Ģeotermālās sistēmas un to izmantošanaKursa darbs “ Siltumapgādes sistēmu projektēšana”

SatursIevads.........................................................................................................................................31.Ģeotermālo sistēmu klasifikācija..........................................................................................4

1.1. Ģeotermālais siltumsūknis ar horizontālo siltummaini...............................................41.2. Ģeotermālais siltumsūknis ar vertikālo siltummaini...................................................41.3. Ģeotermālais siltumsūknis ar slēgtu ūdens aprites ciklu............................................51.4. Ģeotermālais siltumsūknis ar atvērto ciklu.................................................................5

2.Zemes novērtējums pirms ģeotermālās sistēmas ierīkošanas............................................62.1. Ģeoloģija.....................................................................................................................62.2. Hidroloģija..................................................................................................................62.3. Zemes pieejamība.......................................................................................................6

3.Ģeotermālais siltumsūknis....................................................................................................73.1. Kā darbojas siltumsūknis............................................................................................93.2. Ģeotermālo siltumsūkņu jaudu amplitūda..................................................................9

4.Kolektora ieguldīšanas īpatnības un specifiskās izmaksas..............................................115.Ģeotermālā enerģija Latvijā...............................................................................................13

5.1. "Vidējā aritmētiskā" Latvijas siltumsūkņa uzstādīšanas projekta raksturlielumi.....146.Aprēķinu daļa.......................................................................................................................16

6.1. Ūdens apsildes sistēmas cilpas hidrauliskais aprēķins..............................................16 6.2. Aprēķina cauruļvadu kopējo garumu:......................................................................167. Ūdens apsildes sildķermeņa jaudas aprēķins...............................................................19Secinājumi...............................................................................................................................24Izmantotā literatūra................................................................................................................25

2

Ievads.

Pieaugot zemeslodes piesārņotības līmenim, cilvēki nepārtraukti meklē jaunus,

ekoloģiski tīrus enerģijas iegūšanas veidus. Viena no šādām alternatīvām ir

ģeotermālās enerģijas izmantošana. Ģeotermālās apkures sistēmas par siltuma

avotu un izplatītāju izmanto zemi. Jebkura ģeotermālā apkures sistēma ietver dažus

būtiskus komponentus: ģeotermālo siltumsūkni, kas parasti atrodas ēkas iekšpusē,

siltummaini (cauruļu kontūra, kas ierīkota zem zemes) un ūdeni (vai antifrīzu), kas

cirkulē kontūrā un savu siltumu atdod siltumsūknim. 

Siltumenerģija ir visur mums apkārt. Runa ir tikai par to, kā izmantot šo

siltumenerģiju, lai nevajadzētu pievadīt pārāk lielus enerģijas daudzumus no

ārpuses. Kā zināms, zemei zem noteikta dziļuma (caursalšanas punkta) visu gadu ir

patstāvīga temperatūra, kuru arī izmanto siltuma sūknis. Siltumsūkņa radīto siltumu

izmanto mājas apkurē (radiatoros, siltajās grīdās), kā arī karstā ūdens uzsildīšanai.

Būtiska atšķirība starp citiem apkures veidiem ir tāda, ka karstā laikā māju var

atdzesēt.

3

1. Ģeotermālo sistēmu klasifikācija

Izšķir 4 ģeotermālo sistēmu veidus, no kuriem trīs (horizontālā, vertikālā un

ūdenstilpņu) attiecināmas uz slēgtām sistēmām. Katram sistēmas veidam piemīt

savas priekšrocības un trūkumi. Atbilstošākās konfigurācijas izvēli lielā mērā nosaka

klimats, augsnes stāvoklis, brīvās platības pieejamība un iekārtas izmaksas. Visas

četras sistēmas var tikt izmantotas gan privātajā apbūvē, gan komercsektorā.

Šādu sistēmu darbības pamatā ir ūdens (vai antifrīza) cirkulēšana slēgtā kontūrā, kas

ir ierīkots zem zemes. Kontūras garumu nosaka augsnes temperatūra, mitrums un

siltuma vadīšanas spēja, kā arī sistēmas dizains. [5]

1.1. Ģeotermālais siltumsūknis ar horizontālo siltummaini.

Šis salīdzinoši ekonomisks ģeotermālo sistēmu tips ir efektīvs, ja pietiekošā apjomā

ir pieejama nepieciešama zemes platība. Sistēmu ierīko vismaz 1,5 metra dziļumā

zemē tiek raktas tranšejas, kurā horizontāli tiek ievietotas caurules. Tranšejas veido

1,0 - 2,5 m attālumā vienu no otras. Izplatītākā ir shēma ar divām caurulēm, no

kurām viena tiek ierīkota 2 m dziļumā, bet otrā - 1,3 m. Bieži vien izmanto arī citu

konfigurāciju: divas caurules izvieto blakus vienā 0,5 m platā tranšejā, kas ierīkota

1,65 m dziļumā. Caurules ievieto cilpas veidā, kas ļauj ierobežotā garuma tranšejā

izvietot lielāku cauruļu skaitu. Šādu horizontālās ieklāšanas veidu var izmantot

vietās, kas sākotnēji šķiet ne gluži piemērotas cauruļvada horizontālai izvietošanai.[5]

1.2. Ģeotermālais siltumsūknis ar vertikālo siltummaini.

