HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV HEAT PUMP SYSTEMS Energiát megtakarítani kell! című szimpózium Helyszín: Magyar Tudományos Akadémia Kisterem 1051 Budapest, Roosevelt tér 9. II. emelet Időpont: 2009. május 29. 10:00 – 13:00 HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV HEAT PUMP SYSTEMS & HELLER PROGRAMME KOMLÓS FERENC ÉTE Hőszivattyús Szakosztály elnökségének tagja komlosf@pr.hu

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV Minta hőszivattyú statisztikára An example of heat pump statistics Source: Swedish Heat Pump Society (SVEP)

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV HŐSZIVATTYÚS RENDSZER — HEAT PUMP SYSTEMS Coefficient of Performance:COP [kW/kW] — Seasonal Performance Factor:SPF [kWh/kWh]

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV „Tudományos vitatkozásoknál nem a személy, nem a tekintély, hanem egyedül az igazság bírhat döntő erővel.” [Deák Ferenc (1803—1876)] ”During scientific debates neither the person nor the authority but the truth decides alone.” [Ferenc Deák (1803—1876)] Vegyük még más példákat is, amikor a működtető energia nem 100%-ban megújuló energiaforrásból származik: Let us overview the following other examples, when the operating (mechanical) energy does not come 100 % from renewable energy source:

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV – ha a villamosenergia-termelés 70%-ban megújuló energiaforrásból származik, és – a példabeli villamos hőszivattyú szezonális teljesítmény faktora SPF = 4,0 akkor ezen adatok alapján kiszámolható, hogy az említett hőszivattyú 25 × 0,70 + 75 = 17,5 + 75 = 92,5 százalékban megújuló energiaforrást hasznosít – if 70 % of electric energy is produced from renewable energies and – the Seasonal Performance Factor of the heat pump in the example is SPF = 4,0 based on these data it can be calculated that this heat pump operates with 25 × 0,70 + 75 = 17,5 + 75 = 92,5 per cent renewable energies

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV – ha a villamosenergia-termelés 5%-ban megújuló energiaforrásból származik (kerekítve ennyi volt Magyarországon 2008-ban a Magyar Energia Hivatal jelentése szerint), és – a példabeli villamos hőszivattyú szezonális teljesítmény faktora SPF = 4,0 akkor most ezen adatok alapján kiszámolható, hogy az említett hőszivattyú 25 × 0,05 + 75 = 1,25 + 75  76,2 százalékban megújuló energiaforrást hasznosít. – if 5 % of electric energy is produced from renewable energies (rounded data of Hungary in 2008 based on the report of the Hungarian Energy Office) and – the Seasonal Performance Factor of the heat pump in the example is SPF = 4,0, based on these data it can be calculated that this heat pump operates with a proportion of 25 × 0,05 + 75 = 1,25 + 75  76,2 per cent renewable energies.

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV Dr. Heller László (1907–1980) „Heller László terv, egy munkahelyteremtő kezdeményezés” című javaslat névadója (A „Heller László terv, egy munkahelyteremtő kezdeményezés” című javaslat cselekvési terve) Dr. László Heller (1907–1980) Denominator of the „László Heller Scheme, a Job Creating Initiative” (Action schedule of “László Heller Scheme, a Job Creating Initiative”)

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV Magyarországon a lakásonkénti energiafelhasználás átlagosan 60 GJ/év (sok), és ennek 70%-át a lakás fűtésére, 11%-át pedig vízmelegítésre használjuk. Különösen fontos hangsúlyozni, hogy a fejlett országokhoz hasonlóan a felhasznált energia 60–70%-a hőfejlesztést fedez! Országunk adottságai, nevezetesen Magyarország geotermikus potenciálja, földhőkészletei és magas színvonalú szellemi tőkéje kedvez a geotermikus energiát hasznosító technológiák elterjesztésének. Ezért fontos, hogy az elkövetkező időszakot meghatározó befektetések és az energiapolitikánk a Heller László tervet is tartalmazza.[1] ______ [1] 2005 szeptembere óta szakmai (építészeti, energetikai, mezőgazdasági, épületgépészeti és környezetvédelmi) műhelyekben, hazai és nemzetközi konferenciákon és publikációkon keresztül ismertté vált, megkezdődött alkalmazása.

