Magyar Energia Szimpózium MESZ 2014 Budapest, 2014. szeptember 25. A Kárpát-medence magyar energetikusainak 18. találkozója Idıpontja: 2014. szeptember 25. csütörtök, 9:00 18:00 Helyszíne: 1028 Budapest, II. ker. (Pesthidegkút), Templom u. 2-10., Klebelsberg Kultúrkúria Szervezı: Magyar Energetikai Társaság (MET) Társszervezık: Energiagazdálkodási Tudományos Egyesület (ETE), Magyar Elektrotechnikai Egyesület (MEE), Magyar Mérnöki Kamara (MMK), Rákóczi Szövetség, Erdélyi Magyar Mőszaki Tudományos Társaság (EMT) JEDLIK SZEKCIÓ Levezetı elnök: Gebhardt Gábor, MET ügyvezetı elnöke Komlós Ferenc, okl. gépészmérnök (15:25 15:45): Miért ajánlom a magyar hıszivattyút? E-mail: komlosf@pr.hu Honlap: www.komlosferenc.info 1
Mottó Forrás Marx György: A MARSLAKÓK ÉRKEZÉSE (340. oldal). Akadémiai Kiadó, Bp. 2000. 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) 2
Tartalom, köszönetnyilvánítás 1) Néhány hıszivattyúzással kapcsolatos fogalom. 2) A vetítettképes elıadásom bemutatja a Vaporline márkanevő hıszivattyúk kifejlesztésének piaci igényét, sarokpontjait kapcsolási rajzokkal, vázlatrajzokkal és diagramokkal szemléltetve. 3) A geotermikus hıszivattyú-család összes tapasztalatait, (kutatási, fejlesztési, tervezési, gyártási, kivitelezési és üzemeltetési) felhasználva javaslat a döntéshozók felé. Megköszönöm Fodor Zoltán fejlesztımérnök (Geowatt Kft.), a Magyar Épületgépészek Szövetsége, Geotermikus Hıszivattyús Tagozat elnök részérıl az elıadásomhoz nyújtott segítséget. 3
A legegyszerőbb hıszivattyú 4
Hıszivattyú, munkaközeg (1) A hıszivattyú olyan berendezés, amely egy tér adott hımérsékletén hıt vesz fel és megnövelve azt egy másik térben nagyobb hımérsékleten adja le. Amikor a hıszivattyú hıt termel (pl. helyiségfőtésre vagy vízmelegítésre), akkor főtı üzemmódban; amikor hıt von el (pl. helyiséghőtésre), akkor pedig hőtı üzemmódban üzemel. Azt az anyagot nevezzük munkaközegnek, amely a hıszivattyú körfolyamatában kis hımérséklet és kis nyomás mellett hıt vesz fel az elgızölögtetıben (elpárologtatóban), majd nagyobb hımérsékleten és nagyobb nyomás mellett hıt ad le a kondenzátorban (az egyik hıátadó felületen párolgás, a másik hıátadóban kondenzáció lép fel). [1] 5
Hıszivattyú, munkaközeg (2) A hıszivattyú a környezeti hı hasznosítására szolgáló berendezés, amely a hőtıgép elvén alapul. Télen főtésre, nyáron hőtésre, légkondicionálásra használható, illetve használati melegvíz elıállításra is alkalmas. Munkaközeg: a hıszivattyús körfolyamatban közremőködı alacsony forráspontú közeg, mely az elpárologtatóban hıt vesz fel kis hımérséklet és alacsony nyomás mellett, és gızzé alakul. Ez a gız a szívóvezetékbe kerül, onnan pedig a villamos energiával üzemelı kompresszor segítségével egy nyomóvezetékbe, ahol a munkaközeg nyomása és ez által a hımérséklete is megnı. A kondenzátorban a gız ismét cseppfolyósodik, amelynek során leadja a hasznos hıt. [2] 6
Geotermikus (talajvizes és szondás) hıszivattyúzás elvi rajza Néhány éve a hazai és külföldi piacon az import hıszivattyúk alkalmazásán kívül az energiahatékonyságnövelés magyar eszköze, a Geowatt Kft. geotermikus hıszivattyúcsaládja is megjelent, amely 2012-ben Magyar Termék Nagydíj kitüntetésben részesült. 7
A magyar geotermikus hıszivattyú kifejlesztésének piaci igénye és sarokpontjai A fı probléma, amely a rendszer átlagos főtési tényezıjét az (SCOP értékét) csökkenti az, hogy a hıszivattyú hıkörfolyamata instabil, ami azt jelenteti, hogy azonos talajhımérséklet és főtési hımérséklet esetén a kimenı főtési teljesítmény igen tág határok között ingadozik, és a hıszivattyúk kimenı főtési teljesítménye valamint ezzel arányosan az átlagos főtési tényezıje részterheléseknél pl. magas talajhımérséklet, alacsony főtési hımérsékletnél az átlagos főtési tényezı alig, vagy egyáltalán nem nı! A fentiek következménye, hogy a lehetséges hatékonyságot a hıszivattyúk nem közelítetik meg, és ez által a vártnál lényegesen nagyobb üzemköltségen dolgoznak! 8
