Sama kylmätekninen kiertoprosessi voi jäähdyttää kylmävarastoa, lämmittää taloa tai tehdä molempia. Ratkaisevaa on, mistä lämpö otetaan ja mihin se luovutetaan.
Sama kylmätekninen kiertoprosessi voi jäähdyttää kylmävarastoa, lämmittää taloa tai tehdä molempia. Ratkaisevaa on, mistä lämpö otetaan ja mihin se luovutetaan.
Lämpöpumppu ei synnytä lämpöä tyhjästä. Se siirtää lämpöenergiaa matalammasta lämpötilasta korkeampaan lämpötilaan kylmäaineen avulla.
Kylmäaine höyrystyy matalassa paineessa ja sitoo lämpöä ympäristöstään. Kompressori nostaa kylmäaineen painetta ja lämpötilaa. Korkeammassa paineessa kylmäaine voi lauhtua ja luovuttaa kuljettamansa lämmön esimerkiksi rakennuksen lämmitykseen.
Kylmäaine on kylmä- ja lämpöpumppuprosessin varsinainen lämmön kuljetusväline.
Kylmäaine on aine, joka kiertää suljetussa kylmä- tai lämpöpumppulaitoksessa ja kuljettaa lämpöenergiaa paikasta toiseen. Kylmäaineita ovat esimerkiksi hiilidioksidi (R744), propaani (R290) ja erilaiset fluoratut kylmäaineet. Eri aineilla on erilaiset paine-, lämpötila- ja muut ominaisuudet.
Kylmäprosessissa kylmäaineen olomuotoa vaihdetaan nesteen ja höyryn välillä. Höyrystyessään kylmäaine sitoo lämpöenergiaa ja lauhtuessaan luovuttaa sitä. Tähän faasimuutokseen koko kylmäprosessi perustuu.
Lisää aiheesta: faasimuutoksia ja niihin liittyvää energiaa käsitellään tarkemmin omassa Faasimuutokset-osiossa.
Kylmäaine toimii lämmön kuljetusvälineenä.
Matala paine antaa kylmäaineelle matalan kiehumislämpötilan. Kylmäaine kiehuu ja sitoo lämpöä maasta, ulkoilmasta tai jäähdytettävästä tilasta.
Höyry puristetaan korkeampaan paineeseen. Samalla sen lämpötila nousee. Kompressori käyttää tähän sähköenergiaa.
Korkeapaineinen kylmäaine lauhtuu korkeammassa lämpötilassa ja luovuttaa lämpöenergian rakennukseen, veteen tai ulkoilmaan.
Paisuntalaite, esimerkiksi paisuntaventtiili tai kapillaariputki, pudottaa kylmäaineen paineen. Paineen alentuessa osa nesteestä höyrystyy välittömästi ja kylmäaine jäähtyy ennen höyrystintä.
Maapiirissä kiertävä neste kerää lämpöä maasta. Lämpöpumpun kylmäaine ottaa tämän lämmön vastaan höyrystimessä ja kompressori nostaa lämpötilatason rakennuksen lämmitykseen sopivaksi.
Maa on lämmönlähde – rakennus on lämmönluovutuskohde.
Kylmävarastossa höyrystin ottaa lämpöä varaston sisältä. Lauhdutin tai kaasunjäähdytin luovuttaa tämän lämmön ulos.
Termodynamiikan kannalta järjestelmä on silti lämpöpumppu: se pumppaa lämpöä kylmemmästä tilasta lämpimämpään ympäristöön.
Myös pakkasilmassa on lämpöenergiaa. Kylmäaine höyrystyy ulkoyksikössä riittävän matalassa lämpötilassa, jotta lämpö voi siirtyä ulkoilmasta kylmäaineeseen.
Kompressorin jälkeen korkeampi paine mahdollistaa lämmön luovuttamisen sisäyksikössä huonetta lämpimämmässä lämpötilassa.
Jääkaappi käyttää samaa kylmäteknistä kiertoprosessia kuin suuret lämpöpumput. Kaapin sisällä oleva höyrystin toimii matalassa paineessa: kylmäaine kiehuu ja sitoo lämpöä kaapin ilmasta ja elintarvikkeista.
Kylmäaine on järjestelmässä kiertävä aine, jonka tehtävä on kuljettaa lämpöä. Se ottaa lämpöä vastaan höyrystyessään ja luovuttaa sitä lauhtuessaan. Kotijääkaapeissa kylmäaineet ovat muuttuneet vuosikymmenten aikana: aiemmin käytettiin esimerkiksi R12:ta, sen jälkeen paljon R134a:ta ja nykyisin monissa kotitalousjääkaapeissa käytetään R600a:ta eli isobutaania.
Kuvan musta kompressori nostaa kylmäaineen paineen ja lämpötilan. Sen jälkeen kaapin takana tai kyljissä oleva punaisena kuvattu lauhdutin luovuttaa lämmön huoneeseen.
Siksi jääkaapin takaosa tai kylki tuntuu lämpimältä. Huoneeseen luovutetaan jääkaapin sisältä siirretty lämpö + kompressorin käyttämä sähköenergia.
Kylmäaineen faasimuutoksen lämpötila riippuu paineesta. Kun höyrystimen painetta lasketaan, kylmäaine kiehuu matalammassa lämpötilassa. Kun kompressori nostaa painetta, kylmäaine voi lauhtua korkeammassa lämpötilassa.
Lauhduttimelta saadaan enemmän lämpöä kuin höyrystin otti ympäristöstä, koska mukaan tulee myös kompressorin käyttämä sähköenergia.
Siksi esimerkiksi jääkaapin takaosa tai kylki tuntuu lämpimältä: siinä luovutetaan huoneeseen jääkaapin sisältä siirretty lämpö + kompressorin käyttämä energia.
Lauhduttimen luovuttama lämpö koostuu höyrystimestä siirretystä lämpöenergiasta ja kompressorin tekemästä työstä.