Elıadás címe: Geotermikus hıszivattyús rendszerek hasznosításának lehetıségei településeken és épületekben

Átírás

1 Az Építész Továbbképzı közremőködésével, a Magyar Környezettudatos Építés Egyesület (HuGBC) szakmai támogatásával megvalósuló, 7 témát érintı, elsı komplex, teljes körő oktatássorozat: Környezettudatos építés A-tól Z-ig Idıpont: április 6. Helyszín: FUGA Budapesti Építészeti Központ, 1052 Budapest, Petıfi Sándor utca 5. Elıadás címe: Geotermikus hıszivattyús rendszerek hasznosításának lehetıségei településeken és épületekben Elıadó: Komlós Ferenc Magyar Napenergia Társaság (ISES-Hungary) Szoláris hıszivattyúk munkacsoport vezetı Elektronikus elérhetıség: komlosf@pr.hu illetve

2 Mottó Forrás Marx György: A MARSLAKÓK ÉRKEZÉSE (197. old.) Akadémia Kiadó, A természettudomány azt írja le, hogy mi van. A technika azt is megcsinálja, ami még nincs. Kármán Tódor ( ) 2

3 Ma már egyértelmő, hogy a Föld bolygó helyett az embereket kell megmenteni! Forrás: NASA fotó 3

4 A hıszivattyú szerepe (1) Ajánlott irodalom 1.1. táblázat: 159. oldal 4

5 A hıszivattyú szerepe (2) A különbözı főtési megoldások között a hıszivattyús technika kiemelkedı minıségi elınyei: nincs helyi károsanyagkibocsátása, megújuló energiát hasznosít, és használata az energiahatékonyság növekedését jelenti. Hozzájárul az Európai Unió Megújuló Energia Stratégiájának alátámasztásához és a Kormány által elfogadott MEHCsT teljesítéséhez. A meglévı épületek hıszigetelésének és tömörségének fokozása már nemcsak a melegvízüzemő sugárzó főtéseknél (padló-, fal- és mennyezetfőtés) és a fan-coil-nál, hanem a radiátoros központi főtéseknél is lehetıvé teszi a hıszivattyúk gazdaságos alkalmazását, amely mindenekelıtt a méretezési külsı hımérséklethez ( 15, 13 és 11 C) tartozó, 90 Cnél jóval kisebb főtési elıremenı hımérsékletbıl adódik. 5

6 Kompresszoros hıszivattyús rendszer (Önkormányzati bérlakásokhoz javasolható célszerően padlófőtéssel) Forrás: ajánlott irodalom 1.4. ábra: 161. oldal 6

7 Energiahatékonyság-növelés hıszivattyús rendszerrel Handbauer Magdolna grafikus alkotása (ajánlott irodalom könyvborító hátoldali ábrája) 7

8 Célunk legyen, hogy az energiahatékonyságunkat mielıbb jelentısen növeljük Kevesebb légkondit, folyadékhőtıt és hőtıberendezést építsünk be hıszivattyúzási feladatra, valamint készüljünk a vonatkozó EPBD recast 31/2010/EU direktíva hazai bevezetésére, és ezáltal minıségi hıszivattyús rendszerek épüljenek a magyarországi energiafogyasztók érdekében! Részlet a fenti direktívából: A költségoptimalizált minimumkövetelményeket meg kell határozni a határolószerkezetekre és az épületgépészeti rendszerre 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 82%-os importot jelentı földgáz nemzetgazdaságilag túl értékes Primerenergia-hordozó ahhoz, hogy elavult vízmelegítıkben vagy kazánokban C h ımérséklethez hıtermelés céljából eltüzeljük. 8

9 Megújuló energiaforrások (napenergia és földenergia) Forrás: Dr. Mádlné Szınyi Judit: A geotermikus energia készletek, kutatás, hasznosítás. Grafon Kiadó, Nagykovácsi, (Ajánlott irodalom ábra: 170. oldal) Az EU RES megújuló energia direktíva végrehajtása a tagországokban tól kötelezı. Részlet a direktívából: 2. cikkely (megújuló forrásokból elıállított energia). Fogalommeghatározások légtermikus energia : hı formájában a környezeti levegıben tárolt energia; geotermikus energia : a szilárd talaj felszíne alatt hı formájában található energia; hidrotermikus energia : a felszíni vizekben hı formájában tárolt energia. 9

