Napenergia hasznosítása üzemi konyha használati-melegvíz előállításához Use of solar energy to produce sanitary warm water for a plant kitchen
Modla Gábor, Kovács Balázs BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék 1521 Budapest, Műegyetem rkp. 3-5 Summary The renewable energy sources became more important in our everyday life since the traditional fossil energy sources pollute the environment and they are responsible for the emission of greenhouse gases. The possibility of utilisation of solar energy as a renewable energy source in industrial environment is studied. We suggest the modification of an existing system producing sanitary warm water for a plant kitchen by the application of solar panels. We perform pay-back calculation in order to confirm the rentability of the project. We conclude that the rate of return of the necessary investment is cca. 6 years and that the CO 2 emission of the system can be considerably reduced (by 80%). Falikazán 20kW Boiler
panels NSolar apkollekt or mező
Sanitaryi warm water Használat melegvíz
K- 1
N- 1 60°C SZ- 2 T- 1
Cirkulációs ág Recycled water
SZ- 3 SZ- 1
H- 1 SZ- 4
80W 10°C Hálózat i hidegvíz Fresh cold water
Kombinált Pressure reduction nyomáscsökkent ő- szűrő
Planned system for producing sanitary warm water Absztrakt: A megújuló energiaforrások egyre fontosabb szerepet töltenek be mindennapjainkban, mivel a hagyományos fosszilis energiahordozók környezetünket szennyezik, nagymértékben hozzájárulnak az üvegházhatás kialakulásért felelős gázok kibocsátásáért. Korunk egyik jelentős feladata, hogy minél több területen, minél nagyobb mértékben alkalmazzuk a megújuló energiaforrásokat. Napenergia, mint megújuló energiaforrás felhasználását vizsgáljuk ipari környezetben. Egy üzemi konyha használatimelegvíz előállító rendszerének átalakítására
teszünk javaslatot. A tervezett rendszer napkollektorok segítségével állítja elő a szükséges használati-melegvizet. A tervezett átalakításokra megtérülés számítást is végzünk, így támasztva alá a beruházás gazdaságosságát. 1. Bevezetés A megújuló energiaforrások egyre fontosabb szerepet töltenek be mindennapjainkban. A hagyományos fosszilis energiahordozók környezetünket szennyezik, nagymértékben hozzájárulnak az üvegházhatás kialakulásáért felelős
gázok kibocsátásához. Mindemellett nem megújuló voltuk miatt a készletek véglegesek, és csak idő kérdése mikor fogynak el. A megújuló energiaforrások előnye, hogy környezetünket nem terhelik és a megújulásuk miatt mennyiségük végtelennek tekinthető. Hátrányuk, hogy általában ez az energiaforma nem váltja ki a hagyományos energiatermelő szerepét, viszont a kettőt együtt alkalmazva kiváltható a fosszilis energia egy része. A megújuló energiaforrás olyan energiaforrás, mely a természeti folyamatok során korlátlan mennyiségben rendelkezésre áll vagy folyamatosan újratermelődik [1]. Más megfogalmazás szerint a megújuló energiaforrás, olyan természeti erőforrás, melynek hasznosításával az emberiség a szükségleteit adott gazdasági fejlettségi szintjén kielégítheti, és amely használata ellenére természetes úton újratermelődik. A legfontosabb ilyen energiaforrások: a napenergia, szélenergia, vízenergia, biomassza és a geotermikus energia. Munkánk célja: - a megújuló energiaforrások rövid bemutatása, - a jelenlegi használati-melegvíz előállító rendszer bemutatása, - egy korszerű, napkollektoros rendszer megtervezése, - megtérülés számítással igazolni a tervezett fejlesztés gazdaságosságát. 