Kézikönyv a hőszivattyúval hasznosított megújuló energiáról

Kézikönyv a hőszivattyúval hasznosított megújuló energiáról

EUROPEAN REGIONAL DEVELOPMENT FUND

EUROPEAN UNION

EUROPEAN REGIONAL DEVELOPMENT FUND

Kézikönyv a hőszivattyúval hasznosított megújuló energiáról 2012

Nemzeti Környezetvédelmi és Energia Központ Nonprofit Kft. a Magyar Hőszivattyú Szövetség közreműködésével


1

BEVEZETÉS

TARTALOMJEGYZÉK BEVEZETÉS ..........................................................................................3 1 MEGÚJULÓ ENERGIA FELHASZNÁLÁSA AZ EURÓPAI UNIÓBAN ÉS MAGYARORSZÁGON ..............................................3 2 MI A HŐSZIVATTYÚ ........................................................................4 3 HATÉKONYSÁG ................................................................................7 4 PRIMER HŐFORRÁSOK ..................................................................8 5 SZEKUNDER HŐLEADÓK .............................................................11 6 RENDSZERSZEMLÉLET ...............................................................12 7 GAZDASÁGOSSÁG ........................................................................13 GAZDASÁGOSSÁGI SZÁMÍTÁS MÓDSZERE ............................14 MEGTÉRÜLÉSI IDŐ SZÁMÍTÁSÁNAK MÓDSZERE ..................14 KÖRNYEZETVÉDELMI SZEREP, CO2 MEGTAKARÍTÁS ...........16 8 HŐSZIVATTYÚ MONITORING .....................................................18 9 PROJEKTPÉLDÁK ..........................................................................18 MINTA ÉRTÉKŰ HAZAI GYAKORLATOK ....................................18 VÍZKUTAS HŐSZIVATTYÚS RENDSZER ...................................18 TALAJSZONDÁS HŐSZIVATTYÚS RENDSZER ....................... 20 LEVEGŐS HŐSZIVATTYÚS RENDSZER ....................................21 MINTA ÉRTÉKŰ NEMZETKÖZI GYAKORLATOK ...................... 22 IRODALOMJEGYZÉK .........................................................................24

Az elmúlt XX. század, különösen a második fele a fosszilis energiaforrások térnyerésének az időszaka volt. Ez a relatív „energiabőség” óriási technikai fejlődést és jólétet illetve kényelmet hozott, különösen a fejlett ipari országok lakosságának számára. Életünket eddig folyamatosan növekvő villamos energia, gázenergia és közlekedési célú energiafogyasztás jellemezte, ami viszont globális környezeti és társadalmi problémák kialakulásához vezetett. Az üvegházhatású gázok kibocsátás-csökkentése és ezzel együtt a klímaváltozás hatásainak mérséklése az emberiség legsürgetőbb feladata lett. Ahhoz, hogy teljesíteni tudjuk a hazai, a regionális, illetve a globális klímavédelmi és energiaracionalizálási célokat, segítségünkre lehet a megújuló energiák alkalmazása, és ezen belül a hőszivattyús technológia elterjedése. A „Geo.Power stratégiai szintű geotermikus energiafelhasználás alkalmazásának ösztönzése lakó- és ipari épületek energiaracionalizálása során” című INTERREG IVC programból megvalósult projekt – amely nemzetközi együttműködés egyik végtermékeként a Tisztelt Olvasó most e kézikönyvet a kezében tartja – célja az alacsony entalpiájú geotermikus alapú hőszivattyús rendszerek támogatása a projekt során definiált minta értékű külföldi és belföldi példák/gyakorlatok elterjesztésén keresztül. A „Kézikönyv a hőszivattyúval hasznosított megújuló energiáról” című kiadvány célja egy rövid kitekintést adni a megújuló energiaforrások hasznosításáról az Európai Unióban és Magyarországon, valamint egy átfogó képet rajzolni a hűtés-fűtés szektorhoz kapcsolódó hőszivattyú alkalmazásokról a működési elmélet és a gyakorlati tapasztalatok bemutatásával.

1

MEGÚJULÓ ENERGIA FELHASZNÁLÁSA AZ EURÓPAI UNIÓBAN ÉS MAGYARORSZÁGON

Az Európai Unió (EU) tagjaként a megalkotott közös joganyagok és hosszú távú stratégiai célkitűzések számos feladatot fogalmaznak meg és rónak Magyarországra ezen a területen. Az EU energia és klímacsomagjának nyomán megszületett uniós Megújuló Energia Útiterv 2020-ra 20 százalékos megújuló energiaforrás részarányt, ezen belül a közlekedés vonatkozásában 10 százalékot, továbbá 20 százalékos energiahatékonyság-növelést, és az üvegházhatású gázok (ÜHG) kibocsátásának (az 1990-es szinthez képest) 20 százalékra való mérséklését tűzte ki. A megújuló energiaforrások jövőben tervezett hasznosítása, valamint az uniós célok elérése tette szükségessé Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Tervének1 megalkotását. Az Európai Parlament és Tanács RED2 irányelve Ma1 Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Tervével összefüggő egyes feladatokról szóló 1002/2011. (I. 14.) Korm. határozat 2 Az Európai Parlament és a Tanács 2009. április 23-i, a megújuló energiaforrásból előállított energia támogatásáról, valamint a 2001/77/EK és a 2003/30/EK irányelv módosításáról és azt követő hatályon kívül helyezéséről szóló 2009/28/EK irányelv

2



3

gyarország számára 2020-ra – jogilag kötelező módon - minimum 13 százalékban határozta meg a megújuló energiaforrásból előállított energia bruttó végső energiafogyasztásban képviselt részarányát. Magyarország 2030-ig szóló energiastratégiája3 a megújuló és az alternatív energia arányának növelését az egyik kitörési pontként jelöli meg, mert lehetőséget ad a munkahelyteremtésre, a hazai zöldipar kialakítására, és új területet nyit meg a kutatás-fejlesztés, az innováció számára. Fentiekkel összhangban Magyarország reális célkitűzése, hogy a megújuló energiaforrások a teljes bruttó energiafogyasztás 14,65 százalékát érjék el 2020-ra.

1. ábra: A villamos energia, hűtés-fűtés és a közlekedés szektorokban felhasznált megújuló energiahordozók megoszlása (2010-2020)

nyabb hőfokszintről egy magasabb hőfokszintre emeli fűtési üzemben. A hőforrása lehet a külső levegő, egy folyó vagy tó vize, kutak vizének vagy a talajnak a hőtartalma, vagy ipari hulladékhő. Elvi alapja a termodinamika második főtétele, amely szerint „nem lehetséges olyan körfolyamat, amelynek eredménye az, hogy egy hőtartályból felvett hővel egyenlő értékű munkavégzés történjék”. Azaz a hidegebb test nem adhat át hőt a melegebb testnek, a hő magától csak a melegebb helyről a hidegebbre mehet át: így egyenlítődnek ki a hőmérséklet-különbségek (Holics, 1998). A hőszivattyúk elméleti működését a Carnot-féle termodinamikai körfolyamat írja le. Holics (1998) szerint „a reverzibilis Carnot-körfolyamat hatásfoka független a folyamatot végző munkaközeg anyagi minőségétől és a gép szerkezetétől, csak a hőátadó test T1 és a hőátvevő test T2 hőmérsékletének függvénye”. A hőszivattyú egy hőforrásból hasznos energiát „állít” elő. Ehhez szükség van egy alacsony forráspontú munkaközegre, amely az elpárologtatóban (elgőzölögtetőben) hőt vesz fel kis hőmérséklet és alacsony nyomás mellett, így gázzá alakul. Ez a gáz a szívóvezetékbe kerül, onnan pedig az elektromos energiával üzemelő kompresszor segítségével egy nyomóvezetékbe, ahol a munkaközeg nyomása és ez által hőmérséklete is megnő. A kondenzátorban ismét cseppfolyósodik, és így leadja a hasznos hőt. Ez azon a fizikai törvényen alapul, hogy a párolgás hőt von el, a kondenzáció pedig hőkibocsátással jár. A folyadék állapotú munkaközeg ezután egy expanziós (adagoló) szeleppel elválasztott folyadék- illetve befúvó vezetékbe kerül, ami ismét az elpárologtatóhoz juttatja, csökkentve ezzel ismét a munkaközeg nyomását és hőmérsékletét. Így visszajut a ciklus elejére. Az alábbi ábrán bemutatott elemek alkotják a hőszivattyús rendszert.

