Apsildīšana bez uguns

Aneta Vaitkiene

Apkure ar cieto kurināmo – malku, oglēm – ir vislētākā, tas tiesa. Bet skopais, kā mēs zinām, maksā divreiz. Turklāt divas reizes dienā tipina uz pagrabstāvu iemest krāsnī malku, lai bērniem nesalst deguni. Un vēl tvans, nepatīkama smaka... Tad kāpēc nepameklēt modernu, videi draudzīgu apkures sistēmu, kurā ir vērts ieguldīt naudu?

Parasti jebkurš mājokļa apkures variants sastāv no divām sastāvdaļām. Tās ir – mājā ierīkotā apkures sistēma un ģenerators, kas ražo un padod sistēmai siltumu. Siltuma ģeneratora lomā var būt gan krāsns, gan saules kolektors, gan siltumsūknis. Jebkura siltumsūkņa darbības pamatā ir otrais termodinamikas likums, kas nosaka, ka karstākais ķermenis siltumu nodod vēsākajam. Siltumsūknis no apkārtējās vides savāc siltumu, paceļ to līdz vajadzīgajai temperatūrai un nodod ēkas apkures sistēmai.

Saules kolektori

Visbiežāk tie tiek ierīkoti karstā ūdens sagatavošanai. Šie kolektori ir plakanie un vakuuma. Darbības princips visiem ir vienāds: saules stari, krītot uz kolektora, sakarsē siltuma nesēju (absorberi), kurš tek uz tilpuma ūdens sildītāja (boilera) siltummaini. Tur ūdens tiek uzsildīts. Atšķirība ir tā, ka plakanajos saules kolektoros absorberis ir plaknē, bet vakuuma kolektoros – ap visu kolbas iekšējo virsmu, bet tas palielina to efektivitāti līdz pat 30 % salīdzinājumā ar plakanajiem. Taču vakuuma saules kolektoru kolbas var saplīst vai ieplīst, tātad mazākās plaisiņas dēļ kolbā vairs nav vakuuma un tā kļūst neefektīva. Tāpēc ir vērts nodrošināties, izvēloties vakuuma kolektorus, kuru kolbu stikla biezums nav mazāks par 1,6 mm.

Izvēloties saules kolektoru, uzdodiet sev dažus jautājumus: Kā tiek apsildīta ēka? Ar cietā kurināmā katlu sader plakanie saules kolektori, jo tie 80 % no gadā savāktā siltuma iegūst vasarā, kad cietā kurināmā katls netiek izmantots vai tiek izmantots maz. Uz mājas, kuru apsilda ar elektroenerģiju, gāzi, šķidro kurināmo vai termofikācijas ūdeni, var ierīkot vakuuma kolektoru, tādējādi samazinot karstā ūdens sagatavošanas izmaksas.

Pret kuru debess pusi ir pavērsts jumts? Saules kolektori parasti tiek ierīkoti uz jumta, jo tur ir mazāks risks tos sabojāt. Ja pastāv iespēja kolektoru pavērst pret dienvidiem vai dienvidrietumiem, noderīgāks būs plakanais. Austrumu vai rietumu pusē efektīvāks būs vakuuma kolektors. Tas ir tāpēc, ka šādā saules kolektorā absorberis iekšpusē visu kolbu nosedz 180º leņķī, bet plakanais saules kolektors absorbē vairāk staru, kad tiek krīt pēc iespējas stāvākā leņķī. Šī iemesla dēļ ir svarīgi plakano kolektoru ierīkot vajadzīgajā leņķī, lai varētu absorbēt pēc iespējas vairāk saules staru, kuri krīt pēc iespējas stāvākā leņķī.

Kāds ir mājas karstā ūdens patēriņš? Ja lielākais karstā ūdens daudzums tiek patērēts siltajā sezonā (piem., vasarnīcā), labāk ierīkot plakano kolektoru, jo tas ir efektīvāks vasarā.

Ja karstā ūdens patēriņš ir vienāds visu gadu, labāk izvēlēties vakuuma kolektori, kura efektivitāte ir vienmērīgāka.

Ja karstais ūdens tiek izmantots tikai aukstajā sezonā, bet vasarā nepieciešamība pēc tā ir minimāla (piem., skolā vai bērnudārzā), saules kolektoru ierīkot nav vērts, jo sistēma var pārkarst. Šajā gadījumā labāk izvēlēties siltumsūkni „gaiss-ūdens”.

