Skaitymo vadovas
Šiomis dienomis šilumos siurbliai labai populiarūs, ypač Europoje, kur kai kurios šalys siekia uždrausti montuoti iškastiniu kuru kūrenamas virykles ir katilus, pirmenybę teikdamos aplinkai draugiškesniems variantams, įskaitant energiją taupančius šilumos siurblius. (Krosnys šildo orą ir paskirsto jį vamzdžiais po visus namus, o katilai šildo vandenį, kad būtų galima tiekti karštą vandenį arba garinti.) Šiais metais JAV vyriausybė pradėjo siūlyti mokesčių lengvatas už šilumos siurblių įrengimą, kurie iš pradžių paprastai kainuoja brangiau nei tradicinės krosnys, tačiau ilgainiui yra daug efektyvesni.
Naujų energijos šaltinių transporto priemonių srityje ribota akumuliatorių talpa taip pat paskatino pramonę pereiti prie šilumos siurblių. Tad galbūt atėjo laikas greitai sužinoti, ką reiškia šilumos siurbliai ir ką jie daro.
Koks yra labiausiai paplitęs šilumos siurblio tipas?
Atsižvelgiant į pastaruoju metu kylantį ažiotažą, galite nustebti sužinoję, kad jau naudojatešilumos siurblys– tikriausiai namuose ir automobilyje turite ne vieną. Jūs tiesiog jų nevadinate šilumos siurbliais: vartojate terminus „šaldytuvas“ arba „oro kondicionierius“.
Iš tiesų, šie įrenginiai yra šilumos siurbliai, o tai reiškia, kad jie perkelia šilumą iš santykinai šaltos vietos į santykinai karštą vietą. Šiluma savaime teka iš karštos į šaltą. Bet jei norite ją paversti iš šaltos į karštą, turite ją „pumpuoti“. Geriausia analogija čia yra vanduo, kuris pats teka nuo kalvos, bet turi būti pumpuojamas į kalną.
Kai šaltoje saugykloje (ore, vandenyje ir pan.) esančią šilumą perpumpuojate į karštą saugyklą, šaltoji saugykla atšąla, o karštoji – įkaista. Būtent tam ir skirtas jūsų šaldytuvas ar oro kondicionierius – jie perkelia šilumą iš nereikalingos vietos į kitur, ir jums nerūpi, jei iššvaistote šiek tiek papildomos šilumos.
Kaip pasigaminti praktišką šaldytuvą su šilumos siurbliu?
Svarbiausia įžvalga, kuri lėmėšilumos siurbliai atsirado XIX amžiaus pradžioje, kai nemažai išradėjų, įskaitant Jacobą Perkinsą, suprato, kad jie gali tokiu būdu atvėsinti kažką nešvaistant lakiųjų skysčių, kurie išgaravo aušinant. Jie teigė, kad užuot išleidus šiuos garus į atmosferą, geriau juos surinkti, kondensuoti į skystį ir pakartotinai naudoti tą skystį kaip aušinimo skystį.
Tam ir skirti šaldytuvai ir oro kondicionieriai. Jie garina skystus šaldymo agentus ir naudoja šaltus garus šilumai iš šaldytuvo ar automobilio vidaus sugerti. Tada jie suspaudžia dujas, kurios vėl kondensuojasi į skystą formą. Šis skystis dabar yra karštesnis nei tada, kai pradėjo veikti, todėl dalis jame esančios šilumos gali lengvai (galbūt padedant ventiliatoriui) tekėti į aplinkinę aplinką – lauke ar kitur virtuvėje.
Beje: jūs puikiai žinote apie šilumos siurblius; tiesiog nuolat juos vadinate oro kondicionieriais ir šaldytuvais.
Dabar atlikime dar vieną mintinį eksperimentą. Jei turite langinį oro kondicionierių, galite tai atlikti kaip tikrą eksperimentą. Įrenkite atvirkščiai. Tai yra, sumontuokite jo valdiklius už lango ribų. Darykite tai vėsiu, sausu oru. Kas nutiks?
Kaip ir tikėtumėtės, jis pučia šaltą orą į jūsų kiemą ir išskiria šilumą į jūsų namus. Taigi, jis vis tiek transportuoja šilumą, todėl jūsų namai tampa patogesni juos šildydami. Žinoma, jis vėsina orą lauke, tačiau šis poveikis tampa minimalus, kai nebūnate prie langų.
Dabar turite šilumos siurblį savo namams šildyti. Jis gali būti ne pats geriausiasšilumos siurblys, bet jis veiks. Be to, atėjus vasarai, jį taip pat galėsite apversti aukštyn kojomis ir naudoti kaip oro kondicionierių.
