Läsguide
Värmepumpar är på modet nuförtiden, särskilt i Europa, där vissa länder arbetar för att förbjuda installation av fossilbränsleeldade kaminer och pannor till förmån för mer miljövänliga alternativ, inklusive energieffektiva värmepumpar. (Ugnar värmer luft och distribuerar den genom rör i hela huset, medan pannor värmer vatten för att ge varmvatten eller ånguppvärmning.) I år började den amerikanska regeringen erbjuda skattelättnader för att installera värmepumpar, som tenderar att kosta mer i början än traditionella ugnar men är mycket effektivare i längden.
Inom området för nya energifordon har batterikapaciteten varit begränsad, vilket också har lett till att industrin har övergått till värmepumpar. Så kanske det är dags att snabbt lära sig vad värmepumpar betyder och vad de gör.
Vilken är den vanligaste typen av värmepump?
Med tanke på den senaste tidens uppståndelse kanske du blir förvånad över att du redan använder envärmepump– du har förmodligen fler än en i ditt hem och fler än en i din bil. Man kallar dem inte värmepumpar: man använder termerna "kylskåp" eller "luftkonditionering".
Faktum är att dessa maskiner är värmepumpar, vilket innebär att de flyttar värme från en relativt kall plats till en relativt varm plats. Värme flödar spontant från varmt till kallt. Men om du vill ändra det från kallt till varmt måste du "pumpa" det. Den bästa analogin här är vatten, som rinner nerför en backe på egen hand, men behöver pumpas uppför backen.
När du pumpar värmen som finns i någon form av kylförvaring (luft, vatten, etc.) till det varma förrådet, blir kylförrådet kallare och det varma förrådet varmare. Det är faktiskt vad ditt kylskåp eller din luftkonditionering handlar om – det flyttar värme från var den inte behövs till någon annanstans, och du bryr dig inte om du slösar bort lite extra värme.
Hur man bygger en praktisk kylmaskin med en värmepump?
Den viktigaste insikten som produceradevärmepumpar kom i början av 1800-talet, när ett antal uppfinnare, inklusive Jacob Perkins, insåg att de kunde kyla något på detta sätt utan att slösa bort de flyktiga vätskor som avdunstades för att uppnå kylningen. Istället för att släppa ut dessa ångor i atmosfären, menade de, vore det bättre att samla upp dem, kondensera dem till en vätska och återanvända den vätskan som kylmedel.
Det är vad kylskåp och luftkonditioneringsapparater är till för. De avdunstar flytande köldmedier och använder den kalla ångan för att absorbera värme från insidan av ett kylskåp eller en bil. Sedan komprimerar de gasen, som kondenserar tillbaka till flytande form. Denna vätska är nu varmare än när den började, så en del av värmen den håller kan lätt (möjligen med hjälp av en fläkt) flöda ut i omgivningen – oavsett om det är utomhus eller någon annanstans i köket.
Med det sagt: du är väl bekant med värmepumpar; det är bara det att du fortsätter att referera till dem som luftkonditioneringsapparater och kylskåp.
Nu ska vi göra ett annat tankeexperiment. Om du har luftkonditionering i fönster kan du till och med göra det som ett riktigt experiment. Installera bakvänt. Det vill säga, installera reglagen utanför fönstret. Gör detta i svalt, torrt väder. Vad kommer att hända?
Som man kan förvänta sig blåser den in kall luft i din trädgård och släpper ut värme i ditt hem. Så den transporterar fortfarande värme, vilket gör ditt hem mer bekvämt genom att värma det. Visst, den kyler luften utanför, men den effekten blir minimal när du är borta från Windows.
Nu har du en värmepump för att värma upp ditt hem. Det kanske inte är den bästavärmepump, men det kommer att fungera. Dessutom, när sommaren kommer, kan du också vända den upp och ner och använda den som en luftkonditionering.
