Šilumos šaltinis – oro kondicionierius ?

Dirbant su kondicionavimo sistemomis, neretai tenka išgirsti klausimų apie kondicionieriaus panaudojimą šildymo tikslais: ar tai efektyvu, ar apsimoka, kokios energijos sąnaudos ir kokios pritaikymo galimybės? Tai visiškai suprantama juk Lietuva yra vidutinio klimato juostoje, o ir šildymo sezonas pas mus tęsiasi gerą pusmetį ir yra gerokai ilgesnis už šiltąjį metų laiką. Sparčiai brangstant energijos žaliavoms ieškoma naujų, efektyvesnių, energijos taupymo būdų. Skandinavijoje ypač didelį populiarumą pelnė geoterminiai ir oriniai šilumos siurbliai naudojami nedidelių pastatų (gyvenamųjų namų) apšildymui. Šių technologijų naudojimą remia valstybė (pvz. Švedijoje valstybė kompensuoja iki 70% šilumos siurblio kainos), ir atvirkščiai – tradicinių energijos rūšių (naftos, dujų, kieto kuro) naudojimas apmokestinamas vis didesniais mokesčiais, nes anglies dvideginio išmetimas į atmosferą skatiną klimato šiltėjimą (“šiltnamio efektas”), o Europos Sąjungos valstybės yra aktyvios Kyoto protokolo šalininkės. Ne už kalnų tas metas kai ir Lietuvoje privalėsime mokėti mokesčius “už rūkstantį kaminėlį”.

Šiame straipsnyje pabandysiu atsakyti į klausimus kaip veikia oriniai šilumos siurbliai, kokios yra jų energijos sąnaudos ir panaudojimo galimybės. Bus remiamasi, nebejotinai, daugiausiai šioje srityje pasiekusios - japonų kompanijos “DAIKIN” įrangos techniniais duomenimis ir charakteristikomis.
 

Tiek geoterminis tiek ir oriniai šilumos siurbliai veikia pagal tą patį principą, kuris labai artimas kondicionavimo principui, tiksliau – kondicionieriai su apverčiamu freono judėjimo ciklu ir yra šilumos siurbliai. Kai šiluminė energija imama iš grunto arba vandens – geoterminiai, kai iš oro – oriniai. Visų jų veikimas paremtas unikaliomis freono savybėmis: slegiant – įkaisti, o garuojant – atšalti t.y. pasisavinti iš aplinkos šilumą ir išskirti šaltį.

FREONAI. Dėl savo sąvybės – prisijungti deguonies atomus yra ribojamas R-22 tipo freono naudojimas, nes patekęs į aplinką jis ardo ozono sluoksnį, sudarydamas oksidus. Jį pakeitęs R-407C freonas pasižymi blogesnėmis šaltnešio sąvybėmis, be to yra sudarytas iš trijų komponentų – pažeidus sistemos hermetiškumą išsisluoksniuoja ir tampa nebetinkamas naudoti. Be jokios abejonės ateitis priklauso naujai sukurtai R-410A freono rūšiai, kuri pasižymi geromis šalčio pernešimo savybėmis ir yra sudaryta iš dviejų tolygių frakcijų. Taip pat perspektyvoje yra numatomas platesnis anglies dvideginio - CO2 dujų panaudojimas, nes ęsant pakankamai aukštam slėgiui dvideginio savybės tampa panašios į freono dujų savybes. Jau yra sukurti pirmieji šilumos siurbliai veikiantys CO2 pagrindu.

VEIKIMO PRINCIPAS. Principinė kondicionieriaus su šilumos siurblio funkcija veikimo schema:

Kondicionieriui veikiant šaldymo režimu (vasarą) – freonas juda mėlynomis rodyklėmis nurodyta kryptimi, kondenseryje atšaldamas iki lauko temperatūros, tokiu būdu karštą dieną kondenserio (išorinės dalies) ventiliatorius į aplinką atiduoda dar daugiau šilumos. (Jos kiekis yra lygus į vidų tiekiamo šalčio kiekiui ir elektros sąnaudų sumai). Vėliau ataušęs freonas patenka į slėgio reguliatorių (pigiuose kondicionieriuose kaip slėgio reguliatorius tarnauja kapiliarinis vamzdelis), kur yra taip sureguliuojamas freono slėgis, kad garavimas prasidėtų kondicionierius vidinėje dalyje – išgarintuve. Išgarintuvas ir yra kondicionieriaus vidinis blokas vėsinantis patalpą. Perpratus šią nesudėtingą schemą labai nesunku suprasti ir šilumos siurblio veikimo principą – tereikia pakeisti karšto freono judėjimo kryptį (schemoje – raudonas) ir vidinis kondicionieriaus blokas užuot šaldęs – ims šildyti patalpą. Freonas ims garuoti kondenseryje dar labiau šaldydamas aplinka apie kondenserį t.y. išorinį kondicionieriaus bloką. Kadangi skirtingos freono rūšys garuoja prie gana žemų temperatūrų (pvz.–42oC) tai šildytis šilumos siurblio pagalba galima praktiškai visą žiemą, būtina tik tobulai suvaldyti freono garavimo procesą, deja tai sugeba padaryti tik keli kondicionierių gamintojai. Dauguma kondicionierių esančių rinkoje yra pritaikyti labiau šaldymo procesui ir šildyti prie neigiamų aplinkos temperatūrų negali iš viso arba daro tai itin neefektyviai. Šiuo atveju išimtis yra DAIKIN. Reikia suprasti, kad šilumos siurblio našumas tiesiogiai priklauso nuo aplinkos temperatūros. Kuo žemesnė aplinkos temperatūra supanti kondenserį - tuo mažesnis ir šilumos siurblio naudingumo koeficientas t.y. esant toms pačioms elektros energijos sąnaudoms vidinis išgarintuvas silpniau šildys patalpas.

