Kas yra šilumos siurblys oras-vanduo ir kaip jis veikia?

Kas yra šilumos siurblys oras-vanduo ir kaip jis veikia?

Šiuolaikiniuose pastatuose vis didesnis dėmesys skiriamas energijos vartojimo efektyvumui, automatizavimui ir paprastam mikroklimato valdymui. Šilumos siurblys oras-vanduo tapo vienu populiariausių inžinerinių sprendimų individualiuose namuose, kotedžuose ir renovuojamuose pastatuose, pakeisdamas tradicinius kietojo kuro ar dujinius katilus.

Nors ši technologija rinkoje naudojama jau daugelį metų, planuojant šildymo sistemos įrengimą ar keitimą dažnai kyla klausimų: iš kur paimama šiluma spaudžiant minusinei temperatūrai, kaip veikia termodinaminis ciklas ir kokie šildymo prietaisai geriausiai tinka šiai sistemai.

Šiame straipsnyje detaliai išnagrinėsime, kas yra oras-vanduo šildymo įranga, kokie yra pagrindiniai sistemos komponentai, kaip šilumos energija perduodama į pastato šildymo kontūrą bei karšto vandens ruošimo sistemą ir kaip teisingai parinkti įrangą pagal jūsų būsto poreikius.

Šilumos siurblio oras-vanduo apibrėžimas ir paskirtis

Apibrėžimas:
Šilumos siurblys oras-vanduo – tai termodinaminis įrenginys, kuris paima žematemperatūrę šilumos energiją iš lauko oro ir, naudodamas elektros energiją kompresoriaus darbui, transformuoja ją į aukštesnės temperatūros šilumą, perduodamą pastato hidraulinei sistemai (grindiniam šildymui, radiatoriams) bei buitiniam karštam vandeniui (BKV) ruošti.

Skirtingai nuo įprastų elektrinių šildytuvų, kurie elektrą tiesiogiai verčia šiluma santykiu 1:1, šilumos siurblys elektros energiją naudoja ne pačiai šilumai generuoti, o jos transportavimui ir parametrų pakėlimui. Tai leidžia su viena kilovatvalande elektros pagaminti kelis kartus daugiau šiluminės energijos.

Šiuolaikinės ŠVOK sistemos šilumos siurblius integruoja kaip pagrindinį pastato mikroklimato šaltinį, užtikrinantį:

1. Patikimą patalpų šildymą viso šildymo sezono metu.
2. Buitinio karšto vandens paruošimą integruotame arba atskirame boileryje.
3. Patalpų vėsinimą vasaros laikotarpiu per grindų kontūrą arba ventiliatorinius konvektorius (fankoilus).

Termodinaminis veikimo principas: nuo lauko oro iki šilumos nešėjo

Kad suprastume, koks yra oras vanduo veikimo principas, svarbu prisiminti pagrindinius termodinamikos dėsnius. Net ir esant neigiamai lauko temperatūrai (pavyzdžiui, -15 °C ar -20 °C), aplinkos ore vis dar yra tam tikras šiluminės energijos kiekis, nes absoliutus nulis yra -273,15 °C.

Šilumos perkėlimo procesas vyksta uždaru šaltnešio (freono) apytakos ratu per keturis nuoseklius etapus:

[ 1. IŠGARAVIMAS ] (Lauko oras šildo šaltnešį)
         ↓
[ 2. KOMPRESIJA ] (Kompresorius suslegia dujas ir pakelia temperatūrą)
         ↓
[ 3. KONDENSACIJA ] (Šiluma perduodama pastato šildymo sistemai)
         ↓
[ 4. PLĖTIMASIS ] (Vožtuvas sumažina slėgį, šaltnešis atvėsta)
         ↓
   (Ciklas kartojasi)

1. Šilumos sugėrimas ir šaltnešio išgaravimas

Lauko bloke esantis ventiliatorius pučia aplinkos orą per garintuvo šilumokaitį. Šiame šilumokaityje cirkuliuoja šaltnešis, kurio virimo temperatūra yra itin žema (žemesnė už lauko oro temperatūrą). Sugėręs šilumą iš lauko oro, skystas šaltnešis užverda ir virsta žemo slėgio dujomis.

2. Kompresija ir temperatūros kėlimas

Dujinės būsenos šaltnešis patenka į kompresorių. Kompresorius suslegia dujas. Dėl didėjančio slėgio staigiai kyla dujų temperatūra. Šiame etape sunaudojama elektros energija, reikalinga kompresoriaus varikliui sukti.

3. Šilumos atidavimas ir kondensacija

Karštos aukšto slėgio dujos nukreipiamos į kondensatorių (plokštelinį šilumokaitį). Čia šiluma atiduodama pastato šildymo sistemos vandeniui (šilumnešiui). Šaltnešis atvėsta, kondensuojasi ir vėl virsta skysčiu, o sušilęs vanduo teka į grindinio šildymo kolektorių arba radiatorius.

