A hőszivattyúról általánosságban
A hőszivattyú egy olyan – jellemzően villamos energiával működő – berendezés, amely környezetünk alacsony hőmérsékleten rendelkezésre álló energiáját magasabb hőfok tartományba transzportálva állít elő hőenergiát. Elvi felépítését tekintve legjobban a hűtőszekrényhez hasonlít, ugyanúgy a Carnot körfolyamaton alapul a működése. Az önmagában záródó munkagáz körben változtatjuk a közeg nyomását és térfogatát (és ezzel a hőmérsékletét is), és így érjük el a hűtőgáz elpárologtatásával, majd lekondenzálásával a hőenergia átvitelét (ennek köszönhetően tudunk akár 0°C-os forrásoldali hőmérsékletből pl. 35-40°C-os fűtővíz-hőmérsékletet előállítani).
A fő különbség a hőszivattyú és a hűtőszekrény között a hőátvitel céljában van:
-
a hűtőszekrénynél a benne tárolt ételek és italok alacsony hőmérsékletre való hűtése a cél, ilyenkor ez a hőnyerő oldal, és a hűtőgép hátulján végigtekergő csőkígyó a hőleadó oldal, ahol a gép az elvont hőt „elpazarolja” (tulajdonképpen fűti a konyhát),
-
a hőszivattyú jellemzően az alábbi feladatokat láthatja el: épület fűtés, hűtés vagy használati melegvíz-előállítás, ilyenkor a hőnyerő oldal a talajvíz, talajszonda, vagy a levegő, innen nyerjük az energiát, amit a körfolyamat magasabb hőfokszintre emel, és fűtésre alkalmas vízhőfokot állít elő. Hűtésnél a hőnyerő és hőleadó oldal pont fordított, mint fűtésnél, ilyenkor a kívántnál magasabb belső hőmérsékletű épületből vonjuk ki a felesleges hőt és adjuk le a környezet felé (éppen úgy, mint a hűtőszekrényünk).
A hőszivattyúk általános jellemzője a COP (Coefficient of Performance), ez mutatja, hogy a berendezés által leadott hőteljesítmény hányszorosa a gép kompresszora által felvett villamos teljesítménynek. A COP gépek közötti összehasonlításra alkalmazható, mivel nem egy átlagos munkaszám, hanem adott körülmények között mért elméleti érték (katalógus adat), pl. 10°C-os kútvíz és 35°C-os fűtési vízhőmérsékletnél, a berendezés igényeinek megfelelő primer és szekunder oldali tömegáramnál.
Milyen körülmények befolyásolják a hőszivattyú üzemét, ami miatt a COP alkalmatlan éves fogyasztásra vonatkozó számítások elvégzéséhez?
-
a használati melegvíz-előállítás, vagy a magas hőfokot igénylő fűtési hőleadó berendezések kiszolgálása kedvezőtlenebb üzemi körülményeket jelent a hőszivattyú számára (a magas parancsolt vízhőfok nagyobb kompressziós végnyomással érhető el, ez nagyobb villamosenergia-fogyasztással jár, amihez ráadásul teljesítménycsökkenés párosul)
-
elégtelen primer oldali tömegáram
-
elégtelen primer oldali hőforrás (szondás üzemnél a szükségesnél kisebb szondakapacitás, kutas üzemnél az előírtnál kisebb térfogatáram, vagy alacsonyabb vízhőmérséklet)
Az éves munkaszám (Jahresarbeitzahl) már valósabb képet ad a tényleges jósági fokról, mivel figyelembe veszi a hőforrás változásából adódó különbségeket, és az időjárás hőfokgyakorisági adatait is.
Általánoságban elmondható az, hogy úgy tudjuk hőszivattyús beruházásunkat optimalizálni, ha már az épület építészeti és gépészeti tervezése során a hőszivattyúnak - és ezzel pénztárcánknak - kedvező üzemi paramétereket készítünk elő!
Hőszigetelésnél ne elégedjünk meg az előírtnak éppen megfelelő hőátbocsátási tényezők elérésével, a vastagabb hőszigetelés általában nem jelent túl nagy többletköltséget, viszont a többlet energiamegtakarítás minden fűtési (és hűtési) szezonban jelentkezik, és az energiahordozók árának növekedésével egyre több lesz a forintban mért megtakarításunk.
