Hőszivattyús bojlerek
2013/7-8. lapszám | VL Szaklap | 34 194 |
Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Egyre-másra jelennek meg a rezsicsökkentéssel kapcsolatos hírek, és ezzel párhuzamosan jobbnál jobb megoldásokkal találkozhatunk azzal kapcsolatban, miként lehet a még így is magas villany- és gázszámlából tovább faragni. Ha nem akarjuk magunkat túlzottan nagy költségekbe verni, általában csak a nyílászárócserében, illetve az utólagos szigetelésben gondolkozunk, viszont felmerül a kérdés, ha már ez is megvan, milyen olcsó megoldásokkal tudjuk még egy családi ház fenntartásának költségeit tovább csökkenteni?
Sokan a következő lehetőségként napkollektor kiépítésében gondolkoznak, mivel ezekkel viszonylag kis megtérülési idő mellett lehet számottevően csökkenteni a háztartás villany- és gázszámláját. Előnyös megoldásnak tűnik, hiszen egy ilyen rendszert utólag bármelyik családi házban vagy társasházban kiépíthetünk, azonban számolni kell azzal is, hogy az év főleg azon szakában nem fedezi a napkollektor a használati melegvízigényt, amikor a legjobban szükségünk lenne rá, azaz télen. Most egy olyan megoldást szeretnénk bemutatni, amellyel ez a fajta hiányosság kiküszöbölhető, emellett otthoni fűtésrendszerünk energiahatékonyságát még tovább növelhetjük.
A hőszivattyú hallatán sokan drága készülékekre, rendkívül költséges kiépítésre gondolnak. Az utóbbi években azonban nagyon sokat változott ezeknek a készülékeknek a hatékonysága is. Működési elvüket tekintve valamennyi hőszivattyú hasonló módon működik, a készülék kompresszora valamilyen hűtőközeget egy magasabb nyomású állapotba összesűrít, a nagynyomású hűtőközeg hőmérséklete ekkor az összesűrítés hatására megemelkedik. A magasabb hőmérsékletű, gáz halmazállapotú hűtőközeg ezt követően kondenzátorba kerül, ahol a hőt a kondenzátor falán keresztül átadja valamilyen folyadéknak (pl. víz), majd azt felmelegítve – miközben maga a hűtőközeg gőz halmazállapotból kondenzálódik – folyékony halmazállapotba kerül. A folyékony halmazállapotú, még továbbra is nagy nyomású hűtőközeg ezért ezt követően az expanziós szelepen áthaladva az alacsony nyomású ágba kerül, ahol az expanziós szelepből kiérve az alacsonyabb nyomáson hirtelen lehűl. A lehűlt hűtőközeg ekkor az elpárologtatóba jut, ahol a külső környezet hőjét felvéve újra folyékony halmazállapotba kerül, és kezdődhet a körfolyamat elölről (1. ábra).
A körfolyamat: 1. kompresszor lehetővé teszi a ciklus lefutását; 2. a hőcserélő felületén keresztül megy végbe a hőcsere; 3. expanziós szelep; 4. az elpárologtató végzi a környezet és a hűtőfolyadék közötti hőcserét.
Ennek a folyamatnak az eredményeként viszont elértük, hogy kb. 25%-os villamos energia- befektetéssel – amelyből a kompresszor által termelt hő jön – a környezettől el tudtunk vonni másik 75%-ot, és ezt a hőt a magasabb hőmérsékleten 100%-ban átadjuk a kondenzátorral kapcsolatban lévő folyadéknak. Ezzel így fűthetünk, vagy használati meleg vizet állíthatunk elő. Persze mint minden rendszer, a hőszi- vattyúk is eltérő hatékonysággal rendelkeznek. Működési elvet tekintve is nagyon sok lehetőség létezik aszerint, hogy milyen úton vonunk el hőt a környezettől, így léteznek geotermikus, talajszondás, levegős és biomasszát vagy hulladék- hőt hasznosító hőszivattyúk.
