Hőszivattyú működése

Hőszivattyú működése

A hőszivattyú telepítése az egyik legjobb módja annak, hogy energiát és pénzt takarítsunk meg, persze, ha már megfelelően hőtartóvá tettük otthonunkat. De mégis hogyan érhetünk el vele megtakarítást? Mitől annyira hatékony? Lássuk mit kell tudni a hőszivattyú működése témával kapcsolatban.

Tipp: nézz szét ipari hősugárzó, hőlégbefúvó választékunkban is.

Hogyan működik a hőszivattyú?

Röviden a hőszivattyúk villamos energiát használnak ahhoz, hogy a hőt az egyik helyről a másikra szállítsák. Hűtés üzemmódban a hőszivattyú kifelé mozgatja a hőt a lakásból, így odabent hűvösebb lesz. A hűtőszekrények és a hagyományos klímaberendezések igazából ugyanígy működnek. Viszont a hőszivattyú abban különbözik ezektől, hogy a folyamat meg is fordítható. Egy hideg napon a hőszivattyú képes hőenergiát mozgatni kintről befelé és így felfűteni a házat.

Ez egy nehezen elképzelhető gondolat, pedig hasonló ahhoz, ahogyan a hűtő is működik. Bár a belsejében hideg van, a hűtő mögötti rács vagy a hátoldal meleg. A hűtőszekrény hőt pumpál ki a szigetelt térből az adott helyiségbe, ahol el van helyezve. Ha ezt a folyamatot meg tudjuk fordítani, akkor a belső tér kezd el melegedni, míg a külső tér, ahonnan elvonjuk a hőenergiát, elkezd lehűlni.

Nos, ez történik, amikor télen bekapcsol a hőszivattyú. Nézzük meg, hogyan, de először kezdjük a hűtéssel, ami után könnyebb a fűtés elméletének megértése is.

Hőszivattyús hűtés működése

A hőszivattyú működésének megértéséhez emlékezzünk kicsit vissza a termodinamika második főtételére. Tényleg csak egy pillanatra! Nem bonyolítjuk, a lényege, hogy egy melegebb közegből az energia mindig a hidegebb közeg felé vándorol. Ha például egy fazék forró levest hűtőfürdőbe helyezünk, akkor a forró étel hője elkezd átadódni a körülötte lévő víztömegnek. Így, bár mi a levest szeretnénk hűteni, igazából a hűtővizet melegítjük fel. Persze a végeredmény ugyanaz, a levesünk végül hideg lesz. Ez egy természeti törvény, ami során a magasabb hő az alacsonyabb felé áramlik, sohasem fordítva.

A hőszivattyú ezt a törvényt használja ki. Hűtés üzemmódban így elegendő lehűteni a készülék belsejében lévő közeget, aminek hatására az otthoni, melegebb levegő beáramlik. Ezt a hőenergiát azután kifelé visszük. A hőenergia felvételéhez a készülékben lévő csővezetékben speciális hűtőközeg kering. A vízhez képest a hűtőközeg forráspontja sokkal alacsonyabb, ami miatt sokkal kevesebb energiára van szükség ahhoz, hogy az állapotát folyékonyból gáz halmazállapotúvá változtassuk, vagyis elpárologtassuk. Azonban egy folyadék forráspontja még tovább csökkenthető.

A forráspont növelését tapasztalhatjuk a hétköznapokban, amennyiben szoktunk kuktát használni. Aki már próbálta, az tudja, hogy a nagyon nehezen, hosszú idő alatt főzhető húsok is sokkal hamarabb elkészülnek benne. Mivel a kukta egy zárt, nyomásálló edény, a forralás során a benne lévő víz elkezd gőzzé alakulni. Mivel ez a gőz nem tud távozni, megemeli a nyomást az edényben. Ez viszont elkezdi emelni a víz forráspontját. Így érjük el, hogy nem 100, hanem 110-120 fokon főzzük az ételt.

A hőszivattyú ennek épp ellenkezőjét teszi. A hűtőközeg egy tágulási (expanziós) szelepen halad át, ami során lecsökken a nyomása, így a forráspontja is. Ezen az alacsonyabb forrásponton a hűtőközeg egy része elpárolog, persze szigorúan ezen a zárt rendszeren belül, emiatt a hőszivattyúnak ezt a részét elpárologtatónak nevezik.

A párolgás során pedig hőelvonás zajlik. Ezt megtapasztalhatjuk egy forró nyári napon, amikor izzadunk vagy vizesek vagyunk és egy kellemes szellő párát szállít el a testünkről, így egyből komfortosabbnak érezzük a hőmérsékletet.

Az alacsony nyomású hűtőközeg párolgásakor is, amikor a közeg állapota folyékonyból gázzá változik, az otthoni levegő hőjének egy része elvonódik, a hűtőközegbe kerül. Innen a hűtőközeg áthalad a külső egységbe, ahol egy kompresszor megnöveli a nyomását és így a hőmérsékletét. Emiatt a forráspont ismét megemelkedik és a jelenleg gáz halmazállapotú hűtőközeg visszacsapódik folyadékká. Ekkor az energia nem elnyelődik, hanem felszabadul és ezzel el is szállítottunk egy “adag” hőt a lakásból. A folyamatot Carnot-ciklusnak nevezik. Ez addig ismétlődik, amíg a beltérben el nem értük a kívánt célhőmérsékletet. Tehát a benti hőt elszállítottuk a kültérbe.

