A HŐSZIVATTYÚ TELEPÍTÉS GAZDASÁGOSSÁGI KÉRDÉSEI ÉS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA AZ ÉVI SPF ÉRTÉK ALAKULÁSÁRA

Átírás

1 A HŐSZIVATTYÚ TELEPÍTÉS GAZDASÁGOSSÁGI KÉRDÉSEI ÉS A SZABÁLYOZÁS HATÁSA AZ ÉVI SPF ÉRTÉK ALAKULÁSÁRA A hőszivattyús beruházások előkészítésének folyamatában elsődlegesen eldöntendő kérdés,hogy megfelelő-e az épület hőszigetelése ahhoz,hogy elfogadható ár-érték arányú rendszerek jöjjenek létre. Hol,milyen U értékeknél húzódik a minimum határ? Eldöntendő kérdés továbbá,hogy a bőséges választékból energetikailag mely hőszivattyús rendszer a legalkalmasabb az adott épület hőszükségletének biztosítására. Alkalmas mutató lehet-e a COP érték a kérdés megválaszolására,vagy inkább az SPF az alkalmas energetikai mutatószám? Napjainkban a gáz növekvő ára, a levegőszennyezés növekedése valamint a fosszilis energiahordozók mennyiségének csökkenése egyre inkább kikényszeríti a megújuló energiák hasznosítását az épületgépészetben. A megújuló energiák a földfelszín alatt és felett egyaránt megtalálhatók. A föld felszíne alatt rejtőző megújuló energia, a geotermális hő, hőszivattyúk segítségével hatékonyan alkalmazható az épületek fellépő igényeinek kielégítésére. Hőszivattyúk alkalmazásával csökken a földgáztól való függőségünk valamint hatékonyan csökkenthető a lokális CO 2 kibocsájtás, mely hozzájárul a klímavédelemhez is. A magyarországi hőszivattyús piacon jelenleg több, nagy múltú hőszivattyúgyártó cég terméke van jelen, a készülék megválasztásánál azonban körültekintően kell eljárni, mely elsősorban a tervező feladata. Mindenekelőtt meg kell vizsgálnia, hogy az adott épületben lehetséges-e a hőszivattyús rendszer kiépítése, ha igen, meg kell bizonyosodni a rendszer gazdaságosságáról. Első lépésként tehát meg kell határozni az épület téli hőveszteségét, melynek ismeretében már lehetőség nyílik a megfelelő teljesítményű hőszivattyú kiválasztására. Ez azonban még nem minden. Létezik ugyanis egy íratlan szabály, mely ugyan nincs rögzítve, a szakma mégis előszeretettel alkalmazza a hőszivattyús rendszer telepítésének előzetes vizsgálatakor. Ez egy határérték, mely az épület légköbméterre vetített hőveszteségére ad iránymutatást. A légköbméterre vetített hőveszteség a számított hőveszteség és az épülettérfogat hányadosa. Ezen határértéket 25 W/m 3 -nél állapították meg. Ha az épület hővesztesége 25 W/m 3 alatt van, az épület adottságai kedvezőek a hőszivattyús rendszer kiépítését illetően. 25 W/m 3 felett a hőszivattyús rendszer telepítésének gazdaságossága megkérdőjelezhető. Ekkor ugyanis az épület hőveszteségének fedezésére esetlegesen egy nagyobb teljesítményű hőszivattyúra lehet szükség, mely a beruházási k növekedését hozza magával. Az említett határérték felett tehát meg kell vizsgálni mi a gazdaságosabb: egy nagyobb teljesítményű hőszivattyú telepítése vagy az épület hőszigetelése után egy kisebb teljesítményű hőszivattyús rendszer kiépítése. Nagyobb teljesítményű hőszivattyú beépítése esetén fontos megemlíteni a nagyobb

