KÖRNYEZETVÉDELMI VIZSGÁLATI ELEMZÉS

Átírás

1 Magyar Bányászati Hivatal Budapest, KÖRNYEZETVÉDELMI VIZSGÁLATI ELEMZÉS Készítette: Fodor Zoltán Okl. mg.gépészm., épületgépészm Békéscsaba,Szabó D.u.25.

2 Tartalomjegyzék 1. VERTIKÁLIS ZÁRT HURKÚ HŐSZIVATTYÚS RENDSZER ELŐZETES KÖRNYEZETI TANULMÁNY A VERTIKÁLIS ZÁRT HURKÚ RENDSZER ALKALMAZÁSÁNAK MEGÍTÉLÉSE NYITOTT RENDSZER Két kutas rendszer Egy kutas rendszer ZÁRT HURKÚ RENDSZER Horizontális csőfektetés Környezetvédelmi szempont: Vertikális csőfektetés Energetikai szempont Példa az energetikai viszonyokra: A technológia alkalmazásának környezetvédelmi szempontjai A hőkivétel felszíni, felszínközeli esetleges hőmérsékleti hatásai A furat előírt technológia szerinti eltömítése, szigetelése KÖVETKEZTETÉS A TECHNOLÓGIA VÁLASZTÁSÁNAK KÖRNYEZETVÉDELMI SZEMPONTJAI A TEVÉKENYSÉG TELEPÍTÉSI ÉS TECHNOLÓGIAI LEHETŐSÉGEI A TEVÉKENYSÉG VOLUMENE A TEVÉKENYSÉG MEGKEZDÉSÉNEK VÁRHATÓ IDŐPONTJA A TEVÉKENYSÉG HELYE ÉS TERÜLETIGÉNYE A TEVÉKENYSÉG MEGVALÓSÍTÁSÁHOZ SZÜKSÉGES LÉTESÍTMÉNYEK FELSOROLÁSA A TERVEZETT TECHNOLÓGIA A RENDSZER TECHNIKAI ELEMEI: Geotermikus hőszivattyú Vertikális földkollektor A szükséges műszaki háttér Az 1.fázis műszaki háttere: A 3.fázis műszaki háttere: A RENDSZER KIÉPÍTÉSÉNEK TECHNOLÓGIAI HÁTTERE A TERVEZETT TECHNOLÓGIA MEGVALÓSÍTÁSA NÉLKÜL VÁRHATÓ KÖRNYEZETI ÁLLAPOTVÁLTOZÁSOK BECSLÉSE ENGEDÉLYEZÉS ÉS DOKUMENTÁCIÓ... HIBA! A KÖNYVJELZŐ NEM LÉTEZIK GEOTERMÁLIS HUROK HELYSZÍNI VIZSGÁLATI MUNKALAP... HIBA! A KÖNYVJELZŐ NEM LÉTEZIK. CEEA 7.2. ÜZEMBE ÁLLÍTÁSI JEGYZŐKÖNYV NYITOTT ÉS ZÁRT HURKÚ ALKALMAZÁSOKHOZ TALAJ- ÉS VÍZENERGIÁT HASZNÁLÓ HÕSZIVATTYÚK RÉSZÉRE ÖSSZEFOGLALÁS...22 IRODALOMJEGYZÉK...23 MELLÉKLET. 23 2

