In the heat source system, the absorbed environmental heat flows to the evaporator. There it encounters the liquid refrigerant. This refrigerant evaporates even at very low temperatures. This allows the heat pump to absorb heat from the environment even in frosty conditions. The refrigerant absorbs heat from the environment and becomes gaseous.
Lämpöpumpun toimintaperiaate
Kysy neuvoa asiantuntijaltaAiheet yhdellä silmäyksellä
Miten lämpöpumppu toimii?
Lämpöpumppu toimii samalla tavalla kuin jääkaappi - vain päinvastoin. Jääkaappi ottaa lämpöenergiaa elintarvikkeista jääkaapin sisältä ja siirtää sen ulos, kun taas lämpöpumppu toimii päinvastoin: Se ottaa lämpöenergiaa rakennuksen ulkopuolisesta ympäristöstä ja käyttää sen lämmitykseen sisätiloissa. Sisä- tai ulkoilman lisäksi lämpöpumppu pystyy hyödyntämään lämpöenergiaa pohjavedestä ja maaperästä. Koska saadun lämmön lämpötila ei yleensä riitä rakennuksen tai lämpimän käyttöveden lämmittämiseen, lämpötilaa nostetaan termodynaamisten prosessien avulla.
Important facts at a glance:
- A heat pump extracts up to three quarters of the energy it needs from the environment (air, ground, or water) and only one quarter from electricity.
- The core components are the evaporator, compressor, condenser, and expansion valve, which work together in a closed circuit.
- Heat pumps function reliably even at very low outdoor temperatures and can be used to cool rooms in addition to heating them.
Structure and operating principle of the heat pump
Regardless of the tapped environmental energy source, the heat pump system consists of three parts:
Heat source system: extracts energy from the environment
Heat pump: Makes environmental heat usable
Heat distribution and storage system: distributes and stores heat in the building
Lämpöpumpun rakenne ja toimintaperiaate
Hyödynnettävästä ympäristön energialähteestä riippumatta lämpöpumppujärjestelmä koostuu kolmesta pääosasta:
Lämmönlähdejärjestelmä: Ottaa energiaa ympäristöstä.
Lämpöpumppu: Tekee ympäristön lämmöstä käyttökelpoista.
Lämmönjakelu- ja varastointijärjestelmä: Jakaa ja varastoi lämpöä rakennuksessa.
Vain näiden komponenttien yhteispelillä lämpöpumppu voi hyödyntää ympäristön energiaa. Prosessi alkaa lämmönlähdejärjestelmästä. Maalämpöpumpuissa kiertää veden ja pakkasnesteen seos – maalämpöneste – joka lämpenee. Ilma-vesilämpöpumput sen sijaan imevät ulkoilmaa sisään puhaltimen avulla. Maalämpöneste tai ulkoilma siirtyy sitten varsinaiseen lämpöpumppuun. Niin kutsutussa kylmäainekierrossa lämpöpumppu nostaa lämpötilatasoa, ennen kuin lämmitysenergia siirretään jakelujärjestelmään, kuten lattialämmitykseen tai pattereihin, tai varastoidaan väliaikaisesti puskuri- tai lämminvesivaraajaan.
Jäähdytyskiertoprosessi - Lämpöpumpun toimintaperiaatteen ydin
Riippumatta siitä, mitä lämmönlähdettä käytetään lämmön tuottamiseen, jäähdytyskiertoprosessi, jossa on neljä vaihetta, on aina osa lämpöpumpun toimintatapaa.
The refrigerant, now in gaseous form, enters the compressor. This requires electricity and greatly increases the pressure of the gas. The increase in pressure also raises the temperature of the gas to the level required for heating. The compressor is the central component that uses electrical energy to convert environmental heat into usable heating energy.
Interesting fact: This principle can be observed not only in the functioning of heat pumps. If the opening of a bicycle pump is closed and the air is compressed, the cylinder of the air pump heats up.
The hot, gaseous refrigerant flows into the condenser. There, it releases heat to the heating system by warming the heating water. During this process, the gas cools down and becomes liquid again. The released heat energy is then distributed to the rooms via the heating distribution system (e.g., underfloor heating). Some of it can also be stored in a buffer or hot water tank for later use.