Az NCsT földhőszivattyús ambícióit a természeti adottságok alapján, a hőpiac meglétével és a többi tagállam előirányzataival való összehasonlításban lehet minősíteni. Magyarország 2010-ben a legkevesebb hőszivattyús teljesítményt üzemeltetők között volt. Az előirányzatok szerint 2020-ra több mint hússzoros növekedés várható. Hazánk geotermikus potenciálja közismerten magas. Az Európai Geotermikus Energia Tanács (EGEC) szakemberei szerint a Pannon-medence nevű geológiai egység magas hőmérsékletű medence és kiemelkedő geotermikus potenciállal rendelkezik az európai kontinentális területek között. A hőpiac az ország klimatikus viszonyaitól és a lakosság számától függ. Tekintettel arra, hogy Magyarország éghajlata kontinentális, télen jelentős fűtési, nyáron jelentős hűtési igény lép fel.

2

MI A HŐSZIVATTYÚ

A hőszivattyú a környezeti hő hasznosítására szolgáló berendezés, amely a hűtőgép elvén alapul. Télen fűtésre, nyáron hűtésre, légkondicionálásra használható, illetve használati melegvíz előállítására is alkalmas. A működtetésére felhasznált energiát nem közvetlenül alakítja hővé, hanem a külső energia segítségével a hőt az alacso2. ábra: A hőszivattyú elvi felépítése 3

A Nemzeti Energiastratégiáról szóló 77/2011. (X.14.) OGY határozat

4



5

A helyi primer hőnyerési adottságok hatékonysági értékelése szabja meg, hogy melyiket választjuk például a szondás, a vízkutas, a horizontális kollektoros, stb. megoldások közül. Villamos hajtású hőszivattyú Energetikai szempontból akkor tekinthető előnyösnek a hőszivattyús rendszer, ha a jóságfoka magasabb, mint a villamos energia megtermelése és szállítása során adódó hatékonyság. A magyarországi villamosenergia-termelési hálózat adottságait figyelembe véve erőművi hatásfoknak 32,3%-ot és hálózati veszteségként 10%-ot figyelembe véve (energiagazdálkodási statisztikai évkönyv adat; Rajnai szerk., 2006): SPFkrit,en ≥ 3,44 Azaz az SPFkrit,en értéknél (Seasonal Performance Factor: éves munkaszám) jobb hatásfokkal működő hőszivattyús rendszerek tekinthetők energetikailag hatékony rendszernek.

Kondenzátor

Gázellátás Expanziós szelep

Abszorber

Oldatszivattyú

Elpárologtató

3. ábra: Abszorpciós sűrítésű hőszivattyú elvi vázlata (Komlós et al, 2009 nyomán)

6

3

HATÉKONYSÁG

A hőszivattyús rendszer elektromos energiát, áramot igényel, ez jelenti a munkát. Hatékonyságát az ún. teljesítmény tényezővel (COP=Coefficient of performance) jellemezhetjük, ez a hőszivattyú leadott fűtőteljesítményének és effektív teljesítményfelvételének az aránya: COP =

Qhsz Phsz

Ahol Qhsz : hőszivattyú által leadott pillanatnyi hőteljesítmény (kW) Phsz : hőszivattyú által felvett pillanatnyi elektromos teljesítmény (kW) A hőszivattyús folyamatok jól leírhatók termodinamikai módszerekkel. A hőszivatytyúval elvont hő és leadott fűtési hő termodinamikai átlaghőmérsékletét bemutat-

Expanziós szelep Hőforrás pl. napenergia

Kiforraló

Hőszolgáltatás pl. fűtés, HMV

Földgáztüzeléses abszorpciós hőszivattyú A hőmérséklet-emelést végezheti kompresszor (kompresszoros hőszivattyúk) vagy termokémiai reakció (abszorpciós hőszivattyúk). Jelezzük, hogy a gázmotoros hajtásnak a villamos hajtáshoz képest az a lényeges előnye, hogy a gázmotor hulladékhője helyben jelenik meg, és hasznosíthatjuk is a hőszivattyú hőtermelésével összekapcsolva. (Büki, 2007.) A direkt földgázos tüzelésű abszorpciós hőszivattyú hűtő vagy fűtő módban tud működni, egyes típusai egyidejűleg tudnak fűteni és hűteni. Alkalmazásával jelentősen csökkenthető a primer energiafelhasználás és a CO2-kibocsátás. A leggazdaságosabb földgáztüzeléses hőtermelő rendszer energetikai besorolása A+++ . Jól kiegészíthető kazános rendszerekkel, így csökkentve a beruházás költségeit, de nem jelentősen rontva a hatékonyságot. Ezen berendezések az ammóniát, mint hűtőközeget, a vizet, mint abszorbert használják a 2. ábrán látható módon kialakított abszorpciós körfolyamatban.

A földgáztüzeléses abszorpciós hőszivattyúban a körfolyamatot nem mechanikus (kompresszor) energia tartja működésben, hanem bevitt hőenergia, amit gáztüzeléssel biztosítunk. Tehát a földgáztüzeléses hőszivattyú egy kazán és egy abszorpciós hűtőgép kombinációja, amely egyaránt alkalmas fűtésre és hűtésre is, egyes típusai akár egyidejűleg is. A fentiek értelmében a földgázos abszorpciós hőszivattyúkban nincsen kompresszor, és viszonylag kevés mozgó alkatrészt tartalmaz, ezért kevesebb rezgéssel és zajjal jár a működése. A relatív egyszerű felépítése miatt karbantartási igénye szerénynek mondható. Megállapítható, hogy a földgáz, mint energiahordozó fontos szerepet játszhat a fenntartható fejlődés során a megújuló energiaforrásokkal kiegészítve. A földgáztüzelésű abszorpciós hőszivattyú ennek a folyamatnak lehet egyik fontos készüléke, amely alternatív választási lehetőséget biztosít azon beruházóknak, akik a környezettudatos döntéselőkészítési folyamatban a villamos hőszivattyúk mellett más hatékony hőszivattyús megoldást keresnek. Ezen berendezések hozzájárulhatnak a primerenergia-hatékonyság növeléséhez, az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának csökkentéséhez, és jó példáját mutatja, hogy miként lehet a megújuló energiaforrásokat földgáz alapon hasznosítani (Lukácsi, 2009).


