Multifunkciós készülékek alkalmazásának hatása az SPF érték valamint a beruházás költség alakulására. (1.rész) Az Európai Unió klímacsomagjának új Megújuló Energia Irányelvét figyelembe véve egyértelműen megállapítható,hogy az elkövetkező években az SPF érték alakulása lesz meghatározó a hőszivattyús technika és technológia megítélésében, ami várhatóan az egyes rendszerek támogatottságát is meghatározza. Ez az irányelv várhatóan megváltoztatja az EU hőszivattyú gyártók és forgalmazók jelenlegi technikai és technológiai irányvonalát. Mindinkább olyan hőszivattyúk kell,hogy forgalomba kerüljenek,amelyek az ellátandó funkciókat –fűtés, aktív/passzív hűtés,HMV, -a leghatékonyabb módon az adott technikai színvonalon a legnagyobb SPF (SCOP)1 értékkel képes megvalósítani, amelyek a funkcionalitás bővülésével a készülék kihasználtságát,s ezzel fordítottan arányosan a beruházás megtérülési idejét csökkentik. -
Jelen cikk keretében az ellátandó funkciók közül a HMV funkciót kerül vizsgálat tárgyává. A használati melegvíz (HMV) ellátás a fűtés mellett a legtöbb esetben jelentkező feladat. Egyes esetekben-szállodák,kollégiumok,társasházak,fürdők,- a fűtési teljesítményhez viszonyítva jelentős teljesítményt igényelnek. Az igény a legtöbb esetben a fűtési idényen kívül is jelentkezik.
A HMV ELLÁTÁS TECHNIKAI MEGOLDÁSA HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREKBEN A HMV előállításnak 3 féle megoldása lehetséges hőszivattyúk esetében: · · · ·
Kondenzátor után alkalmazott víz-víz hőcserélővel Külön HMV termelő hőszivattyús készülékkel. Desuperheater-rel Két kondenzátor alkalmazásával
A KONDENZÁTOR UTÁN ALKALMAZOTT VÍZ -VÍZ HŐCSERÉLŐ: A jelenlegi hőszivattyús gyakorlatban a legtöbb esettben ezt a technikai megoldást alkalmazzák használat melegvíz előállítására. Jellemzője,hogy a gyártó alapkészüléke egy egyszerű csak fűtő hőszivattyú. ehhez opciósan külsőleg illeszthető HMV modul,amely tartalmazza a HMV hőcserélőt,szivattyút,csatlakozó idomokat,esetleg érzékelőket. (1.ábra. tervrészlet) 1
Szezonális teljesítmény tényező
Az előzővel egyenértékű, szokásos megoldás ,amikor a fűtési puffer tárolóba helyeznek el HMV csőköteges hőcserélőt,s vagy HMV tárolót melegítenek ,vagy átfolyó rendszerben használják a hőcserélőt HMV termelésre.
1.ábra -Mint látható a fenti hőszivattyús hőközpont tervrészletén a HMV hőcserélő ( Lásd.: 1.ábra .ZILMET Z2 37) tervezett hőmérséklete a HMV oldalon 400C előremenő,valamint 350C tartályból visszatérő vízhőmérséklet. Megjegyzés: Ez azonban ideális esetben csak -150C-os külső hőfokszinten alakul így. Átmeneti időszakban a puffer hőmérséklet 350C-450C között mozog. Egy alacsony hőfokú rendszerben a leggyakoribb fűtési hőfokszint 35 0C. A 350C-os puffer tárolóból azonban maximum 300C-os HMV-t lehet előállítani.
Ezt tudva a tervező nagyon helyesen ,az 1.ábrán vázolt terv részleten nyomon követhetően , külön 48,5kW (45/400C) fűtőteljesítményű HMV és radiátoros fűtésre szolgáló hőszivattyút illesztett a rendszerbe . Ennek a hőszivattyúnak azonban mindig min. 450C kimenő fűtővíz hőmérséklettel kell dolgoznia,hogy meglegyen a 400C-os HMV. Mint látható ez esetben a kondenzátor után beépített víz-víz hőcserélő 50C hőfok veszteséget okoz. Emiatt ugyanolyan HMV hőmérséklet eléréséhez 50C-al magasabb fűtővíz hőmérséklet, és 8-100C-al magasabb kondenzációs hőmérséklet szükséges. A fentieknek megfelelően a 400C-os HMV-t 500C-os kondenzációs (hűtőközeg oldali) hőmérséklettel lehet biztosítani.
Így ez a rendszer egyrészről a legnagyobb pillanatnyi COP érték,és szezonális SPF veszteséget okozza. –Az alacsony hőmérsékletű fűtési rendszerrel kombinálva, s a fűtőrendszer SPF értékét szem előtt tartva maximum 400C körülő HMV hőmérséklet előállítására alkalmas. Emiatt kisegítő fűtőrendszer ,vagy külön hőszivattyú beépítése nélkül a HMV-t megfelelő szinten nem képes biztosítani. A lehető legrosszabb megoldás mind hatékonyság, mind pedig beruházási költség szempontjából. Egy komoly előnye,hogy a hőszivattyús készülék igen egyszerű. A hőszivattyú árának csökkenése azonban nincs arányban a megfelelő HMV komfort eléréséhez szükséges többlet beruházási, valamint a lényegesen nagyobb üzemeltetési költség igénnyel.
