Soojuspump

Allikas: Vikipeedia

Soojuspump on seadeldis, mis kannab soojusenergiat madalama temperatuuriga keskkonnast kõrgema temperauuriga keskkonda.[1]. Soojuspumbad on kasutusel nii kütte-, ventilatsiooni- kui ka konditsioneerimissüsteemides ning tehnoloogilistes protsessides. Jahedamast keskkonnast kantakse energia külmaaine (soojuskandja) abil köetavasse keskkonda. Kütteks kasutatakse välisõhu, maapinna, veekogude, puurkaevude, heitõhu jm energiat.

Kodudes, kauplustes, külmhoonetes ja tehnoloogiliseks otstarbeks toodete jahutamiseks ning külmutamiseks kasutatavad külmkapidd (külmikud) ja külmaagregaadid kasutavad tööks samuti soojuspumba põhimõtet, kuid seekord soojuse eemaldamiseks külmkapist, -hoonest või -kambrist (ruumist). Neid seadmeid tavaliselt ei nimetata soojuspumpadeks.

Kasutatavaimad soojuspumbad on aurukompressor- ja absorptsioonsoojuspumbad. Sealjuures saab soojuspumbad jagada viide klassi:

  • maasoojuspump;
  • ventilatsioonisoojuspump;
  • kombineeritud ventilatsiooni-maasoojuspump;
  • õhk-õhk soojuspump;
  • õhk-vesi soojuspump.[2]

Tänapäeval on kõige levinum aurukompressor-soojuspump. Väheselt määral kasutatakse gaasi-, kompressor-, keeristoru- ja termoelektrilisi soojuspumpasid[2]. Termoelektrilisi soojuspumpasid kasutatakse näiteks mobiilsetes autokülmikutes.

Tööpõhimõte[muuda | muuda lähteteksti]

Nagu eespool mainitud, on soojuspump seade, mis võimaldab soojust üle kanda madalama temperatuuriga keskkonnast kõrgema temperatuuriga keskkonda. Kuivõrd üldjuhul levib soojus kõrgema temperatuuriga keskkonnast madalama temperatuuriga keskkonda, peavad soojuspumbad suutma muuta soojuse liikumise suunda vastupidiseks. Selleks kasutatakse lisa (elektri)energiat kompressori käitamiseks või soojusenergiat adsorberis. Soojuspumbad võivad olla kompressoriga või adsorptsiooni tüüpi (samuti kui külmkapid).[3]

Joon 1. Soojuspumba põhimõtteskeem
1 - kondensaator (soojust eraldav osa) 2 - paisventiil 3 - aurusti (soojust neelav osa) 4 - kompressor
Joon 2. Kompressori rõhu-mahu (pv) ja temperatuuri T seos

Kompressorsoojuspump[muuda | muuda lähteteksti]

Kompressorsoojuspump (joonis 1) koosneb neljast torustikuga ühendatud põhiosast: kondensaator 1; paisventiil 2 (rõhu langetamine); aurusti 3; kompressor 4 (rõhu tõstmine). Külmaaine keemispunkt peab olema madalam kui välise keskkonna temperatuur. Aurustunud külmaaine surutakse kompressoriga kokku 10...20 baari võrra[4], see veeldub, temperatuur tõuseb mitukümmend kraadi, ja soojuskandja suunatakse edasi kondensaatorisse. Kondensaatoris annab see ära oma soojuse soojendatavale keskkonnale: ruumi õhule või väljast sisenevale õhule. Külmaaine suubub edasi läbi paisventiili aurustisse, kus ta aurustub, tema rõhk ja temperatuur langevad. Seega on külmaaine temperatuur madalam aurustit ümbritseva keskkonna temperatuurist ja ta on võimeline võtma soojust väliskeskkonnast.[4] Nii toimubki soojuse pumpamine madalatemperatuurilisest keskkonnast kõrgema temperatuuriga keskkonda, mille juures kulutatakse lisaenergiat külmaaine teisaldamiseks. Külmaaine rõhk ja temperatuur sõltuvad eelkõige kompressori tüübist, võimsusest ja küttevajadusest. Kõrge rõhu ja temperatuuri saavutamine kahandab soojuspumba tõhusust. Seetõttu on arendatud invertertehnoloogia (sagedusmuundur), mis võimaldab vähendada kompressori võimsust väiksema küttevajaduse korral elektrimootori kiiruse sujuva vähendamise teel ja selle kaudu suurendada soojuspumba soojustegurit. Soojuspumba väljundvee vajalik temperatuur sõltub ka sellest, kas hoones on põrandküte (küttevee temperatuur kuni 35 °C) või radiaatorid (tempetatuur kuni 50 ...60 °C).[4] [5]