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV • Flats in Hungary have an average energy consumption of 60 GJ/year (high) the 70 % of which is expended to the heating of flats and 11 % for hot water production. It is important to be Stressed that, 60 – 70 % of the energy consumption is expended to heat generation! • Capacities of our country, its geothermal potential, soil heat reserve and high level intellectual assets are all beneficial for popularising technologies utilising Geothermal energies. Therefore it is important that, investments and energy policy of the near future include the “László Heller Scheme” as well.1 ______ 1 Its utilisation began in September 2005 in professional (architecture, energetics, agriculture, heating-cooling-ventilating and environment protection) ateliers and became known by Hungarian and international publications and conferences.

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV Ez komplex módon a kutatástól, a lakossági elfogadtatástól kezdve a létesítést is beleértve a gyártástól a szervizig szólna. Így a geotermikus energia és a földhőszivattyú elterjedésével nőhet a korszerű, központi- és távfűtéses lakások, középületek, irodaépületek és családi házak száma. Tudomásul kell venni, hogy a földgáz értékesebb, véges mennyiségű energiahordozó, a vegyipar egyik alapanyaga, ezért hatékonyabb megoldás a jelenlegi gyakorlathoz képest, ha a széles körben elterjedt fűtés mellett áramtermelésre (kapcsolt energiatermelés) és/vagy hűtésre (trigeneráció) is felhasználjuk, a jövőben pedig a környezetet nem szennyező energiahordozók előállításához alkalmazzuk. A javaslatom – röviden a „Heller-program” – ezeket a feladatokat rögzíti. Indítását 2005-ben Debrecenben, felkért előadóként kezdeményeztem. Kérem ehhez a Tisztelt Szimpózium szíves támogatását!

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV • This scheme would include research, securing acceptance of new technologies among the population, in the production, installation and service in a complex way. Thus the number of flats, public buildings and office buildings with up-to-date central and district heating would increase by wide-spread use of geothermal energy and heat pumps. • It has to be noted that, natural gas is an energy source of limited stock, a primary material of chemistry and is more valuable than to have simply burned it as it is the practice now. Thus a more efficient solution is to use natural gas also for Electricity production beside heating (force heat coupling) or for cooling as well (tri-generation) and for production of energy sources not polluting the environment. My proposition – in short the “Heller Programme” – puts down these objectives. In 2005 in Debrecen I initiated the introduction of this programme. I ask the Symposium for the support !

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK — RES Source: Dr. Judit Mádl née Szőnyi: Geothermal Energy Resources, Research and Utilisation, Grafon Publishing House, Nagykovácsi, 2006.

KOMLÓS FERENC: HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK ÉS A HELLER-TERV A Föld energiaáramainak egyensúlya — Equilibrium of energy flow of the Earth Source: Kiehl és Trenberth, 1997)

HEAT PUMP SYSTEMS to the centenary of the birth of László Heller Ferenc Komlós – Zoltán Fodor – Zoltán Kapros – Dr. József Vajda – Lajos Vaszil HEAT PUMP SYSTEMS to the centenary of the birth of László Heller Professional Lectors: Prof. Dr. István Barótfi Head of Department, Vice Rector for Quality Management to Szent István University Ret. Prof. Dr. Gergely Büki Academic Doctor of Technology to Budapest University of Technology and Economics Dr. Tamás Hámor Head of Department to Hungarian Office for Mining and Geology Translated to English: Dr. Elmer György Ph.D. University Lecturer to University of Pécs, Pollack Mihály Faculty of Engineering Lector of the English version: Végh Orsolya (Hilfer Bt.)

Preface (Dr. Tamás Jászay Professor Emeritus) Introduction C o n t e n t s Dedication (Dr. Dr.h.c. László Rybach Professor Emeritus, Prof. Dr. István Farkas)  Preface (Dr. Tamás Jászay Professor Emeritus) Introduction 1. HEAT PUMPING 1.1 ROLE OF HEAT PUMPS 1.2 TERMINOLOGY, KEY WORDS 1.3 HISTORY OF HEAT PUMPS 1.4 APPLICATION OF HEAT PUMPS, STATISTICAL DATA 1.5 WORKING PRINCIPLE OF HEAT PUMPS 1.6 COMPRESSORS 1.7 GROUND HEAT 1.8 GEOLOGICAL MEDIA AS HEAT SOURCES 1.9 HEAT COLLECTORS 1.9.1 Hungarian prescriptions related to heat pumps utilising subsoil waters or surface waters as heat sources 1.9.2 Open loop heat collectors 1.9.3 Closed loop heat collectors 1.10 SOLAR ENERGY AND HEAT PUMPS 1.10.1 Solar energy and ground energy 1.10.2 Direct solar energy utilisation by heat pumping 1.11 HEAT PUMP SYSTEMS

