Magyar Bányászati Hivatal Budapest, KÖRNYEZETVÉDELMI VIZSGÁLATI ELEMZÉS Készítette: Fodor Zoltán Okl. mg.gépészm., épületgépészm. 5600 Békéscsaba,Szabó D.u.25.
Tartalomjegyzék 1. VERTIKÁLIS ZÁRT HURKÚ HŐSZIVATTYÚS RENDSZER ELŐZETES KÖRNYEZETI TANULMÁNY... 3 2. A VERTIKÁLIS ZÁRT HURKÚ RENDSZER ALKALMAZÁSÁNAK MEGÍTÉLÉSE... 3 2.1.NYITOTT RENDSZER... 4 2.1.1. Két kutas rendszer... 4 2.1.2. Egy kutas rendszer... 4 2.2. ZÁRT HURKÚ RENDSZER... 4 2.2.1.Horizontális csőfektetés... 5 2.2.1.2.Környezetvédelmi szempont:... 5 2.2.2.Vertikális csőfektetés... 5 2.2.2.1. Energetikai szempont... 6 2.2.2.1.3.Példa az energetikai viszonyokra:... 6 2.2.2.2. A technológia alkalmazásának környezetvédelmi szempontjai... 7 2.2.2.2.1.A hőkivétel felszíni, felszínközeli esetleges hőmérsékleti hatásai... 7 2.2.2.3.A furat előírt technológia szerinti eltömítése, szigetelése... 7 2.3.KÖVETKEZTETÉS... 8 3. A TECHNOLÓGIA VÁLASZTÁSÁNAK KÖRNYEZETVÉDELMI SZEMPONTJAI... 8 4.A TEVÉKENYSÉG TELEPÍTÉSI ÉS TECHNOLÓGIAI LEHETŐSÉGEI... 9 4.1. A TEVÉKENYSÉG VOLUMENE... 9 4.2. A TEVÉKENYSÉG MEGKEZDÉSÉNEK VÁRHATÓ IDŐPONTJA...10 4.3. A TEVÉKENYSÉG HELYE ÉS TERÜLETIGÉNYE...10 4.4. A TEVÉKENYSÉG MEGVALÓSÍTÁSÁHOZ SZÜKSÉGES LÉTESÍTMÉNYEK FELSOROLÁSA...10 5.A TERVEZETT TECHNOLÓGIA...10 5.1.A RENDSZER TECHNIKAI ELEMEI:...10 5.1.1. Geotermikus hőszivattyú...11 5.1.2.Vertikális földkollektor...12 5.1.3. A szükséges műszaki háttér...12 5.1.3.1. Az 1.fázis műszaki háttere:... 12 5.1.3.2. A 3.fázis műszaki háttere:... 13 5.2. A RENDSZER KIÉPÍTÉSÉNEK TECHNOLÓGIAI HÁTTERE...13 6. A TERVEZETT TECHNOLÓGIA MEGVALÓSÍTÁSA NÉLKÜL VÁRHATÓ KÖRNYEZETI ÁLLAPOTVÁLTOZÁSOK BECSLÉSE...19 7. ENGEDÉLYEZÉS ÉS DOKUMENTÁCIÓ... HIBA! A KÖNYVJELZŐ NEM LÉTEZIK. 7.1. GEOTERMÁLIS HUROK HELYSZÍNI VIZSGÁLATI MUNKALAP... HIBA! A KÖNYVJELZŐ NEM LÉTEZIK. CEEA 7.2. ÜZEMBE ÁLLÍTÁSI JEGYZŐKÖNYV NYITOTT ÉS ZÁRT HURKÚ ALKALMAZÁSOKHOZ TALAJ- ÉS VÍZENERGIÁT HASZNÁLÓ HÕSZIVATTYÚK RÉSZÉRE...20 8.ÖSSZEFOGLALÁS...22 IRODALOMJEGYZÉK...23 MELLÉKLET. 23 2
1. Vertikális zárt hurkú hőszivattyús rendszer előzetes környezeti tanulmány A Geowatt Kft. stratégiai célja a földhő hőszivattyús rendszer magyarországi alkalmazásával kapcsolatban az, hogy egyrészről olyan korszerű,nagy teljesítménytényezőjű, hosszú élettartamú és emellett kedvező árú technikát szerezzenek be és emellett olyan technológiát alkalmazzunk, amellyel a hazai viszonyaink között elfogadható árszinten és magas COP (coefficcient of performance =hasznos/felvett teljesítmény) tényezővel,- versenyre kelve a gázkazánokkal,- tudják a lakóházak, intézmények fűtését, hűtését, használati melegvíz ellátását megoldani úgy, hogy a környezet terhelését, a helyi CO 2 kibocsátást a nullára csökkentik. E célnak megfelelően az elmúlt évben szerződést kötöttek a kanadai Maritime Geothermal Ltd.-vel a Nordic hőszivattyúk forgalmazására. Az általuk gyártott másodgenerációs geotermikus hőszivattyúk céljaiknak megfelelnek,- külsőre szerény megjelenésű, belsejét nézve pedig a legkorszerűbb Copeland kompresszorral szerelt,igen magas COP értékű készülékek, elérhető árakon. Az alkalmazandó technológia megválasztásánál az volt a meghatározó, hogy az adottságaikat legjobban kihasználó, legjobb COP értéket biztosító és környezetterhelést nem jelentő hőnyerési móddal kombinálják a NORDIC hőszivattyúkat. Mivel hazánk geotermikus adottságai sokkal kedvezőbbek az európai átlagnál, ezért megvizsgálták a lehetőségét a vertikális zárt rendszerű hőnyerési mód alkalmazásának, mind műszaki, mind gazdaságossági és környezetvédelmi oldalát tekintve. A rendszer méretezéséhez beszerezték a kanadai szabványnak (C 445-M92) megfelelő méretező szoftvert, kapcsolódó szakirodalmat. (6*) Elemzéseik eredménye az lett,hogy hazai viszonyaink között az említett technikát kombinálva a vertikális hőnyerési móddal elérhető az évi átlagos COP=4,5 érték. Ez alapján úgy ítélték meg, hogy a lehetőségek adottak arra, hogy technikailag és szervezetileg felkészüljenek a rendszer magyarországi alkalmazására. Céljaik összhangban vannak a Kyotói egyezmény üvegházhatás csökkentésével kapcsolatos követelményeivel, s a technológia engedélyezése hozzájárul ahhoz, hogy hazánk eleget tegyen a megkötendő egyezmény CO 2 kibocsátás csökkentésének előírásainak. 