Megújuló energiaforrások alkalmazása és környezetvédelmi szerepük egy földház tervezése és építése során

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR ENERGETIKAI ÉS VEGYIPARI GÉPÉSZETI INTÉZET VEGYIPARI GÉPÉSZETI INTÉZETI TANSZÉK Megújuló energiaforrások alkalmazása és környezetvédelmi szerepük egy földház tervezése és építése során KÉSZÍTETTE: Menyhárt Ádám IV. éves műszaki menedzser alapszakos hallgató TERVEZÉSVEZETŐ: Bokros István mérnöktanár KONZULENS: Bodnár István PhD hallgató 1 Miskolc, 2014

Tartalomjegyzék 1. BEVEZETÉS... 3 2. AZ ENERGIA... 4 3. A NAPENERGIA... 6 3.1. A NAPELEMEK... 7 3.1.1. Szigetelt üzemű rendszer... 7 3.1.2. Hálózatra visszatápláló rendszer... 8 3.2. NAPELEMEK FAJTÁI ÉS FELÉPÍTÉSÜK... 9 3.3. TELJESÍTMÉNY ÉS HATÁSFOK... 11 3.4. MEGTÉRÜLÉSI IDŐ... 15 4.A NAPKOLLEKTOROK... 18 4.1. SÍKKOLLEKTOROK... 18 4.2. A VÁKUUMCSÖVES NAPKOLLEKTOR... 20 4.3. MEGTÉRÜLÉSI IDŐ... 22 5. KAZÁNOK, TÜZELŐANYAGOK... 24 5.1. FŰTŐANYAGOK ÖSSZEHASONLÍTÁSA... 25 5.2 ENERGIAÁRAK... 27 5.3 KAZÁN TÍPUSOK, HŐSZIVATTYÚ ÖSSZEHASONLÍTÁSA:... 30 5.3.1. Pellet kazán... 30 5.3.2. Faelgázosító kazán... 31 5.3.3. Vegyestüzelésű kazán... 33 5.3.4. Kondenzáció kazán... 33 5.3.5. Hőszivattyú... 35 5.5. BERUHÁZÁS, MEGTÉRÜLÉS... 38 6. ENERGIAHATÉKONY ÉPÍTKEZÉS... 41 7. ÖSSZEFOGLALÁS... 47 8. IRODALOMJEGYZÉK... 49 2

1. Bevezetés Magyarország energia szempontjából kimagasló adottságokkal rendelkezik. Hazánkban bőséges mennyiségű jó minőségű termőföldek, kellő mennyiségű víz és nagy erdősterületek állnak rendelkezésünkre. Emellett nagymennyiségben megtalálhatók a különleges megújuló energiafajták, például: - napenergia - zöldenergia, biomassza - geotermikus energia - szélenergia - Véleményem szerint ezek az energiafajták felhasználása, hasznosítása, többek között megoldást jelente, az egyszerű családok számára, a folyamatosan növekvő energiaárak kiküszöbölésére, valamint globális méretű problémára is a környezetszennyezésre. Manapság egyre több ember célja az energiatakarékos és a környezettudatos életmód kiépítése, ezért témaválasztásom célja, egy olyan koncepció bemutatása, amely nézeteim szerint gazdaságos, elérhető energiatakarékos, környezettudatos, és mindezek mellett az egyszerű családok is alkalmazni tudják. Témám komplexitásából kifolyólag csak bizonyos területekre helyezem a hangsúlyt, többek között kitérnék a napenergia, mint energiaforrás ismertetése, különböző fűtésrendszerek összehasonlítására, és egy földház jellemzése. 3

2. Az energia Az energiát, mint fogalmat kétféleképpen is definiálhatjuk: Ezek alapján az energia első megközelítése alapján az energia a munkavégző képesség mértéke. Második megközelítés szerint, az energia az anyag olyan képessége, mellyel megfelelő kölcsönhatásban más anyagok változást képesek létrehozni =változásra való képesség. Az energiát források szerint két csoportra oszthatjuk: nem megújuló energiaforrások /foszilis hordozók/ megújuló energiaforrások /megújuló hordozók/ A foszilis energiahordozókra jellemző, hogy természetes formájukban a természetben megtalálhatók, de ki kell termelni és át kell alakítani ahhoz, hogy fel tudjuk használni. A Föld készletei kifogyóban vannak, a nem megújuló energiaforrásokból, ezért áruk folyamatosan növekszik. A megújuló energiahordozók ugyancsak megtalálhatók a természetben, de természetes formában fel is használhatjuk. Jellemzően újra termelődnek, és ciklikusan állnak rendelkezésünkre. Ide tartoznak: szél-, víz-, napenergia, biomassza földhő stb. Hazánkban a megújuló energiaforrások közül legtöbben a tűzifát használják, ami a biomassza hordozók közé tartozik és a világ energia igényének 11%-át fedezi. Őket követi a vízenergia, mely az energia felhasználás kétharmadát adja, pedig a föld több mint 70%-át víz borítja. Magyarországon is csak öt nagy erőmű és harminckettő kisebb erőmű működik. A geotermikus energia fölhasználása is igen alacsony 0,44%, mivel kivitelezése drágának tekinthető a hosszú megtérülési idő miatt. Magyarország a geotermikus energia mennyiségének tekintetében kifejezetten jó helyzetben van. A napenergia, mely a legkörnyezetkímélőbb energiaforrás a világ energia felhasználásának 0,039%-át biztosítja. Legnagyobb mennyiségben rendelkezésre álló energiaforrás, melynek kihasználása, alkalmazása folyamatosan terjed, növekszik. 4

1.ábra: Megújuló energiaforrások [forrás: szkeptikus.bme.hu/2010/hartlein/energiaklub.htm] 5

3. A napenergia Magyarország területére évente négyszer annyi energia érkezik, mint amennyi jelenlegi évenkénti összes energia felhasználásunk Lukács Gergely Sándor Egyre többen hasznosítják a napenergiát, de a beruházás megtérülési ideje hosszú, ezért a családok köreiben még nem terjedt el. Hazánkban a napsugárzás értéke déli órában átlagosan: télen: 250-600 W/m2 nyáron: 600-1000 W/m2 Felhasználás tekintetében ezt a napenergiát további csoportokra bonthatjuk: aktív felhasználásról beszélünk, amikor a napsugárzás energiáját valamilyen átalakító berendezéssel (pl. napkollektor, napelem) hővé vagy elektromos árammá alakítjuk át passzív felhasználásról akkor beszélünk, amikor természetes formájában használjuk fel a napenergiát (pl. passzívház esetében hőforrás, és fényforrásként) Jelenleg a napenergia aktív felhasználását jellemzem. Külön kell választani aktív felhasználáskor, azt hogy a napenergiát, elektromos áramként, vagy hőforrásként hasznosítom. ha elektromos áramot szeretnénk előállítani a napsugárzásból, foto elektromos felhasználási módról beszélünk, amikor napelemek és egyéb kiegészítő eszközök segítségével áramot termelünk hőforrás esetében beszélünk foto termikus módról, amikor napkollektor és egyéb eszközökkel hőt termelünk, mellyel például meleg vizet állíthatunk elő fűtés kiegészítés céljából (ezt a későbbiekben fogom ismertetni) 6

3.1. A napelemek A napsugárzás energiájának foto elektromos felhasználásánál napelem segítségével elektromos áramot termelünk. A napelemek összegyűjtik a napsugárzásból származó energiát, egyenárammá alakítja át, tehát a napenergiát közvetlenül villamos energia formájában hasznosítja. A napelemek által termelt áramot kétféle rendszerben hasznosíthatjuk: Szigetelt üzemű rendszer Hálózatra visszatápláló rendszer 3.1.1. Szigetelt üzemű rendszer Alkalmazhatjuk olyan esetekben, ahol az elektromos áramot a hálózattól távol szeretnénk felhasználni pl.: Farmokon, hétvégi házakban, nyaralókban stb. A napelem által kitermelt energiát, egy arra alkalmas eszközben kell tárolni, úgynevezett akkumulátorokban. Mivel a nyert áramot a napelem 12 vagy 24 Volt-os egyenfeszültséggé alakítja, szükségünk van egy inverterre is, ami az egyenáramot a 230Volt-os fogyasztóknak megfelelő váltóárammá alakítja. Inverter: áram átalakító rendszer az egyenáramot DC váltóárammá alakítja az átalakított áramot a hálózat értékeihez állítja [napelem.net/napelemes_rendszer/inverter.php] 7

