Hıszivattyúzás egy kitörési lehetıség*

Átírás

1 Komlós Ferenc okl. épületgépész-mérnök Hıszivattyúzás egy kitörési lehetıség* Az év során változó külsı léghımérséklet a zárt terekben (építményekben) komfortcsökkenést okoz, és a téli főtés mellett gyakran nyári hőtésre is szükség van. A villamos főtés mindenki számára ismert, de költségessége miatt hazánkban ma még általában nem tekinthetı energiahatékony módszernek. A hıszivattyús főtéstechnika ezzel szemben a tisztán villamos főtéshez használandó villamos energia töredékét használja fel arra, hogy a hıt a külsı környezetbıl (levegıbıl, vízbıl vagy földbıl) beemeli, szivattyúzza a hasznosítható hımérsékletre. Hazánkban is egyre több irodaépületnek, középületnek a hőtési költsége meghaladja a főtési költségét. Alapvetı gazdasági érdekünk a hőtés villamosenergia-felhasználásának csökkentése, az energiafaló klímák" kiváltása. Országunk adottságai, nevezetesen Magyarország napenergia és földenergia potenciálja, valamint magas színvonalú szellemi tıkéje kedvez a megújuló energiát hasznosító innovatív hıszivattyús technológia elterjesztésének, ezzel egyik kitörési ponttá válhat gazdaságunk egészének dinamizálására. Hatékonyan hozzájárulhat építıiparunk beindításához, mezıgazdaságunk megújításához, a kisés középvállalkozások fellendítéséhez, valamint új munkahelyek létesítéséhez. A fejlett országok technológiájának hazai másolása önmagában nem biztosítja a hatásos mőködést. Ennek oka, hogy sajátosan eltérıek pl. a meteorológiai, hidrológiai, geológiai viszonyaink, lakóépületeink hıszigetelése, főtése. A hazai viszonyokra méretezett rendszerek kifejlesztésével piaci lehetıség nyílik térségünkben határainkon kívül is versenyképes technológiákat kialakítani. Legyen célunk, hogy az energiahatékonyságunkat mielıbb jelentısen növeljük. Kevesebb légkondit, folyadékhőtıt és hőtıberendezést építsünk be hıszivattyúzási feladatra, valamint készüljünk az idetartozó EPBD uniós irányelv 31/2010/EU számú átdolgozásának 1 hazai bevezetésére 2, és ezáltal minıségi hıszivattyús rendszerek épüljenek a magyarországi energiafogyasztók érdekében. Részlet a direktívából: A költségoptimalizált minimumkövetelményeket meg kell határozni a határolószerkezetekre és az épületgépészeti rendszerre. A december 31. után épülı új középületeknek, valamint minden december 31. után épülı új épületnek közel nulla energiaigényő épületnek kell lennie. Hatályba lépés: legkésıbb július 19-ig, nemzeti szabályozással. Alkalmazás: január 9-tıl kötelezı. A hıszivattyúzás szerepe és legfontosabb jellemzıi Energiahatékonyság-növelés (1. ábra) és megújuló energiahordozók (napenergia és földenergia) felhasználása hıszivattyús rendszerrel (2. ábra). 1. ábra. Zöld színnel jelölve a hıszivattyúhoz kapcsolódó hasznosítások Az EPBD európai direktívát bevezetı hazai rendeletek: - 7/2006 TNM számítás, szabályozás /2008 Korm. tanúsítás /2008 Korm. felülvizsgálat. 1/8

2 2. ábra. Megújuló energiaforrások (napenergia és földenergia) Forrás: Dr. Mádlné Szınyi Judit: A geotermikus energia készletek, kutatás, hasznosítás. Grafon Kiadó, Nagykovácsi, A készülékek legfontosabb jellemzıjének a COP 3 [kw/kw] mérési eredményeinek a tartományáról tájékoztat a 3. ábra. 3. ábra. A hıszivattyúk teljesítménytényezıjének (COP) változása 35 C elıremenı vízhımérséklet esetén Forrás: Rybach L., Prof. Emeritus, illetve CH WP Test Center (ajánlott irodalom) A hıszivattyús rendszerek legfontosabb jellemzıjének a szezonálisteljesítmény-tényezı SPF 4 mérésének eredményei (4. ábra). [kwh/kwh] 4. ábra. Hıszivattyús rendszerek szezonálisteljesítmény-tényezıinek (SPF [kwh/kwh]) fejlıdése különféle hıszivattyú típusokra ( ) Forrás: Fanninger, European Heat Pump Association. Version , p.5 3 A COP [kw/kw] (Coefficient of Performance) magyar elnevezése teljesítmény-sokszorozási tényezı (Prof. dr. Jászay Tamás okl. gépészmérnök, professzor emeritus, a mőszaki tudományok kandidátusa javaslata alapján, lásd Ajánlott irodalom, p. 11.) 4 Angol nyelven: Seasonal Performance Factor (SPF) [kwh/kwh]. 2/8