4. ábra: A hőszivattyú munkája T-S diagramban ábrázolva


7

hatjuk az ún. T-S (hőmérséklet-entrópia) diagramon keresztül (4. ábra). Az átlaghőmérséklet, a bemenő magasabb és az alacsonyabb kimenő hőmérsékletből adódik. Praktikusan az átlaghőmérsékletet a logaritmus középhőmérséklet adja. A COP érték az év folyamán változhat a hőforrás hőmérsékletének és a fűtési előremenő hőmérséklet változásával, ezért pontosabb képet ad a hőszivattyú teljesítményéről az egy évre vonatkozó energiaszám (SPF = Seasonal Performance Factor: éves munkaszám): SPF =

QhszH Wel

Ahol QhszH: hőszivattyús rendszer által leadott éves hőmennyiség (kWh) Wel: hőszivattyús rendszer által felvett éves elektromos energia (kWh) Az SPF értéket befolyásoló tényezők közé tartozik többek közt a hőszivattyú terhelési állapota, a kompresszor teljesítmény szabályozás esetén részterhelés és a bekapcsolások száma, valamint a keringető szivattyú helyes kiválasztása.

4

PRIMER HŐFORRÁSOK

A természetben megtalálhatóak nem megújuló, mint például a kőszén, kőolaj, földgáz és a megújuló energia források, mint a biomassza, vízienergia, szél, napsugárzás ún. primer energiahordozók. Ezek többségét nem közvetlenül használjuk fel. A hasznos, „szekunder energiahordozóvá” (pl. koksz, benzin, diesel, elektromos áram) történő átalakítás veszteségekkel jár. A veszteség nagysága az átalakítás mértékétől és az alkalmazott technológiától függ. A primer hő származhat a talaj hőjéből, a levegő hőjéből, illetve a talajvízből. Kiválasztásánál alapvető szempont, hogy a legmagasabb hőmérsékleti szintű hőforrás használatával biztosítható a legjobb teljesítménytényező. Talaj/föld: ha a hőforrás a talaj, akkor két megoldás a leggyakoribb. Egyik a talajkollektoros rendszer (5. ábra), melyben több száz méter (a szükséges teljesítménytől függő hosszúságú) speciális kemény PVC köpennyel ellátott rézcsöveket, vagy polietilén csöveket fektetnek le 1-2 méter mélységben. Hátránya, hogy nagy felületen (a fűtött alapterület 1,5-3-szorosán) kell földmunkát végezni a telken, a csövek lefektetésekor. Hatékonysága főleg a talaj hővezetésétől, nedvességtartalmától, és az esetleges talajvíztől függ (Tóth, 2008). Ez a megoldás elsősorban a napenergiát hasznosítja, mivel ilyen mélységben a talaj hőmérséklete elsősorban a levegő hőmérsékletétől (és a kivett hőmennyiségtől) függ. A talajhő kinyerésének másik módja a talajszonda (5. ábra), amikor vertikálisan helyeznek el egy U-alakú szondát egy fúrólyukban. Mindkettő zárt rendszer, azaz a munkaközeg egy zárt körben cirkulál. A különbség az előzőhöz képest az, hogy a szonda a Föld belső hőjét hasznosítja. Míg a kollektor teljesítménye nagyban függ az időjárástól, addig a szondáé attól független (Csernóczki, 2009). További előnye, hogy a telket a fúrás pontszerűsége miatt csak a szondák nyomvonalában kell felásni.

8


5. ábra: Talajkollektoros és talajszondás rendszer (www.hgd.hu) Masszív abszorber: gyakorlatilag egy beton (vagy tégla) falat jelent a föld alatt (pl. résfal) vagy felett, és a betonlemezben műanyag csőkígyót helyeznek el. Külön e célra épített szoborszerű elemek, vagy támfalak, homlokzati betonfelületek is felhasználhatóak. (A beton hővezetése nem túl jó, az agyagénál rosszabb, vagy azonos.) Segít a levegő, talaj, esővíz hőjének átvételében, a napsugárzást közvetlen is hasznosíthatja (www.passzivhazak.hu). Víz: a víz hőjének kinyerése történhet nyitott vagy zárt rendszerrel. - Nyitott: a talajvizet termelőkutakból búvárszivattyúval termelik, majd használat után egy másik, ún. nyeletőkútba (6. ábra), felszíni vízbe (tóba, folyóba) vezetik, vagy dréncsöveken át a földbe szivárogtatják. Környezetvédelmi, ökológiai szempontból az az előnyös, ha a kitermelt vizet ugyanabba a rétegbe juttatják vissza, ahonnan kivették. A beruházási költség és a hatásfok nagyban függ a vízadó réteg mélységétől. Versenyképessége csak a felszín közeli rétegekkel van, de a vízminőség és a szűrőzés komoly kockázatot jelent, melyet előre próba kutakkal tesztelni kell. - Zárt: felszíni vizekbe körkörösen helyeznek el kollektor-csöveket, amikben hőhordozó közeget keringetnek. Működési elve megegyezik a talajkollektoréval.

6. ábra: Vízkútpáros rendszer elemei


9

Levegő: a külső levegőt ventillátorokkal szívják be, aminek hőjét a hőszivattyú hasznosítja (7. ábra). Hátránya, hogy a levegő hőmérséklete nem állandó, az időjárás függvénye, így a rendszer hatékonysága tág határok között változó. További problémát jelenthet a ventillátorok által keltett zaj is, ezért elhelyezésére külön figyelni kell. Viszont átmeneti időben jó hatékonysággal üzemel, sőt beruházási költsége ennek a megoldásnak a legalacsonyabb, és a levegő, mint hőforrás mindenhol rendelkezésre áll (Tóth, 2008).

A 8. ábrán a különböző hőforrásokból táplálkozó hőszivattyúk COP értékét hasonlította össze egy svájci cég: látható, hogy a vizes (nyitott vízkút-páros) rendszerek a legnagyobb hatásfokúak, aztán a földhőszondás, majd végül a levegős hőszivattyúk COP értéke a legalacsonyabb (Csernóczki, 2009). Az értékek csak tájékoztató trendek, mert minden hőszivattyú az alkalmazott munkaközegtől és a kompresszortól függően más-más COP értéket eredményez.

5

7. ábra: Levegős hőszivattyús rendszer Hulladékhő: ilyen jellegű hőforrásként felhasználható például a gyógyfürdők elhasznált termálvize, vagy a szennyvíz. Utóbbira magyarországi példa a szekszárdi húskombinát, ahol a 22°C-os szennyvíz a hőforrás, míg az előbbire a harkányi gyógyfürdő, melynek 32-35 °C-os elfolyó vizét használják fel két egyenként 1100 kW-os hőszivattyúval (Mádlné Szőnyi, 2006).

SZEKUNDER HŐLEADÓK

A felületi padló-, fal és mennyezetfűtés kialakítása illeszthető leginkább az alacsony előremenő hőmérsékletű rendszerekhez, hiszen a felületi hőmérséklet felső határt szab a méretezési hőfoklépcsőnek. A gázkazános rendszerek esetében egy keverő szelep segítségével lehet megoldani a padlófűtési körök előremenő hőmérsékletének csökkentését. Hőszivattyús alkalmazás esetén a fűtővíz egy az egyben ráengedhető a kialakított körökre és megfelelően fognak működni. A sugárzó hőérzet nyújtotta komfort sokkal kedvezőbb, mint a radiátoros konvektív hőleadással működő hőleadók esetében. A hűtés is megoldható ezzel a fajta hőleadóval, ugyancsak sugárzó hőérzetet nyújtva. A bekerülési költsége jellemzően magasabb, mint a többi hőleadó esetében és fontos motívum, hogy a pontos méretezés ez esetben semmi képpen sem hanyagolható el. A hidraulika, a körök kialakítása és az ezzel kapcsolatos szempontok nagyon fontosak a megfelelő működés elérésének érdekében. A korszerű felületfűtő/-hűtő rendszerek elterjedése elsősorban a nyugat-európai kutatások eredményeinek köszönhető, amelyek a régi elveket korszerű anyagokkal, szerelési megoldásokkal, a hidraulikai beszabályozás és a korszerű szabályozás megoldásával az energiatakarékos üzemeltetést jó hőérzet biztosításával oldották meg. A felületi mezőkön kívül még a Fan-coil-os rendszerek is illeszthetőek az alacsony előremenő hőmérséklettel üzemelő hőszivattyúkhoz, de a felületfűtésnél magasabb előremenő hőmérséklettel. Ez esetben ugyanis a hőleadó hőcserélő részét egy ventilátor fújja, hogy a konvekciós hőáramlás meginduljon. Mindkét megoldás alkalmas mind fűtési, mind hűtési igények ellátására.