2. A vertikális zárt hurkú rendszer alkalmazásának megítélése Az USA Energiaügyi Minisztériuma által készített tanulmányban, az újgenerációs geotermikus hőszivattyúk minden más fűtési/hűtési rendszer elé kerültek a tekintetben, ahogy képesek az energiát konzerválni és csökkenteni a CO 2 kibocsátást. (Az újgenerációs geotermikus hőszivattyú: 80-as évek második felében erre- a talajból történő hőnyerési módra (közepes/magas) hőfokszint- kifejlesztett scroll kompresszorokkal szerelt hőszivattyúk) 3
A talajból történő hő kivételnek és hő visszajuttatásnak több módja lehetséges: 2.1.Nyitott rendszer 2.1.1. Két kutas rendszer 1.ábra Az ábrán látható a két kutas nyitott rendszer. 2.1.1.1. Energetikai szempont: a csőkutakból feljövő 12-16 0 C közötti hőmérsékletű víz igen jó (COP 4,5-4,8) közötti teljesítménytényezőt biztosít, de a víz kútból történő felhozatalához, a hőszivattyúkhoz szükséges 200-275 KPa nyomás fenntartásához a csősurlódás legyőzéséhez,valamint a visszasajtoláshoz viszonylag nagy teljesítményfelvételű búvár illetve centrifugál szivattyúra van szükség, ami a rendszer hatásfokát rontja. 2.1.1.2. Környezetvédelmi szempont: A két kutas rendszer környezetvédelmi szempontból,- megfelelő kivitelezés esetén- semleges,hiszen a kinyert ivóvíz minőségű vizet a nyelőkút segítségével ugyanabba a rétegbe nyomjuk vissza Költség: költség oldalról vizsgálva a nyitott rendszert- feltételezve a jó minőségű,megfelelő hozamú és hőmérsékletű kútpárost- egyértelmű,hogy kis és közepes rendszerek esetén ez a megoldás meglehetősen drága az ilye kutak 20-25.000. Ft/m közötti fúrási költségét figyelembe véve. 2.1.2. Egy kutas rendszer 2.1.2.1. Környezetvédelmi szempont: A nyitott rendszer egy kutas megoldásai kifogásolhatók, hiszen a viszonylag nagymennyiségű vízkivétel mindenképpen károsan hat az ivóvízbázisra,- csökkenti annak mennyiségét,és a víznyomás csökkenése károsan hat a terület geológiai adottságaira. 2.ábra 2.2. Zárt hurkú rendszer Sok kereskedelmi épület választ vertikális vagy horizontális hurkot mint talajhőcserélőt,- vagy a rendelkezésre álló talajvíz hiányában vagy a kevesebb fenntartási költségek miatt, melyet a nyitott hurkú rendszerekkel szemben lehet elérni. Gyakran a geotermikus rendszerben előforduló problémák kapcsolatban állnak a kutakkal, szivattyúkkal, vagy közvetlen eredménye annak, hogy gyenge minőségű vizet használnak,vagy olyan vizet amely homokkal vagy más idegen anyaggal szennyezett. Ilyen szennyeződés a szivattyúk, vízszelepek, hőcserélők és visszavezető kutak idő előtti tönkremeneteléhez vezethet. Ahhoz, hogy ezeket a problémákat a minimális szintre csökkentsük egy zárt másodlagos hőcserélő rendszer van kialakítva SDR11 minőségű polietilén műanyag csővel, amit specifikusan erre a munkára készítenek. 4
2.2.1.Horizontális csőfektetés A3.ábrán látható a zárt hurkú horizontális rendszer. 2.2.1.1.Energetikai szempont: A horizontális rendszer elsődlegesen napenergia hasznosítás, hiszen a 4.ábrán látható, hogy 10m-es mélységig a külső hőmérséklet függvényében változik a talaj hőmérséklete. 3.ábra 4.ábra 5.ábra A 2 m mélységbe lefektetett kollektor - csöveket körülvevő talajréteg hőmérséklet ingadozása egyrészről a külső hőmérséklet, másrészről a hőszivattyúval kivett hőteljesítmény függvénye. Az 5.ábrából látható, hogy januárban 2m mélyen 6 0 C a talaj hőmérséklete. A hőkivétel hatására - jól tervezett rendszer esetén--a talaj -1 0 C-ra hűl le! Ilyen hőmérséklet szinten a hőszivattyúval elérhető COP érték nem haladja meg az évi átlagos COP= 3,5 értéket! Ahhoz, hogy ezt a COP értéket biztosítani tudjuk egy 10KW-os fűtési teljesítmény igényű rendszerhez az alföldi viszonyok között közelítőleg 430 m hosszú 60 cm széles és egymástól 2,1 m levő árokba 860 m hosszú csővezetéket kell lefektetni! A 10KW-os fűtési teljesítmény igényű rendszerhez ennek megfelelően minimum 1100 m 2 szabad terület szükséges! Ilyen szabad terület a mi beépítettségi viszonyaink között a legtöbb esetben nem áll rendelkezésre. 