Soojuspumbad, alternatiivenergeetika (0)

TALLINNA POLÜTEHNIKUM
ALTERNATIIVENERGEETIKA
SOOJUPUMBAD
Koostaja : Gert -Kardo Kitsingi
Õpperühm: EA-13
TALLINN 2015
SISUKOR
SISSEJUHATUS 4
SOOJUSPUMBAD 5
ÕHK-VESI SOOJUSPUMP 7
Mis on õhk-vesisoojuspump 7
Inverteriga õhk-vesisoojuspump on säästlik 7
Millal valida õhk-vesi soojuspump? 7
Tööpõhimõte 8
Inverter ja ON/OFF õhk-vesi soojuspumbad 8
Soovitused õhk-vesi soojuspumba paigaldamisel 9
SOOJUSTEGUR-COP 11
ÕHK-ÕHK SOOJUPUMP 12
Dimensioneerimine 13
Vastavus kliimaoludele 13
MAASOOJUSPUMP 14
Maasoojuspumpade eelised: 14
Maasoojusenergia liigid 15
Maakollektor 15
Veekollektor 15
Energiakaev 15
Põhjavesi 16
Otseaurustumisega maasoojuspumbad 16
Maasoojuspumba valimine – soovitused ja nõuded 17
Nõuded maakollektori paigaldamisel 18
Maasoojuspumba tööpõhimõte 18
KOKKUVÕTE 19
KASUTATUD KIRJANDUS 20
LISA 21
SISUKORD 2
SISSEJUHATUS 3
SOOJUSPUMBAD 4
ÕHK-VESI SOOJUSPUMP 6
Mis on õhk-vesisoojuspump 6
Inverteriga õhk-vesisoojuspump on säästlik 6
Millal valida õhk-vesi soojuspump? 7
Tööpõhimõte 7
Inverter ja ON/OFF õhk-vesi soojuspumbad 7
Soovitused õhk-vesi soojuspumba paigaldamisel 8
Kus kasutada õhk-vesi soojuspumpa? 9
SOOJUSTEGUR-COP 10
ÕHK-ÕHK SOOJUPUMP 11
Dimensioneerimine 12
Vastavus kliimaoludele 12
MAASOOJUSPUMP 13
Maasoojuspump ehk maaküte on energiasäästlik ja keskkonnasõbralik 13
Maasoojuspumpade eelised: 13
Maasoojusenergia liigid 14
Maakollektor 14
Veekollektor 14
Energiakaev 14
Põhjavesi 15
Otseaurustumisega maasoojuspumbad 15
Maasoojuspumba valimine – soovitused ja nõuded 16
Nõuded maakollektori paigaldamisel 17
Maasoojuspumba tööpõhimõte 17
KOKKUVÕTE 18
KASUTATUD KIRJANDUS 19
LISA 21

SISSEJUHATUS

Referaati koostamise eesmärk on saada teada, mis on soojuspump ning, mis on selle eesmärk ja töötamisepõhimõte. Samuti tutvun erinevate turul olevate soojupumpade liikidega ning nende kasutamisega igapäevases elus.

SOOJUSPUMBAD

Soojuspump: keskkonnasõbralik, ökonoomne ja energiasäästlik küttetehnoloogia Päike, olles suurimaks energiaallikaks, soojendab maad, õhku ja veekogusid. Soojuspump annab meile võimaluse lahendada oma küttevajadused keskkonda saastamata ja liigselt maavarasid kulutamata. Veel aitab soojuspump oluliselt vähendada küttekulusid. Soojuspumbaga kütmine on keskkonnasõbralik ja soojuspump klassifitseerub taaskasutatavaks energiaallikaks. Soojusenergia on kõikjal meie ümber. Seda leidub välisõhus, maapõues, ventileeritavas õhus, põhjavees või heitvees. Meid ümbritsev soojusenergia on valmis transpordiks ja kasutamiseks. Soojuspump kogub meid ümbritsevast keskkonnast salvestunud soojusenergiat. Energia siirdatakse kompressortehnika ja soojusvahetite abil meile kasulikuks soojuseks, millega köetakse ruume ja tarbevett. Kasutamiseks kõige sobilikum energiaallikas valitakse sõltuvalt maja energiavajadusest, asukohast ja paigaldatud küttesüsteemist. Soojuspumbad võivad toimida ka vastupidi, suvel ruume jahutades. Seega on ühe süsteemiga võimalik nii kütta kui ka jahutada eluruume ning toota sooja tarbevett. Soojuspump töötab nagu külmutuskapp, kuigi vastupidi Külmkapis juhitakse kapi seest soojus välja. Soojuspump transpordib aga õhus, maapinnas või vees sisalduva soojusenergia majja. Soojuspump koosneb neljast põhiosast :

aurustist,

kondensaatorist,

kompressorist (seade rõhu tõstmiseks)

