Šilumos siurblys skamba kaip prieštaravimas sveikam protui. Kaip įrenginys gali šildyti namą imdamas šilumą iš šalto lauko oro? Iš kur ta šiluma, jei lauke ir taip vėsu?
Atsakymas paprastesnis, nei atrodo, ir remiasi principu, kurį daugelis kasdien mato savo virtuvėje. Tereikia jį pamatyti kitu kampu.
Šaldytuvas, tik atvirkščiai
Geriausias būdas suprasti šilumos siurblį – prisiminti šaldytuvą. Šaldytuvas ima šilumą iš vidaus, kur laikomas maistas, ir išmeta ją į išorę – todėl jo galinė sienelė šilta.
Šilumos siurblys daro tą patį, tik priešinga kryptimi. Jis ima šilumą iš lauko oro ir perkelia ją į namą. Iš esmės tai ta pati technologija, tik nukreipta atvirkščiai: vietoj to, kad šaldytų vidų, jis šildo.
Būtent todėl kalbama ne apie šilumos gaminimą, o apie jos perkėlimą. Įrenginys šilumos nekuria – jis ją perneša iš vienos vietos į kitą.
Kodėl šaltame ore vis dar yra šilumos
Kad principas veiktų, reikia priimti vieną fizikos faktą. Šiluma ore egzistuoja net tada, kai mums atrodo, kad jo nebeliko.
Temperatūros skalė turi apatinę ribą – absoliutų nulį, apie minus 273 laipsnius. Tol, kol oras šiltesnis už šią ribą, jame yra šiluminės energijos. Minus dešimties ar minus dvidešimties laipsnių ore jos vis dar labai daug – tiesiog žmogaus kūnui toks oras atrodo šaltas. Šilumos siurbliui šios energijos pakanka, kad būtų iš ko imti.
Keturi žingsniai, kuriuos atlieka šaltnešis
Visą darbą sistemos viduje atlieka speciali medžiaga – šaltnešis, cirkuliuojantis uždaru ratu ir keičiantis būseną. Procesą sudaro keturi žingsniai.
Pirma, lauko bloke šaltnešis paima šilumą iš oro ir užverda net esant neigiamai temperatūrai, nes verda labai žemoje temperatūroje. Antra, kompresorius jį suspaudžia, o suspaudus dujos smarkiai įkaista – tai tas pats efektas, dėl kurio įkaista pripučiama padanga. Trečia, įkaitęs šaltnešis atiduoda šilumą namo šildymo sistemai ir atvėsta. Ketvirta, slėgis sumažinamas, šaltnešis dar labiau atšąla ir grįžta į pradžią, pasiruošęs vėl imti šilumą.
Iš išorės įrenginys atrodo kaip vientisas blokas, tačiau viduje visą laiką vyksta būtent šis ciklas – tylus, uždaras ir nuolat besikartojantis.
Iš kur atsiranda „papildoma” energija
Čia kyla svarbiausias klausimas. Jei elektros sunaudojama viena kilovatvalandė, o šilumos gaunamos trys ar keturios – iš kur atsiranda skirtumas?
Atsakymas: skirtumas ne atsiranda, o ateina iš lauko oro. Elektra naudojama ne šilumai gaminti, o kompresoriui varyti ir šaltnešiui perkelti. Didžiąją atiduodamos šilumos dalį sudaro energija, paimta iš aplinkos, o ne pagaminta iš elektros.
Būtent todėl šilumos siurblys nepažeidžia jokių fizikos dėsnių. Jis nekuria energijos iš nieko – tik perkelia jau esančią, o už tą perkėlimą sumoka elektra.
Iš kur imama šiluma
Nors principas visada tas pats, šilumos šaltinis gali skirtis, ir nuo to priklauso įrenginio tipas.
Dažniausiai šiluma imama iš lauko oro – tai paprasčiausias ir prieinamiausias variantas, nereikalaujantis nei gręžinių, nei plataus sklypo. Kiti tipai šilumą ima iš grunto arba vandens telkinio: tokių sistemų efektyvumas stabilesnis, nes žemės temperatūra žiemą svyruoja mažiau nei oro, tačiau jų įrengimas sudėtingesnis ir brangesnis. Vartotojui patikimi šilumos siurbliai internetu ar salone atrodo panašiai, nesvarbu, iš kur imama šiluma – skiriasi tik lauko dalis, o pats perkėlimo principas lieka tas pats.
Pasirinkimą lemia sklypas, biudžetas ir namo poreikiai. Bet pats veikimo principas – šilumos perkėlimas šaltnešiu – lieka identiškas visuose tipuose.
Kodėl svarbi vandens temperatūra
Vienas dalykas lemia, kaip efektyviai visa tai veikia – koks temperatūrų skirtumas tarp lauko ir norimos šildymo temperatūros.
Praktiškai oras-vanduo šilumos siurbliai efektyviausiai dirba tada, kai šildymo vandens nereikia kaitinti labai karštai. Žematemperatūris grindinis šildymas, kuriam pakanka vidutiniškai šiltos temperatūros, leidžia siurbliui dirbti taupiausiai. Aukštatemperatūriai radiatoriai reikalauja karštesnio vandens, todėl ir efektyvumas mažesnis. Kuo mažesnis temperatūrų skirtumas, tuo mažiau elektros reikia.
Kodėl ciklas kartojasi nuolat
Visas aprašytas procesas vyksta ne vieną kartą, o be perstojo, kol namui reikia šilumos. Šaltnešis tuo pačiu ratu keliauja nuolat, keisdamas būseną iš skysčio į dujas ir atgal.
Būtent dėl to šilumos siurblys neturi „įsibėgėjimo” kaip katilas – jis tiesiog palaiko pastovų šilumos srautą, o elektronika reguliuoja jo intensyvumą pagal poreikį. Tai ir paaiškina, kodėl sistema veikia tyliai ir tolygiai.
Ką verta įsidėmėti
Šilumos siurblio principą galima sutraukti į vieną sakinį: jis ne gamina šilumą, o perkelia ją iš lauko oro į namą, kaip šaldytuvas, tik nukreiptas atvirkščiai.
Šaltame ore šilumos yra, elektra naudojama tik jai perkelti, o didžioji atiduodamos energijos dalis paimama iš aplinkos. Ir kuo mažesnės temperatūros reikia šildymo sistemai, tuo efektyviau visas ciklas dirba. Supratus šiuos kelis dalykus, prieštaravimas sveikam protui pranyksta – lieka paprasta ir logiška technologija.