Hőleadók betervezésénél törekedjünk az alacsony előremenő fűtővíz-hőmérsékletre, hiszen a hőszivattyú annál gazdaságosabban tud működni, minél kisebb hőfokemelés szükséges. Gazdaságtalan rendszert eredményezhet hagyományos radiátoros fűtés és hőszivattyús hőtermelés kombinációja, mert a radiátorok főként konvekciós hőleadásra vannak tervezve, amely magasabb fűtővíz-hőmérsékletet igényel (pl. ha egy radiátor 90/70 °C-on 20°C-os helységhőmérsékletnél 2400 Watt hőleadásra képes, akkor ugyanez a radiátor azonos helységhőmérséklet esetén 50/40 °C-os fűtővíz-hőmérsékletek esetén már csak 770 Watt hő leadására képes), másrészt nem alkalmasak hűtésre.
Hőszivattyús rendszereknél a gyakori hőnyerő oldali kialakítások:
Talajvíz, kútpárral:
A talajvíz éves szinten szinte állandó hőfokú (8-14°C), és kiváló hővezető-képességű. A kútvizes rendszer a magas hőnyerő oldali hőmérséklet miatt kedvező üzemi feltételeket biztosít a hőszivattyú számára, a legmagasabb COP-érték kútvizes üzemben érhető el, ráadásul a nyári, hűtési időszakban lehetőség van passzív hűtés kialakítására is.
Ügyelni kell arra, hogy a víznyerő kút folyamatos terhelés mellett is biztosítani tudja a hőszivattyú számára a megfelelő vízhozamot.
A víznyerő kútból kiszivattyúzott vizet, miután azt lehűtöttük, vagy másik kútba (kutakba) vezetjük el, a kutak közti távolság legalább 15 méter legyen, és fontos meghatározni a talajvíz áramlási irányát is, nehogy a nyelőkútba visszasajtolt lehűtött víz az áramlási viszonyok miatt a víznyerő kút felé áramoljon, rontva ezzel a hőtermelési lehetőségeket.
A rendszer energiatakarékosságát jelentősen befolyásolja a nyerőkút-szivattyú energiafogyasztása, ezért lehetőség szerint olyan helyeken érdemes a kutas rendszer kialakítása, ahol a talajvíz a felszínhez viszonylag közel elérhető megfelelő mennyiségben. A nyelő kútnál törekedni kell a szifonos kialakításra, mert így egy zárt rendszernek megfelelő szivattyúzási teljesítményigény jelentkezik mindössze, amennyiben búvárszivattyút üzemeltetünk.
A talajvizes hőszivattyús rendszer engedélyköteles, az illetékes vízügyi hatósághoz kell fordulni a beruházás megkezdése előtt. Rendszerint előírják a környezetvédelmi hatástanulmány elkészítését is.
Talajhő:
-
vertikális talajszonda:
Ezeknél a rendszereknél függőleges, általában 50-100 méter mélységű lyukakat fúrnak a földbe, ezekbe kerül elhelyezésre a zárt rendszerű, U-alakú csőrendszer, amelyben fagyálló folyadékkal kevert víz kering, ez veszi fel a szonda környezetében levő talaj hőenergiáját (geotermikus energiahasznosítás). A szondákat bentonit töltőanyaggal kell feltölteni, ez biztosítja a jó hőátadást, és fizikai stabilitást is ad a műanyag szondahurkoknak. Egy 100 méter mély szondából a talaj minőségétől függően általában 4-7 kW energia nyerhető ki. A folyamatos terhelés miatt a fűtési szezonban a szondák átlaghőmérséklete lassan csökken, ezért elengedhetetlen a megfelelő méretezés. Ha a szondarendszert nyáron hűtésre is használjuk, akkor felgyorsítjuk a talaj regenerálódását. Egymáshoz túl közel telepített szondák esetén csökken a kivehető hőmennyiség, a minimális távolság a szondák között 5 méter.
A szondarendszer beruházási költsége magasabb a talajvizes rendszerhez képest.
