Informācija - Siltumsūkņa darbības princips: Kā tas strādā un kāpēc izvēlēties spici?

Siltumsūkņa darbības princips: kā tas strādā un kāpēc tas ir viens no efektīvākajiem risinājumiem apkurei Latvijā

Siltumsūknis ir viena no modernākajām, ekonomiskākajām un videi draudzīgākajām apkures tehnoloģijām, ko mūsdienās izmanto gan privātmājās, gan lielākās sabiedriskās ēkās. Tā darbības pamatā ir siltuma pārnese no apkārtējās vides – zemes, gaisa vai ūdens – uz iekštelpām, kur šis siltums tiek izmantots apkurei un karstā ūdens sagatavošanai. Atšķirībā no tradicionālajiem apkures katliem, siltumsūknis siltumu “neražo” no kurināmā, bet izmanto termodinamiku, lai pārsūknētu jau esošu dabisko enerģiju mājā.

Šajā rakstā soli pa solim izskaidrosim, kā darbojas siltumsūknis, ko nozīmē COP un SCOP, kāpēc siltuma avots ietekmē izmaksas, un kā Latvijā bieži vien visstabilāko rezultātu dod ūdens–ūdens siltumsūknis kombinācijā ar spices ierīkošanu vai atbilstoši izbūvētu urbumu. Raksta beigās atradīsiet arī praktisku kontrolsarakstu un biežāk uzdotos jautājumus (FAQ).

Saturs

1. Galvenie siltumsūkņa komponenti
2. Termodinamiskais cikls: kā siltums “ceļo”
3. COP un SCOP: efektivitātes skaitļi saprotami
4. Siltuma avoti: gaiss, zeme, ūdens, gruntsūdens
5. Ūdens–ūdens siltumsūknis un ūdens spice
6. Kā izvēlēties siltumsūkni un pareizi saprojektēt sistēmu
7. Ekspluatācija, iestatījumi, apkope un biežākās kļūdas
8. Biežāk uzdotie jautājumi

Galvenie siltumsūkņa komponenti un to funkcijas

Lai siltumsūknis strādātu nevainojami un sasniegtu augstus lietderības rādītājus, tas sastāv no vairākiem būtiskiem mezgliem. Daļa no tiem atrodas pašā siltumsūkņa iekārtā, bet daļa – ārpusē (kolektors, urbums, siltumnesēja kontūri). Zemāk ir vienkāršots saraksts ar galvenajām daļām un to uzdevumiem.

• Siltuma kolektors / siltuma avots – vides siltuma uztvērējs: gaiss (āra bloks), zeme (horizontālais kolektors vai zonde), ūdens (gruntsūdens, ezers, upe) vai ūdens spice.
• Iztvaikotājs – siltummainis, kurā aukstumnesējs (refrigerants) uzņem siltumu un iztvaiko.
• Kompresors – sistēmas “sirds”, kas saspiež gāzveida aukstumnesēju, paaugstinot tā spiedienu un temperatūru.
• Kondensators – siltummainis, kurā karstais aukstumnesējs atdod siltumu apkures ūdenim (radiatori, grīdas apkure, boileris).
• Ekspansijas (droseļ) vārsts – samazina spiedienu, pazemina aukstumnesēja temperatūru un sagatavo to nākamajam ciklam.
• Cirkulācijas sūkņi – nodrošina siltumnesēja un apkures ūdens plūsmu pa kontūriem.
• Automātika un sensori – regulē jaudu, temperatūras, kompresora darbību, atkausēšanu (gaisa sistēmām), kā arī aizsargā iekārtu.
• Siltuma akumulators / bufera tvertne (pēc vajadzības) – stabilizē sistēmu, samazina kompresora ieslēgšanās biežumu, palīdz vienmērīgai darbībai.

Termodinamiskais cikls: no dabas enerģijas līdz siltam mājoklim

Lai saprastu siltumsūkņa darbības principu, vislabāk iedomāties “apgrieztu ledusskapi”. Ledusskapis paņem siltumu no iekšpuses un izvada to virtuvē. Siltumsūknis dara pretējo: tas paņem siltumu no ārpuses (zemes/gaisa/ūdens) un nogādā to mājā. Šo procesu nodrošina aukstumnesējs, kas, mainot agregātstāvokli, spēj ļoti efektīvi pārnest siltumu.