Főtési hıszivattyúk Ha hiányzik az elgızölögtetı és a kondenzátor funkcióját felcserélı váltószelep, akkor a hıszivattyú csak a főtési funkcióra alkalmazható és nem biztosítja a hőtést. Ezek a villamos hajtású hıszivattyúk csak főtési funkcióra lettek kifejlesztve, tekintettel arra, hogy hőtésre a nyugat-európai országokban jelentısen rövidebb idıtartamban van szükség és általában az ott széles körben elterjedt központi főtés üzemeltetési költségének a jelentıs csökkentése, illetve az olajtüzeléső kazán kiváltása volt a cél. Jelzem, hogy az EUban forgalmazott villamos hajtású hıszivattyúk jelentıs része csak főtési funkcióra alkalmas. 9
A magyar fejlesztés lényege (1) Főtésnél, hőtésnél és HMV készítésnél egyaránt az energiahatékonyság értéke növekedjen, a CO 2 -megtakarítás maximális legyen, valamint a méretezési átlagos főtési hımérséklet 60 C fölé emelkedjen, és a geotermikus hıszivattyú jó hatékonysággal alkalmazható legyen meglévı radiátoros főtéseknél is. Például főtés 63/57 C-os hılépcsıvel. Ezeket a célokat egyrészt a Copeland EVI (Enhanced Vapour Inject) gızbefecskendezéses kompresszorokra alapozott reverzáló, multifunkciós [főtı aktív hőtı használati melegvíz- (HMV-) termelı] hıkörfolyamat kidolgozásával, szabadalmi mintaoltalom alá helyezésével érték el. Ez a hıkörfolyamat az alapja a hıszivattyúk magas főtési hımérsékleten is megfelelı SCOP értékő alkalmazásának. 10
EVI Scroll-kompresszor alkalmazási tartománya és a magyar hıszivattyú-fejlesztés elvi kapcsolása, valamint elvi hıkörfolyamata nyomás entalpia (logp h) diagramban 11
A magyar fejlesztés lényege (2) A legújabb generációjú magyar hıszivattyú széles alkalmazási tartományban használható és növelt hımérsékleten (65/59 C-os főtési hılépcsıvel) is mőködhet kedvezı energiahatékonysággal, mert minden olyan elemet integráltak a hıszivattyús körfolyamatba, amely stabilizálja és a lehetı legkisebb értékre szorítja a túlhevítést (±3 K), így az SCOP értéket, a hıszivattyú kimenı főtési teljesítményét az egyes hıfokszinteken növelni képes. Ezt biztosítja: az alkalmazott elektronikus expanziós szelep, amely a termosztátos expanziós szelephez viszonyítva jelentısen kisebb kilengéső; a munkaközeg (hőtıközeg) puffer tartály (a hıkörfolyamat csıvezetékébe csatlakoztatva biztosítja a munkaközeg töltését vagy munkaközeg kivételét), így a kompresszor a hıkörfolyamatához, a változó hımérséklet igényhez, mindig optimálisan szükséges munkaközeg tömegáramot tudja szállítani, és a hıszivattyú teljesítményét a hıkörfolyamatához illeszti a szabályzó és monitoring rendszer segítségével; a fejlesztés a fentieken túl a hıszivattyúk kihasználhatóságának növelésére is irányult. Így olyan multifunkciós készülékek lettek kifejlesztve, amelyek a főtési funkció mellett aktív hőtésre ún. desuperheatert használnak. 12
Váltószelepes ún. reverzáló multifunkciós (főtı, hőtı és HMV elıállító), növelt hımérséklető hıszivattyú kapcsolási rajza (a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatalban bejegyzett szám: U 06 00213) 13
A magyar fejlesztés lényege (3) A desuperhiter egy elsıdleges hıcserélı (csı a csıben ún. koaxiális hıcserélı), amely a körfolyamat túlhevítési hıjét használja HMV készítésére. Ennek a hıszivattyúval történı HMV elıállításnak elınye a magas hıfokszint (55 65 C) COP érték csökkenés nélkül. Továbbá a HMV elıállításának energiafelhasználása a hıszivattyú hőtési üzemmódjában kb. 15% csökken a hıszivattyú főtési üzemmódjához viszonyítva. Nagy hőtési hıigénynél az aktív hőtés 7/12 C-os hılépcsıvel is biztosítható! A multifunkciós megoldás miatt a hıszivattyús rendszer fajlagos 14 beruházási költsége csökken.
