A hőszivattyú működése

A hőszivattyú egy olyan energiahatékony megoldás, amely a külső környezetből nyert hőenergiát hasznosítja épületek fűtésére és hűtésére. A rendszer működése azon alapul, hogy a külső hőforrásból (levegő, talaj, víz) hőt von el, majd ezt a hőt egy kompresszor segítségével magasabb hőmérsékletre emeli, így biztosítva a megfelelő fűtést és esetlegesen a meleg vízellátást, illetve nyáron fordított működéssel hűtési funkciót is ellát. A hőenergia leadása az épületen belül történik meg a kívánt vagy szükséges hőmérsékleten, biztosítva ezzel a hatékony hőelosztást.

A hőszivattyús rendszerek különböző hőforrásokból nyerhetik az energiát, ennek megfelelően a következő típusokra oszthatók: 

Levegő-víz hőszivattyú:

A külső levegőből nyert hőt a vízkeringető rendszerbe juttatja. Padlófűtéssel, radiátorokkal vagy fan-coil rendszerrel kombinálva családi házak és intézmények számára megfelelő. 

Levegő-levegő hőszivattyú: 

A külső levegőből nyert energiát közvetlenül a belső levegő fűtésére vagy hűtésére használja. Lakások, kisebb irodák és üzlethelyiségek esetén gazdaságos megoldás. 

Talaj-víz hőszivattyú:: 

A talajból nyeri ki a hőenergiát, amelyet a fűtési rendszerbe vezet. Kiváló választás új építésű, jól szigetelt családi házak és nagyobb ingatlanok számára, ahol lehetőség van a talajszondák telepítésére. 

Víz-víz hőszivattyú: 

A talajvízből vagy felszíni vízből nyeri ki a hőt. Magas hatékonyságú rendszer, amely nagyobb épületek, társasházak és ipari létesítmények számára ajánlott, ha rendelkezésre áll megfelelő vízforrás. 

A hőszivattyú fűtési rendszer egy olyan berendezés, amely a környezeti hőenergiát használja fel otthonok és épületek fűtésére vagy hűtésére. A működése hasonló a hűtőszekrényéhez, de nemcsak a hő elvonására, hanem annak leadására is képes. A rendszer fő alkotóelemei a kompresszor, amely a hűtőközeg áramlását biztosítja, valamint a kondenzátor, az elpárologtató és az expanziós szelep. 

Hogyan működik a hőszivattyú?

1. A hőszivattyú elpárologtatójában a hűtőközeg hőt vesz fel a környezetből (levegő, víz vagy talaj), miközben elpárolog.

2. A kompresszor összesűríti a gáz halmazállapotú hűtőközeget, amelynek így nő a hőmérséklete és a nyomása.

3. A felmelegedett hűtőközeg a kondenzátorba kerül, ahol hőt ad le a fűtési rendszernek, miközben folyadékká válik.

4. Az expanziós szelep csökkenti a hűtőközeg nyomását és hőmérsékletét, amely így visszatér a körfolyamat elejére.

5. Az elpárologtatóban a hűtőközeg újra elpárolog, és a ciklus folytatódik. 

A hőszivattyús fűtés működése - magyarázat 

A hőszivattyú működése egy zárt körfolyamaton alapul, amelyben egy speciális hűtőközeg áramlik, változó halmazállapotban. A kültéri egységben ez az anyag alacsony nyomáson elpárolog, miközben hőt vesz fel a környezetből – legyen szó a levegőről, a talajról vagy vízről. Még a téli hidegben is található hőenergia a környezetben: amíg a hőmérséklet nem éri el az abszolút nulla pontot (-273°C), addig hő kinyerhető.  

A modern hőszivattyúk ezért képesek működni fagypont alatti hőmérsékleten is. Például egy levegő-víz hőszivattyú akár -20°C-os külső levegőből is képes energiát kinyerni, mivel a benne keringő hűtőközeg ebben a hidegben is el tud párologni. Az így keletkező alacsony hőmérsékletű gáz a kompresszorba kerül, ahol összesűrítve a hőmérséklete jelentősen megemelkedik.

A forró, nagy nyomású gáz ezt követően a beltéri egység hőcserélőjén keresztül hőt ad le, miközben lehűl és cseppfolyóssá válik. Ez a hőenergia hasznosítható például a beltéri levegő vagy a fűtési rendszer vízének felmelegítésére. Az így lehűlt folyadék egy expanziós szelepen áthaladva visszakerül alacsony nyomású állapotba, és a folyamat újrakezdődik. Ennek köszönhetően a hőszivattyú folyamatosan képes energiát áramoltatni a külső környezetből a fűtendő térbe.

