte on hääletu.
  
• Seadmete eluiga on väga pikk.
  

Elektrikütte miinused:

• Konvektorite ja puhuritega kütmine võib tekitada ruumis üsna ebatervisliku õhkonna.
  
• Alginvesteering on küll odav, kuid edaspidi võib osutuda suhteliselt kulukaks.
  
• Vajab elektrivoolu olemasolu, voolukatkestuse korral ei saa kuidagi ruume soojaks .
  
• Eeldab heal tasemel soojustust, vastasel korral võivad küttekulud olla suhteliselt suured.
  

Muude kütteliikidega võrreldes osutuvad elektriküttesüsteemi ehitus- ja paigalduskulud kuni seitse korda väiksemaks. Elektriküte on mugav, turvaline, puhas ja kasutajasõbralik.(Energiasäästu portaal. Elektriküte 2)

1.3 Kesk- ja kombineeritud küte

1.3.1 Keskküte

Hoone keskküttesüsteem koosneb katlast, torustikest, armatuurist ja radiaatoritest. Katla kasuteguri väärtus mõjutab kogu küttesüsteemi efektiivsust .
Tööpõhimõte on lihtne. Kuskil ruumis (või hoopis eraldi hoones ) paikneb katel , kütuseks võib olla nii gaas , õli kui ka tahked kütused. Kõik korterid on ühendatud katlahoonega torudega, milles olevat vett katel kuumutab. Torud lähevad radiaatoriteni ja vee soojenedes soojeneb ka radiaator ning ülejäänud tuba. Sellest tuleneb ka keskkütte suurim miinus. Suur kogus energiast, mis vabaneb kütuse põlemisel, kulub vee soojendamiseks ning seetõttu läheb palju kütusest põhimõtteliselt raisku.(Energiasäästu portaal. Keskküte)
Mugavuse ja küttekulud määrab kütteallika valik. Kui üks kütteallikas ei meeldi, saab teise lisamisega süsteemi paindlikuks muuta. Järgnevalt on kirjeltatud erinevatel kütustel põhinevad keskküttesüsteemid:
Gaasiga keskküte
Odav ehitada, odavad küttekulud, automaatne . Ainus probleem on gaasi saamine. Gaasitrassiga liitumise võimalikkus tuleb kindlasti kohalikust omavalitsusest järele uurida. Omavalitsuse tehtavad takistused ja sellega seotud väljaminekud võivad teha liitumise raskendatuks. Soovitaks kõigile see küttesüsteem valida, kui gaasitrass saadaval. (TELDRE, K. Küttesüsteemid 1)
Kütteõliga keskküte
Odav ehitada, automaatne. Keskmised küttekulud. Küttehoidla ehitamisel tuleb arvestada erinõuetega, kuid need on kergesti täidetavad. Hea lahendus mugavust armastavale, kuid küttekulusid säästa soovivale inimesele.(TELDRE, K. Küttesüsteemid 2)
Tahkekütusega keskküte
Odav ehitada, odavad küttekulud. Peab ise kütma. Erijuhtudel automatiseeritav, kuid sellegipoolest saab kütta nii, et tubades temperatuur ei kõigu. Vajalik küttehoidla ja kord päevas mugavuse ohverdamist kütmisele. Küttekolde automatiseerimisel võib kergesti jõuda küttekuludega kütteõli tasemele . Sobib säästvale inimesele. (TELDRE, K. Küttesüsteemid 3)
Keskkütte miinused:

• Palju energiat kulub vee soojendamiseks.
  
• Sisselülitamisel kulub suhteliselt kaua aega, et tuba läheks soojaks.
  
• Oht ülekütta ja vesi keema lasta.
  
• Palju torustikku ja muud tehnikat .
  
• Vajab eraldi ruumi tehnika jaoks.
  

Keskkütte plussid:

• Keskmised ehituskulud .
  
• Maja suurus pole oluline.
  
• Keskküttega saab toota tarbevett.
  

1.3.2. Kombineeritud küttesüsteemid

Kombineeritud küttesüsteem aitab ühe süsteemi puudused korvata teise eelistega. Kombineerimise lisakulu võib olla väike, kuid võit küttekuludes ning mugavuses suur. Tulemuseks automaatne kütmine ja suurem mugavus.
Järgnevalt räägin kahest erinevast kombineerimisvõimalusest:
Kamin/ahi/pliit ja elektriküte
Kõige enam kombineeritud küttesüsteemid. Elektrikütte abil hoitakse ruumis miinimumtemperatuuri. Köetakse kaminat (või ahju, pliiti), mis võtab endale põhilise soojatootmise rolli. Elekter kütab ruume ka siis, kui ollakse pikemat aega ära (et vältida torustiku lõhkikülmumist) või tahetakse, et koju jõudes ootaks soe tuba. Selline tegevus võib viia paratamatul elektriarvete kasvule. Selline variant sobib elektriküttest loobujatele või neile, kes tahavad ahikütte kõrvale mugavamat alternatiivi. (TELDRE, K. Küttesüsteemid 4)
Tahkekütus ja õli
Eesmärk on sama, kuid keskküttesüsteemi baasil. Õliküte soojendab suvel tarbevett ja hoiab talvel ruumi temperatuuri miinimumtasemel. Tahkekütuse katel on põhiliseks kütteelemendiks. Selline kombinatsioon on küll mugavam, kuid sellega kaasneb ka kütteõli tarbimise kasv ja selle hinnast tulenev kulude tõus. (TELDRE, K. Küttesüsteemid 5)