Lai šādu sistēmu ierīkotu, zemē līdz 200 m dziļuma līmenim tiek veidoti vairāki

urbumi, starp kuriem tiek ievērots attālums 5-10 metri. Katrā urbumā ievieto divas

caurules. Apakšdaļā caurules savieno savā starpā ar „U" veida līkumu, veidojot

cilpas. Tiek urbti divi urbumi – viens ūdens ņemšanai, un otrs – ūdens novadīšanai

atpakaļ zemes dzīlēs. Vertikālās sistēmas priekšrocība - minimālais kaitējums, ko tās

ierīkošana nodara videi. Turklāt šādas sistēmas izmantošanai nepieciešams mazāks

cauruļu kopgarums, nekā horizontālās sistēmas gadījumā. Taču salīdzinājumā ar

horizontālo sistēmu vertikālā izmaksā krietni vairāk, jo tās ierīkošana iekļauj arī

izdevumus urbšanas darbiem. [5]

4

1.3. Ģeotermālais siltumsūknis ar slēgtu ūdens aprites ciklu

Tas ir īpaši ekonomisks slēgtās ģeotermālās sistēmas veids. Pietiekoša dziļuma

ūdenstilpnes dibenā apļu veidā tiek izvietotas caurules, kas nodrošina ūdens

pārsūknēšanu no ūdenstilpnes uz sistēmu. Augstas prasības tiek izvirzītas pret

ūdenstilpni - tai jābūt noteiktam dziļumam un apjomam. [5]

1.4. Ģeotermālais siltumsūknis ar atvērto ciklu

Šī vienkāršā un funkcionālā sistēma tiek izmantota vairākus desmitus gadu. Atšķirībā

no slēgtām sistēmām šajā gadījumā izmanto grunts ūdeņus. Iekārtas darbības

princips ir sekojošs - gruntsūdeņi, ko izsūknē no augsnes ūdens nesējslāņa vienā

akā, tiek novirzīti uz siltummaini, bet pēc tam jau atvēsināti nonāk atpakaļ augsnē

caur citu aku, kas atrodas nelielā attālumā no pirmās. Acīmredzami, atvērto sistēmu

var ierīkot tikai tur, kur augsne satur pietiekoši daudz gruntsūdeņu. Atvērtā cikla

situācijā obligāti jāievēro visas normas attiecībā uz ūdens nonākšanu atpakaļ

augsnē.  [5]

5

2. Zemes novērtējums pirms ģeotermālās sistēmas ierīkošanas

Zemesgabala ģeoloģiskie, hidroloģiskie un telpiskie raksturojumi ir noteicošie,

izvēloties ģeotermālo sistēmu. [3]

2.1. Ģeoloģija

Ir obligāti jāņem vērā tādi faktori, kā augsnes sastāvs un īpašības, kā arī iežu

struktūra. Augsnei ar labām siltumvadīšanas spējām ir nepieciešams mazāks cauruļu

skaits noteiktā enerģijas daudzuma akumulēšanai, nekā augsnei ar sliktu

siltumvadīšanu. Rīcībā esošās augsnes slāņa biezumam arī ir būtiska nozīme - ja tas

ir pārāk plāns, lai tajā raktu tranšejas, bet zeme satur pārāk daudz iežu, tad

priekšroka jādod vertikālajai sistēmai. [3]

2.2. Hidroloģija

Arī gruntsūdeņu klātbūtne nosaka ģeotermālās sistēmas izvēli. Svarīgi ir noskaidrot

gan gruntsūdeņu, gan virszemes ūdeņu dziļumu, kvalitāti un apjomu. Pirms atvērtās

sistēmas iegādes jāpārliecinās, vai uzņēmums, kas veiks aprīkojuma uzstādīšanu, ir

rūpīgi izvērtējis hidroloģisko situāciju attiecīgajā teritorijā. Tas ļaus izvairīties no

nopietnām problēmām nākotnē - ūdens nesējslāņa noplicināšanas un gruntsūdeņu

piesārņošanas. Antifrīzs, kas cirkulē slēgtajā sistēmā parasti nerada būtisku

apdraudējumu apkārtējai videi. [3]

2.3. Zemes pieejamība

Pieejamā zemesgabala platība, ainava un pazemes komunikāciju izvietojums arī

ietekmē ģeotermālās sistēmas dizainu. Piemēram, horizontālās kontūras sistēmas

(visekonomiskākās) biežāk ierīko māju celtniecības gaitā, kad ēkas apkaimē ir lielas

brīvas zemes platības. Vertikālās sistēmas un kompaktās konfigurācijas parasti

uzstāda jau uzceltajās būvēs, jo to montāža vismazāk izjauc izveidoto ainavu. [3]

6

3. Ģeotermālais siltumsūknis

  

Siltumsūknis ir iekārta, kas tiek izmantota siltuma ražošanai. Tā ir iekārta, kas ar

pazemes kolektora palīdzību nogādā siltuma enerģiju no enerģijas avota līdz

siltumsūknim, koncentrē, to paaugstinot siltumnesēja temperatūru un nodod to tālāk

ēkas apkures vai siltā ūdens sagatavošanas vajadzībām.

