A Magyar Elektrotechnikai Egyesület (MEE) "Villamosság és s Energia a Mezıgazdas gazdaságban" gban" Munkabizottságának nak (MUBI) ülése 2010. június j, 14:00 Budapest VII. kerület, Madách Imre út t 5. III. emelet [a MEE székhelye] Levezetı elnök: dr. Sibalszky Zoltán úr, a MUBI vezetıje Az elıadás címe: A hıszivattyúk gazdaságos alkalmazásának helyzete Elıadó: Komlós Ferenc okl. gépészmérnök ny. minisztériumi vezetı-fıtanácsos Elérhetısége: komlosf@pr.hu illetve www.komlosferenc.info1
Mindenekelıtt ıszinte örömmel szeretném megköszönni Sibalszky Zoltán professzor úrnak, hogy hıszivattyús témakörben ismét elıadást tarthatok. Mottó: folyton szem elıtt tartom, hogy hazámnak és az emberiségnek használnom kell. Tessedik Sámuel (1742 1820) 2
Paradigmaváltást (1) A Nap-, a szél- és a vízenergia hasznosításának lehetısége országunk egyes területein különbözı, ugyanúgy, mint a biomassza, a geotermikus energia és a kommunális hulladékok hasznosításának lehetısége. Adott területen, térségben ezek közül bármelyik meglévı megújuló energiahordozó hasznosításának lehetıségét meg kell vizsgálni, és el kell bírálni az ott lévı körülmények figyelembevételével. Megfelelı közgazdasági feltételek kialakításával ezen energiaforrások elınyösen hasznosíthatók az ott élı emberek javára. Szükséges, hogy e célok megvalósítását az energia-, a környezetvédelmi és a közgazdasági szabályozás, valamint a pénzügyi támogatások segítsék elı. 3
Paradigmaváltást (2) A magyar energiapolitika nem biztosít kellı súlyt a megújuló energiaforrásoknak. Fontos feladat lenne a helyi szinten felmerülı energiaügyekre való nagyobb összpontosítás, az energiarendszer decentralizálásának elımozdítása. Szintén fontos, hogy a döntéshozók igazságossá tegyék a küzdıteret. Csökkenjen a fosszilis energiahordozók támogatása, adóztassák meg a környezetszennyezést, és növekedjen a környezetbarát technológiák bevezetésének támogatása. Mivel a támogatás megvonása bizonyos ágazatoknak, szolgáltatóknak hátránnyal járhat, ezért az érintett cégek valószínőleg ellenállnak, és ez nehezíti a szubvenció eltörlését. Platón (i.e. 427 347) athéni filozófus mondta: A valóságot az elme teremti. Megváltoztathatjuk a valóságot, ha megváltoztatjuk hozzáállásunkat. Magyarországon a paradigmaváltást segítse a jogi szabályozás! 4
Hıszivattyúzás A hıszivattyú jellemzıje: az üzemeltetésére, ill. a mőködésére bevezetett villamos energiát megújuló energia felhasználásával megtöbbszörözi, napjainkban 3 6- szorosára. Kedvezı, hogy a hıszivattyúk alkalmazhatók építmények főtésére (térfőtés), hőtésére, de akár szellızésére és használati meleg víz (hmv) elıállítására is. Napjaink leghatékonyabb mőszaki eszköze annak, hogy energiát takarítsunk meg, és a szén-dioxid-kibocsátást csökketsünk! A háztartások általános energiafelhasználása Magyarországon (kördiagram). 5
Hıszivattyús rendszer önkormányzati, kis rezsijő bérlakások főtésére/hőtésére A 200 év v végén v n kiadott EU-ir irányelv (RES) bevezeti a légtermikus és s a hidrotermikus megújul juló energia fogalmát, de nem sorolja a megújul juló energiák k közék a hulladékh khıt,, pl. a főtési f idıszakban az épületekbıl l távozt vozó levegıt, a termálvizek csurgalékviz kvizét,, a fürdf rdıkbıl, az uszodákb kból l elvezetett szennyvizet. Forrás: s: ajánlott irodalom, 1.4. ábra 6
A hıszivattyús rendszerek szerepe A hıszivattyúzás világszerte elismerten energetikailag a leghatékonyabb főtési-hőtési technológia, így az energiatakarékosság, a globális CO 2 -kibocsátás és a helyi (lokális) egészségre káros légszennyezés csökkentésének egyik kulcseleme. Országunk adottságai, nevezetesen Magyarország napenergia és földenergia potenciálja, valamint magas színvonalú szellemi tıkéje kedvez a megújuló energiát hasznosító innovatív hıszivattyús technológia elterjesztésének, ezzel egyik kitörési ponttá válhat gazdaságunk egészének a dinamizálására. Hatékonyan hozzájárulhat építıiparunk beindításához, mezıgazdaságunk megújításához, a kis- és középvállalkozások fellendítéséhez, valamint új munkahelyek létesítéséhez. 7
