Miten lämpöpumppu toimii pattereiden kanssa?

Korkea hyötysuhde, tasainen toiminta luontaisesti Ympäristöystävällisten ominaisuuksiensa, pienemmän energiankulutuksen ja houkuttelevien valtionavustusten ansiosta lämpöpumppu on erinomainen lämmitys- (ja jäähdytys-, jos kyseessä on palautuva lämpöpumppu) ratkaisu.

Toinen merkittävä etu on se, että lämpöpumppu on yhteensopiva useiden kotitalouksien jakelujärjestelmien, erityisesti pattereiden, kanssa, olivatpa ne sitten vanhoja (korkealämpöisiä) tai uusia (matalalämpöisiä), vaikka tehokkuudessa on huomattavia eroja kummankin kokoonpanon välillä.

Tässä artikkelissa tarkastelemme yhdistettyä lämpöpumppu + patteriratkaisua: miten se toimii, pattereiden valintakriteerit, mitoitus ja vaihtoehdot.

Lämpöpumppu pattereilla: miten se toimii?

Lämpöpumppu + patteri -yhdistelmä on lämmitysjärjestelmä, joka käyttää termodynamiikan periaatetta lämmön siirtämiseksi väliaineesta toiseen. Patterit ovat tässä järjestelmässä keskeisessä asemassa, sillä ne jakavat lämpöpumpun tuottaman lämmön rakennuksen eri huoneisiin.

Ennen kuin tarkastelemme pattereita, tarkastellaan hetki, miten lämpöpumppu toimii yleisesti. Lämpöpumppu imee lämpöä ulkoisesta ympäristöstä (ilmasta, vedestä tai maasta, riippuen lämpöpumpun tyypistä) ja siirtää sen sisäiseen ympäristöön, yleensä rakennukseen tai kotiin. Lämpöpumpun termodynaaminen kierto jakautuu neljään päävaiheeseen:

1. Haihtuminen Matalalämpöinen ja -paineinen kylmäaine kiertää höyrystimessä ja imee lämpöä ulkoisesta ympäristöstä. Tämä energian imeytyminen saa nesteen haihtumaan, jolloin se muuttuu nesteestä kaasuksi;
2. Puristus Tämän jälkeen kylmäainekaasu ohjataan kompressoriin, jossa se puristuksen vaikutuksesta kuumenee edelleen;
3. Kondensaatio Lämmitetty korkeapaineinen kaasu kulkee sitten lauhduttimen läpi, jossa se siirtää lämpönsä lämmityspiirin veteen. Tämä lämmönsiirto saa kaasun tiivistymään ja palaamaan nestemäiseen tilaansa;
4. Rentoutuminen Lopuksi neste kulkee paisuntaventtiilin läpi, joka alentaa sen painetta ja lämpötilaa ja valmistelee sitä seuraavaa haihdutussykliä varten.

Tuotettu lämpö voidaan jakaa sisätiloihin useiden eri kanavien kautta: lattialämmitys, puhallinkonvektorit, kanavajärjestelmät, seinälämmitys, säteilevät katot ja patterit. Viimeksi mainittu kokoonpano kiinnostaa meitä. 

Kun kylmäainekaasu tiivistyy ja luovuttaa lämpönsä lauhduttimessa, se lämmittää vesipiirin. Tämä kuuma vesi kiertää sitten pattereissa. Koska veden lämpötila on korkeampi kuin ympäröivän ilman, se siirtää lämpöään ilmaan, joka lämpenee ja leviää sitten huoneeseen. Entä säätö?

Tässä lämmitysjärjestelmässä jokainen patteri on varustettu termostaattiventtiilillä, jonka avulla kunkin huoneen lämpötila voidaan säätää yksilöllisesti säätämällä patterin läpi kiertävän kuuman veden määrää käyttäjän ohjeiden mukaisesti. Päätermostaatti, joka sijaitsee yleensä talon päähuoneessa, lähettää signaalin lämpöpumpulle, kun huonelämpötila laskee alle asetetun lämpötilan. Lämpöpumppu kytkeytyy tällöin päälle ja tuottaa lämpöä, joka jaetaan pattereiden kautta.

