FŰTÉSTECHNIKA A KÖRNYEZETBARÁT HŐSZIVATTYÚVAL

Átírás

1 Komlós Ferenc vezető-főtanácsos Belügyminisztérium Településüzemeltetési Iroda FŰTÉSTECHNIKA A KÖRNYEZETBARÁT HŐSZIVATTYÚVAL (ÉPÜLET ENERGIA EURÓPA EMBERIBB ÉLET) T A R T A L O M J E G Y Z É K BEVEZETÉS 2 EU-IRÁNYELV (DIREKTÍVA) A LAKÓ- ÉS KÖZÉPÜLETRE 3 A HŐSZIVATTYÚ ALKALMAZÁSA 5 A CARNOT-FÉLE (IDEALIZÁLT) KÖRFOLYAMAT 7 A HŐSZIVATTYÚ MŰKÖDÉSE 9 HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK 11 ENERGIATÁROLÁS 15 AZ ENERGETIKAI SZEMPONTÚ TELJESÍTMÉNYTÉNYEZŐ 17 A DECENTRALIZÁLT ENERGIATERMELÉS 18 A HŐTERMELÉS MEGOLDÁSAINAK ÖSSZEHASONLÍTÁSA 20 A HŐSZIVATTYÚK HŐFORRÁSAI ÉS TOVÁBBI ALKALMAZÁSOK 22 A KÖRNYEZETI LEVEGŐ HASZNOSÍTÁSA 23 A FÖLDHŐ HASZNOSÍTÁSA 24 FÖLDGÁZMOTOROS KLÍMABERENDEZÉSEK 26 HELLER LÁSZLÓ 27 FELÜLETFŰTÉS, FELÜLETHŰTÉS ÉS HŐKOMFORT 29 MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK HASZNOSÍTÁSA 37 TÁVHŐ MÉRÉSE LAKÁSONKÉNT 38 ÖSSZEFOGLALÁS 39 A FELHASZNÁLT FORRÁSMUNKÁK JEGYZÉKE (7 oldal)

2 2 Mottó: Mindent olyan egyszerűen kell csinálni, amennyire csak lehet. De nem egyszerűbben. (Albert Einstein) BEVEZETÉS Az emberi fejlődés eddig egyre nagyobb mértékű természetátalakítással járt. A természet a rajta képzett ún. sebeket, amíg az ember harmóniában élt vele, gyógyítani tudta. Viszont az ipari forradalom óta bekövetkezett a természeti erőforrások felelőtlen pazarlása, és a fokozódó környezetszennyezés a tudósok szerint globális katasztrófa bekövetkezéséhez vezet. A veszélyforrás megszüntetésére tett közös erőfeszítések eredményeként nemzetközi megállapodások készültek, és a legújabb kutatási eredmények felhasználásával jelenleg is készülnek. Az emberiség által okozott éghajlatváltozás megállítása ill. a változások kedvezőbb irányba terelése napjaink egyik legnagyobb kihívása [33]. Az emberiség nem mond le a technika áldásairól ill. a kényelemről (a komfortról), ugyanis a nagy részéről nem is mondhat le, de a káros mellékhatásokat fokozatosan csökkenteni kell, és amennyire lehet, kiváltással megszüntetni. Jelentős követelmény: az energiahatékonyság növelése az energiatermelés és az energiafelhasználás minden fázisában. Ha meg akarunk maradni egészségesen élő közösségi lényeknek, akkor ökológiailag érzékeny gondolkodásra van szükség. Változtatni szükséges a környezetet kizsákmányoló magatartásunkon, és ne higgyük, hogy pénz nélkül semmire sem mehetünk. Ne feledkezzünk meg arról, hogy az Európai Unió (az EU) a klímavédelem élharcosának számít! Szakterületünkön jelenleg az értékrend átalakul: csökken a rövid távú, és növekszik a hosszú távú érdek érvényesítésének szerepe, de napjainkban, sajnos, még csak a rövid távú érdekek érvényesülnek. Bizonyára jelen pályamű is hozzájárul a legnehezebb feladat megoldásához: gondolkodásunk megváltoztatásához, ezáltal az energiatudatos, környezetbarát magatartáshoz, a fenntartható építés útjára való átálláshoz.

3 3 EU-IRÁNYELV (DIREKTÍVA) A LAKÓ- ÉS KÖZÉPÜLETEKRE Charles J. Kibert professzor az évi Nemzetközi Építéskutatási Tanács (Conseil International du Batiment: CIB) konferenciáján [15] a következőképpen fogalmazott: A fenntartható építés: egészséges épített környezet létrehozása és felelősségteljes működtetése, ökológiai alapelvekre támaszkodva, és az energiaforrások hatékony felhasználására törekedve.. Az építész az épület tájolásával, tömegalakításával, hőszigetelésével, légtömörségével, hőtároló képességével, üvegezésével, árnyékolásával, a különféle rendeltetésű helyiségek épületen belüli elhelyezésével jelentősen befolyásolni tudja az épület energiaigényét [28]. Minél tudatosabb és szakszerűbb a tervezés, annál kevésbé van szükség a nem megújuló energiaforrások felhasználására. Az építész, a statikus, az energetikus és az épületgépész alkotó együttműködésével olyan építmény hozható létre, amelynél a megújuló energia fűtésre és hűtésre (a felsoroltakon kívül, többek között szellőztetésre, szárításra és nedvesítésre is) felhasználható. Dr. Garbai László tanszékvezető egyetemi tanár (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Épületgépészeti Tanszék) megfogalmazása szerint: Az épületgépészet technikai berendezései a nemzeti vagyon 20 25%-át képezik, és évi előállítási értékükkel ugyanilyen arányban vannak jelen a megtermelt GDP-ben. Az épületek jelentős befolyást gyakorolnak a hosszú távú energiafogyasztásra. Jelenleg a lakások és az ún. tercier ágazat fogyasztása, amelynek meghatározó részét az épületek jelentik, a végső energiafelhasználás 40%-át teszi ki az EU-ban, és hazánkban is hasonló ez az arány [37]. Az országos energiamérleg javítása és a környezet kímélése egyaránt szükségessé teszi az épületek energiafogyasztásának mérsékelését. Az önkormányzatok költségvetése szempontjából is fontos kérdés, mert az ún. kommunális fogyasztók egyre nagyobb részarányt képviselnek az országos energiamérlegben.

4 4 A legnagyobb energiamegtakarítást az energiatermelés és az energiafelhasználás ésszerűsítésével, az építmények hőveszteségének csökkentésével, valamint a fűtőberendezések optimális, európai értékrend szerinti kiválasztásával és üzemeltetésével érhetjük el. Napjainkban különösen tekintettel kell lennünk az EU direktíváira, amelyek hatálya ill. bevezetésének szükségessége belépésünkkel, azaz május 1-től kötelezővé vált. A Magyar Köztársaság EU-hoz történő csatlakozása minden szakembertől megköveteli műszaki-gazdasági gondolkodásának áttekintését, ezen belül annak vizsgálatát, hogy milyen módon változik szerepköre a csatlakozás után, és a csatlakozás miként érinti személyét. Időszerű megemlíteni, a októberben Rómában jóváhagyott Európai Alkotmány Energia fejezetének (III-157. cikk, (1) bekezdés) egyik fő célját: c) az energiahatékonyság és az energiatakarékosság, valamint az új és a megújuló energiaforrások felhasználásának előmozdítása.. Az energetikával foglalkozó szakemberek figyelme most az épületek energiafelhasználásával foglalkozó Európai Parlament és Tanács 2002/91/EK (2002. XII. 16.) irányelvére irányul [65,69]. Új törvény és/vagy új kormányrendelet és/vagy új miniszteri rendelet és új szabványok alkotása és helyes alkalmazása szükséges az előbbiekben megnevezett, energetikai szempontból kiemelten jelentős EU-direktíva jogharmonizációja érdekében, amit legkésőbb január 4-ig kell a tagországoknak honosítani. Ez az irányelv több, szakmailag kiemelt jelentőségű feladat mellett rögzíti a hőszivattyú fogalmi meghatározását, a hőszivattyús rendszerek létesítésének feltételeit meglévő és új épületeknél. A legegyszerűbb hőszivattyú fő részeit a 1. ábra mutatja be.