10 Többszintes épület geotermikus hıszivattyús rendszerő főtése és hőtése Forrás: Dr. Dr.hc. Rybach László (magyar származású, nemzetközi tekintélyő zürichi professzor, emeritus) 10

11 Földhıhasznosítás zárt hurkos csövezéssel, vízszintes kollektorral, sólé/víz (B/W) hıszivattyúkkal, és a COP [kw/kw] változása a talajkollektorban áramló hıhordozó közeg hımérsékletének függvényében különbözı főtési elıremenı vízhımérsékletek esetén Svéd forrás: (grafika) Villavärmepumpar, Energimyndighetens sammanställning av värmepumpar för småhus Dán forrás: (diagram) LODAM cég, ajánlott irodalom ábra: 199. oldal 11

12 Hıfokhíd (az épületek főtési energiafogyasztása arányos a hıfokhíddal) Forrás Gyurcsovics Lajos Zöld András: Főtéstechnika. Mőegyetemi Kiadó

13 A kellemes hıérzet tartománya (Az ASHRAE (1981) szabvány szerint: a kellemes hıérzet az a tudati állapot, amely a termikus környezettel kapcsolatos elégedettséget fejez ki ) Forrás: Wavin Hungary Kft. Ajánlott irodalom 3.5. ábra: 195. oldal 13

14 Napkollektoros hıszivattyús rendszer elvi vázlata és átlagos energiafolyam ábrája Forrás: ajánlott irodalom F6.1. ábra: 214. oldal 14

15 Hagyományos és korszerő radiátor Hagyományos hılépcsıjő (pl. 90/70 C-os) radiátoros főtéseknél és természetesen a gázkonvektoros főtéseknél is kialakul a helyiségben a hıleadó által gerjesztett légáram, a gyakran allergiás megbetegedést okozó ún. porhenger. Hagyományos és korszerő radiátor reakcióideje ún. rugalmassága ill. a helyiség hımérséklet-ingadozása Forrás: JAGA cég. Ajánlott irodalom 3.9. ábra: oldal.

16 Falfőtés helyes elhelyezése (ablak alatt és mellett), valamint padló- és falfőtés hıeloszlása Forrás: VITADOM cég. Ajánlott irodalom 3.1. ábra: 194. oldal, valamint 3.7. és 3.8. ábra: 196. oldal 16

17 Országunkban még fehér folt a növényházak meleg vizes főtése/hőtése- vagy légfőtése/léghőtése hıszivattyúval Forrás Mary H. Dickson and Mario Fanelli: What is Geothermal Energy? 17

18 Termálvizes fürdı bıvítése hıszivattyús rendszerő épületgépészettel Forrás: Geowatt. Kft. Széles körben ismert szlogen, hogy Magyarország Európa fürdı nagyhatalma. A földgáz kiváltása és a termálvíz energiatakarékos felhasználása, nevezetesen az ésszerő és hatékony energiagazdálkodás minden önkormányzatnak, fogyasztónak, felhasználónak illetve üzemeltetınek közös érdeke. Az Új Széchenyi Terv 1. programja a Gyógyító Magyarország Egészségipari Program. Ennek része fürdıfejlesztéseink energiahatékony folytatása. A nagykırösi strandfürdı bıvítésének beruházása egy újonnan épített 25 méteres úszómedence építésével, egy fedett, egész idényben üzemelı tanuszoda és meleg vizes termálfürdıs medence építésével, valamint egyéb gyógyászati tevékenység céljára kialakított helyiségekkel várhatóan idén tavasszal megvalósul. Ezek hıtermelı berendezései (főtés + hmv) magyar fejlesztéső villamos hıszivattyúk termálvizes hıforrással. A medenceteret energiatakarékos módon szintén (speciális) villamos hıszivattyúk párátlanítják. 18

19 Távhıellátás kapcsolási vázlata (termelı- és visszasajtoló kúttal, hıszivattyúval, valamint csúcskazánnal) Forrás: Dr. Kontra Jenı tanszékvezetı, egyetemi tanár. Ajánlott irodalom ábra: 185. oldal 19

