Siltumsükñu izmantošana éku siltumapgådé

Transcription

1 Siltumsükñu izmantošana éku siltumapgådé

2 Materiālu iespiešanai sagatavoja: Baltijas Vides Forums Ingrīda Brēmere Daina Indriksone Irina Aļeksejeva Rīgas enerģētikas aģentūra Juris Golunovs Evita Riekstiņa Rihards Baufals Publikācija sagatavota iespiešanai gada martā ISBN Baltijas Vides Forums Antonijas iela 3-8 LV-1010, Rīga, Latvija Iespiests izdevniecībā Talsu tipogrāfija, Rīga, 2011 Grafiskais dizains: Ramuts Fotoattēlu autori: Daina Indriksone, Juris Golunovs, Līga Kārkle Atsauces uz citu fotoattēlu autoriem ir publikācijas tekstā. Rīga, gada aprīlis 2

3 Priekšvārds Arvien pieaug siltumsūkņu tehnoloģijas izmantošanas popularitāte jaunās vai jau esošajās ēkās. Latvijā pagaidām siltumsūkņus, galvenokārt, izmanto privātmāju apkurei. Eiropas valstīs siltumsūkņu izmantošana apsildes vai dzesēšanas sistēmās attīstās ļoti dinamiski. Tomēr, vērtējot kopumā, pašlaik tiek izmantota tikai neliela kopējā siltumsūkņu potenciāla daļa. Tādējādi siltumsūkņu ieviešanai paveras plašas iespējas Latvijā, it īpaši saistot to ar jaunu energoefektīvu māju būvniecību vai paaugstinātu energoefektivitātes standartu ievērošanu esošo māju renovācijā, lai piemērotu šīs ēkas zemas temperatūras apsildes iespējām. Latvijā starp izplatītākajiem siltumsūkņu veidiem minami, galvenokārt, gaiss gaiss un gaiss ūdens tipi, un mazākā mērā siltumsūkņi ar horizontālajiem zemes kolektoriem, kuru izbūvei ir nepieciešama ievērojama zemes platība. Lielākā daļa siltumsūkņu ir izbūvēti privātīpašumos, un par to ekspluatācijas tehniski ekonomiskajiem rādītājiem sabiedrībai nav vispusīgas informācijas. Siltumsūkņi ir viena no siltumapgādes alternatīvām atsevišķām ēkām, kas izmanto cieto vai šķidro fosilo kurināmo un atrodas attālināti no centralizētās siltumapgādes vai dabas gāzes apgādes tīkliem. Un tādas vietas ir arī Rīgā ārpus centra. Vidēja termiņa perspektīvā siltumsūkņiem ir paredzama īpaša nozīme saistībā ar ES Ēku energoefektivitātes direktīvas (pārstrādātā versija) prasību par nulles enerģijas patēriņa ēku standartiem jaunām un energoefektīvi renovējamām ēkām, kas paredz ēku siltumnoturību tuvu pasīvās ēkas standartiem, bet enerģijas pieprasījuma atlikumu nosaka nodrošināt ar atjaunojamiem energoresursiem. Katra ES dalībvalsts noteiks savu nulles enerģijas patēriņa ēkas definīciju, un jaunās prasības stāsies spēkā no gada beigām sabiedrisko ēku sektorā, un no gada beigām dzīvojamo ēku sektorā. Šajā publikācijā tiek izklāstīti vairāk lietoto siltumsūkņu darbības un izbūves principi (1. nodaļa), pilotprojekta ietvaros bērnudārza ēkā veiktie siltumnoturības paaugstināšanas un siltumapgādes sistēmas nomaiņas pasākumi, aizstājot akmeņogļu kurināmo, kā arī energoefektivitātes rādītāji pirms un pēc projekta īstenošanas (2. nodaļa). Publikācijā ir ietverts faktu izklāsts par vairākiem Latvijas pašvaldībās (3. nodaļa) un Norvēģijas pašvaldībās (4. nodaļa) īstenotajiem siltumsūkņu izbūves projektiem sabiedrisko ēku siltumapgādes nodrošināšanai. Publikācijas noslēgumā ietverta virkne rekomendāciju par siltumsūkņu izmantošanas iespējām. Tomēr šī publikācija nav paredzēta izmantošanai par rokasgrāmatu ēkas siltināšanas un siltumsūkņa ierīkošanas būvprojekta īstenošanā, kuru jāveic sertificētiem projektētājiem un būvniecības montāžas darbu speciālistiem. Publikācijas autoru kolektīvs novēl lasītājiem atrast publikācijas lappusēs sev noderīgo informāciju par siltumsūkņu veidiem un to darbības principiem, kā arī par siltumsūkņu ar termozondēm dziļurbumos izbūves un ekspluatācijas pieredzi Rīgas pilsētas apstākļos, siltumsūkņu ierīkošanas projektiem Skaistkalnē (Vecumnieku novads), Oslo (Norvēģija), Katvaros (Limbažu novads), Salacgrīvā (Salacgrīvas novads) un Smārdē (Tukuma novads), lai veicinātu apkārtējai videi draudzīgu lokālās siltumapgādes risinājumu ieviešanu. 3

4 Ievads Viena no iespējamām alternatīvām ēkas apkures un karstā ūdens sagatavoša nas nodrošināšanai ir siltumsūknis, kura izmantošanai nav nepieciešams pielietot sadedzināšanas procesus. Siltumsūknis ir energoefektīvs ēku apsildīšanas / dzesēšanas veids, ja tas ir pareizi ierīkots, kur siltuma ieguvei izmanto apkārtējā vidē (augsnē, zemes dzīlēs, ūdens krātuvēs, gruntsūdenī, gaisā) akumulēto enerģiju ēku apkurei, ūdens uzsildīšanai un vasarā telpu dzesēšanai. Arvien pieaug siltumsūkņu tehnoloģijas izmantošanas popularitāte jaunās vai jau esošajās ēkās. Eiropas valstīs siltumsūkņu izmantošana apsildes vai dzesēšanas sistēmās attīstās ļoti dinamiski, tostarp, strauji pieaug kopējais uzstādīto ģeotermālo siltumsūkņu skaits. Lielākās uzstādītās jaudas pašlaik ir Zviedrijā, Vācijā un Francijā, kā arī Somijā un Austrijā. Siltumsūkņu izmantošana vēršas plašumā arī vairākās Centrālās un Austrumeiropas valstīs, piemēram, Polijā, Čehijā, Igaunijā, Ungārijā un Slovēnijā 1. Pie tam, siltumsūkņu tirgus attīstās gan aukstajā ( apkures grādu dienas), gan mērenajā ( 3000 apkures grādu dienas), gan arī siltajā ( 400 apkures grādu dienas) klimatiskajā zonā. Latvijā pagaidām siltumsūkņus, galvenokārt, izmanto privātmāju apkurei. Vērtējot kopumā, pašlaik tiek izmantota tikai neliela kopējā siltumsūkņu potenciāla daļa. Tādējādi siltumsūkņu ieviešanai paveras plašas iespējas. Eiropas Ģeotermālās enerģijas padomes 2 izstrādātajā siltumsūkņu attīstības koncepcijā (līdz gadam) tiek uzsvērta nepieciešamība pāriet uz sistemātisku un optimizētu ģeotermālo resursu izmantošanu mājokļos, apsildes un dzesēšanas tīklos pilsētā, kā arī paplašinātu ieviešanu esošās infrastruktūras atjaunināšanā (ēku renovācija). Seklo zemes dzīļu avotu enerģijas sistēmas tiek plaši ieviestas, izmantojot vertikālos kolektorus (zemes zonde vai gruntsūdeņi no dziļurbuma) vai arī horizontālos kolektorus. No tehnoloģiskā viedokļa gan dziļurbumu, gan arī zemes kolektoru ierīces ir labi attīstītas un to izmantošana ir augsti efektīva. Eiropas Siltumsūkņu asociācijas 3 aktivitātes tiek vērstas uz tirgus barjeru novēršanu un informācijas izplatīšanu, lai paātrinātu siltumsūkņu tirgus daļas attīstību apsildes, dzesēšanas un karstā ūdens sagatavošanas segmentos. Lai nodrošinātu uzticamu un efektīvu siltumsūkņu darbību un pēc iespējas samazinātu to ekspluatācijas izdevumus, it īpaši aukstajā klimatiskajā zonā, ļoti svarīgi ir nodrošināt pareizus aprēķinus un projektu, kā arī kvalitatīvi veikt būvdarbus. 4 1 Avots: EGEC, Eiropas Ģeotermālās enerģijas padome (angl., European Geothermal Energy Council: EGEC) apvieno vairāk kā 90 biedrus no 22 Eiropas valstīm: privātos uzņēmumus, nacionālās asociācijas, konsultantus, pētniecības centrus, ģeoloģisko izpēti un citas institūcijas. EGEC mērķis ir veicināt ģeotermālās enerģijas izmantošanu, meklējot piemērotākos pasākumus, lai ieviestu likumdošanas un institucionālo ietvaru un finansiālos instrumentus, kas ļautu ģeotermālajiem avotiem konkurēt ar tradicionālajām energoapgādes sistēmām, kā arī nodrošinātu ekonomisko atbalstu (papildu informācija: 3 Eiropas Siltumsūkņu asociācija (angl., The European Heat Pump Association: EHPA) apvieno siltumsūkņu un to sastāvdaļu ražotājus, pētniecības institūtus, universitātes, testēšanas laboratorijas un enerģijas aģentūras. Pašlaik ir pārstāvētas 22 Eiropas valstis (Latvija pašlaik vēl nav pārstāvēta šajā asociācijā). EHPA mērķis ir veicināt izpratni un atbilstošu siltumsūkņu tehnoloģiju ienākšanu Eiropas tirgū. EHPA nodrošina tehnisko un ekonomisko ieguldījumu Eiropas, nacionālajām un vietējā līmeņa institūcijām likumdošanas, reglamentējošajos un energoefektivitātes jautājumos (papildu informācija:

5 Ekoloģiskie aspekti siltumsūkņu izmantošanai Doma par zemes siltuma saglabāšanu tā vēlākai izmantošanai ir pazīstama jau kopš 19. gs. beigām/20.gs. sākuma. Princips ir ļoti vienkāršs un balstīts uz enerģijas pārvietošanu no kādas atrašanās vietas uz citu. Mums ir pieejamas milzīgas zemes-avota siltuma rezerves, kas uzkrājas iežos, nogulumos un gruntsūdenī tepat zem mūsu kājām, un var tikt izmantotas siltuma enerģijas ieguvei. Izmantojot siltumsūkni, atmosfērā netiek emitēta siltumnīcas efektu izraisoša gāze CO 2 un kaitīgās vielas (piemēram, smalkās daļiņas PM 10, PM 2.5, slāpekļa oksīdi), kas atrodas kurināmā sadedzināšanas procesu izplūdes gāzēs. Zemes dziļurbuma priekšrocība ir tā praktiskā neatkarība no ikdienas meteoroloģisko apstākļu ietekmes, jo zemes slānim piemīt liela siltuma ietilpība saules un ģeotermālās enerģijas uzkrāšanai, kas tiek izmantota pēc vajadzības aukstuma periodā. Tomēr siltumsūkņu darbības nodrošināšanai nepieciešamajos siltuma kolektoros (horizontālās kontūras, vertikālās termozondes vai gruntsūdeņu cirkulācijas sistēmās) notiek iedarbība dažādu zemes slāņu dziļumā. Iespējamie vides riski ir saistīti ar pārāk strauju siltuma izsūknēšanu no zemes, tādējādi radot siltuma enerģijas deficītu un temperatūras pazemināšanos siltumsūkņa kolektora apkārtnē. Šos potenciālos riskus ir jāapzina un maksimāli jāievēro siltumsūkņu sistēmas izbūves un darbības laikā. Izveidojot dziļurbumu vertikālās sistēmas, viena no svarīgākajām prioritā tēm ir gruntsūdeņu pasargāšana no piesārņojuma riskiem, lai neietekmētu dzeramā ūdens avotu kvalitāti. Tādējādi zemes slāņu īpatnību izpēte un to piemērotības noteikšana siltumsūkņa sistēmas ierīkošanai ir obligāta pirms darbu uzsākšanas, un ir nepieciešama atļaujas saņemšana urbšanas darbiem. Pie vides aspektiem pieder arī siltuma aģentu noplūdes risku novēršana zemes slānī vai gruntsūdeņos. Parasti kolektoru kontūrās kā darba viela tiek izmantots, piemēram, propilēnglikola, etilēnglikola vai etilspirta šķīdums, kura noplūde un gruntsūdeņu piesārņojums var ietekmēt dzeramā ūdens avotu kvalitāti ievērojamā teritorijā (pazemes ūdens horizonta laukuma robežās). Viens no būtiskākajiem vides aspektiem siltumsūkņu darbības kopējās efekti vi tātes novērtēšanai ir elektroenerģijas ražošanas lietderības koeficients attiecīgajā valstī vai reģionā. Tieši šis aspekts rada zināmu pretrunu, pielīdzinot siltumsūkņus atjaunojamās enerģijas avotiem, jo tikai pati zemes siltuma enerģija ir atjaunojama. Savukārt, siltumsūkņa darbībai nepieciešamais elektroenerģijas avots var nebūt videi draudzīgs, ja, piemēram, elektroenerģijas ieguvei tiek izmantoti fosilās enerģijas avoti vai kodolenerģija. Tomēr kopumā ņemot, siltumsūkņi ir energoefektīvs ēku apsildīšanas/ dzesēšanas veids, pareizi tos izbūvējot. To lietošanas vietā apkārtējā vidē nenonāk izmeši, un līdz pat 80% siltumsūknī saražotās enerģijas tiek pielīdzināta atjaunojamajai. Atkarībā no izmantojamā enerģijas avota un apkures sistēmas veida, siltumsūknis var saražot 3-5 reizes lielāku siltumenerģijas daudzumu par to elektroenerģiju, kura nepieciešama, lai darbinātu siltumsūkņa kompresoru un cirkulācijas sūkņus. 5

6 1. nodaļa: Siltumsūkņu darbības principi un varianti Siltumsūkņu sistēmas atšķir pēc to izmantotā siltuma enerģijas avota. Tās tiek iedalītas divās grupās zemes jeb ģeotermālie 4 un gaisa siltumsūkņi attēlā ir parādīts siltumsūkņa darbības princips. Sistēmā svarīga nozīme ir siltuma pārnesi nodrošinošiem šķidrumiem (aukstumnesējs, aukstuma aģents, siltumnesējs). Kompresors 2 1 Iztvaicétåjs Kondensators 3 4 Izplešanås vårsts 1.1. attēls. Siltumsūkņa sistēmas izmantošana siltumapgādē 5 Siltumsūkņu sistēmā izšķir 3 cirkulācijas lokus: 1) 2) 3) kolektors (horizontālais, vertikālais ar dziļurbuma termozondēm); siltumsūkņa iekārta; ēkas siltumapgāde. 6 Pirmais cirkulācijas loks kolektors Otrais cirkulācijas loks siltumsūkņa iekārta Trešais cirkulācijas loks ēkas siltumapgāde Zemes vai ģeotermālo siltumsūkņu kolektors tiek iegul dīts zemē vai ūdenstilpnē. Aukstumnesēja šķīdums (nesa salst vismaz līdz -15 o C), cirkulējot pa polimēru caurulēm, absorbē apkārtējā vidē uzkrāto siltumu. Iztvaicētājā (1) aukstumnesēja absorbētais siltums tiek nodots tālāk siltumsūknī cirkulējošajam aukstuma aģentam. Aukstuma aģents tiek uzsildīts, līdz tas sāk vārīties, iztvaiko un izplūst no iztvaicētāja gāzes veidā. Kompresors (2), kas ir siltumsūkņa svarīgākā sastāvdaļa, iesūc gāz veidīgo aukstuma aģentu, saspiežot līdz noteiktam spiedienam un uzkarsē to. Kondensatorā (3) gāzveidīgais, uzkarsētais aukstuma aģents nodod siltumu apkures sistēmas siltumnesējam (apkures ūdens). Siltumnesējam ir zemāka temperatūra nekā uzkarsētajiem aukstuma aģenta tvaikiem tie kondensējas, un kondensēšanās siltums tiek novadīts uz siltumnesēju. Aukstuma aģents atdziest, un izplešanās vārstā (4) atkal pilnībā pārvēršas šķidrā agregātstāvoklī un plūst atpakaļ uz iztvaicētāju. Kondensatorā (3) uzsildītā apkures sistēmas siltumnesēja (apkures ūdens) padevi uz apkures un karstā ūdens sagata vošanas sistēmu un atkal atpakaļ nodrošina cirkulā cijas sūknis. 4 Izšķir seklo ģeotermālo avotu siltumsūkņu sistēmas (dziļums < 500m, temperatūra līdz 30 o C) un dziļo ģeotermālo avotu siltumsūkņu sistēmas (dziļums > 500m, temperatūra 30 o C o C) (avots: 5 Avots:

7 Ģeotermālo siltumsūkņu kolektoru veidi Ģeotermālo siltumsūkņu sistēma dod iespēju no zemes dzīļu krājumiem vai ūdenstilpnēm iegūt zemas temperatūras siltumu, pievadīt to siltumsūkņa iekārtai, koncentrēt šo siltumu siltummainī, paaugstinot siltumnesēja temperatūru. Siltumnesējs tiek aizvadīts ēkas siltuma un siltā ūdens apgādes sistēmās. Tālāk aprakstīti dažādi ģeotermālo siltumsūkņu kolektoru veidi, kas tiek biežāk izmantoti Latvijā 6. Zemes dziļurbuma kolektors Ja tiek izmantots ģeotermālais dziļ urbums, cauruļvads tiek ieguldīts dziļurbumā un iebetonēts. Parasti tiek veidoti vairāki urbumi m dziļumā. Attālums starp dziļurbumiem nav mazāks par 6 metri. Iegūtais ener ģi jas daudzums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, piemēram, urbumu skaita, grunts veida, gruntsūdeņu kustības ātruma. Šis kolektora veids ir īpaši piemērots blīvas apbūves pilsētas apstākļos, jo tā ierīkošanai nepieciešams samērā neliels teritorijas laukums. Zemes horizontālais kolektors Kolektorā tiek izmantota šim nolūkam paredzēta plastmasas (parasti daudz slāņu) caurule, kuru ierok dziļāk par zemes caursalšanas dziļumu (atbilsto ši konkrētajam reģionam, parasti m dziļumā). Minimālais attā lums starp cauruļu cilpām 1.2 metri. Speciāla augsnes sagatavošana, aizbēršana ar kādu īpašu pildījumu nav nepieciešama. Vēlams izmantot mitru augsni, ideālā situācijā gruntsūdens nesošajā slānī vai tuvu tam, jo mitrākā augsnē uzkrājas vairāk siltuma. Arī sausā augsnē var izvietot kolektoru, vienīgi jāparedz lielāks kolektora garums. Horizontālais kolektors ūdenstilpnē Ja par siltuma avotu kalpo tuvumā esošā ūdenstilpne, kolektora cauruļvads tiek iegremdēts ūdenī. Šis variants ļoti izdevīgs no vairākiem aspektiem: īsāks kolektora garums, salīdzinoši augsta gada vidējā temperatūra no siltuma avota (ziemā ūdens neaizsalst), augsts siltumsūkņa lietderības (veiktspējas) koeficients 7 (angl. Coefficient of Performance COP). Galvenais noteikums ūdens nedrīkst būt stāvošs, kā arī dziļumam un ūdens daudzumam ir jābūt pietiekami lieliem. Lai kolektors neuzpeldētu, cauruļvadus nostiprina ar atsvaru. 7 6 Avots: 7 Vienkāršoti izskaidrojot, veiktspējas koeficients COP attiecas uz siltuma atdevi attiecībā pret pievadīto enerģiju. Piemēram, ja COP=3 tas nozīmē, ka iegūti 3kW siltuma, patērējot 1kW elektroenerģiju.

8 Gaisa siltumsūkņi Gaisa siltumsūknis izmanto apkārtējo gaisu kā siltuma avotu. Atšķirībā no ģeotermālajiem siltumsūkņiem, gaisa siltumsūkņos kolektors tiek aizstāts ar ventilatoru, kas novirza āra gaisu uz siltumsūkņa iztvaicētāju. Siltums tiek pārnests uz siltumsūknī cirkulējošo aukstuma aģentu, bet atdzesētais gaiss tiek atkal izvadīts ārā. Gaiss-ūdens siltumsūknis Šo sūkni var uzstādīt gan telpā, gan arī ārā. Ēkās ar ļoti zemu enerģijas patēriņu šis siltumsūkņa tips ir piemērots, jo spēj visa gada garumā nodrošināt nepieciešamo siltuma daudzumu. Tomēr jāievēro, ka, iestājoties aukstā kam laikam (-6 līdz -10 С ar paaugstinātu mitruma daudzumu gaisā), siltum sūkņa ārējā blokā veidojas apledojums, kas samazina siltumsūkņa veiktspējas koeficientu, ja apledojums netiek periodiski atkausēts. Tādējādi pie zemas āra gaisa temperatūras siltum sūkņa darbi nāšanai tiek patērēts papildus elektro enerģijas daudzums. Ja siltumsūkņu ražotājs ir norādījis, ka iekārtas darbība ir iespējama arī pie -20 С tempera tūras, tad šajos modeļos ir ierīkota programmējama apledojuma atkausēšana, kā arī apsildes sistēma kompresoram (lai nepieļautu hidraulis ko triecienu tā darbības uzsākšanās brīdī pie temperatūrām, kas zemākas par -20 o C) un karterim (nodrošina konden sā ta izvadīšanu no ārējā bloka) 8. Gaiss-gaiss siltumsūknis Gaisa siltumsūknis sastāv no ārējās daļas (kompresors), kuru stiprina pie ēkas ārsienas, un vienas vai vairākām iekšējām daļām (siltā gaisa pūtēji). Gaisa siltumsūkņa uzstādīšanai nav nepieciešami rakšanas, urbšanas vai speciāli iekštelpu pārveides darbi. Tomēr, izvēloties siltumsūkni, uzmanība jāpievērš ražotāja ieteiktajai zemākajai temperatūrai, pie kuras darbojas siltumsūknis. Siltumsūkņa efektīvas darbībai jāizvēlas pēc iespējas labākā tā novietošanas vieta: iekšējo daļu vēlams stiprināt pie ārsienas, lai siltums tiktu aizvadīts uz telpas centru. Attālumam no griestiem jābūt tādam, lai tiktu nodrošināta laba gaisa cirkulācija telpā. 8 8 Avots:

9 2. nodaļa: Siltumsūkņu ieviešana Rīgas pilsētas siltumapgādes sistēmā: demonstrācijas objekta izveide un darbības novērtējums Ēkas apraksts Rīgas 141. pirmskolas izglītības iestādes Kastanītis (Rīgā, Stērstu ielā 19) ēka celta gadā. Ēka atrodas tālu no centralizētās siltumapgādes sistēmas, tāpēc tajā tiek izmantota lokālā siltumapgāde. Apsildāmā platība 1172 m 2 Apkures veids pirms siltumsūkņa uzstādīšanas Siltumsūkņu ierīkošana Siltumsūkņa veids Siltumsūknis Siltumsūkņa ekspluatācija Sildelementi telpās Papildus informācija Cietais kurināmais (akmeņogles), patēriņš vidēji tonnas gadā, bet 2009/2010. gada apkures sezonā pat sasniedza 144 tonnas. Pie esošajiem apstākļiem, kurināmā sadedzi nāšanas lietderība nepārsniedza 40% gads Zemes dziļurbuma kolektors (termozondes) ar kontūra platību 300 m 2. Ierīkoti 10 dziļurbumi 120 m dziļumā, kuros iebūvētas vertikālās termozondes. Attālums starp dziļurbumiem nav mazāks par 6 m. Termozondes ir savienotas kolektora akā, kuru ar bērnudārza ēku savieno 70 m gara cauruļvadu trase. Divpakāpju siltumsūknis Supraeco ar siltumjaudu 57.5 kw. Apkures jaudas un siltuma patēriņa sabalansēšanai uzstādīta apkures ūdens akumulācijas tvertne ar tilpumu 1000 litri un karstā ūdens caurplūdi 20 l/min. Papildus uzstādīts elektriskais boilers ar tilpumu 150 litri karstā ūdens sagatavošanai. Siltuma jaudas rezerves nodrošināšanai elektriskais sildītājs ar jaudu 24 kw. Apkures sistēmas darbība optimizēta ar automātisku temperatūras regulēšanu, vadoties pēc sensora noteiktās temperatūras iekštelpās. Automātiska temperatūras pazemināšana par 2 3 o C notiek naktīs laikā no pirmdienas līdz piektdienai, kā arī visas diennakts laikā nedēļas nogalēs. Sildķermeņi tērauda radiatori un konvektori, aprīkoti ar termostatiskajiem regulēšanas vārstiem regulēšana iespējama atsevišķi katrā sildķermenī, siltumnesēja temperatūra apkures sistēmā ir 55/45 o C. Ēkas siltināšanas darbus veica būvniecības firma no gada maija līdz septembrim. Siltinātas ārsienas, logu ailes, ēkas cokols, jumts. 9 Ieguvumi Veikto darbu rezultātā ēkas enerģijas patēriņš ir samazinājies gandrīz 10 reizes, samazinot izmaksas par apkuri un silto ūdeni uz pusi, tajā pašā laikā paaugstinot komfortu bērnudārza telpās. Apkārtējā teritorijā ir samazinājies gaisa piesārņojums. Finansējums Norvēģijas valdības divpusējā finanšu instrumenta atbalstīts (77,90%) projekts