5 5 1. ábra: A legegyszerűbb kompresszoros hőszivattyús rendszer elvi vázlata Forrás: EVN Energie-Versorgung, Niederöstereich Aktiengesellschaft 1994.p.4 A HŐSZIVATTYÚ ALKALMAZÁSA A hőszivattyú a következő energetikai feladatot végzi: az alacsony hőmérsékletű környezetből (levegőből, vízből vagy földből) hőt von el, és azt egy nagyobb hőmérsékleten vezeti be az épületbe. Így mondhatjuk: a környezetből a hőt külső energia befektetése árán szivattyúzza a hasznosítható hőmérsékletre. Sok helyen szinte mindenütt van alkalmas környezeti hőforrás, amelyet csak hőszivattyúval lehet energetikailag kedvezően hasznosítani, ráadásul nem kell megvásárolni. Energetikai szempontból kedvező, hogy a hőszivattyúk több feladatra is alkalmazhatók: épületek fűtésére, hűtésére, de akár szellőzésére és a használati melegvíz előállítására is. Napjaink leghatékonyabb műszaki eszköze annak, hogy ásványi (fosszilis) eredetű energiát takarítsunk meg, és a szén-dioxid-kibocsátást csökkentsünk.

6 6 A hőszivattyúk a megújuló és a hulladékenergiák hasznosításával elősegítik a fosszilis tüzelőanyagok takarékosabb felhasználását, így jelentősen csökkentik az építmények energiaellátásának üzemeltetési költségeit. És ne felejtsük el: a megújuló energiaforrások korlátlan ideig és korlátlan mennyiségben felhasználhatók. A 80-as évektől kezdve a hőszivattyúkkal szemben támasztott követelményeket és vizsgálatokat nemzeti és nemzetközi szabványokban is rögzítették. Ma az energiahatékonyságot javító, megújuló energiaforrásokat hasznosító eszközök közül a hőszivattyúkra országunk szakmai köreiben is fokozott figyelem hárul. Az elmúlt évszázadban az energiaárak országunkban alacsonyak voltak, és nem tükrözték az energia valós értékét, így az energia hatékony felhasználására nem ösztönözték a beruházókat. A dráguló energia viszont megemeli a megtakarítás értékét, javítja a beruházások megtérülésének idejét. De az árak emelése önmagában nem oldja meg ezt a problémakört. Maholnap a beruházási költség és az éves üzemköltség mérlegelésénél a környezetterhelés szempontjának is meghatározónak kell lennie a gazdaságossági számításnál, mert a jövőt érintő döntéseinknél egyre növekvő mértékben figyelembe kell venni a távlati kihatásokat is [53,56]. A gazdaságilag fejlett országokban a hőszivattyús rendszerek nemcsak a rövid és hosszú távon növekvő energiaárak miatt, hanem a környezetvédelem növekvő jelentősége következtében is redkívüli mértékben terjednek. Pl. Svédországban az eladott hőszivattyúk darabszáma 2000-ben db, 2002-ben db, Norvégiában pedig 2001-ben 6500, ben db volt (Scanvac Newsletter 2/ old.). A hőszivattyúk, egy 1997-es felmérés szerint, globálisan 6% CO 2 - csökkenést eredményeztek. A felmérést végző hőszivattyús nemzetközi szervezet programjában 2010-ig várhatóan 16%-os érték szerepel [14]. A fentiekre is tekintettel világosan kell látnunk, hogy jövőnket hosszú távon csak az ásványi (fosszilis) energiahordozók (elsősorban: lignit, szén,

7 7 kőolaj, földgáz) ún. tiszta technológiával történő felhasználásával, majd később ezek kiváltásával leszünk képesek megőrizni. A CARNOT-FÉLE (IDEALIZÁLT) KÖRFOLYAMAT A körfolyamatok egyes állapotváltozásait és a körfolyamatok egészét általában a p-v, a log p-h de az energetikusok leginkább a T-S azaz hőmérséklet entrópia ([K] - [W/K]) gőzdiagramokból ismerhetik fel [7]. A gyakorlatban elterjedt (egykomponensű munkaközeggel működő kompresszoros) hőszivattyú munkafolyamata a Carnot-féle körfolyamathoz hasonlít. Az 2. ábrán az idealizált Carnot-féle körfolyamatokat látjuk négy hőmérséklethatár között és négyféle felhasználási cél elérése érdekében. 2. ábra: Idealizált körfolyamatok főbb adatai Forrás: [30] A hőszivattyúk elméleti tárgyalásának alapját az előzőek szerint felidézett Carnot-féle termodinamikai körfolyamat képezi, amely négy megfordítható (reverzibilis) állapotváltozásból áll (lásd a 3. ábrát).

8 8 3. ábra: A teljesítménytényező a Carnot-féle körfolyamatban (2 izotermikus és 2 izentrópikus állapotváltozás) Forrás: MSZ EN 255, pren 14511:2004 Ha a körfolyamat ideális, akkor adott hőmérséklethatárok között (pl.: T c és T o ) a Carnot-féle körfolyamat rendelkezik a legnagyobb hatásfokkal (η), ill. teljesítménytényezővel (a 3. ábrán a teljesítménytényező jelölése CARNOT COP ). Azonos hőteljesítmény eléréséhez ez a körfolyamat használja fel a legkevesebb energiát. E körfolyamat hatásfoka, ill. teljesítménytényezője csupán az ún. két hőtartály (hőforrás és hőelnyelő) abszolút hőmérsékletétől (T c és T o ) függ. A 4. ábra kapcsolási vázlatán (az ábra tartalmazza az energiafolyam-ábrát, az ún. Sankey-diagramot) a hőforrás és a hőszolgáltatás, ill. a hasznos hő oldalaival azonosítható a két hőtartály [21]. 4.ábra: A legegyszerűbb gázmotorhajtású hőszivattyú (kompresszoros) energiahasznosítása Forrás: Ruhrgas AG

9 9 A fűtés hőteljesítményének jelentős részét a környezeti hőfokról szivattyúzzuk, és a gyakorlatban általában szobahőmérsékleten jelentkező fűtési igény kielégítésre fordítjuk. Az ún. levegő-víz hőszivattyú az a típus, amely a fűtési igény jelentős időtartamában a fűtést biztosítja, és pl. Németországban elterjedten használt [25,36,57]; a svájci HOVAL cég hőszivattyú eladásának 59,5% volt ilyen levegő-víz hőszivattyú. A hőszivattyúk megnevezése a hőfelvevő és a hőleadó oldali hőhordozó közeg halmazállapotának (fagyállóságának) függvénye: levegő-levegő hőszivattyú, víz-levegő hőszivattyú, sólé-levegő hőszivattyú, levegő-víz hőszivattyú, víz-víz hőszivattyú, sólé-víz hőszivattyú. A gyakorlatban elérhető teljesítménytényező értékére függ: az elpárolgási hőmérséklettől, amelyet a hőforrás hőmérséklete határoz meg, a véges hőmérséklet-különbségek nagyságától az elpárologtatónál és a kondenzátornál, az alkalmazott gép hatásfokától, a segédberendezések energiaszükségletétől stb. Természetesen az elpárolgás feltétele, hogy a hőforrás hőmérséklete a munkaközeg adott nyomáson adódó forráspontjánál nagyobb legyen. A valóságos teljesítménytényező az ideálisnak általában kb %-a [40]. A kisebb értékek a kisebb berendezésekre és a nagyobb hőmérséklet-különbségekre, a nagyobb értékek pedig a nagyobb berendezésekre és a kisebb hőmérséklet-különbségekre jellemzőek. A HŐSZIVATTYÚ MŰKÖDÉSE A hőszivattyú olyan gépi berendezés ill. készülék, amely kisebb hőmérsékletű hőt von ki levegőből, vízből vagy földből, és azt nagyobb hőmérsékleten bevezeti az épületbe. A 5. ábrán egy lakóépületet fűtő, gázmotoros levegő-víz hőszivattyús rendszer kapcsolási rajza látható [3]. Itt a hőszivattyú kompresszorát nem a

