Energiapolitika 2000 Társulat, „Energiapolitikai hétfő esték” című rendezvénye Budapest, 2006. szeptember 11. A HŐSZIVATTYÚK ENERGETIKAI SZEREPE Előadó:

Az előadások a következő témára: "Energiapolitika 2000 Társulat, „Energiapolitikai hétfő esték” című rendezvénye Budapest, 2006. szeptember 11. A HŐSZIVATTYÚK ENERGETIKAI SZEREPE Előadó:"— Előadás másolata:

1 Energiapolitika 2000 Társulat, „Energiapolitikai hétfő esték” című rendezvénye Budapest, 2006. szeptember 11. A HŐSZIVATTYÚK ENERGETIKAI SZEREPE Előadó: Komlós Ferenc okl. gépészmérnök, ny. vezető-főtanácsos

2 MINDENEKELŐTT ŐSZINTE ÖRÖMMEL SZERETNÉM MEGKÖSZÖNNI AZT A MEGTISZTELTETÉST, HOGY EBBEN A TÉMAKÖRBEN NÉHÁNY IDŐSZERŰ SZEMPONTOT A RENDEZŐK ÉS KÜLÖNÖSEN DR. JÁROSI MÁRTON ÚR JÓVOLTÁBÓL ÖNÖK ELÉ TÁRHATOK. A Világkereskedelmi Központ és a Pentagon elleni terrortámadást követő napokban a világ politikusai hirtelen és visszavonhatatlan megváltozásról beszéltek. Kerek öt esztendővel a sajnálatos esemény után kérdezem: talán nem szükséges hasonló tragédia ahhoz, hogy szeretett hazámban Magyarországon a hőszivattyú-program (Heller-program) elinduljon? Megítélésem szerint Magyarország nem engedheti meg magának, hogy az energetika ezen a területén késlekedjen. Jelen előadásom mottója Hérodotosztól (i. e. 485--425) származik: „Ha az egymással ellenkező nézeteket nem adják elő, nem lehet a jobbikat kiválasztani; az ember akkor azt kénytelen követni, amelyet kifejtettek; míg ha a másikat is előadják, lehetséges a választás.”

3 AZ ENERGETIKA TERÜLETEI  Energiahordozók termelése (motorhajtóanyagok stb.)  Energiatermelés (villany, hő stb.)  „Energiatermesztés” (energiafű stb.)  Energiaszállítás (villany, földgáz stb.)  Energiafelhasználás (fűtés, hűtés stb.) A termodinamika I. főtétele szerint energiát sem előállítani, sem megsemmisíteni nem lehet, csupán egyik formájából a másikba átalakítani. Az energiatermelés (fűtés-hűtés stb.) kifejezés ennek ellenére elterjedt a szóhasználatunkban. Az energia átalakítását tehát a lehető legjobb hatásfokkal, és a legkevesebb veszteséggel kell megoldani.

4 AZ ENERGIA MEGTAKARÍTÁSÁNAK TÖBB LEHETŐSÉGE VAN: - végenergia-csökkentés, - hatásfokjavítás, - kapcsolt energiatermelés, - hőszivattyús hőtermelés és a - megújuló energiák hasznosítása. Az erőművek kapcsolt energiatermeléséhez hasonlóan a hőszivattyúk is hőmegtakarítással termelik hatékonyan a hőt. Forrás Dr. Büki Gergely: Energiamegtakarítás – az energiahatékonyság eszköze Magyar Energetika XIII. évf. 2005/6. szám Dr. Büki Gergely: ENERGIATERMELÉS, ATOMTECHNIKA Műegyetemi Kiadó, 1994

