Hur fungerar en värmepump? Köldmediekretsen steg för steg

Ett kylskåp, fast tvärtom

Branschorganisationen Svenska Kyl & Värmepumpföreningen beskriver värmepumpen som ett kylskåp som arbetar åt andra hållet. Kylskåpet flyttar värme inifrån skåpet ut i köket. Värmepumpen flyttar värme som finns lagrad i luft, mark, berg eller vatten in i huset.

Det går eftersom det finns värme att hämta även i det vi upplever som kallt. Uteluft på några minusgrader innehåller fortfarande energi, och temperaturen i berget är ungefär densamma året om. Värmepumpen skapar alltså ingen värme ur ingenting – den använder el för att lyfta befintlig värme till en temperatur som räcker för radiatorer, golvvärme eller varmluft. Därför kan den ge mer värme än den förbrukar el: Boverket skriver att en berg-, jord- eller sjövärmepump kan ge upp till fyra gånger mer energi än den använder i form av el.

Köldmediekretsen steg för steg

Värmepumpen består av fyra huvuddelar – förångare, kompressor, kondensor och expansionsventil – förbundna i ett slutet rörsystem. I systemet cirkulerar ett köldmedium som i vissa delar av kretsen är vätska och i andra gas. Så här går ett varv, med NIBE:s beskrivning av en luft-vattenvärmepump som grund:

1. Förångaren tar upp värmen. Värmekällan – uteluft som en fläkt drar genom utedelen, eller en köldbärarvätska från borrhålet – passerar en värmeväxlare. Köldmediet har mycket låg kokpunkt, så det börjar koka och blir gas när det tar emot värmen, trots att värmekällan är kall.
2. Kompressorn höjer tryck och temperatur. Gasen leds in i den eldrivna kompressorn och trycks ihop. Då stiger trycket och temperaturen kraftigt – i NIBE:s exempel från ungefär 0 °C till ungefär 80 °C.
3. Kondensorn lämnar ifrån sig värmen. Den heta gasen passerar nästa värmeväxlare och avger värmen till husets vatten eller, i en luftvärmepump, till inomhusluften. När gasen kyls kondenserar den till vätska igen.
4. Expansionsventilen sänker trycket. Vätskan har fortfarande högt tryck. I expansionsventilen sänks trycket, och då sjunker också temperaturen.
5. Varvet börjar om. Det kalla köldmediet leds tillbaka till förångaren och tar upp ny värme. Köldmediet förbrukas inte – samma mängd går runt i kretsen år efter år. Vilka köldmedier som används och hur de skiljer sig beskriver vi i avdelningen om köldmedier.

NIBE påpekar att temperaturerna bara är exempel och varierar mellan installationer och årstider. Att kretsen är trycksatt och innehåller köldmedium är också skälet till att bara certifierad personal får installera, serva och läckagekontrollera den. Som privatperson får du inte göra ingrepp i köldmediekretsen.

Tre saker kretsen också kan göra

• Anpassa farten. Många pumpar är inverterstyrda: kompressorn varierar sin hastighet efter hur mycket värme som behövs för stunden, i stället för att gå på full fart och stänga av.
• Kyla. Genom att vända på processen – ta upp värme inomhus och släppa ut den utomhus – kan många värmepumpar producera kyla. Bosch påpekar att det för en luft-vattenvärmepump kräver ett värmesystem som är avsett för kyldrift. Vid bergvärme går det också att använda så kallad frikyla: enligt Boverket kan borrhålets temperatur på cirka 10 °C sommartid kyla huset med el bara till cirkulationspumpar och fläktkonvektorer, utan att kompressorn behöver producera kyla.
• Avfrosta. I en luftburen pump är förångaren kallare än uteluften, så luftens fukt fryser till frost på den. När isen hindrar luftflödet startar en automatisk avfrostning, och sedan återgår pumpen till normal drift. Det är normalt – mer om när det inte är det finns i guiden om när värmepumpen isar igen.