2.2.1.2.Környezetvédelmi szempont: A horizontális rendszer mint láttuk a talaj felső rétegéből vonja el a hőt. Nem megfelelően méretezett rendszer esetén a hőkivétel akár (-5 0 C)- (-10 0 C)-ig is lehűtheti a talaj felső rétegét. A hővisszapótlás a tavaszi viszonyok között csak nagy késleltetéssel történik meg a napenergia hatására, s így ebben az esetben a becsövezett és a környező terület növényzetének fejlődését károsan befolyásolhatja. Abban az esetben azonban ha megfelelő szabad terület áll rendelkezésre (pl:parkoló) és jól tervezett a rendszer-akkor ezen negatív jelenség minimalizálható! 2.2.2.Vertikális csőfektetés 6.ábra (3*) 5
2.2.2.1. Energetikai szempont 2.2.2.1.1. Magyarország geotermikus adottságai (2*) A vertikális csőfektetésnél egyértelműen a földhő kinyerése történik. / A földhő a bolygónk ősi múltjából származó, annak mélységeibe zárt hasadó anyagok radioaktív bomlása során keletkező és folyamatosan a felszín felé áramló meleg.( 1 * )/ A geotermikus gradiens és a földi hőáram Magyarország területén lényegesen jobb mint Európa más területein.( 7.ábra Alföld gradiens térképe) Az Alföldön az átlagos gradiens: 55-60 0 C/km! /Az Európai kontinens területén a kőzettömeg átfűtöttségét jellemző ún. mélységi hőáram átlagosan 62 mw/m 2,míg Magyarországon a mért hőáram értékek átlaga ennél jóval nagyobb-90,4 mw/m 2 (2*)/ Ezt a geológusok annak az adottságnak tulajdonítják, hogy a földkéreg a Kárpátmedencében csak 24-25 km vastag, ami mintegy 20 kilométerrel kevesebb a Föld felszín legtöbb részén mért értéknél. / gg= (T z -10)/ z ( 0 C/km) gg= átlagos geotermikus gradiens., T z = "z" mélységben mért hőmérséklet./ Európa legtöbb passzív geotermikus területein a geotermikus gradiens átlag 30 0 C/km. Magyarország területén, mint a Kárpát-medence központjában elterülő országban ezért nagyon kedvezőek a feltételek a napszaktól, évszakoktól független földhő kinyerésére és hasznosítására! 2.2.2.1.2.A teljesítménytényező (COP coefficient of performance) alakulása. Hazánk egyes területein egy 10KW-os rendszerhez vertikálisan 1db 100 m mélységű (Ø 120 mm) fúrást kell elkészíteni, amelybe egy csőhurkot kell leengedni. Ezzel a megoldással elérhető az évi átlagos COP=4,5. Helyigény gyakorlatilag nincs, a szükséges kollektor furatok egy épülő ház alatt is elhelyezhetők! 7.ábra (2*) 2.2.2.1.3.Példa az energetikai viszonyokra: Tételezzünk fel 10000 KWh energia mennyiséggel egyenértékű primer gáz energiahordozót Az elektromos energia előállítás hatásfoka 30%! A hőszivattyú teljesítménytényezője évi átlagban =4.5! A 10000KWh energiamennyiséggel egyenértékű energiahordozóból a fenti feltétel mellett 3000 KWh elektromos energiát lehet előállítani 6
Ha a 10000 KWh-t 80%-os évi hatásfokkal (nagyon jó minőségű, karbantartott kazán) elégetjük, kapunk 8000 KWh fűtési energiát. Ha a 3000 KWh elektromos energiát geotermikus hőszivattyúban hasznosítjuk: 3000 KWh x 4,5= 13500 KWh fűtési energiát kapunk! Így összehasonlítva a geotermikus hőszivattyús technológiát egy jó hatásfokú gázkazános rendszerrel: A 10.000.KWh primer energiahordozóból: 13500 KWh-8000 KWh= 5500 KWh megtakarítás! (1-8000/13500)x100= 40,7% Primer energiamegtakarítás! 2.2.2.2. A technológia alkalmazásának környezetvédelmi szempontjai A vertikális rendszer negatív környezetvédelmi hatásait vizsgálva két elvileg lehetséges következményt kell vizsgálni. 