Vesi-ilmalämpöpumpun toiminta – näin lämpö siirtyy ulkoilmasta kotiin

Vesi-ilmalämpöpumppu hyödyntää ulkoilmassa olevaa lämpöenergiaa ja siirtää sen kodin vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään. Samalla järjestelmällä voidaan tavallisesti lämmittää myös käyttövettä.

Ajatus saattaa kuulostaa erikoiselta etenkin pakkasella: miten esimerkiksi −15-asteisesta ilmasta voidaan ottaa lämpöä talon lämmittämiseen?

Vastaus löytyy lämpöpumpun kylmäainekierrosta. Ulkoilman ei tarvitse tuntua ihmisestä lämpimältä, jotta siinä olisi hyödynnettävää lämpöenergiaa. Lämpöpumppu kerää tätä energiaa, nostaa sen lämpötilatasoa kompressorin avulla ja luovuttaa lämmön talon lämmitysveteen.

Käytännössä kyse on siis ennen kaikkea lämmön siirtämisestä, ei lämmön tuottamisesta pelkästään sähköllä. Motivan mukaan ilma-vesilämpöpumppu ottaa lämmitysenergiaa ulkoilmasta ja siirtää sen vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään.

Miten vesi-ilmalämpöpumppu toimii käytännössä?

Vesi-ilmalämpöpumpun toiminnan voi hahmottaa kiertona, joka tapahtuu jatkuvasti laitteen ollessa käynnissä.

1. Ulkoyksikkö ottaa lämpöenergiaa ulkoilmasta

VILP:n ulkoyksikössä on lämmönvaihdin eli höyrystin, jonka läpi ulkoilmaa puhalletaan.

Höyrystimen sisällä kiertää kylmäaine. Sen ominaisuuksien ansiosta kylmäaine pystyy vastaanottamaan ulkoilmasta lämpöenergiaa myös silloin, kun ulkona on pakkasta.

Kylmäaine lämpenee ja höyrystyy.

Tässä vaiheessa lämpöpumppu on siis saanut talon ulkopuolelta energiaa, mutta lämpötila ei vielä ole riittävän korkea kodin lämmittämiseen.

2. Kompressori nostaa lämpötilan

Seuraavaksi kylmäaine kulkee kompressorille.

Kompressori puristaa kylmäainehöyryn korkeampaan paineeseen. Samalla kylmäaineen lämpötila nousee voimakkaasti.

Kompressori on lämpöpumpun keskeisimpiä komponentteja ja myös se osa, joka kuluttaa merkittävän osan lämpöpumpun tarvitsemasta sähköstä.

Tässä on koko lämpöpumpputekniikan ydin: sähköä käytetään siihen, että ulkoilmasta kerätyn energian lämpötilatasoa nostetaan käyttökelpoiseksi.

3. Lämpö siirretään talon lämmitysveteen

Kuumaksi muuttunut kylmäaine siirtyy lämmönvaihtimelle, jossa sen sisältämä energia luovutetaan rakennuksen vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään.

Lämmitetty vesi voidaan johtaa esimerkiksi vesikiertoiseen lattialämmitykseen tai lämpöpattereihin.

Järjestelmästä riippuen lämpöpumppu osallistuu myös lämpimän käyttöveden tuottamiseen.

Juuri tämä erottaa VILP:n tavallisesta ilmalämpöpumpusta: ilmalämpöpumppu puhaltaa lämmön suoraan huoneilmaan, kun taas vesi-ilmalämpöpumppu siirtää lämmön vesikiertoiseen järjestelmään.

4. Kylmäaine jäähtyy ja kierto alkaa uudelleen

Kun kylmäaine on luovuttanut lämpönsä lämmitysjärjestelmälle, sen lämpötilaa ja painetta lasketaan paisuntaventtiilin avulla.

Tämän jälkeen kylmäaine palaa takaisin ulkoyksikölle keräämään uutta lämpöenergiaa.

Sama kierto jatkuu automaattisesti niin kauan kuin talossa tarvitaan lämpöä.

