Šilumos siurbliai


Vienas iš ekologiškiausių šilumos gamybos būdų – šilumos siurblys.
Dar kartais klaidingai vadinamas geoterminiu siurbliu. Geoterminės šilumos čia nerasime. Jos reiktų ieškoti kilometriniuose gyliuose.
O mes naudojamės saulės šiluma, kuri šiltuoju metų laikų yra sukaupiama viršutiniame grunto sluoksnyje. Jo veikimo principas yra gan paprastas. Internete yra daug visokių paaiškinimų, bet čia norim, kad viskas būtų kaip galima labiau suprantama eiliniam žmogui.

Šilumos siurblio veikimo schema

Šilumos siurblys – tai tas pats buitinis šaldytuvas, kurio vidinė dalis yra lauke (ore, užkasta į žemę, ar panardinta į vandenį), o nugarėlė (tos možos grotelės, kurios skleidžia šilumą) yra namo viduje. Ir ji šildo mūsų patalpas. Kaip tai vyksta?
Tradicinis šilumos perdavimo būdas – tekantis vanduo. Jis pašildomas katile ir siublio ar gravitacinės jėgos pagalba (šiltas kyla, šaltas leidžiasi) keliauja link radiatorių ir ten atvėsta, šilumą paskleisdamas į patalpą.
Kitas šilumos pernešimo būdas yra panašus, bet daug efektyvesnis. Mes galime šilumą pernešti garuose ir atiduoti ją kondensato pagalba. Triukas yra tame, kad vandenį (arba kitą skystį) paversti garais reikia žymiai daugiau energijos. Reiškiasi ir perduoti galime žymiai daugiau. Skystis galiniame taške virsta garu ir tą sukauptą energiją atiduoda aplinkai.
Iš čia atsiranda ir šilumos siurblių schemose naudojami terminai – kondensatorius ir garintuvas.
Einame toliau.
Jei vandenį norime paversti garais, tai normaliomis sąlygomis jo temperatūrą reikia pakelti iki 100˚C temperatūros. Nelabai patogu, ar ne? Kadangi mūsų garintuvas stovi lauke arba užkastas į žemę, tai ir neįmanoma. Reiškia, belieka keisti sąlygas. Jei aplinkos slėgį, kuris yra normaliomis sąlygomis 1 atmosfera arba apytiksliai 1 baras, sumažinsime iki 0,023 baro (sumažinsime 40 kartų), tai vanduo užvirs prie kambario temperatūros.
Na bet kol tokia temperatūra lauke, tai mums ir šildytis nereikia. Ką daryti, kad garavimas vyktų žemesnėse temperatūrose. Reikia pakeisti naudojamą skystį. Ir taip pas mus pradeda cirkuliuoti mums girdėtas freonas.

Freonas užtikrina žemą garavimo šilumą. O kiti įtaisai – kompresosius ir vožtuvas, užtikrina tas mūsų dirbtines sąlygas, kuriose freonas įgauna arba dujinę būseną (garintuvas) arba kondensuojasi į skystį (kondensatorius).

Jei mes turėtume labai šiltus (gerai izoliuotus) namus ir nelabai šaltą žiemą, tai gal to šaldytuvo mums ir pakaktų. Bet…

Teoriškai galima pasistatyti namą su labai šiltomis sienomis, grindimis ir stogu. Bet įstatome langus ir viskas sugriūna. Net ir geriausi langai yra kelis kartus laidesni šilumai nei sienos. O taip norisi, kad jie dar ir dideli būtų.
Taip pat neįsivaizduojamas namas be ventiliacijos. Kokia ji bebūtų – natūrali ar priverstinė – ji reikalinga. Su išleidžiamu oru išleidžiame ir šilumą. Procesą galima šiek tiek švelninti rekuperatoriaus pagalba, bet ir jo efektyvumas vidutiniškai yra apie 70-80%. Ir dar būtinai naudojama elektros energija.

Štai ir turime reikalų su šilumos siurbliais.
Įvairovė jų didelė ir kartais mažiau besidominčiam sunku suprasti kuo jie skiriasi. Bet pagal veikimo principą, jie skirstomi į gruntas–vanduo, oras–vanduo ir oras–oras. Atskiru atveju, jei vietoj grunto galime panaudototi vandenį iš pratekančio upelio arba iš ežero, tai atsirastų dar vienas siurblio principas: vanduo–vanduo. Bet tai jau gruntas–vanduo šilumos siurblių grupė. Ir Lietuvos platumose praktiškai nevartojama dėl per žemos vandens temperatūros.
Kaip ir supratote, pirmas žodis parodo, kaip veikia mūsų garintuvas, o antras – kaip veikia kondensatorius.

ORAS – ORAS

Pats paprasčiausias, oras-oras šilumos siurblys yra beveik visų matytas kondicionierius su reverso funkcija. T.y. kondensatorius su garintuvu komutacijos dėka gali keistis vietomis – iš išorės į vidų ir atvirkščiai.

Oro kondicionierius
ORAS – VANDUO

Oras-vanduo siurblys jau yra sudėtingesnis ir patogesnis, nes leidžia šilumą skleisti radiatorių, šildomų grindų pagalba. O tai reiškia ne tik konvekcijos, bet ir spinduliavimo būdu.
Kondensatorius stovi lauke ir yra dažniausiai apipučiamas ventiliatoriaus pagalba. Šiltas skystis yra tiekiamas į patalpų vidų ir čia jau jį mes paskirstome pagal savo poreikius – šildome vandenį buitiniams poreikiams arba cirkuliuojame šildymo sistemoje.

Gruntas - vanduo šilumos siurblys Šilumos siurblio lauko modulis
GRUNTAS – VANDUO

Šio siurblio pagalba šiluma išgaunama jau ne iš oro, bet iš grunto (arba vandens). Kad tai galėtume padaryti, prie šilumos siurblio reikia dar pridėti grunto sistemos dalį, kuri gali būti kelių rūšių:

Gręžinys Lauko kolektoriaus kilpos grunto paviršiuje
Gamintojų įvairovė

Tai kaip pasirinti tą geriausią variantą?
Atsakyti ne taip ir paprasta, kaip ir pasirinkti automobilį. Gamintojai tobulina savo produktus. Naudoja patikimus kompresorius, kiti valdymo algoritmą, kuris irgi iš dalies susijęs su paties kompresoriaus ilgaamžiškumu. Galima valdyti kompresoriaus sūkius, galima valdyti vožtuvo pralaidumą. Svarbiausia, išsiaiškinti ko reikia ir kaip tai geriausia padaryti, o jau tada pasirinkti optimalų variantą.

Šilumos siurblio katilinė