2.2.2.2.1.A hőkivétel felszíni, felszínközeli esetleges hőmérsékleti hatásai Egy 100 m mélységű fúrásban a talpponti hőmérséklet 16-17 0 C között van. 10m-en a hőmérséklet állandó 10 0 C. A hő utánpótlást ezen rétegekben nem a külső hőmérséklet és a napenergia biztosítja, hanem a földi hőáram. Mint előzőekben említettük 2m mélységben januárban a talaj hőmérséklete +6 0 C körüli érték. A kollektor hosszának méretezésénél a talaj hővezető képessége és átlagos hőmérséklete mellett kiinduló adat az, hogy a legnagyobb teljesítményű hőkivétel (-15 0 C külső hőm.) milyen értékre engedjük lehűlni a lyuk hőmérsékletét. Ez az érték méretezésnél +5 0 C! Ez azt jelenti, hogy amennyiben a lyuk átlagos hőmérséklete 15 0 C-ról,5 0 C-ra hűl le, akkor a megnövekedett hőmérséklet különbség hatására az adott kollektor felület a meglevő geológiai viszonyok alapján képes ellátni az épület hőigényét további hőmérséklet csökkenés nélkül! Így egyértelmű, hogy a felső talajrétegben lehűlést,értékelhető hőmérsékletváltozást ez a módszer nem okoz, függetlenül a területre eső kollektorok számától! Megújuló jellege alatt azt értjük, hogy mint természeti forrásból a Földből újra termelődő energia több, mint amit felhasználunk. Így a tervezett energiafelhasználásunk hosszú időn(több száz éven) keresztül fenntartható. Ennek megfelelően kollektorokkal a földből nem tudunk annyi hőt kivenni, hogy az a talaj mélyebb rétegeiben a hőegyensúly megbomlásához vezessen. A téli viszonylag folyamatos hőkivétel hatására a kollektor körüli 3m -es térségében - 10 m mélység alatt- rövid idejű hőmérséklet ingadozások bekövetkeznek /ennél közelebb ezért nem célszerű a kollektorfuratok telepítése/, amelynek azonban érzékelhető felszíni környezeti hatásai nincsenek. 2.2.2.3.A furat előírt technológia szerinti eltömítése, szigetelése A tömítés oka elsődlegesen az elkülönült vízadó rétegek biztonságos elválasztása, másodsorban pedig a cső körüli réteg megfelelő hővezetésének biztosítása. 7
8.ábra 2.3.Következtetés A rendszer kiépítésének Kanadában és az USA-ban szabványba foglalt- hátterét az IGSHPA (International Ground Source Heat Pump Association),- Nemzetközi Földhő Hőszivattyús Szervezet tankönyvei biztosítják.(5*) Az általunk alkalmazni kívánt "zagy" összetétel: víz, bentonit és cement előkeverve. Az általunk alkalmazni kívánt tömítési technika és technológia biztosítja azt, hogy a vízadó rétegek ne keveredhessenek egymással, s így a beavatkozás negatív hatását minimalizálni tudjuk,az ívóvíz védelme így megoldott. Zárt kollektoros rendszereknél a földoldali folyadékot -7 0 C-ig fagyállósítani célszerü. Erre a célra Kalcidur -t alkalmazunk,amely környezetvédelmi hatása szemponjából bevizsgált. A fentebb vázolt hőnyerési módok környezetvédelmi, gazdaságossági, technikai összehasonlítása alapján látható, hogy hazánk geotermikus adottságait figyelembe véve olyan hőnyerési mód hozza a legmegfelelőbb eredményt amely ezt az igen kedvező lehetőséget tudja hasznosítani. Így két rendszer jöhet számításba,- a nyitott 2 kutas rendszer, valamint a vertikális zárt hurkos rendszer. A nyitott -2 kutas- rendszer alkalmazása megfelelő hőmérsékletű, minőségű és tömegáramú víz esetén a hőszivattyú hatásfokában jobb is lehet mint a zárt hurkos rendszer, de a víz kiemeléséhez, visszajuttatásához lényegesen nagyobb szivattyúzási energia szükséges, amely az összhatásfokot rontja. Kis és közepes teljesítményigényű rendszerek ( 10-250 KW) esetén a költségek kedvezőbbek a zárt hurkos rendszerek alkalmazása esetén. A vertikális zárt hurkos rendszer élettartama min 50év, karbantartási költség nincs,- ezzel szemben a nyitott kutas rendszereknél a kút élettartama korlátozott, a vízminőségből adódóan a rendszernél karbantartási költségek merülnek fel, a kút vízadó képessége változhat, amely újabb karbantartási költségekkel jár. A fentiek miatt egyértelmű, hogy a mi viszonyaink között a - kis és közepes rendszerek esetén-minden szempontból a vertikális zárt hurkos rendszer adja mind környezetvédelmi, mind pedig energetikai szempontból a legjobb eredményt! 3. A technológia választásának környezetvédelmi szempontjai A geotermikus hőszivattyús technológia magyarországi széleskörű alkalmazásának elsődleges célja- összhangban a Kyotói egyezmény hazánk számára előírt követelményével, a szerződés megkötését követően- az üvegházhatást előidéző gázok,s elsődlegesen a CO 2 kibocsátás jelentős csökkentése! Az olajár robbanása összpontosította a figyelmet erre a technológiára, és ma már világszerte 90 millió hőszivattyús egység 570 TWH/év teljesítménnyel működik. Csupán az épületekben működő hőszivattyúk 9%-al csökkentik a világ jelenlegi 20GT/év CO 2 emisszióját! Az USA Energiaügyi Minisztériuma által mostanában készített tanulmányban, az újgenerációs geotermikus hőszivattyúk minden más fűtési/hűtési rendszer elé kerültek a tekintetben,ahogy képesek az energiát "konzerválni" és csökkenteni a CO 2 kibocsátást. (4*) Magában a hőszivattyús technológia a helyi károsanyag csökkenti! kibocsátási értékeket 0%-ra 8
