Nesteen haihduttamiseen tarvitaan energiaa. Tämä on helppo havaita vedestä. Kun vesipannu kuumennetaan 100 celsiusasteeseen (lämpöenergiaa lisätään), vesi alkaa haihtua. Jos sen jälkeen lisätään lisää lämpöenergiaa, veden lämpötila ei enää nouse. Sen sijaan vesi muuttuu kokonaan höyryksi.
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.
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.
Jos kaasua, kuten ilmaa, puristetaan (paine kasvaa), myös lämpötila nousee. Voit kokea tämän, jos pidät polkupyörän ilmapumpun aukkoa kiinni ja puristat ilmaa - pumpun sylinteri lämpenee.
Koska energiaa ei voi menettää, vesihöyryn kondensoituessa haihtumiseen aiemmin käytetty lämpöenergia vapautuu uudelleen.
Jos paineistetun nesteen painetta vähennetään äkillisesti, lämpötila laskee huomattavasti. Tämä voidaan havaita esimerkiksi retkeilykaasukeittimen nestekaasupullossa. Jos venttiili avataan, nestekaasupullon venttiiliin voi muodostua jäätä jopa kesällä (tässä tapauksessa paine on laskenut noin 30 baarista 1 baariin).
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.
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.
