Lämpöpumppu

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Ilmalämpöpumpun ulkoyksikkö

Lämpöpumppu on laite, joka kykenee siirtämään lämpöenergiaa kylmemmästä tilasta lämpimämpään. Yleensä lämpöpumpulla tarkoitetaan sisätilojen lämmittämiseen tarkoitettuja laitteita, mutta myös monet jäähdyttävät laitteet, kuten ilmastointilaite, jääkaappi ja pakastin toimivat lämpöpumpun avulla. Raskaassa energia- ja prosessiteollisuudessa on käytetty lämpöpumppuja jo vuosikymmeniä.

Tekniikan perusryhmittely[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääryhminä toteutustekniikan mukaan voidaan erotella seuraavat pumpputyypit:

  • lämpöenergialla toimivat absorptiopumput
  • mekaanisella kompressorin työllä toimivat kaasu- ja nestepumput

Jälkimmäinen ryhmä on kasvattanut merkitystään kodin lämmitysenergian tuotannossa. Pumppuja luokitellaan myös lämpöenergian ottotavan mukaan:[1][2]

Toimintaperiaate[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

1. lauhdutin (lämmin puoli)
2. paisuntaventtiili
3. höyrystin (kylmä puoli)
4. kompressori

Tehokkaan järjestelmän yleistavoitteena on saada aikaan lämpöä siirtävälle kylmäaineelle olomuodon muutos nesteestä kaasuksi kahdessa toisiinsa putkistolla liitetyssä kennossa, joista toisessa samalla sitoutuu lämpöä ja toisessa vapautuu. Höyrystyessään kylmäaine sitoo ympäristöstään lämpöä ja tiivistyessään vapauttaa sitä.

Kylmäaine höyrystyy paisuntaventtiilin jälkeen höyrystimessä. Silloin kylmäaine lämpenee ja ympärillä olevan väliaineen, kuten ilman, lämpötila laskee. Höyrystin siis sitoo lämpöä ympäristöstään (vrt. kaasupullo joka huurtuu pinnastaan). Höyrystynyt ja lämmennyt kylmäaine imetään sen jälkeen alipaineella kompressoriin. Kompressorissa kaasun paine puristuksen myötä kasvaa, jolloin se tiivistyy ja vapauttaa lämpöä. Tämän jälkeen se menee lauhduttimeen, jonka tarkoitus on saada aine jäähtymään ja tiivistymään nesteeksi. Lauhdutin luovuttaa siis lämpöä ympäristöön. Tämän jälkeen neste virtaa taas paisuntaventtiiliin ja kierros alkaa alusta. Lämpöpumppu toimii lähes samoin kuin mikä tahansa kylmälaite, mutta käyttökohteena on lauhduttimen ympäristö ja tarkoituksena sen lämmittäminen.

Ilmalämmityspumpuissa lämmityskäytössä tarvitaan ulkoyksikön sulatus. Ilmalämpöpumpun sulatustapahtumassa ulkoyksikön ja sisäyksikön puhaltimet tyypillisesti pysähtyvät ja kylmäaineen kiertosuunta vaihtuu niin, että kompressori kierrättää lämpöä sisältä ulos. Kiertosuunta on sama kuin jäähdytystoiminnolla, mutta puhaltimet ovat toimimattomia eli lämmitettävän rakennuksen sisälämmöllä sulatetaan ulkoyksikkö. Sulatustapahtuman aikana myös mahdollinen sulatuskaapeli ulkoyksikön pohjalevyssä ohjataan toimimaan. Sulatusperiaatteesta johtuen on tärkeää, että rakennuksessa on lämpöä, jota voidaan käyttää sulatukseen; eristämättömän rakennuksen ylläpitolämmittäminen lämpöpumpulla on ongelmallista.

Kuten itse termikin kertoo, kylmäaineen koko kiertoprosessi tapahtuu alhaisemmassa lämpötilassa kuin ympäröivän väliaineen ja tämän vuoksi höyrystymislämpö ja lauhtumislämpö voidaan käyttää hyödyksi. Kompressorilla taas saadaan aikaan prosessin toteutuminen juuri halutulla lämpötila-alueella, koska paineen vaikutuksesta kylmäaineen höyrystymispistettä voidaan säätää sopivasti molemmissa lämmönsiirtokennoissa suhteessa ulkolämpötilaan.

Lämpöpumppuja on tekniikaltaan hyvin monenlaisia, mutta viime aikoina kallistuneen öljyn ja sähkön myötä suurimman suosion ovat Suomessa saavuttaneet tavallisista ilmastointilaitteesta parannellut ilmalämpöpumput, joiden kauppa on vilkastunut Suomessa ripeimmin verrattuna kaikkiin muihin tyyppeihin. Yllä kuvattu prosessi kuvaa juuri parhaiten tällaisten pumppujen toimintaa, koska sen putkiston kylmäaineena toimii kaasu- ja nesteseos.

