Šilumos siurbliai: veikimo principas
Šilumos patalpoms gauname kūrendami malkas, anglį, naftos produktus ir dujas. Tačiau šie mums žinomi šildymo būdai iš tikrųjų yra primityvūs ir pavojingi: jie negrįžtamai eikvoja žemės išteklius ir teršia atmosferą. Taip ilgai tęstis negali. Todėl tradicinius metodus keičia energiją taupančios technologijos, galinčios generuoti šilumą iš žemės ir oro nekenkiant gamtai.
Kas yra šilumos siurblys?
Šiluma yra visur: ore, vandenyje ir žemėje. Šilumos siurblys – tai pakopinis šilumos transformatorius, įrenginys, kuris paima šilumą iš aplinkos ir perduoda ją į šildymo ir karšto vandens tiekimo sistemą. Šilumos siurblio veikimo metu energija eikvojama ne tiesioginiam aušinimo skysčio šildymui, o siurbiant ir paverčiant šilumą iš aplinkos į namus. Taip pasiekiamas aukštas įrenginio energetinis efektyvumas: kompresoriaus darbui suvartojus 1 kilovatą elektros energijos, pagaminama 3–5 kW šiluminės energijos (šiluminis koeficientas COP 3–5 vnt.).
Kokia būna šilumos siurbliai?
Šilumos siurbliai skirstomi į tris tipus:
- Aeroterminius (oro), kurie gauna šiluminę energiją iš atmosferos.
- Geoterminius, išgaunančius šilumą iš žemės.
- Akvaterminius (Aqua – angl. vanduo) – įrangos klasė, kuri naudoja vandens aplinkos šilumą: upes, ežerus, jūras, požeminius vandeninguosius sluoksnius.
Oro šilumos siurblys šilumą paima per oro šilumokaitį – lauko radiatorių. Geoterminiai siurbliai šiluminę energiją iš žemės gauna per geoterminius laukus – tai horizontaliai po žemės paviršiumi nutiesti vamzdžiai, arba šuliniai (zondai), kuriuose vamzdžiai montuojami vertikaliai. Zondai taip pat gali būti išdėstyti kampu, nes ne visose srityse galima gręžti į gylį. Akvaterminio siurblio kolektoriai dedami į rezervuarą arba vandens šulinį.
Geoterminiai šilumos siurbliai veikia efektyviau dėl stabilios žemės temperatūros ištisus metus. Aeroterminių siurblių šildymo koeficientas (COP) sumažėja, kai lauko temperatūra yra -15 °C. Vandens šaltinio šilumos siurbliai priklauso nuo vandens kokybės: dumblių, kalkių nuosėdų, korozijos – šie veiksniai gerokai sumažina įrenginio veikimą.
Kaip veikia oro šilumos siurblys?
Bet kurio šilumos siurblio veikimas yra padalintas į tris etapus:
- šilumos surinkimas iš aplinkos;
- surenkamos šilumos temperatūros kėlimas;
- šilumos perdavimas į šildymo ir karšto vandens sistemą.
Skiriasi tik žemo potencialo šilumos gavimo iš aplinkos būdas. Su oro šilumos siurbliu tai atliekama taip:
Šaltnešis Freonas cirkuliuoja per oro šilumos siurblio garintuvą. Tai yra neužšąlantis ir lengvai išgaruojantis skystis, verdantis žemoje temperatūroje. Freono temperatūra visada yra žemesnė už oro temperatūrą, todėl jai veikiant šaltnešis užverda ir virsta garais. Tai vadinama šilumos perdavimu temperatūros skirtume.
Išgarintas freonas patenka į kompresorių, kur suspaudžiamas. Esant aukštam slėgiui, šaltnešio garai įkaista: suspaustų freono garų temperatūra gali siekti 128 ° C. Ši šiluma patenka į kondensatorių.
Kondensatoriuje karšti freono garai perduoda šiluminę energiją į šildymo kontūrą ir vandens šildymą. Kai išsiskiria šiluminė energija, garai atvėsta ir vėl virsta skysta būsena, tačiau tuo pačiu palaiko aukštą slėgį. Be to, šaltnešio temperatūra šiame etape vis dar yra nepakankama naujam šilumos sugėrimo iš aplinkos ciklui. Todėl po šilumokaičio freonas praeina per droselio sklendę, kur krenta slėgis ir nukrenta temperatūra. Po to šaltnešis patenka į išorinę grandinę antram ciklui.
Kaip veikia geoterminiai ir vandens šilumos siurbliai?
Šių šilumos siurblių veikimo principas skiriasi tik šilumos gavimu iš aplinkos. Čia po žeme nutiesta arba į vandenį panardinta vamzdžių sistema veikia kaip šilumokaitis. Vamzdžiais cirkuliuoja ne šaltnešis, kaip oro siurbliuose, o tarpininkas – propilenglikolis, alkoholis ar vandens-glikolio mišinys. Būtent šie skysčiai kaupia iš vandens ar grunto gaunamą šilumą ir perduoda ją į įrenginio garintuvą.
Aušinimo skystis patenka į garintuvą, šildo freoną, paversdamas jį garais. Išgarintas freonas praeina per kompresorių, kur suspaudžiamas ir pašildomas. Po to jis taip pat patenka į kondensatorių, kur perduoda šilumą šildymui ir karšto vandens tiekimui. Ciklas baigiamas, kai šaltnešis praeina per droselio vožtuvą, kuriame vyksta slėgio mažinimo ir aušinimo procesas. Atvėsęs freonas vėl patenka į garintuvą.
Paprasčiau tariant: oro, vandens ar žemės šilumos reikia tik freonui užvirti ir paversti garais. Toliau kompresoriuje, veikiant slėgiui, iki aukštų temperatūrų įkaista garai, kurių energija panaudojama vandens šildymui šildymo ir karšto vandens sistemoje. Tokiu būdu mažo potencialo išorinės aplinkos šiluma paverčiama aukšta šildymo kontūro šilumnešio temperatūra.