Kaip veikia šilumos siurblys oras-vanduo? Praktinis gidas

Šilumos siurblys oras-vanduo naudoja lauko ore esančią šiluminę energiją ir perduoda ją namo šildymo sistemai bei, priklausomai nuo įrengimo, buitiniam karštam vandeniui ruošti. Nors pats veikimo principas iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti sudėtingas, iš esmės sistema veikia gana aiškia seka: paima šilumą iš lauko oro, ją pakelia iki naudingos temperatūros ir perduoda vandeniui, kuris cirkuliuoja grindinio šildymo, radiatorių ar kitoje šildymo sistemoje.

Svarbu suprasti, kad šilumos siurblys šilumos negamina vien tik iš elektros. Didžioji dalis energijos paimama iš aplinkos, o elektra naudojama kompresoriui, ventiliatoriams, cirkuliaciniams siurbliams ir valdymo sistemai. Dėl to tinkamai parinktas ir tinkamomis sąlygomis veikiantis oras-vanduo šilumos siurblys gali perduoti daugiau šilumos energijos, nei pats sunaudoja elektros.

Kaip veikia šilumos siurblys oras-vanduo: trumpas atsakymas

Šilumos siurblys oras-vanduo paima šiluminę energiją iš lauko oro ir perduoda ją namo šildymo sistemai. Lauko bloke cirkuliuojantis šaltnešis sugeria šilumą iš aplinkos, kompresorius pakelia jo slėgį ir temperatūrą, o šilumokaityje ši energija perduodama vandeniui.

Pašildytas vanduo tuomet keliauja į grindinio šildymo kontūrus, radiatorius arba kitą vandeniu veikiančią šildymo sistemą. Jei sistema ruošia ir buitinį karštą vandenį, šiluma taip pat gali būti perduodama karšto vandens talpai.

Svarbu tai, kad elektra daugiausia naudojama šilumai perkelti ir sistemos komponentams veikti, o didelė dalis namui perduodamos šilumos paimama iš aplinkos oro.

Iš kur šilumos siurblys gauna šilumą, kai lauke šalta?

Vienas dažniausių klausimų apie oras-vanduo šilumos siurblius yra paprastas: jeigu lauke temperatūra nukrenta žemiau 0 °C, iš kur įrenginys gauna šilumos?

Fizikiniu požiūriu šiluminės energijos ore yra ir esant neigiamai temperatūrai. Absoliutus nulis yra apie -273 °C, todėl net -10 °C ar -20 °C temperatūros oras vis dar turi šiluminės energijos, kurią galima perduoti šaltesnei terpei.

Tam šilumos siurblyje naudojamas šaltnešis. Jo slėgis sistemoje keičiamas taip, kad garintuve šaltnešio temperatūra būtų žemesnė už lauko oro temperatūrą. Kai lauko oras prateka pro šilumokaitį, šiluminė energija perduodama iš santykinai šiltesnio oro šaltesniam šaltnešiui.

Oras-vanduo veikimo principas: 4 pagrindiniai etapai

Šilumos siurblys oras-vanduo veikia uždaru ciklu. Paprastai tariant, jis paima šilumą iš lauko oro, padidina jos temperatūrą ir perduoda ją namo šildymo sistemai. Visas procesas vyksta keturiais pagrindiniais etapais ir nuolat kartojasi tol, kol namui reikia šilumos.

1. Iš lauko oro paimama šiluma

Lauko bloko ventiliatorius pučia orą per šilumokaitį. Jame cirkuliuoja speciali medžiaga, vadinama šaltnešiu, kuri gali sugerti šilumą net tada, kai lauke temperatūra yra žemiau 0 °C.

Sugėręs šilumą šaltnešis sušyla ir iš skysčio pradeda virsti dujomis.

2. Kompresorius pakelia temperatūrą

Toliau šaltnešio dujos patenka į kompresorių. Jis jas suspaudžia, todėl stipriai padidėja jų slėgis ir temperatūra.

Taip iš lauko oro paimta palyginti žemos temperatūros šiluma pakeliama iki tokio lygio, kad ją jau galima panaudoti namui šildyti.

3. Šiluma perduodama namo šildymo vandeniui

Įkaitęs šaltnešis keliauja į kitą šilumokaitį, kuriame savo šilumą perduoda šildymo sistemos vandeniui.

Pašildytas vanduo tuomet cirkuliuoja grindinio šildymo kontūruose arba radiatoriuose. Jeigu šilumos siurblys ruošia ir buitinį karštą vandenį, šiluma gali būti perduodama ir karšto vandens talpai.

Atidavęs šilumą šaltnešis atvėsta ir vėl tampa skystas.

4. Šaltnešis paruošiamas naujam ciklui

Galiausiai šaltnešis praeina per išsiplėtimo vožtuvą. Jo slėgis ir temperatūra sumažėja, todėl jis vėl gali sugerti šilumą iš lauko oro. Tuomet visas procesas kartojasi iš naujo.

