Fábián Zsolt/ április 16, 2019/ Hőszivattyú

A hőszivattyú a jelen korunk egyik feltörekvő, és egyre népszerűbb fűtési és hűtési megoldása, amely technológia megannyi előnnyel rendelkezik. Napjainkban az egyik leggazdaságosabb fűtési és hűtési megoldás a hőszivattyú. Ha napelemmel párosítják, ez még inkább elmondható, növeli a hatékonyságot, a gazdaságosságot és nem utolsó sorban környezettudatosság szempontjából is a legjobb választás fűtés és használati melegvíz készítéséhez, mert kifejezetten energiatakarékos. Persze ilyenkor jön a szokásos kérdés, hogy akkor miért nem ezt használják mindenhol, az újonnan épülő házakban vagy a most felújított lakásokban, családi házakban. A válasz az, hogy jelen pillanatban még a hagyományos fűtési és hűtési technológiákat nagyobb bizalommal használják az emberek, mint például a fölgáz vagy a fa tüzelés, valamint egy ilyen korszerűsítés, egy hőszivattyús rendszerre történő átállás, de még a beépítés sem egy olcsó befektetés. Természetesen rövid idő alatt megtérül, de még sajnos kevesen tehetik meg az anyagi helyzetükben, hogy ezt a korszerű fűtési és hűtési megoldást válasszák.

Mi is az a hőszivattyú, és hogyan is működik?

A legérthetőbben talán úgy lehet megfogalmazni, hogy a természetben, a környezetben „ingyen” elérhető energiát használja fel, alakítja át fűtésre, használati melegvíz előállításra. Fordított használat esetén képes a lakás hűtésére is. A hőszivattyú többféle közegben lévő energiát is képes hasznosítani, ez lehet akár föld, vagyis a talaj, a talajvíz vagy a levegő. A legnagyszerűbb dolog, hogy az üzemeltetéshez szükséges elektromos energia előállítása ezektől függetlenül környezetbarát módon, károsanyag kibocsátás nélkül is történhet, például napelemek segítségével. A fűtéshez szükséges melegvíz vagy a meleg levegő előállítására alacsony környezeti hőmérséklet esetén is képes a hőszivattyú, ez lehet akár még – 15-20 C fok is, így hazánkban is tökéletesen tud működni függetlenül az évszakok váltakozásától.

A hőszivattyú működési elve nem is annyira bonyolult, mint amilyennek esetleg elsőre tűnhet. Persze a fizika törvényei itt is keményen dolgoznak, így joggal merülhet fel a kétely, vajon milyen módon lehet a kinti fagyos, hideg levegőből a ház belső részét úgy felfűteni, hogy a külső és a belső hőmérséklet közötti különbség akár 30-35 fok is lehet. Nézzük meg a működési elvet, érthető nyelvre lefordítva:

A természetes hőátadás mindig a melegebb közeg (levegő, víz, gáz) felől áramlik a hidegebb felé, vagyis a meleg közeg mindig hőt ad át a hidegebbnek, egyszóval felmelegíti azt. Ez kivétel nélkül minden hőmérséklet különbség esetében valós tény. Egy példa arra, hogy teljesen érthető legyen, egy jégkocka nem csak a 25 C fokos melegben olvad el, hanem a hideg 4-5 C fokos hőmérsékleten is, annyi különbséggel, hogy természetesen sokkal több idő szükséges hozzá.

Minden nulla foknál melegebb test rendelkezik egyfajta belső energiával, amit hő formájában képes leadni a nála hidegebb közegnek. Minél nagyobb a hőmérséklete, annál több a hő benne. Ez a fizikai törvény bizonyítja, hogy a kinti fagyos hőmérsékletből a hőszivattyú képes energiát kinyerni, hasznosítani és így biztosítva a fűtést és a meleg vizet a saját otthonukban.

A gázok a térfogat változás alkalmával vagy hőt adnak le, vagy hőt vonnak el a környezetüknek. Ha csökkentik a gázok térfogatát, akkor a gázok hőt tudnak leadni, vagyis ilyenkor felmelegednek, ellenkező esetben viszont, ha a térfogat megnövekedik, abban az esetben hőt vonnak el a környezetükből, tehát lehűlnek.

