Fűtési célú hőszivattyúk. Hőszivattyúk Buderus Fűtéstechnika Kft. Minden jog fenntartva!

Átírás

1 Fűtési célú hőszivattyúk 1. sz. fólia

2 Működési elv Környezet Épület Levegő Víz Talaj Expanziós szelep Elpárolgás Kompresszor Lecsapódás Környezeti energia 3/4 Fűtési energia 4/4 Elektromos energia 1/4 2. sz. fólia

3 Hőszivattyú a háztartásban A hűtendő dolgokból történő hőelvonás, akár -24 C hőmérsékletig A hűtött térből elvont és a felvett elektromos energia leadása a belső tér felé Mechanikai (elektromos) energia A környezetből történő hőelvonás, akár -20 C hőmérsékletig Levegő-víz hőszivattyú A környezetből elvont és a felvett elektromos energia leadása a belső tér felé 3. sz. fólia

4 A hőszivattyú előnyei Környezetbarát: Gazdaságos: Üzembiztos: Összehasonlítva a gázzal és az olajjal: Komfortos: ingyenes környezeti energiát hasznosít primer energiahordozót takarít meg csökkenti a CO 2 -kibocsátást helyileg nincs károsanyag-kibocsátás kedvező energiaköltségek (Mo.-on ez csak részlegesen igaz) kedvező alternatíva a folyékony gázzal szemben magas krízis-biztonság (áramot többféle energiahordozóból is elő lehet állítani nem kell kéményt építeni nincs kéményvizsgálati díj nem kell bevezetni a gázt (az áramot különben is be kell vezetni) nincs szükség olajtárolóra magas használati komfort egyszerűen kezelhető 4. sz. fólia

5 Hol alkalmazható? gyakorlatilag mindenhol környezettudatosan gondolkodó ügyfeleknél alacsony előremenő hőmérsékletre tervezett rendszereknél olyan ügyfeleknél, ahol fontos szempont a kényelem 5. sz. fólia

6 Hőforrások A környezetben található, felhasználható hőforrások: Split klíma Levegő Talajvíz Felszíni víz Talaj 6. sz. fólia

7 A hűtő körfolyamat lg p t HWE (Visszatérő) t HWA (Előremenő) Kondenzátor p C, t C Termosztatikus expanziós szelep h p C, t u p C, t h 2 TC Kompresszor p 0, t p 0, t 0 p 0, t ü Elpárologtató t SA (t WA ) t SE (t WE ) 7. sz. fólia

8 Működést és gazdaságosságot jellemző számok Teljesítmény tényező (COP, jósági fok), ε : A szállított hőteljesítmény és az ehhez szükséges elektromos teljesítmény aránya, pontosan meghatározott körülmények között (pillanatnyi érték) Munkatényező, β: A szállított hőmennyiség és az ehhez szükséges elektromos munka (teljesítmény idő) aránya, meghatározott időtartam alatt 8. sz. fólia

9 Teljesítmény tényező, e A COP nagysága vizes rendszereknél Dt = 15 K, e = 9,6 35 C előremenő hőmőrséklet Talajvíz Talaj kollektor Levegő Dt = 60 K, e = 2,8 +10 C 0 C -5 C Hőfokhíd, Dt Leolvasztás kb. 6 C-tól Minél nagyobb a hőforrás és az előremenő hőmérséklet különbsége, annál kisebb a teljesítmény tényező A hőleadókat alacsony hőmérsékletre kell tervezni, illetve alacsony hőmérsékletű rendszereket, padlóvagy falfűtést kell tervezni 9. sz. fólia

10 Üzemmódok Monovalens üzem: A hőszivattyú egyedül fűt Bivalens alternativ üzem: Második hőtermelő is van Vagy a hőszivattyú, vagy a másik hőtermelő fűt Bivalens párhuzamos üzem: Második hőtermelő is van Egy meghatározott külső hőmérséklet alatt a berendezések párhuzamos üzemben vannak Általában a második hőtermelő is elektromos üzemű 10. sz. fólia

11 Levegő-víz hőszivattyúk 11. sz. fólia

12 Levegő-víz hőszivattyúk Előnyök: Egyszerűen tervezhető Nem szükséges idegen szakember a kiegészítő feladatokhoz Nem kell engedélyeztetni Könnyen hozzáférhetó a hőforrás Nincs minimális teleknagyság Sok levegős hőszivattyú hűtésre is alkalmas Hátrányok: Nagy hidegben alacsony a hőforrás hőmérséklete, csökken a COP, ezzel szemben a hőigény emelkedik Alternatív hőtermelő szükséges (kiválasztástól függően) 12. sz. fólia