1. ábra: Szigetelt üzemű napelemrendszer [ekh.kvk.uni-obuda.hu/napelem/17-napelemek-mukodese-es-alkalmazasa.html] 3.1.2. Hálózatra visszatápláló rendszer A nyert elektromos felszültséget váltakozó feszültségé alakítja, majd ezzel látja el a fogyasztókat. Amikor nincs fogyasztás, vagy többlet termelés van, akkor a fölös energiát a hálózatra tápláljuk, amit a szolgáltatók átvesznek, és a későbbiekben, ha kevesebb a napsugárzás felhasználhatjuk. Amennyiben a megtermelt áramot nem fogyasztjuk el, a szolgáltató kifizeti a családoknak a kinyert áramot. Sajnos Magyarországon az átvételi ár nagyon alacsony. 8

3. ábra: Hálózatra visszatápláló napelem rendszer [ekh.kvk.uni-obuda.hu/napelem/17-napelemek-mukodese-es-alkalmazasa.html] A hálózatra táplált energiát egy oda-vissza mérőórával mérhetjük. A rendszer előnye a szigetelt üzemű rendszerrel szemben, hogy nincs szükség töltésszabályzóra, és akkumulátorra, ezért csökkennek a költségek. 3.2. Napelemek fajtái és felépítésük Napelemek kristályszerkezete szerint három fajtát különböztetünk meg: monokristályos polikristályos amorf-szilícium Természetesen nem csak a kristály szerkezetében van különbség, hanem különböző hatásfok, teljesítmény és eltérő előállítási költség jellemzi őket. 9

Monokristályos napelem jellemzői: - Élettartamuk 10 év 90 %-os hatásfok garancia, 25 85 %-os hatásfok garancia. - Ezek a legnagyobb hatásfokú napelemek η = 15 17% - Közvetlen fény jobban, szórt napfénysugárzást kevésbé hasznosítja - A legjobb hatásfok elérése miatt az áruk jelentősen magasabb - Magyarországon a szórt fény jellemző, ezért alkalmazása nem javasolt - Jól meg különböztető a többi napelem típustól, ugyanis színe a legtöbb esetben fekete Polikristályos napelemek jellemzői: - Hasonló hatásfokkal bírnak, mint a monokristályos napelemek η = 13 15% - Szórt fényt jobban hasznosítják, mint a monokristályosak, ezért javasolt Mo-on az alkalmazásuk - Színük kékeslila - Áruk mérsékeltebb - Élettartama, 90%os hatáfokot tekintve kb 10 év 4. ábra: Polikristályos napelem-modul [vled.hu] 10

Amorf napelemek jellemzői: - Vékony több amorf-szilícum rétegből álló napelem - Kis költségű gyártás miatt jóval olcsóbbak - Tömege nagyobb a vastag üvegfelülettel ellátott szilícium rétegek miatt - Alacsony a hatásfokuk η = 4 8%, ezért jóval többet kell elhelyezni a kellő mennyiségű energia elnyerése érdekében - A szórt fényt jobban hasznosítják, mint a közvetlent - Nagyobb felületre van szükség, és többlet súlya a tartó szerkezetet pl. tetőt megterheli 5. ábra: poli-, és monokristályos napelemek [napelem.net/napelemes_rendszer/monokristalyos_polikristalyos_napelem.php] 3.3. Teljesítmény és hatásfok A napelemek teljesítményét több tényező is befolyásolja: a fény intenzitása beesési szög, tájolás hőmérséklet, napsütéses órák száma földrajzi elhelyezkedés napelem anyaga típusa mérete stb. 11

A legjobb teljesítmény eléréséhez úgynevezett napkövető jellegű rendszert kell kiépíteni, mivel a fix telepítésű napelemek maximum hat órán át képesek energia kinyerésére. A napkövető rendszerek kiépítése jóval drágább a felhasznált eszközök miatt, és sokkal hely igényesebbek, ezért elegendő a fix rendszer megfelelő tájolása. A különböző típusú rendszerek eltérő hatásfokkal rendelkeznek, ezért a napelemekre érvényes általános hatásfok számítására alkalmas képlet a következő: A = felület nagysága [m 2 ] η = Pn E A Pn = a fény által leadott maximális teljesítmény [W] E =napsugárzás energiája [ W m 2] A hatásfok egyéb befolyásoló tényezői a hőmérséklet és a megvilágítás erősége, de nagyon érzékenyek a napelemek az árnyékokra, és a felület tisztaságára is. A kereskedelemben kapható napelemek hatásfoka: monokristályos η = 16 20% polikristályos η = 13 15% amorf η = 5 7% Magyarországra elhelyezkedése miatt jellemzően szórt fény érkezik, amit a polikristályos napelem tud a legjobban hasznosítani: Elméleti hatásfokszámítás a Manitu Solar Kft-nél kapható CANADIAN SOLAR CS6P-P 250WP polikristályos napelemre (napelem.net) Teljesítmény: P=250Wp A= 1638 982 = 1536 mm 2 1,5 m 2 E= 1352 W/m 2 [nyf.hu/others/html/megujulo/region/solaris.html] η = 250 1352 1,5 = 0,1233 100 = 12,3 %-os átlagos hatásfokot érhetünk el. 12

Hazánk elhelyezkedése napenergia felhasználás szempontjából: A megfelelő hatásfok elérésének fontos a napelemek megfelelő tájolása. Magyarország elhelyezkedése a környező országokhoz képest kedvező helyzetben van napsugárzás szempontjából, ugyanakkor jellemzően szórt fény érkezik hazánkba. A legtöbb sugárzás az Alföldet illetve Dél-dunántúli területet jellemzi, míg a legkevesebb napfény az Észak- Magyarországi régióba érkezik. 6. ábra: Magyarország globálsugárzása [ekh.kvk.uni-obuda.hu/napelem/17-napelemek-mukodese-es-alkalmazasa.html] Természetesen mindenhol befolyásoló tényező az évszakok, és az időjárás változása a napsütéses órák számában, és a hőmérsékletben. Ezen kívül figyelembe kell venni a domborzati adottságokat, ami alapján az Alföldre 2000 óra fölött, míg Észak- Magyarországra csak 1800 óra körül van a napsütéses órák száma. A domborzatnak köszönhetően ugyanakkor a magasabban fekvő területek télen másfélszer annyi napsütéses órát kapnak, mint az alacsonyabban fekvő területek. A napsugárzás mértékegysége MJ/m 2, amit napelem esetében át kell számítani W/m 2 -be 1 kw/m 2 = 3,6 MJ/m 2 = 1000 W/m 2 = 3600000 J/m 2 Ezek alapján hazánkban az Északi régióba átlagosan évente 4300 MJ/m 2 napsugárzás érkezik, ami azt jelenti, hogy: 4300 MJ/m 2 1194,44 kwh/m 2 /év (1194,44/360) x 1000 3318 Wh/m 2 /nap 13

az átlagos napi sugárzás. De mivel télen nagyobb a felhőtakaró mennyisége, és kevesebb a napsugárzás, mint nyáron így az éves sugárzott mennyiség folyamatosan változik. A következő elméletiábrákon az éves napsugárzás alakulását mutatják be havi átlagra lebontva, amin jól látszik, hogy a nyári hónapokban több napsugárzás érkezik, mint télen. A legnagyobb mennyiségű napenergia általában júliusban érkezik, mert olyankor alacsonyabb a felhőborítottság. 7.ábra A napsugárzás mennyiségének összehasonlítása [ekh.kvk.uni-obuda.hu/napelemek/17-napelemek-mukodese-es-alkalmazasa] 8.ábra Globálsugárzás és a felhőborítottság összehasonlítása 14

