Az autonóm ház lelke, a hőszivattyú
2007/10. lapszám | Szemán Róbert Dibáczi Zita | 3950 |
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 villamos energiával hajtott hőszivattyú Felértékelődött az energia hatékony felhasználása, különösen amióta az energia ára a "valós" értéket tükrözi. A lakossági szektorban energiafogyasztásunk közel 90%-át a fűtés (esetlegesen hűtés) és haszná...
A villamos energiával hajtott hőszivattyú
Felértékelődött az energia hatékony felhasználása, különösen amióta az energia ára a "valós" értéket tükrözi. A lakossági szektorban energiafogyasztásunk közel 90%-át a fűtés (esetlegesen hűtés) és használati meleg víz teszi ki. Egyre többen mérlegeljük fűtési/hűtési rendszerünk kiválasztásakor a beruházási költséget az éves üzemköltség tükrében, így lassan növekszik a hosszú távú érdekek érvényesítésének szerepe.
Természetesen a legnagyobb energia- megtakarítást az energiafelhasználás ésszerűsítésével, az építmények hő-veszteségének csökkentésével, valamint a fűtőberendezések optimális kiválasztásával és üzemeltetésével érhetjük el.
Az energiahatékonyságot javító, megújuló energiaforrásokat hasznosító eszközök közül a hőszivattyúkra országunk szakmai köreiben is fokozott figyelem hárul. A fejlett országokban a hőszivattyús rendszerek nem csak a rövid- és hosszútávon növekvő energiaárak miatt, hanem a környezetvédelem növekvő népszerűsége következtében is rendkívüli mértékben terjednek.
Például Svédországban 2000-ben 24 000 db, 2002-ben már 39 602 db, Norvégiában pedig 2001-ben 6 500, míg 2002-ben már 15 000 db volt az eladott hőszivattyúk darabszáma [1].
Energetikai szempontból kedvező, hogy a hőszivattyúk alkalmazhatók épületek fűtésére, hűtésére és használati meleg víz előállítására is. Ez napjaink leghatékonyabb műszaki eszköze arra, hogy energiát takarítsunk meg és a szén-dioxid-kibocsátást csökkentsünk, monovalens hőszivattyús rendszer alkalmazásakor ugyanis a hálózati villamos energiához csatlakozva például nincs szükség kéményre, így a helyi emisszió elkerülhető.
A Gazdasági Versenyképesség Operatív Program (GVOP) által támogatott, az Ing-Reorg Építőipari Szolgáltató és Kereskedelmi Kft. által 2005-ben indult "Autonóm ház" elnevezésű projekt során a Debrecenben létesített új irodaépület és raktárcsarnok kialakításánál az alternatív és megújuló energiaforrások maximális felhasználására épülő, úgynevezett autonóm házat alakítottunk ki. Mindemellett olyan mérőberendezések kerültek beépítésre, amelyek biztosítják a különböző fajtájú energiahordozók vizsgálatát az üzemszerű működési környezetben.
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 kutatási projektnek minősíthető.
A telepítésre került épületgépészeti rendszerek alapvetően elektromos energiával üzemelnek. A kutatási projekt egyik fejezete az elektromos energiatermelő berendezések, illetve a hőszivattyús üzemeltetés villamossági vetületének vizsgálata.
Az iroda fűtési, hűtési és használati melegvízigényét 2 db hőszivattyú hivatott ellátni, melyeknek hőforrása a talajhő. A talajhőt talajszonda és talajkollektor segítségével nyerik ki. A talajhőből nyert energia évszaktól és időjárástól függetlenül már akár 1,2 méteres mélységtől is elérhető. 18 méternél mélyebben pedig a külső behatások, mint például a napsugárzás, már nem lesz hatással a talajra, a hőmérséklet a szondák által használt mélységekig viszonylag állandóvá válik, és így a kinyerhető hőmenynyiség a helyi viszonyokra vonatkoztatott geotermikus gradiens függvénye.
A talajszondák közül telepítettek 50 és 100 méter mélységüket is: néhány darab kontrollszondaként fog funkcionálni. A projekt egyik fontos kutatási témája ugyanis a talajszondákból és a talajkollektorból nyert, illetve betáplált hőmennyiség detektálása.
Téli periódusban a hőszivattyúk fűtési feladattal rendelkeznek, illetve a szondákon keresztül a használati melegvíz-ellátásra is lehetőség nyílik.
Nyári időszakban a talajszondák hűtési funkcióval rendelkeznek, de precedens nélküli eljárásként a szondák egy része már fűtésre kerül a napkollektorokból kinyert energia révén: így mérhetővé válik a téli teljesítmény-eltérés, azaz vizsgálhatóvá válik, hogy a talaj nyári mesterséges temperálása pozitív hatást, azaz a hőszivattyú által nyert többlet-hőenergiát vált-e ki.
