Hőszivattyús fűtések egyes tervezési kérdései II.

Hőszivattyús fűtések egyes tervezési kérdései II. A teljes fűtési idényre számított hatásfok számítása, a hőnyerő és a hőleadó oldal hőmérsékletének függvényében Levegő-víz hőszivattyúk, teljes fűtési idényre vonatkoztatott, tervezési-átlag COP (előzetes vagy statisztikai SFP) értéke Magyarországon, illetve Budapesten

II/1. Alapfogalmak: COP, EER, ESEER, SPF, SPF prim, PER, SCOP, tervezési-átlag COP

Alapfogalmak Hatásfokok I.: COP, EER, ESEER, SPF, SPF prim, SCOP, tervezési-átlag COP EER HŰŰTŐTELJEÍTMÉNY Felvett _ elektromos _ teljesítmény Q P H KOMP W W EER (névleges vagy adott feltételekhez kötött): Víz-víz W30/W7 Levegő-víz A35/W7 Levegő-levegő A35/A27/49% Ezért egy berendezésnek számtalan EER értéke van, tehát hívhatjuk bizonyos üzemi feltételekhez kötött hűtési hatásfoknak is. Ebben a formában nem mutatja meg a várható átlag hatásfokot. W water A air EER Energy Efficiency Ratio

Alapfogalmak Hatásfokok I.: COP, EER, ESEER, SPF, SPF prim, SCOP, tervezési-átlag COP ESEER 0,03 EER 0,33 EER 0,41 EER 0, EER 100% 75% 50% 23 SEER Seasonal energy efficiency ratio szezonális hűtési hatásfok SSEER System seasonal energy efficiency ratio rendszer szezonális hűtési hatásfok ESEER European seasonal energy efficiency ratio- Európai szezonális hűtési hatásfok A szezonális hatásfokot, egy adott részterhelésekkel számított logika alapján számítják ki. Ezzel sokkal jobban leírják a berendezés várható hatásfokát a hűtési szezonon belül. A ESEER érték nem vesz figyelembe épületfizikai és rendszer tulajdonságokat. 25% W water A air EER Energie Efficiency Ratio

Alapfogalmak Hatásfokok I.: COP, EER, ESEER, SPF, SPF prim, SCOP, tervezési-átlag COP COP FŰŰTŐTELJEÍTMÉNY Felvett _ elektromos _ teljesítmény Q P F KOMP W W COP (névleges vagy adott feltételekhez kötött): Víz-víz W10/W35 Talaj-víz W0/W35 Levegő-víz A7/W35 (használják a A2/W35) Levegő-levegő A7/A20 (használják a A2/A20) Talaj-levegő G0/A20 Ezért egy berendezésnek COP értékből is számtalan értéke van, tehát hívhatjuk bizonyos üzemi feltételekhez kötött fűtési hatásfoknak is. Ebben a formában nem mutatja meg a várható átlag hatásfokot. W water A air G ground COP Coefficient of Performance

Alapfogalmak Hatásfokok I.: COP, EER, ESEER, SPF, SPF prim, SCOP, tervezési-átlag COP SCOP Seasonal Coefficient of Performance (szezonális teljesítmény együttható) A VDI 4650 szerint: β h =(ε N1.F θ 1 + ε N2.F θ 2 + ε N3.F θ 3.F θ Δ ).F θ Δ ahol: β h az éves munkaszám ε N1 az adott külső hőmérséklethez tartozó COP F ξ1 egyéb üzemi korrekciós tényező F θ Δ az előremenő és a visszatérő víz hőmérséklet különbségétől függő korrekciós tényező Egy adott hőszivattyú meghatározott feltételek mellett felhasznált fűtési hőenergiájának, és ennek előállítására felhasznált elektromos energiájának hányadosa, amely feltételeket külön szabvány a EN 14825 rögzíti. (Az ESEER mintájára.) Sokkal alkalmasabb a különböző hőszivattyúk összehasonlítására mint a COP.

Alapfogalmak Hatásfokok I.: COP, EER, ESEER, SPF, SPF prim, SCOP, tervezési-átlag COP SPF Seasonal Performance Factor Egy adott hőszivattyú az egész fűtési szezonban előállított fűtési hőenergiájának, és az ehhez felhasznált elektromos energiának a hányadosa. Mért adatokon alapszik. Egy már elkészült üzemelő rendszert lehet vele jellemezni. SPF Q E hő mért idény elekt. mért idény

