Geotermikus energiahasznosítás hőszivattyú Viczai János egyetemi adjunktus BME Építész Kar Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék
Egy kis történelem
Működési elve már régóta ismert, gyakorlatilag azonos a hűtőgépével Olajválság idején került előtérbe – Energiabiztonság – Környezetvédelem
A hőszivattyú kedvező tulajdonságai
Széles körben alkalmazható Hőforrásként bármi szóba jöhet, ami kellő hőfokon és mennyiségben rendelkezésre áll Megfelelő tervezéssel nagyon jó hatásfokkal üzemeltethető Magyarország adottságai különösen kedvezőek
A hőszivattyú működési elve
A hőszivattyú -a természetes hőáramlással ellentétes irányú körfolyamatban- az alacsony hőmérsékletű környezeti hőforrás hőjét emeli -mechanikai munka befektetése árán- egy magasabb hőmérsékleti szintre, egy olyan értékre, amelyen a hő már hasznosítható.
A hőszivattyú működési elve
Működésmódját tekintve gyakorlatilag megegyezik a hűtőgépekkel. A különbség a körfolyamat hőmérséklethatáraiban és a felhasználás céljában van. Főbb berendezései: kompresszor, elpárologtató, kondenzátor, fojtószelep
A hőszivattyú működési elve
A Carnot körfolyamat
A Carnot körfolyamat a hőszivattyúk alapvető termodinamikai körfolyamata Ideális eset, valóságban nem valósítható meg a veszteségek miatt Ezzel a körfolyamattal működtethető a legjobb „hatásfokú” hőszivattyúzás adott hőmérséklethatárok között Összehasonlító körfolyamatként használják hőszivattyúk értékeléséhez
Hőszivattyúk értékelésére használt mutatószámok
A Carnot körfolyamat fűtési teljesítmény tényezője (ideális eset): ε FC
QC TC 1 = = = W TC − T0 1 − T0 TC
A hőszivattyú fűtési teljesítmény tényezője:
QC ε F = (COP) = W
Hőszivattyúk értékelésére használt mutatószámok
εF A hőszivattyú „jósági foka” : η J = ε FC
A hőszivattyú teljesítménytényezőjét befolyásoló paraméterek
A hőforrás hőmérséklete: T0
Ha T0 nő akkor W csökken, tehát ε F nő
A hőleadás hőmérséklete: TC
Ha TC csökken, akkor W csökken, tehát ε F nő
A hőszivattyú elemeinek szerkezeti kialakítása, veszteségei
Hőszivattyúk csoportosítása a felhasználás módja szerint
A hőszivattyúk csoportosítása az alkalmazott hőforrás alapján
Levegő/folyadék hőszivattyúk – Kültéri elhelyezés – Beltéri elhelyezés
Levegő/levegő hőszivattyúk Folyadék/folyadék hőszivattyúk – Zárt rendszerek • Talajkollektoros rendszerek • Talajszondás rendszerek • Élővizek hőjének hasznosítása – Nyitott rendszerek
Levegő/folyadék hőszivattyúk
Hőforrás: külső levegő Hasznos hőhordozó: víz Gazdaságos üzem 5°C külső hőmérsékletig, ez alatt kiegészítő hőforrás szükséges Nagy levegő térfogatáramok miatt nagyobb méret, jelentősebb zajterhelés
A levegő/folyadék hőszivattyú kültéri elhelyezése
A levegő/folyadék hőszivattyú beltéri elhelyezése
Levegő/levegő hőszivattyúk
Ezek terjedtek el a legjobban (olcsó) Gazdaságosan többnyire csak hűtésre használható Két részből áll: – Beltéri egység (hőcserélő+ventilátor) – Kültéri egység (kompresszor, hőcserélő, expanziós szelep, ventilátor)
Levegő/levegő hőszivattyúk