2.att. Siltumsūknis.

1-Anods, 2-Pārslēgventils, 3-Vadības panelis, 4-Karstā ūdens tvertne, 5-Elektriskais

sildelements, 6-Plākšņu siltummanis, 7-Cirkulācijas sūknis, 8-Automātiskais bloks, 9-

palaišanas strāvas ierobežotājs, 10-Kompresors [4]

Tādejādi ar siltumsūkņa palīdzību iespējams iegūt no dabas 70% nepieciešamās

siltuma enerģijas un tikai 30% enerģijas attiecas uz elektroenerģiju, kas tiek

izmantota, lai darbotos kompresors, sūkņi un citas elektrosistēmas. Siltumsūknis ir

apkures iekārta, kas veic dabīgā siltuma apmaiņu, karstā ūdens un apkures

izmantojot zemes siltumu. Tā ir jaunas paaudzes apkures sistēma, kura ir videi

draudzīga, mūsdienīga un ekonomiska sistēma. Turklāt izmantojot zemes

7

enerģiju ,neradām dabai un cilvēkiem kaitīgus blakus produktus. Sistēma sastāv no

trim savstarpēji salāgotiem komponentiem:

siltuma ieguves avota, siltumsūkņa un siltuma atdeves sistēmas jeb apkures loka.

Šajā ciklā nav degšanas procesa, kas nozīmē augstu ugunsdrošības pakāpi.

3.att. Siltumsūkņa Sistēma.

Siltumsūknis darbojas ar elektroenerģijas palīdzību un siltumapmaiņas procesā

iegūst līdz pat 5,5 reizes vairak siltumenerģijas kā patērē. Tāpat kā citiem apkures

veidiem, arī siltumsūknim ir savas īpatnības, tomēr termodinamikas likumi darbojas

arī šajā gadījumā, tāpat kā kurinot krāsni ar malku, apsildot ar modernajiem

elektriskajiem katliem vai gāzes apkures iekārtām. Būtiskākā atšķirība siltumsūkņiem

no pārējām apkures iekārtām ir tā, ka tie izmanto enerģiju no siltuma avotiem kas

atrodas apkārtējā vidē un ir bezmaksas. Šī enerģija var tikt izmantota apkurei un

patēriņa ūdens sildīšanai, nodrošinot labi vadāmu, stabilu apkures sistēmu, kas

darbojas visu gadu. [4]

8

3.1. Siltumsūkņa darbība

4.att. Siltumsūkņa darbības shēma.

1. Kompresorā Nr. 3 darba viela (R 407C) tiek saspiesta,

kā rezultātā ceļas temperatūra līdz 100° C;

2. Caur siltummaini Nr. 4 siltums tiek atdots apkures sistēmai.

3. Iztavaikotājā Nr. 5 darba viela (R 407C) iztvaiko un strauji atdziest līdz -10° C;

4. Caur siltummaini Nr. 2 darba viela tiek apsildīta ar zemes siltumu,

ko piegādā pazemes kolektorā cirkulējošais šķidrums līdz 0° C,

un atkal nokļūst kompresorā Nr. 3. [4]

3.2. Ģeotermālo siltumsūkņu jaudu amplitūda.

Zviedru koncerna „Thermia” un vācu firmas „Vaillant” piedāvāto ģeotermālo

siltumsūkņu jaudu amplitūda ir plaša: no 4 – 50kW.

Nepieciešamības gadījumā iespējams izveidot daudz jaudīgākus apkures mezglus

savā starpā savienojot vairākas iekārtas (veidojot kaskādes).

Šajā gadījumā ierobežojošais faktors ir iespēja enerģiju konkrētajā vietā paņemt no

9

apkārtējāš vides, jo lai izveidotu horizontālo kolektoru vajag lielas platības. Ziemeļu

kaimiņos tas ir populārs veids, jo, piemēram, pie lauku skolām zemes parasti pietiek.

– tādējādi iespējams piemeklēt optimālu variantu gan nelielas, vidējas vai lielas

kvadratūras privātmājas, gan arī daudzstāvu mājas, sabiedriskās ēkas vai

komerciālā objekta apsildes risinājuma izveidei.

Latvijā pagaidām ģeotermālo siltumsūkņu sistēmas uzstādītas tikai privātā sektora

objektos vai nelielos komercobjektos (viesu nami, zivsaimniecības objekti) –

jaunbūvējamās vai kapitāli renovētās privātmājās, kuru vidējā platība svārstās no 150

-300m2. Objekti, kuru kvadratūra ir lielāka par 300-400m2, pagaidām Latvijā ar

siltumsūķņu sistēmām ir aprīkoti maz.