1.4 Päikeseküte

Iga päev langeb maale päikeselt energiakogus, millest 6-le miljardile Maa elanikule jätkuks 27 aastaks. Kasutame sellest ära vaid ühe protsendi. Eestis pole veel täpsemaid uuringuid tehtud päikeseenergia vallas, kuid praegused süsteemid on arvatavasti võimelised katma umbes poole päevasest vee soojendamise kuludest , säästes sellega raha pealt ja hoides loodust.
Päikesekiirguse intensiivsus ja kestvus sõltuvad laiuskraadist, kohaliku kliima iseärasustest, aastaajast, ööpäevast ning õhu puhtusest. Meie laiuskraadidel on võimalik kasutada päikesekütet kombineeritult koos teiste soojusallikatega, kuna meie päikesekiirguse ressursid on küllaltki väikesed ning ebastabiilsed. (Energiasäästu portaal. Päikeseküte)
Päikeseenergia kogumine ja kasutamine toimub kas passiivsel või aktiivsel kujul. Esimesel juhul projekteeritakse hoone nii, et see neelab võimalikult palju päikesekiirgust ja soojeneb seega iseenesest, teisel juhul kogutakse kollektoritega [LISA 1; Pilt 9] energiat kas soojusena või elektrina. Selleks paigaldatakse hoonete katustele või maapinnale päikesekollektorid. Päikesekollektorid on üldiselt ehitatud nii, et nad võivad energiat koguda nii selge kui ka pilvise ilmaga, kuigi viimasel juhul kujuneb saak märksa väiksemaks.
Kuidas päikesekollektor töötab? Läbinud kollektori spetsiaalkatte, langeb otsene päikesekiirgus kollektori tumendatud pinnale, kus kiirgus neeldub ning muundatakse juurdekuuluva tehnilise keskuse abil vajaminevaks soojusenergiaks. Lisaks kollektoritele kuuluvad süsteemi juurde veel juhtimisseadmed ning mahutid soojuse salvestamiseks. (Energiasäästu portaal. Päikeseküte 1)
Kollektorid paigaldatakse katusekattele või monteeritakse sarnaselt katuseakendega katusesse. Kollektor täidab sel juhul samaaegselt katusekatte ülesannet, ei ole tarvis kollektorialust laotuspinda eraldi katta . Kollektorid saab paigaldada ka juba kasutuses olevale majale. Kollektori kasutegur sõltub mitmetest asjaoludest: hoone soojustuse tasemest, kollektori pinna suurusest , kollektori suunast ilmakaarte suhtes, kollektori kaldenurgast (väikseim 30°, maksimaalne 70°). Päikesekollektori optimaalseks asendiks loetakse lõunasuunda ning laiuskraadiga sarnast kaldenurka. Eestis on sobivaimaks kaldenurgaks 45-60°.
Meie laiuskraadidel on majanduslikult kasulik päikesesoojuse kasutamine sooja tarbevee saamiseks ja salvestamiseks alates märtsi algusest kuni septembri lõpuni. Sõltuvalt kaldenurgast on Eestis ühe kollektori tootmisvõimsuseks 80-120 kWh/m² kuus. On solaarküttesüsteeme, mida saab kasutada vaid tarbevee soojendamiseks, kuid ka selliseid, mis kütavad maja. Süsteemid, mis täidavad mõlemat eelnimetatud funktsiooni, võimaldavad Eesti klimaatilistes tingimustes kogu aastasest soojusenergia tarbest katta 20 kuni 60%. Ainult tarbevee soojendamiseks ettenähtud solaarküttesüsteemid võimaldavad aastast kütteenergia kokkuhoidu 5 kuni 15% kogu soojusenergeetilisest vajadusest. Kombineeritud solaarküttesüsteemi hind on ligi kaks korda kõrgem üksnes tarbevee soojendamise süsteemi hinnast, kokkuhoid soojusenergia pealt on aga kuni kaheksa korda suurem. Solaarküttesüsteem on ühekordne investeering , edaspidi kulub pisut raha vaid soojussõlme hoolduseks. (Energiasäästu portaal. Päikeseküte 2)
Päikesekollektorite hinnad on erinevad. Päikeseküttesüsteemi kogu hind jaguneb laias laastus kolmeks osaks: 1/3 kollektor, 1/3 salvestuspaak ja 1/3 paigaldus- ja ühenduskulud. Oluline faktor alginvesteeringu tegemisel on kasutusaeg – mida pikem see on, seda suurem on tasuvus . Tasuvusajaks arvestatakse praeguste kütusehindade juures umbes 15 aastat. Arvestades aga fossiilsete kütuste paratamatut kallinemist, lüheneb päikesekollektorite tasuvusaeg kindlasti. Enamik kollektoreid säilitab 100% tootlikkuse 25–30 aastaks. Erinevatest elementosadest kohapeal katusesse monteeritavate seadmete parameetrid püsivad muutumatuna 50–60 aastat. Kollektorid ei “kustu” päevapealt, nende tootlikkus võib hakata langema tasakesi. Päikeseküttesüsteemist saadava soojuse hind on konkurentsivõimeline teistest energiaallikatest saadava soojuse hinnaga.
Päikeseenergiat kasutatakse põhiliselt rikastes arenenud riikides, kuna vastavad seadmed on küllaltki kallid ja keerulised. Ka päikeseenergia kasutamine laieneb kiirelt nagu tuuleenergia kasutaminegi. Eestis on päikeseenergia kasutamine siiani küllaltki tagasihoidlik olnud – paigaldatud on vaid paarkümmend vett soojendavat kollektorit ning paarikümne majaka ja meremärgi valgustuse tagamiseks kasutatakse elektrit tootvaid päikesekollektoreid. Igal juhul on päikeseküttel suur tulevik.