13 Teljesítmény, kw A Bivalens pont Auslegung einer Luft/Wasser Wärmepumpe 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Épület hőigénye Elektromos utófűtés Bivalens pont Külső hőmérséklet, C Hőszivattyú fűtőteljesítménye 13. sz. fólia

14 A külső hőmérséklet Külső hőmérséklet alakulása 2005-ben, Budapesten 14. sz. fólia

15 Elektromos fűtőpatronnal fedezett hányad, % A fűtőpatron részaránya Az elektromos fűtőpatronnal fedezett fűtési teljesítmény éves szinten Bivalens pont, C 15. sz. fólia

16 Fűtési üzemmód A kompresszor a zárt körben keringő hűtőközeget egy magasabb nyomásszintre emeli. Ennek hatására a gőz halmazállapotú hűtőközeg felmelegszik. A körfolyamat forró gázai néhány fogyasztót ezen a magas hőfokon látnak el. Hatékony központi HMV készítés magasabb előremenő hőmérsékleten. Egyéb hőfogyasztók ellátása puffertárolón, illetve hőcserélőn keresztül. A négyutú váltószelep a hűtőközeget a kondenzátorba vezeti. A kondenzátor (hőcserélő) átadja a hőt a fűtővíznek. A hűtőközeg lehül, lecsapódik és folyékony halmazállapotú lesz. A fan-coil a meleget a helyiség levegőjébe juttatja. A beépített ventilátorok többfokozatú, szabályozott légforgalmat valósítanak meg. A felületi fűtés (pl. padlófűtés) a hőt egyenletesen adja át a helyiségnek. Az expanziós szelepen lecsökken a hűtőközeg nyomása, ezáltal tovább hül. A ventilátor a külső levegőt átfújja a hideg elpárologtatón. Az elpárologtató (hőcserélő) segítségével jut a külső levegő környezeti energiája a hűtőközegbe. A hűtőközeg felmelegszik és elpárolog. 16. sz. fólia

17 Hűtési üzemmód A kompresszor a zárt körben keringő hűtőközeget egy magasabb nyomásszintre emeli. Ennek hatására a gőz halmazállapotú hűtőközeg felmelegszik. A körfolyamat forró gázai néhány fogyasztót ezen a magas hőfokon látnak el. Hatékony központi HMV készítés magasabb előremenő hőmérsékleten. Egyéb hőfogyasztók ellátása puffertárolón, illetve hőcserélőn keresztül. A négyutú váltószelep a még meleg hűtőközeget a kondenzátorba vezeti. A ventilátor a külső levegővel hűti a meleg kondenzátort. A kondenzátor (hőcserélő) segítségével az értéktelen eldobandó hő a külső levegőnek adódik át. A hűtőközeg lehül, lecsapódik és folyékony halmazállapotú lesz. Az expanziós szelepen a hűtőközeg nyomása lecsökken és tovább hül. Az elpárologtató (hőcserélő) segítségével a hideg hűtőközeg elvonja a hűtővíz hőjét. A fan-coil a hideg hűtővíz segítségével lehűti a helyiség levegőjét. Az alacsony előremenő hőmérséklet a harmatpont alatt van, a helyiség levegője kiszárad. A beépített ventilátor többfokozatú, szabályozott légforgalmat tesz lehetővé. A padlóba, falba vagy a falakba fektetett csőrendszer csökkenti az építőelemek felületi hőmérsékletét. Az egész felület hőcserélőként működik, és hűti a helyiséget. Az előremenő hőmérsékletet úgy kell szabályozni, hogy a nedvességkiválást (páralecsapódást) elkerüljük. 17. sz. fólia

18 Talajhőszivattyúk 18. sz. fólia

19 Fagyálló-víz hőszivattyúk Előnyök: Magasabb COP A hőforrás hőmérséklete stabilabb A stabil, relatív magas hőforrás-hőmérséklet alkalmassá teszi egész éves, monovalens üzemre Hátrányok: Idegen szakembert kell bevonni (fúrás, betonozás, illetve földmunka) Magasabb bekerülési költség A talajszondát vagy talajkollektort fagyálló folyadékkal kell feltölteni Engedélyeztetni kell 19. sz. fólia