Privātmāju apkurei un siltā ūdens ražošanai visvairāk tiek uzstādīti siltumsūkņi

ar jaudu no 20 līdz 100 kW.

Lai gan, jāņem vērā, ka uzstādītās iekārtas jauda atkarīga arī no vairākiem

tehniskiem nosacījumiem – kolektora ieguldīšanas veida, siltumsūkņa iekārtas

modeļa, kā arī siltumapgādes režīma un siltā ūdens patēriņa apjoma. [5]

10

4. Kolektora ieguldīšanas īpatnības un specifiskās izmaksas.

Latvijā, pretēji daudzām citām Eiropas valstīm, kur iecienītas un tiek plaši lietotas

ģeotermālo siltumsūkņu sistēmas, vislielāko popularitāti guvuši šo iekārtu tehniskie

risinājumi, kuros izmantotas horizontāli kontūri – respektīvi, siltumsūkņa kolektors

ieraktas zemē apmēram 150cm dziļās tranšejās. Centrāleiropas valstīs – arī

Skandināvijas reģionā, prevalē tā dēvētais vertikālais siltumsūkņa kolektora, jeb

termozondes, ieguldīšanas veids. Siltuma enerģijas kolektors šajā gadījumā tiek

ievietots dziļurbumā (tā dziļums parasti ir ap 90-110m). Latvijā šis ģeotermālā

siltumsūkņa ieguldīšanas veids ir mazāk populārs divu iemeslu dēļ: pirmkārt, Latvijā

kolektora ieguldīšanai piemērota dziļurbuma izveidošana ir tehniski daudz

komplicētāks process kā lielākajā daļā Skandināvijas valstu teritorijas – šādā dziļumā

zemes slāņi nav viendabīgi, kas apgrūtina urbšanas darbus un sadārdzina urbuma

gala izmaksas. Otrkārt, tas ir visai dārgs pasākums. Ja šobrīd vidēji par vienu

dziļurbuma izurbšanas metru Latvijā ir jāmaksā ap 40-50 latu, tad piemērota

kolektora urbuma izveidei vien jāziedo ap 4000-5000 latu. Turklāt, lai izurbtu 100m

dziļu kolektora urbumu. Šādu darbu veicēju noslodze Latvijā ir liela, un līdz

pasūtījuma izpildīšanai var nākties gaidīt vairākus mēnešus.

Jāatceras arī, ka visiem dziļurbumiem – neatkarīgi no tā, kur tie atrodas (arī

privātā teritorijā), nepieciešama ar speciāls izsniegts dokuments – tā dēvētā

„dziļurbuma pase”. Gan horizontālā, gan vertikālā kolektora ieguldīšanas gadījumā,

parasti tiek izmantotas speciālas polietilēna caurules, kuru kalpošanas laiks ir 25

gadi; vienīgi tad, ja sistēmā kā aukstuma un siltuma aģents cirkulē freons,

horizontālas kontūras tiek veidotas no kapara caurulēm, kuru kalpošanas laiks ir

īsāks. Kapara cauruļu kontūrai būtiski var kaitēt paaugstināts augsnes mitruma

režīms, kā rezultātā caurules korodē – rodas kontūras bojājumi un freona noplūšanas

iespējas. Protams, kapara kontūraa ieguldīšanai ir arī savu pozitīvie aspekti – tiek

samazināts kontūras ieguldīšanas laukums, kas daudzos gadījumos arī ir svarīgi.

Freona izmantošanai piemērotas siltumsūkņu sistēmas un kontūras arī izmaksā

dārgāk par saviem analogiem (sistēmām, kurās kā aukstuma un siltuma aģents tiek

lietots propilēnglikols).

11

Ģeotermālie slitumsūķņi, kuru iezemētajā kontūrā cirkulē freons, būtiski

atšķiras no tradicionālajiem arī ar to, ka šo iekārtu sistēmās triju noslēgtu cirkulācijas

loku – ārējā (āra kontūra) , siltumsūkņa (pati iekārta) un iekšējā (apkures sistēma)

vietā ir tikai divi – ārējais un iekšējais loks.

Daudzās Eiropas valstīs – īpaši Vācijā, Francijā un Austrijā, plaši izplatīts un ļoti

iecienīts ģeotermālie siltumsūķņi, kuros kā siltuma avots izmantots zemes dzīļu

ūdens – gruntsūdens. Šādas siltumsūkņu sistēmas uzstādīšanas gadījumā, tiek urbti

divi urbumi – viens ūdens ņemšanai, un otrs – izmantotā ūdens novadīšanai atpakaļ

zemes dzīlēs.

Šo divu urbumu vidējais dziļums svārstās no 15-45m (ap Rīgu – 20-40m) un

optimālais attālums starp tiem ir 15-20m; no šiem urbumiem iegūtajam ūdenim jābūt

ar dzeramā ūdens kvalitātes rādītājiem (ķīmisko sastāvu un tīrības pakāpi).

