Hıszivattyúk és energiaforrások épületgépészeti alkalmazása

Átírás

1 A rendezvény ny idıpontja és s helyszíne: április 02. Airport Hotel Budapest konferenciaterme (2220 Vecsés s Lırinci L u. 130/a) Elıadás címe: Hıszivattyúk és energiaforrások épületgépészeti alkalmazása Elıadó: Komlós Ferenc okl. épületgépész-mérnök ny. minisztériumi vezetı-fıtanácsos Elektronikus elérhetıség: komlosf@pr.hu illetve 1

2 Ma már egyértelmő, hogy az embereket kell megmenteni! Forrás: NASA fotó Mottó: 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) 2

3 Az építés célja és a háztartások általános energiafelhasználása Magyarországon Forrás: Vajda György - Energiaellátás és a társadalom érdekei. Ezredforduló (Stratégiai kutatások a Magyar Tudományos Akadémián) 2001/4. szám. Az építés célja, hogy az ember mindennapi életéhez megfelelıen komfortos (főtött, hőtött, szellıztetett) környezetet biztosítson, ezért az ésszerő és hatékony energiagazdálkodás minden fogyasztónak és felhasználónak egyaránt érdeke! 3

4 Az Európai Parlament és s Tanács Irányelve a megújul juló forrásokb sokból l elıáll llított energia COM(2008)0019 C6-0046/ /0016(COD) (a direktíva honosítása sa országunknak is feladata) 2. cikkely Fogalommeghatározások (aa) légtermikus energia : hı formájában a környezeti levegıben tárolt energia; (ab) geotermikus energia : a szilárd talaj felszíne alatt hı formájában található energia; (ac) hidrotermikus energia : a felszíni 4 vizekben hı formájában tárolt energia.

5 Megújuló energiaforrások (napenergia és földenergia) Forrás: Dr. Mádlné Szınyi Judit: A geotermikus energia készletek, kutatás, hasznosítás. Grafon Kiadó, Nagykovácsi, (ajánlott irodalom, ábra) 5

6 A hıszivattyú szerepe (1) Az energia megtakarításának több lehetısége van, jellemzıen: végenergia-csökkentés[1] (pl. födém, padló és homlokzat hıszigetelése, nyílászáró cseréje, árnyékolása), hatásfokjavítás (pl. régi, elavult kazán cseréje), kapcsolt energiatermelés (villany és hı együttes termelése), megújuló energia hasznosítása (pl. hıszivattyúval). Megújuló energiaforrásokkal a fosszilis energiahordozók (jellemzıen az importált földgáz, kıolaj és szén ld. táblázat) felhasználását csökkentjük, elısegítve ezzel szőkebb környezetünk légterének egészségesebb megırzését, és globálisan mérsékeljük az üvegházhatást kiváltó gázok kibocsátásának további növekedését, hozzájárulva ezzel a kiotói célok eléréséhez. [1] Nemcsak hıveszteség-csökkentésrıl van szó, hanem a végenergia-felhasználás csökkentésérıl, ami egy energiastatisztikai kategória. Ebbe beletartozik a kisebb villamos fogyasztású berendezések alkalmazása, a kisebb fogyasztású gépkocsik használata stb. (Forrás: Büki Gergely: Kapcsolt energiatermelés. Mőegyetemi Kiadó, 2007.) 6

7 A hıszivattyú szerepe (2) Forrás: ajánlott irodalom, 1.1. táblázat 7

8 Igény a hıszivattyh szivattyúzás A hıszivattyú jellemzıje: az üzemeltetésére, ill. a mőködésére bevezetett villamos energiát megújuló energia felhasználásával megtöbbszörözi, napjainkban 3 6-szorosára. Kedvezı, hogy a hıszivattyúk alkalmazhatók építmények főtésére, hőtésére, de akár szellızésére és használati meleg víz (hmv) elıállítására is. A hıszivattyú energiatakarékos és környezetbarát gép, beépítése megteremti az építés és a környezet harmóniáját, továbbá az építmények forgalmi értékének emelkedésével növeli a nemzeti vagyont. 8

9 A hıtermelés hagyományos megoldásainak és a különbözı típusú hıszivattyús rendszerek értékelése *Elsıdleges ún. primer energia: a rendelkezésre álló és az energiaátalakításra felhasználható elsıdleges energiaforrások győjtıneve. Forrás: Ruhrgas AG (ajánlott irodalom, F6.2. ábra) 9

