A hőszivattyúkról
2007/6. lapszám | Béres Beáta | 3315 |
Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Napjainkban egyre nagyobb hangsúlyt fektet a média a megújuló energiákra. A lakosság többségének viszont az egyre magasabb fűtési számlák és az április 10-től megpályázható állami támogatás hívta fel a figyelmét a hőszivattyúkra, mint alternatív fűtési lehetőségre. Ezzel kapcsolatban nagyon sok érdeklődő kereste fel a szakcégek standját is az áprilisban megrendezésre került Construma és Hungarotherm szakkiállításokon. A lakossági érdeklődők nagy része viszont még azzal a ténnyel sem volt tisztában, hogy mi is valójában a hőszivattyú, hogyan működik, illetve mely hőforrások energiatartalmát hasznosítja. Az alábbiakban ezekre a tényekre szeretnénk fényt deríteni.
A hőszivattyúkról
A környezetben számos olyan közeg található, aminek a hőmérséklete az abszolút nulla foknál magasabb hőenergiát tartalmaz. Ez a hőenergia viszont csak akkor hasznosítható, ha megfelelő hőmérsékleti szinten van, azaz például a –10 vagy –15 °C-os levegővel nem lehet húsz fokra a szobát felfűteni, hiába tartalmaz rengeteg hőenergiát. A hőszivattyú az a készülék, amellyel viszont elérhető, hogy a hidegebb közegből, azáltal, hogy hőfok szintjét magasabb szintre emeljük, energiát vonjunk ki.
Működési elv
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, míg a víz teljesen el nem párolog. A Himaláján már 70 °C-nál párolog a víz, így oda nem érdemes babot vinni, mivel hogy az 100 °C-on fő csak meg.
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 (például visszatérő=40 °C) közeget melegíteni. Ugyanennek a folyadéknak a D fojtószelepen való áthaladta után, 2 bar nyomásra expandálva már –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 a rendszer belső hőmérséklete alacsonyabb, mint a környezete.
A munkaközeg körfolyamatban való mozgatását a (B) kompresszor végzi, ami nem csak 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 (kompresszor-hajtó energia) kell igénybe venni.
A jóságfok
Az ábra szimbolikus energiafolyamatából látható, hogy a hőszivattyú által hasznosult hőenergia hányadrészét teszi ki a kompresszor hajtásába befektetett mechanikus munka. Ezt a hányadost jóságfoknak hívjuk, és a hőszivattyúk jellemzésére használjuk. A maradék hasznosult energia a környezetből kinyert ingyenes hőenergia.
A jóságfok nem százalékos érték, ezért nem nevezhetjük hatásfoknak. Minden esetben nagyobb érték, mint 1, és a hőszivattyúk egymás közötti értékeléséhez jól használható, hiszen rögtön látszik, hogy egy 4,5 jóságfokú gép ugyanakkora bevezetett energia esetén 22%-kal gazdaságosabb, mint egy 3,7 jóságfokú.
A hőszivattyúk jóságfoka elsősorban a műszaki felépítésétől, az alkalmazott anyagoktól, a munkaközegtől és a gyártástechnológiától, azaz magától a gyártótól függ. Ezenkívül a hőszivattyúk jóságfokát nagymértékben befolyásolja egy külső tényező is. Történetesen, annál nagyobb a jóságfok, minél kisebb az áthidalandó hőmérséklet különbség ( t), tehát a hasznos hőenergia és a környezeti hőenergia közti különbség:
Célszerű tehát minél melegebb környezeti hőforrást (t1) és minél kisebb előremenő hőmérsékletet (te) igénylő fűtési rendszert választani. Leggazdaságosabb a padló- és falfűtés; a fan-coil hőleadókkal, illetve a radiátorokkal épített fűtési rendszerek magasabb előremenő hőmérsékletet igényelnek, max. 55-60 °C-ot, ezért üzemeltetésük gazdaságtalan. Ennél magasabb igényelt előremenő hőmérsékletű rendszerhez hőszivattyút betervezni lehet ugyan, de nem érdemes, mert 65 °C-nál nagyobb hőmérsékletekhez szokványos hőszivattyút nem gyártanak, azaz ebben az esetben a hőszivattyú által felmelegített fűtővizet valamilyen egyéb energiaforrással tovább kellene a kívánt előremenő hőmérsékletre melegíteni.
Hőforrás
A hőforrás kiválasztása a hőszivattyúk fűtési rendszerbe való betervezésének legfontosabb eleme, mert mind a beruházási, mind az üzemeltetési költségeket jelentős mértékben befolyásolja. A hőszivattyús rendszereknél döntő többségben háromfajta környezeti közeg jöhet számításba: levegő, talajhő, talajvízhő.
Az említett hőforrások hulladékhője, mint például az istállók meleg levegője vagy a szennyvizek, magasabb hőfokon hasznosíthatók. Viszont a hőszivattyús rendszereknek kb. 95%-a a fenti három hőforrásra épül.
Kiválasztásuknál több szempontot is figyelembe kell venni, mert az általunk választott hőforrás nem minden esetben valósítható meg. Segítségül szolgálhat a lenti táblázat, amelyben egy átlagos méretű, 150 m²-es családi ház hőforrás- összehasonlítása látható különböző szempontok figyelembe vételével.
