www.oktoklima.hu
Hőszivattyús rendszerek
Hőszivattyú szivattyú Konferencia, Szombathely, 2010. december 1.
www.oktoklima.hu
Hőszivattyú történetének főbb állomásai
1800-as évek közepe: hőszivattyú szerkezetének megalkotása (Lord Kelvin, James Joule)
1. ipari hőszivattyú 1938 (Rittinger): Svájc, Zürich-i Városháza fűtése
1970-től a technológia rohamos elterjedése
www.oktoklima.hu
Felhasznált fizikai jelenségek Hőáramlás a termodinamika II. főtétele szerint önként mindig a nagyobb hőmérsékletű hely felől a kisebb hőmérsékletű hely felé történik
KÖRNYEZET
ENERGIA
A lecsapódás (kondenzáció) során hő szabadul fel (a folyadék halmazállapot alacsonyabb energiaállapot)
A párolgás hőt von el és energiát tárol (a gáz halmazállapot magasabb energiaállapot)
ENERGIA
KÖRNYEZET
A gázok összenyomásakor megnő a nyomás és a hőmérséklet; kitágításakor csökken a nyomás és a hőmérséklet
www.oktoklima.hu
Hőszivattyú működési elve
Magas nyomáson (~20 bar) magas hőmérsékleten a hűtőközeg kondenzálódik, hőt ad le a környezetnek, fűtve azt
Alacsony nyomáson (~2 bar) alacsony hőmérsékleten a hűtőközeg elpárolog, hőt von el a környezettől, hűtve azt
www.oktoklima.hu
Víz/víz hőszivattyú szerkezeti felépítése
www.oktoklima.hu
Hőszivattyúk hatékonysági értékei COP (Coeficient of Performance) pillanatnyi hatékonyságot jelez, egy adott működési munkapontban EN 14511:2004 COP = hasznos teljesítmény/bevitt teljesítmény Levegő/víz
Talaj/víz
Víz/víz
COP = 3-4
COP =4-5
COP = 4-6
SPF (Seasonal Performance Factor) szezonális hatékonyságot jelez, egy adott fűtési időszakban SPF = hasznos energia/bevitt energia
www.oktoklima.hu
A COP és SPF értékek vizsgálata és összehasonlítása csak és kizárólag a működési paraméterek (vízhőmérsékletek, léghőmérséklet) függvényében lehetséges!
www.oktoklima.hu
Hatékonyság növelő növelő Hatékonyság
Minél alacsonyabb a fűtési hőmérséklet: padlófűtés, fan coil, sugárzó fűtés
Hatékonyság rontó rontó Hatékonyság
Hőszivattyúk hatékonysága
Magas fűtési hőmérséklet: pl. régi radiátoros fűtés
Minél magasabb a hőforrás hőmérséklete Minél kisebb a kiegészítő berendezések elektromos fogyasztása
Minél alacsonyabb a hőforrás hőmérséklete (pl. rosszul méretezett szondánál akár –5 C is lehet) Minél kisebb a kiegészítő berendezések elektromos fogyasztása (búvárszivattyú, keringtető szivattyú stb.)
Kisebb hőfoklépcső
Hatékonyabb működés
www.oktoklima.hu
Hőszivattyúk kiválasztási menete Helyszíni adottságok
Hőszivattyú kiválasztása
Rendszer méretezése
Gazdaságossági, környezetvédelmi vizsgálat
www.oktoklima.hu
Helyszíni adottságok elemzése • Telekméret (kollektor kialakítható?) • Talaj adottságok, összetétel (lehet fúrni?) • Növényzet (védőtávolság, a meleg/hideg vezetékek károsíthatják a gyökérzetet) • Hol helyezhető el a hőszivattyú? • Milyen a meglévő vagy tervezett fűtési rendszer? (radiátoros, fan coilos, sugárzó fűtés) • Milyen meglévő energiaellátási lehetőségek vannak? • Van-e igény hűtésre? • Van pénze a megrendelőnek egy költségesebb rendszerre? • Gazdaságilag helyes döntés-e? • Egyáltalán van- e más lehetőség? (környezetvédelmi előírások, gázvezeték hiánya stb.)