tájolás is. A napelem által elnyerhető energia mennyiségét, befolyásolja a megfelelő 9. ábra: Napelem tájolása [odb.hu/content/napelem] Az optimális elhelyezés Magyarországon fixtelepítésű rendszer esetén, déli tájolást 35 o -os dőlésszöget jelent, ezért egy építkezés esetében előre figyelembe kell venni a tervezésnél a ház tájolását, és a háztető dőlési szögét, ha napelem igények vannak. Fontos, hogy semmilyen árnyék pl.: kémény, fa ne érje a rendszert, mert nagy teljesítmény veszteséget okozhat. Napkövető rendszer esetén fontos, hogy a napfény beesési szöge 90 o legyen, de ez a rendszer jóval drágább tehát nem venném figyelembe vizsgálataimban. 3.4. Megtérülési idő Egy átlagos családi ház 80-100 m 2, melynek átlagos energia felhasználása 3 főre tekintve 3800 kwh évente /kp.hu/mennyi-egy-csaladihaz-energiafogyasztasa/ Csúcsidőben az Émász árszabása szerint: 1kW áram ára P = 43 Ft bruttó Ezt az energia igényt körülbelül egy 3,5 Kw-os hálózatra visszatápláló rendszer tudná biztosítani. 15

A Freen Energy Team Kft ajánlása alapján a SOLAR MEDIUM 3,5 kwp mapelem rendszer ára (beépítéssel tartószerkezettel és az egyéb szükséges eszközökkel) P = 3,5 millió Ft Ez a rendszer 14db egyenként 250W-os teljesítményű napelemből áll, melynek várható teljesítménye η = 3,5 kwh, A várható éves termelése 4000 kwh, aminek az ára az Émásznál P = 4000 x 43 = 172000 Ft lenne. Tehát ez a rendszer fedezni tudná egy háromtagú család energia igényét. Napelem rendszer ára P = 1500000 Ft Éves Émász díj P = 165000 Ft MEGTÉRÜLÉSI IDŐ = 1500000 165000 9 év A beruházás 9 év alatt teljesen kitermeli az árát, de ha figyelembe vesszük azt, hogy egy napelem élettartama 25 év, akkor: 25-9 = 16 év 16 x 165000 = 2640000 Ft-ot spórol meg nekünk a következő 16 évben (az villamos energia ár növekedésének figyelembe vétele nélkül) Ha figyelembe vesszük a folyamatosan növekvő energia árakat, és a különböző lehetőségeket (mellyekkel akár harmadára is csökkenthetjük a rendszer árakat), a megtérülési idő jóval rövidebbre csökkenhet, ráadásul egy abszolút környezetkímélő technológiáról beszélünk. Ezért, én javasolnám a jövőben a napelemes rendszerek alkalmazását. 16

Előnyök: Alkalmazása nem helyhez kötött 1. Csökkenti a költségeket 2. Helytakarékos mivel háztetőre építhető 3. Hosszú élettartam, és teljesítmény garancia 4. Környezet tudatos 5. Pályázatok, támogatások elérhetők hozzá 6. Fejlesztések miatt egyre olcsóbb, elérhetőbb Hátrányok: 1. Változó teljesítmény az évszak, időjárás stb. függvényében 2. Magyarországon alacsony áron veszik át a megtermelt energiát 3. Magánszemélyeknek kevés a támogatás 4. Jelenleg magas árakon elérhető 17

4.A napkollektorok A napenergia felhasználásának aktív lehetőségein belül nem csak fotoelektromos, hanem fototermikus használatról is beszélhetünk. Fotomtermikus felhasználás esetében a napenergiát átalakító berendezés segítségével, napkollektorral hővé alakítjuk át. A napkollektorok működése felépítése A kollektorok működési elve hasonló, mint a napelemeké, mivel ezzel az eszközzel ugyanúgy napenergiát alakítunk át, de nem elektromos áramhoz, hanem meleg víz vagy fűtés kiegészítésre. Kollektorok működését, hatásfokát ugyanúgy, mint a napelemeknél, nagyon sok tényező befolyásolja pl. a hőmérséklet, napos órák száma, beesési szög, és hő veszteségek. A veszteségek csökkentése érdekében különböző felépítésű kollektorok léteznek, amik közül három fajtát különböztetünk meg: síkkollektorok vákumos síkkollektorok vákumcsöves napkollektorok 4.1. Síkkollektorok A leggyakrabban alkalmazott kollektor típus, aminek felépítése és működése is egyszerű. A szerkezet legfelső biztonsági üveglapján átáramlik a napsugárzás, majd elnyelődik az abszorberben, ami a hozzá csatlakoztatott csővezetéket, illetve a benne áramoltatott folyadékot felmelegíti. A felmelegedett folyadékot egy keringető szivattyúval elvezetjük egy hőcserélő tartályba, ahol a folyadék át adja a víznek a hőt. A felmelegedett vizet fürdésre, medencefűtésre, kiegészítő fűtésként is lehet alkalmazni. [solartisnapkollektor.hu/napkollektor-mukodese.php] 18

Felépítésük: A kollektor legfölső részén található a biztonsági üveg, aminek feladata a sugárzás legnagyobb mértékű elnyelése, és az abszorber hőveszteségének csökkentése. Nagy tisztaságú erős üveg. Az abszorber a kollektor fényelnyelő lemeze, ami fekete színű matt felületű. Feladata az elnyelt sugárzás átalakítása hőenergiává, majd a hőátadása a kollektorban keringő folyadéknak. A kollektor ház, ami az egész rendszert magába zárja, megakadályozza a környezet és a kollektor kölcsönhatásba lépését, teljes szigetelést biztosít. Anyaga könnyűfém, általában alumínium, ami ellenáll az időjárás viszontagságainak. A házban az abszorber mögött található a csővezeték, mely a folyadékot szállítja. Általában rézcsövet alkalmaznak a jó hővezetés miatt. A fagyás veszély miatt a rendszert fagyálló folyadékkal töltik föl, ami a csővezetékben kering. Illetve gyapot alapú hőszigetelő lemezeket is alkalmaznak. A kollektor egyéb tartozékaiban található egy vezérlőegység, mely szabályozza a rendszert, pl.: be és kikapcsolja a keringető szivattyút. A rendszert nem elég ellátni egy szivattyúval, ami a közeget keringeti. Szükség van egy tágulási tartályra is, ami lehetővé teszi a közeg térfogat változását. Mivel a napsütéses órák száma napszaknak, és évszaknak megfelelően is változik, be kell építeni egy tároló tartályt is, ami az előállított meleg vizet tárolja, amit később felhasználhatunk. 10. ábra: Síkkollektor [ocean-l.hu/tkr/index.php?cat=53] 19

4.2. A vákuumcsöves napkollektor [permanet.hu/katalog/solar/solsys.php#sc] A vákuumcsöves rendszerek felépítése egy duplafalú üvegcsőből áll. A belső üvegcsövet abszorberrel vonják be, ami a hőtermelést biztosítja, míg a külső cső egy fényáteresztő biztonsági üvegcső. A két cső között vákuumot hoztak létre, mellyel csökkentik a hőveszteségeket és elszigetelést biztosítanak a környezettől. Működése Az egymással párhuzamosan elhelyezkedő vákuumcsövek a napsugárzásból kinyert energiát hővé alakítják, majd egy közös fűtőcsőbe vezetik, melyben víz és alkohol keveréke van. Az alkoholos keverék a vákuum miatt alacsony hőmérsékleten forrásnak indul, és elkezd párologni. Az elpárologtatott folyadék felszáll a hőgyűjtő patronba, ami egy közös idomon keresztül átadja a hőt a víznek. Miután a meleg levegő átadja az energiáját (lehűl), visszaalakul vízzé így a folyamat ismétlődik. A vákuumcsöves kollektor alkalmazása Magyarország elhelyezkedése és klímája miatt jobb, mint a síkkollektor, mivel a vákuumcsöves rendszer a kisebb hőveszteségek miatt rossz időben is alkalmazható. Árban viszont jóval drágábbak. 11. ábra: Vákuumcsöves kollektor működése [ekh.kvk.uni-obuda.hu/napkollektorok/6-napkollektorok-mukodese-esalkalmazasa.html] 20