10 10 szokványos villamos motor, hanem egy földgázzal táplált belső égésű motor (1) hajtja. A motor és a kipufogógáz hőtartalmát a hőcserélő (6) veszi fel. Vagyis gázmotoros hőszivattyú esetén a kondenzátorhő mellett fűtésre felhasználják a kipufogógáz és a motor hőjét is. 5. ábra: Gázmotoros levegő-víz hőszivattyús rendszer Forrás: [3] A hőszivattyú működési elve a 5. ábra felhasználásával is jól szemléltethető. Az elvi kapcsolási rajz jobb oldalán látható a hőszivattyú négy fő része (4, 2, 5, 12): a környezeti levegőt hőforrásként hasznosító elpárologtató (4), kompresszor (2) az elpárologtatott munkaközeget a nagyobb nyomásra sűríti, miközben a nyomás növekedésével a kondenzációs hőmérséklet is emelkedik, a munkaközeg nagy nyomású gőze a kondenzátorba (5) jut, itt a munkaközeg átadja hőjét a nála kisebb hőmérsékletű hőfelvevő közegnek, miközben lecsapódik (kondenzálódik),

11 11 a munkaközeg az expanziós szelepen (12) keresztül a kondenzátorból az elpárologtatóba kerül. Az expanziós szelepben a munkaközeg nyomása a kondenzátornyomásról az elpárologtató nyomására csökken. Eközben a munkaközeg folyadék halmazállapotú kis része elgőzölög, az ehhez szükséges párolgási hőt a folyadék halmazállapotú résztől vonja el, ezáltal a munkaközeg jelentősen lehűl. A munkaközeg elpárologtatóba áramlásával a körfolyamat pedig ismétlődik. A hőszivattyú fő részeit csővezetékek kötik össze, amelyben a munkaközeg zárt rendszerben áramlik. Környezetvédelmi okokból a munkaközeg újabban már csak "ózonbarát" ún. alternatív hűtőközeg lehet (pl.: R407C, R134a stb.). Egy családi ház nagyságrendű sólé-víz hőszivattyú esetén a munkaközeg maximális töltete mindössze 1,0 kg ún. tiszta propán (R 290). A hőszivattyú, mivel a hűtőgépből származtatható, a kivitelétől függően alkalmazható hűtésre is. A két berendezés között mutatkozó különbség a körfolyamat hőmérséklet-határaiban és a felhasználás céljában van. Hűtésnél az a cél, hogy az alsó hőmérséklet szintet minél alacsonyabbra szorítsuk, mivel a hűtés, hőelvonás ezt igényli, hőszivattyú esetében viszont a felső hőfokszint emelése kívánatos, a hőszolgáltatás hatásosságának érdekében. Ha a kondenzátoroldalon termelt hő hasznosítása a cél, és a hűtést nem hasznosítjuk, akkor a hőszivattyú "egycélú" berendezés, míg a fűtésre és hűtésre egyaránt alkalmas hőszivattyút "többcélú" berendezésnek nevezzük. A többcélú hőszivattyúval egyidejűleg lehet fűteni és hűteni is, ezért használata energiatakarékossági okok miatt rendkívül jelentős. Példa erre egy olyan hőszivattyú, amelyik a műjégpályánál hűt, a mellette lévő uszodában pedig fűt. Az egyidejű kettős hasznosítás a teljesítménytényezőt megtöbbszörözheti [4,10]. HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK

12 12 A 6. ábrán látható, hogy hőszivattyús rendszeren a bevezetett energiát, a kompresszor energiaellátását és a hőforráshoz kapcsolódó berendezéseket (elpárologtató oldal), valamint a hasznos energiához ill. a hőhasznosításhoz kapcsolódó berendezéseket (kondenzátor oldal) együttesen értjük. 6. ábra: Kompresszoros hőszivattyús rendszer elvi vázlata Forrás: A hőszivattyúkat új épületek esetén a legcélszerűbb ún. monovalens üzemmódú berendezésre tervezni. Télen fűteni lehet az épületet a hőszivattyúval, nyáron pedig hűteni az igények szerint. Természetesen a használati melegvíz egész éven át előállítható. Az ilyen épületeknél a külső falak-, a padló-, a mennyezet jó hőszigetelése, a hőszigetelt üvegezés és a kishőmérsékletű fűtési rendszer alkalmazhatósága jelenti a kedvező építési adottságokat [12,28]. Az ún. alacsony energiafelhasználású épületeknél a fűtési hőszükségletet a szellőzőberendezésbe épített ún. levegő-levegő hőszivattyú biztosítja, amely az épületből távozó levegő hulladékhőjét használja fel a friss levegő felmelegítésére. Mint ismeretes, az épület fűtési hőszükséglete és a szellőztetés mértéke (filtrációs hőszükséglet) igen szoros kapcsolatban van egymással. Tekintettel arra, hogy energiatakarékossági és környezetvédelmi okból a külső transzmissziós energiaáram aránya jelentősen csökkenő tendenciájú [8,62]. A korszerű épületeknél a szellőzésből eredő hőveszteség vált az épület teljes hőveszteségének meghatározójává, a határolószerkezetek fokozott hővédelme és a nyílászárók szintén fokozott légtömörsége miatt. Másfelől, az új higiéniai gondolkodásmód szerint, a

13 13 szellőzőlevegő mennyiségét ma már nem a helyiségben tartózkodó emberekre határozzák meg, hanem az épület emissziójára. A változás oka, hogy az új építési technológiák következtében jelentős mennyiségű, az emberi emissziót messze meghaladó káros anyag jut a belső terek levegőjébe. Ezeknél az épületeknél a légcsere következtében megnövekedett távozólevegő-mennyiség értékes hulladékhője gazdaságosan hasznosítható a szellőzési célra kifejlesztett hőszivattyús rendszerrel. Új módszerek kifejlesztésén kell gondolkoznunk. A környezetvédelem növekvő szerepe, az energiaárak állandósult emelkedése, a hőerőművi berendezések átlagos hatásfokának emelkedése [17,34], a motorgyártás és a hűtéstechnika (ezen belül különösen a kompresszorok, a munkaközegek és a szabályozás-vezérlés) fejlődése, az épületek fokozott hőszigetelése következtében a technika mai szintjét képviselő hőszivattyúk az épületgépészetben új fejlődési korszak előtt állnak. Rövidtávon már a kazán mellett is be lehet tervezni a hőszivattyúkat. Elsősorban a környezeti levegő, mint hőforrás hasznosításra, bivalens, trivalens vagy multivalens rendszerként, alternatív üzemmódban működtetve [25,67]. A bivalens, trivalens vagy multivalens rendszer két, három és háromnál több különböző energiára alapozott fűtési rendszer összekapcsolását jelenti. Ez különösen előnyős távfűtéseknél, mivel a tüzelőanyag árváltozásához rugalmasan tud illeszkedni, mégpedig úgy, hogy a távfűtés üzemeltetési költsége minél kisebb legyen, így a piaci árváltozások miatti rezsiköltség-növekedés elkerülhető, vagy csökkenthető [42]. A kishőmérsékletű fűtésekhez pedig monovalens hőszivattyús rendszerként, hálózati villamos energiához csatlakozva, ún. földszondás hőforrást felhasználva már megkezdődött az alkalmazásuk országunkban az új társasházi lakásokhoz, és nemcsak családi házakban. Pl. az 50 db kanadai gyártmányú ( Nordic ) hőszivattyúból egy Kecskeméten létesült decemberében, 41 lakásos társasháznál. Itt az épület fűtése és hűtése, valamint a használati melegvíz készítése egyaránt hőszivattyús. Az