Pretējā gadījumā, ūdens gruntsūdeņu dziļurbuma kolektora siltumsūkņa

sistēmā ir izmantojams tikai ar papildus filtrēšanu, kas būtiski sadārdzina sistēmas

uzstādīšanu un saīsina svarīga tās komponenta – siltummaiņa, ekspluatācijas laiku.

Nenoliedzams šādas siltumsūkņa sistēmas izmantošanas plus ir tās augstā

siltuma atdeve – Latvijas klimatiskajos apstākļos, sistēmā padotā ūdens

temperatūras režīms ir ap 8-100C.

Ūdens ņemšanas akas ražīguma līmenim jābūt no 1-5 m3/h. Tāpat, siltumsūkņa

sistēmā nav izmantoti materiāli, kas pakļauti korozijai, kas nodrošina tās drošu un

ražīgu ekspluatāciju ilgstošā laika periodā – pie optimālas ūdens tīrības pakāpes, tie

ir vismaz 20, bet parasti 25 un pat vairāk gadi.

Latvijā gruntsūdeņu dziļurbuma kolektora siltumsūkņa sistēmas gan nav līdz

šim guvušas lielu popularitāti, kas, galvenokārt, izskaidrojams ar ievērojamām un

grūti paredzamām dziļurbumu ierīkošanas izmaksām.Pirms darbu sākšanas ne

vienmēr var pilnīgi precīzi paredzēt, vai nāksies izurbt 15, 15 vai 35m dziļu aku.

Ilgtermiņā gruntsūdeņu dziļurbuma kolektora siltumsūkņa sistēma ir

ekonomiski ļoti izdevīga, jo tās lietderības koeficients ir nemainīgi augsts (dziļūdens

horizonta (gruntsūdeņu) līmenis ir statisks, sezonālas svārstības 20-30m dziļumā

praktiski neietekmē arī sezonālās klimatiskās svārstības), tomēr ierīkošanas izmaksu

faktors bieži vien attur klientus no šī modernā, efektīvā un izdevīgā ģeotermālā

12

silmtumsūkņa sistēmu risinājuma izvēles.

Lielu popularitāti gan Skandināvijā, gan Centrāleiropā, gan pat kaimiņos – Igaunijā,

ieguvuši ģeotermālo siltumsūkņu sistēmas ar ūdenstilpnēs ieguldītu kolektoru.

Latvijā, turpretim, to popularitāte ir daudz mazāka, ko nosaka vairāki objektīvi faktori

(finansiālais aspekts nav primārais).

Pirmkārt, ir maz ūdenstilpņu, kas būtu piemērotas kolektoru ieguldīšanai.

Optimāli, ja ūdenstilpnē ir tekošs, minimāli aizsalstošs ūdens (nekādā gadījumā nav

pieļaujama ūdenstilpnes caursalšana), un tās dziļums kolektora ieguldīšanas

akvatorijā ir ne mazāks par 3m.

Piemājas dīķītis šāda pasākuma īstenošanai nebūs labākais variants – arī

upes, kurās kolektora ieguldīšana būtu absolūti droša, Latvijā nemaz nav tik daudz.

Triviāli, bet fakts – ne tikai Latvijas lielo upju ledus iešana un motorizētie peldlīdzekļi

var sabojāt kolektoru – to var izdarīt arī mūsu upju iemītnieks bebrs. Tādējādi,

ekoloģiskie riski, kas saistīti ar kolektora ieguldīšanu ūdenstilpnēs, ir būtiski un vērā

ņemami.

Tāpat, jāatceras arī par tauvu joslas publisko pieejamību – līdz ar to, kolektors

praktiski ir pieejams jebkuram.

Skandināvijas valstīs un arī Igaunijā siltumsūkņu kolektoru iegremdēšana

ūdenstilpnēs ir populāra piejūras akvatorijā. Šādos reģionos kolektoru izvietošana ir

salīdzinoši droša ekoloģiski.[5]

5. Ģeotermālā enerģija LatvijāVairāku veikto pētījumu rezultātā ir noskaidrots, ka galvenais ģeotermālo

ūdeņu potenciāls atrodas Latvijas dienvidrietumu daļā un ir 1300 – 1800 m dziļumā.

Jelgavas-Elejas rajonā pazemes ūdeņu temperatūra ir 25-30oC. Kopumā no

ģeotermālās enerģijas izmantošanas viedokļa perspektīva ir 12 000 km2 liela

teritorija. Par visperspektīvāko var uzskatīt nelielas jaudas ģeotermālās enerģijas

ieguves staciju būvniecību Liepājas rajona dienvidu daļā un Elejas apkaimē. Tomēr

kopumā ģeotermālā siltuma izmantošanu kavē pazemes ūdeņu salīdzinoši zemā

temperatūra.