Levegő-víz hőszivattyú működése

A levegős hőszivattyú működése külső levegőből nyeri a hőt, és azt egy vízoldali hőcserélőn keresztül adja át az épület fűtési rendszerének (radiátoroknak, padlófűtésnek, bojlernek stb.). Ez a legelterjedtebb megoldás, mivel nincs szükség más közegre csak a környezeti levegőre, ami mindenhol rendelkezésre áll. 

Víz-víz hőszivattyú működése 

A víz-víz hőszivattyú rendszer esetében a rendszer vízből vonja ki a hőt, és vízoldalon is adja le (innen a név, forrásoldal és leadó oldal is víz). Általában talajvízből vagy felszín alatti vízrétegből nyerhető ki a hő: ehhez fúrt kutakra vagy víznyerő helyre van szükség. 

Földhő (geotermikus) hőszivattyú működése

A földhő hőszivattyú a talajban tárolt geotermikus energiát használja. A föld néhány méter mélységben télen-nyáron közel állandó hőmérsékletű (hazánkban kb. 10-15°C), ezt aknázza ki a rendszer. Két fő megoldása van a talajhő hasznosításának: függőleges talajszonda vagy vízszintes talajkollektor. 

 A hőszivattyú rendszer előnyei

• Magas energiahatékonyság: A hőszivattyú rendkívül takarékos fűtési megoldás. A környezetből nyeri a hőt (például a levegőből, talajból vagy vízből), ezért 1 egységnyi villamos energiából akár 3–5 egységnyi hőenergiát is elő tud állítani. Ez azt jelenti, hogy sokkal kevesebb áramot használ ugyanannyi fűtési teljesítményhez, mint egy hagyományos elektromos fűtés. Példa: Ha egy hagyományos hősugárzó 1 kWh villamos energiából 0,9 kWh hőt termel, addig egy jó hőszivattyú 1 kWh árammal akár 3–5 kWh fűtési energiát is képes biztosítani.

• Környezetbarát működés: A hőszivattyú használata csökkenti a fűtés ökológiai lábnyomát. Mivel nem éget el gázt, szenet vagy fát, helyben nem bocsát ki füstöt vagy káros anyagokat. A működéséhez szükséges energiát részben a környezet megújuló hőtartalékaiból nyeri. Példa: Egy levegő-víz hőszivattyú a kinti levegő hőjét hasznosítja a lakás fűtéséhez, így kevesebb fosszilis energiára van szükség, és csökken a ház szén-dioxid-kibocsátása.

• Hosszú távon alacsony üzemeltetési költségek: Bár a hőszivattyú telepítése drágább lehet, a mindennapi működtetése kedvezőbb költségű, mint sok hagyományos fűtésé. Az energiamegtakarítás miatt a havi fűtésszámla alacsonyabb lehet, különösen jól szigetelt ház esetén.

• Hűtési lehetőség nyáron: Sok hőszivattyús rendszer kétfunkciós, azaz nemcsak fűteni, hanem hűteni is tud. Nyári hónapokban a rendszer megfordítja a működését, és hűtőként funkcionál. Példa: A levegő-víz hőszivattyú nyáron hideg vizet keringtethet a padlófűtés csöveiben vagy fan-coil egységekben, ezzel kellemes klímát teremtve a lakásban légkondicionáló berendezés nélkül.

• Kényelmes és automatizálható működés: A hőszivattyú teljesen automatikusan működik elég beállítani a kívánt hőmérsékletet a termosztáton, és a rendszer magától szabályozza a fűtést.

• Támogatások és állami kedvezmények elérhetősége: Létezik például kedvezményes áramtarifa ilyen Magyarországona H tarifa, amelyet kifejezetten fűtési célú áramhasználatra találtak ki, így olcsóbban üzemeltethető a rendszer.  

A hőszivattyús fűtés hátrányai

• Magas kezdeti beruházási költség: A hőszivattyús fűtési rendszer kiépítése jelentős anyagi befektetést igényel az elején. A berendezés ára és a telepítési munkálatok (például a kültéri egység telepítése, esetleg talajszonda fúrása) összességében jóval drágábbak lehetnek, mint egy gázkazános rendszer.