14 14 eddigi adatok szerint elmondható, hogy a mért teljesítménytényező COP = 4,50 meggyőző értékű! Energiagazdálkodási szempontból hangsúlyozom, hogy a hazai gyakorlatban leginkább elterjedt villamos hőszivattyúk alkalmazásakor a meglévő fűtőberendezésekhez a bivalens, trivalens, vagy multivalens rendszert és az alternatív üzemmódú működtetést célszerű választani, mert ekkor nincs szükség az erőművek teljesítményének növelésére. Ezekben az esetekben a fűtési energiaigény jelentősen nagyobb részét a hőszivattyú fedezi, és csak a téli hidegebb időben van szükség kazánra. Távhőszolgáltatási fejlesztéseknél a kapcsolt hő- és villamosenergiatermelést (pl. a gázmotoros vagy gázturbinás energiatermelést), az ún. kogeneráció megvalósítását kell továbbra is szorgalmazni, mert ez a hatékony energiatermelés legjobb eszköze. Lényege, hogy az erőmű egyidejűleg villamos energiát és hőenergiát is termel [43]. Ez az összekapcsolás kb. 50%-os energiaforrás-megtakarítást eredményez. Az így termelt áramot kötelező hatóságilag szabályozott módon, kötött áron átvenni. A távhőellátásért felelős tulajdonosoknak, az önkormányzatoknak igen korlátozott cselekvési lehetőségük van az adott energiaszerkezetben, a hőszolgáltatás versenyképessé tételében. Sok település (pl. az Aföldön) rendelkezik olyan geotermikus energiával, amelyet nem használnak fel épületfűtésre. A távhőszolgáltatásban a geotermikus energia felhasználásának részaránya csupán 0,4%! Pedig a geotermikus energia nemcsak költségcsökkentő, hanem az ellátás biztonságát is növeli. A településen élő emberek a környezet romlásából elsősorban a levegő minőségének a változását érzékelik. Statisztikai adatok mutatják, hogy az ország lakosságának több mint a fele szennyezett levegőjű területen él. A legsúlyosabb helyzet azokban a városainkban alakult ki, ahol kevés a növényzet. A sűrűn lakott településeken a sok kis károsanyag-kibocsátóval szemben a távfűtés esetén a szennyeződés koncentráltan lép fel, és annak

15 15 kezelése fajlagosan jelentősen kisebb költséget igényel. Elvként rögzíthető: egy kémény sok kémény helyett. A nyári hűtési igény hazánkban is egyre nő. Főleg irodaházaknál, szolgáltató épületeknél, könnyűszerkezetes épületeknél és tetőtérbeépítéseknél jelentkezik a nyári hűtési energiaigény. Ha a fűtésen kivül hűtési energiára is szükségünk van, akkor trigenerációt alkalmazhatunk az energiaigények kielégítésére [68]. Napjainkban műszakilag elhasználódott belvárosok, belső kerületek teljes körű ujjáépítését és felújítását végzik a nagyvárosokban és a kisebb településeken. Megújulnak az egyes lakó- és középületek. Fel kell készülnünk, elsősorban a környezetkímélő, ún. passzív építészeti eszközök megismerésére, elterjesztésére és használatára. A passzív eszközök lényege, hogy az épületet megvédjük a külső hatásoktól, és csak elkerülhetetlen végső esetben alkalmazzunk gépészeti eszközöket fűtésre ill. hűtésre. ENERGIATÁROLÁS A hazai energia- és árviszonyok között a villamos fogyasztás völgyidőszakának a fogyasztó oldali növelése előnyös. Kellő űrtartalmú melegvíz-puffertárolóval a csúcsidőszakokat át lehet hidalni (külön mérővel, a villamos fűtésű melegvíztárolóhoz hasonlóan). A hőtárolással kombinált völgyidőszaki ellenállásfűtés széleskörűen elfogadott módszer a használati meleg víz készítésére, sőt még helyiségfűtésre is. A mai napig is használatosak az éjszakai árammal működő hőtárolós kályhák. Felhívom a figyelmet, hogy az energetikai hatékonyság növelése érdekében célszerű megvizsgálni, hogy a völgyidőszakban, alaperőművekben olcsón megtermelt vagy az importból kedvező áron behozott, vagy a megújuló energiából előállított (pl. a közcélú elosztóhálózatot tápláló villamos szélerőmű), de az adott időszakokban feleslegesnek tűnő villamos energiát előnyös vízemelésre felhasználni, és a felemelt vizet hidraulikus tározókban tárolni [16]. Ezek a vízerőművek

16 16 akárhová elhelyezhetők a villamos hálózatban, nem szükséges őket más erőművel egyesítve kialakítani. Sajnos, Magyarország eddig nem alkalmazta ezt az eléggé elterjedt villamos-energia-tárolási lehetőséget, ezért pl. villamos szélerőművek esetében a rendszerszabályozás miatt olyan tartalékkapacitásokat kell létrehozni, amelyek a villamos szélerőművek leállási időszakában igénybe vehető. A szóban forgó tározó indokoltsága miatt jelzem, hogy 2003-ban a villamos energia importja a hazai termelésnek kb. 21%-a volt: lásd a 7. ábrát. 7. ábra: Magyarországi villamosenergia-termelés Forrás: Paksi Atomerőmű Rt ban az import GWh, az export 4498 GWh, és a szaldó 6938 GWh volt (MAVIR Rt. adatai). A kereskedelmi szaldónk is várhatóan jobb lehetne, ha nem kellene műszaki okból a legkisebb költséggel villamos energiát termelő atomerőművünk teljesítményét a fellépő üzemviteli kényszer miatt visszafogni. A 2004 második félévében életbe lépő napi háromórás ún. mélyvölgy időszak hatása sem segíti kellőképpen a megújuló energia felhasználásával termelt villamos energia (ún. zöld áram) termelőjét.

17 17 A közvetett tárolási módra a jellemző, hogy völgyidőszakban a fogyasztást meghaladó mértékben termelt villamos energiát a víz helyzeti energiájává alakítják át, csúcsidőszakban pedig, amelyben a villamosenergia-szükséglet meghaladja a termelést, a tárolt energiahordozóval termelik a villamos energiát [52]. A leírtak alapján természetesen javasolom a hidraulikus tározók pályázati kiírások útján való mielőbbi létesítését, vagy az ugyanezt a célt szolgáló ún. szivattyús tározós vízerőművek építését, tekintettel arra, hogy a Kárpát-medencében több lehetőség is van ilyen beruházás megvalósítására. A megvalósítás pénzügyi fedezetéhez érdemes megvizsgálni európai vagy más nemzetközi pénzforrások bevonásának a lehetőségét. AZ ENERGETIKAI SZEMPONTÚ TELJESÍTMÉNYTÉNYEZŐ A villamos hajtású hőszivattyúkkal szemben korábban, de elhangzó érv volt, hogy országos szempontból nem támogatható, mert a magyar villamosenergia-termelésnek rossz a hatásfoka. Az 1. táblázat ill. diagram (1951-től ill tól) bemutatja a hőerőművi berendezések időszakonként változó, átlagos hatásfokát (η). 1. táblázat: Hőerőművi berendezések átlagos hatásfoka és a kiadott villamos energia fajlagos hőfogyasztása (táblázatban és diagramban) Forrás: [48]

