Lai arī tiesa, ka apkure ar cieto kurināmo, piemēram, malku un oglēm, ir vislētākā, tomēr skopais, kā mēs zinām, ne tikai maksā divreiz, bet arī divas reizes dienā tipina uz pagrabstāvu iemest krāsnī malku, lai bērniem nesalst deguni. Piedevām nākas sadzīvot arī ar tvana nepatīkamo smaku. Tad kāpēc gan neatrast modernu, videi draudzīgu apkures risinājumu, kurā vērts ieguldīt līdzekļus?
Parasti jebkuru mājokļa apkures sistēmu veido divas sastāvdaļas, proti, mājā ierīkotā apkures sistēma un ģenerators, kas ražo un padod sistēmai siltumu. Siltuma ģeneratora lomu var pildīt gan krāsns, gan saules kolektors, gan siltumsūknis. Ja krāsns funkcijas ir skaidras, tad, runājot sīkāk par citiem siltuma ģeneratoriem, jāskaidro, ka jebkura siltumsūkņa darbības pamatā ir otrais termodinamikas likums. Šis likums paredz, ka karstākais ķermenis siltumu nodod vēsākajam. Turpretī siltumsūknis siltumu savāc no apkārtējās vides, uzsilda to līdz vajadzīgajai temperatūrai un nodod ēkas apkures sistēmai.
Saules kolektori
Visbiežāk saules kolektorus izvēlas, lai sagatavotu karsto ūdeni. Šie kolektori var būt gan plakani, gan vakuuma. Tomēr darbības princips visiem to veidiem ir vienāds: saules stari, krītot uz kolektora, sakarsē siltuma nesēju jeb absorberi, kurš tiek tecināts virsū tilpuma ūdens sildītāja (boilera) siltummainim. Šajā posmā ūdens tiek uzsildīts. Atšķirība ir tā, ka plakanajos saules kolektoros absorberis ir izvietots plaknē, turpretī vakuuma kolektoros – ap visu kolbas iekšējo virsmu, kas palielina to efektivitāti līdz pat 30 % salīdzinājumā ar plakanajiem kolektoriem. Tomēr vakuuma saules kolektoriem piemīt būtisks trūkums -, to 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.
Izdarot izvēli par labu saules kolektoriem, ir vērtīgi uzdot sev dažus jautājumus.
Kā ēka tiek apsildīta? Cietā kurināmā katlam vislabāk piederēsies plakanie saules kolektori, jo tie 80 % no gadā savāktā siltuma iegūst vasarā, kad cietā kurināmā katls netiek izmantots vai tiek izmantots maz. Turpretī mājā, kura tiek apsildīta ar elektroenerģiju, gāzi, šķidro kurināmo vai termofikācijas šķidrumu, var ierīkot vakuuma kolektoru, tādējādi samazinot karstā ūdens sagatavošanas izmaksas.
Pret kuru debespusi ir pavērsts jumts? Saules kolektori parasti tiek ierīkoti uz jumta, tādējādi mazinot risku tos sabojāt. Ja ir iespējams kolektoru pavērst pret dienvidiem vai dienvidrietumiem, noderīgāks būs plakanais kolektors. Turpretī austrumu vai rietumu pusē efektīvāks būs vakuuma kolektors. Šāda izvēle skaidrojama ar to, ka šādā saules kolektorā absorberis visu kolbas iekšpuses laukumu nosedz 180º leņķī, bet plakanais saules kolektors absorbē vairāk staru, kad tiek krīt pēc iespējas stāvākā leņķī. Šī iemesla dēļ ir būtiski pievērst uzmanību tam, lai plakanais kolektors tiktu ierīkots pareizajā leņķī, lai tiktu absorbēts pēc iespējas vairāk saules staru.
Cik liels ir mājas karstā ūdens patēriņš? Ja lielākais karstā ūdens daudzums tiek patērēts siltajā sezonā (piemēram, vasarnīcā), labāk ierīkot plakano kolektoru, jo tas būs efektīvāks vasarā. Tomēr, ja karstā ūdens patēriņš ir vienāds visu gadu, labāk izvēlēties vakuuma kolektori, kura efektivitāte ir vienmērīgāka. Taču, ja karstais ūdens tiek izmantots tikai aukstajā sezonā, bet vasarā nepieciešamība pēc tā ir minimāla (piemēram, 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 telpās, gan ārpus ēkas. Tas uzsildīs ūdeni jebkurā gadalaikā, neatkarīgi no saules daudzuma. Tomēr šāda siltumsūkņa efektivitāte samazināsies, gaisam atdziestot, jo pieaugs enerģijas patēriņš, kas nepieciešams, lai sasildītu ūdeni līdz vajadzīgajai temperatūrai.
