Helyszín: Budapest, VII. kerület, Kazinczy u. 21. II. emelet, OMM Elektrotechnikai Múzeum, Zipernowsky Terem Előadás és az utána következő vita időpontja: 2015. december 3. (csütörtök) 10:00 12:00 Szervező: Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület (ETE) Szenior Energetikusok Klubja A klub elnöke: Szabó Benjamin Házigazda: Bárdy László A nemzeti hőszivattyúipar megteremtése a jövő egyik lehetősége Előadó: KOMLÓS Ferenc okl. gépészmérnök, ny. minisztériumi vezető-főtanácsos E-mail: komlosf@pr.hu Honlap: www.komlosferenc.info 1
KOMLÓS Ferenc:A nemzeti hőszivattyúipar megteremtése a jövő egyik lehetősége Mottó és tartalom A legtöbb tudományos eredmény akkor születik, amikor a kutató több diszciplínában dolgozik és egyik diszciplínában szerzett tudását, eredményeit átviszi egy másik talán távoli diszciplínába. Harsányi János (1920 2000) Forrás Marx György: A MARSLAKÓK ÉRKEZÉSE (340. oldal). Akadémiai Kiadó, Budapest, 2000. A hőszivattyúzás világszerte elismerten energetikailag az egyik leghatékonyabb fűtési-hűtési technológia, így az energiatakarékosság, a helyi légszennyezés- és a globális CO 2 -kibocsátás-csökkentés döntő eleme. Nemzetgazdasági szempontból nagy hatású aktuális kérdésre koncentrál az előadásom: a nemzeti hőszivattyúipar megteremtésére, ami az iparfejlesztésünk egyik ez ideig még nem kialakított, de a piac által hosszútávon igényelt fontos területe. 2
Milyen főbb kérdésekre szeretnék előadásommal választ keresni? Mindenekelőtt megköszönöm azt a megtiszteltetést, hogy ez évben már második alkalommal hőszivattyús témakörben, de most egy hosszú távra szóló országos javaslatot, a szervezők és különösen Bárdy László úr jóvoltából Önök elé tárhatok. Egy logikus ötlet, amely döntés-előkészítési célból vizsgálatot igényel az Önök megtisztelő segítségével. Miért és milyen feladatra használjunk a hőszivattyút az építményeknél? Importkiváltó és exportnövelő magyar termék lehet pl. a 2012- ben Magyar Termék Nagydíj -jal kitüntetett Vaporline márkanevű geotermikus hőszivattyú-család, amely használati mintaoltalommal rendelkezik? 3
KOMLÓS Ferenc: Nemzeti hőszivattyúipar megteremtése a jövő egyik lehetősége Adottságaink Magyarország napenergia, geotermikus, hidrológiai, földenergia és hulladékhő potenciálja (kincseink), meteorológiai adottságunk valamint magas színvonalú szellemi tőkéje kedvez: a megújuló energiát hasznosító innovatív hőszivattyús technológia elterjesztésének, és hatékonyan hozzájárulhatna hazánk ipari fejlődéséhez, nemzetközi kötelezettségei teljesítéséhez. Prof. Dr. Chikán Attila CSc. az MTA levelező tagja szerint (lásd: 2015. november 16-án az MTA Dísztermében tartott vetítettképes előadását) a nemzetközi összehasonlításban fokozatosan romló magyar versenyképesség javításához az oktatás, a képzés színvonalának javítása, az innováció támogatása szükséges. 4
A legegyszerűbb hőszivattyh szivattyú elvi körfolyamata: k a Carnot-féle körfolyamat ábrázolása Forrás: Hőszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára című szakkönyv Két izotermikus (elpárolgás, kondenzáció) és két izotropikus (expanzió, kompresszió) állapotváltozásból áll. A hőszivattyú Carnotkörfolyamata reverzibilis hőkörfolyamat, amely veszteségmentesen megfordítható elvi körfolyamat, ezért a munkafolyamatot határoló vonalak vízszintes, illetve függőleges egyenesek. 5
Idealizált körfolyamatok főbb adatai Forrás: Homonnay Györgyné (szerkesztő): Épületgépészet 2000. II. kötet Fűtéstechnika. Épületgépészeti Kiadó Kft. Budapest, 2001. 6
A legegyszerűbb hőszivattyh szivattyú elvi körfolyamata: k a Carnot-féle körfolyamat képletek COP Carnot = T Kondenzátor /(T Kondenzátor T Elpárologtató ) ahol: COP: coefficient of performance angol szavak rövidítése T [K] = t [ C] + 273 A hőszivattyúra jellemző elméleti ún. COP Carnot a kondenzátor és az elpárologtató hőmérséklet-adataiból kiszámolható. 7
A legegyszerűbb hőszivattyú vázlata és működése A továbbiakban az alábbi ábrán berajzolt elvi működésű nevezetesen ún. gőznemű munkaközegű villamos hőszivattyút értünk a hőszivattyú fogalma alatt. 8
R 407C munkaközeges egyszerű hőszivattyú nyomás entalpia (log( logp h) diagramja A diagramon* a folyadék, a gőz g és s a kétfk tfázisú mező látható; ; K: kritikus pont. *A A függf ggőleges koordináta ta-tengelyen tengelyen azért alkalmazzák k a logaritmikus léptl ptéket, mert ellenkező esetben a kétfázisú mező izotermái i kis nyomásokon túlst lságosan összesűrűsödnének. nek. 9
Európa napenergia térképe 10
Napenergia megoszlása Forrás: http://publications.gc.ca/collections/collection/m39-111-2005e.pdf 11
A Kárpát-medence hőáramtérképe Forrás: Dr. Dövényi Péter docens, ELTE Geofizikai Tanszék A Föld belsejében sokkal nagyobb a hőmérséklet, mint a felszínen, ezért a belső energia állandóan áramlik a felszín felé. Ez az ún. földi hőáram[mw/m 2 ] 12
