Vaporline általános tervezési segédlet

Átírás

1 Vaporline általános tervezési segédlet

2 A hőszivattyús rendszerek tervezésének javasolt menete Az épület energetikai számítások 1. Az épület hőtechnikai és hidraulikai méretezése 2. A fűtési-hűtési hőleadók megválasztása 3. A HMV szükséglet kiszámítása 4. A lehetőség szerint egységes fűtési hőfokszint meghatározása A hőszivattyús rendszer méretezése 1. A hőszivattyú típusának/bemutatás/, kiválasztása a tervezett üzemmód, a szükséges funkciók és HMV igény alapján 2. A hőszivattyú forgalmazók ajánlásainak figyelembe vételével készítse el a hőközpont kapcsolási sémáját,a szükséges puffer és HMV tároló méretekkel. 3. A hőszivattyúk paramétereinek figyelembe vételével határozza meg a kondenzátor és puffer tartály közötti cirkulációs szivattyú szükséges paramétereit és típusát. 4. Tervezze be az egyéb javasolt kiegészítő elemeket./elzárő szerelvények,légtelenítő helyek,iszap,illetve légleválasztó stb./ 5. Határozza meg a hőforrást és méretezze A keretfeltételek megállapítása 1. hőforrás engedélyezési eljárás 2. áramszolgáltató díjszabás és lehetséges kedvezményei 3. zajterhelés vizsgálata 4. elektromos teljesítmény igények meghatározása 5. a szükséges mérési helyek és módok meghatározása Az épület hőtechnikai és hidraulikai méretezése A hőszivattyús rendszerek tervezésének alapvető feltétele,hogy az épület hőtechnikai számítását az MSZ EN szerint pontosan elvégezzék. Lényeges,hogy a szükséges fűtési hűtési teljesítmény igény mellett az épület évi energia igényei /fűtés,hűtés,hmv/ is meghatározásra kerüljenek. A hőleadók kiválasztása, s a rendszer pontos hidraulikai méretezése jelentős befolyással lehet a kialakítandó hőszivattyús rendszer SCOP, SEER értékére. Alapelv,hogy az ár/érték arány,valamint a műszaki,hőérzeti lehetőségek figyelembe vételével mindig a lehető legalacsonyabb fűtési hőfokszintre tervezzük az épületek hőleadóit. A rendszer hidraulikáját gondosan kell megtervezni és kivitelezni,hogy a tervezett alacsony fűtési hőfokszinten az épület minden részébe elegendő hőmennyiség kerüljön. Egy hőtechnikailag és hidraulikailag rosszul méretezett épületrész miatti fűtési hőfokszint emelés jelentősen rontja a rendszer SCOP,SEER értékét. Alapelv,hogy amennyiben egy épületben több hőleadó is megjelenik /fancoil, padló, fal, radiátor/ azokat a lehetőségekhez mérten egy azonos fűtési hőfokszintre tervezzük. Amennyiben ez nem lehetséges,akkor a magasabb hőfokszintre /pl:radiátor/, amennyiben lehetséges, külön hőszivattyút tervezzünk. A fűtési-hűtési hőleadók megválasztása Hőszivattyús rendszerekhez olyan hőleadók betervezése célszerű, amely alkalmas alacsony fűtési előremenő hőmérsékleten/ 35 0 C C/ is képes a megfelelő teljesítményű hőleadásra,elfogadható ár/érték arány, az elhelyezhetőség, kinézet,komfort figyelembe vétel mellett. Ajánlottak, új lakóépületeknél elsősorban a sugárzó hőleadók /padló,falfűtés/. Szakaszos üzemű és nagy szellőzési igényű épületeknél /irodaház szállodák,stb./ a fancoil-k, valamint a légtechnikai kaloriferek kerülhetnek betervezésre alacsony hőfokszintre méretezve. -Meglévő radiátoros hőleadóval ellátott épületeknél,ahol az alacsony hőmérsékletre történő átállás anyagi és technikai okok miatt nem lehetséges,meg kell vizsgálni a lehetőségét a max C/53 0 C- 7 0 C hőfoklépcsővel történő üzemeltetésnek. Amennyiben a beépített hőleadók és csőhálózat ezt lehetővé teszik, akkor technikai és SCOP akadály nincs, hogy a Vaporline hőszivattyúkkal kiváltsuk a meglévő hőtermelő egységet. Amennyiben ezen esetekben aktív hűtési igény is felmerül, akkor a hűtendő helyeken a

3 radiátorok részleges kiváltása szükséges fancoilokra. A HMV szükséglet kiszámítása Alapelv kell legyen,hogy hőszivattyús rendszereknél célszerűbb nagyobb HMV tárolót, s ahhoz kisebb teljesítményt betervezni. Figyelembe véve a magyarországi 5 éves átlaghőmérsékletek alakulását megállapítható, hogy egy monovalens módon tervezett hőszivattyús rendszer teljes terhelése 5 év átlagában összesen 6h! Amennyiben plusz teljesítményt nem tervezünk, teljesítmény hiány ennyi ideig lép fel,amely pufferrel és esetlegesen elektromos rásegítéssel könnyedén áthidalható. A gyakori -2 0 C- 0 0 C -os külső hőmérsékletek esetén a hőszivattyú lehetséges működési idejének akár 50%-a is rendelkezésre áll, a HMV biztosításához. Egy normál 2-3 fős lakóépület HMV termelésének biztosításához így célszerűtlen plusz teljesítmény igény betervezése a fűtési igényen kívül. A szondák méretezésénél azonban a plusz évi energiaigénnyel számolni kell. Nagy fogyasztású közösségi épületeknél is figyelembe kell venni a fűtési és hűtési kapacitás kihasználását HMV célokra,valamint a növelt HMV tároló adta teljesítmény igény csökkentés lehetőségét, s ezek figyelembe vételével kell meghatározni az esetlegesen szükséges többlet kapacitást. A lehetőség szerint egységes fűtési hőfokszint meghatározása A hőszivattyús rendszerhez tervezett belső hőleadók és szabályozás tervezésénél alapelv kell legyen,hogy a rendszert a hőszivattyúk igényének megfelelően, annak alárendelve kell megtervezni. Az igény a hőszivattyús rendszer SCOP és SEER érték maximalizálásának követelményét jelenti. Célszerű több hőleadó típus esetén is,- amennyiben lehetséges- azonos hőfokszintre tervezni az egyes hőleadókat. Amennyiben ez technikailag nem lehetséges, akkor a jelentősen eltérő hőfokszintű hőleadókat külön osztó-gyűjtőre tervezzük, s ne keverő szelep,vagy hőcserélő beépítésével oldjuk meg a szabályozást. Ezzel lehetőséget biztosítunk,hogy a hőszivattyús készülékek különválasztásával optimalizáljuk a SCOP,SEER értékeket. A belső hőleadó rendszer szabályzásának tervezésénél, a fűtési puffer tartály külső hőfok alapján történő vízhőfok szabályozását kell alapul venni, amely alapján a puffer tartályban tárolt fűtési víz hőmérséklete, mindig a külső hőmérséklet függvényében az épület fűtési igényének biztosításához szükséges legalacsonyabb hőmérséklet. Ez a folyamat szabályzás biztosítja a maximálisan lehetséges SCOP értéket. Ennek megfelelően a tőle független belső hőmérséklet szabályozás két pont rendszerű /ki-be/ lehet. A belső hőmérséklet szabályozásába háromjáratú keverőszelepek és hőcserélők beépítése nem ajánlott, mert alapvetően lerontják a hőszivattyús rendszer SCOP értékét. A hőszivattyús rendszer méretezése A hőforrás A Vaporline hőszivattyúk lehetséges hőforrásai. 1. Talaj /zárt rendszerek/ 2. Feszíni víz /tó/ 3. Talajvíz /nyitott rendszerek/ 4. Elfolyó hulladékhő /termálvíz/ Hőhasznosítás talajkollektorokkal,vagy szondákkal. /zárt rendszerek/ A zárt szondás rendszer műanyag csővezetékből áll, amely hőcserélőként működik, s amelyet a földfelszín vagy vízfelszín alatt helyeztek üzembe. Hőhordozója vizet és fagyásgátló adalékot tartalmaz. A hőenergia a csővezetéken keresztül megy a hőhordozó közegbe, ill. onnan a hőszivattyú hőcserélőjéhez. Ez a legáltalánosabb ún. három körös rendszer: 1.a hőforrás kör, 2.a hőszivattyú kör 3.a hőleadó kör. A zárt hurkú rendszerek lehetnek horizontálisan elhelyezve, mélyásó kotrók vagy árokkotrók által