3 1. Vertikális zárt hurkú hőszivattyús rendszer előzetes környezeti tanulmány A Geowatt Kft. stratégiai célja a földhő hőszivattyús rendszer magyarországi alkalmazásával kapcsolatban az, hogy egyrészről olyan korszerű,nagy teljesítménytényezőjű, hosszú élettartamú és emellett kedvező árú technikát szerezzenek be és emellett olyan technológiát alkalmazzunk, amellyel a hazai viszonyaink között elfogadható árszinten és magas COP (coefficcient of performance =hasznos/felvett teljesítmény) tényezővel,- versenyre kelve a gázkazánokkal,- tudják a lakóházak, intézmények fűtését, hűtését, használati melegvíz ellátását megoldani úgy, hogy a környezet terhelését, a helyi CO 2 kibocsátást a nullára csökkentik. E célnak megfelelően az elmúlt évben szerződést kötöttek a kanadai Maritime Geothermal Ltd.-vel a Nordic hőszivattyúk forgalmazására. Az általuk gyártott másodgenerációs geotermikus hőszivattyúk céljaiknak megfelelnek,- külsőre szerény megjelenésű, belsejét nézve pedig a legkorszerűbb Copeland kompresszorral szerelt,igen magas COP értékű készülékek, elérhető árakon. Az alkalmazandó technológia megválasztásánál az volt a meghatározó, hogy az adottságaikat legjobban kihasználó, legjobb COP értéket biztosító és környezetterhelést nem jelentő hőnyerési móddal kombinálják a NORDIC hőszivattyúkat. Mivel hazánk geotermikus adottságai sokkal kedvezőbbek az európai átlagnál, ezért megvizsgálták a lehetőségét a vertikális zárt rendszerű hőnyerési mód alkalmazásának, mind műszaki, mind gazdaságossági és környezetvédelmi oldalát tekintve. A rendszer méretezéséhez beszerezték a kanadai szabványnak (C 445-M92) megfelelő méretező szoftvert, kapcsolódó szakirodalmat. (6*) Elemzéseik eredménye az lett,hogy hazai viszonyaink között az említett technikát kombinálva a vertikális hőnyerési móddal elérhető az évi átlagos COP=4,5 érték. Ez alapján úgy ítélték meg, hogy a lehetőségek adottak arra, hogy technikailag és szervezetileg felkészüljenek a rendszer magyarországi alkalmazására. Céljaik összhangban vannak a Kyotói egyezmény üvegházhatás csökkentésével kapcsolatos követelményeivel, s a technológia engedélyezése hozzájárul ahhoz, hogy hazánk eleget tegyen a megkötendő egyezmény CO 2 kibocsátás csökkentésének előírásainak. 2. A vertikális zárt hurkú rendszer alkalmazásának megítélése Az USA Energiaügyi Minisztériuma által készített tanulmányban, az újgenerációs geotermikus hőszivattyúk minden más fűtési/hűtési rendszer elé kerültek a tekintetben, ahogy képesek az energiát konzerválni és csökkenteni a CO 2 kibocsátást. (Az újgenerációs geotermikus hőszivattyú: 80-as évek második felében erre- a talajból történő hőnyerési módra (közepes/magas) hőfokszint- kifejlesztett scroll kompresszorokkal szerelt hőszivattyúk) 3

4 A talajból történő hő kivételnek és hő visszajuttatásnak több módja lehetséges: 2.1.Nyitott rendszer Két kutas rendszer 1.ábra Az ábrán látható a két kutas nyitott rendszer Energetikai szempont: a csőkutakból feljövő C közötti hőmérsékletű víz igen jó (COP 4,5-4,8) közötti teljesítménytényezőt biztosít, de a víz kútból történő felhozatalához, a hőszivattyúkhoz szükséges KPa nyomás fenntartásához a csősurlódás legyőzéséhez,valamint a visszasajtoláshoz viszonylag nagy teljesítményfelvételű búvár illetve centrifugál szivattyúra van szükség, ami a rendszer hatásfokát rontja Környezetvédelmi szempont: A két kutas rendszer környezetvédelmi szempontból,- megfelelő kivitelezés esetén- semleges,hiszen a kinyert ivóvíz minőségű vizet a nyelőkút segítségével ugyanabba a rétegbe nyomjuk vissza Költség: költség oldalról vizsgálva a nyitott rendszert- feltételezve a jó minőségű,megfelelő hozamú és hőmérsékletű kútpárost- egyértelmű,hogy kis és közepes rendszerek esetén ez a megoldás meglehetősen drága az ilye kutak Ft/m közötti fúrási költségét figyelembe véve Egy kutas rendszer Környezetvédelmi szempont: A nyitott rendszer egy kutas megoldásai kifogásolhatók, hiszen a viszonylag nagymennyiségű vízkivétel mindenképpen károsan hat az ivóvízbázisra,- csökkenti annak mennyiségét,és a víznyomás csökkenése károsan hat a terület geológiai adottságaira. 2.ábra 2.2. Zárt hurkú rendszer Sok kereskedelmi épület választ vertikális vagy horizontális hurkot mint talajhőcserélőt,- vagy a rendelkezésre álló talajvíz hiányában vagy a kevesebb fenntartási költségek miatt, melyet a nyitott hurkú rendszerekkel szemben lehet elérni. Gyakran a geotermikus rendszerben előforduló problémák kapcsolatban állnak a kutakkal, szivattyúkkal, vagy közvetlen eredménye annak, hogy gyenge minőségű vizet használnak,vagy olyan vizet amely homokkal vagy más idegen anyaggal szennyezett. Ilyen szennyeződés a szivattyúk, vízszelepek, hőcserélők és visszavezető kutak idő előtti tönkremeneteléhez vezethet. Ahhoz, hogy ezeket a problémákat a minimális szintre csökkentsük egy zárt másodlagos hőcserélő rendszer van kialakítva SDR11 minőségű polietilén műanyag csővel, amit specifikusan erre a munkára készítenek. 4