paisventiilist ( ventiil rõhu langetamiseks ). Need komponendid on ühendatud torustiku abil suletud süsteemiks. Süsteemis ringleb külmaagens, mis ühes süsteemi osas on vedelas ja teises gaasilises olekus.Vedelikel on sõltuvalt rõhust erinev keemistemperatuur ehk keemispunkt . Mida kõrgem rõhk seda kõrgem keemispunkt. Näiteks vee keemispunkt normaalrõhul (1atm) on 100 ºC. Rõhku kahekordistades on vee keemispunkt 120 ºC. Normaalrõhku poole võrra vähendades on vee keemispunktiks vaid 80 ºC. Soojuspumbas ringlev külmaagens käitub sarnaselt, selle keemispunkt muutub sõltuvalt rõhu muutusest. Külmaagensi eripäraks on väga madal keemispunkt, mis on normaalrõhul - 40 ºC. See võimaldab külmaagensi kasutada madalate temperatuuridega soojusallikate juures. Soojuspumba tööpõhimõtte kirjeldus maasoojuspumba näitel Kollektoris ringlev külmakindel lahus (külmakandja) soojeneb maapinda salvestunud päikeseenergia toimel. Soojenenud külmakandja liigub soojuspumba aurustisse, kus toimub soojusenergia ülekanne teisele kinnises süsteemis ringlevale vedelikule - külmaagensile. Külmaagensil on, nagu eespool kirjeldatud, omadus madalatel temperatuuridel aurustuda. Aurustunud külmaagens imetakse kompressorisse , kus kokkusurumise tagajärjel gaasi temperatuur tõuseb. Seejärel liigub kuum gaas kondensaatorisse, kus kondenseerumisel antakse soojusenergia edasi maja küttesüsteemile. Gaasiline külmaagens muutub kondenseerudes vedelikuks ja peale paisventiilis rõhu alandamist on valmis uueks soojusenergia kogumiseks. Paisventiil reguleerib külmaagensi vooluhulka, et saavutada optimaalset rõhkude vahet aurusti ja kondensaatori vahel

ÕHK-VESI SOOJUSPUMP

Peamine eelis õhksoojuspumba ees on see, et õhk-vesisoojuspumpa ei pea ühegi teise kütteliigiga kombineerima. Peamine eelis maakütte ees on maakollektori puudumine.
Õhk-vesisoojuspump kütab radiaatoreid ja põrandkütet ning soojendab tarbevett.

Mis on õhk-vesisoojuspump

Õhk-vesisoojuspumbaks nimetatakse seadet , mis võtab soojuse õhust ja annab soojuse veele. See seade kasutab üht tänapäeval enim edasi arenenud küttetehnoloogiat: õhk-vesisoojuspump ei tooda energiat, vaid pumpab seda ühest keskkonnast teise. Kus tasub õhk-vesisoojuspumpa kasutada
Õhk-vesisoojuspump sobib hästi põhikütteks uues hoones , kus soovitakse, et püsikulu oleks võimalikult väike, kuid maakütte paigaldamiseks ei leita võimalusi. Õhk-vesisoojuspump on väga säästlik ja erinevalt maaküttest reageerib tem0a soojustegur kohe, kui päike välja tuleb.
Samuti saate suvise sooja tarbevee väga säästlikult köetud ning Teie pesu- ja tualettruumide põrand on meeldivalt soe.
Õhk-vesisoojuspump annab sama hea säästu ka sellises hoones, kus küttesüsteem on juba välja ehitatud, kuid püsikulud kütusehinna kallinemise tõttu liiga suureks kasvanud. Samuti on õhk-vesisoojuspump abiks siis, kui Teil on puidu- või kivisöekatla kütmisest isu täis saanud. Puiduküttel katlaga võrreldes püsikulu soodsamaks ei lähe, küll aga jääb Teile oluliselt rohkem vaba aega. Õli- või elektrikatlaga võrreldes säästate õhk-vesisoojuspumpa kasutades püsikuludelt kuni 60%. Oleneb maja suurusest ja küttesüsteemi lahendusest, kuid täna suudavad õhk-vesisoojuspumbad aastas säästa 2000 eurot ja rohkemgi .

Inverteriga õhk-vesisoojuspump on säästlik

Tänu invertertehnoloogiale on soojuspumpa erinevatel soojuskoormustel võimalik säästlikult tööle rakendada. Näiteks töötab inverteriga seade ka sügisel ja kevadel efektiivselt, kui soojuskoormus on palju väiksem talvel vajaminevast energiast.

Millal valida õhk-vesi soojuspump?

Õhk-vesi soojuspumba   eeliseks maakütte ees on väiksem alginvesteering, mis tuleneb maakollektori puudumisest. Soojusenergia kogutakse välisõhust ja antakse edasi maja vesiküttesüsteemile (kas radiaator - või põrandaküte ).
Õhk-vesi soojuspump toodab ka sooja tarbevett. Samuti on võimalik maja suvel jahutada. Lisaks on õhk-vesi soojuspumpa lihtne paigaldada, kõik vajalik on koondatud ühte seadmesse – veesoojendi, juhtarvuti , lisaküttekatel jms. Võrreldes näiteks õhk-õhk soojuspumbaga ei ole vajadust kombineerida küttesüsteemi teiste kütteliikidega, sest õhk-vesi soojuspumpa saab kasutada põhiküttena valdava enamuse kütteperioodist, vaid kõige külmematel talvepäevadel on vajalik lisakütteallikat (nt elekter). Samas on maakütte kasutegur kõrgem ning sellest tulenevalt küttekulud aasta jooksul ka väiksemad.
Enamikku õhk-vesisüsteeme on võimalik kasutada renoveeritavates hoonetes kütte- ja tarbevee tootmiseks. Seadmeid saab tarvitada veel õli- või elektriküttesüsteemide asendamiseks, kasutades mõningatel juhtudel juba olemasolevat soojusmahutit. Seega sobib õhk-vesi soojuspump suurepäraselt asendamaks traditsioonilisi küttekatlaid. Tavapäraste õli- ja gaasikateldega saab 1 kW sisendenergiast vähem kütteenergiat kui 1kW. Kasutades õhk-vesi soojuspumpa saab 1 kW elektrienergiast keskmiselt 3kW kütteenergiat.
Õhk-vesi soojuspump sobib hästi põhikütteks ka uues hoones, kus soovitakse, et püsikulu oleks võimalikult väike, kuid maakütte paigaldamiseks ei leita võimalusi. Samuti sobib kasutamiseks korruselamutes, kus küttesüsteem on juba välja ehitatud, kuid püsikulud kütusehinna kallinemise tõttu liiga suureks kasvanud. Õhk-vesi soojuspumba puhul on hoolduskulu viis korda väiksem kui õlikatlal ning kütmine on suitsu-, tuha-, tahma- ja tolmuvaba. Samuti pole vaja tulenormidele vastavat katlaruumi, korstent, suurt kütuseruumi ja katlamaja normidele vastavat ventilatsiooni.