4 ásott árkokban, vagy mm átmérőjű vertikális fúrásokban, amelyeket a kutak fúrásánál használt fúróberendezéssel készítenek. Mindkét rendszer megköveteli a műbizonylattal rendelkező PE 100 SDR11 PN 16 bar műanyagcsövek használatát. Ez a polietilén csövet tekercsekben, vagy szálban szállítják, amelyet keménypolietilén hegesztéssel kell csatlakoztatni a gázvezetékeknél használatos hegesztési technológiával. A zárt hurkú rendszerekben használt folyékony oldatnak vízből és fagyásgátló adalékból kell állnia, korrózió és baktériumok elterjedését gátló szerek lehetséges hozzáadásával. A fagyásgátlóra szükség van, mert a hurok folyadék hőmérséklete akár -7 C -ra is eshet a tél közepétől a tél végéig terjedő időszakban. Ezért megfelelő fagyásgátlót kell hozzáadni a gyűjtő rendszerhez, hogy védelmet biztosítson legalább -7 C-ig. Új, biztonságos fagyásgátló, amely jó hőátadó jellemzőkkel és alacsony korrozivítással bír, a káliumacetát GS4, amely a fagyásgátlók "Cadillec"-je.Ez lehet a legjobb, viszont nagyon drága. HORIZONTÁLIS zárt kollektoros rendszer Horizontális zárt kollektoros rendszereket a leggyakrabban ott használnak, ahol a terület erre rendelkezésre áll, mivel ezeket olcsóbb megépíteni, mint a vertikális megfelelőiket. A horizontális rendszer mint láttuk a talaj felső rétegéből vonja el a hőt. Nem megfelelően méretezett rendszer esetén a hőkivétel akár (- 5 0 C)- (-10 0 C)-ig is lehűtheti a talaj felső rétegét. A hővisszapótlás a tavaszi viszonyok között csak nagy késleltetéssel történik meg a napenergia hatására, s így ebben az esetben a becsövezett és a környező terület növényzetének fejlődését károsan befolyásolhatja. Abban az esetben azonban ha megfelelő szabad terület áll rendelkezésre (pl:parkoló) és jól tervezett a rendszer-akkor ezen negatív jelenség minimalizálható! Energetikai szempont: A horizontális rendszer elsődlegesen napenergia hasznosítás, hiszen a 1.ábrán látható, hogy 10m-es mélységig a külső hőmérséklet függvényében változik a talaj hőmérséklete. Egyéb elfogadható fagyásgátlók a propilénglikol (rossz hőátadó és nehéz szivattyúzni), káliumkarbonát (K 2 CO 3 ), nátrium-klorid; és kalciumklorid (CaCl 2 ) 575. A Vaporline hőszivattyúk propilénglikol-víz 23%-os oldatára vannak méretezve,ezért ezen fagyálló használata célszerű. Figyelem! A propilénglikol-víz fagyálló folyadék a fagyásponthoz közelítve gélesedik, sűrűsödik,csökken a szivattyú által szállított tömegáram, ami lefelé tolja az elpárolgási hőmérsékletet. Ez a folyamat gyorsan a keringés leállásához vezet, s a hőszivattyú alacsony oldali nyomásra, vagy keringésre letilt. Hogy ez ne történjen meg min C-al meg kell növelni a fagyállósági szintet. Példa: Amennyiben -7 0 C-ig lehűtjük a feljövő talajvizet, akkor optimálisan C-ig kell fagyállósítani a szondákban keringő folyadékot! 1.ábra A 2 m mélységbe lefektetett kollektor - csöveket körülvevő talajréteg hőmérséklet ingadozása egyrészről a külső hőmérséklet, másrészről a hőszivattyúval kivett hőteljesítmény függvénye.

5 3.ábra 2.ábra Az 2.ábrából látható, hogy januárban 2m mélyen 6 0 C a talaj hőmérséklete. A hőkivétel hatására - jól tervezett rendszer esetén--a talaj -1 0 C-ra hűl le! Optimális (monovalens) módon méretezve egy 10KW-os fűtési teljesítmény igényű rendszerhez a Magyarországi, alföldi viszonyok között közelítőleg 430 m hosszú 60 cm széles és egymástól 2,1 m levő árokba 860 m hosszú csővezetéket kell lefektetni, a 10KW-os fűtési teljesítmény igényű rendszerhez. Ennek megfelelően ehhez a fűtési kapacitáshoz minimum 1100 m 2 szabad terület szükséges! Ilyen szabad terület a mi beépítettségi viszonyaink között a legtöbb esetben nem áll rendelkezésre. A VERTIKÁLIS ZÁRT szondás rendszer A Vertikális zárt szondás rendszerek lakóépületek, ipari, mezőgazdasági, kereskedelmi épületek, intézmények számára jelentenek választási lehetőséget, mivel a rendelkezésre álló földterület gyakran az épületek alatti területre,szűk kertekre, parkoló helyekre és szomszédos gyepesített területekre korlátozódik. A vertikális zárt szondás rendszernél mm átmérőjű fúrt lyukakat csinálnak hagyományos fúró berendezéssel általában kevesebb mint 100 méter mélységig. A 25-40mm-es plasztik "U" csöveket polifúziós csőkötési eljárással egyesítik. Sok Installateur árkonként 2 csövet alkalmaz sorban, ahogy az a 3. ábrán látható. Az üzembe állítónak gondoskodnia kell arról, hogy a csövek ne kerüljenek egymással kapcsolatba, hogy elkerülhető legyen a cső deformálódása, vagy széttörése. Könyök összekötőket nem tanácsos az árokvégeknél használni. A hőszivattyú kapacitás kwh-ja szerint szükséges kollektor rendszer össz.hossza a talaj viszonyoktól függően változik. (Tervezése a CLGS,GLD design,stb. szoftverekkel lehetséges.) 4.ábra A 4.ábrán a zárt szondás vertikális rendszer Tichelmann rendszerű gerincvezetékét láthatjuk. A vertikális rendszerek általában a