20 Felszíni vizek energetikai hasznosítása (1) Komlós Ferenc Fodor Zoltán: Elfolyó hidrotermikus energia hasznosítása hıszivattyúval távfőtési rendszerekhez c. ea. és dolg. Magyar Ipari Ökológiai Társaság (MIPOET) szimpózium, november Debreceni Egyetem Elvi vázlat. Távfőtés a Dunával (vagy más felszíni vizekkel) és hulladékhıvel (földgáz nélkül) Alapelv: a felhasználási helyre kis hımérséklető tápvizet kell szállítani kis veszteséggel, és a felhasználási helyen hıszivattyúval hasznosítani. Főtés a Duna vizével: a folyóvíz felhasználása során az elıkészítési (pl. ülepítés, szőrés, lágyítás, gáztalanítás) módszerek azon megoldásai kerüljenek alkalmazásra, amelyek feltétlenül szükségesek, és az adott cél elérésére a legalkalmasabbak. 20

21 Felszíni vizek energetikai hasznosítása (2) Komlós Ferenc Fodor Zoltán: Elfolyó hidrotermikus energia hasznosítása hıszivattyúval távfőtési rendszerekhez c. ea. és dolg. Magyar Ipari Ökológiai Társaság (MIPOET) szimpózium, november Debreceni Egyetem A hıszivattyús rendszert úgy lenne célszerő kialakítani, hogy a téli hidegebb idıszakokban is a vízhımérsékletet min. 6,0 C-on kellene tartani a rendszerbe épített hıcserélın keresztül bevitt hulladékhıvel, esetleg termálvízzel, vagy közvetlenül, parti szőréső kutak melegebb vizének felhasználásával. Az elfolyó víz hımérsékletét 2,0 C legkisebb hımérsékletre szükséges leszabályozni. A Duna vízkivételét és visszavezetését a tél leghidegebb idıszakában a hálózat megfelelı szakaszolásával meg kell szüntetni. Az ilyenkor keringetett folyóvíz melegítését a hıcserélıben más hıtermelı ill. csúcskazán biztosíthatja (elvi ábra errıl nem készült). 21

22 Az EUDRS-ba javasoljuk a Heller-projektet (hıszivattyú-projektet) A Duna menti városoknak kiemelkedı hidrológiai adottságaik vannak. E környezeti erıforrás hıszivattyús hasznosítása a Duna melletti városok (Duna menti országok és fıvárosaik: Bécs, Pozsony, Budapest, Belgrád) levegıjét és környezetét élhetıbbé, egészségesebbé teheti. Csökkenthetjük energiafüggıségünket, és ha idejében fejlesztjük az ehhez szükséges korszerő technikát, új exporttermékek gyártásával térségünkben vezetı szerephez is juthatunk. Minden lehetséges és ígéretes különféle megújuló energiahasznosító eszköznél képesek vagyunk arra, hogy el tudjuk kerülni az ún. import dömpinget. 22

23 Ismeretes, hogy a világ talán legtöbb országát összekötı folyama a Duna. Mellékfolyóival együtt húsz ország területérıl győjti össze a vizet. Ezért is ajánljuk az Európai Unió Duna Régió Stratégia projektek közé a hıszivattyús rendszerek alkalmazásának elterjesztési feladatát. Célunk: a hıszivattyúipar megteremtésével új munkahelyek létrehozása. 23

24 A földhı melegítı hatásának és a medencekollektorok elhelyezésének elvi vázlata, valamint a víz alatti kollektorok telepítési vázlata és keresztmetszetének rajza Forrás: ajánlott irodalom és 1.52 ábra 24

25 Egy 1943-ban írt magyar nyelvő kiadvány példái felszíni vizek hıtartalmának hıszivattyúval történı hasznosításra KIADVÁNY Dr. Haidegger Ernı: A hıszivattyú szerepe az energiagazdaságban. Különlenyomat a Magyar Mérnök- és Építész Egylet kiadásában megjelenı ÉRTEKEZÉSEK, BESZÁMOLÓK a mőszaki és gazdaságtudományok körébıl évi IV. füzetébıl. Stádium Sajtóvállalat Részvénytársaság, Budapest, A zürichi mőegyetem távfőtıközpontja (főtés a Limmat folyó vizével), A Bodeni-tó melletti textilgyár hıellátása (főtés a Bodeni-tó vizével), Berlin egyik városrészének távfőtése (főtés a Spree folyó vizével). Joggal reméljük amit meggyızıdéssel vallok is, hogy általános energiagazdaságunk racionalizálásának a közeljövıben a hıszivattyú egyik legértékesebb eszközévé fog válni! Ez a vélemény igazán idıszerő most is, mert a 21. századnak az egyik innovatív technológiájáról szól! 25