2. Megújuló energiaforrások 2.1. Napenergia A napenergia felhasználásának két alapvető módja létezik: a passzív és az aktív energiatermelés. A napenergia passzív hasznosításakor a környezetünket, épületeinket próbáljuk úgy kialakítani, hogy a nap energiáját ki tudjuk aknázni. Alapjában véve passzív napenergia-hasznosító a legtöbb épület, de tudatos tervezéssel, a környezeti adottságok kihasználásával, megfelelő tájolással, anyaghasználattal és építészeti kialakítással a napenergiában rejlő lehetőségeket fokozottan ki lehet aknázni. A napenergia aktív felhasználásának két fő ága ismert: A nap energiáját hővé (napkollektorok),
illetve elektromos árammá (napcellák) átalakító rendszerek. Az előállított hőenergia hasznosítható épületek fűtésére, használati-melegvíz előállítására, medencefűtésre és egyéb technológiai melegvíz készítéséhez. A napenergiából előállított áram felhasználható hálózathoz nem kapcsolódó (szigetüzemben), hálózattal együttműködő, illetve hálózatra visszatermelő rendszerben. 2.2. Szélenergia A szél energiáját már az ókorban is kihasználták az első vitorlás hajók megjelenésével. A szárazföldi felhasználása a XII. század végére tehető, amikor is Normandiában megjelentek az első szélmalmok. A XIX. századra a konstrukció teljesen kifejlett, önműködően szélirányba álló, erős vihar esetére biztonsági szerkezettel ellátott szerkezetek voltak, amelyek legnagyobb példányai akár 30 kW teljesítményre is képesek voltak. Napjainkig a szélerőgépek széles skáláját fejlesztették ki a pár kW-os mérettől a több MW-os méretig. Mivel a földfelszíntől távolodva a szélsebesség és a szél gyakorisága növekszik, a jobb hatékonyság érdekében a rotort magas toronyra szerelik fel. A szélmotorok teljesítménye korlátozott, ezért több motor telepítésével szélerőmű parkokat hoznak létre. Két szélerőmű típust különböztetünk meg, az on-shore (szárazföldi) és az off-shore (tengeri) szélerőműveket. A tengerparttal rendelkező országokban inkább a tengeri szélerőmű parkok terjedtek el – például Németország és Dánia – ott ugyanis a szél viszonylag állandó jelleggel jelen van és erősebb is. Európa legnagyobb szárazföldi szélerőműve a skóciai Whitelee mellett található, melynek összteljesítménye 322 MW, de már épül egy 350 MW-os telep ugyancsak Skóciában. 2.3. Vízenergia A víz volt a legrégebbi erőforrás, amit arra használták, hogy csökkentsék az emberi és állati terhet. Nem lehet tudni biztosan mikor is találták fel a vízkereket, de az biztos, hogy a legrégebbi öntözőrendszerek kb. 5000 évesek. A középkorban sok vízimalom épült a gabona őrlésére. A XVIII. század vége felé elkezdték használni a víz energiáját
a vízgépeknél, amikor a bányászatban olyan mélységekbe értek le, ahol a korábban használt kézi, illetve lovas járgánnyal működtetett vízemelő gépek nem tudták biztosítani a víz elvezetését, illetve az érc felhozatalát a felszínre. A gőzgép feltalálása egy időre feledtette a vízgépeket, de felhasználásuk kézenfekvőségét jelzi, hogy 1893-ban megépült az első modern vízerőmű a Niagarán villamos áram termelésére. Korunk vízturbinái egyenként is több száz MW teljesítményűek, így csoportos alkalmazásukkal igen komoly energiaforrást jelentenek. A gazdaságossággal magyarázott gigantománia egyre nagyobb egységteljesítményű vízerőműveket követel, ezek viszont hihetetlen mennyiségű föld megmozgatását, több millió köbméter vasbeton beépítését igénylik. Mindez óriási költségekkel jár, így nem meglepő tehát, hogy a vízenergia kihasználása – a kedvező adottságok ellenére is – csak a fejlett országokra, illetve igen tőkeerős társaságokra jellemző. 