18 18 Ha a villamos energiát szállító és elosztó országos hálózat hatásfokát állandó értékűnek feltételezem, η HÁLÓZAT = 0,89, akkor az energetikai szempontból indokolt fajlagos fűtési tényező értéke: 1/(η ÉVES * η HÁLÓZAT ). Ennek megfelelően, a fajlagos fűtési tényező értéke az alábbi években a következőképpen alakult: ban: 1/(0,211 * 0,89) = 5, ban: 1/(0,311 * 0,89) = 3, ben: 1/(0,350 * 0,89) = 3, ben: 1/(0,361 * 0,89) = 3,11 A kiszámolt eredmények azt mutatják, hogy ha egy adott létesítménynél a teljesítménytényező értéke a fajlagos fűtési tényező értékénél, pl. 3,11 nél nagyobb a működés idejében ill. évi átlagban, akkor makrogazdasági szinten energetikailag előnyős a villamos hajtású hőszivattyú alkalmazása. Megjegyzem, hogy a fenti tényező (3,11) más számítási mód alapján lehet 3,34 is, ami nagyobb érték, de az eltérés 10% alatt van, így az energetikai értékelés lényegét ez nem változtatja meg. Az is egyértelműen megállapítható, hogy a hőerőművi évi átlagos hatásfok (η ÉVES ) az utóbbi évtizedben javult, és a jövőben, a vonatkozó szakirodalom alapján, további hatásfok-növekedés várható [44]. Ezáltal a villamos hajtású hőszivattyú alkalmazása energetikailag már kisebb teljesítménytényező-értéknél is indokolttá vált. Szakirodalmi példa alapján említem, hogy a magyarországi lakások 10%-ára vonatkoztatva egy fűtési idényben a megtakarítás értéke olajenergiában számolva tonna/év lenne [18], így a jelenlegi, közel 75%-os primerenergia-importunk a leírt mennyiséggel csökkenne. A DECENTRALIZÁLT ENERGIATERMELÉS

19 19 Decentralizált energiatermelés esetén a villamosenergia-termelés közel van a felhasználási helyhez, ill. az áram termelés a fogyasztók közelébe települ. A Kormányprogram alapelvei közé tartozik a szubszidiaritás, a hatalom decentralizációja és az önkormányzatok autonómiájának megerősítése. A társadalmi integráció pedig csak hosszú távú kisebbség- és társadalompolitikai stratégia mellett érhető el. A stratégia csak akkor lehet eredményes, ha komplex módon szerveződnek a különböző projektek, és az érintett minisztériumok összehangolt együttműködése kellően szervezett formát ölt. Az átfogó községtársulások kialakulását és gazdasági összefonódását az államilag ösztönzött energiatermelés decentralizálása is erősítheti. Szükséges természetesen megfelelő nagyságú állami támogatást adni az önálló kistérségi energiaellátás korszerűsítéséhez ill. megteremtéséhez. A helyi természeti adottságok, körülmények a beruházást rövid időn belül gazdaságossá is tehetik. Ilyen beruházások lehetnek a kistérségek a településeket is ellátó biomassza alapú villamos erőművei (kiserőmű, törpeerőmű). Elgondolásom szerint egy ilyen program a biomassza energetikai hasznosításáról szóló programhoz kapcsolható. Biomasszából, melléktermékekből és települési hulladékból is nyerhető energia decentralizált módon. Ez a gondolat az utóbbi időben elsősorban a bővülő energiaigény, a növekvő energiaárak, a környezetvédelem, a vidéki munkahelyteremtés és a földhasználat szempontjából vetődik fel. Az alapanyag (pl. energiafű, energiaerdő) termesztése, és a tüzeléshez a biomassza előkészítése többféle összehangolt gazdasági tevékenységet igényel. Jelenleg munkanélküli embereknek hosszú távon munkalehetőséget adna, és a kincset érő termőföldünk, erre a célra is hasznosulhatna. A megújuló energiák (pl. geotermikus energia, biomassza, biogáz) használatának eszközei (pl. biokazán, napkollektor, napelem), így a hőszivattyús rendszerek is decentralizálhatók, autonóm kistérségek és autonóm építmények jöhetnek létre. A helyi adottságnak megfelelő alternatív

20 20 erőművekkel - pl. szélerőmű, geotermikus erőmű, kis vízerőmű (kapacitása 10 MW alatti) - való energiatermelés és energiaszolgáltatás kedvező lehet, valamint a felesleges elektromos energia árucikként is eladhatóvá tehető. A hőszivattyúval kombinált alternatív erőművek és fűtőművek (pl. a bioszolár fűtőmű) kiemelt szerepet játszhatnak a helyi (lokális) ellátásbiztonság növelésében. Működési hatásuk eredményeként a településen, a kistérségben lakók munkalehetősége nő (pl. az energiaerdővel, energiafűvel, biogáz előállítással, kapcsolatos munkákkal), a lakosság egészsége pedig javul, ha a légszennyezés a településen csökken. A kapcsolt ergiatermelés (olyan áramtermelés, amely hőfogyasztásal együtt jelentkezik) ergiatermelések (kogeneráció, trigeneráció) esetében az évi átlagos hatásfok jelentősen nagyobb [17], és sok esetben a hálózat hatásfoka gyakorlatilag 1, mivel a helyszínen termelt és felhasznált villamos energiának nincs hálózati és elosztási vesztesége [68]. Ekkor energetikai szempontból még indokoltabb a villamos hajtású hőszivattyúk alkalmazása. A szóban forgó esetekben nemcsak környezetvédelmileg és energetikailag előnyős a hőszivattyú létesítése, hanem rövidül a megtérülés ideje. Hangsúlyozni kell, hogy a kogenerációs energiatermelés (Combined Heat and Power: CHP) növelése EU-s követelmény. A vonatkozó direktíva az ún. mikro-gázturbinákat (50 kw alatti teljesítmény) is szorgalmazza. Várhatóan már rövidtávon, néhány év múlva a kogeneráció ún. Stirlingmotorként (teljesítménytartomány: kw) bevonulhat az otthonokba, a szociális, egészségügyi, sport- és kulturális intézményekbe. A HŐTERMELÉS MEGOLDÁSAINAK ÖSSZEHASONLÍTÁSA A fűtésre vonatkozó németországi tapasztalatokat mutatja a 8. ábra, ami a hasonlóság miatt lényegében hazánkra is értelmezhető.

21 21 8. ábra: Különböző hőtermelések primerenergetikai hatásfoka Forrás: [45] Az 8. ábra oszlopdiagramjából egyértelműen kiolvasható a különféle hőszivattyúk használatának energetikai előnyei mellett a régi kazán cseréjének szükségszerűsége! A fűtéskorszerűsítés az elhanyagolt gáztüzelésű berendezések (készülékek) és a szintén rendkívül elhanyagolt kémények miatt élet- és vagyonvédelmi okok miatt is fontos feladatunk. Azt is érdemes kiemelni, hogy a földgáz árát a világpiacon a kőolaj ára határozza meg, ezért Németországban az olajkazán, hasonlóan a gázkazánhoz, még mindig elterjedten használatos, mert az üzemeltetési költségük közel azonos. A hőszivattyús bivalens berendezéshez és a kishőmérsékletű fűtésekhez önállóan is jól illeszkedik a földgáztüzelésű kondenzációs kazán [51]. A közelmúltban az EU piacán megjelent az olajtüzelésű kondenzációs kazán. Napjainkban néhány EU tagországban a kondenzációs kazános fűtéskorszerűsítés a legjobb megtérülő beruházási megoldás. A különféle hőszivattyúk közé sorolható a széles körben ismert villamos kompresszoros hőszivattyú mellett a Magyarországon jelenleg még elterjesztésre váró földgázmotoros hőszivattyú, és a szintén gázzal működő, abszorpciós hőszivattyú [50]. A 8. ábrát tanulmányozva kiolvasható a hőszivattyú jellemzője: üzemeltetése során a bevezetett (villamos) energiát megtöbbszörözve ad le hőt!