6 hőszivattyú minden 10 kw-jára méter hosszú szondát igényelnek a magyarországi talajviszonyok, és lakóépületek esetén, hogy megfelelő hőátvitel jöhessen létre a talajjal. b. a minimálisra csökkenteni a tó, vízmedence vagy patakmeder vízi életének megbolygatását, betartva a hatósági előírásokat. c. a védelem módját a hullámok, jég, hajók okozta károkkal szemben; d. -és fenntartani a minimális távolságot a gyűjtő rendszer bármely része és az ivóvíz között; e. a vízfelszín tervezett felhasználását; f. az illetékes hatóság által elfogadott fagyásgátló és gátlószerek megengedett típusát; g. a súlyokat és rögzítési eljárásokat, amelyek lekötik a gyűjtő rendszert a vízszint alatt; 5.ábra Ahhoz, hogy a szondarendszer a lehető legoptimálisabban, a legkisebb költséggel valósuljon meg, s a működési költségek is kedvezően alakuljanak nagyobb rendszereknél a talaj átlagos konduktivitását,és a talpponti hőmérsékletet célszerű megmérni,(5.ábra, GEOTHERMAL RESPONSE TEST), s mért adatok alapján a szükséges szondahosszt meg kell határozni / CLGS,GLD design/ A fúrt lyukakat egymástól minimum 3 méteres távolságban kell telepíteni, de amennyiben elegendő terület áll rendelkezésünkre a 6 méteres távolság az optimális, amikor a szondáknak már nincs hatása egymásra. A tó szondás rendszer A víz alatti szondák telepítési feltételei jelentősen különböznek a talajszondák telepítési feltételeitől. h. az illetékes hatóságok jóváhagyását; A fenti előfeltételek szükségesek ahhoz, hogy hatósági engedélyt adjanak ehhez a hőnyerési eljáráshoz. Fontos, hogy víz alatti hurkokat ne helyezzenek üzembe halak ívóhelyei közelében, mivel a hurok közvetlen közelében levő területen a vízhőmérsékletre kifejtett hatása ártalmas lehet a halak kikelésére és az apróhal fennmaradására! Fontos továbbá, hogy a hurok a téli vízszintek jégképződésének szintje alatt lépjen a vízbe. Ha a tó jege körülveszi a hurok bármely részét, a tavaszi olvadás jég mozgása kárt okozhat! A fagyásgátlónak, amelyet a víz alatti hurkokban való használatra választottak ki, elfogadhatónak kell lenni az illetékes hatóságok számára! A tervezési szakaszban a következőket kell figyelembe venni: a. a szárazföldi terület és a parti viszonyok fizikai korlátait.

7 Azután, mikor a víz elérte a fagyáspontot (<4 0 C), a sűrűsége jelentősen megnő, így azután a leghidegebb víz felemelkedik (emlékezzen az úszó jégtáblákra!). Ez az állandóan emelkedő hideg víz (<4 0 C) és lehulló víz egy természetes áramlását eredményezi (lásd a 7. ábrát). A tószondák hőszállítása jobb, mikor ez a természetes hőáramlás a csőtekercsek körül és között történik. Ezért, a csőkötegeket cm-re kell megemelni a fenéktől, hogy az áramlást ne akadályozzuk, s így meggátoljuk a lerakódást, a hőszállítás csökkenését,melyet az áramlás blokkolása okozna. (lásd a 6. Ábrát) 6.ábra 6. ábra: Víz alatti kollektorok telepítési vázlata és keresztmetszetének rajza A szerelvényeket biztosan rögzíteni kell a kőfelülethez vagy elásni és megfelelően megjelölni a parton. Minden tó szondát, amely a szárazföldön szabadon álló csőhálózattal rendelkezik, védeni kell a fagyástól egy cirkulációs rendszeren keresztül, amely automatikusan keringeti a szonda tartalmakat, mikor a kinti hőmérséklet eléri a szonda fagyásgátló védelmének a határát. Erre nincs szükség, ha az egész szonda rendszer minimum 80 cm-rel a föld alatt van (a fagyásszint alatt). A víz alatti zárt szondás hőcserélő helyzetét világosan jelezni kell egy figyelmeztető 1 méteres póznával a vízbelépés pontjánál. Ez csökkenteni fogja a hajók és más partot átalakító tevékenységek okozta vezetékbeli károkat. 7. ábra: A földhő melegítő hatásának és a medencekollektorok elhelyezésének elvi vázlata Télen a jégtakaró alatt a vízmedencék közel 4 0 C hőmérsékletet tudnak fenntartani Ez a víz sűrűség jellemzőjének köszönhető. A víznek maximális a sűrűsége 4 0 C-on. Ahogy a víz hűl, a sűrűsége úgy növekszik, így a hideg víz lesüllyed a fenékre. A ténylegesen szükséges tó területe a fűtési teljesítmény igényre vetítve: kw-onként 10m 2 körül van, 1,8-2,4 m mélységű vízmedencét feltételezve. A vízmedence legfontosabb aspektusa az, hogy egész évben vízmedence maradjon. Más szóval, olyan állandó vízmedencére van szükségünk, amely viszonylag változatlan marad még rendkívüli aszály idején is. A nyitott kutas rendszerek A nyitott kutas rendszer talajvizet (kút) használ arra, hogy hőt vonjon ki, ill. hőt szállítson az adott hőszivattyús rendszerbe. Mikor kútvizet használnak, a hő kivonása után a kibocsátott vizet valahova el kell vezetni. A megoldás az lehet, hogy vagy visszakerül a talajba visszavezető kúton keresztül, vagy pedig alagcsövekbe kerülhet. A területileg illetékes vízügyi hatóság megengedheti a víz elvezetését felszíni vizekbe is, mint pl. vízmedencékbe, tavakba, folyókba. A legtöbb nyitott rendszerek használatára tervezett földhőszivattyúnak kw-onként 1,6 4,5 l/min víz tömegáramra van szüksége a megfelelő működéshez. Az adott hőszivattyúhoz szükséges térfogatáramot, nyomásesést (jelleggörbét vagy táblázatot) a hőszivattyú műszaki adatai,vagy kezelési utasítása között a gyártó cég rögzíti.