Adsorptsioonsoojuspump[muuda | muuda lähteteksti]

Adsorptsioonpumbad erinevad eelmistest selle poolest, et külmaainet ei pane liikuma kompressor, vaid soojusenergia. Töökehas osaleb peale külmaaine ka absorbent. Adsorptsioonpumba töötsükkel erineb kompressoriga soojuspumba omast selle poolest, et absorberis neelatakse aurustist tulev töökeha – aur – vedela absorbendi poolt. Seega toimub töökeha aurustumine aurustis, selle tulemusena on aurusti temperatuur madal ja ta võtab soojuse väliselt soojuskandjalt. Edasi läheb see külmaainega küllastatud vedelik soojendisse (seda köetakse mingi välise soojusenergiaga: elekter, gaas, vedelkütus jmt), kus suurema rõhu ja lisasoojusenergia toimel külmaaine aurustub lahusest, satub kondensaatorisse, kondenseerub ja annab selle tulemusel oma soojuse ära. Kondensaatorilt saab soojuse näiteks ruumiõhk. Väikese külmaaine sisaldusega absorbent läheb läbi paisventiili jälle absorberisse. Adsorptsioonsoojuspumpade soojustegur on ideaaljuhul kuni kaks. Alati jääb aga seda tüüpi seadmete soojustegur väiksemaks kompressorsoojuspumpade omast. Samas saab sellist soojuspumpa või külmutit kasutada kohas, kus elekter puudub. [3]

Pööratav soojuspump[muuda | muuda lähteteksti]

Pööratav soojuspump töötab ühes või teises suunas, st soojuspump võib ruumi kütta või jahutada. Neil on külmaaine ümberlülitusventiil, mis suunab külmaaine kompressorist kondensaatorisse või aurustisse. Kütteolukorras on välisõhus (pinnases) aurusti torustik, samas kui siseruumides on kondensaatori torustik. Soojusvahetuspinna ja soojusülekande suurendamiseks õhu keskkonnas on need torustikud varustatud jahutusribidega. Sisuliselt on tegemist kalorifeeridega. Külma ilmaga tuleb välist soojusvahetit aeg-ajalt üles sulatada. Seda tehakse elektrilise küttekehaga. Samuti on võimalik välist soojusvahetit üles sulatada sooja külmaainega. Kondensaatori ja aurusti ventilaatorid ei tööta sulatamise ajal.

Ruumide jahutusolukorras on tsükkel sarnane, kuid väljas on nüüd väline soojusvaheti muudetud kondensaatoriks ja siseruumis on aurusti. Selline olukord saavutatakse külmaaine liikumissuuna muutmise teel. Soojuspumba töö ümberpööramiseks tuleb kompressori imemis- ja survepool ära vahetada kondensaatori-aurusti suhtes vastava ümberlülitusventiili abil. Joonisel 1 nooltega näidatud külmaaine liikumissund muudetakse vastupidiseks. Ruumi jahutamisel, kui aurusti temperatuur on madalam kastepunkti temperatuurist, tekib aurusti pinnale kondensatsioonivesi ruumi õhus olevast veeaurust. See vesi juhitakse kanalisatsiooni või lihtsalt toru abil ruumist läbi seina välja.