Mutta miten VILP voi toimia pakkasella?

Tämä on ehkä yleisin vesi-ilmalämpöpumpun toimintaa koskeva kysymys.

Vaikka ulkona olisi −10 tai −20 °C, ilmassa on edelleen lämpöenergiaa. Kylmäaineen lämpötila saadaan järjestelmässä ulkoilmaa alemmaksi, jolloin lämpöenergiaa voi siirtyä ulkoilmasta kylmäaineeseen.

Ongelma ei siis ole se, että lämpö loppuisi pakkasella kokonaan.

Sen sijaan ulkolämpötilan laskiessa lämpöpumpun työ muuttuu vaikeammaksi. Kompressorin täytyy tehdä enemmän työtä, samalla kun ulkoilmasta saatavan energian määrä pienenee. Tämän vuoksi sekä lämpöpumpun hyötysuhde että sen tuottama lämmitysteho laskevat kovalla pakkasella.

Nykyiset kylmiin olosuhteisiin suunnitellut laitteet pystyvät toimimaan hyvinkin alhaisissa lämpötiloissa, mutta kovimpien pakkasten perusteella VILP:n toimintaa ei kannata arvioida. Suomen lämmityskaudesta suuri osa vietetään huomattavasti lauhemmissa lämpötiloissa.

Miksi VILP tarvitsee sähkövastuksen?

Vesi-ilmalämpöpumppuun kuuluu tavallisesti sähkövastus, vaikka laitteen tarkoituksena on nimenomaan vähentää sähköllä tuotettavan lämmön tarvetta.

Tässä ei ole ristiriitaa.

VILP mitoitetaan yleensä siten, että lämpöpumppu hoitaa valtaosan vuoden lämmitystarpeesta mahdollisimman tehokkaasti. Talven kylmimpinä hetkinä rakennuksen lämmitystehon tarve voi kuitenkin ylittää lämpöpumpun senhetkisen tehon.

Silloin tarvittava lisälämpö tuotetaan esimerkiksi sähkövastuksella tai joissakin kohteissa olemassa olevalla öljy-, puu- tai muulla lämmitysjärjestelmällä.

Motiva korostaa, että ilma-vesilämpöpumpun rinnalla täytyy olla lämmitystapa, joka kykenee kattamaan rakennuksen lämmitys- ja käyttövesitarpeen myös silloin, kun lämpöpumpun teho ei yksin riitä.

Oleellista onkin oikea mitoitus. Jos lämpöpumppu on kohteeseen liian pieni tai asetukset ovat pielessä, sähkövastukset voivat joutua töihin tarpeettoman paljon.

Mitä COP tarkoittaa vesi-ilmalämpöpumpussa?

VILP ei tee esimerkiksi kolmea kilowattituntia lämpöä yhdestä kilowattitunnista sähköä tyhjästä.

Jos lämpöpumpun COP-arvo olisi tietyissä olosuhteissa esimerkiksi 3, se tarkoittaisi yksinkertaistettuna sitä, että noin yhdellä kilowattitunnilla sähköä saadaan siirrettyä rakennukseen noin kolme kilowattituntia lämpöenergiaa.

Sähkön lisäksi energiaa tulee ulkoilmasta.

COP kuvaa kuitenkin hyötysuhdetta tietyssä käyttötilanteessa. Käytännössä kodinomistajalle kiinnostavampi luku on usein SCOP eli kausihyötysuhde, joka kuvaa toimintaa pidemmällä ajanjaksolla.

Todellinen hyötysuhde riippuu muun muassa ulkolämpötilasta, lämmitysjärjestelmän tarvitsemasta veden lämpötilasta, lämpöpumpun mitoituksesta ja laitteen säädöistä.

Lattialämmitys vai patterit – vaikuttaako se toimintaan?

Vaikuttaa.

Lämpöpumpun kannalta tilanne on sitä parempi, mitä matalampaan lämpötilaan lämmitysvesi voidaan jättää.