Ez önmagában környezetvédelmi szempontból óriási jelentőségű, hiszen a legnehezebben kontrollálható lakossági (elavult gáz és vegyestüzelésű kazánok, karbantartás hiánya) és intézményi felhasználásokat teszi környezetvédelmi szempontból a legoptimálisabbá. Az elektromos erőművek által kibocsátott károsanyag központilag jól kontrollálható, és csökkenthető. Emellett azonban látni kell, hogy a hőszivattyúk lakossági, kisebb intézményi felhasználása(4*) esetén - a rendszert megfelelően pufferolva - megoldható, hogy a hőszivattyúk teljes mértékben csúcskizárással működjenek! Ilyen vezérelt elektromos energia felhasználás esetén azonban a hőszivattyús fűtési rendszerek alkalmazása azt eredményezi, hogy erőművi kapacitás kihasználása javul, s többlet erőművi kapacitás nem szükséges! Ilyen esetben az erőművi károsanyag kibocsátás sem növekszik! Jó példa erre az az elektromos tarifa elgondolás amely a DÉMÁSZ- al folytatott megbeszélésünk eredményeképp a közeljövőben realizálódni látszik. - Ennek lényege, hogy a DÉMÁSZ a hőszivattyúkhoz vezérelten szolgáltatná az elektromos energiát -a következők szerint: - Hétköznap: 0-07 00 -ig 11-16 00 -ig 19-24 00 -ig A napi szolgáltatási idő 17 h Munkaszüneti nap: 0-24 00 -ig Az áfás ár 15,5 Ft/KWh! A fentiek mellett a környezetvédelmi célok maradéktalan megvalósításához szükséges, hogy a lehető legnagyobb energiamegtakarítást és COP értéket tudjuk megvalósítani a hőszivattyús rendszerekkel, (lásd:1.2.2.1.3) hiszen a többlet erőművi kapacitás növelés nélkül rendelkezésre álló villamos energia mennyiség korlátozott, s nem mindegy hogy a meglevő kapacitással volumenében mennyi primer energiahordozót tudunk kiváltani! Ehhez az előzőekben vázolt vertikális zárt hurkú, alacsonyhőmérsékletű geotermikus energia hasznosítás - újgenerációs geotermikus hőszivattyúval - adja a legmegfelelőbb megoldást! (lásd:1.2.2.) 4.A tevékenység telepítési és technológiai lehetőségei 4.1. A tevékenység volumene A kezdeti piaci felmérés alapján a rendszer iránti konkrét érdeklődés jónak minősíthető, annak ellenére, hogy a rendszer üzemeltetésének magyarországi tapasztalatai nincsenek, nem kidolgozott az alkalmazható elektromos tarifa rendszer és az állami támogatás bizonytalan. Abban az esetben, ha az állami akarat is segíteni fogja ezen beruházások megvalósítását,- akkor biztosított a rendszer felfutása. Megítélésünk szerint lehetséges lenne 5 év alatt felfuttatni a beruházási kapacitást Évi 100.000 KW beépített hőszivattyús fűtési teljesítményre, ( ebben nem szerepel a hőszivattyúk más típusú hasznosítása,- hulladékhő, fólia fűtés nyitott kutas rendszerekkel, stb) amely hozzávetőlegesen 5000 db átlagos méretű lakás hőszivattyús ellátásának felel meg.( A szomszédos Ausztriában évenként 8000 db-nál több hőszivattyút építenek be) Év Beépített hősziv. DB Beépített fűtési Teljesítmény KW Várható fűtési energia felhaszn. GWh Várható elektromos energia felhaszn. GWh 2002 50 1.000 1,9 0,44 2003 500 10.000 19,0 4,4 2004 1500 30.000 57,0 13,2 9
2005 3000 60.000 114,0 26,4 2006 5000 100.000 190,0 44,0 Össz. 10050 201.000 381,9 88,44 Megj.: A fűtési/hűtési energia felhasználást a magyarországi külső hőmérséklet statisztikai adatai figyelembe vételével határoztuk meg. Ahhoz, hogy ez a volumen megvalósuljon, a politikai akarat részéről szükséges a lehetséges beruházási támogatások (pályázatok) odaítélését átláthatóbbá tenni, és szerintünk a KAC pályázati lehetőséget ki kellene terjeszteni a lakossági egyedi beruházásokra is, hiszen a levegőtisztaság védelemben a pillanatnyilag leghatékonyabb eszköz ez a technológia. Emellett a beruházások elősegítése végett az áfa-t mérsékelni kellene! Szakmai részről az engedélyezési eljárásokat kellene gyorssá és átláthatóvá tenni, valamint hozzá kellene kezdeni Magyarországon is az IGSHPA( Nemzetközi Földhő Hőszivattyús Szövetség) ajánlása alapján a technológiára vonatkozó tervezési, kivitelezési szabványok előkészítéséhez. Amennyiben a fentebb felsorolt kérdésekben előrelépés érzékelhető, úgy biztosak vagyunk benne, hogy a magyarországi geotermikus hőszivattyú gyártást a Geowatt Kft. hamarosan be tudja indítani, s ezzel a széleskörű elterjesztés technikai hátterét várhatóan kedvezőbb árszinten meg tudják oldani. 