A desuperheateres HMV elıállítás megoldás hıkörfolyamata T s (hımérséklet [K] entrópia [kj/kg K]) diagramban (a túlhevítés piros színnel jelölve) és felvétel a desuperheaterrıl Forrás illetve fotó: Geowatt Kft. 15
A magyar fejlesztés lényege (4) Ezzel a megoldással az építménybıl (épületbıl) elvont hıbıl tudunk HMV-et készíteni. Nagyobb HMV igényő rendszereknél ún. direkt HMV hıcserélı illetve dupla kondenzátor beépítése szükséges, ebben az esetben is elérhetı 55 60 C-os HMV hımérséklet. A hıcserélı a kompresszor és a kondenzátor közé iktatott elıhőtı, amely a komprimált gız túlhevítési hıjét, kb. 15%-át adja át a HMV-nek. Ezzel elérhetı a HMV magas hımérséklete anélkül, hogy a kondenzátor hımérsékletét (nyomását) növelni kellene. Néhány eszmefuttatást még ismertetek, de hangsúlyozom, hogy a következı SCOP és SEER értékek csak tájékoztató jellegőnek tekinthetık, mert az adott értékek alakulását alapvetıen 16 meghatározzák a konkrét feltételek és a szükségletek:
A magyar fejlesztés lényege (5) ismeretes, hogy a hıszivattyús rendszerek általános épületgépészeti célja: főtés, hőtés és HMV-ellátás; mindhárom funkció alkalmazásával, az alábbi hıszivattyús rendszerrel, az energiahatékonyság, a fajlagos beruházási költség és a rendszer megtérülése is jelentısen csökken; pl. a nyári hőtést biztosító folyadék hőtık, split klímák és az ún. légkondik berendezéseknél az SEER 3 3,5; Magyarországon sok villanybojler mőködik HMV-elıállításra, ezek korszerősítése kedvezıbb villamos energia fogyasztású hıszivattyúval is lehetséges; ezeknek a berendezéseknek a kiváltása az említett hıszivattyúra HMV és hőtési funkciónál sokkalta nagyobb hatékonyságot okoz; 17
A magyar fejlesztés lényege (6) a HMV-elıállításnál, amikor 50 C-os vizet állítunk elı az SCOP 4,5 is lehet kétkondenzátoros megoldás esetében is; említett a hıszivattyúnál (mivel a HMV desuperheater megoldásban készül ezért) a HMV elıállítás SCOP értéke télen ugyanolyan, mint a főtés SCOP értéke, nyáron azonban hőtési üzemmódban ingyenes az elıállítás (ha így nézzük, akkor az SCOP érték a télihez képest duplázódik); jelzem, hogy az EU-s ajánlott értékek azért olyan rosszak, mert csak külsı hıcserélıs HMV elıállításban gondolkodnak; e két felhasználási területen (HMV-elıállítás és hőtés) a hıszivattyúzás a villamos energia felhasználás szintjét jelentısen csökkenti; 18
A magyar fejlesztés lényege (7) központi főtésnél az elıbb említett geotermikus hıszivattyús rendszerrel az átlagos főtési tényezı az SCOP 4,5; ilyenkor a földgázfogyasztás teljesen megszőnik, de ennél a funkciónál (főtés), a kiváltás miatt a villamos energia felhasználás szintje növekszik; Magyarországon a lakó- és középületek főtésére fordított energia mennyisége az országos energiafelhasználás egyharmadára tehetı; tényadat, hogy az olajfogyasztásunk importhányada 90% megegyezik az EU statisztika adatával, a földgáz sajnálatosan 20%-al meghaladja EU statisztika adatát (60%), nevezetesen 19 80%;
