Hovedkomponentene i kretsløpet

•  En kompressor (4) suger inn kald arbeidsmediumdamp og komprimerer denne slik at temperaturen øker.

• Den komprimerte dampen ledes inn i en kondensator (1) hvor den først avkjøles og deretter kondenserer til væske fordi arbeidsmediet er varmere enn omgivelsene og derfor avgir varme.

• Væsken føres igjennom en reduksjonsventil (2) hvor trykket blir redusert og derigjennom også temperaturen.

• Væske (og vanligvis noe gass) føres inn i en fordamper (3) der væskefraksjonen fordamper igjen. Væsken fordamper fordi arbeidsmediet har et lavt trykk og dermed lav temperatur. Omgivelsene er nå varmere enn mediet, og varme strømmer derfor fra omgivelsene til mediet, dvs. omgivelsene kjøles.

Direkte og indirekte anlegg

Varmepumpe : Det er alltid en fordamper (eller flere) på den kalde siden og en kondensator (eller flere) på den varme siden av varmepumpen for henholdsvis å hente varme til og avgi varme fra arbeidsmediet i hovedkretsen. Dersom disse varmevekslerne opererer direkte på mediet som er målet for kjølingen eller oppvarmingen, kalles anlegget direkte, slik som i en «luft-til-luft»-varmepumpe. I motsatt fall sies anlegget å være indirekte, typisk «vann-til-vann»-varmepumper. Her er det en ekstra mediumkrets og en ekstra varmeveksler mellom arbeidsmediet og varmekilden og tilsvarende mot inneluften.

En «luft-til-vann»-varmepumpe anvender begge prinsipper. Varmepumpens utendørsenhet er da direkte og innendørsenheten indirekte. Dersom utedelen er indirekte, er mediet mellom fordamperen og varmekilden som oftest en lake, dvs. vann innblandet med en glykol eller et salt slik at den ikke fryser under normal drift. Dessuten vil laken ha korrosjonsdempende tilsetninger.

Varmepumpekategorier

Varmepumper kategoriseres etter hva slags medium de tar varme fra og hvilket de avgir varme til. «Luft-til-luft»-varmepumper henter varme fra ute- eller ventilasjonslufta og avgir den direkte til innelufta i en bygning. En «vann-til-vann»-varmepumpe henter varme fra sjø, innsjø, grunnvann e.l. og avgir varme i et vannbårent system i bygningen, og gjerne også varmt tappevann. «Grunnvarmepumper» er en spesialtype «vann-til-vann»-varmepumper der utedelen er indirekte mellom lake og grunnen.

Luft-til-luft-varmepumpe

Varmepumpe : En luft-til-luft-varmepumpe kan monteres i eneboliger, tomannsboliger, leiligheter og rekkehus, og i løpet av et år får du normalt igjen to til tre gangerså mye varme som den strømmen varmepumpen bruker. Jo lengre fyringssesongen er der du bor, desto mer gunstig er en luft-til-luft-varmepumpe. De fleste luft-til-luft-varmepumpene tilpasset nordisk klima kan hente ut energi fra uteluften helt ned mot -25 °C. Men ytelsen blir gradvis dårligere når utetemperaturen synker. Det gjelder alle typer varmepumper som henter energi fra uteluften.

Luft-til-vann-varmepumpe

Varmepumpe : Skal du bygge ny bolig, kan det være gunstig å investere i en luft-til-vann-varmepumpe. Den kan varme opp både tappevannet og rommene i huset ditt. Har du et olje- eller el-fyrt vannbårent oppvarmingssystem, kan det også være fornuftig å installere en luft-til-vann-varmepumpe.

En luft-til-vann-varmepumpe henter energi fra uteluften og avgir varme via tappevann, vannbåren gulvvarme, radiatorer, eller viftekonvektorer.

