Šilumos siurbliai oras-vanduo šiandien laikomi vienu iš pažangiausių namų šildymo sprendimų, tačiau jų veikimo principas gali atrodyti paslaptingas. Kaip galima iš šalto oro išgauti šilumą ir kodėl šis procesas laikomas tokiu efektyviu? Pabandykime tai suprasti etapas po etapo.
Pagrindinė idėja: šilumos perkėlimas, o ne gamyba
Pirmiausia svarbu suprasti fundamentalų skirtumą tarp tradicinių šildymo būdų ir šilumos siurblių. Kai deginame dujas ar naudojame elektros šildytuvą, mes tiesiogiai gaminame šilumą iš energijos šaltinio. Šilumos siurblys veikia visiškai kitaip – jis nepagamina šilumos, o ją perkelia iš vienos vietos į kitą.
Galite palyginti šilumos siurblį su šaldytuvu, kuris veikia atvirkščiai. Šaldytuvas ima šilumą iš vidaus ir ją išmeta lauk, todėl šaldytuvo galinė sienelė yra šilta. Šilumos siurblys daro priešingai – jis ima šilumą iš lauko oro ir ją perkelia į jūsų namų šildymo sistemą.
Fizikos pagrindai: šiluma egzistuoja net šaltame ore
Čia slypi pirmasis konceptualus iššūkis daugeliui žmonių. Kaip gali būti šiluma ore, kuris yra šaltas? Atsakymas glūdi šilumos sampratoje. Šiluma – tai molekulių judėjimas, ir molekulės juda net labai žemoje temperatūroje. Jos nustoja judėti tik pasiekus absoliutų nulį (-273°C). Tai reiškia, kad net -20°C ore yra nemažai šilumos energijos, kurią galima išgauti ir panaudoti.
Pagalvokite apie tai taip: jei kambario temperatūra yra 20°C, o lauke -10°C, skirtumas tarp jų yra tik 30 laipsnių. Tuo tarpu skirtumas tarp lauko oro ir absoliutaus nulio yra net 263 laipsniai! Tai reiškia, kad šaltame ore vis dar yra didžiulis šilumos kiekis.
Šilumos siurblio veikimo ciklas
Šilumos siurblys oras-vanduo veikia pagal termodinaminį ciklą, kuris vadinamas šaldymo ciklu. Šis procesas susideda iš keturių pagrindinių etapų:
Pirmas etapas: šilumos sugėrimas iš oro. Šilumos siurblio išorės blokas turi specialų šilumokaičio elementą – garintuvą. Per jį cirkuliuoja specialus skystis, vadinamas šaldomuoju. Šis skystis turi unikalų savybę – jis užverda labai žemoje temperatūroje, dažnai apie -25°C ar dar žemesnėje. Kai šaltas oras pučiamas per garintuvą, šaldomasis sušyla nuo oro šilumos ir pradeda virsti garais. Šis procesas neatima daug šilumos iš oro, tačiau suteikia pakankamai energijos šaldomajam išgaruoti.
Antras etapas: spaudimo didinimas. Šaldomojo garai patenka į kompresorių – šilumos siurblio širdį. Kompresorius suspaudžia šiuos garus, o kai dujos suspaudžiamos, jų temperatūra staiga pakyla. Tai tas pats principas, kuriuo remiantis įkaista dviračio pompa, kai ją naudojate. Šiame etape šaldomojo garų temperatūra gali pakilti iki 60-80°C.
Trečias etapas: šilumos perdavimas šildymo sistemai. Karšti suspausti šaldomojo garai patenka į kondensatorių, kuris paprastai yra šilumos siurblio vidaus bloke. Čia karšti garai atiduoda savo šilumą namų šildymo vandeniui. Atidavę šilumą, šaldomojo garai vėl kondensuojasi į skystį, tačiau jis vis dar yra po aukštu spaudimu.
Ketvirtas etapas: spaudimo sumažinimas. Suspaustas šaldomasis skystis patenka į plėtimo vožtuvą, kuris staiga sumažina spaudimą. Dėl šio spaudimo kritimo skysčio temperatūra taip pat krinta, ir jis vėl tampa paruoštas sugėrimo procesui. Ciklas prasideda iš naujo.