A Föld energiaáramainak egyensúlya Forrás: Kiehl és Trenberth, 1997 13
A hőszivattyúzás, főbb jellemzők (1) Az építés célja, hogy az ember mindennapi életéhez megfelelően komfortos (fűtött, hűtött, szellőztetett) környezetet biztosítson, ezért az ésszerű és hatékony energiagazdálkodás minden fogyasztónak és felhasználónak érdeke. A hőszivattyús rendszerek elterjedése során lokális energiát hasznosítanak, kiváltják a földgázt és a magyarországi ipart is jelentősen támogatják, amennyiben a hazai készülékek beépítését is szorgalmazzuk. A korszerű hőszivattyús rendszer szinte minden meglévő melegvíz-üzemű központi fűtőberendezéshez csatlakozható. Alkalmazásával emberbarát fűtési, hűtési és HMV rendszerek valósíthatók meg. 14
A hőszivattyúzás, főbb jellemzők (2) A villamos hajtású hőszivattyú a jövőbe tekintve is biztonságos megoldás, mert lehetővé teszi az épületek hatékony fűtését, hűtését és HMV ellátását bármilyen forrásból származzék is a villamosenergia! A hőszivattyús technológia úgy tud megújuló energiahordozót hasznosítani, hogy igényli a nukleáris villamosenergiatermelésből származó olcsóbb áramot is, ezáltal ennek a két területnek a híveit is meggyőzően közelíteni tudja egymáshoz. A sokoldalú és tiszta alkalmazhatósága miatt a villamosenergia növelésének jelentős szerepe van az életminőség és az életszínvonal alakulásában és a fogyasztók szeretnének a villamos energiához a lehető legolcsóbban hozzájutni. 15
A hőszivattyúzás, főbb jellemzők (3) A hőszivattyú egyike azon alternatív technológiáknak, amelyek jelentősége nem elsősorban a hagyományos megújuló energia kategóriák keretei közé szorított értékelésével, hanem a technológia sokszínűségével, hatékonyságával és a benne rejlő lehetőségek alapján értelmezhető. Írja dr. Farkas István egyetemi tanár, intézetigazgató, DSc, az MTA Energetikai Tudományos Bizottságának elnökhelyettese a Hőszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára című szakkönyv 8. oldalán. Európában a hőszivattyús technológia alkalmazhatóságának fejlesztése kiemelt, költségvetési támogatások mellett, több ország együttműködésében nemzetközi feladatnak számít. 16
Hőszivattyúk lehetséges hőforrásainak csoportosítása Forrás: Hőszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára című szakkönyv 17
Űrlapjavaslat statisztikai táblázathoz A hőszivattyúzás évenkénti statisztikája nyomon követheti a hazai fejlődést, a hazai és nemzetközi hőszivattyús helyzet piaci összehasonlítását (Iásd a következő diát). A statisztikai űrlap kitöltése az megújuló energia országos felhasználását illetve elszámolását műszaki alapokra helyezné, és megkönnyítené az éves magyarországi összefoglaló jelentések készítőinek a munkáját. A hőszivattyúk hőforrásairól szóló statisztika bevezetésének szerepe nélkülözhetetlen! Világviszonylatú szélesebb körű ismertetés érdekében az IEA (International Energy Agency, magyarul: Nemzetközi Energia Ügynökség) felé, a hazai bevezetés után, hőszivattyúkról szóló statisztikai előírást, illetve szabályozást is szorgalmazhatnánk. 18
19
Kompresszoros hőszivattyú motorhajtásának energiaforrásai Forrás: Hőszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára című szakkönyv 20
Mit kell tenniük, hogy energiapolitikánkban a hőszivattyús témakör a megfelelő helyre kerülhessen? A Védegylet az 1844. október 6-i pozsonyi alakuló gyűlésén elfogadott alapszabálya szerint a külföldi árukat ki kell szorítani a hazai piacról, amelyet a honi ipar számára kell biztosítani. Miért ne lehetne az állami és önkormányzati tulajdonban lévő épületeinkben csak magyar geotermikus hőszivattyú? Miért van pl. a német rendőrségnek csak német gépkocsija, gondolom azért, mert ez nemzetgazdasági célból kedvezőbb a széleskörűen elterjedt ún. 3D alapelv értelmében. Ezt a alapszabályt napjainkra adaptálva műszaki előírásokkal lehet teljesíteni, amely hazafihoz méltó gondolkodást, patriótaszemléletet is jelent, illetve Sófalvi Tamás nyomán az EU nyelvezetén : endogén potenciált! 21
A természettudomány azt írja le, hogy mi van. A technika azt is megcsinálja, ami még nincs. Kármán Tódor (1881 1963) Forrás Marx György: A MARSLAKÓK ÉRKEZÉSE (197. old.) Akadémia Kiadó, 2000. Tudomásul kell venni, hogy új tudásra és új szemléletre van szükségünk az energiaszükségletünk ésszerű kielégítésében! Mit kell tenni? Figyelemmel a megújuló energiahordozók elterjesztésének hatékonyabbá tételére, az energiatakarékosságra és az energiahatékonyság növelésére, az EU energiapolitikájában és foglaltakra, a klimatizálás (légkondicionálás, hűtés) elháríthatatlan igényére, a munkahelyteremtésre, az adottságainkra, az energiafüggetlenségünk növelésére és a fenntartható fejlődésre gyakorolt hatásra, ezért Kormányunk részére a hőszivattyú program mielőbbi megfontolását, 22 elfogadását és végrehajtásának elkezdését ajánlom!