2 energiafelhasználást, a nagyobb üzemket valamint a hosszabb megtérülési időt. Az előzőekben tárgyalt 25 W/m 3 értéket egy elemzéssel szeretnénk alátámasztani, mely bizonyítja a határérték létjogosultságát. Adott egy közel 500 m 2 alapterületű épület, melynek fűtött térfogata 834 m 3. Az épület B30- as téglafallal rendelkezik. A falazat hőátbocsátási tényezője ekkor U = 1,39 W/m 2 K. Ha az épület falát 8 cm vastag NIKECELL EPS 100 hőszigeteléssel látjuk el, a falazat hőátbocsátási tényezője U = 0,368 W/m 2 K értékre módosul. A beépített ajtók és ablakok hőátbocsátási tényezője U = 1,5 W/m 2 K. A fűtéshez szükséges energiaigényt -13 C-os külső légállapot mellett határoztuk meg. Az épület hővesztesége hőszigetelés nélkül 25,464 kw, mely 30,53 W/m 3 értéknek felel meg. Hőszigetelés alkalmazásával a hőveszteség 14,957 kw-ra csökken, ez 17,93 W/m 3 értéknek felel meg, mely a fent említett határérték alatt van. Mindkét esetben elvégeztük a hőszivattyús rendszer kiépítési inek vizsgálatát, melynek eredményeit az alábbi táblázatban ismertetjük. Összefoglaló táblázat Falszerkezet B 30 tégla B 30 tégla Fal vastagsága 30 cm 30 cm Hőszigetelés nincs 8 cm Nikecell EPS 100 Hőszigetelés kiépítésének Ft Hőszükséglet 25,464 kw 14,957 kw (30,53 W/m 3 ) (17,93 W/m 3 ) Hőszivattyú teljesítménye 26 kw 15 kw Hőszivattyú ára a kazánházi szerelvényekkel Ft Ft Szondahossz 400 méter 200 méter Bányajogi engedélyeztetés Ft Ft Forrásoldal összes Belső hőleadó rendszer felülete Belső hőleadó rendszer Ft Ft 170 m m Ft Ft

3 Rendszer összes kiépítési Ft Ft Megtakarítás Ft 1. táblázat Az elemzés eredményeit összefoglaló táblázat A táblázat adataiból látható, hogy az adott épület hőszigetelésével az épület hőszükséglete egy kisebb teljesítményű hőszivattyúval is kielégíthető, ha pedig megvizsgáljuk a beruházási ket, azt tapasztaljuk, hogy kb. 3,2 millió Ft megtakarítás realizálható még annak ellenére is, hogy a hőszigetelés kiépítése közel 1,5 millió Ft-ot igényel. Fontos megjegyezni, hogy az általunk kalkulált megtakarítás kizárólag a beruházás szintjén jelentkezik. Hőszivattyús rendszer esetében egy hosszú távon megtérülő beruházásról van szó. Az előzőek fényében látható, hogy a hőszigetelés alkalmazásának megvizsgálása fontos szerepet játszik a hőszivattyú teljesítményének megválasztásakor. Ha hosszú távon gondolkodunk mindenképpen tanácsos az épület hőszigetelése, még abban az esetben is, ha egy jó minőségű téglafal miatt az épület már hőszigetelés nélkül is kielégíti a 25 W/m 3 határértéket, ugyanis a hőszigetelés alkalmazásával csökkenthető az energiafelhasználás valamint a rendszer üzem, melynek jótékony hatása a rendszer megtérülési idejében jelentkezik. A hőszivattyú kiválasztásakor fontos szempont, hogy a készülék milyen hatékonysággal képes végezni a rábízott feladatot. Ennek megítélésére az SPF (Seasonal Power Factor Szezonális Teljesítmény Faktor) érték a leginkább alkalmas. Az SPF érték az egy fűtési szezon alatt bevitt fűtési energia [kwh] és az egy fűtési szezon alatt a kompresszor által felvett elektromos energia [kwh] hányadosa. Sokan hajlamosak összekeverni a COP (Coefficient of Performance Teljesítménytényező) és az SPF érték fogalmát. A két mennyiség közötti különbség már a származtatásukban is jól nyomon követhető. Míg a COP érték meghatározásánál teljesítményértékek [kw] arányáról beszélünk, addig az SPF érték esetében energiamennyiségeket [kwh] vonatkoztatnunk egymáshoz. Az EU szabvány a hőszivattyúk megfelelőségének vizsgálatakor a COP értéket határozza meg. A folyadék-víz hőszivattyúk minimálisan szükséges értéke COP=4. -Sajnos azonban a valós készülék összehasonlításra ez az érték nem ad lehetőséget. A hőszivattyúk kimenő fűtési teljesítményének stabilitása egy adott elpárologtatási és kondenzációs hőfokszinten nagyon eltérő. A kimenő fűtési teljesítmény ingadozást alapvetően az expanziós szelep lengése / C között/ generálja. A túlhevítés növekedése egyenes