20 Fagyáspont, C Relatív nyomásveszteség A fagyálló folyadék Koncentráció, tf.% Koncentráció, tf.% A fagyálló általában mono-etilénglikol, fagyáspontja C. A fagyálló kör üzemi nyomása 2-2,5 bar. 20. sz. fólia

21 Talajkollektor méretezése A fektetési mélység 1,2 1,5 méter között legyen. A szokásos mélység kb. 1,25 m. A csövek távolságát úgy kell megválasztani, hogy a jegesegési zónáik ne érjenek össze. A távolság 0,7 0,8 m között legyen. A földfelületről kinyerhető energia kwh/év. 1 m csővezetékből kinyerhető teljesítmény q = 0,010 0,035 kw/m között van. Csővezetékként PE80/PN12,5, 32 2,9 műanyagcső használható. Az épület Q F hőigényének meghatározása A fűtési rendszer előremenő hőmérsékletének meghatározása A fagyállós kör minimális hőmérsékletének meghatározása (-2 C) q értéke talajtól függően: 0,010 száraz, homokos 0,020 száraz, agyagos 0,025 nedves, agyagos 0,035 vizes, agyagos A szükséges csőhossz és felület meghatározása l = Q 0 /q, A= l d (d=0,8m) A hőszivattyú kiválasztása, P el és Q 0 (Q 0 =Q F -P el ), meghatározása 21. sz. fólia

22 Talajkollektor fektetése Minden kört elzárószeleppel kell ellátni Minden kör egyforma hosszú legyen A kollektort lehetőleg a fűtési szezon előtt 1 hónappal el kell helyezni Az osztó és a gyűjtő aknája a telek legmagasabb pontján legyen A fagyállós kör legmagasabb pontjára légtelenítőt kell szerelni Valamennyi, épületen belüli és épületszerkezeten áthaladó vezetéket páratömören kell hőszigetelni Valamennyi, fagyállóval töltött vezetéket korrózióálló anyagból kell készíteni Az egyes körök hossza legfeljebb 100 méter lehet Az osztót és a gyűjtőt az épületen kívül kell elhelyezni A szivattyú és a tágulási tartály lehetőleg az épületen kívül legyen. Ha ez nem lehetséges, akkor páratömören kell hőszigetelni A fagyállós vezetékkel az egyéb csövektől legalább 1,5 méter távolságot kell tartani. Ahol ez nem lehetséges, a csöveket hőszigetelni kell. A kollektorok fölé építkezni vagy a talajt letakarni nem szabad A fektetésnél figyelembe kell venni a cső gyártójának előírásait 22. sz. fólia

23 Talajkollektor fektetési példa Hőszivattyú 23. sz. fólia

24 Árokkollektor 3 méteres árokmélység Szélesség 3 méter mélyen kb. 1 méter, a felszínen kb. 3 méter Az osztó/gyűjtő akna kb. 1,5 méter átmérőjű és kb. 3 méter mély Minden kollektorhurkot elzáróval kell az osztóra csatlakoztatni. Több árokkolektor párhuzamos kapcsolása esetén az árkok középvonalának távolsága legalább 5 méter legyen 1 méter csőből W/m teljesítmény nyerhető ki, talajtól függően Méretezése hasonló a talajkollektoréhoz (csőhossz számítás) 24. sz. fólia

25 Árokkollektor 25. sz. fólia

26 A talaj hőmérséklete A mélység növelésével állandósul a talajhőmérséklet 26. sz. fólia

27 Talajszonda A fúrási mélység méter között legyen. A szondák távolságát méter mélységű szondáknál minimálisan 5, az métereseknél pedig minimálisan 6 méterre kell megválasztani 1 méter szondahosszúságból talajtól függően W/m teljesítmény nyerhető ki A méretezés elve hasonló a talajkollektoréhoz (csőhossz számítás) A talajszonda fizikailag egy U- formájú műanyag tömlő, amely egy függőleges talajfuratban helyezkedik el. A furatot aztán alulról feltöltik beton-cement keverékkel. Kettős U szonda 27. sz. fólia

28 Talajszondák elhelyezése A talajszondákat nem feltétlenül sorban, hanem a talajvíz áramlására merőlegesen kell elhelyezni. 28. sz. fólia

