Hőszivattyú: minden, amit tudni akartál

Hőszivattyú telepítése egyre több lakásfelújító és -építő fejében felmerül, nem csak az emelkedő energiaárak miatt. Fontos szempont lett a fenntarthatóság, vagyis a hosszú távon, gazdaságosan üzemeltethető rendszer, a kiszámítható és előre tervezhető költségek, ugyanakkor egyre kevésbé tekinthetünk el a környezetvédelemtől is. Vagyis amikor leendő otthonunkat tervezzük, olyan megoldásokat keresünk, amellyel nem szennyezük a levegőt, sem közvetve, sem pedig közvetlenül. A hőszivattyú megfelel mindezen elvárásoknak: beüzemelése előre tervezhető költségekkel jár, fenntartása olcsó, karbantartást nem – vagy alig – igényel, emellett a leginkább környezetbarát energiaforrást hasznosítja: a környezet és a lakás közötti hőmérséklet-különbséget.

Mi az a hőszivattyú?

A hőszivattyú egy olyan berendezés, amely képes a hőenergiát egy zárt térbe be- vagy onnan kivezetni. Ilyen zárt tér például egy lakóház. Az energiaforrás, a hagyományos fűtő- és hűtőberendezésekkel ellentétben nem elektromos áram vagy fosszilis fűtőanyag, hanem a levegő, a talaj vagy a víz; vagyis ezek valamelyike, és a lakóház belseje közötti hőmérséklet-különbséget használja fel. Működési elve a termodinamika törvényein alapul, miszerint a hő a melegebb rendszer felől a hidegebb rendszer felé áramlik, míg a két rendszer egyensúlyi állapotba nem kerül.

Gondoljunk egy csésze kávéra, amelyet az asztalon felejtettünk: a forró kávé addig adja át a hőt a környezetének, amíg azzal azonos hőmérsékletű nem lesz. A kávé lehűl, az asztal és a szoba, még ha nagyon kis mértékben is, felmelegszik, ekkor beáll az egyensúlyi állapot.

A hőenergia áramlása önmagában tehát elegendő lenne a két rendszer energiájának (vagyis a külső és belső környezet hőmérsékletének) a kiegyenlítésére, azonban mivel ettől nagyobb mértékű változásra van szükség, a közvetítő közeget összesűrítik, a nyomás hatására pedig további hőenergia keletkezik, amely már elegendő a fűtésre.

A termodinamika törvényei azonban azt is kimondják, hogy energiát nem lehet létrehozni és megsemmisíteni. Vagyis a hőszivattyú nem állít elő energiát, működéséhez külső energiaforrásra, elektromos áramra van szükség.

A hőszivattyú története

Talán meg sem lepődünk azon, hogy már az ókori Közel-Keleten, időszámításunk előtt 3500 évvel ezelőtt felismerték, hogy a külső, melegebb levegő használható a házak hűvösen tartására. A bâdgir-ek, vagyis a szélfogó tornyok működési elve egyszerű: a levegőt a légkörből egy torony mélyére, az épület belsejébe, esetleg a föld alá vezették, ahol az egy vízzel telt medencéhez érkezett. A víz párolgása lehűtötte a levegőt, ezáltal akár 10 fokos hőmérséklet-különbséget is el tudtak érni, miközben a víz is friss maradt a felülete állandó mozgása miatt.
A következő nagy lépésre sokat kellett várnunk: 1748-ban William Cullen, a skót felvilágosodás központi figurája egy kísérletet mutatott be, melynek során egy pumpa segítségével vákuumot hozott létre, amelyben az éter elpárolgott, miközben lehűtötte a környezetét.

Ez a mai szemmel egyszerű kísérlet lett az alapja a mai hűtőszekrényeknek, az elvet pedig 1834-ben Jacob Perkins ültette gyakorlatba, amikor szabadalmaztatta ammóniával működő, gőz-kompressziós berendezését „jég készítésére és folyadékok hűtésére”.

