Soojussõlm

Soojussõlm on hoone või hoonerühma seadmestik, mille abil soojusenergia tarbijad on ühenduses soojusvõrguga. Katlamaja ja hoonetevaheline soojusvõrk ühendatakse hoone küttesüsteemiga soojussõlme vahendusel. Soojussõlmes muudetakse välise soojusvõrgu soojuskandja temperatuur ja rõhk sobivaks hoone kütte- ja ventilatsioonisüsteemile ning põrandküttele. Igaüks neist vajab erineva temperatuuriga soojuskandjat.

Välises soojusvõrgus on otstarbekas kasutada kõrge temperatuuriga soojuskandjat. Mida kõrgem on soojuskandja temperatuur, seda väiksem võib olla ringlev veevool, kuid seda suuremad on soojuskaod. Tänapäeval on tavaliselt välises soojusvõrgus ülekuumendatud vesi. Hoone küttesüsteemis on uusehitistes maksimaalseks peale- ja tagasivoolu vee temperatuuriks soovitatud 70/50 °C, õhkkütte kalorifeeridele 70/40 °C, rekonstrueeritavates küttesüsteemides on lubatud maksimaalsed soojus­kandja temperatuurid 95/70 °C.
Eluruumides või büroohoonetes ei või kasutada üle 95 °C temperatuuriga soojus­kandjat. Küttesüsteemi vahetul ühendamisel soojusvõrguga on küttekehade maksi­maalne temperatuur võrdne soojusvõrgus ringleva soojuskandja maksimaalse tem­peratuuriga. Selline lahendus on võimalik siis, kui soojusvõrgus temperatuur ei ületa 90 °C. Enamasti ühendatakse hoone küttesüsteem soojusvõrguga soojussõlme vahendusel. Varem on kasutatud jugapumbaga soojussõlme, kus hoone soojuskandja ringleb jugapumba abil. Jugapumba kasutegur on umbes 30% ja see töötab katlamaja ringluspumba energia arvel. Segamistegur võib olla kuni kolm, st ruumide kütteks vajaliku küttevee temperatuuri saamiseks segatakse majast tagasitulevat jahedat vett soojusvõrgust tuleva kuuma kütteveega suhtes 0...3.

Tänapäeval kasutatakse soojussõlmes elektriajamiga tsentrifugaalpumpa, mille kasutegur on oluliselt suurem võrreldes jugapumbaga. Tagastuva ja antava vee segamistegurit võib muuta pumbaga soojussõlmes nullist lõpmatuseni. Selline soojussõlm võib töötada sõltuvas või sõltumatus soojusvõrgus, viimases on maja küttekontuur lahutatud katlamaja soojusvõrgust soojusvahetite abil. Sõltumatu küttekontuur võimaldab hoone küttesüsteemis erinevat rõhku, võrreldes soojusvõrgu rõhuga, see on eriti oluline erineva kõrgusega ja künklikul maastikul asuvate hoonete korral. Ringluspumbad valmistatakse väikese rõhkude vahe jaoks, kuni 1 baar, seetõttu on nende pumpade ajamimootorid ka väikese võimsusega. Soojussõlmede skeemid on esitatud joonisel 1. Küttesüsteemis püsiva rõhu tagamiseks ja vooluhulga muutmiseks võib pumba kiirust reguleerida rõhu järgi. Pumbamootori kiiruse reguleerimiseks kasutatakse väikeste pumpade juures pingega reguleerimist ja võimsamate pumpade juures sagedusreguleerimist. Kasutusel on ka fikseeritud kiirusega mitmekiiruselised elektrimootorid.

Soojussõlmes on eraldi soojusvahetid ja torustikud sooja tarbevee, ventilatsiooni kalorifeeride ja põrandkütte jaoks, kuna need vajavad kõik erineva temperatuuriga soojuskandjat. Soojussõlmes on soojusvahetite soojusprotsessid automatiseeritud väljuva vee temperatuuri stabiliseerimise või reguleerimise teel, selleks kasutatakse temperatuuriregulaatoreid.

