Magas hőmérsékletű hőszivattyúk

Hőtartalommal minden körülöttünk lévő környezeti elem rendelkezik, hőszivattyú segítségével ezt a gyakorlatilag korlátlan energiaforrást csapolhatjuk meg. A hő szállításához folyamatosan elektromos energiát kell a rendszerbe táplálni. A rendszer hatékonyságát az ún. munkaszámmal vagy más néven jósági fokkal (COP) jellemezhetjük, ami azt mutatja meg, hogy a hőszivattyú által leadott hasznos hőteljesítmény hányszorosa a működtetéshez felhasznált hajtási teljesítménynek, azaz a befektetett energiának.

A hőforrás hőmérsékletének változásával ez az év folyamán változhat, ezért az egy évre vonatkozó energiaszám pontosabb képet ad a hőszivattyú teljesítményéről. Ez elsősorban attól függ, hogy mekkora hőmérsékletkülönbséget kell áthidalni (a hőforrás és a fűtési előremenő hőmérséklet különbsége), általában 3 és 5 közötti érték, tehát egy egység villamos energiával 3-5 egység hőenergiát állíthatunk elő.
A hőszivattyúk jellegzetessége, hogy magas jósági fokkal, alacsony kilépő vízhőmérséklet mellett tudnak dolgozni. Ebből következik, hogy használatuk nagy felületű fűtési rendszerekhez javasolt (padló-, fal- és mennyezetfűtés). Ezekben az esetekben a 30-40 fokos vízhőmérséklet bőségesen elegendő, padlófűtés esetén több szempontból sem egészséges a túl magas hőmérséklet.

Régebbi épületek esetén nem mindig éri meg a teljes fűtési rendszert lecserélni, maradnak a korábban felszerelt radiátorok. Ezek azonban magas, 60-70 fokos vízhőmérsékletet igényelnek, amit viszont a hagyományos hőszivattyúk csak olyan nagy energia-befektetéssel tudnak produkálni, hogy használatuk nem lesz kifizetődő, elveszítik előnyüket.
A piaci igényeknek megfelelően a hőszivattyúk egyik fejlesztési iránya a magasabb kimeneti hőmérséklet felé fordult. Hagyományos, alacsony kilépő hőmérsékletű hőszivattyúknál a maximális kimeneti hőmérséklet 55 fok lehet. A nyomás növelésével ugyan az ilyen rendszerek is képesek lennének magasabb hőmérsékletet biztosítani, azonban ekkor az alkalmazott folyadék már fizikai határán dolgozna, nyomás és hőmérséklet tekintetében egyaránt.
A jósági fok csökkenését megkerülve jelenleg két módszerrel igyekeznek a fejlesztők a kimeneti hőmérsékletet növelni.

Kaszkád hőszivatyúnak (pontosabban kaszkád rendszernek) hívják azt az elrendezést, ahol két hőszivattyú dolgozik együtt, sorba kötve. A két eszköz egy egységet alkot, az első hőszivattyú kimenete a második bemenetének számít. Mivel a két hőszivattyúban jelentősen más fizikai viszonyok uralkodnak, ezért a bennük keringő folyadék is különböző. A megoldás hátulütője, hogy egyszerre mindkét hőszivattyúnak működnie kell, hiszen az első által elvont energiát csak a másodikkal lehet a fűtési rendszerbe eljuttatni.

Egy másik technikai megoldás az egykörös rendszerű, gázinjektálásos módszer, amit EVI ciklusos eljárásnak is hívnak. Ebben a folyamatban - ha az szükséges - egy kis mennyiségű folyadék távozik a kondenzátor utáni magasnyomású körből egy szelepen keresztül. Ez a folyadék egy külön tágulási szelepen keresztül veszíti el magas nyomását, és egy külön hőcserélőben alakul gázzá. Ezután jut a kompresszorhoz, ahol közvetlen befecskendezéssel kerül a kompressziós folyamatba.

A gázinjekció jelentősen megnöveli a kimeneti hőmérsékletet, hiszen nyomástöbbletet okoz. A befecskendezés tulajdonképpen hűtést eredményez a kompresszorban, ez pedig lehetővé teszi, hogy magasabb nyomást érhessünk el anélkül, hogy a keringtetett folyadékot jelentősen túlhevítenénk. Az energia, amivel a kompresszor többet igényel, az EVI ciklus miatt elhanyagolható. Az ilyen hőszivattyúk nagy előnye, hogy normál üzemben is képesek működni. A befecskendezés használatával mínusz 15 fokos külső hőmérséklet mellett is +65 fokos kimeneti hőmérséklet érhető el, amivel már a radiátoros rendszerek is működtethetőek.