Siltumu iegūst, kombinējot zemes un saules enerģiju

2015. gada 6. novembris 00:00

217

«Pasaulē aizvien vairāk apzinās, ka dabas resursi jātaupa. Videi draudzīgs, energoefektīvs siltumnodrošinājums ir viens no veidiem, kā samazināt izmešus. Taču zaļās tehnoloģijas ir efektīvas tikai tad, ja pareizi strādā un to izmantošana ir ekonomiski pamatota,» uzsver Dabas aizsardzības pārvaldes (DAP) Vidzemes reģionālās administrācijas vecākais referents nekustamā īpašuma apsaimniekošanas jomā Gintārs Rubenis.
Administrācijas Salacgrīvas birojs Salacgrīvā, Rīgas ielā, atrodas ēkās, kur no 1998. gada saimnieko Ziemeļvidzemes biosfēras rezervāta administrācija. Pirms septiņiem gadiem, atjaunojot veco noliktavu un blakus tai esošo neapdzīvoto ēku, jaunajās renovētajās telpās tika uzstādīta kombinētā siltumnodrošinājuma sistēma, kas darbojas, izmantojot vakuuma saules kolektorus, zemes siltumsūkni ar termozondēm vertikālos dziļurbumos, dīzeļdegvielas kurināmā katlus un rekuperatīvo vēdināšanu. Šādas kombinētās siltumapgādes sistēmas izmanto tikai dažviet Latvijā.

Zemes potenciāls
Siltumsūkņu izmantošana apsildes vai dzesēšanas sistēmās Eiropas valstīs tiek izmantota plaši – jo īpaši Zviedrijā, Vācijā, Francijā, Somijā, Austrijā. Arī Eiropas Ģeotermālās enerģijas padomes izstrādātajā siltumsūkņu attīstības koncepcijā līdz 2030. gadam tiek uzsvērta nepieciešamība pāriet uz sistemātisku un optimizētu ģeotermālo resursu izmantošanu mājokļos, apsildes un dzesēšanas tīklos pilsētā, kā arī paplašināt to ieviešanu esošās infrastruktūras atjaunošanā. Izmantojot siltumsūkni, atmosfērā lokāli netiek emitēta siltumnīcas efektu izraisošā gāze oglekļa dioksīds un kaitīgās vielas, piemēram, tā dēvētās PM10 un PM2,5 smalkās daļiņas, slāpekļa oksīdi, kas veidojas fosilā kurināmā sadedzināšanas procesā.
Kā norāda Rīgas Enerģētikas aģentūras un Baltijas Vides foruma speciālisti, pareizi tos izbūvējot, siltumsūkņi ir energoefektīvs ēku apsildīšanas vai dzesēšanas veids – līdz pat 80 % siltumsūknī saražotās enerģijas tiek pielīdzināta atjaunojamai enerģijai. Atkarībā no izmantojamā enerģijas avota un apkures sistēmas veida siltumsūknis var saražot trīs līdz piecas reizes lielāku siltumenerģijas daudzumu par to elektroenerģiju, kura nepieciešama, lai darbinātu siltumsūkņa kompresoru un cirkulācijas sūkņus*. Šīs sistēmas priekšrocība ir praktiskā neatkarība no ikdienas meteoroloģisko apstākļu ietekmes, jo zemes slānim piemīt liela siltuma ietilpība, lai uzkrātu saules un ģeotermālo enerģiju, kas aukstuma periodā tiek izmantota pēc vajadzības.
Rīgas Enerģētikas aģentūras speciālisti arī norāda, ka siltumsūkņu veiktspējas koeficientu ir iespējams ievērojami uzlabot, izbūvējot hibrīdās jeb kombinētās sistēmas, kurās siltumsūkņa zemes kolektors vasarā tiek uzsildīts, izmantojot pievienoto saules kolektoru sistēmu.