Alapfogalmak Hatásfokok I.: COP, EER, ESEER, SPF, SPF prim, SCOP, tervezési-átlag COP SPF prim Primer energiára vonatkoztatott SPF érték Egy adott hőszivattyú az egész fűtési szezonban előállított fűtési hőenergiájának, és az ehhez felhasznált elektromos energiának a hányadosa, figyelembe véve a kompresszor meghajtásához felhasznált energia előállítási hatásfokát is. Primerenergia-átalakítási tényezők 7/2006.TNM rend. SPF prim SPF e Q E e fűűtés elektr Q e E fűűté elektr Szintén használt fogalom a PER Primary Energy Ratio (Rate) Hőszivattyúknál: PER COP e Energia elektromos áram 2,5 csúcson kívüli elektromos áram 1,8 földgáz 1 tüzelőolaj 1 szén 0,95 fűtőművi távfűtés 1,2 távfűtés kapcsolt energiatermelés 1,12 tűzifa, biomassza 0,6 megújuló 0 e

A levegő-víz hőszivattyúknál fellépő problémák, bizonytalanságok az SCOP számításánál I: hőfokgyakoriság Hours / a 700 600 500 400 300 200 100 0-25 C -20 C -15 C -10 C -5 C 0 C 5 C 10 C 15 C 20 C Ambient Temperature Vienna Brussels Larnaka Prague Bremen Copenhagen M adrid Helsinki Lyon London Athens Debrecen Dublin M ilan Rome Kaunas Amsterdam Warsaw Lisboa Bratislava Goteborg Bucharest Ljubljana Sevilla

A levegő-víz hőszivattyúknál fellépő problémák, bizonytalanságok az SCOP számításánál II: a külső levegő páratartalma Q Q Q elpár _ nedves elpár _ száraz elpár _ nedves Q elpár _ száraz 25,1_ kw 15,6 _ kw 1,608

II/2.Levegő-víz hőszivattyúk COP jelleggörbéi a külső hőmérséklet és a fűtővíz hőmérséklete alapján.

Fujitsu Waterstage levegő-víz hőszivattyúk COP jelleggörbéi A levegő-víz hőszivattyúk hatásfoka függ a külső hőmérséklettől: COP i.t külső = f (t külső ) COPtkülső = f (telőremenő=35) 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 COP 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Adats or1-20 C -18 C -16 C -14 C -12 C -10 C -8 C -6 C -4 C -2 C 0 C 2 C 4 C 6 C 8 C 10 C 12 C 14 C Külső hőmérséklet COP lefutási görbe, Fujitsu WATERSTAGE WOYK 112 LAT / WSYK 160 DA9 (forrás: Fujitsu Waterstage HP Technical and Designe manual)

Fujitsu Waterstage levegő-víz hőszivattyúk COP jelleggörbéi A levegő-víz hőszivattyúk hatásfoka függ az előremenő fűtővíz hőmérsékletétől: COP i.t előremenő = f (t előremenő ) COPtelöremenő = f (tkülső=2) 70 Előremenő hőmérséklet 60 50 40 30 20 10 Adatsor1 0 3,42 3,352 3,284 3,212 3,136 3,06 2,948 2,836 2,738 2,654 2,57 2,49 2,41 2,336 2,268 2,20 COP COP lefutási görbe, Fujitsu WATERSTAGE WOYK 112 LAT / WSYK 160 DA9 (forrás: Fujitsu Waterstage HP Technical and Designe manual) tehát a COP függ a külső hőmérséklettől, és az előremenő víz hőmérsékletétől COP i = f (t előremenő,i; t külső,i )

II/3. Hőszivattyúk időjárás követő szabályozása

A transzmisszió: Időjárásfüggő szabályozás Q k i A i t b t k és a filtráció: Q f n V be c is egyenesen arányos a hőmérséklet különbséggel, azon belül is döntően a külső hőmérséklettel (mivel ez változik az idény folyamán). A teljes hőszükségletből ΔT-t kiemelve egy adott épületre képezhetünk egy u.n. hőveszteségi állandót (K): Látható, hogy mivel H és t belső állandó, t külső növekedésével a hőszükséglet fordítottan arányos. Q H tbelső tkülső H tbelső H tkülső t b t k Q f 15 C 0 C 15 C t külső

Görbe megtörése fan-coil Görbe megtörése radiátor Görbe eltolás ±4,5ºC Fujitsu Waterstage levegő-víz hőszivattyúk COP jelleggörbéi A levegő-víz hőszivattyúk előremenő vízhőmérséklete függ a külső hőmérséklettől: t előremenő = f (t külső ) (forrás: Fujitsu Waterstage HP Technical and Designe manual) Azaz a külső hőmérséklet határozza meg az elpárolgási és közvetve a kondenzációs hőmérsékletet is: COP i = f [f (t külső ) ; t külső,i ]

Hűtés görbe Előremenő hőmérséklet (pl. 35C -nél 10C 25C -nél 17C )