1.5 Soojuspumbad

Soojuspump on seade, mis kasutab soojuse tootmiseks ümbritsevasse keskkonda salvestunud päikeseenergiat. Soojuspumbas võite ära kasutada nii välisõhu, veekogu või maapinna soojust, mis muudetakse eluruumi kütteks ja soojaks tarbeveeks. Soojuspump vajab oma tööks täiendavalt ka mingil määral elektrienergiat. Soojuspump töötab sama põhimõttega[Lisa 1; Pilt 10] nagu igapäevane külmkapp. Ainult jahutamise asemel toodetakse soojust. Soojuspumba tööpõhimõte:

Looduses salvestunud päikeseenergia juhitakse soojuspumpa.

Keskkonnasoojus hakkab soojendama soojuspumba aurustis külmainet, mis aurustub .

Kompressor avaldab survet külmainele, mistõttu selle temperatuur tõuseb kiiremini.

Saadud soojusenergia juhitakse torustiku abil kütte- ja sooja tarbevee süsteemi.

Külmaaine rõhk alandatakse paisuventiili abil ja see muutub taas vedelikuks, mis voolab tagasi aurustisse ning ring võib taas alata .
Soojuspumba tehniline ja majanduslik efektiivsus sõltub paljuski soojusallikast. Ideaalne soojusallikas omab kõrget ja stabiilset temperatuuri kogu kütteperioodi vältel, on kergesti kättesaadav, ei ole korrosiooni tekitava toimega ega saastunud ning omab soodsaid termodünaamilisi omadusi. Samuti tuleks arvestada, et soojusallika kasutuselevõtmine ja kasutamine ei tohiks nõuda väga suuri investeeringuid. Tabelis [LISA 2; Tabel 1] on toodud soojuspumpades enim kasutatavad soojusallikad ning nende temperatuurid. (Energiasäästu portaal. Soojuspumbad)
Soojusallikas
Temperatuur
Välisõhk
-10 ... +15°C
Ventilatsiooni õhk
+15 ... +25°C
Põhjavesi
+4 ... +10°C
Jõe- või järvevesi
0 ... +10°C
Merevesi
+3 ... +8°C
Kaljud
0 ... +5°C
Maapind
0 ... +10°C
Heitvesi
+10°C
Tööpõhimõtte järgi võib soojuspumbad jagada 3 gruppi:

Õhk–õhk soojuspumbad. Võtavad soojuse välisõhust ja tõstavad soojakandja temperatuuri kuni seda saab kasutada ruumiõhu soojendamiseks. Koosnevad välisseadmest ja siseseadmetest.

Õhk–vesi soojuspumbad. Võtavad soojuse välisõhust ja tõstavad soojakandja temperatuuri tasemele kuni seda saab kasutada küttevee soojendamiseks sobiva temperatuurini. Koosnevad välisseadmest ja siseseadmest, kus soojendatakse vett põrandaküttele, küttekehadele ja tarbevee valmistamiseks.
Maasoojuspumbad. Võtavad soojuse maapinnast või veekogust ja tõstavad soojakandja temperatuuri tasemele kuni seda saab kasutada küttevee soojendamiseks sobiva temperatuurini. Koosnevad maapinnas või veekogus paiknevast seadmetest ja hoones paiknevast seadmest, kus soojendatakse vett põrandaküttele, küttekehadele ja sooja tarbevee valmistamiseks. (Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 1)
Üldiselt hinnatakse küttesüsteemide effektiivsust arvutusliku hetkeefektiivsusteguri (COP) alusel, kuid siiski tuleks hinnata Eesti oludes kogu kütteperioodi vältel kujuneva effektiivsusteguri alusel. Nimetatud efektiivsustegurid näitavad saadava soojuse energiaühiku (kWh) suhet kulutatud elektri energiaühiku (kWh) kohta. Kui COP on näiteks 4, siis näitab see 1 kWh elektrikuluga saadavat 4 kWh soojahulka. Ehk siis, kui soojuspump kulutab sooja tootmiseks 1 kWh jagu elektrienergiat, siis selle käigus toodab see 4 kWh väärtuses soojust. (Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 2)

