Hıszivattyúk és energiaforrások épületgépészeti alkalmazása

Vecsési Ipartestület „Környezettudatos, kedvezı beszerzéső energiafelhasználás” c. konferenciája A rendezvény idıpontja és helyszíne: 2010. április 02. Airport Hotel Budapest konferenciaterme (2220 Vecsés Lırinci u. 130/a)

Elıadás címe:

Hıszivattyúk és energiaforrások épületgépészeti alkalmazása Elıadó:

Komlós Ferenc okl. épületgépész-mérnök ny. minisztériumi vezetı-fıtanácsos Elektronikus elérhetıség: [email protected] illetve www.komlosferenc.info

1

Vecsé Vecsési Ipartestü Ipartestület „Környezettudatos, kedvezı kedvezı beszerzé beszerzéső energiafelhaszná energiafelhasználás” c. konferenciá konferenciája Komló Komlós Ferenc: Hıszivattyúk és energiaforrások épületgépészeti alkalmazása

Ma már egyértelmő, hogy az embereket kell megmenteni! Forrás: NASA fotó

Mottó: „Ha azt kérdezik, hogy nem késtünk-e el, hogy visszafordítható-e még az a rombolás, amit az emberiség ejtett a természeten, a válaszom az, hogy nem késtünk el. Amíg él az akarat, addig sosincs késı. Ha pedig az emberek közösen akarnak valamit, akkor azt meg is teszik, ezáltal érvén el céljukat, bármi is legyen az.” (Teller Ede)

2


Az építés célja és a háztartások általános energiafelhasználása Magyarországon Forrás: Vajda György - Energiaellátás és a társadalom érdekei. Ezredforduló (Stratégiai kutatások a Magyar Tudományos Akadémián) 2001/4. szám.

Az építés célja, hogy az ember mindennapi életéhez megfelelıen komfortos (főtött, hőtött, szellıztetett) környezetet biztosítson, ezért az ésszerő és hatékony energiagazdálkodás minden fogyasztónak és felhasználónak egyaránt érdeke! 3


Az Európai Parlament és Tanács Irányelve a megújuló forrásokból elıállított energia COM(2008)0019 – C6-0046/2008 – 2008/0016(COD) (a direktíva honosítása országunknak is feladata)

2. cikkely Fogalommeghatározások (aa) „légtermikus energia”: hı formájában a környezeti levegıben tárolt energia; (ab) „geotermikus energia”: a szilárd talaj felszíne alatt hı formájában található energia; (ac) „hidrotermikus energia”: a felszíni 4 vizekben hı formájában tárolt energia.


Megújuló energiaforrások (napenergia és földenergia) Forrás: Dr. Mádlné Szınyi Judit: A geotermikus energia készletek, kutatás, hasznosítás. Grafon Kiadó, Nagykovácsi, 2006. (ajánlott irodalom, 1.27. ábra)

5


A hıszivattyú szerepe (1) Az energia megtakarításának több lehetısége van, jellemzıen: ─ végenergia-csökkentés[1] (pl. födém, padló és homlokzat hıszigetelése, nyílászáró cseréje, árnyékolása), ─ hatásfokjavítás (pl. régi, elavult kazán cseréje), ─ kapcsolt energiatermelés (villany és hı együttes termelése), ─ megújuló energia hasznosítása (pl. hıszivattyúval). Megújuló energiaforrásokkal a fosszilis energiahordozók (jellemzıen az importált földgáz, kıolaj és szén – ld. táblázat) felhasználását csökkentjük, elısegítve ezzel szőkebb környezetünk légterének egészségesebb megırzését, és globálisan mérsékeljük az üvegházhatást kiváltó gázok kibocsátásának további növekedését, hozzájárulva ezzel a kiotói célok eléréséhez. [1] Nemcsak hıveszteség-csökkentésrıl van szó, hanem a végenergia-felhasználás csökkentésérıl, ami egy energiastatisztikai kategória. Ebbe beletartozik a kisebb villamos fogyasztású berendezések alkalmazása, a kisebb fogyasztású gépkocsik használata stb. (Forrás: Büki Gergely: Kapcsolt energiatermelés. Mőegyetemi Kiadó, 2007.)