Siltumsūkņi „gaiss-ūdens” var ņemt gaisu no telpas un, atdzesējuši to, ielaist atpakaļ telpā vai izvadīt ārpus mājokļa. Šādi izmantojot no gaisa paņemto siltumu, diennaktī tie sagatavo 0,5–0,7 m3 karstā ūdens, radot aptuveni četras reizes mazākas izmaksas nekā elektriskais tens. Piedevām, siltumsūkņi gaisu var ņemt arī no āra, taču tādā gadījumā tie darbosies tikai temperatūrā, kas nav zemākā par -5 °C.
Turklāt, ja šī tipa siltumsūkņi paredzēti ne tikai karstā ūdens sagatavošanai, bet arī telpu apsildīšanai, tie var efektīvi darboties, ja gaisa temperatūra ārā pazeminās līdz pat -20 °C. Tas tāpēc, ka jo aukstāks apkārtējais gaiss, jo siltumsūkņa efektivitāte ir zemāka. Tomēr 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 un 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 zemē dziļāk par sasaluma dziļumu (1,5–2 m). Caurules ierīko 1 m attālumā citu no citas, tāpēc, lai ierīkotu šādu kolektora sistēmu, ir nepieciešams diezgan plašs zemes gabals. Vidēja lieluma mājas, kuras aptuvenā platība ir 150 m2, apkurināšanai un karstā ūdens sagatavošanai, atkarībā no ūdens patēriņa, mitrā smilšmāla zemes gabalā šāda kolektora ierīkošanai būs nepieciešama 3,4–4 ārus liela zemes platība. Turklāt ziemā šāds kolektors nav visai efektīvs, jo tas ir tieši atkarīgs no saules stariem, kuri sasilda grunti, bet šajā gadalaikā augsnes temperatūra zem sasaluma dziļuma ir tuva nullei. Lai gan šāda veida kolektors ir salīdzinoši lēts, gadā tas patērē aptuveni par 10 % vairāk elektroenerģijas nekā vertikālā tipa kolektors tieši tāpēc, ka ūdeni nepieciešams papildus uzsildīt.
2. Vertikālais siltuma kolektors „zeme-ūdens” ir faktiski vienīgais ģeotermiskā tipa kolektors, jo tas itin nemaz nav atkarīgs no saules gaismas. Šis kolektor siltumu iegūst no 60–100 m dziļa urbuma. Urbumā tiek ielaistas caurules, pildītas ar siltumnesēju, kurš cirkulējot pārnes siltumu no grunts uz siltumsūkni.
Pateicoties tam, ka dziļākos augsnes slāņos temperatūra ir praktiski nemainīga – ap 10 °C, piegādātā siltuma daudzums visu cauru gadu būs nemainīgs.
3. Horizontālais siltuma kolektors „ūdens-ūdens” būs laba izvēle, ja netālu no mājas atrodama pietiekami liela atklāta ūdenstilpe, piemēram, ezers vai dīķis, kurā kolektoru iegremdēt. Ūdens ir lielisks saules enerģijas akumulators, piedevām šāda kolektora sistēma ir salīdzinoši lēta un efektīva. Diemžēl pietiekami liela ūdenstilpe mājas tuvumā nav vienmēr pieejama.
Jauktās sistēmas
Tāds variants kā alternatīvās apkures un karstā ūdens sagatavošanas sistēmas ir ekoloģisks, jo to darbības pamatā ir atjaunojamie dabas resursi. Tomēr vislabāk tās ierīkot, kombinējot tās ar kādu citu kurināšanas sistēmt, piemēram, elektrisko tenu, granulu katlu un citām līdzīgām. Alternatīvās apkures sistēmas ir pateicīgas ar to, ka manāmi samazinās apkures izmaksas salīdzinājumā ar risinājumiem, kad tiek izvēlēts apsildīt mājokli tikai ar elektrību, šķidro kurināmo vai gāzi.