8 Jelezzük, hogy a kutak szokványos elnevezése nyerő (termelőkút) és nyelő (visszasajtoló) kút. A 8.ábra saját vízellátással rendelkező épület két kutas hőnyerési rendszerét szemlélteti. A pincében a hőszivattyú előtti tartály légüst szerepét látja el, azért, hogy a búvárszivattyú ne induljon be minden egyes vízvételkor. A légüst nem tárol nagyobb mennyiségű vizet, ezért a búvárszivattyút úgy kell méretezni, hogy a legnagyobb vízvétel idején is elegendő mennyiségű vizet szolgáltasson. hőleadó rendszer pontos hőtechnikai és hidraulikai méretezésére, hogy a hőleadó rendszer illeszkedjen az alkalmazott hőszivattyú optimális fűtési hőmérsékletéhez. Figyelembe kell venni tervezéskor a vízhozam változásának kockázatát, és az. ún. neutrális zóna felett elhelyezkedő talajvíz hőmérsékletének hóolvadás okozta jelentős csökkenését is. A kútszivattyúk kapcsolási számának lecsökkentése növeli a szivattyú élettartamát, és a rendszer teljes hatékonyságát. A légüst nyomását nyomáskapcsolóval kell behatárolni (min. és max.), úgy, hogy a szivattyú hosszú ideig (minimum 3-5 min.) működhessen és azután az újraindulás minimum 3-5 min.-nél előbb ne következzen be.. Az elvezető csöveket el kell látni egy tömegáram szabályozó szeleppel, amely biztosítja az üzemi tömegáramot és nyomást, megálláskor pedig lezárja a víz útját. 8.ábra Amennyiben a kutak csak a hőszivattyú ellátását biztosírtják, akkor a légüst kihagyható a rendszerből. Vízkutat használó nyitott rendszer praktikus a következő feltételek mellett: jó a víz minősége (pl. ivóvíz minőségű), a vízmennyiség elegendő ahhoz, hogy olyan áramlási sebességet biztosítson, amely a hőszivattyú számára szükségessel egyenlő, vagy annak másfélszerese. amennyiben elfogadható alacsony költségű víznyerés és vízelvezetés lehetséges. A nyerőkút víz-hőmérsékletének, -tömegáramának és a tervezett hőszivattyú paramétereinek figyelembevételével könnyedén kiválasztható az a hőszivattyú, amelyet a meglevő kút ki tud szolgálni. A kiválasztott gép paramétereinek ismeretében a kimenő csúcsteljesítmény meghatározható. Ebben az esetben az éves kútból kivett kwh mennyiségek alakulása kevésbé befolyásolja a SCOP alakulását. Az SCOP érték alakulását ebben az esetben elsősorban a fűtési hőmérséklet befolyásolja. Ezért ebben az esetben is gondot kell fordítani a belső Elfolyó hulladékhő /termálvíz hasznosítás/ Amennyiben 50 0 C, vagy magasabb hőfokszintű elfolyó víz áll rendelkezésre, akkor ennek elsődleges hasznosításában kell gondolkodni! Az 50 0 C-fok alatti elfolyó termálvizeket célszerű hőszivattyúval hasznosítani. Itt felmerül az a probléma, hogy a hőszivattyú elpárologtató oldalára a Vaporline GWI /víz-víz/ hőszivattyúknál sem célszerű max.22 0 C-nál magasabb hőfokú termálvizet engedni, mert ennek további COP érték növelő hatása nincs, sőt a készülék működésének letiltását eredményezi. Természetesen nem az a megoldás, hogy lehűtjük a vizet kútvíz bekeveréssel, vagy egyéb módon, hanem közbenső hőcserélő beépítésével,veszteség nélküli hőfokszint változást hozunk létre a tömegáramok változtatásával. Ez azt jelenti, hogy kis tömegáramú magas hőfokú termálvízből, nagy tömegáramú alacsony hőfokú hőszivattyú tápvizet készítünk, s így a hőtartalom állandó marad, nincs veszteség. A hőfokszint beállításának technikai megoldása.

9 Az alábbi példában a rendelkezésre álló 50 0 C-os termálvizet akarjuk hőszivattyúval hasznosítani, s ki akarjuk használni a hőszivattyú lehetséges COP értékét maximálisan. Ehhez 22 0 C-os tápvizet szándékozunk készíteni. Pl.:Vaporline GWI66-HW 22/63 0 C elpárologtatási telj. 1 : 77,4 kw, m 2 = 3,4 l/s m 2 = P e =77kW 19 0 C 16,6 0 C 50 0 C 22 0 C m 1 =3,4 kg/s SWEP B16x106 hőcserélővel és m 2 = 0,59 kg/s termálvíz tömegárammal az igény megvalósítható. 2. GWI víz-víz hőszivattyúk Nyitott kutas rendszerekhez, valamint elfolyó termálvíz hasznosításhoz. Közös jellemzőjük, hogy az elpárologtató oldalon (+6 0 C)- (+22 0 C) közötti víz hőmérsékleten képesek működni. Ennél magasabb hőmérsékletű hő hasznosítására nem alkalmasak. A +6 0 C-os tápvíz hőmérsékletnél alacsonyabb a fagyásveszély miatt, nem jöhet számításba. A Vaporline GBI(09-96)-HACW hőszivattyúk /alapkészülék/ Folyadék-víz hőszivattyú család 9-96 kw fűtési teljesítmény határok között 10 teljesítmény fokozatban. Fűtő(H), aktív hűtő (AC), és HMV termelő desuperheater (W), multifunkciós hőszivattyú. Az elfolyó vagy visszasajtolandó termálvíz ebben az esetben még 19 0 C. Ezt a vizet még nagyon kedvező SCOP értékkel tovább lehetne hasznosítani igény esetén, az elpárologtató oldalon sorba kötött hőszivattyúkkal. Az alkalmazni kívánt hőszivattyú típusának és teljesítmény fokozatának kiválasztása Ahhoz, hogy a Vaporline hőszivattyúk közül az alkalmazni kívánt típust kiválasszuk, ismernünk kell a típusok technikai, technológiai lehetőségeit, s a tervezett üzemmódot /monovalens, bivalens, monoenergetikus) A Vaporline hőszivattyúk típusai Két fő típust különböztetünk meg: 1. GBI Folyadék víz hőszivattyúk. Zárt szondás és kollektoros rendszerekhez. Közös jellemzőjük,hogy az elpárologtató oldalon (-3 0 C)- (+16 0 C) közötti folyadék hőmérsékleten képesek működni. Ennél magasabb hőmérsékletű hő hasznosítására nem alkalmasak. 9.ábra A "Vaporline" hőszivattyúk Fűtő -aktív hűtő-hmv (reverzibilis ) EVI körfolyamata (Geowatt Kft.) Magas max.63 0 C fűtési hőmérsékletre magas COP értékkel alkalmas EVI körfolyamat. A desuperheater (elsődleges hőcserélő) alkalmazása HMV előállítására A leghatékonyabb (magas COP) megoldás! A közvetlenül a kompresszor után és a kondenzátor elé beépített (soros kötés) koaxiális hőcserélő (9.ábra 3.) a hűtőkörfolyamat túlhevítési hőjét használja HMV termelésre. A túlhevítési tartomány az összes fűtési teljesítmény 12-15%-a. A túlhevítési hőmérséklet lényegesen magasabb mint a kondenzációs hőmérséklet 2,ezért magasabb 1 Lásd. : Hőszivattyúk műszaki adatai GWI66, 9.oldal, ELT=22 sor paraméterei C-os kondenzációs hőmérsékletnél a túlhevített

10 hőmérsékletű HMV-t lehet előállítani mint a fűtési hőmérséklet,úgy hogy a COP érték nem romlik. A másik előnye,hogy Ezzel a megoldással nyáron az épületből elvont hő 12-15%- ából HMV-t állíthatunk elő gyakorlatilag ingyen,vagy másképp fogalmazva aktív hűtési üzemmódban javítja a hűtési COP (EER) értékét! Hátránya: a teljesítménye max.15%-ában állít elő melegvizet, a melegvíz előállítás csak fűtő,vagy hűtő üzemmód történik, csak HMV így nem készíthető. Az aktív hűtés Azt jelenti, hogy a hűtőkörfolyamat reverzibilis (megfordítható). Ez egy bonyolultabb körfolyamattal,beépített fordító szeleppel (9.ábra.10.), szabályozással, védelmi funkciók számának növelésével oldható meg. A körfolyamat megfordítása a kondenzátor és elpárologtató azonos áramlásúvá válását eredményezi, amely rontja a hatékonyságot. Az elpárologtató ellenáramúvá tétele hűtési üzemmódban is megoldott a beépített motoros, négyjáratú útváltó szeleppel Igény esetén az aktív hűtés kombinálható a passzív hűtéssel, amelyek összhangját a hőszivattyú beépített szabályzója kezelni képes./opciós/ 10.ábra Passzív hűtés kapcsolási sémája A passzív hűtés célszerűen a nyitott kutas rendszereknél és kis hőterhelésű lakóépületeknél javasolt megoldás. Zárt szondás rendszerek esetén,amikor az épület nyári hőterhelése az épület szerkezete illetve funkciója miatt közepes illetve nagy hőterhelésű és elvárt a szabványnak megfelelő 26 0 C-os belső léghőmérséklet tartása szélsőséges hőmérsékleti viszonyok között is, semmiképp nem javasolt csak passzív hűtés alkalmazása! Nyári üzemben a fűtési igényre méretezett szondarendszer folyadékhőmérséklete a talajviszonyok függvényében-viszonylag gyorsan melegszik- pár óra működés után, C-t. A C-os feljövő folyadék hőmérséklettel úgy, hogy még egy hőcserélő is van a folyadék oldalon, 26 0 C-t nem lehet tartani az épületben, még sugárzó hűtőfelület esetén sem lehet. Ez a leghatékonyabb hűtési mód, de egyben a legköltségesebb. A beruházás megtérülését elemezni célszerű. A Vaporline hőszivattyú család beépített szabályzója alkalmas a kombinált rendszer megvalósítására. 11.ábra két kondenzátoros hőszivattyú hűtőközeg gőz hőmérséklete 80 0 C körül alakul.. HMV előállítás céljára ebben az esetben a 50 0 C-80 0 C közötti hőfok tartományt használjuk. Ebben az esetben tehát a hűtőközeg gőz átlag hőmérséklete 65 0 C,amely alkalmas 60 0 C-os HMV előállítására a desuperheater -ben A multifunkció jelentősen növeli a hőszivattyúk éves kihasználtságát,ami jelentő beruházási költség megtakarítással járhat! A Vaporline GBI(09-96)-H hőszivattyúk /Csak fűtő hőszivattyú./