Latvijas tirgū attīstās siltumsūkņu tehnoloģijas telpu apkurei, tai skaitā tādas,

kas izmanto zemes siltumu individuālo ēku apkurei. Siltumsūkņu izmantošana ir

13

minēta kā viens no siltumapgādes attīstības virzieniem Rīgas siltumapgādes

attīstības koncepcijas projektā 2006.-2016.gadam, sevišķi tā tiek ieteikta vietās, kur

nepieciešams samazināt gaisa piesārņojumu.[3]

5.1. "Vidējā aritmētiskā" Latvijas siltumsūkņa uzstādīšanas projekta raksturlielumi

Siltumsūknis tiek uzstādīts divstāvu privātmājā Pitragā (kvadratūra – 200-250m2),

mājai ir neapkurināma garāža un pagraba telpa, kurā parasti tiek novietota

siltumsūkņa iekārta un izbūvēts siltuma mezgls. (Mājai ir apkurināma garāža un

saimniecības telpa blakus garāžai, kur arī tiek izvietots siltumsūknis).

Šis objekts siltumsūkņa ierīkošanas līguma slēgšanas laikā ir tikko pabeigta

jaunbūve vai arī ēka, kas vēl ir būvniecības stadijā. Parasti ēka atrodas uz 1200-

1800m2 liela zemes gabala, tādējādi nav problēmu ar horizontālā kolektora un citu

inženiertehnisko komunikāciju ieguldīšanu.

Tā kā vidējais Latvijas siltumsūkņa pasūtītājs izvēlas horizontālo siltumsūkņa kontūra

ieguldījuma veidu, šim mērķim jārezervē ap 450 - 600m2 liels zemes gabals, jeb vidēji

trešā daļa no kopējās piemājas zemes platības.

Ojektā 100% siltuma jaudas nodrošināšanai pietiktu ar 10-12kW siltumsūkni, tomēr

Latvijas patērētāji vēl arvien ir konservatīvi un siltumsūkņa iekārta gandrīz vienmēr

tiek uzstādīta ar rezervi, kas gan kaitē tās energoefektivitātei.

Šobrīd Latvijā uzstādāmā siltumsūkņa jauda ir 12-14kW.

Siltumsūkņa uzstādītājs pieder pie „pārtikušā vidusslāņa” – tas ir ģimenes cilvēks ar

1 līdz 3 bērniem, kas veic mājokļa būvniecību uz hipotekārā kredīta līdzekļu rēķina.

80% gadījumu vidusmēra klients izvēlas kombinēto ēkas iekšējā apsildes loka

risinājumu – proti, pirmajā ēkas stāvā tiek ierīkotas siltās (arī ūdens apsildāmās)

grīdas, bet otrajā stāvā – uzstādīti radiatori.

Vidējā Latvijas siltumsūkņa apkures sistēmas uzstādīšanas izmaksas variē 8000-

8500 latu robežās – ja ēkā nepieciešams veidot iekšējo apsildes loku, tad jārēķinās

ar apmēram 10 000 latu lieliem izdevumiem (gan siltumsūkņa iekārtas un tās

uzstādīšanas izmaksas, gan kolektora ieguldīšana, gan arī iekšējā apsildes loka

izveidošana) .

14

Tomēr, jāatceras, ka modernas siltumsūkņu iekārtas kalpo ilgi – to garantijas laiks

vien ir 5-10 gadi, un kopējais ekspluatācijas cikls nu jau pārsniedz 25 gadu robežu.

Eksistē arī siltumsūkņi, kas uzstādīti pirms 30 un vairāk gadiem (Zviedrijā, piemēram,

efektīvi darbojas iekārta, kas uzstādīta 1973. gadā), un tie, pie atbilstošas iekārtu

apkopes, efektīvi darbojas vēl šobrīd.

Bet šīs iekārtas nav ne tuvu tik modernas kā mūsdienās pieejamās.[3]

15

6. Aprēķinu daļa

6.1. Ūdens apsildes sistēmas cilpas hidrauliskais aprēķins.Uzdevums: Aprēķināt dabiskās cirkulācijas apkures sistēmas cilpai nepieciešamo cauruļvadu diametru.

Variants Nr. 19

Viencaurules apsildes sistēmas shēma Parametri apsildes sistēmas cauruļu diametra aprēķinam

h, (m)

h1, (m)

h2, (m)

h3, (m)

h4, (m)

h5, (m)

h6, (m)

Q1, (W)

Q2, (W)

tk, (0C)

l, (m)

hr, (m)

G, (kg/h)

2,8 3,5 2,95 2,93 8,81 2,6 0,8 550 1200 70 1,5 0,55 100

1. Aprēķina nezināmos attālumus attēlā :

2. Aprēķina cauruļvadu kopējo garumu:

16

3.Aprēķina atpakaļgaitas ūdens temperatūru:

Kur:ta - atpakaļgaitas ūdens temperatūra, oC;t` – temperatūra starp sildķermeņiem, oC;Q1, Q2 – sildķermeņu jauda, W;cH2O – ūdens īpatnējā siltumietilpība, 4197 kJ/kg;G – ūdens plūsma, 100 kg/h;

=977,5 kg/m3; ρa = 985,95 kg/m3; ρ`= 980,35 kg/m3.