2.4. Biomassza Az ökológiai meghatározás szerint a biomassza valamely élettérben egy adott pillanatban jelenlévő szerves anyagok és élőlények összessége. Energetikai szempontból csak a klorofillal rendelkező növények a lényegesek, melyek a levegő szén-dioxidjából és vízből a napenergia segítségével cukrot állítanak elő. Ebből a cukorból a növények a legkülönbözőbb szénhidrogén vegyületeket hozzák létre. Lényegében ezek a vegyületek képezik a biomassza energiatartalmát. Biomassza energia felhasználásakor ugyan szabadulnak fel környezetünkre káros gázok, de a teljes életciklust tekintve a növény sokkal több káros anyagot köt meg, mint amennyi elégetése során a környezetbe jut. Így a káros anyag kibocsátás mérlege a környezetünk szempontjából kedvező. A szilárd halmazállapotú biomasszát az emberiség már az ősidők kezdete óta használja, hiszen az elégetett tűzifa is megújuló energia. Energetikai célra elsősorban a mező- vagy erdőgazdasági, illetve faipari termelés melléktermékeit vagy hulladékait használják. Másodsorban elterjedőben vannak az úgynevezett energiaültetvények. Ezek az ültetvények
gyorsan növő, pár év alatt nagy tömegűvé váló növényfajokból állnak. Biomasszából folyékony energiahordozó is nyerhető. Ezek az energiahordozók egyrészt az alkoholok, másrészt az olajok, zsírok. Az alkoholok közül a legfontosabbak a metanol és az etanol, melyek motorhajtóanyagként jöhetnek számításba. A bioüzemanyaggal kapcsolatban viszont egyre több aggály merül fel. Ezek közül a legfontosabb talán az, hogy felhasználjunk-e élelmezésre is alkalmas mezőgazdasági termékeket üzemanyag előállítás céljából. További probléma, hogy a természetes zöldterületek több oxigént termelnek, mint az energianövények. Egyes országban a termő területek növelését az erdők kárára teszik. Az intenzív termeléshez használt műtrágya szennyezi a vizeket és a levegőt is. Mindezek hatását napjainkban vizsgálják, így még nem jelenthető ki, hogy a bioüzemanyag káros a környezetünkre. A biogáz a szerves hulladékok, illetve szennyvíziszap bomlásának gáznemű végterméke. Ez a gáz ammónia, kén-hidrogén, szén-monoxid és szén-dioxid mellett a legnagyobb mennyiségben metánt tartalmaz. A mezőgazdasági, ipari, illetve kommunális hulladékból előállítható mintegy 60% metánt tartalmazó biogáz fűtőértéke 24-29 MJ/m3, a biogázgyártás maradéka pedig értékes trágya. A biogáz alkalmas készülékben felhasználható közvetlenül fűtésre, vagy erőműben villamos energiává alakítható. 2.5. Geotermikus energia A geotermikus energia a Föld hője. Bolygónk közepén egy izzó magma réteg található, melynek átlagos hőmérséklete 7000 °C körüli. Ezt a hőt a mélyben lévő anyagok radioaktív bomlása táplálja. A geotermikus hő nem tekinthető klasszikusan megújuló energiának, mivel a bomló anyagok fogynak. A folyamat viszont olyan lassú, hogy emberi léptékben mérve a Föld maghőmérséklete közel állandó. A hő a szilárd kőzetig hőáramlás útján terjed. A szilárd kőzetet elérve már csak vezetéssel terjed tovább. A kőzetréteg eltérő vastagsága miatt különböző mértékben jut el a hő a felszínre. Egyes helyeken, ahol ez a réteg nagyon vékony, akár 150-
