Vesi-ilmalämpöpumppu – kaikki mitä sinun tarvitsee tietää - E-Konsultit.fi

Vesi-ilmalämpöpumppu – kaikki mitä sinun tarvitsee tietää

Vesi-ilmalämpöpumppu eli virallisemmin ilmavesilämpöpumppu, on talotekniikan laite, jolla siirretään lämpöä ilmasta veteen – ns. ”ilmasta veteen lämpöpumppu”. Energiatehokkuus näkyy energiakustannusten laskuna ja myös rakennuksen energiatodistuksen E-luvun pienentymisenä. Lyhenteinä käytetään kirjainyhdistelmiä VILP (vesi-ilmalämpöpumppu) ja IVLP (ilmavesilämpöpumppu). Todettakoon vielä, että tässä tekstissä nämä kaikki termit ymmärretään synonyymeiksi, vaikka jossain hyvin harvinaisessa tapauksessa vesi-ilmalämpöpumppu voisi viitata lämmön siirtämiseen vedestä ilmaan. Vesi-ilmalämpöpumppu kytketään rakennuksissa johonkin vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään – useimmiten patteriverkostoon tai lattialämmitysjärjestelmään ja lämpimänkäyttöveden tarpeisiin. Teknisesti mahdollista ja ehkä kannattavaakin voi olla laitteen käyttö tuloilman lämmittämiseenkin, jos ilmanvaihtokoneessa on vesikiertoinen jälkilämmityspatteri. Pienemmissä asuinrakennuksissa ilmanvaihdon vesikiertoisia jälkilämmityspattereita ei kuitenkaan liene lähes koskaan olevan. Joskus kuulee myös uima-altaiden lämmityksestä vesi-ilmalämpöpumpun avulla, mikä voikin olla hyvin energiatehokas ratkaisu. Ulkona olevien uima-altaiden lämmitys tapahtunee nimittäin kesällä, jolloin ilma on lämmintä ja lämpöpumput toimivat erityisen hyvällä hyötysuhteella. Tässä artikkelissa käymme läpi vesi-ilmalämpöpumpun toimintaperiaatteen ja selitämme keskeiset termit (SCOP ja COP yms.) ja kerromme mitä tunnuslukuja kannattaa laitteissa seurata. Energiakonsultointi on paikallaan kun mietitään mikä energiatehokkuusratkaisu on kyseisessä kohteessa kannattavin.

Vesi-ilmalämpöpumppu – toimintaperiaate

Vesi-ilmalämpöpumpun toimintaperiaate esitettynä alla olevassa kuvassa. Vesi-ilmalämpöpumppujen ja yleisestikin lämpöpumppujen toiminta perustuu kylmäaineiden ominaisuuteen muuttaa olomuotoaan alhaisissa lämpötiloissa. Esimerkiksi (nyt jo käytöstä poistumassa olevan) kylmäaineen R410A:n kiehumispiste normaalissa ilmanpaineessa on -48,5 °C. Toinen tärkeä tekijä lämpöpumppujen toiminnassa on aineiden olomuodonmuutoksissa sitoutuva tai vapautuva energia. Kun kylmäaine höyrystyy höyrystimen alhaisessa paineessa, se sitoo itseensä ympäristöstä energiaa, jolloin ulkoilma, josta energia otetaan, jäähtyy. Vastaavasti kun kylmäaine muuttuu lauhduttimessa kaasusta nesteeksi, energiaa vapautuu ympäristöön, jolloin ympäristö, vesi-ilmalämpöpumpun tapauksessa lämmitettävä vesi, lämpenee.

Vesi-ilmalämpöpumpun toimintaperiaatetta havainnollistava kuva. Kylmäaine kiertää laitteistossa lauhduttimelta paisuntaventtiilille, paisuntaventtiililtä höyrystimelle ja niin edelleen. Paisuntaventtiili vastaanottaa lauhduttimelta palaavan kylmäaineen, joka on tässä vaiheessa korkeassa paineessa ja nestemäisenä. Paisuntaventtiilin ”kulkuaukko” kylmäaineelle on pienempi kuin kylmäaineputkessa aiemmin, jonka seurauksena kylmäaine kulkee pienemmän aukon läpi kasvaneella virtausnopeudella ja paine pienenee, jolloin myös kylmäaineneste jäähtyy. Höyrystin sijaitsee vesi-ilmalämpöpumpun ulkoyksikössä. Höyrystimessä kylmäaine höyrystyy, kun ulkoilman lämpöenergiaa siirtyy siihen. Vesi-ilmalämpöpumpussa toimintaa tehostetaan puhaltimella, joka vaihtaa kylmäaineeseen lämpöenergiaa siirtävän ja samalla jäähtyvän ilman, uuteen lämpimämpään ilmaan. Kompressorille saapuessaan kylmäaine on kaasua, mutta suhteellisen viileää sellaista. Kompressori kasvattaa painetta, minkä seurauksena kaasumainen kylmäaine kuumenee jatkaen kohti lauhdutinta. Lauhdutin sijaitsee vesi-ilmalämpöpumpun sisäyksikössä eli siis siellä, mistä lämmitettävä vesi kerää lämpöenergiansa. Lauhduttimelle tuleva kylmäaine on korkeassa paineessa ja kuumaa. Vesi-ilmalämpöpumpun lauhduttimessa kuuma kaasumainen kylmäaine luovuttaa lämpöenergiaansa lämmitettävälle vedelle, jäähtyy ja muuttuu takaisin nesteeksi.