Med denne varmepumpetypen vil du få igjen 2,5 til 3,5 ganger så mye varme som den strømmen varmepumpene bruker. Med andre ord: 1 kWh tilført energi gir opptil 3,5 kWh varmeenergi til boligen. En luft-til-vann-varmepumpe vil dekke energibehovet ditt store deler av året, men på de kaldeste dagene om vinteren må du bruke annen varme i tillegg. Felles for alle varmepumpetyper som henter energien fra uteluften, er at de leverer mindre varme jo kaldere det er ute.

Varmekilder

Varmepumpe : De avgjørende faktorene ved valg av varmekilde er pris, varmebehov, tilgjengelighet, temperatur og temperaturvariasjon i fyringssesongen, varmekapasitet, varmeledningsevne og korrosjonspotensial.

Uteluft

Varmepumpe : Uteluft er den mest brukte varmekilden i Norge. Små enheter blir stadig mer effektive og billige. De kan lett etterinstalleres og kan typisk halvere strømforbruket.

Dette avhenger selvsagt av mange faktorer som størrelsen på huset og hvor stor andel av bygningsoppvarmingen varmepumpen kan stå for.

Uteluft har den fordelen at den er lett tilgjengelig og gratis. Uteluft har derimot store temperaturvariasjoner over fyringssesongen. På de kaldeste dagene når man har behov for mest varme i huset, er det også mest krevende å hente varme fra utelufta. Varmepumpens ytelse reduseres betraktelig og man må i stor grad benytte seg av tilleggsvarme som vedovn, panelovner etc. På steder med høy årsmiddeltemperatur, som ved kysten, kan det derimot være fordelaktig å bruke luft-luft-varmepumpe. Utelufta har dessuten lav varmekapasitet noe som krever et stort fordamperareal. Ved utelufttemperaturer lavere enn 3°C oppstår frost og rim på fordamperen, og det er da behov for energi/varme til avriming. Støy fra vifter i fordamper og kondensator kan være et problem, men dette er blitt bedre de senere år.

Ventilasjonsluft som varmekilde kan være et godt alternativ ettersom temperaturen på ventilasjonslufta holder jevn temperatur på rundt 20°C gjennom hele vinteren dersom det ikke benyttes varmegjenvinner. Mengden tilgjengelig varme i ventilasjonslufta er riktignok begrenset og kan som regel bare bidra med en liten del av det totale romoppvarmingsbehovet.

Sjøvann

Varmepumpe : For bygninger ved Norges langstrakte kyst er tilgangen på sjøvann ofte god, og for store anlegg er sjøvann en av de mest brukte varmekildene. Minimumstemperaturen ved kysten er sjelden lavere enn 2°C. Sjøvannskollektoren for private boliger er i all hovedsak 40 mm PE-rør som ligger i en sløyfe ut i sjøen, og tilkobles ved direkte-anlegg til vann-til-vann-varmepumpens fordamper.

Det er påkrevd med vann/glykol-blanding som forhindrer isdannelse ned til ca. -12 °C i sjøvannskollektoren. Det bestrebes å opprettholde ca. 3 °C (K) temperaturdifferanse over varmeveksleren (varmepumpens fordamper) som er tilkoblet sjøvannskollektoren eller jordvarmekollektoren. Det er ikke normalt å sirkulere åpent sjøvann inn i varmepumpeanleggene, fordi da vil det bli marin begroing i varmeveksler.

Å benytte sjøvann som direkte varmekilde innebærer bedre totaløkonomi ettersom varmefaktoren til varmepumpen øker betraktelig. Det er uproblematisk å anvende en vann-til-vann-varmepumpe til det meste av varmebehovet i privatboliger, dersom varmepumpen blir dimensjonert for dette.

Har man behov for kjøling om sommeren, er sjøvann en veldig god kuldekilde, i og med at temperaturen på det aktuelle dypet holder seg rundt 12–15°C på denne tiden.

Grunnvarme

Varmepumpe : Med grunnvarme menes varme som er lagret i grunnen, enten i jord, berg eller grunnvann. I løpet av noen få meter er temperaturen tilnærmet lik gjennomsnittstemperaturen på overflaten, og variasjonene lik null. Et normalt borehull stikker 100 til 200 meter ned.