Folyadék-folyadék hőszivattyúk Hőforrás lehet: Talaj Talajvíz Élővizek Abszorber Hőelnyelő felületek
Zárt rendszerek Talajkollektoros rendszer
1,6-2 m mélyen fektetett csőkígyó segítségével nyerik ki a hőt Nagy kiásható földfelületre van szükség Élővilágot károsíthatja, mert erősen lehűti a talajt Esővíz elszivárgását gátolhatja Ebben a mélységben a földkéreg által elnyelt napsugárzásnak nagy hatása van A talaj hőmérséklete az év folyamán periodikusan változik
Zárt rendszerek Talajkollektoros rendszer
Zárt rendszerek Talajkollektoros rendszer
Zárt rendszerek Talajszondás rendszer
Kb. 120mm átmérőjű, 50-100m mély furatok Egymástól 5m távolságra, így nincs szükség nagy földfelületre Meg kell vizsgálni, hogy az adott terület geológiailag alkalmas-e a fúrásra A talaj hőmérséklete ebben a mélységben gyakorlatilag évszaktól függetlenül állandó A geotermikus energia forrása a magmában keletkező hő
Zárt rendszerek Talajszondás rendszer
Zárt rendszerek Talajszondás rendszer
Zárt rendszerek Élővizek hőjének hasznosítása
Tó, vagy folyó aljára fektetett csőkígyó Megfelelő mélység esetén a hőforrás hőmérséklete egész évben állandó Nagy előnye, hogy megspóroljuk vele a drága földmunkák költségét Káros lehet az élővilágra, ezért nem mindig alkalmazható
Zárt rendszerek Élővizek hőjének hasznosítása
Nyitott rendszerek
A talajvizet kútból nyerik, majd hőelvonás után visszavezetik A talajvíz hőmérséklete egész évben 10°C körüli Nem igényel nagy beruházási költséget Az előírt vízminőségi határértékeket be kell tartani, vízkezelésről gondoskodni kell A víz kinyerése hatósági engedélyezést igényel
Nyitott rendszerek
-10
-20 23:29:59
22:48:33
22:07:05
21:25:37
20:44:09
20:02:39
19:21:11
18:39:42
17:58:16
17:16:46
16:35:20
15:53:52
15:12:21
14:30:55
13:49:27
13:07:59
12:26:31
11:45:03
11:03:34
10:22:06
09:40:38
08:59:10
08:17:42
07:36:14
06:54:44
06:13:16
05:31:49
04:50:21
04:08:53
03:27:25
02:45:57
02:04:27
01:22:58
00:41:32
00:00:02
Monitoring
50
40
30
20 T belső
T külső
Pf. Előre
Pf. Vissza
Talajvíz be
10 Talajvíz ki
Motor
0
Hőszivattyú illesztési lehetőségei a fűtési rendszerbe
Mikor éri meg hőszivattyút alkalmazni?
Rendelkezésre áll-e megfelelő hőforrás? Van-e vezetékes földgáz? Szükséges-e nyáron hűtés, klimatizálás? Rendelkezésre áll-e a megfelelő anyagi fedezet? Környezettudatos építkezés, energiafelhasználás? Meglévő épület esetén a hőleadó berendezések alkalmasak-e hőszivattyús fűtésre?
A hőszivattyú ökológiai mérlege
A villamos energia felhasználás során jelentős erőművi és szállítási veszteségek lépnek fel. Nem érdemesebb-e a földgázt közvetlenül épületfűtésre használni?
A hőszivattyú ökológiai mérlege
A hőszivattyú ökológiai mérlege Hőszivattyú ökológiai mérlegének, illetve gazdaságosságának növelése:
Villamosenergia termelés hatékonyságának növelése (kogeneráció, trigeneráció) Teljesítménytényező (COP) növelése • Magasabb hőmérsékletű hőforrás • Alacsonyabb hőmérsékletű hőleadás az épületben • Hatékonyabb hőszivattyú berendezések (kisebb veszteségek)
Köszönöm a figyelmet!
