Ilmalämpöpumpun toimintaperiaate

Laitteen kompressori siirtää sähkömekaanisella työllä lämpöä kahden kennolle käyttäen hyväksi kylmäaineen olomuodon muutosta putkistossa. Kun kylmäaine muuttuu höyryksi ensimmäisessä kennossa eli höyrystimessä, se sitoo lämpöä itseensä voimakkaasti. Tiivistyessään takaisin nesteeksi toisessa kennossa eli lauhduttimessa, kylmäaine vapauttaa lämpöä.

Tämä perusilmiö on sama, joka havaitaan talvella veden ja jään olomuodon muutoksissa, kun mitataan lämmön sitoutumista aineeseen. Lämpöä siirretään kaasun mukana eli konvektiolla nopeasti kennosta toiseen.

Tehokas ilmalämpöpumppu pyrkii maksimoimaan kylmäaineen olomuodon muutoksen molemmissa kennoissa, jotta lämpö voidaan siirtää tehokkaasti. Fysiikassa tätä olomuodon jyrkkää muutosta kutsutaan yleisesti faasimuutokseksi, jossa siirretään molekyylien energiatasoja tilasta toiseen. Näin ilmalämpöpumppu soveltaa termodynamiikan I ja II sääntöjä käytännössä.

Ilmalämpöpumppu lämmityskäytössä

Ilmalämpöpumpussa kylmäaine sitoo lämpöenergiaa höyrystyessään ulkoyksikön kennossa, jolloin kenno kylmenee. Kun kylmäaine höyrystyy, se sitoo paljon lämpöä muuttuen nesteestä kaasuksi. Ilmanvaihtopuhallin tehostaa passiivisen kennon lämmönsiirtokykyä, ja kun höyry myöhemmin tiivistyy nesteeksi sisäyksikön kennolla, se luovuttaa saman lämpöenergian takaisin ulos. Sisäyksikön kompressori tuottaa kennolle tarvittavan ylipaineen ja ulkoyksikön kompressori alipaineen.

Höyry painetaan sisäyksikön kennoon, jossa se tiivistyy nesteeksi ja lämmittää kennon läpi kulkevan ilman. Neste jatkaa matkaansa ulkoyksikön kennolle, jossa sitä kuristetaan ennen sen painumista kennoon. Uusimmissa ilmalämpöpumpuissa käytetään elektronista paisuntaventtiiliä ja scroll-kompressoria.

Sulatussyklit katkaisevat pumpun jatkuvan lämmöntuoton ja muuttavat sen hetkeksi jäähdytystilaan, jotta ulkokennoon kertyneet jääkerrostumat sulavat pois. Normaalien sulatussyklien tiheys ja kesto ovat tärkeitä, kun pyritään maksimoimaan pumpun lämmöntuoton tehokkuutta talvella. Ulkoyksiköllä voisi olla pohjapellin lämmitysvastus, joka estäisi jään kerääntymisen sulatuksen jälkeen.

Lämpöpumpun SCOP/A on lakisääteisesti laskettava keskimääräinen vuosihyötysuhdeluku, joka kertoo pumpun keskimääräisen hyötysuhteen tyypillisessä lämmitysvuodessa Strasbourgissa. Vapaaehtoinen SCOP/C-luku kertoo laitteen keskimääräisen vuosihyötysuhteen Helsingin ilmastossa. Joillakin valmistajilla on ilmoitettu SCOP/C-luku, joka on yleensä välillä 3-4.

Ilmalämpöpumppu jäähdytyskäytössä

Kun jäähdytysjärjestelmä otetaan käyttöön, nelitieventtiili muuttaa kylmäaineen virtaussuunnan vastakkaiseksi, jotta sisäyksikön kennossa oleva kylmäaine höyrystyy ja sitoo lämpöenergiaa. Tämä puolestaan saa kennossa aikaan alhaisemman lämpötilan.

Sisäyksikön puhallin kierrättää ilman kennossa, jolloin sisäilma viilenee. Kun kylmäaine tiivistyy ulkoyksikössä, se luovuttaa sisäyksikön kennolta saamansa lämpöenergian ulkoyksikön kennon ja puhaltimen avulla ulkoilmaan. Kylmäaineen virtaussuunta on päinvastainen kuin lämmityskäytössä, ja höyrystin ja lauhdutin vaihtavat paikkaansa.