Kodėl šilumos siurbliai yra tokie efektyvūs?
Šilumos siurblių efektyvumas matuojamas koeficientu, vadinamu COP (Coefficient of Performance) arba SPF (Seasonal Performance Factor). Šis koeficientas rodo, kiek šilumos energijos gaunama, suvartojus vieną energijos vienetą elektros energijos.
Energijos perkėlimas, o ne keitimas
Pagrindinis efektyvumo šaltinis yra tai, kad šilumos siurblys nepaverčia elektros energijos tiesiogiai į šilumą. Vietoj to, elektros energija naudojama tik šilumos perkėlimui iš vienos vietos į kitą. Tai leidžia gauti daug daugiau šilumos energijos, nei suvartojama elektros energijos.
Praktiniai efektyvumo pavyzdžiai
Šiuolaikiniai šilumos siurbliai oras-vanduo gali pasiekti COP 3-5, o tai reiškia, kad suvartojus 1 kWh elektros energijos, gaunama 3-5 kWh šilumos energijos. Palyginkite tai su elektriniu šildytuvu, kurio COP yra tik 1 – suvartojus 1 kWh elektros, gaunama tik 1 kWh šilumos.
Net ir dujų katilai, kurie laikomi gana efektyviais, paprastai pasiekia tik 85-95% efektyvumą. Tai reiškia, kad degindami 1 kWh dujų energijos, gauname tik 0,85-0,95 kWh šilumos.
Temperatūros poveikis efektyvumui
Svarbu suprasti, kad šilumos siurblio efektyvumas keičiasi priklausomai nuo išorės temperatūros. Kuo šaltesnis oras, tuo sunkiau iš jo išgauti šilumą, ir tuo daugiau energijos reikia kompresoriui.
Tipiniame Lietuvos klimate šilumos siurblys oras-vanduo gali veikti efektyviai net kai lauke yra -15°C ar -20°C. Žemesnėse temperatūrose efektyvumas krenta, tačiau sistema vis dar gali teikti šilumą. Daugelis šiuolaikinių sistemų turi papildomą elektrinį šildytuvą, kuris įsijungia tik itin šaltomis dienomis.
Papildomi efektyvumo faktoriai
Inverterinė technologija
Šiuolaikiniai šilumos siurbliai naudoja inverterinę technologiją, kuri leidžia kompresoriui keisti savo darbo intensyvumą pagal poreikį. Vietoj to, kad nuolat įsijungtų ir išsijungtų, kompresorius gali dirbti pastoviu, bet kintamu intensyvumu. Tai ne tik padidina efektyvumą, bet ir užtikrina stabilesnę temperatūrą namuose.
Sistemos optimizavimas
Šilumos siurblio efektyvumas labai priklauso nuo visos šildymo sistemos projektavimo. Geriausi rezultatai pasiekiami su grindų šildymo sistemomis, kurios dirba žemesnėse temperatūrose (35-45°C), palyginti su radiatoriais, kuriems reikia aukštesnių temperatūrų (60-70°C).
Aplinkosaugos aspektai
Šilumos siurbliai ne tik efektyvūs ekonomiškai, bet ir palankūs aplinkai. Net ir tada, kai elektros energija gaminama iš fosilinio kuro, šilumos siurblys vis tiek išskiria mažiau CO2 nei tiesioginis kietojo kuro deginimas namuose. O kai elektra gaminama iš atsinaujinančių šaltinių, šilumos siurbliai tampa beveik visiškai anglies neutralūs.
Šilumos siurbliai oras-vanduo yra efektyvūs dėl savo unikalaus veikimo principo – jie perkelia šilumą, o ne ją gamina. Naudodami termodinamikos dėsnius ir šaldomojo savybes, jie gali iš šalto oro išgauti gerokai daugiau šilumos energijos, nei suvartoja elektros energijos. Nors jų efektyvumas priklauso nuo oro temperatūros, net ir Lietuvos klimato sąlygomis jie lieka vienu iš pažangiausių ir ekonomiškiausių šildymo sprendimų.
Suprasdami šilumos siurblių veikimo principus, galime geriau įvertinti jų galimybes ir tinkamai juos naudoti mūsų namų šildymui, prisidėdami prie energijos taupymo ir aplinkos apsaugos.
Reply