Technológiai lépésváltás kényszer? Példák Martin kemencés vagy konverteres acélgyártási technológia választási lehetőség volt több évtizede Magyarországon, Ózdon. A másik nem olyan túl régi példa a mobiltelefon melletti nemzeti támogatás Finnországban (Finn versenyképes modell). Ezeknek a technológiáknak országosan hátrányos illetve nemzetközileg eredményes hatásai egyértelműen mérhetők voltak. Itt jelzem, hogy Kínában nemrég elfogadott törvény szerint a széntüzelésű kazánokat le kell cserélni hőszivattyúkra, ezért kifejlesztették a víz-levegő vagy víz-víz hőszivattyúkat. 23
Megfigyelés, szakmai tapasztalat A műszaki fejlődés lehetővé tette, hogy az ember a növekvő komfortigényét egyre tökéletesebben kielégíthesse. Például a hűtés alkalmazásának elterjedése jóléti vívmány. Ezért fel kell figyelnünk arra, hogy hazánkban is egyre több irodaépület és középület hűtési költsége meghaladja a fűtési költséget! A hűtőgépek nagyobbik része villamos áram felhasználásával működik. Az ehhez szükséges erőműépítés, kapacitásbővítés a nagyberuházások közé tartozik, költséges és időigényes. Alapvető érdekünk a hűtés villamosenergia-fogyasztásának csökkentése, az ún. energiafaló klímák kiváltása! 24
Energiahatékonyság növelés költségcsökkentés hozzáadott értéken alapuló gazdaságfejlesztés AZ EURÓPAI PARLAMENT ÉS A TANÁCS 2012/27/EU IRÁNYELVE (2012. október 25.) az energiahatékonyságáról érdemi intézkedéseket fogalmaz meg abból a célból, hogy mérsékeljük energiaszámláinkat és ezzel együtt dinamizáljuk gazdaságunkat (magyar megfelelője: a 2015. évi LVII. törvény az energiahatékonyságáról). Tekintve, hogy az irányelvben a villamos energiát is végső energiában kell értékelni, így a villamos energiát használó, 4-nél nagyobb SPF értékű technológiák terjesztése és a földgázmegtakarítás elszámolása is kedvezőbb megítélésű lehet. A hőszivattyú a nemzeti energiahatékonyság egyik fő eszköze lehet. Továbbá 2016 2020 között az ún. Heller László terv kidolgozása és megalapozása a földgáz felhasználásának jelentős csökkentését eredményezné. 25
A hőszivattyú szerepe az energiahatékonyság növelésében Forrás: Prof. Dr. Büki Gergely (1932 2015): A biomassza energetikai értékelése című (Budapest, 2007. június 11.) vetített képes előadása nyomán. 26
A hőszivattyúk távfűtési alkalmazásai A hőszivattyús távfűtés jelenleg a kezdeti fejlődési szakaszát éli, ezért az elterjedéséhez különösen a meglévő távfűtési hálózatra ráköthető, komplexen felújított épületek számát szükséges megnövelni! Ez a villamosenergia előállítás országos hatásfoknövelésének, az épületek fűtési hőigénye csökkentésének, a maximális fűtési előremenő vízhőmérséklet csökkenésének, a növelt: max. 65 C-os ; és a magas hőmérsékletű max. 83 C-os magyar multi funkciós, reverzálható kivitelű hőszivattyúknak is köszönhető. A felszíni vizek (folyók, tavak) hőszivattyúzása csak kevés helyen lehetséges, de ott indokolt kihasználni nagyobb körzetek távhőellátására is. Prof. Dr. Büki Gergely (1932 2015): A földben termett energia hasznosítása. Fizikai Szemle LX. évfolyam 6. szám, 2010. június (181 189. oldal). 27
Gondolatok a hőszivattyúk távfűtési alkalmazásáról A környezet terhelésének mérsékelésével javulhat az ott élő lakosság egészsége, életminősége. Feladatunk az épületekben élő ember életfunkcióival összefüggő objektív és szubjektív igények kielégítése, a zárt terek lakóhely, munkahely belső környezetének, mikroklímájának komfortja. A városokban illetve a településeken a fűtési időszakban a nitrogén-oxid (NO x ) és a kisméretű szállópor- (PM10-) szennyezettség jelenthet problémát. Elvként rögzíthető: egy kémény sok kémény helyett! Fővárosunk, és a városok környezeti állapotának javítása több évtizedre szóló következetes munkát jelent! A fűtés fejlődésének szakaszai Budapesten: szilárd tüzelőanyag városi gáz fűtőolaj földgáz villamos hőszivattyú: 28 áram + megújuló energia és/vagy hulladékhő a távhő mellett!?
