Nuosavas būstas turi daug privalumų. Tai patvirtina miestų ir miestelių pakraščiuose augantys namų kvartalai. Net ir vidury kažkada dirbamos žemės laukų išdygsta pavieniai namai ir net jų kvartalai. Didžiausia problema – kaip šildyti būstą ir ruošti šiltą vandenį. Ūkininkams tai ne mažiau aktualu, juolab kad darbymečiu tenka dirbti nuo aušros iki sutemos.

Norintiesiems turėti maksimalų komfortą – jokios priežiūros, automatinis reguliavimas, be kuro atsargų saugojimo – siūloma įsirengti šilumos siurblius. Statytojai rekomenduoja šilumos siurblį kaip ekologiškiausią, ekonomiškiausią ir suteikiantį didžiausią komfortą būste. Dėl ekologiškumo galima ginčytis, nes didžioji dalis elektros energijos vis dar pagaminama naudojant iškastinį kurą ir dar ilgai taip išliks. Todėl vis tiek turime taršą, perkeltą į gamybos vietą.

Ekonomiškumas – taip pat abejonių keliantis dalykas. Prieš pasirenkant tokį šildymo būdą, reikia įvertinti daug veiksnių. Jei į sklypą ar kvartalą, įrengiant komunikacijas (elektra, vanduo, nuotekos), yra atvestos dujos, tai, be abejonių, geriau rinktis šildymą dujomis, nes sistemos įrengimo kaštai bus kelis kartus mažesni. Labai patrauklus variantas – suskystintos dujos. Ypač jei dujų tiekėjas siūlo dujų talpos nuomą. Priimant galutinį sprendimą reikia paskaičiuoti, palyginti investicinius kaštus ir kuro / energijos sąnaudas per metus pagal daugiametes aplinkos sąlygas ir reikiamą šildymo galios poreikį, atsižvelgiant į pastato charakteristikas. Jeigu atlikti skaičiavimai rodo šilumos siurblio pranašumą, galima nagrinėti, kaip šį projektą realizuoti.

Reikia įvertinti daug veiksnių

Pirmiausia turime įvertinti galimybes tokią sistemą įsirengti. Šilumos siurblys paima šilumos energiją iš žemos temperatūros zonos, pakelia jos temperatūrą iki 30–60 °C ir perduoda patalpų šildymui bei šilto vandens paruošimui. Kuo mažiau keliama temperatūra šildymui ir kuo mažesnis skirtumas tarp temperatūrų zonose, tuo mažiau reiks elektros energijos, tuo efektyviau dirbs sistema. Namui šildyti dažniausiai įrengiami 7,5–15 kW šilumos siurbliai. Normaliam tokios sistemos darbui reikalinga 3–5 kW elektrinė galia (2–4 cirkuliaciniai siurbliai, šilumos siurblio kompresorius).

Taip pat reikia išsiaiškinti, kokia galia yra sklypo įvade. Ūkininkui tai mažiau aktualu, nes sodyboje arba šalia jos yra ir remonto dirbtuvės, sandėlis, produkcijos perdirbimo cechelis, kurių elektriniams įrengimams irgi reikalinga elektros energija. Dažniausiai ESO suteikia iki 4 kW galimą naudoti galią. Didesnei galiai reikia gauti suderinimą su ESO ir turi būti pakankama laisva galia sklypą aptarnaujančio tinklo dalyje. Juk nestabdysi šilto vandens ruošimo / šildymo, jei elektrinė viryklė dirbs vos ne visa galia ir bus įjungiami kiti buitiniai prietaisai.

Antras punktas – kokį žemos temperatūros energijos šaltinį rinktis. Šilumos siurbliai „oras-oras“ mūsų sąlygomis nerekomenduotini. Esant žemoms ir neigiamoms aplinkos oro temperatūroms šilumos siurblio „oras-oras“ arba „orasvanduo“ efektyvumas krenta 1:2–1,5, o kai temperatūra 15–20 °C, veikimą blokuoja automatikos sistema. Esant +4 °C aplinkos temperatūrai, šildymo režimu efektyvumas gali siekti 1:3,5–4,0 (šilto vandens ruošimo režimu jis bus mažesnis).