C o n t e n t s 2. THERMAL INSULATION 2.1 LOW ENERGY BUILDINGS 2.2 PASSIVE HOUSES 2.3 DESIGN PRINCIPLES OF PASSIVE HOUSES 3. UP-TO-DATE CENTRAL HEATING SYSTEMS OPERATING WITH HOT WATER; HEAT SENSATION IN FOCUS 3.1 HEAT BALANCE OF THE HUMAN BODY 3.2 LOW TEMPERATURE HEATING (AND COOLING) SYSTEMS 3.3 BUILDING STRUCTURES 3.4 PROFESSIONAL EXPERIENCE 3.5 VENTILATION

C o n t e n t s 4. DESIGN OF HEAT PUMP SYSTEMS 4.1 ENERGY-RELATED CALCULATION OF A BUILDING 4.2 REVIEW OF AN EXISTING OR NEW HEATING SYSTEM CONSIDERING ITS APPLICABILITY 4.3 RESTRUCTURING OF TRADITIONAL GAS FUELLED HEATING SYSTEMS 4.4 INSTALLATION OF A GROUND SOURCE HEAT PUMP SYSTEM 4.5 FEASIBILILTY INVESTIGATION OF A HEAT PUMP BASED CALORIC CENTRE 4.6 DETERMINING THE HEAT EXTRACTION POSSIBILITIES 4.6.1 New buildings of institutions and local governments 4.6.2 Existing buildings of institutions and local governments 4.7 COMPARATIVE CALCULATIONS OF ENERGETICS AND OF EXPECTED REFUND 4.8 OTHER PREPARATORY QUESTIONS OF DECISION MAKING 5. A HUNGARIAN CASE STUDY, EXAMPLES 5.1 CASE STUDY 5.2 EXAMPLES OF RESTRUCTURING AND INVESTMENT

ANNEXES C o n t e n t s 6. ENVIRONMENTAL AND SOCIAL BENEFITS 6.1 HEALTH BASED DEMAND OF REDUCING AIR POLLUTION 6.2 HEAT PUMPS AND CLIMATIC CHANGES 6.3 CARBON DIOXIDE EMISSION IN CASE OF DIFFERENT POWER PLANT STRUCTURES AND FUELS 6.4 BUSINESS, ECONOMY AND TENDER APPLICATION CONSIDERATIONS WITH REGARD TO THE HEAT SUPPLY OF INSTITUTIONS ANNEXES A1 EVALUATION OF THE EFFICIENCY OF HEAT PUMPING THROUGH CENTURIES A2 HOW TO CALCULATE THE THEORETICAL LIMITS OF THE EFFICIENCY OF HEAT PUMPING? A3 COMPARISON OF HEAT PUMP SYSTEMS WITH TRADITIONAL NATURAL GAS FUELLED SYSTEMS FROM ENERGY-RELATED POINT OF VIEW

C o n t e n t s A4 RECENT DEVELOPMENTS, “PEOPLES’ HEAT PUMPS” A4.1 Air-source “peoples’ heat pump Air2Floor” A4.2 Ground-source “peoples’ heat pump” A5 EXAMPLE OF PRELIMINARY CALCULATIONS OF A GROUND SOURCE HEAT PUMP SYSTEM FROM ONE OF THE PROPOSAL FOR THE GOVERNMENTAL DISTRICT IN BUDAPEST A5.1 INITIAL DATA A5.2 TECHNICAL CONTENT OF THE PROPOSED SYSTEM A5.3 ENERGY-RELATED CALCULATIONS A5.4 DIMENSIONING OF THE HEAT PUMP SYSTEM A5.5 THE PROPOSED HEAT PUMP SYSTEM A5.6 MAIN DATA OF THE PROPOSAL A5.7 TECHNICAL DESCRIPTION OF THE PROPOSAL A5.8 MEASUREMENT OF THE THERMAL CONDUCTIVITY OF THE SOIL

Borítóterv (vízió): Handbauer Magdolna grafikus C o n t e n t s A6 RELATED TECHNICAL LITERATURE A6.1 Dr. Gergely Büki: Efficiency of the Utilisation of Soil Heat A6.2 Ferenc Komlós: Geothermy, a Trump Card that hasn’t been Played yet – for the Centenary of the Birth of László Heller A6.3 Ferenc Komlós: Heller Programme, Utilisation of Renewable Energy Sources with Heat Pumps A7 STANDARDS A8 ENERGY EXTRACTED FROM RENEWABLE SOURCES AND HEAT PUMPING – SELECTIONS AND REFLECTIONS A9 PRESENTING THE AUTHORS A10 SPONSORS OF THIS BOOK Borítóterv (vízió): Handbauer Magdolna grafikus