6


A hıszivattyú szerepe (2) Forrás: ajánlott irodalom, 1.1. táblázat

7


Igény a hıszivattyúzás ○ A hıszivattyú jellemzıje: az üzemeltetésére, ill. a mőködésére bevezetett villamos energiát – megújuló energia felhasználásával – megtöbbszörözi, napjainkban 3–6-szorosára. ○ Kedvezı, hogy a hıszivattyúk alkalmazhatók építmények főtésére, hőtésére, de akár szellızésére és használati meleg víz (hmv) elıállítására is. ○ A hıszivattyú energiatakarékos és környezetbarát gép, beépítése megteremti az építés és a környezet harmóniáját, továbbá az építmények forgalmi értékének emelkedésével növeli a nemzeti vagyont. 8


A hıtermelés hagyományos megoldásainak és a különbözı típusú hıszivattyús rendszerek értékelése *Elsıdleges ún. „primer” energia: a rendelkezésre álló és az energiaátalakításra felhasználható elsıdleges energiaforrások győjtıneve. Forrás: Ruhrgas AG (ajánlott irodalom, F6.2. ábra)

9


Kazánjaink hatásfokának fejlıdése 1960-tól Forrás: HOVAL cég

10


Vízszintes elrendezéső talajkollektoros villamos hıszivattyú COP- [kW/ kW], ill. teljesítménytényezıjének (ε) változása a talajkollektorban áramló hıhordozó közeg hımérsékletének függvényében, különbözı (35, 45 és 55 °C-os) f őtési elıremenı meleg víz hımérsékletek esetén Forrás: LODAM cég (ajánlott irodalom, 3.16. ábra)

11


A 2008. évi EU-írányelv bevezeti a légtermikus és a hidrotermikus megújuló energia fogalmát, de nem sorolja a megújuló energiák közé a hulladékhıt, pl. a főtési idıszakban az épületekbıl távozó levegıt, a termálvizek csurgalékvizét, a fürdıkbıl, az uszodákból elvezetett szennyvizet!

Kompresszoros hıszivattyús rendszer („bérlakások főtése”) Forrá Forrás: ajánlott irodalom, 1.4. ábra

12


Földgázkazán vagy hıszivattyú? zk ○ Természetesen nem gondolom, hogy erre a kérdésre a jelenlévık mindannyian ugyanazokat a válaszokat adják -, de azt mindenképpen remélem, hogy a mostani eszmefutatás végére világosabban fogjuk látni a lényeget. Ami a jövıre nézve sokat segíthet, ugyanis az energiaárakban viszonylag rövid idı alatt jelentıs változások is végbemehetnek. Ami jelentısen megváltoztatja a jelenlegi piaci helyzetet. ○ Magyarországon az energiaárak emelkedésével egyre inkább elıtérbe kerül az energiatakarékosság. ○ A földgáz pedig úgy tőnik, hogy hosszabb távon túl értékes primerenergia-hordozó ahhoz, hogy elavult vízmelegítıkben vagy kazánokban kizárólag hıtermelés céljából eltüzeljük. 13