22 22 A különféle hőszivattyúk hajtására és a szokványos hőtermelő készülékeknél különböző energiahordozókat alkalmazunk. Energetikai összehasonlításukkor különböző tényezőket kell figyelembe vennünk, és az energiaátadás egész láncát meg kell vizsgálnunk, a primerenergia-termeléstől az energiafolyam utolsó fázisát biztosító berendezésig, a fogyasztók által felhasznált hőig [31]. A HŐSZIVATTYÚK HŐFORRÁSAI ÉS TOVÁBBI ALKALMAZÁSOK Befektetett energia forrása Napelem Villamos szélerőmű Vízturbina Villamos hálózat Biomassza (pl. biogáz, biodízel) Földgáz Kompresszor motor hajtása Villamos motor Belső égésű motor Gázmotor 2. táblázat: Kompresszoros hőszivattyú motorhajtásának energiaforrásai A jövő technikájával kapcsolatban azt is fontos kiemelten hangsúlyozni, hogy a hőszivattyú működtetése, ill. a bevezetett energia is származhat megújuló energiaforrásból vagy hulladékhőből. Az előbbire példaként szolgál a 2. táblázat néhány rovatába beírt megoldás, azok a megújuló energiaforrások, amelyek hosszú távon állnak rendelkezésre. Utóbbira példa az abszorpciós sűrítésű hőszivattyú, ahol a bevezetett energia lehet hulladékhő is, nevezetesen: pl. sarjúgőz [47].

23 23 9. ábra: Hőszivattyúk lehetséges hőforrásai, eredetük alapján csoportosítva Forrás: [20] A 9. ábra a többféle hőforrást csoportosítva mutatja [20]. Az adott alkalmazási helyen mindig részletesen vizsgáljuk meg, hogy melyik hőforrást válasszuk a helyi lehetőségek közül. Pl. a Genfi-tónál hőszivattyúval szállodákat fűtenek [39]. Felhívom a figyelmet a csoportosításban szereplő jelentős mennyiségű hulladékhőre, amelyek hagyományosan a légkört melegítik, pedig hasznosításuk hőszivattyúval megoldható! A KÖRNYEZETI LEVEGŐ HASZNOSÍTÁSA Az energetikus nézőpontjából a fűtéssel kapcsolatos kérdés úgy merül fel, hogy miként lehet a kellemes hőérzetet a legkisebb energiaráfordítással elérni? Ismeretes, hogy a korszerű hőszivattyús rendszer elvileg szinte minden meglévő melegvíz-üzemű központi fűtőberendezéshez csatlakoztatható. Ekkor az új berendezés, a hőszivattyú biztosítja a hőtermelés jelentős részét, és a régi kazán csak a fűtési időszak kb. 0 5 ºC külső hőmérséklet alatti tartományában működik. Tekintettel arra, hogy a fűtés a külső hőmérsékletről vezérelt, és ilyenkor a fűtési előremenő vezeték vízhőmérséklete a hőszivattyú alkalmazási feltételére kedvező, kb ºC hőmérséklet körüli lehet. Figyelemmel arra is, hogy a 90/70 ºC-os ún. hőlépcsővel tervezett

24 24 fűtőberendezéseink általában jelentősen túlméretezettek (a méretezési külső hőmérsékletnél 75 ºC is lehet a fűtési előremenő vezeték vízhőmérséklete) a vonatkozó jelenlegi méretezési előíráshoz viszonyítva [58,62]. A régi, meglévő hőleadó radiátorok a szükségesnél nagyobb fűtőfelülettel rendelkeznek, mivel a régi előírások országosan 20 ºC-os, majd később 15 ºC-os méretezési külső hőmérsékletre vonatkoztak, valamint a régi szilárd tüzelés és a szabályozás módja is jelentősen nagyobb fűtőfelületet igényelt. Példaként elmondható, hogy ősszel, november 12. és november 21. között a sokéves átlag szerint az egész országban 5 ºC alá süllyed a középhőmérséklet, tavasszal pedig március 9. és március 19. között emelkedik átlagosan a középhőmérséklet tartósan 5 ºC fölé [6,11]. Ezért előre kijelölhetők az adott helységben lévő, adott épületre az olyan időszakaszok, amikor a középhőmérsékletek állandóan bizonyos meghatározott érték felett vannak, tehát amikor a hőszivattyú tudja a kazánnál olcsóbban "megtermelni" a fűtési hőenergiát. Ismeretes, hogy egy városban magasabb a környezeti levegő hőmérséklete, mint egy hasonló fekvésű, de természeti környezetben, mert a városi beépítés ún. városi hőszigetet eredményez. A külső léghőmérséklet a fűtési időszakban, a városokban megemelkedik. Budapesten, pl. a januári középhőmérséklet 3 4 ºC-al nagyobb a városon kívüli területekhez viszonyítva. Napenergiából, födhőből ésszerű eszközökkel ºC-os melegvíz nyerhető. A Napból légkörünk külső határára átlagosan W/m² sugárzásáram érkezik. A besugárzott napenergiából az egész Föld-légkör rendszer (a felszín, az óceánok, a felhőtakaró stb.) összesen 30%-ot ver vissza, vagyis Föld-légkör rendszerbe a maradék 70% napenergia kerül [13]. Újabb kutatások szerint 4 5%-al többet, nevezetesen 28 29%-ot nyel el a légkör, és csak 41 42% jut el a földfelszínig. Ott ez az energia jelentős részben vizet párologtat el, egy része felmelegíti a talajt, és hősugárzásként távozik, kisebb része pedig hővezetéssel [13]. Hangsúlyozva felhívom a

25 25 figyelmet arra, hogy a légköri levegő (hazánkban is növekedett a hőmérséklete) a napenergia végtelen méretű, környezeti hőfokszintű hőtárolója, amely mindenütt korlátlan mennyiségben és ingyen rendelkezésre áll. Ez a hőforrás (megújuló energia) levegő-víz hőszivattyú alkalmazásával a fűtési időszaknak előzőekben ismertetett részében nemcsak használati meleg víz termelésére, hanem fűtésre is felhasználható. A változó külső léghőmérséklet miatt a gyakorlatban általában egy másik hőtermelővel együtt, azzal kombinálva használják. A FÖLDHŐ HASZNOSÍTÁSA Megfelelő ingatlan esetében a hőszivattyú hőforrásának biztosítására műagyagcsőből készült kollektort is használhatunk. Földhő (talajhő) hasznosítására, ill. a talajkollektorok csővezeték-rendszereire mutat jellemző kialakítási részleteket a 10. és a 11. ábra. [41,55]. 10. ábra: Épületen kívüli hőfelvevő kör vízszintes elrendezésű talajkollektorának ún. Tichelmann-féle csővezetékrendszere Forrás: SIEMENS cég

26 26 A mi éghajlati viszonyainknál a vízszintes elrendezésű talajkollektor a talajfelszíntől kb. 1,0 m mélyre kerüljön (ilyen esetben a csővezeték elrendezése egysoros). A napsugárzás hatása kedvezően érvényesül, ha a talaj felszínén sincs árnyékos terület és a lejtő déli fekvésű. Általában új építésű családi házaknál alkalmazzák, és a tereprendezéssel együtt fektetik le a talajkollektort. A Tichelmann-féle csővezeték-rendszer lényege, hogy a vezeték elrendezése nyomáskiegyenlítésre is szolgál, az azonos vezetékhosszúság azonos nyomáskülönbséget eredményez. A függőleges elrendezésű talajkollektor (földszonda) mélysége a talajfelszíntől mérve általában m, és a teljesítménytől függ a darabszáma, ami épületcsoportok esetén akár több száz is lehet. Kedvező lehet adott esetekben a sokkal rövidebb szonda is (fúrások költsége). A fentiek szerinti földhőhasznosítás a vonatkozó jogszabályunk alapján addig költségmentes (ingyenes), amíg a hőszivattyú hőforrás oldaldali csőcsonkján a hőhordozó közeg hőmérséklete a 30 ºC-ot nem haladja meg.