10 Siltumsūkņa ieviešanas darbi bērnudārzā Kastanītis Lai paaugstinātu Rīgas pašvaldību ēku energoefektivitāti, kā arī lai veicinātu inovatīvu un ekonomisku enerģijas avotu izmantošanu pilsētas apstākļos, ir īstenots Norvēģijas valdības divpusējā finanšu instrumenta atbalstīts projekts 9. Projekta ietvaros gadā tika veikta Rīgas pašvaldībai piederošā bērnudārza Kastanītis (pirmsskolas izglītības iestādes Nr. 141) ēkas siltināšana un nomainīta vecā ogļu apkures sistēma, aizstājot to ar siltumsūkni. Ievērojot to, ka pilsētas apstākļos parasti ir ierobežota teritorijas platība, ko varētu atvēlēt zemes siltuma savākšanai, tika īstenots pilsētas apstākļiem piemērots risinājums ierīkojot 10 dziļurbumus enerģijas iegūšanai. Siltumsūkņa uzstādīšanas, ēkas apkures sistēmas nomaiņas un siltināšanas darbi bērnudārzā Kastanītis tika uzsākti gada maijā un pabeigti līdz septembrim. Visas siltumapgādes sistēmas regulēšana un pārbaude darbībā turpinājās septembrī. Sākot ar oktobra mēnesi, tika pamazām optimizēts temperatūras režīms telpās. Siltumsūkņu ierīkošana ar dziļurbumu termozondēm pašvaldības ēkās Rīgā tika īstenota pirmo reizi. Tāpēc pašvaldības aģentūras Rīgas enerģētikas aģentūra eksperti sadarbībā ar bērnudārza personālu nodrošināja darbu kvalitātes novērtējumam nepieciešamo datu iegūšanu. Kopš gada sākuma, t.i., gadu pirms būvniecības darbu veikšanas tika uzstādīts temperatūru reģistrators bērnudārza iekštelpās klimata komforta analīzei pirms un pēc projekta realizēšanas. Divu apkures sezonu garumā tika veikti temperatūru mērījumi (ar intervālu 1 stunda) apkures sistēmas darbības novērtēšanai: ārgaisa temperatūru, gaisa temperatūru iekštelpās, temperatūru apkures sistēmas padeves cauruļvadā, kā arī aukstumnesēja temperatūru padeves cauruļvadā uz siltumsūkņiem. Ēkas siltināšana veikta, lai uzlabotu pašas ēkas energoefektivitāti (attēli ). Siltumu ēkas zaudē vairākos veidos, bet nozīmīgākie ir siltuma transmisijas zudumi caur ēkas ārējām norobežojošajām konstrukcijām (jumts, sienas, logi, durvis, pamati). Ievērojami siltuma zudumi rodas, ja ēku norobežojošām konstrukcijām ir slikta siltumizolācija vai, piemēram, spraugas un plaisas sienās vai logu un durvju ailēs. No ēkas energoefektivitātes ir atkarīgs ēkas īpatnējais siltumenerģijas patēriņš: jo tas lielāks, jo vairāk enerģijas nepieciešams saražot un pievadīt ēkai. Siltumsūkņa ierīkošanas darbi ietvēra vertikālo kolektoru ierīkošanu un siltumsūkņa uzstādīšanu (attēli ). Pareizi izvēlēts un ierīkots siltumsūknis ir labs veids, kā nodrošināt ēkas ekonomisku apkuri un siltā ūdens sagatavošanu. Pirms darbu uzsākšanas tika saņemti tehniskie noteikumi no LR Vides aizsardzības un reģionālās attīstības ministrijas Vides valsts dienesta Lielrīgas reģionālās vides pārvaldes. Siltumsūkņa ierīkošanas darbus veica sertificēti speciālisti. Ēkas iekštelpu temperatūras un klimata uzturēšanai esošā viencauruļu apkures sistēma tika pilnībā demontēta un tās vietā izbūvēta divcauruļu sistēma. Tika izvēlēti atbilstoši sildķermeņu (radiatori, konvektori) virsmas laukumi un temperatūru režīma optimizēšana, lai varētu nodrošināt iespējami augstu siltumsūkņa darbības efektivitāti (attēli ) Individuālais projekts Nr. LV0097 Siltumsūkņu ieviešana Rīgas pilsētas siltumapgādes sistēmā: demonstrācijas objekta izveide

11 2.1. attēls. Bērnudārza Kastanītis ēka pirms darbu uzsākšanas gada februārī 2.2. attēls. Uzsākot bērnudārza ēkas siltināšanu gada jūnijā 2.3. attēls. Ēkas ārsienas siltināšana ar akmens vati 2.4. attēls. Ēkas ārsienas siltināšana ar akmens vati 2.5. attēls. Nosiltināta bērnudārza ēkas ārsiena 2.6. attēls. Bērnudārza ēka pēc siltināšanas 11 Bērnudārza Kastanītis ēkas īpatnējais siltumenerģijas patēriņš apkurei un karstā ūdens sagatavošanai (kwh/m 2 /gadā) Pirms ēkas siltināšanas Pēc ēkas siltināšanas

12 2.7. attēls. Vertikālo dziļurbumu ierīkošana bērnudārza teritorijā gada jūlijā 2.8. attēls. Termozondu sagatavošana ieguldīšanai dziļurbumos 2.9. attēls. Termozondu ieguldīšana dziļurbumos gada augustā attēls. Teritorija pēc siltumsūkņa kolektora ierīkošanas darbu pabeigšanas attēls. Divpakāpju siltumsūknis un akumulācijas tvertne attēls. Karstā ūdens tvertnes Kopējais īpatnējais energoresursu patēriņš bērnudārza Kastanītis (kwh/m 2 /gadā) apkures sezonās (oktobris aprīlis) pirms un pēc renovācijas Akmeņogles un elektroenerģija saimnieciskām vajadzībām Elektroenerģija siltumsūkņa darbināšanai un saimnieciskām vajadzībām * * Tai skaitā siltumsūkņa darbināšanai 39.5 kwh/m 2

13 2.13. attēls attēls. Vecā tipa čuguna radiatori pirms siltumapgādes sistēmas nomaiņas bērnudārzā attēls attēls. Nomainītie siltuma konvektori ir ar atbilstošu virsmas laukumu, komforta temperatūras nodrošināšanai telpās attēls attēls. Katrs sildķermenis ēkā aprīkots ar termostatisko regulēšanas vārstu Bērnudārza Kastanītis ēkas iekštelpu temperatūras un klimata uzturēšana 13 Pirms apkures sistēmas pārbūves Manuāli Telpu mikroklimata uzturēšanai forsēta siltumnesēja temperatūras paaugstināšana pēc jaunas kurināmā (ogļu) porcijas padeves (reizi 3 4 stundās) Pēc apkures sistēmas pārbūves Automatizēti Nepieciešamo temperatūru nodrošina pēc iekštelpu temperatūras sensora, režīma optimizēšana naktīs un nedēļas nogalēs (par 2 3 grādiem pazemināta temperatūra)

14 Ēkas energoefektivitātes novērtējums Energoefektīvu ēku raksturo augsta konstrukcijas elementu siltumnoturība, kā arī tai ir jābūt labi noblīvētai. Ēkas konstrukciju kvalitāti iespējams novērtēt ar dažādām metodēm, no kurām biežāk izmantota tiek ēkas termogrāfiskā pārbaude un gaisa caurplūdes spiediena tests (ēkas gaiscaurlaidības pārbaude). Praksē ir ieteicams kombinēt abas šīs metodes. Gaisa caurplūdes spiediena tests (ēku gaiscaurlaidības pārbaude) Metode ir izstrādāta, lai veiktu ēkas gaisa caurplūdes mērīšanu un konstatētu spraugu atrašanās vietas sienās. Mērīšanas procesā tiek noteikta gaisa caurplūde (m 3 /h), izmantojot 50Pa lielu spiediena starpību. Gaisa apmaiņas koeficientu (pie 50Pa spiediena starpības) nosaka mērīšanas procesā noteikto caurplūdušā gaisa daudzumu dalot ar ēkas iekšējo tilpumu 10. Mērījumu praktiskai veikšanai tiek izmantota t.s. Blower door tehnoloģija, kur viena no galvenajām sastāvdaļām ir ventilators speciālā konstrukcijā, kas pārbaudes laikā tiek iemontēts pārbaudāmās mājas ārdurvīs vai logā un pievienots datoram, kas aprīkots ar ēkas gaiscaurlaidības mērīšanas programmatūru. Gaisa apmaiņas koeficienta (n50) vērtības: Neblīvai ēkai: n50 > 3 h -1 Zema enerģijas patēriņa ēkai: n50 < 1.5 h -1 Pasīvajai ēkai: n50 < 0.6 h -1 Saskaņā ar Latvijas būvnormatīvu LBN , gaiscaurlaidība tiek izteikta kā gaisa noplūde (m 3 /(m 2 h)), (maksimālā pieļaujamā gaiscaur laidī ba, ja spiediena starpība ir 50 Pa). Dzīvojamām mājām, pansionātiem, slimnīcām un bērnudārziem ir 3 m 3 /(m 2 x h), publiskajām ēkām, izņemot pansionātus un slimnīcas, 4 m 3 /(m 2 x h), ražošanas ēkām 6 m 3 /(m 2 x h)). Ēku gaiscaurlaidību var noteikt saskaņā ar standartu LVS EN ISO Ēkas termogrāfija Termogrāfija ir bezkontakta objektu virsmas temperatūras mērījumi, izmantojot objektu fizikālo īpašību izstarot elektromagnētiskos viļņus noteiktā infrasarkanajā diapazonā, atkarībā no to virmas temperatūras 11. Ar to nevar iegūt kvantitatīvus datus bez papildus mērījumiem un informācijas (piemēram, izmantoto materiālu U vērtības, siltumenerģijas zudumu daudzums). Termogrammas var izmantot, lai noteiktu ēkas slēptos defektus, piemēram, bojāta siltumizolācija, mitras konstrukcijas, spraugas logu ailēs, u.c. 14 Termogrāfijas veikšanai tiek izmantota termokamera, kas vizualizē infrasarkano starojumu, kur siltākie objekti attēlos izceļas uz aukstāko objektu fona. Veicot termogrāfiju siltumizolācijas pārbaudei, telpas un āra gaisa temperatūras starpībai jābūt vismaz 10 o C (labāk o C, jo tādējādi tiek iegūti kvalitatīvāki mērījumi), vienmērīgam un stabilam temperatūru sadalījumam uz virsmas. Termogrammas ir kvalitatīvs mērījums, kas vienkāršā un saprotamā veidā ilustrē siltuma zudumus. 10 Avots: Ēku energoefektivitāte. Terminu skaidrojošā vārdnīca angļu un latviešu valodā (2009). 11 Avots: Jenerts J. Termogrāfijas izmantošana ēku energoauditos. SIA CETERA. Prezentācija seminārā ENERGOEFEKTIVITĀTE 2008, Rīga, 24. aprīlis.

