Maasoojuspump

Maasoojuspump on kütteseade, mis kasutab maapinda salvestunud päikeseenergiat. Maasoojuspump kasutab energiaallikana maapinda, pinnase ülemisi kihte, kaljut või lähedal asuvat veekogu. Juba meetri sügavusel maapinnas on temperatuur üsna konstantne, 4–12 °C. Maapinda salvestunud soojusenergia kogutakse pinnasesse paigaldatud plasttorustiku ehk maakollektori abil. Kollektor on ühendatud soojuspumbaga, mis katab täielikult hoone küttevajaduse ja valmistab sooja tarbevett ning vajaduse korral jahutab ruume. Soojuspump vajab tööks (soojuse pumpamiseks) elektrienergiat. Kulutades ühe kWh elektrienergiat saab maasoojuspump toota kuni 5 kWh soojusenergiat. Maasoojuspumba kasutamise korral vähenevad küttekulud kuni 80% otsese elekterküttega võrreldes. Maasoojuspumba kasutamine on mugav, keskkonnasõbralik ja peaaegu hooldusvaba. Geotermaalset soojusressurssi jaotatakse:

• kõrgetemperatuuriline;
• madalatemperatuuriline (< 40 °C);
• sügav (> 400 m);
• madalaks.

Puurkaevude ja -aukude kasutamisel maasoojuspumpade soojusallikana tekivad teatud mõjud ja ohud pinnasele ning põhjaveele. Neid küsimusi on põhjalikult käsitletud töös (Jõeleht, A., Gaškov, M., Polikarpus, M. 2012). Eestis kasutust leidev geotermaalne ressurss on madalatemperatuuriline (< 10 °C) ning seega on selle kasutamiseks vaja maasoojuspumpa. Tüüpilises maasoojuspumbas tõstetakse kompressori abil gaasilise külmaaine rõhk 10–20 baarini, mille tulemusena kerkib külmaine temperatuur mitukümmend kraadi (35–70 °C). Seda soojust saab soojusvaheti abil edastada näiteks hoone küttesüsteemi. Soojust loovutanud külmaaine liigub seejärel läbi paisventiili, mille läbimise järel langeb külmaine rõhk mõne baarini. Sellega kaasneb ka külmaaine temperatuuri langus (~ –5 °C), mis saadetakse uuesti maapõues paiknevasse ringlussüsteemi.

Maasoojussüsteeme saab liigitada järgmiselt:

• kinnised;
• avatud;
• otseaurustiga.

Soojusallikad

Maasoojuspumba kasutamiseks on vajalik sobiva madalatemperatuurilise soojusallika olemasolu. Maasoojuspump kasutab soojusallikana maapinda, pinnase ülemisi kihte või lähedal asuvat veekogu. Näiteks meetri sügavusel maapinnas on temperatuur üsna konstantne (4 – 12 °C). Ideaalsel soojusallikal on kütteperioodil kõrge ja stabiilne temperatuur, sest temperatuurist olenevad külmutusagensi keemistemperatuur aurustis, temperatuuritõus soojuspumbas ning tehnilised näitajad. Rakendada saab nelja erinevat looduslikku energiaallikat, millest sobivaim valitakse lähtuvalt asukohast ja energiavajadusest. Eestis on enamasti kasutusel pinnasekollektor (horisontaalne maakollektor), kuid viimastel aastatel on kasvanud ka soojuspuuraukude ehk energiakaevude rakendamine.

Maapind Suve jooksul salvestub maapinna ülemistesse kihtidesse päikeseenergia (samuti ka vihmavee- ja maapinna lähedase õhu soojusenergia). Kollektori pikkus sõltub soojuspumba võimsusest, jäädes tavapäraselt suurusjärku 250 – 1 000 m. Rusikareegli järgi vajab 1 m² eramu köetav pind vähemalt 3 m horisontaalset maakollektorit ja vähemalt 3,6 m² vaba maapinda. Eelistatud on niiske pinnas hea soojusjuhtivuse tõttu. Maakollektori torustik tuleb seda lühem, mida niiskem on pinnas.

