A hőpumpa lényege
A hő spontán módon (magától) mindig a melegebb testről a hidegebb test felé áramlik, ezt mondja ki a hőtan 2. főtétele. A hőpumpa (más néven hőszivattyú; angolul heat pump) olyan szerkezet, mely azt a hajmeresztő dolgot csinálja, hogy hőt visz át a hidegebb testről a melegebb testre. Vagyis valamiféle fordított, "természetellenes" dolgot csinál, olyasmit, mintha a víz felfelé folyna. Ami persze megoldható, ha egy vízszivattyú segítségével felfelé hajtjuk a vizet. A vízszivattyú azonban nem megy magától; a működéséhez mindenképpen villamosenergiát (vagy mechanikai energiát) kell folyamatosan befektetnünk. Ugyanígy a hőpumpa esetében is külső beavatkozás (energiabefektetés) szükséges a fordított irányú hőáramlás létrejöttéhez.
A hőszivattyú megvalósítja azt, amin a régi viccben nevetünk, (vagy inkább fájunk).
A hőszivattyú folyamatosan energiát vesz fel a villamosenergia hálózatból (a konnektorból) vagy egy hőforrásból (abszorpciós hűtőgép esetén). Ennek segítségével "pumpálja át" a hőt a hidegebb helyről a melegebb helyre. Hőpumpa például:
- Konyhai hűtőszekrények. ezek a hidegebb helyről (a hűtőgép belső teréből) juttatják a melegebb helyre (a konyha/szoba levegőjébe) a hőt.
- Légkondícionálók. ezek az eleve hidegebb épület belsejét még jobban lehűtik, és a hőt kiviszik az eleve melegebb kinti levegőnek.
- Az épületek fűtésére használt hőszivattyúk: ezek télen az eleve hidegebb külső területek (kinti hideg levegő, talaj, folyó vize) még tovább hűtése révén juttatnak hőt a már eleve melegebb benti helyiségekbe (szobákba)..
Látjuk, hogy a különféle hőpumpákat különböző néven nevezzük, méghozzá attól függően, hogy hol és mire használjuk őket; melyik "oldaluk"-kal vannak céljaink:
| A hőpumpa | |||
| hideg oldala | hőátvitelének iránya | meleg oldala | fajtájának elnevezése |
| hűtőszekrény belseje |  | konyha levegője | hűtőszekrény |
| épület belseje | kinti levegő | légkondi | |
| kinti levegő, víz; talaj | épület belseje | hőszivattyú | |
A hőpumpa a hőerőgép megfordítása: itt most nekünk kell befektetnünk munkavégzést, hogy hőmérsékleti inhomogenitást állítsunk elő. A hőpumpa a hideg testet még jobban lehűti, a melegebbet pedig még jobban felmelegíti, vagyis a működése során növeli a hőmérsékleti inhomogenitást, és energia befektetést igényel. Ezzel szemben a hőerőgép a működése során csökkenti a meglévő hőmérsékleti inhomogenitást, és energiát termel, ad le nekünk.
A hőpumpa működése
A hőpumpák működését nézzük a legelterjedtebb hőpumpa fajtán, a kompresszoros hűtőgépen (hűtőszekrény, fridzsider)!
Tehát a hűtőgép a hidegebb helyről elvonja a hőt, majd leadja melegebb helyen. Ez természetesen nem menne magától, ehhez a villamos hálózatból energiát kell elhasználnia. Amikr egy berendezés a hidegebb helyről a megelegg helyre visz át hőt, azt hőszivattyúnak nevezzük. Általában így lehet felfogni a hőszivattyú energetikáját:
Hőszivattyúkat nemcsak hűtésre lehet használni, hanem fűtésre is. Ezeket a berendezéseket, bár ők a hőszivattyúk egy csoportját alotják, szintén hőszivattyúknak nevezzük. A viszionylag hideg környezetből vonnak el hőt, hogy azt leadják az általunk fűteni kívánt helyen (lakás, iroda).
Hőszivattyú a légkondi is, hiszen a hűvösebb szobából "hordja ki" a hőt a forró környezetbe:
Működhet a hőszivattyú is légkondiként nyáron:
A jósági tényező
A gépek esetén gyakran adnak meg hatásfokot, például aPaksi Atomerőműben a magreakciókban felszabaduló hő 34%-a alakul villamosenergiává. A hatásfoknak itt nincs értelme, ezért kitaláltak egy másik mutatószámot, a jósági tényezőt (az angol rövidítésből COP - coefficient of performance, magyarul teljesítmény-együttható). Ez megmutatja, hogy a hőszivíttyú által elhasznált villamosenergiának hányszorosát adja le a fűtő oldalon (lakásban) hőként a berendezés. Például ha a jósági tényező 5, olyankor $1\ \mathrm{kWh}$ villamos energia felhasználásával $5\ \mathrm{kWh}$ hőt ad le a lakás felé a berendezés, amiből $1\ \mathrm{kWh}$ származik a villamosenergia-hálózatból (azaz egy távoli, villamosenergiát termelő erőműből), a másik $4\ \mathrm{kWh}$ pedig a hőszivattyú által lehűtött "hőtartályból", azaz a talajból, vízből, levegőből, ahonnan az elvonta.
A jósági tényező értéke nemcsak a konkrét berendezéstől függ, hanem a hőtartályok "hőpótlásának ütemétől" (milyen gyorsan melegíti vissza a környezet a külső oldalon a lehűtött közeget, azaz levegő, vizet, talajt), valamint a hőtartályok hőmérsékleteitől, illetve azok hőmérsékletkülönbségétől. A COP tipikus értékei 3 és 5 közötti számok, ami azt jelenti, hogy a felvett villamosenergiához még 2-4-szer annyit tesz pluszban hozzá a külső közegtől elvéve.