A gőz-kompresszió volt az darabja a kirakósnak, melyre Peter von Rittingernek volt szüksége, hogy 1856-ban megépítse az első, a mai berendezések prototípusának tekinthető hőszivattyút. Igaz, még nem épületek hőmérsékletének a temperálásra, hanem sólepárlásra. A sóoldatból ugyanis csak igen nagy energia-befektetéssel – vagyis tömérdek tüzelőanyag elégetése árán – tudták a sót kivonni, ezt a folyamatot tökéletesítette Rittinger a fáradtgőz visszavezetésével és kompressziójával, mellyel jelentősen csökkentette az energiafelhasználást és növelte a hatékonyságot.

Találmányát épületek fűtésére a svájci Genfben kezdték el alkalmazni, a Genfi-tó vizét használva energiaforrásnak. Az olcsó, kimeríthetetlen energiaforrás hamar elterjedt Svájcban, a rendszer időtállóságát mi sem bizonyítja jobban, mint hogy a zürichi városháza, 1936-ban üzembe helyezett hőszivattyúját 2001-ig használták.

A hőszivattyúk felépítése és működése

Ahogy korábban megemlítettük és a kis történeti kitekintőből is kiderült, a hőszivattyú nem perpetuum mobile, örökmozgó. Vagyis a működéséhez szükség van külső energiaforrásra is, megfelelve a termodinamika törvényeinek. Az energiafelhasználása azonban lényegesen kevesebb a pusztán energiát hővé alakító berendezéseknél, mint amilyen az elektromos radiátor vagy a kazán. Nézzük most meg, hogyan is működik pontosan.

A hőszivattyú fő elemei

Mostanra biztosan egyértelmű, hogy a hőszivattyú bizonyos szempontból hasonlít a hűtőszekrényre vagy légkondicionálóra, ezért felépítésében is számos, ismerős elemet fogunk felfedezni. A hőszivattyú alapvető összetevői a következők:

• Közvetítő közeg, vagyis hűtőfolyadék. Ez lehet víz is, ám az extrémnek számító téli hidegben az könnyen megfagyna, ezért általában fagyálló folyadékot vagy gázt alkalmaznak. Ugyancsak, a rendszer magas hatékonyságú működésének az egyik feltétele, hogy a lehető legalacsonyabb legyen a forráspontja, így hideg külső környezetben is képes legyen párologni. A szerepe ugyanis az, hogy a párolgás során hőt vonjon el, míg a cseppfolyósodás során hőt ad le.
• Kondenzátor. Ez a hőleadó közeg, gyakorlatilag egy összetett fémtekercs, melyben a gőz újra cseppfolyós lesz.
• Expanziós szelep. A kondenzátorból érkező, magasabb nyomású és hűmérsékletű folyadék vagy gáz nyomását csökkenti, majd azt továbbítja.
• Párologtató. Mint a neve is mutatja, ebben alakul ismét gáz halmazállapotúvá a közvetítő közeg, hasonlóan a kondenzátorhoz ez is egy összetett, jó hőleadású fémtekercs.
• Kompresszor.  A hőszivattyú lelke, amely a közvetítő közeg nyomását növeli. A nyomás hatására a gáz magas hőmérsékletre melegszik fel, ezáltal alkalmassá válik fűtésre.

Habár a folyamat pusztán mechanikus eszközökkel is szabályozható, ma már a nagyobb hatékonyság és fokozott variálhatóság érdekében elektronikus rendszerek felügyelik és vezérlik a rendszerben lezajló folyamatokat. Ezek bizonyos típusoknál, akár a távolról (például mobiltelefonon keresztül történő) irányítást is lehetővé teszik. A modern, hatékony hőszivattyúkat egy szondával is felszerelik, mely érzékeli a rendszerben lévő gőz/gáz nyomását és szabályozza az expanziós szelep működését, tovább fokozva a hatékonyságot. Bizonyos típusoknál két expanziós szelepet is alkalmaznak, szintén a teljesítmény javítása érdekében, azonban az alapvető működésmechanizmus minden esetben megegyezik.

A hőszivattyú működése

A hőszivattyú működése négy lépésben írható le:

1. Párolgás. A párologtatóban a környezettől hidegebb közvetítő közeg felmelegszik és elpárolog.
2. Kompresszió. Az így keletkező gáz halmazállapotú anyagot a kompresszor összesűríti, ezáltal jelentősen megnöveli a hőmérsékletét.
3. Lecsapódás. A kondenzátorban a forró gáz leadja a hőt a tekercset körülvevő levegőnek vagy a víznek, lehűl, és újra cseppfolyóssá válik.
4. Kitágulás. Az expanziós szelep lecsökkenti a nyomást, a kihűlt folyadékot pedig visszajuttatja a ciklus elejére, a párologtatóhoz.