5 HŐSZIVATTYÚS TECHNIKA („TÖBBET KEVESEBBEL”) A villamos fűtés mindenki számára ismert, de jelentős költsége miatt ma nem tekinthető energiahatékony módszernek. A hőszivattyús fűtéstechnika ezzel szemben a tisztán villamos fűtéshez használandó villamos energia töredékét használja fel arra, hogy a hőt valamely külső közegből „beemelje”[1]. [1] A hőszivattyú elvi alapjai a termodinamika második főtételéhez kapcsolódnak. A második főtétel kimondja, hogy a hő és a mechanikai munka átalakításának a feltétele, hogy a hő két különböző hőmérsékleten álljon rendelkezésre, vagyis a hőnek mechanikai munkára való átalakításához hőmérséklet-különbségre van szükség. A hőszivattyú az átalakítás fordítottját hajtja végre: mechanikai energia befektetésével hőt állít elő, a hőtermelés kapcsán pedig olyan hőmérséklet-különbséget hoz létre, amelynél az alsó hőmérsékletszintet a környezet – a „hőforrás” – a nagyobb hőmérsékletszintet pedig az ún. hasznosítható hő képviseli.[1]

6 1852-ben William Thomson (Lord Kelvin, 1824−1907) alkotta meg az első hőszivattyú szerkezetét. 1938-ban Zürichben létesült az első tartósan hőszivattyúval fűtött épület (a városháza). A hőszivattyú hőforrása a Limmat folyó vize lett. Az 1980-as évektől kezdve a hőszivattyúkkal szemben támasztott követelményeket és vizsgálatokat nemzeti, nemzetközi szabvány- okban is rögzítették. Jelenleg érvényben van 20 db nemzeti: MSZ- és MSZ EN-, illetve 6 db nemzetközi: ISO-jelzetű szabvány. A műszaki tapasztalat rögzítése nagyban hozzájárult a hőszivattyús rendszerekkel kapcsolatos korábbi "gyermekbetegségek" kinövéséhez. A legsúlyosabb probléma nem a kereskedelem hanyatlása volt kb. 15–25 éve, hanem a közvélemény bizalmának elvesztése a hőszivattyúkkal szemben. A hőszivattyú csak egyik eleme a rendszernek, mégis az egészet meghatározza! Amíg ezt nem ismerték fel, ez számos problémát okozott. Nem elég csak gyártani, forgalmazni, esetleg államilag támogatni, hanem komplex rendszerben kell gondolkodni, és utána cselekedni. Csak ezen az úton lehet hosszútávon nemzet- gazdasági szinten jól járni a hőszivattyúval. Sok benne az össze- tett, többféle szakértelmet igénylő szellemi termék, és kevés benne az anyag, a tömeg, de az ára mégis jelentős lehet, mert a használati értéke is az! A mezőgazdaságban pl. a víz temperálására, növényházfűtésre, vagy az állattenyésztés hőigényeihez hasznosítható.

7 A HŐSZIVATTYÚ A MEGÚJULÓ ENERGIÁT HASZNOSÍTANI KÉPES ESZKÖZÖK EGYIKE A hőszivattyú az alacsony hőmérsékletű környezetből (levegőből, vízből vagy földből) hőt von el, és azt egy nagyobb hőmérsékleten teszi felhasználhatóvá, pl. egy építményben. Így mondhatjuk: a környezetből a hőt − külső energia befektetése árán − „szivattyúzza” a hasznosítható hőmérsékletre. Dr. Heller László (1907–1980)

8 A nem áramfejlesztési célú geotermikus felhasználások közül a napjainkban leggyakoribb technológia, az ún. geotermikus hőszivattyús[1] hasznosítás épületek fűtésére és hűtésére. A közvetlen fűtési célú geotermikus energiafelhasználásnak 2004. végére elérte az ⅓ részét.[1] Ez mintegy 30 országban kb. kétmillió hőszivattyús rendszert jelent, teljesítményük kb. 15 GW th. (Imre László: A megújuló energetika világképe, Magyar Energetika 2006/3. szám.) A geotermikus hőszivattyúk erőteljes növekedése a világon főleg az utóbbi évtizedben következett be. Bizonyára piaci megfontolások alapján, világszerte felismerték: a geotermikus hőszivattyú egyre inkább megfelel annak a gazdasági követelménynek, hogy egy új berendezés alkalmazása akkor válik gazdaságossá, akkor terjed ilyen mértékben, ha a technológia éves energiafogyasztása a beszerzési költség figyelembevételével kisebb, mint a hagyományos megoldásé. Az ebből származó energiamegtakarítás eredménye fedezi, vagy esetleg meghaladja az új berendezés, a hőszivattyú beruházási költségtöbbletét. [1][1] Ezek az (5–30) ºC hőmérsékletű talajok, illetve a sekély, mintegy 300 méter mélységű víztartók hőtartalmát hasznosítják legfeljebb (60–65) ºC- ig.