Sitä vastoin, kun huoneen lämpötila saavuttaa tai ylittää asetetun lämpötilan, termostaatti lähettää signaalin lämpöpumpun sammuttamiseksi. Tällöin pattereissa oleva vesi jäähtyy vähitellen, ja huoneen lämpötila laskee. Tämä automaattinen lämpötilan säätö takaa jatkuvan lämpöviihtyvyyden ja optimoi samalla energiankulutuksen.

Minkä tyyppistä patteria minun pitäisi käyttää lämpöpumpun kanssa?

Kaikki patterit eivät ole yhteensopivia lämpöpumpun kanssa. Kyse on käyttölämpötilasta. Lämpöpumput ovat tehokkaampia, kun ne toimivat alhaisissa lämpötiloissa, yleensä alle 55 °C:ssa, kahdesta syystä: 

• Termodynaaminen syklijonka mukaan lämmön siirtäminen kylmältä alueelta lämpimämmälle alueelle vaatii enemmän energiaa. Mitä suurempi lämpötilaero on lämmönlähteen (esim. ulkoilman) ja paikan, johon lämpö halutaan luovuttaa (esim. veden lämmittäminen), välillä, sitä enemmän energiaa tarvitaan siirtoon. Jos lämpöpumpun on tuotettava vettä hyvin korkeassa lämpötilassa, lämpötilaero on suurempi, jolloin tarvitaan enemmän energiaa ja lämpöpumpun COP-arvo pienenee;
• Kylmäaineen puristus Mitä korkeammassa lämpötilassa vesi on lämmitettävä, sitä enemmän kylmäainetta on puristettava, mikä lisää energiankulutusta.

Lyhyesti sanottuna lämmitysjärjestelmän tehokkuuden maksimoimiseksi kannattaa käyttää mieluummin matalalämpöisiä pattereita. Tutustutaan kuitenkin kahteen vaihtoehtoon: matalan ja korkean lämpötilan pattereihin.

Alhaisen lämpötilan patterit

Matalalämpötilapatterit soveltuvat lämmitysjärjestelmiin, jotka tuottavat matalalämpöistä vettä, kuten lämpöpumput. Ne ovat yleensä suurempia kuin tavalliset patterit, koska niiden on kompensoitava matalaa veden lämpötilaa suuremmalla lämmityspinnalla.

Niiden rakenne on myös erilainen, sillä ne on valmistettu hyvin lämpöä johtavista materiaaleista (erityisesti alumiinista), mikä parantaa lämmön leviämistä. Ne on yleensä muotoiltu siten, että ne edistävät luonnollista ilmankiertoa.

Matalalämpöpatterit ovat ylivoimaisesti energiatehokkain vaihtoehto lämpöpumppu + patterilämmitysjärjestelmässä.

Korkean lämpötilan lämpöpatterit

Vanhoissa kodeissa oli usein kaasu- tai öljykattiloilla toimivat korkean lämpötilan lämmitysjärjestelmät, joissa oli korkean lämpötilan patterit. Näissä kodeissa siirtyminen lämpöpumppuun osana peruskorjaushanketta voi aiheuttaa ongelmia, koska patterit soveltuvat huonommin lämpöpumpun käyttöön.

Toinen toistuva ongelma Vanhojen talojen eristys on nykypäivän standardien mukaan usein huono. Tämän seurauksena lämpöpumpun tuottama lämpö häviää nopeasti, ja laitteiston on työskenneltävä enemmän saavuttaakseen halutun lämpötilan, mikä lisää energiankulutusta ja heikentää järjestelmän tehokkuutta.