Ja jūsu mājā izveidots gāzes ievads, tad laba izvēle būs 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 nokritīs zem robežas, kad siltumsūknis joprojām ir pietiekami efektīvs, ūdens sildīšanai automātiski tiks ieslēgts gāzes deglis. Turklāt ražotāji ir paredzējuši šādu pārslēgšanos brīdī, kad vides temperatūra pazeminās līdz +2 °C. Protams, arī pēc šādu sistēmu ražotāju nodrošinātajiem datiem var aprēķināt, kādā vides temperatūrā siltumsūkņa COP koeficients samazinās tik ļoti, ka apsildīt mājokli ar gāzi kļūs izdevīgāk, un mainīt temperatūras robežu uz, teiksim, -17 °C. Tādā veidā savu apsildīšanas sistēmu varēsiet ieprogrammēt tā, lai ar gāzi sildītu mājokli tikai vienu vai divas nedēļas gadā, bet pārējā laikā – ar bezmaksas atjaunojamo enerģiju.
Katrs alternatīvās apkures projekts ir ļoti individuāls un atkarīgs no daudziem faktoriem. Vienmēr ir nepieciešams saskaņot divus pretējus polus. Proti, ja izvēlētā siltuma kolektora platība būs lielāka nekā nepieciešams mājokļa apsildīšanai, tad daļa no sistēmas ierīkošanas izmaksām būs izmestas vējā. Tomēr, ja centīsieties ietaupīt un kolektoru ierīkot nedaudz mazāku, piemēram, 100 m vietā izvēloties 60 m dziļu urbumu, savāktais siltums nespēs pietiekami ātri atjaunoties - atgriezties augsnē vai ūdenī -, un ar laiku tas atdzisīs. Jo vēsāka vide, jo mazāk siltuma uzņems kolektors, un tad būs nepieciešams vairāk enerģijas papildu sildīšanai. Tādā veidā vien dažu gadu laikā šī apkures sistēma zaudēs efektivitāti un pārstās būt ekonomiska. Piedevām, šādi tiks radīts arī kaitējums ekoloģiskajai sistēmai jums apkārt: izsalušajā zemē neaugs koki un krūmi, vēsā ūdenī lāgā nedzīvos zivis. Un tieši tas ir projektētāja galvenais uzdevums -, atrast šo zelta vidusceļu, kad izvēlētā risinājuma ekonomiskais izdevīgums un apkures sistēmas efektivitāte ir nevainojamā līdzsvarā.
Jauktā saules kolektora un siltumsūkņa sistēma
Mūsu ieteikums ir nežēlot, ieguldot līdzekļus mājokļa projektā. Protams, kārdinājums ietaupīt, nepasūtot projektu, ir liels, tomēr, lai jūs būtu ieguvēji ilgtermiņā, labāk šim kārdinājumam pretoties. Tas tāpēc, ka neskaitāmus veiksmīgus projektus sagatavojušie un sekmīgi īstenojušie speciālisti projektā pamanīs un novērsīs ne vienu vien smalku niansi un kļūmi, kuras paši mājokļa saimnieki varētu viegli palaist garām. Piemēram, precīzi nosakot mājas karstā ūdens patēriņu, speciālists pēc zemes gabala atrašanās vietas un apgaismojuma pakāpes izraudzīsies labāko siltuma kolektora novietojuma veidu. Grunts izpēti parasti veic, sākot mājokli būvēt, tāpēc, ja tiks nolemts veidot urbumu vertikālajam kolektoram, atkārtota izpēte nebūs nepieciešama. Bet arī tad, ja zemes gabala izpēte nebūs tikusi veikta, dziļurbumu darbu veicējiem vienmēr ir pieejami reģiona izpētes dati, un sava mājokļa siltumsūķņa plānošanu varēsiet balstīt uz tiem.
Ja esat nolēmuši savas mājas apkurināšanai nepieciešamo siltumu savākt no ūdenstilpes, būtiski būs rūpīgi izvērtēt tās dziļumu un ūdens temperatūru. Tieši projektētājs var noteikt, vai mājai blakus esošais ezers vai dīķis spēs siltumsūknim nodrošināt nepieciešamo ūdens daudzumu, kas nav gluži tik vienkārši kā šķiet, jo, lai no ūdens uzņemtu 3° siltuma, sūknī vienā stundā jānokļūst ap 3,5 m3 ūdens, kas nebūt nav maz.
KĀDAS JAUDAS SAULES KOLEKTORS JUMS NEPIECIEŠAMS?