Energiatakarékosság hıszivattyús program nélkül? ○ Épületeink, településeink, iparunk, mezıgazdaságunk és szolgáltatásaink köztudottan nehéz helyzetben vannak. ○ Az állampolgárok, de elsısorban a döntéshozók részére nem áll megfelelı információ rendelkezésre a tárgyi témában. ○ Ismereteik a téma „agyonhallgatása” miatt rendkívül hiányosak az energiatakarékos és egyben környezetbarát hıszivattyús technikával és technológiával kapcsolatban. A jelentısége sajnálatosan még nem eléggé ismert. ○ Néhány illetékes „szakember” szakmai véleménye helytelen és teljesen torz állapotokat rögzít (pl. megtérülése túl hosszú, sem CO2-ot sem az energiafelhasználást nem csökkenti, nem fontos eszköz, nem érdemes vele sem rövid- sem hosszú távlatban vele foglalkozni, már elég ismeretünk van róla nem kell több, csak villamos hajtású és csak geotermikus hıszivattyú van…)! ○ Tudomásul kell venni, hogy új tudásra és új szemléletre van szükségünk az energiaszükségletünk ésszerő kielégítésében! 14


Minta hıszivattyú statisztikára Forrás: Svéd Hıszivattyú Társaság (SVEP) (ajánlott irodalom, 1.8. ábra)

A svédországi statisztika hazánkban is felhasználható lehetne egységes hıszivattyú statisztikai adatok győjtésére.

15


Hıszivattyúk általános csoportosítása • • • • • • • •

Külsılevegı–levegı hıszivattyú: külsılevegıs hınyerési mód, levegıs hıleadó rendszer; Távozólevegı–levegı hıszivattyú: távozólevegıs hınyerési mód, levegıs hıleadó rendszer; Víz–levegı hıszivattyú: nyitott rendszerő hınyerési mód, levegıs hıleadó rendszer; Folyadék–levegı hıszivattyú: zárt rendszerő hınyerési mód, levegıs hıleadó rendszer; Külsılevegı–víz hıszivattyú: külsılevegıs hınyerési mód, vizes hıleadó rendszer; Távozólevegı–víz hıszivattyú: távozólevegıs hınyerési mód, vizes hıleadó rendszer; Víz–víz hıszivattyú: nyitott rendszerő hınyerés, vizes hıleadó rendszer; Folyadék–víz hıszivattyú: zárt rendszerő hınyerési mód, 16 vizes hıleadó rendszer.


Havi átlaghımérséklet °C-ban Budapesten, hónapokra bontva 1961-1990 között Forrás: OMSZ

17


Egy budapesti lakóépület hıszivattyús rendszerő hıellátása (1) Az épület rövid leírása ○ A paneltechnológiával épített lakóépület alagsorból, földszintbıl, tíz emeletbıl, két főtési traktusból, négy-négy lépcsıházból, összesen 256 lakásból áll (ld. ábra, következı dia). ○ Az épület a ’70-es évek elsı felében épült. Főtıberendezései, nyílászárói azóta korszerősítve lettek, és az épület hıszigetelése is még a hıszolgáltató-váltás elıtt megvalósult. ○ A lakásokban a hıleadók konvektorlemezes acél lapradiátorok, termosztatikus szeleppel és költségosztókkal. 2009. júniusig a távhıszolgáltató társaság a távfőtı hálózatáról egy-egy alagsori hıközponton keresztül kapta a hıt a főtés és a használati meleg víz szolgáltatáshoz. ○ A főtés kétcsöves, meleg vizes rendszer. ○ A használati meleg víz (hmv) keringtetéses rendszerő. ○ Az új hıszolgáltató 2009-ben ezt a távfőtı rendszert helyi hıszivattyús főtırendszerré alakította. ○ A hıellátást víz-víz hıszivattyúk váltották fel. A hıszivattyúk hıforrása kb. 15 °C-os talajvíz, amely az épület mellet ti zöldterületen 18 kiépített négy termelıkútból és hat nyelıkútból áll (ld. ábra).


Egy budapesti lakóépület hıszivattyús rendszerő hıellátása (2)

Magyarország elsı hıszivattyúval főtött panelépületének homlokzata Forrás: GEO-NRG Kft.

19


Egy budapesti lakóépület hıszivattyús rendszerő hıellátása (3) Az épület hıellátását biztosító 4 db termelıés 6 db nyelıkút elrendezési vázlata Forrás: GEO-NRG Kft.