Tööpõhimõte

Õhk-vesi tüüpi soojus­ pump kasutab sooja tootmiseks ära välisõhku salvestunud soojusenergiat, mille energiakandjaks siseruumides on vesi. Välisõhk juhitakse ventilaatori abil soojuspumpa ning madala keemispunktiga külmaagens tsirkuleerib soojuspumba suletud süsteemis. Kui külmaagens jõuab aurustisse, siis välisõhus olnud soojuse mõjul külmaagens aurustub. Aur surutakse kompressoris kokku, mille tulemusena temperatuur tunduvalt tõuseb. Soe külmaagens jõuab kondensaatorisse, mis asub boileris. Seal annab külmaagens oma energia ära boileri veele ja tema temperatuur langeb ning külmaagens muudab oma olekut gaasilisest vedelaks. Seejärel külmaagens läheb läbi filtrite paisumisventiili, kus rõhk ja temperatuur langevad veelgi. Külmaagens lõpetab nüüd oma ringluse ja jõuab jälle aurustisse, kus toimub välisõhust saadava energia abil uuesti aurustumine .

Inverter ja ON/OFF õhk-vesi soojuspumbad

Parim valik õhk-vesi soojuspumpa valides on inverter tüüp, mis tähendab, et seade reguleerib ise vastavalt soojuskoormusele enda kompressori pöördeid. Samas on turul ka ON/OFF tüüpi seadmeid mis lülitavad ennast sisse, kui küttesüsteemis soovitud temperatuur langeb ning kui on saavutatud vajalik temperatuur lülitab seade ennast uuesti välja.
Inverteriks nimetatakse kompressori võimsusregulaatorit, mis muudab kompressori pöördeid vastavalt vajadusele. Kui õues on külm ja maja vajab rohkem sooja, siis tõstab inverter kompressori võimsust, ning kui õues paistab päike ja on soe, siis töötab seade minimaalsel võimsusel. Tänu invertertehnoloogiale on soojuspumpa võimalik säästlikult erinevate soojuskoormuste juures tööle rakendada. Näiteks töötab inverteriga seade efektiivselt ka sügisel ja kevadel, kui soojuskoormus on talvel vajaminevast palju väiksem.
ON-OFF tüüpi soojuspump töötab ainult täisvõimsusel ning kui soovitud õhutemperatuur on saavutatud, lülitab end automaatselt välja. Seega igaks käivituseks kulub energiat. Iga käivitus aga koormab ja lõhub kompressorit, eriti külma ilmaga, mil seade peab töötama ligikaudu minuti vältel ebapiisava õlitusega. Nii saavad kompressori liikuvad osad kahjustusi. Peamiselt seepärast tuleb seda tüüpi seadmete kasutamine lõpetada, kui välistemperatuur langeb alla -5°C. ON/OFF tüüpi soojuspumbad on küll natuke madalama hinnaga, kuid täisvõimsusel pidevalt sisse ja välja lülitudes tarbivad nad energiat liiga palju ning ei taga enamasti oodatud energiasäästu. Invertertüüpi soojuspumbad reguleerivad seevastu kompressoripöördeid sujuvalt ning lülituvad välja nii harva kui võimalik. Inverter tagab seadme töö ka siis, kui hoone soojuskoormus on minimaalne.