Paprasčiausiai šį veikimo principą galima suprasti taip: šilumos siurblys paima šilumą iš lauko oro, kompresoriumi pakelia jos temperatūrą ir perduoda ją vandeniui, kuris šildo namus.

Iš ko sudaryta oras-vanduo sistema?

Nors skirtingų gamintojų šilumos siurblių konstrukcija ir komplektacija gali skirtis, pagrindiniai oras-vanduo sistemos veikimo komponentai išlieka panašūs. Kiekvienas jų atlieka konkrečią funkciją, kad šiluma būtų paimta iš lauko oro ir perduota namo šildymo sistemai.

Prie pagrindinės sistemos taip pat gali būti prijungta buitinio karšto vandens talpa, buferinė talpa, papildomas elektrinis kaitinimo elementas, išsiplėtimo indas, vožtuvai ir kita hidraulinė įranga.

Konkreti sistemos sudėtis priklauso nuo pasirinkto šilumos siurblio modelio, pastato šildymo poreikio ir naudojamos šildymo sistemos. Dalis komponentų gali būti integruoti į lauko ar vidaus modulį, todėl skirtingų oras-vanduo sistemų komplektacija nebūtinai bus vienoda.

Kuo skiriasi COP ir SCOP?

COP ir SCOP dažnai minimi kartu, tačiau jie apibūdina skirtingus šilumos siurblio efektyvumo aspektus.

COP parodo, kiek šilumos energijos šilumos siurblys perduoda, palyginti su sunaudota elektros energija, konkrečiame darbo taške. Pavyzdžiui, jei COP yra 4, tai reiškia, kad tomis nustatytomis sąlygomis sunaudojus 1 kWh elektros energijos perduodama apie 4 kWh šilumos energijos.

SCOP skirtas sezoniniam efektyvumui įvertinti. Jis apskaičiuojamas pagal standartizuotas skirtingų temperatūrų ir apkrovų sąlygas, todėl leidžia geriau palyginti, kaip skirtingi šilumos siurbliai turėtų veikti per visą šildymo sezoną.

Ką reiškia A7/W35?

Techniniuose šilumos siurblių duomenyse dažnai galima pamatyti tokius žymėjimus kaip A7/W35, A2/W35 ar A-7/W35. Jie parodo, kokiomis lauko oro ir šildymo sistemos vandens temperatūros sąlygomis buvo nustatyta konkreti šilumos siurblio galia ar efektyvumas.

A7/W35 reiškia:

• A reiškia lauko orą;
• A7 reiškia +7 °C lauko oro temperatūrą;
• W reiškia vandenį;
• W35 reiškia 35 °C šildymo sistemos vandens temperatūrą.

Kitaip tariant, jei prie A7/W35 nurodytas tam tikras COP ar šildymo galia, šis rodiklis galioja būtent tokiomis bandymo sąlygomis.

Todėl dviejų kataloguose pateiktų COP reikšmių nereikėtų lyginti nepatikrinus, prie kokių A/W sąlygų jos nustatytos. Pavyzdžiui, COP 5 prie A7/W35 ir COP 3 prie A-7/W55 apibūdina visiškai skirtingas darbo sąlygas, todėl vien pagal skaičių negalima spręsti, kuris įrenginys yra efektyvesnis.

Kodėl šilumos siurblio efektyvumas žiemą sumažėja?

Svarbiausias veiksnys yra temperatūros skirtumas tarp lauko oro ir šildymo sistemai reikalingos vandens temperatūros. Kuo didesnį temperatūros skirtumą šilumos siurblys turi įveikti, tuo daugiau darbo tenka kompresoriui.

Pavyzdžiui, kai lauke yra +7 °C, o grindiniam šildymui pakanka maždaug 30-35 °C vandens, šilumos siurblys veikia palankiomis sąlygomis. Kai lauke temperatūra nukrenta iki -15 °C, o radiatoriams reikia 50-55 °C ar dar aukštesnės temperatūros vandens, temperatūros skirtumas gerokai padidėja.

Bendrą veikimo logiką galima apibūdinti taip:

Mažesnis temperatūros skirtumas = mažiau darbo kompresoriui = paprastai didesnis COP.

Didesnis temperatūros skirtumas = daugiau darbo kompresoriui = paprastai mažesnis COP.

Žiemą efektyvumą papildomai gali mažinti ir lauko bloko atitirpinimo ciklai. Kai ant šilumokaičio susidaro šerkšnas ar ledas, šilumos siurblys periodiškai turi skirti energijos jam atitirpinti.

Šildymo sistemos temperatūros įtaka matoma ir sertifikuotuose įrenginių duomenyse. Pavyzdžiui, vieno Heat Pump KEYMARK sertifikuoto oras-vanduo modelio šaltesnio klimato SCOP žematemperatūrei sistemai nurodomas 4,11, o vidutinės temperatūros sistemai – 3,16. Tai yra konkretaus modelio, o ne visų šilumos siurblių rezultatas, tačiau jis gerai parodo, kodėl šilumos siurbliai paprastai efektyviausiai veikia su žemesnės temperatūros šildymo sistemomis, pavyzdžiui, grindiniu šildymu.

