Hőszivattyú

A hőszivattyú a környezet energiájának hasznosítására szolgáló berendezés, mellyel lehetséges fűteni, hűteni, melegvizet előállítani. A berendezés a működtetésére felhasznált energiát nem közvetlenül hővé alakítja, hanem a külső energia segítségével a hőt az alacsonyabb hőfokszintről egy magasabb hőfokszintre emeli, legtöbbször a föld, a levegő és a víz által eltárolt napenergiát hasznosítva. (Mert külső energia felhasználása nélkül, “magától” a hő csak melegebb helyről tud a hidegebb hely felé áramlani.)

Működési elve

A hőszivattyú a hűtőgéphez hasonlóan működik, mely a szekrény belsejéből szállítja el a hőt, tehát hűt, majd ezt a hőmennyiséget a hátulján levő csőkígyón adja le.

Kompresszoros hőszivattyú működési elve – illusztráció: foek.hu

A hőszivattyúkban elektromos árammal működő kompresszor biztosítja a meleget. Ennek a kompresszornak az a feladata, hogy a rendszerben keringő gázt nagy nyomás alá helyezze, azaz összesűrítse. Minél sűrűbbé válik egy légnemű anyag, annál kisebb a molekulák közötti hely, ezért gyakran összeütköznek. A sok ütközéstől a légnemű anyag felmelegszik. Ahhoz hasonló reakció zajlik le a hőszivattyúban, mint amikor a biciklipumpa oldala a sok pumpálástól átmelegszik, ugyanis a benne lévő dugattyú összesűríti a levegőt.

A hőszivattyús rendszerekben olyan hőcserélő anyag kering, amely nyomásváltozás hatására képes megváltoztatni halmazállapotát. Így amikor a gáz felmelegszik, a hőjét leadja, amivel a lakás fűtését, illetve a melegvíz-ellátást tudjuk biztosítani. Ahogy a felmelegedett gáz átadja a hőjét, lassan lehűl, lecsapódik, majd folyékony halmazállapotúvá válik. Ezt követően egy tárolóba kerül, ahol már nincs kitéve nyomásnak, ezáltal ismét gázhalmazállapotot vesz fel, amelynek során tovább hűl. Az így lehűlt gáz alacsonyabb hőmérsékletű, mint a leghidegebb napokon a kinti levegő, ezért egy másodlagos hőcserélőn keresztül hőt képes elvonni a környezetből. Ezt követően a folyamat elölről indul.

A hőszivattyúk döntő többsége kompressziós elven működik elektromos vagy gázmotor segítségével, de létezik abszorpciós elven működő hőszivattyú, vagy a kettőt kombináló berendezés, ezek legtöbbje még kísérleti stádiumban van, vagy kevéssé elterjedt.

Hőforrás

Hőforrásuk szerint csoportosítjuk leginkább a hőszivattyúkat.

Talaj

Ezen a típuson belül két fajta hőszivattyút különböztetünk meg. A geotermikus hőszondát és atalajkollektort. Bővebben a földhőszivattyúkkal foglalkozó szócikkben.

Masszív abszorber

Föld alatti vagy föld feletti beton vagy téglafalban, betonlemezben műanyag csőkígyót helyeznek el. Külön e célra épített szoborszerű elemek, vagy támfalak, homlokzati betonfelületek is felhasználhatók. A működés elve hasonló a talajkollektoréhoz: a beton jól vezeti a hőt, tömege alkalmas a hő tárolására. Segít a levegő, talaj, esővíz hőjének átvételében, a napsugárzást közvetlen is hasznosíthatja.

Talajvíz

A talajvízkútból búvárszivattyúval nyert víz hőjének elvonása után a vizet vagy egy másik kútba vagy felszíni vízbe (patak,tó,folyó) vezetik, esetleg elszivárogtatják földbe fektetett dréncsöveken át. A talajvíz állandó hőmérséklete (7-12°C) és jó hővezető-képessége révén ideális hőforrás. További speciális alkalmazás, amikor hőforrásként egy tó szolgál. Ebbe helyezik el körkörösen a kollektorként szolgáló csöveket. Bővebben a vizes hőszivattyúkkal foglalkozó szócikkben.

Levegő

A külső levegőt vagy a pince levegőjét használja. Bővebben a levegős hőszivattyúról az ezzel foglalkozó szócikkben.

Hulladékhő

Számításba jöhet hőforrásként a szennyvíz, az elhasznált termálvíz. Előbbire magyarországi példa a szekszárdi húskombinát, ahol a 22°C-os szennyvíz a hőforrás, míg utóbbira a harkányi gyógyfürdő, melynek 32-35 °C-os elfolyó vizét használják fel két, egyenként 1100 kW-os hőszivattyúval.

Felhasználási terület

Fűtés

A hőforrásból elvont hőt a berendezés általában a zárt körben keringetett vízfűtőközeg felmelegítésére használja fel. Elsősorban az alacsony hőmérsékletű fűtési módok működnek hőszivattyúval, mert akárcsak a napkollektoroknál, annál nagyobb a rendszer hatékonysága, minél kisebb a fűtési előremenő hőmérséklet.

  • Monovalens rendszer: a ház teljes fűtési energiaszükségletét biztosítja.
  • Bivalens rendszer: a hőszivattyú mellé kiegészítő fűtés kell, ami lehet bármilyen kazán vagy napkollektoros rendszer is.

Padló-, fal- és mennyezetfűtés jöhet számításba, ahol a nagy hőleadó felület miatt már 35 °C is elegendő.

Melegvíz-előállítás

Használati melegvíz készítésére is felhasználható a hőszivattyú, de a kondenzátoroldali legmagasabb hőmérséklet kb. 55-60 °C, emiatt a melegvíz hőmérséklete 60 °C alatt marad.

Hűtés

A folyamat megfordításával a fűtésnél hőforrásként használt közegnek adja át a helyiségekből elvont hőt.

Hatékonyság

COP

A hő szállításához folyamatosan elektromos energiát kell a rendszerbe táplálni. A rendszer hatékonyságát az ún. munkaszámmal (COP=Coefficient of performance) jellemezhetjük, ami azt mutatja meg, hogy a hőszivattyú által leadott hasznos hőteljesítmény hányszorosa a működtetéshez felhasznált hajtási teljesítménynek.

A COP érték a hőszivattyús készülékek (hőszonda, levegőkazán stb.) energiahatékonyságát hivatott megmutatni. Maga a szám egész pontosan azt jelzi, hogy egy egységnyi befektetett elektromos energiából hány egység hőenergiát tud előállítani a berendezés.

Konyhanyelven: egy 3,5 COP értékkel bíró hőszivattyús készülék 1 forint értékű elektromos áramból 3,5 forint értékű hőt képes előállítani.

JAZ

A COP az év folyamán változhat a hőforrás hőmérsékletének változásával, ezért az egy évre vonatkozó energiaszám (JAZ – Jahresarbeitszahl:éves munkaszám) pontosabb képet ad a hőszivattyú teljesítményéről. Ez elsősorban attól függ, hogy mekkora hőmérsékletkülönbséget kell áthidalni (a hőforrás és a fűtési előremenő hőmérséklet különbsége), általában három és öt közötti érték, tehát egy egység villamos energiával három-öt egység hőenergiát állíthatunk elő. (Szemben az elektromos fűtéssel, ahol egy egység villamos energiával egy egység hőenergiát kapunk.)

Forrás: Független Ökológiai Központ és ingatlanmagazin.com