Felmerülhet bennünk a kérdés: miért nem lehet egyszerűen felmelegíteni a folyadékot? Így működnek például a gázkazánok is, amelyek a fűtőrendszerben keringő vizet egyszerűen felmelegítik, amely aztán a radiátorokon keresztül leadja a hőt a lakásban.

A magyarázat egyszerű: a gázkazán, mivel közvetlenül a vizet melegíti, több energiát használ el, mint a hőszivattyú.  Ez utóbbi ugyanis a melegítéshez a környezetben fellehető, melegebb közeg hőenergiáját hasznosítja, további energiára csak a működéséhez, például a kompresszió előállításához van szükség, így energiahatékonysága három- ötszöröse a gázkazánokénak.

Hasonlóképpen ma már számos légkondicionáló berendezés alkalmas fűtésre is, ám azoknál egy fűtőszál hevíti a levegőt, ezért energiahatékonyságuk nem tudja megközelíteni a hőszivattyúkét.

A hőszivattyúk főbb típusai

Miután megértettük a hőszivattyú működésének az alapelveit, tovább léphetünk a környezetünkben fellelhető hőforrásokra, ezek ugyanis azok, amelyek a hőszivattyú működéshez szükséges energiát biztosítják:

• Levegő. A hőszivattyúban keringő gáz vagy folyadék, még ha a külső hőmérséklet alacsony is, képes hőt felvenni. Ez a hő pedig működésben tartja a rendszert. Attól függően, hogy a felvett hőt milyen formában adja le, megkülönböztethetünk levegő-levegő és levegő-víz rendszereket.

A levegő-levegő hőszivattyú hasonlít leginkább a légkondicionálóra, ugyanis a közvetlenül a levegőt melegíti.

Ezzel szemben a levegő-víz hőszivattyú vizet melegít fel, amelyet aztán fűtésre és melegvíz-ellátásra egyaránt használhatunk. Az ilyen rendszerek általában tartalmaznak egy melegvíz-tartályt is.
A levegőt energiaforrásként használó rendszerek előnye az alacsony telepítési költség, egyszerű beszerelés és a kis helyigény. Hátrányuk, hogy extrém alacsony külső hőmérséklet esetén kisebb hatékonysággal képesek dolgozni. A későbbiekben kitérünk arra, hogy lehet ezt a csökkenő hatékonyságot például napelemekkel kompenzálni.

• Víz. A környezetünkben található vizek hőmérséklete jóval kiegyenlítettebb, mint a levegőé, ezért hatékonyabban használható hőszivattyúk működtetésére. A víz ideális esetben nagy felületű és mélységű, természetes álló- vagy folyóvíz, de vannak a tajvizet, sőt, termálvizet hasznosító rendszerek is.

Két alapvető típust különböztethetünk meg: a nyílt rendszerek közvetlenül a természetes vizet keringetik, ám ennek a rendszernek a hátránya, hogy a vízben lévő szennyeződések eltömíthetik a rendszert, másfelől, a vízben oldott ásványi anyagok lerakódhatnak a csövekben. A zárt rendszerek működése hasonló a fentebb leírtakhoz.
A víz-víz hőszivattyú előnye egyértelmű, hátránya a magas telepítési költség – gondoljunk arra, hogy talajvíz hasznosítása esetén még jelentős talajmunkát is kell végeznünk –, amely szinte csak természetes vizek, tavak, források mellett teszi gazdaságossá alkalmazását. Ilyen rendszer a korábban említett svájci példa is, amely a Genfi-tó vizét használja, ötven méteres mélységben. Ebben a mélységben azonban a szezonális különbségek is elenyészők, szinte egyáltalán nincs hőfelhalmozás.

• Föld. A vízhez hasonlóan, a talaj hőmérséklete is jelentősen kisebb mértékben változik, mint a levegőé, nem mellékesen, a hőkiegyenlítés miatt a szezonális változások extra energiát is biztosítanak: nyáron sokkal lassabban melegszik fel, mint a levegő, télen pedig sokkal lassabban hűl le, mintegy tárolja a nyáron felvett energiát a hidegebb hónapokra.