11 A fűtési paramétereiben nem különbözik a HACW alaptípustól, de nem multifunkciós készülék, HMV termeléssel és hűtési funkcióval nem rendelkezik. A Vaporline GBI(09-96)-HW hőszivattyúk / fűtő és HMV termelő hőszivattyú./ A fűtési és HMV paramétereiben nem különbözik a HACW alaptípustól. Nem reverzibilis a körfolyamat,így aktív hűtési funkcióval nem rendelkezik. A passzív hűtés illeszthető hozzá. A Vaporline GBI(09-96)-HDW hőszivattyúk / fűtő és direkt HMV termelő hőszivattyú./ Olyan esetekben amikor fűtési teljesítmény 40-50%-át eléri,vagy meghaladja a HMV teljesítmény igénye,- célszerű az alkalmazása. Az alábbi körfolyamattal ellátott hőszivattyú aktív hűtésre nem alkalmas. Ebben a körfolyamatban az egyik kondenzátor előnykapcsolásban dolgozik HMV-re, a teljesítményre 100%-á ban. A magasabb hőmérsékletű HMV előállítás ebben az esetben alacsonyabb COP értéken lehetséges, mint desuperheaterrel, de lényegesen magasabban mint külső (víz-víz) hőcserélő alkalmazásakor. A legoptimálisabb megoldás a fűtési és a nagy mennyiségű HMV előállítás igény kielégítésére. Magas hőmérsékletű HMV előállítás lehetséges. Az alább vázolt EVI körfolyamattal HMV állítható elő C-os Ezzel a megoldással sok esetben egy rossz kihasználtságú, külön hőszivattyús készülék kiváltása lehetséges. A HMV előállítás tulajdonsága, hogy az egyidejűségek miatt viszonylag nagy teljesítmény igények keletkeznek, de a kihasználtság gyenge. előremenő hőmérsékletekhez vagy szélsőségesen alacsony külső hőmérsékletek esetén a hőszükséglet fedezésére adott esetben egy kiegészítő hőtermelő szükséges (monoenergetikus vagy bivalens üzemmód). Új épületekben rendszerint még szabadon választható a hőleadó felület., s így az üzemmód az ár/érték arány elemzés alapján megválasztható. Monovalens üzemmód Monovalens üzemmód esetén a hőszivattyú egyedüli hőtermelőként fedezi az épület teljes hőszükségletét az EN 12831szabvány szerint. Ennek előfeltétele, hogy a belső hőleadó rendszer előremenő hőmérséklete a hőszivattyú maximális előremenő hőmérséklete alatti értékre legyen méretezve. Alkalmazása megfontolandó, mert jelentős többlet beruházási költséggel jár. Bivalens üzemmód Bivalens üzemben a hőszivattyút fűtőüzemben egy másik hőtermelő (pl. olaj-/gázüzemű fűtőkazán) egészíti ki. A hőtermelő vezérlése a hőszivattyúszabályozóval történik. Olyan esetekben megfontolandó az alkalmazása, amikor meglévő rendszerek kiváltása történik hőszivattyúval, s az eredeti kapacitás továbbra is rendelkezésre áll szűkített kapacitással. Jelentős beruházási költség csökkentés érhető el,kismértékben romló megtérülési idővel. Monoenergetikus üzemmód A hőszivattyú fedezeti aránya (%) az éves fűtési órák %-ában (csak fűtő üzem) szabványos lakóépület esetén a hőszivattyú monoenergetikus üzemben nyújtott fűtőteljesítményének függvényében. 11.ábra két kondenzátoros HDW típusú körfolyamat A hőszivattyús üzemmódok A hőszivattyúk üzemmódja mindenekelőtt a már kiválasztott vagy meglévő hőközpontokhoz igazodik. A Vaporline hőszivattyúk 63ºC-os ő előremenő hőmérsékleteket tudnak elérni. Magasabb 12.ábra