Soojustegur[muuda | muuda lähteteksti]

Soojuspumba kütteenergia koosneb kahest osast: energiast, mis võetakse madalatemperatuurilisest keskkonnast aurusti kaudu, ning kompressori tarbitud ja soojuseks muundatud energiast. Soojuspumba töö efektiivsust võib iseloomustada soojusteguriga (ingl k COP – coefficient of perfomance), mis on kogu saadud soojus­energia ja kompressori tarbitud energia suhe. Soojuspumpade soojustegur võib teoreetiliselt ulatuda 3-st kuni 10-ni. Määravaks on temperatuuritõus. Mida väiksem on temperatuuritõus (keskkondade temperatuuride vahe), seda suurem on soojustegur. Näiteks COP=4 tähendab, et soojuspump, mis töötab võimsusega 2 kW, toodab soojusenergiat võimsusega 8 kW.[4] Soojustegurit ei peaks nimetama kasuteguriks, sest viimasel on tehnikas väga kindel tähendus: saadud energia suhe tarbitud energiasse ja see on alati väiksem kui üks (ehk väiksem kui 100%).

Erinevate soojuspumpade omavahelisel võrdlemisel tuleb pöörata tähelepanu sellele, et toodud COP väärtused oleks antud sama olukorra juures. Maasoojuspumpade COP režiimil 5/35°C (avatud süsteem ja põrandaküte) on tüüpiliselt 4,5 – 5, režiimil 0/50°C (kevad-talvel kinnine süsteem ja radiaatorküte) ligikaudu 2,7 – 3,3. Tarbevee tootmisel on COP tavaliselt veidi madalam, kuna väljundtemperatuur on 55 – 65°C, kuid sõltuvalt optimeerimisest soojuspumba sees võib COP varieeruda vahemikus 2,5 – 4,5. Avatud soojussüsteemi puhul on COP kõrgem ja stabiilsem kui kinnise soojussüsteemi korral, kuna põhjavee temperatuur varieerub vähem. Kinnise soojussüsteemi puuraugud omakorda on õigesti dimensioneerituna stabiilsemad ja tõhusamad horisontaalselt paigaldatud kontuuriga maasoojussüsteemidest. Otseaurustiga süsteemid on üldiselt tõhusamad (COP 0,5 võrra suurem) kui kinnised süsteemid, kuna nendes puudub maakontuuri tsirkulatsioonipump.[4]

Kuna soojustegur muutub hooaja jooksul, siis peegeldab küttelahenduse efektiivsust paremini hooaja keskmine soojustegur (SPF – seasonal perfomance factor), mis põrandakütte puhul on 3,5 – 4 ja radiaatorkütte korral 3 – 3,5. SPF = 3 tähendab keskmist soojustegurit 300%. Võrdluseks tänapäevaste tahkeküttekatelde kasutegurid on 85 – 95%, gaaskondensaatkateldel kuni 110%, aga näiteks kaminatel kõigest 50–70%. Soojuspumba soojustegur peegeldab otseselt kokkuhoitud energiat. Hooaja keskmine soojustegur 3 – 4 näitab, et tuleb 67–75% vähem elektrit kulutada.[4][6] Soojuspumba efektiivsust kirjeldav soojustegur (COP) sõltub maasoojuspumba puhul nii kasutatavast süsteemist kui ka sisend- ja väljundtemperatuuridest. Sealjuures tuleb arvestada, et avatud soojussüsteemi puhul on COP kõrgem ja stabiilsem kui kinnise soojussüsteemi korral ning otseaurustiga süsteemid on tõhusamad (COP on kuni 0,5 võrra suurem) kui kinnised süsteemid, kuivõrd neis puudub maakontuuri tsirkulatsioonipump. Hooaja keskmine soojustegur (SPF) jääb maasoojuspumpade puhul järgmistesse vahemikesse: põrandkütte puhul 3,5...4 ning radiaatorkütte puhul 3...3,5. Soojustegurite erinevused on tingitud asjaolust, et radiaatorkütte puhul on vajalik maksimaalne väljundtemperatuur kõrgem (~50 °C) kui põrandkütte puhul (~35 °C).[6]

Soojuspumpade liigitus[muuda | muuda lähteteksti]

Maasoojuspumbad[muuda | muuda lähteteksti]