ŠILUMOS SIURBLIAI. Šita principinė kondicionavimo schema sėkmingai veikia visuose šilumos siurbliuose: geoterminiuose kondenseris yra užkasamas į gruntą arba šaltis yra nuimamas artezinio vandens pagalba. Be abejonės efektyviausiai šilumos siurblys veiks patalpinus kondenserį į neužšalantį tękantį vandenį. Kadangi žiemą vandens temperatūra būna apie +4oC – šilumos siurblio efektyvumas išlieka labai aukštas, nes išlieka didelis vandens ir garuojančio freono temperatūrų skirtumas. Suprantama tokia prabanga Lietuvoje gali naudotis tik nedaugelis, turintys savo valdose dalį upės ar ežero. Užkasus šilumos siurblio kondenserį į gruntą gaunamas gerokai mažesnis efektas – nors laikoma, kad Lietuvoje žiemą žemė neįšala daugiau kaip 80cm. gilyn, bet šiuo atveju turi būti garantuojamas tam tikras grunto drėgnumas, kadangi gruntas apie kondenserį nejuda todėl ir šalčio atidavimas į gruntą yra labiau komplikuotas ir reikia naudoti gerokai didesnius kondenserius, kad gauti tą patį efektą kaip su kitais šilumos siurbliais. Principinė geoterminių šilumos siurblių schema panaši į nurodytąją, nors praktikoje neretai yra naudojami papildomas šilumokaitis vietoj kondenserio, jo pagalba freonas atiduodą energiją ne į gruntą , o į neužšalantį vandens – glikolio mišinį, kuris cirkuliuoja grunte išvedžiotu vamzdynu. Tai dar labiau sumažina šiluminio siurblio efektyvumo koeficientą, kadangi dalis energigos prarandama per šilumokaitį, o ir reikalingas papildomas siurblys cirkuliacijai užtikrinti. Dėl to padidėja sistemos elektros energijos sąnaudos. Šiuo atveju tereikia turėti tam tikrą žemės plotą ir galima įsirengti geoterminį šilumos siurblį

Taip pat nereikėtų tiesiogiai suprasti ir vidinio šilumos siurblio bloko, - dažniausiai išgarintuvas yra talpinams į boilerį, kur karštas freonas iki +55oC pašildo vandenį, kuris vėliau tiekiamas į šildymo sistemą (radiatorius arba grindinį šildymą). Jei labai stipriai nukrinta lauko temperatūrą – vanduo boileryje papildomai šildomas elektera arba dujomis – priklausomai nuo boilerio tipo.

Oriniams šilumos siurbliams nereikia ir žemės, kadangi šaltis nuo kondenserio yra nuimamas prapučiamo oro pagalba. Ypač patogus ir pigus šių šilumos siurblių montavimas – tereikia kondenserį (išorinį bloką) patalpinti atviroje vietoje. Labai didelis privalumas, kad šiuos šilumos siurblius galima naudoti visiškai neturint nuosavos žemės (butuose, kotedžuose) arba nenorint jos kasinėti. Daug paprastesnis ir pigesnis tokių šilumos siurblių instaliavimas, aptarnavimas, bei remontas gedimo atveju.
  Sekantis aktualus klausimas, į kurį pabandysiu atsakyti – orinio šilumos siurblio ekonomiškumas ir palyginimas su kitomis šildymo sistemomis.

EKONOMIŠKUMAS

 

 

