Šilumos siurbliai – efektyvus šildymo būdas (KTU referatas)

KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS

Profesinio bendravimo pagrindai

Referatas

Šilumos siurblys

Kaunas,2006

Turinys

1. Įvadas

2. Šilumos siurbliai ir žemos temperatūros žemės šiluma

3. Šilumos siurbliai – efektyvus namų šildymo būdas

4. Šildyti galima trejopai

5. Pasirinkimą lemia kaina

6. Šilumos siurblių montavimas

7. Naudota literatūra

Įvadas

Žmonės nuo seniausių laikų sprendžia apsirūpinimo šiluma problemas. Šilumos reikia būstui ir vandeniui šildyti, maistui ruošti, gydymui ir sveikatos profilaktikai. Visame pasaulyje eikvojamos didžiulės lėšos šilumai ir kitų rūšių energijai gaminti. Kasmet sudeginama šimtai milijonų tonų įvairaus kuro, užteršiama atmosfera, vandens telkiniai ir žemės paviršius – didėja kenksmingų medžiagų koncentracija. Drauge didėja šiluminis užterštumas, kyla vandens ttelkinių ir aplinkos temperatūra. Atsiranda sąlygos patogeniniams mikrobams plisti, anglies dioksidui kauptis. Visa tai skatina šiltnamio efekto augimą. Šiltnamio efekto būklė sudaro sąlygas dar didesniam Saulės ir kosminės energijos kaupimuisi atmosferos sluoksniuose. Taip pažeidžiamas Žemės šilumos balansas. Kasmet suvartojama vis daugiau šilumos energijos, mažėja pasaulio tradiciniai energetiniai ištekliai. Energija brangsta.

Mokslininkai pradėjo ieškoti efektyvesnio šiluminių-energetinių išteklių panaudojimo būdų. Buvo atkreiptas dėmesys į gamtoje vykstančius šiluminius procesus. Kaip žinoma, visos sistemos stengiasi išlaikyti temperatūros pusiausvyrą – aukštesnės temperatūros kūnas atiduoda šilumą žemesnės ttemperatūros kūnui. Vyksta negrįžtamas procesas. Energijos tvarumo dėsnis skelbia, kad energija niekur nedingsta, tik persiskirsto. Kaip šiuos temperatūrinius efektus padaryti grįžtamus, kaip atgauti šilumą? Pagal Kelvino skalę visi kūnai, turintys aukštesnę už absoliutinį nulį temperatūrą, yra šilti. Kad šiluma būtų pperduodama iš vieno kūno kitam, pakanka pakeisti sistemos, kurioje jie yra, temperatūros pusiausvyrą, atliekant nedidelį mechaninį darbą.

1824 m. prancūzų mokslininkas termodinamikos pradininkas Sadi Karno pasiūlė idealų grįžtamąjį ciklą, pagal kurį galima atiduoti šilumą iš šaltesnio kūno šiltesniam aplinkos kūnui. Jis rašė, kad “visur, kur yra temperatūrų skirtumas, gali kilti varomoji jėga. Arba priešingai, visur, kur galima pritaikyti šią jėgą, galima gauti temperatūrų skirtumą”. Pagal idealų Karno ciklą šilumos enrgiją galima padidinti 14 kartų. Pvz., 1 kW energijos suvartoja šaldymo įrenginio kompresorius, kuris pagamina 14 kW šilumos energijos. Anglų inžinierius Dž.Perkinsas šaldytuvą išrado 1834 m., o pirmoji šildymo sistema su šaldymo mašina buvo įrengta 1927 m. anglų inžinieriaus Holdeino name Škotijoje, kurią jis ir pavadino šilumos siurbliu.

Šilumos siurbliai ir žemos temperatūros žžemės šiluma

Šilumos siurblys – įrenginys, kuris ima šilumą iš mūsų aplinkos (žemės, vandens, oro, ventiliatorinių išmetimų, kanalizacijos nuotekų, technologinių procesų ir t.t.), pakelia temperatūrą iki vartotojo poreikio ir jam perduoda. Šiuolaikiniai šilumos siurbliai yra pakankamai efektyvūs, turintys transformacijos koeficientą 3-5. Transformacijos koeficientas – tai elektros energijos, suvartotos šilumos siurblio elektros varikliui sukti, santykis su jo atiduotos šilumos kiekiu. Tik ketvirtadalis energijos suvartojama perduodant vartotojui tris ketvirtadalius šilumos iš aplinkos. Gauta +55 °C temperatūros šiluma perduodama vartotojui. Vartotojas pasinaudoja šilumos energija iir vėl išmeta ją į aplinką. Šilumos siurblys panašus į buitinio šaldytuvo įrangą, tik veikia atvirkščiai ir yra kur kas galingesnis.