Tästä syystä vesikiertoinen lattialämmitys muodostaa usein erittäin hyvän parin vesi-ilmalämpöpumpun kanssa. Suuri lattiapinta-ala pystyy lämmittämään huoneita verrattain matalalla veden lämpötilalla.

Patteritalokaan ei automaattisesti tarkoita sitä, ettei VILP sopisi kohteeseen. Ratkaisevaa on se, kuinka kuumaa vettä patteriverkosto tarvitsee talven kylmillä keleillä.

Jos järjestelmä vaatii jatkuvasti hyvin korkeita menoveden lämpötiloja, lämpöpumpun hyötysuhde laskee. Motivan mukaan korkea lämmitysverkon menoveden lämpötila heikentää sekä ilma-vesilämpöpumpun antotehoa että hyötysuhdetta.

Siksi vanhan talon kohdalla ei kannata tuijottaa pelkästään neliöitä tai nykyistä energiankulutusta. Myös lämmönjako ja tarvittavat lämpötilat pitää selvittää ennen laitteen valintaa.

Miksi ulkoyksikkö joskus jäätyy?

Talvella VILP:n ulkoyksikön lämmönvaihtimeen voi muodostua huurretta ja jäätä.

Se on normaali osa lämpöpumpun toimintaa.

Kun kennon lämpötila laskee riittävästi ja ulkoilmassa on kosteutta, kosteus jäätyy kennon pinnalle. Jos jäätä kertyisi jatkuvasti lisää, ilma ei enää pääsisi virtaamaan kennon läpi kunnolla.

Tämän vuoksi lämpöpumppu suorittaa automaattisesti sulatusjaksoja.

Sulamisen seurauksena ulkoyksiköstä syntyy vettä, minkä vuoksi ulkoyksikön sijoitus ja sulatusvesien hallinta ovat erityisen tärkeitä Suomen talvessa. Motiva suosittelee seuraamaan talvella nimenomaan sulatusvesien poistumista ja pitämään ulkoyksikön puhtaana lumesta ja jäästä.

Vesi-ilmalämpöpumppu toimii parhaiten kokonaisuutena

Pelkkä mahdollisimman tehokas lämpöpumppu ei vielä takaa hyvää lopputulosta.

Laitteen pitää sopia juuri kyseiseen rakennukseen.

Talon energiankulutus, lämmityksen huipputehon tarve, sijainti, vesikiertoisen lämmitysjärjestelmän lämpötilat, lämpimän käyttöveden kulutus ja nykyinen lämmitysjärjestelmä vaikuttavat kaikki oikeaan ratkaisuun.

Esimerkiksi kaksi samankokoista 150 neliön omakotitaloa voivat tarvita täysin erilaiset lämpöpumput, jos toinen on uusi lattialämmitystalo Turussa ja toinen vanhempi patterilämmitteinen rakennus huomattavasti kylmemmällä alueella.

Siksi VILP:iä ei kannata valita pelkän nimellistehon tai hinnan perusteella. Oikea mitoitus ratkaisee pitkälti sen, kuinka suuren osan vuodesta lämpö pystytään tuottamaan lämpöpumpulla ja kuinka paljon sähkövastuksia tarvitaan.

Kenelle vesi-ilmalämpöpumppu sopii?

Vesi-ilmalämpöpumppu on varteenotettava vaihtoehto erityisesti taloon, jossa on jo vesikiertoinen lämmönjako ja nykyinen lämmitys perustuu esimerkiksi sähköön tai öljyyn.

Se voi olla kiinnostava ratkaisu myös silloin, kun maalämpöä harkitaan, mutta lämpökaivon poraaminen ei ole mahdollista tai maalämpöjärjestelmän suurempi alkuinvestointi ei ole kohteessa perusteltu.

VILP ei kuitenkaan ole automaattisesti paras vaihtoehto jokaiseen taloon. Ratkaisu kannattaa tehdä rakennuksen todellisten lähtötietojen perusteella eikä sen perusteella, mikä lämpöpumppu sattuu olemaan tarjouskampanjassa.