26 Hıszivattyúk COP [kw/kw] mérésének eredményei, a hıszivattyúk teljesítménytényezıjének (COP) változása 35 C el ıremenı vízhımérséklet esetén Forrás Rybach L., Prof. Emeritus. illetve CH WP Test Center (ajánlott irodalom 1.9. ábra: 162. oldal) 26

27 Hıszivattyús rendszerek szezonálisteljesítménytényezıinek (SPF [kwh/kwh]) fejlıdése különféle hıszivattyú típusokra ( ) Forrás: Fanninger, European Heat Pump Association. Version , p.5 27

28 A hasznos hıtermelésre vetített CO 2 -kibocsátás és az SPF kapcsolata Ajánlott irodalom: Komlós Ferenc Fodor Zoltán Kapros Zoltán Dr. Vajda József Vaszil Lajos: Hıszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára. (6.1. ábra: 206. oldal.) Magánkiadás: Komlós F., Dunaharaszti,

29 Szezonálisteljesítmény-tényezı (SPF) Fontos hangsúlyozni, hogy a szezonálisteljesítmény-faktort, ill. az SPF valós értékét mérések alapján lehet meghatározni: a hıszivattyú által felvett villamosáram-fogyasztás [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 szakszerőségétıl, a társadalmi szokásoktól, a fogyasztói magatartástól. A tervezett hıszivattyú mőködési üzemóraszámának az ellenırzése a rendszerbe vagy a hıszivattyúba beépített üzemóra-számlálóval történhet. A hıszivattyús tarifa módosítása: az SPF alapján utólagos elszámolással kb. három tarifa bevezetése lenne kívánatos hőtésre is kiterjesztve. Tovább hıszivattyús statisztika szabályozása lenne kivánatos a hiteles elszámolás érdekében. 29

30 Földszondás hıszivattyús rendszer méretezési hibáinak összefoglalása Forrás: (ajánlott irodalom ábra) A VDI 4640.BI. alapján tapasztalt λ értékek alakulása a valós értékhez képest A becsült érték > > a valós érték A hıszivattyús rendszer alul méretezett A becsült érték = = a valós érték A hıszivattyús rendszer jól méretezett A becsült érték < < a valós érték A hıszivattyús rendszer 30 túlméretezett

31 Földszondás hıszivattyús rendszer méretezési hibáinak következményei Forrás: (ajánlott irodalom ábra) A hıszivattyús rendszer alul méretezett: - a hıhordozó folyadékhımérséklet hirtelen lesüllyed, - kis COP érték, - nagy üzemeltetési költség, - extrém esetben mőködésképtelenség. A hıszivattyús rendszer túlméretezett: - a hıszivattyús rendszer mőködıképes, - a szondaterület nagyobb a szükségesnél, - a beruházási költség nagyobb a szükségesnél. 31

32 Növelt hımérséklető hıszivattyúk radiátoros hıleadójú központi főtésekhez (1) A hıszivattyúzásnak a helyi, magyarországi viszonyokra alakítása elegendı tapasztalat hiányában még kezdeti állapotban van. A fejlett országok technológiájának hazai másolása önmagában nem biztosítja a hatásos mőködést. Ennek oka, hogy sajátosan eltérıek például a meteorológiai, hidrológiai, geológiai viszonyaink, lakóépületeink hıszigetelése, főtése, hőtése és szellızése. A hazai viszonyokra méretezett rendszerek kifejlesztésével piaci lehetıség nyílik térségünkben határainkon kívül is versenyképes technológiákat kialakítani. Sok épületnél földhıszivattyú alkalmazásakor a hıleadók megváltoztatása és az elosztó csıvezeték cseréje is szükséges pl. radiátor helyett fan-coil a hıszivattyúval elıállított kis főtıvíz-hımérséklet miatt. 32

33 Növelt hımérséklető hıszivattyúk radiátoros hıleadójú központi főtésekhez (2) Ez pedig jelentıs többletköltséget eredményez, ezért ahol hőtési funkcióra nincs igény, a hıtermelı cseréje sok esetben elmarad. A fejlesztéstıl az eddigi kedvezı tapasztalataink alapján azt remélhetjük, hogy ezzel sikerülhet magasabb hımérsékletet elıállító hıszivattyúcsaládot Magyarországon sorozatban is gyártani. Ezen növelt hımérséklető hıszivattyú típuscsalád esetében az elérhetı főtıvíz-hımérséklet 62 C, és emelt hımérsékletszintő hıleadók esetén primeroldali keringetı szivattyúval számolva a várható SPF = 4,1 4,5 a jelenlegi SPF = 3,0 3,5 alacsony hımérsékletszintő hıleadókkal tervezett átlagos érték helyett. 33