3 Fontos hangsúlyozni, hogy a szezonálisteljesítmény-tényezıt illetve az SPF valós értékét mérések alapján lehet meghatározni: a hıszivattyú villamosenergia-felhasználása [kwh] és a hıszivattyú által leadott hımennyiség mérésével [kwh]. Pontos értéke számos adottságtól és körülménytıl függ. Pl. az adott épület funkciójától, használatától, a hıforrás és a hıleadás mindenkori hımérsékletszintjétıl, a hılépcsıktıl, a főtési idıszaktól, a külsı és a helyiségek belsı hımérsékletétıl, a vezérléstıl, a szabályozástól, a hıszivattyús rendszer tervezésének, kivitelezésének, üzememeltetésének (pl. szellızés, helyiség túlfőtés) és karbantartásának szakszerő elvégzésétıl valamint a mindenkori fogyasztói magatartástól. Az SPF [kwh/kwh]-hez kapcsolódó javaslatok: Tévhit, hogy a lényeg a gépre jellemzı COP [kw/kw] értékben rejlik! A tervezett hıszivattyú mőködési üzemóraszámának az ellenırzése a rendszerbe vagy a hıszivattyúba beépített üzemóra-számlálóval történhet. A hıszivattyús tarifa módosítása: az SPF értéke alapján utólagos évenkénti elszámolással kb. három tarifa bevezetése lenne kívánatos minden fogyasztóra és hőtésre is kiterjesztve (tarifahatárok pl. 3,5 4,5; 4,5 5,5; és 5,5 feletti SPF). Továbbá hıszivattyús statisztika szabályozása lenne kívánatos a hiteles elszámolás érdekében. Szükséges, hogy céljaink megvalósítását az energia-, a környezetvédelmi és a közgazdasági szabályozás, valamint a pénzügyi támogatások segítsék elı. A megtérülési idı minden hıszivattyús rendszernél más és más, ezért egyedileg minden konkrét esetre ki kell számolni. Hangsúlyozom, hogy amennyiben a rendszerek megtérülésérıl beszélünk, külön kell választanunk az újonnan épülı és az átalakításra, főtéskorszerősítésre szoruló épületeket, ezen kívül külön kell vizsgálni a családi lakóházakat a nagyobb rendszerektıl. A hosszú élettartam (kb. 30 év) és a kisebb üzemeltetési költség miatt a beruházási többletköltség a berendezés mőködési ideje alatt többszörösen megtérül szakszerő tervezés, kivitelezés és üzemeltetés esetén. Ezért szerzıdéskötéskor kérjünk garanciát a teljesítménysokszorozási tényezı (COP [kw/kw]), illetve a szezonálisteljesítmény tényezıjének SPF [kwh/kwh] értékre! Széles körben ismert szlogen, hogy Magyarország Európa fürdı nagyhatalma Az Új Széchenyi Terv 1. programja a Gyógyító Magyarország Egészségipari Program. Ennek része fürdıfejlesztéseink energiahatékony folytatása. A földgáz kiváltása, a termálvíz és a hulladékhı energiatakarékos felhasználása nevezetesen az ésszerő és hatékony energiagazdálkodás minden fogyasztónak érdeke! A hıszivattyúk a fürdık és az egyéb elfolyó vizek hıtartalmát is tudják hasznosítani. Bemutatjuk a kiskırösi termálfürdı bıvítésének képeit (5. és 6. ábra), majd ennek sikeres megvalósításának hatásaként a nagykırösi termálfürdı bıvítését, ahol magyar gyártmányú hıszivattyúkat terveztek beépíteni. 5. ábra. Hulladékhı hasznosításra energiahatékony példa a kiskırösi termálfürdı évi bıvítése. A hıszivattyús bıvítés a meglévı Termálfürdı elfolyó vízét illetve hulladékhıjét használja fel hıtermelésre. Az új úszó- és tanmedence fotói (kiskırösi termálfürdı) Forrás: Ajánlott irodalom 3/8