4.2. A tevékenység megkezdésének várható időpontja A tevékenység megkezdésének időpontja az engedélyezés függvénye. A Geowatt Kft. mind szakmailag, mind műszakilag felkészült a technológia szakszerű kivitelezésére. 4.3. A tevékenység helye és területigénye A tevékenység helye területileg előre nem meghatározható,- az egész ország területén, főleg magánterületeken történhet a kollektorfuratok kiépítése. A technológia kiépítésének területigénye csak a kiépítés szakaszában van, amikor a furások között min.3 m-max.7 m távolságot kell tartani. A gerincvezeték kiépítése 1,7-2 m mélyen történik, s ilyen mélységben lép az épületbe a kollektorcső. Ennek megfelelően a munkák befejezésekor (nyomáspróba) az árkok betemetésre kerülnek és az eredeti állapot helyreállítódik. A kollektorokat az építés megkezdése előtt az épület alatt is el lehet helyezni, ami tovább csökkenti az építés közbeni helyigényt. 4.4. A tevékenység megvalósításához szükséges létesítmények felsorolása A kollektorfuratok elhelyezésének helyigénye,s ennek megfelelően létesítményigénye nincs. A hőszivattyúk elhelyezése optimálisan kazánházat igényel, de elhelyezhető garázsban, mellékhelyiségben, mint bármely más elektromos berendezés. Az elektromos hálózat megfelelő kialakítása (földelés, túláramvédelem, fázisvédelem) szükséges és a szakember feladata. 5.A tervezett technológia 5.1.A rendszer technikai elemei: -.Geotermikus hőszivattyú -. Vertikális földkollektor - Kútfúró berendezés -. Kiegészítő elemek (puffertartály, melegvíztartály, cirkulációs szivattyúk, vezérlés stb.) 10
5.1.1. Geotermikus hőszivattyú Közepes ill. magas hőmérsékletszintre tervezett Copeland scroll kompresszorokkal szerelve,mely pillanatnyilag a legkorszerűbb és legújabb fejlesztés a hőszivattyús technológiában. Ez a fejlesztés,amely a hagyományos dugattyús kompresszorokhoz képest 20-30%-al megnövelte a teljesítménytényezőt, teszi lehetővé hazai viszonyaink között (rossz hatásfokú elektromos energia előállítás.max.30%) a geotermikus hőszivattyúk gazdaságos alkalmazását! Ezen technikával és vertikális földkollektor alkalmazásával a hazánkban elérhető éves átlagos teljesítmény tényező 4.5! 11
5.1.2.Vertikális földkollektor A rendszer másik meghatározó eleme, amelynek kivitelezési sémája az alábbi ábrán látható. 5.1.2.1.A földkollektor készítés 1.fázisa: amikor 120 mm átmérőjű, 50-150 m mélységű fúrást eszközlünk a talajba vízöblítéses rotary rendszerű fúró berendezés felhasználásával. A furatba béléscsövet nem alkalmazunk. A furat falának megtámasztását a kollektor és töltőcső lehelyezéséig a fúróiszapból képzett lyukfalstabilizáló iszaplepénnyel biztosítjuk. A kollektorcső SDR11 minőségű polyetilén csőből polyfúziós eljárással készített hurok, az előírt nyomáspróbának alávetve. 5.1.2.2. A 2.fázis: A kollektor-és töltőcső cső furatba helyezése, leengedése. 5.1.2..3. A 3.fázis: A furat előírt technológia szerinti eltömítése, szigetelése. A tömítés oka elsődlegesen az elkülönült vízadó rétegek biztonságos elválasztása, másodsorban pedig a cső körüli réteg megfelelő hővezetésének biztosítása. 9.ábra (3*) 5.1.3. A szükséges műszaki háttér 5.1.3.1. Az 1.fázis műszaki háttere: 10.ábra 11.ábra - Egy a Bányakapitányság által bevizsgált 100 m- es fúrásra alkalmas kútfúróberendezés a hozzá kapcsolódó fúróiszap tartállyal, fúrószárakkal, valamint fúrólyuk tömítő berendezéssel 12