12 A hőszivattyúra számítandó kisebb beruházási költségek miatt a monoenergetikus üzemmód a monovalens működésű hőszivattyúval szemben főleg az új épületekben jelent gazdaságossági előnyt. Általános rendszerkonfiguráció esetén a hőszivattyú fűtőteljesítményét az épület max. hőszükségletének kb %-ára (az EN szabvány szerint) célszerű méretezni. Ebben az esetben a hőszivattyú éves fűtési fedezeti aránya kb %. A kiegészítő fűtést célszerű egy puffertartályba épített elektromos fűtőbetéttel megoldani, amelyet automatikusan a hőszivattyú szabályzója indít szükség esetén. A hőszivattyú típusának, kiválasztása a tervezett üzemmód, a szükséges funkciók és HMV igény alapján Ismerve a Vaporline hőszivatyúk típusait,az egyes típusok alkalmazási lehetőségeit,valamint a hőszivattyúk részletes műszaki paramétereit 3,a lehetséges üzemmódokat, -ez alapján kiválaszthatjuk az adott projekthez megfelelő hőszivattyú típusát. Az ellátandó funkciókra történő hőszivattyú választás A kiválasztás első és lényeges szempontja kell legyen, hogy a hőszivattyús rendszerek hatékonyságát figyelembe véve, feladatra, ellátandó funkcióra válasszunk megfelelő hőszivattyút, és ne hőszivattyú típushoz igyekezzünk kívánt rendszert illeszteni. Ez azt jelenti,hogy amennyiben fűtés és aktív hűtés, valamint HMV igény együtt jelentkezik, akkor ne egy sima csak fűtő hőszivattyút tervezzünk a rendszerbe,- bonyolult kapcsolásokkal külső körfolyamat megfordítást alkalmazva, s a HMV-t külsőleg a rendszerbe illesztett hőcserélővel biztosítva. Ezzel így egy drága, rossz SCOP értékű, s többnyire használhatatlan rendszert létrehozva. Olyan hőszivattyút válasszunk, amely ezeket a funkciókat a lehető leghatékonyabb módon közvetlenül biztosítani képes, /multifunkciós hőszivattyú/ s így hőközponti kapcsolásban is egy egyszerű költségkímélő rendszert kapunk. /az 3 a részletes műszaki információk és paraméterek az egyes hőszivattyú típusokra vonatkozó műszaki adatok dokumentumokban található. egyszerűségre mindig törekedni kell, mert az egyszerű dolgok a leghatékonyabbak./ A funkcióra történt (H,HW,HACW,HDW) kiválasztás után a teljesítmény igényre kell hőszivattyút választani. A teljesítmény igényre történő hőszivattyú választás Ehhez a következő adatok ismeretére van szükség: 1. A legmagasabb tervezett fűtővíz előremenő hőmérséklet. / 0 C/ 2. A talajból feljövő folyadék legalacsonyabb tervezett hőmérséklete / 0 C/ 3. A tervezett üzemmód /pl.: monoenergetikus/ A egyes hőszivattyúk műszaki adatai 35 0 C; 50 0 C; 63 0 C-os előremenő fűtővíz hőmérsékletekre tartalmaznak külön táblázatokba foglalt,részletes energetikai paramétereket. Az előzetesen kiválasztott 4 hőszivattyú azon táblázatát kell vizsgálni, amely a legközelebb van a tervezett fűtési előremenő hőfokszinthez. Pl.: A tervezett max. fűtési előremenő hőfok t=45 0 C, földhő hőforrást kívánunk alkalmazni, fűtés, hűtés és HMV igény jelentkezik, a max. teljesítmény igény P=18,5 kw. Ekkor a GBI18-HACW hőszivattyú azon teljesítmény táblázatát kell megkeresni, amely az 50 0 C-os fűtési előremenő hőfokszintet tartalmazza. A paramétereket azonban még nem tudjuk leolvasni, mert nem tudjuk,hogy a táblázatban melyik sort kell vizsgálni. Ehhez tudni kell az ELT A talajból feljövő folyadék legalacsonyabb tervezett hőmérsékletét / 0 C/ 5 4 Az előzetes kiválasztást a megnevezésben lévő szám alapján meg lehet valósítani, mert a szám a készülék teljesítményére utal 0 0 C/35 0 C folyadék-víz hőfokszinten. 5 Az ELT hőmérséklet a szondatervezés egyik paramétere. Cégünk a szonda tervezésnél ezt az értéket 3 0 C-5 0 C-ra veszi fel. Ekkor egy optimális szondaszám keletkezik, s tartalék is van a rendszerben,hiszen ezen értéket akár -3 0 C-ra is le lehet engedni szükség esetén. /lásd.:kezelési utasítás/

13 Amennyiben az ELT-t 5 0 C-ra válasszuk, akkor már tudjuk, hogy a táblázatban melyik sor adatai mérvadóak a legnagyobb terhelésnél, vagyis a (-13 0 C)-(-15 0 C) külső léghőmérséklet esetén. A föld oldali adatok alakulása a legnagyobb terhelésnél: ELT lit/min LLT t Elpár.telj. 0 C 0 C 0 C kw 5,0 58,0 1,0 4,0 15,0 A hőszivattyú paraméterei a legnagyobb terhelésnél: Elektr. Amp. Fűtési COP / telj. Igény/ kw/ /A/ telj. /kw/ 5,6 11,1 20,2 3,6 A fűtés oldali paraméterek a legnagyobb terhelésnél: EWT / 0C/ Tömeg -áram LWT /0C/ t / 0 C / Fűtés vissza /l/min/ Fűtés előre 45,0 58,0 50,0 5,0 Az adatokból látható, hogy a legnagyobb terhelésnél is P=20,2 kw a hőszivattyú hőleadása, tehát még monovalens üzemben is nagyobb a szükségesnél. Amennyiben monoenergetikus üzemmódot akarunk megvalósítani, akkor a szükséges teljesítmény 85%-a 15,7 kw. Erre meg kell vizsgálni az eggyel kisebb méretű Vaporline GBI13-HACW típust. A táblázatokból látható 6, hogy ez a hőszivattyú csak 14kW-t tud produkálni a fenti paraméterekkel. Ez 76%-os bivalenciát jelent, ami a 12.ábra alapján 98%-os fűtési fedezeti arányt jelent. Ez számszerűsítve azt jelenti, hogy egy szezonban a kiegészítő P k =4,5kWos fűtésnek h éves fűtési óraszámmal számolva-88h-t kell működnie. Ez évi 396 kwh /a elektromos energia költség többletet jelent, a jelentős beruházási költség megtakarítás mellett. A fenti példa alapján látható, hogy a zárt szondás rendszerek esetén a típusmegnevezésben lévő érték, pl: GBI66-HACW, 66kW fűtési teljesítményt jelent 0 0 C/35 0 C folyadék-víz hőfokszinteken. Ettől minimális az eltérés zárt szondás rendszerek tervezett hőfokszintjein. Nyitott kutas rendszerek esetén azonban, amikor a feljövő kútvíz hőmérséklete elérheti az ELT= 15 0 C-t is, ekkor,ekkor már az adott hőszivattyú teljesítménye 50 0 C-os előremenő fűtővíz hőmérséklet esetén 89 kw! 7 A kiválasztásnál lényeges szempont a tervezett aktív hűtési teljesítmény igények kielégítése. A kiválasztás menete hasonló a fűtési teljesítményre történő kiválasztáshoz, azzal a különbséggel, hogy a hűtés üzemmódban két hűtési hőfokszintre készültek teljesítmény táblázatok /12 0 C hűtési hőfoklépcső. Ez a hőfoklépcső alkalmas fancoil-k, légtechnikai kaloriferek működtetésére C/20 0 C hűtési hőfoklépcső, amely sugárzó hűtések esetén /fal, mennyezet fűtés/ alkalmazható. Az előzetesen a kívánt hőfoklépcsőre választott hőszivattyú hűtési teljesítményét a szabványos hőfokszintnél W7 0 C(15 0 C)/B25 0 C olvassuk le a táblázatból. A talajba menő folyadék hőmérséklete:lwt=25 0 C. Összefoglalva: a hőszivattyúkat mindig a legnagyobb terhelésre, a legalacsonyabb folyadék hőmérsékletekre /ELT/, és a legmagasabb fűtési előremenő hőmérsékletekre kell kiválasztani,az üzemmódok,a HMV igények és hűtési igények figyelembe vételével. Amennyiben a kiválasztás megtörtént, akkor a hőszivattyúk műszaki adatai tervezési segédletből a hőszivattyú méretei megtalálhatók,amely alapján a hőközpont elrendezési rajza és kapcsolási sémája elkészíthető.s 6 Lásd: GBI(09-18)-HACW műszaki adatok,gbi13-ra vonatkozó táblázatát 50 0 C fűtési előremenő hőfokszintre,és LLT=5 0 C-ra 7 A Vaporline hőszivattyúk széles elpárolgási hőfoktartományban hatékonyan működnek, ennek következtében a kimenő fűtési teljesítményük jelentősen nő magas elpárolgási hőmérsékleteknél. /tesztlabori eredményekkel alátámasztottan/

