Siltumsūknis ir iekārta, kas ēku apsildīšanai  patērē siltumu no apkārtējās vides. Par siltuma avotu var kalpot gaiss, atvērtās ūdenstilpnes, grunts un zemes dzīles - pietiks ar to vien, ja vides temperatūra pārsniegs +1°С. Siltumsūknis ļauj uzņemt visu šo neapsaimniekoto un neizlietoto siltumenerģiju, paaugstināt tās potenciālu līdz tādam līmenim, kas ir nepieciešams apkures vajadzībām un nogādāt to ēkas siltumapgādes sistēmā. Lietotājs, kas iekārtu darbina tikai ar 1 kWh elektroenerģijas patēriņu, pretī saņem 5-6 kWh siltumenerģijas. Turklāt siltumsūknis reizē ir arī lielisks karstā ūdens avots un funkcionē arī kā kondicionēšanas sistēma, vasarā atvēsinot telpas, tāpat nodrošinot gaisa uzsildīšanu un sausināšanu piespiedu ventilācijas sistēmās. Tiesa gan, iekārtas ierīkošana sākotnēji prasīs zināmus līdzekļus, taču mājas īpašnieks pretī saņems kompaktu, drošu un no ekoloģijas viedokļa ideālu apkures sistēmu ar ievērojamu kalpošanas laiku (20-25 gadi līdz kapitālremontam).

Vēl daži argumenti siltumsūkņa labā ir papildus ierīču viegla pieslēgšana un vienkārša izvietošana mājās (siltumsūkņa gabarīti nepārsniedz veļas mašīnas parametrus).

Siltumsūkņi nav šīs sezonas tendence vai pēdējais modes kliedziens. Siltumsūkņa ideja pirmoreiz izteikta un realizēta laboratorijā pirms vairāk kā 150 gadiem. Siltumsūkņu praktiskā izmantošana sākusies pagājušā gadsimta 30.gados. Pirms apmēram 30 gadiem sakarā ar enerģētikas krīzi klājā nāca pirmie sadzīves apstākļiem piemēroti modeļi, ko izmantoja attīstītajās valstīs - tur iekārtas praksē apliecināja savu drošumu un izturīgumu.

Teorētiskais pamatojums

Siltumsūkņa darbības princips - nodrošināt tādus fiziskus apstākļus, lai darba šķidrums, kas cirkulē slēgtā kontūrā, iztvaikojot, no apkārtējās vides uzsūktu zināmu siltuma daudzumu, bet vēlāk, kondensējoties, šo siltumenerģiju nogādātu ēkas apkures sistēmā. Šo procesu nodrošina ar kompresora, kondensatora, iztvaikotāja, droseļu, cauruļvadu palīdzību - līdzīgi kā tas notiek ledusskapī un kondicionierī.
Teorētiski par zema potenciāla siltuma avotu var būt gruntsūdeņi (temperatūra virs 10 grādiem), ezeru un upju ūdens (0-10 grādu), virsējo slāņu grunts (0-10 grādu) un dziļuma grunts (10 grādu), kā arī ārējais gaiss, pat ja tā temperatūra ir zemāka par nulli.

Mūsu valstī efektīvu siltumsūkņu darbu var nodrošināt, kā siltuma avotu izmantojot grunti un atvērtās ūdenstilpnes, kuru temperatūra ir nemainīga visa gada garumā.
Shematiski siltumsūkni, kas patērē grunts vai ūdenstilpnes siltumu, var atainot kā sistēmu no trīs slēgtām kontūrām: pirmajā, ārējā kontūrā cirkulē siltumdevējs (siltumnesējs, kas uztver ārējās vides siltumu - neaizsalstošs šķidrums jeb antifrīzs), otrajā - saldētājaģents (viela, kas iztvaiko, uzsūcot siltumu no siltumdevēja, un kondensējas, atdodot siltumu siltumuztvērējam, visbiežāk - freons), trešajā - siltumuztvērējs (ūdens ēkas apkures sistēmā).