Soovitused õhk-vesi soojuspumba paigaldamisel

Kõige paremaks lahenduseks on välisseadme paigaldamine spetsiaalse raamiga maapinnale. See lahendus ei lase tekkival vibratsioonil hoonesse edasi kanduda. Vibratsiooni suhtes kõige tundlikumad on puitseinad ja magamisruumide seinad. Kui aga mujale pole võimalik paigaldada, siis tuleb jälgida, et välisseadme tugihoidjatele oleks alla paigaldatud spetsiaalsed külmakindlad vibratsioonipuksid.
Seadet ei ole soovitav paigaldada katusele. Paigaldades välisseadme liiga kõrgele on seadet hiljem raske hooldada ja sulatusvesi hakkab tilkuma seina peale. Lisaks sellele halvendavad tugevad tuuled sulatusprotsessi ja seadme üle puudub järelvalve. Teisalt paigaldades välisseadme liiga madalale ei ole sulatusvee äravooluks piisavalt ruumi ja talvel võib lumi peale tuisata. Paigaldades välisseadme katusele (eriti kaldkatusele) on seadet hiljem raske hooldada ja seadme üle puudub järelvalve, suuremad tuuled halvendavad sulatusprotsessi ja sulatusveest tekkiv jäämass lõhub katust, lumetõkkeid ja vihmaveerenne (jäämass võib kevadeks kaaluda kuni 1 tonn ).
Õhk-vesisoojuspumba tööpõhimõtte aluseks on termodünaamika II seadus, mis määrab ära iseeneslike protsesside suuna ning ütleb, et soojus ei saa minna iseenesest külmemalt kehalt soojemale.
Küll aga saab soojust pumbata . Lihtsustatult seisneb seadme tööpõhimõte selles, et välisosas asuv kompressor surub gaasilise külmaaine kokku, mille tagajärjel see kuumeneb: soe külmaaine suunatakse soojusvahetisse, kus ta omakorda loovutab soojuse radiaator- või põrandküttesüsteemile. Selles protsessis ei toimu sooja tootmist, vaid välisõhust võetakse soojus ära ja pumbatakse see kompressori abil küttesüsteemi.
Võrdluseks võib tuua veepumba tööpõhimõtte. Kui vesi kõrgemalt madalamale voolab ise, siis alt üles on vaja teda pumbata. Sellisel juhul on pump lihtsalt transpordivahend . Täpselt sama funktsiooni täidab kompressor õhk-vesisoojuspumbas: kui kütteperioodil liigub soojus ruumist läbi välispiirde õue ise, siis tuppa tagasi tuleb ta tuua soojuspumbaga.
Õhk-vesi soojuspump kogub soojusenergia välisõhust ja annab selle maja vesiküttesüsteemile (radiaator- või põrandaküte) ning toodab samas ka sooja tarbevett. Seda tüüpi soojuspumpa on suhteliselt lihtne paigaldada. Eeliseks õhk-õhk soojuspumba ees on, et puudub vajadus kombineerida teiste kütteliikidega. Peamiseks eeliseks maakütte ees on maakollektori puudumine. Õhk-vesi soojuspmp võimaldab kuumal suvepäeval ka jahutada.
Õhk-vesi soojuspump võimaldab vähendada küttekulusid kuni 65%, kuigi täpne küttekulu sõltub mitmest faktorist nagu maja asukoht ja suurus ning soovist kasutada või mittekasutada jahutamise funktsiooni. Oluliseks faktoriks on keskkonnasõbralikkus. Võrreldes traditsiooniliste fossiilsel kütusel baseeruvate küttesüsteemidega vähendab õhus oleva soojusenergia kasutamine maja kütmiseks tunduvalt CO2 emiteerimist ümbritsevasse keskkonda.

Kus kasutada õhk-vesi soojuspumpa?
Õhk-vesi soojuspump sobib hästi põhikütteks uutes majades , kus soovitakse, et püsikulu oleks võimalikult madal ja maakütte paigaldamiseks ei ole võimalust. Õhk-vesi soojuspump on väga säästlik ja erinevalt maaküttest reageerib soojustegur kohe kui päike välja tuleb.
Samuti on suvine soe tarbevesi säästlikult soojaks köetud ning dušširuumide ja muude sanitaarruumide põrandad meeldivalt soojad .
Õhk-vesi soojuspump tagab hea säästlikkuse ka vanemates majades, kus küttesüsteem on juba välja ehitatud, kuid püsikulud kütusehinna kallinemise tõttu liiga suureks kasvanud. Samuti on abiks õhk - vesi soojuspump siis, kui puu- või kivisöekatla kütmisest “isu täis” saanud. Puukatlaga võrreldes püsikulu soodsamaks ei lähe, küll aga jääb oluliselt rohkem vaba aega. Õli- või elektrikatlaga võrreldes on sääst püsikuludelt kuni 60%.

SOOJUSTEGUR-COP

Soojustegur ehk COP on arv, mis näitab, mitu korda annab seade rohkem soojusenergiat võrreldes kulutatud elektrienergiaga. Mida suurem on COP, seda suurem on sääst.
COP-i arvutamiseks jagatakse saadud soojusenergia kasutatud elektrienergiaga: kui COP on 4,4, siis järelikult pumpab soojuspump 1 kWh elektriga 4,4 kWh soojust.
Soojustegur ehk COP on soojuspumpadel erineva välisõhutemperatuuri puhul erinev. Mida soojem ilm väljas on, seda suurem on COP. Seepärast tuleb süsteemi tasuvusaja arvestamisel vaadata aasta keskmist COP-i.
Õhk-vesisoojuspumba aasta keskmine COP võrrelduna elekterküttega on 2 või pisut rohkem. Soojustegur oleneb otseselt sellest, millise tootja seadmed Te valite . ABC Kliima püüab pakkuda parimat. Näiteks: soojustegur 3 (COP=3) näitab, et soojuspump annab kulutatava elektrienergiaga võrreldes kolm korda rohkem soojusenergiat. Üle kahe kolmandiku soojusenergiast saadakse „tasuta“ soojusallikast (nt maapind , õhk, veekogu jne). Seega soojuspump säästab seda rohkem raha, mida suurem on maja energiavajadus.
Allpool toodud pildil on kuvatud soojusteguri arvutusvalem.