200 °C-os gőz is feltörhet, amely felhasználható közvetlenül villamosenergia-termelésre. Ilyen gőzforrások találhatók az USA-ban és Olaszországban is. A felszínre a hő nem csak gőz, hanem víz formájában is kerülhet. Ezek az úgynevezett hévizek. Közvetlen energiatermelésre hőmérsékletük már nem elegendő. Ez a meleg elsősorban lakossági fűtésre vagy mezőgazdasági, illetve ipari folyamatok hőszükségletének kielégítésére alkalmas. Mindegyik felhasználás esetén fontos, hogy a lehűlt, felhasznált vizet vissza kell sajtolni a földbe, különben a hévíz forrása gyengül, kiapadhat. A földhő felhasználásán alapul a hőszivattyúk alkalmazása is. A hőszivattyú az alacsonyabb hőmérsékletű közegből hőt von el, és azt magasabb hőmérsékletre emeli. Mindehhez külső energia befektetésére van szükség. Működési elve a hűtőgéphez hasonlít, amely a hűtőtérből vonja el a hőt, és azt a hűtőgép hátulján a környezetnek adja le. 3. Napkollektorok A napkollektorok a nap sugárzását hőenergiává alakítják át. Fő jellemzőjük, hogy egy sugárzást elnyelő felület segítségével melegítjük a vizet (vagy valamilyen hőközvetítő közeget). A napkollektoros rendszereket leginkább használati-melegvíz (HMV) előállítására használják. Egy jól megtervezett rendszerrel a nyári hónapokban akár a teljes HMV szükséglet kielégíthető napenergiás fűtéssel, de a kollektorok fejlődésével már a téli napsugárzás is hasznosítható. Ennek köszönhetően használható a napkollektoros rendszer télen fűtésrásegítésre, de lehet kombinált technológia is, azaz HMV előállítás és fűtésrásegítés is történhet egyszerre, továbbá a napkollektoros berendezéssel medencét is fűthetünk. 3.1. Síkkollektor A síkkollektor a napkollektorok közül a legegyszerűbb és a legelterjedtebb típus. Felépítése az 1. ábrán látható. Lényegében egy dobozszerkezet, melynek elején egy áteresztő üveglap, a hátulján a szigetelt kollektorház, belsejében pedig az abszorberre erősített csőkígyő található.
1. ábra. Síkkollektor szerkezeti felépítése A kollektor legfelső eleme egy üveglap. Ez az üveglap különleges szolár üveg, mely a beeső napsugárzás 92 %-át átengedi [3]. Az abszorber feladata, hogy a Napból érkező hőenergiát lehetőleg minél nagyobb hányadban átadja az alatta található csővezetékben keringő folyadéknak. A síkkollektor a legrégebben alkalmazott napkollektor típus, így a különböző gyártók termékei között nincs nagy eltérés. Közös jellemzőjük az üvegfedés és a nagy szelektivitású abszorber lemez. Átlagos, derült időben 60 %-os, maximálisan 80 %-os hatásfokkal alakítják át a napenergiát hőenergiává. 3.2. Vákuumos síkkollektor A vákuumos síkkollektor felépítésében hasonló a síkkollektorhoz, a különbség csak annyi, hogy a kollektorházban vákuumot hoznak létre. A vákuum arra szolgál, hogy a levegő áramlása miatt fellépő konvektív hőveszteséget csökkentse. Ezen típus kialakítása nehézkes, mivel a vákuumot nem gyártás közben hozzák létre, hanem felszerelés után. Ezt a vákuumot nem is tudja megtartani a teljes élettartam alatt, időnként újra létre kell hozni benne a vákuumot. 3.3 Vákuumcsöves kollektorok A vákuumcsöves kollektorok a legkülönbözőbb kivitelben találhatók meg a piacon. Közös jellemzőjük az üvegből készült vákuumcső, amely legalább kétféle kivitelben készülhet. A két legelterjedtebb kialakítású vákuumcső a 2. ábrán látható.