Érdekesség: egy 79 éves magyar publikáci cióból 1931. III. 15. A Magyar MérnM rnök- és Építész Egylet KözlK zlönye LXV. kötet k 11 12. szám, p. 73, SZEMLE rovatában lévı cikkbıl (szerzı: Stark Lipót): T. G. N. Haldene angol mérnök volt az elsı, aki Lord Kelvin gondolatát főtési célra megvalósította. İ Skóciában lévı házát elektromotorral hajtott hőtıgéppel főti. Berendezésének részletes leírása és az elért eredmények ismertetése a The Journal of the Institution of Electrical Engineers 1930. évi júniusi számában olvasható. 8
A napenergia és a földenergia hıszivattyús hasznosításához jelentıs potenciállal rendelkezünk Forrás: Dr. Mádlné Szınyi Judit: A geotermikus energiakészletek, kutatás, hasznosítás. Grafon Kiadó, Nagykovácsi, 2006. (ajánlott irodalom 1.27. ábra) 9
Országunkban még fehér folt a növényházak meleg vizes főtése és/vagy hőtése hıszivattyúval Forrás: Mary H. Dickson and Mario Fanelli: What is Geothermal Energy? 10
Növényház hıszivattyús rendszere - A bal oldali kép közelrıl mutatja a hıszivattyú elpárologtatóját és a gépházat. - A középsı képen látható a növényház és mögötte a szélerımő (szélcsend esetén a hıszivattyú kompresszorát hálózati árammal mőködtetik). - A jobb oldali képen a 600 m 2 -es növényház levegı-víz hıszivattyús hıellátása látható. Írország, 1986. Forrás: No 81 European Community Demonstration projects for energy saving and alternative energy sources. Ezúton mutatok rá - jelentısége folytán - prof. dr. Györgyi Viktor szabadalmára, a függıleges tengelyő szélerımőre. 11
Különféle hıszivattyú típusoknál a teljes rendszerek szezonálisteljesítményfaktorainak (SPF) fejlıdése 2001 2006 között Forrás: Fanninger, European Heat Pump Association Version 1.1-2008, p.5 12
Különbözı főtési megoldások éves üzemeltetési költsége ( ) Ausztriában Forrás: IDM cég Magyarországon napjainkban családi házaknál a szondás földhıszivattyús rendszer (B/W) beruházási költsége nagyobb, mint a széleskörően elterjedt földgázfőtéseké. A megtérülési idık az eddigi tapasztalatok alapján családi házaknál beruházási támogatás nélkül a jelenlegi árak alapján: - meglévı főtési rendszer átalakításával 5 8 év, - új építés esetén 3 6 év. Ezek tájékoztató jellegő értékek. A megtérülési idı minden hıszivattyús rendszernél más 13 és más, ezért egyedileg minden konkrét esetre ki kell számolni.
Gazdasági igénny nnyé vált a hıszivattyh szivattyú A naptári év folyamán változó külsı léghımérséklet a zárt terekben (építményekben) már jogos komfortcsökkenést okoz (téli főtés mellett gyakran a nyári hőtésre is szükség van). A kb. 80%-os importot jelentı földgáz nemzetgazdaságilag túl értékes primerenergia-hordozó ahhoz, hogy elavult vízmelegítıkben vagy kazánokban 30 65 C hımérséklet-tartományban hıtermelés céljából eltüzeljük. Hazánkban is egyre több irodaépületnek, középületnek a hőtési költsége meghaladja a főtési költségét. Alapvetı gazdasági érdekünk a hőtés villamosenergia-felhasználásának csökkentése, az energiafaló klímák" kiváltása. Az energiaárak piaci emelkedésével egyre inkább elıtérbe kerül az energiatakarékosság. Uniós összehasonlításban Magyarországon a villanyáram évek óta drágának számít (ez az ami sajnos rontja a hazai vállalkozások versenyképességét), ellenben a földgáz átlagos ára még mindig olcsónak számít (politikai okból). Az energetikai felhasználás ésszerőségében legfejlettebb országokban a hıszivattyú vagy már elfoglalta, vagy már nálunk korábban megkezdte 14 elfoglalni az energetikai berendezések közötti elıkelı helyét.