Kada gali įsijungti elektrinis kaitinimo elementas?

Dalis oras-vanduo šilumos siurblių turi integruotą arba papildomai montuojamą elektrinį kaitinimo elementą. Jis naudojamas kaip pagalbinis šildymo šaltinis tada, kai vien šilumos siurblio galios nepakanka arba kai to reikalauja konkreti sistemos darbo situacija.

Elektrinis kaitinimo elementas gali įsijungti:

• esant labai dideliam pastato šilumos poreikiui;
• kai lauko temperatūra labai žema ir šilumos siurbliui trūksta galios;
• ruošiant buitinį karštą vandenį, jei taip numatyta valdymo logikoje;
• avariniu ar atsarginiu režimu;
• kitomis konkretaus gamintojo numatytomis sąlygomis.

Svarbu suprasti, kad elektrinis kaitinimo elementas veikia kitaip nei pats šilumos siurblys. Šilumos siurblys didžiąją dalį šilumos paima iš aplinkos ir ją perkelia į šildymo sistemą, o elektrinis kaitinimo elementas šilumą gamina tiesiogiai iš elektros energijos.

Todėl dažnas arba ilgas elektrinio kaitinimo elemento veikimas gali reikšmingai padidinti elektros sąnaudas. Ar ir kada jis įsijungs, priklauso nuo konkretaus modelio, nustatymų, sistemos galios, pastato šilumos poreikio ir valdymo logikos.

Dėl šios priežasties realios elektros sąnaudos priklauso ne vien nuo kataloginio COP, bet ir nuo to, kaip tiksliai parinkta bei sureguliuota visa šildymo sistema.

Monoblokas ir split: ar jų veikimo principas skiriasi?

Pagrindinis monobloko ir split tipo oras-vanduo šilumos siurblių veikimo principas yra toks pats. Abiem atvejais šaltnešis paima šiluminę energiją iš lauko oro, kompresorius padidina jo slėgį ir temperatūrą, o vėliau ši šiluma perduodama namo šildymo sistemos vandeniui.

Pagrindinis skirtumas yra ne pats veikimo principas, o tai, kur išdėstyti sistemos komponentai.

Monobloko sistemoje pagrindinis šaltnešio kontūras paprastai yra sutelktas lauko bloke, o tarp lauko įrenginio ir pastato cirkuliuoja šildymo sistemos vanduo arba kitas šilumnešis.

Split sistemoje lauko ir vidaus blokai sujungiami šaltnešio linijomis, todėl dalis šaltnešio kontūro tęsiasi tarp abiejų įrenginių. Šiluma vandens sistemai perduodama vidaus bloke esančiame šilumokaityje.

Todėl pasirinkimas tarp monobloko ir split sistemos pirmiausia priklauso nuo montavimo sąlygų, pastato techninių ypatybių, apsaugos nuo užšalimo sprendimų ir konkretaus įrenginio konstrukcijos. Pats šilumos paėmimo iš lauko oro ir perdavimo namui principas abiem atvejais išlieka iš esmės toks pats.

Dažniausiai užduodami klausimai

Ar oras-vanduo šilumos siurblys veikia prie -20 °C?

Kai kurie oras-vanduo modeliai gali veikti ir esant -20 °C ar dar žemesnei lauko temperatūrai, tačiau tai nėra universali visų įrenginių savybė. Reikia tikrinti konkretaus modelio deklaruojamą darbo diapazoną ir, dar svarbiau, jo išlaikomą šildymo galią bei COP prie žemos temperatūros.

Kodėl šilumos siurblio lauko blokas žiemą apledėja?

Garintuvas šildymo režimu gali būti šaltesnis už lauko orą, todėl ore esanti drėgmė kondensuojasi ant jo paviršiaus ir esant tinkamoms sąlygoms užšąla. Šilumos siurblys periodiškai atlieka defrost ciklą, kad ledą pašalintų ir atkurtų normalų šilumos perdavimą.

Ar oras-vanduo šilumos siurbliui visada reikalingas elektrinis tenas?

Ne visada, tačiau daug sistemų turi integruotą arba papildomą elektrinį kaitinimo elementą, kuris gali būti naudojamas kaip rezervinis ar pagalbinis šilumos šaltinis. Jo įsijungimo logika priklauso nuo įrenginio, nustatymų ir realaus pastato šilumos poreikio.

Ar oras-vanduo galima naudoti su senais radiatoriais?

Galima, tačiau svarbu nustatyti, kokios temperatūros vandens radiatoriams reikia šalčiausiomis dienomis. Jei reikalinga labai aukšta temperatūra, šilumos siurblys gali dirbti mažesniu efektyvumu, todėl kartais verta didinti radiatorių plotą, mažinti pastato šilumos nuostolius arba rinktis aukštesnei vandens temperatūrai pritaikytą modelį.