Vesi-ilmalämpöpumpun toimintaperiaatetta havainnollistava kuva. Kylmäaine kiertää laitteistossa lauhduttimelta paisuntaventtiilille, paisuntaventtiililtä höyrystimelle ja niin edelleen.

Paisuntaventtiili

Paisuntaventtiili vastaanottaa lauhduttimelta palaavan kylmäaineen, joka on tässä vaiheessa korkeassa paineessa ja nestemäisenä. Paisuntaventtiilin ”kulkuaukko” kylmäaineelle on pienempi kuin kylmäaineputkessa aiemmin, jonka seurauksena kylmäaine kulkee pienemmän aukon läpi kasvaneella virtausnopeudella ja paine pienenee, jolloin myös kylmäaineneste jäähtyy.

Höyrystin

Höyrystin sijaitsee vesi-ilmalämpöpumpun ulkoyksikössä. Höyrystimessä kylmäaine höyrystyy, kun ulkoilman lämpöenergiaa siirtyy siihen. Vesi-ilmalämpöpumpussa toimintaa tehostetaan puhaltimella, joka vaihtaa kylmäaineeseen lämpöenergiaa siirtävän ja samalla jäähtyvän ilman, uuteen lämpimämpään ilmaan.

Kompressori

Kompressorille saapuessaan kylmäaine on kaasua, mutta suhteellisen viileää sellaista. Kompressori kasvattaa painetta, minkä seurauksena kaasumainen kylmäaine kuumenee jatkaen kohti lauhdutinta.

Lauhdutin

Lauhdutin sijaitsee vesi-ilmalämpöpumpun sisäyksikössä eli siis siellä, mistä lämmitettävä vesi kerää lämpöenergiansa. Lauhduttimelle tuleva kylmäaine on korkeassa paineessa ja kuumaa. Vesi-ilmalämpöpumpun lauhduttimessa kuuma kaasumainen kylmäaine luovuttaa lämpöenergiaansa lämmitettävälle vedelle, jäähtyy ja muuttuu takaisin nesteeksi.

Kylmäaine

Kylmäaine on aine, jolla on sopivat ominaisuudet lämpöpumppujen toimintaa ajatellen. Kylmäaineiden olomuodonmuutokset tapahtuvat alhaisissa lämpötiloissa. Osa aikoinaan käytetyistä kylmäaineista on kielletty nykyään niiden myrkyllisyyden tai otsonikatoa lisäävän vaikutuksensa takia. Nyt on alettu kiinnittää huomioita myös niiden ilmastonmuutosta voimistavaan vaikutukseen.

Aineen olomuodonmuutokseen tarvittava energia

Kun aine muuttaa olomuotoaan, sitoutuu tai vapautuu merkittävästi energiaa ilman, että aineen lämpötilan tarvitsee edes muuttua. Voimme ottaa tutun aineen, veden, esimerkiksi.  Kun kilogramma vettä lämmitetään 0 °C asteisesta 100 °C asteiseksi, tarvitsemme n. 420 kJ energiaa. Yhden asteen lämpötilan muutokseen tarvittava energia on siis n. 4,2 kJ. Jos taas haluamme tästä eteenpäin muuttaa 100 °C asteisen veden olomuodoltaan 100 °C asteiseksi höyryksi, tarvitsemme lisää energiaa 2260 kJ edestä. Pelkkä olomuodon muutos sitoo siis yllättävän paljon energiaa, verrattuna aineen lämmittämiseen silloin, kun aineen olomuoto ei muutu.