5.1.3.2. A 3.fázis műszaki háttere: 40 bar dugattyús szivattyúval működtetve biztosítja a tömítőanyag keverését és a furatba történő hézagmentes besajtolását, ill. a fúrólyuk teljes feltöltését a lyuktalptól a felszínig. 12.ábra - Fúrólyuk tömítő berendezés. 5.2. A rendszer kiépítésének technológiai háttere A rendszer kiépítésének Kanadában és az USA-ban szabványba foglalt /a kanadai szabvány sz. C 445-M92/- hátterét az IGSHPA (International Ground Source Heat Pump Association),- Nemzetközi Földhő Hőszivattyús Szervezet számítógépes szoftvere biztosítja, amelyet az Oklahomai egyetemen a magyarországi külső hőmérsékleti viszonyokra adoptáltak. A szerző a NRECA CL/GS hőszivattyús rendszerek felhasználói kézikönyvének (6*) szaknyelvét és tervezői módszereit követi. Mint az alábbi ábrán látható külön könyv foglalkozik a vertikális furatok tömítésének technikájával és technológiájával,a tömítőanyag megfelelő összetételével, a lyuk rezisztencia alakulásával a lyuk és csőátmérő fügvényében stb. Az alkalmazni kívánt "zagy" összetétel: víz, bentonit és 30% homok és cement előkeverve. Speciális számítógépes szoftver és a hozzá kapcsolódó szakirodalom alapján egzakt módon tudják méretezni a földkollektorok paramétereit mind fűtési, mind hűtési üzemmódban, s a rendszer komplex, dinamikus,- a külső hőmérséklet változás függvényében bekövetkező - működését fűtési, hűtési és melegvíz termelő üzemmódban. A szoftver segítségével nagy pontossággal megállapítható a hazai éghajlati és geotermikus viszonyaink között évi átlagban kinyerhető ingyenes, a hőszivattyú által bevitt elektromos és az összes fűtési rendszerbe bevitt energia mennyisége. A technológiában alkalmazni kívánt fúrási mélység: átlagban100 m, maximálisan 150 m. Visszautalva az 1.2.2.2.1. pontban megfogalmazott környezetvédelmi kérdésre adott állításokat,- hogy a folyamatos téli hőkivétel hatására milyen mértékű és milyen időtartamú hőmérséklet változás áll be a talajban,- az említett szabványos méretező program alapján elkészített -az adott projektre vonatkoztatott -konkrét méretezésen keresztül bizonyítható. 13
13.ábra A program angolszász mértékegységek alapján dolgozik, s a méretezést 1db NORDIC Wec-400-HAC geotermikus hőszivattyúra vezetjük le. A 13.ábra mutatja a programba bevitt fűtési paramétereket. Az egy készülék szükséges teljesítményét 104 KW-ban (355000 Btu/hr ), a szoba belső hőmérséklete 21,1 0 C (70 0 F), a fűtés kezdet hőmérséklete 15,0 0 C (59 0 F)./megj.: A szabványos 12 0 C szabványos fűtési határhőmérsékletet megemelve egy jelentős tartalékot képeztünk a rendszerben, amely a HMV ellátást biztosítja./ 14.ábra A 14.ábra fentieknek megfelelően mutatja a bevitt hűtési paramétereket. A hűtési teljesítmény szükséglet a WinWatt-program alapján 86,45kW-ra paramétereztük(295000 Btu/hr). 14
A belső hőmérsékletet 24 0 C-ra /szabvány 26 0 C/-ra paramétereztük a 32 0 C méretezési külső hőmérsékletnél. A hűtési határhőmérséklet: 22,2 0 C /72F/ 15.ábra A 15.ábra a bevitt hőmérsékleti paramétereket mutatja. Az EWT mean (16,1 0 C) a lyuk közepes hőmérséklete, amely a helyi gradiens függvénye. Az EWT min az a legalacsonyabb hőmérséklet amelyre fűtési üzemmódnál megengedjük, hogy a lyuk lehűljön!/6,66 0 C/. Az EWT max az a legmagasabb hőmérséklet amelyre hűtési üzemmódnál megengedjük, hogy a lyuk felmelegedjen. A "TA hőmérsékletek a programba installált magyarországi 5 éves átlag külső hőmérsékleti adatok. 16.ábra 15
A 16.ábrán a programban szereplő " NORDIC" Wec-400-HAC típusú /fűtő,hűtő, / geotermikus hőszivattyú paraméterei láthatók. /Megj.: ebből is látható, hogy szonda rendszert csak egy adott típusú és paraméterű hőszivattyúhoz lehet tervezni! Típustól független tervezés nem létezik!/ 17.ábra 18.ábra 16