15 Bērnudārza Kastanītis ēkas siltināšanas kvalitāte Konstrukcijas elementu siltumnoturību raksturo, izmantojot siltumcaurlaidības koeficientu (U) 12. Jo mazāka ir U vērtība, jo mazāki siltuma enerģijas zudumi. Nepieciešamā gaisa apmaiņā ēkā jānodrošina vai nu telpas vēdinot, vai ar ventilācijas sistēmas palīdzību 13. Bērnudārza Kastanītis ēkas konstrukcijas elementu siltumcaurlaidība Ārsienas un logu ailes Logi un durvis Jumts Raksturojums pirms ēkas siltināšanas Silikātķieģeļu mūris (51 cm), kaļķa javas apmetums iekšpusē U= W/m 2 K Divstiklu pakešlogi plastmasas rāmjos, U= W/m 2 K Saliekamā dzelzsbetona dobjie paneļi, gāzbetona siltumizolācija (18-20 cm), keramzīta kārta, cementa javas izlīdzinošā kārta (2 cm), ruberoīds uz bituma mastikas vairākos slāņos U=0.95 W/m 2 K Uzlabojumi ar ēkas siltināšanu Minerālvate ārsienām (10 cm) un logu ailēm (2 cm), ekstrudētais polistirols (5 cm) ēkas cokolam Ārsienām U=0.25 W/m 2 K Nav veikti U= W/m 2 K Minerālvate (18 cm), hidroizolācijai bitumena ruļlveida materiāls, termiski sakausētas lokšņu salaiduma vietas U=0.2 W/m 2 K Bērnudārza Kastanītis ēkas siltināšanas kvalitāte tika novērtēta gada decembrī, izmantojot ēkas termogrāfisko pārbaudi (2.19. attēls). Ēkas ārsienas termogrammas attēlā redzams, ka ēkas ārējās sienas temperatūra ir vienmērīga un zema, tādējādi norādot, ka pašā sienā nav slēpto defektu. Tas norāda uz paveiktās siltināšanas darbu labu kvalitāti. Tajā pat laikā šis termogrammas attēls uzskatāmi parāda siltuma plūsmu caur logu rāmjiem. Vienlaikus jāatzīmē, ka, spriežot pēc termogrammas, praktiski nenotiek siltuma zaudēšana caur logu ailēm, kas papildus siltinātas ar minerālvati (2 cm) ēkas siltināšanas darbu ietvaros. 3,4 o C 2,5 0,0-2,5-5,0-7,5-10,0-11,7 o C attēls. Bērnudārza ēkas sienas termogrāfijas attēls gada decembrī 12 U (W/(m 2 K)) norāda kāds siltuma daudzums noteiktā laika vienībā izplūst caur 1m 2 konstrukcijas laukuma, ja temperatūru starpība starp norobežojošās konstrukcijas abām pusēm ir viens grāds. 13 Avots: Ēku energoefektivitāte. Terminu skaidrojošā vārdnīca angļu un latviešu valodā (2009).

16 Siltumsūkņu ar dziļurbuma termozondēm sistēmas novērtējums Plānojot siltumsūkni ar dziļurbuma termozondēm, tā efektīvas darbības nodrošināšanai ir vēlme paņemt no zemes pēc iespējas vairāk siltumenerģijas un pēc iespējas īsākā laika sprīdī. Tomēr, tajā pat laikā, ir jāizvairās no pārāk straujas siltuma izsūknēšanas no zemes, kas samazinās siltumsūkņa sistēmas ilgtspējīgu darbību un radīs siltuma enerģijas deficītu sistēmas darbināšanai, un tādējādi samazinās siltumsūkņa sistēmas ilgtspējīgu darbību. Siltumsūkņu sistēmas projektēšanas laikā tiek ņemti vērā aspekti saistībā ar izmantojamā zemes gabala ģeoloģisko un hidroloģisko raksturojumu, kas attiecas uz zemes/grunts siltuma vadītspēju un siltumplūsmu, kā arī paša dziļurbuma siltumpretestību. Siltuma ieguves faktori dziļurbuma termozondēs Darbinot dziļurbuma termozondi siltuma iegūšanai, vienlaikus zemes/grunts slānī tās tiešajā apkārtnē tiek arī ierosināta siltuma un ūdens/mitruma pārnese. Siltuma apmaiņa starp termozondi un tai piegulošo zemes/grunts slāni notiek, pateicoties siltumvadīšanai, kā arī gruntsūdens plūsmai. Tādējādi šos procesus ietekmē zemes/grunts veids un iežu struktūra, temperatūra un ūdens/mitruma plūsmas gradients. Zemes/grunts siltuma vadītspējas noteikšanu var veikt uz vietas, tādējādi iegūstot specifisku raksturojošo informāciju. Testu veikšanai ierīko dziļurbumu un pievieno atgaitas cauruļvada cilpu. Pārnēsājamajā elektriskajā sildītājā uzkarsētam ūdenim liek cirkulēt šajā sistēmā. Datus ievāc 48 stundu garumā, kad tiek mērīta zemes/grunts absorbētā enerģija. Pēc tam aprēķina siltuma vadītspēju, t.i., siltuma pārneses daudzumu un siltumplūsmu, t.i., nosaka siltuma pārvietošanās ātrumu 14. Latvijas teritorijā pastāvīga iežu temperatūra (vidēji 7-8 o C) ir konstatēta 20-25m dziļumā. Virsējos slāņos (līdz 20-25m) vērojama temperatūras sezonālo svārstību ietekme, kas notiek gan saules siltuma, gan zemes siltuma iedarbībā, kā rezultātā vasarā iežu temperatūra ir augstāka, bet aukstajā gadalaikā tā pakāpeniski samazinās. Zemākos slāņos (dziļāk par 20-25m) iežu temperatūru pilnībā nosaka Zemes siltuma plūsma, bet tā ir mainīga dažādos valsts reģionos 15. Paša dziļurbuma siltumpretestība ir svarīgs faktors, ko nedrīkst aizmirst iekļaut siltumsūkņa sistēmas aprēķinos. Ierīkojot dziļurbumus, ir nepieciešams to tilpumu piepildīt ar materiāliem, piemēram, bentonītu, betonu, kvarca smiltīm, vai arī ar speciālu javu (termiskā java), kas speciāli izstrādāta, lai samazinātu siltuma vadīšanas pretestību. Svarīgākie faktori, kas ietekmē dziļurbuma siltumpretestību, ir tā pildīšanas materiāls, termozondes novietojums un to skaits, kā arī termozondes materiāla siltuma vadītspēja Avots: Geothermal Heat Pump Design Manual, Application Guide , McQuay International, Avots: I.Gavena, Latvijas teritorijas ģeoloģiskā uzbūve, 16 Avots: G.Hellstrom. Thermal performance of borehole heat exchangers.

17 Siltumnesēja temperatūru raksturojums bērnudārzā Kastanītis Ēkas siltumapgādes sistēmā cirkulējošā siltumnesēja aprēķina temperatūra ir pēc iespējas zemāka. Optimāli tā ir 30 o C, bet nevajadzētu pārsniegt 55 o C. Siltumnesēja temperatūru raksturojums bērnudārza Kastanītis apkures sistēmas dažādos kontūros atkarībā no aukstumnesēja temperatūras no termozondēm (2.20. attēls) un āra gaisa temperatūras (2.21. attēls) gada februārī apkures siltum nesēja turpgaitas temperatūra bija o C intervālā, bet tās vidējā temperatūra šajā mēnesī bija 38.5 o C. Pie augstākas aukstumnesēja pade ves temperatūras no termozondēm, siltum nesēja ūdens tempera tūra apkures sistēmā ir zemāka (2.20. attēls). Savukārt, pazeminoties āra gaisa temperatūrai, apkures sistēmā cirkulējošā temperatūra ir augstāka (2.21. attēls), lai nodroši nātu komforta līmeni telpās. Ir jāuzsver bērnudārza Kastanītis siltumsūkņu efektīvā darbība gada aukstākajā mēnesī (pirmajā izmantošanas sezonā), nodrošinot pilnībā ēkas siltumapgādi, jo rezerves elektriskie sildītāji visas apkures sezonas garumā bija atvienoti no apkures sistēmas ar noslēg vārstiem. Efektīvo siltumsūkņu sistēmas darbību nodrošināja salīdzi noši stabilā aukstumnesēja vidējā padeves tempera tūra (lielāka par 4 o C) no dziļurbumu termo zondēm (2010. g. decembris g. marts), kā arī iespējami zemā siltum nesēja turpgaitas temperatūras vidējā vērtība (38.5 o C). Ievērojot to, ka siltumsūkņi bija pietiekami efektīvi bērnudārza ēkas siltumapgādes nodrošināšanai, arī energoresursu patēriņš 2010/2011. g. apkures sezonā bija neliels. No termozondēm ( o C) T ārgaisa ( o C) T1 apkure ( o C) attēls. Temperatūra no termozondēm g. februārī T1 apkure ( o C) attēls. Apkures un ārgaisa temperatūras g. februārī Energoresursu patēriņš apkures un karstā ūdens vajadzībām bērnudārzā Kastanītis 2010/2011. g. apkures sezonā Mēnesis Mēneša vidējā temperatūra, o C Grāddienas Apkure un karstais ūdens kwh kwh/m 2 Oktobris Novembris Decembris Janvāris Februāris