Csoportos megtáplálás tápfolyadék vezetékpárral Utcaszinten (akár településrész szinten) egy tápfolyadék csőpárt fektetnének le, és pl. 300 m mély fúrt kútpárokból egy központi hőcserélőn keresztül adná át a hőt a zárt rendszerben keringő tápfolyadéknak (víz-fagyálló keverék), amelyből több tucat épület hőszivattyús táphője biztosítható lehetne. Tekintettel a 26 48 C hőmérséklet közötti hulladékhő és a felszín alatti víz hasznosítására alkalmas pl. GW300-H víz-víz, R134a munkaközegű hőszivattyúkra. Az elérhető max. fűtési előremenő hőmérséklet 83 C! Egy ilyen zárt rendszerű hálózat kiépítése biztosítaná, hogy a településen esetlegesen keletkező hulladékhőt, vagy a település ivóvizének néhány Celsius-fokos hűtéséből keletkező hőt egy hőcserélőn keresztül a tápvízhálózatba engedjék, ezáltal csökkentsék a kútvíz tömegáram igényét, ill. javítsák a hőszivattyúk hatékonyságát. 29
Nemzetközi zi kitekintés. Milánói i távft vfűtés Forrás: Prof. Dr. Ladislaus Rybach, Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETH) Brüsszel, 2012-11 11-1515 Legnagyobb geotermikus távfűtés vázlata (500 000 lakos hőellátása). Kapcsolt hő- és villamos-energiatermeléssel, talajvíz hőforrású villamos hajtású hőszivattyúval és csúcskazánnal biztosított távfűtés elvi kapcsolási rajza 30
A Duna hője és Budapest fürdőiből elfolyó vizek (hulladékhő) hasznosítása fűtésre A Duna hidrotermikus hőjének hőszivattyús hasznosítása a Duna melletti városok (Duna menti országok és fővárosaik: Bécs, Pozsony, Budapest, Belgrád) levegőjét és környezetét élhetőbbé, egészségesebbé teheti. Budapest a fürdők városa. Naponta jelentős mennyiségű víz (hulladékhő) folyik el kihasználatlanul. Új távfűtési alapelv: a felhasználási helyre kis veszteséggel kell vizet odavinni és a felhasználási helyen hőszivattyúval kell a hőt kivonni belőle ( t Duna = 3 C). 31
300 kw teljesítményű, magas hőmérsékletű hőszivattyúk szerelése a békéscsabai üzemben Nagyobb rendszereknél (max.15 db 15 300 = 4,5 MW) a hőszivattyúk vezérgépes, kaszkád kapcsolású rendszerben is üzemeltethetők Fotó: Fodor Zoltán 32
KOMLÓS Ferenc: A nemzeti hőszivattyúipar megteremtése a jövő egyik lehetősége Hőszivattyúk alkalmazása a kertészetben (1) A vidék versenyképességének fenntarthatósága nem képzelhető el a mezőgazdasági innováció folyamatos ösztönzése, erősítése nélkül. A geotermikus hőszivattyúval fóliasátrakban és üvegházakban olyan klímaviszonyokat tudunk létrehozni, amelyek a termesztett növények fejlődése számára optimális. Felvétel üvegházról Fotó: Kertészet és Szőlészet, 62. évfolyam, 27. szám, 2013. július 3. szám, 22. oldal. 33
Hőszivattyúk alkalmazása a kertészetben (2) A közmunkaprogramokhoz is kapcsolható. Ezt a közmunkát, az ország minden szántóterületén lehetne végezni. Nem kell hozzá pince, geotermikus adottságú terület és egész évben sokak által végezhető betanított munkát igényel. Olyan növényházakra is gondolok, amelyekben az előírt technológiai igény a fűtés és hűtés. Ilyenben termeszthető pl. gomba is. A gomba kitűnő íze miatt az emberek régóta kedvelt, napjainkban is korszerű tápláléka. A folyamatos piaci elhelyezés feltételeit itt is biztosítani kell, viszont a gomba iránti érdeklődés világszerte emelkedik. A drágább gombákat kellene termeszteni, amelyeket exportálni is lehet. Jelzem, hogy gombatermesztésünk a második világháború előtt a világ élvonalába tartozott, és az 1980-as években a csepeli Duna tsz. országos integrációs tevékenysége révén Európa első számú gombatermesztői között volt. 34
