VII. Villanyszerelő Konferencia Bourbon Rendezvényház, 1146 Budapest, Abonyi u. 22.

1

VII. Villanyszerelő Konferencia Bourbon Rendezvényház, 1146 Budapest, Abonyi u. 22.

Előadás címe (2008. október 13. 12:00–12:45):

Hőszivattyúk.Tervezés, kivitelezésElőadó:

Komlós Ferencokl. gépészmérnök, épületgépészny. minisztériumi vezető főtanácsosE-mail: [email protected]

A fenntartható fejlődés útja: az emberhez méltó környezet létrehozása

Forrás: a rajz Handbauer Magdolna grafikus munkája

mailto:[email protected]

2

VII. Villanyszerelő Konferencia Komlós Ferenc: Hőszivattyúk. Tervezés, kivitelezés

Az előadásomat a Heller-tervhez kapcsolható

mottóval kezdem:

„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

3


Függőségünk Oroszországtól (forrás: TIME 2008. szept. 15.)

4


Fogalmak (1)Hőszivattyú

• Olyan berendezés, amely egy tér adott hőmérsékletén hőt vesz fel és megnövelve azt egy másik térben nagyobb hőmérsékleten adja le.

• Amikor a hőszivattyú hőt termel (pl. helyiségfűtésre vagy vízmelegítésre) fűtő üzemmódban, amikor hőt von el (pl. helyiséghűtésre), akkor pedig hűtő üzemmódban üzemel.

• Ha a kondenzátoroldalon termelt hő hasznosítása a cél, és a hűtést nem hasznosítjuk, akkor a hőszivattyú „egycélú” berendezés, míg a fűtésre és hűtésre egyaránt alkalmas hőszivattyút „többcélú” berendezésnek nevezzük. A többcélú hőszivattyúval egyidejűleg lehet fűteni és hűteni is, ezért használata energiatakarékossági okok miatt rendkívül jelentős. Példa erre egy olyan hőszivattyú, amelyik a műjégpályánál hűt, a mellette lévő uszodában pedig fűt. Az egyidejű kettős hasznosítás a COP -t (a teljesítménytényezőt) megtöbbszörözheti.

5


Fogalmak (2)Teljesítménytényező (COP, coefficient of performance)• A hőszivattyú leadott fűtőteljesítményének és effektív

teljesítményfelvételének az aránya. • Korábban ε (görög epszilon) volt a jele. Szószerinti fordítása:

teljesítménytényező, de teljesítményszámnak vagy munkaszámnak, jóságfoknak is nevezik.

Munkaközeg• Azt az anyagot nevezzük munkaközegnek, amely a

hőszivattyú körfolyamatában kis hőmérséklet és kis nyomás mellett hőt vesz fel az elpárologtatóban, majd nagyobb hőmérsékleten és nagyobb nyomás mellett hőt ad le a kondenzátorban [az egyik hőátadó felületen párolgás (forrás) a másikon pedig kondenzáció (cseppfolyósodás) lép fel].

6


Fogalmak (3)• Ha a körfolyamat ideális, akkor adott hőmérséklethatárok

között (pl.: TC és T0) a Carnot-féle körfolyamatnak van a legnagyobb hatásfoka (), ill. teljesítménytényezője (COP). Azonos hőteljesítmény eléréséhez ez a körfolyamat használja fel a legkevesebb energiát. Az ideális (Carnot-) körfolyamat hatásfoka, illetve teljesítménytényezője csupán az ún. két hőtartály (hőforrás és hőelnyelő, illetve a hőszolgáltatás) abszolút hőmérsékletétől (TC és T0) függ, ahol

T [K] = t [°C] + 273

• A hőszivattyúra jellemző elméleti ún. COPCarnot a kondenzátor és az elpárologtató hőmérséklet-adataiból kiszámolható:

COPCarnot = TKondenzátor / (TKondenzátor – TEpárológtató)

7


A hőszivattyús rendszer elvi vázlata(ún. zöldhő a hőforrás)

Hőforrás(megújuló energia

és/vagy hulladékhő)

Bevezetett energia

(villamos energia, biogáz, biodízel, bioetanol stb.)