18 Ēkas un siltumsūkņa ekspluatācijas novērtējums Siltumsūknim ēkā jākalpo tā, lai tas nodrošinātu siltuma piegādi komforta nodrošināšanai ēkas telpās. Komforta temperatūra telpās Komforta temperatūras līmenis cilvēkiem var atšķirties atkarībā, piemēram, no cilvēka aktivitātes, veselības stāvokļa, vecuma. Pasaules Veselības organizācija rekomendē nodrošināt 21 o C temperatūru dzīvojamās un 18 o C pārējās telpās. Cilvēkiem ar elpošanas problēmām vai alerģijām tiek rekomendēta vismaz 16 o C temperatūra, bet slimiem, nespējīgiem, ļoti veciem cilvēkiem un zīdaiņiem tiek rekomendēts uzturēties vismaz 20 o C temperatūrā 17. Apkures vadības automātiska regulē šana darbojas, vadoties pēc sensora noteiktās temperatūras iekštelpās, nevis pēc āra gaisa temperatūras. Apkures vadības sistēmā ietilpst vadības elements, kas, saņemot signālu no telpās uzstādītajiem temperatūras sensoriem (IVT attēlā), noraida to termoregulatoriem, un tad, atkarībā no iestatītā režīma, automātiski tiek palielināta vai samazināta temperatūra apkures sistēmā. Vadības blokā iespējams iestatīt vairākus režīmus, izvēloties piemērotāko lietotāja komfortam Apkures sistēmas darbība bērnudārzā Kastanītis ºC /2/11 6/2/11 10/2/11 14/2/11 18/2/11 22/2/11 26/2/11-30 T1 apkure T telpa T1 dziļurbums T ārgaisa attēls. Ar stundas intervālu reģistrēto temperatūru grafiki g. februāra mēnesim 18 Reģistrēto temperatūru grafiks gada februārī (2.22. attēls) uzskatāmi parāda, ka gada aukstākajā mēnesī bērnudārza telpās tika nodrošināta salīdzinoši stabila komforta temperatūra (20-22 O C), tajā pat laikā variējot apkures siltumnesēja turpgaitas temperatūru ar apkures vadības automātisku regulēšanu (izteikti temperatūras samazinājumi nedēļas nogalēs). 17 Megan Lane (2011). How warm is your home? BBC News magazine, 3 March

19 3. nodaļa: Siltumsūkņu ieviešanas pieredze Latvijas pašvaldībās realizētie projekti Izvēlētie piemēri parāda dažādu siltuma enerģijas iegūšanas veidu zemes vertikālais un horizontālais kolektors, horizontālais kolektors ūdenstilpnē (ezers, jūra) izmantošanu Latvijas pašvaldībās Smārdē, Skaistkalnē, Limbažos un Salacgrīvā. Siltumsūkņa izmantošana pirmskolas izglītības iestādē Smārdē 18 Ēkas apraksts Smārdes pirmskolas izglītības iestāde Ziedlejas atvērta gada 15. oktobrī. Apsildāmā platība 465 m 2 Apkures veids pirms siltumsūkņa uzstādīšanas Siltumsūkņu ierīkošana Siltumsūkņa veids Siltumsūknis Siltumsūkņa ekspluatācija Sildelementi telpās Papildus informācija Ieguvumi Finansējums Nav attiecināms, jo siltumsūknis ierīkots jaunbūvējamā ēkā gads Zemes horizontālais kolektors ar kontūra platību 4000 m 2. Ierīkotā kolektora garums 800 m 1.6 m dziļumā. Vienpakāpju siltumsūknis ar siltumjaudu 17 kw. Siltuma jaudas rezerves nodrošināšanai apkure ar elektrību (elektriskais sildītājs) ar jaudu 6 kw. Vadības automātikas regulēšana pēc āra gaisa temperatūras, ja tā noslīd zem -20 O C, ēkas papildus apsildei izmanto elektrību. Ēkas būvniecības posmā ierīkotas apsildāmās grīdas, kurām ir efektīva siltuma atdeve telpu apsildīšanai. Ēka siltināta gadā, jo energoaudita rezultāti parādīja zemu ēkas siltumnoturību. Siltinātas sienas un jumta daļa (logi jau bija nomainīti iepriekšējos gados). Salīdzinoši zemas izmaksas par apkuri un silto ūdeni. Siltumsūkņa ierīkošanai pašvaldības finansējums Avots: international-seminar-building-sustainably-fostering-best-practice-adoption-in-the-baltic-states/15_vaza_lv.pdf

20 Siltumsūkņa izmantošana pašvaldības administrācijas ēkā Smārdē 19 Ēkas apraksts Engures novada domes (bij. Smārdes pagasta padome Pagastmāja ) ēka celta divās kārtās, gadā un gadā (uzbūvēts ēkas garākais spārns). Apsildāmā platība 1214 m 2 Apkures veids pirms siltumsūkņa uzstādīšanas Siltumsūkņu ierīkošana Siltumsūkņa veids Siltumsūknis Siltumsūkņa ekspluatācija Sildelementi telpās Papildus informācija Ieguvumi Finansējums Šķidrais kurināmais gads Zemes horizontālais kolektors ar kontūra platību m 2. Ierīkotā kolektora garums 2400 m 1.6 m dziļumā. Vienpakāpju siltumsūknis ar siltumjaudu 40 kw. Siltuma jaudas rezerves nodrošināšanai šķidrais kurināmais. Vadības automātikas regulēšana pēc āra gaisa temperatūras, ja tā noslīd zem -20 O C, ēkas papildus apsildei izmanto šķidrā kurināmā katlu gada ziemā, kad āra gaisa temperatūra noslīdēja ap -25 O C, apkurei papildus tika izmantots arī šķidrais kurināmais, un tā rezultātā apkures izmaksas, rēķinot uz m 2 apsildāmās platības, palielinājās par 35-42%. Sildķermeņi radiatori ar lielu virsmas laukumu pie sienām, lai gan siltumsūkņa ierīkošanas laikā apkures sistēma tika pielāgota ēkā jau esošajai sistēmai. Ēka siltināta gadā, jo energoaudita rezultāti parādīja zemu ēkas siltumnoturību. Siltinātas sienas un jumta daļa (logi jau bija nomainīti iepriekšējos gados). Salīdzinoši zemas izmaksas par apkuri un silto ūdeni. Siltumsūkņa ierīkošanai pašvaldības finansē jums un Latvijas Vides Aizsardzības Fonda līdzfinansējums Ēkas siltināšanai ES Klimata pārmaiņu finanšu instruments (85%) Avots: international-seminar-building-sustainably-fostering-best-practice-adoption-in-the-baltic-states/15_vaza_lv.pdf

21 Siltumsūkņa izmantošana skolas ēkā Skaistkalnē 20 Ēkas apraksts Skaistkalnes vidusskolas ēka ir kultūrvēsturisks objekts celta no sarkanajiem ķieģeļiem gadā. Pašreizējā veidolā ēka jau pastāv vairāk kā 130 gadus. Skola kopā ar palīgēku (ēdnīca un katlu telpa). Apsildāmā platība 2400 m 2 Apkures veids pirms siltumsūkņa uzstādīšanas Siltumsūkņu ierīkošana Siltumsūkņa veids Siltumsūknis Siltumsūkņa ekspluatācija Sildelementi telpās Papildus informācija Ieguvumi Finansējums Cietais kurināmais (kombinācijā malka + ogles). Apkures slodze (bez karstā ūdens sagatavošanas) bija 130 kw gads Zemes siltumsūkņu kaskāde (ēkas apkurei) un gaisa siltumsūknis karstā ūdens sagatavošanai (skolas ēdnīcā). Zemes dziļurbuma kolektors (termozondes), sākotnēji plānoti 35 urbumi 60 m dziļumā. Plāni koriģēti urbšanas dokumentācijas kārtošanas posmā, jo plānotajā teritorijā zemes ģeoloģiskajās struktūrās atklājās karsta procesi (lieli tukšumi zem zemes). Pārprojektējot ierīkoti 18 urbumi 60 m dziļumā, kuros iebūvētas vertikālās termozondes un tiek izmantots arī zemes horizontālais kolektors 2000 m garumā. Kolektoros cirkulē 20% spirta un ūdens maisījums (glikola šķīdums netika akceptēts no valsts vides uzraudzības institūcijām). Divi WPF66 lieljaudas sērijas zemes siltumsūkņi, ko dizains ļauj izvietot vienu virs otra, iegūstot vietas ekonomiju. Apkures jaudas un siltuma patēriņa sabalansēšanai uzstādītas 2 apkures ūdens akumulācijas tvertnes ar tilpumu 1500 litri/gab. Siltuma jaudas rezerves nodrošināšanai elektriskie sild elementi ar kopējo jaudu 36 kw. Gaisa siltumsūknis WWP300 sagatavo karsto ūdeni tieši no telpā atstrādāta gaisa, sastāv no kompresora bloka un karstā ūdens tvertnes ar tilpumu 300 litri. Vadības automātikas regulēšana pēc āra gaisa temperatūras, zem -22 O C pieslēdzas elektriskie sildelementi, ja ienākošā aukstumnesēja temperatūra ir zem 2 O C. Sildķermeņi lielas virsmas radiatori Ēkai mainīti logi, jumts (dažādos laika posmos) Uzstādītie siltumsūkņi piemēroti sabiedriskām un komercbūvēm ar lielāku apkures platību, risinājums ar gaisa siltumsūkni (atgūst enerģiju no telpā atstrādātā gaisa) īpaši piemērots virtuves un ēdnīcas telpām. Katru gadu skola ietaupa līdz Ls no apkures izmaksām. Atbrīvota telpa jaunas klases izbūvei. Pašvaldība, no valsts saņemtās novadu izveidošanas finansējuma Informācija par projektu mājas lapā: Fotogrāfiju kolāžai izmantots:

22 Siltumsūkņa izmantošana skolas ēkā Limbažu novada Katvaros 21 Ēkas apraksts Katvaru speciālās internātpamatskolas ēka ir būvēta no silikātķieģeļiem 1970-os gados. Pirms ēkas siltināšanas tajā bija zema energoefektivitāte un lieli siltuma zudumi, par ko liecināja lāstekas uz jumta pārkarēm ziemas laikā. Kompleksā ietilpst skolas ēka un saimniecības ēka. Apsildāmā platība 3200 m 2 Apkures veids pirms siltumsūkņa uzstādīšanas Katlu māja ar malkas apkuri, skolā tika algoti 4 kurinātāji. 22 Siltumsūkņu ierīkošana gads Siltumsūkņa veids Zemes horizontālais kolektors ezera dūņās ar kontūra platību 4000 m 2. Ierīkotas siltuma kolektora caurules m garumā ezera dūņās 1.6 m dziļumā (ezera maksimālais dziļums 3.2 m). Caurules piepildītas ar ekoloģiski nekaitīgu sertificētu šķīdumu Ekofritherm-20. Pirms cauruļu iegremdēšanas ūdenslīdēji veica ezera gultnes izpēti, lai pārliecinātos, ka nav apgrūtinājumu (piem., koki) cauruļu ievietošanai. Siltumsūknis Siltumsūkņa ekspluatācija Sildelementi telpās Papildus informācija Ieguvumi Finansējums Uzstādīti 6 siltumsūkņi: 4 skolā un 2 saimniecības ēkā ar kopējo siltumjaudu 270 kw (2 gb.: 60 kw, 3 gb.: 40 kw, 1gb.: 30 kw). Siltumsūkņi nodrošina apkuri un silto ūdeni. Strāvas pievades siltumsūknim rezerves nodrošināšanai uzstādīts ģenerators. Katram skolas stāvam uzstādīta atsevišķa automātikas programma, kas ļauj regulēt temperatūru un ekonomēt elektroenerģijas patēriņu. Tiek veikts zemes siltuma apkures efektivitātes monitorings: mērījumi gaisa temperatūrai, elektrības patēriņam. Sildķermeņi radiatori Skolas ēkai siltināti pamati, ēkas sienas, nomainīti logi un durvis. Ēkai izbūvēts 4.stāvs, kur atrodas nodarbību un atpūtas telpa. Saimniecības ēka rekonstruēta, uzklāts jumts. Siltināti pamati, ēkas sienas, nomainīti logi un durvis, ierīkotas siltās grīdas telpās. Iekārtots atjaunojamās enerģijas izpētes un informācijas centrs, kur pedagogu vadībā tiek veikts zemes siltuma apkures efektivitātes monitorings. Apkārtējā teritorijā ir samazinājies gaisa piesārņojums. Samazinātas apkures izmaksas. Ēkas energoefektivitāte paaugstināta par 50%. Izveidots Informatīvais centrs. Sakārtota skola un apkārtējā vide. Norvēģijas valdības finanšu instruments (62.65%), pārējie pašvaldības līdzekļi un valsts dotācija. 21 Informācija par risinājumiem un publicitāti mājas lapā:

23 Siltumsūkņa izmantošana vairāku ēku apsildīšanai Salacgrīvā 22 Ēkas apraksts Salacgrīvas vidusskolas ēka, bērnudārzs un stadiona tehniskās telpas. Apsildāmā platība Aptuveni 11.5 tūkst. m 2 Apkures veids pirms siltumsūkņa uzstādīšanas Siltumsūkņu ierīkošana Siltumsūkņa veids Siltumsūknis Siltumsūkņa ekspluatācija Sildelementi telpās Papildus informācija Ieguvumi Finansējums Dīzeļdegvielas katlumāja gads Jūras siltuma horizontālais kolektors jūras gruntī. Siltumsūkņa ārējā kontūra siltuma kolektora 18 cauruļvadu cilpas ar kopējo garumu m ieguldītas 2 m dziļumā jūras gruntī, izmantojot beztranšeju tehnoloģiju. Jūras kontūrs ar siltumsūkni 300 m attālumā savienots ar cauruļvadiem 20 cm diametrā un 3-4 m dziļumā caur stadionu un kāpām, izmantojot beztranšeju tehnoloģiju. Vizuāli redzams ir konteinera bloks (piebūve pie esošās katlu mājas), bet pārējā infrastruktūra atrodas zem zemes un jūrā. Uzstādīti 3 siltumsūkņi ar kopējo jaudu 1.13 MW (2 gb: 300 kw, 1 gb.: 500 kw). Siltumsūkņi nodrošina apkuri. Siltuma jaudas rezerves nodrošināšanai dīzeļdegvielas katlu māja, ko plānots izmantot nepieciešamības gadījumā pie nepietiekamas siltumsūkņu jaudas. Ir iespēja vasaras laikā sistēmu ekspluatēt dzesēšanas režīmā, tā nodrošinot telpās vienmērīgu un patīkamu komforta temperatūru. Sildķermeņi - radiatori Vidusskolas ēka renovēta daļēji (nomainīti logi), bet bērnudārza un stadiona tehniskajās telpās nav veikti papildu pasākumi siltumenerģijas patēriņa samazināšanai. Apkārtējā teritorijā ir samazinājies gaisa piesārņojums un CO 2 emisijas (aprēķināts samazinājums no līdz tonnas/gadā). Samazinājušās pašvaldības iestāžu uzturēšanas izmaksas. Eiropas Ekonomiskās Zonas un Norvēģijas valdības divpusējais finanšu instruments (85%), pašvaldība (15%) Informācija par risinājumiem mājas lapā:

24 4. nodaļa: Enerģētikas un vides politika un siltumsūkņu izmantošana Norvēģijā Norvēģija ir bagāta ar vietējiem energoresursiem. Tie ir gan atjaunojamie saule, ūdens, vējš, biomasa, gan fosilie galvenokārt naftas un gāzes ieguves vietas Ziemeļu jūrā. Kopējais enerģijas patēriņš Norvēģijā gadā atkarībā no izmantotā enerģijas/resursu veida attēlots 4.1. attēlā % 1% 6% 5% Centralizētā siltumapgāde Ogles, kokss Kurināmās koksnes produkti 35% Naftas produkti Dabasgāze 3% Elektrība 4.1. attēls. Enerģijas patēriņš Norvēģijā pa enerģijas veidiem gadā. 24 Gandrīz visa valstī nepieciešamā elektrība tiek saražota hidroelektrostacijās. Norvēģijā ir viens no lielākajiem pasaulē elektrības patēriņiem uz vienu iedzīvotāju. Apkurei tiek ļoti plaši izmantota elektrība, kā arī naftas produkti, dabas gāze un biomasa. Centralizētā siltumapgāde Norvēģijā ir samēra maz izplatīta, galvenokārt lielākajās pilsētās. Centralizētās siltumapgādes īpatsvaru kopējā bilancē ir plānots palielināt, samazinot elektrības tiešu izmantošanu apkures nodrošināšanai. Centralizētajās siltumapgādes stacijās enerģija tiek ražota, sadedzinot atkritumus, bioeļļu, kā arī izmantojot siltumsūkņus un iegūstot siltumu, piemēram, no notekūdeņiem. Savukārt vides aizsardzības jomā Norvēģija ir izvirzījusi ambiciozus emisiju samazināšanas mērķus līdz gadam par 30% samazināt siltumnīcefektu izraisošu gāzu emisijas (salīdzinot ar gadu) un līdz gadam kļūt par oglekļa neitrālu (angliski carbon neutral ) valsti. Šo mērķu sasniegšanai gan politiskajā, gan finansiālajā līmenī ir atbalsts atjaunojamo energoresursu, tostarp ģeotermālās enerģijas, izmantošanai. Oglekļa dioksīda (CO 2 ) emisiju samazināšanas mērķus ir izvirzījušas arī lielās pilsētas. Oslo pilsēta ir parakstījusi Pilsētu Mēru paktu 24 un izvirzījusi mērķi līdz gadam par 50% samazināt CO 2 emisijas 25. Izvirzīto mērķu sasniegšanai Oslo pašvaldība ir apņēmusies līdz gadam vairs neizmantot naftas produktus pašvaldībai piederošo māju (tostarp skolu un bērnudārzu) siltumapgādē. Tādējādi jau gadā tika uzsāktas sarunas ar siltumapgādes sistēmu operatoriem, lai tie sniegti ierosinājumus alternatīviem risinājumiem. Par labākajiem priekšlikumiem tika atzīta biogāzes, cietā biokurināmā izmantošana un siltumsūkņi kombinācijā ar saules siltuma uzkrāšanu zemē vasaras laikā. Līdz gada pavasarim 24 Oslo skolas ir pārgājušas uz videi draudzīgiem apkures un siltā ūdens sagatavošanas risinājumiem. Savukārt 27 skolās vēl apkures sistēmas ir jāpārveido. Pāreja uz atjaunojamiem energoresursiem tiek veikta par pašvaldības līdzekļiem. Savukārt iedzīvotājiem energoefektivitātes paaugstināšanas pasākumiem un pārejai no fosilajiem uz atjaunojamiem energoresursiem ir pieejams pašvaldības līdzfinansējums, ko sniedz Oslo Klimata un Enerģijas fonds. 23 Avots: Enøketaten 24 Rīgas pilsēta ir parakstījusi Pilsētu Mēru paktu gadā kā pirmā Eiropas valstu galvaspilsēta. 25 Avots: Oslo Green Capital

