Hur fungerar en värmepump?

En jordvärmepump pumpar värme ur jorden för att värma hus och fastigheter. Processen är väldigt effektiv och gör att du kan minska den mängd elektricitet som går åt till att värma ditt hus med upp till 80 procent. Fantastiskt, men hur fungerar det?

Innan vi går in på teorin ska vi ta och försöka resonera oss fram till hur det kan ligga till. Varje dygn träffas jorden av stora mängder solenergi, en del av den energin studsar tillbaka ut i rymden men den största delen värmer upp vår jord. Det gör att luften, havet och marken blir varm.

En värmepump använder sig av elektricitet för att pumpa värme, till exempel från jorden, in i ens hus. Om du hade använt samma mängd elektricitet för att värma ditt hus direkt, till exempel med hjälp av ett elelement, så hade du inte fått lika mycket värme som om du hade använt en värmepump. Det beror på att det är mycket mer effektivt att pumpa värmen som finns i jorden (som solen har värmt upp) än det är att bara värma direkt.

Samma princip som för jordvärmepumpar gäller naturligtvis för bergvärmepumpar eller luftvärmepumpar. Skillnaden är bara att när utetemperaturen kryper ner tillräkligt lågt så börjar luftvärmepumpen bli väldigt ineffektiv (läs mer om det under rubriken Värmefaktor nedan) medan en berget som bergvärmepumpen pumpar sin värme ifrån fortfarande är ganska varmt.

Men om det är 10 grader utomhus och vi vill ha 20 grader inomhus, hur kan en värmepump klara av att värma då? För att få reda på det måste du läsa vidare om den teoretiska beskrivningen.

Teoretisk beskrivning

Termodynamikens andra huvudsats säger att värme flödar från varmt till kallt. Med hjälp av extra energi kan värmepumpen låta värmen flöda i motsatt riktning.

För att klara av detta krävs ett köldmedium, en gas eller vätska, med lämpliga egenskaper.

Dessa två lagar ger några samband.

• Om en gas volym ökar, minskar trycket om temperaturen är konstant.
• Om trycket ökar samtidigt som volymen är konstant kommer temperaturen också öka.

De ger oss också möjlighet att konstruera vår värmepump.

Låt oss rekapitulera: vi vill flytta värme från en kall plats till en varm.

Om vi använder en kompressor kan vi öka trycker på vårt köldmedium. Ökar vi trycket tillräckligt mycket kan vi få den att byta aggregationsfas från gasform till flytande form. Då frigörs en del av den energi som fanns lagrad i köldmediet.

Efter det pumpar vi vätskan vidare till den kalla sidan där trycket sänks. Då byter köldmediet aggregationsfas igen och går från flytande till gas. Men att byta aggregationsfas kräver energi, energi som processen tar från omgivningen. Vi använder alltså bytet av aggregationsfas för att få köldmediet att absorbera energi från omgivningen. När köldmediet sedan pumpas vidare till den varma sidan kan sedan den energin överföras efter kompressionen.

Värmefaktor (Coefficient of Performance, COP)

För att mäta hur effektiv en värmepump är används uttrycket värmefaktor. Det är ett mått på hur mycket energi du får ut jämfört med hur mycket du stoppar in och den får vi fram med hjälp av följande formel:

Vad kan vi dra för slutsatser av den formeln?

Jo, så länge det är hyfsat varmt på den kalla sidan blir den teoretiska maxeffektiviteten i värmepumpen väldigt stor, men den avtar i takt med att temperaturskillnaden stiger. 

I praktiken är dock effektiviteten något lägre. För temperaturerna 0°C/50°C kan du få en värmefaktor på cirka 3,5. Det innebär att du får ut 3,5 gånger mer energi än du stoppar in. Det ska jämföras med direktverkande el, olje- och pelletseldade värmepannor som alla har en värmefaktor på 1 där du alltså inte kan åtnjuta någon extra energi.