Būtina šilumos siurblio veikimo sąlyga yra temperatūrų skirtumas tarp įeinančios iš šaltinio šilumos ir išeinančios. Pvz., šilumos šaltinis yra gręžinio vanduo, kurio temperatūra +10 °C. Šilumos siurblys pažemina temperatūrą iki +5 °C. Iš 1 l vandens išsiskiria 5,8 W šilumos energijos. Padidinę vandens debitą iki 2000 l per valandą, gausime 11 600 Wh šilumos energijos. Šiai šilumai pernešti kompresorius suvartoja 3 kW elektros energijos. Kompresorius veikdamas išskiria šilumos energiją, kurios naudingumo koeficientas yra 0,95. Taip susidaro dar papildoma 2850 Wh šiluma. Bendras gaunamos šilumos energijos kiekis yra 14 450 Wh. Buitiniai ir pramoniniai šilumos siurbliai skirstomi pagal tai, koks šilumnešis teka pro jų šilumokaičius. Jie yra tokie: 1) vandens-vandens šilumos siurblys, kai abiejuose šilumokaičiuose cirkuliuoja skystas šilumnešis; 2) vandens-oro šilumos siurblys, kai pro vieną šilumokaitį cirkuliuoja oras, o pro kitą – skystis (šilumnešis); 3) oro-oro šilumos siurblys, kai pro abu šilumokaičius cirkuliuoja oras. Pagal vartojamos rūšies energiją šilumos siurbliai skirstomi į kompresorinius, absorbcinius, srovinius, termoelektrinius. Šiuo metu gaminami šilumos siurbliai yra didelio galingumo diapazono (3 kW-30 000 kW) ir naudoja įvairius šilumos šaltinius: gruntinį ir požeminį vandenį, gruntą, orą, paviršinius vvandens telkinius, atliekų šilumą.

Išsivysčiusios šalys jau seniai naudoja šilumos siurblius kaip svarbiausią priemonę energijos ekonomijai užtikrinti. Šios šalys išmoko sugrąžinti šilumą į namus, pramonės įmones, utilizuoti technologinius išmetimus, vadinasi, – saugoti gyvenamąją aplinką. Pirmiausia buvo sukurtos šiluminių siurblių įdiegimo vyriausybinės programos, numatytos skatinimo priemonės ir svarbiausios kryptys: energetinių išteklių taupymas, anglių, dujų ir kito kuro vartojimo mažinimas, aplinkos gryninimas ir kenksmingų išmetimų į atmosferą ir vandenį mažinimas. Šilumos siurblių įdiegimą skatinančia priemone tapo elektros energijos tarifo sumažinimas jų vartotojams. Sukurta palanki kreditų sistema ir specialūs fondai įrangai įsigyti. Numatyta kompensacija iki 30 proc. šilumos siurblio kainos. Šilumos siurblių naudotojai buvo atleidžiami nuo kai kurių mokesčių. Programos rezultatai pranoko lūkesčius. Taip Švedijoje 30 proc. sumažėjo kuro pirkimas. Stokholmo apšildymo balanse šilumos siurbliams tenka 85 procentai. Pagerėjo bendra ekologinė būklė. Oras ir vandens telkiniai tapo švaresni, sumažėjo įmonių šiluminiai išmetimai. Sutaupytos didžiulės biudžeto lėšos buvo nukreiptos į kitas ūkio šakas. Tad ar verta diegti šilumos siurblius, ar ir toliau deginti pinigus ir gamtos išteklius katilinių krosnyse, teršti aplinką, vandenį bei “šildyti” orą? Dauguma šalių jau padarė išvadas ir pasirinko. Tai šalys, kuriose oras ir vanduo tapo švaresni, kurios nustojo išmetinėti pinigus per katilinių kaminus.