1. táblázat: Kollektor fajták összehasonlítása Jellemzők Síkkollektor Vákuumcsöves kollektor Hőátadás Konvekcióval Párologtatással Hőszigetelés Kell Nem kell Hőveszteség Nagy Kicsi Hatásfok: Rosszabb hatásfok Jobb hatásfok Technológia Egyszerű Bonyolult Ár Olcsó Drága Hatásfok, teljesítmény A kollektorok teljesítményét nagyrészt ugyanazon tényezők befolyásolják, mint a napelemét. A különböző felépítés miatt hatásfok különbségek vannak, ezért nagyon fontos a megfelelő tájolás. Az ideális tájolás délről nyugatra 60 kelet felé 30 fokon belül. A hatásfokot rengeteg tényező befolyásolhatja, amiket figyelembe kell venni a számításnál, ezért nemzetközi szabványt hoztak létre a számításához: η = η 0 a1 ΔT G η = hatásfok a 2 ΔT2 G η 0 = kollektor optikai hatásfoka a 1 = az elsőfokú hőveszteségi együttható a 2 = másodfokú hőveszteségi együttható ΔT = kollektor-levegő hőmérséklet különbsége ΔT 2 = kollektor közepes hőmérséklete: tki +tbe G = kollektor felületére érkező globális napsugárzás 2 A kollektor a napsugárzás csak egy részét alakítja át és napsugárzás intenzitásától, és a hőmérséklettől függően folyamatosan változik a hatásfoka. 21

Ezért pillanatnyi értékeit hatásfokgörbével jellemezzük, melynek számítása x= ΔT G [k x m W ] Ahol G= a napsugárzás intenzitása W/m 2 ΔT= kollektor-környezeti hőmérséklet különbsége Például átlagos nyári napsugárzás 600-1000W/m 2 között van G= 800W/m2 A hőmérséklet 20 celsius fok kollektor hőmérséklete 60 celsius fok: ΔT= 60-20= 40 celsius fok η= 40 = 0,05 x 100= 50% a hatásfok 800 A kollektor önálló hatásfoka nem mérvadó, mivel a külső befolyásoló tényezők nem csak a kollektort, hanem az egész rendszert befolyásolják, így a teljes rendszert érdemes vizsgálni. 4.3. Megtérülési idő A megtérülési idő számításánál figyelembe kell venni, hogy milyen rendszert szeretnénk, milyen felhasználással kiépíteni. Kétféle rendszer közül választhatunk: - meleg víz előállító rendszer, ahol akár az éves meleg víz szükségletünk 80%-át is fedezhetjük. - fűtés rendszer esetében figyelembe kell venni azt, hogy a beruházási költség jóval nagyobb, ráadásul a téli hónapokban, amikor fűtésidény van a kollektor hatásfoka jóval kisebb, ezért csak kiegészítő fűtésként tudjuk alkalmazni. Magyarországi klíma viszonyok miatt javasolt a vákuumcsöves kollektorok használata, aminek az ára magasabb mint a síkkollektoroké. Egy átlagos család átlagosan 250 liter meleg vizet használ el naponta: 250l = 0,25 m 3 x 365 nap = 91,25 90 m 3 Átlagos meleg víz ára Magyarországon = 1000Ft/m 3 Tehát 90 x 1000 = 90000 Ft/év az éves meleg víz ára. [naplopo.hu síkkollektor mintapélda ] 22

A naplopó Kft. ajánlata alapján egy komplett rendszer nettó P = 460 000Ft melegvíz előállításához szükséges hőmennyiség Q MHV = 1,2 x C x ρ x V x ( tn x th ) = 1,2 x 4,18 x 1000 x 250 x ( 50-10) = 50,16 MJ C = fajhő V = elhasznált vízmennyiség Q HMV 5088 KWh/ év A kollektor abszorber felülete = 4 m 3 = 2 db Az éves hőtermelés Q = k x N x A x Q = 1x 2 x 4 x 619,15 = 4953,2 KWh k = korrekciós tényező Q = éves kollektor által hasznosított napenergia Szoláris arány = 4953,2 5088 = 0,9735 %-ot állít elő az éves HMV igényből a napkollektor, ami azt jelenti évente 87615 Forintot spórolunk a kollektorral, így a megtérülési idő: 46000 87615 = 5,2 év Előnyök: - viszonylag alacsony beruházási költség - csökkenti a költségeket - egyszerű alkamazni - könnyen felszerelhető - 0%-os környezetkárosítás - hosszú élettartam ( 25 éves teljesítmény garancia ) - sok területen alkalmazható pl.: mezőgazdaság, aszalás, medencefűtés, meleg víz előállítás - pályázat segítéségével rövid megtérülési idő 23

Hátrány: - téli időjárást figyelembe véve, a kevés napsugárzás miatt, teljesítménye alacsony, így csak hűtés kiegészítésre alkalmas - a rendszer csak 40-50 Celsius fokos meleg vizet képes előállítani - kiegészítő eszközök pl.: meleg víz tartály nagyobb mérete miatt több helyre van szükség Véleményem szerint a kollektor alkalmazását a beruházási költségek miatt nem javasolnám csak meleg víz előállításra viszont fűtésre nem alkalmas. Egy nyaral esetében meleg víz előállítására tökéletes, mivel nyáron a legnagyobb a hatásfoka. 5. Kazánok, tüzelőanyagok Jelenleg a legtöbb magyar család a fűtésrendszerek közül gázkazánt vagy fatüzelésű kazánt alkalmaz. A gáz árának folyamatos emelkedése miatt, és a környezetvédelem érdekében rengeteg alternatív lehetőség nyílik más fűtésrendszerek, kazánfajták alkalmazására, amik kisebb káros anyag kibocsátással és gazdaságosabban dolgoznak. A különböző kazánokat sokféleképpen osztályozhatjuk. Osztályzás hőcserélő anyaga szerint: - öntött vas - ötvözött alumínium - acéllemez, rozsdamentes acél tüzelőanyag szerint: - szilárd (fa, szén, lignit) - folyékony (olaj, gázolaj) - gáz - elektromos - vegyes (olaj+hulladék, olaj+fa, olaj+gáz) 24

égéstermék elnevezése szerint: - kéményes - kémény nélküli - füstcsöves kialakítás szerint - faelgázosító - vízcsöves - füstcsöves (a füstcsövet a kazán vízterén keresztül vezetik el) Aszerint, hogy hányszor halad végig a füstgáz a kazánon megkülönböztetünk: - egyhuzamú (kis teljesítményű) - kéthuzamú (faelgázosító kazán, ahol a füstgáz kétszer végig halad a kazánon miközben hőét átadja a fűtőközegnek) - háromhuzamú 5.1. Fűtőanyagok összehasonlítása A gáz a legelterjedtebb fűtőanyag ma Magyarországon (a családok legnagyobb része gázfűtést alkalmaz) Földgáz fűtőértéke igen magas H 30-50MJ/kg Általában külső területeken helyezik el a gáztartályokat, amiből a földgázt automatikusan fel tudják használni (vagy hálózati csővezetéken érkezik) CO 2 kibocsátása 254 g/kwh, korlátozott mennyiségben áll rendelkezésre, foszilis energiahordozók közé tartozik, ezért az ára folyamatosan növekszik jelenleg a többi fűtőanyaghoz képest drágának tekinthető, de jóval olcsóbb, mint az elektromos fűtés. A fűtőolaj A 70-es években kezdett elterjedni a fűtőolajok használata, melynek a földgázhoz hasonlóan nagy a fűtőértéke H 40MJ/kg. Tárolásához tartályra van szükség, ami nagy helyigényű. Az olajárak folyamatos emelkedése miatt kevésbé alkalmazzák. 25