1.6.1 Õhksoojuspump

Õhusoojuspump [LISA 1; Pilt 12] saab energiat maja ümbritsevast välisõhust ja muudab selle soojuseks. Siin eristatakse kahte tüüpi soojuspumpasid: õhk-õhk ja õhk-vesi soojuspumbad.
Maailmas kõige levinumad on õhk-õhk soojuspumbad, mis on tuntud ka kliimaseadmetena. Välisõhk jahutatakse kompressori ja külmaaine abil majast väljas asuvas seadmes. Ruumi kütmiseks vajalik soojus saadakse majja paigaldatud seadme abil. Sellise õhusoojuspumba sisekomponent paneb õhu siseruumides liikuma ning kõikide ruumide temperatuur ühtlustub tõhusalt ja kiiresti. Eelduseks on, et ruumide vaheuksed hoitakse lahti. Kuni 180 m² suurusele majale piisab ühest siseseadmest. Kui eramu suurus ületab 180 m², soovitatakse juba kahe sisekomponendi paigaldamist. Õhusoojuspump toodab 1 kWh elektri kohta kuni 3 kWh soojust. (Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 3)
Soojust saab toota kuni -15°C pakasega , kuid kõige efektiivsem on sellist tüüpi soojuspump välistemperatuuride vahemikus -10°C kuni +10°C. Eriti praktiline on õhk-õhk soojuspump koos otseelektriküttega. Sel juhul jääks elektriküte vajadusel toetama soojuspumba küttesüsteemi. Seadme hankimiskulud on tunduvalt väiksemad kui maa- või ventilatsioonisoojuspumba puhul ning saadakse tagasi 3–4 aastaga. Samas on see ainus kütteliik, mis võimaldab ka jahedat õhku toota. (Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 4)
Õhk-vesi soojuspump kasutab ära välisõhus olevat soojust ning kasutab seda vedelike soojendamiseks põrandakütte jms. Need soojuspumbad on populaarsed Kesk-Euroopas, kuid on olemas ka seadmed, mis on spetsiaalselt valmistatud põhjamaises kliimas töötamiseks.

1.6.2 Maasoojuspump

Maasoojuspump kogub maapinda kogunenud päikeseenergiat. Päikeseenergia, mis on salvestunud maapinda, kaljusse või järvevette, soojendab plastmass-torustikus ringlevat vedelikku ( alkohol /vesi) sedavõrd, et maasoojuspump [LISA 1; Pilt 11] muudab need mõned kraadid soojaks tarbeveeks ning vesi-radiaatoreid või põrandakütet kasutades ka ruumiõhuks. Päikeseenergia ümbertöötlemiseks vajab soojuspump elektrit ning selliselt saadakse 1 kWh elektrienergiaga 2,5–4,0 kWh soojust. Seega on siin otseelektrikütteks kasutatava energiaga võrreldes kokkuhoid kuni neljakordne . (Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 5)
Torustiku ehitamine maasse nõuab suuri investeeringuid, kuid pikemas perspektiivis on maasoojapumba efektiivsus tunduvalt suurem kui õhusoojuspumba puhul, sest maapinna all, kust soojust saadakse, on temperatuur püsiv läbi aasta. Näiteks 100–150 m² suuruse maja küttesüsteemi jaoks läheb vaja umbes 400–800 meetri jagu torusid . Mida niiskem on pinnas ja pikem on maakollektor, seda suurem on saadav soojus-energia hulk. Sõltuvalt maja asukohast ning võimalustest kaevatakse maapinda paigaldatav torustik kas horisontaalselt ,vertikaalselt või diagonaalselt ca 1 meetri sügavusele, uputatakse puurkaevu või viiakse raskustega veekogusse. (Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 6)