Antifrīza funkcijas ārējā kontūrā pilda glikola šķīdums vai t.s. "sālsūdens" ( sāls šķīdums ar zemu sasalšanas temperatūru).

Eksistē arī siltumsūkņi ar tiešo siltumapmaiņu - šajā gadījumā augsnē tiek ierīkota kontūra ar cirkulējošo freonu: siltumapmaiņa risinās caur vara cauruļu virsmu.
Siltumsūkņa darba ekonomiskumu novērtē pēc siltuma konversijas koeficienta, kas ataino iegūtās siltuma jaudas un patērētās elektriskās jaudas attiecību. Šis lielums ir atkarīgs no temperatūru līmeņu starpības, ieejot sistēmā (iztvaikotājā) un izejot no tās (kondensētājā): jo lielāka ir šī starpība, jo mazāks ir konversijas koeficients un efektivitāte. Tādēļ siltumsūkņa apkures sistēmās kā apkures ierīci lietderīgāk izmantot siltās ūdens grīdas, kurās ūdens temperatūra nepārsniedz 35°С. Var tikt piemeklēti arī kombinētie risinājumi (siltās grīdas plus radiatori).

Primārā kontūra

Tā kā iegūt savā rīcībā atvērtās ūdenstilpnes daļu, lai uz tās dibena ieklātu primāro kontūru ar siltumnesēju, ir diezgan sarežģīti, tad par siltuma avotu vislabāk ir izmantot grunti. Ir iespējami divi zema potenciāla siltuma iegūšanas varianti no grunts: tas var tikt veikts ar horizontālā kolektora palīdzību, kas ir izveidots tranšejās izvietoto plastmasas cauruļu veidā, vai arī ar vertikālo ģeotermālo zondi no 20-300 m dziļa urbuma.

Horizontālā kolektora priekšrocība ir relatīvi nelielas izmaksas tā ierīkošanai. Taču tam būs nepieciešams brīvs zemesgabals.

Horizontālā kolektora cauruļu kopējais garums un zemesgabala kopējā platība tiek aprēķināta pēc formulām atkarībā no nepieciešamās siltumsūkņa jaudas, īpatnējās siltumietilpības (siltuma daudzuma, kas tiek saņemts no ikviena kolektora caurules metra) un ieteicamā attāluma starp caurulēm, kuram jābūt tādam, lai grunts neaizsaltu. Mājai ar kopējo platību 100 m2 kolektora garums būs vienāds ar 300-400 m.

Horizontālā kolektora siltumietilpība ir atkarīga no tā ievietošanas dziļuma, grunts kvalitātes, gruntsūdeņu kvalitātes un citiem parametriem. Aptuveniem aprēķiniem izmanto lielumu 20 Vt/m, atkarībā no grunts šie rādītāji ir sekojošie: sausās smiltis - 10 Vt/m, sausie māli - 20 Vt/m, mitrie māli - 25 Vt/m, māli ar lielu ūdens īpatsvaru - 35 Vt/m.

Vertikālā ģeotermālā zonde tiek ievietota speciāli izveidotajā urbumā, kurā tiek iekārtotas arī metāla-plastmasas vai plastmasas caurules. Parasti vienā urbumā tiek ierīkotas divas cilpas, pēc tam tas tiek piepildīts ar betona javu. Attālumam starp urbumiem jābūt lielākam par 5 m.

Urbuma dziļumu var noteikt, veicot speciālus aprēķinus. Tā vietā, lai veidotu vienu lielu urbumu, kam var būt nepieciešama papildus saskaņošana ar dabas aizsardzības organizācijām, tiek izurbtas dažas mazāka izmēra akas. Kopumā vertikālā zonde izmaksā krietni vairāk par horizontālā kolektora ierīkošanu, taču, ja zemesgabals ir neliels, citas iespējas, kā vien urbšana, nav pieejamas.
Aptuvenām aplēsēm tiek uzskatīts, ka īpatnējā siltumietilpība vidēji ir vienāda ar 50 Vt/m, taču konkrētie rādītāji atkarībā no grunts veidiem ir šādi:

• Sausie noguluma ieži - 20 Vt/m;
• Akmeņaina augsne un ar ūdeni piesātinātie ieži - 50 Vt/m;
• Akmeņainie ieži ar augstu siltumvadīšanas spēju - 70 Vt/m;
• Pazemes ūdeņi - 80 Vt/m.