A kellemes hıérzet tartománya Forrás: Wavin Hungary Kft. (ajánlott irodalom, 3.5. ábra) Az ASHRAE (1981) 55-81 szabvány szerint: a kellemes hıérzet az a tudati állapot, amely a termikus környezettel kapcsolatos elégedettséget fejez ki és egy dr. Bánhidi László professzor emeritus-tól származó gondolat: az emberek közérzete a hıérzetük (főtés-hőtés) alapján alakul ki 15
Napkollektoros hıszivattyh szivattyús s rendszer elvi vázlatav Forrás: ajánlott irodalom 3.17. ábra 16
Villamos hıszivattyú alkalmazásának környezetvédelmi, energetikai és gazdaságossági indokoltsági tartománya (a hasznos hıtermelh termelésre vetített tett CO 2 -kibocsátás és s az SPF kapcsolata) Forrás: ajánlott irodalom, 6.1. ábra 17
Levegı/víz (A/W) hıszivattyú üzemmód váltása a bivalens pontnál ill. az átkapcsolási hımérsékletnél ( alternatív-bivalens üzemmód) Forrás: DAIKIN cég (ajánlott irodalom, 6.3. ábra) Ha pl. a lakossági villamos energia ára 48 Ft/kWh ill. 13,3 Ft/MJ = 13 300 Ft/GJ, és ugyanakkor a lakossági földgáz ára 3780 Ft/GJ, akkor az energia-egyenérték: 13 300 / 3780 3,5 18
Igény a hıszivattyh szivattyúzás 2008-2009-ben Magyarországon is honosítva lett az épületek energiafelhasználásáról, tanúsításáról szóló EU-direktíva (2002/91/EK), amelynek jelentıs módosításán sokat dolgoztak a tagállamok. Az elfogadott ún. EPBD tervezetet még jóvá kell hagynia a miniszterek tanácsának, majd a Parlamentnek. Létezik már az ún. RES (megújuló energia) és az ún. EuP energiafogyasztó termékek címkézésérıl szóló direktíva is. Az EU büntetéssel sújtja a uniós direktívákat nem teljesítı országokat. A súlyos bírságok elkerülése érdekében halasztások kérése jellemezte energiapolitikánkat. A Nemzeti Együttmőködés Programja (a NEP) itt paradigmaváltást kíván elérni. Magyarország új energiapolitikájában várhatóan szerepet kap a geotermikus és a bioenergiát felhasználó távhıszolgáltatás és a hıszivattyús rendszerek elterjesztése. ( Az energiafüggıség leküzdésével és az alternatív energia hasznosításával energiafüggetlenséget kell elérnünk. ) Ezen a területen kedvezı adottságaink, lehetıségeink vannak, és szürkeállomány (szellemi tıkénk) is elegendı van. Csökkenthetjük energiafüggıségünket, és ha idejében fejlesztjük az ehhez szükséges korszerő technikát, új exporttermékek gyártásával 19 térségünkben vezetı szerephez juthatunk.