Az előzőekben bevitt paraméterek valamint a 18.ábrán látható 5.pont kitöltése/földszerkezeti adatok, az alkalmazott műanyag csőhurok anyaga /után a program meghatározza a szükséges összes furathosszt. Jelen esetben ez 1595m (5317feet), s ez mint látható megfelel a hűtés esetén is! Tehát 16 db 100 m-es vertikális szonda szükséges az előzőekben bevitt paraméterek alapján-a hőszükséglet és hőterhelés monovalens kielégítéséhez! Ennek megfelelően a projekt összes furatszáma: 3x16db= 48 db 100m-es vertikális zárt hurkú szonda. 19.ábra A program a 19.ábrának megfelelően, a külső hőmérsékleti átlagértékek 5 0 F-onkénti emelkedésével (Bin) mutatja az előfordulási átlag órák számát (Hrs), s ezen adatok, valamint a kiszámolt lyukhossz függvényében mutatja a lyuk (feljövő folyadék hőm.) átlagos hőmérséklet értékeit (EWT)! Látható, hogy a tervezett esetben a legalacsonyabb -16,7 0 C átlag hőmérséklet esetén, ahol az előfordulási órák száma 6, a lyuk átlagos hőmérséklete 6,7 0 C (44 0 F)! Tehát a talaj maximum ilyen hőmérsékletre hűl le a cső környezetében, s az utánpótlás sebessége jól látszik azon, hogy -13,9 0 C-nál a lyuk hőmérséklete már 7,8 0 C-ra emelkedik! Egyértelműen látható, hogy a fűtési időszak végére 57 0 F külső hőmérséklet esetén a feljövő víz hőmérséklete már magasabb lesz mint a megadott 63 0 F lyuk átlagos hőmérséklet mert már olyan kicsi lesz a kivett hő teljesítmény (tehát visszaáll a lyuk eredeti hőmérséklete) A 17. ábra hűtési üzemmód esetén mutatja a talaj hőmérsékleti értékeit! 17
20.ábra A kialakított hőszivattyús rendszer energetikai értékelését jól mutatja a 20.ábra.A tervezett rendszernél az előzőekben bemutatott átlagos külső hőmérsékleti értékekkel számolva a talajból kivett ingyenes energia egy Wec-400-HAC hőszivattyúval(ground Energy) 104.022 kwh, a hőszivattyú működtetéséhez bevitt elektromos energia 29.565 kwh, (Heat Pump Energy), Energy), s a fűtési rendszerbe bevitt összes energia 133.587 kwh! A projekt évi fűtési energia szükséglete: A projekt évi elektromos energia szükséglete fűtésnél: A projekt évi hűtési energia szükséglete: A projekt évi elektromos energia szükséglete hűtésnél: Évi összes elektromos energia igény: 400.761 kwh 88.695 kwh 107.624 kwh 15.270 kwh 103.965kWh kwh 18
6. A tervezett technológia megvalósítása nélkül várható környezeti állapotváltozások becslése 6.1.A fenti épületegyüttesek által- a gázkazános rendszerrel. kibocsátott szennyező-anyagok (C 02, N ox, C 0 ) minimális mennyisége. CO2 sűrűség = 1,9768 kg/m3. Fűtőérték 9,44 kwh/nm3 Fűtésnél: Év Várható fűtési energia felhaszn. MWh Hatásfokkal növelt fűtési energia felhaszn. GWh =0,8 C 02 kibocsátás t N ox kibocsátás t C 0 kibocsátás t 2008 400,7 500,8 116,721 0,1502 0,0751 21.ábra Megj.:A C o2 kibocsátás meghatározásánál az vehető alapul, hogy 10 m 3 földgáz elégetésekor 11,13 m 3 CO 2 keletkezik. Az N ox -t a Din szabvány által megengedett érték (200 mg/kwh)1,5 szeresével, a C o -t szintén a Din szabvány által megengedett érték ( 100 mg/kwh) 1,5 szeresével számoltunk. Hűtésnél: Év Elektromos energia felhaszn. Hűtésnél COP=3 MWh C 02 kibocsátás 0,93 tco 2 /MWh t N ox kibocsátás t C 0 kibocsátás t 2008 41,718 38,79 A geotermikus hőszivattyús kiváltásával csökkentett szennyezőanyagok (C 02, N ox, C 0 ) esetleges mennyisége az erőműnél. Fútés esetén: Év A GHP-k működtetéséhez szükséges évi elektromos energia MWh C 02 kibocsátás 0,93 tco 2 /MWh N ox kibocsátá s t C 0 kibocsátás t 19
2008 88,695 82,48 0,088 0,0443 Hűtés esetén: Év A GHP-k működtetéséhez szükséges évi elektromos energia MWh C 02 kibocsátás 0,93 tco 2 /MWh N ox kibocsátá s t C 0 kibocsátás t 2008 15,27 14,201 A szennezőanyag kibocsátás min.csökkenése a geotermikus hőszivattyús rendszer alkalmazásakor Év C 02 kibocsátás csökkenés fűtésnél t C 02 kibocsátás csökkenés Hűtésnél t/év C 02 kibocsátás csökkenés Összesen t N ox kibocsátás csökkenés t/év 200 8 34,241 19,159 53,4 0,062 CEEA 7.2. ÜZEMBE ÁLLÍTÁSI JEGYZŐKÖNYV NYITOTT ÉS ZÁRT HURKÚ ALKALMAZÁSOKHOZ TALAJ- ÉS VÍZENERGIÁT HASZNÁLÓ HÕSZIVATTYÚK RÉSZÉRE (3*) Tulajdonos neve Dátum Cím Tartomány Irányítószám Telefon Dealer neve Cím Megye Irányítószám Telefon Szerep # Üzembe állítás típusa Az épület hõvesztesége(kw) Épület hõnyeresége(kw) DHW terhelés (l/nap,amennyiben a hõszivattyú rendszer fogja ellátni) Teljes hõterhelés Egyensúly pont Az üzembe állítás leírása. A használt berendezés mérete és típusa, beleértve az egész csõhálózatot, a hurkok átmérõjét és mélységét és hosszúságát. Olyan rendszer, amelyet a tér fûtésének több mint 70%-ára és a DHW terhelésre terveztek 20