Ezeknek a rendszereknek is két alapvető típusa van, telepíthetjük a hőcserélő tekercseket horizontálisan és vertikálisan is. Vízszintes telepítés esetén egy nagy felületű, 1-3 méter (vagyis fagyhatártól függő) mélységű gödör aljára kerülnek az általában nagy sűrűségű polietilénből készült vezetékek; függőleges telepítés esetén pedig több, egymástól 5-6 méter távolságra lehelyezett, akár 15-120 méter mélyre nyúló, U alakú szondát eresztenek a talajba, amellyel a két végpont közötti hőmérséklet-különbséget is hasznosítani tudják.
A geotermikus hőszivattyú előnye nyilvánvaló: a talaj hőmérséklete kiegyenlített, az így kialakított rendszerek hatékonyan és kiegyenlítetten képesek működni. Hasonlóan nyilvánvaló a hátrányuk is: rengeteg költséges talajmunkát igényelnek, ezért általában nagy épületek, például korszerű irodaépületek vagy üzemek fűtésére használják.

• Egyéb rendszerek.  A levegő, víz és föld mellet számos olyan hőforrás áll rendelkezésünkre, amellyel hőszivattyúnkat működtetni tudjuk.

A napenergia kézenfekvő választásnak tűnik. Egyes, napenergiával működő rendszerekben a napfény energiáját használják közvetlenül a folyadék (jellemzően víz és glikol keverék) melegítésére direkt vagy indirekt módon.

Más rendszerek napelemeket alkalmaznak az energiahatékonyság növelésére, vagyis nem, vagy csak kisebb mértékben szükséges külső áramforrás igénybevétele.

A hulladékhő hasznosítás is számos területen kézenfekvő választás. Ilyen hulladékhő nem csak hőerőművekben keletkezik, számos üzemben és gyárban vannak olyan folyamatok, amelyek során hő keletkezik, az a hő pedig elvezethető és hőszivattyúk segítségével a háztartásokban is felhasználható energiaforrás.

Ebből a felsorolásból Magyarországon természetesen nem maradhat ki a termálvíz sem, hiszen hazánk számos területén áll rendelkezésünkre ez az energiaforrás. Felhasználása a magas ásványianyag-tartalom miatt zárt rendszerekben lehet optimális.

Bármelyik rendszer mozgatja meg a fantáziánkat, ne felejtsük: a hőszivattyú kombinálható meglévő rendszerinkkel, infrastruktúránkkal, emellett a különböző típusok egymással is kombinálhatók, ezáltal létrehozva egy optimálisan működő, az energiát minden évszakban hatékonyan felhasználó rendszert.

Hogyan válasszunk hőszivattyút?

A hőszivattyú telepítése hosszú távú befektetés, amely viszonylag magas indulási költségek mellett évek alatt térül meg. Fontos tehát, hogy jól átgondolt, megfelelő döntést hozzunk. Az alábbiakban adunk néhány szempontot a megfelelő berendezés kiválasztásához.

• A meglévő ingatlan típusa és jellemzői. Amennyiben korábbi rendszerünket akarjuk váltani, már rendelkezhetünk kialakított fűtésvezeték-hálózattal, vagyis a meglévő csövekre kötnénk rá a rendszert. Akár arra is van lehetőség, hogy a meglévő gázkazánnal kombinált hőszivattyú segítségével javítsunk a hatásfokon és csökkentsük a számláinkat. Ne felejtsük el azt sem, hogy számos típusnak eltérő a helyigénye.

A szigetelés – vagyis inkább annak hiánya – meglévő ingatlanoknál további problémák forrása lehet. Egyetlen hűtési vagy fűtési rendszer sem képes hatékonyan működni nem megfelelő szigetelés mellet, azonban a hőszivattyú, mivel pont a külső és belső hőmérséklet különbségét használja fel, fokozottan igényli az épület megfelelő szigetelését.

• Mire szeretnénk használni a hőszivattyút?  Amennyiben a meglévő ingatlanunk bármilyen kialakítást lehetővé tesz vagy új ingatlanhoz szeretnénk hőszivattyút, számos, további kérdést meg kell fontolnunk.

