Varmepumpe

Eksempel på en gaskompressionsvarmepumpe, som virker ved hjælp af stoffaseændring. Stoffet i rørkredsløbet er under højt tryk i venstre side og kan være flydende efter aflevering af termisk energi ("varme", "varmeenergi") (1) og frem til (2), lige før dyssen går over i højre side. Det er en kørende kompressor (4), som sammen med dyssen (2), der gør trykket relativt højt i (1) – og lavt i (3). Det resulterer i, at temperaturen i (3) er lavere – og (1) er varmere. Da (3) er kold, vil termisk energi både stråle ind i gassen via rør og køleplade – og blive ledet hertil via varmekonvektion (f.eks. luftstrømmen). (1) Er som regel også monteret på en køleplade og vil afgive varmen fra den komprimerede gas via rør og køleplade. I køleskabe og frysere vil den indre kolde køleplade gøre eventuelt indtrængende varm luft, der kommer ind via luftudskiftning pga. døråbning, så kold, at den relative luftfugtighed bliver 100 %, hvorved vand og andre flygtige stoffer kondenseres på kølepladen. Vandet kan fryse fast på kølepladen og skal af og til afrimes, da is er en dårlig varmeleder. Is fungerer faktisk som en isolator og vil sænke den samlede varmepumpes effektivitet.

Et eksempel på en varmepumpe med kombineret indendørs- og udendørs-enhed.
Indendørs- og udendørs-enheden kan separeres, og de to kølemiddelrør forlænges så. Funktionen af indendørs- og udendørs-enheden kan byttes i nogle modeller, så varmen pumpes udefra og ind i boligen.

Varmepumpen kan pumpe termisk energi fra et varmereservoir (f.eks. koldt) til et andet varmereservoir (f.eks. varmt). Det vil sige, at den kan anvendes til køling (køleskabe) og/eller opvarmning af boligen.

Carnots formel for den maksimale varmepumpeeffektivitet: Varmepumpningseffektivitet(%)= 100/(1-T_kold/T_varm). T skal indsættes i Kelvin (=Celsius+273,15).

Det overraskende er, at der via en ideel og praktisk varmepumpe bliver pumpet mere varmeenergi, end der tilføres af (mekanisk) energi. F.eks. vil en ideel varmepumpe kunne pumpe cirka 9 gange så meget varme, som der tilføres mekanisk, når T_kold = -10 °C og T_varm = 20 °C. Med stempelkompressor baserede varmepumper er det almindeligt med en faktor 2 til 3. Denne faktor kaldes også varmepumpens "effektivitet". En normaleffektivitet på over 3 er i dag normal.

Varmen der pumpes fås f.eks. fra omgivelserne, men kan f.eks. også være et forholdsvis termisk lukket indre rumfang af et køleskab.

Man får derfor mere varme ved at pumpe det med en varmepumpe end ved at omsætte energi direkte til varme (brødrister, el-radiatorer, olie- og gasfyr,...).

En varmepumpe til husbrug kan med fordel også vendes til et aircondition-anlæg. Fordelen er så, at man kan pumpe varme ind i huset om vinteren og pumpe varme ud af boligen om sommeren.

Varmepumpetyper

• Termoelektrisk – Peltier-effekt Peltier-element
• Gaskompressionsvarmepumpe
  • Termoakustisk varmepumpe
  • Stirlingmotor (reversibel)
    • termoakustisk Stirlingmotor
• Faseskiftvarmepumpe – anvendes i køleskabe med freon eller ammoniak.
• Absorptionsvarmepumpe
• Adsorptionsvarmepumpe

Anvendelse: Vandkogning på havet

En ideel varmepumpe kan pumpe cirka 3,7 gange så meget varme, som der tilføres mekanisk, når T_kold = T_vand = 0 °C ca.= 273 K og T_varm = 100 °C = cirka = 373 K. Varmepumpningseffektivitet(%)= 100/(1-273/373) cirka = 370 %.

Man skal dog huske på, at ved opvarmning af et varmereservoir fra en lavere til en højere temperatur, f.eks. opvarmning af vand fra 10 °C til kogepunktet omkring 100 °C, så vil start-varmepumpningseffektiviteten være højere end slut-varmepumpningseffektiviteten, når destinationsvarmereservoiret har nået en temperatur af cirka 100 °C. Derfor vil varmepumpningseffektiviteten for hele opvarmningen ligge mellem start- og slut-varmepumpningseffektiviteten.

Eksterne henvisninger

Wikimedia Commons har medier relateret til: Varmepumpe

• Sparenergi.dk er energistyrelsen information om varmepumper