Egy – a napkollektoros rendszerekkel is társítható – hőszivattyús megoldást kínál a hőszivatytyús forróvíztároló, amely a levegős hőszivatytyúkban rejlő lehetőséget használja ki. A levegős hőszivattyús bojlerek működési elve röviden: a hőszivattyúk a lakás/környezet levegőjét felhasználva melegítik fel a tárolóban lévő vizet 60 °C-ra. A készüléken található légelvezető kürtő lehetőséget biztosít arra, hogy a kifújt hideg levegőt a nyári hónapokban klimatizálásra is használhassuk, azaz nyári üzemben, ha nem vezetjük a helyiségen kívülre, ez a hőelvonás hűti a helyiséget. Abban az esetben, ha a kiáramló levegőt mégis kivezetjük a készülékből a szabadba, akkor a helyiség vagy lakás szellőzését szolgálja (téli üzemben). A készülék a ház szellőztető rendszeréhez is csatlakoztatható, mivel nedvességet nyer ki az elhasznált levegőből, így a helyiség levegőjét szárítja. Összefoglalva az előbbieket: a használati melegvíz-előállítás mellett ugyanaz a készülék további előnyökkel is szolgálhat, úgymint szellőztetés, légkondicionálás és páramentesítés. Elektromos fűtőtest segítségével a használati víz 60 °C-ra felmelegíthető, tehát ez azt is jelenti, hogy önmagában egy hőszivattyús bojler képes ugyanazt a kimeneti hőmérsékletet produkálni bármilyen időjárási viszonyok mellett, mint bármelyik hagyományos villanybojler vagy gázüzemű vízmelegítő.
Itt érdemes megemlíteni a rendszer előnyeit és hátrányait is. Amit nagyon fontos tudni és mérlegelni egy ilyen hőszivattyús rendszer beépítésekor, hogy milyen hőmérsékletingadozás van a helyiségben, illetve a betápláláshoz használt levegő hőmérséklete milyen tartományok között ingadozik. Általánosságban jellemző a hőszivattyús rendszerekre, hogy a téli hónapokban, ha a betápláláshoz használt meleg levegő hőmérséklete csökken, akkor a rendszer hatásfoka is ezzel párhuzamosan csökken. Egy ilyen készülék működési tartománya rendszerint -7 °C és + 43 °C között mozog (2. ábra).
2. ábra: Hőszivattyús bojlerrel elérhető maximális vízhőmérséklet a környezeti hőmérsékletének változásával csak hőszivattyú üzemben.
Természetesen ez azt is jelenti, hogy a készülék +43 °C fokon sokkal jobb hatásfokkal (COP-vel) üzemel, míg a tartomány alsó részén már esetenként szükséges, hogy a kiegészítő fűtés is „besegítsen” a meleg víz előállításánál. Ez a rásegítés azonban még mindig azt jelenti, hogy egy ilyen készülék optimális esetben harmadannyi energia felhasználásával képes üzemelni, mint egy villanybojler, ez 25 °C hőmérséklet esetén 3,5 COP értéket jelent. A hőszivattyúciklus hatásfoka a teljesítmény-együtthatóval (COP) mérhető. A COP a készülékbe érkező energia (ebben az esetben a melegítendő víznek átadott hő) és a (kompresszor, illetve a készülék kisegítő berendezései által) felhasznált villamos energia hányadosa. A COP a hőszivattyú típusától és a vonatkozó üzemi körülményektől függően változik. A 3,5-es COP érték azt jelenti, hogy minden 1 kWh felhasznált villamos energia után a hőszivattyú 3,5 kWh hőt ad át a melegítendő anyagnak, amelyből 2,5 kWh a szabad forrásból kerül kivonásra.