www.oktoklima.hu
Hőszivattyúk csoportosítása forrásoldal szerint
Hátrányok Hátrányok
Előnyök Előnyök
Levegő/víz
Talaj/víz
Víz/víz
A hőforrás a levegő
Hőforrás a talaj 100 mes rétege
Hőforrás kút, vagy természetes víz
Korlátlan mennyiségben rendelkezésre áll
Korlátlan mennyiségben rendelkezésre áll
Kedvező beruházási költség
Jó hatékonyság
Nincs fúrás
Időjárástól független biztonságos működés
Nincs engedélyezési procedúra
Magasabb előremenő vízhőmérsékletek
Télen lehűlő időben, romlik a hatékonyság
Magasabb beruházási költség
Esetenként kiegészítő fűtés lehet szükséges
Helyszíni adottságoktól függ
Új építésekhez alkalmazható általában
Engedélyeztetés szükséges
Legjobb hatékonyság Időjárástól független működés Magasabb előremenő vízhőmérsékletek
Magasabb beruházási költség Helyszíni adottságoktól függ: vízhozam és vízminőség Bonyolult engedélyeztetés szükséges Megbolygatja a vízbázist
www.oktoklima.hu
Nyíltvizes rendszer /kút/ fűtés-hűtés
Nyíltvizes /kút/ rendszer vizsgálata
www.oktoklima.hu
Előnyök: • nagy hatékonyság (10-12°C hőforrás hőmérséklet) • kedvező beruházási költség Hátrányok: • vízhozam (a méretezést arra térfogatáramra kell végezni amely a hőszivattyú működtetéséhez szükséges) • víz fizikai és vegyi összetétele (A vízben található oldott anyagok koncentrációja, esetleges korrózió -> leválasztás) • fagyvédelem (mivel tiszta vizet használunk, az elpárologtatóban nem hűthetjük a víz hőmérsékletét 0°C alá, ezért viszonylag nagy térfogatáramokkal kell számolni) • nyelőkutak alkalmazása • engedélyeztetés Mindezen körülmények által „kényszeríttet” megoldások oda vezethetnek, hogy a rendszer energetikai hatékonysága rendkívül leromolhat és egy hőszivattyús rendszertől elvárható szint alá eshet. Ebben az esetben át kell gondolni a hőszivattyú alkalmazhatóságának gazdasági következményeit.
www.oktoklima.hu
Talaj/víz rendszer fűtés-hűtés
www.oktoklima.hu
Talaj/víz rendszer vizsgálata Előnyök: • relatív magas (6-8°C) hőforrás hőmérséklet • jó hatékonyság • a hőközlő közeg glikolozott -> nincs fagyveszély Hátrányok: • magasabb beruházási költség • kialakítása függ a helyszíni adottságoktól (lehet fúrni, van elég hely a kollektormezőnek?) • a szondás rendszert a fúrás miatt engedélyeztetni kell • a vízszintes kollektoros rendszer a felszín közelsége miatt érzékeny a külső hőmérsékleti viszonyokra
www.oktoklima.hu
Felszíni talajkollektor
www.oktoklima.hu
Lehetséges kialakítások
Egycsöves vízszintes elrendezés
Párhuzamos vízszintes elrendezés
Elnyújtott spirálcsöves elrendezés
Kompakt spirálcsöves elrendezés
www.oktoklima.hu
Vízszintes kollektor az árokban
www.oktoklima.hu
Vízszintes kollektor fektetése
www.oktoklima.hu
Vízszintes kollektor fektetése
www.oktoklima.hu
Vízszintes kollektor fektetése
www.oktoklima.hu
Talajszondás fűtés-hűtés
www.oktoklima.hu
Szonda kialakítása
A talajszonda kollektorok többféle kialakítása létezik. A leggyakoribb a szimpla U csöves és a dupla U csöves megoldások.
www.oktoklima.hu
Előre gyártott elemek
www.oktoklima.hu
Szonda elhelyezése a furatban
www.oktoklima.hu
Szondás kialakítás
www.oktoklima.hu
Levegős hőszivattyú
www.oktoklima.hu
Levegős rendszer vizsgálata Előnyök: • legkedvezőbb beruházási költség • könnyű, helyszínfüggetlen telepítés • hűtési-fűtési (HMV) alkalmazásokra alkalmas • nagy biztonság: -15°C-ig (egyes típusoknál -20°C-ig garantáltan működik) • beépített időjárásfüggő szabályozás • nincs szükség engedélyekre Hátrányok: • hatékonysága erősen függ a külső hőmérséklettől (szükség lehet kiegészítő fűtésre) • kizárólag alacsony hőmérsékletű fűtésekhez alkalmazható igazán rentábilisan • alacsony külső hőmérséklet mellett a hatásfoka rosszabb, mint a vizes kialakításúaké
www.oktoklima.hu
Időjárás függő szabályzás Minél melegebb az időjárás, annál alacsonyabb a termelt víz hőmérséklete! • • • • •
Energiatakarékos üzemmód Csökkenő előremenő hőmérséklet, növekvő COP Az előremenő víz hőmérsékletét változtatja a külső hőmérséklet függvényében A jelleggörbe meredeksége beállítható A kompenzációs hőmérséklet tartomány beállítható
www.oktoklima.hu
Biztonság télen is?