10 Kazánjaink hatásfokának fejlıdése 1960-tól Forrás: HOVAL cég 10

11 Vízszintes elrendezéső talajkollektoros villamos hıszivattyú COP- [kw/ kw], ill. teljesítménytényezıjének (ε) változása a talajkollektorban áramló hıhordozó közeg hımérsékletének függvényében, különbözı (35, 45 és 55 C-os) f őtési elıremenı meleg víz hımérsékletek esetén Forrás: LODAM cég (ajánlott irodalom, ábra) 11

12 A évi EU-írányelv bevezeti a légtermikus és s a hidrotermikus megújul juló energia fogalmát, de nem sorolja a megújul juló energiák k közék a hulladékh khıt, pl. a főtési f idıszakban az épületekbıl l távozt vozó levegıt, a termálvizek csurgalékviz kvizét,, a fürdf rdıkbıl, az uszodákb kból l elvezetett szennyvizet! Kompresszoros hıszivattyh szivattyús s rendszer ( bérlakások főtése ) Forrás: ajánlott irodalom, 1.4. ábra 12

13 Földgázkazán vagy hıszivattyú? Természetesen nem gondolom, hogy erre a kérdésre a jelenlévık mindannyian ugyanazokat a válaszokat adják -, de azt mindenképpen remélem, hogy a mostani eszmefutatás végére világosabban fogjuk látni a lényeget. Ami a jövıre nézve sokat segíthet, ugyanis az energiaárakban viszonylag rövid idı alatt jelentıs változások is végbemehetnek. Ami jelentısen megváltoztatja a jelenlegi piaci helyzetet. Magyarországon az energiaárak emelkedésével egyre inkább elıtérbe kerül az energiatakarékosság. A földgáz pedig úgy tőnik, hogy hosszabb távon túl értékes primerenergia-hordozó ahhoz, hogy elavult vízmelegítıkben vagy kazánokban kizárólag hıtermelés céljából eltüzeljük. 13

14 Energiatakarékosság hıszivattyús program nélkül? Épületeink, településeink, iparunk, mezıgazdaságunk és szolgáltatásaink köztudottan nehéz helyzetben vannak. Az állampolgárok, de elsısorban a döntéshozók részére nem áll megfelelı információ rendelkezésre a tárgyi témában. Ismereteik a téma agyonhallgatása miatt rendkívül hiányosak az energiatakarékos és egyben környezetbarát hıszivattyús technikával és technológiával kapcsolatban. A jelentısége sajnálatosan még nem eléggé ismert. Néhány illetékes szakember szakmai véleménye helytelen és teljesen torz állapotokat rögzít (pl. megtérülése túl hosszú, sem CO 2 -ot sem az energiafelhasználást nem csökkenti, nem fontos eszköz, nem érdemes vele sem rövid- sem hosszú távlatban vele foglalkozni, már elég ismeretünk van róla nem kell több, csak villamos hajtású és csak geotermikus hıszivattyú van )! Tudomásul kell venni, hogy új tudásra és új szemléletre van szükségünk az energiaszükségletünk ésszerő kielégítésében! 14

15 Minta hıszivattyú statisztikára Forrás: Svéd Hıszivattyú Társaság (SVEP) (ajánlott irodalom, 1.8. ábra) A svédországi statisztika hazánkban is felhasználható lehetne egységes hıszivattyú statisztikai adatok győjtésére. 15

16 Hıszivattyúk általános csoportosítása Külsılevegı levegı hıszivattyú: külsılevegıs hınyerési mód, levegıs hıleadó rendszer; Távozólevegı levegı hıszivattyú: távozólevegıs hınyerési mód, levegıs hıleadó rendszer; Víz levegı hıszivattyú: nyitott rendszerő hınyerési mód, levegıs hıleadó rendszer; Folyadék levegı hıszivattyú: zárt rendszerő hınyerési mód, levegıs hıleadó rendszer; Külsılevegı víz hıszivattyú: külsılevegıs hınyerési mód, vizes hıleadó rendszer; Távozólevegı víz hıszivattyú: távozólevegıs hınyerési mód, vizes hıleadó rendszer; Víz víz hıszivattyú: nyitott rendszerő hınyerés, vizes hıleadó rendszer; Folyadék víz hıszivattyú: zárt rendszerő hınyerési mód, 16 vizes hıleadó rendszer.