Gör såklart inte det. Om du försöker kommer det utan tvekan att misslyckas första gången det regnar och vatten kommer in i regulatorn. Istället kan du köpa dig en kommersiell "luftvärmepump" som använder samma princip för att värma ditt hem.
Problemet är förstås att vodka är dyrt, och du kommer snabbt att få slut på den för att kyla vinet. Även om du ersätter vodka med en billigare tvättsprit kommer du snart att klaga på kostnaden.
Vissa av dessa apparater har så kallade backventiler, vilket gör att samma apparat kan utföra en dubbel roll: de kan pumpa värme utifrån och in eller inifrån och ut, vilket ger både värme och luftkonditionering, som beskrivs nedan.
Varför är värmepumpar effektivare än elektriska värmare?
Värmepumpar är effektivare än elektriska värmare eftersom de inte behöver elektricitet för att generera värme. Den elektricitet som används av envärmepumpgenererar visserligen en del värme, men ännu viktigare är att den pumpar värme utifrån in i ditt hem. Förhållandet mellan den värme som frigörs i hemmet och den energi som skickas till den elektriska kompressorn kallas värmefaktorn, eller COP.
En enkel elektrisk rumsvärmare som tillhandahåller all värme som genereras av det elektriska värmeelementet har en COP på 1. Å andra sidan kan COP för en värmepump vara en storleksordning högre.
En värmepump har dock inget fast värde. Det är omvänt proportionellt mot temperaturskillnaden mellan de två reservoarerna där värme pumpas. Med det sagt, om du pumpar värme från en inte för kall reservoar till en inte för varm byggnad, kommer COP-värdet att vara högt, vilket innebär att din värmepump är mycket effektiv på att använda el. Men om du försöker pumpa värme från en extremt kall reservoar till en redan varm byggnad, minskar COP-värdet, vilket innebär att effektiviteten blir lidande.
Resultatet är vad du intuitivt förväntar dig: det är bäst att använda det varmaste du kan hitta som utomhusvärmebehållare.
Luftvärmepumpar, som använder uteluften som värmemagasin, är det sämsta alternativet i detta avseende eftersom uteluften är mycket kall under vinteruppvärmningssäsongen. Ännu bättre är bergvärmepumpar (även kända som geotermiska värmepumpar), eftersom marken på medeldjup fortfarande är ganska varm även på vintern.
Vilken är den bästa värmekällan för värmepumpar?
Problemet med markkällanvärmepumparär att du behöver ett sätt att komma åt denna nedgrävda värmereservoar. Om du har tillräckligt med utrymme runt ditt hus kan du gräva diken och gräva ner en massa rör på ett rimligt djup, till exempel några meter djupt. Du kan sedan cirkulera en vätska (vanligtvis en blandning av vatten och frostskyddsmedel) genom dessa rör för att absorbera värme från marken. Alternativt kan du borra djupa hål i marken och installera rör vertikalt i dessa hål. Allt detta kommer dock att bli dyrt.
En annan strategi som är tillgänglig för ett fåtal lyckligt lottade är att utvinna värme från ett närliggande vattendrag genom att doppa ett rör i vattnet på ett visst djup. Dessa kallas vattenvärmepumpar. Vissa värmepumpar använder den mer ovanliga strategin att utvinna värme från luften som lämnar byggnaden eller från solvärme.
I mycket kalla klimat är det klokt att installera en bergvärmepump om möjligt. Det är förmodligen därför de flesta värmepumpar i Sverige (som har ett av de högsta antalet värmepumpar per capita) är av denna typ. Men även Sverige har en stor andel luftvärmepumpar, vilket motsäger det vanliga påståendet (åtminstone i USA) att värmepumpar endast är lämpliga för uppvärmning av bostäder i milda klimat.
Så var du än befinner dig, om du har råd med de högre initiala kostnaderna, nästa gång du står inför ett beslut om hur du ska värma ditt hem, överväg att använda en värmepump istället för en traditionell kamin eller panna.
Publiceringstid: 19 oktober 2023