A KÜLÖN HMV TERMELŐ HŐSZIVATTYÚS KÉSZÜLÉK ALKALMAZÁSA Egyes gyártók nem a multifunkciós hőszivattyúk ,hanem külön tárolós HMV hőszivattyúk irányába fejlesztenek. Családi házas rendszereknél külön fűtő hőszivattyút és külön HMV hőszivattyút beállítani a legtöbb esetben értelmetlen,hiszen a készülékek kihasználtsága és így a beruházás megtérülési ideje jelentős mértékben csökken. A kis teljesítményű HMV hőszivattyúk alkalmazása környezetvédelmi szempontból indokolt lehet az épületek hulladék hőjének hasznosításakor (szellőző levegő,elfolyó szennyvíz ). A beruházás viszonylag hosszú megtérülési ideje azonban a legtöbb esetben nem teszi lehetővé ilyen készülékek alkalmazását.
A DESUPERHEATER (ELSŐDLEGES HŐCSERÉLŐ ) ALKALMAZÁSA A leghatékonyabb (magas COP) megoldás! A közvetlenül a kompresszor után és a kondenzátor elé beépített (soros kötés) koaxiális hőcserélő (2.ábra 3.) a hűtőkörfolyamat túlhevítési hőjét használja HMV termelésre. A túlhevítési tartomány az összes fűtési teljesítmény 12-15%-a. A túlhevítési hőmérséklet lényegesen magasabb mint a kondenzációs hőmérséklet 2,ezért magasabb hőmérsékletű HMV-t lehet előállítani mint a fűtési hőmérséklet ,úgy hogy a COP érték nem romlik. A másik előnye,hogy Ezzel a megoldással nyáron az épületből elvont hő 12-15%- ából HMV-t állíthatunk elő gyakorlatilag ingyen,vagy másképp fogalmazva aktív hűtési üzemmódban javítja a hűtési COP (EER) értékét!
500C-os kondenzációs hőmérsékletnél a túlhevített hűtőközeg gőz hőmérséklete 80 0C körül alakul.. HMV előállítás céljára ebben az esetben a 500C-800C közötti hőfok tartományt használjuk. Ebben az esetben tehát a hűtőközeg gőz átlag hőmérséklete 650C,amely alkalmas 600C-os HMV előállítására a „desuperheater”-ben 2
2.ábra A "Vaporline" hőszivattyúk Fűtő -aktív hűtő-HMV (reverzibilis ) EVI körfolyamata (Geowatt Kft.) Hátránya: a teljesítménye max.15%-ában állít elő melegvizet, a melegvíz előállítás csak fűtő,vagy hűtő üzemmód történik, csak HMV így nem készíthető. kiegészítő HMV fűtés (napkollektor,elektromos betét)szükséges az átmeneti időszakban. A családi házas rendszereknél a minimális kiegészítéssel a leghatékonyabb megoldás, a legmagasabb SPF elérését biztosítja a kombinált üzemmódban. A beruházási költség növekedés egy ilyen „desupeheater”-s megoldásnál egyszázezer Ft alatti,amelyben már a HMV szivattyú ára is benne van, s így kedvezőbb az ár,mint külső hőcserélő alkalmazásakor(1.ábra),amikor a hőcserélő mellett 2db cirkulációs szivattyúra is szükség van.
A KÉT KONDENZÁTOROS (DIREKT HMV) HŐSZIVATTYÚ ALKALMAZÁSA: Olyan esetekben amikor fűtési teljesítmény 40-50%-át eléri,vagy meghaladja a HMV teljesítmény igénye,- célszerű az alkalmazása. Az alábbi körfolyamattal ellátott hőszivattyú aktív hűtésre nem alkalmas.
Ebben a körfolyamatban az egyik kondenzátor előnykapcsolásban dolgozik HMV-re , a teljesítményre 100%-á ban. A magasabb hőmérsékletű HMV előállítás ebben az esetben alacsonyabb COP értéken lehetséges, mint desuperheaterrel, de lényegesen magasabban mint külső (víz-víz)hőcserélő alkalmazásakor(1.ábra). A legoptimálisabb megoldás a fűtési és a nagy mennyiségű HMV előállítás igény kielégítésére. Magas hőmérsékletű HMV előállítás lehetséges. Az alább vázolt EVI körfolyamattal 600C-os HMV állítható elő.