1) Kolektors – siltuma iegūšanas kodols

Process sākas siltuma avotā. Tas var būt zemes kontūrs, āra gaiss, virszemes ūdens vai gruntsūdens. Latvijā īpaši stabils avots bieži ir gruntsūdens, ko iespējams izmantot caur ūdens spici vai urbumu. Piemēram, ja siltuma avots ir gruntsūdens, ūdens temperatūra salā mainās daudz mazāk nekā gaisa temperatūra, tāpēc sistēma strādā vienmērīgāk.

2) Iztvaikotājs – siltuma “uzsūkšana”

Iztvaikotājā siltums no avota tiek nodots aukstumnesējam. Aukstumnesējs izvēlēts tā, lai tas varētu iztvaikot pie salīdzinoši zemām temperatūrām. Tas nozīmē, ka pat tad, ja siltuma avots nav karsts (piem., vēss gaiss vai +6…+10°C gruntsūdens), aukstumnesējs spēj uzņemt siltumu un pāriet tvaika stāvoklī.

3) Kompresors – temperatūras pacelšana

Kad aukstumnesējs ir gāzveida stāvoklī, tas nonāk kompresorā. Saspiežot gāzi, strauji pieaug spiediens un līdz ar to arī temperatūra. Tieši šeit tiek patērēta lielākā daļa elektroenerģijas, tāpēc kompresora darbība ir galvenais faktors, kas ietekmē izmaksas.

4) Kondensators – siltuma nodošana mājai

Karstais aukstumnesējs kondensatorā atdod siltumu mājas apkures ūdenim. Šis ūdens tālāk cirkulē pa radiatoriem, grīdas apsildi vai fan-coil sistēmu. Tajā pašā laikā aukstumnesējs atdziest un kondensējas atpakaļ šķidrā stāvoklī.

5) Ekspansijas vārsts – cikla restartēšana

Pēc siltuma atdošanas aukstumnesējs nonāk ekspansijas vārstā, kur spiediens tiek samazināts, un aukstumnesējs atkal kļūst ļoti auksts. Tad tas atgriežas iztvaikotājā, kur cikls atkārtojas.

COP un SCOP: kā saprast siltumsūkņa efektivitāti

Meklējot informāciju, bieži parādās divi termini: COP un SCOP. Tie ir siltumsūkņa lietderības rādītāji, bet katrs nozīmē ko citu. Saprotot šo atšķirību, ir vieglāk salīdzināt iekārtas un saprast, kāpēc siltuma avots (gaiss vs. ūdens spice) ietekmē izmaksas.

Kas ir COP?

COP (Coefficient of Performance) parāda, cik daudz siltuma iekārta spēj nodot pie konkrētiem laboratorijas apstākļiem. Piemēram, ja pie noteiktas avota temperatūras un noteiktas apkures ūdens temperatūras COP ir 4, tas nozīmē – teorētiski no 1 kWh elektrības tiek iegūtas ~4 kWh siltuma. Taču reālajā dzīvē apstākļi mainās katru dienu: āra temperatūra svārstās, apkures sistēma prasa dažādas temperatūras, ieslēdzas atkausēšana (gaisa sistēmām), utt.

Kas ir SCOP?

SCOP (Seasonal COP) ir sezonālais rādītājs – tas parāda vidējo efektivitāti visas apkures sezonas laikā. Tieši SCOP biežāk korelē ar reālajām izmaksām, jo tas ņem vērā mainīgus apstākļus.

Kāpēc avots ir tik svarīgs?

Siltumsūknis vislabāk strādā, ja temperatūru starpība starp avotu un apkures sistēmu ir mazāka. Tāpēc ūdens–ūdens siltumsūknis, kas izmanto gruntsūdeni (piemēram, no ūdens spices), bieži darbojas ļoti stabili arī salā, savukārt gaisa sistēmām aukstumā ir grūtāk, jo jāņem siltums no ļoti auksta gaisa, un papildus jāveic atkausēšana.

