A hőszivattyút sokan a jelenkor találmányának tartják, de ez nem is állhatna távolabb a valóságtól. Az első, méghozzá ipari célokra használt hőszivattyút egy osztrák sófeldolgozó üzemben állították munkába 1856-ban. A szerkezettel sót nyertek ki sóoldatból, a víz elpárologtatásával. A berendezés feltalálója, Peter von Rittinger nevét ma egy olyan díj viseli, amely a legrangosabb a hőszivattyús szakmában. Rittinger találmánya nem születhetett volna meg egy olyan fizikus munkája nélkül, akinek a neve minden hőszivattyús szakember előtt ismert kell legyen.
Kereken 200 esztendővel ezelőtt, 1824-ben jelentette meg a francia fizikus, Nicolas Léonard Sadi Carnot (Párizs, 1796. június 1. – Párizs, 1832. augusztus 24.) úttörő, Elmélkedések a tűz mozgató erejéről című munkáját. Carnot a gőzgépek hatásfokát igyekezett megállapítani, ezért átfogóan tanulmányozta a hőerőgépeket, és számításai eredményeként leírta az úgynevezett Carnot-körfolyamatot, amellyel lefektette a hőszivattyúzás elméleti alapjait.
LIMIT START
Nincs fa, de kéne hő
Az ausztriai Salzkammergut (település beszélő neve magyarul sókamarai birtokot jelent) körüli települések egy jelentős részén működött sóbánya. Ilyen volt Ebensse is, ahol már az 1600-as években is foglalkoztak sóbányászattal és -feldolgozással. A feldolgozásra azért volt szükség, mert az Ebensse-i sót nem tudták tisztán, hanem csak agyaggal keverve kibányászni. Az agyaggal elegyes sót előbb vízzel elkeverték, s miután az agyag leülepedett, a sóoldatot kimerték az ülepítő medencéből, és elforralták belőle a vizet. Ezt kezdetben nyílt, később félig zárt edényekben végezték, fatüzeléssel. Igen ám, de az 1800-as évek közepére szinte elfogyott az erdő a környéken a fokozott fakitermelés miatt, így egyre távolabbról kellett odaszállítani a tüzelőt, ami, vasút még nem lévén, elég lassú és költséges megoldásnak bizonyult.
Ekkor jött a képbe a sófeldolgozó üzemben dolgozó Peter von Rittinger (1811. január 23. Nový Jičín / Neutitschein – 1872. december 7. Bécs), aki azon gondolkodott, miképpen lehetne a rendszerből távozó vízgőz látens hőjének felhasználásával gyorsítani a sóoldat elpárologtatását. Hamar rájött: egy kompresszorral. 1853-ban nyújtott be szabadalmat a Carnot megállapításaira épülő gőzkompressziós lepárlórendszerére, amellyel a berendezés megépítése után 80 százalékos tüzelőanyag-megtakarítást értek el. Ez jóval olcsóbbá tette a só kinyerésének folyamatát, pláne, hogy a kompresszort vízenergia hajtotta, így a végzett mechanikai munka ingyen volt.
Címkép: Rittinger és rajzai
Így nézett ki Rittinger hőszivattyúja
A feltaláló könyvet is írt a munkájáról
Rittinger után
Bár Rittinger gépével állandó problémák adódtak a folyamatos sókiválás miatt, munkájának hatását nehéz lenne alábecsülni a hőszivattyúzás fejlődésére. Azon túl, hogy a ma adható legnagyobb hőszivattyús elismerés, a Peter von Rittinger International Heat Pump Award az ő nevét viseli, a kortársai is azonnal meglátták felfedezésében a korszakalkotó újítást. Rittinger Ebensee-i kísérletei által ösztönözve, és a konstrukció hibát kijavítva rekompressziós sólepárlót fejlesztett ki Svájcban Antoine-Paul Piccard, a Lausanne-i Egyetem és JH Weibel, a genfi Weibel-Briquet cég mérnöke is. Ez nagyobb méretű volt, mint Rittinger berendezése, és körülbelül 175 kg/óra sót termelt folyamatos üzemben. 1878-ban állították üzembe Bex település sóbányájában, és megbízhatóságáról sokat elárul, hogy csak 1943-ban cserélték modernebb berendezésre.
A Bex sóbányában üzembe állított hőszivattyú
A következő nagy mérföldkő a hőszivattyú fűtési rendszerben való alkalmazása volt. Ebben főszerep jutott Aurel Stodola szlovák tudósnak, aki 1928-ban, a Genfi-tó vizét használva hőforrásként, hőszivattyúsra állította át a városháza fűtését. Persze Zürich sem akart lemaradni, az ottani városházában 1937–38-ban cserélték le a kályhákat hőszivattyúra, amely talán világrekordot állított föl azzal, hogy egészen 2001-ig üzemelt. Svájc egyébként élen járt a technológiában, 1937 és 1945 között mintegy 35 hőszivattyút építettek és helyeztek üzembe. Ezek fő hőforrása valamilyen víz volt. Az 1940-es években aztán a világ egyre több országában így Nagy-Britanniában és az Egyesült Államokban is elkezdtek hőszivattyúkat alkalmazni az épületek fűtésére.
És mi volt a hűtéssel?
A hűtő- és klímatechnika úttörői is az 1800-as évek közepén kezdték munkájukat. Az 1840-es években dr. John Gorrie floridai orvos és feltaláló a kórházban fekvő betegei egészsége érdekében mindenképpen szerette volna hűteni a kórtermek hőmérsékletét, de ehhez távolról és drágán kellett jeget hozatnia. Így addig dolgozott, amíg fel nem talált egy kompresszoros technikán alapuló jéggyártó berendezést.