Hıfelvétel ○ Termelı kutanként 26 m3/h legnagyobb vízszállítású búvárszivattyúval; ○ Hılépcsı: 15 °C /8 °C

20



Használati meleg víz (hmv) elıállítása ○ Az épület mértékadó melegvízfogyasztása az egyidejőséget is figyelembe véve: 1,9 liter/s. ○ A napi melegvízigény: 15,8 m3/d. ○ 1 db AERMEC WSA 0901 típusú hıszivattyú 6 db 1 m3-es puffertárolót főt fel 52 °C-ra (ld . ábra). ○ A hideg vizet a puffertárolók kisütésével 544 kW-os lemezes hıcserélıvel melegítik fel a hálózati kb. 10 °C-ról a kívánt 48 °C-ra (ld . ábra). ○ A hmv hımérséklete: 45 °C. 21


Egy budapesti lakóépület hıszivattyús rendszerő hıellátása (5) A használati meleg víz puffertárolói (részlet) Forrás: GEO-NRG Kft.

A panelépület használati meleg vizet elıállító lemezes típusú hıcserélıje Forrás: GEO-NRG Kft.

22



Központi főtés, vezérlés és szabályozás ○ Főtött légtér / főtött alapterület: 36 420 m3 / 14 090 m2 ; ○ Legnagyobb főtési hıszükséglet: 2 × 406 kW = 812 kW; ○ Főtési hılépcsı: 63 °C /58 °C (–15 °C küls ı hımérsékletre); ○ A főtési hıszükséglet fedezésére 2 db kétkompresszoros, egyenként 434 kW névleges teljesítményő AERMEC WSA 1602 típusú víz-víz hıszivattyú (ld. ábra) van beépítve, gépházanként 105 kW-os biztonsági tartalék főtéssel (nincs puffertároló). Ez –15 °C-nál kisebb k ülsı hımérséklet esetén üzembe helyezhetı (az elmúlt télen erre nem volt szükség); ○ Idıjárás-vezérelt külsı-hımérsékletszabályozás a hıszivattyútól távozó elıremenı víz hımérsékletét 40 °C és 63 °C közötti értékre szabályozv a; ○ Frekvenciaváltoztatásos főtési keringtetı- és búvárszivattyúk; ○ Dinamikus rendszerő membrános strangszabályozás (ld. ábra).

23


Egy budapesti lakóépület hıszivattyús rendszerő hıellátása (7) 2010. márciusig ezzel a hıszivattyús rendszerő megoldással, az átlagosnál hosszabb és hidegebb főtési idıszak ellenére is, az új hıszolgáltató a korábbi távfőtınél 33%-kal kisebb költséggel tudta biztosítani a bemutatott társasház hıellátását! A panelépület főtése 2 db kétkompresszoros AERMEC WSA 1602 típusú víz-víz hıszivattyúval

Főtési alapvezeték (részlet): a strangszabályozás szerelvényei

Forrás: GEO-NRG Kft.

Forrás: GEO-NRG Kft.

24


Hıszivattyúk COP [kW/kW] mérésének eredményei, a hıszivattyúk teljesítménytényezıjének (COP) változása 35 °C el ıremenı vízhımérséklet esetén Forrás: Rybach L., Prof. em. ETHZ, GEOWATT illetve CH WP Test Center (ajánlott irodalom, 1.9. ábra)