14 A Vaporline hőközpontok ajánlott kapcsolási sémái A beépített funkciókból eredően a Vaporline hőszivattyús hőközpontok azonos séma alapján alakíthatók ki, s így viszonylag egyszerűek, könnyen kialakíthatók és üzemeltethetők. A GBI(x)-HACW hőszivattyús hőközpontok A föld oldali csőrendszer tervezése, bekötése a hőszivattyúhoz: A föld oldal hőszivattyúval történő összekötésénél, fő szempont a gerinc-vezeték pontos hidraulikai méretezése, és a cirkulációs szivattyú helyes megválasztása,annak érdekében,hogy az egyes hőszivattyúkhoz előírt tömegáramot 10-15% megengedett eltéréssel tartani tudja a rendszer. A pontos méretezéshez szükséges elpárologtató csősurlódási ellenállás értékeit a hőszivattyúk műszaki adatai című dokumentumok tartalmazzák. A szondarendszer bekötése a hőszivattyúhoz a 13.ábra alapján történhet: a bekötésnél a hőszivattyú után minden esetben legyenek elzáró gömbcsapok betervezve. a mikrobuborék kiválasztó betervezése lényeges,mert megakadályozza a levegő felszaporodását a cirkulációs szivattyúban és elpárologtatóban, s így a hőszivattyú alacsony nyomás hibajelzésre nem fog sűrűn letiltani./13.ábra 3./ Nagyon lényeges,hogy a szondarendszer feltöltésére és légtelenítésére,a légtelenítő kocsi kapcsolódására,legyenek kialakítva golyóscsapos töltő-légtelenítő helyek / 13.ábra 4./ Legyen kialakítva a rendszer utántöltési lehetősége /13.ábra 5./ A szivattyú szívó oldalához legközelebb legyen betervezve a méretezett tágulási tartály a biztonsági szeleppel. Célszerű betervezni, de nem feltétlenül szükséges a 6.sz. termosztatikus szelepet, amelynek feladata az,hogy hűtési üzemmódban, amikor a hűtendő puffertartályban a hőfokszint túl magas, s a talaj pedig hideg, akkor egy ideig a hőszivattyú a működési tartományán kívül kell,hogy dolgozzon. Ez a kompresszornak sem tesz jót, s rontja a rendszer hatékonyságát. A termosztatikus szelep megemeli a föld oldali hőfokszintet a szükséges minimális értékre, s ezzel a működési tartományba emeli a hőszivattyú kompresszorát. Amennyiben az aktív hűtést kombinálni szükséges a passzív hűtéssel,akkor a föld oldali bekötést a 10.ábra alapján célszerű kiegészíteni. Ebben az esetben semmiképp nem szükséges a 6.sz.termosztatikus szelep beépítése a föld oldalra. 13.ábra Aktív hűtésű hőszivattyú föld oldali bekötése,passzív hűtés nélkül

15 14.ábra Hőszivattyús hőközpont kapcsolási sémája A hőközpont elemei: 1. Vaporline GBI(x)-HACW hőszivattyú 2. Fűtési puffer tartály 3. HMV tartály 4. Föld oldali cirkulációs szivattyú 5. Teljes átömlésű golyóscsap 6. Ferde szelep (szabályzó) 7. mikrobuborék kiválasztó (pl:spirovent) 8. Automata légtelenítő 9. Töltő csap ( 1 ) 10. Tápvíz töltő egység 11. Visszacsapó szelep 12. Tágulási tartály 13. Biztonsági szelep 14. Nyomásmérő 15. Külső hőmérséklet érzékelő A fűtési puffertartály(2.) bekötését a hőszivattyúhoz a 14.ábra alapján célszerű megtervezni. A hőmérséklet érzékelő a bemenő fűtővíz csatlakozás alatt legyen kialakítva a tartály felső harmadában. A tartály felső pontján légtelenítő elhelyezése mindenképp szükséges. A HACW típusoknál a hőszivattyúba egy négyjáratú útváltó szelep is beépíthető /opciós/,amely hűtési üzemmódban is biztosítja az elpárologtató ellenáramú működését, s így javítja a hűtés EER értékét. A HMV tartály (3.) bekötése a hőszivattyú külön HMV csonkjaira történik. Mind a HW,mind pedig a HDW típusú Vaporline hőszivattyúk külön csonkkal rendelkeznek,s így a bekötésük a tároló tartályhoz a ábra alapján történik.

16 A HMV tartály és a hőszivattyú közötti cirkulációt a hőszivattyúba épített cirkulációs szivattyú biztosítja. 8 Amennyiben a HMV termelésre napkollektor is beépítésre kerül, akkor beépített hőcserélős HMV tartály alkalmazása célszerű. A hőszivattyú beépített szabályzó a külső hőmérsékleteket is érzékelve a külső hőfok alapján folyamatosan szabályozza a fűtési/hűtési peffertartály hőmérsékletét. A HMV-tartály vízhőmérsékletét a szabályzóban beprogramozott értéken tartja, a beépített HMV cirkulációs szivattyú indításával, illetve megállításával. 9 A GWI(x)-HACW hőszivattyús hőközpontok A nyitott kutas,illetve hőnyerésre hulladékhőt használó hőszivattyúk hőközponti kialakításában értelemszerűen csak a kútoldalban vannak eltérések. 15.ábra HMV tartály bekötése 8 A szivattyú paramétereit, valamint a rendelkezésre álló /tervezhető/ nyomómagasság értékeit a hőszivattyúk műszaki adatai tervezési segédlet tartalmazza. 9 A szabályzás részletes ismertetése a Technológiai,kezelési és karbantartási utasítás"

17 16.ábra Ennél a hőszivattyú típusnál a kútoldalra célszerű nyomástároló tartályt elhelyezni (16.ábra 17.) a kút búvárszivattyú után(19.) A tartály után pedig mindenképp szűrő beépítése szükséges (15.), amely a homok, és egyéb szilád szennyeződés elpárologtatóba jutását megakadályozza. Az elpárologtató után az elfolyó ágra egy tömegáram szabályzó szelepet, kell betervezni,amely a hőszivattyú leállásakor lezár. A hőforrás méretezése A hőforrások méretezésénél a nyitott, kutas rendszerek,valamint a elfolyó termálvizes hőnyerő rendszerek,amelyek terheléstől független állandó hőfokú és tömegáramú hőt szolgáltatnak, semmi problémát nem jelentenek, nincs méretezési feladat,csak a hőszivattyút kell megfelelően kiválasztani. A zárt szondás rendszerek méretezése, a hosszú-távú termikus hatás elemzése A zárt szondás rendszerek tervezése a nyitott kutas rendszerekétől eltérően sokkal komolyabb mérnöki feladat,amely elvégzése feltételez geológiai ismereteket is a tervezőtől. A mérnöki tervezéstől eltérően sok cég ökölszabályokat ad arra vonatkozóan, hogy bizonyos talajviszonyok esetén egy 100m mélységű szondát hány kw teljesítménnyel lehet terhelni. Az egyszerűsített tervezési metódus alkalmazása bizonyos határok között és feltételek mellett elfogadható, de amennyiben a tervező nincs tisztában az elméleti alapokkal, akkor a határokon kívüli esetekben komoly tervezési hiányosságok keletkezhetnek. az alábbiakban vázoljuk az Oklahoma State University Dvision Of Engineering Technology által kidolgozott méretezési szisztémát,amely valójában az IGSHPA (International Ground Source Heat Pump Association) méretezési