A projekt tárgyát képező irodaépület építészeti megoldásainak sorában központi szerepet játszik az úgynevezett alacsony hőmérsékletű szerkezettemperálás és felületfűtés, a belső hűtés-, fűtésrendszer telepítése. A technológia segítségével az épülettömb fűtési és hűtési költsége jelentősen csökkenthető, mivel jelentősen mérsékelhető a temperálásra fordított energiamennyiség.
A rendszer működését az épületfelügyeleti rendszer biztosítja, mely által felülethőmérsékleti méréseket lehet végezni, továbbá a harmatpont-érzékelőkkel a páralecsapódás mértékét lehet kontrollálni.
Milyen jóságfokkal működik a hőszivattyú?
A korszerű hőszivattyús rendszer elvileg szinte minden meglévő melegvíz-üzemű központi fűtőberendezéshez csatlakoztatható. A víz-víz hőszivattyú hatásfoka általában 400-500% körül van. Ez azt jelenti, hogy az általunk közüzemi számlán kifizetett energia mennyiségéhez képest 4-5-szörös a kapott hőenergia mennyisége. A környezetből elvont hőmennyiségért nem kell fizetnünk [2]!
Pontosan ezért a hőszivattyúk jellemzése során nem hatásfokról, hanem jóságfokról beszélünk, mely azt mutatja meg, hogy a hőszivattyú által hasznosult hőenergia hányadrészét teszi ki a kompresszor hajtásába befektetett mechanikus munka. A maradék hasznosult energia a környezetből kinyert ingyenes hőenergia.
A projekt során az installált mérőberendezések következtében egyértelműen "ellenőrzésre került" a beépített hőszivattyú jóságfoka. A mérési eredmények és az egyszerűsített idealizált számítások az irodalmi adatokat bizonyították. A hőszivattyú 4,32-es jóságfokkal tudta felfűteni a használati melegvíz-tartályt! Az 1. számú táblázatban találhatók a használati melegvíz-tartály felfűtésének paraméterei.
1. táblázat:
HMV-tartály felfűtési adatai
HMV-tartály térfogata 360 liter
Hőforrás hőmérséklete* 17,5 0C
Külső léghőmérséklet 18,1 0C
Villamos áramfo-gyasztás a kívánt hőmérséklet eléréséhez 3,1 kW
HMV kiinduló hőmérs. 18,1 0C
HMV parancsolt hőmérs. 50 0C
Előremenő
parancsolt hőmérséklet 58 0C
Időtartam 45 perc
Talajszondába
visszatérő hőmérséklet 11 0C
*talajszondákból kinyerhető hőmérséklet
Ezek alapján mindössze 3,1 kW villamos energia felhasználásával 50 0C hőmérsékletre fűtötték fel a 360 literes használati melegvíz-tartályt, amely kevesebb, mint 100 forintba került a jelenlegi villamos energiaárak mellett.í
A hazai energia- és árviszonyok között a villamos fogyasztás völgyidőszakának a fogyasztóoldali növelése előnyös. Kellő űrtartalmú melegvíz-puffertárolóval a csúcsidőszakokat át lehet hidalni (külön mérővel, a villamos fűtésű melegvíztárolóhoz hasonlóan). A hőtárolással kombinált völgyidőszaki ellenállásfűtés széleskörűen elfogadott módszer a használati meleg víz készítésére, sőt még helyiségfűtésre is. Így egy fűtési puffer segítségével mindezt kihasználhatjuk, és a 3,42-es jóságfokkal működő hőszivattyú megtérülési idejét csökkenthetjük.
Természetesen a termodinamika I. főtétele szerint energiát sem előállítani, sem megsemmisíteni nem lehet, csupán egyik formájából a másikba átalakítani. Az "energiatermelés" kifejezés ennek ellenére elterjedt a szóhasználatunkban. Az energia átalakítását tehát a lehető legjobb hatásfokkal és a legkevesebb veszteséggel kell megoldani! A hőszivattyús rendszerek megvalósítására hazai adottságaink, lehetőségeink műszaki szempontból előnyösek, amelyekkel a természetes, környezetünkben lévő, ingyen rendelkezésünkre álló energiákat hasznosítani tudjuk.
A projekt során a hőszivattyú üzemelésénél a méréseket folytatatásra kerülnek, így a téli időszakban a fűtési szezon során a hőszivattyú jóságfokának meghatározásához majd pontos információt lehet nyerni, és ezek alapján lehetőség nyílik a projekt tárgyát képező irodaépület esetében a rendszer megtérülésének vizsgálatára. (x)
Felhasznált irodalom:
[1] Scanvac Newsletter 2/2003. 11. old.
[2] http://www.permanent.hu