The refrigerant, which is now liquid again but still under pressure, is passed through an expansion valve (also known as a pressure relief valve). This causes the pressure to drop significantly, the refrigerant cools further, and the entire heat pump process begins again.
Kylmäaine olennainen osa lämpöpumpun toimintaa
Nämä prosessit tapahtuvat lämpöpumpun suljetussa piirissä. Lämmön siirtämiseen käytetään nestettä (kylmäainetta), joka haihtuu hyvin alhaisissa lämpötiloissa. Tämän nesteen haihduttamiseen käytetään lämpöenergiaa, joka saadaan esimerkiksi maasta tai ulkoilmasta. Jopa miinus 20 celsiusasteen lämpötila riittää energian tuottamiseen, jolloin kylmäainehöyryä puristetaan voimakkaasti. Prosessin aikana se kuumenee jopa 100 celsiusasteen lämpötilaan. Kylmäainehöyry tiivistyy ja luovuttaa lämpöä lämmitysjärjestelmään. Tämän jälkeen nestemäisen kylmäaineen paine laskee huomattavasti. Tämä saa nesteen lämpötilan laskemaan takaisin lähtötasolle. Ja prosessi voidaan jälleen aloittaa alusta.
Miten lämpöpumppu toimii?
Lisähuomioita lämpöpumpun toiminnasta
Miten ilma-vesilämpöpumppu toimii tai miten lämpöpumput toimivat talvella? Tutustu tarkemmin lämpöpumpun toimintaperiaatteisiin ja toimivuuteen.
Ilma-vesilämpöpumpun toimintaperiaate
Yksinkertaisin tapa selittää lämpöpumpun toimintaperiaate on käyttää esimerkkinä ilma-vesilämpöpumppua: ilma-vesilämpöpumppu voi koostua yhdestä tai kahdesta yksiköstä. Kummassakin tapauksessa sisäänrakennettu puhallin imee aktiivisesti ympäröivää ilmaa ja ohjaa sen lämmönvaihtimeen. Lämmönvaihtimen läpi virtaa kylmäaine, joka muuttaa olomuotoaan hyvin alhaisissa lämpötiloissa. Kun kylmäaine joutuu kosketuksiin ympäröivän ilman kanssa, se lämpenee ja muuttuu vähitellen höyrymäiseksi. Kompressorin avulla syntyvä lämpö nostetaan haluttuun lämpötilaan. Tämä puristaa höyryn ja nostaa sekä kylmäainehöyryn painetta että lämpötilaa.
Toinen lämmönvaihdin (lauhdutin) siirtää sitten energian lämmitetystä höyrystä lämmityspiiriin (lattialämmitys, patterit, puskurivaraaja ja/tai lämminvesivaraaja). Prosessin aikana kylmäaine, joka on edelleen paineen alaisena, jäähtyy ja nesteytyy uudelleen. Ennen kuin kylmäaine pääsee virtaamaan takaisin kiertoon, se paisutetaan ensin paisuntaventtiilissä. Kun se on saavuttanut alkutilanteen, jäähdytyskierto voi alkaa uudelleen.
Ilma-vesilämpöpumppu voi koostua yhdestä tai kahdesta yksiköstä. Kuvassa Viessmann lämpöpumppu Vitocal 222-S.
Kompressio vaatii sähkövirtaa
Kylmäpiirin olennainen osa on kompressori. Ilman kompressiota lähtölämpötilat ovat liian alhaiset, jotta rakennusta voitaisiin lämmittää miellyttävään lämpötilaan - varsinkin hyvin kylminä päivinä, jolloin lämpötila on kaksinumeroisia miinusasteita.
Käytännössä käytetään erilaisia kompressoreita, kuten mäntä- tai lämpökierukkakompressoreita, jotka ovat kaikki sähkökäyttöisiä. Puristustehon sähkönkulutus riippuu monista tekijöistä. Näitä ovat muun muassa lämmöntarve, kompressoritekniikka ja viimeisenä mutta ei vähäisimpänä lämmönlähteen ja lämmitysjärjestelmän välinen lämpötilaero. Yleissääntönä voidaan todeta: Mitä suurempi lämpötilaero lämmönlähteen ja menoveden lämpötilan välillä on, sitä enemmän kompressorin on työskenneltävä.
