Šilumos siurblys šilumos negamina – jis ją perneša. Net -15 °C lauko ore yra šiluminės energijos, kurią šaltnešis sugeria garuodamas, o kompresorius „pakelia“ iki naudojamos temperatūros. Todėl iš vienos suvartotos elektros kilovatvalandės įrenginys patalpoms atiduoda kelias kilovatvalandes šilumos, o tikslus santykis priklauso nuo lauko temperatūros.
Iš kur šaltame ore šiluma?
Fizikos požiūriu šilumos neturi tik absoliutaus nulio (-273,15 °C) temperatūros kūnai. Žiemos oras, palyginti su šia riba, vis dar yra „šiltas“. Šilumos siurblio uždavinys – paimti šią energiją iš žemesnės temperatūros terpės ir perduoti aukštesnės temperatūros terpei, t. y. kambariui.
Savaime šiluma taip neteka – antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad ji juda iš šiltesnio į šaltesnį kūną. Kad procesas vyktų priešinga kryptimi, reikia atlikti darbą. Tą darbą atlieka elektra varomas kompresorius, tačiau jo sunaudojama energija yra tik dalis perneštos šilumos, todėl bendras rezultatas viršija 100 %.
Keturi ciklo žingsniai
Šaldytuve, kondicionieriuje ir šilumos siurblyje veikia tas pats garų suspaudimo ciklas:
- Garinimas. Lauko bloke skystas šaltnešis, kurio virimo temperatūra gerokai žemesnė už lauko oro, sugeria šilumą ir virsta garais.
- Suspaudimas. Kompresorius suspaudžia garus – didėja slėgis ir temperatūra.
- Kondensacija. Vidiniame bloke karšti garai atiduoda šilumą kambario orui ir vėl virsta skysčiu.
- Išplėtimas. Per išsiplėtimo vožtuvą slėgis sumažėja, šaltnešis atvėsta ir ciklas kartojasi.
Vasarą keturkryptis vožtuvas apsuka srautą, ir tas pats įrenginys šilumą iš kambario išneša į lauką.
Šiuolaikiniuose įrenginiuose kompresorius valdomas inverteriu. Jis ne įsijungia ir išsijungia visu pajėgumu, o nuolat keičia sūkius pagal poreikį. Kai patalpa jau sušilusi, kompresorius dirba mažais sūkiais, todėl sumažėja energijos sąnaudos, triukšmas ir temperatūros svyravimai. Būtent dėl inverterio senesni „įjungti–išjungti“ tipo kondicionieriai ir nauji šilumos siurbliai šildymo režimu skiriasi taip ryškiai.
Ką iš tikrųjų reiškia COP ir SCOP?
COP (angl. coefficient of performance) rodo, kiek šilumos gaunama iš vieno elektros vieneto konkrečiomis sąlygomis. COP lygus 4 reiškia, kad 1 kWh elektros virsta 4 kWh šilumos.
Teorinę ribą nustato Carnot ciklas: kuo mažesnis temperatūrų skirtumas tarp lauko ir vidaus, tuo efektyvumas didesnis. Todėl ta pati įranga rudenį dirba ekonomiškiau nei per spaudžiantį šaltį.
| Lauko temperatūra | Tipinis oras-oras įrenginio COP |
|---|---|
| +7 °C | 4–5 |
| 0 °C | 3–4 |
| -10 °C | 2–3 |
| -20 °C | 1,5–2,5 |
Intervalai orientaciniai ir skiriasi pagal modelį. Vertinant visą sezoną naudojamas SCOP – sezoninis rodiklis, apskaičiuotas pagal ES nustatytas klimato zonas. Lietuvai aktualiausia „šaltesnio klimato“ zona, tačiau dauguma gamintojų nurodo vidutinės zonos SCOP, todėl palyginti reikia tos pačios zonos duomenis.
Yra ir dar vienas efektyvumo veiksnys – tiekiamos šilumos temperatūra. Oras-oras įrenginiui pakanka pašildyti kambario orą, todėl kondensacija vyksta žemesnėje temperatūroje nei sistemoje, kuri turi pašildyti vandenį radiatoriams iki 50 °C ar daugiau. Mažesnis „kėlimas“ reiškia mažesnį kompresoriaus darbą, todėl esant tai pačiai lauko temperatūrai oras-oras įrenginys dažnai pasiekia aukštesnį COP nei radiatorinę sistemą šildantis siurblys.
Kodėl svarbus šaltnešis?
Šaltnešio savybės lemia, kaip gerai įrenginys dirba žemoje temperatūroje. Šiuo metu buitiniuose įrenginiuose dažniausiai naudojamas R32, kurio visuotinio atšilimo potencialas maždaug tris kartus mažesnis nei anksčiau paplitusio R410A. ES F dujų reglamentas palaipsniui griežtina reikalavimus didelio poveikio klimatui šaltnešiams, todėl gamintojai vis dažniau renkasi natūralų šaltnešį R290 (propaną).
Vartotojui tai reiškia paprastą dalyką: kai renkamas šilumos siurblys oras oras, verta pasidomėti ne tik galia ir kaina, bet ir šaltnešiu, nes nuo jo priklauso ir efektyvumas, ir ilgalaikis aptarnavimas.
Kodėl ekonomija priklauso ir nuo namo?
Net efektyviausias įrenginys negali kompensuoti didelių šilumos nuostolių. Kuo daugiau šilumos namas praranda per sienas, langus ir vėdinimą, tuo daugiau valandų šilumos siurblys turi dirbti dideliu pajėgumu, kai jo COP mažesnis. Todėl apšiltintame name tas pats įrenginys dirba ne tik trumpiau, bet ir efektyvesniu režimu.
Atitirpinimas: neišvengiama fizika
Kai lauke apie 0 °C ir drėgna, lauko bloko šilumokaitis apšąla – jo paviršius šaltesnis už aplinką, todėl drėgmė kondensuojasi ir užšąla. Ledas mažina šilumos mainus, todėl įrenginys periodiškai trumpam apsuka ciklą ir ledą ištirpdo. Tuo metu šildymas kelioms minutėms sustoja – tai normalus veikimas, ne gedimas.
„Daugiausia klausimų sulaukiame ne per didžiausius šalčius, o esant nuliui ir rūkui. Būtent tada atitirpinimo ciklai dažniausi, ir žmonės pamato garus virš lauko bloko,“ – aiškina Komfo montavimo meistras.
Teorija tampa daug aiškesnė, kai įrenginį pamatai iš arti. Kaip atrodo vidinis ir lauko blokas, kuo skiriasi modeliai ir koks jų triukšmas, galima pamatyti Komfo parduotuvėje, kur konsultantai paaiškins, kaip šie fizikos principai virsta realiomis sąskaitomis už šildymą.