Energiagazdálkodás 4. gyakorlat Energia-felhasználás Szilágyi Attila, NYE, 2016.
Fűtés - hőátadás A hőátadás történhet: • Hővezetéssel • Hőáramlással (konvekció) • Hősugárzással
Q A t (T2 T1 ) Q A t (T2 T1 )
Q s A t (T2 T1 )
Központi fűtés • • • • • • • • •
Egyenletes hőmérséklet-eloszlás biztosítható, állandó hőmérséklet tartható és szabályozható, fajlagos fogyasztása kisebb mint az egyedi fűtésé, nagyobb beruházási költséggel jár mint az egyedi fűtés, a tüzelőanyag felhasználása könnyebb és nem jár a lakótér szennyezésével, felhasználása nem csökkenti a lakótér levegőjének oxigénmennyiségét, használati melegvíz könnyen előállítható, fogyasztói oldalról nézve könnyen bővíthető és csökkenthető a rendszer, fagyveszéllyel számolni kell. Főbb részei: központi kazán, csővezetékek (szigeteléssel), fűtőtestek (radiátorok), keringető szivattyú, hőtágulási tartály, elzáró szelepek, légtelenítő szelepek, hőmérséklet- és nyomásmérő.
Fűtéstípusok •
•
• •
Hőközlés módja szerint: – konvekciós, – sugárzó fűtés, – légfűtés. Hőhordozó közeg szerint: – levegő, – víz, – gőz fűtés. Fűtőközeg anyaga lehet: szilárd tüzelőanyag (kőszén, tüzifa, stb.), olaj, földgáz, villamos fűtés. Berendezés kivitelezési megoldása: – gravitációs vagy szivattyús, – radiátoros vagy padlófűtés, – nyitott vagy zárt rendszerű.
Fűtőtestek • Konvekciós: – – – – –
csőfűtőtest, bordás fűtőtest, lamellás fűtőtest, radiátorok, konvektorok.
• Légfűtők • Sugárzó hőleadók: – – – –
infravörös sugárzással melegítik fel a lakótér berendezéseit, rövid felfűtési idő jellemzi, kellemes hőérzetet ad, nagy terek fűtésére alkalmas.
Hűtés, légkondicionálás Történhet: • Kompresszoros hűtővel • Abszorpciós hűtővel pl. ammónia-víz, LiBr-víz • Adszorpciós hűtővel pl. zeolit-víz, szilikagél-víz • Peltier termoelemmel
Légkondicionálók • A hagyományos légkondicionálók nagy energiafogyasztásúak (villamos energia) és nem környezetbarát hűtők (hűtőközeg). • Hatásuk negatív az ózonrétegre és a globális felmelegedésre: – Ozone depletion potential (ODP) – Global warming potencial (GWP)
Hűtési rendszerek • Aktív hűtési rendszer: villamos energia vagy hőenergia felhasználásával hőátalakítási folyamaton keresztül hűtés biztosítása. • Passzív hűtési rendszer: külső energiabevitel nélküli hűtés megvalósítása, pl. árnyékolás, semitransparent glass covers, solar driven ventilation effects. A passzív hűtés az épület szerkezeti kialakításától és a hőszigetelő-képességétől függ.
Hő elvezetése • Árnyékolással: természetes (fák, bokrok, futó növények) vagy mesterséges árnyékolással. • Napkollektor vagy napelem felületekkel csökkenthető az épület felmelegedése. • Fázisváltó anyagok (PCMs: phase-change materials) épületfalban való alkalmazása. • Természetes (huzat) vagy mesterséges (ventilátor) levegőmozgatással.
Hűtés napenergiával Lehetőségek: – napkollektor + abszorpciós hűtő, – napkollektor + adszorpciós hűtő – napkollektor + Stirling-motor generátorral és kompresszoros hűtő, – napelem + Peltier konverter, – napelem + abszorpciós hűtő, – napelem + kompresszoros hűtő.
Szoláris hűtési technológiák és működtetésük • Abszorpciós hűtés: koncentrált napkollektorokkal, vákuumcsöves (és sík-) kollektorokkal (napelemekkel). • Adszorpciós hűtés: sík- és (vákuumcsöves) kollektor (napelemekkel). • Kompresszoros hűtés: napelemekkel. • Termoelektromos hűtés: napelemekkel. • Szárító-elpárologtató rendszerek: légkollektorokkal.
Hűtés alkalmazása • Fagyasztás: minimális hőmérséklet -30oC, abszorpciós hűtő, steam ejector, kompresszoros hűtő (vapour compression). • Hűtés (hűtött vízzel): minimális hőmérséklet 5oC, abszorpciós hűtő, steam ejector, adszorpciós hűtő, kompresszoros hűtő. • Légkondicionálás (levegő hűtése): minimális hőmérséklet 16oC, szárító-párologtató rendszerek (víz elpárologtatása, Desiccant-evaporative systems, DEC), termoelektromos hűtő.
Hagyományos hűtés • 1834. Jacob Perkins, London, a kompresszoros hűtő első alkalmazása (vapour compression cooling cycle). • A mechanikai energiát egy villamos motor biztosítja a kompresszornak, mely a hűtőfolyadékot az elpárologtató felöl a kondenzátor felé továbbítja. A hűtőközeg egy expanziós szelepen keresztül jut vissza az elpárologtatóba. • A hűtési hőmérséklet: 15 és -30oC közötti. • Alkalmazása: ház és autó légkondicionálásához, hűtők, fagyasztók és hőszivattyúk működtetéséhez.