Hőszivattyúk alkalmazásának kezdete a hazai uszodánál Forrás: Dr. Ákoshegyi György okl. gépészmérnök, vízügyi szakértő, MESZ 2014: KF ea. Az első jelentős hőszivattyú beépítés fürdőben 1982-83-ban a mai nevén Hajós Alfréd Nemzeti Sportuszoda volt. Az uszoda partmenti kútjából emelték ki a 14 17 C-os vizet és egy BBC Brown Boveri AG hőszivattyú 160 kw-os termelte a hőt a fedett 33,3 m-es úszómedence és a 100 m 3 tanmedence víz hőntartása részére. Napjainkban már cél lehet a magyar hőszivattyúk beépítése, amely kiváló műszaki paraméterrel rendelkezik és álladó fejlesztése biztosítja piaci versenyképességét! Olyan új termékek előállítása történt (növelt hőmérsékletű, multifunkciós, magas elfolyó termálvíz hasznosítása magas előremenő fűtési vízhőmérsékleten), amelyeknek beépítése sokkalta kedvezőbb megvilágításba helyezi a hőszivattyúk alkalmazhatóságát! 35
Nagykőrösi termálfürdő és strand: épület külső és a hőközpontban lévő magyar hőszivattyúk Forrás: Geowatt Kft. 36
Ivóvíz hőhasznosítása hőszivattyúval Ismereteim szerint már az 1980-as években a Magyar Hidrológiai Társaság (alapítva: 1917) összejövetelein felmerült, hogy kezdeni kellene energetikai szempontból valamit a délalföldi közüzemi vízművek pl. Szeged, Hódmezővásárhely, Szentes, Csongrád, Makó nagy mélységű ivóvízkútjaival felszínre hozott ártézivíz hőjével. A vezetékes víz hőmérséklete a fagyveszély elkerülés miatt hazánkban legalább 5 7 C lehet. Vízműveink termelő kutjai viszont sokkalta magasabb hőmérsékletszínen működnek. (A hőenergiát vagy valamely anyagnak (folyadéknak, gáznak vagy szilárd testnek) a hőmérsékletét az őt alkotó részecskék mozgásának sebessége határozza meg.) A világtrenddel együtt haladva több új fejlesztés indult a vízműveinknél Magyarországon is. Perspektivikusnak tűnik a kitermelt ivóvíznek és a hőtartalmának az ún. integrált hasznosítása! 37
Földgáz tüzelőanyag kiváltása meglévő radiátoros központi fűtésnél és HMV ellátásánál (Vastalanító épület, Zalavíz Zrt.). Forrás: Geowatt Kft. Elvi kapcsolási rajz és a hőközpontban lévő a magyar hőszivattyúk 38
Sátoraljaújhelyi 48 férőhelyes bölcsőde Forrás: Geowatt Kft. Magyar hőszivattyú HMV és fűtési puffertartály; a hőforrást biztosító 5 db, 100 m mély, 32 mm-es szimpla U csöves földszonda (I V.) és a 63 mm-es gerincvezeték elrendezése 39
KOMLÓS Ferenc: A nemzeti hőszivattyúipar megteremtése a jövő egyik lehetősége Pitvarosi Művelődési Ház és Sportcsarnok. Elrendezés és a magyar hőszivattyúk Forrás: Geowatt Kft. 40
KOMLÓS Ferenc: A nemzeti hőszivattyúipar megteremtése a jövő egyik lehetősége Autószalon fűtése és hűtése Fóton 100 kw-os magyar geotermikus hőszivattyúval Forrás: Geowatt Kft. Az épület külső déli tájolású főbejárata Az autószalon bemutatótereméről készült felvétel 41
Az A+ besorolású 256 lakásos társasház (Bp. XIII., Hun u. 1 15.) talajvíz hőforrású hőszivattyús rendszere és üzemeltetése 2009. májustól Forrás: Fekete László úr a társasház működtetője, Gerappa Energetika Kft., GeoConcept Energetikai Kft. A több mint hat éves működés tapasztalatai alapján előjöttek a projekt hibái a gyermekbetegségek, de kiemelem, hogy a különböző hibák kijavítása folyamatos üzemeltetés mellett történt (fűtés és/vagy hmv-ellátás)! A legújabb beavatkozás három hónapja történt. Simon Lajos úr (Budafilter 94 Kft.) a nyelőkút felújítását végezte 225 mm átmérőjű 8 m-es új elemes műanyagszűrővel ld. a körbeadott mintadarab szűrőelemeket, amely szabadalmaztatás alatt áll. Az öntisztító elemes szűrők úgy vannak kiképezve, hogy a víz sokkalta nagyobb nyitott felületen keresztül tud átáramolni, ezáltal megakadályozza a nyelőkút eldugulását. 42
A társasház egyik nyelőkútjának felújítása (vázlat) Forrás: GWE Budafilter Kft., Papp József egyetemi docens által szervezett rendezvény (2015. szeptember 3.) 43
Magyarország első talajvizes hőszivattyúval ellátott 256 lakásos panelépülete Forrás: GEO-NRG Kft., Székely Ferenc DSc Hőszivattyúk: 2 300 kw fűtésre és 2 100 kw hmv-ellátásra 44