Előfordulási napok száma/év
Napi minimum hőmérséklet előfordulási gyakorisága évente a December, Január, Február hónapokban
10
8
6
4
2
0
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Napi minimális hőmérséklet (C)
2
4
6
8
10
12
14
www.oktoklima.hu
Alacsonyabb előremenő hőmérséklet, nagyobb COP
www.oktoklima.hu
Hőszivattyús rendszerek környezetvédelmi előnyei • nagy hatékonyságú fűtési mód • nagy megbízhatóság az ellátás terén (elektromos áram mindig van!) • nincs üzemanyag szállítás (olaj, fa, pellet vagy PB gáz esetében) • nem kell veszélyes anyagokat tárolni (olaj, PB gáz) • nincs CO veszély • nincs helyi füstölés, környezetszennyezés
www.oktoklima.hu
CO2 kibocsátás csökkentés hőszivattyúkkal Igaz, hogy az áramtermelés a legnagyobb szennyezéssel járó folyamat (magas hálózati vesztesség, illetve magas a fosszilisek égetésével termelt áramhányad), de végtermékre, fűtési energiára vonatkoztatva a hőszivattyús fűtés jár a legkevesebb CO2 kibocsátással. Áram
Szilárd
Tüzelőolaj
Földgáz
Távhő
Hőszivattyú vizes (SPF=4)
Hőszivattyú Levegős (SPF=2,7)
(erőműi átlag)
CO2 [kg/GJ]
151,2
100
78,3
60
100,56
38
56
Min. SPF
-
1,51
1,93
2,52
1,5
-
-
Következtetés: Még a legkevésbé gazdaságos levegő/víz hőszivattyú is előnyős környezetvédelmi szempontból!
www.oktoklima.hu
CO2 kibocsátás csökkentés* vizes hőszivattyúkkal %-osan A számok csak az energiatermelés folyamatára vonatkoznak, nem tartalmazzák egyik esetben sem a kiegészítő berendezések kibocsátási adatait.
Áram
Szilárd
Tüzelőolaj
Földgáz
Távhő
Hőszivattyú vizes (SPF=4)
(erőműi átlag)
CO2 [kg/GJ]
151,2
100
78,3
60
100,56
38
Megtakarítás
--75 %
-62 %
-51 %
-37 %
-62 %
-
*A számok jól mutatják az arányokat egyes fűtési módok CO2 kibocsátásai közt.
www.oktoklima.hu
Fűtési díjak hőszivattyúkkal Az egységnyi fűtési energia előállítási költségeinél a hőszivattyúk vezetnek. Ha hűtést is számoljuk, az eredmények még jobbak. A díjak nem tartalmazzák a gázas berendezések tényleges hatásfokait, illetve a beruházási és karbantartási költségeket, amelyek tovább árnyalják a díjakat, de a sorrendet jellegében nem érintené. Vizes hőszivattyúval SPF = 4, "H" tarifa
7,37
Ft/kWh
Vizes hőszivattyúval SPF = 4, "GEO” tarifa
7,93
Ft/kWh
Levegős hőszivattyú, SPF = 3, "H" tarifa
9,82
Ft/kWh
Levegős hőszivattyú, SPF = 3, "GEO" tarifa
10,57
Ft/kWh
Vizes hőszivattyúval SPF = 4, nappali áram
11,96
Ft/kWh
Földgáz díj (100%- os kazánhatásfokkal)
12,15
Ft/kWh
Levegős hőszivattyú, SPF = 3, nappali áram
15,94
Ft/kWh
Távhő (FŐTÁV)
18,24
Ft/kWh
PB Gázdíj (bruttó)
28,87
Ft/kWh
"H" tarifa
29,47
Ft/kWh
GEO tarifa
31,71
Ft/kWh
Áramdíj, bruttó, nappali
47,82
Ft/kWh
Fűtési energia költsége
www.oktoklima.hu
bruttó, 35 C előremenővel
Levegős, nappali
Ft/kWh 18
16
14
földgáz 12
Földhő, nappali
10
Levegős „H”
Levegős,GEO
8
Földhő,GEO
6
Földhő,”H” 4
2
0 -20
-15
-10
-5
0
5
Külső hőmérséklet C
10
15
20
25
www.oktoklima.hu
Budapest, 13. ker. Hun utca 256 lakásos panelépület/1,1 MW Utána: Az épület komplett hőszigetelést kapott, és a nyílászárókat kicserélték
Előtte:
www.oktoklima.hu
Kialakítási séma
www.oktoklima.hu
A hőszivattyú
• Fűt, és használati melegvizet termel • Beüzemelve 2009-ben • Fűtésköltség megtakarítás a lakóknak
-36,5 %
• CO2 csökkenés
156 776 kg/év
www.oktoklima.hu
TELENOR (Pannon GSM) székház • Helyszín: Törökbálint, Égett-völgy • Épület fűtése és hűtése • 3 db AERMEC WSH hőszivattyú, teljesítményük: 287 kW fűtés/322 kW hűtés/hőszivattyú • 180 db szonda • Összes fűtési teljesítmény: 862 kW • Összes hűtési teljesítmény: 966 kW • Beüzemelve 2008-ban
www.oktoklima.hu
RAIFFEISEN BANK székház • Helyszín: Budapest, Késmárk utca • Épület fűtése és hűtése • 3 db AERMEC NLW hőszivattyú • Összes fűtési teljesítmény: 854 kW • Összes hűtési teljesítmény: 715 kW • 120 db szonda • Beüzemelve 2006-ban
www.oktoklima.hu
MONICOMP KFT. Logisztikai központ • Helyszín: Páty • Épület fűtése és hűtése • 4 db AERMEC NW hőszivattyú • Összes fűtési teljesítmény: 650 kW • Összes hűtési teljesítmény: 700kW • Beüzemelve 2005-ben
www.oktoklima.hu
Köszönöm a figyelmet!