Hőszivattyús fűtés működése

Fűtés üzemmódban a hőszivattyú nagyjából ugyanígy működik, csupán a folyamat meg van fordítva. A hő a külső levegőből kerül az otthonunkba.

Ezt kicsit nehezebb elképzelni, hisz hogyan is tudhatnánk a kinti 5 fokból hőt vinni a lakásba? Pedig, ha belegondolunk, semmi sem változott a hűtéshez képest. A nyári kánikulában is kint van melegebb, mi mégis az annál hűvösebb beltérből szállítottuk el a meleget egy még melegebb területre.

Amíg el nem érjük az abszolút nulla fokot (0 Kelvin = -273,15 Celsius-fok), addig mindig lesz a levegőben energia, amit ki is nyerhetünk belőle. Az energia a molekulák mozgásából adódik, ami magasabb hőmérsékleten gyorsabb, alacsony hőmérsékleten pedig lassabb, de eddig a hőfokig létezik.

Így hát nincs más dolgunk, mint ugyanazt megcsinálni, mint a hűtésnél. A hőszivattyú hűtőközegét egy tágulási szelepen átengedjük a nyomás csökkentése érdekében. Ezen az alacsonyabb nyomáson a forráspont lecsökken (lásd az említett ellenpéldát, a kuktát), és a hűtőközeg felforr. Vagyis a hűtőközeg állapota folyékonyról gázra változott, elpárolgott. A párolgás pedig ugye hőt von el, azaz energiát (lásd nyári izzadság és a szellő példáját). Csupán annyit kell változtatnunk a hűtéshez képest, hogy most a kültéri egységben kell ezt a folyamatot véghez vinni.

Innen a hűtőközeg a lakásba jut, ahol áthalad egy kompresszoron, amely megnöveli a nyomását. Ez a forráspont emelkedését okozza. Amint a hűtőközeg áthalad a beltéri hőcserélőkön, állapota gázből folyadékká változik. Lecsapódik. A lecsapódás során energia szabadul fel, ami pedig hőként jelenik meg a lakásban. A folyamatot itt is addig ismételjük, míg el nem érjük a kívánt hőmérsékletet. És kész is vagyunk, bevittük a kinti hidegből a meleget.

Milyen fajtái vannak a hőszivattyúknak?

Levegő-víz hőszivattyú

A könnyebb érthetőség miatt a hőszivattyú hűtési és fűtési működési folyamatának magyarázatánál egy adott légtérből egy másikba szállítottuk a hőt. Ez viszont másképp is megoldható. Például a kültéri levegő hőjét elszállíthatjuk egy belső, vízkeringetéses rendszerbe is, például radiátoros fűtésbe. Ez a levegő-víz hőszivattyú.

Víz-víz hőszivattyú

A víz-víz hőszivattyú esetében két talajvízkutunk van egymástól viszonylag távol, ahol az egyikből a hőt nyerjük a vízből, a másikba pedig az elhasznált vizet juttatjuk vissza. A talajszondás rendszer esetében pedig geotermikus energiát használunk egy mélyvízi szivattyúval. Mindegyik rendszernek van előnye és hátránya. Különböző felhasználási területeken más-más lehet az optimális megoldás, de a külső vízforrású rendszerek drágábbak és sok engedélyre lehet szükség.

Miért hatékony ez a folyamat?

Mindenhol azt hallhatjuk, hogy a hőszivattyúk hatékonyabban működnek, mint a hagyományos fűtőtestek. Egy modern, hatékony tűzhely vagy konvektor például 90% vagy afeletti hatásfokot is elérhet. Ez azt jelenti, hogy minden 100 egységnyi energiából, amit fogyaszt, 90 egység hasznos hővé alakul.

A hőszivattyúk akár 400%-os hatásfokkal is működhetnek. Vagyis 1 kWh villamos energiát felhasználva akár 4 kWh energiát is nyerhetünk hő formájában. Ez azért van, mert a rendszerünk csupán a keringtetett közeg nyomásának szabályozására és magára a keringetésre használ energiát.

Így a hőszivattyúkkal tényleg nagy megtakarítást érhetünk el, ráadásul, ha ezt kombináljuk egy napelemes rendszerrel, még ezt a kevés energiát is megújuló forrásból nyerhetjük. És ami a legjobb, hogy a környezetünk terhelése is csökkenthető ezáltal, mivel nem bocsátunk ki a földgáz és a fa tüzelése során keletkező káros égéstermékeket. Így zajlik a hőszivattyú működése.

Tipp: ha mégis kiegészítő fűtési megoldásokra lenne szükséged, nézz szét konvektoraink között!