A vegyestüzelés Fa, hulladék, olaj, szén, stb. felhasználása vegyestüzelésű kazánban, aminek az előnye, hogy bármilyen fűtőanyagot felhasználhatunk a hő előállításához. Éppen ezért alkalmazása nagyon gazdaságos és hosszú távú. A vegyestüzelésű kazánok működtetése nem automatikus, emberi erőforrást igényel, fűtőanyag elhelyezése nagy helyigényű. Káros anyag kibocsátása nagyon magas, és sok égéstermék halmozódik fel. A szilárd tüzelőanyagok Fa Ősidők óta alkalmazott tüzelőanyag. Két csoportra bonthatjuk: - keményfák: akác, tölgy, bükk - puhafák : nyárfa Keményfák jobban alkalmazhatók tüzelésre, mivel magasabb a fűtőértékük, nagyobb parazsat tartanak, több hőt termelnek. A keményfák ára P=12-22000Ft/m 3 között változik. A keményfák közül az akác rendelkezik a legkisebb nedvességtartalommal (35%), ezért a friss vágás is jól ég. Nagy sűrűségű ezért viszonylag nehezen gyullad be. Fűtőértéke H 14,7MJ/kg. A tűzifa alkalmazása helyigényes, nagymennyiségű égéstermék keletkezik. Megújuló energiahordozók közé tartozik, mert a foszilis energiahordozókkal szemben újratermelődik. Alkalmazása hagyományos fatüzelésű kazánban, kandallókban történik, de a káros anyag kibocsátás csökkentése érdekében létrehoztak egy új fatüzelésű fűtőrendszert, úgynevezett faelgázosító kazánt. Pellet Megújuló energiahordozók közé tartozik. Teljesen természetes anyagból készül, mivel forgácsot, faaprítékot, vagy fűrészport nagynyomással 6-8mm-es átmérőjűre, és 20mm hosszúra préselik. A pellett összetevőinek kötőanyaga a fában található ligin. Nagyon kevés káros anyag és égéstermék keletkezik égése közben ezért nagyon 26

környezetbarát. Nedvességtartalma csekély 10% fűtőértéke 20MJ/kg magasabb, mint az egyéb anyagoké. Folyamatosan újratermelhető. 1m 3 pellet tömege 650 kg, amiből 3250KWh energia állítható elő. Ára nettó 54Ft/kg így 3250KWh-nyi energia 35100 Forintból állítható elő. Helyigénye kicsi. Szén Foszilis energiahordozók közé tartoznak. Fűtőértéke H 10-20 MJ/kg között van. Vásárlás után azonnal felhasználható nem kell szárítani. Tárolásához elkülönített tárolóra van szükség, mert nagy szennyeződést okoz. olcsóbb, mint a tűzifa és a pellet. 5.2. Energiaárak Gáz Egy átlagos családi házban évente Q=1850 m 3 körüli gázmennyiséget használnak fel fűtésre. Gáz fűtőértéke H=34MJ/kg Éves össz gázenergia fogyasztás: E= H x Q = 62900MJ/év Mivel évi 41040 MJ-tól több energiát használnak el évente így a tigáz díjszabásainak megfelelően a második ártartományba tartoznak, azaz >20m 3 /h E max > 41040MJ/év Tehát az éves alapdíj: P alap = 14633Ft/év Gáz ára a második árkategóriába P g2 = 2,035 Ft/MJ Így a gáz áráért fizetendő éves díj: P össz = P alap + E max x P g1 + (E év - E max ) x P g2 P g = 14633 + 41040 x 2,616 + (62900 41040) x 2,035 166479 Ft/év P g1 = 1. kategóriába tartozik (20 m 3 /h-tól kevesebbet fogyasztók = 2,616 Ft/MJ) Tételezzük fel, hogy a gázt csak fűtésre alkalmazzuk, így 166479 12 13874 Ft/hó-ra bontható le 27

Tűzifa Akác Fűtőértéke: H=14,7MJ/kg Ára: P = 28Ft/kg Fűtés időszakban kb. 2,5m 3 fa szükséges (de ez függ a fa nedvességtartalmától, kazán hatásfokától, külső hőmérséklettől stb.). Az öt hónapos téli időszakot nézve kb. 12,5m 3 fa szükséges. Ahhoz hogy, ugyanannyi energiát termeljünk, mint a gázzal (62900MJ): 62900 14,7 4273kg akác kell, ami kb. 12,6m 3 ha azt vesszük figyelembe, hogy egy év száradás után 1m 3 fa súlya 500kg. A felhasznált tűzifa mennyiségének ára: szump = Q x P = 4273 x 28 119810 Ft/év, ami azt jelenti, hogy fatüzeléssel évente kb. 166479 119810 = 46669 forintot tudunk spórolni. Szén Fűtőértéke: H = 3400 kcal kg (1 kcal kg 14235 J/kg 14,3 MJ/kg = 4,1868 KJ/kg = 4,16868 x 10 3 MJ/kg P 0 = 16,5 Ft/kg Ahhoz, hogy 62900 MJ-nyi energiát előállítsunk 62900 szükségünk. Ennek az ára: szump = 4399 x 16,5 72577 Ft/év 14,3 4399 kg szénre van Tehát az eddigi vizsgálataim alapján a szén a legolcsóbb tüzelőanyag, használatával a gázhoz képest közel 93902 forintot tudunk spórolni évente. 28

12. ábra: Feketeszén Pellet Fűtőértéke: H = 20 MJ/kg Ára: P = 54 Ft/kg Szükséges mennyiség 62900 MJ-nyi energia előállításához: 62900 20 = 3145 kg Ennek az ára: szump = 3145 x 54 = 169830 Ft Számításaim alapján a pellet ára évente közel 3000 Ft-tal kerül többe, mintha gázzal fűtenénk, ugyanakkor a pellet teljesen környezetkímélő. 13. ábra: Pellet 29

Fűtőolaj, gázolaj Fűtőértéke: H = 41,5 MJ/kg Ára: P = 427 Ft/l Szükséges mennyiség: 62900 41,5 1516 kg Ennek a mennyiségnek az ára szump = 1516 x 427 647189 Ft Az összehasonlított tüzelőanyagok közül a gázolaj volt a legdrágább, és a szén a legolcsóbb. 5.3 Kazán típusok, hőszivattyú összehasonlítása: A leggyakrabban alkalmazott tüzelőanyag hazánkban a gáz, de a foszilis energiahordozók mennyiségének folyamatos csökkenése, és egyre növekvő áruk miatt egyre többen keresnek és alkalmaznak más lehetőségeket. Ha szeretnénk új szolgáltatótól független megoldást találni sok lehetőség közül választhatunk. Ebben a részben négy féle kazánfajtát fogok vizsgálni: - pellet kazán - vegyestüzelésű kazán - kondenzációs kazán - faelgázosító kazán 5.3.1. Pellet kazán A pellet tüzelésű kazánok egyre jobban terjednek modern és energiahatékony technológiájuk miatt. Tüzelőanyaga a pellet, ami természetes alapú, így ökológia szempontból abszolút környezetkímélő. Hasonlóan komfortos rendszer, mint egy modern gázkazán, mivel tárolójának köszönhetően a pellet adagolása és a kazán működése teljesen automatikus. Kompakt kazán esetén a tároló rész, adagoló és a kazántest is egy készüléktestben van, amit egy automatika működtet. Más esetben a kazántest és az adagoló, tároló egység függetlenül helyezkedik el egymástól. A természetes faanyagú pellet elégetése után elenyésző mennyiségű hamu, égéstermék keletkezik, amit a kazán automatikusan is el tud távolítani. A pellet a fával szemben nagyon alacsony mindössze 10%-os nedvességtartalommal rendelkezik, ezért a pelletkazánok hatásfoka kimagaslóan jobb ( η = 85-90 % ), mint a fatüzelésű kazánoké. Ennek következtében a káros anyag kibocsátás is alacsony. A teljesen szabályozott égés miatt nincsenek teljesítményi ingadozások. 30

