Mistä lämpöpumpun lämpö tulee?

joulukuuta 22, 2017

Otsikossa mainittu kysymys tulee vastaan tuon tuosta, joten tässä tekstissä pyrimme vastaamaan kysymykseen niin selkeästi ja yksinkertaisesti kuin se on mahdollista.


Kaikkien lämpöpumppujen perusidea on jokseenkin sama, mutta ne eroavat toisistaan sen osalta, mitä väliainetta niissä käytetään, mihin lämpö ohjataan ja mistä lämpöä kerätään.

Yleensä kun puhutaan lämpöpumpuista, tarkoitetaan ilmalämpöpumppua, ilma-vesipumppua tai maalämpöpumppua.

  1. Ilmalämpöpumppu siirtää lämpöä ulkoilmasta sisäyksikölle, josta se puhalletaan suoraan huoneilmaan.
  2. Ilma-vesilämpöpumppu siirtää lämpöä ulkoilmasta vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään.
  3. Maalämpöpumppu siirtää maahan varastoitunutta lämpöä vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään. 

Lämpöpumppu siis siirtää kylmäaineen välityksellä lämpöä maaperästä tai ulkoilmasta sisätiloihin ja koska lämpöä on aina jonkin verran, tämä toimii myös pakkasilla.

Teknisesti selitettynä kompressori paineistaa kylmäaineen lauhduttimeen. Paineen noustessa nousee myös kylmäaineen kiehumispiste, jolloin kylmäaine lauhtuu nestemäiseksi. Sama ilmiö on nähtävissä esimerkiksi painekattilassa, jossa korkeamman paineen ansiosta veden lämpötila voidaan nostaa 120 °C ja vesi pysyy edelleen nestemäisessä muodossa. Lauhtuessaan kylmäaine luovuttaa energiaa, joka voidaan käyttää hyödyksi lämmityksessä.

Lauhduttimen jälkeen kylmäaine virtaa paisuntaventtiilin läpi, joka rajoittaa nestemäisen kylmäaineen virtaamista höyrystimeen. Paisuntaventtiili rajoittaman vitauksen ja kompressorin tuottaman imun ansiosta höyrystimessä on huomattavasti matalampi paine kuin lauhduttimessa, jolloin myös kiehumispiste laskee ja kylmäaine höyrystyy. Matalan paineen vaikutus kiehumispisteeseen on havaittavissa myös, jos vettä keitetään korkealla vuoristossa, jossa ilmakehän paine on matalampi. Matalamman paineen takia vesi alkaa kiehumaan ja höyrystymään jopa jo 80 °C lämpötilassa. Höyrystyessään kylmäaine sitoo itseensä suuren määrän lämpöenergiaa, joka voidaan taas luovuttaa eteenpäin lauhduttimessa.

Lämpöpumpun toiminta perusttuu siis painee muutoksella ohjattavaan faasimuutoksen eli aineen olomuodon muuttamiseen nestemäisen ja höyrymäisen välillä. Faasimuutos on lämpöpumpun toiminnan kannalta tärkeä, koska höyrystymisellä ja lauhtumisella on mahdollista sitoa sekä luovuttaa suuria määriä energiaa. Esimerkikisi veden höyrystäminen sitoo n. viisi kertaa enemmän lämpöenergiaa kuin veden lämmittäminen 0 °C -> 100 °C.

Ilmalämpöpumppu

Jos kyseessä on esimerkiksi ilmalämpöpumppu, niin höyrystyminen tapahtuu ulkoyksikön kennostossa, jonka läpi imetään ulkoilmaa. Kennoston läpi virtaava ilma jäähtyy luovuttaessaan lämpöenergia höyrystyvään kylmäaineeseen. Kylmäaineen lauhtuminen taas tapahtuu sisäyksikön kennossa, jossa nestemäiseksi lauhtuva kylmäaine luovuttaa varastoimansa lämpöenergian kennoston läpi virtaavaan sisäilmaan.

Ilmalämpöpumppu toimii yleensä myös toisinpäin, eli sillä voi myös jäähdyttää sisäilmaa. Tämä onnistuu muuttamalla kylmäaineen virtausta, jolloin lauhtuminen tapahtuu ulkoyksikön kennossa ja höyrystyminen sisäyksikön kennossa.

Ilma-vesilämpöpumppu

Ilma-vesilämpöpumpun toimintaperiaate on sama kuin ilmalämpöpumpulla, mutta lämpöä ei siirretä ilmaan vaan veteen. Ilmavesipumpussa sisäyksikön kennosto on siis korvattu lämmönvaihtimella, joka toimii lauhduttimena. Lämmönvaihtimen toisiopuolella kiertää lämmitysverkoston vesi, johon kylmäaineen nesteytyessä luovuttama lämpö siirtyy. 

Tämän ansiosta myös talon käyttövesi pystytään lämmittämään ilma-vesilämpöpumpun avulla.

Maalämpöpumppu

Maalämpö taas toimii siten, että peruskallioon, veteen tai pintamaahan sijoitettavassa keruuputkistossa kierrätetään esimerkiksi etanolin ja veden seosta, jonka jäätymispiste on -17 °C. Tämä seos lämpenee ympäröivän maaperän vaikutuksesta. Keruupiirin neste ohjataan maalämpöpumpun lämmönvaihtimeen joka vastaa ilmalämpöpumpun ulkoyksikön kennostoa ja toimii höyrystimenä. Tämän jälkeen höyrystynyt kylmäaine ohjataan toiseen lämmönvaihtimeen, joka toimii lauhduttimena. 

Lauhdutin lämmönvaihtimen toisiopuolella kulkee lämmitysverkoston vesi aivan kuten ilmavesilämpöpumpussakin ja näin lämpö saadaan siirrettyä maasta lämmitysverkostoon.

PS:
Jos haluat tietää lisää lämpöpumpuista, ota yhteyttä Energytech Turku Oy:n Samiin >> 

1. lauhdutin (lämmin puoli) 2. paisuntaventtiili 3. höyrystin (kylmä puoli) 4. kompressori
[Kuva: Wikimedia Commons]

0 kommenttia