Hőszivattyúk működési elve

A hőszivattyú olyan berendezés, mely arra szolgál, hogy az alacsonyabb hőmérsékletű környezetből hőt vonjon ki és azt magasabb hőmérsékletű helyre szállítsa. A hőszivattyú elvileg olyan hűtőgép, melynél nem a hideg oldalon elvont, hanem a meleg oldalon leadott hőt hasznosítják. A hűtőgépekkel megegyező fizikai elvek alapján készülhetnek hőszivattyúk, így alapvetően beszélhetünk kompresszoros és abszorpciós berendezésekről. Az épületgépészetben leginkább a kompressziós elven működő berendezések találhatók meg.

A kompressziós hőszivattyúkban alkalmasan választott hűtőfolyadék gőze áramlik zárt csővezetékben. A gőz a fűteni kívánt oldalon elhelyezett kondenzátorban(1) lecsapódik, miközben hőjét a kondenzátor csőfalán keresztül átadja vagy a helyiség levegőjének, vagy a központi fűtés vizének. Ezután a cseppfolyós hűtőközeg fojtószelepen(2) keresztül expandál, eközben hirtelen elpárolog és hőmérséklete lecsökken. A kisnyomású, hideg gőzt a hideg oldali hőcserélőben(3) a külső környezet felmelegíti, majd a kompresszor(4) összesűríti és visszajuttatja a kondenzátorba(1), és a folyamat megismétlődik. Megfelelően kialakított hőszivattyúban az áramlás iránya megfordítható, ekkor a berendezés fűtés helyett hűti a helyiséget. A legtöbb esetben a hőszivattyúk hőforrásul a külső levegőt, vagy a talajt, esetleg természetes vizeket (Tenger, tó, folyó, talajvíz) használnak. A körfolyamat fentartásához a hőszivattyú mechanikai munka bevitelét igényli ahhoz, hogy hőt áramoltasson hidegebbről melegebb helyre. Mivel a hőszivattyú bizonyos mennyiségű munkát fektet be a hő szállításához, a hűtőközeg meleg oldalon mérhető energiája a befektetett mechanikai munkával nagyobb, mint a hideg oldalon mérhető.

A hőszivattyúk hatékonyságát a fajlagos fűtőteljesítménnyel jellemzik. Az  fajlagos fűtőteljesítmény COP (angolul Coefficient of Performance)  az egységnyi hasznosított hőenergia leadására felhasznált külső munka nagysága, dimenzió nélküli mennyiség:

COP = Qf/W = Qf/Qf-Q0,

ahol

Qf a felső hőmérsékletszinten leadott hőmennyiség,

W a működtetéshez szükséges befektetett mechanikai munka

Q0 a hőforrásból (környezetből) hő formájában felvett belső energia

Ha az idealizált fordított üzemű Carnot-gépet használnánk hőszivattyúként, az adott hőmérsékleti határok között elméletileg elérhető legnagyobb fajlagos fűtőteljesítményt kapnánk:

COP = T1/T1-T0,

ahol

T1 az ideális gáz meleg oldali abszolut hőmérséklete [K],

T0 az ideális gáz hideg oldali abszolut hőmérséklete [K],


Épület fűrésére szolgáló külső levegő hőjét hasznosító hőszivattyú fajlagos fűtőteljesítménye enyhe időben 3-4 körüli értéket mutat, elektromos fűtésre ugyanez az érték 1.0. Ez azt jelenti, hogy 1 joule elektromos energiát használó ellenállásfűtés 1 joule hőt termel, míg 1 joule energiát felhasználó hőszivattyú 3-4 joule hőt termel.

A fajlagos fűtőteljesítmény erősen függ a levegőből nyert hő esetén a külső hőmérséklettől. Igen hideg külső hőmérséklet esetén több munkát kell befektetni az eredményes fűtéshez, mint enyhe időben. A levegő hőjét hasznosító hőszivattyúk ezért kisegítő hagyományos fűtést is igényelnek, mert nagy hideg esetén gazdaságosabb azt alkalmazni. Geotermikus hőszivattyúknál ez nem áll fenn, mert a talaj, talajvíz hőmérséklete gyakorlatilag állandó az egész év folyamán.

A diagramból az is látható, hogy a fajlagos fűtőteljesítmény annál jobb, minél kisebb a meleg oldali hőmérséklet. Ez azt mutatja, hogy hatékonyabban lehet a hőszivattyút padlófűtésre és falfűtésre használni, mint hagyományos radiátorokra, melyeknél a kisebb fűtőfelület miatt magasabb hőmérsékletre van szükség ugyanannyi hő leadására.

Fontos tudatosítani, hogy a fajlagos fűtőteljesítmény nem elsősorban a hőszivattyú konstrukciójától függ, hanem az üzemi körülményektől. Ugyanannak a hőszivattyúnak más-más hőmérsékleti viszonyok mellett más a fajlagos fűtőteljesítménye. A fűtés gazdaságosságát ezért a fajlagos fűtőteljesítményből nem lehet megítélni

Az épületgépészetben alkalmazott hőszivattyúkat sokszor felszerelik egy olyan szeleppel és optimalizált hőcserélőkkel, melyek lehetővé teszik a hőáramlás megfordítását. A szelep átkapcsolásával a hűtőfolyadék áramlási iránya megfordítható, így a hőszivattyú egyaránt képes fűteni és hűteni is az épületet. Hűvösebb éghajlaton a fűtés az alapállapot. A folyamat megfordíthatósága miatt a kondenzátor és elpárologtató működése időnként felcserélődik, ezért mindkettő olyan kialakítású, hogy mindkét üzemmódban betöltse funkcióját. Emiatt a fűtő-hűtő hőszivattyúk fajlagos fűtőteljesítmánye mindig kicsit kisebb, mint a csak fűtésre vagy csak hűtésre tervezett hőszivattyúké.

 

Bővebb információért, hőszivattyús rendszerek tervezésével, felülvizsgálatával, vagy tanácsadással kapcsolatban forduljon hozzánk bizalommal!

Elérhetőségeink »

 

Forrás:http://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91szivatty%C3%BA