Lietuvoje taip pat žengiami pirmieji atsargūs žingsniai šiluminių siurblių ddiegimo linkme. Jau veikia keletas šilumos siurblių privačiuose namuose Vilniuje ir Klaipėdoje, naudojant negilių gręžinių arba grunto šilumą, veikia keletas šilumos siurblių, utilizuojančių technologinę šilumą. Jie neišmeta pinigų per kaminą. Estijoje kasmet įrengiama po 100 šilumos siurblių sistemų. Kas stabdo tokių efektyvių ekologiškų sistemų plitimą Lietuvoje? Pirma – įrangos brangumas, antra – informacijos ir propagandos stoka. Dabar įsirengti šilumos siurblį – brangus malonumas ir ne kiekvienas gali sau tai leisti.

Kokios priemonės paspartintų šilumos siurblių plitimą? Tai visas paketas nutarimų, kuriuos turėtų priimti Vyriausybė, būtent:

1) lengvatinių ilgalaikių kreditų teikimas šilumos siurblių vartotojams;

2) atleidimas šilumos siurblių įrangos ir gręžimo darbų nuo PVM;

3) elektros energijos tarifo atpiginimas šilumos siurblių vartotojams;

4) atleidimas nuo mokesčių už požeminį vandenį, nors atsipirkimo laikotarpiu

Šilumos siurbliai – efektyvus namų šildymo būdas

Namams šildyti žmogus yra sugalvojęs begalę būdų. Norint pateikti vartotojui kažką nauja, pirmiausia derėtų pagalvoti apie idealų namų šildymo būdą. Pagrindiniai reikalavimai akivaizdūs: naudojimosi komfortas ir visiškas automatizavimas, aukštas naudingumo koeficientas, jokių instaliavimo darbų, minimalus poveikis aplinkai, o svarbiausia – kuo pigesnio kuro naudojimas ar netgi šildymas už dyką.

Viena arčiausiai prie idealo priartėjusių technologijų, padedančių taupyti ne tik lėšas, bet ir neatkuriamus energetinius resursus, yra šilumos siurblių naudojimas. Jų veikimo principas suprantamas net ir išėjusiam vidurinės mokyklos fizikos kursą:

naudojant kelių laipsnių pliusinę temperatūrą, net šalčiausią žiemą 1,5–2 m gylyje, išgaunamos šilumos pakanka gyvenamajam namui šildyti. Be to, ta pati sistema vasaros metu gali vėsinti orą patalpose bei reguliuoti drėgnumą

Maždaug prieš dvejus metus Lietuvoje pasirodę šilumos siurbliai patraukė daugelio dėmesį. Juos specialistai vadina šildymo technikos naujove, skirta žmonėms, kurie rūpinasi šilumos taupymu. Tiesa, tokius siurblius į Lietuvą importuoja keliolika bendrovių, tačiau juos surenka tik viena – „Šildymo technologijų centras“.

Šiluminio siurblio veikimo principas iš pirmo žvilgsnio nėra sudėtingas. Įrenginys siurbia ddirvoje arba vandenyje natūraliai susikaupusią šilumą ir ji šildo patalpą.

Išsivysčiusios šalys jau senokai naudoja šilumos siurblius kaip vieną naudingiausių energijos taupymo priemonių. Dabar naujos kartos taupymo įrenginius pamažu įvertina ir lietuviai.

Šildyti galima trejopai

Šiuo metu Lietuvoje įrengta kelios dešimtys šilumos siurblių. Šilumą jie siurbia iš grunto arba negilių gręžinių. Siurblys yra panašus į buitinį šaldytuvą, tik jo veikimo principas atvirkštinis, o jo galia kur kas didesnė. Svarbiausia šių prietaisų veikimo sąlyga – temperatūros skirtumas tarp įeinančios ir išeinančios šaltinio šilumos.

Plastikiniame vamzdyje ccirkuliuoja agentas (spiritas, vanduo, glikolis), kurį vėliau sušildo vanduo arba dirva. Skystis sušyla, o paskui sistemoje jis sušildo šaldymo agentą, kuris išgarinamas. Specialiu kompresoriumi šaldymo agentas suspaudžiamas ir jo temperatūra smarkiai kyla. Vėliau per šilumokaitį šiluma patenka į namo šildymo ssistemą. Galiausiai išplėtimo vožtuvu šaldymo agento slėgis sumažinamas ir skystas šaldymo agentas vėl grąžinamas į garintuvą.

Šiluma imama iš paviršinio (maždaug metro gylio) dirvos sluoksnio – ten ji kaupiasi saulės energijos dėka. Į žemę užkasamas vamzdis, kuriame cirkuliuoja neužšąlantis skystis (agentas). Jį paviršiniame žemės sluoksnyje esanti energija sušildo keliais laipsniais.