Mérési eredmények (CH WP Test Center) – középérték, szórás

8. ábra: A hőszivattyúk hatásfokának összehasonlítása (Swiss Heat Pump Test Center, 2008)

10


9. ábra: Felületfűtés


11

A felületfűtési rendszerek - padló-, fal- és mennyezetfűtés és hűtés - a felületek alacsony hőmérsékletének és a hőmérséklet egyenletes eloszlásának köszönhetően a sugárzással leadott energiával kellemes és komfortos hőérzetet biztosítva fűtenek és hűtenek. A hagyományos fűtési rendszerekkel szemben felületfűtésnél az ember és a helyiséget körülvevő felületek között sugárzási egyensúly alakul ki, így optimális komfortérzet érhető el. A felületfűtési rendszereknél a sugárzással leadott energia miatt jóval kellemesebb hőérzet érhető el lényegesen alacsonyabb helyiséghőmérsékletnél. A helyiséghőmérséklet 1-2°C-kal csökkenthető, ami éves szinten 3-6% energia-megtakarítást jelent. A felületfűtési/hűtési rendszerek ideálisan kombinálhatók hőszivatytyúkkal. Emellett a felületfűtési rendszerek hűtésre is használhatók, így egy rendszer segítségével, a különálló fűtő- és hűtő rendszerekhez képest alacsonyabb beruházási költséget érhetünk el. A felületfűtési- és hűtési rendszerek szinte minden épülettípusnál és felhasználási területen alkalmazhatók. Alapvetően a felületfűtő/hűtő hőleadó rendszereket két nagyobb csoportba sorolhatjuk kivitelezési szempontból: • nedves fektetésű rendszerek (aljzatban, vakolatban) • száraz fektetésű rendszerek (gipszkartonos rendszer) A két rendszer között az a különbség, hogy a nedves fektetésű rendszerek esetében a beépítendő csövek a helyszínen nedves technológiás vakolással kerülnek beépítésre, míg a száraz fektetésnél a hőleadó csövek már eleve előre gyártott panelekben kerülnek a helyszínen beépítésre (vakolás nem szükséges). Azt követően, hogy a megrendelő a felületi hőleadók mellett döntött egy fontos szempont van, amit nem szabad figyelmen kívül hagyni: A felületfűtés/hűtési rendszer nem egyenlő egy radiátoros rendszerrel! A radiátoros rendszerrel ellentétben itt a hőleadó felületek pontos, szakszerű méretezése elengedhetetlen. Az alacsony előremenő fűtési hőmérsékletből kifolyólag nagy aránnyal kerülnek megújuló energiával üzemelő rendszerek integrálásra primer oldali hőtermelő rendszerként. A hidraulikai méretezés pontos elvégzése és a méretezési paraméterek figyelembe vételével kialakított fűtési-hűtési terv az alapja az optimálisan üzemeltethető rendszernek. Csak a tervezés mellett méretezésen alapuló döntés esetén lehetünk biztosak abban, hogy felületi hőleadó/felvevő rendszerünk megfelelően fog működni, alacsony üzemeltetési költségekkel (Mottl, 2006).

6

RENDSZERSZEMLÉLET

A hőszivattyús rendszerek hatékonyságának, a helyi körülményeknek, a legmegfelelőbb kiválasztásnak az alapja a rendszerszemlélet. Ez alatt azt értjük, hogy a primer energiaforrás kiválasztása és méretezése ugyanolyan fontos, mint magának a hőszivattyúnak a kiválasztása, és további kiemelt szempont a szekunder oldali fűtési rendszerhez való illesztése. Tehát ha körültekintően akarunk eljárni egy hőszivattyús rendszer kiválasztásában, akkor az alábbi lépéseket kell végrehajtani: • Primer hőforrás lehetőségek számbavétele geológus, hidrogeológus szakember véleménye alapján. Döntést kell hozni, hogy a fúrási körülmények alkalmasak e földszonda-fúráshoz, vagy talajvíz és rétegvíz áll rendelkezésre, mint hőforrás.

12


Amennyiben egyik sem, akkor választhatjuk a környezeti levegőt, vagy szerencsés esetben valamilyen hulladékenergia hőtartalmát. Ezeket a lehetőségeket már szakember közreműködésével lehet tervezési szintre fejleszteni, mely alapot ad a hőszivattyú kiválasztásához. • Magának a hőszivattyúnak a kiválasztása az előzetesen kalkulált vagy tervezővel ténylegesen méretezett hőszükségleten alapul. Fontos szempont, hogy csak fűtésre vagy fűtés-hűtésre választunk hőszivattyút. Továbbá tudni kell, hogy a primer hőforrás és a szekunder fűtési rendszer hőfokszintje (mindkét oldalon előremenő és visszatérő hőmérsékletek mekkorák). Mindezek alapján választhatunk víz-víz, levegő-víz, vagy levegő-levegő hőszivattyút. • Külön épületgépészeti tervezői feladat az ingatlan fűtési rendszerének megtervezése, és illesztése a hőszivattyúhoz. Ezért általános javaslat, hogy hőszivattyús rendszerhez lehetőleg alacsony hőmérsékleten működő felületfűtéseket (padló-, fal-, mennyezetfűtés), vagy fan-coil rendszereket, ritkábban nagy felületű lapradiátorokat alkalmazzunk. • A hőszivattyús rendszer lehetőséget ad automatikus vezérlés alkalmazására, ezért a rendszerek tervezésébe javasolt bevonni automatizálási szakembereket. Ezzel megvalósulhat, hogy az ingatlanok épületfelügyeleti rendszeréhez kapcsolhatjuk a hőszivattyút, valamint a monitoring adatok gyűjtése is lehetségessé válik. Mindezek tehát azt igazolják, hogy a hőszivattyús rendszerek hatékony összeállításához több szakterület egyidejű együttműködése szükséges.