Vislētākais kondicionētājs
DAP Vidzemes reģionālās administrācijas Salacgrīvas biroja telpas kopumā ir 1200 kvadrātmetru plašas, vienā no ēkām – jaunajā, uz kuras jumta izvietots vakuuma saules kolektors, – pašlaik atrodas Dabas izglītības centrs, vecajā ēkā ir administrācijas birojs. DAP speciālists Gintārs Rubenis izrāda katlumāju, kurā siltumapgādes sistēma ir saslēgta vienotā shēmā. Te atrodas saules kolektora sistēmas vadības bloks, ūdens tvertnes un speciāla iekārta – sonometrs, kas veic saules saražotās enerģijas uzskaiti un uzrāda, kāda ir kolektora saražotā jauda, kāds ir sistēmas caurplūdes ātrums. Kaut šajā dienā rudens saule vairs jūtami nesilda, sonometra rādījumi liecina, ka saules saražotā enerģija ūdeni boileros spējusi sasildīt līdz plus 58 grādiem.
Telpā izvietotas arī zemes siltumsūkņa iekārtas un vecās mājas dīzeļdegvielas kurināmā katli. «Zemes siltumsūknis paredzēts mazai jaudai un abas mājas nevar apsildīt, tāpēc vēlā rudenī un ziemā darbinām arī dīzeļdegvielas apkures katlus,» skaidro G.Rubenis un turpina: «Katlumājā ir arī iekārta, ko sauc par siltummaini, to izmantojam vasarā. Respektīvi, ziemā no zemes varam iegūt siltumu, savukārt vasarā – gruntī esošo vēsumu. Ieslēdzam zemes kontūrā cirkulācijas sūkni, un zemes vēsums caur šo aparātu tiek novadīts uz radiatoriem, no kuriem atdzesētais gaiss izplatās telpās. Tā bez kondicionēšanas sistēmas iegūstam ļoti lētu vēsumu. Vēl lētāk vairs nevar.»
Rekuperatīvās ventilācijas iekārtas izvietotas ēkas bēniņos. Apjomīgās iekārtas ar siltumsūkni darbības pamatprincips ir aukstā ieplūstošā gaisa sasildīšana ar enerģiju, kas atgūta no aizvadītā siltā gaisa. «Ja ēkā uzturas daudz cilvēku, lai iegūtu tīru gaisu, izelpotais gaiss jāizvada un tā vietā jāievada svaigs. Rekuperatīvā ventilācijas sistēma izelpoto gaisu izlaiž caur siltummaiņa plāksnēm un ar šo enerģiju sasilda caur sistēmu ievadīto auksto, tīro gaisu. Iegūstam svaigu, siltu gaisu, kas vienlaikus telpai nodrošina arī apsildi,» paskaidro G.Rubenis.
Ja enerģijas par daudz
Kombinētās siltumnodrošinājuma sistēmas izveide toreizējās Ziemeļvidzemes biosfēras rezervāta administrācijas ēkās Salacgrīvā sākta 2008. gadā, realizējot īpašu projektu un iegūstot Eiropas Ekonomikas zonas un Norvēģijas valdības divpusējā finanšu instrumenta līdzfinansējumu. «Tā bija laimīga sakritība, turklāt tolaik saules kolektoru un šādu sistēmu Latvijā bija vēl maz. Pat šodien tādu nav daudz, lai gan atrodamies tajos pašos platuma grādos kā, piemēram, Berlīne. Taču Vācijā šādu siltumapgādes sistēmu uzstādīšanai ir noteikts valsts atbalsts,» stāsta G.Rubenis. Viņš nenoliedz – šīs inovatīvās siltumapgādes vadības sistēma sākotnēji šķiet sarežģīta, iespējams, tāpēc Latvijā privātajā sektorā vērojama zināma piesardzība tās potenciālajā izmantošanā.
G.Rubeņa kabinetā ir izvietoti trīs datori, kuru ekrānos redzams, kā strādā katra sistēma. Ir iespējams salīdzināt datus – kāda katru mēnesi un katru dienu, piemēram, ir saules kolektora jauda. «Vēl oktobrī ūdeni ēkai varam sasildīt līdz plus 62 grādiem. Ar to pietiek. Karstā ūdens patēriņš ir trešdaļa no kopējās apkures bilances, tātad ar saules kolektoru ieekonomējam jau vienu trešdaļu no reālajām izmaksām. Taču, ņemot vērā saules intensitāti mūsu platuma grādos, šo septiņu gadu laikā, kopš strādā sistēma, esam pārliecinājušies, ka decembrī, janvārī un februārī ar saules kolektoru nesaražosim neko,» apliecina G.Rubenis.
Maijā, jūnijā, jūlijā un augustā kolektors strādā maksimālā režīmā, un tad saules saražotās enerģijas jau kļūstot par daudz. «Mūsu iekārta ir papildināta – vasarā, uzsildot ūdeni boileros, sistēma pārslēdzas un sāk sildīt zemes siltumsūkņa 100 metru dziļumā vertikāli ieraktās 11 zondes. Sistēmas papildina viena otru, bet dīzeļdegvielas kurināmā katli, kas šķietami neiederas šai sistēmā, ir rezerves variants siltuma nodrošinājumā,» skaidro speciālists.