 

Siltumsūknis „gaiss-ūdens”

Karstā ūdens sagatavošanai izmantojamos siltumsūkņus var ierīkot gan telpā, gan ārpus ēkas. Tas uzsilda ūdeni jebkurā gadalaikā, neskatoties uz to, cik daudz spīd saule. Tomēr šāda siltumsūkņa efektivitāte samazinās, kad atdziest gaiss, jo pieaugt enerģijas patēriņu sasildītu ūdeni līdz vajadzīgajai temperatūrai.

Siltumsūkņi „gaiss-ūdens” var ņemt gaisu no telpas un, atdzesējuši to, ielaist atpakaļ telpā vai izlaist ārā. Izmantojot no gaisa paņemto siltumu, diennaktī tie sagatavo 0,5–0,7 m3 karstā ūdens apmēram četras reizes lētāk nekā elektriskais tens. Gaisu tie var ņemt arī no āra, taču darbosies tikai temperatūrā, ne zemākā par -5 °C. 

Ja šī tipa siltumsūkņi paredzēti ne tikai karstā ūdens sagatavošanai, bet arī telpu apsildei, tie var efektīvi darboties, ja āra gaisa temperatūra pazeminās līdz  -20 °C. Jo aukstāks apkārtējais gaiss, jo siltumsūkņa efektivitāte ir zemāka, taču ražotāji pastāvīgi uzlabo  iekšējo siltummaiņu un invertoru plašu tehnoloģijas, COP koeficients saglabājas ne zemāks par 2 – tas nozīmē, ka jebkurā gadījumā ierīce saražo divreiz vairāk siltumenerģijas, nekā pati patērē. Liela sala laikā, kad siltumsūkņa efektivitāte mazinās, nepieciešamās ūdens temperatūras uzturēšanai var būt nepieciešams izmantot elektrisko tenu.

 

COP – siltumsūkņa lietderības koeficients (angl. coefficient of performance). Tas ir lielums, kas parāda ierīces radītās siltumenerģijas un patērētās elektroenerģijas attiecību. Piemēram, ja COP ir vienāds ar 3, tad, izlietojot 1 kWh elektroenerģijas, siltumsūknis saražo 3 kWh siltumenerģijas.

 

Ģeotermiskais siltumsūknis

Atkarībā no zemes gabala lieluma, grunts veida, apgaismojuma pakāpes, ēkas lietojuma mērķa, varētu būt lietderīgāk ierīkot dažādu darbības veidu kolektorus: horizontālo „zeme-ūdens”, vertikālo „zeme-ūdens” vai horizontālo „ūdens-ūdens”.

1. Horizontālais siltuma kolektors „zeme-ūdens” tiek ierakts zemes gabalā zemāk par sasalšanas robežu (1,5–2 m dziļumā). Caurules ierīko 1 m attālumā citu no citas, tāpēc ir vajadzīgs diezgan liels zemes gabals. Vidēja lieluma mājas ar aptuveno platību 150 m2 apkurei un karstā ūdens sagatavošanai, atkarībā no ūdens patēriņa, mitrā smilšmāla zemes gabalā aizņems 3,4–4 ārus zemes. Turklāt ziemā šāds kolektors nav visai efektīvs, jo tas ir tieši atkarīgs no saules stariem, kuri sasilda grunti, bet šajā gadalaikā augsnes temperatūra dziļumā ir tuva nullei. Lai gan šāda veida kolektors ir salīdzinoši lēts, gadā tas patērē aptuveni par 10 % vairāk elektroenerģijas nekā vertikālais tieši tāpēc, ka nepieciešams papildus uzsildīt ūdeni. 

 

2. Vertikālais siltuma kolektors „zeme-ūdens”

faktiski vienīgais ir īsts ģeotermiskais kolektors, jo itin nemaz nav atkarīgs no saules gaismas. Siltums tiek savākts no 60–100 m dziļa urbuma. Urbumā ir ielaistas caurules ar siltumnesēju, kurš cirkulējot pārnes siltumu no grunts uz siltumsūkni.

Dziļākos augsnes slāņos temperatūra ir diezgan nemainīga – ap 10 °C, tāpēc piegādātā siltuma daudzums visu gadu paliks nemainīgs.

 

3. Horizontālais siltuma kolektors „ūdens-ūdens” tiek ierīkots, ja netālu no mājas ir pietiekami liela atklāta ūdenstilpe – ezers vai dīķis. Kolektors tiek tajā iegremdēts. Ūdens ir lielisks saules enerģijas akumulators. Šāda kolektora sistēma ir salīdzinoši lēta un efektīva. Diemžēl pietiekami liela ūdenstilpe ir ne visiem. 