5 2.2.1.Horizontális csőfektetés A3.ábrán látható a zárt hurkú horizontális rendszer Energetikai szempont: A horizontális rendszer elsődlegesen napenergia hasznosítás, hiszen a 4.ábrán látható, hogy 10m-es mélységig a külső hőmérséklet függvényében változik a talaj hőmérséklete. 3.ábra 4.ábra 5.ábra A 2 m mélységbe lefektetett kollektor - csöveket körülvevő talajréteg hőmérséklet ingadozása egyrészről a külső hőmérséklet, másrészről a hőszivattyúval kivett hőteljesítmény függvénye. Az 5.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! Ilyen hőmérséklet szinten a hőszivattyúval elérhető COP érték nem haladja meg az évi átlagos COP= 3,5 értéket! Ahhoz, hogy ezt a COP értéket biztosítani tudjuk egy 10KW-os fűtési teljesítmény igényű rendszerhez az 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 minimum 1100 m 2 szabad terület szükséges! Ilyen szabad terület a mi beépítettségi viszonyaink között a legtöbb esetben nem áll rendelkezésre Környezetvédelmi szempont: 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! Vertikális csőfektetés 6.ábra (3*) 5

6 Energetikai szempont Magyarország geotermikus adottságai (2*) A vertikális csőfektetésnél egyértelműen a földhő kinyerése történik. / A földhő a bolygónk ősi múltjából származó, annak mélységeibe zárt hasadó anyagok radioaktív bomlása során keletkező és folyamatosan a felszín felé áramló meleg.( 1 * )/ A geotermikus gradiens és a földi hőáram Magyarország területén lényegesen jobb mint Európa más területein.( 7.ábra Alföld gradiens térképe) Az Alföldön az átlagos gradiens: C/km! /Az Európai kontinens területén a kőzettömeg átfűtöttségét jellemző ún. mélységi hőáram átlagosan 62 mw/m 2,míg Magyarországon a mért hőáram értékek átlaga ennél jóval nagyobb-90,4 mw/m 2 (2*)/ Ezt a geológusok annak az adottságnak tulajdonítják, hogy a földkéreg a Kárpátmedencében csak km vastag, ami mintegy 20 kilométerrel kevesebb a Föld felszín legtöbb részén mért értéknél. / gg= (T z -10)/ z ( 0 C/km) gg= átlagos geotermikus gradiens., T z = "z" mélységben mért hőmérséklet./ Európa legtöbb passzív geotermikus területein a geotermikus gradiens átlag 30 0 C/km. Magyarország területén, mint a Kárpát-medence központjában elterülő országban ezért nagyon kedvezőek a feltételek a napszaktól, évszakoktól független földhő kinyerésére és hasznosítására! A teljesítménytényező (COP coefficient of performance) alakulása. Hazánk egyes területein egy 10KW-os rendszerhez vertikálisan 1db 100 m mélységű (Ø 120 mm) fúrást kell elkészíteni, amelybe egy csőhurkot kell leengedni. Ezzel a megoldással elérhető az évi átlagos COP=4,5. Helyigény gyakorlatilag nincs, a szükséges kollektor furatok egy épülő ház alatt is elhelyezhetők! 7.ábra (2*) Példa az energetikai viszonyokra: Tételezzünk fel KWh energia mennyiséggel egyenértékű primer gáz energiahordozót Az elektromos energia előállítás hatásfoka 30%! A hőszivattyú teljesítménytényezője évi átlagban =4.5! A 10000KWh energiamennyiséggel egyenértékű energiahordozóból a fenti feltétel mellett 3000 KWh elektromos energiát lehet előállítani 6

7 Ha a KWh-t 80%-os évi hatásfokkal (nagyon jó minőségű, karbantartott kazán) elégetjük, kapunk 8000 KWh fűtési energiát. Ha a 3000 KWh elektromos energiát geotermikus hőszivattyúban hasznosítjuk: 3000 KWh x 4,5= KWh fűtési energiát kapunk! Így összehasonlítva a geotermikus hőszivattyús technológiát egy jó hatásfokú gázkazános rendszerrel: A KWh primer energiahordozóból: KWh-8000 KWh= 5500 KWh megtakarítás! (1-8000/13500)x100= 40,7% Primer energiamegtakarítás! A technológia alkalmazásának környezetvédelmi szempontjai A vertikális rendszer negatív környezetvédelmi hatásait vizsgálva két elvileg lehetséges következményt kell vizsgálni A hőkivétel felszíni, felszínközeli esetleges hőmérsékleti hatásai Egy 100 m mélységű fúrásban a talpponti hőmérséklet C között van. 10m-en a hőmérséklet állandó 10 0 C. A hő utánpótlást ezen rétegekben nem a külső hőmérséklet és a napenergia biztosítja, hanem a földi hőáram. Mint előzőekben említettük 2m mélységben januárban a talaj hőmérséklete +6 0 C körüli érték. A kollektor hosszának méretezésénél a talaj hővezető képessége és átlagos hőmérséklete mellett kiinduló adat az, hogy a legnagyobb teljesítményű hőkivétel (-15 0 C külső hőm.) milyen értékre engedjük lehűlni a lyuk hőmérsékletét. Ez az érték méretezésnél +5 0 C! Ez azt jelenti, hogy amennyiben a lyuk átlagos hőmérséklete 15 0 C-ról,5 0 C-ra hűl le, akkor a megnövekedett hőmérséklet különbség hatására az adott kollektor felület a meglevő geológiai viszonyok alapján képes ellátni az épület hőigényét további hőmérséklet csökkenés nélkül! Így egyértelmű, hogy a felső talajrétegben lehűlést,értékelhető hőmérsékletváltozást ez a módszer nem okoz, függetlenül a területre eső kollektorok számától! Megújuló jellege alatt azt értjük, hogy mint természeti forrásból a Földből újra termelődő energia több, mint amit felhasználunk. Így a tervezett energiafelhasználásunk hosszú időn(több száz éven) keresztül fenntartható. Ennek megfelelően kollektorokkal a földből nem tudunk annyi hőt kivenni, hogy az a talaj mélyebb rétegeiben a hőegyensúly megbomlásához vezessen. A téli viszonylag folyamatos hőkivétel hatására a kollektor körüli 3m -es térségében - 10 m mélység alatt- rövid idejű hőmérséklet ingadozások bekövetkeznek /ennél közelebb ezért nem célszerű a kollektorfuratok telepítése/, amelynek azonban érzékelhető felszíni környezeti hatásai nincsenek A furat előírt technológia szerinti eltömítése, szigetelése A tömítés oka elsődlegesen az elkülönült vízadó rétegek biztonságos elválasztása, másodsorban pedig a cső körüli réteg megfelelő hővezetésének biztosítása. 7