27 ábra: Hőszivattyúval fűtött többszintes épületek hőfelvevő köreinek, ún. függőleges elrendezésű talajkollektorainak (földszondáinak) különböző csővezetékrendszerei Forrás: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE (EPRI) FÖLDGÁZMOTOROS KLÍMABERENDEZÉSEK A jelenleg kiépített földgázvezeték-hálózati rendszerünk a bekötött települések száma tekintetében már 93%-nál tart, a háztartásoknak pedig kb. 72%-a rendelkezik vezetékes gázzal. Az energiahatékonyság növelése miatt hazánkban az elkövetkező években elsősorban a központi földgázmotoros klímaberendezések elterjesztése indokolt [63,70]. Télen (fűtésre), nyáron (hűtésre) és használati melegvíz előállításra egyaránt alkalmazható [47,49]. Ezeknél a hőszivattyúknál a kompresszort nem villamos motor, hanem belső égésű motor hajtja. A gázmotoros klímaberendezések hőforrása általában a környezetből vett levegő [68].

28 28 A földgáz energiájával működő hőszivattyúk hazai megjelenésekor nyilván többször kérdés lesz: kazán és/vagy hőszivattyú? A hőszivattyú alkalmazása szakmai szempontból nagy kihívást jelent. Adott esetben egyedi igényt kell kielégíteni, adott helyszínhez, a rendelkezésre álló energiaforráshoz, az építmény és az építtető igényeihez igazodó, optimális megoldást kell találni. Ha az alkalmazás mellett döntünk, akkor azt gazdaságossági számításnak kell megelőznie [49]. Ennek tartalmaznia kell a megvalósítható változatokkal kapcsolatban a beruházási, energia- és üzemeltetési költségek összehasonlítását [9,35]. A gazdaságosságot nyilván növeli, ha a hideg időszakban fűtési célra, a meleg időszakban pedig hűtési célra használjuk a hőszivattyút. HELLER LÁSZLÓ A hőszivattyú kishőmérsékletű rendszerekhez kapcsolható gazdaságosan, ezért célszerű a hőszivattyús rendszert ún. épületszerkezettemperálás, padlófűtés, fal- és mennyezetfűtés (ill. -hűtés), esetleg nagy felületű radiátoros fűtés keretében megvalósítani. Ezeknek a javaslatoknak az alkalmazása esetén nagy teljesítménytényezőt és megfelelő gazdaságosságot érhetünk el. (A 12. ábra jobb oldali része és a villamos hőszivattyú Sankey-diagramja.)

29 ábra: Kompresszoros hőszivattyús rendszer napkollektorral társítva Az ábra jobb oldali felső részében napjainkban egy korszerű hőszivattyús rendszer átlagosnak mondható (teljesítménytényező: 4) villamos hőszivattyújának energiafolyam-ábrája van feltüntetve ( 1 egységet fizet, de 4 egységet kap a fogyasztó ) Forrás: EVN Energie Versorgung Niederösterreich Aktiengesellschaft p. 5 (Energiefluβschema) A 12. ábrán felismerhető, hogy a megújuló energiák közül a vízenergiát, mint kisebb hőmérsékletű hőenergiát (hőforrást) a Dunával ábrázoltam. Ennek az is az oka, hogy dr. Heller László ( ) professzor, akadémikus 1948-ban védte meg doktori disszertációját Zürichben, amelynek témája a hőszivattyúk alkalmazásának technikaigazdasági feltételei volt [2]. Megemlítem, hogy egy éve (2003. november 3- án), a Tudomány Napján felavatták Kő Pál Kossuth-díjas szobrászművész Tudósok fala című alkotását a Nyugati Pályaudvar melletti West End City Center sétányon. A szobron Heller László tudós neve is szerepel. A

30 30 hőenergetikával foglalkozó iskolateremtő professzor elképzelései között szerepelt Európa második legnagyobb folyójával a Parlamentünk és Műegyetemünk fűtése is. A hőszivattyúk világméretű terjedésével napjainkban igazolódnak gondolatai [57]. Példa erre a berlini Bundestag új épületének fűtése és hűtése. Itt a hőszivattyús berendezést úgy alakították ki, hogy megfelelő átkapcsolással télen fűtő-, nyáron pedig hűtőberendezésként üzemeljen [36]. Miután a hőszivattyú megújuló energiaforrás vagy hulladékhő felhasználását teszi lehetővé, környezetvédelmi és energiagazdálkodási szempontból kedvező a hatása. Ugyanakkor fontos kiemelten hangsúlyozni a gazdasági alkalmazási indokoltságot. A konkrét megtérülési mutató (évek száma) a beruházás megtérülési idejének szokásos számításával megkapható, és ma már célszerű EU átlagárakkal ( ) is kiszámolni. Ezzel összefüggésben jelezem, hogy élettartamuk hasonló a hűtőgépekhez év, és az EU tagországaiból behozott árukat az egységes belső piac miatt nem terheli többletköltség. A hőszivattyús rendszerek alkalmazhatóságát jelentős mértékben meghatározzák a felhasználás helyi körülményei, amit a teljesítménytényező adott esetre kiszámított értéke jellemez. Fontos azt is hangsúlyozni, hogy az energiaválság óta bekövetkezett, mai napig is tartó fűtéstechnikai fejlődés jelentősen emelte a beépített hőszivattyúk évi átlagos teljesítménytényezőjét. FELÜLETFŰTÉS, FELÜLETHŰTÉS ÉS HŐKOMFORT A középületek és a lakóépületek az életminőségre is hatnak, hiszen statisztikailag kimutatható, hogy az ún. átlagember napjának 85 90%-át épületben (munkahely, lakás) tölti [26,27]. A szubjektív (egyedi) hőérzet (hőkomfort) akkor optimális, ha az emberben az anyagcsere során végbemenő kémiai égésből felszabaduló hő és az emberi test által leadott, továbbá a munkavégzésre fordított hő egyensúlyban van, hogy az ember a fölös hőjétől kellemes testfelületi hőmérséklet mellett szabaduljon meg.

31 31 Tapasztalat, hogy az emberi test hőcseréje a legnagyobb mértékben sugárzással befolyásolható. Lásd a 13. ábrát. 13. ábra: Az emberi test és környezete közötti hőcsere vázlata Forrás: [9] Az is megfigyelhető, hogy a hőmérséklet térbeli egyenlőtlensége kisebb, ha a fűtőtest nagyobb részben sugárzással adja le teljesítményét [64]. Energiatakarékossági és hőkomfort okokból is kedvező a kishőmérsékletű (t e = max.55 ºC) sugárzó fűtések széleskörű elterjedése [32,66]. Ismeretes, hogy az épületek fizikai élettartama átlagosan száz év körülire tehető. A hosszú élettartam is indokolja a hőszigetelési követelmények szigorítását, és hogy a fűtési rendszert kishőmérsékletű fűtőberendezéssel meg lehessen valósítani. A hőszigetelés jelentős javítása a fűtés, a hűtés és a légszennyezés-csökkentés szempontjából is előnyős. A hőszivattyús rendszerek létesítését is növelné a kishőmérsékletből adódó, gazdaságilag megtérülőbb alkalmazás. A technika mai szintjén álló ún. láthatatlan fűtési megoldásoknál (pl. a 14. ábra egy kis méretű lakás korszerű fűtést mutatja vázlatosan) a hűtési üzemben a hőleadó felület hőfelvevő is lehet, a fűtőközeg helyett pedig ilyenkor hűtőközeg áramlik (fűtővíz helyett hűtővíz). Az áramlás iránya a határoló felületek csatornáiban valamint a hősugárzás iránya hűtéskor természetesen megfordul.

