2019. július 17 , szerda - Endre, Elek

8.0 A lakóház fűtése hőszivattyúval

Fotó: AST

Egyre jobban terjed Magyarországon is a családi házak fűtéseként a hőszivattyús technológia. Erről beszélgetünk Kepes Gáborral, az AST Energy Save Komfort Kft ügyvezetőjével.

– Hogyan működik a hőszivattyú, mi a működésének az elve?

– A hőszivattyú olyan hűtőgép, melynél nem a hideg oldalon elvont, hanem a meleg oldalon leadott hőt hasznosítják. Minden olyan fizikai elv alapján készülnek hőszivattyúk, melyeket a hűtőgépeknél is használnak. A leggyakrabban használt hőszivattyú a szokás szerint hűtőközegnek nevezett munkaközeg elpárolgása és lecsapódása (lekondenzálódása) közben fellépő termodinamikai változásokat hasznosítja. A gőz állapotú munkaközeget egy kompresszor összesűríti és keringeti a rendszerben, ennek folyamán felmelegszik a munkaközeg, mely ezután egy kondenzátornak hívott hőcserélőben lehűl és lecsapódik. A kondenzátorban hőjét átadja a közvetítő közegnek, majd a folyékony halmazállapotú, mérsékelt hőmérsékletű csapadék nyomáscsökkentő berendezésen áramlik át, ahol az átáramló – nagyrészt folyékony munkaközeg – egy másik hőcserélőbe, az elpárologtatóba jut. Itt a hűtőközeg elpárolog, miközben hőt vesz fel a környezetből, majd visszajut a kompresszorba és a folyamat ismétlődik. (1. kép)

A hőszivattyúk fordított üzemmódban is működnek, ekkor a melegebb hely hűtésére is használhatóak.

A hőszivattyú technológia célja a levegőből, természetesvízből, talajvízből vagy a földből nyert energia hasznosítása. Környezetbarát és korszerű technológia az otthonunk fűtéséhez, hűtéséhez és melegvíz-ellátásához szükséges hőenergia előállítására.

1. kép Gőzkompressziós hőszivattyú körfolyamatának vázlata: 1-kondenzátor 2-fojtószelep 3-elpárologtató 4-kompresszor

– Milyen típusai vannak a hőforrás szempontjából?

– A hőszivattyúk energiát tudnak kivonni a talajból, a talajvízből, a levegőből valamint az emberi tevékenységek „hulladék hőjéből”.

A talajkollektoros hőszivattyúk a felső talajréteg hőjét hasznosítják, amit a napsugárzás és az eső közvetít. Ez esetben több száz méter hosszú speciális kemény PVC köpennyel ellátott rézcsöveket, vagy polietilén csöveket fektetnek le 1-2 méter mélyen. Hátránya, hogy nagy felületen (a fűtött alapterület 1,5-3-szorosán) kell megbontani a telket a csövek lefektetésekor, ezért leginkább új építésű házak esetén jöhet szóba. A talajba lefektetett kollektorok fölé később sem építeni, sem betonozni nem lehet! Segítségével négyzetméterenként 20-30 wattnyi energiát nyerhetünk. Ennek nagysága függ a talaj hővezetésétől, nedvességtartalmától, és az esetleges talajvíztől. Előnyei:  a jó és közel állandó hőhasznosítás, magas COP (4-5 jósági fok), hogy nem kell engedély a talajmunkákhoz és önállóan megoldja a ház fűtését, hűtését, HMV ellátását.

Talajszondás rendszer esetén kb. 15 cm átmérőjű, 50–200 méter mély szonda-lyukat fúrnak a földbe, leginkább függőlegesen. A szonda furatokat minimum 6 méterre kell elhelyezni egymástól. Ebbe helyezik az U alakú szondát, amiben zárt rendszerben cirkulál a fagyálló hűtőközeg. 200 méteres mélység esetén a talaj hőmérséklete kb. 17 °C-os. A rendszer előnye a viszonylag kis helyigény, a folyamatos működés, valamint az állandó COP érték. Hátránya, hogy egyes helyeken nagyon magas lehet a fúrás költsége, és bányakapitánysági engedély szükséges a telepítéséhez.

A szondák speciális esete az energiakaró: több szondát egymás mellé helyezve nyáron eltárolják a hőenergiát a földben, amit télen hasznosítanak. Különösen nyári hűtési igény esetén, ill. ipari méretekben gazdaságos.

