Egy gázkazán működésének megértésénél könnyű dolgunk van, hiszen a saját tapasztalataink alapján el tudjuk képzelni, hogy a gáz elégetésével hőt termelünk, és ezzel felmelegítjük a fűtési rendszer vizét. Hőszivattyú esetén nem ilyen egyszerű a helyzet.

Mint a hűtő, csak fordítva

A hőszivattyú működését talán úgy érthetjük meg a legegyszerűbben, ha a háztartási hűtőgéptől indulunk el, ugyanis nagy vonalakban a hőszivattyú ugyanolyan alkatrészekből áll, és ugyanolyan folyamatokat valósít meg, mint a hűtő. Háztartási hűtőgépet azért vásárolunk, hogy abban hidegen tarthassuk az élelmiszereket, azaz kicsit professzionálisabban fogalmazva hőt vonjunk el a hűtött térből.

A legtöbben leragadunk ennél a hatásnál, van azonban egy másik folyamat is, amely nélkül a hűtőberendezés nem lenne működőképes. A hűtött térből elvont hőt valahol le kell adni a környezetnek, ez pedig a hűtő hátulján található fekete rácsos csőkígyón keresztül valósul meg. Ha megérintjük ezt a rácsot, érezhetjük, hogy jóval melegebb a környezeténél, azaz valóban hőt ad le. (Ha már itt tartunk, muszáj megemlítenem: rendkívül fontos, hogy hagyjunk megfelelő teret a hőleadáshoz: ha túlságosan a falhoz toljuk a hűtőt, esetleg beépítés esetén nem hagyunk helyet a levegő mozgásának, akkor a nem lesz megfelelő mértékű a hátsó rács természetes hűtése-hűlése, ami végső soron a hűtőberendezés hatékonyságának romlását okozza. Ez pedig olyan hiba, amiért a fogyasztás növekedése révén a pénztárcánkkal fizetünk.)

Összefoglalva: a hűtőberendezés hőt von el a hűtött térből, és ezt leadja a környező levegőnek. A rendszer persze kicsit bonyolultabb, de nekünk tökéletesen elég ilyen mélyen ismerni a működését. Innentől viszont gyakorlatilag ismerjük a hőszivattyú működését is: képzeljük azt, hogy számunkra nem a hőelvonás a hasznos, hanem a leadott hő, azaz visszatérve a hűtős példához, nem a belsejében lévő hideget szeretnénk hasznosítani, hanem a hátulján leadott hőt.

Ezzel pedig el is jutottunk a működési elvhez: a hőszivattyú alacsony hőmérsékletű hőforrásból hőt von el (lehűti), majd pedig magasabb hőmérsékleten leadja azt. A hőleadás történhet levegő illetve víz felé, azaz beszélhetünk légfűtésről illetve használhatjuk a hőszivattyút a gázkazánhoz hasonlóan vízmelegítésre.

Különböző hőforrások, eltérő megoldások

Rendkívüli mértékben befolyásolja a hőszivattyú hatékonyságát, hogy milyen alacsony hőmérsékletű hőforrást választunk a hőelvonáshoz. Annál hatékonyabban működik a hőszivattyú, minél magasabb a hőforrás hőmérséklete, vagy máshogy megfogalmazva: minél kisebb a hőelvonási és hőleadási hőmérséklet közötti különbség. A logika is ezt diktálja: egyszerűbb átugrani egy kisebb szakadékot, mint egy nagyobbat. További fontos jellemzője a hőforrásnak a halmazállapota, ugyanis a folyadékok hőátadási viszonyai jobbak a gázokénál, ezért ugyanolyan hőmérsékletű folyadék és gáz hőforrás esetén általában a folyadékot szeretjük jobban.

A legelérhetőbb hőforrás, amit a környezetünkben fellelhetünk, a levegő. A legelőnyösebb tulajdonsága, hogy mindig és gyakorlatilag korlátlan mennyiségben rendelkezésünkre áll, továbbá nem kell a kiaknázásához semmilyen speciális eszköz. Tulajdonképpen a klímák kültéri egységéhez nagyon hasonlító egységet kell a házon kívül elhelyezni, és ebben ki is merül a levegő hőforrásként való használatának költsége. Hátránya is van ennek az egyszerűségnek: a levegő hőmérséklete nagymértékben függ az évszaktól és az aktuális meteorológiai viszonyoktól, és pont akkor a leghidegebb, amikor a legnagyobb szükség lenne az épületek fűtésére. További problémát jelent, hogy nagyon alacsony levegőhőmérséklet esetén a fagyasztókhoz hasonlóan gondoskodni kell a leolvasztásról is.