9 HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK Hőszivattyús rendszeren a bevezetett energiát, a kompresszor energiaellátását és a hőforráshoz kapcsolódó berendezéseket (elpárologtatóoldal), valamint a hasznos energiához illetve a hő hasznosításához kapcsolódó berendezéseket (kondenzátoroldal) együttesen értjük. Forrás: EVN Energie Versorgung, Niederösterich Aktierngesellschaft 1994. p4.

10 A MEGÚJULÓENERGETIKAI POTENCIÁL KIHASZNÁLÁSÁNAK NÖVELHETŐSÉGE HŐSZIVATTYÚ ALKALMAZÁSÁVAL Az ideális (Carnot-féle) körfolyamat hatásfoka, illetve teljesítménytényezője csupán az ún. két hőtartály (hőforrás és hőelnyelő, illetve a hőszolgáltatás) abszolút hőmérsékletétől (T c és T 0 ) függ. A hőszivattyúra jellemző elméleti (reverzibilis) ún. „CARNOT COP ” a kondenzátor és az elpárologtató hőmérsékletadataiból kiszámolható[1][1] (T [K] = t [°C] + 273): CARNOT COP = T KONDENZATOR / (T KONDENZATOR – T ELPÁROLOGTATÓ ) Figyelemmel a megújuló energiahordozók elterjesztésének hatékonyabbá tételére, az energiatakarékosságra és az energiahatékonyság növelésére, az EU energiapolitikájában és energiastratégiájában foglaltakra, a klimatizálás (légkondicionálás, hűtés) elháríthatatlan igényére, a munkahelyteremtésre, az adottságainkra, az energiafüggetlenségünk növelésére és a fenntartható fejlődésre gyakorolt hatásra, ezért kormányunk részére a Heller-program mielőbbi elfogadását és végrehajtásának elkezdését ajánlom. [1] Gyakorlati értéke kb. az elméletinek az 55–65%-a, amely a hőszigetelési, a fűtés- és a hőszivattyús technika (elsősorban a kompresszorok és a munkaközegek) rohamos fejlődése miatt állandóan nő. [1]

11 KÜLÖNBÖZŐ HŐTERMELÉSEK PRIMERENERGETIKAI HATÁSFOKA (Forrás: Joós Lajos: Energiamegtakarítás a háztartások földgázfelhasználásában. Magyar Épületgépészet, XLI. évf. 2002/4. szám)

12 KÜLÖNBÖZŐ FŰTÉSI MEGOLDÁSOK ÉVES ÜZEMELTETÉSI KÖLTSÉGE (€) AUSZTRIÁBAN Forrás: IDM cég

13 ADATOK Az EU-15-ben és Magyarországon is a végső energiafelhasználásnak mintegy 40%-a helyiségfűtés. A helyiségfűtés átlagos fogyasztása Magyarországon: 0,90 GJ/m 2,év; az EU-15-ben: 0,53 GJ/m 2,év; az érvényes magyar szabványnak megfelelő épületben: 0,24 GJ/m 2,év. A villamos energia előállításának hatásfoka Magyarországon: 34%, az EU- ban: 40%. Forrás: Dr. Molnár László: Energiatakarékossági REVŰ 2004. Magyarországon a lakásonkénti energiafelhasználás átlagosan 60 GJ/év, és ennek 70%-át a lakás fűtésére, 11%-át pedig vízmelegítésre használjuk. Energiahatékonysági és környezetvédelmi szempontból a nagyobb egységet ellátó központi fűtés az előnyösebb megoldás. Ilyen megoldás a többszintes épületeket ellátó épületfűtés, az épülettömbfűtés és épületcsoport- fűtés (-hűtés). (Az egyedi fűtés jelentős hőveszteségei és a lakáskomfort növelése indokolja az áttérést a csoportos fűtésre, ami 20–25%-os energiamegtakarítást jelent annak ellenére, hogy a fűtött helyiségek bővülésével jár.) Az adatok forrása: Vajda György: Energiahasznosítás. Akadémiai Kiadó, Budapest, 2004., 49. és 87. oldal.