Dypere enn 200 meter utføres sjelden, siden dette øker slitasjen og kostnaden på boreutstyret. Beregnet effekt ligger normalt på 25 til 40 W/m.

Borehullene utstyres med rør der det sirkuleres glykoler eller laker.

Varmeoverføringsegenskapene til materialene i grunnen er veldig viktig for hvor mye varme man kan hente ut av brønnene. Tørr jord transporterer varme dårlig og kan «ødelegge» et varmepumpeprosjekt basert på grunnvarme. Derfor er det viktig at vanninnholdet er høyt, helst full metning, fordi vann har gode varmeoverføringsegenskaper samt kan bidra med frysevarme. Borer man i fjell, bør bergarten ha høy termisk konduktivitet og/eller være porøs og inneholde mye vann. Det er eventuelt mulig å fylle på med varmeledende fyllmasse av sement og sand for å øke varmeopptaket.

Det er også mulig å hente ut grunnvarme i det øverste overflatelaget med horisontale rørslynger. Her er det spesielt viktig med godt varmeledende og fuktig materiale. Innfrysing av varmekilden er en forutsetning for god økonomi. Det vil også kunne lønne seg å regenerere varmekilden om sommeren/høsten. Slike anlegg er ikke vanlige i Norge.

Når en går til større dybder, dvs. mange hundre eller tusen meter, snakker en om geotermisk varme. Økonomisk utnyttelse av slik varme krever store anlegg.

Endring av arbeidsmedier de senere årene

Varmepumpe : Arbeidsmediet (eller kuldemediet, gassen) er det fluidet som benyttes til å transportere varme. Mediene man benytter er i gassfase ved normale trykk og temperaturer.

For rundt 50 år siden benyttet man i stor grad klorfluorkarboner (KFK), f.eks. KFK-12, ettersom disse mediene var svært stabile og uproblematiske i bruk. Etter at man oppdaget at disse gassene ved utslipp bryter ned ozonlaget, gikk man gjennom internasjonale lovereguleringer (Montrealprotokollen) over til hydroklorfluorkarboner (HKFK), senere til hydrofluorkarboner (HFK).

Både de opprinnelige kuldemediene og erstatningsmediene gir imidlertid meget store spesifikke bidrag til drivhuseffekten. De har mellom 1300 og 3800 ganger så stort GWP-verdi-potensial som karbondioksid (CO₂). De naturlige kuldemediene ammoniakk, propan og CO₂ har derfor fått en renessanse. Riktignok er ammoniakk svært giftig og propan er brennbart, men med de rette forholdsreglene (sikkerhetsbarrierer, ventilasjon etc.) er det mulig å kontrollere disse ulempene. CO₂ er veldig krevende å benytte fordi man opererer i transkritisk område med høyt trykk (opptil 130 bar). På grunn av dette kondenserer ikke mediet, men kjøles med stor temperaturglidning. Det er derfor gunstig å benytte CO₂-varmepumpe til oppvarming av tappevann, som varmes opp fra 5°C til 60-70°C.

 Varmepumper i Norge

Installasjon av varmepumper, som dessuten kan anvendes til kjøling, har tatt av de seneste årene. Den eldste varmepumpen man kjenner i en norsk bolig, er fra 1978. I 1990-årene ble det installert om lag 1000 i året, mens det i 2006 ble satt inn 78.532. I alt er det per 23. juni 2008installert varmepumper i 300.000 norske boliger.

Pr. år bruker norske bygg 82 TWh med energi. 33 TWh av dette, eller omtrent 25% av det totale norske el-forbruket, er strøm som går med til å varme opp byggene. En god del av dette kan lett byttes til varmepumpeoppvarming. I 2005 produserte varmepumper i Norge tilsammen 6 TWh varme. Bolig- og næringsbygg stod for 2.3 TWh hver, mens resten er varme til industri og fjernvarmeanlegg. Varmepumpene ga en energisparing på 4 TWh, hvor væske/vann-varmepumper bidro mest (omtrent 75%).

 https://no.wikipedia.org/wiki/Varmepumpe