4 6. ábra. A kiskırösi termálfürdı új hıszivattyús hıközpontja és új épületrészei Forrás: Ajánlott irodalom A nagykırösi termálvizes fürdıbıvítés c. projektnél a hıtermelı berendezések jelentıs része magyar fejlesztéső villamos hıszivattyú. Ezek a hıszivattyúk termálvizes hıforrást hasznosítanak, a medencetér párátlanítását pedig hulladékhı hasznosítását lehetıvé tevı egyedi hıszivattyúk biztosítják (7. ábra). 7. ábra. A nagykırösi strandfürdı bıvítés gépészetének elvi kapcsolási rajza Forrás: MHT XXIX. OVGY dolgozat, 15. szekció ( án beküldött kézirat), Fodor Zoltán Komlós Ferenc: Termálvizes fürdı bıvítése hıszivattyúk alkalmazásával Egy speciális magyar fejlesztés látható a 8., 9. és 10. ábrán. 8. ábra. Magyar fejlesztés ( ): Air2Floor Néphıszivattyú prototípusa Keszthelyen egy zöldtetıs gerendaházban (a fotók balról jobbra haladva: készülı épület, kültéri egység, beltéri egység, vízteres kandalló) Fotó: HungLogHome Kft. 4/8

5 9. ábra. Magyar fejlesztés: Air2Floor Néphıszivattyú. Elvi kapcsolási rajz A szabadalmi bejelentés száma (Patent pending): Forrás: Prof. Török Vilmos 10. ábra. Magyar fejlesztés: Air2Floor Néphıszivattyú. A kiegészítı egység kapcsolási vázlata Szabadalmi bejelentés száma (Patent pending): Forrás: Prof. Török Vilmos A településen élı emberek a környezet romlásából elsısorban a levegı minıségének a változását érzékelik. Statisztikai adatok mutatják, hogy országunk lakosságának több mint a fele szennyezett levegıjő területen él. A legsúlyosabb helyzet városainkban ott alakult ki, ahol kevés a növényzet. Az egyedi főtés jelentıs hıveszteségei és a lakáskomfort növelése is indokolja az áttérést a csoportos főtésre, ami 20 25%-os energiamegtakarítást jelent annak ellenére, hogy a főtött helyiségek bıvülésével jár. Energiahatékonysági és környezetvédelmi szempontból a nagyobb egységet ellátó központi főtés az elınyösebb megoldás. Ilyen megoldások a többszintes épületeket ellátó épületfőtés/hőtés, az épülettömbfőtés/hőtés, az épületcsoport-főtés/hőtés és a távfőtés/távhőtés, amelyek jobb hatásfokot, és kevesebb veszteséget jelentenek (11. ábra). 5/8

6 11. ábra. Távfőtés centralizált és decentralizált megoldású hıszivattyús rendszerrel Forrás: MHT XXIX. OVGY dolgozat, 3. szekció ( án beküldött kézirat), Fodor Zoltán Komlós Ferenc: Hidrotermikus hı hıszivattyúzási lehetıségei a Duna vízgyőjtıjén. Átfogó tervre lenne szükség Jelezzük, hogy országunkban még fehér folt a növényházak meleg vizes főtése/hőtése- vagy légfőtése/léghőtése hıszivattyúval (12. ábra). 12. ábra. Növényházak hıleadói Forrás: Mary H. Dickson and Mario Fanelli: What is Geothermal Energy? Növelt hımérséklető hıszivattyúk radiátoros hıleadójú központi főtésekhez Csökkenthetjük energiafüggıségünket, és ha idejében fejlesztjük az ehhez szükséges korszerő technikát, új exporttermékek gyártásával térségünkben vezetı szerephez is juthatunk. A hıszivattyús technika kiemelkedı minıségi elınyei: - nincs helyi károsanyag-kibocsátása, - megújuló energiát hasznosít és - használata az energiahatékonyság növekedését jelenti. A meglévı épületek hıszigetelésének és tömörségének fokozása már a radiátoros központi főtéseknél is lehetıvé teszik a hıszivattyúk gazdaságos alkalmazását. A gazdaságosság mindenekelıtt a méretezési külsı hımérséklethez tartozó, jóval kisebb főtési elıremenı hımérsékletbıl és az ún. növelt hımérséklető hıszivattyúk kifejlesztésébıl adódik (Vaporline GBI(x)- HACW hıszivattyúcsalád). Ezen növelt hımérséklető hıszivattyúcsalád esetében az elérhetı főtıvíz-hımérséklet 63 C, és emelt hıfokszintő hıleadók esetén primer oldali keringetı szivattyúval számolva a várható SPF = 4,1 4,5 a jelenlegi SPF = 3,0 3,5 alacsony hıfokszintő hıleadókkal tervezett átlagos érték helyett. Ezt alapvetıen a hıszivattyús körfolyamatban gızbefecskendezéssel, közbensı elıhőtéssel lehet elérni (Copeland EVI kompresszorral). 6/8

