A hőszivattyú működése viszonylag egyszerű. Röviden megfogalmazva, ahogyan a nevében is benne szerepel, hőt „szív” (vesz) el egy adott külső közegtől, és ezt a hőt adja át egy másik, belső közegnek, jelen esetben az épületünk fűtési rendszerének. Hűtés esetén a folyamat fordítva zajlik le. Ennél persze kicsit összetettebb a hőszivattyú működésének folyamata.
1. Alapinformációk
Alapelvet tekintve viszont mindegyik hőszivattyú működése ugyanazon az elven történik. Azon a fizikai törvényen alapszik, hogy
a párolgás hőt von el, a lecsapódás pedig hőleadással jár. A gázok összenyomása (térfogatának csökkentése) azok felmelegedését okozza, fordítva pedig lehűlését.
Az előzőkből következik, hogy minden hőszivattyú működése során egy speciális gáz (alacsonyabb hőmérsékleten cseppfolyós állapotú) segítségével adja át a hőforrás közegből nyert hőt a hőleadást végző közegnek, ezt a belső gázt nevezzük munkaközegnek.
A valóságban sokszor nem gondoltunk még bele, de igazából már jelenleg is szinte mindegyik háztartásban van legalább egy hőszivattyú, ez pedig nem más, mint a hűtőszekrény. Pontosan ugyanazon az elven működik, mint a fűtésre és hűtésre használt hőszivattyúk.
2. A hőszivattyúk működési körfolyamatának elemei
A hőszivattyúk működésének belső körfolyamata, azaz a munkaközeg „mozgása” a hőszivattyún belül, a következő négy fő egységből épül fel:
Az ábra egy talaj-víz hőszivattyú működési rajza, azonban minden hőszivattyú ilyen elven működik. A kép bal oldalán látható a földben lévő hurok, ehelyett más hőforrás szerepel a többi hőszivattyúnál.
forrás: Lake Country Geothermal
Elpárologtató
Az elpárologtató egy hőcserélő, ahol a hőforrás (levegő, víz, föld) hőmérséklete a munkaközeg gáz körfolyamatának átadódik, így a természetben tárolt alacsony hőmérsékletű energiát a hőszivattyú működése közben felveszi.
Kompresszor
A kompresszor a munkaközeget (speciális gáz) összenyomja, ami megnöveli a gáz nyomását és annak hőmérsékletét is. Így már megfelelően magas a munkaközeg hőmérséklete ahhoz, hogy az épület felé azt le tudja adni egy vízkörnek vagy akár közvetlenül a tér levegőjének (levegő-levegő rendszerek esetében).
Kondenzátor
A kondenzátor is egy hőcserélő, ahol a hőleadás megtörténik a hőleadó közeg számára, azon keresztül pedig az épület felé. Tehát valójában a környezetből felvett energia itt kerül leadásra.
Expanziós (adagoló) szelep
Az expanziós szelep felel a hozzá érkező még magas nyomású munkaközeg nyomásának visszacsökkentéséért. A nyomás csökkentésével növeli („kitágítja”) a munkaközeg térfogatát, és ezért fog a hőmérséklete lecsökkenni. Ezzel a lépéssel jutunk vissza a hőszivattyú működésének kiindulási állapotához, amikor is a munkaközeg fel tudja venni a környezetben rejlő újabb „energiacsomagot”.
3. A hőszivattyú működési körfolyamata részletesen
A hőszivattyú működése során az alacsony forráspontú munkaközeg, amely az elpárologtatóban (elgőzölögtetőben) hőt vesz fel, kis hőmérséklet és alacsony nyomás mellett gázzá alakul. Ez a gáz a szívóvezetékbe kerül, onnan pedig az elektromos energiával üzemelő kompresszor segítségével egy nyomóvezetékbe. A kondenzátorban hőleadás kíséretében ismét cseppfolyóssá válik. A folyadék állapotú munkaközeg ezután egy expanziós (adagoló) szeleppel elválasztott folyadék-, illetve befúvóvezetékbe kerül, ami ismét az elpárologtatóhoz juttatja, és ezzel visszajut a hőszivattyú működési ciklusának elejére.
4. A hőszivattyú működése hűtés esetén
A előzőkben a fűtési folyamat szemszögéből közelítettük meg a hőszivattyú működését. Hűtési üzemmódban az egész eddig leírt folyamat megy ugyanúgy végbe, viszont fordítva. Ez azt jelenti, hogy ilyenkor a belső közegtől (levegő vagy víz) vesszük el a hőt, és tulajdonképpen az válik hőforrássá, a külső közegnek (levegő, talajvíz, föld) pedig a hőleadás történik.
Passzív hűtés hőszivattyúval
Passzív hűtésre csak a geotermikus hőszivattyúk képesek. Ilyenkor a kompresszor kiiktatásával valósul meg a primer (külső) rendszerben a szállító közeg keringtetése. A hőforrás viszonylagos „hideg” hőmérsékletét veszi fel a zárt vagy nyílt hurokban keringtetett szállító közeg. Ezt a hőmérsékletet adja át a belső rendszerben keringő hűtőközegnek.
Általában kevésbé meleg időszakban lehet ezt a hűtési módot kihasználni. A hőszivattyú működése során a kompresszort egyáltalán nem használja. Csak a keringtető szivattyú működik,
így jelentős energia megtakarítással jár,
és szinte elenyésző ilyenkor az áramfogyasztás. A Geotermikus hőszivattyús rendszerek cikkünkben még további információkat is olvashat a passzív hűtéssel kapcsolatban.
Borítókép: Levegős hőszivattyú külső egység, fotó: shixart1985, forrás: Foter.com / CC BY