Érdemes arra is kitérni, hogy a kombinálhatóságra is van lehetőség. Mivel a hőszivattyú 1,8 kW-os rásegítő elektromos fűtése már önmagában képes kb. 100-120 liter vizet felfűteni, ezért a villany- vagy gázbojlerekkel történő kombinálás értelmetlen, ám a készülék kialakítása olyan, hogy a HMV-tartály belsejében további csőkígyó helyezkedik el, ami lehetőséget ad napkollektorral történő kombinálással vagy akár a vegyes tüzelésű kazán fűtési rendszerével történő összekapcsolásra is, ezáltal a fűtésre szánt hőt melegvízkészítésre is használhatjuk (3. ábra).
3. ábra: Napkollektorral összekötött rendszer elvi vázlata
A napkollektorral összekötött rendszerek esetén gondoskodni kell természetesen arról, hogy a két berendezés ne működjön feleslegesen párhuzamosan. Ez szabályozástechnikailag viszonylag már nagyobb feladatot jelent, mivel a két rendszer közötti kommunikációt biztosítani kell. A napkollektorok működése esetén egy megfelelő csatlakoztatón keresztül a hőszivattyú-termosztátot felül lehet bírálni, azaz a hőszivatytyús egységet kikapcsolva a csőkígyón keresztül kizárólag a napkollektor által megtermelt hőt lehet felhasználni. A rendszer tervezésekor ügyelni kell arra, hogy nem mindig kiszámítható, hogy mikor van elegendő mennyiségű napsütéses óra, amikor a napkollektor a tartályban található 200-300 liter használati meleg vizet képes a kívánt hőmérsékletre felmelegíteni.
Ennek kontrollálására érdemes egy szolár hőszenzort használni, amely méri a napkollektorban előállított forró víz és a tartályban lévő használati meleg víz hőmérsékletének különbségét, és csak akkor engedélyezi a hőszivattyús egység leállítását, ha a megfelelő t hőmérséklet biztosítva van a hőcseréhez. A rendszerek időzítésénél azt is figyelembe kell venni, hogy nem szerencsés a hőszivattyúra nézve, ha állandóan ki-be kapcsoltatjuk a rendszert, amikor megjelenik a megfelelő hőmérsékletkülönbség a napkollektoroldalon, éppen ezért hasznos egy kiegészítő időzítést is alkalmazni, amelynél érdemes figyelembe venni, hogy várhatóan mikor garantált leginkább a tartós hőbetáplálás a napkollektor irányából. Ugyanígy érdemes figyelembe venni a hőszivattyú rendes ciklusát és azon a felhasználó által beállított hőmérsékletet, és csak akkor kikapcsolni, amikor azon megjelenik a hőszivattyúindítás igényét visszajelző jel egy erre a célra szolgáló másik optocsatolt jelcsatlakozón.
A beépített csőkígyó lehetőséget ad hő kivételére is, így passzívházak fűtésére is felhasználható, melyre elegendő a hőszivattyú által termelt hő. A tartály és a belsejében elhelyezkedő csőkígyó külső része tűzzománcbevonattal rendelkezik, továbbá beépített aktív anód biztosítja a korrózióvédelmét. A készülék anódfogyás-kijelzővel rendelkezik, amely az anód állapotát, elhasználtságát mutatja, és a készülék leürítése, megbontása nélkül ellenőrizhető az anód állapota.
A készüléket hasonlóan kell telepíteni, mint egy hagyományos villanybojlert. A telepítésnél ügyelni kell azonban, hogy a hőszivattyúnak valamivel nagyobb a hely- igénye és a súlya. Egy ilyen készüléknek 8 m²-nél nagyobb alapterületű helyiség szükséges a megfelelő légmennyiség biztosításához. Megfelelő légcsatorna kialakítása mellett, ahol a levegőbeszívás és -kifúvás más helyiségekbe, esetleg a szabadba történik, természetesen ettől el lehet térni. A helyiség kiválasztásánál ügyelni kell, hogy a készülék működésének nem kedvez, ha a készülék környezetében télen lehetőség van a jégképződésre. Szintén kerülendő más nyílt égésterű berendezések használata a készülék mellett/környezetében. A telepítés helyigénye a 4. ábrán látható.
