Energiatakarékos és kényelmes fűtést keresel az új otthonodba? Vagy éppen a régi fűtési rendszeredet cserélnéd le egy korszerű, fenntartható megoldásra? A hőszivattyú egyre népszerűbb választás, hiszen nemcsak környezetbarát, hanem hosszú távon a pénztárcádnak is kedvez. De hogyan is néz ki a hőszivattyú működése? Tényleg képes a hideg téli levegőből is meleget előállítani? Ebben a cikkben a hőszivattyú működése a fő téma. Lépésről lépésre bemutatjuk, hogyan biztosítja a hőszivattyú az otthonod kellemes hőmérsékletét – akár zord időjárási körülmények között is!
A hőszivattyú egy modern, energiahatékony és környezetbarát fűtési megoldás, amely a külső környezet energiáját használja fel – legyen az a levegő, a talaj vagy a víz – és ezt a hőt juttatja be a házba.
Egyszerűen fogalmazva, a hőszivattyú úgy működik, mint egy hűtőszekrény fordítva: míg a hűtőszekrény a készülék belsejéből vonja el a meleget és adja le kifelé (ezért forró a hátlapja), addig a hőszivattyú a kinti környezetből veszi fel a hőt, és a fűtési rendszeren keresztül a lakótérbe juttatja. Tehát képes „kiszivattyúzni” a kinti hideg levegőből a meleget a ház fűtéséhez.
Az alábbiakban lépésről lépésre, érthetően bemutatjuk, hogyan épül fel és működik ez a rendszer egy családi házban.
Általános működés: Hőszállítás egyik helyről a másikra
A hőszivattyú működése azon az elven alapul, hogy hőt szállít egyik helyről a másikra.
Normál esetben a hő magától a melegebb hely felől áramlik a hidegebb felé. Gondoljunk csak arra, amikor egy bögre forró teát kint hagyunk: a meleg a forró folyadékból lassan elszökik a levegőbe, egészen addig, amíg a tea ki nem hűl.
Ezzel szemben a hőszivattyú működése megfordítja ezt a természetes folyamatot. Külső energia (jellemzően elektromos áram) segítségével képes arra, hogy a hidegebb környezetből vonjon el hőt, és azt bejuttassa a fűtendő térbe. Olyan, mintha egy domb aljáról vizet szivattyúznánk fel a tetőre: egy szivattyú kell hozzá, de meg tudjuk oldani, hogy az alacsonyabb szintről a magasabbra kerüljön a víz. Itt a hő az, amit „felpumpálunk” a hidegebb helyről a melegebb helyre.
A hőszivattyú ezt a feladatot egy zárt körben keringő speciális folyadék (hűtőközeg) segítségével végzi. A rendszer négy fő részből áll: kültéri egység (itt nyeri ki a hőt), kompresszor (ami a folyadékot szivattyúzza és sűríti), beltéri hőcserélő egység (itt adja le a hőt a ház fűtésének) és egy expanziós szelep (ami a körfolyamatot újraindítja).
Bár ez így bonyolultan hangzik, mindjárt látni fogjuk, hogy a folyamat lényegében ugyanaz, mint ami a hűtőszekrényünkben történik, csak épp fűtés a cél. Leegyszerűsítve: a hőszivattyú a talajból, talajvízből vagy a levegőből nyert energiával felmelegít egy folyadékot (vizet) a fűtési rendszerben, amit aztán a házban keringet – így állítja elő az otthon kellemes melegét
Hőelnyelés folyamata (a kültéri egység)
A hőszivattyús rendszer kültéri egysége az, ahol a külső környezetből származó hőt „begyűjtjük”. Ha levegő-vizes hőszivattyúról van szó (ez a leggyakoribb típus), a kültéri egység úgy néz ki, mint egy nagy doboz ventilátorral – hasonló egy légkondicionáló kültéri egységéhez. Ez a doboz a ház külső falánál vagy a kertben áll, rácsos nyílásain át beszívja a kinti levegőt a ventilátor segítségével.
Fotó: A kültéri egység
A levegő átáramlik egy csőkígyón (hőcserélőn) belül, amelyben a hőszivattyú speciális hűtőközege kering. Ez a folyadék már egészen alacsony hőmérsékleten elpárolog, ezért a hideg kinti levegő is elegendő ahhoz, hogy hőt adjon át neki.
Miközben a kinti levegőt átforgatja a rendszer, a benne lévő folyadék felmelegszik és gáz halmazállapotúvá válik, magába szívva a levegő hőenergiáját. Így tulajdonképpen elvontunk hőt a kültéri levegőből: a kifújt levegő hidegebb lesz, mint amilyen beszíváskor volt, hiszen a hő egy részét a folyadék elnyelte.