3.ábra. A "Vaporline" hőszivattyúk Fűtő –direkt HMV termelő EVI körfolyamata (Geowatt Kft.) Ezzel a megoldással sok esetben egy rossz kihasználtságú, külön hőszivattyús készülék kiváltása lehetséges. A HMV előállítás tulajdonsága,hogy az egyidejűségek miatt viszonylag nagy teljesítmény igények keletkeznek. Példaként említhetnék egy szállodát-ahol alacsony hőmérsékletű fűtésre vannak beépítve hőszivattyúk külső léghőmérséklet szabályozással. Az előkészítő konyha miatt 600C-os HMV-re van szükség. Egy ilyen estben az 1.ábra szerinti külső hőcserélő alkalmazásakor csak 30-400C közötti hőmérsékletű HMV-t lehetne előállítani. A megoldás ilyenkor az 1.ábra szerinti-külön hőszivattyút célszerű beállítani a lehető legmagasabb kondenzációs hőfokszintre HMV előállítására. A kihasználtsága ennek a hőszivattyúnak 1/3-a a fűtési hőszivattyúk kihasználtságának! Abban az esetben azonban,ha a 3.ábra szerinti kétkondenzátoros készüléket alkalmazunk az épület fűtésére és HMV ellátására,,akkor 1/3-al javítjuk a fűtő hőszivattyúk kihasználtságát, és megspórolunk egy több millió Ft-os beruházást.
A kapacitás hiány abban a rövid intervallumban jelentkezik amikor a külső hőmérséklet -150C, vagy az alatti. Ez azonban 5 éves átlagban csak 6h-t van jelen Magyarországon. A HMV igény kielégítése az előnykapcsolással a nem túlméretezett rendszer esetén is biztosított. Ilyenkor a viszonylag rövid 1-2 h HMV fűtési intervallumra esik ki valamennyi fűtési kapacitás, s következik be esetlegesen 1-20C-os hőfok csökkenés. Jó szabályozással azonban az évi átlag 6h-ban sem csökken a belső hőmérséklet.3
A multifunkciós hőszivattyúk alkalmazhatóságára Az 1.sz.ábra szerinti alkalmazás alternatívája is jó példa: Az épület igényeit szintén 3db hőszivattyúval lenne célszerű biztosítani: 2 db Vaporline GBI80- HACW reverzibilis –multifunkciós hőszivattyú. A fűtés és aktív hűtés mellett a leghatékonyabb módon „desuperheaterrel” HMV-t is előállít. A hőszivattyúk fűtési teljesítménye a tervezett (40C/450C) hőfokszinten: 2*87,6 kW=175,2 kW. A hűtési teljesítmény a tervezett (70C/250C) hőfokszinteken: 2* 78,2 kW=156,4 kW. Kielégíti a terv szerinti igényeket. 1 db Vaporline GBI33-HDW hőszivattyú amely kétkondenzátoros készülék. Így előnykapcsolásban bármikor csak HMV-re képes teljes kapacitással dolgozni, és külön fűtési körön képes a fűtésre is rásegíteni igény szerint. A fentiek miatt a jelenlegi tervben szereplő Zilmet Z2 37 jelű szerelhető lemezes hőcserélő feleslegessé válik,hiszen a külön kondenzátor a készülékbe van beépítve., s így ez lényegesen magasabb COP értéket eredményez,hiszen a rendszerbe így csak egy hőcserélő van. A fűtési és HMVteljesítménye radiátoros rendszerre: (40C/600C foly.-víz hőfokszinteken ) = 35,5kW. Ez a HMV teljesítmény a tervek szerint elégséges,hiszen a két GBI80-as hőszivattyú a desuperheaterekkel szintén rádolgozik a HMV-re,min.20kW teljesítménnyel. Így az összes HMV kapacitás: 55,5 kW,az eredeti tervben szereplő 48,5kW-al szemben.! A desuperheaterek nyári üzemmódban ingyen termelik a HMV-t 20 kW teljesítménnyel. A multifunkciós hőszivattyúk alkalmazásának előnye ebben az esetben: Külső HMV hőcserélő elmarad A lényegesen magasabb hőmérsékletű (600C)HMV előállítás miatt elmarad egy utófűtő HMV tartály,elektromos betéttel. -Figyelembe kell venni azt a tényt ,hogy a fűtési teljesítmény igényeket a max. belső hőmérsékletekre és folyamatos üzemre méretezzük. Amennyiben egy szálloda kihasználtsága a leghidegebb órákban csak 8090%-os, akkor a nem lakott szobákban a hőfokszintet a tervezetthez képest több fokkal alacsonyabban lehet tartani,s így csökken a teljesítmény hiány a HMV kapacitás kiesése miatt. A másik megoldás,hogy megfelelő méretű HMV tárolók beépítésével a HMV előállítást a fűtési csúcsigényeknél ne engedélyezzük. 3
Lényegesen jobb SPF érték a kombinált üzemmódban. Az 50kW-os hőszivattyú helyett egy 35 kW-os hőszivattyú beépítése elégséges a HMV ellátására. Remélem ezen írásommal meg tudtam győzni Tisztelt Tervező kollégáimat,hogy a hőszivattyús hőigények kielégítésénél vegyék figyelembe a multifunkciók adta lehetőségeket a hatékonyság és költségcsökkentés érdekében.
Fodor Zoltán