7

GAZDASÁGOSSÁG

Köztudott, hogy egy hőszivattyús rendszer gazdaságosságát nagyon sok szempont befolyásolja, a teljesség igénye nélkül: tervezési, méretezési, modellezési, kivitelezési, üzemeltetési körülmények, továbbá az ingatlan használójának szokásai és nem utolsó sorban a mindenkori primer energiahordozók áraránya. A kisteljesítményű rendszerek árait különösen befolyásolja az egyre növekvő árverseny a vállalkozók között. Egyes becslések szerint több száz fúrási vállalkozó van a piacon, akiknek döntő többsége minden minőségi ellenőrzés nélkül tevékenykedik. A földhő szonda fúrási árak a 2.600.-Ft/métertől kezdődnek, különösen alföldi területen. A szondák sok esetben ellenőrzés nélkül garázsokban, műhelyekben, vagy a helyszínen vannak fúziósan összesütve. (Ekkor a szondaárak 400.- Ft/métertől kezdődnek a garanciális gyári termékek 1000.- Ft/méter árához képest.) Kemény kőzeteknél a fúrási és szonda költségek elérhetik összesen a 10.000.- Ft/ métert például az előírt PE-XA típusú szonda esetében. Tehát ebből látszik, hogy a telepítési költségek tág határok között mozognak. Ezért a beruházási költség vizsgálathoz egy teljesítményarányos átlagot vettünk figyelembe a kis teljesítményű, 30 kW alatti rendszerekre. Ez alapján a 15 db-os családi házas mintából: 331.111 Ft/kW nettó +Áfa költség adódik. A gazdaságosság másik komoly befolyásoló tényezője a mindenkori gázár mellett az igényelt „H” vagy a „GEO” tarifa a hőszivattyúhoz. A mai A1 tarifa: 48.50Ft/kWh árához képest a két kedvezményes tarifa 32 Ft/kWh körüli árával lehet számolni.


13

Gazdaságossági számítás módszere Milyen esetben gazdaságilag hatékony a hőszivattyús rendszer? Ez a kérdés határozható meg a legkevésbé egzakt módon. Az SPFkrit,gazd gazdasági megtérülést biztosító érték erősen függ a hőszivattyús technológia fajtájától (levegős, talajszondás, vízkutas, talajkollektoros, energiacölöpös, stb.), a felhasználás jellegétől (folyamatos vagy szakaszos, fűtés, hűtés vagy mindkettő együtt stb.), a telepítés jellegétől (új építés vagy régi rendszer felújítása, kiváltása, átépítése), a tőkeelvárásoktól, az energiaárak változásától stb.. Ezen paraméterek konkrét ismeretében állapítható csak meg, hogy egy adott hőszivattyús beruházás gazdaságilag hatékonynak tekinthető-e. A szakirodalom a nyári-téli folyamatos üzemű földhőszivattyúk esetén az SPFkrit,gazd értéket 4,0-re becsüli. Meg kell jegyezni, hogy megfelelő támogatási struktúra kialakulása esetén, az egyébként energetikailag és környezetvédelmileg hatékony beruházás pályázati hozzájárulással gazdaságilag is jobban megtérülővé tehető, azaz az SPFkrit,gazd érték támogatás esetén csökken. A különböző hatékonyságokat szemlélteti a 10. ábrán látható diagram:

Fajlagos CO2 kibocsátás [kgCO2/kWh]

0,6

0,5

Gazdaságossági számítás Fűtés/Hűtés: 15,6/8,5 kW, pályázati támogatás nélkül

0,4

Hagyományos rendszer 0,3

0,2

0,1

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

SPF tényező értéke

10. ábra: A szén-dioxid emisszió függése az SPF tényezőtől és a kapcsolat a hatékonysággal (Komlós, 2007) A sötétkék görbe jelzi a hőszivattyús rendszer CO2-kibocsátását, ami az SPF érték javulásával fordított arányban csökken. Rózsaszín és sárga színnel, szaggatott vonallal van jelölve a hagyományos- és a kondenzációs gázkazán CO2-kibocsátása. Ezen egyenesek és a hőszivattyú görbéjének metszéspontjai mutatják a környezetvédelmileg előnyös hőszivattyús rendszer SPF határértékét. Megtérülési idő számításának módszere A hőszivattyús rendszer megtérülési idejét a beruházási többletköltség és a hőszivattyús energia költség megtakarítás hányadosa adja. Tehát előbb a beruházási többletköltséget kell számítani a hagyományos gázrendszerhez képest. Itt külön kell

14

vizsgálni egy új beruházás, vagy egy régi rendszer felújításának esetét. A problémát a hagyományos gázrendszer valós értékének a megállapítása jelenti. Sok esetben például nem veszik figyelembe a gázbekötés, vagy a kéményépítés és éves ellenőrzés költségét és a hűtéshez számolni kell kiegészítő split kímával stb. Másik oldalról a fűtési-hűtési üzemeltetési költségek hiteles vizsgálata is alapvető. A gázfűtés magashőmérsékletű fűtési rendszere és a hőszivattyús alacsonyhőmérsékletű, döntően felületfűtés eltérő üzemeltetési módot igényel. Tehát a felhasználó szokásaitól is függ a költségmegtakarítás mértéke. Reálisan az mondható, hogy a mai árak mellett egy hőszivattyús rendszer kis teljesítmény esetén támogatás nélkül 9 év alatt térül meg, ha nő a teljesítmény, akkor a csökkenő fajlagos költség miatt ez a szám csökken 6-7 évre. Ha a rendszer kap pályázati támogatást, akkor a megtérülési idő lecsökkenhet 4-5 évre is (1., 2. táblázat). A következő táblázatban bemutatunk egy gazdasági számítást, melyben 15,6 kW aktív fűtés és HMV készítés mellett, 8,5 kW passzív hűtés esetén látható az új talajszondás hőszivattyús rendszer beruházási költsége és megtérülési ideje. A számításokat elvégeztük pályázati támogatás esetére is. Az eredményekből látható, hogy a beruházási fajlagos költség bruttó: 413.862. Ft/ kW és a megtérülési idő: 8,96 év, ha nincs támogatás és 30% támogatással a megtérülési idő: 4,23 év.


Gázkazán, HMV, folyadékhűtő, kialakítása a szükséges engedéllyel, gázbevezetéssel, kéményépítéssel Összesen nettó Összesen bruttó Gázár Szükséges mennyiség Éves költség Fenntartás Alapdíj Összes költség

2 100 000 Ft + Áfa

Hőszivattyús rendszer telepítése, fűtés, HMV és hűtés kőközpontig

Összesen nettó 2 100 000 Ft + Áfa 2 625 000 Ft Összesen bruttó Éves fűtési költség 127 Ft/Nm3 El. áram átl. tarifája Szükséges mennyiség 3305,08 Nm3 Éves költség 419 746 Ft Fenntartás 50 400 Ft 12 000 Ft 482 146 Ft Összes költség Éves hűtési költség

El. áram átl. tarifája Szükséges mennyiség Éves költség Fenntartás Összes költség

Hőszivattyús rendszer

50 Ft/kWh 4080 kWh 204 000 Ft 25 825 Ft 229 825 Ft


5 165 000 Ft + Áfa

5 165 000 Ft + Áfa 6 456 250 Ft 31,56 Ft/kWh 7020,00 kWh 221 551 Ft 25 825 Ft 247 376 Ft 31,56 Ft/kWh 360 kWh 11 362 Ft 25 825 Ft 37 187 Ft

Megtérülési idő Többlet ráfordítás Éves megtakarítás Megtérülési idő

3 831 250 Ft 427 408 Ft 8,96 év

1. táblázat: Gazdasági számítás kis rendszerre támogatás nélkül


15

Gazdaságossági számítás

Gazdaságossági számítás

Fűtés/Hűtés: kW, a hőszivattyús rendszer pályázati támogatással

Fűtés/Hűtés/HMV: 15,6/8,5 kW, pályázati támogatással Hagyományos rendszer Gázkazán, HMV, folyadékhűtő, kialakítása a szükséges engedéllyel, gázbevezetéssel, kéményépítéssel Összesen nettó Összesen bruttó Gázár Szükséges mennyiség Éves költség Fenntartás Alapdíj Összes költség