Idényjellegő, egy zónaidıs ( H ) árszabás Forrás: A közlekedési, hírközlési és energiaügyi miniszter 70/2009. (XII. 4.) KHEM rendelet Idézve a 70/2009. (XII. 4.) KHEM rendelet 1 -ából: (2) H árszabás esetén az egyetemes szolgáltató zónaidıtıl függetlenül egy naptári napon belül azonos árat köteles alkalmazni. (9) H árszabás szerint számolható el a központi főtésrıl és melegvíz-szolgáltatásról szóló kormányrendelet szerinti főtési idényben a külön mért felhasználói áramkörre állandó jelleggel, megfelelı segédeszköz (szerszám) hiányában állagsérelem nélkül nem leválasztható módon, nem dugaszolhatóan csatlakoztatott, legalább 3 jósági fokú hıszivattyúk és a napenergiából és egyéb megújuló energiaforrásokból nyert hıt épületek hıellátására hasznosító berendezések üzemeltetését közvetlenül szolgáló készülékek (pl. keringetıszivattyúk, automatikák) villamosenergiafogyasztása. 20
Minta hıszivattyú statisztikára Forrás: Svéd Hıszivattyú Társaság (SVEP) (ajánlott irodalom 1. ábra) A svédországi statisztika hazánkban is felhasználható lehetne egységes hıszivattyú statisztikai adatok győjtésére (Svédországban napjainkban már 850 000 db hıszivattyú üzemel!) 21
Számpélda A számpélda a megújuló energia hasznosításának nagyságát vizsgálja. A hıszivattyúk hasznosságának szemléltetésére következzen egy olyan példa, amelyben a mőködtetı energia illetve a villamos motor hajtása nem 100%-ban megújuló energiaforrásból származik. Értékeljünk számpélda segítségével, mert így jobban érzékelhetı az eredmény: ha a villamosenergia-termelés 6%-ban megújuló energiaforrásból származik (kerekítve ennyi Magyarországon), és a példabeli villamos hıszivattyú szezonálisteljesítmény-faktora (angol nyelven: Seasonal Performance Factor [kwh/kwh]): SPF = 4,0 (25% befektetett munka, 75% környezetbıl átvett ún. zöldhı), az említett hıszivattyú 25 0,06 + 75 = 1,5 + 75 = 76,5 százalékban megújuló energiaforrást hasznosít! 2013-tól a hıszivattyús rendszerek megújuló energia felhasználásának elszámolását a RES direktíva VII b. melléklete szerint lehetséges: E RES = Q hasznos x (1 1/SPF), ahol az: SPF > 1,15 (1/η) jelenleg Magyarországon SPF > 3,2 szükséges 22
Szezonálisteljesítmény-faktor (SPF) Fontos hangsúlyozni, hogy a szezonálisteljesítmény-faktor, SPF valós értékét mérések alapján lehet meghatározni: a hıszivattyú mőködéséhez szükséges villamosáram-fogyasztás [kwh] és a hıszivattyú által leadott hımennyiség mérésével [kwh]. Pontos értéke számos adottságtól és körülménytıl függ. Pl. az adott épület funkciójától, használatától, a hıforrás és a hıleadás mindenkori hımérsékletszintjétıl, a hılépcsıktıl, a főtési idıszaktól, a külsı és a helyiségek belsı hımérsékletétıl, a vezérléstıl, a szabályozástól, a hıszivattyús rendszer tervezésének, kivitelezésének, üzememeltetésének (pl. szellızés, helyiség túlfőtés) és karbantartásának szakszerőségétıl, a társadalmi szokásoktól, a fogyasztói magatartástól. Ezek a befolyásoló tényezık többsége nemcsak hıszivattyús rendszerő főtésre, ill. hőtésre vonatkozik. A nyilvánvalóan felesleges energiafogyasztás megszüntetése, az energiatakarékosság elsısorban fogyasztói magatartás kérdése. A tervezett hıszivattyú mőködési üzemóraszámának az ellenırzése a rendszerbe vagy a hıszivattyúba beépített üzemóra-számlálóval történhet. 23
A sátoraljaújhelyi Betegellátási és Prevenciós Központ homlokzata és ún. GeoWall rendszerő falfőtésének ill. falhőtésének vakolás elıtti képe Forrás: GEOWATT Kft. [ajánlott irodalom 5.8a) és 5.8b) ábrái] 24
A sátoraljaújhelyi Betegellátási és Prevenciós Központ hıközpontjának részletei Forrás: GEOWATT Kft. (ajánlott irodalom 5.9. ábra) Magyarországon a különféle rendeltetéső épületeknél egyre inkább alkalmazzák a hıszivattyús megoldásokat. 25
A hıszivattyh szivattyú-program és munkahelyteremtı képessége Az ENERGOexpo 2005 rendezvény óta, már közel 5 éve (ez már történelmi idıtartam), szakmai, úgymint építészeti, energetikai, mezıgazdasági, épületgépészeti (beleértve a főtı és hőtıs szakterületet is) és környezetvédelmi mőhelyekben, hazai valamint nemzetközi konferenciákon, publikációkon (nyomtatott és internetes kiadványokban), továbbá civil szervezeteken keresztül ismertté vált ez az ún. Heller-program és megkezdıdött az alkalmazása. A hıszivattyúzásnak a helyi magyarországi viszonyokra alakítása elegendı tapasztalat hiányában még kezdeti állapotban van. A fejlett országok technológiájának hazai másolása önmagában nem biztosítja a hatásos mőködést. Ennek oka, hogy sajátosan eltérıek pl. a meteorológiai, hidrológiai, geológiai viszonyaink, lakóépületeink hıszigetelése, főtése. A hazai viszonyokra méretezett rendszerek kifejlesztésével piaci lehetıség nyílik térségünkben határainkon kívül is versenyképes technológiákat kialakítani. Már ma is vannak magyar eredmények [pl. a Vaporline GBI(x)-HACW hıszivattyú család fejlesztése], és Heller Lászlóra utalva, a magyar szakma 26 történelmileg is megalapozott.