14. ábra: Pellet kazán metszet [test.solar-xl.hu] 5.3.2. Faelgázosító kazán A faelgázosító kazánok a hagyományos tüzelésű kazánokkal szemben az alkalmazott modern technológia miatt sokkal gazdaságosabbak és működésük környezetbarátabb. Mivel az égés szabályozott körülmények között zajlik, így nagyobb hatásfokkal bírnak η = 70-80%. A szabályozott égést egy mechanikus huzatvezérlővel szabályozzák, ami a vízhőmérséklet függvényében automatikusan állítódik. A felépítése eltérő a hagyományos kazánoktól mivel dupla égésterűek. A kazán felső részébe rakjuk az eltüzelni kívánt famennyiséget. A kazánajtó nagy mérete, és a tökéletes égés miatt nem kell hasogatni a fát, könnyedén beleférnek nagyobb rönkök is. A kazán felső részében történik az úgynevezett faelgázosítás egy ventillátor segítségével, ami biztosítja az állandó kellőmennyiségű levegőt. A keletkező forró füstgázokat a hagyományos kazánoknál a kéményen keresztül vezették el, így nagy mennyiségű hőmennyiséget 31

veszítettek és a kazán hatásfoka maximum 40-50% volt. A faelgázosító kazánokban keletkező füstgázt egy kerámia testben elvezetik az alsó részbe, ahol a gázok másodlagos égése nagy hőmérsékleten égnek, ezért a kazán hatásfoka akár η= 85% fölött is lehet. A másodlagos égésnek köszönhetően a kiáramló füstgázban az összes éghető anyag elég, ezért a kiáramló végtermékben nagyon kismennyiségű szennyező anyag van. A hagyományos kazánok füstgáza 4-500 Celsius fokon távozik a kéményből a környezetbe, ezzel szemben a faelgázosító kazánból távozó füstgáz hőmérséklete mindössze 180-240 Celsius körül van, mert a füstgáz hőjét a fűtés rendszer hasznosítja. Ezzel csökken az üvegházhatás, nő a gazdaságosság. Hátránya a faelgázosító rendszernek, hogy a tüzelőanyagnak tárolót kell kialakítani, és 4-5 óránként meg kell tölteni. A földgázas fűtés rendszerektől jóval gazdaságosabb, és olcsóbb. Hagyományos fatüzelésű kazánnal szemben is gazdaságosabb, mivel ugyanannyi fával akár 3 órával tovább fűthetünk a szabályozott égésnek köszönhetően. [ezermester.hu/cikk-1487/atmos_faelgazosito_kazan] 15. ábra: Faelgázosító kazán metszet [faelgazosítokazan.org] 32

5.3.3. Vegyestüzelésű kazán Röviden kitérnék rá, mert a kazánnak vannak előnyei és hátrányai is, de abszolút nem környezetkímélő. Hagyományos kazánokhoz hasonló működésű, csak a kazán más anyagból készül. Magas hőmérsékleten égeti a tüzelőanyagot, ezért sok káros anyag távozik a füstgázzal. Füstgáz nagy hőmérsékleten távozik a kéményen keresztül, így növeli az üvegházhatást. Fűtőanyagként fa, szén, pellet, hulladékok és egyéb anyagok is felhasználhatók. Folyamatos munkaerőt és figyelmet igényel a működtetése. A kazán ára olcsóbb, mint a pellet és a faelgázosító kazánoké, de hatásfoka is jóval alacsonyabb. 16. ábra: Vegyestüzelésű kazán [netkazan.hu] 5.3.4. Kondenzáció kazán Tüzelőanyaga a földgáz, aminek az ára igen magas, ezért a jobb hatásfok miatt érdemes a régi gázrendszert korszerűsíteni. A gáz égése során füstgáz keletkezik, ami az alacsony hőmérséklet miatt kondenzálódik, kicsapódik. A hagyományos kazánoknál biztosítani kellett a kicsapódás elkerülését, amit a fűtésrendszer vízének az állandó 90 Celsius fokon tartásával tudtak elérni, így nem hűlt le a füst a kondenzációs hőmérsékletre. Ekkor a füstgáz könnyedén elillant, de fölösleges hőmennyiség 33

keletkezett, és a környezetbe távozott. Ezt a hőmennyiséget hasznosítja a kondenzációs kazán, így növelve a hatásfokot. Ahhoz, hogy a kazán ezt a hőt fel tudja használni, hőcserélőt kell alkalmazni, ami a füstgázt harmatpont alá hűti, és az így keletkezett kondenzvizet egy kondenztárolóban gyűjtik össze. Az összegyűjtött kondenzvíz hőjét használja fel a fűtésrendszer. Alkalmazása fal és padlófűtés esetén javasol. Nagyobb hatásfok miatt kevesebb gáz fogy. A rendszer hatásfoka akkor is növekszik, ha a terhelés csökken, mivel ilyenkor növekszik a kondenzáció. A kondenzációs kazánok nem tartoznak a legmodernebb kazánok közé, és nem is környezet barát technológia, de gazdaságosabb egy régi hagyományos gázkazánnál. 17. ábra: Hagyományos és kondenzációs gázkazán összehasonlítása [szeretnivalo.hu] 34

5.3.5. Hőszivattyú Megújuló energiák felhasználása terén jelentős szereppel bír. Alkalmazhatjuk egyszerre fűtésre és hűtésre is. Fűtés esetében felveszi pl. talaj hőmérsékletét, majd azt megnövelve átadja a fűtendő helységnek. A közeg, amiből felveszi a hőt, lehet talaj, levegő, talajvíz. A levegő elhanyagolható, mivel nyári napokon a magas külső hőmérséklet miatt hűtésre kevésbé alkalmas, télen pedig az alacsony hőmérséklet miatt kicsi a hatásfoka. Geotermikus energia mennyiséget tekintve Magyarország jó helyzetben van, bár nem áll rendelkezésünkre mindenhol. Az átlagos geotermikus hő 5-8 Celsius fok között van hazánkban, ami a többi országhoz képest másfélszer nagyobb. A föld belseje felé haladva 100 méterenként átlagosan 60 Celsius fokkal emelkedik a hőmérséklete. Kitermelése szivattyút igényel, és a rendszer kiépítése nagy anyagi ráfordításokkal jár. A talajnál, mint fűtőközegnél két megoldásról beszélhetünk. Az elsőnél úgynevezett talaj kollektorokat használnak 1-1,5 méteres mélységben, ahol a hőmérsékletingadozás a levegőhöz képest jóval kisebb, és télen az átlaghőmérséklet is magasabb. A másik lehetőség egy függőlegesen beépített talajszonda 60-70 méter mélyben elhelyezve. A hőszivattyú működéséhez állandó hőmérsékletre van szükség. Talajkollektoros rendszer kialakítása új ház építése esetén ajánlott, mivel a talajban az említett 1-1,5 méteres mélységben több száz méter hosszú csővezeték rendszert kell lefektetni, ráadásul a kellő mennyiségű fűtőteljesítmény eléréséhez a fűtött hely alapterületének 1-3-szorosát kell beépíteni. Tehát a terület igénye is igen nagy. A talajba fektetett csövek anyaga általában kemény pvc-vel burkolt rézcsövek vagy polietilén csövek. A fűtőteljesítményt befolyásolja a talaj nedvességtartalma, talajvízhő, hővezetőképesség, de átlagosan 20 W/m 2 rel számolhatunk. 35