4. Aprēķina cirkulācijas spiedienu:

Kur: g - brīvās krišanas paātrinājums, 9,81 m/s2;

- atpakaļgaitas ūdens blīvums, . Atbilstoši temperatūrai , tab.14. [1]

- turpgaitas ūdens blīvums, . Atbilstoši temperatūrai , tab.14. [1]

`- ūdens blīvums starp sildķermeņiem, . Atbilstoši temperatūrai , tab.14. [1]

5. Aprēķina orientējošos lineāros spiediena zudumus:

(sistēmai ar dabisko cirkulāciju)

Kur: k – koeficients, kurš ievērtē cirkulācijas veidu. Šajā gadījumā dabiskajai cirkulācijai k=0,5.

6. Pēc [1] pielikumā dotās nomogrammas pie Ror = 7,3 Pa/m un G = 100 kg/h sameklē plūsmas ātrumu v; nepieciešamo cauruļvada diametru d un dinamisko spiedienu Pd:

v=0,085 m/sd = 18 mm

17

Pd = 3,14 Pa.

Tā, kā cauruļvadi ar šādu diametru netiek izgatavoti, tad jāizvēlas tuvākais lielākais diametrs no standarta rindas, un tas ir d = 20 mm.

Tad v = 0,07 m/s,R = 5,5 Pa/m,Pd = 2,45 Pa.

7. Aprēķina lineāros spiediena zudumus:

8. Atrod vietējo pretestību koeficientus ξ:Čuguna katlam: ξk = 2,5,

Radiatoriem: ξR = 2,Līkums 900: ξ90 = 1,

T-veidagabals (plūsma pagriezienā): ξT = 1,5.

9. Aprēķina vietējo pretestību koeficientu summu:

10. Aprēķina summāros spiediena zudumus vietējās pretestībās:

11. Aprēķina summāros spiediena zudumus cilpā:

12. Pārbauda vai ir spēkā nevienādība:

Secinājumi:

Dotajai apkures sistēmas cilpai ir izvēlēts cauruļvads ar d = 20 mm.

18

Ūdens apsildes sildķermeņa jaudas aprēķins

Dotie lielumi:Var

.nr.

Telpas veids Sistēma SadaleSiltumnesēja

virziens sildķermenī

Telpas temp.,

0C

Siltumnes. vidējā

temp., 0C

3. Slimnīca viencaurules augšējā lejup 24 65

6.tabula. Dotie lielumi

Nr.Telpas

augstums, mĒkas stāvu

skaitsStāvs Logu veids

Logu izmēri, m

Ārsienas u.c. elementu uzbūve

3. 3,4 3 2 Stikla pakešlogs 2,5´2Caurumotie keram. ķieģeļi 2 ķieģ.biez. (51 cm), starpā izdedžu pildījums, iekš. kaļķu apmetums ar biez 15mm.,

5.att Telpas plāns

Aprēķins:

1. Atrod siltumvadītspējas koeficientus katram ēkas sienas un griestu slāņa

materiāliem.

Ķieģeļi – 0,52

Betons – 2

Kaļķu apmetums – 0,8

Izdedži – 0,24

Caur iekšsienām siltuma zudumi nenotiek. Tā kā telpa atrodas 2. stāvā, ēka ir trīsstāvīga –

tāpēc arī caur griestiem un grīdu siltuma zudumi nav vai ir tik mazi, ka tos var neievērot.

2. Aprēķina sienas termiskās pretestības:

19

Kur:

, – konstrukcijas iekšējās un ārējās virsmas siltumatdeves koeficients Sienai, kas

saskaras ar āra gaisu ,

gan sienai, [1]

– katra attiecīgā siltumu vadošā slāņa biezums, m. Lielumi ņemti no uzdevumā

dotajiem lielumiem.

– katra attiecīgā slāņa materiāla siltumvadītspēja, .

3. Aprēķina sienas, griestu un logu laukumu:

Kur: a, b – loga platums un augstums, m; c – telpas platums, m;

h – telpas augstums, m;

d – telpas garums, m.

4. Aprēķina siltuma zudumu plūsmu caur logiem un sienu:

Kur:N – logu skaits;A1 – viena loga virsmas laukums, m2;

20

– vidējā nepieciešamā gaisa temperatūra, ;

- 5 visaukstāko diennakšu vidējā temperatūra sezonā, ;

– korekcijas koeficients, kas ievērtē konstrukcijas veidu un novietojumu. Ārsienām

.

- loga termiskā pretestība, . Dotajam logam , [1]

5. Aprēķina kopējo telpas siltuma zudumu plūsmu:

Caur iekšsienām siltuma zudumi nenotiek. Tā kā telpa atrodas 2. stāvā, ēka ir trīsstāvīga –

tāpēc arī caur griestiem un grīdu siltuma zudumi nav vai ir tik mazi, ka tos var neievērot.