A magyar fejlesztés lényege (8) az olajtüzeléső kazán az olaj fogyasztói ára miatt gyakorlatilag már régen megszőnt hazánkban, csökkenthetı lehetne a földgáztüzeléső kazán és a földgáztüzeléső bojler darabszáma sokkalta energiahatékonyabb és környezetkímélıbb villamos hıszivattyúkkal; az említett hıszivattyúnál (mivel a HMV desuperheater megoldásban készül ezért) a HMV elıállítás SCOP értéke télen ugyanolyan, mint a főtés SCOP értéke, nyáron azonban hőtési üzemmódban ingyenes az elıállítás (ha így nézzük, akkor az SCOP érték a télihez képest duplázódik); 20
A magyar fejlesztés lényege (9) mekkora SCOP értékek vannak, ha hulladékhıt hasznosítunk, vagy medencét főtünk? Ilyenkor az SCOP értékek akár a kétszerese is lehet a talajvizes vagy szondás hıszivattyúzáshoz képest, attól függıen, hogy mire használjuk a hulladékhıt; Ismételten hangsúlyozom, hogy az SCOP és SEER értékek bemutatása (lásd: 17., 18. és 19. oldal) csak konkrét esetekben reális, leírtak csak a nagyságrendek bemutatására szolgálnak! (Az utolsó oldalon felsorolt publikációk között konkrét esetek, referenciák is találhatók, amelyre ezúton is felhívom a szíves figyelmüket.) 21
Összefoglalás (1) 1) A földhı energiájának egyik legnagyobb elınye, hogy évszaktól és napszaktól is független állandó energiaforrásként használható. 2) A fejlesztéssel az eddigiektıl eltérı, lényegesen jobb SCOP és SEER értékő rendszerek kivitelezése történt meg meglévı kazános, radiátor hıleadójú főtési berendezések hıszivattyús rendszerre történı átalakításakor is. 3) Olyan új termék elıállítása történt, amelynek alkalmazása más megvilágításba helyezi a hıszivattyúk alkalmazhatóságát. 4) Ezzel a fejlesztéssel most lehetıségünk lenne, hogy egy olyan technika élvonalába kerüljünk, amely technikát világszerte mind szélesebb körben alkalmaznak, és megfelelı hazai támogatással, folyamatos fejlesztéssel, jelentıs exporttevékenységet gerjeszthetnénk. 22
Összefoglalás (2) 5) Az energiafelhasználásunk összetételében a főtés és hőtés részaránya több mint 50 %, így ennek energiahatékonysági korszerősítése fontos feladatunk. Az EU szintén érdekelt az energiahatékonyságban (lásd a vonatkozó irányelvet), a hıszivattyús technológia széleskörő növelésében. 6) Megítélésem szerint az EU 2021 2027-ig tartó következı idıszakában a V4-ek (www.visegradgroup.eu) összefogásával eredményessé tehetnénk a hıszivattyúipart országunkban. 7) A hıszivattyúzás nagyarányú megújuló energiaforrást vagy hulladékhıt hasznosít, és mőködtetéséhez felhasználható a nukleáris villamosenergia-termelésbıl származó olcsóbb áram. 8) Hıszivattyúiparunk megteremtésével szakmánk sikeres lehetne Európában! 9) Akkor örülnék igazán, ha országunk zászlóvivıje lehetne e 23 csúcstechnika világviszonylatú, szélesebb körő elterjesztésének.