Vesi ilmalämpöpumpun sähkönkulutus ja oleelliset tunnusluvut

Vesi-ilmalämpöpumpun sähkönkulutus riippuu muun muassa COP (Coefficient of Performance) ja SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) -luvuista. Mitä suuremmat COP ja SCOP luvut ovat, sitä pienempi on vesi-ilmalämpöpumpun sähkölasku. Laitteen hyötysuhteeseen vaikuttavat sekä ulkoilmanlämpötila että se kuinka lämpimäksi lämmitettävä vesi tulee lämmittää. Mitä kuumemmaksi lämmitettävä vesi pitää lämmittää, sitä suurempi sähkölasku. Mitä kylmempi on ulkoilma, sitä suurempi on sähkölasku. Sähkönkulutukseen vaikuttaa tietysti myös lämmitysenergian tarve.

COP-luku

COP-luku kuvaa vesi-ilmalämpöpumpun kykyä siirtää lämpöenergiaa, kun ulkoilman lämpötila on tietyn verran ja lämmitettävä vesi on tietyn lämpöistä. Mitä lämpimämpi on ulkoilma ja mitä alhaisempaan lämpötilaan lämmitettävä vesi tarvitsee nostaa, sitä suurempi COP luku tässä ilmoitetussa tilanteessa on. Jos COP-luvuksi on ilmoitettu esimerkiksi 2, ulkoilman lämpötilassa 1 °C ja lämmitettävän veden lämpötilaan 45 °C, yhdellä kilowattitunnilla sähköä saadaan kaksi kilowattituntia lämpöenergiaa käyttöön näissä nimenomaisissa olosuhteissa. COP luku pätee siis vain aina yhdessä tietyssä ulkoilman ja lämmitettävän veden lämpötilassa.

SCOP-luku

Vesi-ilmalämpöpumpuissa kannattaa kiinnittää huomiota kuitenkin pääasiassa SCOP-lukuun, joka kertoo arvion siitä millä hyötysuhteella vesi-ilmalämpöpumppu toimii käytössä keskimäärin vuoden aikana. On oleellista tarkistaa, että laitteen SCOP on ilmoitettu Suomen ilmastovyöhykkeelle eikä jonkun muun ilmastovyöhykkeen mukaan. Jos vesi-ilmalämpöpumpun SCOP-luvuksi on ilmoitettu luku 3 ja lämmityksen tarpeesi on 9000 kWh/vuosi, voit arvioida, että joudut ostamaan sähköä vain 3000 kWh edestä (9000/3=3000).  Huomaa kuitenkin, että SCOP lukukin on usein vain tietynlainen arvio. Esimerkiksi vesikiertoisissa lattialämmitysjärjestelmissä menovesi on usein lämpötilaltaan matalampaa kuin patteriverkostoissa, jolloin saman vesi-ilmalämpöpumpun SCOP-luvut näille ovat erilaiset. On myös hyvä huomata, että Suomen ilmastovyöhyke ei luonnollisestikaan voi olla paras arvio koko maan laajuisesti. Etelässä vesi-ilmalämpöpumpun todellinen hyötysuhde on parempi kuin pohjoisessa.

Vesi-ilmalämpöpumpun hinta

Vesi-ilmalämpöpumppujen hinnat vaihtelevat laadun, koon, mallin ja valmistajan mukaan. Pienen, esimerkiksi omakotitaloon tarkoitetun järjestelmän voi saada muutamallakin tuhannella eurolla, kun taas suurten asuinkerrostalojen tai toimistorakennusten tarpeisiin tarkoitettavat vesi-ilmalämpöpumput voivat maksaa kymmeniä tuhansia euroja. Vesi-ilmalämpöpumppujärjestelmä tuottaa energiansäästöä useimpiin vaihtoehtoisiin järjestelmiin verrattuna ja se voi olla monissa tapauksissa harkinnan arvoinen energiatehokkuusinvestointi taloudellisesta näkökulmasta. Vesi ilmalämpöpumppu pienentää sähkölaskua suorasähkölämmitteisissä kohteissa huomattavasti ja vähentää kokonaisenergian käyttöä myös esimerkiksi kaukolämpökohteisiin verrattuna.

Mahdollisia ongelmia

Vesi-ilmalämpöpumpun ongelmat syntyvät kovilla pakkasilla. Ulkoilman lämpötilan laskiessa vesi-ilmalämpöpumpun hyötysuhde huononee ja erittäin kovilla pakkasilla hyötysuhde huononee niin paljon, ettei se enää tuota lisäarvoa suoraan sähkölämmitykseen verrattuna. Niissä vesi-ilmalämpöpumpuissa, joissa käytetään lämmönsiirtoon vettä tai vesiglykoliseosta, vaarana voi ainakin teoriassa olla putkiston jäätyminen ja hajoaminen kovimmilla pakkasilla, varsinkin jos laite on pois päältä.