Más típusú hőszivattyúknál a külső egység nem a levegőből, hanem például a földből, vagy a vízből nyeri a hőt. Ilyenkor a kertben földbe fektetett csövek keringenek (talajkollektor), vagy egy mély fúrt szonda jut le a talajba, esetleg kútvízből nyerik ki a hőt.
Ettől függetlenül a működési elv ugyanaz: a keringő folyadék a talaj, vagy víz pár fokos hőmérsékletétől felmelegszik néhány fokkal, és magába nyeli a hőt. Legyen szó bármelyik megoldásról, a folyamat lényege változatlan, a kint lévő közegből hőt vonunk el és juttatunk a hőszivattyúban keringő anyagba.
Érdekesség, hogy még fagypont alatti hidegben is működik a rendszer. Például -15 °C-os levegőből is lehet hőt “kiszivattyúzni”, ilyenkor is képes a hőszivattyú üzemelni (igaz, nagyon extrém hidegnél a hatékonysága csökken).
A kulcs a folyadék tulajdonságaiban rejlik, ami úgy van kitalálva, hogy már kis hő hatására is elpárologjon, így a télies hideg levegő, vagy talajvíz melege is elég neki.
Sűrítés és hőátadás (a kompresszor szerepe)
Miután a kültéri egységben a hűtőközeg felvette a hőt és gázzá alakult, a rendszer következő fontos eleme a kompresszor. A hőszivattyú működése szempontjából ez az egyik legfontosabb alkatrész, mivel ez felelős a hőmérséklet megemeléséért.
A kompresszor tulajdonképpen egy szivattyú és egy „prés” kombinációja, amely összesűríti, összenyomja a gáz halmazállapotú közeget. Ezt a műveletet a ház elektromos hálózata hajtja meg, ugyanis a kompresszor áramot fogyaszt a folyamat során. De miért van erre szükség? Azért, mert ha a gázt összenyomjuk, megnő a hőmérséklete.
Ez a folyamat hasonló ahhoz, mint amikor gyorsan pumpálunk egy biciklipumpával – a pumpa fémteste felmelegszik a nyomásnövekedés miatt. Ugyanez történik a hőszivattyú működése során is: a kompresszor összenyomja a gázt, amely ettől jelentősen felmelegszik, majd továbbáramlik a rendszerben.
A forró gáz ezután egy beltéri hőcserélő egységbe kerül – ezt hívhatjuk hűtőgépészeti elnevezéssel kondenzátornak is. Itt történik a hőátadás a fűtési rendszer felé. A beltéri hőcserélő tulajdonképpen egy olyan csőkígyó, vagy radiátorszerű felület, amin keresztül a forró gáz átadja a hőt a ház fűtésének. Miközben a gáz leadja a hőt, lehűl és visszaalakul folyadékká (lecsapódik, mint a pára a hideg felületen)
A keringés ezzel nem áll meg, mert a folyadék egy szelep segítségével visszajut a kültéri egységbe, ahol újra kezdődik a ciklus, azaz ismét felveszi a külső környezet hőjét, a kompresszor összenyomja, és így tovább körbe-körbe. A folyamat folyamatosan ismétlődik, amíg fűteni szeretnénk. Mindezt a rendszer automatikus vezérlése szabályozza anélkül, hogy nekünk ezzel dolgunk lenne.
Hőleadás a házban (fűtés a belső térben)
Nézzük meg részletesebben, mi történik a házon belül, amikor a hőszivattyú által felmelegített hőt felhasználjuk.
A beltéri egység hőcserélőjében a forró gáz által felmelegített közeg általában víz. Ez a víz kering a ház fűtési rendszerében – hasonlóan ahhoz, mint egy hagyományos gázkazános fűtésnél. A különbség annyi, hogy itt a vizet nem egy gázláng melegítette fel, hanem a hőszivattyú kompresszora által összesűrített gáz hője. A meleg víz csöveken át jut el a fűtőtestekbe, például a padlófűtés csőkígyóiba a padló alatt, vagy a falakon lévő radiátorokba.
Itt a víz átadja a hőt a lakótérnek: a padló esetében szépen felmelegíti a padlólapokat, a radiátorok esetén pedig a radiátor felülete sugározza szét a hőt a szobában. Mire a víz visszatér a kazánházba (a hőszivattyú beltéri egységéhez), már lehűlt, hiszen a hőenergiáját leadta a szobáknak. De nincs megállás, a hőszivattyú újra felmelegíti, és a víz kering tovább körbe a rendszerben.
Fontos megjegyezni, hogy a hőszivattyú által termelt hő ugyanúgy használható bármilyen fűtési rendszerben, mint más fűtőberendezések hője. Csatlakoztatható padlófűtéshez, falfűtéshez vagy akár hagyományos radiátoros rendszerhez is.