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 ºC. 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 suudab maasoojuspump toota kuni 5 kWh soojusenergiat. Maasoojuspumba kasutamise korral vähenevad küttekulud kuni 80% otsese elekterküttega võrreldes. Maasoojuspumba kasutamine on mugav, keskkonnasõbralik ja peaaegu hooldusvaba. [7] 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).[4] Eestis kasutust leidev geotermaalne ressurss on madalatemperatuuriline (< 10 °C) ning seega on selle kasutamiseks vaja (maa)soojuspumpa. 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:

  • kinnised;
  • avatud;
  • otseaurustiga.[4]

Maasoojusenergia erinevad liigid[muuda | muuda lähteteksti]

Maasoojus hõlmab nelja erinevat liiki energiaallikat: energiakaev, maapind (maakollektor), põhjavesi ja veekogu (veekollektor). Soojuspumbale sobiv energiaallikas valitakse lähtuvalt hoone energiavajadusest ja asukohast.[7]

Maakollektor Suvel salvestub maapinna ülemistesse kihtidesse päikeseenergia. Lisaks päikeseenergiale salvestub maapinda ka vihmavee- ja maapinna lähedase õhu soojusenergia. Kollektori pikkus sõltub soojuspumba võimsusest, ulatudes 250 - 50000 m. Torustik paigaldatakse 100 cm sügavusele vahekaugusega vähemalt 1 m ja täidetakse külmumiskindla vedelikuga (külmakandja). Torustikus ringlevale soojuskandjale ülekandunud maasoojusenergiat kasutatakse soojuspumba abil hoonete kütmiseks ja sooja tarbevee tootmiseks. Maakollektori kasutamine on ülimalt säästlik meetod. Suurim soojuspumba tootlikkus saavutatakse niiske pinnase korral.[7]

Veekollektor Kui maja on ehitatud veekogu lähedale, siis saab soojuspumbaga veekogu põhja paigaldatud kollektori abil ammutada kütmiseks vajalikku soojusenergiat.[7]

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 energiakeavud ei täitu veega, siis nad täidetakse. Energiakaevust saadav soojus kollektori toru meetri kohta on vähemalt kaks korda suurem võrreldes horisontaalse kollektoriga. Energiakaevu ei saa kasutada veevõtuallikana, kuna see võib jäätuda.[7]

Põhjavesi Põhjavett saab kasutada soojusallikana, sest temperatuur on aastaringselt 4 - 12 ºC. Soojuspump kogub põhjavette salvestunud päikeseenergiat. Tavaliselt kasutatakse kahte üksteisest 15 - 20 m kaugusel asuvat puurkaevu, ühte vee võtmiseks ja teist vee tagasijuhtimiseks. Rohke veetootlikusega pinnastes on põhimõtteliselt võimalik kasutada vee pumpamist läbi soojuspumbas oleva aurusti (avatud süsteem) ning siis tagasi maapinda (soovitavalt teise puurauku), kus see taas soojeneb ja tekib ringlus kahe puurkaevu vahel. Puurkaevude süsteemi moodustavad puurkaevud peavad olema ühe sügavused ning asuma ühes veekihis ennetamaks erinevate veekihtide segunemist ja veehulkade vähenemist väljapumbatavast veekihist. Sellise süsteemi negatiivseks küljeks on kindluse puudus maapinnas piisava veeringluse tekkimise osas. Põhjavee reostamise oht tekib ainult siis kui on eiratud paigaldusnorme. Õieti koostatud süsteemis on põhjavee reostus välistatud.[7]

Kasutatakse kahte liiki tööprintsiibiga maasoojuspumpasid. Konstantse kondenseerumistemperatuuriga (fikseeritud kondenseerumine), sel juhul hoiab soojuspump küttevee temperatuuri fikseeritud tasemel. Sõltumata küttesüsteemi temperatuurist töötab soojuspump kõrgel kondenseerumistemperatuuril. Sellisel puhul on soojuspumba soojatootlikus madalam ja kompressori eluiga lühem. Oluliselt madalam COP ja väiksem energiasääst. Eeliseks on lihtne juhtimissüsteem ning puudub tundlikus vooluhulga muutuste suhtes.[7]