4 arányban van az elpárologtató teljesítmény csökkenésével. Emiatt a tényleges üzemi átlagos kimenő fűtési teljesítmény nem minden készüléknél közelíti meg a vizsgálati értéket. Problémát okoz általában a hűtőközeg tartály hiánya,amely az elpárologtatási hőfokszint emelkedésekor teljesítmény csökkenést okoz, és növeli az expanziós szelep lengését. Emiatt a valós összehasonlításra csak rendszerszinten az SPF érték alapján van lehetőség. Rendszerszinten azonban a hőszivattyús készüléken kívüli befolyásoló tényezők is szerepet játszanak, s így többek között a rendszer szabályozása amely jelentős befolyással bír az SPF érték alakulására. A következőkben egy elemzést végeztünk arra vonatkozóan, miként változik a hőszivattyúk évi SPF értéke a szabályozás függvényében, B0/W35 C 1 hőfokszinten, különböző COP értékű hőszivattyúk esetében. Az elemzéshez a COPELAND kompresszorgyártó cég kalkulációs programját használtuk. Az 1. ábrán egy ZH13KVE-TFD kompresszorral szerelt hőszivattyú adatbeviteli lapja látható. 1. ábra 1. ábra A program a budapesti átlaghőmérsékleti adatokat tartalmazza és kompenzált szabályozást alkalmazunk. A kompenzált szabályozás esetén az előremenő víz hőmérséklete a külső környezeti hőmérséklettől függően C között változtatható. Ezt a külső hőmérsékletérzékelő automatika biztosítja, mely összeköttetésben van a hőszivattyú vezérlésével. A maximális hűtővíz hőmérséklet 45 C, a fűtési határhőmérséklet 12 C. A kondenzációs 1 Magyarázat: 0 C-os feljövő közvetítőközeg hőmérséklet esetén 35 C-os előremenő vízhőmérséklet

5 hőmérséklet értéke a kilépő fűtővíz hőmérséklete felett 3,5 C, az elpárolgási hőmérséklet értéke a belépő közvetítőközeg hőmérséklete alatt 4 C. Az átlagos szonda hőmérséklet 2 C. Ezen paraméterekkel rendelkező hőszivattyú COP értéke B0/W35 C hőfokszinten COP = 4,54. A 2. ábrán látható, hogy kompenzált (külső hőmérséklet függő) szabályozást alkalmazva az elérhető évi SPF érték SPF = 5, ábra Minden értéket változatlanul hagyva megváltoztattuk a szabályozás módját konstans szabályozásra. A konstans szabályozás lényege, hogy a hőszivattyúból kijövő, előremenő vízhőmérséklet állandó értékű. Ennek a megoldásnak a hátránya, hogy ha a külső hőmérséklet változik, ezt a szabályozás nem érzékeli, az előremenő vízhőmérsékletet nem képes változtatni. Konstans szabályozást alkalmazva a hőszivattyú évi SPF értéke csökken, mindössze SPF = 3,84. (lásd 3. ábra)

6 előzőekben végzett elemzést elvégeztük egy 3. olyan ábra hőszivattyúra is, melynek COP értéke B0/W35 C hőfokszinten COP = 4,0. A számítást ugyan azon kompresszorral végeztük, csupán az elpárologtató és a kondenzátor méreteit változtattuk meg. Ennek megfelelően a kondenzációs hőmérséklet értéke a kilépő víz hőmérséklete felett 6 C-ra, az elpárolgási hőmérséklet értéke a belépő közvetítőközeg hőmérséklete alatt 7 C-ra változott. (lásd 4. ábra) 4. ábra Az első esethez hasonlóan először kompenzált szabályozást alkalmaztunk, mely esetén SPF = 4,53 érték adódott. Ez látható az 5. ábrán. A szabályozás módját most is konstans szabályozásra állítva az SPF értéke SPF = 3,38-re csökkent. (lásd 6. ábra) 5. ábra 6. ábra

7 Elemzésünkkel arra szerettünk volna rávilágítani, hogy a hőszivattyúk évi SPF értékének alakulását sokkal nagyobb mértékben a rendszer szabályozása határozza meg és egy alacsonyabb COP értékű hőszivattyú is képes jó SPF értéket produkálni megfelelő szabályozás alkalmazásával. Elemzésünknek azonban vannak korlátai. A program által feltüntetett SPF értékek csak a kompresszorra vonatkoznak, nem tartalmazzák a hőszivattyú jósági fokát, mely csökkenti az évi SPF értéket. A közölt értékek azonban összehasonlításra alkalmasak, mert a hőszivattyú jósági foka arányosan változtatja meg az évi SPF értékét mindkét szabályozás esetén. 1. eset 2. eset Kompresszor típusa ZH13KVE-TFD ZH13KVE-TFD Hőszivattyú COP értéke 4,54 4 Kondenzációs hőmérséklet a kilépő fűtővíz hőmérséklete felett Elpárolgási hőmérséklet a belépő közvetítő közeg hőmérséklete alatt 3,5 C 6 C 4 C 7 C SPF értéke konstans szabályozás esetén 3,84 3,38 SPF értéke kompenzált szabályozás esetén 2. táblázat Összefoglaló táblázat 5,19 4,53 Az elvégzett elemzés alapján egyértelműen látható,hogy csupán COP értékek alapján nem lehet hőszivattyús készülékek és rendszerek alapján dönteni egy tervezőnek. A döntés csak SPF érték alapján lehetséges, amely sokkal körültekintőbb vizsgálatot,elemzést és nem utolsó sorban gyakorlati mérési eredményeket követel meg.