Jos suunnittelet lämpöpumpun asentamista vanhaan taloon, sinun on valittava yksi tai useampi seuraavista vaihtoehdoista: 

• Kodin lämmöneristyksen parantaminen vähentää miellyttävän sisälämpötilan ylläpitämiseen tarvittavaa lämpömäärää ja varmistaa minkä tahansa lämmitysjärjestelmän tehokkuuden;
• Korkean lämpötilan pattereiden pitäminen jos ne ovat hyväkuntoisia ja riittävän suuria. Tarvitaan kuitenkin yksityiskohtainen tutkimus sen määrittämiseksi, onko tämä vaihtoehto taloudellisesti kannattava; 
• Korkean lämpötilan pattereiden vaihtaminen matalalämpöpattereilla tai lattialämmitysjärjestelmällä. Nämä järjestelmät sopivat paremmin yhteen lämpöpumppujen kanssa, ja niiden avulla voit maksimoida lämmitysjärjestelmän tehokkuuden;
• Korkean lämpötilan lämpöpumpun asentaminen pystyy tuottamaan vettä riittävän korkeassa lämpötilassa vanhojen korkealämpöisten pattereiden syöttämiseen. Huonona puolena on, että nämä mallit ovat kalliimpia ja tehottomampia kuin matalalämpötilamallit.

Jos aiot säilyttää korkealämpöiset patterit, sinun on eristystyön lisäksi puhdistettava nykyinen lämmitysjärjestelmä eli puhdistettava se hiukkasten, ruosteen, kalkin jne. poistamiseksi. Voit joutua lisäämään pattereita lämmityspinnan lisäämiseksi ja lämmönjakelun parantamiseksi. Saatat joutua lisäämään pattereita lämmityspinnan lisäämiseksi ja lämmönjakelun parantamiseksi. 

Pattereiden mitoitus lämpöpumppu + patterijärjestelmässä

Järjestelmän tehokkuus riippuu suurelta osin pattereiden mitoituksesta. Valmistajilla on usein hyvin yksityiskohtaiset mitoitustaulukot, ja ne tarjoavat mittatilaustyönä tehtyjä malleja, jotka sopivat kaikkiin kokoonpanoihin. Ennen myyntiä asentajan on toimitettava sinulle täydellinen mitoitusluettelo ja -kaavio osana suunnittelutiedostoa.

Lämpöpumppu + patterijärjestelmän pattereiden mitoitus riippuu kahdesta päätekijästä. Ensimmäinen on tarvittava lämpötehoTämä riippuu lämmitettävän tilan koosta ja kodin lämmitystarpeesta (ks. esimerkki alla).

Sitten on vielä lämpöpumpun lämpötilajärjestelmä. Mitä alhaisempi lämpötila-asetus (esim. 50/40), sitä suurempi on patterin pinta-ala ja sitä suurempi on patterin koko, kuten edellä on selitetty. Lämpöpumpun lämpötila on usein 50/40 tai 45/35, mikä on alhaisempi kuin fossiilisten polttoaineiden kattilan (kaasu tai öljy) lämpötila, joka on yleensä 80/60. Vanhemmissa pattereissa, jotka soveltuvat korkeammille lämpötiloille, on usein liian pieni pinta-ala lämpöpumppua varten. 

Jos näin on, sinulla on kaksi vaihtoehtoa: parannat kotisi eristystä, jolloin lämmöntarve ja siten myös energiantarve pienenee, tai vaihdat korkean lämpötilan patterit matalan lämpötilan pattereihin, mikä on edelleen yleisin vaihtoehto. Tässä tapauksessa sinun on maksettava 150 euroa vanhan patterin poistamisesta ja 950-2 000 euroa uuden patterin ostamisesta ja asentamisesta.

Konkreettinen esimerkki patterin mitoituksesta

Otetaan esimerkiksi 100 m²:n talo lauhkeassa ilmastossa. Tarvittava lämmöntuotto arvioidaan yleensä watteina neliömetriä kohti (W/m²). Talon kunnolliseen lämmittämiseen talvella tarvitaan keskimäärin 70-100 W/m², riippuen eristyksestä ja altistuksesta. Esimerkissämme käytetään mediaaniarvoa 85 W/m².

Näin ollen 100 m²:n talossa tarvittava lämpöteho olisi : 100 m² * 85 W/m² = 8500 W eli 8,5 kW. Tarvitaan siis laitos, joka pystyy tuottamaan 8,5 kilowatin lämpötehon, jotta talo voidaan lämmittää kunnolla.