Siltuma avoti: gaiss, zeme, ūdens un gruntsūdens

Mūsdienās visbiežāk sastopami trīs siltumsūkņu virzieni: gaisa–gaiss, gaisa–ūdens un zeme/ūdens–ūdens (ģeotermālie vai gruntsūdens risinājumi). Katram ir savi plusi un mīnusi, un izvēle atkarīga no ēkas, budžeta, zemes gabala, kā arī no tā, vai plānojat paralēli arī ūdensapgādi privātmājai (piem., dziļurbuma ierīkošanu vai ūdens spices ierīkošanu).

Gaisa–gaiss siltumsūknis

Šis ir populārs risinājums dzīvokļiem un nelielām mājām, jo uzstādīšana parasti ir vienkāršāka un lētāka. Siltums tiek pūsts telpā ar ventilatora palīdzību. Pluss – var nodrošināt arī dzesēšanu vasarā. Mīnuss – komforts atkarīgs no gaisa plūsmas un telpu plānojuma, un aukstā laikā efektivitāte var kristies.

Gaisa–ūdens siltumsūknis

Gaisa–ūdens siltumsūknis silda ūdeni, ko tālāk izmanto radiatoros vai grīdas apsildē. Tas ir biežs risinājums privātmājām, jo nav vajadzīgs urbums. Taču jāņem vērā: aukstumā, it īpaši pie mitra gaisa, iekārta periodiski atkausējas, un tā ir papildu enerģija. Pareiza uzstādīšana, vieta āra bloka un automātikas iestatījumi ir kritiski.

Zeme–ūdens (ģeotermālais) siltumsūknis

Šeit siltuma avots ir zeme – horizontālais kolektors vai vertikālā zonde (urbums). Siltuma pieplūdums ir stabilāks nekā gaisā, un sistēma var darboties vienmērīgāk. Mīnuss – lielākas sākotnējās investīcijas: kolektora lauks prasa vietu, bet zonde prasa urbšanas darbus.

Ūdens–ūdens siltumsūknis (gruntsūdens)

Ūdens–ūdens siltumsūknis izmanto gruntsūdeni kā siltuma avotu. Latvijā tas bieži ir īpaši stabils risinājums, jo gruntsūdens temperatūra ir salīdzinoši vienmērīga. Gruntsūdeni var iegūt no ūdens spices vai urbuma, atdot siltumu siltumsūknim un pēc tam pareizi novadīt atpakaļ (piem., infiltrācijā vai atpakaļ urbumā, atkarībā no projekta). Tieši šādas sistēmas bieži demonstrē ļoti labu sezonālo efektivitāti.

Siltumsūknis un ūdens spice – viena no stabilākajām kombinācijām Latvijas apstākļos

Ja mērķis ir maksimāla stabilitāte un vienmērīgs patēriņš, ļoti bieži uzmanība tiek pievērsta gruntsūdens risinājumiem. Ūdens spice var kalpot kā praktisks un pieejams veids, kā piekļūt gruntsūdenim, un atsevišķos objektos tas ir lielisks siltuma avots ūdens–ūdens siltumsūknim. Būtiskākais ieguvums: gruntsūdens temperatūra parasti ir daudz stabilāka nekā ziemas gaiss, tāpēc kompresoram ir “vieglāk” strādāt.

Kā sistēma strādā praksē?

Vienkāršots scenārijs ir šāds:

1. Ar spices ierīkošanu tiek sasniegts ūdensnesošais slānis, no kura iespējams paņemt ūdeni.
2. Gruntsūdens tiek padots uz siltumsūkņa siltummaini, kur tas atdod daļu siltuma aukstumnesēja kontūram.
3. Atdzesētais ūdens pēc tam tiek novadīts atpakaļ vidē (atkarībā no risinājuma – infiltrācijā vai atsevišķā urbumā).

Te ir svarīga nianse: siltumsūkņa kontūrā ūdens tiek izmantots kā siltuma avots, nevis kā dzeramais ūdens. Tāpēc projektā jāparedz filtrācija, plūsmas stabilitāte un pareiza novadīšana. Ja spicē ir smiltis vai piejaukumi, var būt nepieciešama spices tīrīšana vai spices skalošana, lai saglabātu stabilu plūsmu.