  • Pastaba: Visi šioje lentelėje pateikti duomenys yra patvirtinti nepriklausomoje Europos sertifikavimo laboratorijoje – “EUROVENT” – 2005m. ir yra taikytini tik DAIKIN kompanijos produkcijai (konkrečiai 4MXS80D agregatui).
  • Prisijungus prie centralizuotos šildymos sistemos įvairiuose Lietuvos miestuose teks mokėti skirtingą kainą už šiluminės energijos kilovatą – pvz. Vilniuje ši kaina yra apie 11ct./kW.
  • Šildymui naudojant gamtines dujas šilumos kaina priklauso nuo dujinio katilo naudingumo. Pagal kolegų pateiktus duomenis – geri dujiniai katilai sudegindami vieną kubinį metrą dujų išskiria ~ 9 kW šilumos (Wiessman). Jei už 1 m3 gamtinių dujų mokate apie 1 Lt. – tuomet šilumos kilovatas Jums kainuos panašiai kaip ir prisijungus prie centrinio šildymo – apie 11 ct./kW.
  • Naudojant orinius šilumos siurblius Jūsų išlaidos tiesiogiai priklausys nuo klimatinių sąlygų t.y. išorės temperatūros. Remiantis lentelėje pateiktais duomenimis esant išorės temperatūrai –15?C orinio siurblio naudingumo koeficientas lygus 2,52 t.y. suvartodamas 1kW elektros energijos siurblys išskirs iš aplinkos 2,52 kW šilumos. Priimant , kad elektros energijos kilovatvalandė kainuoja ~31 ct./ kWh (brangiausiu tarifu) – Jums šiluminės energijos kilovatas atsieis apie 12 ct šaltą žiemos dieną ir gerokai pigiau lauko temperatūrai pakilus. Remiantis sinoptikų pateikta informacija (www.orai.lt) – vidutinė Lietuvos sausio mėnesio temperatūra yra –3?C, tokiu atveju vidutiniškai žiemą 1 šilumos kW = 31 ct./ 3,4 = 9 ct. Realiai, naudojant dvitarifius elektros skaitiklius, - dar mažiau. Pereinamuoju laikotarpiu kai temperatūra svyruoja apie 0o C šilumos siurblys yra patikimas ir pigus šilumos šaltinis. Pvz., sinoptikų duomenimis, vidutinė metinė Lietuvos temperatūra yra +6,2oC tokiu atveju siurblio naudingumo koeficientas siekia 4, o šilumos kilovato kaina - 7,4 ct. brangiausiu tarifu. Būtent todėl šios technologijos įgavo tokį didelį populiarumą Skandinavijoje ir sparčiai plinta Lietuvoje.

TEMPERATŪRINĖS SĄLYGOS. Sekantis logiškas klausimas – kas atsitinka esant dar žemesnei aplinkos temperatūrai: -25oC, -30oC ? Atsakymas paprastas – Jūsų šilumos siurblio efektyvumas, krintant temperatūrai, artėja prie “1”. Tai reiškia ypač šaltomis dienomis energijos sąnaudos yra daug didesnės, bet tokių dienų nėra daug, o vidutinis DAIKIN šilumos siurblio efektyvumo koeficientas lygus 3,42. - t.y. vidutiniškai šilumos kilovatas kainuotų 9ct. Į DAIKIN orinius šilumos siurblius, gamykloje yra montuojamos papildomos kompresoriaus apsaugos, kompresoriaus apšildymo sistema, kuri veikia nukritus aplinkos temperatūrai žemiau –25oC. Tai yra būtina siekiant užtikrinti sklandų šilumos siurblio darbą itin šaltomis dienomis. Todėl renkantis orinius šilumos siurblius butina atkreipti dėmesį ir į šalį kur jis buvo pagamintas – paprastai šiltuose kraštuose (Korėjoje, Kinijoje, Italijoje) pagaminti šilumos siurbliai nėra pritaikyti dirbti prie žemų aplinkos temperatūrų, kadangi tose šalyse šalčių niekados ir nebūna, todėl freono garavimo procesas tokiuose agregatuose beveik nėra reguliuojamas. Tokie šilumos siurbliai nėra pritaikyti Lietuvos sąlygoms ir veikia tik esant teigiamai aplinkos temperatūrai.

IŠVADA: Pagal šiandienines energijos nešėjų kainas Lietuvoje – šilumos siurbliai yra pati ekonomiškiausia šildymo sistema esanti šiuo metu rinkoje. Tarp šilumos siurblių tipų patys efektyviausi yra naudojantys neužšalantį pratekantį vandenį ir oriniai šilumos siurbliai su tikslia freono garavimo proceso kontrole (ypač apjungiant ją su “INVERTER” technologija). Kiek mažesnio efektyvumo ir žymiai daugiau instaliavimo sąnaudų reikalaujantys gruntiniai šilumos siurbliai yra taip pat labai populiarūs, nors būtina sąlyga gruntiniams – reikalingas nemažas žemės sklypas greta šildomo objekto. Visų šilumos siurblių išskirtinis bruožas – jų ekologiškumas. Tikimasi, kad ir Lietuvoje vyriausybė greitai ims remti šias technologijas, kaip nekenkiančias aplinkai, ir tuomet šilumos siurbliai dar labiau išpopuliarės.

Šiuo metu DAIKIN pristato visiškai naują orinį šilumos siurblių rūšį – “ALTHERMA”. Šie oriniai šilumos siurbliai yra komplektuojami su elektriniais arba dujiniais boileriais. DAIKIN “ALTHERMA” iki +55oC pašildydas vanduo yra tiekiamas patalpų šildymo sistemoms: šildomoms grindims, radiatoriams, ventiliatoriniams konvektoriams ir sujungus su sanitarine talpa (papildomai pašildžius) – naudojamas kaip vandentiekio sistemos karštas vanduo. Šaltnešys – R410A naujausios kartos freonas.

 

Šilumos siurblių kainos