Hogyan működik a hőszivattyú?

A hőszivattyú egy olyan eszköz, amely hőenergiát mozgat egyik helyről a másikra, miközben a közvetítő közeg lehűl, vagy felmelegszik. A hőenergiát elvonjuk valamilyen forrástól (hőnyerő közeg) és máshol azt leadjuk, hasznosítjuk. A hőnyerő közeg lehet levegő, víz vagy talaj. Fűtés esetében a hőátadás oldala a fűtendő tér. Hűtés esetén a hőenergia az ellenkező irányba áramlik, a hőt elvonjuk a tértől és a levegőbe, vízbe, talajba juttatjuk.

A hőszivattyút legegyszerűbben talán a háztartási hűtőgép működését megismerve lehet megérteni.

A hűtési-fűtési körfolyamat:

A hűtőgépben hűtőközeg kering, folyadék és gáz halmazállapotban.

• A folyadék halmazállapotból gáz halmazállapotba történő átmenethez a hűtőközeg nyomását csökkentik egy nyíláson (expanziós szelep) keresztül.

Ez hasonlóan működik, mint egy aeroszolos spray esetében. Az aeroszol tartalma a nyomás alatt lévő folyékony hűtőközeg, a palack nyílása az expanziós szelep, az aeroszolt körülvevő nyitott tér pedig a párologtató.

• Amikor a hűtőközeg folyékonyból gáz halmazállapotúvá válik, azaz elpárolog, lehűti a környezetét (esetünkben az elpárologtató a hűtőszekrény belsejéhez csatlakozik, így annak terét hűti).
  

A működési elv hasonló, mint amikor a kézfejünkről párolog el alkohol vagy más illékony folyadék. Ilyenkor érezzük a párolgás hőelvonó hatását (azaz a kezünk felülete egy kicsit lehűl).

• Ezután ahhoz, hogy a gázhalmazállapotú hűtőközeg újra folyékony legyen, nagyobb nyomás alá kell helyezni (erre szolgál a kompresszor) de eközben hőmérséklete is megnő.

Hasonló történik a kerékpárgumi felfújásakor: érezzük, hogy pumpálás közben a pumpa felmelegszik, ahogy a levegőt összenyomjuk benne.

• A közvetítő közeg, ami nagy nyomás alatt van és hőmérséklete is magas a kondenzátoron áramlik át (esetünkben ez a hűtőgép hátoldalán található), ahol az ott áramló levegő lehűti azt (miközben persze az ottani levegő melegszik ezáltal). A lehűlő (és még mindig nagy nyomás alatt lévő) gáz kondenzálódik, folyékony halmazállapotú lesz.
  Éppen úgy, ahogyan a légnedvesség is kicsapódik a hideg felületeken.

A folyékony hűtőközeg visszaáramlik az expanziós szelepen keresztül a párologtatóba, ahol a folyamat újraindul.

Ha a fenti elvi sémában ismertetett rendszert úgy állítjuk össze, hogy nem az elpárologtató, hanem a kondenzátor csatlakozik zárt dobozhoz, vagy térhez máris megfordítottuk a hőáramlást és hűtés helyett fűteni tudunk.

Miért jó a hőszivattyú?

A hőszivattyú kevesebb elektromos áramot használ, mint amennyi hőt lead (hiszen a környezetben rendelkezésre álló hőt hasznosítja működése során). Ebben az értelemben a hőszivattyú hatásfoka nagyobb, mint 100%, mert a felhasznált energia jó részét a környezetből vételezi.

A kinyert hőenergia és a befektetett elektromos energia arányszámát teljesítmény tényezőnek (COP – Coefficient Of Performance) nevezzük, amely a hőszivattyú legfontosabb jellemzője. (Épületeknél használt készülékek esetében általában a fenti megfogalamzás szerint 300-400%-ról, vagyis 3-4 es COP-ről beszélhetünk. Ezzel analóg módon a tisztán elektromos fűtés hatásfoka 100%, COP-je 1.)

Tekintettel arra, hogy a hőszivattyú a környezeti hőt hasznosítja (ami többségében közvetett napenergiának minősül) megújuló energia hasznosító eszköz, ami segíti energiafüggőségünk csökkentését.

Sokszor hallani, hogy egy passzívházban hőszivattyú biztosítja a fűtést, a meleg víz ellátást. Ez így nem igaz hiszen nem kötelező tartozék semmilyen hőszivattyús rendszer. Azonban mivel az ilyen épületeknek kimagaslóan alacsony az energiaigénye, ezért elérhetőbb közelségbe kerülnek (megfizethetőbbek) a megújuló energia felhasználására épülő rendszerek és így hőszivattyús fűtési-, hűtési megoldásokkal is gyakrabban találkozhatunk passzívházakban.

forrás: holnaphaz.blog.hu képek forrása: naturenergy.eu, foek.hu,
egy könnyen érthető magyar nyelvű szimuláció a fent is ismertetett körfolyamat alapjairól a danfoss.com oldalán