6. Aprēķina cauruļvadu atdoto siltuma daudzumu:

Kur, Qc – cauruļvadu atdotā siltuma jauda, W;

fo – 1 metru gara neizolēta cauruļvada ekvivalentais virmas laukums, ekm;

go – 1 metra ekvivalentā metra siltuma atdeve, m;

- koeficients, kas ietver cauruļvada novietojumu( stāvvads =0.5 , maģistrālēm pie

grīdas =0.75).

(ekm)

(ekm)

- 1 metru gara neizolēta cauruļvada ekvivalentais virsmas laukums ekvivalentmetros.

Aprēķina pēc formulas , jo ;

21

- viena ekvivalentmetra siltuma atdeve vatos. Aprēķina pēc formulas

; kur ir temperatūru starpība starp vidējo caurules

virsmas temperatūru un telpas gaisa temperatūru. .

6.att. Telpas cauruļvadu skice.

Aprēķina cauruļvadu kopējo garumu:

7. Aprēķinātie siltuma zudumi jāpalielina, jo

Siena atrodas A pusē (+10%)

22

Sienai, vēja vidējai ātrums nepārsniedz 5 m/s (+5%)

8. Nepieciešamo sildķermeņa jauda:

Kur: nepieciešamā sildķermeņa jauda, W; kopējā telpas siltuma zudumu plūsmu, W; cauruļvadu atdotā siltuma jauda, W.

9. Aprēķina čuguna sekcijas radiatora 1 ekvivalentā kvadrātmetra siltuma atdevi:

Kur:

- sildķermeņa siltumpārejas koeficients, . Čuguna sekciju radiatoram

,

10. Aprēķina čuguna sekcijas radiatoram sekciju skaitu: Nepieciešamais sildķermeņa sildvirsmas laukums:

Kur:

– koeficients, kas ievērtē sildķermeņa sekciju skaitu. , [2];

– koeficients, kas ievērtē ūdens dzišanu cauruļvados. , [2];

- koeficients, kas ievērtē sildķermeņa uzstādīšanas shēmu. , tab. 8

[1];

- koeficients, kas ievērtē siltumnesēja pievadīšanas shēmu. , tab. 8

[1];

Nepieciešamais sildķermeņa sekciju skaits:

23

Kur: ja izmanto čuguna sekciju radiatorus „standarts 90-500”, tad Nepiecišamā sildķermeņa jauda telpai pēc veiktā siltumtehniskā aprēķina un vidējā temperatūra starpība ir pēc dotajiem lielumiem.11. Aprēķina temperatūras koificientu:

12. Sildķermeņa nominālā jauda:

24

Secinājumi.

Latvijā visizplatītākās ir horizontālās kontūras, jo tās ir salīdzinoši lētākas nekā

vertikālās, jo nav nepieciešams veikt urbumus, līdz ar to samazinās izmaksas.

Siltumsūkņi iedalās dažādās kategorijās atkarībā no to uzbūves īpatnībām.Ir

siltumsūkņi kuru iezemētajā kontūrā cirkulē freons, līdz ar to tie būtiski atšķiras no

tradicionālajiem siltumsūkņiem, ģeotermālo enerģiju nav iespējams izmantot uz

visām zemes platībām, jo tas atkarīgs no šādiem aspektiem: ģeoloģijas,

hidroloģijas un zemes pieejamības. Ņemot vērā to, ka pasaulē ir augsts

piesārņojuma līmenis un šīs sistēmas ir videi draudzīgas, to izmantošana ik gadu

pieaug. Daudzās Eiropas valstīs izplatīti ir ģeotermālie siltumsūķņi, kuros kā

siltuma avots izmantots zemes dzīļu ūdens – gruntsūdens. Ģeotermālo

siltumsūkņu sistēmas piemērotas uzstādīšanai jebkurā privātā sektora

dzīvojamās mājās, nelielās ražotnēs, sabiedriskajās ēkās, kā arī darījumu ēkās.

25

Izmantotā literatūra.1. Šeļegovskis R. Apsildes sistēmu elementu aprēķina metodika un piemēri:

Metodiskais līdzeklis studiju priekšmetā ”Siltumapgādes sistēmu

projektēšana” kursa projekta izstrādei. Jelgava: LLU, 2008. – 60. lpp. ISBN

978-9984-784-39-7.

2. A. Krēsliņš, J. Ķigurs. Ēku apkures sistēmas. R.: Avots, 1983. - 119 lpp.

3. Apkures un dzesēšanas portāls [tiešsaiste] [skatīts

03.04.2009.].Pieejams: http://www.avkenergy.lv/?

open=apkure&it=climatemaster

4. Būvniecības portāls [tiešsaiste] [skatīts 03.04.2009]

Pieejams: http://apkure.weebly.com/290eoterm257l257-apkure.html

5. Sliltumtehnisko iekārtu Komforts mājas lapa [tiešsaiste] [skatīts

10.04.2009.]. Pieejams: http://209.85.129.132/search?

q=cache:oNgBk6TMlW8J:www.komforts.lv/index.php%3Foption

%3Dcom_content%26view%3Darticle%26id%3D228

26