Soojuspumpade rakendamise tehnilised, majanduslikud ja keskkonna-alased aspektid

1. Soojuspumpade rakendamise tehnilised, majanduslikud ja keskkonna-alased aspektid Villu Vares TTÜ Soojustehnika instituut

2. Käsitletavad küsimused • Soojuspumpade töö üldised põhimõtted • Soojuse transformatsiooni tegur ja kasutegur • Soojuspumpade rakendused • Erinevate kütteviiside keskkonnamõjude võrdlus • Mõju maapinna temperatuurirežiimi • Soojuskandja keskkonnamõjud • Efektiivseid ja keskkonnasõbralikke soojuspumpade rakendusi

4. Absorbtsioonsoojuspump saab kasutada kõrgepotentsiaalseks energiaks soojust (näiteks gaasipõleti), elektrivajadus on minimaalne

5. Soojuspumba energiakasutus • Loodusest võetav taastuv energia • välisõhu soojus • ventilatsiooniõhu soojus • pinnase soojus • vee soojus • Lisaenergia • elekter • soojus

7. Soojuse transformatsiooni tegur: T1 – Kasutatava soojuse temperatuur T2 – Madalatemperatuurilise soojusallika temperatuur STP väärtus võib olla vahemikus umbes 2-5

8. Soojuspumpade tüübid • Madalatemperatuurilised soojusallikad: • Pinnas (maa) • Põhjavesi (ka jõe, järve või merelahe vesi) • Väljatõmbe ventilatsiooniõhk • Välisõhk (siia tüüpi kuulub ka soojuspump Octopus) • Soojuspumba tööpõhimõtted: • Kompressoriga soojuspump • Absorbtsioon-soojuspump • Soojuspumba kasutus – Tavaliselt kütte- või / ja soojus tarbevee soojendamine

9. Kasutatavad soojuskandajad (külmutusagentsid) • Külmutusagentsid R12, R22, R134a, R501, jne. Nende sattumisel atmosfääri süvendavad nad kasvuhooneefekti. Uuemad külmutusagentsid sellest reast lagunevad atmosfääris suhteliselt kiiresti ja on seetõttu vähemohtlikud • Ammoniaak, õhk, propaan (kasutatakse Octopuses)

10. Lisaenergia olemus • Kompressorsoojuspump • elekter põhiliselt kompressori käivitamiseks • elektri kulu = soojustarve/COP (COP=2-4) • Absorbtsioonsoojuspump • kõrge potentsiaaliga energia võib olla soojus (või elekter) • lisasoojuse tarve = soojustarve/COP (COP=1,2-1,7) COP – soojuse transformatsiooni tegur = saadav soojushulk/tarbitud elekter (või kõrge potentsiaaliga soojus)

11. Atmosfääriheitmed, CO2 näitel Soojuspump Otsene elektriküte Küttekatel Q - soojuspumba soojusväljastus CO2EF- emissioonitegur kõrgpotentsiaalse energia tootmisel COP - soojuse transformatsiooni tegur η - kõrgpotentsiaalse energia tootmise kasutegur

12. Kulutatav kütus/soojustarve • Otsene elektriküte 1/0,33 = 3,00 • Katlaga kütmine 1/0,8 = 1,25 • Kompr s-pump 1/3/0,33 = 1,00 • Absorbts s-pump 1/1,5/0,95 = 0,70 Kui kõigil juhtudel oleks kütus sama, näitaksid need arvud suhtelist saastetaset Enamasti onkütused siiski erinevad

13. Soojuspumba kasutamise keskkonnamõju sõltub • COP väärtusest, selle suurenedes keskkonnamõju väheneb (COP suureneb kui temperatuuride vahe väheneb, st mida kõrgem on loodusliku soojusallika temperatuur ja mida madalam küttevee temperatuur – järeldus – sobib eriti hästi põrandakütte korral) • Elektri tootmise keskkonnamõjudest

14. Triviaalne üldreegel – mida efektiivsemalt soojuspumpa rakendatakse, seda väiksemad on keskkonnamõjud Näiteid: • soojusallikana kasutatakse kõrge temperatuuriga kanalisatsioonivett • soojuspump soojendab ujumisbasseini vett ning võtab soojust jäähallist, st töötab nii jahutusseadmena kui soojuspumbana

15. Maapinnast võetava soojuse rakendamise keskkonnamõju • Pinnase temperatuurirežiim muutub – pinnas võib sügavamalt külmuda • Temperatuurirežiim pinnases stabiliseerub 3-4 aasta jooksul • Torustikku saab maasse paigutada, kui seal puudub haljastus, st enne krundi heakorrastamist • Torustiku paigaldamise sügavuse jaoks tuleb leida optimum

17. Õhk – vesi soojuspumbad võivad tekitada müra, sest õhu kogused ja kiirus läbi soojusvaheti on küllaltki suured

18. Keskkonnakaitseliselt on oluline puurkaevude vahekaugus, tuleb kontrollida lahenduse rakendatavust

19. Õhu- ja pinnasetemperatuurid Eestis

20. Temperatuuride jaotus erinevate kütteviiside korral Traditsiooniline küte radiaatoritega Põrandaküte

21. Plussid Ühtlane ja inimesele eriti sobiv temperatuuride jaotus põrandast laeni Soe põrand tekitab mugavustunde isegi suhteliselt madala õhutemperatuuri korral Eriti sobiv niisketesse ruumidesse (vannituppa) Vesikütte korral piisab madalatemperatuurilisest kütteveest, mis võimaldab soojuspumba efektiivset rakendamist Miinused Suure inertsi tõttu ei võimalda kütteintensiivsuse operatiivset reguleerimist, st järskude välistemperatuuri muutuste korral võib tekkida ajutine ala- või ülekütmine Perioodiliselt kasutatavate ruumide kütmisel on otstarbekas täiendavalt kasutada kiirelt toimivat lisakütteseadet (näiteks elektrilist konvektorid) Nõuab paigaldamist põrandakonstruktsiooni Põrandaküte

25. Soojuskandja keskkonnamõju • Kompressorsoojuspumba soojuskandjad (algselt freoonid) põhjustavad atmosfääris osoonikihi lagunemist ja toimivad kasvuhoonegaasidena, seega nende sattumine atmosfääri peab olema välditud • Kui R12 keskkonnamõju võtta 100%-ks, siis • R500 75% • R502 34% • R22 5% • R134a ja R152a alla 5%

26. Näiteid soojuspumpade efektiivsest ja keskkonnasõbralikust rakendamisest • soojust saadakse veiselauda jahutamisest • soojust saadakse kanalisatsioonivee kollektorist

27. Octopus soojuspump - “stick’id” võivad mõjuda meeldiva skulptuurina(aga võivad ka mitte meeldida)

29. Küttekoormuse katmine soojuspumbaga Octopus

37. Kokkuvõte • Soojuspumpade töö efektiivsus sõltub väga tugevasti küttesüsteemist ja sobib hästi näiteks põrandakütte jaoks • Soojuspumpade kasutamine üldreeglina vähendab energiakasutuse keskkonnamõjusid • Soojuspumpade kasutamise lokaalne keskkonnamõju on minimaalne ja välditav ning see ei ole seotud energia tootmisega • Mida ratsionaalsemalt soojuspumpi rakendatakse, seda kõrgem on nende efektiivsus (COP) ja seda madalam keskkonnamõju • Absorbtsioonsoojuspumpade rakendamisel on mõningaid eeliseid võrreldes kompressor-soojuspumpadega