Kad ūdens spice ir laba izvēle siltumsūknim?

• Ja gruntsūdens līmenis ir sasniedzams un spicē var iegūt pietiekamu debetu (plūsmu) siltumsūkņa jaudai.
• Ja ir iespējams korekti novadīt atdzesēto ūdeni (lai neizveidotu “īsās cirkulācijas” efektu un nepasliktinātu avota temperatūru).
• Ja sistēmai ir paredzēta filtrācija un apkope (lai mazinātu risku siltummainim un sūkņiem).

Kad labāk domāt par dziļurbumu vai citu risinājumu?

Ja gruntsūdens slānis ir pārāk dziļš, debets nepietiekams, vai arī ūdens ir ar lielu mehānisko piejaukumu, var būt praktiskāk izvēlēties dziļurbuma risinājumu vai zondi. Tieši tāpēc, plānojot “siltumsūknis + ūdens”, ir svarīgi izvērtēt gan spices ierīkošana cena, gan dziļurbums cena kontekstā ar sagaidāmo efektivitāti un komfortu ilgtermiņā.

Skatīt spices ierīkošanas un urbumu cenas siltumsūkņiem

Kā izvēlēties siltumsūkni: jauda, apkures sistēma un ēkas siltumefektivitāte

Kļūda, ko cilvēki pieļauj visbiežāk: siltumsūkņa izvēle “pēc kvadrātmetriem” bez reāla siltuma zudumu aprēķina. Pat divām mājām ar vienādu platību var būt ļoti atšķirīgs patēriņš – atkarībā no siltinājuma, logiem, ventilācijas, telpu augstuma un pat ieradumiem. Tāpēc pareiza izvēle vienmēr sākas ar siltuma zudumu un apkures temperatūru izvērtējumu.

1) Siltuma zudumu aprēķins

Siltuma zudumi parāda, cik daudz jaudas vajag aukstākajā periodā, lai uzturētu komfortu. Šis aprēķins palīdz saprast, vai siltumsūknim jāsedz 100% slodzes vai var atstāt rezerves avotu (piem., elektrisko teni, kamīnu, granulu katlu). Praksē bieži izvēlas kombināciju: siltumsūknis sedz pamatpatēriņu, bet pīķa dienās palīdz rezerves avots.

2) Apkures sistēmas tips (radiatori vai grīdas apsilde)

Siltumsūkņiem parasti patīk zemākas padeves temperatūras (piem., grīdas apsilde). Ja mājā ir veci radiatori, kas prasa augstu temperatūru, ir divi ceļi: modernizēt radiatorus/apsildi vai izvēlēties iekārtu, kas spēj nodrošināt augstāku temperatūru, apzinoties, ka efektivitāte būs zemāka.

3) Siltuma avota izvēle un projekta loģika

Ja Jūs vienlaikus domājat par ūdensapgādi privātmājai, bieži ir vērts plānot inženierkomunikācijas kopā: piemēram, dziļurbums dzeramajam ūdenim un atsevišķs risinājums siltumam (zonde vai gruntsūdens kontūrs). Dažos objektos labs kompromiss ir ūdens spice siltumam (ūdens–ūdens siltumsūknis) un atsevišķs risinājums dzeramajam ūdenim. Šeit nav vienas “maģiskās” shēmas – ir pareizi aprēķini, kvalitāte un pieredze.

4) Izmaksu struktūra (ko cilvēki bieži neierēķina)

Runājot par izmaksām, cilvēki nereti skatās tikai uz iekārtas cenu, bet siltumsūkņa projektā svarīga ir kopējā sistēma:

• iekšējais bloks/iekārta + automātika;
• kolektors vai urbums (piem., spices ierīkošana vai dziļurbuma ierīkošana);
• montāža, cauruļvadi, izolācija;
• bufera tvertne (ja vajadzīga), boileris karstajam ūdenim;
• filtri, sūkņi, drošības grupas;
• palaišana, balansēšana, iestatījumi (bieži tieši te rodas atšķirība starp “strādā” un “strādā perfekti”).