17 Havi átlaghımérséklet C-ban Budapesten, hónapokra bontva között Forrás: OMSZ 17

18 Egy budapesti lakóé óépület hıszivattyh szivattyús s rendszerő hıellátása (1) Az épület rövid leírása A paneltechnológiával épített lakóépület alagsorból, földszintbıl, tíz emeletbıl, két főtési traktusból, négy-négy lépcsıházból, összesen 256 lakásból áll (ld. ábra, következı dia). Az épület a 70-es évek elsı felében épült. Főtıberendezései, nyílászárói azóta korszerősítve lettek, és az épület hıszigetelése is még a hıszolgáltató-váltás elıtt megvalósult. A lakásokban a hıleadók konvektorlemezes acél lapradiátorok, termosztatikus szeleppel és költségosztókkal júniusig a távhıszolgáltató társaság a távfőtı hálózatáról egy-egy alagsori hıközponton keresztül kapta a hıt a főtés és a használati meleg víz szolgáltatáshoz. A főtés kétcsöves, meleg vizes rendszer. A használati meleg víz (hmv) keringtetéses rendszerő. Az új hıszolgáltató 2009-ben ezt a távfőtı rendszert helyi hıszivattyús főtırendszerré alakította. A hıellátást víz-víz hıszivattyúk váltották fel. A hıszivattyúk hıforrása kb. 15 C-os talajvíz, amely az épület mellet ti zöldterületen kiépített négy termelıkútból és hat nyelıkútból áll (ld. ábra). 18

19 Egy budapesti lakóé óépület hıszivattyh szivattyús s rendszerő hıellátása (2) Magyarország elsı hıszivattyúval főtött panelépületének homlokzata Forrás: GEO-NRG Kft. 19

20 Egy budapesti lakóé óépület hıszivattyh szivattyús s rendszerő hıellátása (3) Az épület hıellátását biztosító 4 db termelıés 6 db nyelıkút elrendezési vázlata Forrás: GEO-NRG Kft. Hıfelvétel Termelı kutanként 26 m 3 /h legnagyobb vízszállítású búvárszivattyúval; Hılépcsı: 15 C /8 C 20

21 Egy budapesti lakóé óépület hıszivattyh szivattyús s rendszerő hıellátása (4) Használati meleg víz (hmv) elıállítása Az épület mértékadó melegvízfogyasztása az egyidejőséget is figyelembe véve: 1,9 liter/s. A napi melegvízigény: 15,8 m 3 /d. 1 db AERMEC WSA 0901 típusú hıszivattyú 6 db 1 m 3 -es puffertárolót főt fel 52 C-ra (ld. ábra). A hideg vizet a puffertárolók kisütésével 544 kw-os lemezes hıcserélıvel melegítik fel a hálózati kb. 10 C-ról a kívánt 48 C-ra (ld. ábra). A hmv hımérséklete: 45 C. 21

22 Vecsé Vecsési Ipartestü Ipartestület Környezettudatos, kedvezı kedvezı beszerzé beszerzéső energiafelhaszná energiafelhasználás c. konferenciá konferenciája Komló Komlós Ferenc: Hıszivattyúk és energiaforrások épületgépészeti alkalmazása Egy budapesti lakóépület hıszivattyús rendszerő hıellátása (5) A használati meleg víz puffertárolói (részlet) Forrás: GEO-NRG Kft. A panelépület használati meleg vizet elıállító lemezes típusú hıcserélıje Forrás: GEO-NRG Kft. 22

23 Egy budapesti lakóé óépület hıszivattyh szivattyús s rendszerő hıellátása (6) Központi főtés, vezérlés és szabályozás Főtött légtér / főtött alapterület: m 3 / m 2 ; Legnagyobb főtési hıszükséglet: kw = 812 kw; Főtési hılépcsı: 63 C /58 C ( 15 C küls ı hımérsékletre); A főtési hıszükséglet fedezésére 2 db kétkompresszoros, egyenként 434 kw névleges teljesítményő AERMEC WSA 1602 típusú víz-víz hıszivattyú (ld. ábra) van beépítve, gépházanként 105 kw-os biztonsági tartalék főtéssel (nincs puffertároló). Ez 15 C-nál kisebb k ülsı hımérséklet esetén üzembe helyezhetı (az elmúlt télen erre nem volt szükség); Idıjárás-vezérelt külsı-hımérsékletszabályozás a hıszivattyútól távozó elıremenı víz hımérsékletét 40 C és 63 C közötti értékre szabályozv a; Frekvenciaváltoztatásos főtési keringtetı- és búvárszivattyúk; Dinamikus rendszerő membrános strangszabályozás (ld. ábra). 23