2. ábra. Vákuumcsövek kialakítása
Régebb óta alkalmazott megoldás az egyszerű vákuumcső, amely egy szimpla falú üvegcső. Nagy hátránya, hogy az abszorber felületet és a hozzá erősített csöveket a vákuumba kell elhelyezni, így a cső lezárásánál a tömítés a rendszer gyenge pontja lehet. Ezt küszöböli ki a kettősfalú, úgynevezett „Sydney” típusú vákuumcső. Egyszerűsége a kollektor gyártás szempontjából az, hogy nem az üvegcső gyártásakor kell a vákuumba behelyezni az abszorbert és a csővezetéket. További előnye, hogy a gyártó szelektív réteget is felvisz az üveg felületére, így az abszorberre azt már nem szükséges felvinni. Az eddig ismertetett megoldások közös jellemzője, hogy a napkollektorban keringő fagyálló folyadék cirkulál a vákuumcsövekben is. Létezik egy úgynevezett hőcsöves megoldás is (3. ábra). Ennél a megoldásnál az abszorberre erősített cső végét lezárják, benne kis vákuumban van az alacsony forrpontú folyadék. A napsugárzás hatására ez felforr, a gőz felszáll a cső tetejébe, ahol a kondenzátor-hőcserélő található. Ezt a fagyálló folyadék csővezetéke veszi körül. A lehűlt, kondenzálódott folyadék visszacsorog a hőcső aljába. Ennek a rendszernek a nagy előnye, hogy a csövek törés, hiba esetén külön-külön cserélhetők. Hátránya viszont, hogy egy plusz hőcserélő található a rendszerben, ami a hatásfokot rontja.
3. ábra. Hőcsöves elvű napkollektor 4. Használati-melegvíz előállító rendszer áttervezése 4.1. Jelenlegi HMV előállító rendszer A gyárban a technológiához jelentős mennyiségű forróvizet (140°C/110°C 6-7bar) használnak. Ennek az előállítása gázkazánban történik. A forróvízből hőcserélőn keresztül állítják elő a fűtési célokat szolgáló szekunder vizet (90°C/70°C). Ezt
alkalmazzák az üzemi konyha használati-melegvíz előállítására is (HMV). A folyamat a 4. ábrán látható. A szekunder körben áramló 90 °C hőmérsékletű víz egy hőcserélőn keresztül melegíti fel a hálózati hideg vizet felhasználási hőmérsékletűre (60°C). A használati-melegvíz egy tartályba kerül. A felmelegített víz cirkulál a fogyasztói pontok és a tartály között. Használat i melegvíz 90°C
SZ- 1
Hőcserélő előremenő ág
185W T- 1
Cirkulációs ág
H- 1
SZ- 2
10°C
Hálózat i hidegvíz
TC 1
60kW
80W FIT 1
TI 3
60°C TC 2
PI 1
Kombinált nyomáscsökkent ő- szűrő
TV- 1
Hőcserélő visszamenő ág
4. ábra. Jelenlegi HMV előállító rendszer 4.2. HMV előállítás költsége A szekunder körben lévő folyadékmennyiséget egy 15 kW teljesítményű szivattyú mozgatja. A fűtési időszakban a szekunder körről történik az épületek fűtése és a kiszolgáló légtechnikai berendezések ellátása, továbbá a szekunder kör segítségével állítják elő a használati-melegvizet az üzemi konyhának is. A fűtés miatt csak ősztől tavaszig van szükség a szekunder köri melegvízre a légtechnikai berendezésekhez, a nyári hónapokban nem használják. A nyári hónapokban (június, július, augusztus) csak