8 8.ábra 2.3.Következtetés A rendszer kiépítésének Kanadában és az USA-ban szabványba foglalt- hátterét az IGSHPA (International Ground Source Heat Pump Association),- Nemzetközi Földhő Hőszivattyús Szervezet tankönyvei biztosítják.(5*) Az általunk alkalmazni kívánt "zagy" összetétel: víz, bentonit és cement előkeverve. Az általunk alkalmazni kívánt tömítési technika és technológia biztosítja azt, hogy a vízadó rétegek ne keveredhessenek egymással, s így a beavatkozás negatív hatását minimalizálni tudjuk,az ívóvíz védelme így megoldott. Zárt kollektoros rendszereknél a földoldali folyadékot -7 0 C-ig fagyállósítani célszerü. Erre a célra Kalcidur -t alkalmazunk,amely környezetvédelmi hatása szemponjából bevizsgált. A fentebb vázolt hőnyerési módok környezetvédelmi, gazdaságossági, technikai összehasonlítása alapján látható, hogy hazánk geotermikus adottságait figyelembe véve olyan hőnyerési mód hozza a legmegfelelőbb eredményt amely ezt az igen kedvező lehetőséget tudja hasznosítani. Így két rendszer jöhet számításba,- a nyitott 2 kutas rendszer, valamint a vertikális zárt hurkos rendszer. A nyitott -2 kutas- rendszer alkalmazása megfelelő hőmérsékletű, minőségű és tömegáramú víz esetén a hőszivattyú hatásfokában jobb is lehet mint a zárt hurkos rendszer, de a víz kiemeléséhez, visszajuttatásához lényegesen nagyobb szivattyúzási energia szükséges, amely az összhatásfokot rontja. Kis és közepes teljesítményigényű rendszerek ( KW) esetén a költségek kedvezőbbek a zárt hurkos rendszerek alkalmazása esetén. A vertikális zárt hurkos rendszer élettartama min 50év, karbantartási költség nincs,- ezzel szemben a nyitott kutas rendszereknél a kút élettartama korlátozott, a vízminőségből adódóan a rendszernél karbantartási költségek merülnek fel, a kút vízadó képessége változhat, amely újabb karbantartási költségekkel jár. A fentiek miatt egyértelmű, hogy a mi viszonyaink között a - kis és közepes rendszerek esetén-minden szempontból a vertikális zárt hurkos rendszer adja mind környezetvédelmi, mind pedig energetikai szempontból a legjobb eredményt! 3. A technológia választásának környezetvédelmi szempontjai A geotermikus hőszivattyús technológia magyarországi széleskörű alkalmazásának elsődleges célja- összhangban a Kyotói egyezmény hazánk számára előírt követelményével, a szerződés megkötését követően- az üvegházhatást előidéző gázok,s elsődlegesen a CO 2 kibocsátás jelentős csökkentése! Az olajár robbanása összpontosította a figyelmet erre a technológiára, és ma már világszerte 90 millió hőszivattyús egység 570 TWH/év teljesítménnyel működik. Csupán az épületekben működő hőszivattyúk 9%-al csökkentik a világ jelenlegi 20GT/év CO 2 emisszióját! Az USA Energiaügyi Minisztériuma által mostanában készített tanulmányban, az újgenerációs geotermikus hőszivattyúk minden más fűtési/hűtési rendszer elé kerültek a tekintetben,ahogy képesek az energiát "konzerválni" és csökkenteni a CO 2 kibocsátást. (4*) Magában a hőszivattyús technológia a helyi károsanyag csökkenti! kibocsátási értékeket 0%-ra 8