18. ábra: Talajkollektoros hőszivattyú rendszer [odb.hu] Talajszonda esetében a nagyobb hatásfok elérése érdekében sokkal mélyebbre 50-200 méter mélyre fúrnak egy kb. 150mm átmérőjű lyukat. Ebbe a lyukba függőlegesen elhelyeznek egy U alakú szondát, amiben a fűtőfolyadékot helyeznek el. Az U alakú szondában keringetik a folyadékot, ami biztosítja a hőátadást. Így akár 100W-os fűtésteljesítmény is nyerhető. 36

19. ábra: Talajszondás hőszivattyú rendszer [celsiustherm.hu] A hőszivattyúk egyébként gőzkompresszor elvén működnek, de léteznek abszorpciós hőszivattyúk is. A gőzkopressziós működés lényege, hogy a zárt csőrendszerben a fűtőfolyadékot gőzölögtetik, ami egy kondenzátor segítségével lecsapódik, és a kondenzátor csőfala átadja a hőt a fűtendő helyiségnek, vagy víznek. Az átalakult cseppfolyós fűtőközeg egy folytószelepen keresztül expandál, és hőmérséklete lecsökken, elpárolog. Ez az alacsony hőmérsékletű gőz visszakerül a külsőoldali hőcserélőbe, amit a környezet felmelegít. A felmelegedett gőzt a hőszivattyú összesűríti, és a folyamat megismétlődik. A kompresszorból kijövő gőznek kellő hőmérsékletet kell elérnie ahhoz, hogy a termodinamika II. főtétele érvényesüljön, azaz csak a melegebb helyről tud a hidegebb felé áramolni a közeg. De ugyanez érvényes a kondenzátor másik felére is, vagyis az expanzió csak akkor jön létre, ha kellő hőmérsékletre hűtjük a folyadékot, mivel a hidegebb helyről sem áramlik a meleg felé a közeg. Továbbiakban a termodinamikai folyamatokat nem részletezném, mivel vizsgálataim szorosan nem arra irányulnak. 37

20. ábra: Hőszivattyú működési elve [geotermikus-hoszivattyu.blog.hu] 5.5. Beruházás, megtérülés Különböző kazánok beruházásánál és megtérülési idejénél nagyon eltérő adatokat számíthatunk. Ahhoz, hogy az igényeinknek megfelelő fűtésrendszert építsenek ki nem elegendő az árakat figyelembe venni, hanem el kell dönteni, mivel szeretnénk fűteni, mennyi energiát, és időt tudunk ráfordítani a kazán működtetésére stb. Mennyire szeretnénk környezet tudatosan élni, illetve milyen mértékben szeretnénk függni a szolgáltatóktól. Ezek alapján az én szempontjaim közé tartozik a megújuló, és környezetkímélő fűtő anyagok felhasználása. Kazán működtetése kevés odafigyelést igényeljen, felépítése és beépítése egyszerű legyen. Hozzávetőleges kazán teljesítményszámítás Épület szigetelési típus alapján egy az EnEV szabványnak megfelelő épülethez szükséges kazánteljesítmény 110-60 W/m 2 Így kiszámítható a hozzávetőleges teljesítmény: 100m 2 x 80 W/m 2 = 8000 W= 8 kw 38

Hozzávetőlegesen 8 kw-os teljesítményű kazán szükséges 100 m 2 - es ház fűtéséhez. [Az energiatakarékos építkezés kézikönyve] Faelgázosító kazán Szakszer Kft ajánlata alapján ATMOS DC 18 S típusú faelgázosító kazán akciósan 362700 Ft-ba kerül, aminek a teljesítménye 14-20 kw között van. Az előző vizsgálataim alapján kiderült, hogy az éves földgáz ára: p G =166479 Ft Míg a fűtésre felhasznált éves famennyiség ára: P F =119810 Ft A megtakarítás: P m = 50525 Ft/év ami alapján a megtérülési idő: 362700 46669 7,5 év Pellet kazán Szakszer Kft további ajánlata alapján ATMOS D 20 P típusú pelletkazán, ami 6,5-22 kw közötti teljesítménnyel bír, és 505800 Ft-ba kerül Megtérülési időt sem a gázhoz sem fához viszonyítva nem tudunk számítani, mert a pellet drágább tüzelőanyag. Hőszivattyú Geoterm.co.hu árajánlata alapján 12,5 kw-os hőszivattyú rendszer beépítéssel, tervezéssel együtt 3000400 Ft-ba kerül A hőszivattyú működtetése csak villamos energiát igényel, ekkor a szivattyú COP értéke = 4 Éves hőszükséglet: hőszivattyú x fűtésidő 6 x 2000 = 12000 kwh Éves áramfogyasztás : éves hőszükséglet x COP 12000 : 4 = 3000 kwh 39

így a hozzávetőleges áramdíj: Nappal 3000 x 38,4 Ft x 0,6 = 69120 Ft Éjszakai 3000 x 25 Ftx 0,4 = 30000 Ft szum fűtés költség = 99120 Ft Megtérülési idő = 3000400 67359 44 év A hőszivattyú megtérülési idejének a számításánál a hoszivattyubolt.hu kalkulátorát vettem segítségül. A különböző kazánfajtáknál a kiegészítő eszközök, és a beszerelés költségeit nem vettem figyelembe, csak a készülék árát a beruházás, megtérülés számításához. Összegzés A fűtésrendszereket vizsgálva arra a következtetésre jutottam, hogy a legjobb beruházás a faelgázosító rendszerben van. Környezetbarát, kevés felügyeletet igényel mechanikus működésű és gazdaságosabb a hagyományos fa- és földgáztüzelésű kazánrendszereknél. Ára alacsonyabb, mint a vizsgálataimban összehasonlított más rendszereké. Véleményem szerint a jövőben a legjobb fűtésrendszert a hőszivattyúval és a pelletkazánnal lehet megvalósítani. A technikai fejlődésnek köszönhetően, ha a hőszivattyú olcsóbban megvásárolhatók lesznek vagy különböző pályázatok, támogatások igényelhetők lesznek rá, sokan fogják alkalmazni, beszerelni. Pelletkazán beruházás is gazdaságosabb lesz, ha a jövőben a pelletállást, pelletkészítést otthon is megtudjuk valósítani, mivel teljesen automata és ritkán igényel munkaerőt. Figyelmükbe ajánlanám azoknak, akik nem tudnak foglalkozni a kazán működtetésével. 40

6. Energiahatékony építkezés A családi számlák csökkentésénél nem elég az energiatakarékos minőségi eszközök alkalmazása. Környezet tudatos szemléletnél figyelni kell arra, hogy pl. a fogyasztókkal a legkevesebb energiát használjuk, így csökkentve a CO2 kibocsátását és az áramfelhasználását. Ma már különböző alternatív lehetőségek léteznek a villanyszámlának csökkentésére, aminek a legegyszerűbb módja az izzók energiatakarékosra cserélése. 21. ábra: Hagyományos és energiatakarékos izzó [maxilighting.hu] De mivel Magyarország napsütéses óráinak száma évente átlagosan eléri a 2000 órát, így érdemes kihasználni ezt a természetes fényforrást. Egy modern technológia segítségével ingyen természetes napfénnyel világíthatunk napközben akár egy megvilágítatlan helységben akár a ház egy sötétebb részén. Ez a modern technológia a fénycsatorna rendszere, mellyel ingyen fényforrást kaphatunk. Felépítés szerint kétféle fénycsatornát különböztetünk meg: - merev fénytovábbító cső - flexibilis fénytovábbító cső 41