ÕHK-ÕHK SOOJUPUMP

Õhk-õhk-soojuspumpa nimetatakse lühemalt ka lihtsalt õhksoojuspumbaks või õhusoojuspumbaks. Õhk-õhk-soojuspump ammutab vajaliku soojusenergia välisõhust ja annab selle edasi ruumis ringlevale õhule. Antud tüüpi soojuspumbad sobivad hästi enamikele väiksematele hoonetele (kuni 100 m²). Eriti sobiv on õhk-õhk-soojuspumbalahendus ühepereelamutele, väiksematele poodidele, kontoritele, garaažidele jne.
Õhk-õhk-soojuspumpa saab kasutada ka õhku jahutava seadmena ehk õhukonditsioneerina. Õhk-õhk-soojuspumbaga väheneb kütmiseks vajalik elektrienergiakulu kuni 50%. Tänu odavaimale soetamis - ja püsikulule on õhk-õhk-soojuspumbad tänapäeval kõige rohkem levinud soojuspumbad. Nende paigaldamine on ka kõige väiksema ehitusmahuga ning on teostatav ühe tööpäevaga Eeldab avatud planeeringut Õhk-õhk-soojuspumba soetamisel on tähtis, et köetavad ruumid oleksid avatud planeeringuga. Siis pääseb soojuspumba sisemoodulist tulev soe õhk takistusteta kõigisse ruumidesse. Teadmiseks, et temperatuur langeb igas soojuspumba sisemoodulist eemal olevas ruumis umbes kraadi võrra. Sisemoodul peab olema paigaldatud nii, et õhuringlus ruumides oleks optimaalseim.
Paigaldamisel tuleks lähtuda järgmistest soovitustest ja põhimõtetest:

soojuse levimiseks peavad uksed olema avatud

mida avatuma planeeringuga on hoone, seda kasulikum on kasutada õhusoojuspumpa

soojuse levimine hoones sõltub väga suurel määral hoone soojustusest, mida parem on soojustus, seda ühtlasem temperatuur saavutatakse

kui soojendamisel liigub soojus hoones pea igasse tuppa, siis jahutamisel jahe õhk teistesse ruumidesse ei liigu
Õhk-õhk-soojuspumpadega ei saa toota sooja tarbevett. Puuduseks on veel, et õhk-õhk soojuspumba töö efektiivsus sõltub otseselt välistemperatuurist ja talviste külmade ajaks on vajalik lisakütteallika olemasolu . Välistemperatuurini -10°C töötab enamus mudeleid efektiivselt. Välistemperatuuril -15°C ja osadel mudelitel isegi -20°C on märgitud soojatoodang veel kaks korda suurem kui kulutatud elektrienergia. Siiski kulub madalatel temperatuuridel lisaenergiat välisseadme karteri soojendamisele ja sulatusprotsessidele, mis alandavad seadme efektiivsust . Kindlasti tuleb õhk-õhk soojuspumba valikul arvestada ka seadme (nii sise- kui välisosa) mürataset.
Inverterkompressor
Õhk-õhk-soojuspumba soetamisel tuleks eelistada inverterkompressoriga soojuspumpasid. Inverterkompressor tagab tänu muutuvale kiirusele efektiivselt ja sujuvalt ühtlase ja mugava temperatuuri. Turult võib siiski leida veel ON-OFF tüüpi õhksoojuspumpasid, mis töötavad kogu aeg täisvõimsusel ning seetõttu toimub soovitud temperatuuri saavutamiseks palju sisse-välja lülitusi. Seda tüüpi õhksoojuspumbad kütavad ruume ebaühtlaselt – ruum on kord külm, siis jälle liiga soe. See ei taga ühtlast temperatuuri toas. Seega on inventer kompressoriga varustatud õhksoojuspumbad efektiivsemad ja vähem energiakulukad kui ON-OF tüüpi kompressoriga varustatud õhksoojuspumbad.
Parima soojusteguri saavutamisel on oluline osa õhksoojuspumbas kasutataval külmaainel ehk külmaagensil. Praegu parima tulemuse annab uus külmaagens R410A , mis seob talvise temperatuuri juures paremini välisõhust soojust tagades kütmisel seega parima kasuteguri. Uus külmaaine on loodusele ja inimesele täiesti ohutu.

Dimensioneerimine

Õhksoojuspumba valimisel tuleb kindlasti vältida nii üle- kui aladimensioneerimist. Üledimensioneerimisel ehk liiga võimsa seadme puhul hakkab väikestel küttekoormustel, kui küttevajadus on väike soojuspump tihti sisse-välja lülituma. Rohketele sisselülitustele kuluv energia muudab seadme tasuvusaja liiga pikaks ja esialgselt kallima investeeringu mõttetuks. Mõõdukas üledimensioneerimine on lubatud. Aladimensioneerimisel ehk liiga madala võimsusega soojuspumba korral ei suudeta tagada piisavat küttevõimsust ja pump töötab liigselt suurel koormusel. Sellisel juhul on kogemus näidanud, et veidi võimsama seadme kasutamise korral oleks olnud võimalik rohkem raha säästa. Väiksema võimsusega pumpade puhul on muidugi võimalus neid hiljem juurde lisada. Näiteks ladudes ja tootmishoonetes, kus on raske määrata täpset soojuskoormust, on aladimensioneerimine isegi mõistlik, sest reeglina paigaldatakse sinna rohkem kui 1 pump ning hiljem pole keeruline neid vajadusel juurde lisada.