A hőszivattyúk használata az épületgépészetben (fűtés HMV hűtés) egyre nagyobb szerepet kap: meglévő állami és önkormányzati épületeknél; kórházak és társasházak energetikai felújításánál; kastélyok és műemléki épületek felújításánál; távfűtésnél; kertészeti növényházak hőszivattyús fűtésénél/hűtésénél; csurgalék hévíz hasznosításánál; fürdőknél és uszodáknál; új és meglévő bérlakásoknál (szociális épületeknél); passzívházaknál; közel nulla energiaigényű épületeknél; az aktívházaknál (fejlődési irány); a fűtési és hűtési igény magyarországi fejlődésénél (az igényes köz- és ipari épületekben általánossá vált a klimatizálás). 45
LCOE (levelized cost of energy) [Ft/kWh]: különböző technológiák összehasonlítására vonatkozó fajlagos költség (pénzügyi adat) ahol I t : beruházási költség a t-ik évben; M t : karbantartási és üzemeltetési költség a t-ik évben(konstans); F t : az üzemanyag költség a t-ik évben (konstans); E t : a megtermelt energia a t-ik évben; n : élettartam; r : diszkonttényező (5%). Jelen képlet felhasználásával készült a következő dián lévő táblázat, amely összehasonlítást szemléltet konkrét fűtési, hűtési és hmv készítési feladat esetében. 46
Hagyományos illetve a csúcstechnika műszakigazdasági összehasonlítása, fajlagos költségek a berendezések teljes élettartamán (LOCE) Forrás: Fodor Zoltán: A földhő hőszivattyús rendszerek fajlagos költségei fűtéskorszerűsítéseknél I. és II. Magyar Installateur, 24. évfolyam, 2014. február március, 24 25. oldal és 2014. április, 28 29. oldal. 47
Kitekintés az Egyesült Királyságban 2012. szeptemberben készített energiastratégiára Forrás, idézet: Dr. Stróbl Alajos: Az európai (ENTSO-E) villamosenergia-ellátás változásainak jelzése. Tanulmány (kézirat: 61., 65. és 66. oldal). Budapest, 2013. július 15. Külön foglalkoztak a hőigények alakulásával. A hőszivattyúk száma például a 2001. évi majdnem nulla szintről harminc év múlva, várhatóan a zöld fejlődésben 9 millióra, a gyors növekedésben 13 millióra nő (és csak a lassú növekedésben marad egy millió alatt). Az Egyesült Királyságban a lakossági hőigény 85%-át ma földgáztüzelésű kazánokkal elégítik ki. Ez a részarány 2025-re 75%-ra mérsékelhető, majd utána egy negyed évszázad alatt 10%-ig csökkenhet ennek a technológiának a szerepe. Természetesen a mai szilárd tüzelőanyagok és az olaj használata megszűnhet... 48
Munkahelyek létrehozása hőszivattyúipar (1) Szakmai műhelyekben széles körben ismert az ún. Heller-terv. Tartalma 2005-től publikációkban ismertté vált alábbi elnevezésekkel illetve dolgozat címekkel is: Heller László terv, egy munkahelyteremtő kezdeményezés; Heller-program; Heller-projekt; Válasz a környezetvédelem és a munkanélküliség gondjaira. A projekt lényege, hogy hosszú távon a gázkonvektorokat, a kazánokat és gázbojlereket, valamint a villanybojlereket, továbbá az ún. energiafaló légkondikat váltsák fel a tömegigényeket kielégítő, különböző kivitelű és üzemmódú, és elsősorban geotermikus, hidrotermikus, légtermikus és hulladék (pl. csurgalékhévíz, távozólevegő) hőforrást hasznosító villamos hajtású hőszivattyúk. 49
Munkahelyek létrehozása hőszivattyúipar (2) Ezeket Magyarországon kell fejleszteni, gyártani, magyar munkaerővel kellene az adott helyszínekre betervezni, telepíteni, szervizelni, és a terméket, a szolgáltatást, valamint a technológiát exportálni elsősorban Közép- és Kelet-Európában. 2009-óta a hazai és külföldi piacon az import hőszivattyúk alkalmazásán kívül az energiahatékonyság-növelés magyar eszköze, a Geowatt Kft. által fejlesztett és gyártott, mintaoltalommal védett, növelt hőmérsékletű, geotermikus hőszivattyúcsaládja is megjelent, amely 2012-ben Magyar Termék Nagydíj kitüntetésben részesült. Ennek fejlesztése folyamatosan történik! Például, Fodor Zoltán: A hőszivattyúk hatékonyságáról, alkalmazhatóságáról V. és VI. című szakcikkek Magyar Installateur 25. évf., 2015/8-9. szám, 20 23. oldal és 2015/10. szám, 24 27. oldal. Az a technika, amelyet a magyar fejlesztés képvisel, az európai szinten a geotermikus hőszivattyúk területén egyáltalán nem 50 létezik, olyan értéket képvisel, amelyet nem kihasználni vétek.