Hasznos energiapl. fűtés, hűtés, használati meleg víz

Hőszivattyú (hőelvonás és hőleadás)

8


Idealizált Carnot-féle körfolyamatok két-két hőmérséklethatár között,

négyféle felhasználási cél elérése érdekében

9


A hőszivattyúk energiaforrása az ún. „zöldhő”:

- a felső három vázlatrajz aföldhő (talajhő),

- a középső kettő a talajvízilletve a felszíni víz,

- az alsó kettő a levegő(napenergia) hasznosításátábrázolja vázlatosan.

Forrás: VAILLANT cég

10

VII. Villanyszerelő Konferencia Komlós Ferenc: Hőszivattyúk. Tervezés, kivitelezés Hőszivattyús rendszer

Forrás: EVN Energie Versorgung, Niederösterreich Aktiengesellschaft 1994. p. 4.

11


Hőszivattyúk jellemző üzemmódjai (1)A hőszivattyúk üzemmódja elsősorban a meglévő hőelosztó ill. hőleadó

rendszer által támasztott követelményektől és a hőforrástól függ.

Monovalens üzemmód esetén a hőszivattyú a hőigényt egyedül is fedezni képes! Ilyenkor a külső falak, a padló, a mennyezet jó hőszigetelése, a hőszigetelt üvegezés és a kishőmérsékletű fűtési rendszer alkalmazhatósága jelenti a

kedvező építési adottságokat.

12

VII. Villanyszerelő Konferencia Komlós Ferenc: Hőszivattyúk. Tervezés, kivitelezés Hőszivattyúk jellemző üzemmódjai (2)

A hőszivattyúkat új épületeknél célszerű általában

monovalens üzemmódú berendezésre tervezni. Bivalens üzemmód esetén a hőszivattyú a hőigényt nem egyedül fedezi!

A bivalens pontot gazdaságossági számítással kell meghatározni.

Hőszivattyú „alternatív-bivalens” üzemmódja

13

VII. Villanyszerelő Konferencia Komlós Ferenc: Hőszivattyúk. Tervezés, kivitelezés Hőszivattyúk jellemző üzemmódjai (3)

Bivalens üzemmód esetén a hőszivattyú a hőigényt nem egyedül fedezi. Ennek az üzemmódnak három alapváltozata van:

• Az „alternatív-bivalens” üzemmódban a hőszivattyú csak kis terhelésnél működik, és bizonyos terheléshatár fölött a kiegészítő fűtőberendezés veszi át a teljes szerepet. A kiegészítő fűtőberendezés teljesítménye ebben a kapcsolásban a maximális hőterhelés fedezésére is elegendő kell legyen. Tehát ennél az üzemmódnál a hőszivattyú és a kazán sosem üzemel egyszerre. Felújítási munkáknál elterjedt pl. amikor a meglevő kazánt továbbra is használni szeretnék.

• A „soros-bivalens” üzemmódban a hőszivattyú viszi az alapterhelést, és a kiegészítő fűtés csak akkor kapcsolódik be, ha a hőszivattyú egyedül már nem képes a teljes feladatot ellátni. Ilyenkor a kiegészítő fűtés teljesítménye a fűtési hőszükséglet és a hőszivattyú fűtőteljesítménye közti különbség.

• A „alternatív/soros-bivalens” üzemmódban a fűtést a szezon kezdetén a hőszivattyú egyedül látja el. A hőszükséglet növekedésekor egy bizonyos határig a hőszivattyú és a kiegészítő fűtőberendezés soros kapcsolásban együtt üzemel, majd amikor a hőszivattyú a részterhelést nem képes már fedezni, lekapcsolódik, és a teljes fűtési hőterhelést a – maximális fűtési hőigény ellátására méretezett – kiegészítő fűtés veszi át.