29 Szondamező Előre gyártott, 3 méter hosszú szondák A szondák távolsága minimálisan 5 méter legyen 1 szondáról W teljesítmény nyerhető, talajtól függően A méretezés elve a szondák darabszámának meghatározása 29. sz. fólia

30 Talajvíz hőszivattyúk 30. sz. fólia

31 Víz-víz hőszivattyúk Előnyök: Magasabb COP A hőforrás hőmérséklete stabilabb Nincs minimális teleknagyság A stabil, relatív magas hőforrás-hőmérséklet alkalmassá teszi egész éves, monovalens üzemre Hátrányok: Idegen szakembert kell bevonni (fúrás) Magasabb bekerülési költség Az agresszív talajvíz problémákat okozhat Engedélyeztetni kell 31. sz. fólia

32 Víz-víz hőszivattyúk Két fúrt kútra van szükség, az egyikből kinyert vizet lehűtés után a másikba vezetjük vissza Figyelembe kell venni a talajvíz természetes folyásirányát Gazdaságossági okokból legfeljebb 30 kw teljesítményt érdemes kinyerni, 15 méternél nem mélyebb kútból 32. sz. fólia

33 Tudnivalók A vízhasznosítást az illetékes hatóságokkal engedélyeztetni kell. Meg kell határozni a követelményeket, pl. a szükséges maximális vízhozamot és vízanalízisre is szükség van. Amennyiben a vízminőség nem megfelelő, a hőszivattyút hőcserélővel le kell választani. Ebben az esetben a hőszivattyú hideg oldalát fagyállóval kell feltölteni. Ugyanezt a módszert kell alkalmazni szennyvízből történő hőkinyerésnél A vízhozam a szükséges teljesítménytől függ, és ez a hőszivattyú tervezési adataiból határozható meg. 33. sz. fólia

34 Tárolók 34. sz. fólia

35 Puffer tároló Alapvetően a kompresszor futásidejének meghosszabbítása céljából alkalmazunk puffer tárolókat Pufferméret: kb. 40 liter/kw fűtőteljesítmény, a fűtési rendszer térfogatával csökkentve Feltétlenül szükséges kisebb rendszertérfogatnál változó tömegáramnál (pl. hidraulikus váltó esetén) az üzemszünet áramnál) áthidalására (éjszakai levegő/víz hőszivattyúknál a leolvasztási idők áthidalására Elhagyható állandó hőelvételnél nagy rendszertérfogatnál (lásd feljebb) 35. sz. fólia

36 HMV termelés A HMV tároló térfogatának a teljes napi igényt fedeznie kell, hogy a feltöltési folyamat egy lépésben, magas előremeő hőmérséklettel megoldható legyen (kb.60l/fő) A maximálisan 50 C melegvízhőmérséklet csak nagy hőcserélő felülettel érhető el (kb. 1m² hőszivattyú fűtőteljesítmény kw-onként) Maximális hőforrás hőmérsékletnél (pl. +35 C levegő) és 45 C tároló hőmérsékletnél is át kell tudni vinnie a hőcselélőnek a hőszivattyú teljesítményét Magasabb melegvíz-hőmérséklet igénynél kiegészítő fűtést kell alkalmazni (pl. elektromos fűtőpatron) Nagyobb teljesítményű hőszivattyúknál lemezes hőcserélőt és töltőszivattyút kell beépíteni sz. fólia

37 Kapcsolási példák 37. sz. fólia

38 Kapcsolási példa 1. Monovalens üzem, egy radiátoros fűtési kör, soros puffer és HMV termelés, víz/víz hőszivattyú 38. sz. fólia

39 Kapcsolási példa 2. Monovalens üzem, egy radiátoros és egy kevert fűtési kör, soros puffer és HMV termelés, víz/víz hőszivattyú 39. sz. fólia

40 Kapcsolási példa 3. Monoenergetikus üzem, egy radiátoros fűtési kör, soros puffer és HMV termelés, levegő/víz hőszivattyú és elektromos fűtőpatron 40. sz. fólia

41 Kapcsolási példa 4. Bienergetikus üzem, egy radiátoros és egy kevert fűtési kör, soros puffer és HMV termelés, levegő/víz hőszivattyú és gázkazán 41. sz. fólia

42 Köszönöm a figyelmet! 42. sz. fólia