Energiaimport, energiahatékonyság és energiaforrás-váltás Ismeretes, hogy Magyarországon az országos primerenergiafelhasználásból az épületek részaránya mintegy 40%-os, amelybe a fűtés, hűtés és hmv-készítés tartozik (energiafelhasználás megoszlás: épületek 41%, közlekedés 31% és ipar 28%). A Nemzeti Épületenergetikai Stratégia (NÉeS) anyagában egyik javasolt megoldás a hőszivattyúk alkalmazása. Tényadat, hogy olajfogyasztásunk importhányada (90%) megegyezik az EU statisztika adatával, a földgáz azonban sajnálatosan 20%-kal meghaladja az EU statisztikai átlagát (60%), vagyis Magyarországon a 80%-ot. A 80%-os import földgáz túl értékes primerenergiahordozó ahhoz, hogy vízmelegítőkben vagy kazánokban 30 65 C hőmérséklethez hőtermelés céljából eltüzeljük! 51
A magyar hőszivattyús rendszerrel történő hatékony hőtermelés és hőelvonás A magyar geotermikus növelt hőmérsékletű (65 C, pl. 65/59 Cos fűtési hőlépcsővel) multifunkciós (fűtés aktív hűtés hmvelőállítás) hőszivattyúval egységnyi felvett hálózati villamos energiából éves átlagban 4 5 egységnyi fűtési energia biztosítható az épület részére! Ez a hőszivattyú több épületnél jó hatékonysággal alkalmazható meglévő radiátoros fűtéseknél is! Fűtéskor az 55 65 C-os hmv-et a fűtéssel azonos 4 5-szörös hatékonysággal szolgáltatja! A hmv előállításának energiafelhasználása a hőszivattyú hűtési üzemmódjában kb. 15%-kal csökken a hőszivattyú fűtési üzemmódjához viszonyítva. A földgázkazánhoz viszonyított üzemeltetési költség (fűtés+hmv-ellátás) legfeljebb 40%! A fenti geotermikus hőszivattyú villamosenergia-felhasználása legfeljebb 35%-a a nyári hűtést biztosító folyadékhűtők-, a split klímák- és az ún. légkondi berendezésekhez viszonyítva! 52
Energiatárolás hagyományos, de fokozottan hőszigetelt épületekkel változó fogyasztói tarifa (1) Az előírt hálózati frekvencia tűréstartományon belüli tartása a villamosenergia-szolgáltatásnak egyik legfontosabb minőségi követelménye. Az alaperőműveknél magasabb fajlagos költségen termelő erőművek nevezetesen az ún. menetrendtartó erőművek, a csúcserőművek és tartalékerőművek a fogyasztói teljesítményigényekhez illeszkednek, biztosítják a mindenkori teljesítmény-egyensúlyt. Ezeknek a nagyobb fajlagos költségen termelő erőművek teljesítményét csökkenteni lehet, ha a hőszivattyúk darabszáma és összteljesítménye jelentősen megnőne. A hagyományos energetikai paradigma megváltoztatásához a fogyasztói növekvő igények kiemelkedően hozzájárulnak. 53
Energiatárolás hagyományos, de fokozottan hőszigetelt épületekkel változó fogyasztói tarifa (2) Smart méréskor az energiavételezés alacsonyabb tarifájú időszakban lehetővé teszik a fogyasztói költségcsökkentést. Ezzel egyidejűleg javítható az országos villamosenergiarendszer teljesítmény- és frekvenciaszabályozása, és a rendszer csúcs/völgy aránya is csökkenthetővé válik. A smart mérőkészülékeknek jelentős szerepük van az energiafogyasztás önkéntes csökkentésében és a fogyasztás befolyásolásában. Mondható, hogy a hazai energiaés árviszonyok között a villamos fogyasztás völgyidőszakainak fogyasztóoldali növelése előnyös, mert kellő nagyságú hőtároló kapacitással a csúcsidőszakokat át lehet hidalni (a hőszivattyú külön smart árammérővel, a villamos fűtésű melegvíztárolóhoz hasonlóan). 54
Energiatárolás hagyományos, de fokozottan hőszigetelt épületekkel változó fogyasztói tarifa (3) Ismeretes, hogy a hőtárolással kombinált völgyidőszaki ellenállásfűtés (villanybojler) széleskörűen elfogadott hagyományos módszer a használati meleg víz készítésére, sőt még helyiségfűtésre is (a mai napig is használatosak az éjszakai árammal illetve napjainkban a vezérelt árammal működő hőtárolós villanykályhák). Az előzőek általános elterjedésével az energiatárolás országos gondjai csökkennének, mivel a téglából épített épületeink is felhasználhatók energiatárolásra, tekintettel jelentős hőkapacitásukra. A jelenlegi ún. geotarifa tarifa előnye statisztikailag kimutatható, és ez által bizonyítható a hőszivattyúkkal elért nemzeti eredmény. 55