Vinkki: Lämpöpumpun säännöllinen huolto edistää häiriötöntä ja tehokasta toimintaa. Lisäksi huolto vaikuttaa myönteisesti lämmitysjärjestelmän käyttöikään.
Lämpöpumppu takaa lämmön myös talvella
Lämpöpumpun toiminta on luotettavaa jopa erittäin alhaisissa ulkolämpötiloissakin. Lämmönjakelu on erityisen tehokasta maalämpöpumpulla, sillä maaperä ja pohjavesi pysyvät tasaisessa lämpötilassa ympäri vuoden. Lisäksi ilma-vesilämpöpumput toimivat kaksinumeroisissa pakkaslukemissa. Äärimmäisissä ulkolämpötiloissa sähkövastus tarjoaa tarvittaessa väliaikaista tukea.
Lue lisää täältä: Lämpöpumpun tominta talvella.
Jäähdyttäminen lämpöpumpulla
Lämpöpumpun toimintaperiaate on käännettävissä. Tämän vuoksi huoneita ei voi vain lämmittää vaan niitä voidaan myös jäähdyttää lämpöpumpulla, edellyttäen että tekniset vaatimukset täyttyvät. Erotamme toisistaan passiivisen jäähdytyksen (Natural Cooling) ja aktiivisen jäähdytyksen (Active Cooling). Aktiivisessa jäähdytyksessä lämpöpumpun toiminto käännetään aktiivisesti, kun taas passiivisessa tai luonnollisessa jäähdytyksessä lämpöpumppu pysyy pois päältä.
Refrigerant: Essential for the heat pump to function
A special refrigerant is essential for a heat pump to function. A key feature is its extremely low boiling point. This allows the liquid to turn into a gas even at very low temperatures – sometimes as low as minus 20 °C. This is why a heat pump works reliably even in winter when outside temperatures are low.
Incidentally, the latest generation of Viessmann heat pumps use the natural refrigerant propane (R290), which is in no way inferior to conventional refrigerants in terms of its properties.
Heat pump for heating and cooling
The heat pump functions reliably even at very low outdoor temperatures. Water-to-water and brine-to-water heat pumps are particularly efficient at supplying heat, as the ground and groundwater maintain constant temperatures throughout the year. However, air-to-water heat pumps also operate at temperatures below freezing. Viessmann heat pumps, such as the Vitocal 250-A, remain reliable even at low outdoor temperatures (below -10 °C).
Thanks to their reversible function, heat pumps can also cool in summer
The operating principle of a heat pump is reversible. This means that rooms can not only be heated, but also cooled with a heat pump, provided that the technical requirements are met. There are two different cooling methods:
- Natural cooling: The heat pump remains switched off. The cooler temperature of the environmental heat source (ground, groundwater) is used to cool the rooms via a heat exchanger.
- Active cooling: The function of the heat pump is actively reversed so that the heat is transported from the rooms to the outside. This mode of operation is similar to that of a refrigerator.
You can read about the detailed process of the cooling functions in our guide to natural and active cooling.
Reversing the function of the heat pump for cooling
The principle of operation of the heat pump is reversible. For this reason, rooms can not only be heated, but also cooled - if the technical requirements are met. A distinction must be made between Natural and Active Cooling. While in the latter the function of the heat pump is actively reversed, it remains switched off in passive or natural cooling.
FAQ – Frequently asked questions about how heat pumps work
The power consumption of a heat pump depends, among other things, on its efficiency (annual performance factor) and the required heating capacity. Most of the heating energy comes from the environment; the electricity is mainly needed to operate the compressor.
Yes, most modern heat pumps can generate hot water for the household in addition to heating rooms. There are also standalone hot water heat pumps specifically designed for hot water production, which efficiently heat drinking water all year round. These can either use exhaust air from the house (e.g., from the basement or laundry room) or extract heat from the outside air. You can find out more about this special type of heat pump in our guide to hot water heat pumps.