Muutuva kondenseerumistemperatuuriga (muutuv kondenseerumine), sel juhul hoiab soojuspump küttevee temperatuuri vastavalt hetke küttevajadusele. See tähendab, et kütmiseks vajalik soojuskandja temperatuur reguleeritakse pöördvõrdeliselt välistemperatuuriga. Sooja tarbeveevee saamiseks on vajalik külmaaine kondenseerumistemperatuur umbes 60 ºC. Muutuva kondenseerumistemperatuuriga süsteemi eeliseks on kõrge soojatootlikus madala kondenseerumistemperatuuri juures ning maksimaalne energiasääst. Puuduseks on vajadus keerukama juhtimissüsteemi järele ning tundlikus küttesüsteemi vooluhulga muutuste suhtes.[7]

Otseaurustumisega maasoojussüsteem Otseaurustumisega maasoojussüsteemiks nimetatakse sellist, kus puudub vahepealse soojuskandjaga (etüleenglükool) tsirkulatsiooniring. Soojuse ülekanne väliskeskkonnast toimub otse külmaainele (külmaagens). Tööpõhimöttelt on see sarnane õhk-vesi soojuspumbaga. Erinevus on vaid selles, et aurusti paikneb maa sees ja soojusenergiat saadakse maapinda akumuleerunud päikeseenergiast, mitte õhust. Torustik paigaldatakse analoogselt plastiktorugapinnasesse kaevamise teel horisontaalselt, või puuritavasse energiakaevu kas vertikaalselt vöi kaldu. Aurusti torumaterjalina kasutatakse enamasti hea soojusjuhtivusega vasktoru. Oluline on saavutada hea kontakt pinnasega, selleks puurkaevud täidetakse.[7]

Õhksoojuspumbad[muuda | muuda lähteteksti]

Õhksoojuspumbad kasutavad maja ümbritsevas välisõhus või ventilatsiooniõhus sisalduvat energiat ning muundavad selle elektrienergia abil soojuseks. Õhksoojuspumpasid võib jagada:

  • õhk-õhk soojuspumbad;
  • õhk-vesi soojuspumbad;
  • ventilatsiooni e. väljatõmbeõhu soojuspumbad.

Õhksoojuspumbad vajavad Eesti klimaatilistes tingimustes üldjuhul lisakütteallikat. Õhk-õhk ning õhk-vesi soojuspumpadel jääb aasta keskmine soojustegur vahemikku 2...3.

Õhk-õhk-soojuspumpa nimetatakse lühemalt ka lihtsalt õhksoojuspumbaks või õhusoojuspumbaks. Õhk-õhk-soojuspump võtab osa soojusenergiat välisõhust, sellele lisndub kompressori poolt tarebitud elektrienergia ja annab selle edasi ruumis ringlevale õhule. Antud tüüpi soojuspumbad sobivad hästi enamikele väiksematele hoonetele (kuni 100 m²). Eriti sobiv on õhk-õhk-soojuspump ühepereelamutele, väiksematele poodidele, kontoritele, garaažidele jne. Õhk-õhk-soojuspumpa saab kasutada ka õhku jahutava seadmena ehk õhukonditsioneerina. Õhk-õhk-soojuspumbaga väheneb kütmiseks vajalik elektrienergiakulu vähemalt 50%. Tänu odavale soetamis- ja püsikulule on õhk-õhk-soojuspumbad tänapäeval kõige rohkem levinud soojuspumbad. Nende paigaldamine on ka kõige väiksema ehitusmahuga ning on teostatav ühe tööpäevaga.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 optimaalne.[8]

Paigaldamisel tuleks lähtuda järgmistest soovitustest ja põhimõtetest:

  • soojuse levimiseks peavad uksed olema avatud:
  • mida avatuma planeeringuga on hoone, seda kasulikum on kasutada õhusoojuspumpa;
  • soojus liigub alumiselt korruselt ülemisele küllaltki hästi, ülemiselt alumisele soojus aga ei liigu, jahutamisel on olukord vastupidine;
  • soojuse levimine hoones sõltub väga suurel määral hoone soojustusest, mida parem on soojustus, seda ühtlasem temperatuur saavutatakse;
  • kui suvist jahutamist vajatakse ka teisel korrusel, on vajalik paigaldada seade, millel on üks välisosa ja kaks või isegi enam siseseadet või kaks ja enam eraldi seadet;
  • kui hoone pindala ületab 130m², on mõistlik kaaluda kahe siseseadmega mudeli paigaldamist.[8]


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 ruumis vajalik lisakütteallikas. Välistemperatuurini -10°C töötab enamus mudeleid efektiivselt. Välistemperatuuril -15°C ja osa mudelitel isegi -20°C on märgitud soojustoodang 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.[8]


Inversoojuspump Õhk-õhk-soojuspumba soetamisel tuleks eelistada inverteriga soojuspumpa. Inverter tagab kompressorimootori kiiruse sujuva muutmise, tänu muutuvale kiirusele efektiivse ja sujuvalt ühtlase ning mugava temperatuuri. On olemas odavamad ON-OFF tüüpi õhksoojuspumbad, mis töötavad täisvõimsusel ja vajaliku temperatuuri saavutamisel lülituvad välja ning seetõttu toimub soovitud temperatuuri saavutamiseks palju sisse-välja lülitusi. Seda tüüpi õhksoojuspumbad kütavad ruume ebaühtlaselt, ruumi temperatuur kõigub. Kompressori tootlikkuse muutmiseks kiiruse sujuva reguleerimise teel kulub oluliselt vähem energit, kui kompressorit sisse-välja lülitades. Seega on inventeriga õhksoojuspumbad efektiivsemad ja vähem energiakulukad kui ON-OF tüüpi kompressoriga varustatud õhksoojuspumbad.[8]

Hea soojusteguri saavutamisel on oluline osa õhksoojuspumbas kasutataval külmaainel ehk külmaagensil. Parima tulemuse annab külmaaine R410A , mis võtab talvise välistemperatuuri juures paremini välisõhust soojust, tagades kütmisel parima soojusteguri. See külmaaine on loodusele ja inimesele ohutu.[8]

Õhk-vesi soojuspump kogub soojusenergia välisõhust ja annab selle maja vesiküttesüsteemile (radiaator- või põrandküte) ning soojendab samas ka sooja tarbevett. Õhk-vesi soojuspump on efektiivsem põrandkütte ja radiaatorkütte võrdluses, sest põranküttel on välistemperatuuri ja küttevee temperatuuride vahe väiksem kui radiaatorküttel ja seega soojuspumba soojustegur suurem. Õhk-vesi 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 soojuspumpade tootjad kasutavad soojustegurite määramisel ja testimisel Euroopa standardites kindlaks määratud välisõhutemperatuure +2 ºC või +7 ºC.[9]

Õhk-vesi soojuspump võimaldab vähendada küttekulusid kuni 65%, kuigi täpne küttekulu sõltub mitmest tegurist nagu maja asukoht ja suurus ning soovist kasutada või mittekasutada jahutamist. Oluline on seadme keskkonnasõbralikkus. Võrreldes fossiilsid kütuseid kasutavate küttesüsteemidega vähendab õhk- vesi soojuspump kütmisel tunduvalt CO2 emisiooni ümbritsevasse keskkonda. Õhk-vesi soojuspump sobib asendama traditsioonilisi küttekatlaid. Tavapäraste õli- ja gaasikateldega saab 1 kWh kütuse sisendenergiast vähem soojusenergiat kui 1kWh. Kasutades õhk-vesi soojuspumpa saab 1 kWh elektrienergiast keskmiselt 3 kWh soojusenergiat.[9]