Energiatárolás hagyományos, de fokozottan hőszigetelt épületekkel változó fogyasztói tarifa (4) Megfelelő dinamikus tarifák bevezetésével a beruházási támogatás is fokozatosan megszüntethető a javasolt technika széles körű elterjedése esetén. Téglából, vagy hasonló hőkapacitású anyagból épített épületek esetében ezek jelentős nagyságú tárolókapacitása és a jobb hőszigetelések miatt növelhető a völgyidőszaki fogyasztás a hőkomfort terhére, tekintettel arra, hogy a belső környezet hőmérsékleti kategóriákra bontható, és ehhez a kisebb hőkomforthoz egy kisebb fogyasztói tarifa is választható. Az energiatakarékosság a leghatékonyabban pénzügyi eszközökkel szabályozható, ezért dinamikus tarifarendszer bevezetésével ösztönözni lehet a hőszivattyús csúcstechnika elterjesztését hagyományos, de fokozottan hőszigetelt épületeknél. Az ilyen árpolitika megvalósítása az energiaimportot és a pazarlást is jelentősen csökkentené. 56
Kazán vagy hőszivattyú? Most már időszerű a fenti kérdést feltenni. Természetesen nem gondolom, hogy erre a kérdésre a jelenlévők mindannyian ugyanazokat a válaszokat adják -, de azt mindenképpen remélem, hogy a mostani eszmefutatás végére világosabban fogjuk látni a lényeget. A lényeg az 52%-os energiafüggőségünk csökkentése, az export és a GDP növelése ezek nélkül nincs hatékony minőségi munkahelyteremtés, amelyeket exportképes, tudásalapú technológiák hazai fejlesztésével lehet megalapozni. A kitűnő minőségű hőszivattyúk hazai gyártásával exportunk növekedhet, hőszivattyú importunk pedig csökkenhet. Az energiaárakban viszonylag rövid idő alatt jelentős változások is végbemehetnek. ez megváltoztatja a jelenlegi piaci helyzetet. Az előadásom során igyekeztem bemutatást adni, hogy milyen 57 széles palettán mozog a hőszivattyús rendszerek alkalmazása.
Összefoglalás (1) AZ EURÓPAI PARLAMENT ÉS A TANÁCS 2012/27/EU IRÁNYELVE (2012. október 25.) és a 2015. évi LVII. törvény az energiahatékonyságáról érdemi intézkedéseket fogalmaz meg abból a célból, hogy mérsékeljük energiaszámláinkat és ezzel együtt dinamizáljuk gazdaságunkat. Tekintve, hogy a fenti irányelvben a villamos energiát is végső energiában kell értékelni, így a villamos energiát használó, 4-nél nagyobb SPF-értékű fűtési technológiák terjesztése és a földgáz-megtakarítás elszámolása is kedvezőbb megítélésű lehet. A hőszivattyú a nemzeti energiahatékonyság egyik fő eszközévé válik. Vélelmezhető, hogy 2016 2020 között az ún. Heller László terv kidolgozása és megalapozása a földgáz-felhasználásának és a károsanyag-kibocsátásának jelentős csökkentését 58 biztosítaná.
Összefoglalás (2) Kormányzatunk egy kiemelt hőszivattyú-programon keresztül nagy segítséget adhat. Az EU érdekelt az energiahatékonyságban a hőszivattyús technológia széleskörű növelésében. Megítélésem szerint az EU 2021 2027-ig tartó következő időszakában a V4-ek (www.visegradgroup.eu) összefogásával eredményessé tehetnénk a hőszivattyúipart országunkban. A visegrádi csoport azon törekvés eredményeként jött létre, hogy a közép-európai régió országai az összeurópai integráció keretein belül közösen lépjenek fel a számukra fontos területeken. A Visegrádi csoport: Cseh Köztársaság, Lengyelország, Magyarország és Szlovákia regionális együttműködése. 59
Irodalom és záró gondolat A jelen előadás címével azonos című tanulmány: Polgári Szemle, 11. évf., 2015/1-3. szám, 412 429. oldal. A fenti tanulmányból rövidítve két rész: Elektrotechnika, 108. évf. 2015/3. szám, 9 11. oldal; Elektrotechnika, 108. évf. 2015/4. szám, 10 12. oldal. Fenti tanulmány rövidítve, egy-egy szakcikkben: Magyar Épületgépészet, LXIV. évf. 2015/4. szám, 13 16.old.; Energiagazdálkodás, 56. évf. 2015. 3 4. szám, 36 37. oldal. Megérett a világ, és megérett Magyarország is a hőszivattyú széleskörű alkalmazására. (...)... vegyük tudomásul, hogy a hőszivattyúk a környezet eddig értéktelennek tartott, ingyenes és kimeríthetetlen tehát megújuló termikus energiakészletét hasznosítják. Mint ilyenek, a XXI. század mindennapjainak gépei. Prof. Dr. Jászay Tamás (1929 2014) Köszönöm megtisztelő figyelmüket és várom a kérdéseket! 60