Nagyságrendekkel mélyebb szondák esetén (1000-2000 méter) már nem a talajrétegekben eltárolt napenergia kerül közvetetten hasznosításra, hanem elsősorban a geotermikus energia, amely a felszín felé áramlik. Minél mélyebb a fúrt kút, annál nagyobb a kúttalp körüli réteg hőmérséklete. Ez a hőmérséklet a geotermikus gradienstől függ. Ez hazánkban 60 (°C/km) körüli érték, szemben a 30 (°C/km)-es európai átlaggal.

Talajvíz. A talajvíz-kútból búvárszivattyúval nyert víz hőjének elvonása után a vizet vagy egy másik kútba, vagy felszíni vízbe (patak, tó, folyó) vezetik, vagy elszivárogtatják földbe fektetett dréncsöveken át. A talajvíz állandó hőmérséklete (7–12 °C) és jó hővezető-képessége révén ideális hőforrás.

További speciális alkalmazás, amikor hőforrásként egy tó szolgál. Ebbe helyezik el körkörösen a kollektorként szolgáló csöveket. Az évek alatt a csövekre rakódó iszap, egyéb üledék nem rontja a rendszer hatásfokát. Ennél a rendszernél is lehet használni (a víz 20 fok fölé melegedéséig) a passzív hűtési funkciót.

2. kép Levegő-víz hőszivattyú működési elve

Levegő/víz. A készülék a külső levegőből a kondenzátor felületen keresztül nyeri a hőt, amiből a hűtőkörön keresztül, előállítja a fűtésre/hűtésre és melegvíz készítésre alkalmas hőmérsékletű vizet. Előnye, hogy bármilyen talajszerkezet és telekadottság esetén telepíthető, hátránya a hőszivattyú COP értéke a hőmérséklettel arányosan változik. Ezért a rendszer hatékonysága és hőteljesítménye előnytelenül változó. További problémát jelenthet a ventilátorok által keltett zaj. (2. kép)

Hulladékhő. Számításba jöhet hőforrásként a szennyvíz, az elhasznált termálvíz, hűtendő elektromos berendezések és ipari eszközök. Magyarországi példa a szennyvíz hőjének hasznosítására a szekszárdi húskombinát, ahol a 22 °C-os szennyvíz a hőforrás, elfolyó termálvíz fölhasználására pedig a harkányi gyógyfürdő, melynek 32-35 °C-os elfolyó vizét használják fel két, egyenként 1100 kW-os hőszivattyúval. A MOM Park fűtési igényét is a szennyvíz hőtartalmát hasznosító hőszivattyúval elégítik ki. Szervertermek hője is hasznosítható ilyen célból, melyre példa az UNITEF irodaház szimultán hűtő-fűtő hőszivattyús rendszere.

– Mi az a COP érték, ill. hogyan mérhetjük a különböző típusú hőszivattyúk teljesítményét?

– A hőszivattyúk hatékonyságát a fajlagos fűtőteljesítménnyel jellemzik. A  fajlagos fűtőteljesítmény vagy közérthetőbb nevén jóságfok (angolul Coefficient of Performance, COP vagy CoP) az egységnyi hasznosított hőenergia leadására felhasznált külső munka nagysága, dimenzió nélküli mennyiség. (3. kép)

Épület fűtésére szolgáló külső levegő hőjét hasznosító hőszivattyú fajlagos fűtőteljesítménye enyhe időben 3-4,8 körüli értéket mutat, elektromos fűtésre ugyanez az érték 1,0. Ez körülbelül megfelel a fűtésszezon átlagos munkaarányának is, vagyis 1 joule elektromos energiát használó ellenállásfűtés (villanyradiátor, hősugárzó, hőtárolós kályha stb.) 1 joule hőt termel, míg 1 joule elektromos energiát felhasználó hőszivattyú 3-4,8 joule hőt termel.

A fajlagos fűtőteljesítmény erősen függ a levegőből nyert hő esetén a külső hőmérséklettől. Igen hideg külső hőmérséklet esetén több munkát kell befektetni az eredményes fűtéshez, mint enyhe időben. A levegő hőjét hasznosító hőszivattyúk ezért kisegítő hagyományos fűtést is igényelnek, mert nagy hideg esetén gazdaságosabb azt alkalmazni. Geotermikus hőszivattyúknál ez nem áll fenn, mert a talaj, talajvíz hőmérséklete gyakorlatilag állandó az egész év folyamán.