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 suureneb soojustegur kohe kui päike välja tuleb. Samuti on suvine soe tarbevesi säästlikult soojaks köetud ning dušširuumide ja muude sanitaar-ruumide põrandad meeldivalt soojad. See soojuspump tagab hea säästlikkuse ka vanemates majades, kus küttesüsteem on juba välja ehitatud. Puukatlaga võrreldes püsikulu soodsamaks ei lähe, küll aga jääb oluliselt rohkem vaba aega. Õli- või elekterkatlaga võrreldes on sääst püsikuludelt kuni 60%. Tänu invertertehnoloogiale on soojuspumpa võimalik säästlikult erineva soojusvõimsusega tööle rakendada. Näiteks töötab inverteriga seade efektiivselt ka sügisel ja kevadel, kui soojuskoormus on talvel vajaminevast palju väiksem.[9]

Loomuliku või sundventilatsiooniga hoonetes on võimalik ventilatsiooniga väljuvast õhust võtta soojusenergiat ja soojuspumba vahendusel seda taaskasutada. Väljatõmbeõhu soojuspump ehk ventilatsioonisoojuspump võtab soojuse maja väljatõmbeõhust ja annab soojuse tarbe- või kütteveele. Kasutamine eeldab põrandakütte- või radiaatoritega vesiküttesüsteemi olemasolu. Väljatõmbeõhu soojuspump sobib väiksematele, kuni 150 m² majadele. Seda süsteemi kasutatakse ka suurte korrusmajade juures. Väljatõmbeõhu soojuspump tagab majas pideva õhuvahetuse ehk ventilatsiooni. Sellist maja õhuvahetussüsteemi nimetatakse soojuse taaskasutusega ventilatsioonisüsteemiks.[10]

Külmaained ja soojuskandjad vedelikud[muuda | muuda lähteteksti]

Külmaained[muuda | muuda lähteteksti]

Maailmapraktikas on kasutusel põhiliselt aurukompressor-soojuspumbad (ja ka külmutusseadmed), kus termodünaamiliseks kehaks - külmaaineks (külmutusagensiks) on freoon. Freoonid ehk klorofluorosüsinikud on keemilised ühendid, milles üks või kõik orgaanilise ühendi vesiniku aatomid on asendunud kloori või fluori aatomitega. Üks levinumaid freoone on diklorodifluorometaan (CCl2F2), HCFC (Hydro-Chloro-Fluoro-Carbon) - ühendid, näiteks R22 (CHF2Cl), R142 (C2H3F2Cl) jt. ning kloor-fluor-süsinikühendid, CFC (Chloro-Fluoro-Carbon) ühendid, näiteks R12 (CF2Cl2), R113 (C2F3Cl3) jt. CFC - ühendite tootmine Euroopas on aastast 1996 keelatud.

Tänapäeval reguleerib freoonide töönduslikku tootmist 1987. aastal sõlmitud Montréali protokoll, tehnikas asendatakse klooriühendid sageli fluorosüsivesinikega, mis ei sisalda kloori ja seetõttu ei kahjusta ka osoonikihti. Seoses eeltooduga on hakatud kasutama kloorivabadu freoone - HFC (Hydro - Fluoro - Carbon) ühendeid. HFC - ühendeist on kasutusel R134a (C2H2F4), R152a (C2H4F2) ja R407C. Külmaaine R407C on kolme HFC - ühendi segu: R32 (CH2F2) - 23% (massi järgi), R125 (C2HF5) - 25% ja R134a - 52%. See on loodud kasutamiseks uutes seadmetes ning HCFC - ühendi R22 asendamiseks olemasolevates soojuspumpades ja külmutusseadmetes.[4] HFC-d pole ei plahvatusohtlikud ega mürgised, seega võib neid kasutada inimeste poolt hõivatud ruumides väljaõppimata inimeste poolt, ilma et keegi viga saaks. Külmaainete kasutamist reguleerib Välisõhu kaitse seadus (RT I, 21.12.2011, 13) ning käitleja pädevusnõuded on sätestatud keskkonnaministri määrusega nr. 16, 11.03.2005 (RTL 2005, 32, 446). Freoonid on praktiliselt mittetoksilised. Kloorivabade freoonide eluiga atmosfääris on kaks (R152a) kuni 36 (R407C) aastat. Allpool vaadeldakse kloorivabadel freoonidel R134a, R152a ja R407C töötavate soojuspumpade mõningaid näitajaid. Soojuspumba kondensaatorist tarbijale antava soojuskandja võimalik maksimaalne temperatuur on 80 °C (R407C) kuni 100 °C (R152a). Normaalrõhul 101,3 kPa on nende freoonide küllastustemperatuur (keemistemperatuur) tunduvalt alla 0 °C, st. soojuspumba kõigis osades on võimalik ülerõhk. Seega võimalike ebatiheduste kaudu välisõhk süsteemi ei imbu. Soojuspumbas kasutatava külmaaine sattumine põhjavette on kinniste soojussüsteemide puhul välistatud. Samas avatud ja otseaurustiga süsteemide puhul on olemas võimalus, et külmaaine puutub kokku pinnase või põhjaveega. Kasutatavad ained on välistemperatuuri ja õhurõhu juures gaasilised ja lekete korral lenduvad ning seetõttu ei kujuta nad ohtu veekeskkonnale.[4]