Egy hőszivattyú működése több folyamatot foglal magába, de leegyszerűsítve négy lépésben írható le a legkönnyebben. Ezek a lépések a párologtatás, a sűrítés, a cseppfolyósítás és az oldódás.  

Kezdjük a párologtatással. A ciklus elején a hűtőközeg folyékony halmazállapotú és a hőmérséklete is nagyon alacsony, éppen ezért képes a környezeti hőt elnyelni. A hűtőközeg hőmérsékletváltozás esetén halmazállapotot is tud váltani, ilyenkor ugye a folyadékból gáz lesz. Ezzel a párologtató folyamattal újabb energiát nyerhetnek ki a rendszerből. A hőszivattyúkban található hűtőközeg a legtöbb esetben speciális gázok keverékéből tevődik össze, különböző elosztásban. Ezek a gázok nyomás hatására folyékony halmazállapotúvá válnak. Ezt a folyékony, és alacsony hőmérsékletű, de nyomás alatt lévő hűtőközeget a környezet felmelegíti és légnemű, jelen esetben gáz halmazállapotúvá válik. Ennek a folyamatnak a párologtatás része a hőszivattyúban található hőcserélőben zajlik le.

A második lépés a sűrítés. A párologtatás során felmelegített, gáz halmazállapotú hűtőközegből a még több hő kinyerése a cél. Ezt a hőszivattyúban lévő kompresszor segítségével lehet elérni. A hőcserélőből érkező gázt a kompresszor összenyomja, vagyis felmelegíti és ezt a felmelegített, nagy nyomású gázt továbbítja a rendszer többi elemének. Egy kompresszor többféle erőforrással is működhet, legyen az elektromos vagy gáz meghajtású kompresszor. Viszont egy kellőképpen hatékonyan működő hőszivattyú esetében is a kompresszor sokkal kevesebb energiát használ el, mint amennyit a hőszivattyú el tud szállítani.

A következő lépés a cseppfolyósítás, ahol a hőszivattyú kompresszora által összesűrített és felmelegített gázt, amelynek a hőmérséklete már eléggé felmelegedett a fűtésére, bevezetik egy újabb hőcserélőbe. Itt történik meg a hő energiájának átadása a lakás fűtővízének. Ennek a hőleadásnak a következtében a gáz halmazállapotú hűtőközeg újra folyékony lesz, kondenzálódik, vagyis lecsapódik. Itt ismételten a halmazállapot változáskor keletkező hőt használja fel, ez az úgynevezett kondenzációs hő. Azt a hőcserélőt, amelyben ez a folyamat végbemegy kondenzátornak hívják.

Az utolsó lépés az oldódás folyamata. A cseppfolyósítás alkalmával a hőszivattyú már elegendő szintre felmelegítette a fűtővizet ahhoz, hogy fűtés legyen, és kellemes hőmérsékletet biztosítson. Ezt a meleg, folyékony hűtőközeget kell kivezeti a kinti rendszerbe, hogy a folyamat kezdődhessen elölről. A hűtőközeg kivezetése a hőszivattyú kinti, külső egységébe egy expanziós szelepen vagy egy adagolón keresztül történik. Ilyenkor a hűtőközeg az alacsony nyomású oldalra kerül, és a kinti hőmérsékletnél alacsonyabb hőmérsékletre hűl le.

Ahogy említettem a hőszivattyú működése közben több folyamat játszódik le, de az egyszerűség és a könnyebb átláthatóság érdekében ezek az alap folyamatok a mérvadók. A hőszivattyú által szállított hőenergia nagyságrendileg 75%-át a saját környezetéből hasznosítja és a maradék 25%-ot pedig a sűrítés folyamatában, a kompresszió során keletkezet energiából állítja elő.

A hőszivattyú egy modern és energiatakarékos fűtési és hűtési módszer, amely a napelemekkel egyetemben a jövőt képviselik. Remélem ezzel a leírással könnyebben érthetővé vált a működése.

 

Share this Post