Eelmises peatükis õppisime, et elektrifikatsioon kahandaks transpordi energiakulu $80\%$ võrra, moodustades viiendiku selle praegusest tasemest. Ühistransport ning rattasõit on autosõidust kuni $40\%$ efektiivsemad. Kuidas on aga lood kütmisega? Kui palju energiat saaksime tehnoloogia või elustiilimuutuste abil säästa?

Hoone kütmiseks kasutatava energiahulga saame, kui korrutame omavahel kolm suurust:

Lubage ma selgitan seda valemit (mida kirjeldatakse täpsemalt peatükis Kütmine II) näite abil. Minu maja on kolme magamistoaga paarismaja, mis ehitati umbes 1940. aastal (joonis 21.1). Hoone sise- ja välitemperatuuride erinevuse keskmine väärtus sõltub termostaadi seadistusest ning ilmast. Kui termostaat on pidevalt $20$ kraadi peal, võib keskmine temperatuurierinevus olla kuni $9{}^{\circ }C$. Hoone leke kirjeldab seda, kui kiiresti soojus selle temperatuurierinevuse tõttu läbi seinte, akende ja pragude välja pääseb. Seda leket nimetatakse mõnikord hoone soojuskao näitajaks. Selle näitaja ühikuks on $kWh$ päevas ühe kraadi temperatuurierinevuse kohta. Kütmine II peatükis arvutatakse minu maja lekkeks 2006. aastal $7,7{kWh/p\ddot{a}ev/}^{\circ }C$. Korrutis

näitab, kui kiiresti soojus majast soojusjuhtivuse ja ventilatsiooni läbi välja pääseb. Kui keskmine temperatuurierinevus on näiteks $9{}^{\circ }C$, siis on soojuskadu

See on rohkem kui Soojendamise ja jahutamise peatükis saadud ruumi küttekulu. Seda kahel põhjusel: esiteks eeldab see valem, et kogu soojus tuleb katlast, kuid tegelikkuses tuleb osa soojusest ka juhuslikest soojusallikatest, nagu näiteks inimesed, elektroonikaseadmed ning Päike; teiseks eeldasime Soojendamise ja jahutamise peatükis, et $20{}^{\circ }C$ juures hoiti vaid kahte ruumi – kogu hoone sellel temperatuuril hoidmiseks on vaja rohkem energiat.

Olgu, kuidas saame siis kütmiseks kulutatavat energiahulka vähendada? Selleks on, nagu ikka, kolm võimalust:

1. Keskmise temperatuurierinevuse vähendamine. See saavutatakse termostaadi maha keeramise abil (või kui tunnete mõnda väga kõrgel kohal olevat isikut, siis ilma muutes).
2. Hoone lekete vähendamine. Seda saab teha hoone soojustust parandades – kolmekordsed aknad, tuuletõmbe vähendamine, pehmed tekid. Või midagi radikaalsemat: tirime hoone maha ja asendame selle paremini soojustatud majaga. Või siis vähendades inimese kohta käiva maja suurust. (Lekkimine on tavaliselt seda suurem mida suurem on hoone põrandapind, sest järelikult on suuremad ka seinapindala, akende hulk ning katus.)
3. Küttesüsteemi efektiivsuse tõstmine. Võite ju arvata, et $90\%$ kõlab hästi, kuid tegelikult oleme palju rohkemaks võimelised.

Rääkides kõrge tasuvusega tehnoloogiast ei leidu paremat kui on termostaat (koos villase kampsuniga). Temperatuuri alla keerates kasutab teie hoone koheselt vähem energiat. See on justkui maagia! Iga termostaadil maha keeratud kraad vastab Suurbritanias ligikaudu $10$-protsendilisele soojuskao vähenemisele. Termostaadi maha keeramisel $20$-lt kraadilt $15$-kraadini väheneb soojuskadu ligi poole võrra. Juhuslike soojusallikate tõttu on küttekulude pealt säästmine isegi suurem kui see soojuskao vähendamine.