Dr. John Gorrie jégkészítő masinája
A mesterséges hűtés fejlődése ezután hosszú évekig stagnált, mígnem Willis Carrier mérnök, a Buffallo Forge Company alkalmazásában állva 1902-ben feladatául kapta, hogy oldja meg egy kiadóvállalat belső terében a túlzottan magas páratartalom miatt fellépő problémát. Kísérletei során Carrier olyan rendszert tervezett, amely hűtőtekercsekkel szabályozta a páratartalmat. Magyarul a párás belső levegőből kicsapatta a nedvességet, pont úgy, ahogy azt a mai klímák teszik. Hamar rájött, hogy találmánya kapós lehet, ezért otthagyta munkahelyét, és megalapította a Carrier Corporation-t.
A komforthűtéses technológia nagy áttörése az 1920-as években következett be, amikor az amerikai mozikat elkezdték ellátni légkondicionálókkal. Ezeknek a rendszereknek a hibája az volt, hogy a meglévő légfűtés padlóközeli befúvóit használták a hideg levegő bejuttatására is. Emiatt a nézők olykor újságpapírba tekert lábbal nézték a filmeket. A Carrier a Los Angeles-i Metropolitan Theatre-ben telepítette az első jól megtervezett, a terem mennyezetéhez közel helyezett szellőzőnyílásokkal telepített légkondicionáló-rendszerét.
Egy korai klímaberendezés a Carrier-től
Ezek a korai berendezések még olyan nagyok voltak, hogy a háztartási felhasználás szóba sem jöhetett. A hűtőszekrények gyártása terén megszerzett tapasztalataira alapozva először a Frigidaire társaság próbálkozott háztartási méretű klímaberendezések forgalmazásával. Ezek körülbelül akkorák voltak, mint az akkori szekrény formájú rádiók, de nagy súlyuk és főleg az áruk miatt nem váltak népszerűvé. 1932-ben jelentek meg a piacon az első ablakklímák, ám ezek közül a legolcsóbb is 10 000 dollárba került, amely mai áron körülbelül 200 000 dollárt jelent, így érhetően csak kevesek engedhették meg maguknak a vásárlást. 1939-ben a Packard volt az első autógyártó, amely klímaberendezést kínált autóiban. 1967-ben megjelentek az ablakklímák kompaktabb és olcsóbb változatai, és ekkortól vált a légkondicionálás hétköznapivá – persze csak a világ gazdag országaiban.
Ilyen prospektusfotókkal hirdették az ablakklímát az ötvenes évek Amerikájában
A közelmúlt története
Az 1970-es években a Mitsubishi Electric és a Daikin egyszerre állt elő saját split rendszerű, osztott légkondicionálójával, amely egy kültéri és egy beltéri egységet tartalmazott. Később természetesen más gyártók is kirukkoltak a maguk modelljeivel. A nyolcvanas években azonban megint csak a fent említett két japán óriás nyert piacot a változó hűtőközegáramú (VRV vagy VRF) rendszereikkel. Ezekben egy kültéri egységhez akár 16 beltéri egység is tartozhat, és felépítésüktől függően arra is képesek lehetnek, hogy amíg egyik helyiségben hűtenek, addig egy másikban fűtési üzemben működnek.
Egy magyar szál
A hőszivattyús fűtési és hűtési megoldások központi eleme a kompresszor. Albert Einstein és magyar tanítványa, Szilárd Leó viszont egy olyan hűtőberendezés kifejlesztését vették a fejükbe, amely nem tartalmaz mozgó alkatrészt. Erőfeszítéseiket egy tragédia motiválta. A korabeli újságok beszámolói szerint egy ugyanis egy berlini család tagjai azért veszítették el egyszerre az életüket, mert belélegezték a hűtőszekrényükből a légtérbe szivárgott mérgező hűtőközeget.
Az Einstein-Szilárd hűtőgép állandó nyomáson, abszorpciós elven működik, és csak egy hőforrást igényel. Hat országban jegyeztettek be ezzel kapcsolatban szabadalmakat három különböző modellre.
Egy rajz Einstein és Szilárd szabadalmi beadványából
Az Einstein-Szilárd hűtőszekrény kevésbé volt hatékony, mint a meglévő készülékek, bár a mozgó alkatrészek hiánya megbízhatóbbá tette azoknál. A mérgező hűtőgázok helyettesítésére szolgáló freon bevezetése sem segített a feltalálópáros üzleti sikerét, az 1929-es nagy gazdasági világválság pedig végképp parkolópályára tette Einstein és Szilárd közös további munkáját. Szabadalmaik közül a legígéretesebbeket felvásárolta a svéd Electrolux. Einstein és Szilárd 750 dollárt keresett ezzel (mai árakon ez több mint tízezer dollárt jelent). Bár a hűtőszekrény nem aratott kereskedelmi sikert, tenyészreaktorok hűtésére, ahol fontos a megbízhatóság és a biztonság, ma is használják.
Összefoglalás
A hőszivattyús technológia története az emberi találékonyságról és a fenntarthatóbb, hatékonyabb megoldások iránti kitartó törekvésünkről tanúskodik. A Carnot-ciklus publikálásától kezdve, Rittinger és a többi úttörő munkásságán át napjainkig egy olyan technológiai fejlődés ívét rajzolhatjuk fel, amelyik kulcsfontosságú szerepet játszik egy környezetbarát és kényelmes jövő megteremtésére irányuló erőfeszítéseinkben.