II/4. Hőfokgyakoriság

HŐFOKGYAKORISÁG I: MAGYARORSZÁGON: t fűűtés idényátlagmo n t T T külső. i i. nap i1 n i1 i. nap 4,01 C

HŐFOKGYAKORISÁG II: BUDAPESTEN: t fűűtés idényátlagbp n t T T külső. i i. nap i1 n i1 i. nap 4,615 C

II/5. Fűtési határhőmérséklet, hőfokhíd

Fűtési határhőmérséklet: Az épület energiamérlege alapján: Q tr +Q hh +Q sz +Q s +Q b + Σ(c i x M i x Δt)+Q fűtési-r =0

Hőfokhíd és fűtési energia szükséglet: Függ a belső hőmérséklettől, a külső napi közepes hőmérséklettől és a fűtési határhőmérséklettől: G Z1 ( tbelső tkülső köz 0 _.) Z Cnap A hőszükségletből K megkapható: Q H t belső t külső Amiből a fűtési energiaszükséglet számítható: Q H G 360024

II/6. A tervezési-átlag COP meghatározása

COP Alapadatok: átlag számítása I. Belső hőmérséklet: 20 C Hőszükséglet (k külső =-15ºC) Q=10 kw és Q eff =K*ΔT eff Hőveszteségi állandó: K=Q/ΔT=0,2857 kw/ C Hőfokgyakoriság: magyarországi Fűtési határhőmérséklet: 12 C Fűtési hőfokhíd, Miskolc G 20/12 =3414 C nap Q H G360024 0,28573414360024 84277MJ

COP átlag számítása II. Mivel a tervezési segédletből tudjuk az összes szóba jöhető külső hőmérséklethez és fűtési előremenő vízhőmérséklethez tartozó COP adatot, illetve a beállított fűtési jelleggörbét, így számítható a fűtési idény átlag COP-ja, mivel a mindenkori külső hőmérsékletet leírja a fűtési idényre vonatkoztatott hőfokgyakoriság: Hőfokgyakoriság Mo.-n a fűtési idényben (30 év átlaga) Napok száma 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0-11 -9-7 -5-3 -1 1 3 5 7 9 11-15 -13 Külső hőmérséklet (forrás: Dr. Menyhárt: Az épületgépészet kézikönyve) n COP átlag T i1 i. nap n i1 Q T i. nap eff COP Q eff i

II/7. Az SPF prim, azaz a primer energiára vonatkoztatott energetikai hatásfok számítása

SPF prim számítása: Mivel az átlag-cop a bevezetett teljesítmény és a leadott teljesítmény hányadosa, az SPF érték viszont ugyanazon idő alatt befektetett és leadott energia hányadosa, ezért mérőszámuk megfeleltethetők egymásnak. Így a COP átlag SPF Mivel az Új Széchenyi Terv keretében kiírt KEOP pályázatok esetében az elektromos hőszivattyúk primer energiás együtthatója kötelezően: e = 2,6, ezért SPF prim = SPF x 2,6-1 Azaz SPF prim COP átlag x 2,6-1

Mindezek alapján a különböző vízhőmérsékletekre méretezett hőleadókkal kialakított fűtési rendszerek SPF prim értékei számolhatók. (Emlékeztetőül a követelményből származtatott COP átlag 3,38) Fűtési rendszer, ill. szabályozás COP átl SPF prim A 0,5-ös szabályozási görbe: kombinált fal és padlófűtés. Méretezési állapotban (-15ºC), az előremenő vízhőmérséklet: 36ºC. 3,746 1,44 A 0,75-ös szabályozási görbe: padlófűtés. Méretezési állapotban (-15ºC), az előremenő vízhőmérséklet: 43ºC. 3,566 1,37 A 0,75-ös szabályozási görbe 35 foknál megtörve: fan-coil I. Méretezési állapotban (-15ºC) az előremenő vízhőmérséklet: 43ºC. 3,504 1,347 A 1,0-es szabályozási görbe 35 foknál megtörve: fan-coil II. Méretezési állapotban (-15ºC) az előremenő vízhőmérséklet: 51ºC. 3,427 1,318 A 1,0-es szabályozási görbe 40 foknál megtörve: túlméretes radiátor. Méretezési állapotban (-15ºC) az előremenő vízhőmérséklet: 59ºC. 3,107 1,195 Megjegyzés: a fenti számítás nem veszi figyelembe a hőszivattyúk részterhelési hatásfok emelkedését (+3-5%).

Köszönöm a figyelmet! Tóth Tamás Műszaki tanácsadó-megújuló energiák 06-20/98-32-995 totht@columbus-klima.hu www.columbus-klima.hu