Használhatunk felszíni vizeket is hőforrásként, de talán ez a legelérhetetlenebb az összes közül, ugyanis nagyon ritkán oldható meg, hogy a hőcserélő a vízmederbe legyen telepítve: általában vízkivételi műről és víztisztításról is gondoskodni kell, illetve vigyázni arra, hogy a visszajuttatott víz ne legyen szennyezett, és ne hűtsük le túlságosan. Egyes esetekben vízjogi problémák is felmerülhetnek, ami jelentősen növelheti a vízkivétel költségét. Ezzel szemben előnye a felszíni vizeknek, hogy a fűtési szezonban a hőmérsékletük általában magasabb, valamint nem is ingadozik annyira, mint a levegőé.

A talajvíz hőmérséklete Közép-Európában egész évben nyolc és tizenkét fok között alakul, sőt a legkisebb érték kora tavasszal tapasztalható, azaz nem esik egybe a fűtési csúcsigénnyel, így kiváló hőforrás lehet. A kitermelés költsége függ a mélységtől, és felhasználás után gondoskodni kell a megfelelő elvezetéséről is. A talajvízhez hasonló előnyökkel és hátrányokkal rendelkezik a termálvíz is, a magasabb hőmérséklete révén még jobb hőforrásnak bizonyulhat, a hasznosításánál azonban problémát jelent a magas oldott sótartalom.

Lakóházak környékén ígéretes megoldás a talaj hőjének hasznosítása. Kétféleképp is történhet: kollektoros megoldással a talaj felső rétegének hőjét aknázzuk ki. Ez nem geotermikus energia, ilyen mélységben még a napsugárzás melegíti a földet. A légköri hőmérséklet változását a talaj is követi, de mélységtől és talajminőségtől függően időben késleltetve és csökkenő amplitúdóval. Már kétméteres mélységben is öt és tizenhat fok között változik a talajhőmérséklet az év során, de a hőforrásként való használhatóságát a talaj tulajdonságai is megszabják: kedvező, ha nedves és nagy hővezető-képességű. A megoldás hátránya, hogy a ház közelében megfelelő nagyságú és minőségű megműveletlen, illetve beépítetlen területnek kell rendelkezésre állni. A talajmunkálatok még kis mélység esetén is meglehetősen költségesek lehetnek.

Talajszondás megoldás esetén már valóban a Föld magja, azaz geotermikus energia szolgáltatja a hőt. Hatvan–száz méter mélyen a hőmérséklet közel állandó egész évben, így folyamatosan jó hatásfokkal működhet a hőszivattyú. További előnye a talajszondának, hogy (vízszintesen) kisebb helyigényű, mint a talajkollektoros rendszer, hátránya viszont szintén a költséges talajmunka.

Hőszivattyú vs. gázkazán

Akkor most a gázkazán vagy a hőszivattyú jobb? Nem lehet egyértelmű választ adni. A választást befolyásolják az épület (és környezetének) jellemzői. Az biztos, hogy a földgáz olcsóbb, mint a villamos energia, az elmúlt évek tendenciái azonban azt mutatják, hogy a különbség egyre csökken. Tovább árnyalja a képet, hogy a hőszivattyú hatékonysága többszöröse a gázkazánoknak, így ugyanakkora fűtési teljesítményt hőszivattyúval akár olcsóbban is lehet szolgáltatni, mint gázkazánnal.

Ha felújítás során meg szeretnénk hagyni a hagyományos radiátorainkat, a legtöbb esetben elfelejthetjük a hőszivattyú telepítését, mert a radiátorok magas előremenő (hőleadási) vízhőmérsékletet követelnek meg, azaz ilyen körülmények között a hőszivattyú rossz hatásfokkal működik (hiszen nagy a hőelvonási és hőleadási hőmérséklet különbsége), telepítése nem ajánlott.

Mikor lehet kifizetődő a hőszivattyú? Padlófűtés esetén a fűtési előremenő vízhőmérséklet 35 °C körül alakul, ami ideális a hőszivattyú számára, amelynek előnye még hűtési képessége is, tehát megspórolhatjuk a klímarendszer kiépítését. Sőt a hőszivattyú a gázkazánhoz hasonlóan még a melegvíz-előállításról is képes gondoskodni.

Van azonban még egy szempont, amit figyelembe kell vennünk: az új építésű ingatlanok többsége magas energiaosztályba sorolható, így az éves fűtési igénye viszonylag alacsony. Minél kisebb ez a szám, annál kisebb a jelentősége, milyen áron termeljük meg ezt a hőt. Egy alacsony energiaigényű háznál ésszerű megoldás lehet egy alacsonyabb beruházási költségű, de drágábban üzemelő gépet telepíteni. A hőszivattyús rendszerek (főleg a jó minőségűek) drágábbak a gázkazánoknál, és akkor még nem is beszéltünk az esetleges talajmunkák komoly beruházási költségéről.

Továbbra sincs tehát általános recept arra nézve, hogy hőszivattyúval vagy gázkazánnal fedezzük a házunk fűtési energiaszükségletét, mindenképpen vannak azonban olyan esetek, amikor a hőszivattyú kerül ki győztesen a párbajból.