Vastavus kliimaoludele

Kuna õhk-õhk soojuspumpade vastu on turul suur nõudlus , tuleb ostmisel kindlasti jälgida, et tegu oleks põhjamaade jaoks kohandatud mudelit. Põhjamaade mudelitel on olemas spetsiaalne talvevarustus ehk korralik sulatusprogramm ja välisseadme põhja sulatamiseks termostaadiga soojenduskaabel. Kui aga osta soojuspump, millel puudub talvevarustus,võib hilisem remont kalliks osutuda ja loodetud sääst saamata jääda.

MAASOOJUSPUMP

"Maasoojus" hõlmab nelja erinevat liiki energiaallikat: energiakaev, maapind (maakollektor), põhjavesi ja veekogu (veekollektor). Soojuspumbale sobiv energiaallikas valitakse lähtuvalt hoone energiavajadusest ja asukohast.
Allpool toodud skeemil on näha erinevate küttesüsteemide jooksvad kulud:
Maasoojuspump on kütteseade, mis ammutab maapinda salvestunud päikeseenergiat. Suvel akumuleerub maapinda soojusenergia, mida jahedate ilmade saabudes saab maasoojuspumba abil maja kütmiseks kasutada. Maasoojuspump kasutab soojusallikana maapinda, pinnase ülemisi kihte, kaljut või lähedal asuvat veekogu.  Meetri sügavusel maapinnas on temperatuur üsna konstantne (4 – 12 ºC). Maapinda salvestunud soojusenergia ammutatakse pinnasesse paigaldatud plastikust torustiku – maakollektori abil. Maakollektor on ühendatud soojuspumbaga, mis katab täielikult maja küttevajaduse: küttes ruume ja tootes sooja tarbevett. Maasoojuspumbaga saab vajadusel ka ruume jahutada. Maakollektori paigaldamiseks peab maja ümber olema piisavalt suur maa-ala. Soojuspump vajab soojusenergia pumpamiseks (kompressori tööks) elektrienergiat. Kulutades ühe kWh elektrienergiat suudab maasoojuspump toota kuni 5 kWh soojusenergiat. Maasoojuspump võimaldab küttekulusid vähendada kuni 80%.
Maasoojuspump ehk maaküte on turvaline, mugav, keskkonnasõbralik ja peaaegu hooldusvaba küttelahendus.

Maasoojuspumpade eelised:

• Tõhus ja ülimalt energiasäästlik küttelahendus
  
• Kütab ruume ja toodab sooja tarbevett
  
• Kasutajasõbralik juhtsüsteem võimaldab juhtida kogu küttesüsteemi
  
• Võimalik kasutada nii radiaator- kui ka põrandaküttega
  
• Keskkonnasõbralik ja tuleohutu (puudub põlemisprotsess)
  
• Madal müratase
  
• Väike hooldusvajadus
  

Maasoojusenergia liigid

Maakollektor

Maapinna ülemistesse kihtidesse salvestub suvel päikeseenergia. Lisaks päikeseenergiale salvestub maapinda vihmavee - ja maapinna lähedase õhu soojusenergia. Kollektori pikkus sõltub soojuspumba võimsusest, ulatudes 250 – 50000 m.
Maakütte torustik   paigaldatakse 1 m sügavusele vahekaugusega vähemalt 1 m ja täidetakse külmumiskindla vedelikuga – külmakandjaga. Torustikus ringlevale külmakandjale ülekandunud soojusenergiat kasutatakse maasoojuspumba abil hoonete kütmiseks ja sooja tarbevee tootmiseks.
Maakollektori kasutamine on ülimalt tõhus ja säästlik soojusenergia ammutamise meetod. Suurim maasoojuspumba tootlikkus saavutatakse niiske pinnase korral. Maasoojuspumbaga soojusenergia ammutamiseks on kõige ebasobivam kuiv ja liivane pinnas.

Veekollektor

Veekollektor sarnaneb tehnoloogiliselt maakollektoriga, mille abil on võimalik ära kasutada veekogudesse ( järved , jõed, meri) kogunenud ja talletunud vaba energia. Kollektor paigaldatakse veekogude põhja kas silmus - või laotatud meetodil.
Silmus-meetodi eeliseks on lihtne ja kiire paigaldus; jälgima peab, et veekogud oleksid piisavalt suured ja sügavad. Paigaldamisel kollektor uputatakse ja kinnitatakse raskustega veekogu põhja. Antud tehnoloogilist lahendust saab kasutada, kui hoone on ehitatud veekogu lähedale.

