Η αντλία θερμότητας είναι η συσκευή που αντλεί θερμική ενέργεια από μια θερμή δεξαμενή (αναφέρεται ως πηγή) που βρίσκεται σε χαμηλή θερμοκρασία προς μια καταβόθρα (συνήθως αέρας ή νερό) που βρίσκεται σε υψηλότερη θερμοκρασία είτε (α) με την χρήση μηχανικού έργου είτε (β) με την βοήθεια μιας θερμής δεξαμενής πολύ υψηλής θερμοκρασίας. Η αρχή λειτουργίας της αντλίας θερμότητας πρωτοεφαρμόστηκε ως επί το πλείστον στα συνήθη ψυγεία και καταψύκτες, τα κλιματιστικά και εν συνεχεία σε συσκευές παραγωγής ζεστού νερού χρήσης. Πολλές φορές ταυτίζεται ο όρος Αντλία Θερμότητας με το κλιματιστικό. Η διαφορά μεταξύ μιας αντλίας θερμότητας και ενός κοινού κλιματιστικού είναι ότι η αντλία θερμότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για θέρμανση όσο και για ψύξη λειτουργώντας βάση του ίδιου θερμοδυναμικού κύκλου του οποίου η λειτουργία μπορεί να αντιστραφεί ανάλογα με την ανάγκη (θέρμανση ή ψύξη). Σε ψυχρά κλίματα είναι μάλιστα σύνηθες να σχεδιάζονται και να κυκλοφορούν στην αγορά αντλίες θερμότητας μόνο για θέρμανση ενώ στα θερμότερα κλίματα είναι σύνηθες η χρήση αυτών των μηχανών τόσο για θέρμανση όσο και για ψύξη.
Στη μηχανή κλιματισμού που απαιτεί μηχανικό έργο (που με τη σειρά του απαιτεί συνήθως κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας) για την συντήρηση του θερμοδυναμικού κύκλου, ο όρος αντλία θερμότητας αναφέρεται σε μηχανές που λειτουργούν με την χρήση συμπιεζόμενου αερίου ως μέσο μεταφοράς της ενέργειας ανάμεσα σε πηγή και καταβόθρα. Η μηχανή αυτή αποτελείται από κυκλοφορητή, συμπιεστή, βαλβίδα εκτόνωσης και εναλλάκτες θερμότητας ώστε η κατεύθυνση άντλησης της θερμικής ενέργειας να μπορεί να αντιστραφεί. Για το λόγο αυτό συνήθως παρέχει θέρμανση και ψύξη εσωτερικών χώρων αλλά και ζεστό νερό χρήσης. Οι πιο κοινές πηγές άντλησης θερμότητας για τέτοιες μηχανές είναι ο ατμοσφαιρικός αέρας και το έδαφος. Ανάλογα με την φύση της πηγής και αντίστοιχα της καταβόθρας οι αντλίες θερμότητας διαχωρίζονται σε αέρα-αέρα, αέρα-νερού, εδάφους-αέρα και εδάφους-νερού.
Παράμετροι Απόδοσης Αντλίας Θερμότητας
Κατά την λειτουργία μιας αντλίας θερμότητας υπεισέρχονται οι ακόλουθες παράμετροι, οι οποίες καθορίζουν εν γένει την απόδοσή της ως μηχανή:
- Η θερμοκρασία της "θερμής δεξαμενής"
- Η Θερμοκρασία της "καταβόθρας" (ψυχρή δεξαμενή ή δεξαμενή χαμηλής θερμοκρασίας)
- Το έργο που απαιτείται (καταναλίσκεται) για την μεταφορά (άντληση) δεδομένης ποσότητας θερμότητας από την μία δεξαμενή στην άλλη
Η σχέση μεταφερόμενη θερμότητα προς καταναλισκόμενο έργο, αποτελεί τον ειδικό βαθμό απόδοσης της αντλίας (COP, coefficient of performance) ο οποίος εξαρτάται από τα μηχανικά χαρακτηριστικά της αντλίας και από τις ιδιότητες του ψυκτικού μέσου. Πρακτικά, ο COP μεταβάλλεται με την θερμοκρασία της δεξαμενής αλληλεπίδρασης (ατμοσφαιρικός αέρας, έδαφος κλπ) δεδομένου ότι η δεξαμενή εξυπηρέτησης (κλιματιζόμενος χώρος) έχει σταθερή θερμοκρασία (την επιθυμητή). Γιαυτό το λόγο συνηθίζουμε να ορίζουμε τoν μέσο ή ετήσιο COP, ο οποίος αναφέρεται στην λειτουργία περιόδου (ετήσια κλπ) της αντλίας.
Στις σύγχρονες αντλίες θερμότητας συναντάμε τιμές COP μεγαλύτερες του 3.0, γεγονός που τις κατατάσσει στις συσκευές αξιοποίησης ανανεώσιμων πηγών. Τιμή COP ίση με 3.0 σημαίνει ότι η αντλία καταναλώνει μία ποσότητα ενέργειας (συνήθως ηλεκτρικής) και μεταφέρει τριπλάσια ποσότητα θερμότητας. Με άλλα λόγια εάν θέλουμε να συγκρίνουμε τη λειτουργία μιας αντλίας θερμότητας με την λειτουργία ενός ηλεκτρικού θερμοσίφωνα λόγου χάρη, τότε διαπιστώνουμε ότι για να θερμάνουμε μια συγκεκριμένη ποσότητα νερού με αντλία θερμότητας θα καταναλώσουμε το ένα τρίτο της ηλεκτρικής ενέργειας που θα χρειαστούμε για να κάνουμε την ίδια δουλειά με τον κλασικό θερμοσίφωνα.
Λεπτομερής απεικόνιση της λειτουργίας διαφόρων τύπων αντλιών θερμότητας.