32 ábra: Kis méretű lakás fűtése: csőkígyós padló- és falfűtés (csőkígyós vagy csőregiszteres) Forrás: VARIOTHERM cég Megemlítem, hogy a padló- és a falfűtés együttes alkalmazását már a római császárok korában jól ismerték. Napjainkban pedig közmegegyezésen alapuló szabvány rögzíti a hőérzetre való méretezést és a korszerű padlófűtést [19,38,46]. A falfűtés energetikai különös előnye, hogy a falak hősugárzása miatt már kb ºC-os helyiség levegőhőmérséklet esetén kellemes, fiziológiailag és építésbiológiailag ajánlatos helyiségklíma alakul ki, ami pl. a szokványos radiátoros rendszereknél csak kb. 22 ºC-al lehet elérni. Ezáltal energia-és üzemeltetési költség takarítható meg. Kis energiaigényű házakhoz ideális a falfűtés. A fejlett nyugati államokban a külső levegő minősége a városokban is sokat javult, mert korszerűbb fűtési rendszereket alkalmaznak. A központi fűtések rendszerint víz hőhordozóval működnek, a hőleadók pedig főleg radiátorok.

33 33 3. táblázat: Különböző fűtési megoldások konvekciós és sugárzásos hőleadásának aránya (tájékoztató adatok) Forrás: [5] A hagyományos hőlépcsőjű, ablak alá szerelt radiátorok hőátadása nagyobbik részben főleg konvekciós, amit tájékoztató adatként a 3. táblázat is közöl az egyéb fűtési megoldásokkal együtt. A 15. ábra szemléletesen tükrözi az ilyen konvekciós hőátadási esetekben létrejövő hatást, amikor a légáramlás sebessége 0,15 0,25 m/s-nál nagyobb. 15. ábra: Hagyományos hőlépcsőjű (pl. 90/70 ºC-os) radiátoros fűtéseknél (és természetesen a gázkonvektoros fűtéseknél) kialakul a helyiségben a radiátor által indukált légkörzés, az allergiás megbetegedést okozó ún. porhenger Forrás: WIKINGER cég, HARREITHER cég Ekkor az emberi hőérzetre kedvezőtlen a légmozgás sebességének mértéke. Ún. porcsíkok, porzászlók (falszennyeződések) is megjelenhetnek, ha a külső homlokzat (fal, ablak) hőszigetelése nem kellő mértékű. Jelzem, hogy a zaj, a piszok, a por és az egyéb ártalmak összefüggésbe hozhatók a fűtött vagy hűtött levegő gépi mozgatását eredményező megoldásokkal. A

34 34 rossz hőérzetet is általában a boka és a fej magasságában a légáramlás ill. a huzat okozza [53,54]. A kishőmérsékletű fűtés gyakorlatilag megvalósul (a fűtési időszakban hosszabb vagy rövidebb ideig) a jelentős mértékben elterjedt melegvízüzemű hőelosztó rendszerek mindegyikével, ha az előremenő fűtővíz hőmérsékletét a külső hőmérséklet vezérli. A melegvízüzemű padlófűtések, falfűtések és a mennyezetfűtések sugárzó fűtések, amelyek alkalmazásakor a helyiségben a fűtésből, illetve a hűtésből (épületszerkezet-temperálásnál) származó légmozgás minimális, és az ember számára kedvező a hőmérséklet-eloszlás. A korszerű, nagy felületű radiátoros fűtés ideális hőleadója egysoros kivitelű, konvektorlemez nélküli lapradiátor, amelynek sugárzási hőátadása jelentős, így javul a radiátor hőérzetre való hatása (ez az érv is indokolhat fokozott mértékű hőszigetelést az épületnél). Ha a szokásos módon az ablaknál helyezzük el a szóban forgó radiátort, akkor a fűtőtest mellett felszálló meleg levegő felfogja, megfordítja az ablaknál lezúdoló hideg légáramlatot (az ablak előtt meleg levegőből kialakult "légfüggöny" keletkezik). Ezzel az elrendezéssel a hideg ablakfelületet a lapradiátor hősugárzása ellentételezi. Az egészséges (poráramlás nélküli) sugárzó fűtéseknél a fűtőközegek és a fűtőfelületek hőmérséklete a kiviteltől függően a ºC közötti tartományban van ( ábrák) nevezetesen: 16. ábra: Szokványos csőátmérőnél és csőosztásnál kialakult hőmérsékletgörbe (pontvonallal jelölve) fűtéskor Forrás: WIKINGER cég

35 ábra: Korszerű kapilláriscsöves csőregiszternél kialakult hőmérsékletgörbe (pontvonallal jelölve) fűtéskor Forrás: BioClina, BeKa 18. ábra: Kapilláriscsöves csőregiszter megoldású falfűtés (falhűtés) szerelésének fotói Forrás: HEIZFRITZ cég 19. ábra: Nedves kivitelű mennyezet- és/vagy falfűtés, ill. mennyezet- vagy falhűtés beépítése

36 36 nagy felületű radiátoros fűtés (pl. egy kedvező hőlépcső: 40/30 ºC), padlófűtés, ún. épületszerkezet-temperálás (fűtés, hűtés) [22-24,29], amelyek a legalacsonyabb fűtési előremenő hőmérsékletet igénylik, falfűtés (falhűtés) [66], mennyezetfűtés [59-61] (mennyezethűtés). Az energiafelhasználás a kapilláriscsöves, csőregiszteres kialakítású hőátadó felületnél kedvezőbb. A kapilláriscső mérete (külső átmérő/belső átmérő) és a sűrű csőosztás mm hatásaként kialakuló hőmérsékletgörbe amplitúdója kicsi, amelyet a 16. és 17. ábrákon számok nélküli méretvonallal jelöltem. Ezért kisebb fűtővíz előremenő hőmérsékletet t e = ºC igényel fűtéskor, hűtéskor pedig nagyobbat a szokványos méretű csőátmérőkhöz és csőosztásokhoz viszonyítva (előnyös tulajdonságai miatt használják még vízszintes helyzetű talajkollektornak is). A 18. ábrán az előbbiek szerinti szerkezetek kivitelezés alatti állapotának fotói láthatók. Meg kell említenem, hogy a kapilláriscsöves regiszter kiváltja a vakolat erősítésére szolgáló üvegszálas hálót (a 19. ábrán szaggatott vonallal jelölt, vakolatba helyezett rabichálót). Az ember hőérzete nincs közvetlen kapcsolatban a léghőmérséklettel. Hideg szobában az ablak előtt tartózkodva a napsugárzás pótolhatja az ember által kisugárzott hőmennyiséget. A légmozgás ugyancsak hőérzetet befolyásoló tényező. A légmozgás a test lehűlését okozza, így kedvezőtlenül befolyásolja a hőérzetet. A nagyobb páratartalom a párolgást gátolja, így a kisebb hőmérsékletet elviselhetőbbé, a nagyobbat kellemetlenebbé teszi. Az Olgyay-féle bioklimatikus diagramon jól látható a komfortzóna vonalkázott területe, lásd a 20. ábrát.