Kahjuks on sellel suurepärasel energiasäästu meetodil ka kõrvalmõjud. Mõned inimesed nimetavad termostaadi maha kruttimist elustiilimuutuseks ning pole sellega üldse rahul. Esitan hiljem selle elustiiliprobleemi kõrvaldamiseks mõningaid lahendusi. Seniks aga tõestame, et „targa küttesüsteemiga hoone kõige olulisemaks targaks komponendiks on selle elanik.“ Joonisel 21.2 toodud andmed pärinevad Carbon Trust uurimusest, milles vaadeldi kaheteistkümne identse modernse maja soojustarvet. Tänu sellele uurimusele näeme, et majas nr 1 elav perekond kulutas kaks korda rohkem soojusenergiat kui perekond Villased majas number 12. Peame siiski nende numbrite osas tähelepanelikud olema: majas number 1 elav perekond kulutab $43kWh$ päevas. Kui see tundub hullumeelne, siis meenutagem, et hetk tagasi hindasime minu maja energiakuluks veelgi rohkem! Tõepoolest – minu keskmine gaasitarve aastatel 1993 kuni 2003 oli veidi rohkem kui $43kWh$ päevas (Joonis 7.10). Ning enda arvates olin ma väga kokkuhoidlik! Probleem on majas endas. Kõigi Carbon Trust uuringu modernsete majade leke oli $2,7kWh/p{/}^{\circ }C$, kuid minu maja leke oli  $7,7kWh/p{/}^{\circ }C$. Lekkivate majade inimesed...

Mida küll teha vanade lekkivate hoonetega ilma, et peaksime kutsuma buldooseri? Joonisel 21.3 on näidatud vanade era-, paaris- ja rõduga hoonete küttekulud erinevate lekkekindlust parandavate muutuste järel. Lagede ja seinte soojustamise abil väheneb keskmise vana maja soojuskadu ligikaudu $25$ protsendi võrra. Tänu juhuslikele soojusallikatele tähendab see $25$-protsendiline soojuskao vähenemine ligikaudu $40$-protsendilist energiakulu vähenemist.

Tutvustasin juba varem teile oma maja. Jätkame sealt samast. 2004. aastal paigaldasin ma meie vana gaasikatla asemele kondensatsioonikatla. (Kondensatsioonikatel kasutab väljundgaaside abil sisse tuleva õhu soendamiseks soojusülekannet.) Samal ajal eemaldasin ma ka meie maja kuumaveeboileri (see tähendab, et vett soojendatakse vaid vastavalt tarbimisele) ning asetasin kõigi magamistubade radiaatoritele termostaadid. Uue kondensatsioonikatlaga oli kaasas ka uus soojuskontroller, mille abil ma saan päeva eri aegadele seada erineva temperatuuri. Tänu nendele muutustele vähenes minu energiatarve $50$-lt kilovatt-tunniselt päeva keskmiselt $32kWh$-ni päevas.

See langus $50$-lt kilovatt-tunnilt päevas $32$-le on üpriski rahuldav, kuid see pole piisav, kui meie eesmärgiks on kahandada ühe isiku süsinik-jalajälg alla ühe tonni $C{O}_2$ aastas. $32kWh/p$ gaasi vastab rohkem kui kahele tonnile süsinikdioksiidile aastas.

2007. aastal hakkasin ma oma energiamõõdikutele rohkem tähelepanu pöörama. Lasin ära soojustada oma maja seinaõõnsused (joonis 21.5) ning parandasin lagede soojustust. Asendasin oma vana tagaukse kahekordse klaasiga uksega ning lisasin majaesisele rõdule kahekordse klaasiga lisaukse (joonis 21.6). Kõige olulisem aga oli see, et hakkasin rohkem tähelepanu pöörama oma termostaadi seadistusele. Selle tähelepanu tulemuseks oli gaasitarbe vähenemine veel poole võrra. Viimase aasta tarve oli vaid $13kWh/p$!

Kuna see juhtum sisaldab endas igasuguseid hoone parandusi ning käitumismuutuseid, on raske välja selgitada, millised muutused olid olulisimad. Minu arvutuste kohaselt (peatükis Kütmine II) vähendas lisasoojustus maja leket $25\%$ võrra, $7,7kWh/p{/}^{\circ }C$  lekkelt $5,5kWh/p{/}^{\circ }C$ lekkeni. See on siiski palju suurem leke kui ühelgi moodsal majal. Vana maja lekke vähendamine on kohutavalt keeruline!

Minu peamiseks nipiks on seega termostaadi kruttimine. Milline on mõistlik termostaadi seadistus? Tänapäeval tundub, et enamike inimeste jaoks on  $17{}^{\circ }C$ kannatamatult külm. Kuid keskmine talvehooaja temperatuur Briti kodudes on $13{}^{\circ }C$! See, kui külm või soe mingi temperatuur kellegi jaoks tundub, oleneb nende hetke ning viimase tunni aja tegevustest. Minu soovituseks on termostaadi näidu peale mitte mõelda. Selle asemel, et termostaat mingile kindlale väärtusele sättida, jätke see lihtsalt suuremaks osaks ajast mingile madalale väärtusele (näiteks $13$ või $17{}^{\circ }C$) ning kui tunnete külma, keerake temperatuuri lühiajaliselt juurde. See on sama lugu nagu tuledega raamatukogus. Kui me küsime endalt „Kui hästi peaksid raamaturiiulid valgustatud olema,“ siis vastame kindlasti: „Piisavalt, et saaksime raamatu pealkirja välja lugeda.“ Seetõttu oleksid alati kasutuses kõige heledamad tuled. See küsimus eeldab aga, et peame valgustust parandama – kuid me ei pea seda tegema. Me võime võtta kasutusele lülitid, mille lugejad ise sisse lülitavad ning hiljem taas välja lülitavad. Samamoodi ei pea termostaat pidevalt $20{}^{\circ }C$ peal olema.