1.6.3 Ventilisatsioonisoojuspump

Ventilatsioonisoojuspumbas kasutatakse energiaallikana ventilatsioonisüsteemi kaudu väljaheidetud siseõhku, mis tavaliselt läheb kasutult atmosfääri. Õhk võetakse maja ventilisatsiooni avadest ja aknakarniisidest läbi ventiilide ja suunatakse ruumi ülaossa, kus õhk soojeneb. "Kasutatud" õhk kogutakse kogumisventiilide kaudu ventilatsioonisoojuspumpa, kus seda soojendatakse veel veidi ning suunatakse tagasi elamusse. 1 kW-se kompressori abil on võimalik toota tunnis üle 4 kWh soojust. Suvel kasutatakse seda sooja vee tegemiseks, talvel kütteks ja soojaks veeks . (Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 7)
Ventilatsioonisoojuspumbaga süsteem sobib alla 150 ruutmeetri suuruse uue maja ehitajale või renoveeritavale majale, kus on ees tõsisem remont. Maksimaalne kasutegur saadakse kasutades soojuse jagamiseks põrandakütet. Aastane kokkuhoid kütte ja tarbevee arvelt on umbes 8000–10000 kWh ehk ligi 50%. Seadme kasutegur suureneb veelgi, kui majas on kamin või muu köetav küttekolle, kiirgatud soojust saab ventilatsioonisoojuspumbaga lihtsalt uuesti kütteks muuta ja mis levib ruumi tagasi põrandakütte kaudu. (Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 8)
Kokkuhoiule lisandub meeldiv värskus, sest õhk vahetub ruumides ligi 12 korda ööpäevas.

UURIMUS

2.1 Välistemperatuuri mõju küttekulule

Oma uurimistöö uurimusliku osa jaoks viisin läbi vaatluse, mis kestis ligi 2 kuud. Vaatluse eesmärgiks oli selgitada välja küttekulu ja välistemperatuuri suhe. Selleks kütsin oma toas asuvat väikest kaminat. Kaminaks oli Harvia Nostaligia Mini, mille tehase poolt määratud maksimumküttevõimsus on 6kW. Et saada piisavalt täpseid tulemusi, kaalusin iga kütmise jaoks kulunud puidu koguse ära. Peale selle mõõtsin iga kahe tunni tagant toatemperatuuri. Toas püüdsin saavutada temperatuuri 24-26 kraadi. Argipäeviti alustasin kütmisega kell 17.00 ning oma vaatluse lõpetasin 23.00, kui mõõtsin viimast korda toatemperatuuri. Puhkepäeviti oli selleks perioodiks vastavalt 13.00 ja 23.00. Kuigi vaatlesin umbes kahe kuu jooksul välistemperatuuri ja selle mõju küttekulule, on kogutud andmeid siiski vaid 21 päeva jagu. Põhjuseks see, et paljudel päevadel ei toimunud olulist temperatuuri muutust ning minu ülesandeks oli just uurida välistemperatuuri languse või kasvu mõju küttekulule. Oma vaatlusperioodil kõikus temperatuur +1,5 kuni -26 kraadini. Välistemperatuuriks võtsin päevase mõõtmistulemuste keskmise. Allpool olevatest tabelitest [LISA 2; Tabel 2; Tabel 3] saab selge pildi, kui palju tõuseb küttekulu temperatuuri langedes.
Tabeleid on kaks, kuna argipäeviti on kütmisperiood lühem kui puhkepäeviti ning vastupidi. Oma kaminas kasutasin kütteks lepapuitu. TTÜ Soojustehnika Instituudi koostatud töö andmeteil on kuiva lepa tüvepuidu keskmine kütteväärtus 18,7MJ/kg. Et teada saada, kui suure summa eest ma igal kütmisel kütan, pidin ma teada saama 1 ruumimeetri lepa kaalu. Hikkor Puit OÜ andmete kohaselt kaalub 1 ruumimeeter 25% niiskussisaldusega lepa puitu 360 kg. Nii saan arvutada küttepuidu hinna. Näiteks oli mul keskmiselt korvist 13 kg puitu. See tähendab, et korvitäie puidu hind on 12,5 krooni, kui võtta aluseks, et 1 ruumimeeter leppa maksab 350 krooni.

2.2 Vaatlusest saadud info

Andmetes võib näha puidu kulu samaksjäämist temperatuuri langusel . See on tingitud sellest, et kõik puud ei ole ühesuguse suurusega, kaaluga ja kütteväärtusega. Tahes- tahtmata tuleb keskmise suurusega kaminapuude hulka kas suuremaid või väiksemaid puid ning keegi vast ei hakka konstantse küttekulu säilitamiseks suuremaid puid lõhkuma parajaks suuruseks. Üleüldse oli suhteliselt raske kütta nii, et temperatuur toas oleks pidevalt ühesugune. Üheks põhjuseks võib tuua ka päikese. Kuigi väljas võis olla külm ilm, siis päikesekiired aitasid kaasa toatemperatuuri kasvule ning küttekulu säästule, vaatamata sellele, et peamiselt kütsin pimedal ajal. Päike soojendas tuba päeval ning aeglustas temperatuuri langust ning seetõttu toimus kokkuhoid küttepuude arvelt. Seda siiski juhtus väga harva, kuna vaatlusperioodil domineeris pilvine ilm.
Siiski pean tõdema, et jäin oma vaatluse teostamisega veidi hiljaks. Nimelt magasin põhimõtteliselt maha jaanuari kõige külmema aja, kui temperatuur oli langenud kohati -28 kraadini. Alustasin oma vaatlust just selle aja lõpus ning sain vaid kahe päeva tulemused kätte. Oleksin tahtnud vaadelda seda aega pikemalt , et näha mingit kindlat tulemust.