• Telepítési feltételek (pl. megfelelő szigetelés, helyigény): A hőszivattyú hatékony működéséhez szükség van megfelelő feltételekre. Először is, egy jól szigetelt épületben működik igazán gazdaságosan – ha a ház nincs megfelelően szigetelve, a megtermelt hő gyorsan elszökik, és a rendszernek többet kell dolgoznia. Másodszor, helyigényes: például egy levegő-víz hőszivattyú kültéri egysége helyet követel a kertben vagy udvaron, ami egy lakás vagy zsúfolt városi telek esetében gondot jelenthet. Példa: Egy földhőszivattyú (talajszondás rendszer) telepítéséhez akár az egész kertet fel kell ásni szondák lefektetése miatt, ami nem mindenhol kivitelezhető. Ha pedig a ház régi és rossz a szigetelése, előfordulhat, hogy a hőszivattyú telepítése előtt szigetelési felújításra is szükség van a hatékonyság érdekében.

• A megfelelő hőszivattyú kiválasztásakor kulcsfontosságú a szükséges fűtési teljesítmény meghatározása. Ez azt jelzi, hogy mekkora maximális fűtőkapacitás (kW) szükséges a leghidegebb téli napokon az épület kifűtéséhez.

• Magasabb karbantartási költség: A hőszivattyúk összetett rendszerek, amelyek többféle alkatrészből állnak (kompresszor, hőcserélők, keringtető szivattyúk stb.), ezért a rendszeres karbantartás elengedhetetlen. Példa: Egy éves karbantartás költsége 20 000–50 000 Ft között lehet, a folyamatos kiadás kitolhatja a megtérülési időt. 

A hőszivattyú energiaigénye

Számos tényező határozza meg, hogy egy hőszivattyú mennyi energiát fogyaszt. Az egyik legfontosabb szempont az épület hővesztesége, amelyet elsősorban a mérete és a szigetelés minősége befolyásol. Egy nagyobb, gyengébben szigetelt ház több hőt veszít, így a hőszivattyúnak is nagyobb teljesítménnyel kell dolgoznia. Az éghajlati adottságok szintén kiemelt jelentőséggel bírnak: hidegebb teleken vagy hosszabb fűtési szezonban megnő a rendszer energiafelhasználása. Az ideális beltéri hőmérséklet is számít – például, ha valaki a szokásos 22 °C helyett 25 °C-ra fűt, az jelentősen megnöveli a fogyasztást.

Mekkora hőszivattyúra van szükség?

A megfelelő hőszivattyú kiválasztásakor az első lépés a szükséges fűtési teljesítmény meghatározása. Ez azt jelenti, hogy mekkora maximális fűtőkapacitás (kW) szükséges a leghidegebb téli napokon az épület kifűtéséhez. Szakértők szerint éppen ezért jobb kicsit kisebb teljesítményűt választani, mint túl nagyot: egy enyhén alulméretezett hőszivattyú folyamatosabban, egyenletesebben működik, míg egy túl nagy teljesítményű gyakran ki-be kapcsolgat, ami nem gazdaságos. 

A szükséges teljesítmény kiszámítására léteznek ökölszabályok: egy jól szigetelt épület esetén körülbelül 50 W/m² teljesítmény szükséges, míg egy kevésbé szigetelt háznál ez akár 100 W/m² is lehet. Például egy 150 m²-es korszerű otthon esetében kb. 7,5 kW-os hőszivattyú lehet megfelelő (150 × 50 W), míg egy rosszabb hőszigetelésű épületnél akár 15 kW is indokolt lehet. 

A hőszivattyú hatásfoka

A hőszivattyú hatékonysága azt mutatja meg, hogy a befektetett villamos energiából mennyi hőenergiát képes előállítani. Ennek mérőszáma a COP (Coefficient of Performance): ha például egy hőszivattyú COP értéke 4, az azt jelenti, hogy 1 egység villamos energiából 4 egység hőenergiát állít elő. A valós működés során azonban a hatékonyságot számos tényező befolyásolja. Az egyik legfontosabb a külső és a fűtési rendszer közötti hőmérséklet-különbség: minél nagyobb ez az eltérés, annál keményebben kell dolgoznia a hőszivattyúnak, ami csökkenti a hatásfokot. Például egy levegő-víz hőszivattyú hideg időben, -10 °C körüli külső hőmérséklet esetén kevésbé hatékony, mivel nagyobb energiaigény mellett tudja biztosítani a kívánt beltéri hőmérsékletet. 

A hőszivattyú hatásfokának optimalizálása:

• Jó szigetelés és hővisszatartás

• Alacsony fűtővíz-hőmérséklet

• Megfelelő méretezés és vezérlés

• Puffertartály alkalmazása

• Kedvezményes H tarifa

• Összekötés napelemes rendszerrel