Soojussõlme automaatika

Katelde ja soojussõlmede küttevõimsust (soojusväljastust) reguleeritakse tänapäeval automaatselt. Selleks muudetakse soojusvõrku või maja küttetorustikku antava vee temperatuuri pöördvõrdeliselt välistemperatuuriga. Mida madalam on välistemperatuur, seda kõrgem peab olema soojuskandja temperatuur. Peale küttevee temperatuuri reguleeritakse veel soojussõlmest väljuva sooja tarbevee temperatuuri, see hoitakse  stabilisena ühel väärtusel. Samuti võib olla eraldi kontuur õhuvahetuse kalorifeeridele või põrandküttele. Nendesse kontuuridesse suunatava vee temperatuuri reguleerimiseks kasutatakse enamasti elektroonilisi automaatregulaatoreid.  Nende kontuuride temperatuurid ja temperatuuri dünaamika on erinevad ning seetõttu tuleb kasutada iga kontuuri jaoks eraldi regulaatorit, mis asuvad tavaliselt ühes kestas ja moodustavad nn. reguleerimiskeskuse. Peale regulaatorite on seal ka ajarelee taimeri või lihtsa mehaanilise programmkella näol erinevate juhtimisprogrammide sisselülitamiseks kellaaja ja nädalapäevade järgi.
Reguleerimiskeskuses on elektroonilised temperatuuri analoog- või digitaalregulaatorid. Enamasti kasutatakse proportsionaal-integraal-(PI) või PID-regulaatoreid (PID). Need regulaatorid on võimelised reageerima paindlikult olukorra muutumisele, näiteks suurele tarbevee kulule õhtul, kui paljud elanikud tarbivad sooja vett üheaegselt ja on vaja kiiresti lülitada soojusvaheti täisvõimsusele. Digitaalregulaatoreid saab juhtida paindliku programmi järgi. Nii näiteks võib öösel mõneks tunniks seada sooja tarbevee temperatuuriks 65 °C, et hävitada võimalikud bakterid soojaveetorustikus.

Peale temperatuuriregulaatorite võivad  soojussõlmes olla ka rõhuregulaatorid, millega hoitakse kas torustikus sobivat rõhku või peale ja tagasivoolu rõhkude vahet. Enamasti kasutatakse otsetoimerõhuregulaatoreid st regulaator töötab torustiku rõhu toimel ja ei vaja energiat kõrvalt (näiteks elektrienergiat).

Soojussõlme sisendis mõõdetakse tarbija (maja, hoone) poolt soojusvõrgust võetavat soojusenergiat.
Selleks kasutatakse mitmesuguseid soojusenergia arvesteid. Nende arvestite energiaühik on kas kWh, MWh või GJ.

Soojussõlme automaatika võib olla hoone automaatika osa ja selle juhtimisel. Hoone automaatika juhib ja reguleerib hoone üksikute ruumide temperatuuri, ventilatsiooni, valgustust, CO2kontsentratsiooni jt sisekliima parameetreid, kontrollib tuleohutust, pääsu ruumidesse jne.

Küttevee temperatuuri reguleerimine
Soojussõlmes küttevee temperatuuri reguleerimine välistemperatuuri järgi tagab üksikute ruumide temperatuuri ligikaudu soovitud väärtuse. Mõned ruumid on soojemad soovitust, mõned jahedamad.  
Iga ruumi temperatuur muutub seal eritunud soojusest ja sõltuvalt soojuskadudest. Ruumi täpsema temperatuuri tagamiseks tuleb radiaatorid varustada termostaatventiilidega, sellises küttesüsteemis reguleeritakse küttevee temperatuur soojussõlmes veidi kõrgemaks, et soojust oleks küllalt iga ruumi jaoks ja termostaatventiil saaks kütet vajaduse korral piirata.

Kõik analoog- ja digitaalregulaatorid reguleerivad küttekehadesse antava küttevee temperatuuri välisõhu temperatuuri järgi, seda sõltuvust nimetatakse temperatuurigraafikuks (küttegraafikuks). Lihtsamate regulaatorite temperatuurigraafik on sirge (Joon 2a). Analoogregulaatoritel valitakse seadeväärtuseks talvine küttevee temperatuur näiteks −15 °C juures (graafikul punkt A) ja graafiku kalle temperatuuride vahe  väärtuse seadmisega regulaatorile. Öine küttevee temperatuuri vähenemine  seatakse kolmanda seadelüliga.

Ajarelee (taimer, programmkell) lülitab öise küttevee temperatuurilanguse seade (temperatuurigraafiku) sisse ja välja soovitud kellaaegadel. On ka teisi temperatuurigraafikute reguleerimise viise (Joon 2b), kus küttegraafiku kalle määratakse kaldeteguri järgi ja seatakse regulaatorile vastava kaldeteguri seadeväärtuse nupuga või digitaalregulaatoril valitakse menüüst. Sooja aja küttevee temperatuur määratakse vastava seadenupuga, mis võimaldab temperatuuriväärtust d korrigeerida ±8 °C ulatuses.

Kõigile regulaatoritele võib lisada ka toatemperatuuri anduri, mille järgi toimuks küttevee temperatuuri muutmine veel ka toatemperatuuri järgi. Tavaliselt aga seda andurit ei kasutata, sest ei ole sellist keskmise temperatuuriga tuba majas, kuhu andur paigaldada. Anduriga toa tuulutamisel lisab automaatika kogu majale kütet ja näiteks päikese toimel toa soojenemisel vähendatakse kütet, kuigi osa ruume kuhu päike sisse ei paista on jahedad. Büroohoonetes saaks anduri paigutada ruumidevahelisse koridori või väikemajas elutuppa, kus viibitakse enamik ajast. Parem on ruumitemperatuuri andurit mitte kasutada ja ruumide temperatuur hoida stabiilsena radiaatorite termostaatventiilidega, sel juhul on iga toa temperatuur eraldi reguleeritav ja saavutatav suurem energiasääst, kui seda saadakse keskse regulaatoriga.