2.3 Soojuskadu

Elamu normaalseks sisetemperatuuriks loetakse +18°C. Kütteperioodi kestvus Eestis on ligikaudu 200 päeva. Selleks aga kulub väga suur hulk küttematerjali, mis omakorda nõuab raha. Et säästa küttekulu pealt, tuleks elamu seinad ja lagi ehitada võimalikult soojapidavad. Materjalide soojustatust iseloomustab soojusjuhtivustegur U. Soojusjuhtivustegur U näitab mitu vatti soojusenergiat läheb läbi ühe ruutmeetri suuruse seina või muu pinna ühe tunni jooksul, kui temperatuuri erinevus seina ühe ja teise poole vahel on 1 kraad . Mida väiksem on soojusjuhtivusteguri U väärtus, seda soojapidavam on sein. Tõsiasi on, et gaasid on halvemad soojusjuhid kui tahked ja vedelad ained, kuid soojusenergia säilitamise koha pealt on see ainult hea näitaja. Näiteks on õhu soojusjuhtivustegur 0,026 W/mK ja parematel soojustus materjalidel on see 0,03-0,04 W/mK. Samas on puidu soojaerijuhtivus 0,12-0,14 W/mK , betoonil 1,7-2 W/mK ja tsingitud terasel 45-55 W/mK. Selgelt on näha, et mida suurem on materjali tihedus, seda suurem on selle soojusjuhtivustegur. (NIEMINEN, J. Soojuseteekond)
Samat asja iseloomustab ka soojusjuhtivuse pöördväärtus R ehk soojapidavuse tegur. Eestis on minimaalne lubatud soojapidavus 0,65-1,34 m²·°C/W. Selleks, et ehituskulud oleksid minimaalsed, projekteeritakse uute elamute seinad ja laed minimaalse lubatava soojapidavusega. Nii aga kulub rohkem raha kütmise peale. Samas ehitusmaksumust ja tööjõukulu ei mõjuta väga palju, kas soojustusmaterjali kiht on 5 või 10 cm paksune. Mida suurem on soojapidavus, seda väiksemad on reeglina küttekulud. Järgnevalt toon välja erinevate materjalide soojapidavused. (LISA 2. Tabel 4)
Materjal
Kihipaksus(cm)
Soojapidavus R(m²·°C/W)
Paekivisein
50
0,4
Betoonsein
40
0,2
Silikaattellistest sein
25
0,28
Puitsein
20
1,11
Puitlaastplaadid
2
0,09
Lubikrohv
1,5
0,01
Mineraalvatt
10
1,42
Vahtplast
10
2,0
Õhuvahe
5
0,19
Selgelt on näha, et materjalid mis on loodud hoone soojustamiseks, edestavad teisi soojapivuses. Samas on õhu soojuspidavus väga hea. 5cm õhuvähe soojuspidavus on peaaegu sama mis 40cm betoonseinal. Antud andmete põhjal on võimalik välja arvutada seina soojapidavus. Hoone sein, milles mina elan koosneb 10cm vahtplasti kihist , 10cm paksusest mineraalvati kihist, 5cm paksusest õhuvahest, 5cm paksusest lauakihist ning 1,5cm paksusest lubjakrohvi kihist. Selle seina soojapidavus R=2,0+1,42+0,19+0,28+0,01=3,9 m²·°C/W. Võib kindlalt õelda, et sellise seina soojapidavus omadused on head. (MASSO, T. Väikemajad)
On võimalik ka välja arvutada kindla ajaperioodi soojusvõimsuse kadu. Selleks on vaja teada seina soojusjuhtivustegurit, seina pindala, sisetemperatuuri, välistemperatuuri ja aega. Toon näite enda elamu peal. Ruumi seinte pindala on 65 m². Eelpool kirjeldatud vaatlusperioodi keskmine välistemperatuur oli -9,5°C ning keskmine sisetemperatuur oli 24°C. Aluseks võtsin, et hästi soojustatud seina soojusjuhtivustegur U on 0,03 W/mK. Kütteperioodiks oli argipäeviti 6h. Kasutan valemit Q=U·S·ΔT·t. Vastus on Q=0,03·65·33,5·6=392W. Kamina tehasepoolt määratud maksimumküttevõimsus on 6kW. Selgub et 6000W soojusvõimsuse kadu on 392W.
On levinud kuldreegel, et kolmandik küttesoojast kulub ruumi õhu soojendamiseks, kolmandik läheb kaotsi läbi seinte ning kolmandik läbi akende ja lae. Kui arvestada, et lepa tüvepuidu keskmine kütteväärtus on 18,7MJ/kg, vabanes kütmisel argipäeviti keskmiselt 150MJ väärtuses energiat. Sellest 150MJ vaid 50MJ jagu energiat jääb soojendama ruumi, ülejäänud 100MJ pääseb läbi seinte, lae ja akende väliskeskonda.