Felhasznált, ajánlott irodalom és referenciák [1] Komlós Ferenc Fodor Zoltán Kapros Zoltán Dr. Vajda József Vaszil Lajos: Hıszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára. (Heat Pump Systems. To the centenary of the birth Laszló Heller). Magánkiadás, Dunaharaszti 2009. ISBN 978-963-06-7574-1 (ISBN 978-963-06-8297-8). [2] Ádám Béla Büki Gergely Maiyek Tarek: Geotermikus energia. Hıszivattyúzás. Energetikai szakkönyvek. Mérnöki Kamara Nonprofit Kft. 2013. ISBN 978-963-88358-5-7. Fodor Zoltán Komlós Ferenc: Termálvizes fürdı bıvítése hıszivattyúk alkalmazásával. Energiagazdálkodás, 52. évfolyam, 2011/6. szám, 17 20. oldal. A nagykırösi strand energiatudatos bıvítése. Magyar Épületgépészet, LXI. évfolyam, 2012/3. szám, 22 26. oldal. Kaszanitzky Csilla Komlós Ferenc: Új autószalon Fóton magyar hıszivattyúval. Építészfórum honlapon (2012. július 19. 07:46); Magyar Installateur, 22. évfolyam, 2012. október, 35 36. oldal. Komlós Ferenc: Hıenergia alapigények a hıszivattyúk alkalmazása és a Heller-terv célkitőzései tükrében. Elektrotechnika, 105. évfolyam, 2012/09 szám, 5 8 oldal. Komlós Ferenc Fodor Zoltán: Elfolyó hidrotermikus energia hasznosítása hıszivattyúval távfőtési rendszerekhez. Ipari Ökológia, (2012) 1 évfolyam, 1. szám, 81 100 oldal. Fodor Zoltán Komlós Ferenc: Ivóvíz hıhasznosítása hıszivattyúval. Magyar Épületgépészet, LXII. évfolyam, 2013/7-8. szám, 12 16. oldal. Fodor Zoltán Komlós Ferenc Dr. Balikó Sándor: Ivóvíz hıjének hasznosítása. Energiagazdálkodás, 54. évfolyam, 2013/5. szám, 17 19. oldal. Komlós Ferenc: Főtés, hőtés a kertgazdaságban és a magyar geotermikus hıszivattyú. Magyar Épületgépészet, LXIII. évfolyam, 2014/4. szám, 10 13. oldal. Komlós Ferenc: A hıszivattyúzás táblázata és a felszínalatti víz hıjének hasznosítása magyar hıszivattyúval. Tervlap honlapon (2014. augusztus 7.); Magyar Hidrológiai Társaság XXXII. Országos Vándorgyőlés (Szeged, 2014. július 2 4. Szegedi Tudomány Egyetem, Természettudományi és Informatikai Kar, Földrajzi és Földtani Tanszékcsoport) dolgozata, amelyet a rendezvény CD-ROM-ja (ISBN 978-963-8172-32-1) tartalmazza. Fodor Zoltán: A földhı hıszivattyús rendszerek fajlagos költségei főtéskorszerősítéseknél I. és II. Magyar Installateur, 24. évfolyam, 2014. február március, 24 25. oldal és 2014. április, 28 29. oldal. Komlós Ferenc: Hıszivattyúk a kertészetekben. Energiatudatos megoldások a vidékfejlesztésben címő lapdigitális változatában a digitális Építési Megoldások 2014/1. különszámaként,14 17. oldal (az Építési Megoldások, valamint a Vidék és Gazdaság közös digitális lapszáma). Komlós Ferenc: A hıszivattyú hangsúlya a kertgazdaságban. Mezıgazdasági Technika, LIV. évfolyam, 2013. április, 16 17. oldal. Fodor Zoltán Komlós Ferenc: Földgázkazán kiváltása geotermikus hıszivattyúval Hıszivattyú radiátoros főtésnél. Magyar Épületgépészet, LXII. évfolyam, 2013/5. szám, 15 17. oldal. Fodor Zoltán Komlós Ferenc: Ivóvíz hıhasznosítása hıszivattyúval. Magyar Épületgépészet, LXII. évfolyam, 2013/7-8. szám, 12 16. oldal. Komlós Ferenc: Hıszivattyúk a kertészetben és a magyar geotermikus hıszivattyú. Elektrotechnika, 107. évf., 2014/06. szám, 7 9. oldal. Szíves figyelmüket megköszönöm! 24