9 Ez önmagában környezetvédelmi szempontból óriási jelentőségű, hiszen a legnehezebben kontrollálható lakossági (elavult gáz és vegyestüzelésű kazánok, karbantartás hiánya) és intézményi felhasználásokat teszi környezetvédelmi szempontból a legoptimálisabbá. Az elektromos erőművek által kibocsátott károsanyag központilag jól kontrollálható, és csökkenthető. Emellett azonban látni kell, hogy a hőszivattyúk lakossági, kisebb intézményi felhasználása(4*) esetén - a rendszert megfelelően pufferolva - megoldható, hogy a hőszivattyúk teljes mértékben csúcskizárással működjenek! Ilyen vezérelt elektromos energia felhasználás esetén azonban a hőszivattyús fűtési rendszerek alkalmazása azt eredményezi, hogy erőművi kapacitás kihasználása javul, s többlet erőművi kapacitás nem szükséges! Ilyen esetben az erőművi károsanyag kibocsátás sem növekszik! Jó példa erre az az elektromos tarifa elgondolás amely a DÉMÁSZ- al folytatott megbeszélésünk eredményeképp a közeljövőben realizálódni látszik. - Ennek lényege, hogy a DÉMÁSZ a hőszivattyúkhoz vezérelten szolgáltatná az elektromos energiát -a következők szerint: - Hétköznap: ig ig ig A napi szolgáltatási idő 17 h Munkaszüneti nap: ig Az áfás ár 15,5 Ft/KWh! A fentiek mellett a környezetvédelmi célok maradéktalan megvalósításához szükséges, hogy a lehető legnagyobb energiamegtakarítást és COP értéket tudjuk megvalósítani a hőszivattyús rendszerekkel, (lásd: ) hiszen a többlet erőművi kapacitás növelés nélkül rendelkezésre álló villamos energia mennyiség korlátozott, s nem mindegy hogy a meglevő kapacitással volumenében mennyi primer energiahordozót tudunk kiváltani! Ehhez az előzőekben vázolt vertikális zárt hurkú, alacsonyhőmérsékletű geotermikus energia hasznosítás - újgenerációs geotermikus hőszivattyúval - adja a legmegfelelőbb megoldást! (lásd:1.2.2.) 4.A tevékenység telepítési és technológiai lehetőségei 4.1. A tevékenység volumene A kezdeti piaci felmérés alapján a rendszer iránti konkrét érdeklődés jónak minősíthető, annak ellenére, hogy a rendszer üzemeltetésének magyarországi tapasztalatai nincsenek, nem kidolgozott az alkalmazható elektromos tarifa rendszer és az állami támogatás bizonytalan. Abban az esetben, ha az állami akarat is segíteni fogja ezen beruházások megvalósítását,- akkor biztosított a rendszer felfutása. Megítélésünk szerint lehetséges lenne 5 év alatt felfuttatni a beruházási kapacitást Évi KW beépített hőszivattyús fűtési teljesítményre, ( ebben nem szerepel a hőszivattyúk más típusú hasznosítása,- hulladékhő, fólia fűtés nyitott kutas rendszerekkel, stb) amely hozzávetőlegesen 5000 db átlagos méretű lakás hőszivattyús ellátásának felel meg.( A szomszédos Ausztriában évenként 8000 db-nál több hőszivattyút építenek be) Év Beépített hősziv. DB Beépített fűtési Teljesítmény KW Várható fűtési energia felhaszn. GWh Várható elektromos energia felhaszn. GWh ,9 0, ,0 4, ,0 13,2 9