 

Jauktās sistēmas

Alternatīvās apkures un karstā ūdens sagatavošanas sistēmas ir ekoloģiskas, balstītas uz atjaunojamiem dabas resursiem, taču visbiežāk tās labāk ierīkot kopā ar kāda cita kurināmā sistēmu – elektrisko tenu, granulu katlu u. tml. Alternatīvās apkures sistēmas manāmi samazina apkures izmaksas salīdzinājumā ar izvēli, kad tiek apkurināts tikai ar elektrību, šķidro kurināmo, gāzi vai citā veidā.

Ja jums ir gāzes ievads, tad ir vērts uzstādīt hibrīda siltumsūkni, kuram elektriskā tena vietā ir gāzes vai dīzeļdegvielas deglis. Tādā gadījumā, ja vides (gaisa, ūdens vai zemes), no kuras kolektors savāc siltumu, temperatūra nokrīt zem robežas, kur siltumsūknis joprojām ir pietiekami efektīvs, automātika ūdens sildīšanai ieslēdz gāzes degli. Ražotājs ir paredzējis, ka pārslēgšanās notiek, kad vides temperatūra pazeminās līdz  +2 °C. Taču pēc ražotāja dotajiem datiem var aprēķināt, kādā vides temperatūrā siltumsūkņa COP koeficients samazinās tik tālu, ka atmaksājas sildīt ar gāzi, un mainīt temperatūras robežu uz, teiksim, -17 °C. Tādā veidā ar gāzi sildīsieties nedēļu vai divas gadā, bet pārējā laikā – ar bezmaksas atjaunojamo enerģiju.

 Katrs alternatīvās apkures projekts ir ļoti individuāls un atkarīgs no daudziem faktoriem. Tam vienmēr ir vajadzīgs saskaņot divus pretējus polus. Ja siltuma kolektora platība ir lielāka nekā nepieciešams, tad daļa no sistēmas ierīkošanas izmaksām būs palaista vējā. Ja cenšas ietaupīt un kolektoru ierīko nedaudz mazāku (teiksim, 100 m urbuma vietā izurbj 60 m) – savāktais siltums nespēs pietiekami ātri atjaunoties, atgriezties atpakaļ augsnē vai ūdenī, tad ar laiku tas atdzisīs. No vēsākas vides tiek paņemts mazāk siltuma, nepieciešams vairāk enerģijas papildu sildīšanai, tāpēc dažu gadu laikā apkures sistēma zaudē efektivitāti un pārstāj būt ekonomiska. Un tiek radīts arī kaitējums ekoloģiskajai sistēmai: izsalušajā zemē neaugs koki un krūmi, vēsā ūdenī lāgā nedzīvos zivis. Projektētāja galvenais uzdevums tad arī ir atrast to zelta vidusceļu, kad ideāli saskan ekonomiskais izdevīgums un apkures efektivitāte.

Jauktā saules kolektora un siltumsūkņa sistēma

Nepažēlojiet naudu projektam. Kārdinājums ietaupīt naudu un nepasūtīt projektu ir liels, bet labāk tam pretoties. Ne vienu vien projektu sagatavojušie un sekmīgi īstenojušie speciālisti var pamanīt un aprēķināta tādas smalkas nianses, kuras paši saimnieki var palaist garām. Ja precīzi noteiks mājas karstā ūdens patēriņu, pēc zemes gabala vietas un apgaismojuma pakāpes izraudzīs labāko siltuma kolektora novietojuma veidu. Grunts izpēti parasti veic, būvējot māju, tāpēc, ja tiks nolemts urbt urbumu vertikālajam kolektoram, atkārtota izpēte nebūs vajadzīga. Pat ja zemes gabala izpēte nav veikta, urbējiem vienmēr ir reģiona izpētes dati, un var balstīties uz tiem.

Ja tiek nolemts siltumu savākt no ūdenstilpes, nepieciešams rūpīgi izvērtēt tās dziļumu un ūdens temperatūru. Projektētājs noteiks, vai ezers spēs siltumsūknim nodrošināt nepieciešamo ūdens daudzumu. Jo, lai no ūdens paņemtu 3 grādus siltuma, sūknī vienā stundā jānokļūst ap 3,5 m3 ūdens, bet tā nav maza straume.

 

KĀDAS JAUDAS SAULES KOLEKTORS JUMS NEPIECIEŠAMS?

