Az Autonóm ház projekt épületgépészeti rendszerének ismertetése
2007/12. lapszám | Szemán Róbert Dibáczi Zita | 3262 |
Figylem! Ez a cikk 19 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A Gazdasági Versenyképesség Operatív Program (GVOP) által támogatott, az Ing-Reorg Építőipari Kft. által 2005-ben indult "Autonóm ház" elnevezésű projekt során a Debrecenben létesített új irodaépület és raktárcsarnok kialakításánál az alternatív és m...
A törekvés energetikai újdonsága az, hogy ipari léptékben, hazánkban még nem került sor olyan létesítmény kialakítására, amely teljes egészében mellőzte volna a földgázalapú üzemeltetés rendszerkövetelményeit, s a korszerű irodaépület fogalma által involvált komfortfokozatot kizárólag alternatív energiaforrások igénybevételével valósította volna meg. Tekintettel arra, hogy ilyen energetikai koncepció megvalósítására nem állnak rendelkezésre követendő modellek, a létesítés mind egészében, mind pedig az egyes gépészeti rendszerek vonatkozásában úttörő kutatási projektnek minősíthető.
A telepítésre került épületgépészeti rendszerek alapvetően elektromos energiával üzemelnek. A kutatási feladat során az aktív rendszerelemek energetikai vizsgálatát primer és szekunder szektorra osztották fel. Primer szektor Hőtermelő egységek. A megújuló energiaforrások hasznosításának mértéke. Például: a napkollektorok által nyert energia nagysága.
Szekunder szektor
Fogyasztó egységek. A megújuló energiaforrások által nyert energia felhasználása és a fogyasztóhoz történő eljuttatása. A kutatási projekt egyik fejezete az elektromos energiatermelő berendezések, illetve a hőszivattyús üzemeltetés villamossági vetületének vizsgálata volt. A hőszivattyú jóságfokának a vizsgálatára egy külön fogyasztásmérő került felszerelésre az elektromos hálózaton, illetve hőmennyiségmérők a megtermelt hőmennyiség mérésére. Ezek alapján meghatározták, hogy milyen jóságfokkal működik a hőszivattyú.
A további, kutatási tervet meghatározó kérdések a következők voltak: milyen mennyiségű elektromos energia szükséges a napkollektorok üzemeltetéséhez; mekkora a vegyes tüzelésű kazán üzemeltetésére fordított energia és annak hozadéka; a hővisszanyerős légkezelés üzemeltetése hány százaléka az épület energiafogyasztásának?
Fontos szempont volt, hogy a napkollektorból nyerhető energia hány százalékban tölti be az egyes funkciók energiaellátását. Például képes-e 100%-ban ellátni télen a használati melegvíz-igényt? Ha igen, akkor hány százalékban tud a fűtési rendszerre rásegíteni? Ezen kívül vizsgálták, hogy milyen mértékben nyerhető ki több energia a nyáron temperált talajszondákból, és mekkora mértékben tud a fűtési rendszerre rásegíteni a 2 db földbe süllyesztett puffertároló.
Napenergia-hasznosítás
A projekt során egy olyan napkollektorrendszer tervezése volt a cél, amely ellátja az irodaépület használati melegvíz-igényét, télen rásegít a fűtési rendszerre. Nyáron két különböző módon is megoldható a termelt napenergia tárolása, mindamellett, hogy biztosítja a rendszer zökkenőmentes működését.
Nyáron a kapcsolási sorrend alapján a megtermelt napenergia - amennyiben a használati melegvíz-igény ellátása megoldott - 2 db, 100 méter mélységű talajszonda, valamint 2 db puffertartály temperálását is ellátja. A napkollektorok különböző tájolásúak, ezért két szivattyú vezérli a rendszert (1-2 ábra).
1. kör: déli tájolás
2. kör: délnyugati tájolás
Mind a két kör esetében fix 45°-os dőlésszöggel telepítették a napkollektorokat. Az 3. ábrán a napkollektor funkcióját mutatjuk be nyári üzemmódban. A napkollektorrendszer téli üzemmódban ellátja az irodaépület használati melegvíz-igényét, télen rásegít a fűtési rendszerre. Mindemellett közvetve még a fűtési rendszerre segít rá, azáltal, hogy a nyáron termelt és elraktározott napenergiát a téli üzemidőszakban hasznosítják.
A napkollektor-vezérlésnek e funkciókat kell ellátnia. A szabályzóegység a két különböző tájolású napkollektor-csoport vezérlését képes megoldani, valamint ezek külső lemezes hőcserélőre történő integrálását. Alkalmas ezen kívül a 4 db tartály töltésének és egy keverőszelep vezérlésére, illetve a napelem fogadására. Tartalmaz frekvenciaváltót, amely hőmérséklet különbség alapján szivattyú-fordulatszámot szabályoz. A rendszer tartalmaz 6 db PT 1000-es típusú érzékelőt, 2 beépített hőmennyiségmérőt, 12 érzékelő-bemenetet, 2 térfogatárammérő bemenetet, valamint 9 relékimenetet.