Soojussüsteemides kasutatavad vedelikud ja nende keskkonnaohtlikkus[muuda | muuda lähteteksti]

Kinniste soojussüsteemide kontuurides on vesilahused, mille lisanditena kasutatakse denatureeritud etanooli, etüleenglükooli või propüleenglükooli. Eestis on valdavaks piirituse kasutamine, glükoole kasutatakse harva. Enamasti on lisandi kontsentratsioon 30%, millega alandatakse vesilahuse külmumistemperatuuri -15 °C. Piirituse denatureerimine on kooskõlas Euroopa Komisjoni määrusega nr. 3199/93 (EÜT L 288, 23.11.1993) ja vastavalt alkoholi-, tubaka-, kütuse- ja elektriaktsiisi seadusele (RT I 2007, 45, 319) peab denatureeritud piiritus sisaldama 100 liitri 100 protsendilise etanooli kohta vähemalt:

  • metüületüülketooni 2 liitrit ja metüülisobutüülketooni 3 liitrit või
  • atsetooni 2 liitrit ja metüülisobutüülketooni 3 liitrit või
  • atsetooni 3 liitrit ja denatooniumbensoaati 2 grammi.[4]

Denatureerimise eesmärk on muuta piiritus joogikõlbmatuks. Ülatoodud lisandid kutsuvad puhta denatureeritud piirituse tarvitamisel esile iiveldust ja oksendamist, kuid ei ole tervisele ohtlik. Propüleenglükool on mittetoksiline aine, mis laguneb õhu ja soojuse toimel piimhappeks. Propüleenglükooli kasutatakse toidutööstuse jahutusseadmetes. Etüleenglükool on lõhnatu magusa maitsega mürgine vedelik. Ta on keskmise toksilisusega (inimesele vähim surmav doos on 786 mg kehakaalu kg kohta). Kuigi etüleenglükool on üldisemalt jahutusseadmetes kasutatavatest külmakandevedelikest üks levinumaid, tuleks tema kasutamine soojuspuuraukudes keelata.[4]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Soojuspump. Eesti Entsüklopeedia 8. kd, Tallinn: Eesti Entsuklopeediakirjastus, 1995. lk 575.
  2. 2,0 2,1 Energiatalgud. Soojuspumbad.
  3. 3,0 3,1 Liiske, Matti. Sisekliima, Tartu: Eesti Põllumajandusülikooli kirjastus, 2002. 188 lk.
  4. 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 4,11 Jõeleht, Argo. Gaškov, Mikk. Polikarpus, Maile. Soojussüsteemi puurkaevu ja -augu mõju põhjavee ja pinnase füüsikalistele omadustele ning põhjavee keemilisele koostisele Eesti tingimustes.Tartu: TÜ 2012. Soojussüsteemi puurkaevu mõju...
  5. Soojuspumbaliit. Soojuspumba tööpõhimõte
  6. 6,0 6,1 Soojuspumbaliit. Soojuspumba soojustegur
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 Soojuspumba liit. Maasoojuspump
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Soojuspumba liit. Õhksoojuspump
  9. 9,0 9,1 9,2 Soojuspumba liit. Õhk-vesi soojuspump
  10. Soojuspumba liit. Väljatõmbeõhu soojuspump