Ja jūs zināt savu karstā ūdens patēriņu un  temperatūru, līdz kurai jāsasilda ūdens, viegli varat aprēķināt, cik saules enerģijas diennaktī jāsavāc (un jānodod siltummainim) jūsu kolektoram.

m3×Δt×1,163 = kWh/diennaktī,

kur:

m3 – karstā ūdens patēriņš diennaktī;

Δt – aukstā un karstā ūdens temperatūru starpība.

 

Teiksim, diennaktī jūsu ģimene izlieto 200 l (0,2 m3) karstā ūdens, aukstā ūdens temperatūra ir 7 ºC, to vajag sasildīt līdz 55 ºC, tātad, 0,2 m3 sareizinot ar 48 (55 – 7) un koeficientu 1,163, iznāk 11,1648 – tik kWh enerģijas diennaktī nepieciešams jūsu vajadzību apmierināšanai.

Tagad var aprēķināt, kāda lieluma kolektors jums ir nepieciešams šāda enerģijas daudzuma iegūšanai.

Plakano saules kolektoru produktivitāte diennaktī ir ap 3,5 kWh/m2, vakuuma – ap 0,45 kWh (viena kolba). Tad, dalot jūsu enerģijas vajadzības (11,1648 kWh) ar kolektora diennakts produktivitāti, iznāk, ka jums vajag 3,2 m2 plakano vai 25 kolbu vakuuma kolektoru.

Gada vidējais horizontālās virsmas apgaismojuma līmenis Lietuvā ir ap 980 kWh/m2. Šādu daudzumu enerģijas, t. i., 3136 kWh, varētu savākt ar simtprocentīgu efektivitāti strādājošs, uz dienvidu pusi orientēts saules kolektors. Taču mūsdienu saules kolektori atkarībā no ražotāja darbojas ar 74–85 % efektivitāti. Bet, ja tie pavērsti pret austrumiem vai rietumiem, apgaismojuma pakāpe samazinās 2–3 reizes.

Nu, ņemsim ideālu gadījumu – kad kolektors ir pagriezts pret dienvidiem un tā efektivitāte ir 85 %. Tad tiešām iegūstam 2665,6 kWh bezmaksas saules enerģijas gadā. Zinot kolektora ilgmūžību (sistēma efektivitāti var saglabāt līdz 20 gadiem), viegli varat aprēķināt, cik ilgā laikā jūsu investīcija atmaksāsies.

 

SPECIĀLISTA KOMENTĀRS  

Simons Sabecks 

SAS „Vilpra” atjaunojamās enerģijas projektu vadītājs 

Lietuvas likumu bāzē par sabiedrisko ūdens tilpju lietošanu ir pilnīgs haoss. Nav reglamenta, kas nosaka siltuma kolektoru gremdēšanu sabiedriskajās ūdens tilpēs. Bet, ja tāds reglaments kaut kur arī ir, tad tik slepens, ka neviens to ne redzēja, ne dzirdēja, ne zina par to. Atļaujas lietot valstij piederošo ezeru jums neviens neizdos, jo nav tiesiska pamata. Taču arī sodīt par patvaļīgu kolektora ierīkošanu tiesiska pamata tāpat nav.

 

SPECIĀLISTA KOMENTĀRS 

Simons Sabecks

SAS „Vilpra” atjaunojamās enerģijas projektu vadītājs

Jo vairāk ēkā tiek izmantots karstais ūdens, jo ātrāk atmaksājas investīcija alternatīvajā apkurē. Teiksim, daudz karsto ūdeni patērējošai viesnīcai tas atpirkots aptuveni triju gadu laikā. 

Runājot par investīcijām telpu apkurē, laika, cik ilgā laikā atmaksājas, ātrums tieši atkarīgs arī no ēkas platības, kā arī tās siltuma zudumiem. Vecas, nerenovētas ēkas vidē izstaro daudz siltuma (70–90 W/m²), tad, tām „neuzvelkot mēteļus”, gandrīz nekas netiks ietaupīts. Bet investējot fasādes siltināšanā, vajadzēs investēt arī ventilācijā. Kur vēl radiatoru nomaiņa... Šādi atjaunojamās enerģijas apkures iekārtas atmaksāšanās laiks ievērojami paildzinās un kļūst grūti prognozējams. 

Jo jaunāka māja, jo mazāk siltuma tiek izstarots ārā, jo labāk ierīkota tā apkures sistēma, jo vairāk vērts investēt tās apkurē ar atjaunojamās enerģijas sistēmām. Ideālākais variants – tā sauktā pasīvā māja ar grīdas sildīšanu un ne mazāk karstā ūdens patēriņu.  