Grunto kolektoriai

Geriau įsirengti grunto kolektorių ir naudoti šilumos siurblį ,,gruntas-vanduo“. Dažniausiai naudojami du kolektorių konstrukcijų variantai – horizontalus ir vertikalus kolektoriai. Gruntas yra šildomas saulės energija ir lietaus vandeniu bei šilumos srautu iš giluminių grunto sluoksnių ir gali būti vertinamas kaip sezoninis šilumos akumuliatorius. Šilumai iš grunto paimti įrengiami arfiniai, gyvatuko tipo arba spiraliniai šilumokaičiai 1,5–2 m gylyje žemiau įšalo zonos. Efektyvesniam sistemos darbui rekomenduojama įrengti kelias apie 100 m ilgio kolektoriaus sekcijas ir periodiškai jas perjungti regeneravimui.

Grunto šilumos laidumas priklauso nuo drėgmės lygio ir mineralinės sudėties. Sausų ir lengvų gruntų šilumos laidumas mažas. Geriausiai tinkami drėgni gruntai. Vidutinė galimos paimti šilumos galios vertė apie 25 W/m². Palyginimui: saulės energijos srautas vidurdienį horizontaliame žemės paviršiuje Lietuvos sąlygomis sudaro apie 900–1 100 V/m². Grunto kolektoriui įrengti reikalingas mažiausiai apie 4 arų plotas, o sausuose smėlėtuose gruntuose prireiks net ir 10 arų.

Rengiant šią sistemą naujus statybų reikalavimus atitinkančiam namui šildyti, horizontalaus kolektoriaus plotas turi būti ne mažiau kaip 3 kartus didesnis už naudingą statinio plotą. Jei yra didelis šilto vandens poreikis, būtina kolektoriaus plotą proporcingai didinti (25–50 proc.), montuoti didesnės talpos kombinuotus (su elektriniu kaitinimo elementu) tūrinius vandens šildytuvus. Šio ploto negalima užsodinti medžiais arba krūmais, padengti asfaltu ar kita danga. Išskirtiniais atvejais galima dalį padengti perforuotomis dangomis, skirtomis automobilių statymo aikštelėms, bet turėsite mažesnį gaunamos energijos kiekį.

Tokių kolektorių trūkumas yra žema ir nuo sezono priklausanti temperatūra. Rudenį grunto temperatūra yra daugiau nei 7–8 °C, o žiemą gali kristi ir žemiau nulio. Ypač ryškiai tai pasireiškia šaltuoju periodu, jei kolektorius per mažas arba gruntas nenašus. Esant dideliam energijos poreikiui, iš dalies tai kompensuojama perjungiant sekcijas: vienai iš jų dirbant, kitos regeneruojasi. Esant dideliam energijos poreikiui, kai siurblys ilgai veikia be pertraukos, galimas grunto užšaldymas. Dėl šios priežasties grunto kolektoriai įrengiami galimai toliau nuo pastatų (daugiau nei 5 m atstumu). Sumažėjus kolektoriaus darbinės zonos temperatūrai, krenta ir sistemos darbo efektyvumas.

Dideliuose sklypuose plokščio (seklaus) kolektoriaus įrengimas nesudaro problemų. Vykdant naują statybą, tokio kolektoriaus įrengimas kainuos mažiau, nes žemės darbų prireiks daug mažiau ir juos galėsite atlikti savo jėgomis. Įrengti tokias sistemas eksploatuojamuose senos statybos pastatuose nerekomenduojama, nes infrastruktūra sutvarkyta ir vieta kolektoriui lieka toli nuo namo. Galimas variantas – įrengti kolektorių tvenkinio dugne.

Dažnai keliamas klausimas, ar grunto kolektoriai nedaro įtakos augalų vegetacijai. Neigiama kolektoriaus įtaka bus tik tuo atveju, kai užšaldomas gruntas ir lietaus vanduo negali patekti giliai į gruntą. Per kelis sezonus virš kolektoriaus esantis gruntas užpelkėja.

Brangesni, bet veiksmingesni giluminiai kolektoriai

Geresnėmis savybėmis pasižymi vertikalūs (giluminiai) kolektoriai. Grunto temperatūra darbinėje kolektoriaus zonoje visus metus aukštesnė (apie 10 °C) ir kinta daug mažiau. Tačiau jų įrengimas daug brangesnis ir sudėtingesnis. Projektą reikia derinti su aplinkos apsaugos ir statybų priežiūrą atliekančiomis įstaigomis, o darbus atlieka tik specializuotos įmonės. Gręžinio gylis 80–100 metrų. Sumontavus vamzdžius (2 x PE40 arba 4 x PE32), gręžinys užpilamas betonitu (silikatų grupės junginys ir klasifikuojamas kaip molio mineralas, pagrindą sudaro montmorilonitas). Jis ypač laidus šilumai, nesitraukia kietėdamas, mažai pralaidus vandeniui ir neišplaunamas gruntinio vandens, inertiškas. Tai užtikrina mažus šilumos nuostolius tarp grunto ir tarpinio šilumnešio (antifrizo). Priklausomai nuo grunto sudėties, drėgmės kolektoriaus galia sudarys 30–70 W/bm.