Enne termostaadi seadistuse teema lõpetamist peaksin mainima ka õhukonditsioneeri. Kas ka teid ajab närvi, kui sisenete suvel hoonesse, mille õhukonditsioneeri termostaat on seatud  $18{}^{\circ }C$ peale? Nende hoonete hullud haldajad sunnivad kõiki viibima kliimas, mida talvisel ajal peaksid kõik liiga külmaks! Jaapanis soovitatakse valitsuse poolt välja antavates jahutusalastes juhtnöörides panna õhukonditsioneeride seadistuseks  $28{}^{\circ }C$.

Kui teil tekib võimalus ehitada täiesti uus hoone, siis on teil mitmeid võimalusi garanteerida, et selle kütteenergia tarve oleks palju väiksem kui vanadel hoonetel. Joonisel 2.2 nägime, et moodsate hoonete soojustusstandardid on palju paremad kui 1940ndatel ehitatud kodudel. Kuid Suurbritannia ehitusstandardid võiksid olla veel palju paremad, nagu selgitame peatükis Kütmine II. Parimate tulemuste saamiseks on kolm head lahendust: (1) väga paks kiht soojustust põrandates, seintes ning katustes; (2) hoone lekkekindlaks muutmine ning aktiivse ventilatsiooni kasutamine, et tagada värske õhk ning eemaldada seisev ja niiske õhk, kusjuures soojusvaheti püüab eemaldatud õhust passiivselt soojust; (3) hoone ehitamine viisil, mil see kasutab võimalikult palju ära päikesevalgust.

Seni on see peatükk keskendunud temperatuuri kontrollimisele ning lekkimisele. Vaatame nüüd järgmise võrrandi kolmandat tegurit:

Kui efektiivselt saab kütteenergiat toota? Kas meie kütteenergia on odav? Hetkel pärineb Suurbritannia hoonete kütteenergia peamiselt fossiilkütuse (maagaasi) põletamisest boilerites, mille efektiivsus on $78-90\%$. Kas me saaksime lõpetada fossiilkütuste kasutamise ning samas muuta hoonete kütmise veelgi efektiivsemaks?

Üks tehnoloogia, mida peetakse Suurbritannia kütteprobleemi lahenduseks, on „kombineeritud soojus- ja elektrienergia“ ehk CHP (Combined heat and power) või siis selle sugulane mikro-CHP. Selgitan kombineeritud soojus- ja elektrienergia põhimõtet ka lähemalt, kuid ütlen kohe ära, et see on minu arvates halb idee, sest kütmise jaoks leidub palju parem tehnoloogia nimega soojuspump, mida ma samuti veidi hiljem selgitan.

Kombineeritud soojus- ja elektrienergia

Tavaliste suurte elekrijaamade kohta arvatakse, et need on kohutavalt ebaefektiivsed, kaotades pidevalt korstendest ja jahutustornidest soojust. Veidi haritum arvamus mõistab, et soojusenergia elektrienergiaks muutmisel ei saa me soojuse külma kohta viimisest ei üle ega ümber (joonis 21.8).

Kütteseadmed lihtsalt töötavad nii. Külm koht lihtsalt peab olema. Siiski öeldakse, et me võiks seda „jääksoojust“ kasutada hoonete kütmiseks ning seda tornides või vees mitte jahutada. Selle idee nimi ongi „kombineeritud soojus- ja elektrienergia“ ehk koostootmine ning seda on mandri-Euroopas juba mitmekümne aasta jooksul kasutatud. Suurlinnades integreeritakse lihtsalt suured elektrijaamad piirkonna küttesüsteemiga. Selle idee modernse taassünni ehk mikro-CHP pooldajad väidavad, et peaksime ehitama väikeseid elektrijaamu üksikutesse hoonetesse või paari hoone peale – need jaamad varustaksid elektri ja soojusega neid hooneid ning lisaelekter läheks otse võrku.