Szerkezeti felépítés tekintve: A merev fénycsatorna áll: - Egy kupolából melynek anyaga polimetakrilát, ami ellenáll az időjárás hatásainak és teljes fényátbocsátást biztosít -3 db fénytovábbító csőből, amik alumíniumból készülnek, belső felületük pedig fényvisszaverő bevonattal vannak ellátva - Egy könyökcsőből ami 0-65 fokos szögen belül lehet állítani - Mennyezeti keretből, amiben fényeloszlató prizmát helyeznek el, ami biztosítja a fény szétszórását - Burkolókeretből, mely a kupola körül elhelyezkedő vízzáró beépítő keret. 22. ábra: Merev fénycsatorna [proidea.hu] A felxibilis fénycsatorna áll: - Egy kupolából - Egy burkólőkeretből - Egy mennyezeti keretből - Flexibilis fénytovábbító csőből, ami acéldróttal körbevett poliészter anyagú, hajlékony, tehát sok helyre beépíthető [Lamba.hu/sites/default/files/katalógus/fakro_fenycsatorna.pdf] 42

23. ábra: Flexibilis fénycsatorna [tetoablakpiac.hu] Ára könnyedén megtérül, mivel napközben nem kell a világítást használni,pl. sötét helyeken. B.B.ház Kft ajánlata alapján VELUX TLF 014 flexibilis csöves fénycsatorna P=69045Ft VELUX TLR 014 merevcsöves fénycsatorna P=98645Ft Az energiatakarékosságnál nem elég a gépeket, berendezéseket lecserélni. Ha egy házat szeretnénk felújítani vagy éppen házat építünk, nagy figyelmet kell fordítani a megfelelő anyagok kiválasztására. Kellő vastagságú szigetelést kell alkalmazni, a hőhidak és egyéb hőveszteségek elkerülése miatt. Az anyagok megfelelő kiválasztásához el kell döntenünk, milyen összeget szánunk építkezésre és milyen házban szeretnénk élni. 43

Rengeteg anyagot fel lehet használni, aszerint hogy miben szeretnénk élni pl. Tégla = Téglaház Vályog = Vályogház Szalma = Szalmaház Fa = Faház stb. Az én választásom egy téglalap alakú földház, aminek a falai 36,5cm vastagságú pórusos téglából, 10cm-es vízzáró rétegből és szigetelésből állna. A megépített téglaházat 80cm vastagságú földréteg borítaná a jó hang és hőszigetelés miatt. A földtakarás lényege hogy nem kell külsőfestést végezni, tetőelemek árán spórolhatunk, bár tetőszerkezetet a nagy terhelés miatt erősebbre kell tervezni. 24. ábra: Földház látványterv [elohazak.com] 44

A hővezetés a többrégetű fal esetén következőképpen alakulhat: Tégla: - δ = 36,5 cm= 0,365m - λ = 0,12 W/mK - α = 4 W/m 2 K szigetelés: - δ = 10 cm = 0,1m - λ = 0,08 W/mK - α = 8 W/m 2 K földréteg: - δ = 80 cm = 0,8m - λ = 0,2 W/mK - α = 14 W/m 2 K belső hőmérséklet: t 1 = 22 0 C külső hőmérséklet: t 2 = -5 0 C felület : A= 118,8 m 2 Q = 1 1 α1 +δ1 λ1 +δ2 λ2 +δ3 λ3 + 1 α3 A ( t 1 t 2 ) Q = 233,67 W/K hőáramsűrűség pedig: q = Q A = 233,67 118,8 = 1,967 W/m2 K Összehasonlítva ugyanezt a felépítésű házat földréteg nélkül a következő hővezető képességet, és hőáramsűrűséget kapjuk: Q = 427,13 W/K q = 3,5953 W/m 2 K Tehát a földréteg közel a felére csökkenti a hővezetést, nagyon jól szigetel. Földház építést, sajnos Magyarországon elég nehéz engedélyeztetni és nagy összegbe is kerül. Tervezést, kivitelezést is csak néhány vállalkozó hajlandó elvállalni igen magas összegekért. Minden esetre véleményem szerint egy ilyen környezetbarát, energiatakarékos, egyedi és esztétikus ház megépítése megéri a beruházást. Jelenleg azonban a legenergiatakarékosabb épületeket passzív házaknak hívjuk. Passzív házak Olyan ház, amely négyzetméterenként maximum 15kWh/m 2 lehet az éves fűtési energiafogyasztás. Ezt az alacsony értéket nagy 30-40cm vastagságú szigeteléssel, speciális három rétegű ablakkal, hővisszanyerő szellőztetőrendszerekkel érik el. Ezeknél a házaknál nincs szükség külön fűtésrendszer kiépítésére, ugyanis a belső hőtermelőeszközök (világítás, meleg víz, lakók, stb.) és napelemek segítségével fedezik 45

a hőszükségleteket. Egy passzívház építése jóval nagyobb költségeket von maga után, mivel szigorú előírások, szabványok vonatkoznak a felhasználható anyagokra, ezért fontos a pontos szakértői tervezés. 25. ábra: Passzívház eszközei [forrás: dental.hu] Három fontos összetevőt kell figyelni egy passzívháznál: Fal: aminek a hőátbocsátási értéke 0,1<U<0,13W/m 2 K Nyílászárók: különleges üvegezésű, több rétegű melynek a hőátbocsátási értéke nem lehet nagyobb, mint U=0,8 W/m 2 K. Sarokablak építése nem javasolt a hőhidak miatt, és a kellő mennyiségű napenergia kinyerése érdekében érdemes az ablakokat délnek tájolni. Figyelni kell beépítésnél a megfelelő szigetelésre is. Szellőzés: különleges szellőztetőrendszerre szabványok vonatkoznak DIN1946 előírja, hogy személyenként minimum 30m 3 /h légcsere szükséges. Ezt az értéket hővisszanyerő szellőzető gép biztosítja. 46

További javasolt megújuló energiát felhasználó készüléket szükséges beépíteni: Pl: napkollektor = meleg víz hálózatra visszatápláló napelemrendszer = elektromos áram hőszivattyú = kiegészítő fűtés A passzívház energiatakarékos és környezetbarát megoldást jelent mind a költségekre mind a környezetre tekintve. Remélhetőleg a jövőben sok fiatal fog érdeklődni a passzívházak iránt. [Dr. Lukács Gergely Sándor: kistérségi energiarendszerek] 7. Összefoglalás Szakdolgozatom témájában vizsgáltam néhány alternatív lehetőséget, amivel energiatakarékosan és környezetbarát módon lehet élni. A klímaváltozás, a fosszilis energiahordozók mennyiségének csökkenése, a CO2 kibocsátás és egyéb környezetszennyező anyagok mennyisége globális probléma, amire megoldást kell találni. Az energiatakarékos gondolkodással és energiahatákony építéssel nem csak környezetünket védjük hanem pénzt is spóroltunk,ha ezt a gondolkodásmódot alkalmazzuk pl. egy ház építésénél csak kismértékben jelent többletköltséget,ami későbbiekben megtérül. Kutatásaim során arra következtetésekre jutottam, hogy a villamosenergiát napelem segítségével nyerhetjük ki. Napelemrendszerek közül a hálózatra visszatápláló rendszert részesítem előnyben, mert ha kevés a napenergia által termelt villamos energia, a hálózat biztosítja a kellő mennyiséget. Beruházás megtérítési ideje 9 év támogatás nélkül. Fűtésrendszerek vizsgálatánál az általam vizsgált napkollektor rendszer csak fűtés kiegészítésre illetve meleg víz előállítására alkalmas. De a kollektor teljes meleg víz igényünket kielégíti. Beruházás megtérülési ideje 5,2 év támogatás nélkül. További fűtésvizsgálatnál megállapítottam, hogy a faelgázosító kazán a leggazdaságosabb kazánfajta mivel a beruházási összeg viszonylag alacsony. Környezetbarát és kevés odafigyelést igényel. Én mindenképpen élni fogok a megújuló energiák lehetőségeinek kihasználásaival és a vizsgált energiahatékony eszközöket saját földházamba szeretném alkalmazni. 47