Žinoma, iš tikrųjų to nedarykite. Jei pabandysite, jis neabejotinai suges pirmą kartą, kai lis ir į valdiklį pateks vandens. Vietoj to galite įsigyti komercinį „oro šaltinio“ šilumos siurblį, kuris jūsų namams šildyti naudoja tą patį principą.
Žinoma, problema ta, kad degtinė yra brangi, ir jos greitai pritrūks vynui atvėsinti. Net jei degtinę pakeisite pigesniu spiritu, netrukus ims skųstis dėl išlaidų.
Kai kurie iš šių įrenginių turi vadinamuosius perjungimo vožtuvus, kurie leidžia tam pačiam įrenginiui atlikti dvigubą funkciją: jie gali pumpuoti šilumą iš išorės į vidų arba iš vidaus į išorę, tiekdami ir šildymą, ir oro kondicionavimą, kaip aprašyta toliau.
Kodėl šilumos siurbliai yra efektyvesni nei elektriniai šildytuvai?
Šilumos siurbliai yra efektyvesni nei elektriniai šildytuvai, nes jiems nereikia elektros energijos šilumai gaminti. Šilumos siurblio sunaudojama elektros energijašilumos siurblysNors jis generuoja šiek tiek šilumos, dar svarbiau, kad jis pumpuoja šilumą iš lauko į jūsų namus. Į namus išskiriamos šilumos ir į elektrinį kompresorių siunčiamos energijos santykis vadinamas našumo koeficientu (COP).
Paprasto elektrinio šildytuvo, kuris visą šilumą pagamina elektrinis kaitinimo elementas, COP yra 1. Kita vertus, šilumos siurblio COP gali būti daug didesnis.
Tačiau šilumos siurblio COP nėra fiksuota vertė. Jis yra atvirkščiai proporcingas temperatūrų skirtumui tarp dviejų rezervuarų, kuriuose pumpuojama šiluma. Kita vertus, jei pumpuojate šilumą iš ne per šalto rezervuaro į ne per karštą pastatą, COP bus didelė vertė, o tai reiškia, kad jūsų šilumos siurblys labai efektyviai naudoja elektros energiją. Tačiau jei bandysite pumpuoti šilumą iš itin šalto rezervuaro į jau šiltą pastatą, COP vertė sumažėja, o tai reiškia, kad nukenčia efektyvumas.
Rezultatas yra toks, kokio intuityviai tikitės: geriausia naudoti šilčiausią daiktą, kokį tik galite rasti, kaip lauko šilumos rezervuarą.
Oro-vandens šilumos siurbliai, kurie kaip šilumos rezervuarą naudoja lauko orą, šiuo atžvilgiu yra blogiausias pasirinkimas, nes žiemos šildymo sezono metu lauko oras yra labai šaltas. Dar geresni yra geoterminiai šilumos siurbliai, nes net ir žiemą vidutiniame gylyje esanti žemė vis dar gana šilta.
Koks yra geriausias šilumos šaltinis šilumos siurbliams?
Problema su žemės šaltiniušilumos siurbliaiyra tai, kad jums reikia būdo pasiekti šį užkastą šilumos rezervuarą. Jei aplink namą turite pakankamai vietos, galite iškasti griovius ir užkasti krūvą vamzdžių protingame gylyje, pavyzdžiui, kelių metrų gylyje. Tada per šiuos vamzdžius galite cirkuliuoti skystį (dažniausiai vandens ir antifrizo mišinį), kad sugertumėte šilumą iš žemės. Arba galite išgręžti gilias skyles žemėje ir vertikaliai į jas įstatyti vamzdžius. Tačiau visa tai bus brangu.
Kita strategija, prieinama keliems laimingiesiems, yra išgauti šilumą iš netoliese esančio vandens telkinio, panardinant vamzdį į vandenį tam tikrame gylyje. Jie vadinami vandens šaltinio šilumos siurbliais. Kai kurie šilumos siurbliai taiko neįprastesnę strategiją – išgauti šilumą iš pastatą išleidžiančio oro arba iš saulės karšto vandens.
Labai šalto klimato sąlygomis, jei įmanoma, prasminga įsirengti geoterminį šilumos siurblį. Tikriausiai todėl dauguma Švedijoje (kurioje šilumos siurblių skaičius vienam gyventojui yra vienas didžiausių) šilumos siurblių yra tokio tipo. Tačiau net ir Švedijoje yra didelė oro-vandens šilumos siurblių dalis, o tai paneigia įprastą teiginį (bent jau Jungtinėse Valstijose), kad šilumos siurbliai tinka tik namams šildyti švelnaus klimato sąlygomis.
Taigi, kad ir kur būtumėte, jei galite sau leisti didesnes pradines išlaidas, kitą kartą, kai susidursite su sprendimu, kaip šildyti savo namus, apsvarstykite galimybę naudoti šilumos siurblį vietoj tradicinės viryklės ar katilo.
Įrašo laikas: 2023 m. spalio 19 d.