10 ,0 26, ,0 44,0 Össz ,9 88,44 Megj.: A fűtési/hűtési energia felhasználást a magyarországi külső hőmérséklet statisztikai adatai figyelembe vételével határoztuk meg. Ahhoz, hogy ez a volumen megvalósuljon, a politikai akarat részéről szükséges a lehetséges beruházási támogatások (pályázatok) odaítélését átláthatóbbá tenni, és szerintünk a KAC pályázati lehetőséget ki kellene terjeszteni a lakossági egyedi beruházásokra is, hiszen a levegőtisztaság védelemben a pillanatnyilag leghatékonyabb eszköz ez a technológia. Emellett a beruházások elősegítése végett az áfa-t mérsékelni kellene! Szakmai részről az engedélyezési eljárásokat kellene gyorssá és átláthatóvá tenni, valamint hozzá kellene kezdeni Magyarországon is az IGSHPA( Nemzetközi Földhő Hőszivattyús Szövetség) ajánlása alapján a technológiára vonatkozó tervezési, kivitelezési szabványok előkészítéséhez. Amennyiben a fentebb felsorolt kérdésekben előrelépés érzékelhető, úgy biztosak vagyunk benne, hogy a magyarországi geotermikus hőszivattyú gyártást a Geowatt Kft. hamarosan be tudja indítani, s ezzel a széleskörű elterjesztés technikai hátterét várhatóan kedvezőbb árszinten meg tudják oldani A tevékenység megkezdésének várható időpontja A tevékenység megkezdésének időpontja az engedélyezés függvénye. A Geowatt Kft. mind szakmailag, mind műszakilag felkészült a technológia szakszerű kivitelezésére A tevékenység helye és területigénye A tevékenység helye területileg előre nem meghatározható,- az egész ország területén, főleg magánterületeken történhet a kollektorfuratok kiépítése. A technológia kiépítésének területigénye csak a kiépítés szakaszában van, amikor a furások között min.3 m-max.7 m távolságot kell tartani. A gerincvezeték kiépítése 1,7-2 m mélyen történik, s ilyen mélységben lép az épületbe a kollektorcső. Ennek megfelelően a munkák befejezésekor (nyomáspróba) az árkok betemetésre kerülnek és az eredeti állapot helyreállítódik. A kollektorokat az építés megkezdése előtt az épület alatt is el lehet helyezni, ami tovább csökkenti az építés közbeni helyigényt A tevékenység megvalósításához szükséges létesítmények felsorolása A kollektorfuratok elhelyezésének helyigénye,s ennek megfelelően létesítményigénye nincs. A hőszivattyúk elhelyezése optimálisan kazánházat igényel, de elhelyezhető garázsban, mellékhelyiségben, mint bármely más elektromos berendezés. Az elektromos hálózat megfelelő kialakítása (földelés, túláramvédelem, fázisvédelem) szükséges és a szakember feladata. 5.A tervezett technológia 5.1.A rendszer technikai elemei: -.Geotermikus hőszivattyú -. Vertikális földkollektor - Kútfúró berendezés -. Kiegészítő elemek (puffertartály, melegvíztartály, cirkulációs szivattyúk, vezérlés stb.) 10

11 Geotermikus hőszivattyú Közepes ill. magas hőmérsékletszintre tervezett Copeland scroll kompresszorokkal szerelve,mely pillanatnyilag a legkorszerűbb és legújabb fejlesztés a hőszivattyús technológiában. Ez a fejlesztés,amely a hagyományos dugattyús kompresszorokhoz képest 20-30%-al megnövelte a teljesítménytényezőt, teszi lehetővé hazai viszonyaink között (rossz hatásfokú elektromos energia előállítás.max.30%) a geotermikus hőszivattyúk gazdaságos alkalmazását! Ezen technikával és vertikális földkollektor alkalmazásával a hazánkban elérhető éves átlagos teljesítmény tényező 4.5! 11

12 5.1.2.Vertikális földkollektor A rendszer másik meghatározó eleme, amelynek kivitelezési sémája az alábbi ábrán látható A földkollektor készítés 1.fázisa: amikor 120 mm átmérőjű, m mélységű fúrást eszközlünk a talajba vízöblítéses rotary rendszerű fúró berendezés felhasználásával. A furatba béléscsövet nem alkalmazunk. A furat falának megtámasztását a kollektor és töltőcső lehelyezéséig a fúróiszapból képzett lyukfalstabilizáló iszaplepénnyel biztosítjuk. A kollektorcső SDR11 minőségű polyetilén csőből polyfúziós eljárással készített hurok, az előírt nyomáspróbának alávetve A 2.fázis: A kollektor-és töltőcső cső furatba helyezése, leengedése A 3.fázis: A furat előírt technológia szerinti eltömítése, szigetelése. A tömítés oka elsődlegesen az elkülönült vízadó rétegek biztonságos elválasztása, másodsorban pedig a cső körüli réteg megfelelő hővezetésének biztosítása. 9.ábra (3*) A szükséges műszaki háttér Az 1.fázis műszaki háttere: 10.ábra 11.ábra - Egy a Bányakapitányság által bevizsgált 100 m- es fúrásra alkalmas kútfúróberendezés a hozzá kapcsolódó fúróiszap tartállyal, fúrószárakkal, valamint fúrólyuk tömítő berendezéssel 12