Projektą derinant geologijos tarnyboje galima gauti informacijos apie grunto sudėtį, gruntinius vandenis ir pagal tai koreguoti kolektoriaus gylį. Mažesniame nei 60 m gylyje kolektoriaus įrengti nerekomenduojama, nes viršutiniai 10–15 metrų yra pasyvi zona ir joje šilumnešis jau nepašildomas. Reikėtų orientuotis į tai, kad vertikalaus kolektoriaus visas ilgis turi būti lygus šildomam pastato plotui. Šilumos šaltinis yra ne pats kolektorius, bet aplink jį esantis gruntas. Kad būtų užtikrintas pakankamas grunto regeneravimas, negalima įrengti kolektorių arti vienas kito. Minimalus atstumas tarp 50 m gylio kolektorių – ne mažiau kaip 5 metrai, o gilesniems – ne mažiau kaip 10 proc. kolektoriaus gylio.

Jei atstumai mažesni, nuolat mažės grunto temperatūra darbinėje zonoje ir kris šilumos siurblio darbo efektyvumas. Pasireikšti tai gali jau po 2–3 šildymo sezonų. Mažuose sklypuose sumontuoti 2–3 vertikalius kolektorius gali būti sunku, tačiau įrengti tokį kolektorių po statiniu irgi nėra geras sprendimas, nes po kelerių metų nebus galima kolektoriaus nei regeneruoti, nei jo vietoje įrengti naujo.

Apdairiai reikia nustatyti ir suminį kolektorių ilgį, atsižvelgiant į objekto specifiką. Ypač ten, kur numatomas didelis karšto vandens poreikis visus metus. Per didelis ilgis gerokai padidins investicijos kaštus. Vien vertikalių kolektorių įrengimas sudaro 50–60 proc. projektui numatytos sumos. Nežiūrint didesnių įrengimo kaštų, sistemos eksploatavimas bus kur kas mažesnis, nes metinis šilumos siurblio efektyvumas bus aukštesnis dėl aukštesnės šilumos šaltinio temperatūros. Grunto temperatūros kolektoriaus zonoje galima įrengti keletą termojutiklių atskirose sekcijose. Tai kainuos vos procento dalį visų kaštų, bet leis kontroliuoti regeneracijos procesą ir laiku perjungti sekcijas.

Kodėl sunaudojama daug elektros energijos

Po pirmo–antro šildymo sezono euforijos dažnai iškyla klausimas – kodėl tiek daug sunaudoju elektros energijos? Atsakymai yra keli. Pirmiausia, tai netinkamai parinktas kolektorius. Jo projektinė galia parinkta pagal siurblio šildymo galią, o ne pagal energijos poreikį statiniui šildyti. Dirbant sistemai maksimalia galia be pertraukos užšaldomas grunto kolektorius ir krenta šilumos siurblio efektyvumas.

Antra, elektros energija naudojama ne tik kompresoriui, bet ir cirkuliaciniams siurbliams, kurių sistemoje yra 3–4. Cirkuliaciniai siurbliai žemos temperatūros kontūre parenkami didesnės galios nei termofikacinio vandens kontūre dėl didesnių hidraulinių nuostolių. Tai irgi didina sunaudojamos energijos kiekį. Trečia, sunaudojamos energijos kiekis susijęs su visos sistemos efektyvumu. Šiame variante turime ilgą šilumos energijos perdavimo grandinę – „gruntas-šilumnešis“, „šilumnešis-šilumos siurblys“, „šilumos siurblys-šildymo sistema“. Kiekviena iš grandžių padidina šilumos perdavimo nuostolius.

