Värmepumpar blir allt på modet i en värld som måste minska koldioxidutsläppen snabbt samtidigt som energikostnaderna sänks. I byggnader ersätter de rumsuppvärmning och vattenuppvärmning – och ger kyla som en bonus.

En värmepump utvinner värme utifrån, koncentrerar den (med hjälp av en elektrisk kompressor) för att höja temperaturen och pumpar värmen dit den behövs. Faktum är att miljontals australiensiska hem redan har värmepumpar i form av kylskåp och omvända luftkonditioneringsapparater köpta för kylning. De kan också värma och spara mycket pengar jämfört med andra uppvärmningsformer.

Redan innan restriktionerna för rysk gasförsörjning rullade många europeiska länder ut värmepumpar – även i kalla klimat. Nu påskyndar regeringens politik förändringar. USA, som har haft mycket billig gas de senaste åren, har anslutit sig till rusningen:President Joe Biden har förklarat att värmepumpar är "nödvändiga för det nationella försvaret" och beordrat att produktionen ska öka.

ACT-regeringen uppmuntrar elektrifiering av byggnader med värmepumpar och överväger lagstiftning för att föreskriva detta i nya bostadsområden. Den viktorianska regeringen lanserade nyligen en färdplan för gasersättning och omarbetar sina incitamentsprogram mot värmepumpar. Andra stater och territorier granskar också policyer.

Det är en stor dag för värmepumpar. Läs vårt uttalande för att förstå betydelsen av @POTUS' Defense Production Act tillkännagivande.:https://t.co/HAayg9lcIX pic.twitter.com/D9WYqDp19J

— Rewiring America (@rewiringamerica) 6 juni 2022

Hur stora är energikostnadsbesparingarna?

I förhållande till en elektrisk värmefläkt eller traditionell elektrisk varmvattentjänst, beräknar jag att en värmepump kan spara 60-85 % på energikostnaderna, vilket är ett liknande intervall som ACT-staternas uppskattningar.

Jämförelser med gas är knepiga, eftersom effektiviteten och energipriserna varierar mycket. Vanligtvis kostar dock en värmepump ungefär hälften så mycket för uppvärmning som gas. Om du istället för att exportera ditt överskott av solenergi från taket använder den för att driva en värmepump, beräknar jag att det blir upp till 90 % billigare än gas.

Värmepumpar är också bra för klimatet. Mina beräkningar visar att en typisk värmepump som använder genomsnittlig australisk el från nätet kommer att minska utsläppen med ungefär en fjärdedel i förhållande till gas och tre fjärdedelar i förhållande till en elektrisk fläkt eller panelvärmare.

Om en högeffektiv värmepump ersätter ineffektiv gasvärme eller körs huvudsakligen på solel kan minskningarna bli mycket större. Klyftan ökar när förnybar el med nollutsläpp ersätter kol- och gasproduktion, och värmepumpar blir ännu effektivare.

Hur fungerar värmepumpar?

Värmepumpar som finns tillgängliga idag uppnår 300–600 % verkningsgrad – det vill säga för varje förbrukad elenhet producerar de tre till sex enheter värme. Värmepumpar kan också fungera under frysförhållanden.

Hur är detta möjligt när den maximala effektiviteten för traditionella el- och gasvärmare är 100 % och kall luft är kall?

Det är inte magi. Tänk på ditt kylskåp, som är en liten värmepump. Inuti kylen finns en kall panel som kallas en förångare. Det absorberar värme från den varma maten och andra källor, eftersom värme flödar naturligt från ett varmare föremål till ett svalare föremål. Elmotorn under kylen driver en kompressor som koncentrerar värmen till en högre temperatur, som den dumpar i ditt kök. Sidorna och baksidan av ett typiskt kylskåp blir varma när detta händer. Så ditt kylskåp kyler maten samtidigt som det värmer upp köket lite.

En värmepump följer termodynamikens lagar, vilket gör att den kan arbeta med verkningsgrader från 200 % till över 1 000 % i teorin. Men ju större temperaturskillnaden är, desto mindre effektiv är värmepumpen.

Om en värmepump behöver hämta värme från omgivningen, hur kan den fungera i kallt väder? Kom ihåg att ditt kylskåp håller frysdelen kallt samtidigt som värmen pumpas in i ditt kök. Fysikens lagar spelar in. Det vi upplever som kall temperatur är faktiskt ganska varmt:allt är relativt.

Outer space is close to a temperature known as absolute zero, zero degrees Kelvin, or—273℃. So a temperature of 0℃ (at which water freezes), or even the recommended freezer temperature of -18℃, is actually quite hot relative to outer space.

The main problem for a heat pump in "cold" weather is that ice can form on its heat exchanger, as water vapor in the air cools and condenses, then freezes. This ice blocks the air flow that normally provides the "hot" air to the heat pump. Heat pumps can be designed to minimize this problem.

How do you choose the right heat pump for your home?

Selecting a suitable heat pump (more commonly known as a reverse-cycle air conditioner) can be tricky, as most advisers are used to discussing gas options. Resources such as yourhome.gov.au, choice.com.au and the popular Facebook page My Efficient Electric Home can help.

All household units must carry energy labels (see energyrating.gov.au):the more stars the better. The independent FairAir web calculator allows you to estimate heating and cooling requirements of a home and the size needed to maintain comfort.

Bigger heat pumps are more expensive, so unnecessary oversizing can cost a lot more. Also, insulating, sealing drafts and other building efficiency measures allow you to buy a smaller, cheaper heat pump that will use even less energy and provide better comfort.

When using a heat pump, it is very important to clean its filter every few months. A blocked filter reduces efficiency and the heating and cooling output. If you have an older heat pump that no longer delivers as much heat (or cooling), it may have lost some refrigerant and need a top-up. + Utforska vidare

Next-gen heat pump could cut energy bills and carbon emissions

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.