Ja jūs esat precīzi aprēķinājuši sava mājokļa karstā ūdens patēriņu un temperatūru, līdz kādai būs jāuzsilda ūdens, viegli varēsiet aprēķināt arī to, cik saules enerģijas diennaktī jūsu kolektoram būs nepieciešams savākt un nodot siltummainim.
m3×Δt×1,163 = kWh/diennaktī,
kur:
m3 – karstā ūdens patēriņš diennaktī;
Δt – aukstā un karstā ūdens temperatūru starpība.
Piemēram, ja jūsu ģimene izlieto 200 l (0,2 m3) karstā ūdens diennaktī, aukstā ūdens temperatūra ir 7ºC un tas jāuzsilda līdz 55ºC, tad, 0,2 m3 sareizinot ar 48 (55 – 7) un koeficientu 1,163, nonākam pie rezultāta 11,1648 kWh. Tik enerģijas būs nepieciešams jūsu mājokļa apsildīšanai diennaktī.
Zinot šo raksturlielumu, nu varam aprēķināt, kāda lieluma kolektors ir nepieciešams šāda enerģijas daudzuma iegūšanai.
Ņemot vērā, ka plakano saules kolektoru produktivitāte diennaktī ir ap 3,5 kWh/m2 un vakuuma kolektoru vienas kolbas produktivitāte diennaktī ir ap 0,45 kWh, varam izdalīt jūsu mājoklim nepieciešamo enerģijas daudzumu (11,1648 kWh) ar kolektora diennakts produktivitāti. Šādi nonākam pie iznākuma - jums vajadzēs 3,2 m2 lielu plakano kolektoru vai vakuuma kolektoru ar 25 kolbām.
Noteikti ir jāņem vērā arī tas, ka vidējais horizontālās virsmas apgaismojuma līmenis gadā Latvijā ir ap 980 kWh/m2. Šādu daudzumu enerģijas, t. i., 3136 kWh, varētu savākt uz dienvidiem orientēts saules kolektors, darbojoties ar simtprocentīgu efektivitāti. Taču mūsdienu saules kolektori atkarībā no ražotāja darbojas tikai ar 74–85 % efektivitāti. Turklāt, ja tos uzstāda uz austrumiem vai rietumiem, apgaismojuma pakāpe samazinās pat 2–3 reizes.
Teorētiska piemēra nolūkos izvēlēsimies ideālus apstākļus, kad kolektors ir novietots ar skatu uz dienvidiem un tā efektivitāte ir 85%. Šādā gadījumā tik tiešām iegūsim 2665,6 kWh bezmaksas saules enerģijas gadā. Kā arī, paturot prātā kolektora ilgmūžību, proti, šāda sistēma efektivitāti var saglabāt līdz 20 gadiem, viegli varam aprēķināt, cik ilgā laikā šī investīcija atmaksāsies.
SPECIĀLISTA KOMENTĀRS
Simons Sabecks
SAS „Vilpra” atjaunojamās enerģijas projektu vadītājs
Jo vairāk ēkā tiek izmantots karstais ūdens, jo ātrāk atmaksājas investīcija alternatīvajā apkurē. Piemēram, viesnīcā, kurā tiek patērēts liels daudzums karstā ūdens, šāda investīcija sevi atpelnītu vien aptuveni triju gadu laikā.
Runājot par investīcijām telpu apkurē, tas, cik ilgā laikā šādas investīcijas atmaksājas, tieši atkarīgs arī no ēkas platības, kā arī siltuma zudumiem tajā. Vecas, nerenovētas ēkas vidē izstaro ļoti daudz siltuma (70–90 W/m²), tad saprotams, ka, tās nenosiltinot, ietaupīts netiks gandrīz necik. Bet investējot fasādes siltināšanā, vajadzēs ieguldīt arī ventilācijas sistēmā, kā arī radiatoru nomaiņā... Šādi laiks, kurā atjaunojamās enerģijas apkures iekārtas sevi “atpelnīs”, ievērojami paildzinās un kļūst grūti prognozējams.
Jo jaunāka māja, jo mazāk siltuma zudumu tajā un jo labāk ierīkota tās apkures sistēma, jo vairāk ir vērts investēt ēkas apsildīšanā ar atjaunojamās enerģijas sistēmām. Protams, ideālais variants būtu tā sauktā pasīvā māja ar grīdas sildīšanu un ne mazāk karstā ūdens patēriņu.