Värmekällor och köldbärare per typ

Kretsen är densamma i alla värmepumpar. Det som skiljer typerna åt är varifrån värmen kommer och vart den går.

Vad är köldbärare?

Vid berg-, jord- och sjövärme hämtas värmen normalt med hjälp av en köldbärarvätska. Den cirkulerar i en sluten slang, kollektorslangen, som förbinder värmepumpen med borrhålet, marken eller sjön. Enligt SGU:s vägledning Normbrunn –16 löper kollektorslangen i en energibrunn oftast ända ner till borrhålets botten, och i Sverige består köldbärarvätskan vanligen av vatten blandat med bioetanol, ungefär 25 procent etanol. Andra köldbärare som förekommer är glykol, saltlösningar och vegetabiliska oljor.

Köldbäraren och köldmediet är alltså två olika vätskor i två olika kretsar. Köldbäraren hämtar värmen utifrån, och köldmediet i värmepumpens slutna krets lyfter temperaturen.

COP och SCOP – hur mycket värme du får per kilowattimme el

Hur effektiv en värmepump är mäts som värme ut delat med energi in:

• COP (värmefaktor) gäller en bestämd driftpunkt, till exempel en viss utetemperatur. En värmefaktor på 3 betyder 3 kWh värme per kWh el vid just de förhållandena.
• SCOP (årsvärmefaktor) är genomsnittet över en hel uppvärmningssäsong. Energimyndigheten förklarar att en årsvärmefaktor på 3 betyder att varje kilowattimme el ger totalt 3 kilowattimmar värme. Uppvärmningen av tappvarmvatten ingår inte i den årsvärmefaktor som visas.

Eftersom COP kan anges vid den utetemperatur där pumpen är som effektivast är SCOP det bättre måttet när du jämför. Hur värdena tas fram, vilka klimatzoner som gäller och hur du läser dem i ett produktblad går vi igenom i guiden om SCOP och COP.

Varför verkningsgraden sjunker när det är kallt

Kompressorn måste lyfta värmen från värmekällans temperatur till den temperatur som värmesystemet behöver. Ju större det lyftet är, desto högre måste trycket i kretsen drivas upp och desto mer arbete – el – krävs för varje kilowattimme värme som levereras. Det finns en teoretisk övre gräns för hur effektiv en värmepump kan vara, och den bestäms just av de två temperaturerna: ju närmare varandra de ligger, desto högre gräns. Verkliga pumpar ligger en bra bit under gränsen men följer samma mönster.

Det får tre praktiska följder:

• Kallare värmekälla ger sämre verkningsgrad. En luftburen pump får ett större lyft när uteluften blir kallare – och samtidigt mindre värme att hämta. Energimyndigheten skriver att luft-vattenvärmepumpen därför inte fungerar lika effektivt i norra Sverige, medan bergets temperatur är ungefär densamma året om.
• Varmare värmesystem ger sämre verkningsgrad. Golvvärme kan arbeta med lägre temperatur än radiatorer, och därför blir alla värmepumpar utom luft-luft mer effektiva med vattenburen golvvärme. Installatörsföretagen anger i ett äldre faktablad att effektiviteten minskar med 1–3 procent för varje grad högre framledningstemperatur.
• Varmvatten ger lägre verkningsgrad än golvvärme. Tappvarmvattnet måste hålla högre temperatur än vattnet i en golvvärmeslinga, bland annat för att motverka legionella, så lyftet blir större när pumpen värmer det.

Samma fysik förklarar varför en rätt inställd värmekurva spelar roll. Boverket råder dig att se till att värmekurvan är rätt inställd för att energianvändningen ska bli så låg som möjligt – ju lägre temperatur systemet klarar sig med, desto mindre el går åt. Hur det märks i elräkningen räknar vi på i guiden om hur mycket el en värmepump drar.