Vaporline GBI(x)-HACW hıszivattyú család fejlesztés A GEOWATT Kft. által kifejlesztett növelt hımérséklető hıszivattyú család esetében pl. az elérhetı főtıvízhımérséklet 62 C, és a várható SPF = 5,2 Sok épületnél l földhf ldhıszivattyú alkalmazásakor a hıleadh leadók megváltoztat ltoztatása és s az elosztó csıvezet vezeték k cseréje is szüks kséges pl. radiátor helyett fan-coil a hıszivattyúval val célszerc lszerően en elıáll llított kis főtıvíz-hımérséklet miatt. Ez pedig jelentıs s többletkt bbletköltséget eredményez. Ezért, ahol hőtési h funkcióra nincs igény, a hıtermelı cseréje sok esetben elmarad. A fejlesztést stıl l azt remélj ljük, hogy elkész szül l egy a nemzetközi zi piacon is versenyképes magyar termékcsal kcsalád. 27
A Vaporline GBI13-HACW sólé-víz (B/W) hıszivattyú bukaresti beépítésérıl készült fotók (a 180 m 2 es családi ház homlokzata és hıközpontja) A rendszerhez 3 db 100 m hosszú, U-hurkos földszonda csatlakozik. Forrás: GEOWATT Kft. 28
A Vaporline GBI(x)-HACW hıszivattyú-család kiváló színvonalú magyar fejlesztés! A hazai fejlesztéső hıszivattyú-család 9 kw-tól 96 kw-ig tízféle teljesítményre és különbözı felhasználói igényre (főtés; főtés és passzív hőtés; főtés és elınykapcsolással hmv-készítés; főtés és aktív hőtés, valamint elsıdleges hmv-hıcserélı: angolul desuperheater ), továbbá a különféle hıhordozókra (víz, levegı, talajvíz, csurgalékvíz) kifejlesztett hıszivattyúcsalád egyik tagjának a beépítés helyén készített fotóját láthatjuk az ábrán. A 13 kw teljesítményő kísérleti példány az elmúlt főtési szezonban Bukarestben jól üzemelt és az új magyar termék sikerrel bemutatkozott a 29. Nemzetközi Építıipari szakkiállításon (CONSTRUMA 2010.). Presztízsét, versenyképességét növelné, ha megpályázná a Kiváló termék védjegyet! 29
Ajánlott irodalom (a lektorált, 215 oldalas, A4-es formátumú, színes kivitelő szakkönyv 27 táblázatot és 152 ábrát tartalmaz) Komlós Ferenc Fodor Zoltán Kapros Zoltán dr. Vajda József Vaszil Lajos: Hıszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára. Kiadó: Komlós F., Dunaharaszti, 2009. Tisztelt hallgatóim! Engedjék meg, hogy a Heller-terv mottójával fejezzem be az elıadásomat. Köszönöm a figyelmüket! Ha azt kérdezik, hogy nem késtünk-e el, hogy visszafordítható-e még az a rombolás, amit az emberiség ejtett a természeten, a válaszom az, hogy nem késtünk el. Amíg él az akarat, addig sosincs késı. Ha pedig az emberek közösen akarnak valamit, akkor azt meg is teszik, ezáltal érvén el céljukat, bármi is legyen az. (Teller Ede) 30