Tämä on yksinkertaistettu arvio, koska todellinen lämmöntuotto riippuu talon eristyksestä, ikkunoiden määrästä ja tyypistä, talon suuntauksesta, paikallisesta ilmastosta jne. Vain pätevä ammattilainen pystyy arvioimaan tarkasti kotisi lämpövaatimukset.

Jos tähän lisätään lämpöpumpun lämpötilajärjestelmä, pattereiden on oltava riittävän suuria, jotta ne pystyvät jakamaan tämän lämpömäärän alhaisemmassa lämpötilassa. Esimerkiksi lämpötilan ollessa 50/40 pattereiden kokonaispinta-ala voi olla 10-20 m², jotta ne voivat jakaa 8,5 kW lämpöä, riippuen patterin mallista ja tyypistä.

Lattialämmitys, houkutteleva vaihtoehto pattereille

Toisin kuin patterit, jotka säteilevät lämpöä yhteen pisteeseen, lattialämmitysjärjestelmät säteilevät lämpöä tasaisesti koko huoneeseen huoneen lattiaan rakennettujen kuumavesikiertojen ansiosta. 

Käytännössä lämpöpumppu lämmittää veden ja lähettää sen näihin maaperässä oleviin piireihin. Kuuma vesi kiertää sitten putkien läpi, jolloin lämpö jakautuu tasaisesti ja miellyttävämmin koko huoneeseen. Lattialämmitysjärjestelmissä veden lämpötila on yleensä alhaisempi kuin pattereissa, usein noin 30-40 °C, mikä on ihanteellinen lämpöpumpun tehokkuuden kannalta.

Lattialämmityksen edut ja haitat pattereiden vaihtoehtona on esitetty yhteenvetona seuraavassa taulukossa.

Edut	Haitat
Suurempi mukavuusLämpö jakautuu tasaisesti koko huoneeseen, jolloin vältytään liian lämpimiltä tai liian kylmiltä alueilta.	ReaktioaikaLattialämmityksen lämpötilan nostaminen ja laskeminen kestää kauemmin, mikä voi tehdä sen säätämisestä hankalampaa.
EstetiikkaKun näkyviä pattereita ei ole, sinulla on enemmän vapautta sisustussuunnittelussa.	Korkeat asennuskustannukset Lattialämmityksen asentaminen on kalliimpaa kuin patterijärjestelmän asentaminen, varsinkin jos kyseessä on remontti.
Energiatehokkuus Matalan lämpötilansa (noin 30-40 °C) ansiosta lattialämmitysjärjestelmät mahdollistavat lämpöpumpun tehokkaamman toiminnan.	Suuret kunnostustyötLattialämmityksen asentaminen peruskorjattavaan taloon voi vaatia paljon työtä: nykyisen lattian purkaminen, uuden betonilaatan valaminen jne.
Parempi ilmanlaatu Toisin kuin patterit, lattialämmitysjärjestelmät eivät kierrä pölyä, mikä voi parantaa sisäilman laatua.	Yhteensopimattomuus tiettyjen lattiapäällysteiden kanssaKaikki lattianpäällysteet eivät ole yhteensopivia lattialämmityksen kanssa. Esimerkiksi massiiviparketti voi vääntyä lämmön vaikutuksesta.

Lämpöpumput pattereiden kanssa: lopuksi

Lämpöpumpun asentaminen lämpöpattereiden kanssa edellyttää järjestelmän tehokkuuden ja optimaalisen toiminnan tarkkaa harkintaa. Riippumatta siitä, valitsetko matalalämpöiset patterit, korkealämpöiset patterit (vanhemmissa taloissa) tai jopa lattialämmityksen, näiden vaihtoehtojen yhteensopivuus lämpöpumpun kanssa ja kotisi vaatimukset on analysoitava huolellisesti. 

Sinun on otettava huomioon nykyisten patteriesi tyyppi ja kunto, kotisi eristys ja harkitsemasi lämpöpumpun tyyppi. Vain pätevä ammattilainen pystyy opastamaan sinua tässä prosessissa, jotta voit tehdä tietoon perustuvan valinnan ja saada parhaan mahdollisen tuoton investoinnillesi tinkimättä kotisi lämpöviihtyvyydestä.