4. Slėgio mažinimas ir plėtimasis

Skystas aukšto slėgio šaltnešis praeina pro elektroninį plėtimosi vožtuvą (EEV). Slėgis staigiai nukrenta, šaltnešis stipriai atvėsta iki temperatūros, kuri yra žemesnė už lauko orą. Ciklas prasideda iš naujo.

Norėdami geriau suprasti reikalingos galios parinkimo niuansus, skaitykite straipsnį: Šilumos siurblio galios parinkimas pagal plotą ir pastato parametrus.

Pagrindiniai sistemos komponentai: išorinis ir vidinis blokai

Šilumos siurbliai namams dažniausiai skirstomi į dvi pagrindines konstrukcines grupes: Split (atskirų blokų) ir Monoblok (vieno bloko) sistemas.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                              SPLIT SISTEMA                              |
|                                                                         |
|  [ Lauko blokas ]         Freono vamzdynas        [ Vidinis blokas ]    |
|  • Garintuvas        ========================>    • Kondensatorius      |
|  • Kompresorius                                   • Cirkuliacinis siurblys
|  • Ventiliatorius                                 • Valdiklis / Boileris |
+-------------------------------------------------------------------------+

+-------------------------------------------------------------------------+
|                            MONOBLOK SISTEMA                             |
|                                                                         |
|  [ Lauko blokas ]         Vandens vamzdynas       [ Katilinė ]          |
|  • Garintuvas        ========================>    • Valdymo blokas      |
|  • Kompresorius                                   • Papildomas boileris |
|  • Kondensatorius                                 • Šildymo kolektoriai |
+-------------------------------------------------------------------------+

Išorinis blokas

Išorinis blokas montuojamas pastato išorėje – ant pamato ar specialių antivibracinių laikiklių. Jį sudaro:

• Ventiliatorius su inverteriniu varikliu: traukia orą per šilumokaitį.
• Garintuvas: briaunotas varinių-aliumininių vamzdelių šilumokaitis.
• Kompresorius: dažniausiai naudojami modernūs dvigubo rotoriaus arba spiraliniai (scroll) kompresoriai, galintys moduliuoti galią.
• Atitirpinimo (Defrost) vožtuvai: žiemos metu pašalina ant garintuvo susidarantį šerkšną.

Vidinis blokas (hidromodulis)

Vidinis blokas montuojamas techninėje patalpoje arba katilinėje. Jame sumontuota:

• Plokštelinis šilumokaitis (kondensatorius): vieta, kurioje freonas atiduoda šilumą vandeniui.
• Cirkuliacinis siurblys: užtikrina tolygų šilumnešio srautą šildymo kontūruose.
• Integruotas arba išorinis vandens šildytuvas (boileris): buitiniam karštam vandeniui ruošti.
• Elektrinis kaitinimo elementas (tenas): avarinis arba pagalbinis šilumos šaltinis esant ekstremaliems šalčiams.
• Elektroninis valdiklis: analizuoja lauko ir vidaus temperatūros jutiklių duomenis ir optimizuoja įrenginio darbą pagal šildymo kreivę.

Patikimi gamintojai, tokie kaip Daikin, Midea, IGLU, Panasonic, Samsung ar NØRDIS, siūlo įvairių modifikacijų įrenginius, pritaikytus tiek naujos statybos A++ klasės namams, tiek renovuojamiems pastatams.

Tinkamumas skirtingiems šildymo prietaisams

Šilumos siurblio efektyvumas tiesiogiai priklauso nuo to, kokios temperatūros vandens reikalauja pastato šildymo sistema. Kuo žemesnė paduodamo vandens temperatūra, tuo mažesnį darbą turi atlikti kompresorius ir tuo didesnis sistemos naudingumo koeficientas.

Grindinis šildymas vs. Radiatoriai

Kodėl grindinis šildymas yra efektyviausias?

Grindinis šildymas veikia kaip didelio ploto spinduliuojantis paviršius. Kad patalpoje būtų pasiekta komfortiška 21 °C temperatūra, į grindų vamzdelius pakanka tiekti 30–35 °C temperatūros vandenį. Tokiame režime šilumos siurblys veikia mažiausiomis apkrovomis, pasiekdamas aukščiausius sezoninius rodiklius.

Ar galima šilumos siurblį jungti prie radiatorių?

Taip, tačiau svarbu įvertinti radiatorių plotą. Seni sovietinio tipo radiatoriai buvo projektuoti aukštatemperatūrėms sistemoms (70–80 °C). Prijungus šilumos siurblį prie standartinių mažo ploto radiatorių, vandens temperatūrą tektų kelti iki 55–60 °C, o tai sumažintų sistemos sezoninį efektyvumą. Tokiais atvejais rekomenduojama radiatorius pakeisti į padidinto ploto žematemperatūrius modelius arba numatyti kombinuotą sistemą.

Jeigu domina platesni atsakymai į techninius klausimus, peržiūrėkite mūsų gidą: Šilumos siurbliai oras-vanduo: atsakymai į dažniausiai užduodamus klausimus.

Sistemos montavimo eiga ir techniniai reikalavimai

Oras-vanduo sistemos įrengimas reikalauja tikslių inžinerinių skaičiavimų ir profesionalaus montavimo. Standartinis šilumos siurblio montavimo procesas techniškai paruoštoje katilinėje paprastai trunka 1–3 darbo dienas.