On kindlasti mingil määral tõsi, et Suurbritannia on praegu kaugkütte ning kombineeritud soojus- ja elektrienergia alal üsna tagurlik, kuid seda diskussiooni piirab arvandmete puudus ning kaks spetsiifilist viga. Esiteks kasutatakse kütuse erinevate kasutusviiside võrdlemisel efektiivsuse valet mõõtu – selles eeldatakse, et elektri ning soojusenergia väärtus on sama. Tõde on aga see, et elekter on väärtuslikum kui soojusenergia. Teiseks eeldatakse tihti, et traditsioonilise elektrijaama „jääksoojust“ saab kasuliku eesmärgi nimel kinni püüda ilma elektrijaama elektritootmist mõjutamata. See pole kahjuks aga tõsi, nagu numbrite abil ka näeme. Kasuliku soojuse kliendini transportimisel väheneb toodetava elektri hulk mingil määral. Kombineeritud soojus- ja elektrienergia koguvõit on tihti palju väiksem kui meediakajastuse põhjal võiks tunduda.

Kombineeritud soojus- ja elektrienergia alasele ratsionaalsele arutluskäigule on viimaseks piiranguks alles hiljuti esile kerkinud müüt, mille kohaselt muudab tehnoloogia detsentraliseerimine selle mingil moel rohelisemaks. See tähendab et arvatakse, et suured kesksed fossiilkütust kasutavad elektrijaamad on pahad, kuid et suur hulk pisemaid kohalikke mikro-elektrijaamasid on väga hea. Kui selline detsentraliseerimine on tõepoolest hea idee, siis peaks see „väike on parem“ tõsiasi kajastuma ka arvandmetes. Detsentraliseerimine peaks ennast õigustada suutma. Arvudest selgub aga, et tsentraalsel elektritootmisel on nii majanduslikus kui ka energia mõttes mitmeid eeliseid. Kohalik elektritootmine on kasulik vaid suurte hoonete korral ning see eelis on vaid $10-20\%$.

Suurbritannia valitsus on võtnud eesmärgiks kasvatada kombineeritud soojus- ja elektrienergia tootmise 2010. aastaks $10$-gigavatini, kuid minu meelest on gaasipõhise soojus- ja elektrienergia tootmise suurendamine viga. Selline kombineeritud soojus- ja elektrienergia pole roheline: see kasutab fossiilkütust ning kinnitab fossiilkütuste kasutamist veelgi. Teades, et soojuspumbad on parem tehnoloogia, peaksime me minu arust gaasipõhise kombineeritud soojus- ja elektrienergia lihtsalt vahele jätma ning kohe soojuspumbadele üle minema.

Soojuspumbad

Nagu ka kaugküte ning kombineeritud soojus- ja elektrienergia, on soojuspumbad mandri-Euroopas juba ammu laialdaselt kasutuses. Mingil põhjusel aga mitte Suurbritannias. Soojuspumbad on põhimõtteliselt tagurpidi töötavad külmkapid. Katsuge oma külmiku tagaseina: see on soe. Külmkapp liigutab soojust ühest kohast (selle sisemusest) teise (selle tagapaneelile). Seega on üheks hoone kütmise viisiks keerata külmkapp pahupidi – panna külmiku sisemus aeda, jahutades aia õhku, ning jätta külmiku tagapaneel oma kööki, soendades maja sisemust. Iga elektrivõrgust tõmmatud kilovati energia kohta pumpab pahupidine külmkapp teie aiast sisse kolm kilovatti soojust: kokku lisandub teie majja neli kilovatti soojust. Seega on soojuspumbad elektriradiaatoritest ligikaudu neli korda efektiivsemad. Kui elektriradiaatori efektiivsus on $100\%$, on soojuspumba efektiivsus $400\%$! Soojuspumba efektiivsust nimetatakse tihti selle kasutusteguriks ehk COP-ks. Kui seadme efektiivsus on $400\%$, on selle kasutustegur $4$.

Soojuspumpasid saab ehitada mitmel viisil (joonis 21.10). Soojuspump jahutab teie aias olevat õhku soojusvaheti abil (tavaliselt umbes ühe meetri kõrgune valge karp, joonis 21.11) – sellisel juhul nimetatakse seda seadet õhksoojuspumbaks. Teise variandina jahutab soojuspump suure hulga (mitukümmend meetrit pikkade) maa-aluste torude abil maapinda – sellisel juhul on selle seadme nimeks maasoojuspump. Õhku saab pumbata ka läbi jõgede ja järvede.

Mõned soojuspumbad pumpavad õhku mõlemas suunas. Kui õhksoojuspump töötab tagurpidi, jahutab see elektri abil hoone sees olevat õhku ning soojendab välisõhku. Seda nimetatakse õhu konditsioneerimiseks. Mitmed õhukonditsioneerid ongi tõepoolest sel viisil töötavad soojuspumbad. Maasoojuspumbad võivad samuti õhku konditsioneerida. Seega saab ühte ja sama seadet kasutada talvel õhu soojendamiseks ning suvel jahutamiseks.

