Kuinka lämpöpumppu toimii - selitys maallikon kielellä

Lämpöpumpuista puhutaan paljon - hyvästä syystä. Ne ovat nousseet lyhyessä ajassa yhä yleisemmäksi lämmitysmuodoksi Suomessa, ja yhä useampi koti, taloyhtiö ja liikerakennus lämpenee nykyään lämpöpumpulla.

Usein sanotaan, että lämpöpumput ovat energiatehokkaita, edullisia käyttää, mutta miksi näin on? Mitä lämpöpumppu oikeastaan tekee ja miksi se pystyy tuottamaan enemmän lämpöä kuin se kuluttaa sähköä?

Tässä tekstissä avaan lämpöpumpun toimintaperiaatteen arkijärjellä.

Perusajatus: lämpöä ei tuoteta, vaan siirretään

Tärkein yksittäinen asia, joka lämpöpumpuista kannattaa ymmärtää, on tämä:

Lämpöpumppu ei tuota lämpöä. Se siirtää jo olemassa olevaa lämpöenergiaa paikasta toiseen.

Ulkona, maaperässä ja vesistöissä on lämpöä silloinkin, kun ne tuntuvat kylmiltä. Lämpöpumppu ottaa tätä lämpöä talteen ja siirtää sen rakennuksen lämmitysjärjestelmään.

Sähköä käytetään olemassa olevan lämmön siirtämiseen - ei varsinaisen lämmön tuottamiseen.

Hiukan fysiikkaa

Lämpöpumpun toiminta perustuu muutamaan hyvin yksinkertaiseen ilmiöön.

1. Paine ja lämpötila kulkevat käsi kädessä

Kun kaasua puristetaan kasaan, sen lämpötila nousee. Kun paine puretaan, kaasu jäähtyy.

Tätä ilmiötä hyödynnetään lämpöpumpun kompressorissa ja paisuntaventtiilissä.

2. Olomuodon muutos sitoo ja vapauttaa energiaa

Kun neste höyrystyy kaasuksi, se imee lämpöä ympäristöstään. Kun kaasu tiivistyy takaisin nesteeksi, se luovuttaa lämpöä ympäristöönsä.

Juuri tämä tekee kylmäaineesta lämpöpumpun sydämen.

Lämpöpumpun näennäinen hyötysuhde on yli 100 %

Jos sähkölämmitin kuluttaa 1 kWh sähköä, se tuottaa noin 1 kWh lämpöä. Hyötysuhde on käytännössä 100 %.

Lämpöpumppu toimii eri logiikalla. Se käyttää esimerkiksi 1 kWh sähköä ja siirtää 2-5 kWh lämpöenergiaa ympäristöstä rakennukseen.

Miten lämpöpumpun kierto toimii käytännössä?

Lämpöpumpun toiminta voidaan jakaa neljään peräkkäiseen vaiheeseen.

1. Höyrystin - lämpö otetaan talteen ympäristöstä

Kylmäaine siirtyy paisuntaventtiililtä höyrystimeen matalassa paineessa ja alhaisessa lämpötilassa. Koska kylmäaine on ympäristöään kylmempää, lämpö siirtyy siihen itsestään ympäröivästä ilmasta, maasta tai vedestä.

Tämä ei vaadi pakottamista tai mekaanista työtä: Mikä tahansa aine lämpenee luonnostaan ollessaan kosketuksessa itseään lämpimämmän ympäristön kanssa. Lämmön siirtyminen saa kylmäaineen höyrystymään, jolloin lämpö sitoutuu kylmäaineeseen.

2. Kompressori - lämpötila nostetaan

Kompressori imee höyrystimestä tulevan kylmäainekaasun ja puristaa sen korkeaan paineeseen. Paineen noustessa myös kylmäaineen lämpötila nousee merkittävästi.

3. Lauhdutin - lämpö luovutetaan rakennukseen

Korkeapaineinen ja kuuma kylmäaine virtaa lauhduttimeen. Koska kylmäaine on nyt rakennuksen lämmitysjärjestelmää kuumempaa, se luovuttaa siihen lämpöä.

Kun kylmäaine luovuttaa lämpöään, se tiivistyy takaisin nesteeksi.

4. Paisuntaventtiili - kierros alkaa alusta

Lauhduttimen jälkeen nestemäinen kylmäaine johdetaan paisuntaventtiilin läpi, jossa sen paine ja lämpötila alennetaan jälleen ympäristöä kylmemmäksi.

Näin kylmäaine on valmis ottamaan vastaan uutta lämpöä höyrystimessä ja kierto jatkuu.

Lämpöpumppu on järkevä tapa lämmittää

Rakennuksen lämmitystarve on tietty määrä energiaa, joka on saatava sisätiloihin joka tapauksessa. Ero lämmitysjärjestelmien välillä syntyy siitä, miten tämä energia hankitaan.

Lämpöpumpussa suurin osa lämmitysenergiasta ei synny lämmityslaitteessa, vaan on jo valmiiksi olemassa ympäristössä. Järjestelmän tehtävä on siirtää tämä energia rakennukseen.

Kompressorin käyttämä sähkö ei muutu suoraan lämmöksi, vaan sitä käytetään lämmön siirtämiseen. Tämän seurauksena yhdellä kilowattitunnilla sähköä voidaan siirtää useampi kilowattitunti lämpöenergiaa rakennukseen.

Käytännössä tämä tarkoittaa:

• pienempää ostetun energian määrää samaa lämmitystarvetta kohti
• alempaa hetkellistä ja vuotuista tehontarvetta suoraan sähkölämmitykseen verrattuna

Yhteenveto

Lämpöpumppu ei ole taikalaite, vaikka se joskus siltä vaikuttaa. Se on käytännöllinen sovellus hyvin tunnetuista fysiikan ilmiöistä.

Kun ymmärtää, että lämpöä siirretään eikä tuoteta, koko konsepti muuttuu loogiseksi - ja samalla on helppo ymmärtää, miksi lämpöpumput ovat sekä taloudellisesti että ympäristön kannalta erittäin järkevä ratkaisu.