Ülesanne 3

Kolmanda elemendina käsitleme maad! Energeetika valdkonnas on maa üsna hiljutine tegija, kui välja arvata asjaolu, et maa on meile energiat andnud aegade algusest peale, kui oleme tarbinud toitu, Maa ande.

See aga pole energeetikas meil hetkel väga teema, küll aga on vägagi teemaks maa soojuse kasutamine. See, kuidas maa soojust kasulikult ära kasutada sõltub juba maapinna temperatuurist. Iseenesest võib maa soojuse liigitada kaheks – maa pinna lähedal on pigem tegemist pinnasesse salvestunud päikese soojusega. Sellisel juhul ei saa rääkida eriti kõrgetest temperatuuridest – talvisel perioodil sõltuvalt sügavusest 5…8 °C, suvisel perioodil samuti sõltuvalt sügavusest on temperatuurid mõned kraadid üle 10 °C. Selliste temperatuuride puhul kõlbab maa soojus kasutamiseks vaid hoonete kütmiseks soojuspumba abil.

Sügaval maa sisemused on aga temperatuurid oluliselt kõrgemad ning nendele pääseb ligi siis, kui juhtud olema kas vulkaani lähedal (nagu Islandil) või kaevad väga sügavale (ka selliseid pilootprojekte on tehtud). Sellisel juhul saame rääkida temperatuuridest, mis on juba vahemikus 100…300 °C. Sellisel juhul saab maa soojust kasutada edukalt ka elektri tootmiseks, kui kasutada selle jaoks vastavaid tehnoloogiaid, näiteks Orgaanilise Rankine’i tsükli tehnoloogiat, mis oma olemuselt on sarnane tavalisele auruturbiini tehnoloogiale, kuid kuna vee asemel kasutatakse termaalõli, siis suudab see panna turbiini tööle ka juba maasoojuse temperatuuril.

The challenges of geothermal development in Japan
Pilt: Matsukawa geotermaalenergia jaam, Iwate, Jaapan
https://www.thinkgeoenergy.com/the-challenges-of-geothermal-development-in-japan/

Seekordse ülesande peategelased on perekond Maasikas, kes soovides järgmise talve küttearveid vähendada, on otsustanud paigaldada oma kodule maasoojuspumba. Nende kodu üldpind on 150 m2 ning sellele on väljastatud B-klassi energiamärgis, mis tähendab seda, et nende keskmine aastane energiavajadus on 130 kWh/(a·m2).

  1. Arvestades, et maapinna keskmine temperatuur on 8 °C ning maja küttesüsteemi pealevoolu temperatuur on 35 °C ning soojuspumba efektiivsus on 50%, siis kui suur on soojuspumba soojustegur (coefficient of performance – COP)? Vihje: seda võiks leida hästi Carnot’ valemi järgi.
  2. Kui perekond Maasikate kodu suurim soojusvajadus on 5,5 kW, siis kui suur peaks olema nende valitud soojuspumba elektriline võimsus, et see suudaks katta maja soojusvajadust? Vihje: kasutada eelmises ülesandes leitud soojustegurit.
  3. Kui suur oleks perekond Maasikate kodu soojuspumba kogu aastane elektritarbimine?
  4. Kui arvestada, et maa sisse kaevatava küttekontuuri keskmine soojusülekandetegur 18,3 W ühe meetri kontuuri kohta, siis mitu meetrit küttekontuuri peaks perekond Maasikas paigaldama?
  5. Kui palju väheneks perekond Maasikate aastane elektritarbimine, kui maja küttesüsteemi pealevoolu temperatuuri langetatakse 1 °C võrra?

Oma vastuseid saad esitada kuni 20. märtsini kell 23.59 sellel lingil:

https://forms.gle/9mh1nJx6fSyd1jdGA

Head lahendamist!