Personīgi man vislabāk tīk siltuma sūkņi „gaiss–ūdens”, jo tie lieliski piemēroti līdz 200 m² lielām mājām. Tik lielā platībā visbiežāk mitinās ģimenes ar lielu karstā ūdens vajadzību, tāpēc sūknim pietiek jaudas mājokli aprūpēt. Papildus apsildīšana ar elektrību šādos gadījumos parasti nepieciešama ļoti reti, turklāt sistēmas iekārtošanas investīcija ir pietiekami neliela. Ļoti efektīvi tādi sūkņi darbojas gaisa temperatūrā ar amplitūdu no +15 °C līdz –10 °C, un Latvijā šāda intervāla temperatūra ir visbiežāk sastopama. Tādā veidā apkures izdevumi būs par 30% mazāki nekā, piemēram, apsildot mājokli ar gāzi un aptuveni līdzināsies granulu apkures sistēmas izmaksām. Tas tāpēc, ka cietā kurināmā siltuma cena ir ap 0,02 EUR/kWh, bet granulu apkures, kā arī „gaiss–ūdens”, – ap 0,03 EUR/kWh, piedevām atmetot tādas rūpes kā malkas sagatavošana un uzglabāšana, regulāra malkas piemešana ugunij, pelnu iznešana, nepatīkams aromāts katlu telpā. Vēl jo vairāk - siltuma sūknim katlu telpa nav nepieciešama nemaz.
Kas noteikti jāņem vērā -, kopš 2013 gada 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, atšķirībā no iepriekš piemērojamiem koeficientiem EER un COP, kuri tiek noteikti, veicot mērījumus vienā temperatūras punktā, attiecīgi pie āra gaisa temperatūras +35 ºC (EER) un +7 ºC (COP), SEER un SCOP ir vidējie lielumi un tiek aprēķināti četros temperatūras punktos.
SCOP ir kopējais iekārtas efektivitātes koeficients, kas atbilst visu noteikto apkures sezonu (SCOP vērtība piemērojama konkrēta reģiona apkures sezonai), tā ir aprēķināma normas gada apkures vajadzība, dalot ar gada elektroenerģijas apkures patēriņu.
SPECIĀLISTA KOMENTĀRS
Ierīkojot siltuma sūkni, ārkārtīgi svarīgi ir, lai šo darbu veiktu zinošs speciālists. Pieejamo sūkņu klāsts ir patiesi plašs, un, ņemot vērā lietotāja vajadzības un apsildāmo ēku izkārtojumu, kā arī tilpumu, ir svarīgi izvēlēties pēc iespējas efektīvāko variantu. No sūkņa pielāgošanas var būt ļoti atkarīgs tā faktiskais lietderības koeficients un radītais komforts vidē. Piemēram, ja siltuma sūknim „gaiss–gaiss” izvēlēta nepiemērota vieta telpā, tā efektivitāte var ievērojami samazināties.
Tiktpat svarīgi ir montēšanas darbi. Vairums klientu, kuri vēršas servisa centros, lai „uzpildītu freonu”, parasti izrādās nekvalitatīvas montāžas upuri. Sūknis zaudē freonu caur slikti valcētiem savienojumiem, savienojumam ieplīstot no mikrovibrācijas, kas rodas nelāgi saskaņotā sistēmā, vai izmantojot nekvalitatīvas caurules.
Mēs piedāvājam „Mitsubishi” siltuma sūkņus „gaiss–gaiss”, kuru vidējās izmaksas, apsildot 1 m², būs 0,43 EUR mēnesī. Tos ir vienkārši montēt, vasarā tos iespējams pārslēgt uz atdzesēšanas režīmu, kā arī tie ir piemēroti jebkādām telpām.
Siltuma sūkņiem „gaiss–ūdens” ir patentētas akumulācijas karstā ūdens tvertnes, kuru pamata priekšrocība ir tajās iemontētas palielināta tilpuma kondensācijas spirāles. Tieši to dēļ mūsu akumulācijas tvertnes ir 15–20 % efektīvākas nekā citas. Pie tām iespējams pieslēgt jebkādus siltumapgādes avotus - cietā kurināmā katlus, saules kolektorus, kamīnus - jebkādās to kombinācijās.
Piedevām, mūsdienu siltuma sūkņi nebūt neaizņem daudz vietas. Piemēram, ražotāja „Ecodan” „gaiss–ūdens” tipa siltuma sūknis kopā ar ūdens tvertni ir vien ledusskapja izmērā. Tādā veidā veselu katlu telpu iespējams ietilpināt 1 m² grīdas platībā.