13 A 3.fázis műszaki háttere: 40 bar dugattyús szivattyúval működtetve biztosítja a tömítőanyag keverését és a furatba történő hézagmentes besajtolását, ill. a fúrólyuk teljes feltöltését a lyuktalptól a felszínig. 12.ábra - Fúrólyuk tömítő berendezés A rendszer kiépítésének technológiai háttere A rendszer kiépítésének Kanadában és az USA-ban szabványba foglalt /a kanadai szabvány sz. C 445-M92/- hátterét az IGSHPA (International Ground Source Heat Pump Association),- Nemzetközi Földhő Hőszivattyús Szervezet számítógépes szoftvere biztosítja, amelyet az Oklahomai egyetemen a magyarországi külső hőmérsékleti viszonyokra adoptáltak. A szerző a NRECA CL/GS hőszivattyús rendszerek felhasználói kézikönyvének (6*) szaknyelvét és tervezői módszereit követi. Mint az alábbi ábrán látható külön könyv foglalkozik a vertikális furatok tömítésének technikájával és technológiájával,a tömítőanyag megfelelő összetételével, a lyuk rezisztencia alakulásával a lyuk és csőátmérő fügvényében stb. Az alkalmazni kívánt "zagy" összetétel: víz, bentonit és 30% homok és cement előkeverve. Speciális számítógépes szoftver és a hozzá kapcsolódó szakirodalom alapján egzakt módon tudják méretezni a földkollektorok paramétereit mind fűtési, mind hűtési üzemmódban, s a rendszer komplex, dinamikus,- a külső hőmérséklet változás függvényében bekövetkező - működését fűtési, hűtési és melegvíz termelő üzemmódban. A szoftver segítségével nagy pontossággal megállapítható a hazai éghajlati és geotermikus viszonyaink között évi átlagban kinyerhető ingyenes, a hőszivattyú által bevitt elektromos és az összes fűtési rendszerbe bevitt energia mennyisége. A technológiában alkalmazni kívánt fúrási mélység: átlagban100 m, maximálisan 150 m. Visszautalva az pontban megfogalmazott környezetvédelmi kérdésre adott állításokat,- hogy a folyamatos téli hőkivétel hatására milyen mértékű és milyen időtartamú hőmérséklet változás áll be a talajban,- az említett szabványos méretező program alapján elkészített -az adott projektre vonatkoztatott -konkrét méretezésen keresztül bizonyítható. 13

14 13.ábra A program angolszász mértékegységek alapján dolgozik, s a méretezést 1db NORDIC Wec-400-HAC geotermikus hőszivattyúra vezetjük le. A 13.ábra mutatja a programba bevitt fűtési paramétereket. Az egy készülék szükséges teljesítményét 104 KW-ban ( Btu/hr ), a szoba belső hőmérséklete 21,1 0 C (70 0 F), a fűtés kezdet hőmérséklete 15,0 0 C (59 0 F)./megj.: A szabványos 12 0 C szabványos fűtési határhőmérsékletet megemelve egy jelentős tartalékot képeztünk a rendszerben, amely a HMV ellátást biztosítja./ 14.ábra A 14.ábra fentieknek megfelelően mutatja a bevitt hűtési paramétereket. A hűtési teljesítmény szükséglet a WinWatt-program alapján 86,45kW-ra paramétereztük( Btu/hr). 14

15 A belső hőmérsékletet 24 0 C-ra /szabvány 26 0 C/-ra paramétereztük a 32 0 C méretezési külső hőmérsékletnél. A hűtési határhőmérséklet: 22,2 0 C /72F/ 15.ábra A 15.ábra a bevitt hőmérsékleti paramétereket mutatja. Az EWT mean (16,1 0 C) a lyuk közepes hőmérséklete, amely a helyi gradiens függvénye. Az EWT min az a legalacsonyabb hőmérséklet amelyre fűtési üzemmódnál megengedjük, hogy a lyuk lehűljön!/6,66 0 C/. Az EWT max az a legmagasabb hőmérséklet amelyre hűtési üzemmódnál megengedjük, hogy a lyuk felmelegedjen. A "TA hőmérsékletek a programba installált magyarországi 5 éves átlag külső hőmérsékleti adatok. 16.ábra 15

16 A 16.ábrán a programban szereplő " NORDIC" Wec-400-HAC típusú /fűtő,hűtő, / geotermikus hőszivattyú paraméterei láthatók. /Megj.: ebből is látható, hogy szonda rendszert csak egy adott típusú és paraméterű hőszivattyúhoz lehet tervezni! Típustól független tervezés nem létezik!/ 17.ábra 18.ábra 16

17 Az előzőekben bevitt paraméterek valamint a 18.ábrán látható 5.pont kitöltése/földszerkezeti adatok, az alkalmazott műanyag csőhurok anyaga /után a program meghatározza a szükséges összes furathosszt. Jelen esetben ez 1595m (5317feet), s ez mint látható megfelel a hűtés esetén is! Tehát 16 db 100 m-es vertikális szonda szükséges az előzőekben bevitt paraméterek alapján-a hőszükséglet és hőterhelés monovalens kielégítéséhez! Ennek megfelelően a projekt összes furatszáma: 3x16db= 48 db 100m-es vertikális zárt hurkú szonda. 19.ábra A program a 19.ábrának megfelelően, a külső hőmérsékleti átlagértékek 5 0 F-onkénti emelkedésével (Bin) mutatja az előfordulási átlag órák számát (Hrs), s ezen adatok, valamint a kiszámolt lyukhossz függvényében mutatja a lyuk (feljövő folyadék hőm.) átlagos hőmérséklet értékeit (EWT)! Látható, hogy a tervezett esetben a legalacsonyabb -16,7 0 C átlag hőmérséklet esetén, ahol az előfordulási órák száma 6, a lyuk átlagos hőmérséklete 6,7 0 C (44 0 F)! Tehát a talaj maximum ilyen hőmérsékletre hűl le a cső környezetében, s az utánpótlás sebessége jól látszik azon, hogy -13,9 0 C-nál a lyuk hőmérséklete már 7,8 0 C-ra emelkedik! Egyértelműen látható, hogy a fűtési időszak végére 57 0 F külső hőmérséklet esetén a feljövő víz hőmérséklete már magasabb lesz mint a megadott 63 0 F lyuk átlagos hőmérséklet mert már olyan kicsi lesz a kivett hő teljesítmény (tehát visszaáll a lyuk eredeti hőmérséklete) A 17. ábra hűtési üzemmód esetén mutatja a talaj hőmérsékleti értékeit! 17