Cauruļu diametru izvēle ir atkarīga no spiediena zudumiem nepieciešamā siltumnesēja izlietojuma situācijā.

Pēc ģeoloģiskā rakstura informācijas ieteicams vērsties specializētās kompānijās, kas nodarbojas ar urbšanu.

Kopumā „grunts-ūdens" tipa siltumsūkņi spēj pilnībā apmierināt individuālās mājas vajadzības pēc siltuma. Siltumsūkņa iekārtas ekspluatācijas režīms bez papildus siltuma avota tiek dēvēts par monovalento. Taču sadzīvē izmantojamais siltumsūknis parasti tiek aprīkots ar iebūvēto rezerves elektrisko sildītāju. Tas var gan strādāt siltumsūkņa vietā, gan reizē ar to, piemēram, pilnībā novēršot siltuma trūkumu aukstākajās gada dienās. Šāds režīms tiek dēvēts par bivalento.

Siltumsūkņa darbināšana bivalentajā režīmā, kas paredz papildus siltuma ģeneratora izmantošanu periodos, kas gaisa temperatūra noslīd zem noteiktās (-5°С - dienvidu reģionos, - 10°С - centrālajos apgabalos), ir vislietderīgākais iekārtas ekspluatēšanas veids. Tas ļauj samazināt siltumsūkņa un primārās kontūras iekārtošanas darbu izmaksas (tranšeju rakšana, urbumu izveidošana u.c.), kas būtiski pieaug, palielinoties iekārtas jaudai.

Jēldati
Lai mājās uzstādītu siltumsūkņa apkures sistēmu, nepieciešams pēc palīdzības vērsties organizācijā, kurai ir pieredze šāda aprīkojuma projektu izstrādē, ierīkošanā un noregulēšanā, un kas arī ir ieguvusi atbilstošas licences. Nepašaubāmi, priekšroka dodama vadošo rietumu ražotāju produkcijai, kas savu kvalitāti apliecinājusi ar sekmīgu ekspluatāciju daudzu gadu laikā.  

Lai pareizi izvēlētos siltumsūkņa aprīkojumu konkrētai ēkai, tā īpašniekam kompānijas speciālistiem jāsniedz šāda informācija:

• zemesgabala ģenerālais plāns ar ēku un koku attēlojumu;
• katra ēkas stāva plāns, norādot apkurināmo telpu augstumu un platību;
• dati par ēkas sienu un jumtu materiāliem, norādot slāņu biezumu konstrukcijā;
• dati par logiem (logu ailu skaits un to parametri, rāmju materiāls, gaisa kameru skaits un stiklu kvalitāte stiklpaketēs);
• elektriskā jauda kWh;
• plānotā apkure (radiatoru, siltās grīdas, kombinētā).

Saskaņā ar klienta sniegto informāciju tiek novērtēti siltuma zudumi ēkā un izvēlēts aprīkojums ar atbilstošu jaudu. Atsevišķi tiek izskatīta iespēja siltumsūkņi izmantot karstā ūdens piegādei un gaisa kondicionēšanai vasaras periodā. Tas, protams, izraisa papildus aprīkojuma ierīkošanas nepieciešamību, tādējādi sarežģī sistēmu un palielina tās tāmes izmaksas. Bieži aprīkojuma nepieciešamās komplektācijas izvēli veic ražotājfirmas speciālisti.

Raksta sagatavošanā izmantoti žurnāla „Viensēta" materiāli
www.stroyobzor.com.ua