A fűtendő légtér, vagyis az alapterület egy fontos kiválasztási szempont. A levegő-víz rendszerű, monoblokkos hőszivattyú relatíve kisebb, míg a split, vagyis osztott hőszivattyú nagyobb alapterület esetén jobb befektetés.

Használhatjuk a hőszivattyút csak fűtésre, fűtésre és melegvíz ellátásra egyaránt, de ezek mellett egy inverter alkalmazásával hűtésre, vagyis légkondicionálásra is. Sőt, a hőszivattyú a medence vizének a melegítésére is használható.

• Megbízhatóság. Mivel hosszú távú befektetésről beszélnünk, jogosan várjuk el, hogy a rendszer sokáig és gazdaságosan működjön. Érdemes olyan megbízható márkát választani, mint az egyik piacvezető, a Panasonic hőszivattyú, a technikai újításairól ismert Mitsubishi vagy az esztétikus megjelenéséről bárhol felismerhető Daikin hőszivattyú, de választhatunk a remek ár-érték aránnyal rendelkező Midea készülékei közül is.

A gondosan kiválasztott márka mellett ne felejtsünk el megbízható szakembert sem keresni, a beüzemelés ugyanis engedély-köteles tevékenység, melynek hiányában nem csak a készülék garanciáját veszíthetjük el, de egy rosszul megtervezett rendszerrel nemhogy csökkennének, de emelkedni fognak az energia-költségeink.

Azt, hogy mekkora hőszivattyú kell, szakember bevonásával döntsük el, mivel ebben az esetben nem a méret a lényeg. Sem a túl-, sem pedig az alultervezett rendszerek nem képesek hatékonyan működni.

• Energiahatékonyság. Szerencsére ahhoz, hogy az energiahatékonyságról pontosabb képünk legyen, nem kell szakértőnek lenni. A számos háztartási készüléken megtalálható Energy Star jelzés csak azokon a hőszivattyúkon található meg, amelyek energiahatékonysági szempontból az amerikai piacon kiemelkedően jól teljesítenek. 

Ezzel szemben Európában A SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) és a HSPF (Heating Seasonal Performance Factor) értékei az irányadók. Az előbbi a hűtési szezonban nyújtott, míg utóbbi a fűtési szezonban biztosított teljesítményt jelzi, mindkét esetben a magasabb érték jobb értékelést jelent. Energy Star jelölést csak magas SEER és HSPF értékeléssel rendelkező készülékek kaphatnak.

• Kényelem. Amennyiben akár környezetvédelmi, akár energiahatékonysági szempontból a hőszivattyú mellett döntöttünk, a kényelmi szempontokat sem kell elhanyagolnunk. Ha az épület teljes átalakítása is szóba jöhet vagy új lakóházat tervezünk, ne feledkezzünk el azokról a magas komfortérzetet eredményező épületgépészeti megoldásokról sem, mint a padló-, fal- vagy mennyezetfűtés és hűtés. Jellegéből adódóan a hőszivattyú fokozottan alkalmas ilyen rendszerek kiszolgálására.

Szeretnénk minden helyiségben egyedileg vezérelhető termosztátot? Vagy a mobilunkról, távolról irányítani a rendszert? Ma már erre is van lehetőség.

A karbonsemlegesség elérése a hétköznapi ember számára távoli eszmének tűnik, amelynek nem sok köze van mindennapjainkhoz. Mivel azonban a széndioxid kibocsátás 10%-a lakossági fűtésből származik, a karbonsemlegesség eléréséhez a háztartások kibocsátását is csökkenteni kell. A fosszilis tüzelőanyagok rohamosan fogynak, akár a felhasználásukkal előállított áramot, akár pedig közvetlenül a gázt, szenet, olajat használjuk fűtésre a folyamatos áremelkedés arra késztet bennünket, hogy olcsóbb alternatívákat keressünk. Bármelyik szempont miatt is döntünk a hőszivattyú mellett, alkalmazásával a jövőnkbe fektetünk be, garantált megtérülés mellett.

Kalkuláld ki hőszivattyú igényeid alapján, hogy milyen árkategóriájú rendszert ajánlunk:
https://www.alpinsun.hu/szolgaltatasaink/hoszivattyu/

Vagy kérj ajánlatot e-mailben:

ajanlat@alpinsun.hu e-mail címen.