2 100 000 Ft + Áfa

Hőszivattyús rendszer telepítése, fűtés, HMV és hűtés kőközpontig

Összesen nettó 2 100 000 Ft + Áfa 2 625 000 Ft Összesen bruttó Éves fűtési költség 127 Ft/Nm3 El. áram átl. tarifája Szükséges mennyiség 3705,10 Nm3 Éves költség 470 548 Ft Fenntartás 50 400 Ft 12 000 Ft 532 948 Ft Összes költség Éves hűtési költség



50 Ft/kWh 4080 kWh 204 000 Ft 25 825 Ft 229 825 Ft


5 165 000 Ft + Áfa

5 165 000 Ft + Áfa 6 456 250 Ft 31,56 Ft/kWh 7991,02 kWh 252 196 Ft 25 825 Ft

Gázkazán, folyadékhűtő, kialakítása a szükséges engedéllyel, gázbevezetéssel, kéményépítéssel Összesen nettó Összesen bruttó Gázár Szükséges mennyiség Éves költség Fenntartás Összes költség

278 021 Ft 31,56 Ft/kWh 360 kWh 11 362 Ft 25 825 Ft 37 187 Ft

Megtérülési idő Többlet ráfordítás Éves megtakarítás Támogatás, 30% Megtérülési idő

Hagyományos rendszer

3 831 250 Ft 447 565 Ft 1 936 875 Ft 4,23 év

2. táblázat: Gazdasági számítás kis rendszerre pályázati támogatással

30 000 000 Ft + Áfa

Hőszivattyús primer rendszer telepítése, fűtés és hűtés kőközpontig

Összesen nettó 30 000 000 Ft + Áfa 37 500 000 Ft Összesen bruttó Éves fűtési költség 102 Ft/Nm3 El. áram átl. tarifája Szükséges mennyiség 109745,7627 Nm3 Éves költség 11 194 068 Ft Fenntartás 720 000 Ft 11 914 068 Ft Összes költség Éves hűtési költség



44 Ft/kWh 192000 kWh 8 448 000 Ft 515 000 Ft 8 963 000 Ft


103 000 000 Ft + Áfa

103 000 000 Ft + Áfa 128 750 000 Ft 20,00 Ft/kWh 233100 kWh 4 662 000 Ft 515 000 Ft 5 177 000 Ft 20,00 Ft/kWh 96000 kWh 1 920 000 Ft 515 000 Ft 2 435 000 Ft

Megtérülési idő Többlet ráfordítás Éves megtakarítás Támogatás, 50% Megtérülési idő

91 250 000 Ft 13 265 068 Ft 51 500 000 Ft 3,00 év

3. táblázat: Gazdasági számítás nagy rendszerre 50% pályázati támogatással

Környezetvédelmi szerep, CO2 megtakarítás Manapság egy energetikai rendszer hasznosságának értékelésénél figyelembe kell venni a környezetvédelmi hatást, amiben a klímavédelem és a lokális környezetvédelem, a helyi levegőszennyezés csökkentése (NOx, CO, por, SO2, PAH, stb.) kiemelkedő szempontoknak számítanak. Rybach László (2008) is felhívja a figyelmet arra, hogy a hőszivattyúk használatával csökkenthetjük energiatermelésünk helyi környezetkárosító hatásait, továbbá se-

gíthetik elérni az Európai Unió 2020-as célkitűzéseit. Ezek a következők: 20%-kal kell csökkenteni a primer energiafogyasztást, 20%-nak kell lennie a megújulók részarányának, és az 1990-es évhez képest 20%-kal kell mérsékelni az üvegházgázok kibocsátását. Az Európai Hőszivattyú Szövetség EPHA (European Heat Pump Association) tanulmánya szerint ez akkor lehetséges, ha 2020-ig beüzemelnek 70 millió új hőszivattyút Európában. A későbbiekben ez 230 Mt CO2 kibocsátás elkerülését eredményezné évente. A számtalan előny mellett ugyanakkor az egész folyamatot, rendszert kell vizsgálnunk. A hőszivattyú működése elektromos energiát igényel, amit számos technológiával állítanak elő világszerte. Ezek között vannak olyanok, amelyek kevesebb CO2-ot emittálnak (például a vízenergia), és vannak, amelyek többet (például a széntüzelésű erőművek). A különböző országokban ezeknek a megoldásoknak a keveréke létezik, amelyek egy átlagos CO2-kibocsátás értéket adnak termelt kWh-ként. Ennek EU-s átlaga 0,486 kg CO2/kWh (Nowak, 2008), de országonként igen eltérő. Ezen kívül számolni kell a határokon keresztül történő CO2- importtal és – exporttal is, amiről azonban nem áll elég statisztikai anyag a rendelkezésünkre. Maga a hőszivattyú nem igényel fosszilis tüzelőanyagokat, nem használ égési folyamatokat a hő előállításához, és így nem okoz légszennyezést. De mint említettük, az áramtermelés okozhat, ha ezt például fosszilis erőforrásokból nyerjük. Viszont egy jól tervezett rendszer teljesítménytényezője fűtési módban elérheti COP=4,0 értéket,



A nagy rendszereknél lényeges szempont, hogy a beruházó a villamos energiát mennyiért kapja a szolgáltatótól. Nagyteljesítményű földhő szondás rendszereknél szinte minden esetben a „H” vagy „GEO” tarifánál jobb áraik vannak, de ezt üzleti titokként kezelik. Ezért az elvégzett számításokban egy valószínűsített 20 Ft/kWh árral számoltunk. A számításokat itt is elvégeztük pályázati támogatás nélkül és támogatással. A gazdasági és megtérülési számítást egy átlagos teljesítményre végeztük el (619 kW). Következtetésképpen elmondható, hogy a fajlagos költség 168.012 Ft/kW + ÁFA = 210.015 Ft/kW nagy teljesítményű BHE rendszereknél, a megtérülés idő támogatás nélkül: 4,95 év, 50%-os támogatással 3 év (3. táblázat), 85%-os támogatással 0,28 évre csökken.

16

17

ami azt jelenti, hogy 75%-kal kevesebb szénhidrogén elégetését igényli az elektromos fűtéshez képest. Tehát lehetővé teszi a megtakarítást, és a CO2-kibocsátás csökkentését (Csernóczki, 2009).

8

HŐSZIVATTYÚ MONITORING

A hőszivattyús rendszerek hatékonyságának, gazdaságosságának és környezetvédelmi előnyeinek bemutatásához nélkülözhetetlen a rendszerek monitoringozása. Ez alatt értjük a primer hőnyerő oldal működési körülményeinek ellenőrzését és a szekunder fűtési-hűtési kör ellenőrzését is. A monitoring rendszer főbb feladatai: hőmérséklet-viszonyok (külső hőmérséklet, primer földhő/talaj/felszín alatti víz hőmérsékleti változások regisztrálása, szekunder fűtő-hűtő rendszer hőmérsékleti adatainak gyűjtése), tömegáramok mérése, primer oldal glikolozás töménységének ellenőrzése, primer és szekunder oldali szivattyúk és a hőszivattyú villamos energia fogyasztás mérése, a teljes hőszivattyús rendszer hőmennyiség mérése. Ezeknek a méréseknek egy integrált automatika rendszerhez kell kapcsolódni, mely kontaktusban van az épületfelügyeleti rendszerrel. Végeredményben biztosítani kell a hiteles szezonális fűtési-hűtési hatékonyság számításához az adatokat. Ezzel biztosítható, hogy a beruházó hiteles tájékoztatást kapjon a hőszivattyús rendszer elvárt színvonalú működéséről. További szempont a monitoring rendszerekkel szemben, hogy az EU pályázati kiírások feltételeinek megfelelően igazolni tudja a hőszivattyús rendszer hatékony működését a szerződéses elvárásoknak megfelelően.