4. ábra: A kiválasztott helyszínnek a készülék megfelelő üzemelése és a karbantartás megkönnyítése érdekében a faltól és a menyezettől mért megfelelő biztonsági távolságokkal kell rendelkeznie.
A készülék egyfázisú, 230 V ~50 Hz hálózati áramról működtethető, tehát nem igényel különösebb előkészületet a bekötés. A készülék bekötésénél azonban javasolt külön kismegszakító és főkapcsoló bekötése, illetve kötelező az állandó jellegű csatlakoztatás, valamint a védőföldelés. A bekötéshez 3-eres hálózati csatlakozóvezeték szükséges, keresztmetszet erenként: 2,5-4 mm2, a készülék teljesítményének függvényében. Egy hőszivattyús bojler bekötését/működését az 5. ábra szemlélteti. A telepítés helyén biztosítani kell továbbá a megfelelő víz- és csatornahálózatot, utóbbit az időszakos karbantartáshoz szükséges leeresztéshez. Természetesen az adott készülék kezelési utasításában a bekötésre vonatkozólag sokkal részletesebb leírás található, amelyet a készülék sajátosságainak megismerése miatt mindig szükséges és érdemes átlapozni.
A hőszivattyús bojlereknek általánosan egy-két éves gyakoriságú, nagyobb karbantartás szükséges. A gyakoriság függ a villanybojlerektől hasonlóan a vízminőségtől, továbbá a beépített fűtőbetét használatának gyakoriságától. Ilyenkor a tartályrészt vízkőmentesíteni kell, illetve az anód állapot visszajelző lámpán ellenőrizni kell az anódfogyást. A készülék igényel még havi rendszerességgel kisebb karbantartást is, ami csupán a levegőbeömlő szűrőjének tisztításából és a biztonsági lefúvó szelep egyszeri rövid időre történő kinyitásából áll.
5. ábra: Hőszivattyú bekötése
A készülék a mindennapos használathoz önálló szabályozással rendelkezik, rengeteg előre beprogramozott beállítási lehetőséggel. Az alapbeállításoknál ki kell választani, hogy a készülék tisztán hőszivattyúként, ECO módban, vagy kombinált üzemmódban a kisegítő fűtés felhasználásával, vagy akár csak hagyományos villanybojlerként üzemeljen, elektromos áram felhasználásával. A felhasználó a háromfajta üzemmódot aszerint választja ki, hogy a környezetből a készülék mennyi energiát tud felszabadítani és felhasználni, illetve milyen hőmérséklettel rendelkezik a lakásba belépő hideg víz. Természetesen kiválasztható az is, hogy milyen hőmérsékletű vizet szeretnénk előállítani, de akár időzíthetjük is a hőszivattyút, hogy mikor üzemeljen és milyen időtartamig. A készülék ezen túlmenően maga is figyelembe veszi a környezet hőmérsékletének változását, így télen, ha nincs megfelelő mennyiségű energia a felhasználó által beállított hőmérséklet eléréséhez, a vezérlés beavatkozik, és a kisegítő fűtés bekapcsolásával rásegít a víz felmelegítésénél.
Bár a jelenlegi kiskereskedelmi árát nézve, ha csak használati meleg víz előállítására használjuk, a készülék ára 4-5 év alatt térül meg, arra is mindenképp érdemes gondolni, hogy a viszonylag egyszerű telepítéssel nagyban javítható a családi ház energetikai besorolása, energia-igénye. Ha pedig hosszabb távon gondolkodunk a korszerűsítés terén, egy hőszivattyús bojler nagyon jól integrálható más fűtési és energiatermelő rendszerekkel (pl. napelem, napkollektor, vegyestüzelésű kazán), amelyekkel a családi ház teljes energiaellátása megoldható.