7 Fontos, hogy a körfolyamat teljesítményszabályzását nem termosztatikus szelep, hanem egy kisebb lengéső, elektronikusan vezérelt expanziós szelep és a teljesítményváltozás miatt változó áramú munkaközeg kiegyenlítését egy beépített munkaközegtartály biztosítja. 9 kw-tól 96 kw-ig tízféle teljesítményre és különbözı felhasználói igényre: főtés; főtés és passzív hőtés; főtés és elınykapcsolással hmv készítés; főtés és aktív hőtés, valamint elsıdleges hmv-hıcserélı [angol nevén desuperheater ], továbbá a különféle hıhordozókra (földhı, felszíni víz, levegı, hulladékhı) kifejlesztett hıszivattyúcsalád egyik tagjának a beépítés helyén készített és burkolat nélküli fotóját is láthatjuk a 13. és a 14. ábrán. 13. ábra. A Vaporline GBI13-HACW folyadék/víz (B/W) hıszivattyú prototípusának bukaresti beépítése (2009.) A 180 m 2 -es családi ház homlokzata és hıközpontja; a rendszerhez 3 db 100 m hosszú, U-hurkos földszonda csatlakozik Fotó: Geowatt Kft. 14. ábra. A Vaporline GBI(x)-HACW sólé-víz (B/W) magyar fejlesztéső és gyártású hıszivattyú típuscsalád GBI13-HACW jelzető tagjának burkolat nélküli fotója. Befoglaló méretek: szélesség: 720 mm, mélység: 955 mm, magasság: 775 mm Fotó: Geowatt Kft. Összefoglalás Minden lehetséges és ígéretes különféle megújuló energiahasznosító eszköznél képesek vagyunk arra, hogy el tudjuk kerülni az ún. import dömpinget. Sok év után most megelégedéssel mondhatom, hogy minden feltétel megvan és megteremthetı, hogy Magyarországon is elterjedjen az építmények főtésének és hőtésének energetikailag leghatékonyabb módszere, a hıszivattyús technológia. A 82%-os importot jelentı földgáz nemzetgazdaságilag túl értékes primerenergia-hordozó ahhoz, hogy elavult vízmelegítıkben vagy kazánokban C hımérséklethez hıtermelés céljából eltüzeljük. 7/8

8 A hıszivattyús rendszer által kiváltott szén-dioxid-mennyiség meghatározásánál egyrészt a közvetlenül kiváltott fosszilis tüzelıanyag révén megtakarított kibocsátás elkerülését kell figyelembe venni, másrészt a hıszivattyús körfolyamat munkavégzéséhez szükséges befektetett energia fosszilis energiatartalmát kell értékelni. Ha ehhez a munkához villamos energia szükséges, akkor az országos energiamérlegekben villamosenergia-termelésre felhasznált primer energiahordozók arányából kiindulva értékelik az energiaegységre jutó globális CO 2 -terhelést, mert ekkor helyi (lokális) viszonylatú CO 2 -terhelés nincs. (Ezzel kapcsolatos részletes számítások az ajánlott irodalomban találhatók.) Írásomat a Hıszivattyú (Heller) - projekthez kapcsolódó mottóval zárom. Ha azt kérdezik, hogy nem késtünk-e el, hogy visszafordítható-e még az a rombolás, amit az emberiség ejtett a természeten, a válaszom az, hogy nem késtünk el. Amíg él az akarat, addig sosincs késı. Ha pedig az emberek közösen akarnak valamit, akkor azt meg is teszik, ezáltal érvén el céljukat, bármi is legyen az. Teller Ede (15. ábra.) Ajánlott irodalom 15. ábra. Ma már egyértelmő, hogy a Földbolygó helyett az embereket kell megmenteni! Fotó: NASA Komlós Ferenc Fodor Zoltán Kapros Zoltán dr. Vajda József Vaszil Lajos: Hıszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára. Magánkiadás: Komlós F., Dunaharaszti, *Jelen szakcikk elsı közlésben megjelent június 15-én a tervlap.hu honlapon. 8/8