 

Personīgi man vislabāk pie sirds iet siltuma sūkņi „gaiss–ūdens”, redz tos uzskatu par ideāliem līdz 200 m² platības mājai. Šajā platībā visbiežāk dzīvo tādas ģimenes ar karstā ūdens vajadzību, ka sūknim pietiek jaudas to aprūpēt, papildu piesildīšana ar elektrību vajadzīga ļoti reti, bet iekārtošanas investīcija ir pietiekami neliela. Ļoti efektīvi tādi sūkņi darbojas  temperatūrā no +15 °C līdz –10 °C, bet Lietuvā tāda intervāla temperatūra ir visbiežāk sastopamā. Apkures izdevumi 30 % mazāki nekā, teiksim, kurinot ar gāzi un aptuveni līdzinās apkurei ar granulām. Piemēram, cietā kurināmā siltuma cena ir ap 0,07 Lt/kWh, bet granulu apkures, kā arī „gaiss–ūdens”, – ap 0,12 Lt/kWh, taču nevajag gatavot un uzglabāt malku, rūpēties par biežu piemešanu,  pelnu iznešanu, katlu telpā nav sliktas smaržas. Taisnību sakot, siltuma sūknim katlu telpa pat nav vajadzīga.

 

No 2013 g. Eiropas Savienībā apkures iekārtām ar jaudu līdz 10 kW piemērojami jauni enerģijas patēriņa efektivitātes koeficienti – SEER (dzesēšanai) un SCOP (apkurei). Šie jaunie koeficienti precīzāk atspoguļo iekārtu efektivitāti, tāpēc ka, atšķirīgi nekā tagad piemērojamie koeficienti EER un COP, kuri tiek noteikti, mērot vienā temperatūras punktā (atbilstoši pie āra gaisa temperatūras +35 ºC (EER) un +7 ºC (COP)), SEER un SCOP ir vidējie lielumi un tiek aprēķināmi četros temperatūras punktos. 

SCOP – kopējais iekārtas efektīvuma koeficients, kas atbilst visu noteikto apkures sezonu (SCOP vērtība piemērojama konkrēta reģiona apkures sezonai), aprēķināma normas gada apkures vajadzība, dalot no gada elektroenerģijas apkures patēriņu.

 

SPECIĀLISTA KOMENTĀRS 

Rolands Grikšs

SAS „Eko2šiluma” direktors  

Ierīkojot siltuma sūkni, ļoti svarīgi, lai šo darbu veiktu zinošs speciālists. Sūkņu patiesi ir daudz, tad, ņemot vērā lietotāja vajadzības un apsildāmo ēku izkārtojumu, kā arī tilpumu, svarīgākais izvēlēties to pēc iespējas efektīvāku. No sūkņa pielāgošanas var būt ļoti atkarīgs tā faktiskais lietderības koeficients un komfortiskums. Teiksim, ja siltuma sūknim „gaiss–gaiss” slikti izvēlēta vieta telpā, tā efektivitāte var ievērojami samazināties.  

 

Montēšanas darbi tāpat ir ļoti svarīgi. Vairums klient, kuri vēršas servisa centrā „uzpildīt freonu”, parasti ir sliktas montēšanas upuri. Freons tiek zaudēts caur slikti valcētiem savienojumiem, ieplīstot savienojumam no mikrovibrācijas, kas rodas slikti saskaņotā sistēmā, vai izmantojot nekvalitatīvas caurules.

Mēs piedāvājam „Mitsubishi” siltuma sūkņus „gaiss–gaiss”, ar kuriem apsildīt 1 m² telpas vidēji maksās 1,5 litu mēnesī. Tos ir vienkārši montēt, vasarā iespējams pārslēgt uz atdzesēšanas režīmu, un tie der jebkādām telpām. 

Siltuma sūkņiem „gaiss–ūdens” ir patentētas akumulācijas karstā ūdens tvertnes, kuru pamata priekšrocība ir iekšā iemontēts kondensācijas palielināta tilpuma spirāle. Tieši tās dēl mūsu akumulācijas tvertnes ir 15–20 % efektīvākas nekā citas. Pie tām iespējams pieslēgt jebkādus siltumapgādes avotus: cietā kurināmā katlus, saules kolektorus, kamīnus un jebkādas to kombinācijas. 

Mūsdienu siltuma sūkņi aizņem ļoti nedaudz vietas. Teiksim, „gaiss–ūdens” tipa siltuma sūkņus „Ecodan” kopā ar ūdens tvertni ir ledusskapja izmērā. Tā visu katlu telpu iespējams ietilpināt 1 m² grīdas platībā.