Napenergia hőszivattyúval

A korszerű technika, az energia megtakarítás és a környezetkímélés szempontjainak felerősödése miatt a nyugati országokban egyre jobban terjed a hőszivattyús fűtési mód. Érdekes, hogy a hőszivattyú legjobban az északi országokban kezd meghonosodni, ahol a napsütéses órák száma nyilvánvalóan kevesebb, mint délebbre.  A svéd Thermia cég például már 1923 óta gyárt ilyen berendezéseket, és az eltelt idő óta bőséges tapasztalatokat halmozott fel. A 1970-es évek elejétől több százezer hőszivattyút szereltek fel skandináv lakóházakba, középületekbe. Ezek a berendezések szolgáltatják az épületek teljes fűtés és meleg víz igényét. 
A hőszivattyú elvében azt kell hogy megértsük, hogy az energia, amiről beszélünk a Nap meleg, amely évről évre elraktározódik a Föld felső rétegeiben és a vizekben is. Ezt az ingyen energiát nyeri ki és használja fel fűtésre a hőszivattyú. Azok a természetes hőforrások tehát, ahol a napenergia tárolódik tehát a talaj, a kőzetek, a víz és a levegő. A Föld felső rétegeit, mint hőforrást fűtésre fel lehet használni. 
A Földnek, földfelszínnek hőtároló képessége van: begyűjti és tárolja a hőt. A grafikonon láthatjuk, hogy a talajhőmérséklet mindig egy bizonyos késéssel követi a levegő hőmérsékletét. Amikor nyáron a legmelegebb van a föld hőmérséklete még nem éri el a maximumot, és októberben, amikor a levegő hőmérséklete általában már jelentősen lecsökken a tala hőmérséklete a legmelegebb. Tehát optimális a helyzet, hogy az elraktározott hőt visszaszivatytyúzzuk, fűtésre felhasználjuk mindaddig, amíg az erősödő tavaszi napsugárzás újra intenzíven melegíteni kezd.

Egy bizonyos mennyiségű elektromos energia szükséges a hőszivattyú működtetéséhez, de a leadott (kivett) hőmenynyiség 3,5-4-szer nagyobb, mint a befektetett üzemeltetési energia.
A hőszivattyú működési elve a következő. Az energiát a hőforrásból a hőszivattyúba vezetjük, ahol azt egy hűtőközeg veszi át, amely hő-leadásra és hő-felvételre képes. A hőszivattyú a hűtőközeget nyomás alá helyezi, így megnöveli annak hőmérsékletét. Ezután a hőszivattyú leadja a keletkezett hőt a fűtőrendszernek vagy a használati meleg víz termelő berendezésnek.
Hőforrásként például a talajt, a telek egy részének földtömegét (1) használhatjuk. A telek földjébe egy polietilén csőrendszert fektetnek le, amelybe fagyálló folyadékot töltenek. Ez a folyadéktömeg felveszi a körülötte lévő földtömegből a hőt. A talaj hőmérséklete akár alacsony is lehet, még 0 fok alatti is.
Kicsit ahhoz hasonlónak képzeljük ezt, mint a hűtőszekrény működését, csak éppen fordítva. Itt is egy viszonylag alacsony hőmérsékletű térből (közegből) vonunk el hőt, ami által annak hőmérséklete még alacsonyabb lesz. Az elszivattyúzott hőt a hűtőszekrény a hátuljára szerelt hő leadó rácson keresztül a helyiség levegőjének adja át, tehát a 0 fok körüli hűtőtérből elvont hővel a 20 fok feletti konyhát fűti. A hőszivattyúnál csak az arányok mások. Az a közeg (pl. talaj), amelyből a hőt elvonjuk lehetőleg jóval nagyobb, mint az amelyet fűteni kívánunk.
A hőszivattyúban a közvetítő közeget, a fagyálló folyadékot egy szivattyú (2) keringteti. A munkaközeg (hűtőközeg) (3) nyomás alatt, zárt rendszerben kering. A nyomás nagysága befolyásolja a közeg hőmérsékletét, a hő leadásra és hő felvételre való képességét. Alacsony hőmérsékletnél folyékony állapotú a munkaközeg (hűtőközeg), elpárolog és hőt vesz fel. Magas hőmérsékletnél gáz halmazállapotú a munkaközeg, lecsapódik (kondenzálódik) és hőt ad le.
Az ingyen hő a hőforrásból a fagyálló folyadék segítségével a hőszivattyú elpárologtatójába (4) kerül. Annak ellenére, az elpárologtató folyékony hűtőközegének hőmérséklete alacsony, mégis forrásba jön, mert nagyon alacsony a forráspontja. A kompresszor (5) összenyomja a gázt és megemeli annak hőmérsékletét. Ekkor használjuk fel a működéshez szükséges, vett elektromos energiát, amely csupán 1/4-e a leadott, szolgáltatott energiának. A kompresszor a hőszivatytyú "szíve". Működése és gazdaságos üzemeltetése létfontosságú. Fontos, hogy jó hatásfoka és alacsony zajszintje legyen, élettartama hosszú legyen. A korszerű Thermia hőszivattyúkat computer vezérli, így sohasem dolgozik az energiaszükségletnél nagyobb üzemmódban.
A kondenzátorban (6) a sűrített hűtőközeg (gáz) folyékony halmazállapotot vesz fel és leadja a hőt a fűtéshez, pl. radiátor vagy padlófűtés segítségével, illetve a használati melegvíz előállításához.
A hőszivattyú gyakorlatilag az év legnagyobb részében képes biztosítani a fűtés és a meleg víz energiaigényét. A korszerű hőszivattyús fűtési rendszerbe be van építve a kiegészítő elektromos fűtőberendezés az extrém időjárási körülmények között esetleg létrejövő energia hiány pótlására.
A rendszer természetesen kombinálható bármelyik hagyományos fűtési rendszerrel is, így a ritkán fellépő külső energia igény bármilyen más energia fajtával (gáz-, szén-, fafűtés stb.) pótolható. A mi éghajlati viszonyaink között azonban erre valószínűleg nagyon ritkán van csak szükség. Még egy biztos: a hőszivattyúval kinyert energiánál tisztább, a környezetet kevésbé szennyezőbb energiafajtát keveset lehet találni. A telepítés egyszeri beruházási igénye ugyan meghaladja egy hagyományos fűtési rendszer költségeit, ez a beruházás azonban hosszú távon biztosan megtérül.