Büroohoonetes ja ettevõtetes saab töövälisel ajal vähendada ruumide temperatuuri, selleks on regulaatorile seatav ööpäeva ja nädala temperatuurigraafik, mida juhitakse elektrooniliste taimerite või mehaaniliste programmkellade vahendusel. Elamus võib toatemperatuuri kokkuhoiu eesmärgil vähendada öösel. Selleks seatakse öine küttevee temperatuur võrreldes päevasega näiteks 5 K võrra madalamaks, samas muudetakse seda aga sõltuvalt välistemperatuurist nagu päevalgi. Hoone või ruumi ööpäevane perioodiline temperatuuri muutmine ei anna erilist kokkuhoidu, sest jahtunud hoone üleskütmiseks kulutatakse rohkem energiat, kui püsiva temperatuuri hoidmideks. Energia kokkuhoid on võimalik siis kui jahedam periood kestab järjest mitu ööpäeva.

Digitaalregulaatorite  seaded on sarnased eelpool tooduga, kuid häälestamine toimub menüüdest valikute tegemisega või arvväärtuste valimisega. Temperatuurigraafik võib koosneda mitmest lõigust, seega ei ole enam sirge, vaid erinevatele välistemperatuuridele vastavad soojuskandja temperatuuri seadeväärtused on eraldi valitavad. Öise säästurežiimi võib välja lülitada käsuga "Pidu", mis tähendab, et sellel õhtul ei alandata küttevee temperatuuri kui säästurežiim on seatud.

Sooja tarbevee temperatuuri reguleerimine
Sooja tarbevee temperatuuri hoidmiseks on juhtimiskeskuses eraldi regulaator, mis hoiab soojusvahetist 6 (Joon 4) väljuva vee (maja ringlusse antava vee) temperatuuri konstantsena (tavaliselt 55 °C) sõltumata vee tarbimisest soojus­vahetisse siseneva soojuskandja vooluhulga reguleerimise teel. Soojuskandja läbivoolu muudetakse primaarpoolel ajamimootoriga varustatud reguleerventiili 5 abil. 

Mõnedel reguleerimiskeskustel on ka veel kolmas regulaator, mida saab kasutada õhkkütte kalorifeeridesse antava soojuskandja temperatuuri reguleerimiseks. See reguleerimine on analoogne küttevee reguleerimisega, kuid soojuskandja tempera­tuur on kõrgem. Sama regulaator on kasutatav ka põrandkütte vee temperatuuri reguleerimiseks.

Regulaatoritel on külmumiskaitse, mis ei lase küttevee temperatuuril langeda allapoole 10 °C. Ringluspump on tavaliselt sisse lülitatud, kui küttevee temperatuur on üle 20 °C või välistemperatuur on alla 2 °C. Suvisel ajal, kui ringluspump peaks kaua aega järjest olema välja lülitatud, lülitab automaatika selle aeg-ajalt sisse, et vältida pumba ja mootorivõlli kinnikleepumist pikaaegse seismise tagajärjel.

Eestis on soovitatud soojussõlme regulaatorite reguleerimiskvaliteedi näitajad hoida järgmistes piirides:
 Temperatuuride püsiv kõrvalekalle seadesuurusest kuni ±2 K.
 Suurim hetkeline kõrvalekalle:
soe tarbevesi ±10 K,
küttevesi ±2 K,
õhuvahetuse soojusvaheti vesi ±2 K.
Lubatud pideva kõikumise amplituud:
soe tarbevesi ±3 K,
muud reguleerimiskontuurid ±1,5 K.
 Lubatud reageerimisaeg muutuste algusest suurima püsiva kõrvalekalde saavutamiseni kuni kaks minutit.

Temperatuurianduritena kasutatakse enamasti plaatina-takistustermomeetreid Pt1000 või Pt100, mille takistus sõltub lineaarselt temperatuurist. Andurite kujundus võib-olla erinev sõltuvalt sellest, kas seda kasutatakse õhu või vee temparatuuri mõõtmiseks. Samuti on võimalik veetemperatuuri mõõtmiseks mõeldud andur paigutada küttetoru pinnale või torukujulisse kaitsekesta ja see omakorda vette.

Vaata ka
Sisekliima
Küte
Keskküte
Soojusvõrk

Viited

Välislingid 
 Soojussõlme tehnoloogiline skeem

Energeetika
Ehitus