Mõnikord öeldakse, et maasoojuspumbad kasutavad geotermilist energiat, kuid see pole asja õige nimi. Nagu nägime peatükis Geotermiline, pakub geotermiline energia suures osas maailmas pindalaühiku kohta ülitillukest energiahulka (ligikaudu $50mW/m^2$). Soojuspumpadel pole selle tillukese energiahulgaga midagi pistmist ning neid saab kasutada nii jahutamiseks kui ka kütmiseks. Soojuspumbad kasutavad maapinda lihtsalt soojuse kogumiseks või selle hoiustamiseks. Soojuse pideva kogumise ajal maapinnast taastub see soojus tegelikult Päikeselt tuleva energia abil.

Selles peatükis peame rääkima veel kahest asjast. Peame võrdlema soojuspumpasid kombineeritud soojus- ja elektrienergiaga ning arutlema maasoojuspumpade piirangute üle.

Soojuspumpade ning kombineeritud soojus- ja elektrienergia võrdlus

Varem arvasin, et kombineeritud soojus- ja elektrienergia on iseenesestmõistetav. „Loomulikult peaksime elektrijaamade jääksoojust jahutustornide asemel hoonete kütmisel ära kasutama!“ Tegelike CHP-süsteemide arvandmete tähelepanelikul uurimisel jõudsin aga järeldusele, et elektri saamiseks ning hoonete kütmiseks leidub ka paremaid viise.

Järgnevalt koostan ma kolme sammuga ühe graafiku. See graafik näitab, kui palju elektri- või soojusenergiat saame keemilise energia abil toota. Horisontaaltelg näitab elektrilist efektiivsust ning vertikaaltelg soojusefektiivsust.

Tavalahendus ilma CHP-ta

Esimese sammuna näitame puhast elektrit ning puhast soojust tootvaid tavalisi elektrijaamasid ning küttesüsteeme.

Kondensatsioonikatelde (üleval vasakul asuv täpp, A) efektiivsus on $90\%$, sest $10\%$ soojusest väljub korstna kaudu. Suurbritannia gaasielektrijaamade (paremal all asuv täpp, B) efektiivsus gaasi keemilise energia elektrienergiaks muundamisel on hetkel $49\%$. Kui soovite kasutada elektrist ning maagaasist saadud soojuse segu, võime põletada elektrijaamas ja katlas sobival hulgal gaasi. Seega saab selle uue standardlahenduse abil toota joone AB suvalise punkti väärtusega märgitud hulgal elektri ja soojusefektiivsust, kasutades elektri ja soojuse tootmiseks kahte erinevat seadet.

Ajaloolise perspektiivi eesmärgil on joonisele märgitud ka vana standardlahendus (tavaline katel, mille efektiivsus on $79\%$) ning paarikümne aasta tagune elektritootmismeetod (kivisöe-elektrijaam, mille efektiivsus on ligikaudu $37\%$).

Kombineeritud soojus- ja elektrienergia

Järgmisena lisame joonisele kombineeritud soojus- ja elektrienergia süsteemid. Need süsteemid toodavad keemilise energia abil nii elektrit kui ka soojust.

Kõik täidetud täpid tähistavad Suurbritannias asuvate tegelike kombineeritud süsteemide toodangut vastavalt nende tüübile. Seest tühjad täpid kirjega „CT“ näitavad Carbon Trusti esitatud ideaalsete kombineeritud süsteemide toodangut. „Nimbus“ kirjega seest tühjad täpid pärinevad tootjapoolsetest tooteandmetest. Kirjega „ct“ märgitud täpid tähistavad Carbon Trust'i poolt esitatud andmeid kahest tegelikust süsteemist (Freeman'i Haigla ja Elizabeth House).

Sellelt jooniselt peaks peamise asjana silma hakkama tõsiasi, et kombineeritud süsteemide elektrilised efektiivsused on tunduvalt väiksemad kui vaid elektrit tootvate jaamade $49$-protsendiline efektiivsus. Seega pole soojus „lihtsalt tasuta jääktoodang.“ Soojustootmise suurendamine muudab toodetud elektri hulka.

On üpriski tavapärane, et need kaks arvu (elektri- ja soojustoodangu efektiivsus) liidetakse koguefektiivsuse saamiseks kokku – näiteks annaks väljalaske-kondensatsiooniturbiini $10$-protsendiline elektritoodangu efektiivsus ning $66$-protsendiline soojustoodangu efektiivsus kokku $76\%$. See on minu meelest aga väga eksitav järeldus. Selle sama mõõtühiku kohaselt on ju kondensatsioonikatla $90$-protsendiline efektiivsus suurem kui kõigil kombineeritud süsteemidel! Me ei saa ei üle ega ümber faktist, et elektrienergia on väärtuslikum kui soojus.