a konyha HMV szükséglete miatt kell a teljes rendszerben lévő folyadékmennyiséget mozgásban tartani. Így a szivattyú évente 92 napon át csak a konyha miatt üzemel. Szivattyúzási költség: Szivattyú teljesítménye: 15 kW, villamos energia egységár: 36 Ft/kWh, üzemidő órában: 92 nap*24 h/nap=2208 h. Energiafelhasználás: 15 kW * 2208 h= 33.120 kWh Üzemelési költség:1.192.320 Ft/év Víz felmelegítési költség: Szükséges hőenergia: 22.163 kWh/év=79.787 MJ/év Gázár: 2,615 Ft/MJ Víz felmelegítésének éves költsége: 208.643 Ft/év CO2 emisszió: A villamos energia CO 2 emissziós tényezője: 437 gCO 2 /kWh [4] a hőenergia CO 2
emissziós tényezője: 50,35g CO 2 /MJ. Így a CO 2 emisszió: 14.473 kg+4033 kg= 18.506 kgCO 2 /év A jelenlegi rendszer üzemeltetési költsége (kb.: 1,2 mFt) és környezeti terhelése is jelentős (kb.: 18,5 tonna CO 2 ), ezért javasoljuk az üzemi konyha leválasztását a szekunder körről, úgy hogy a használati-melegvíz előállítása napkollektoros rendszerrel történjen gázüzemű kazán rásegítéssel. 4.3. A javasolt HMV előállító rendszer A javasolt rendszerben (5. ábra) az üzemi konyha számára a használati-melegvizet fali kazánnal kombinált napkollektoros rendszer állítja elő. A friss víz a tartály alján lép be a rendszerbe, ide érkezik a cirkulációs víz is, ami azért szükséges, hogy a csapokat megnyitva egyből meleg víz folyhasson. A napkollektorok által felvett hő egy külső hőcserélőn keresztül a tartály alsó felét fűti. A hagyományos hőtermelő egység a tartály felső felét fűti, így érhető el, hogy a lehető legkevesebb hagyományos energiát kelljen befektetni. A fali kazán akkor kapcsol be, amikor a tartályban lévő víz hőmérséklete 55°C-ra csökken. Falikazán 20kW
Napkollekt or mező
Használat i melegvíz
K- 1
N- 1 60°C SZ- 2 T- 1
Cirkulációs ág
SZ- 3 SZ- 1
H- 1 SZ- 4
80W 10°C Hálózat i hidegvíz
Kombinált nyomáscsökkent ő- szűrő
5. ábra. Javasolt HMV rendszer folyamatábrája 5. Napkollektoros rendszer tervezése 5.1. Kollektor felület becslése Használati-melegvizet előállító rendszert úgy célszerű méretezni, hogy a kollektorok egy átlagos nyári napon a szükséges használati-melegvíz teljes mennyiségét előállítsák. Mérések alapján a napi vízfogyasztás 1200 liter. A használati-melegvíz előállításához szükséges hőmennyiség: kWh kg liter ⋅1,0 ⋅ ( 60 C − 12 C ) ⋅1200 ⋅1,265 = kg ⋅ C liter nap = 84.522Wh/nap, ahol az 1,265 veszteségi tényező
Q= 1,16 HMV
Egy átlagos nyári napon napkollektoros rendszerrel hasznosítható hőmennyiség [2]: Q knyár =2800 Wh/(m2*nap) Így a szükséges napkollektor felület: 30m2. 5.2. Melegvíz-tároló méretezése A tároló optimális mérete több tényezőtől függ. Befolyásolja a kollektorfelület nagysága és a melegvíz fogyasztás jellege is. A 6. ábrán az elérhető szoláris részarány látható a tárolóméret és a kollektorfelület fogyasztáshoz viszonyított arányának függvényében [2].