TÖÖ ANALÜÜS

3.1 Küttesüsteemide negatiivsed ja positiivsed küljed

Töö esimese poole ehk uurimistöö teoreetilise osa ülesandeks oli tutvustada Eesti populaarsemaid küttelahendusi. Võib õelda, et neid on praeguse seisuga 6: ahjud/pliidid/kaminad, elektriküte, keskküte, kombineeritud küttesüsteemid, päikeseküte ning soojuspumbad. Levinuimad on ahjud, kaminad ja pliidid oma lihtsuse ning odavuse poolest. Nende küttelahenduste eelisteks võibki tuua lihtsuse, odavuse ning pika eluea. Samas ei osata tihti peale valida õige suurusega küttekollet elamusse ning selle tagajärjel võib tekkida ülekütmine võib halvemal juhul tulekahjugi.
Eelpool mainitud küttesüsteemidele järgnevad populaarsuse järgi elektriküte, keskküte ja kombineeritud küttelahendused. Elektrikütte suurim pluss on loomulikult mugavus, kuid kergelt võivad küttele kuluvad summad suureneda , kui köetakse mõtlematult. Keskküte on levinud eeskätt suurtes korterelamutes ning eeliseks võib tuua mugavuse elanikule. Siiski on sellel süsteemil rohkem negatiivseid külgi kui positiivseid. Nimelt keskküttega raisatakse tohutult energiat vee soojendamiseks torustikes. Kombineeritud küttesüsteemidega on võimalus korvata ühe süsteemi negatiivsed küljed teise süsteemi positiivsete pooltega. Laialt levinud on elektrikütte kasutamine mõne teise kütte lahendusega.
Tänapäeval on ühe rohkem populaarsust kogunud päikeseküte ja soojuspumpadel põhinev küttelahendus. Nende mõlema lahenduse suureks eeliseks on seadmete pikk eluiga, kuid kuna seadmed on suhteliselt keerukad ja kallid, ei ole need lahendused väga laialt levinud. Päikesekütte puhul on ainukesed väljaminekud seadmete soetamisel ja nende hooldusel, mis on minimaalsed. Praeguse kütuste hindade juures on tasuvusajaks umbes 15 aastat, kuid see lüheneb pidevalt küttehindade tõusuga. Soojuspumbad on laialt levinud Kesk- ja Lõuna-Euroopas. Põhjamaades on liiga külmad talved , mistõttu ei ole soojuspumbad väga effektiivsed. See on vähese kasutuse põhjuseks. Samas tehnoloogia pidevalt areneb ning varsti on kindlasti olemas soojuspumbad ka põhjamaade kliima jaoks.

3.2 Vaatluse ja soojuskao analüüs

Töö teises pooles oli uurimus, mis teostati vaatluse andmete põhjal. Mida võib järeldada vaatluse tulemustest? Kindlasti seda, et temperatuuri langedes tõuseb ka küttekulu. Välistemperatuuril 1,5 kraadi kulus 5 kg puitu, kuid -26 kraadisel temperatuuril oli puidukulu lausa 13 kg, mis on ligi kolm korda rohkem kui 1,5 kraadisel välitemperatuuril. Keskmiselt tõusis puidukulu 0,5 kg iga langenud kraadi kohta välitemperatuuril. Puhkepäeviti oli küttekulu keskmiselt 4 kg suurem. See oli tingitud asjaolust, et puhkepäeviti oli kütteperiood 2 tundi pikem. Argipäeviti kulus kütmisele keskmiselt 8,2 kg puitu päevas ehk 7.85 EEK eest küttematerjali. Puhkepäeviti oli küttekulu keskmiselt 12,5 kg ehk 12 EEK väärtuses lepapuitu. Kui arvestada, et lepa tüvepuidu keskmine kütteväärtus on 18,7MJ/kg, vabanes argipäeviti keskmiselt 150MJ väärtuses energiat. See on peaaegu sama kogus energiat, mis vabaneb 3 kg või 4 l bensiini põlemisel. Veel selgus, et peale temperatuuri, on ka muid faktoreid, mis mõjutavad küttekulu, näiteks päike.
Samas on väga suur faktor ka kütekulul elamu soojustatavus. Praegu ehitatakse äga kiirelt ja odavalt maju, hoides kokku paljude asjade pealt, sealhulgas ka isolatsiooni kihi pealt. Selline asi maksab valusalt kätte, kuna halvasti soojustatud maja küttekulu on ligi poole võrra suurem, kui hästi soojustatud elamul. Seinte ja lae soojustatust iseloomustavad kaks näitajat: soojupidavus ja soojusjuhtivustegur. Soojujuhtivusteguri puhul on väiksema väärtuse puhul tegu paremini sooja hoidva materjaliga ning soojapidavuse näitaja puhul on asi vastupidi. Kindlalt võib õelda, et mida tihedam on materjal, seda kõrgem on selle soojusjuhtivustegur. Kui näiteks terase soojusjuhtivustegur on 45-55 W/mK, siis õhu soojusjuhtivus tegur on vaid 0,026 W/mK. Igaühel on võimalik arvutada oma elamu soojusvõimsuse kadu arusaadavate valemite järgi. Näiteks minu toa soojusvõimsuse kadu on 392W 6000W-st.
Kindlasti ei saa nüüd neid andmeid võtta küttekulu arvutamiseks. See oleneb siiski suuresti majasoojustusest, köetava materjali kvaliteedist ja küttekoldest ning selle soojussalvestatavusest.