14 FAJLAGOS FŰTÉSI TÉNYEZŐ Ha a villamos energiát szállító és elosztó országos hálózat hatásfokát állandó értékűnek feltételezem (a 2002. évi adatok alapján),  HÁLÓZAT = 0,89, akkor az energetikai szempontból indokolt fajlagos fűtési tényező értéke: 1/(  ÉVES *  HÁLÓZAT ) Ennek megfelelően a fajlagos fűtési tényező értéke a következőképpen alakult: - 1960-ban: 1/(0,211 * 0,89) = 5,98 - 1980-ban: 1/(0,311 * 0,89) = 3,61 - 2000-ben: 1/(0,350 * 0,89) = 3,21 - 2002-ben: 1/(0,361 * 0,89) = 3,11 A kiszámolt eredmények azt mutatják, hogy ha egy adott létesítménynél a teljesítménytényező értéke a fajlagos fűtési tényező értékénél, pl. 3,11– nél nagyobb a működés idejében ill. évi átlagban, akkor makrogazdasági szinten energetikailag előnyös a villamos hajtású hőszivattyú alkalmazása.

15 SOLÉ/VÍZ ÉS VÍZ/VÍZ HŐSZIVATTYÚK MÉRÉSI ADATAI KÜLÖNBÖZŐ PRIMEROLDALI BE- ÉS SZEKUNDEROLDALI KIMENŐ-HŐMÉRSÉKLETEK ESETÉN Az alábbi táblázat néhány Hoval Herzog AG gyártmányú villamos hőszivattyú típusvizsgálatának eredményét rögzíti. A közeget jelölő betűjel utáni számok ºC-ban értendők. Forrás: WPZ Warmepumpen - Testzentrum TípusB5/W35B0/W35W10/W35 Thermalia 8PCOP = 5,1COP = 4,5COP = 5,8COP = 3,9 Thermalia 15HP COP = 5,4COP = 4,7COP = 6,0COP = 4,2

16 Az építés célja, hogy az ember mindennapi életéhez megfelelően komfortos (fűtött, hűtött, szellőztetett) környezetet biztosítson, ezért az ésszerű és hatékony energiagazdálkodás minden fogyasztónak és felhasználónak érdeke. FŰTÉS ÉS HŰTÉS GEOTERMIKUS HŐSZIVATTYÚVAL (5–30) ºC hőmérsékletű talajok, illetve sekély víztartók (mintegy 300 méter mélységig) hőtartalmát hasznosítják, a Lindal-diagram szerint legfeljebb 60 ºC-ig (Forrás: OCHSNER és WATERKOTTE cég)

17 TÁVHŐELLÁTÁS (CSOPORT-, TÖMB- ÉS TÁVFŰTÉS) KAPCSOLÁSI VÁZLATA Termelő- és visszasajtoló kúttal és hőszivattyúval, valamint csúcskazánnal Forrás: Dr Kontra Jenő, PhD egyetemi docens, tanszékvezető, 2005

18 TÖBBSZINTES ÉPÜLET HŐSZIVATTYÚS RENDSZERŰ FŰTÉSE ÉS HŰTÉSE Forrás: Ladislaus Rybach, magyar származású, nemzetközi tekintélyű professzor

19 NÖVÉNYHÁZ MELEGVIZES TALAJFŰTÉSE (HŰTÉSE) Forrás: Mary H. Dickson and Mario Fanelli: What is Geothermal Energy?

20 NÖVÉNYHÁZ MELEGVIZES ÚN. ASZTALFŰTÉS (HŰTÉSE) Forrás: Mary H. Dickson and Mario Fanelli: What is Geothermal Energy?

21 ÉPÜLETFAJTÁK FAJLAGOS ENERGIAIGÉNYEI [kWh/m 2 év] Forrás: HOVAL cég

22 ÜZEMMÓDOK A felső ábrarész: monovalens; a középső ábrarész: bivalens alternatív (vagy- vagy); az alsó ábrarész: bivalens paralel Forrás: EVN Energie Versorgung, Niederösterich Aktierngesellschaft 1994. p.6.