25 Oslo pilsētā līdz gadam ir plānots vairs neizmantot fosilo kurināmo ne privātmāju sektorā, ne centralizētajā siltumapgādē. Oslo pilsētā vairāk kā 50% enerģijas no centralizētās siltumapgādes sistēmas tiek ražota, izmantojot tieši šos energoresursus. Ir plānots, ka līdz gadam centralizētā siltumapgāde Oslo pilsētā būs pilnībā pārgājusi uz atjaunojamo energoresursu izmantošanu, gadā piegādājot patērētājiem 2000GWh. Siltumsūkņu izmantošana Norvēģijā Neskatoties uz to, ka daudz tiek izmantoti tradicionāli apkures paņēmieni, samērā plaši telpu apsildīšanai un karstā ūdens sagatavošanai Norvēģijā tiek izmantoti siltumsūkņi. Siltumsūkņu uzstādīšanā Norvēģijā ir daudzu gadu pieredze. Pirmie siltumsūkņi tika uzstādīti 20. gadsimta 70-tajos gados, bet to ierīkošanas straujš pieaugums noticis tieši pēdējo desmit gadu laikā 26. Valstī šobrīd ir ierīkoti vairāk nekā siltumsūkņu. Norvēģijā atrodas lielākie ģeotermālie siltumsūkņi Eiropā. Viens no tiem ir ierīkots Lørenskog pašvaldībā, Nye Ahus slimnīcas teritorijā 27. Šī siltumsūkņa vertikālo termozondu skaits sasniedz 350 (dziļums 200 m), bet kopējais garums 7000m. Salīdzinājumā ar citiem enerģijas avotiem, siltumsūkņos saražotā enerģijas apjomi pagaidām ir nelieli. Tā, piemēram, Oslo pilsētā gadā ar siltumsūkņiem tika saražotas 100GWh enerģijas 28, t.i., 1% no kopējā patēriņa (4.2. attēls) attēls. Enerģijas patēriņš Oslo pilsētā gadā. Siltumsūkņi tiek ierīkoti gan privātmājās, dzīvokļos, gan arī sabiedriskās ēkās gan individuālajai apkurei, gan centralizētajai siltumapgādei. Vispopulārākie ir gaiss-gaiss siltumsūkņi, kas tiek izmantoti galvenokārt individuālo māju/dzīvokļu papildus apsildei (vidēji 4 cilvēku lielas ģimenes vajadzībām). Savukārt sabiedrisko ēku (piemēram, skolas, bērnudārzi) siltumapgādei bieži tiek ierīkoti ģeotermālie urbumi un uzstādīti vertikālie kolektori Norvēģijas Siltumsūkņu ražotāju apvienība ir neatkarīga nozares organizācija, kas atbalsta plašāku siltumsūkņu izmantošanu Norvēģijas enerģētikas sistēmā (papildu informācija: 27 Avots: Sanner, Avots: Enøketaten

26 Praktiskie piemēri siltumsūkņu izmantošanai Šajā nodaļā atspoguļoti vairāki siltumsūkņu izmantošanas piemēri Oslo pašvaldībā. Izvēlētie piemēri parāda siltumsūkņu izmatošanas iespējas, iegūstot zemas (45-50 o C) un augstas (līdz 90 o C) izejošā siltumnesēja temperatūras. Siltumsūkņu izmantošana centralizētajā siltumapgādē Oslo priekšpilsētā Skøyen centralizētās siltumapgādes stacijā gadā ierīkoti 2 siltumsūkņi ar kopējo jaudu 28 MW (lietderības koeficients, COP: 2.85). Izmantojot pilsētas notekūdeņus kā enerģijas avotu, siltumsūkņi gadā saražo vidēji 0.14TWh galvenokārt siltumenerģiju centralizētajai siltumapgādei, kur, izmantojot divpakāpju kaskādes sistēmu, izejošā ūdens (siltumnesēja) temperatūru ir iespējams nodrošināt pat līdz 90 o C. Nelielā apjomā tiek saražota arī elektroenerģija kompresoru darbības nodrošināšanai 29. Tuneļu sistēma Notekūdeņi Siltumsūknis Notekūdeņi enerģijas ražošanai siltumsūkņos tiek izmantoti arī citās siltumapgādes stacijās Norvēģijā, piemēram, Sandvika un Lillestrøm pilsētās attēls. Shēma notekūdeņu izmantošanai enerģijas iegūšanai centralizētajā siltumapgādē. 26 Caurplūdes apjoms sistēmā ir 3800m 3 /h. Stacijā tiek veikta notekūdeņu mehāniska priekšattīrīšana, tad tie nonāk siltumsūkņa sistēmā un tālāk tiek aizvadīti uz attīrīšanas iekārtām ārpus stacijas teritorijas (4.3. attēls). Tomēr pie pazeminātas notekūdeņu temperatūras agros pavasaros un vēlā rudenī (lietus ūdeņu ieplūšana kopējā notekūdeņu sistēmā) rodas nepieciešamība uz laiku apturēt siltumsūkņu darbību. Pīķa slodzes nodrošināšanai papildus siltumsūkņiem ir uzstādīts 12 MW elektriskais apkures katls. Siltumapgādes staciju apsaimnieko uzņēmums Hafslund (54% akciju pieder Oslo pašvaldībai, 34% uzņēmumam Fortum un 12% citiem akcionāriem). Tas ir lielākais centralizētās siltumapgādes uzņēmums Norvēģijā, kas, izmantojot dažādus enerģijas avotus, apgādā ar siltumu 3900 klientu lielas komerciālās ēkas, daudzdzīvokļu dzīvojamos namus. 29 Avots: Hafslund

27 Siltumsūkņu izmantošana vidusskolas siltumapgādē Oslo Nordstrand vidusskola ir viena no mazākajām skolām Oslo pilsētā tajā mācās 420 skolēni un strādā 48 skolotāji. Apsildāmā platība ir aptuveni 6000m 2. Skolas ēka celta no akmens materiāla gadā un tiek aizsargāta kā vēsturisks celtniecības objekts gadā inženieru grupa uzsāka ēkas rekonstrukcijas projekta izstrādi ēkas siltumenerģijas patēriņa samazināšanai. Tika nomainīti vecie logi, veikta ēkas bēniņu siltināšana, ierīkota jauna ventilācijas sistēma. Šķidrā kurināmā apkures katls tika aizstāts ar 3 siltumsūkņiem (3x60kW). Skolas pagalmā ierīkoti 20 vertikālie urbumi 200 m dziļumā. Kolektora kopējais garums 8000m. Aukstumnesējs etilēnglikols. Papildus uzstādīts arī elektriskais apkures katls, kas tiek pieslēgts nepieciešamības gadījumā. Skolas ēkā vecie radiatori, kas paredzēti augstām temperatūrām (80-60 o C) tika nomainīti ar tādiem, kas pielāgoti zemām temperatūrām (55-45 o C), ko var nodrošināt uzstādītie siltumsūkņi. Apsildāmās grīdas netika ierīkotas augsto papildus izmaksu dēļ. Ierīkota moderna ventilācijas sistēma ar rekuperatoru. Skolā ierīkota centralizēta tehnisko sistēmu vadības kontrole, kas nodrošina optimālu enerģijas padevi telpām un ventilācijas sistēmai. Siltumsūkņu izmantošana bērnudārza siltumapgādē Oslo Oslo pašvaldībai piederoša jauna 2-stāvu bērnudārza celtniecība vienā no priekšpilsētas rajoniem tika pabeigta gadā. Bērnudārzs atrodas tālu no centralizētās siltumapgādes līnijas. Bērnudārza ēkai izvēlēts vienkāršs, bet moderns dizains. Fasādēs ierīkoti liela izmēra logi un ārdurvis ar dubultām stikla paketēm. Ēkai nodrošināta siltināšana (akmens vate sienām cm, jumtam 40 cm). Apkurināmā ēkas platība 1100m 2. Apkurei un siltā ūdens sagatavošanai bērnudārzā tiek izmantota ģeotermālā enerģija un siltumsūknis ar jaudu 40kW. Ierīkoti 4 urbumi 200 m dziļumā. Siltumsūknis novietots ēkas pagrabtelpā. Siltumapgādes papildus drošībai ierīkots elektriskais apkures katls, kura jauda ir 42 kw. Bērnudārzā ierīkotas apsildāmās grīdas, kā arī radiatori, kas izvietoti pie lielākajiem vitrīnas tipa logiem, nodrošinot nepieciešamo siltumu telpās. Papildus telpu apsildei, ēkas bēniņos uzstādīts rekuperators siltuma atguvei no ventilācijas sistēmas. 27