KOKKUVÕTE

Käesolevas töös uurisin erinevate küttesüsteemide omadusi ning vaatlesin küttekulu muutust temperatuuri langedes või tõustes. Uurimistöös selgusid erinevate küttelahenduste positiivsed ja negatiivsed küljed. Näiteks on elektrikütte positiivseks küljeks mugavus, kuid samas on vajalik elektri olemasolu. Sama on ka päikeseküttega, kus alginvesteering on küll suhteliselt suur, kuid pikemas perspektiivis tasub ennast ära, kuna raha kulub vaid hooldusele, mis nõuab väga vähe ressursse.
Töö käigus sain ka vastuse oma hüpoteesile. Lükkus ümber hüpotees, kus väitsin, et teatud negatiivse välistemperatuuri juures jääb küttekulu konstantseks. Tegelikkuses tõusis puidukulu 0,5 kg iga langenud kraadi kohta välistemperatuuril.
Kuigi hetkel võib lugeda populaarsemateks küttelahendusteks vanamoodseid ahje, kaminaid, pliite ning ka keskkütet, on see muutumas päikeseenergia ja soojuspumpade pealetulekuga.

SUMMARY

This work examined the properties of different heating systems and observed changes to heating costs with the change of outdoor temperature. This research revealed the negative and positive sides of different heating systems. For example the positive side of electrical heating sytem is its convenience, but the negative is the need for electricity. The same is with solar heating where the initial investment is quite large, but in longer perspective it costs it self back , because money is spent only for maintenance what requires very littel resources.
With this work I got the answers for my hypothesea. Fireplaces, stoves and cookers are indeed the most popular heating sytems in Estonia, mainly beacause their cheapness and simplicity. However collapsed the hypothesis, in which I claimed that in certain negative outdoor temperature the cost for heating will remain constant. Actually the cost for wood increased about 0,5 kg for every decreased degree on the outside temperature.
Although at the moment the most popular heating systems are old fashioned fireplaces, stoves and cookers, its becoming to change with the coming of solar heating sytems and heat pumps.

KASUTATUD MATERJALID

Energiasäästu portaal. Elektriküte.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1316 [17. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Elektriküte 1.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1316 [17. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Elektriküte 2.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1316 [17. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Keskküte.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1317 [17. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Päikeseküte.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1649 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Päikeseküte 1.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1649 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Päikeseküte 2.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1649 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Päikeseküte 3.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1649 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Soojuspumbad.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1318 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 1.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1318 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 2.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1318 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 3.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1318 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 4.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1318 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 5.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1318 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 6.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1318 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 7.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1318 [27. veebruar 2010]
Energiasäästu portaal. Soojuspumbad 8.
URL= http://kokkuhoid.energia.ee/?id=1318 [27. veebruar 2010]
TELDRE, K. Küttesüsteemid
URL= http://www.solness.ee/eramu/index.php?gid=30&id=227 [17. veebruar 2010]
TELDRE, K. Küttesüsteemid 1
URL= http://www.solness.ee/eramu/index.php?gid=30&id=227 [17. veebruar 2010]
TELDRE, K. Küttesüsteemid 2
URL= http://www.solness.ee/eramu/index.php?gid=30&id=227 [17. veebruar 2010]
TELDRE, K. Küttesüsteemid 3
URL= http://www.solness.ee/eramu/index.php?gid=30&id=227 [17. veebruar 2010]
TELDRE, K. Küttesüsteemid 4
URL= http://www.solness.ee/eramu/index.php?gid=30&id=227 [17. veebruar 2010]
TELDRE, K. Küttesüsteemid 5
URL= http://www.solness.ee/eramu/index.php?gid=30&id=227 [17. veebruar 2010]
Vikipeedia. Ahiküte.
URL= http://et.wikipedia.org/wiki/Ahiküte [17. veebruar 2010]
MASSO, T. Väikemajad. Tallinn Valgus 1990 [30. märts 2010]
NIEMINEN, J. Soojuseteekond. Tehnikamaailm Kodu & Ehitus.
Detsember 2004, lk 18 [30. märts 2010]

LISAD

Lisa 1

Pilt 1 Ahi

Pilt 3 Kamin

Pilt 5 Õliradiaator

Pilt 2 Pliit

Pilt 4 Teisaldatav soojuskiirgur

Pilt 6 Konvektor

Pilt 7 Põrandaküte

Pilt 9 Päikesekollektor

Pilt 11 Maasoojuspump

Pilt 8 Küttekile

Pilt 10 Soojuspumba tööpõhimõte

Pilt 12 Õhksoojuspump

28