För att en vätska ska kunna förångas måste man tillföra energi. Detta är lätt att observera med vatten. När en kastrull med vatten värms upp till 100 grader Celsius (värmeenergi tillförs) börjar vattnet förångas. Om ytterligare värmeenergi sedan tillförs fortsätter vattnets temperatur inte att stiga. I stället omvandlas vattnet helt och hållet till ånga.
Hur fungerar en värmepump?
Fråga en expert om rådHur fungerar en värmepump?
En värmepump fungerar på samma sätt som ett kylskåp - fast i motsatt riktning. Medan ett kylskåp utvinner värmeenergi från maten, dvs. kylskåpets inre, och leder den utåt, gör en värmepump tvärtom: Den utvinner värmeenergi från miljön utanför byggnaden och gör den användbar för uppvärmning inomhus. Förutom inomhus- eller utomhusluften kan en värmepump ta ut värmeenergi från grundvattnet och jorden. Och eftersom temperaturen på den värme som erhålls vanligtvis är otillräcklig för att värma upp en byggnad eller varmvatten, används termodynamiska processer för att höja temperaturen.
Kylcykeln - kärnan i värmepumpsprincipen
Oavsett vilken värmekälla som används för att generera värme är kylcykeln, som består av fyra steg, alltid en del av värmepumpens funktionssätt.
Om en gas, t.ex. luft, komprimeras (trycket ökar) ökar också temperaturen. Du kan uppleva detta om du håller öppningen på en cykelluftpump stängd och trycker på luften - pumpens cylinder blir varm.
Eftersom energi inte kan gå förlorad, frigörs den värmeenergi som tidigare använts för förångningen igen när vattenånga kondenserar.
Om trycket i en trycksatt vätska plötsligt minskar sjunker temperaturen avsevärt. Detta kan till exempel observeras på en flaska med flytande gas i ett compingkök. Om ventilen öppnas kan det bildas is på ventilen till gasolflaskan, även på sommaren (trycket har minskat från ca 30 bar till 1 bar).
Kontinuerlig upprepning av processen
Dessa processer sker i en sluten krets i värmepumpen. För att transportera värmen används ett ämne (köldmedium) som avdunstar vid mycket låga temperaturer. Värmeenergi, t.ex. från jorden eller utomhusluften, används för att förånga köldmediet. Till och med temperaturer på minus 20 grader Celsius är tillräckliga för att ge energi. Den kalla köldmedieångan, till exempel -20 grader Celsius, komprimeras sedan kraftigt. Den värms då upp till en temperatur på upp till 100 grader Celsius. Denna köldmedieånga kondenseras och avger värmen till värmesystemet. Därefter sänks trycket i det flytande köldmediet kraftigt. Detta leder till att vätskans temperaturen sjunker tillbaka till den ursprungliga nivån. Processen kan börja från början.
Värmepumpens arbetsprincip
Det enklaste sättet att förklara denna process är att använda ett exempel på en luft/vattenvärmepump: En luft/vattenvärmepump kan bestå av en eller två enheter. I båda fallen är det en inbyggd fläkt som aktivt suger in omgivande luft och leder den till en värmeväxlare. Köldmediet strömmar genom värmeväxlaren och ändrar sitt fysiska tillstånd vid mycket låga temperaturer. När det kommer i kontakt med den omgivande luften värms köldmediet upp och blir gradvis till ånga. En kompressor används för att öka den resulterande värmen till den önskade temperaturen. Detta komprimerar ångan och ökar både trycket och temperaturen på köldmedieångorna.
En andra värmeväxlare (kondensor) överför sedan energin från den uppvärmda ångan till värmekretsen (golvvärme, radiatorer, fläktkonvektor). Under processen kyls köldmediet, som fortfarande står under tryck, av och blir återigen flytande. Innan det kan strömma tillbaka till kretsen expanderas köldmediet först i en expansionsventil. När det har nått sitt ursprungliga tillstånd kan kylcykeln börja igen.
En värmepump fungerar på samma sätt som ett kylskåp - fast i motsatt riktning.
Kompression kräver elektrisk ström
Kompressorn är en viktig komponent i köldmediekretsen. Utan komprimering är nämligen utgångstemperaturen för låg för att kunna värma upp en byggnad till en behaglig temperatur - i synnerhet under mycket kalla dagar med tvåsiffriga minusgrader.
I praktiken används ett antal kompressorer, inklusive kolvkompressorer och scrollkompressorer, som alla är elektriskt drivna. Effektförbrukningen för komprimering beror på många faktorer. Dessa inkluderar värmebehovet, kompressortekniken och sist men inte minst temperaturskillnaden mellan värmekällan och värmesystemet. Som en allmän regel gäller följande: Ju högre temperaturskillnad mellan värmekällan och framledningstemperaturen, desto mer måste kompressorn arbeta.