Energiakaev

Maapinna sügavamas aluskihis asub peaaegu konstantse temperatuuriga aastaringne geotermiline energiaallikas. Energiakaevudeks nimetatakse vertikaalseid või kaldu puurauke, millesse paigaldatud torustiku kaudu ammutatakse pinnasekihti salvestunud päikeseenergiat hoonete ja tarbevee kütmiseks.
Puuraugu läbimõõt on enamasti 50 -160 mm. Väikesema läbimõõduga puuraukudesse (50 – 100 mm), mida kasutatakse otseaurustumisega soojuspumpade korral, paigaldatakse 15 – 30 m sügavusele väikese läbimõõduga vasktorud. Plasttorustikuga energiakaevud vajavad suurema läbimõõduga (100 -160 mm) ja sügavusega (100 -200 m) puurkaeve. Kui energiakaevud ei täitu veega, siis nad täidetakse.
Energiakaevust saadav soojusenergia ühe meetri kohta on vähemalt kaks korda suurem võrreldes horisontaalse paigaldusega. Energiakaeve ei saa kasutada veevõtuallikana, kuna see võib jäätuda.
Suletud süsteem lõpuni tamponeeritud soojuspuuraugus („vai”) tähendab, et energiapuuraugus asetseb üks või mitu suletud torustikku, milles ringleb madala keemistemperatuuriga vedelik. Kui soojuspuurauk on lõpuni tamponeeritud, siis sanitaarkaitseala ega veevõtukoha hooldusnõudeid ei määrata.

Põhjavesi

Soojusallikana saab kasutada ka põhjavett, mille temperatuur on aastaringselt 4 – 12 ºC.Soojuspump kasutab maja kütmiseks põhjavette salvestunud päikeseenergiat. Maasoojuspumbaga ühendatakse tavaliselt kaks üksteisest 15 – 20 m kaugusel asuvat puurkaevu, üks vee võtmiseks ja teine vee tagasijuhtimiseks. Rohke veetootlikusega pinnastes on võimalik kasutada vee pumpamist läbi soojuspumbas oleva aurusti (avatud süsteem) ning siis tagasi maapinda (soovitavalt teise puurauku), kus vesi taas soojeneb ja tekib ringlus puurkaevude vahel. Puurkaevusüsteemi puurkaevud peavad olema ühe sügavused ja asuma samas veekihis. See hoiab ära erinevate veekihtide segunemist ja veehulkade vähenemist väljapumbatavast veekihist. Puurkaevusüsteemi negatiivseks küljeks on kindluse puudus maapinnas piisava veeringluse tekkimise osas. Põhjavee reostamise oht on minimaalne, kui täidetakse kõiki paigaldusnorme. Õigesti koostatud süsteemis on põhjavee reostus välistatud.

Otseaurustumisega maasoojuspumbad

Otseaurustumisega maasoojuspumpadeks nimetatakse soojuspumpasid, milles puudub külmakandja ( etüleenglükool ) tsirkulatsiooniring. Soojusenergia kantakse väliskeskkonnast üle otse külmaainele (külmaagens). Sellise maasoojuspumba tööpõhimõte on sarnane õhk-vesisoojuspumbaga. Erinevusena paikneb maasoojuspumba aurusti maa sees ja soojusenergiat saadakse maapinda akumuleerunud päikeseenergiast, mitte õhusoojusest. Torustik paigaldatakse pinnasesse horisontaalselt kaevamise teel (analoogselt maakollektori plastiktoruga) või puuritavasse energiakaevu vertikaalselt või kaldu. Aurusti torumaterjalina kasutatakse hea soojusjuhtivusega vasktoru. Oluline on saavutada võimalikult hea kontakt pinnasega. Selleks puurkaevud täidetakse.
levinud on kahte liiki tööprintsiibiga maasoojuspumpad:
Fikseeritud kondenseerumine – konstantse kondenseerumistemperatuuriga maasoojuspumbad
Sellisel juhul hoiab maasoojuspump küttevee temperatuuri kindlal fikseeritud tasemel. Sõltumata küttesüsteemi temperatuurist töötab soojuspump kõrgel kondenseerumistemperatuuril. Fikseeritud kondenseerumisel on soojuspumba soojatootlikkus madalam ja kompressori eluiga lühem. Oluliselt madalam on ka soojuspumba soojustegur (COP) ja energiasäästlikkus. Eeliseks on lihtne juhtimissüsteem ja puudub tundlikkus vooluhulga muutuste suhtes.
Muutuv kondenseerumine – muutuva kondenseerumistemperatuuriga maasoojuspumbad
Soojuspump hoiab küttevee temperatuuri vastavalt hetkel vajatavale küttekoormusele. See tähendab, et välistemperatuurile vastav kütmiseks vajalik temperatuur saavutatakse arvestades maasoojuspumba välisanduri ja pealevooluanduri väärtusi. Soojuspumba efektiivse ja tõrgeteta töö tagamiseks reguleeritakse kompressori käivitamist. Lähtuvalt välistemperatuurist määrab kütteregulaator küttegraafiku abil pealevoolu etteantud temperatuuri. Näiteks, kui välisõhutemperatuuril -5 ºC vajab küttesüsteem pealevoolu temperatuuri 35 ºC , siis on ka kondensaatorist väljuva vee temperatuur 35 ºC. Sooja tarbevee valmistamisel tõstetakse kondenseerumistemperatuur umbes 60 ºC.
Muutuva kondenseerumisega maasoojuspumpade eeliseks on kõrge soojatootlikus madala kondenseerumistemperatuuri juures. Samuti on tagatud maksimaalne energiakokkuhoid. Puuduseks on vajadus keeruka juhtautomaatika järele ning tundlikkus küttesüsteemi vooluhulga muutuste suhtes.