Mitmed sellel joonisel esitatud kombineeritud soojus- ja elektrienergia täpid on paremad kui „varasemad viisid“ (elektrienergia saamine kivisöest ning soojuse saamine tavalistest kateldest). Ning ideaalsed kombineeritud süsteemid on veidi paremad kui „uued viisid“ (elektri saamine gaasist ja soojuse saamine kondensatsioonikateldest). Kuid peame meeles pidama, et see väike erinevus ei ole ilma kõrvalmõjudeta – kombineeritud süsteem annab soojust vaid hoonetele, millega see seotud on, samas kui kondensatsioonikatlad võivad asuda küttevõrgustiku igas punktis. Tavalahendusega võrreldes pole kombineeritud süsteemid oma elektri- ja soojustoodangu suhtes eriti paindlikud. Kombineeritud süsteem töötab kõige paremini olukorras, kus see toodab vaid kindlal hulgal soojus- ja elektrienergiat. See väike paindlikkus vähendab jaama efektiivsust näiteks olukorras, kus toodetakse lisasoojust. Tavalise maja elektritarve toimub tavaliselt võrdlemisi lühikeste etappidena, mistõttu seda ei saa soojustarbega eriti hästi võrrelda. Viimasena tuleb mainida probleemi, milles mõningad mikro-CHP süsteemid lisaelektri olemasolu korral seda väga hästi peavõrku ei jaga.

Nüüd lisame joonisele ka soojuspumbad, mis kasutavad elektrivõrgust saadud energiat välise sooja õhu hoonetesse pumpamiseks.

Need peaaegu vertikaalsed rohelised jooned kujutavad elektri ja soojuse kombinatsioone, mis on saavutatavad soojuspumpadega, mille kasutustegur on vastavalt kas $3$ või $4$. Siinkohal eeldatakse ka, et soojuspumpade poolt kasutatav lisa-elektrienergia on toodetud kas tavalises või väga moodsas gaasi jõul töötavas elektrijaamas ning et soojuspumbaga hoone ning riikliku elektrivõrgu ehk elektrijaama vahelise transpordi jooksul on energiakadu vaid $8\%$.

Selle moodsa gaasielektrijaama efektiivsus on optimaalsete tingimuste korral $53\%$. (Kujutan ette, et Carbon Trust ning Nimbus kasutasid nende poolt pakutud numbrite arvutamiseks sama eeldust). Tulevikus on soojuspumbad kindlasti veel paremad, kui mina siin eeldanud olen. Jaapanis näiteks, kus seadusandlus soodustab suuri efektiivsust tõstvaid muutusi, on saadaval soojuspumbad kasutusteguriga $4,9$.

Pangem tähele, et soojuspumbade abil saame kasutada süsteemi, millel võib olla „rohkem kui $100$-protsendiline efektiivsus.“ Näiteks võivad soojuspumbale elektrit tootvad „parimad gaasi-elektrijaamad“ toota $30$-protsendilise efektiivsusega elektrit ning $80$-protsendilise efektiivsusega soojust, andes „koguefektiivsuseks“ $110\%$. Ükski kombineeritud süsteem ei suuda sellise tootlikkusega võistelda.

Lubage ma selgitan seda lähemalt. Soojuspumpade efektiivsus on suurem kui kondensatsioonikatlal – seda ka siis, kui soojuspumba elekter tuleb maagaasi põletavast elektrijaamast. Kui me tahame maagaasi abil kütta paljusid hooneid, võime neisse paigaldada kas $90$-protsendilise efektiivsusega kondensatsioonikatlad või siis kasutada seda sama maagaasi uues elektrijaamas elektri tootmiseks ning paigaldades kõikidesse hoonetesse hoopiski soojuspumbad. Selle lahenduse efektiivsus jääb kuhugi $140$ ja $185$ protsendi vahemikku. Me ei pea soojuspumpade kasutamiseks oma aeda suurt auku kaevama või siis põrandakütet kasutama. Parimad õhksoojuspumbad (mille tarbeks on vaja vaid pisikest õuepoolset karpi, just nagu õhukonditsioneeril), kasutusteguriga üle $3$, saavad sooja vett otse radiaatoritesse edastada. Joonisel 21.22 toodud õhksoojuspump edastab sooja õhku otse kontorisse.

Seega ütleksin kokkuvõtvalt, et kuigi kombineeritud soojus- ja elektrienergia kõlab hea ideena, pole see hoonete kütmiseks ning maagaasist elektri tootmiseks tõenäoliselt just parim idee, eeldades, et neisse hoonetesse saaks paigaldada ka õhk- või maasoojuspumba. Õhksoojuspumpadel on veelgi enam eeliseid, mida samuti mainida tuleks: soojuspumpa saab kasutada igas hoones, millel on elektriühendus; soojuspumpa saab kasutada ükskõik millise elektriallika abil – ka siis, kui maagaas on otsa saanud või bensiinihind tõuseb taevani; lisaks on soojuspumbad paindlikud: neid saab vastavalt hoone elanike vajadustele kas sisse või välja lülitada.

