Siltumsūkņa darbība

Siltumsūknis ir īpaša iekārta, kas tiek izmantota siltuma ražošanai un uz kuru attiecas visi ar enerģiju saistītie likumi. Tāpat kā citiem apkures veidiem arī siltumsūknim ir savas īpatnības. Tomēr termodinamikas likumi šajā iekārtā darbojas tāpat kā malkas vai gāzes apkures sistēmā un modernos elektriskajos katlos. Galvenais, kas siltumsūkņu darbībā atšķiras no citiem apkures veidiem, — tie izmanto apkārtējā vidē esošu siltuma avotu enerģiju, kas ir bezmaksas.

Siltumsūknis ir apkures iekārta, kurā tiek izmantota apkārtējā vidē — zemē, ūdenskrātuvēs, dziļurbumu ūdenī un gaisā — akumulētā saules enerģija.

To var izmantot gan apkurei, gan ūdens sildīšanai, nodrošinot stabilu un ērtu apkures sistēmu, kas darbojas visu gadu. Siltumsūknis kompresora un cirkulācijas sūkņu darbināšanai izmanto elektrisko enerģiju — tā darbības princips ir tāds pats kā ledusskapim, tikai pretēji tam siltumsūknis ražo siltumu. Atkarībā no izmantojamā siltuma avota un apsildes veida sistēma ražo 3–5 reizes vairāk siltumenerģijas, salīdzinot ar tās patērēto elektroenerģiju. Siltumsūknis darbojas autonomi, ir ekoloģisks un drošs, tā vidējais darbības ilgums ir vismaz 25 gadi. Siltuma ražošanā nav degšanas procesa, nerodas pelni, dūmi vai videi kaitīgas gāzes. Nav jāimportē vai jātransportē kurināmais. Efektivitātes ziņā siltumsūkni var salīdzināt ar nākotnes enerģijas ieguves veidiem.

Siltumsūkņu sistēma sastāv no siltuma sūkņu iekārtas apsildes un patēriņa ūdens sagatavošanai, kolektora siltuma savākšanai no siltuma avota, un ūdens apsildes sistēmas siltuma nogādāšanai apkurināmajās telpās.

Pēc uzbūves principa pašreiz visvairāk lietotie ir t.s. fāzu maiņas siltumsūkņi, kur izmanto slēgtā sistēmā cirkulējošu vielu (freonu) ar zemu viršanas temperatūru, kas var būt šķidrā vai gāzveida stāvoklī mainoties temperatūrai un spiedienam.

Siltuma izdalīšanai izmanto principu, ka šķidrā stāvoklī esošās vielas iztvaicēšanai lietotais siltums izdalās pieaugot spiedienam (kompresija). Šajā gadījumā iztvaikošanai nepieciešamais siltums tiek ņemts no vides siltuma avotiem. Papildus enerģija tiek izmantota tikai kompresijai un cirkulācijas nodrošināšanai sistēmā.

Siltumsūkņa galvenās sastāvdaļas ir kompresors, kondensators, iztvaicētājs un izplešanās vārsts.

Modernajos siltumsūkņos tiek izmantotas jaunākās tehnoloģijas un materiāli, ievērojami uzlabojot to darbības efektivitāti. Siltumsūkņos papildus tiek izmantots apakšdzesētājs (subcooler) kas nodrošina zemāku temperatūru pirms izplešanās vārsta, un scroll kompresors, kam ir augstāks lietderības koeficients.

Siltumsūkņos kā aukstuma aģentus izmanto freonus ar zemu viršanas temperatūru. Visbiežāk izmanto R404 vai R407C bez hlora, kas ir nekaitīgs apkārtējai videi. Iztvaikošanai nepieciešamais siltuma daudzums tiek pievadīts no siltuma savācēja (kolektora). Atdzesētais šķidrums tiek nogādāts siltuma avotā (augsnē, dziļurbuma ūdenī, ūdens krātuvē u.t.t.) kur tas atkal sasilst. Kā siltumnesošais šķidrums tiek izmantots propilēnglikols vai etanols un to maisījumi, kam tiek pievienots korozijas inhibitors, lai nepieļautu koroziju. Iztvaikotājā radušies freona tvaiki kompresorā tiek saspiesti ar līdz 30 bāriem lielu spiedienu. Pie šāda spiediena freona tvaiki sakarst un izdalās pirms tam iztvaikošanai pievadītā siltumenerģija. Uzkarsušā freona siltumenerģija kondensatoros (karstās gāzes mainītājā, pamatkondensatorā, apakšdzesētājā) tiek nodota apsildes ūdenim un izmantota karstā ūdens sagatavošanai.

Silto grīdu vai radiatoru apsildes sistēmā cirkulējošais ūdens nogādā siltumu apsildāmajās telpās.

Konstruktīvi siltumsūknis ir veidots kā kompakta iekārta, kurā izvietotas visas siltumsūkņa sastāvdaļas. Ir vairāki siltumsūkņu modeļi ar dažādu jaudu, kuros ir integrēts arī karstā ūdens sildītājs ar tilpumu līdz 180 litriem un karstā ūdens sildīšanai papildus iekārtas nav nepieciešamas. Tas ļauj uzstādīt siltumsūkni arī nelielās telpās vai telpu daļās.

Praktiski siltumsūkņa lietderības koeficientu (COP) nosaka izmantojamā kompresora tips, un tā ir vissvarīgākā siltumsūkņa daļa. Siltumsūkņu ražošanas pirmsākumos izmantoja virzuļu kompresorus ar minerāleļļām. Attīstoties tehnoloģijai un sakarā ar jaunu aukstuma aģentu izmantošanas sākumu, siltumsūkņos sāka izmantot scroll kompresorus. Scroll kompresoros ir daudz mazāk kustīgo detaļu kā virzuļu kompresoros. Tādēļ šo kompresoru darba mūžs ir ilgāks (aprēķinātas 100 000 darba stundas, kas atbilst apmēram 25 gadiem). Pie līdzīga enerģijas patēriņa siltumsūkņi ar scroll kompresoru ražo par 10- 15% vairāk siltuma. Kompresoru tehnoloģijas turpmāka attīstība sniegs iespēju palielināt lietderības koeficientu siltumsūkņiem. Tagad ir iespējams arī augstas temperatūras apkures sistēmām pielietot dažus siltumsūkņus, tomēr tas ir jāizvēlas atbilstošs, izvērtējot efektivitātes koeficientu apkures sistēmai kopumā, ko izdarīs uzstādītājfirma pēc jūsu pieprasījuma. Grīdas apsildes gadījumā  dažu siltumsūkņu  lietderības koeficients (ieskaitot arī visus tajā esošos cirkulācijas sūkņus) jau sasniedz 5,0. Uzstādot siltuma sūkņu sistēmās iekārtas ar augstāku lietderības koeficientu, var panākt ievērojamu ekonomisko efektu un ietaupījumu apkures izdevumos. Jo patērētāju interesē tas, cik daudz viņam par visu siltuma sūkņa sistēmas darbību ir jāmaksā elektroenerģijas piegādātājam, kas būtībā arī sastāda nepieciešamos ekspluatācijas izdevumus siltumsūkņu sistēmām.