Gyakran előfordul, hogy új építésű házaknál padlófűtést alkalmaznak hőszivattyúval, mert a padlófűtés viszonylag alacsony hőmérsékletű vizet igényel (általában 30-35 °C körül), amit a hőszivattyú nagyon hatékonyan elő tud állítani. De korszerű hőszivattyús készülékek akár magasabb hőmérsékletű vizet is képesek előállítani, így radiátorokat is felfűtenek, ha arra van szükség.
A lényeg, hogy a hőszivattyú által megtermelt hőt átadja a ház fűtési hálózatának, és ezáltal az otthon minden helyiségét kellemesen befűthetjük. Akár padló, akár radiátor melegszik, a szobákban ugyanúgy otthonos meleget érzünk. A hőszivattyú a padlófűtés vizét vagy a radiátorokat folyamatosan melegen tartja, így a lakásban egyenletes hőmérséklet alakul ki. (Sőt, sok hőszivattyú a használati melegvizet – például a zuhanyzáshoz vagy mosogatáshoz szükséges vizet – is elő tudja állítani egy tároló tartályban, de ebbe most nem megyünk bele részletesen.)
Hőszivattyú működése egy családiház példáján bemutatva
Képzeljünk el egy négytagú családot, mondjuk a Kovács családot, akik egy új építésű családi házban élnek, melyet hőszivattyús rendszer fűt. Kint tél van, a hőmérő -5 °C-ot mutat.
Mi látható az udvaron?
A Kovács ház kertjében, a terasz mellett áll egy nagy fehér doboz, rácsos szellőzőnyílással az elején. Ez a doboz a hőszivattyú kültéri egysége. Halk duruzsoló hangot ad ki magából – ez a ventilátor hangja, amint éppen levegőt szív be a rácsokon keresztül.
A hideg téli levegő bejut a készülék belsejébe, ahol a hőszivattyú működése révén a rendszerben keringő speciális folyadék elvonja belőle a hőt. A család tagjai természetesen ezt nem látják, hiszen minden el van rejtve a készülékben, mindebből csak annyit érzékelnek, hogy a doboz a hideg levegőt fúj ki magából.
Mivel fagypont alatti a hőmérséklet, azt is látják, hogy zúzmara, vagy jég is képződik a zümmögő dobozon. A hőszivattyú jegesedés egy teljesen normális jelenség ilyenkor, amit időnként leolvaszt magáról a készülék egy automatika segítségével.
Mi látható a háztartási helységben, azaz a gépházban?
Bent a házban, a gépházban (amit jellemzően kazánhelyiségként, vagy háztartási helységként használnak), van felszerelve a hőszivattyú beltéri egysége. Ez egy nagyobb, szekrény méretű berendezés. Ebben található a kompresszor, a vezérlőelektronika, és mellette egy szigetelt tartály, ami a meleg vizet tárolja.
A kompresszor csendben dolgozik, a család szinte nem is hallja, hiszen a beltéri egység jól szigetelt és hangcsillapított. A tároló tartályban már gyűlik is a meleg víz, ami a fűtési rendszerbe megy.
Mit tapasztalnak a szobákban?
A Kovács ház minden szobájában kellemes meleg van. Padlófűtés üzemel, ezért nincsenek forró radiátorok, amelyekhez nem lehet hozzányúlni, és nincs szükség fára, vagy szénre a tűzhelyben. A nappaliban a padló finoman langyos a láb alatt, a gyerekek nyugodtan játszanak a földön ülve is, nem fáznak fel.
Az emeleti hálószobákban radiátorok vannak felszerelve, de ezek sem forrók, csak éppen kellemesen melegek, pont annyira, hogy a szoba hőmérséklete 22 °C körül legyen. A termosztát a folyosón figyeli a hőmérsékletet és szabályozza, hogy a hőszivattyú mennyi hőt adjon a rendszernek. Amikor eléri a beállított 22 °C-ot, a kompresszor egy kicsit leáll pihenni. Ilyenkor a kültéri egység ventilátora is lekapcsol. Ha később hűlne a levegő pár fokot, a termosztát újra jelez, és a hőszivattyú automatikusan folytatja a fűtést.
A kémény is hiányzik a házról, hiszen nincs rá szükség. Nincs füst, nincs korom, itt semmit sem égetnek, csak árammal működik a hőszivattyú. Nincs gázszivárgás-veszély, nem kell tartani szén-monoxidtól.
A hőszivattyú működése lehetővé teszi, hogy energiatakarékos és környezetbarát módon, emellett biztonságosan fűtsd az otthonod.