Maakollektori torustik paigaldatakse 1-1,2 meetri sügavusele vahekaugusega 1 m. Torustik täidetakse külmumiskindla ringleva vedelikuga (külmakandjaga), millele ülekandunud maasoojusenergiat kasutatakse soojuspumba abil hoone kütmiseks ja sooja tarbevee tootmiseks. Maakollektori paigaldusel kasutatakse plastiktoru 40×2,4 PN 8, mille jooksev meeter mahutab ligikaudu ühe liitri külmakande vedelikku. Maapinnast talveperioodil võetud soojus taastub suvel. Eesti oludes on maakollektor odavaim vaatamata mullatööde suurele mahule. Maakollektori paigaldamiseks on eelistatud maatükk kus talvel aktiivselt peal ei trambita ega lund lükata. Lumekiht kaitseb maakollektorit liigse külmumise eest. Samuti ei ole soovitav maakollektori torustikku paigaldada kõva kattega teede, platside ja terrasside alla. Maakollektori eluiga on väga pikk ning õigesti dimensioneeritud ja paigaldatud maakollektor ei mõju taimede kasvule ega ökoloogilistele tingimustele.

Soojuspuurauk ehk energiakaev Energiakaevu ehk soojuspuurauku paigaldatud torustiku kaudu ammutatakse pinnasekihti salvestunud päikeseenergiat. Soojuspuuraugust saadav soojus meetri kohta on keskmiselt kaks korda suurem võrreldes horisontaalse paigaldusega. Kui soojuspuurauk on lõpuni suletud, siis sanitaarkaitseala ega veevõtukoha hooldusnõudeid ei määrata. Rajatavad puuraugud on sügavusega 50–200 m ja keskmiselt on vaja eramu küttevajaduse katmiseks puurida üks kuni kaks puurauku (keskmiselt 1 m puurauku 1 m² köetava pinna kohta). Puuraugu väikseim kaugus maja seinast on 2–3 m. Puuraugu läbimõõt on enamasti 50–160 mm. Soojuspuuraugu sees on 1-2 U-kujulist plasttoru ning torus ringleb külmakindel (nt. etanooli) vesilahus.

Põhjavesi Maasoojuspumbaga ühendatakse tavaliselt kaks üksteisest 15 – 20 m kaugusel asuvat tavalist puurkaevu, üks vee võtmiseks ja teine vee tagasijuhtimiseks. Puurkaevusüsteemi puurkaevud peavad olema ühel sügavusel ja asuma samas veekihis. Põhjavee temperatuur on aasta läbi konstantne. 25–75 m sügavusel on põhjavee temperatuur Eestis 6,5-7 °C. Põhjavee toomiseks pinnale kasutatakse 10–30 m sügavusi, aga ka 70 m ja sügavamaid puurkaeve. Puurkaevude tootlikkus peab vastama vajalikule soojusvõimsusele. Puurkaevust pumbatakse põhjavesi elamus asuvasse soojusvahetisse, kus põhjavesi jahutatakse temperatuurile 3-4 °C ja suunatakse kas tarbimisse või maa alla tagasi. Maa alla suunatakse vesi teise puurkaevu kaudu, mis peab asetsema vee liikumise suhtes pinnases allavoolu, et vältida ühe ja sama vee korduvat kasutamist. Puurkaevu tootlikkus peab tagama soojuspumba võimsusele ja olmevajadustele vastava veehulga. Puurkaevusüsteemi negatiivseks küljeks on kindluse puudus maapinnas piisava veeringluse tekkimise osas.

Veekogu Kui maja on ehitatud veekogu lähedale, siis saab soojuspumbaga veekogu põhja paigaldatud plasttorustiku abil ammutada kütmiseks vajalikku soojusenergiat. Pinnavee puhul on tegemist veekogudega nagu järved, jõed ja meri. Jõe- ja järvevesi on head soojusallikad, kuid neil mõlemal on ka oluline puudus. Suvel on veekogu pinnakihi temperatuur kõrgem kui põhjakihtides, talvel vastupidi – pinnakihtides on temperatuur nullilähedane, põhjas keskmiselt 4 °C. Merevett kasutavad enamasti keskmist ja suuremat tüüpi soojuspumbad. Sügavusel 25-50 meetrit on merevee temperatuur püsivalt 5-8 °C. Tähelepanu tuleb pöörata süsteemi korrosioonikindlusele, eriti soojusvahetite ja pumpade osas. Mereveest võib süsteemi sattuda ka prahti. Soojusvõtuks pinnaveelt on põhiliselt kasutusel kaks moodust – vee pumpamine aurustisse ja sealt jahtununa tagasi veekogusse ning veekogu põhja laotatud kollektorite rakendamine. Esimese mooduse puhul kasutatakse suvel veekogu pinnakihti, talvel põhjakihti. Tagasi tuleb vesi pumbata veevõtukohast eemal. Teise mooduse puhul võib kasutada külmutusagensi otsest aurustamist torustikus või kollektoris ringlevat vahesoojuskandjat. Torustiku läbimõõt on tavaliselt 25–63 mm.