Hőszivattyús rendszerek Hőszivattyú Konferencia, Szombathely, 2010. december 1.

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

Felhasznált fizikai jelenségek Hőáramlás a termodinamika II. főtétele szerint önként mindig a nagyobb hőmérsékletű hely felől a kisebb hőmérsékletű hely felé történik A párolgás hőt von el és energiát tárol (a gáz halmazállapot magasabb energiaállapot) KÖRNYEZET ENERGIA A lecsapódás (kondenzáció) során hő szabadul fel (a folyadék halmazállapot alacsonyabb energiaállapot) KÖRNYEZET ENERGIA A gázok összenyomásakor megnő a nyomás és a hőmérséklet; kitágításakor csökken a nyomás és a hőmérséklet

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

Víz/víz hőszivattyú szerkezeti felépítése

Hőszivattyúk hatékonysági értékei COP (Coeficient of Performance) pillanatnyi hatékonyságot jelez, egy adott működési munkapontban EN 14511:2004 COP = hasznos teljesítmény/bevitt teljesítmény Levegő/víz COP = 3-4 Talaj/víz COP =4-5 Víz/víz COP = 4-6 SPF (Seasonal Performance Factor) szezonális hatékonyságot jelez, egy adott fűtési időszakban SPF = hasznos energia/bevitt energia

vizsgálata és összehasonlítása A COP és SPF értékek vizsgálata és összehasonlítása csak és kizárólag a működési paraméterek (vízhőmérsékletek, léghőmérséklet) függvényében lehetséges!

Hőszivattyúk hatékonysága Minél alacsonyabb a fűtési hőmérséklet: padlófűtés, fan coil, sugárzó fűtés Minél magasabb a hőforrás hőmérséklete Minél kisebb a kiegészítő berendezések elektromos fogyasztása Hatékonyság növelő Magas fűtési hőmérséklet: pl. régi radiátoros fűtés 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.) Hatékonyság rontó Kisebb hőfoklépcső Hatékonyabb működés

Hőszivattyúk kiválasztási menete Helyszíni adottságok Hőszivattyú kiválasztása Rendszer méretezése Gazdaságossági, környezetvédelmi vizsgálat

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.)

Hőszivattyúk csoportosítása forrásoldal szerint Levegő/víz A hőforrás a levegő Korlátlan mennyiségben rendelkezésre áll Kedvező beruházási költség Nincs fúrás Nincs engedélyezési procedúra Télen lehűlő időben, romlik a hatékonyság Esetenként kiegészítő fűtés lehet szükséges Új építésekhez alkalmazható általában Talaj/víz Hőforrás a talaj 100 m- es rétege Korlátlan mennyiségben rendelkezésre áll Jó hatékonyság Időjárástól független biztonságos működés Magasabb előremenő vízhőmérsékletek Magasabb beruházási költség Helyszíni adottságoktól függ Engedélyeztetés szükséges Víz/víz Hőforrás kút, vagy természetes víz Legjobb hatékonyság Időjárástól független működés Magasabb előremenő vízhőmérsékletek Magasabb beruházási költség Helyszíni adottságoktól függ: vízhozam és vízminőség Bonyolult engedélyeztetés szükséges Megbolygatja a vízbázist Előnyök Hátrányok

Nyíltvizes rendszer /kút/ fűtés-hűtés

Nyíltvizes /kút/ rendszer vizsgálata 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.

Talaj/víz rendszer fűtés-hűtés

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

Felszíni talajkollektor

Lehetséges kialakítások Egycsöves vízszintes elrendezés Párhuzamos vízszintes elrendezés Elnyújtott spirálcsöves elrendezés Kompakt spirálcsöves elrendezés

Vízszintes kollektor az árokban

Vízszintes kollektor fektetése

Vízszintes kollektor fektetése

Vízszintes kollektor fektetése

Talajszondás fűtés-hűtés

Szonda kialakítása A talajszonda kollektorok többféle kialakítása létezik. A leggyakoribb a szimpla U csöves és a dupla U csöves megoldások.

Előre gyártott elemek

Szonda elhelyezése a furatban

Szondás kialakítás

Levegős hőszivattyú

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

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

Biztonság télen is?

Alacsonyabb előremenő hőmérséklet, nagyobb COP

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

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. - 38 Hőszivattyú vizes (SPF=4) 1,5 2,52 1,93 1,51 Min. SPF 56 100,56 60 78,3 100 151,2 CO2 [kg/GJ] Levegős (SPF=2,7) Távhő Földgáz Tüzelőolaj Szilárd Áram (erőműi átlag) Következtetés: Még a legkevésbé gazdaságos levegő/víz hőszivattyú is előnyős környezetvédelmi szempontból!

CO2 kibocsátás csökkentés* vizes hőszivattyúkkal %-osan A számok csak az energiatermelés folyamatára vonatkoznak, nem tartalmazzák egyik esetben sem a kiegészítő berendezések kibocsátási adatait. - 38 Hőszivattyú vizes (SPF=4) -62 % -37 % -51 % --75 % Megtakarítás 100,56 60 78,3 100 151,2 CO2 [kg/GJ] Távhő Földgáz Tüzelőolaj Szilárd Áram (erőműi átlag) *A számok jól mutatják az arányokat egyes fűtési módok CO2 kibocsátásai közt.

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. Ft/kWh 47,82 Áramdíj, bruttó, nappali 31,71 GEO tarifa 29,47 "H" tarifa 28,87 PB Gázdíj (bruttó) 18,24 Távhő (FŐTÁV) 15,94 Levegős hőszivattyú, SPF = 3, nappali áram 12,15 Földgáz díj (100%- os kazánhatásfokkal) 11,96 Vizes hőszivattyúval SPF = 4, nappali áram 10,57 Levegős hőszivattyú, SPF = 3, "GEO" tarifa 9,82 Levegős hőszivattyú, SPF = 3, "H" tarifa 7,93 Vizes hőszivattyúval SPF = 4, "GEO” tarifa 7,37 Vizes hőszivattyúval SPF = 4, "H" tarifa

Fűtési energia költsége bruttó, 35 C előremenővel Ft/kWh Levegős, nappali földgáz Földhő, nappali Levegős „H” Levegős,GEO Földhő,GEO Földhő,”H” Külső hőmérséklet C

Budapest, 13. ker. Hun utca 256 lakásos panelépület/1,1 MW Utána: Az épület komplett hőszigetelést kapott, és a nyílászárókat kicserélték Előtte:

Kialakítási séma

A hőszivattyú Fűt, és használati melegvizet termel Beüzemelve 2009-ben Fűtésköltség megtakarítás a lakóknak -36,5 % CO2 csökkenés 156 776 kg/év

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

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

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

Köszönöm a figyelmet!