9

PROJEKTPÉLDÁK MINTA ÉRTÉKŰ HAZAI GYAKORLATOK

Vízkutas hőszivattyús rendszer Futura Interaktív Természettudományi Bemutató Központ, Mosonmagyaróvár Mosonmagyaróvár Város Önkormányzata a „FUTURA - Az egykori mosoni gabonaraktár turisztikai hasznosítása” című pályázat (NYDOP-2.1.1./B-09-2f-2010-0001) keretében az országban egyedülálló projekt megvalósításba kezdett. A létesítmény tervezett hőszivattyús hűtési-fűtési rendszere a felszín alatti víz energetikai hasznosítását végzi 2 db fúrt kútpár segítségével. A terület földtani adottságaira jellemző, hogy holocén és pleisztocén kavicsos, homokos helyenként agyagos rétegek váltják egymást. A kvarter képződmények alatt felső-pannon korú kavics, homokos kavics és homok rétegek települnek többszáz méteres vastagságban. A hőszivattyús rendszerrel ellátott épület hőigénye 250 kW fűtésben, és 200 kW hűtésben, amihez a szükséges vízigény 30 m3/h (300 m3/nap). A projekt keretében összesen 8 db 15 m mély vízkút létesült: 2 db termelőkút, 2 db nyeletőkút és 4 db monitoring kút a vízszint-változás, a hőmérsékletváltozás és a vezetőképesség-változás nyomon követésére.

18


11. ábra: Futura projekt kútjainak elhelyezkedése (T – termelő kút, Ny – nyeletőkút, M – monitorint kút) A fűtési/hűtési hőveszteség/hőnyereség ellátására 2 db Aermec gyártmányú 129 kW névleges teljesítményű hőszivattyú került beépítésre. A hőszivattyú primer „elpárologtató” oldalán tehát 2 db 15 m-es vízkútból (termelőkutak) búvárszivattyú segítségével nyerik a szükséges vízmennyiséget, és a 1214°C-os víz hője egy leválasztó hőcserélőn keresztül hasznosul. A hőcserélőn keringtetett vizet 2 db 15 m-es visszasajtoló kútba gravitációsan nyeletik el. A kút oldalon a tervezett vízmennyiség 15 m3/h termelő kutanként. A primer oldali töltési vezetékre vízóra kerül kiépítésre a szükséges utántöltési mennyiségek jegyzőkönyvezési lehetőségének a biztosításához. Az épületen kívül a vízszintes (KPE csövek) vezetékek a végleges terepszinttől számított kb. 1,4 m-es mélységű földárok rendszerben vannak vezetve. A kiépített csővezetékeket ill. a teljes hálózatot nyomáspróbázni kellett 5 bar nyomáson 24 órán keresztül.


19

13. ábra: Pápai családi ház és a hőszivattyús gépház időjárásfüggő szabályozóval rendelkezik. A hőszivattyúk primer „elpárologtató” oldalán 2 db 80 m mély egymástól 7 m távolságban lévő talajszondából nyerik ki a szükséges hőt. Azaz 2 db furatot mélyítettek, ezekbe pedig egy-egy 40x3,7 mm átmérőjű KPE csőből U-hurkot telepítettek. A primer oldali csőhurkokat feltöltötték a közvetítő közeggel, mely etilénglikol alapú fagyálló hőhordozó anyag, és ezt keringtetik. A szondahurkokat speciális bentonitos zaggyal vették körbe a fúrólyukban. A szondák az épületben található osztó-gyűjtőhöz csatlakoznak, melytől 28 mm átmérőjű rézcsövön jut el a hőhordozó közeg a hőszivattyúig. A használati melegvizet a hőszivattyú egy 200 l-es tartályban készíti. A hőszivattyú primer és szekunder oldalán a szükséges tömegáramot és emelőmagasságot, a hőszivattyúba beépített keringető szivattyúk biztosítják. A kiépített fűtési csővezetékeket nyomáspróba alá kellett helyezni, amivel azt vizsgálták, hogy nem sérültek e meg a csövek. Ez a bányakapitánysági engedélyben is előírt követelmény. Sikeres nyomáspróba esetén történhetett meg csak a hőszivatytyúra való rákötés. A téli üzem vége illetve kezdete a beállított külső hőmérséklet függvényében történik. A szekunder oldalon padló, fal, mennyezet fűtés-hűtés található.

Talajszondás hőszivattyús rendszer Családi ház talajszondás hőszivattyús rendszere Az esettanulmányként bemutatott hőszivattyús beruházás Pápán található, és egy családi ház fűtési, hűtési és használati melegvíz igényét látja el. A Bányakapitányságon történt engedélyezési eljárás lefolytatása után, a bányakapitánysági létesítési engedély birtokában, a hőszivattyús projektet az engedélyes megpályáztatta a Nemzeti Energiatakarékossági Program keretében. A tulajdonos megnyerte a pályázati öszszeget, elkezdődött a szekunder (épületen belüli hőleadó) oldal, majd pedig a primer (földtani hőnyerő) oldal tervezése, modellezése, kivitelezése. A kapott adatok alapján az épületben a téli hőveszteség 9 kW, a nyári hőnyereség 4,5 kW. A fűtési hőszükséglet ellátására 1 db JUNKERS 9 kW névleges teljesítményű hőszivattyú lett beépítve, mely a használati melegvíz-igényt is ellátja. A hőszivattyú

Levegős hőszivattyús rendszer Családi ház levegős hőszivattyús rendszere A Budapest, III. kerületében újonnan épülő családi házban levegős hőszivattyús rendszer látja el a fűtést, hűtést, valamint a használati melegvíz készítést látjuk el az épületben. A tervező által kiszámolt hőveszteség 22 kW volt, így a folyamatosan változó igények és az üzembiztonság miatt 2 db 11 kW-os Mitsubishi Electric Zubadan levegős hőszivattyúra esett a választás (14. ábra). A Mitsubishi Zubadan PUHZ-HRP100YHA2 háromfázisú inverteres levegős hőszivattyú, mely -15°C külső hőmérséklet mellett is 100%-osan biztosítja a 11 kW-os teljesítményt. A primer hőszivattyús rendszer részei: kültéri egység, beltéri egység, vezérlő egység. A beltéri egység egy rozsdamentes SWEP típusú 50 lemezes R410a/víz hőcserélő, mely 16mm-es vegytisztított lágy rézcsővel csatlakozik a kültéri egységhez. A primer oldalon a megfelelő hőátadást R410a hűtőköri gáz biztosítja. A hűtőköri szabályzásról a hőszivattyúhoz tartozó PAC-IF031B-E típusú vezérlő egység gondoskodik. A két hőszivattyú indítását az igényeknek megfelelően épületautomatika irányítja és felügyeli. A Megrendelő kérésére a hőszivattyú mellett kiegészítő fűtésként gázkazános rendszer is lett telepítve.



12. ábra: A Futura projekt épületei

20

21

ben a hőt. A GSHP rendszernek nagyobb a hatásfoka, ha kis hőmérsékletkülönbséggel dolgozik, és a legjobban padlófűtéssel-hűtéssel alkalmazható, mint ahogy ez az Avenue Centre-nél is megvalósult. Meg kell jegyezni, hogy a Reading-i helyszínen a talajvízszint magasan található, mindemellett relatíve nem magas az átlag hőmérséklet a szondák mélységében, és a területen a levegő átlaghőmérséklete 2 és 21°C között ingadozik.