Pean veel rõhutama, et see kriitiline võrdlus ei tähenda, et kombineeritud soojus- ja elektrienergia on alati halb idee. Ma võrdlesin siinkohal vaid tavaliste hoonete kütmist, sest need vajavad vaid väga tavalist soojust. Kombineeritud süsteeme saab kasutada aga ka kõrgetasemelise soojusenergia tootmiseks tööstushoonetele (näiteks $200{}^{\circ }C$). Selliste tööstuslike lahenduste puhul ei ole soojuspumbad eriti head, sest nende kasutustegur oleks palju madalam.

(Soojuspumpade) kasvupiirangud

Kuna maapinna temperatuur mõne meetri sügavusel püsib pidevalt umbes $11{}^{\circ }C$ juures, olgu tegu kas suve või talvega, on maapind teoreetiliselt soojuspumba soojuse saamiseks parem paik kui õhk, sest talvel võib õhk olla $10$ või $15$ kraadi külmem kui maapind. Seega soovitavad soojuspumbaalased nõustajad võimaluse korral õhksoojuspumba asemel maasoojuspumpa eelistada. (Kui sise- ja välistemperatuuride vahe on suur, töötavad soojuspumbad väiksema efektiivsusega.)

Kuid maapinnas pole lõpmatul hulgal soojust. Soojus peab kusagilt ju tulema, kuid maapind pole eriti hea soojusjuht. Kui me neelame maapinna soojust liiga kiiresti, muutub ka maapind jääkülmaks ning maasoojuspumba efektiivsus väheneb.

Suurbritannias on soojuspumpade peamiseks tööks talvisel ajal hooneid kütta. Selle soojuse peamiseks allikaks on Päike, mis maapinda otsese kiirguse ning õhu soojusjuhtivuse abil täiendavalt soojendab. Maapinnast soojuse eemaldamise kiirus peab vastama kahele piirangule: see ei tohi põhjustada talvisel ajal maapinna temperatuuri liiga suurt langust ning talvel maapinnast võetud soojus tuleb suvel sinna uuesti tagasi panna. Kui on mingigi võimalus, et seda talvel kasutatud soojust suve jooksul maapinda tagasi ei panda, tuleb seda protsessi teha aktiivselt – näiteks kasutada soojuspumba süsteemi suve jooksul tagurpidi (ning seeläbi hoone õhku konditsioneerida).

Arutame siinkohal ka mõningaid numbreid. Kui suurt tükki maapinda on ühe maasoojuspumba jaoks vaja? Eeldame, et meie naabruskond on üpriski suure inimtihedusega – näiteks $6200$ inimest ruutkilomeetri kohta ($160m^2$ inimese kohta) – tüüpilise Briti eeslinna inimtihedus. Kas me saaksime kõik maasoojuspumpasid kasutada ilma, et meil läheks vaja aktiivset suvist soojuse maapinda tagasi viimist? Peatükis Kütmine II toodud arvutus annab meile ettevaatlikuks vastuseks ei: kui me tahame, et kõik naabruskonna elanikud tõmbaksid maapinnast soojust kiirusega $48kWh/p$ inimese kohta (mis on minu hinnangul tavaline talvine küttevajadus), lõppeks see sellega, et maapind külmuks talvel ära. Maapinna külmumise vältimiseks peaks soojuse eemaldamise kiirus olema alla $12kWh/p$ inimese kohta. Seega: kui me tahame kõik minna üle maasoojuspumpadele, peame me oma plaanidesse lisama suure hulga suvist maapinna soojendamist, tagades nii talveks piisaval hulgal maasoojust. See suvine maa soojendamine võiks kasutada õhukonditsioneeri sooja õhku või katusele asetatud Päikese abil töötavaid küttepaneele. (Suvist Päikese soojust kasutatakse maapinnas talviseks kütmiseks juba praegu ära Kanadas asuvas Drake Landing Päikese Kogukonnas [www.dlsc.ca].) Alternatiivina võiksime ka siin-seal kasutada õhksoojuspumpasid, et saada kogu vajatav soojus – eeldades, et meil on selle pumpamiseks vajalikul hulgal elektrit. Suurbritannias ei lange temperatuur väga palju alla nulli, mistõttu Põhja-Ameerika ja Skandinaavia mure soojuspumpade talvise kütteefektiivsuse languse kohta Suurbritannias tõenäoliselt ei kehti.