23 GÁZMOTOROS LEVEGŐ-VÍZ HŐSZIVATTYÚS RENDSZER

24 A LÉGSZENNYEZÉS-CSÖKKENTÉS EGÉSZSÉGÜGYI IGÉNYE Városaink levegőjének szennyezettségének káros hatását pénzben igen nehéz meghatározni. A földgáztüzelésre való áttérés ellenére ma reflektorfénybe kerül a hőszivattyúk alkalmazása. Jelzem, hogy a széntüzelés idejében a korom pl. Budapestet esztétikailag „patinássá” tette! Így az előzőekre is figyelemmel, az „igen” vagy a „nem” helyett ma már csak a „mikor” és a „hogyan” kérdését vitathatjuk meg az energiahatékonyság növelése ill. az energiamegtakarítás csökkentése hőszivattyúval témakörben.

25 OLAJKAZÁNHOZ VISZONYÍTOTT GLOBÁLIS SZÉN-DIOXID-KIBOCSÁTÁS (a villamos hőszivattyúknak lokális CO 2 kibocsátása nincs) Egy 1997-es felmérés szerint a hőszivattyúk globálisan 6% CO 2 - csökkenést eredményeztek. A felmérést végző hőszivattyús nemzetközi szervezet a programjában 2010-re 16%-os várható értéket közöl Forrás: Nemzetközi Energia Ügynökség (IEA)

26 A HŐSZIVATTYÚ JÖVŐJE MAGYARORSZÁG ENERGIAELLÁTÁSÁBAN Kitörést hozhat országunk fejlődésében megújuló energiahordozóink ésszerű felhasználásának eszköze a hőszivattyú, és e technológia elterjesztése. A jelentős mértékű energiamegtakarításhoz olyan energiahordozót használ fel, ami nem okoz szén-dioxid (CO 2 )-növekedést, sőt globálisan jelentős CO 2 - és légszennyezés-csökkenést jelent a használata. A hőszivattyús technika és technológia hazánkban a földgázprogramhoz hasonlóan sikeres lehet, azzal versenyben lehet, és végül átveheti a vezető szerepet az energetikailag is kedvezőbb megoldás. Így a környezet terhelésének mérsékelésével javulhat a lakosság egészsége, életminősége.

27 „Magyarországnak nemzetközi összehasonlításban is jelentős termálvízkészlete (az ország területének mintegy 80%-án található hévíz) és kedvező geotermikus adottságai vannak.” Forrás: Nemzeti Stratégiai Referencia Keret (NSRK) helyzetértékelése (20 oldal), mint stratégiai keretdokumentum A hőszivattyús rendszerek alkalmazására hazánknak világviszonylatban jelentős potenciálja van! FÖLDHŐ FELSZÍNI VÍZEK hidraulikus adottságaink pl. folyó, patak, tavak … KÖRNYEZETI LEVEGŐ légköri adottságaink TECHNOLÓGIAI HULLADÉKHŐ elhasznált levegő, csur- galékvíz, szennyvíz …