-
horizontális talajkollektor:
Vízszintesen, fagyhatár alá (minimum 1,5 – 2,5 m mélyre) telepített szondahurkok, amellyel a talaj felső rétegének energiáját hasznosítjuk (ennek a területnek szinte kizárólag a Nap szolgáltatja az energiát, ezért a szondarendszer átlaghőmérséklete nagyobb mértékben csökken, mint a talajszondás rendszeré), ezért a szondarendszer átlaghőmérséklete nagyobb mértékben csökken, mint a talajszondás rendszeré). A talajréteg átlaghőmérsékletének csökkenése hatással lehet a helyi növényzetre. A talajkollektorok feletti terület benapozottságát biztosítani kell a regenerálódás biztonsága miatt.
A talajkollektorok telepítése elég nagy földterületet igényel (a fűtött terület 3-4-szeresét, az épület hőszigeteltségétől függően).
Levegő:
A levegős hőszivattyúk fő előnye, hogy a hőforrás bárhol elérhető korlátlan mennyiségben, és a telepítés nem igényel nagy járulékos beruházást. Fő előnye egyben a legnagyobb hátránya is, mert a rendelkezésre álló hőforrás hőmérséklete tág határok között változik, ráadásul éppen az igényeinkkel ellenkező irányban.
Bivalens üzemben (egy kiegészítő fűtőberendezéssel) javasolt a telepítése, mivel a külső hőmérséklet csökkenésével csökken a leadott teljesítmény, növekszik a felvett villamos energia, ami meredek COP-romlást eredményez.
A levegős hőszivattyúknál a téli átlaghőmérsékletre való hivatkozás hibás megközelítés, mivel az aktuális fűtési igények nem az átlaghőmérséklet szerint jelentkeznek, hanem az aktuális hőmérsékleti érték szerint. A napi hőmérsékleti értékek gyakoriságát figyelembe vevő adatok már valós értékeket mutatnak, a kiegészítő fűtés nélkül telepített levegős hőszivattyúnak képesnek kell lennie az előforduló leghidegebb napon is leadnia az épület kifűtéséhez szükséges teljesítményt. Emiatt a levegős hőszivattyút túl kell méretezni monovalens üzemben a névleges teljesítmény duplájára.
Fűtési üzemmódban fagypont közeli – és az alatti – környezeti hőmérséklet esetén a hőszivattyú elpárologtató hőcserélőjén a levegő nedvességtartalma jégréteget képez, ami redukálja a hőcserélő hasznos felületét, rontja a hőcsere hatékonyságát. Ezt az állapotot a leolvasztási üzem hivatott megszüntetni, ekkor a berendezés fordított (hűtőüzem!) üzemállapotba kapcsol, és leolvasztja a hőcserélőn található jeget, deret. A leolvasztáskor a COP érték negatív előjelet vesz fel, mivel az épületből vonja el a hőenergiát! A gyári hőszivattyú adatlapok ezt a területet „diszkréten” kezelik, nincs erre vonatkozó információ!
Egyéb használható hőforrások:
- szennyvíz, elhasznált termálvíz
- tavak, folyók vize közvetlen, közvetett hőelvonással
- épület elhasznált levegője, berendezések hulladékhője
- masszív abszorber (betonépítményben vezetett műanyag hőcserélő csövek)
Weider hőszivattyú
A Weider hőszivattyú a piacon jelenleg kapható egyik legjobb műszaki paraméterekkel rendelkező berendezés, a svájci „Wärmepumpentest- und Ausbildungscentrum” tesztközpont mérésein rendszeresen kiváló eredményt éri el, ami főleg a gyár által kifejlesztett és alkalmazott elektronikus vezérlésű expanziós szelepnek köszönhető.
1997-ben a gyárat Osztrák Állami Energiakutatási Díjjal tüntették ki.
A Weider hőszivattyúval megfelelően tervezett és kivitelezett rendszer esetén egyéb segédenergia nélkül fűthet egész évben, valamint opcionálisan az épület passzív hűtése is megoldható hőcserélőn keresztül, a berendezés elindítása nélkül.
Fő jellemzők:
- 30 év gyártási tapasztalat
- kiemelkedően magas COP-érték (akár 6,6 - 6,7 kútvizes üzemben)
- elektronikusan vezérelt expanziós szelep
- csendes működés
- egyszerű felépítés, kis helyigény
- időjárásfüggő vezérlés
- rendkívül könnyű vezérelhetőség
- passzív hűtési lehetőség
|
|