18 20.ábra A kialakított hőszivattyús rendszer energetikai értékelését jól mutatja a 20.ábra.A tervezett rendszernél az előzőekben bemutatott átlagos külső hőmérsékleti értékekkel számolva a talajból kivett ingyenes energia egy Wec-400-HAC hőszivattyúval(ground Energy) kwh, a hőszivattyú működtetéséhez bevitt elektromos energia kwh, (Heat Pump Energy), Energy), s a fűtési rendszerbe bevitt összes energia kwh! A projekt évi fűtési energia szükséglete: A projekt évi elektromos energia szükséglete fűtésnél: A projekt évi hűtési energia szükséglete: A projekt évi elektromos energia szükséglete hűtésnél: Évi összes elektromos energia igény: kwh kwh kwh kwh kWh kwh 18

19 6. A tervezett technológia megvalósítása nélkül várható környezeti állapotváltozások becslése 6.1.A fenti épületegyüttesek által- a gázkazános rendszerrel. kibocsátott szennyező-anyagok (C 02, N ox, C 0 ) minimális mennyisége. CO2 sűrűség = 1,9768 kg/m3. Fűtőérték 9,44 kwh/nm3 Fűtésnél: Év Várható fűtési energia felhaszn. MWh Hatásfokkal növelt fűtési energia felhaszn. GWh =0,8 C 02 kibocsátás t N ox kibocsátás t C 0 kibocsátás t ,7 500,8 116,721 0,1502 0, ábra Megj.:A C o2 kibocsátás meghatározásánál az vehető alapul, hogy 10 m 3 földgáz elégetésekor 11,13 m 3 CO 2 keletkezik. Az N ox -t a Din szabvány által megengedett érték (200 mg/kwh)1,5 szeresével, a C o -t szintén a Din szabvány által megengedett érték ( 100 mg/kwh) 1,5 szeresével számoltunk. Hűtésnél: Év Elektromos energia felhaszn. Hűtésnél COP=3 MWh C 02 kibocsátás 0,93 tco 2 /MWh t N ox kibocsátás t C 0 kibocsátás t ,718 38,79 A geotermikus hőszivattyús kiváltásával csökkentett szennyezőanyagok (C 02, N ox, C 0 ) esetleges mennyisége az erőműnél. Fútés esetén: Év A GHP-k működtetéséhez szükséges évi elektromos energia MWh C 02 kibocsátás 0,93 tco 2 /MWh N ox kibocsátá s t C 0 kibocsátás t 19

20 ,695 82,48 0,088 0,0443 Hűtés esetén: Év A GHP-k működtetéséhez szükséges évi elektromos energia MWh C 02 kibocsátás 0,93 tco 2 /MWh N ox kibocsátá s t C 0 kibocsátás t ,27 14,201 A szennezőanyag kibocsátás min.csökkenése a geotermikus hőszivattyús rendszer alkalmazásakor Év C 02 kibocsátás csökkenés fűtésnél t C 02 kibocsátás csökkenés Hűtésnél t/év C 02 kibocsátás csökkenés Összesen t N ox kibocsátás csökkenés t/év ,241 19,159 53,4 0,062 CEEA 7.2. ÜZEMBE ÁLLÍTÁSI JEGYZŐKÖNYV NYITOTT ÉS ZÁRT HURKÚ ALKALMAZÁSOKHOZ TALAJ- ÉS VÍZENERGIÁT HASZNÁLÓ HÕSZIVATTYÚK RÉSZÉRE (3*) Tulajdonos neve Dátum Cím Tartomány Irányítószám Telefon Dealer neve Cím Megye Irányítószám Telefon Szerep # Üzembe állítás típusa Az épület hõvesztesége(kw) Épület hõnyeresége(kw) DHW terhelés (l/nap,amennyiben a hõszivattyú rendszer fogja ellátni) Teljes hõterhelés Egyensúly pont Az üzembe állítás leírása. A használt berendezés mérete és típusa, beleértve az egész csõhálózatot, a hurkok átmérõjét és mélységét és hosszúságát. Olyan rendszer, amelyet a tér fûtésének több mint 70%-ára és a DHW terhelésre terveztek 20