Ketvirta, pastato šildymo elementai (radiatoriai) nesiderina su šilumos siurblio optimalaus darbo režimo parametrais. Jei tai sistema, skirta darbui su kieto kuro ar dujiniu katilu, jos efektyviam darbui reikalinga aukšta šilumnešio temperatūra (daugiau nei 50 °C). Esant žemoms cirkuliacinio kontūro vandens temperatūroms (apie 36 °C), reikalingi radiatoriai su kelis kartus didesniu šildymo paviršiumi. Tai svarbus argumentas, kodėl nerekomenduojama montuoti šilumos siurblių senos statybos namuose. Jau ir taip didelius investicinius kaštus dar padidins naujos šildymo sistemos įrengimas.

Galimas variantas – naudoti šildymo plokštes, dar vadinamas „šildoma siena“. Jas rekomenduojama įrengti mažo ploto kambariuose, voniose. Šildymo plokštės montuojamos analogiškai kaip ir gipso- kartono plokštės. Jų generuojama šiluminė galia apie 200 W/m2. Ribojama tik maksimali paduodamo vandens temperatūra (60 °C). Tam montuojami specialūs termostatai. Ant jų galima kloti keramines plyteles. Įrengdami šildomas sienas, galime sumažinti didelį sistemos su šildomomis grindimis inertiškumą. Beje, tai reikia atsiminti programuojant šildymo sistemos valdymo režimą. Šaltuoju periodu efektyviau bus palaikyti pastovią nustatytą temperatūrą.

Išjungus sistemą kelioms dienoms, temperatūrai atstatyti reikės ilgesnio šilumos siurblio darbo ir sunaudosime daugiau elektros energijos. Energijos sunaudojimui mažinti gamintojai tiekia siurblius su integruotu 2–2,8 kW galios elektriniu šildytuvu. Jo paskirtis – papildomai pašildyti termofikacinį vandenį esant žemoms aplinkos temperatūroms. Paprastai jos tęsiasi ne ilgiau kaip 2 savaites. Normaliam darbui esant vidutinėms aplinkos temperatūroms pakanka mažesnės galios šilumos siurblio. Tai atpigina sistemos įrengimo sąnaudas ir garantuoja pakankamą šildymo galią ekstremaliomis aplinkos sąlygomis. Tokie šildytuvai gali būti montuojami jau eksploatuojamose sistemose.

Remdamiesi sukaupta patirtimi gamintojai nurodo, kad esant optimaliam sistemos variantui šilumos siurblys bus naudojamas apie 20 metų. Jei siurblio galia per maža, turėsime ilgus darbo ciklus ir sunaudosime daugiau elektros energijos, taip pat trumpės jo eksploatavimo laikas. Parinkus per didelės galios šilumos siurblį, dažni įjungimai taip pat gerokai patrumpins jo naudojimo laiką.

Atskiras klausimas – šilto vandens ruošimas. Kaip jau minėjome, šilumos siurblys dirbs tuo efektyviau, kuo žemesnė pašildymo temperatūra ir mažesnis skirtumas tarp kolektoriaus darbinės zonos bei šildomo vandens. Verta neperžengti vandens pašildymo iki 50 °C ribos, o naudojamame tūriniame šildytuve turi būti galimai didesnio šildymo paviršiaus gyvatukas ir elektrinis kaitinimo elementas – juo galima efektyviau naikinti legionelių bakterijas ir papildomai pašildyti vandenį viršutinėje talpos dalyje iki aukštesnės temperatūros. Panašios konstrukcijos tūriniai šildytuvai naudojami saulės kolektorių sistemose.

O kaip derinti esamą skysto kuro katilą su šilumos siurbliu? Visi katilai, kaip dauguma šilumos mašinų, konstruojami efektyviam darbui esant 75–90 proc. vardinei galiai ir aukštoms šilumnešio temperatūroms. Paprasčiausias variantas – montuoti akumuliacinę talpą ir prie jos jungti tik skysto kuro katilą. Taip užtikrinsime optimalų katilo darbo režimą ir akumuliuosime šilumą mažomis sąnaudomis. Akumuliuotas karštas vanduo šaltuoju periodu imamas iš katilo ir pagal poreikį maišomas su šilumos siurblio tiekiamu termofikaciniu vandeniu. Jungti skysto kuro katilą su hidrauliniu skirtuvu nėra geras variantas, nes jame akumuliuojamos šilumos kiekis mažas ir katilas bus dažnai stabdomas ir paleidžiamas, o tai neužtikrins jo optimalaus darbo režimo. Vietoje skysto kuro katilo gali būti naudojamas ir kieto kuro katilas, bet visai automatizuotos sistemos jau neturėsime.