Šilumos siurbliai - išteklių taupymas.
Energija, skirta tenkinti žmogaus poreikius, gaunama iš atsinaujinančių (saulės energija, vėjo, upių, žemės gelmių, potvynių ir atoslūgių ir kt.) ir neatsinaujinančių (gamtinės dujos, nafta, kietasis kuras) energijos šaltinių.
Naturalūs ištekliai, tokie kaip anglis, nafta ar dujos yra labai riboti, jų poreikis per paskutinius keletą metų sparčiai išaugo, kas sąlygojo šių išteklių kainos augimą. Tokia tendencija verčia ieškoti pigesnių ir lengviau prieinamų energijos šaltinių. Pilnai atsinaujinančių energijos šaltinių yra daug, bet jų panaudojimas reikalauja daug inžinierinių žinių bei pastangų. Šalia vėjo jėgos ir vandens mes plačiai naudojame saulės spinduliavimą. Saulės šviesa tiekia energijos visoms naturalioms fizinėms ir cheminėms reakcijoms. Ji leidžia augalams augti, prišildo atmosferą, energija kaupiasi ir dirvoje. Šios energijos panaudojimas leidžia smarkiai sumažinti kitų išteklių sąnaudas arba visai jų atsisakyti. Tačiau šios energijos rūšies panaudojimas buitinėms reikmėms reikalauja didelių investicijų, bei labai priklauso nuo geografinės objekto padėties ir saulėtų dienų skaičiaus.
Geoterminės energijos išgavimo idėja yra sena kaip termodinamika, bet kol anglies ir naftos kaina buvo maža, niekas ne galvojo jos naudoti buityje. Dėja šių išteklių yra vis mažiau ir mažiau, o jų kaina jau niekad nebus tokia kaip vakar. Geoterminis šildymas leidžia tapti visiškai nepriklausomam nuo neatsinaujinanačių išteklių kiekio. Apšildyti namą ar gamybinę patalpą geoterminė energija reikia tik elektros energijos, būtinos specialiam siurbliui varyti. Elektros energijos sąnaudos yra palyginus su išgaunama šiluma keletą kartų mažesnės, skirtumas priklauso nuo daugelio veiksnių, apie kuriuos bus pasakojama plačiau. Butinybė tapti nepriklausomam nuo senkančių gamtinių išteklių, tai tik laiko klausymas, po 5-10 metų projektuosime namus tiktai su geoterminio šildymo sistema.
Energijos šaltiniai
Žemės energijos išteklių gavimas susijęs su šiltomis sausomis uolienomis, šiltu požeminiu vandeniu, žemos temperatūros požeminiu ir gruntiniu vandeniu, gruntu (dirvožemiu). Tačiau energijos išgavimas iš požeminio vandens, kurio temperatūra išsilaiko pastovi 8 – 10o ribose, yra brangus. Šio būdo privalumus sumenkina didelės gręžinio įrengimo išlaidos, formalumų, susijusių su vandens teise, įforminimu. Energijos išgavimas reikalauja 150 – 300 litrų vandens cirkuliacijos per valandą 1 kW siurblio galios. Platesnės energijos eksplotavimo perspektyvos atsiveria panaudojant kanalizuojamų vandenų šilumą.
Apžvelgus aukščiau pateiktus pavyzdžius galima konstatuoti, kad labiau prieinamu ir nebrangiu šilumos gavimo šaltiniu yra gruntas ( dirvožemis ). Grunte, šiluma kaupiasi dėka saulės spinduliavimui į Žemės paviršių. Šiluma gaunama iš lietaus, bei konvekcijos būdu akumuliojasi iš Žemės gelmių. Šiluma, šilumos siurblių pagalba gaunama patalpinus į dirvožemį polietileninius ( PE ) vamzdžius. Rečiau yra naudojami vamzdžiai iš PVC ar variniai. Uždaroje sistemoje cirkuliuojantis glikolis atiduoda šilumą siurblyje ir vėl gauna ją iš grunto.
Gruntiniai kolektoriai gali būti montuojami horizontaliai, tiesies arba spiraline forma, įkasant juos maždaug 1,8 m gylį (horizontalus kolektorius), arba leidžiant vamzdžius į pragręžtas kiaurymes (vertikalus kolektorius). Kolektoriaus tipas parenkamas atsižvelgiant į turimo sklypo plotą, jo užstatymą. |
|
|
Efektyvus ir mažiausiai pastangų reikalaujantis būdas yra horizontalaus spiralinio kolektoriaus įrengimas. PE vamzdžiai, kurių diametras 25 arba 32 mm, išdėstomi iškasose, kurių plotis 1 m. spiralėmis, kurių tankumas yra 4 tiesiniai metrai į 1 m2. Bendras gruntinio kolektoriaus ilgis priklauso nuo šilumos siurblio galios. Horizontalus kolektorius, lyginant su vertikaliu, labiau yra priklausomas nuo grunto, kuriame jis sumontuotas, tipo ir jo drėgnumo. Vidutinių parametrų gruntams priimama, kad 1 kW šiluminio siurblio galios reikia sumontuoti apie 50 tiesinių metrų PE vamzdžių, kurių diametras 32 mm. |
|
|
U formos vertikalus kolektorius iš PE vamzdžių montuojamas gręžtiniuose kiaurymėse, kurių ilgis nuo 20 iki 100 m, priimant, kad reikalaujama gręžinių gylių suma, būtų tolygiai paskirstyta į vienodo gylio gręžinius, o tarpas tarp gretimų gręžinių būtų ne mažesnis nei 5 m. Priimama, kad 1 kW šilumos siurbliui reikia įrengti 8 – 14 tiesinių metrų gręžinių. Gręžinių gylis priklauso nuo grunto tipo. |
|
|
Šilumos siurblio veikimo principas
|
1- SCROLL tipo kompresorius
2- garo kondensatorius
3- garintuvas
4- garo išsiplėtimo vožtuvas
5- žemės kolektorius |
Sudedamosios dalys, nurodytos principinėje schemoje, sudaro uždara sistemą, kuri yra užpildyta specialiu skysciu (fluidu) verdančiu žemoje temperatūroje (net 0oC). Fluidas tekant per garintuvą (3), gauna šilumą iš žemės kolektoriaus (5) ir pradeda virti. Virimo metu fluidas pavirsta žemaslėgiais garais. SCROLL tipo kompresoriuje (1) yra suslėgiami ir jų temperatūra pakyla net iki 120 o C. Karšti garai patenka į garo kondensatoriu (2) ir jame atiduoda šilumą į šildymo prietaisus (pvz.į radiatorius). Fluidas atidavęs šilumą kondensuojasi ir grįžta pro garo išsiplėtimo vožtuvą (4) .Taip baigiasi ciklas.
SCROLL tipo kompresorius
|
|
|
SCROLL tipo kompresorius |
Kompresoriaus slėgio
mechanizmo darbinis elementas |
Slėgimo elementų darbo režimas |
|