Var vadīt attālināti
Visefektīvāk saules kolektoru saražoto enerģiju iespējams izmantot lielās sabiedriskajās ēkās, piemēram, viesnīcās: tas ir piemērots enerģijas iegūšanas veids telpām ar lielu karstā ūdens patēriņu, kas atmaksājas gada laikā, norāda G.Rubenis. Privātajā sektorā šīs sistēmas ieviešana atmaksājoties sešos septiņos gados. «Jebkuras zaļās tehnoloģijas izmantošanas pamatā ir viens princips – jo vairāk cilvēku iesaistīti konkrētās sistēmas izmantošanā, jo ātrāk tā atmaksājas,» piebilst DAP speciālists.
Zemes siltumsūkni šajās ēkās sāk darbināt septembrī – lai noturētu komforta līmeni telpās. «Sākumā, kamēr zeme vēl saglabā siltumu, siltumsūknis strādā ar lietderības koeficientu 2,5 – tas ir vidējs rādītājs, jo mūsu siltumsūknis vairs nav jauns. Tā resurss ir 100 tūkstošu darba stundu, un var uzskatīt, ka desmit gados tas savu resursu jau būs izsmēlis. Zemes urbumi saglabāsies, arī cauruļu sistēma darbojas normāli. Vienīgais, ko vajadzēs nomainīt, būs pats kompresors,» izklāsta G.Rubenis.
Speciālista rīcībā ir arī datorprogrammas izveidotas tabulas, kurās redzams, cik daudz elektroenerģijas izmantots šo sistēmu apkalpošanai, tas palīdz racionāli sadalīt siltuma piegādi ēkās. «Ja atsevišķi siltumsūkņa darbināšanai patērētās elektrības daudzums jau ir 186 kilovatstundas dienā, skaidrs, ka sūknis darbojas ar paguruma pazīmi un apkures ražošanai jāpieslēdz ar dīzeļdegvielu darbināmais apkures katls. Sistēmas tad tiek atdalītas – līdz tam siltumsūknis apsildīja abas ēkas, bet ar kolektoru vienai no ēkām šī veida siltuma piegāde tiek atslēgta un aizstāta ar apkures katla saražoto siltumu. Ūdeni oktobrī abām ēkām joprojām sagatavojam no saules,» stāsta G.Rubenis. Speciālists atzīst – lai gan tiek uzskatīts, ka ar vakuuma saules kolektoriem iespējams iegūt augstāku efektivitāti nekā ar plakanajiem, tomēr praksē lielu ieguvumu nav.
Taujāts par kopējo elektroenerģijas patēriņu, G.Rubenis stāsta, ka, piemēram, janvārī tas bijis 5,5 tūkstoši kilovatstundu, jūnijā – 600 kilovatstundu. Salīdzinājumam – nepilnus 60 kvadrātmetrus lielam dzīvoklim vidējais elektroenerģijas patēriņš ir 135 kilovatstundas. «Nevar salīdzināt privātmājas siltumapgādes vajadzības ar vajadzībām sabiedriskajās telpās. Mūsu sistēma darbojas efektīvi – zemes siltumsūknis nodrošina divas trešdaļas no abām ēkām nepieciešamās siltuma jaudas, rekuperatīvā sistēma – atlikušo trešdaļu. Tās ir videi draudzīgas tehnoloģijas, kuras turklāt neprasa fizisku apsaimniekotāja klātbūtni, jo sistēmas var kontrolēt un vadīt attālināti – caur internetu no datora vai mobilā tālruņa. Zaļās tehnoloģijas ir jāizmanto, jo tā mēs samazinām izmaksas,» uzsver G.Rubenis. ◆