A diagramból az is látható, hogy a fajlagos fűtőteljesítmény annál jobb, minél kisebb a meleg oldali hőmérséklet. Ez azt mutatja, hogy hatékonyabban lehet a hőszivattyút padlófűtésre és falfűtésre használni, mint hagyományos radiátorokra, melyeknél a kisebb fűtőfelület miatt magasabb hőmérsékletre van szükség ugyanannyi hő leadására.

Fontos tudatosítani, hogy a fajlagos fűtőteljesítmény nem elsősorban a hőszivattyú konstrukciójától függ, hanem az üzemi körülményektől. Ugyanannak a hőszivattyúnak más-más hőmérsékleti viszonyok mellett más a fajlagos fűtőteljesítménye. A fűtés gazdaságosságát ezért a fajlagos fűtőteljesítményből nem lehet megítélni.

3. kép Hőszivattyú elméleti fajlagos fűtőteljesítménye: t-a kondenzátor t0-a környezet hőmérséklete

– A tervezés során milyen helyszíni adottságokat kell figyelembe venni?

– A tervezés során sok tényezőt kell figyelembe venni. Például meg kell ismerni az uralkodó szélirányt a levegős hőszivattyú kültéri egységének optimális elhelyezéséhez. Tudni kell a geotermikus hőszivattyúk esetében a talaj összetételét, tulajdonságait, amelyek hatással lehetnek a hőátadásra. Amennyiben a talaj jó hőátadási tulajdonságokkal rendelkezik, kisebb területen kell kollektor csöveket fektetni, vagy kevesebb talaj szondát kell fúrni egy bizonyos mennyiségű hő kinyeréséhez.

A talajvíz vagy a felszíni vizek elérhetősége is szerepet játszanak a döntésében és az optimális megoldás megtalálásában.

Azonban ahhoz, hogy optimális eredményt kapjuk, otthonunknak bizonyos kritériumoknak meg kell felelnie. Legfontosabb az alacsony fűtési hőmérséklet! A hőszivattyú optimális működése esetén alacsony hőfokú a kinyert fűtővíz (35/30, 45/35°C), ezért ajánlott növelt felületű radiátorokat, fan-coilokat vagy felületfűtést (padló-, fal- vagy mennyezetfűtés) alkalmazni. A padló-, fal- és mennyezetfűtés nemcsak hatékony, gazdaságos és környezetkímélő, de egészséges is.

– A hagyományos gázfűtéshez képest mekkorák a beruházási és üzemeltetési költségei a hőszivattyúnak?

– Új ház építésekor vagy fűtéskorszerűsítés előtt nem árt, ha összehasonlítjuk a felhasználandó energiaforrások árát, hiszen ilyen beruházást hosszútávra tervez az ember. Először versenyeztessük meg az földgáz és az elektromos áram árát. Lássuk, melyik az olcsóbb és a győztes kerüljön ringbe a hőszivattyúval.

Mennyibe kerül 1 kWh hőenergia előállítása gázzal és árammal?

Földgáz ára 1 m3=140 Ft, fűtőértéke kb. 10 kWh (Magyarországon időben és földrajzilag is változó ez az érték).
Egy jó minőségű kondenzációs kazánnál, ha 90% hatásfokot feltételezünk (semmiképp nem 112% ahogy egyes forgalmazók állítják), akkor 1 kWh ára 15,50 Ft.

Tehát földgázzal 1 kWh =15,50Ft  (140/10/0,9)

Áram ára 1kWh = 42Ft.
Szerencsére itt nem kell átváltani a m3-t kWh-ra. Így csak a veszteséggel kell számolni. Mert ugye veszteség mindig van! Legjobb esetben is 0,97%-os a hőtermelés aránya a betáplált energiához képest. Így a veszteség minimum 3% körül van.

Tehát árammal =43,30Ft (42/0,97)

Nyert a földgáz. Nem véletlenül ez az uralkodó fűtési mód! De van jobb!

Földgáz vagy Hőszivattyú?

Mennyibe kerül 1kWh hőenergia előállítása hőszivattyúval?

Ehhez két dolgot kell tudnunk:

Mennyi áramot fogyaszt a hőszivattyú 1kWh hőenergia előállításához?