Paprastai vamzdžiai klojami 250–400 m2 ploto sklype. Nustatyta, kad paviršinio dirvos sluoksnio absorbuojama šiluma neturi jokio neigiamo poveikio augalijai. Jeigu sklypas mažas arba reljefas neleidžia įrengti paviršinio dirvos sluoksnio kolektoriaus, rekomenduojama naudoti gręžinio šilumą. Tai antras šildymo būdas. Veikimo principas paprastas – sklype išgręžiamas gręžinys, kuris aprūpina namą vandeniu ir tuo pat metu yra šilumos siurblio energijos šaltinis.

Trečias šildymo būdas – ežero šiluma. Jeigu namas stovi netoli kokio nors vandens telkinio, naudojama vvandenyje susikaupusi šiluma. Tai gera alternatyva net šaltą žiemą, kai ežeras padengtas ledu.

Pasirinkimą lemia kaina

Kol kas šilumos siurbliai montuojami tik privačiuose namuose arba komercinės paskirties pastatuose. Daugiabučiuose namuose įrengti tokius siurblius būtų sudėtinga. Be to, vargu ar apsimokėtų. Tačiau nuosavame name stovintis šilumos siurblys – optimalus variantas taupantiesiems.

Siurbliais išgaunama šiluma, palyginti su gamtinių dujų energija, 1,5 karto pigesnė. Ekspertai apskaičiavo, kad naudojant siurblį išlaidos už šilumą per sezoną būna penkiais šimtais litų mažesnės nei šildant būstą gamtinėmis dujomis. Įsirengti tokią ssistemą dar labiau apsimoka, jeigu iki tol namas buvo šildomas elektros energija. Specialistai tikina, jog siurbliais išgaunama šiluma keturis kartus pigesnė už gaunamą naudojant elektrinius šildymo prietaisus.

Papildomą impulsą šių sistemų diegimui, kuris šalies mastu leistų sumažinti priklausomybę nuo įvežamų energijos resursų, galėtų suteikti specialios paramos programos, numatančios, pavyzdžiui, elektros tarifų ar mokesčių lengvatas. Bet ten, kur prasideda politika ir dideli pinigai, ne visada galioja logikos dėsniai.

Šilumos siurblių montavimas

Šilumos siurbliai naudojami individualių namų, komercinės ar prekybinės paskirties pastatų, gamybinių patalpų šildymo sistemose.

Buitinės paskirties šiluminis siurblys gali būti naudojamas kartu su priverstinio – oro kanaline sistema arba su vandenine šilumos paskirstymo sistema su grindų šildymu ar radiatoriais (centrinis šildymas).

Komerciniuose/instituciniuose pastatuose šiluminiai siurbliai gali būti kaip pagrindinis šilumos gamintojas prijungtas prie kanalinės oro arba vandeninės sistemos, arba multi¬zoninė sistema kur keletas šiluminių siurblių yra išdėstyta atskirose pastato zonose atliekančių individualų patalpų kondicionavimą. Dideliuose pastatuose efektyvu yra naudoti sistemas šiluminiai siurbliai su vandens žiedu, tai uždaras vandens žiedas su keletą šiluminių siurblių prijungtų prie žiedo atliekančių patalpų šildymą ir šaldymą.

Šilumos siurblys naudoja dirvoje arba vandenyje natūraliai susikaupusią šilumą. Kur Jūs begyventumėte, Jūsų sklype yra šilumos, kurią galima panaudoti namo apšildymui.

1. Plastikiniame vamzdyje cirkuliuoja šaldymo agentas (spiritas/vanduo/glikolis), kurį sušildo vanduo arba dirva.

2. Skystis sušildo šaldymo agentą, kuris išgarinamas.

3. Kompresoriuje šaldymo agentas suspaudžiamas ir temperatūra stipriai pakyla.

4. Per kondensatorių šiluma pateikiama į namo apšildymo ir karšto vandens sistemą.

5. Išplėtimo vožtuvu sumažinamas šaldymo agento slėgis ir vėl grįžtama prie skystos būsenos. Skystas šaldymo agentas grąžinamas į garintuvą.

Naudota literatūra

1. www.naujosidejos.lt

2. www.sildymas.com

3. www.vilpra.lt

4. www.elektrobalt.lt

5. www.naujaenergija.lt