Maasoojuspumba valimine – soovitused ja nõuded

Maasoojuspump sobib vanema maja küttesüsteemi renoveerimiseks või uusehitistele paigaldamiseks. Kütmiseks vajaliku soojusenergia ammutamiseks peab maja ümber olema piisavalt suur vaba krundipind, ca 600 m². Rusikareegelit kasutades võib öelda, et:

• 1 m² köetavat pinda vajab vähemalt 3 m maakollektorit ja 1 m² köetavat pinda vajab vähemalt 3,6 m² vaba maapinda.
  

Maasoojuspumba tõhusus sõltub maja mõjutavatest faktoritest ja tingimustest. Maksimaalne tõhusus on tagatud, kui:

• majal on suurem küttevajadus. Üldiselt maasoojuspumba kasumlikkus suurema kütmisvajaduse korral tõuseb. See tähendab, et suuremate majade puhul on maasoojuspumba tasuvusaeg lühem.
  
• Kasutatakse vesiküttesüsteemi (radiaator- ja põrandaküttesüsteem). Enamuste radiaatorsüsteemide töötemperatuur on maasoojuspumba jaoks sobival tasemel (peale-/tagasivoolutemperatuur 55 – 45 ºC). Üldjuhul on soojuspumba soojustegur seda suurem, mida madalam on küttesüsteemi temperatuur. Mistõttu sobib maasoojuspump kõige paremini majadele, kus on kasutusel põrandaküte (peale-/tagasivoolutemperatuur 40-35 ºC) või küttekalorifeerid (peale-/tagasivoolutemperatuur 55 – 35 ºC).
  

Nõuded maakollektori paigaldamisel

• Maakollektori torustiku paigaldamiseks peab olema tehtud tööjoonis. See tagab vajaliku teabe torustiku paiknemise kohta maapinnas
  
• Maakollektorina on soovitav kasutada plastiktoru PEM 40 x 2,4
  
• Maakollektor paigaldatakse 1 m sügavusele ning torude vahekaugus peab olema vähemalt 1 m
  
• Ühe maaküttekontuuri pikkus on maksimaalselt 400 m . Rohkem kui ühe maaküttekontuuri kasutamisel tuleb paigaldada vooluhulkasid reguleerivad ventiilid
  
• Kui maakütte torude vahekaugus üksteisest või teistest objektidest on alla 1 meetri, siis tuleb need isoleerida kummiisolatsiooniga (seinapaksusega 13 mm) ja ümbritseda kõva koorikuga.
  
• Maakollektori torude omavaheliseks ühendamiseks peab kasutama keevismuhvi, mitte keermesmuhvi (keermesmuhv võib hakata lekkima )
  
• Läbiviigud ehituskonstruktsioonidest (majja sisenevad torud) peavad olema hästi isoleeritud
  

Maasoojuspumbale maakollektori paigaldamiseks on nõutav piisavalt suur maatükk, kus talvel aktiivselt peal ei trambita ega lükata lund. Lumekiht kaitseb maakollektorit liigse külmumise eest. Maakollektori torustikku ei ole soovitav paigaldada kõva kattega teede, platside ja terrasside alla.

Maasoojuspumba tööpõhimõte

Maasoojuspumba tööpõhimõtte aluseks on termodünaamika II seadus, mis määrab ära iseeneslike protsesside suuna ja ütleb, et soojus ei saa minna iseenesest külmemalt kehalt soojemale.
Küll aga saab soojust pumbata. Lihtsustatult seisneb seadme tööpõhimõte selles, et soojuspumbas asuv kompressor surub gaasilise külmaaine kokku, mille tagajärjel see kuumeneb ja liigub soojusvahetisse, kus ta omakorda loovutab soojuse radiaator- või põrandküttesüsteemile. Selles protsessis ei toimu sooja tootmist, vaid maa seest ammutatakse suvel salvestunud päiksesoojust ja pumbatakse see kompressori abil küttesüsteemi.
Võrdluseks võib tuua veepumba tööpõhimõtte. Kui vesi liigub ülevalt alla ise, siis alt üles on vaja vett pumbata. Sellisel juhul on pump lihtsalt transpordivahend. Täpselt sama funktsiooni täidab maasoojuspumbas kompressor: kui kütteperioodil liigub soojus ruumist läbi välispiirde õue ise, siis tuppa tagasi tuleb ta tuua soojuspumbaga.

KOKKUVÕTE

Referaadi koostamisel tutvusin paljude materjalidega, mis hõlmasid soojuspumpasid. Referaati koostades tuli ilmsiks, et maja mis on varustatud soojuspumbaga ( mis tahes liiki) on oluliselt hinnalisem, kui samasugune maja ilma soojuspumbata. Soojuspump sobib ideaalselt maja kütteks ning pakub võimalust olla sõltumatu fosiilsetest kütustest, millega kaasneb ka puhtam keskkond.

KASUTATUD KIRJANDUS

http://www.soojuspumbaliit.ee/Soojuspumba-toopohimote
http://www.abckliima.ee/erakliendile/tooted/grupp/maasoojuspumbad
http://www.kliimaseade.ee/abiks-alla/espl/maasoojuspump-ehk-maakute/
http://www.xn--maakte-6ya.ee/artiklid/ohk-vesi-soojuspump/
http://opiobjektid.tptlive.ee/Maakyttesysteem/veekollektorssteemid.html

LISA

Õhk-Vesi soojuspump
ÕHK-ÕHK SISE JA VÄLISOSA.
ÕHK-VESI VÄLISOSA
23