Geotermikus energiahasznosítás
Az épület körül összesen 16 db talajszondát és 1 db talajkollektort telepítettek a geotermikus energia hasznosítása céljából. A kutatási terv szerint különböző mélységű talajszondák telepítésére került sor (4-5 ábra):
9 db 50 méter mélységűt,
7 db 100 méter mélységűt alkalmaztak.
Ezen felül még 2 méter mélyen talajkollektort is telepítettek a geotermikus energia hasznosításának céljából. A szondákra különböző mélységben hőmérsékletérzékelőket szereltek, így a talaj hőmérsékletét folytonosan detektálni lehet.
Nyári üzemmód
Mivel az épület éves energiaszükségletének nagy részét a hűtés teszi ki, ezért a passzív hűtés alkalmazására került sor. Ebben az üzemben a hőszivattyú kompresszora nem vesz részt, csak a talajszondákban keringtetett fagyálló és hűtőköri szivattyú energiafelhasználását kell biztosítani, amely nagyságrendekkel kisebb, mintha bármely más hűtési módot alkalmaznánk.
A mérési eredmények és az előzetes számítások alapján e jelentős hőmérséklet különbség - ami a talajból nyáron nyerhető és a nyári átlaghőmérséklet között van - alapján egy kedvező hűtési rendszer valósítható meg, amely kellemes hőérzettel párosulhat a felülethűtési rendszer hőleadási tulajdonsága miatt.
Téli üzemmód
A téli üzemmódban a fűtési és használati melegvíz-igényt elektromos energiával hajtott hőszivattyú hivatott ellátni. A hőszivattyús rendszer egy körfolyamat, amely két hőcserélőből (A, C), egy kompresszorból (B) és egy fojtószelepből (D) áll. Az egyes elemeket munkaközeggel feltöltött csővezeték köti össze. A hőszivattyú azt használja ki, hogy a folyadékok és gőzeik a rendszerben uralkodó nyomástól függően más-más hőmérsékleten párolognak el, illetve csapódnak le. A folyadékgőz- elegyben addig, amíg teljes egészében el nem párolgott, állandó hőmérséklet uralkodik. Például a víz atmoszferikus nyomásnál 100 °C-nál gőzölög el, és a hőfok 100 °C-on is marad addig, amíg a víz teljesen el nem párolog.
Ha egy jól kiválasztott folyadéknak a B kompresszor által például 25 bar nyomásra való sűrítése után a telítési hőmérséklete 60 °C, akkor a folyadék gőzével a C hőcserélőben 50 °C hőmérsékletre lehet a nála hidegebb (pl. visszatérő = 40 0C) elemet melegíteni. Ugyanennek a folyadéknak a D fojtószelepen való áthaladása után - 2 bar nyomásra expandálva - -25 °C a telítési hőmérséklete. Az A hőcserélőn a nála melegebb, -15 °C hőmérsékletű külső levegővel érintkeztetve ez a folyadék elpárologtatható, azaz a rendszerbe a környezetből befelé áramlik, mert annak belső hőmérséklete alacsonyabb, mint a környezete.
A munkaközeg körfolyamatban való mozgatását a (B) kompresszor végzi, ami nemcsak a gőz sűrítését, hanem a munkaközeg folyamatos áramlását is biztosítja. Ebből következik, hogy a hőenergia hidegebb helyről melegebb helyre való beáramoltatása nem ingyenes, ehhez külső energiát (kompresszorhajtó energia) kell igénybe venni.
A projekt során elektromos energiával hajtott hőszivattyút alkalmazunk, mely egy 700 literes puffertartályra dolgozik. Így az épületben megoldható a lakossági vezérelt áram alkalmazása, amely a hazai energia- és árviszonyok között elő-nyös. Kellő űrtartalmú melegvíz-puffertárolóval a csúcsidőszakokat át lehet hidalni. A hőtárolással kombinált völgyidőszaki ellenállásfűtés széleskörűen elfogadott módszer a használati melegvíz készítésére, sőt még helyiségfűtésre is. Így egy fűtési puffer segítségével mindez kihasználható, és így a 3,42-es jóságfokkal működő hőszivattyú megtérülési idejét csökkenteni lehet (6-7 ábra).
A projekt során a debreceni logisztikai központ épületfelügyeleti rendszerének fő feladata az, hogy a telepített alternatív energiával működő rendszerek energetikai vizsgálata megvalósuljon, és az egyes részegységek hatékonysága számszerűsített formában megvilágítást nyerjen, tehát ne csak a teljes komplexum energetikai paraméterei álljanak rendelkezésre, hanem a konkrét rendszereké is. Ebből pedig a továbbiakban egyértelmű következtetést lehet levonni az épület üzemeltetési költségeire. Mindamellett fontos tényező még az épületgépészeti rendszerek energiafogyasztásának minimalizálása a komfortérzet és az üzem-biztonság növelése mellett. (x)