*Avots: Baltijas Vides foruma un Rīgas Enerģētikas aģentūras pētījums Siltumsūkņu izmantošana ēku siltināšanā.

Darbības principi
Zemes siltumsūknis pārveido zemas temperatūras siltumenerģiju augstas temperatūras enerģijā, kas no apkārtējās vides tiek saņemta cauri kolektora kontūrai – cauruļu sistēmai, kas izvietota atbilstošā zemes platībā. Kontūrā cirkulē nesasalstošs, videi nekaitīgs šķidrums, kas no zemes uzņemto siltumu novirza uz iekšējo kompresora moduli. Tajā, izmantojot freona fizikālās īpašības un termodinamikas likumu, iegūtais siltums tiek pārvērsts augstākas temperatūras siltumā, ar ko var apsildīt telpas un sagatavot karsto ūdeni.

Saules kolektors, ko uzstāda uz ēku jumtiem un fasādēm, absorbēto saules starojumu pārvērš siltumā. Siltuma vadītājs ir videi draudzīgs, neaizsalstošs solārais šķidrums propilēnglikols, kas cirkulē no karstā ūdens boilera uz saules kolektoru. Cirkulācijas sūknis tiek ieslēgts, ja kolektors uzsilis un tajā ir augstāka temperatūra nekā akumulācijas boilerā vai sistēmā, uz kuru tiek pārnests siltums. Saules kolektori ar siltā ūdens boileru un sūkņu staciju ir saslēgti ar elastīgām nerūsējošā tērauda vai vara caurulēm.

Kas nosaka izmaksas
Juris Golunovs,
Rīgas Enerģētikas aģentūras Energoefektivitātes informācijas centra vadītājs
◆ TT Kombinētās siltumnodrošinājuma sistēmas izmantošanas lietderība un efektivitāte ātrāk atmaksājas tādās ēkās, kurās ir lielāks pieprasījums pēc karstā ūdens: viesnīcās, veļas mazgātavās, ēdināšanas uzņēmumos, arī daudzdzīvokļu mājās. Hibrīdo sistēmu izmaksas atkarīgas no tā, cik universālas tās gribam izbūvēt. Salacgrīvā, Rīgas ielā, izbūvētā siltumnodrošinājuma sistēma ar zemes siltumsūkņu komponenti gan būs relatīvi dārgāka, bet dos lielāko ietaupījumu. Saules kolektoru un gaisa siltumsūkņu kombinācijas izmaksas būs relatīvi zemākas, bet ieguvumi no enerģijas ietaupījumiem būs galvenokārt pavasarī un rudens periodā.

Aluksniesiem.lv ARHĪVS

Siltumu iegūst, kombinējot zemes un saules enerģiju

Kategorijas