Minu järeldus: kas me saame vähendada kütmiseks kuluvat energiahulka? Jah. Kas me saame samas ka fossilkütuste kasutamise lõpetada? Jah. Kuid kõige lihtsamat lahendust ehk hoonete soojustamist ja termostaadi kruttimist unustamata peaksime asendama kõik meie fossiilkütuse abil töötavad kütteseadmed elektri jõul töötavate soojuspumpadega, vähendades seega energiakulu praeguste numbritega võrreldes $25\%$ võrra. See elektrifitseerimise plaan nõuab loomulikult rohkem elektrit. Kuid isegi kui see lisaelekter tuleks gaasielektrijaamadest, oleks see siiski palju parem küttesüsteem kui praegused lahendused, milles me lihtsalt gaasi põletame. Soojuspumbad on tulevikukindlad, võimaldades meil hooneid ükskõik millise elektriallika abil kütta.

Vastumeelsed inimesed ütlevad, et õhksoojuspumpade kasutustegur on halb – vaid $2$ või $3$. Kuid nende informatsioon on ajast ja arust. Kui me oleme hoolikad ning ostame vaid parimaid pumpasid, on ka tulemused palju paremad. Jaapani valitsus võttis vastu ligi kümnendi kestva efektiivsusplaani, mis on õhukonditsioneeride ülesehitust kõvasti parandanud. Tänu sellele plaanile on neil nüüd õhksoojuspumbad kasutusteguriga $4,9$. Need soojuspumbad oskavad toota nii sooja vett kui ka õhku.

Teine soojuspumpade vastane argument on: „Me ei saa lasta inimestel efektiivseid õhksoojuspumpasid oma kodudesse paigaldada, sest nad kasutaksid neid suvel õhu jahutamiseks.“ Vabandage väga – ma olen samuti lohaka õhukonditsioneeri kasutamise vastu, kuid need soojuspumbad on neli korda efektiivsemad kui ükski teine talvine küttemeetod. Näidake siis palun mõnda paremat lahendust. Puidugraanulid? Muidugi võiksid mõned puidukogujad puitu põletada. Kuid meil pole piisavalt puitu, et me kõik saaksime seda endale lubada. Metsas elavatele inimestele on piisavalt puitu. Kõigi teiste jaoks on soojuspumbad.

Lagede ja seinte soojustamise abil väheneb keskmise vana maja soojuskadu ligikaudu $25$ protsendi võrra. Eden ja Bending (1985)

Keskmine talvehooaja temperatuur Briti kodudes on  $13{}^{\circ }C$.Allikas: Tööstus- ja kaubandusosakond (2002a, peatükk 3.11)

Suurbritannia on kaugkütte ning kombineeritud soojus- ja elektrienergia alal üsna tagurlik. Suurbritannia elektrijaamades toodetav jääksoojus vastaks kogu riigi küttetarbele (Wood, 1985). Taanis panustas kaugküttesüsteem 1985. aastal kogu riigi küttekuludesse $42\%$, transportides soojust kuuma survevee abil $20$ või rohkema kilomeetri kaugusele. Ida-Saksamaal köeti keskküttesüsteemi abil 1985. aastal $4$ miljonit majapidamist $7kW$-ga. Kaks kolmandikku sellest soojusest pärines elektrijaamadest. Rootsis asuva Vasterasi linna küttekuludest moodustas elektrijaamade jääksoojus 1985. aastal $98\%$.

Soojuspumbad elektriradiaatoritest ligikaudu neli korda efektiivsemad. Vt 222.gshp.org.uk.

Mõningate juba praegu Suurbritannias müüdavate soojuspumpade kasutustegur on üle $4$ [yok2nw]. Lisaks toetab valitsus veesoojuspumpade ostmist rahaliselt, kui nende soojuspumpade kasutustegur on üle $4,4$ [2dtx8z].

Leidub tööstuslikke maasoojuspumbasid, mille kasutustegur jahutamisel on $5,4$ ning kütmisel $4,9$ [2fd8ar].

... on saadaval soojuspumbad kasutusteguriga $4,9$. HPTCJ (2007) andmetel on alates 2006. aastast olnud Jaapanis müügil soojuspumbad kasutusteguriga $6,6$. Tänu seadusandlusele kasvas soojuspumpade võimekus $3$-lt $6$-le vaid kümne aasta jooksul. HPTCJ (2007) kirjeldab õhksoojuspump-veesoojendit nimega Eco Cute, mille kasutustegur on $4,9$. Eco Cute tuli turule 2001. aastal. www.ecosystem-japan.com.

Veel lugemist soojuspumpade kohta:

ehpn.fiz-karlsruhe.de/en/,
www.kensaengineering.com, www.heatking.co.uk, www.iceenergy.co.uk.