18 metódusa, olyan mélységig, hogy felkeltsük a tervezési metódus iránt érdeklődő Tisztelt Mérnök Kollégák érdeklődését,hiszen ez a méretezés a hőszivattyús rendszert tervező épületgépész mérnöki tervezői feladata A szondahossz meghatározásának alapképlete Fűtési üzemmódban: L H (m)= Hűtési üzemmódban: Lc(m)= A fenti Fűtési üzemmód képletéből egyértelműen látható, hogy a számlálóban a Q h /fűtési kapacitás kw/, értéke mellett ismerni kell a használandó hőszivattyú típus COP H értékeit a tervezett T min hőfokszinten, s ebből határozza meg a képlet a talaj terhelését /kw/. Ismerni kell a talaj, szonda, szondalyuk hővezetési ellenállás értékeit, s mindemellett a számlálóban szerepel az F H /a hőszivattyú szükséges évi futási óraszáma/,ami egyértelművé teszi,hogy a szondahossz meghatározása a talajból évente kivett hőenergia mennyiségeken /kwh/ alapul, s nem az ökölszabályokban alkalmazott teljesítmény /kw/ terhelésen,ami a fentiek fényében nagyon félrevezető, hiszen az egyes alkalmazásokban az éves futási idők alakulása nagyon eltérő lehet! Ezentúl az is egyértelműen látható, hogy szondaméretezést, a szükséges szondahossz meghatározását csak egy adott hőszivattyú típusra,lehet megfelelő szinten elvégezni. A számításhoz ezentúl ismeri kell a T L / 0 C,átlagos szondahőmérséklet/,valamint a T min/ 0 C,a megengedett min.talajhőmérséklet értékeit/,melyek a képlet nevezőjében szerepelnek. A fentiekben ismertetett képlet a szondatervezés alapja. Természetesen a méretezéshez rendelkezésre álló számítógépes programok a fentieken túl alkalmasak a várható SCOP/SPF/ érték számítására is, amelyhez az adott hőszivattyú értelemszerűen és három hőfokszintre megadott teljesítmény,cop,stb. paramétereinek megadása is szükséges. Ezentúl alkalmasak a Hosszútávú termikus hatás elemzésére is. A hosszútávú termikus hatás elemzése A hosszútávú (10-25év) termikus hatás elemzése azt hivatott megvizsgálni, hogy az adott éghajlati és geológiai viszonyok között telepített zárt szondás rendszer a tervezett hőtechnikai igényeket folyamatosan, akár 25 év folyamatos üzem után is ki tudja-e elégíteni,vagy a szondák környezetében olyan mértékű tartós hőfokcsökkenés áll be,amely a hőszivattyúk üzemét lehetetlenné teszi. Ebben az esetben ugyanis huzamosabb-akár több fűtési szezon pihentetés is szükséges lehet a szonda körüli talaj teljes regenerálódására. Az alábbiakban P. Eskilson módszere, képlete látható, amelyet az IGSHPA szoftvereiben alkalmaz. DT= Q= Óránkénti nettó hőáram (W),- amelynek meghatározása: Q= /W/ ANL/Wh/=DCLx(SEER+1/SEER x CHR- DHLx((SCOP-1)/SCOP xhhr DCL= tervezett hűtési teljesítmény /W/ CHR=évi hűtési órák száma /h/ DHL= tervezett fűtési teljesítmény /W/ HHR= évi fűtési órák száma /h/ t= vizsgált idő intervallum (év) t 1 = időkarakterisztika= H 2 /9A A= termál diffúzió értéke: (m 2 /év) R o =A szondafurat sugara /m/ H=szonda mélység(m) A fentiekből már látható,hogy a képlet számlálójában szereplő Q /W/ teljesítmény adat közel sem azonos az esetlegesen kiszámított fűtési teljesítmény igény értékével! A kiszámításához tudni kell a rendszer várható SCOP, SEER értékeit. Ezt a kiválasztott hőszivattyúk paramétereinek,az adott térség 5éves átlag léghőmérsékleti adatainak, valamint a szükséges szondaszám,és számos más paraméter ismerete nélkül nem lehet megfelelő pontossággal meghatározni. Összefoglalva látható, hogy a Hosszú Távú Termikus Hatás elemzéséhez előzőleg el kell végezni a zárt szondás hőszivattyús fűtési-hűtési-hmv rendszer részletes tervezését. El kell készíteni az adott épület részletes és pontos hőtechnikai számítását,a hőleadó rendszer tervezését, különös figyelemmel a maximálisan megengedhető fűtési és hűtési hőfokszintekre. Ki kell választani a célnak,funkcióknak a kívánt maximális teljesítménynek megfelelő hőszivattyú típusát, s amennyiben mindezzel elkészültünk,akkor

19 meg kell terveznünk az L H =szükséges szondahosszt. Utolsó lépésként a szükséges és pontosnak tekinthető adatok birtokában készíthető el az előzőleg ismertetett Hosszútávú Termikus Hatás Elemzés. Szoftveres szonda méretezés és hosszútávú termikus hatás elemzés /példa/ Példaként az alábbiakban látható egy szoftveres zárt szondás rendszer méretezési metódusa, és eredménye. A méretezést egy Vaporline GBI96 hőszivattyúra vonatkozóan készítettük el, az adott külső léghőmérsékleti,és talaj adottságoknak és üzemi feltételeknek megfelelően. A kiválasztott zárt szondás rendszer beviendő paramétereivel fel kell tölteni a rendszert. Elsőként a jobb oldali képen látható Zóna Managert kell feltölteni adatokkal a külső hőmérsékletek és használati mód alapján, valamint fel kell vinni az adott típusú hőszivattyú paramétereit több hőfokszinten. A jobb oldali adatlapon láthatóan meg kell adni mind hűtési,mind fűtési üzemmódban a tervezett legmagasabb illetve legalacsonyabb szonda hőmérsékleteket,valamint a szondában keringő hűtőfolyadék paramétereit. 18.ábra Be kell vinni a szondák típusát, anyagát, a szondaelrendezéseket. 19.ábra Az alábbi tervlapon láthatóan meg kell adni a szondarendszerek kialakítását, a szondák egymástól való távolságát, s itt lehet megadni azt, hogy hány évre történjen a hatásvizsgálat. 17.ábra A talajadatok bevitelénél a kezdeti átlagos szondahőmérséklet, a konduktivitás és termikus diffúzió értékeit kell megadni. 20.ábra A további tervlapon még a segédenergia /cirkulációs szivattyúk energia felvétele / szükség - leteket is meg kell adni. A fenti paraméterek bevitele után a program számol, s az eredmény alább látható:

20 21.ábra A 14 db 99,7m-mélységű szondával a tervezett évi 1600 fűtési üzemórát (növelt érték, mert folyamatos 7 napos üzemre, és nagy HMV mennyiségre terveztük. átlagos érték h) SCOP=3,9 értékkel lehet az adott hőszivattyúval megvalósítani. Az SPF prim =1,56 A beállított vizsgálandó éveknek, elméleti elveknek megfelelően, a program elvégezte a hosszú távú termikus hatás elemzést is. A méretezés alapján látható,/modeling time period/hogy 25 éves lefutásban vizsgálva, a talaj a jelenlegi 15,1 0 C-ról 14,4 0 C-ra hűl /0,7 0 C/ a 25 év alatt, ami elhanyagolható, a hőellátást nem veszélyezteti.

21 A szoftverrel természetesen nem csak vertikális elhelyezésű szondákat, hanem horizontálisan elhelyezett kollektorokat /22.ábra/, valamint tószondákat/23.ábra/ is lehet méretezni. 22.ábra A műszaki változtatások jogát fenntartjuk! 23.ábra Cégünk a Geowatt Kft.,mint a Vaporline hőszivattyúk gyártója mérnök-tervező partnerei számára a fenti tervezést kérésre elvégzi, illetve a beszerzett szoftver használatához oktatás keretében minden segítséget megad. Geowatt Kft Budapest, Kén.u : geowatt@geowatt.hu