34 Növelt hımérséklető hıszivattyúk radiátoros hıleadójú központi főtésekhez (3) Ezt a technika mai szintjén álló megoldást alapvetıen a hıszivattyús körfolyamatban gızbefecskendezéssel, közbensı elıhőtéssel lehet elérni (Copeland EVI kompresszorral). 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. 34

35 Bukaresti új lakóépület homlokzata és hıszivattyús hıközpontja (A jellemzı mőszaki adatokat a következı dia tartalmazza) Forrás: Geowatt Kft. 35

36 Bukaresti új lakóépület jellemzı mőszaki adatok Forrás: Geowatt Kft. Az új jól szigetelt épület padló- és falfőtéssel illetve falhőtéssel rendelkezik Főtött alapterület: 480 m 2 A főtésiteljesítmény-igény: 22 kw A hőtésiteljesítmény-igény: 14 kw A hmv-igény: 60 C-on 300 liter/nap A beépített hıszivattyú tipusa: Vaporline GBI24-HACW Főtési teljesítménye: 22,5 kw; COP = 4,4 (B0/W35) Aktív hőtési teljesítmény: 22,1 kw; COP (EER) = 5,3 (W7/B25) HMV teljesítmény: 3,5 kw Szondamélység: 100 m Szondák száma: 4 db Max. főtıvízhımérséklet: 50 C A tervezett SPF = 4,6 (a földoldali keringetı szivattyúval) A készülék egy főtési szezonban mőködött fogyasztása: 4200 kwh Jelezzük, hogy a lakóépületet folyamatosan 18 C-on temperálták. 36

37 Budakalászi meglévı lakóépület radiátoros rendszerő központi főtésének hıtermelı cseréje Forrás: Geowatt Kft. A radiátoros rendszeren és az Épületen semmilyen átalakítás nem történt. A hıszivattyú a pincében került elhelyezésre a gázkazán helyébe Főtött alapterület: 180 m 2 A főtésiteljesítmény-igény: 12 kw A hmv-igény: 60 C-on 240 liter/nap A beépített hıszivattyú tipusa: Vaporline GBI13-HDW Főtési teljesítménye: 12,4 kw; COP = 4,6 (B0/W35) Új típusú kétkondenzátoros készülék, nagy hmv teljesítményigény kielégítésére (6 tagú család) HMV teljesítmény: 12 kw Szondamélység: 100 m Szondák száma: 2 db Max. főtıvízhımérséklet: 50 C A tervezett SPF = 4,4 (a földoldali keringetı szivattyúval) Elızetes számítás szerint ezen épület fogyasztása a növelt hmv funkcióval: 6900 kwh/főtési idıszak SPF = 4,5 (a földoldali cirkulációs szivattyúval) Jelezzük, hogy a budakalászi nagycsaládos felhasználó az elmúlt évben gázfogyasztás támogatással a főtés és hmv fogyasztási költség 300 ezer forint volt. Jelenleg ezer forint között várható a 37 hıszivattyúra való áttérés miatt.

38 Budakalászi meglévı lakóépület hıszivattyús hıközpontja Forrás: Geowatt Kft. 38

39 A Vaporline GBI(x)-HACW hıszivattyú-család kiváló színvonalú magyar fejlesztés Forrás: Geowatt Kft. A 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: angolul desuperheater ), továbbá a különféle hıhordozókra (víz, levegı, talajvíz, csurgalékvíz) lesz kifejlesztve. A 13 kw teljesítményő kísérleti példány az elmúlt két főtési szezonban Bukarestben egy családi házban jól üzemelt és az új magyar termék sikerrel bemutatkozott a már a 29. Nemzetközi Építıipari szakkiállításon (CONSTRUMA 2010.). Presztízsét, versenyképességét növelné, ha megpályázná a Kiváló termék védjegyet! 39

40 Megköszönöm szíves figyelmüket az EUDRS-hoz javasolt Hıszivattyú (Heller)-projekthez kapcsolódó mottóval 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) 40