28 ÚJ FEJLŐDÉSI KORSZAK ELŐTT ÁLLNAK AZ ÉPÜLETGÉPÉSZETBEN A MŰSZAKI FEJLŐDÉS MAI SZINTJÉT KÉPVISELŐ, ÚJABB GENERÁCIÓJÚ HŐSZIVATTYÚS RENDSZEREK, AMELYEKNEK HAZAI ELTERJEDÉSÉT INDOKOLJA Az energiahatékonyság és a környezetvédelem növekvő szerepe, az energiaárak állandósult növekedése, a hőerőművi energiatermelő berendezések átlagos hatásfokának emelkedése, a decentralizált energiatermelés és a kapcsolt energiatermelés térhódítása, η HÁLÓZAT = 1, és az η ÉVES jelentős emelkedése, a motorgyártás (villamos és belső égésű motor) és a hűtéstechnika, ezen belül különösen a kompresszorok (az oda-vissza mozgó, alternáló dugattyú helyett a forgódugattyús kompresszor családba tartozó, orbitális mozgást végző ún. scroll-kompresszor ), a munkaközegek és a szabályozások-vezérlések (beleértve a hajtást ill. a fordulatszám-szabályozást is) gyors fejlődése, az épületek fokozott légzárása és hőszigetelése, valamint a kishőmérsékletű sugárzó fűtések és hűtések szaporodása, a légfűtés és a mesterséges (gépi) szellőzés növekvő száma.

29 HELLER LÁSZLÓ TERV, EGY MUNKAHELYTEREMTŐ KEZDEMÉNYEZÉS A javaslat időszerűségét és döntési állapotba való hozását az EU épületenergetikai direktívájának közelmúltban történt bevezetése is indokolja. Különösen fontos hangsúlyozni, hogy jelenleg Magyarországon 50–60% között van a hőtechnikai célú energiafelhasználás aránya. Sajnálatos, hogy hosszú idő óta még az illetékes személyek is „agyonhallgatják" a hőenergia-fogyasztás (nevezetesen: fűtés + hűtés = 50–60%) fontosságát, ami a másik két energiafogyasztásunk összegét (villamos energia + közlekedés) is meghaladja, pedig ez minden EU-s vonatkozó anyagban kiemelten szerepel: pl. Az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet, amely a fentiekben említett EU-direktíva bevezetésének első jogszabálya. Jelzem, hogy a lakossági energiafogyasztásnak kb. 70%-a fűtés és használati meleg víz fogyasztás (ebből a hmv. kb. 11%).

30 HELLER LÁSZLÓ TERV, EGY MUNKAHELYTEREMTŐ KEZDEMÉNYEZÉS Sem ezt az előadást, sem a Heller-program kapcsolódó fejezeteit nem kell kiegészíteni egy Cash Flow (CF) és nettó jelenérték- (NPV) számításra alapozott költség-haszon elemzéssel, amely releváns technológiai variánsok (napkollektorral, vagy anélkül stb.) esetében bemutatná például - egy átlagos újépítésű családi ház; - egy átlagos újépítésű társasház; - egy átlagos, felújításra váró – eredetileg nem padlófűtéses – családi ház; - egy átlagos, felújításra váró – eredetileg nem padlófűtéses – társasház stb. eseteiben a rendszer kiépítésének beruházási költségét, élettartamát, az üzemeltetési és karbantartási költséget, mind a jelenlegi energiaárak, mind az esetlegesen várható energiaárak esetére, és ezzel szembeállítaná az éves és a teljes költségmegtakarítást (energia- és anyagmegtakarításból stb.) jelenértéken. Ugyanis ilyen számítások hiányában is lehet megalapozottan döntést hozni a hőszivattyús technológia elterjesztésének támogatásáról és támogatási intenzitásáról, a Heller programról!

31 Remélem, sikerült érthetően, röviden megfogalmaznom a hőszivattyúk energetikai szerepével kapcsolatos gondolataimat. MEGKÖSZÖNÖM SZÍVES FIGYELMÜKET A HELLER-PROGRAMHOZ KAPCSOLODÓ MOTTÓVAL: „Ha azt kérdezik, hogy nem késtünk-e el, hogy visszafordítható-e még az a rombolás, amit az emberiség ejtett a természeten, a válaszom az, hogy nem késtünk el. Amíg él az akarat, addig sosincs késő. Ha pedig az emberek közösen akarnak valamit, akkor azt meg is teszik, ezáltal érvén el céljukat, bármi is legyen az.” Teller Ede Szerző: Komlós Ferenc Elérhetősége: komlosf@pr.hukomlosf@pr.hu