6. ábra. Az éves szoláris részarány a tárolóméret és a kollektorfelület fogyasztáshoz viszonyított arányának függvényében A kollektorfelület és a fogyasztás aránya: 0,6. A szoláris részarány a napi vízfogyasztás 50 %-ának megfelelő tárolóméret felett már alig emelkedik, 75 %-nál pedig már eléri maximumát, ezért a tervezés során a tárolót először 600 (napi vízfogyasztás 50 %-a), majd 900 (napi vízfogyasztás 75 %-a) literesre tervezzük. 5.3. Napkollektoros rendszer méretezése A napkollektoros rendszerek pontos méretezése bonyolult feladat. Egyes napkollektoros rendszereket forgalmazó cégek létrehoztak különböző méretező programokat, melyek valóságos viszonyokat szimulálva határozzák meg, hogy az adott számítási ciklusban mennyi a hőigény és ezt milyen részarányban fedezik a napkollektorok. Modellezi a teljes rendszert, és kiszámolja a tárolók hőmérsékleteinek alakulását. A napkollektoros rendszer méretezéséhez a Naplopó Kft. „NAPLOPÓ 2003/7-D” ingyenesen igénybe vehető programját használtuk. A számítási ciklus egy éves időtartam.
A számítási eredmények az 1. táblázatban láthatók, melyben együtt vannak feltűntetve a 600 literes és a 900 literes tárolóval számított értékek. Az értékekből látható, hogy mindkét esetben hasonló arányban, valamivel több, mint 50 % felett fedezik a rendszer hőszükségletét. A két rendszer hatásfoka is azonos. A két rendszer között csak annyi az eltérés, hogy a 900 literes tárolóval felszerelt napkollektoros rendszer egy derült, napsütéses napon több napenergiát tud eltárolni, így egy következő borús nap esetén kevesebb energia befektetést igényel. 1. táblázat Napkollektor rendszer Tároló méret [liter]
600
900
Napkollektor felületére érkező napsugárzás [kWh]
42293,8
42293,8
Napkollektorokkal hasznosított hőmennyiség [kWh]
11572,3
11576,9
10199,5
10586,3
27,36 %
27,35 %
53,15 %
52,21 %
Hagyományos hőtermelő hőmennyisége [kWh] Napkollektoros rendszer hatásfoka Napkollektorokkal fedezett hőszükséglet aránya
5.4. Beruházási és üzemelési költségek A beruházás költségeit a Naplopó Kft. árlistájának felhasználásával becsültük meg, mely közel 7 millió Forint. A napkollektoros rendszer üzemeltetésének fő költsége a külső hőtermelő berendezés működtetése. Ez szolgáltatja a meleg vizet abban az esetben, amikor a napkollektorokkal a szükséges energia előállítása nem lehetséges. Az egy évben szükséges külső energia bevitelt a Naplopó program kiszámolta, így számításainkhoz ezt vesszük alapul. Éves energia szükséglet: Q kazán = 10.586 kWh= 38.110 MJ A falikazán gáztüzelésű. A TIGÁZ adatai szerint 1MJ gáz ára: E gáz =2,615 Ft/MJ A falikazán éves üzemelési költsége: 99.658 Ft/év. Egy év alatt kibocsátott CO 2 mennyisége: 1927 kg 5.5 Költségmegtakarítás és a CO 2 kibocsátás csökkenése Látható, hogy a régi HMV előállító rendszer üzemeltetési költségében a legnagyobb tétel a szekunder kör mozgatására hivatott szivattyú energia
költsége. Ez a költség a napkollektoros rendszerrel teljesen megszűntethető. A napkollektoros rendszer másik előnye, hogy kevesebb vizet kell gázzal felmelegíteni, így itt is megtakarítás érhető el. Az első évben várható megtakarítható költség közel 1,3 mFt. Környezetvédelmi szempontból is sokkal kedvezőbb a javasolt rendszer, hiszen a jelenlegi szekunder köri szivattyú üzemeltetésére fordított villamos energia előállításával terheljük a legnagyobb mértékben a környezetet. A javasolt napkollektoros rendszerrel éves szinten jelentős, közel 16,6 tonna CO 2 kibocsátás csökkenés érhető