[ ŽINGSNIS 1: PARINKIMAS IR PROJEKTAVIMAS ]
Pastato šilumos nuostolių įvertinimas, galios nustatymas, vietos numatymas.
                    ↓
[ ŽINGSNIS 2: LAUKO BLOKO MONTAVIMAS ]
Pado paruošimas, antivibracinių atramų montavimas, lauko bloko fiksavimas.
                    ↓
[ ŽINGSNIS 3: KATILINĖS MONTAVIMAS IR HIDRAULIKA ]
Vidinio bloko, boilerio, buferinės talpos, siurblių pajungimas.
                    ↓
[ ŽINGSNIS 4: FREONO TRASŲ SUJUNGIMAS IR VAKUUMAVIMAS ]
(Split sistemoms) Vario vamzdžių sujungimas, azoto testas, vakuumavimas.
                    ↓
[ ŽINGSNIS 5: PALEIDIMAS-DERINIMAS ]
Sistemos užpildymas šilumnešiu, nuorinimas, valdymo automatikos nustatymas.

Išsamiau apie visų inžinerinių sistemų diegimo etapus skaitykite straipsnyje: ŠVOK montavimas Vilniuje: inžinerinių sistemų diegimo etapai.

Šilumos siurblio sąveika su kitomis ŠVOK sistemomis

Moderniame energiškai efektyviame (A+ ir A++) būste šildymas negali būti vertinamas izoliuotai. Šilumos siurblys veikia kartu su pastato vėdinimo sistema.

Namo sandarumas užkerta kelią natūraliai oro apykaitai, todėl mechaninis vėdinimas tampa privalomas. Čia svarbų vaidmenį atlieka rekuperatorius, kuris sugrąžina didžiąją dalį šalinamo oro šilumos ir sumažina bendrą šilumos siurbliui tenkantį poreikį. Norėdami sužinoti, kaip veikia šilumos atgavimas, skaitykite: Kas yra rekuperacija namuose: vėdinimo su šilumos atgavimu pagrindai.

Planuojantiems patalpų vėsinimą vasarą, verta susipažinti su sistemų derinimo principais straipsnyje: Rekuperatorius ar oro kondicionierius: esminiai sistemų skirtumai.

Dažniausiai užduodami klausimai (DUK)

Ar šilumos siurblys oras-vanduo veikia spaudžiant -20 °C šalčiui?

Taip, šiuolaikiniai gamintojų (Daikin, Midea, Panasonic, Samsung, IGLU, NØRDIS) šilumos siurbliai efektyviai veikia lauko temperatūrai nukritus iki -20 °C ar net -25 °C. Ekstremalių šalčių metu trūkstamą galią kompensuoja vidiniame bloke integruotas rezervinis elektrinis kaitinimo elementas.

Kuo skiriasi Split ir Monoblok sistemos?

Split sistemoje lauko ir vidinį blokus jungia freono vamzdeliai, todėl nėra pavojaus, kad lauke esantys vamzdžiai užšals dingus elektrai. Monoblok sistemoje visas šaldymo ciklas integruotas lauko bloke, o į namą ateina vandens vamzdžiai – tokia sistema montuojama greičiau, tačiau reikalauja papildomos apsaugos nuo užšalimo (antifrizo arba apsauginių vožtuvų).

Kiek laiko trunka įrenginio montavimo darbai?

Standartinis šilumos siurblio oras-vanduo montavimas paruoštoje katilinėje trunka nuo 1 iki 3 darbo dienų, priklausomai nuo sistemos tipo, papildomų talpų kiekio ir hidraulinio mazgo sudėtingumo.

Ar šilumos siurblys gali ruošti karštą buitinį vandenį?

Taip, sistema automatiškai persijungia į buitinio karšto vandens (BKV) ruošimo režimą. Šilumnešis nukreipiamas į boilerio gyvatuką ir sušildo vandenį prausimuisi iki nustatytos temperatūros (dažniausiai 50–55 °C).

Kaip pasirinkti tinkamą šilumos siurblį savo namams?

Renkantis šilumos siurblį oras-vanduo, svarbiausia atsižvelgti į pastato plotą, šiluminę varžą (energinę klasę), langų orientaciją ir gyventojų karšto vandens poreikius. Netinkamai parinktas įrenginys – per mažos arba per didelės galios – gali veikti neefektyviai ir dažnai persijunginėti.

Norite sužinoti, kokios galios įranga tinka jūsų namui? Pasinaudokite mūsų nemokama šilumos siurblių parinkimo skaičiuokle, kuri pagal plotą ir energinę klasę parinks optimalius modelius.

Jei turite nestandartinį projektą ar pageidaujate specialistų apžiūros, užpildykite individualios užklausos formą arba susisiekite su „APR Projektai“ komanda el. paštu [email protected] bei telefonu +370 600 06636. Montuojame Vilniuje bei 100 km spinduliu, o įrangą pristatome visoje Lietuvoje.