Válasz: éves átlagban (SCOP) 1 kWh áramból a hőszivattyú 3,6kWh hőenergiát állít elő

Mennyi az áram ára?

Válasz: G (geo) vagy H tarifa 24,34 Ft/kWh
1kWh hőenergia előállítása hőszivattyúval 24,34Ft/3,6 SCOP (szezonális jósági fok)

Tehát hőszivattyúval 1 kWh = 6,76Ft (24,34/3,6)

A beruházás költségei:

Mivel a hőszivattyúval hűthetjük is az épületet, almát az almával, azaz hőszivattyút a gázfűtés+klíma+hozzá tartózó beruházásokkal hasonlítsunk össze!

A gázfűtés, klimatizálás és járulékos költségeik:

Kéményépítés:                                                       500.000 Ft

Gáztervezés:                                                            80.000 Ft

Csatlakozási szerződés:                                        165.000 Ft

Gázcső kiépítés munka + anyagdíj:                       250.000 Ft

Gázkészülék:                                        300.000 – 500.000 Ft

Gáz átvételi költség:                                                50.000 Ft

Készülék beüzemelés                                              27.000 Ft

Gázóra:                                                                      3.500 Ft

Helyiségenkénti szabályzású klíma kiépítése:   800.000 – 1.000.000 Ft

 

Gázfűtés és klimatizálás beruházási költsége: 2.175.000 – 2.575.000 forint!

(Átlagos piaci árakon számoltunk, tehát az egyes termékeknél lehetnek eltérések felfelé és lefelé is)

4. kép ES ENERGY SAVE hőszivattyú tárolóval

ES ENERGY SAVE svéd hőszivattyú (4. kép), 11kW + 250 literes tárolóval (150-200m2 ház, 3-4 lakó esetén), melynek tulajdonságai:

-Hűt – fűt – meleg vizet készít (250 liter)

-GEO Tarifa (fele áron kapja az áramot)

-A gázhoz képest, 50%-kal kevesebb a fűtési költség

-Nincs robbanás és szén-monoxid-mérgezés veszély

-(-25)˚C fokig biztos fűtés

Hőszivattyúkat 30 éve gyártanak, melyek évtizedek óta tömegesen működnek a skandináv államokban, ahol a téli hőmérséklet hidegebb, mint nálunk!

A beruházás és beüzemelés 2.302.650 forint!

 

– Melyek a levegő-víz hőszivattyú előnyei?

– Gazdaságos: Rezsiköltséget takarít meg

Gazdaságos: Mert működéséhez szükséges elektromos áramot napelemmel könnyedén megtermelhetjük így házunk hűtése, fűtése, meleg víz ellátása akár ingyen is lehetséges!

Környezetbarát: Nem szennyezi a levegőt, hiszen zárt rendszerként nem bocsát ki a környezetünkre ártalmas gázokat, anyagokat. A bolygónk jövőjét szem előtt tartó környezettudatos magatartás lehetőségét nyújtja számunkra.

Kiemelkedő hatásfok.

Könnyen és gyorsan telepíthető, akár a hagyományos fűtési rendszerekre is.

(- 25)°C és (+45)°C között alkalmazható, azaz a Magyarország területén előforduló időjárási viszonyok között biztonságosan használható.

Nincsenek olyan potenciális veszélyforrások (robbanásveszély, szénmonoxid mérgezés), mint a gázfűtés esetén.

Nincs szükség kéményre és gáztervre.

Univerzális megoldás, hiszen kiváltja a kazán, a klímaberendezés és a vízmelegítő feladatát, ráadásul lényegesen jobb hatásfokkal és gazdaságosabban végzi a dolgát, mint az említett eszközök.

Lehetőség nyílik az energiaszolgáltatóktól való függetlenedésre. Ehhez szükség van egy szakszerűen méretezett napelem rendszerre.

 

A szimulációs szoftver eredményei azt mutatják, hogy egy újépítésű családi ház fűtése, hűtése és használati meleg víz előállítása levegő-víz hőszivattyúval a leggazdaságosabb, a beruházási és az üzemeltetési költségeket egyaránt figyelembe véve.

 

További információ: http://astkomfort.hu

 

Szerző:  Aufmuth Gábor

(X)

 

 

 

 

 

 

Facebook hozzászólások