24 Vecsé Vecsési Ipartestü Ipartestület Környezettudatos, kedvezı kedvezı beszerzé beszerzéső energiafelhaszná energiafelhasználás c. konferenciá konferenciája Komló Komlós Ferenc: Hıszivattyúk és energiaforrások épületgépészeti alkalmazása Egy budapesti lakóépület hıszivattyús rendszerő hıellátása (7) márciusig ezzel a hıszivattyús rendszerő megoldással, az átlagosnál hosszabb és hidegebb főtési idıszak ellenére is, az új hıszolgáltató a korábbi távfőtınél 33%-kal kisebb költséggel tudta biztosítani a bemutatott társasház hıellátását! A panelépület főtése 2 db kétkompresszoros AERMEC WSA 1602 típusú víz-víz hıszivattyúval Főtési alapvezeték (részlet): a strangszabályozás szerelvényei Forrás: GEO-NRG Kft. Forrás: GEO-NRG Kft. 24

25 Hıszivattyúk COP [kw/kw] mérésének eredményei, a hıszivattyúk teljesítménytényezıjének (COP) változása 35 C el ıremenı vízhımérséklet esetén Forrás: Rybach L., Prof. em. ETHZ, GEOWATT illetve CH WP Test Center (ajánlott irodalom, 1.9. ábra) 25

26 Szezonálisteljesítmény-faktor (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. Ezek a befolyásoló tényezık többsége nemcsak hıszivattyús rendszerő főtésre, ill. hőtésre vonatkozik. A nyilvánvalóan felesleges energiafogyasztás megszüntetése, az energiatakarékosság elsısorban fogyasztói magatartás kérdése. A tervezett hıszivattyú mőködési üzemóraszámának az ellenırzése a rendszerbe vagy a hıszivattyúba beépített üzemóra-számlálóval történhet. 26

27 Napkollektoros hıszivattyh szivattyús s rendszer elvi vázlatav Forrás: ajánlott irodalom, ábra 27

28 A kellemes hıérzet tartománya Forrás: Wavin Hungary Kft. (ajánlott irodalom, 3.5. ábra) Az ASHRAE (1981) szabvány szerint: a kellemes hıérzet az a tudati állapot, amely a termikus környezettel kapcsolatos elégedettséget fejez ki 28

29 Vaporline GBI(x)-HACW hıszivattyú család fejlesztés A GEOWATT Kft. által kifejlesztett növelt hımérséklető hıszivattyú család esetében pl. az elérhetı főtıvíz-hımérséklet 62 C, és a várható SPF = 5,2 (a jelenlegi tervezett átlagos érték SPF = 4,5 helyett). Sok épületnél l földhf ldhıszivattyú alkalmazásakor a hıleadók megváltoztat ltoztatása és az elosztó csıvezet vezeték k cseréje is szüks kséges pl. radiátor helyett fan-coil a hıszivattyúval val elıáll llított kis főtıvíz-hımérsf rséklet miatt. Ez pedig jelentıs többletköltséget eredményez, ezért ahol hőtési h funkcióra nincs igény, a hıtermelı cseréje sok esetben elmarad. A fejlesztést stıl l azt remélj ljük, hogy ezzel a nemzetközi zi piacon is versenyképes új j magyar termékcsal kcsalád d készk szülhet el. A kísérleti k példp ldány Bukarestben jól üzemelt (ld. ábra). 29

30 Zürich (Svájc) repülıtér, r, E terminál Fıbb mőszaki m adatok: - Főtött tt és s hőtött h tt légtl gtér r / alapterület: let: m³ m / m² m - Éves főtési f energiaigény: ny: 2120 MWh/a - Éves hőtési h energiaigény: ny: 1240 MWh/a - Hıforrás: 300 db 30 m mélysm lységő cölöpkollektor Forrás: s: Rybach L., Prof. em. ETHZ, GEOWATT ill. az MTA külsk lsı tagjának vetített tett-képes elıad adása (2007) 30

31 Országunkban még m fehér r folt a növényházak meleg vizes főtése és/vagy hőtése Forrás: Mary H. Dickson and Mario Fanelli: What is Geothermal Energy? 31