Amennyiben a hőforrás kiválasztásakor a beruházási összeg az útmutató, a levegő mutatkozik az ideális megoldásnak, mivelhogy nem igényel hőforrás- oldali kialakítást, ezáltal több százezer forintot takaríthatunk meg, nem beszélve arról, hogy a levegő bárhol korlátlan mennyiségben rendelkezésre áll. Jóságfokát tekintve viszont az üzemeltetése a három hőforrás közül a leggazdaságtalanabb. Ez abból adódik, hogy a külső levegő hőmérséklete a fűtési szezon alatt nem konstans. A csökkenő külső hőmérséklettel csökken a készülék jóságfoka is.
Fontos viszont figyelembe venni azt a tényt, hogy a hőszivattyúk a hőforrás mozgatásához plusz energiát használnak fel. A táblázat szerint a levegő/víz hőszivattyú ventilátora kb. 500 Wh-át fogyaszt 3500 m³/h levegő átszívásánál. Egyes gyártók levegős hőszivattyúinak jóságfoka ezt a fogyasztást már magában foglalja. Ellentétben a talaj/víz és víz/ vizes hőszivattyúkkal, ahol a talajköri keringtető szivattyú 350 Wh-ás, illetve a búvárszivattyú 550 Wh-ás fogyasztása még plusz energiafogyasztást jelent, ezáltal lerontva a készülékek tényleges jóságfokát.
A megadott fogyasztások átlagadatok, nagyságuk mindig egyénileg függ a hőhordozó tömegáramától, illetve a kútvizes rendszereknél a kút mélységétől is. Ezt a tényt is figyelembe véve az üzemeltetési költségek számításánál a víz-vizes hőszivattyú üzemeltetése mutatkozhat a legkedvezőbbnek.
A kútvizes rendszer kialakításához viszont nem elegendő egy meglévő kút, amely vizet ad. Elsősorban azt kell megvizsgálni, hogy a kút szolgáltat-e folyamatos üzemben szükséges víztömegáramot, amely a táblázat szerint 3,1 m³ óránkénti vízhozam. Továbbá szükséges egy nyelőkút kialakítása is, ahová a kinyert vizet elvezetjük abból a célból, hogy elkerüljük a nyelő- kút áthűtését.
Tekintettel arra, hogy Magyarország medencében fekszik, a nyelőkutak kialakítása sokszor nehézségeket okozhat. Azt se felejtsük el, hogy a víz-vizes hőszivattyúk nyílt rendszerben működnek, ezáltal nagyobb a rendszer meghibásodási lehetősége is. A víz minőségétől függően szükségessé válhat egyéb szűrők beépítése is, valamint esetenként célszerű a kútvizet egy kültéri hőcserélővel leválasztani. Ezek a tényezők mind többletberuházási költségekkel járnak, és ezenkívül még senki nem garantálja, hogy a kút 10 év után esetleg nem szárad-e ki, hacsak nem egy tó, illetve folyó közelében fekszik a létesítmény.
A legmagasabb beruházási költséggel jár a talajhő/víz hőszivattyúknak a hőforrás-oldali kiépítése, viszont a zárt rendszernek köszönhetően egy üzembiztos rendszert kapunk, állandó éves jóságfokkal, amelyet a keringtető szivattyú sem befolyásol nagymértékben, mivel a teljesítményfelvétele nagyon csekély. Talajkollektor kiépítése esetén megfelelő nagyságú és hővezető-képességű kiásható felülettel kell rendelkezni. Nagysága a fűtendő terület kb. 3-szorosa kell, hogy legyen, a példa szerint 450 m².
Amennyiben ez nem áll rendelkezésre, talajszondát kell alkalmazni. Ilyenkor 50-70 m mélyfúrásra alkalmas terepnek kell rendelkezésre állnia. Esetenként, amikor nem új építésű házról van szó, előfordulhat ugyan, hogy van megfelelő felületű fúrható talajunk, viszont a fúrógép már a kerítés kiépítése miatt nem tud a telekre beállni. Ebben az esetben a levegő/víz hőszivattyú választása javasolt.
A leírtakból láthatóvá vált, hogy a hőszivattyú kiválasztása nem minden esetben egyértelmű, és nem lehet csak az üzemeltetési költségek vagy a beruházási összeg alapján dönteni. Minden esetet egyénileg kell elbírálni. A felhasználó által kiválasztott hőforrás sem valósítható meg minden esetben. A fentiek alapján mindenki egyénileg eldöntheti, hogy telkének, házának, és igényeinek mely rendszer a legmegfelelőbb, illetve kivitelezhető.
A beruházás összegét tekintve a hőszivattyús rendszerek kiépítését csakis 150 m²-nél nagyobb alapterületű házaknál ajánljuk. Ennél kisebbeknél az alacsony megtakarítások okán a megtérülési időszak jóval meghaladhatja a hőszivattyúk élettartamát. Ezért a 150 m²-nél kisebb házaknál a hőtárolós kályhák kiépítését ajánljuk, amelyek a gazdaságosabb vezérelt árammal üzemelnek.
A kivitelezésnél ügyeljünk a kivitelező cég hitelességére. Célszerű, ha egy cégen belül történik a tervezés és kivitelezés, ebben az esetben tud csak a cég felelősséget vállalni a teljes fűtési rendszer megfelelő működéséért.