25


Szezonálisteljesítmény-faktor (SPF) ○ Fontos hangsúlyozni, hogy a szezonálisteljesítmény-faktort, ill. az SPF valós értékét mérések alapján lehet meghatározni: a hıszivattyú által felvett villamosáram-fogyasztás [kWh] és a hıszivattyú által leadott hımennyiség mérésével [kWh]. ○ Pontos értéke számos adottságtól és körülménytıl függ. Pl. az adott épület funkciójától, használatától, a hıforrás és a hıleadás mindenkori hımérsékletszintjétıl, a hılépcsıktıl, a főtési idıszaktól, a külsı és a helyiségek belsı hımérsékletétıl, a vezérléstıl, a szabályozástól, a hıszivattyús rendszer tervezésének, kivitelezésének, üzememeltetésének (pl. szellızés, helyiség túlfőtés) és karbantartásának szakszerőségétıl, a társadalmi szokásoktól, a fogyasztói magatartástól. ○ Ezek a befolyásoló tényezık többsége nemcsak hıszivattyús rendszerő főtésre, ill. hőtésre vonatkozik. A nyilvánvalóan felesleges energiafogyasztás megszüntetése, az energiatakarékosság elsısorban fogyasztói magatartás kérdése. ○ A tervezett hıszivattyú mőködési üzemóraszámának az ellenırzése a rendszerbe vagy a hıszivattyúba beépített üzemóra-számlálóval történhet.

26


Napkollektoros hıszivattyús rendszer elvi vázlata Forrás: ajánlott irodalom, 3.17. ábra

27


A kellemes hıérzet tartománya Forrás: Wavin Hungary Kft. (ajánlott irodalom, 3.5. ábra)

Az ASHRAE (1981) 55-81 szabvány szerint: „… a kellemes hıérzet az a tudati állapot, amely a termikus környezettel kapcsolatos elégedettséget fejez ki …”

28


Vaporline® GBI(x)-HACW hıszivattyú család fejlesztés A GEOWATT Kft. által kifejlesztett növelt hımérséklető hıszivattyú család esetében pl. az elérhetı főtıvíz-hımérséklet 62 °C, és a várható SPF = 5,2 (a jelenlegi tervezett átlagos érték SPF = 4,5 helyett). Sok épületnél földhıszivattyú alkalmazásakor a hıleadók megváltoztatása és az elosztó csıvezeték cseréje is szükséges – pl. radiátor helyett fan-coil – a hıszivattyúval elıállított kis főtıvíz-hımérséklet miatt. Ez pedig jelentıs többletköltséget eredményez, ezért ahol hőtési funkcióra nincs igény, a hıtermelı cseréje sok esetben elmarad. A fejlesztéstıl azt reméljük, hogy ezzel a nemzetközi piacon is versenyképes új magyar termékcsalád készülhet el. A kísérleti példány Bukarestben jól üzemelt (ld. ábra).

29


Zürich (Svájc) repülıtér, E terminál Fıbb mőszaki adatok: - Főtött és hőtött légtér / alapterület: 200 000 m³ / 58 000 m² - Éves főtési energiaigény: 2120 MWh/a - Éves hőtési energiaigény: 1240 MWh/a - Hıforrás: 300 db 30 m mélységő cölöpkollektor Forrá Forrás: Rybach L., Prof. em. ETHZ, GEOWATT ill. az MTA kü külsı lsı tagjá tagjának vetí vetítetttett-képes elı elıadá adása (2007)

30


Országunkban még „fehér folt” a növényházak meleg vizes főtése és/vagy hőtése Forrás: Mary H. Dickson and Mario Fanelli: What is Geothermal Energy?

31


Az ATIKÖFE szegedi irodaházának bıvítése és épületgépészetei berendezésének korszerősítése A meglévı radiátoros főtési rendszerő irodaépülethez új szárny épült. Az új szárny fan-coil rendszerrel lett tervezve, a meglévı szárny pedig fan-coil rendszerre lett átalakítva. A főtési és hőtési igényt 18 db 100 m mélységő, kétcsöves, zárt hurkos földszondával oldotta meg a tervezı kivitelezı cég (GEOWATT Kft.). Fıbb adatok • Főtési hıszükséglet: 160 kW • Aktív hőtési igény: 130 kW Beépített hıszivattyúk 2 db "NORDIC" Wec-250-HACW (főtı/aktív hőtı/hmv) A belsı főtési rendszer fan-coil-os, amely 35 °C /24 °C-os h ılépcsıvel hat éve üzemel a beruházó megelégedésére. 32