14. ábra: Budapest III. kerületi családi ház levegős hőszivattyús rendszere

MINTA ÉRTÉKŰ NEMZETKÖZI GYAKORLATOK

Minta értékű beruházás megnevezése: Arlanda repülőtér Helyszín: Stockholm, Svédország Projekt jellege: Repülőtér épületei, kifutópálya A stockholmi Arlanda Repülőtér hűtését és fűtését egy vízadó réteg látja el. A rendszer 2009 nyara óta üzemel. A repülőtér összes épületének hűtési energiája, beleértve a terminálokat is, a vízadó rétegből származik. Az Arlanda ellátásához annyi energiára van szükség, mint egy 25.000 fős városnak. A területe olyan nagy, mintha 100 futballpálya hűtését és fűtését kellene megoldani. Nyáron, a vízadó réteg látja el hűtési energiával a 16. ábra: Arlanda repülőtér stockholmi Arlanda épületeit, egyidejűleg hőt tárol. A tél folyamán a tárolt hőt használják hó és jégmentesítésre, valamint az épületek szellőztető rendszerének előfűtésére. A vízadó réteg révén a repülőtér éves villamos energia fogyasztása 4 GWh-ra fog csökkenni (nem szükséges a jövőben elektromos hűtőgépek üzemeltetése), a távfűtési energia igény 15 GWh-ra csökken, tehát éves szinten az energiafelhasználás 19 GWh lesz. A rendszer hatékonysága világszínvonalú. Az SPF értéke 100-hoz közeli.

Minta értékű beruházás megnevezése: Avenue Center Helyszín: Reading, Egyesült Királyság Projekt jellege: Középület korszerűsítés Az Avenue Centre egy többfunkciós középület, ahol a hőigény ellátására hőszivattyús rendszert telepítettek. Az épületnek nagy a hőigénye, de a hőszivattyús rendszer környezetbaráttá és energia-hatékonnyá tette a létesítményt. A primer hőtermelés ellátására egy vízkutas hőszivatytyús rendszert kombináltak talajszondákkal, amely rendszernek így alacsony az üzemeltetési költsége, 15. ábra: Avenue Center épülete alacsony a karbantartási igénye és alacsony CO2kibocsátással jár, lokális fosszilis forrásból származó károsanyag-kibocsátás nélkül. A rendszer a fűtés mellett nyáron a hűtést is ellátja. A területen 70-80 m mély szondákat létesítettek. A szondák két hőszivattyúhoz csatlakoznak, amelyek kitermelik a talajból, illetve cirkuláltatják az épület fűtési rendszeré-

Minta értékű beruházás megnevezése: Üvegház energiaellátása Helyszín: Hoogstraten, Belgium (Antwerpen közelében) Projekt jellege: Üvegház Az 1,3 hektáros üvegház növénytermesztésre szolgál, ahol egy innovatív hőszivattyús rendszer került telepítésre. A rendszer fűtési energiáját a 824 kW összes teljesítményű hőszivattyúval biztosítják, mely talajvizet használ hőforrásként, úgynevezett ATES [Aquifer Thermal Energy Storage] tároló rendszerben. 140 méter mélységű talajvíz kútpár került kialakításra, egymástól 200 méter távolságban. Az üzemi térfogatáram 80 m3/h, 17. ábra: Üvegház az éves megmozgatott vízmennyiség 170.000 m3. A megvalósított rendszer szezonális fűtési hatásfoka (SPF) 5. A hűtés szezonális hatásfoka az un. aktív és passzív hűtési időszakok átlagaként 18, ami rendkívül jó értéknek számít, köszönhetően az ATES rendszernek. Az alacsony költségű geotermikus hűtés lehetőséget ad az üvegházak zárva tartásra ameddig csak lehetséges, így biztosítva a CO2 trágyázást a nyári időszakban. A hőszivattyús technológia következtében a rendszerrel 22 TJ primer energia lett megtakarítva. Ez 1619 tonna CO2 kibocsátás csökkenéssel egyenértékű, ami megfelel kb. 180 családi ház éves CO2 kibocsátásának. A bemutatott megoldás Magyarországon is jól megvalósítható.



A GEO.POWER projekt megvalósítása során több példa értékű nemzetközi beruházás került azonosításra, melyek:

22

23

IRODALOMJEGYZÉK EUROPEAN RENEWABLE ENERGY COUNCIL – EREC (2010): Renewable Energy in Europe – Markets, Trends and Technologies MAGYARORSZÁG MEGÚJULÓ ENERGIA HASZNOSÍTÁSI CSELEKVÉSI TERVE 2010-2020 NEMZETI ENERGIASTRATÉGIA 2030 NEMZETI KÖRNYEZETVÉDELMI ÉS ENERGIA KÖZPONT NONPROFIT KFT. – KUJBUS A., GEOTERMIA EXPRESSZ KFT. (2012): Akcióterv az alacsony entalpiájú geotermikus energia felhasználásnak népszerűsítésére 2020-ig Magyarországon BÜKI G. (2007): Kapcsolt energiatermelés. Műegyetemi Kiadó CSERNÓCZKI ZS. (2009): Egy talajszondás hőszivattyúrendszer fenntarthatóságának vizsgálata, Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Általános és Alkalmazott Földtani Tanszék HOLICS L. (1998): Fizika összefoglaló, TypoTex Elektronikus Kiadó Kft., Budapest, 333., 336., 341. p KOMLÓS F., FODOR Z., KAPROS Z., VASZIL L. (2007): „Csináljuk jól!” Hőszivattyúzás, Energiahatékonysági sorozat, 6., 13-14., 45-47., 49. p KOMLÓS F., FODOR Z., KAPROS Z., VAJDA J., VASZIL L. (2009): Hőszivattyús rendszerek, Heller László születésének centenáriumára LUKÁCSI P. (2009): Földgáztüzelésű abszorpciós hőszivattyúk, Magyar Épületgépészet, LVIII. évfolyam, 2009/7-8. szám MÁDLNÉ SZŐNYI J. (2006): A geotermikus energia – Készletek, kutatás, hasznosítás, Grafon Kiadó, Nagykovácsi, 23.p. MOTTL G. (2006): REHAU felületfűtő-hűtő rendszerekről tervezőknek, kivitelezőknek, építtetőknek NOWAK, T. (2008): Reaching the Kyoto targets by a wide introduction of ground-source heat pumps. Proceedings 9th IEA Heat Pump Conference, Zurich RAJNAI A. (szerk., 2006): Energiagazdálkodási Statisztikai Évkönyv 2006, Energiahatékonysági, Környezetvédelmi és Energia Információs Ügynökség Kht. RYBACH, L., EUGSTER, W.J., (2002): Sustainability aspects of geothermal heat pumps. – In: Proceedings, 27th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Stanford, California. 50-64. RYBACH, L. (2008): CO2 emission savings by using heat pumps in Europe, Workshop for Decision Makers on Direct Heating Use of Geothermal Resources in Asia, organized by UNU-GTP, TBLRREM and TBGMED, in Tianjin, China, 11-18 May, 2008. TÓTH L. (2008): Geotermikus hőszivattyús rendszerek nemzetközi és hazai elfogadottsága, tervezésük földtani kérdései – Diplomamunka, Debreceni Egyetem, Természettudományi Kar, 8., 31-32., 36-44. p AGTT KFT. – Megújuló energiaforrások:.http://www.passzivhazak.hu/

24


Stratégiai szintű geotermikus energiafelhasználás alkalmazásának ösztönzése lakó- és ipari épületek energiaracionalizálása során

Kézikönyv a hőszivattyúval hasznosított megújuló energiáról

Recommend Documents