el. 6. Beruházás megtérülése A beruházás megtérülését az annuitásszámítási módszerrel végeztük. A módszer lényege, hogy a vizsgált időszak alatt felmerülő egyszeri és periodikus költségeket, valamint bevételeket – az előre jelzett árés kamatlábváltozások figyelembevételével – átszámoljuk állandó, átlagos, egy évre vonatkozó költségekre és bevételekre. A vizsgált beruházás akkor tekinthető gazdaságosnak, ha az annuitás szerinti bevételek összege nagyobb, mint a kiadások összege [5]. Az annuitás szerinti költségek több tényezőből tevődnek össze. Figyelembe veszi a beruházási költséget, a fenntartási és üzemeltetési költségeket is. Az egy évre vonatkoztatott értékeket az inflációs, a kamatlábváltozásból és egyéb árnövekedésből adódó hatásokat figyelembe vevő annuitástényezőkkel való kiigazítás útján kapjuk meg. Ezután az annuitásos költségeket összehasonlítjuk a szintén annuitástényezőkkel számított bevételekkel. A bevételeket a megtakarított, vagyis a megújuló energiával kiváltott hagyományos energiafelhasználás költségeként értelmezzük. Az annuitástényező megmutatja, hogy a vizsgált ciklus végéig q kamattényező mellett egy Forint kiadásának mekkora a jelenértéke. A számításhoz felvett adatok: Beruházási költség: A 0 = 7 millió Ft Éves karbantartási költség: A s =75.000 Ft A rendszer éves energiahozama: Q koll =11.577 kWh
Jegybanki kamattényező: q=1,06 Karbantartási költség árváltozás-tényező: r ss =1,04 Villamos energia árváltozás-tényező: r f =1,05 Földgáz energia árváltozás-tényező: r B =1,07 Villamos energia ára: E vill =36 Ft/kWh Vezetékes földgáz ára: E gáz =2,615 Ft/MJ Napkollektorok élettartama: T=25 év Rendszer maradvány értéke: R w =0 Ft A számítások (terjedelmi okok miatt nem tudjuk részletesen bemutatni) alapján megállapítható, hogy – a feltételezett gazdasági adatok esetében – a napkollektoros rendszer gazdaságosnak tekinthető, hiszen segítségével a napkollektorok élettartama alatt átlagosan évi 1.537.041 Ft (25 év alatt 38.426.025 Ft) takarítható meg. A beruházás megtérülési ideje Ha az üzemi költségeket és bevételeket a T élettartam függvényében egy diagramon ábrázoljuk (7. ábra), akkor megállapítható a beruházás megtérülési ideje. A megtérülési idő ott olvasható le, ahol a két görbe metszi egymást. A javasolt beruházás megtérülése kicsivel több, mint 6 év. Az élettartamhoz képesti rövid megtérülési idő miatt a beruházás megvalósítása határozottan javasolt.
7. Összefoglalás Egy üzemi konyha használati-melegvíz előállító rendszerének átalakítására tettünk javaslatot. A tervezett rendszer napkollektorok segítségével állítja elő a szükséges használatimelegvizet. A tervezett átalakítások becsült beruházási költsége 7 millió Forint. A beruházás megtérülését az annuitásszámítási módszerrel végeztük. Kiszámítottuk, hogy a beruházás megtérülése kicsivel több, mint 6 év. Megállapítottuk, hogy nemcsak költséget, hanem jelentős (80%-os) CO 2 kibocsátást is megtakarítunk a tervezett beruházással.
Irodalom
[1] A műszaki portál. www.muszakiak.com/energia/ [2] Naplopó Kft. Tervezési segédlet 2008/1. Budapest, 2008. [3] Acrux épületgépészet. www.acrux.hu/sun/ [4] U.S. Energy Information Administration; Foreign Electricity Emission Factors, 1999-2002, http://www.eia.doe.gov, 2007. [5] Varga K. és Varga P. Bautrend. Lassan, de biztosan - napkollektor megtérülés számítás. 2009.
Köszönetnyilvánítás Munkánkat támogatta.
7. ábra. A költségek és bevételek alakulása az élettartam függvényében
a
MTA
Bólyai
János
ösztöndíja