Az ATIKÖFE szegedi irodaházának fıbejárata és hıszivattyús hıközpontja Forrás: GEOWATT Kft. (ajánlott irodalom, 5.5. ábra)

33


A sátoraljaújhelyi Betegellátási és Prevenciós Központ homlokzata és ún. „GeoWall” rendszerő falfőtésének ill. falhőtésének vakolás elıtti fotója Forrás: GEOWATT Kft. [ajánlott irodalom, 5.8a) és 5.8b) ábrái]

34


A sátoraljaújhelyi Betegellátási és Prevenciós Központ hıközpontjának részletei Forrás: GEOWATT Kft. (ajánlott irodalom, 5.9. ábra)

35


Hulladékhı hasznosításra példa a kiskırösi termálfürdı bıvítése (az úszó- és a tanmedence látható) Forrás: GEOWATT Kft. és Kırösvíz Kft. (ajánlott irodalom, 5.11. ábra)

36


Kiskırösi Termálfürdı bıvítése (adatok 1) A bıvítés (úszó- és tanmedence) a meglévı Termálfürdı elfolyó vízét (hulladékhı) felhasználva hıszivattyús megoldású Hıforrások: ─ 7:00─18:00 h-ig az elfolyó termálvíz: V1 = 15 m3/h t1 = 32 °C ─ 18:00─20:00 h-ig a meglévı termálkútról: V2 = 15 m3/h t2 = 50 °C ─ 20:00─07:00 h-ig 100 m3-es épített győjtı-tároló tartályról.

Hıigény részletezése: ─ HMV elıállítás 1000 l: ─ Medencék főtése: ─ Padló és radiátoros főtés: ─ Párátlanító és légtechnikai kaloriferek: Mindösszesen:

52,4 kW 109,5 kW 46,4 kW 200,0 kW 408,3 kW

37


Kiskırösi Termálfürdı bıvítése (adatok 2) A fenti hıigényt 2 db hıcserélı (anyaga: 254 SMO®) és 3 db különbözı hıszivattyú elégíti ki: ─ úszó- és tanmedence felfőtése (évente kétszer) és hıntartása [Nordic WEC-300-H hıszivattyú (100 kW), 1500 l-es puffer tartály], ─ új épületrészek használati meleg vízének elıállítása [Nordic WEC-150H (50 kW), 1000 l-es hmv tartály, 45 °C-ig, 45 °C fe lett villamos utófőtés], ─ új épületrészek főtése: a padlófőtési körök főtése, a párátlanító gép és a légkezelı kalorifer, valamint a radiátorok főtése (Nordic WEC-400-H jelő hıszivattyú). A medencetér párátlanításához alkalmazott Nordic PC-75 készülék hıszivattyús elven mőködik.

A hıszivattyúk vezérlése: ─ a WEC-400-H készülék, amely a belsı főtést és a légkezelést látja el, Geocontrol készülékkel külsı hımérsékletrıl szabályozva történik, ─ a WEC-300-H készüléket vízhımérséklet szabályozó termosztáttal vezérelik vízhıfokra, ─ a WEC-150-H készüléket szintén vízhımérsékletre szabályozzák, 38 ─ a PC-75 készüléket belsı páratartalom alapján vezérelik.


A kiskırösi termálfürdı új hıszivattyús hıközpontja és új épületrészei Forrás: GEOWATT Kft. és Kırösvíz Kft. (ajánlott irodalom, 5.10. ábra)

39


Ajánlott irodalom (a lektorált, 215 oldalas, A4-es formátumú, színes kivitelő szakkönyv 27 táblázatot és 152 ábrát tartalmaz)

40

Hıszivattyúk és energiaforrások épületgépészeti alkalmazása

Recommend Documents