Soojuspump on seade soojuse ülekandmiseks madalama temperatuuriga keskkonnast kõrgema temperatuuriga keskkonda. Soojuspumbad on kasutusel nii kütte- kui ka konditsioneerimissüsteemides ning tehnoloogilistes protsessides. 1
Soojuspumba jaoks võib madalama temperatuuriga keskkonnaks olla:
- pinnas;
- vesi;
- välisõhk2.
Soojuspumpade kasutamine Eestis
Soojuspumpade paigaldamine on Eestis toimunud juba 1993. aastast alates. Ajavahemikul 1993...2012 on Eestissse paigaldatud hinnanguliselt 73500 soojuspumpa, neist:
- ~64900 on õhksoojuspumbad;
- ~8600 on maasoojuspumbad.3
2010. aastal kasutati 3,3 %-i Eesti eluruumide kütteks soojuspumpasid4.
Andmeid soojuspumpade kasutamise kohta Eestis kogub Eesti Soojuspumba Liit (ESPL), mis ühendab soojuspumpasid maaletoovaid ja edasimüüvaid ettevõtteid. ESPL-i liikmete poolt paigaldatud soojuspumpade arvu ning installeeritud võimsus Eestis alates aastast 2003 saab näha jooniselt 1.
Tehnoloogiad
Kasutatavaimad soojuspumbad on aurukompressor- ja absorptsioonjoojuspumbad. Sealjuures saab soojuspumbad jagada viide klassi:
- maasoojuspump;
- ventilatsioonisoojuspump;
- kombineeritud ventilatsiooni-maasoojuspump;
- õhk-õhk soojuspump;
- õhk-vesi soojuspump.5
Mitmesuguste soojuspumpade kasutuselevõttu Eestis kirjeldavad joonis 2 ning joonis 3 .
Tööpõhimõte
Nagu eespool mainiti, 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 suhteliselt väikest lisaenergiat (elektrit).6 Seega on soojuspumba tööpõhimõte sarnane külmkapiga - tegemist on lihtsalt vastupidise protsessiga.
Soojuspump ( joonis ) koosneb neljast torustikuga ühendatud põhiosast:
- aurusti;
- kondensaator;
- kompressor (rõhu tõstmine);
- paisventiil (rõhu langetamine).7
Soojuse ülekandmiseks madalama temperatuuriga keskkonnast kõrgema temperatuuriga keskkonda kasutatakse elektrit.
Maasoojuspumbad
Geotermaalset soojusressurssi jaotatakse:
- kõrge- ja
- madalatemperatuuriliseks (< 40 °C) või
- sügavaks (> 400 m) ja
- madalaks.8
Eestis kasutust leidev geotermaalne ressurss on madalatemperatuuriline (< 10 °C) ning seega on selle kasutamiseks vaja (maa)soojuspumpa.9
Tüüpilises maasoojuspumbas tõstetakse kompressori abil gaasilise külmaine rõhku (nt 10...20 bar), mille tulemusena kerkib külmaine temperatuur mitukümmend kraadi (35...70 °C). Seda soojust saab soojusvaheti abil edastada näiteks hoone küttesüsteemi. Soojust loovutanud külmaine liigub seejärel läbi paisuventiili, mille läbimise järel langeb külmaine rõhk mõne bar-ni. Sellega kaasneb ka külmaine temperatuuri langus (~ -5 °C), mis saadetakse uuesti maapõues paiknevasse ringlussüssteemi.10
Maasoojussüsteeme saab liigitada:
Soojuspumba efektiivsust kirjeldav soojustegur (COP) sõltub maasoojuspumba puhul nii kasutatavast süsteemist kui ka sisend- ja väljundtemperatuuridest. Sealjuures tuled 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:
- põrandakütte puhul 3,5...4 ning
- radiaatorkütte puhul 3...3,5.12
Soojustegurite erinevused on tingitud asjaolust, et radiaatorkütte puhul on vajalik väljundtemperatuur kõrgem (~50 °C) kui põrandakütte puhul (~35 °C).
Maasoojuspumba kasutamise võimalikke keskkonnamõjusid kirjeldatakse uuringus Soojussüsteemi puurkaevu ja -augu mõju põhjavee pinnase füüsikalistele omadustele ning põhjavee keemilisele koostisele Eesti tingimustes.
Õhksoojuspumbad
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.13
Õhksoojuspumbad vajavad Eesti klimaatilistes tingimustes üldjuhul lisakütteallikat.14
Õhk-õhk ning õhk-vesi soojuspumpadel jääb aasta keskmine soojustegur vahemikku 2...3.15
Soojuspumpade kasutamine tulevikus
Soojuspumbad
Mitmesuguseid soojuspumpade kasutuselevõtuprognoose kirjeldab joonis 5. Tegemist on mõnega võimalikest prognoosidest. Eesti pikaajalise energiamajanduse arengukava koostamisel kasutatud prognoose ning lähteeldusi kirjeldab artikkel Eesti pikaajalised energiamajanduse stsenaariumid.
Soojuse hind
Jooniselt 6 on nähtav uuringu "Kaugkütte energiasääst" alusel koostatud soojuse hinna prognoosi graafikuid mitmesuguste tehnoloogiate kasutamisel. Täpsemalt on algeeldusi kirjeldatud artiklis Energia hinna prognoosi alused.
Soojuspumpade kasutamisel on toodetud soojuse hind tugevalt seotud soojuspumba tootlusega. Kuivõrd soojustegur väljendab põhimõtteliselt elektri osakaalu muundatud soojusest, on joonisel 7 kirjeldatud ka soojuse hinna seoseid soojuspumba tööks vajaliku elektri osakaalust. Elektri kasutamise osakaal sõltub madalama temperatuuriga keskkonna (vesi, õhk, maa) temperatuurist ning konkreetsest seadmest.
Täiendavat lugemist
Viited
- Paist, A.; Poobus, A. Soojusgeneraatorid, Tallinn 2008.↩︎
- Jüri Miks. Soojuspumpade kasutuselevõtu dünaamika Eestis 2014, Eesti Soojuspumba Liit, 2014. (22.03.2016)↩︎
- Eesti Statistikaamet. Leibkondade energiatarbimise uuring, Tallinn 2013.↩︎
- Eesti Soojuspumba Liit. Soojuspumba tööpõhimõte. (24.11.2013)↩︎
- Jõeleht A., Gaškov, M., Polikarpus, M.Soojussüsteemi puurkaevu ja -augu mõju põhjavee pinnase füüsikalistele omadustele ning põhjavee keemilisele koostisele Eesti tingimustes. Tartu: TÜ, 2012.↩︎
- Eesti Soojuspumba Liit. Õhksoojuspumbad. (12.01.2014)↩︎
- Jüri Miks, Eesti Soojuspumba Liidu tegevdirektor, 2013↩︎
- Eesti Soojuspumba Liit↩︎
- ENMAK-i energiatarbimise prognoosid↩︎
- Eesti Taastuvenergia Koda; Eesti Keskkonnaühenduste Koda. Taastuvenergia 100% - üleminek puhtale energiale, 2012.↩︎
- Vali, Lembit. Kaugkütte energiasääst, Tallinn 2013.↩︎
- Vali, Lembit. Kaugkütte energiasääst. Lisa 2, Tallinn 2013.↩︎