Kun lämpöpumppu kehitettiin yli 100 vuotta sitten, käyttökohteena oli jäähdytys eikä energian kulutukseen kiinnitetty huomiota. Perusperiaate on siitä lähtien ollut sama. Luonnonlakien mukaan lämpö siirtyy viileään eikä koskaan toisin päin, näin ollen viilennykseen tarvitaan ulkopuolista energiaa, mikä tavanomaisesti on sähkö, millä käytetään kompressoria. Kompressori käydessään tuottaa lämpöä sekä ympäristöönsä että lämmittää väliainetta, mikä ei ole tarkoitus ja se huonontaa hyötysuhdetta. Kompressorissa lämmitetty väliaine seuraavaksi jäähdytetään lauhduttimessa, mikä ei ole energiatehokasta. Uusimmat innovatiiviset lämpöpumput hyödyntävät lisäenergiana ilmaista ulkoilmaa, sen lämpöä ja kosteutta, jolloin hyötysuhde on korkea kesällä. Talvella ne taas hyödyntävät sisäilman lämpöä ja kosteutta.

Lämpökerroin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lämmityskäytössä laitteiston tärkein vaatimus on, että prosessi tuottaa enemmän lämpöä kilowatteina kuin mitä kompressori kuluttaa sähköä kilowatteina. Tällöin puhutaan lämpökertoimesta. Esimerkiksi kun kompressori käyttää 2 kWh sähköä ja lämpöpumppu tuottaa 4 kWh lämpöä, saadaan lämpökertoimeksi 2. Tällöin 2 kWh lämpöä on onnistuttu siirtämään sisätiloihin ulkoilmasta ja toiset 2 kWh lämpöä on tullut siirtotyöhön käytetystä sähköstä. Lämpökerroin merkitään usein lyhenteellä COP (engl. coefficient of performance).

Lämpökerroin kertoo suoraan sen kuinka paljon enemmän lämpöä laite tuottaa kuin suora sähkölämmitys. Kummatkin, energiatehokkuus ja lämmitysteho, ovat ilmalämpöpumpun tärkeimpiä ominaisuuksia; vaaditaan hyvä suoritus kummassakin ja niiden pitää toteutua samaan aikaan. Ilmalämpöpumppu ei täytä tehtäväänsä, jos sen lämmitysteho riittää mutta COP jää vaatimattomaksi.

Lämpökertoimen käyttäytyminen on hyvin erilaista riippuen siitä mitä lämpöpumppua käytetään. Maalämpöpumpuille on tyypillistä, että lämpökerroin pysyy korkeana ja vakiona korkeinta lämmitystarvetta vaativilla talven huippupakkasilla saakka. Ilmasta lämpöä ammentavilla järjestelmillä kuten ilma-ilma- ja ilma-vesilämpöpumpuilla taas lämpökerroin selvästi heikkenee kun pakkaset kiristyvät. Yleensä lämpöpumpulla lämmittäjän kannattaakin aina selvittää lämpöpumpun lämpökertoimet juuri oman paikkakuntansa talven keskilämpötiloissa[3] ennen minkään tietyn järjestelmän hankintaa.

Laitteiden valmistajien kansainvälisesti hyväksytyn standardin mukaan lämpökerroin (COP) yleensä mitataan ja ilmoitetaan mainoskuvastoissa +7 C asteessa. Tämä on kuitenkin Suomen lämmitystarpeen pohjalta hieman harhaanjohtava mittaustapa erityisesti ilmalämpöpumpuille, koska suurin lämmöntarve on talven pakkasissa. Ruotsissa on herätty ensimmäiseksi ratkomaan tätä ongelmaa siten, että markkinoista riippumattomat tahot (mm. Råd & Rön ja energiavirasto) testaavat ja mittaa aika ajoin laitteiden lämpökertoimia myös tyypillisissä pakkasolosuhteissa kuluttajia hankinnoissa auttaakseen. Myös Suomessa on aivan viime vuosina saatu muutama VTT:n maahantuojilla teettämä lämpökertoimien testaus aikaan tietyistä maahantuojien laitteista.

Toimintaperiaatteensa vuoksi tavanomaisten lämpöpumppujen COP on paras silloin kun ulko- ja sisälämpötilat ovat samat, mutta silloin jäähdytyksen ja lämmityksen tarve on alhaisimmillaan.

Lämpöpumput ja ilmastopäästöjen vähentäminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Mikäli lämpöpumpulla korvataan lämmitysöljyn polttoa, vähenevät hiilidioksidin ja muiden haitallisten kaasujen päästötlähde?. Esimerkiksi Japani on julkistanut laajan investointiohjelman lämpöpumpputekniikkaan päästäkseen Kioton ilmastosopimuksen päästörajoihin.lähde?

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Lämpöpumppu.