Ekspluatācija: iestatījumi, apkope un biežākās kļūdas

Pat ļoti laba iekārta var strādāt vidēji, ja iestatījumi ir nepareizi vai sistēma nav balansēta. Zemāk ir praktiskākie punkti, kas visbiežāk ietekmē patēriņu un komfortu.

Temperatūras līkne un gudra vadība

Modernie siltumsūkņi strādā ar “apkures līkni” – tas ir automātisks režīms, kas pielāgo padeves temperatūru atkarībā no ārējās temperatūras. Pareizi iestatīta līkne samazina patēriņu un uztur vienmērīgu komfortu bez lielām svārstībām. Pretēji – ja līkne ir par augstu, siltumsūknis lieki “dzen” temperatūru un patēriņš pieaug.

Bufera tvertne: kad tā palīdz, kad nav vajadzīga

Bufera tvertne var palīdzēt, ja sistēmai ir maza ūdens ietilpība, daudz termogalvu vai straujas slodzes svārstības. Tā samazina kompresora ieslēgšanās biežumu un stabilizē plūsmu. Tomēr ne vienmēr buferis ir obligāts – to nosaka projekts.

Apkope: ko pārbaudīt un cik bieži

Siltumsūkņa apkope parasti nav sarežģīta, taču regulāra kontrole pagarina iekārtas mūžu un saglabā efektivitāti. Tipiski pārbauda:

• spiedienus un temperatūras kontūrā;
• filtrus (īpaši, ja siltuma avots ir ūdens);
• cirkulācijas sūkņu darbību;
• automātikas kļūdu vēsturi;
• gaisa sistēmām – siltummaiņa tīrību un atkausēšanas ciklus.

Biežākās kļūdas, kas sadārdzina apkuri

1. Pārliels vai par mazs siltumsūknis – nepietiekama jauda rada diskomfortu, pārāk liela jauda rada biežu ieslēgšanos un neefektīvu darbu.
2. Pārāk augsta padeves temperatūra – īpaši vecos radiatoru tīklos bez modernizācijas.
3. Slikta ēkas siltumizolācija – siltumsūknis nav “brīnumtablete” pret siltuma zudumiem.
4. Nepareizi izbūvēts siltuma avots – piemēram, nepietiekams debets no ūdens spices vai nekorekta novadīšana.
5. Ignorēta apkope – filtri, plūsmas, automātika.

Kāpēc izvēlēties siltumsūkni?

• Zemas ekspluatācijas izmaksas: jūs maksājat galvenokārt par kompresora un sūkņu darbu, nevis par kurināmā iegādi, piegādi un uzglabāšanu.
• Augsta efektivitāte: pareizi projektēta sistēma spēj nodrošināt ļoti labu sezonālo ekonomiju.
• Komforts: automātiska vadība, vienmērīga temperatūra, iespēja integrēt karstā ūdens sagatavošanu.
• Ekoloģija: nav dūmu un kvēpu Jūsu īpašumā; emisijas ir atkarīgas no elektroenerģijas ražošanas, bet mājā nav degšanas procesa.
• Vērtības pieaugums: siltumsūknis un kvalitatīva ūdens/urbuma infrastruktūra (piem., dziļurbums vai ūdens spice) bieži palielina īpašuma pievilcību un vērtību.

Biežāk uzdotie jautājumi (FAQ)

Papildus informācija un inženiertehniskie resursi:

• Kas ir siltumsūknis un kā to izvēlēties?
• Siltumsūkņu veidi un tehniskās atšķirības
• Zemes siltuma izmantošanas tehnoloģijas Latvijā
• Dziļurbuma gruntsūdens kolektors un tā uzstādīšana
• Zemes siltumsūkņa efektivitāte un COP/SCOP

Piesakieties bezmaksas konsultācijai par energoefektīvu apkuri Jūsu mājā!

Ūdensapgāde.lv speciālistiem ir 20 gadu pieredze urbumu un ūdensapgādes risinājumos. Mēs palīdzam atrast stabilu siltuma avotu siltumsūknim – gan ar ūdens spices ierīkošanu, gan ar citiem inženiertehniskiem risinājumiem visā Latvijas teritorijā.