Termoelektromos hűtés • Peltier elemmel történő hűtés, 1834. Jean Peltier, (thermo-electric cooler, TEC) • Két különböző félvezető anyagon keresztül elektromos áramot vezetünk át és ennek hatására hűteni fogni a félvezető anyag. A p és n rétegek határán. • Csendes, kis méretű, kis hűtőkapacitású (60-100 Watt). • Alkalmazása: kis méretű hűtőszekrények, hűtőtáskák, hűtőládák.
Termoelem hűtése
Hőbevitellel történő hűtés • Hőenergiával történő hűtés (thermally driven cooling) lehet – Nyitott rendszer: légkondicionálásnál, • folyékony szorpció • szárító-párologtatás (DEC)
– Zárt rendszer: hideg vízzel történű hűtés esetén, • folyékony szorpció: abszorpciós hűtés • szilárd szorpció: adszorpciós hűtés (a szorpciós hűtők kétféle energiaforrásról működtethetők: villamos energia és hőenergia)
Abszorpciós hűtés • Csendes, nincs mozgó alkatrész, folyamatos működésű • Alkalmazása: szállodai hűtők, kemping, lakókocsi, hajón használt hűtők, CHP hűtőrendszer. • Munkafolyadék: – ammónia+víz, -30 és 20oC között, COP=0,5-0,7 – lítium-bromid + víz, 6 és 20oC között, COP=0,6-1,8 (COP: coefficient of performance)
Abszorpciós hűtés története • 1850. Edmund Carré kénsav-víz keverékkel • 1859. Ferdinand Carré ammónia-víz keverékkel oldotta meg a hűtést • 1899. oldatszivattyú nélküli folyamatos működésű abszorpciós hűtőgép, H. Geppert • 1922. Baltzar von Platen és Carl Munters, szivattyú nélküli folyamatos működésű abszorpciós hűtőgép, hidrogén gáz semleges közegként való alkalmazása, a kondenzátor és az oldó külső levegővel történő hűtése. Ezt a szabadalmat vásárolta meg az Electrolux.
Adszorpciós hűtés • Csendes, szakaszos működésű • A szilárd közeget regenerálni kell bizonyos időközönként • Alkalmazása: légkondicionálók, hűtők • Munkaközeg: – Víz + szilika gél, 6 és 20oC között, COP=0,5-0,65 – Víz + zeolit, 6 és 20oC között, COP=0,5-0,6
Világítás Történhet: • Izzólámpával (Wolfrám izzószállal, halogén izzó), /a hagyományos izzóknál az energia nagy része (~90%-a) hővé alakul/ • LED lámpával, • fénycsővel (Neon gázzal töltött csővel).
Világítást befolyásoló tényezők • • • • •
Fényerő, lumen [lux] Hatásfok Színhatás (hideg kék, meleg sárga) Élettartam: üzemóra, kapcsolások száma Fogyasztás (villamos energia), felvett teljesítmény
Világítás energiacsökkentése • Energiatakarékos világítótest kiválasztásával, • fényerő-szabályozással (kapcsolóval), • mozgásérzékelőre történő bekapcsolással (kikapcsolás időrelével).
Világítótestek összehasonlítása Hagyományos izzó
LED izzó
fénycső
Kompakt fénycső
Teljesítmény azonos fényerőnél
40 W
4 W (6-7W)
40 W
8W
Fogyasztás
40 Wh/1000 óra
4 Wh/1000óra
40 Wh/1000 óra
6 Wh/1000 óra
Üzemidő
1000 óra
25 000 óra (30 000 óra)
20 000 óra
20 000 óra
72-94 lumen/W
54-65 lumen/W
Kapcsolások száma Fényhasznosítás
20 000 kapcsolás 7 lumen/W
67-117 lumen/W
Energiacimkék A termék megnevezése
Lakóház Hűtő
Mosógép Mosogatógép
Az „A” energiaosztályú termék fogyasztása (villamos energia, üzemanyag)
Egyéb jellemzők
55 kWh/m2/év 55 kWh/év
0,19 kWh/kg
Vízfogyasztás
1,06 kWh/12 teríték
Televízió (monitor)
30% EEI
Légkondicionáló
3,6 COP
Világítótestek
18-25% EEI
Gépjárművek
100 g CO2/km
W/dm2
Felhasznált irodalom • • • • • • • • • • • •
Barótfi István (szerk.): Energiafelhasználói kézikönyv, Környezet-technika Szolgáltató Kft., Budapest, 1993. Büki Imre – Flamisch Ottó – Lengyel Sándor: Közúti gépjárműközlekedés energiagazdálkodása, Budapesti Műszaki Egyetem Továbbképző Intézete, Budapest, 1979. David J.C. Mackay: Fenntartható energia - mellébeszélés nélkül, Vertis Zrt. és Typotex Kiadó, Budapest, 2011. (www.withouthotair.com ) Kohlenbach P. – Jakob U. (2014): Solar cooling, The Earthscan expert guide to solar cooling systems, Routledge Komondy Z. – Halász L. (1970): Hűtőgépek, Tankönyvkiadó, Budapest Lakatos Károly: Megújuló energiaforrások I-II., egyetemi jegyzet, ME, 2005. Lakatos Károly: Energiagazdálkodás, egyetemi jegyzet, ME, 2006. Litz J. (1998): Elektromosságtan és mágnességtan, Műszaki Könyvkiadó, Budapest Milley Vilmos – Völgyes István: Központi fűtés 1-2., Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983. www.lakcimke.hu http://www.newenergylabel.com/hu/home/ https://en.wikipedia.org/wiki/European_Union_energy_label