Yes, Viessmann offers heat pumps that reach high flow temperatures (e.g., 70 °C) and can therefore also be used in well-insulated existing buildings with conventional radiators.
You can read more about this in our guide to heat pumps in older buildings.
The combination of a heat pump and a PV system is ideal. The solar power generated during the day can be used directly to operate the heat pump, which further reduces operating costs and increases independence.
A geothermal heat pump uses the heat stored in the ground. There are two main methods used for this:
- Ground probes: These are drilled vertically up to 100 meters deep into the ground. They require little space and are particularly efficient.
- Ground collectors: These are laid horizontally and over a large area at a shallow depth. They are cheaper to install but require a larger garden area.
The most suitable method depends on the conditions of your property. You can find more details in our guides to ground collectors and geothermal probes.
Usein kysytyt kysymykset lämpöpumpun toiminnasta
Lämpöpumpun toiminta perustuu kylmäaineprosessiin. Se pystyy hyödyntämään ulkoilman, maaperän tai veden sisältämää lämpöenergiaa, vaikka ulkona olisi pakkasta. Nesteenä kiertävä kylmäaine höyrystyy ulkoyksikössä kerätessään lämpöenergiaa. Tämän jälkeen kompressori puristaa höyryn, jolloin sen lämpötila nousee korkeaksi. Tämä kuuma kaasu luovuttaa lämpönsä talon lämmitysjärjestelmään.
Lue lisää: Miten lämpöpumppu toimii talvella?
Viilennettäessä lämpöpumpun toimintaperiaate käännetään päinvastaiseksi. Sisäyksikkö kerää lämpöä sisäilmasta, ja kylmäaineprosessi siirtää tämän lämmön ulkoyksikön kautta ulkoilmaan. Samalla laite kuivaa tehokkaasti sisäilmaa, mikä tekee huoneilmasta miellyttävän tuntuisen.
Molemmat tuottavat lämpöä talon vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään (patterit, lattialämmitys) ja käyttöveteen. Maalämpöpumppu kerää lämmön maaperästä tai kalliosta, jossa lämpötila on vakaa ympäri vuoden. Ilma-vesilämpöpumppu kerää lämmön ulkoilmasta, jolloin sen hyötysuhde vaihtelee enemmän ulkolämpötilan mukaan.
Lue lisää: Maalämpöpumppu.
Lue lisää: Ilma-vesilämpöpumppu.
Invertteritekniikka tarkoittaa, että lämpöpumpun kompressorin teho on portaattomasti säätyvä. Laite ei siis toimi "päällä/pois"-periaatteella, vaan se säätää tehonsa tarkasti kulloisenkin lämmitystarpeen mukaan. Tämä tekee laitteesta erittäin energiatehokkaan, hiljaisen ja pidentää sen käyttöikää.
Lämpöpumpun, joka sisältää F-kaasuja (kylmäaineita), saa asentaa vain pätevöitynyt ammattilainen. Laki vaatii, että asennusliikkeellä ja asentajalla on Turvallisuus- ja kemikaaliviraston (Tukes) myöntämä kylmäalan pätevyys. Itse tehty asennus on laiton, vaarallinen ja mitätöi laitteen takuun.
COP on hetkellinen hyötysuhde tietyissä olosuhteissa (esim. +7°C ulkolämpötilassa). SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) eli vuotuinen lämpökerroin on paljon tärkeämpi luku Suomessa. Se kertoo laitteen keskimääräisen hyötysuhteen koko lämmityskauden ajalta, huomioiden kylmät pakkasjaksot ja leudommat kelit.
Ei toimi. Lämpöpumppu tarvitsee sähköä toimiakseen, kuten kompressori, puhaltimet ja ohjauselektroniikka. Kun sähköt katkeavat, laite sammuu. Nykyaikaiset laitteet on kuitenkin suunniteltu käynnistymään automaattisesti uudelleen sähköjen palatessa ja jatkamaan toimintaansa aiemmilla asetuksilla.