32 Az ATIKÖFE szegedi irodaházának bıvítése és épületgépészetei berendezésének korszerősítése A meglévı radiátoros főtési rendszerő irodaépülethez új szárny épült. Az új szárny fan-coil rendszerrel lett tervezve, a meglévı szárny pedig fan-coil rendszerre lett átalakítva. A főtési és hőtési igényt 18 db 100 m mélységő, kétcsöves, zárt hurkos földszondával oldotta meg a tervezı kivitelezı cég (GEOWATT Kft.). Fıbb adatok Főtési hıszükséglet: 160 kw Aktív hőtési igény: 130 kw Beépített hıszivattyúk 2 db "NORDIC" Wec-250-HACW (főtı/aktív hőtı/hmv) A belsı főtési rendszer fan-coil-os, amely 35 C /24 C-os h ılépcsıvel hat éve üzemel a beruházó megelégedésére. 32

33 Az ATIKÖFE szegedi irodaházának fıbejárata és hıszivattyús hıközpontja Forrás: GEOWATT Kft. (ajánlott irodalom, 5.5. ábra) 33

34 A sátoraljaújhelyi Betegellátási és Prevenciós Központ homlokzata és ún. GeoWall rendszerő falfőtésének ill. falhőtésének vakolás elıtti fotója Forrás: GEOWATT Kft. [ajánlott irodalom, 5.8a) és 5.8b) ábrái] 34

35 A sátoraljaújhelyi Betegellátási és Prevenciós Központ hıközpontjának részletei Forrás: GEOWATT Kft. (ajánlott irodalom, 5.9. ábra) 35

36 Hulladékhı hasznosításra példa a kiskırösi termálfürdı bıvítése (az úszó- és a tanmedence látható) Forrás: GEOWATT Kft. és Kırösvíz Kft. (ajánlott irodalom, ábra) 36

37 Kiskırösi Termálfürdı bıvítése (adatok 1) A bıvítés (úszó- és tanmedence) a meglévı Termálfürdı elfolyó vízét (hulladékhı) felhasználva hıszivattyús megoldású Hıforrások: 7:00 18:00 h-ig az elfolyó termálvíz: V 1 = 15 m 3 /h t 1 = 32 C 18:00 20:00 h-ig a meglévı termálkútról: V 2 = 15 m 3 /h t 2 = 50 C 20:00 07:00 h-ig 100 m 3 -es épített győjtı-tároló tartályról. Hıigény részletezése: HMV elıállítás 1000 l: 52,4 kw Medencék főtése: 109,5 kw Padló és radiátoros főtés: 46,4 kw Párátlanító és légtechnikai kaloriferek: 200,0 kw Mindösszesen: 408,3 kw 37

38 Kiskırösi Termálfürdı bıvítése (adatok 2) A fenti hıigényt 2 db hıcserélı (anyaga: 254 SMO ) és 3 db különbözı hıszivattyú elégíti ki: úszó- és tanmedence felfőtése (évente kétszer) és hıntartása [Nordic WEC-300-H hıszivattyú (100 kw), 1500 l-es puffer tartály], új épületrészek használati meleg vízének elıállítása [Nordic WEC-150- H (50 kw), 1000 l-es hmv tartály, 45 C-ig, 45 C fe lett villamos utófőtés], új épületrészek főtése: a padlófőtési körök főtése, a párátlanító gép és a légkezelı kalorifer, valamint a radiátorok főtése (Nordic WEC-400-H jelő hıszivattyú). A medencetér párátlanításához alkalmazott Nordic PC-75 készülék hıszivattyús elven mőködik. A hıszivattyúk vezérlése: a WEC-400-H készülék, amely a belsı főtést és a légkezelést látja el, Geocontrol készülékkel külsı hımérsékletrıl szabályozva történik, a WEC-300-H készüléket vízhımérséklet szabályozó termosztáttal vezérelik vízhıfokra, a WEC-150-H készüléket szintén vízhımérsékletre szabályozzák, a PC-75 készüléket belsı páratartalom alapján vezérelik. 38

39 A kiskırösi termálfürdı új hıszivattyús hıközpontja és új épületrészei Forrás: GEOWATT Kft. és Kırösvíz Kft. (ajánlott irodalom, ábra) 39

40 Ajánlott irodalom (a lektorált, 215 oldalas, A4-es formátumú, színes kivitelő szakkönyv 27 táblázatot és 152 ábrát tartalmaz) 40