14

VII. Villanyszerelő Konferencia Komlós Ferenc: Hőszivattyúk. Tervezés, kivitelezés Földhőhasznosítás zárt hurkos csövezéssel, vízszintes

kollektorral, sólé/víz (B/W) hőszivattyúkkalForrás: Villavärmepumpar, Energimyndighetens sammanställning av värmepumpar för småhus

15

VII. Villanyszerelő Konferencia Komlós Ferenc: Hőszivattyúk. Tervezés, kivitelezés Földhőhasznosítás zárt hurkos csövezéssel, függőleges

kollektorral, sólé/víz (B/W) hőszivattyúkkalForrás: Villavärmepumpar, Energimyndighetens sammanställning av värmepumpar för småhus

16

VII. Villanyszerelő Konferencia Komlós Ferenc: Hőszivattyúk. Tervezés, kivitelezés Földhőhasznosítás nyitott rendszerű, ún. kétkutas,

víz/víz (W/W) hőszivattyúvalForrás: Geowatt Kft.

17

VII. Villanyszerelő Konferencia Komlós Ferenc: Hőszivattyúk. Tervezés, kivitelezés Levegő/víz (A/W) hőszivattyú fűtésre és HMV készítéséreMegjegyzés: itt a split készülék (levegő/víz hőszivattyú) kültéri egysége a

környezeti levegő energiáját hasznosítja, a beltéri hidraulikus modul adja át a hőenergiát a radiátoros padlófűtésnek és a HMV tárolójának.

Forrás: DAIKIN cég

18


Igény a hőszivattyúzásra (1)• Az energiaárak emelkedésével egyre inkább előtérbe kerül az energiatakarékosság. • A tervezők, a beruházók és az építtetők általábanelvétve terveznek jobb hőszigetelést, kevesebbenergiafogyasztást egy új, vagy egy felújításra kerülőépülethez, mint amit a jogszabályok kötelezővétesznek, ezért a hőszivattyús rendszerek hosszútávúalkalmazására kell felkészülnünk.• Az energiafogyasztás és a káros anyagkibocsátásának csökkentésére sokféle műszakimegoldás van. • Az épületekben felhasznált energia csökkentéseelengedhetetlen országunk energiamérlegének javításához avárosok (települések) légszennyezés-csökkentéséhez.

19


Igény a hőszivattyúzásra (2)• Magyarországon napjainkban a műszakilag

elhasználódott belvárosok, belső kerületek teljes körű újjáépítését és felújítását végzik a nagyvárosokban és a kisebb településeken.

• Megújulnak az egyes lakó- és középületek. • Fel kell készülnünk, elsősorban a környezetkímélő, ún.

passzív építészeti eszközök megismerésére, elterjesztésére és használatára[1].

• A passzív eszközök lényege, hogy az épületet megvédjük a külső hatásoktól, és csak elkerülhetetlen végső esetben alkalmazzunk gépészeti eszközöket fűtésre ill. hűtésre.

[1] Forrás: Dr. Zöld András: Az épületek nyári felmelegedése elleni védekezés természetes lehetőségei. Tervezési Segédlet, OLÉH/VÁTI Kht. 2006.

20


Igény a hőszivattyúzásra (3)

A passzív épület szabványai a hőfelhasználás különösen hatékony módját írják elő, függetlenül attól, új vagy felújított épületnél alkalmazzuk.

A hőszivattyú világszerte elismerten energetikailag a leghatékonyabb fűtési-hűtési technológia, az energiatakarékosság és a CO2-kibocsátás csökkentésének kulcseleme.

Napjaink − és a jövő − technikájával kapcsolatban azt is fontos jelezni, hogy nemcsak a hőforrás, hanem a hőszivattyú működtetése, illetve a bevezetett energia is származhat nem fosszilis eredetű energiahordozótól.

21


Igény a hőszigetelésre

• Energiatakarékos házaknak nevezzük az átlagostól jobb hőszigetelésű, kis energiafelhasználású, és az ún. passzívházakat. Az energiatakarékos házakat energiafogyasztásuk 1,0 m2 alapterületre vetített éves (jele: a) fűtési igénye alapján határozzák meg.

• Szokásos elnevezésük alapja történelmi okból a fajlagos olajfogyasztás. Jó közelítéssel:

1 liter tüzelőolaj fűtőértéke ~ 1 m3 földgáz fűtőértéke ~ 10 kW h/(m2 a)

• Kis energiafelhasználású ház, Svájcban Minergiehaus-nak nevezik: max. 60 kW h/(m2 a)

• 3 literes ház, vagy Ultrahaus, vagy Minergie-Plus Haus (Svájcban): max. 30 kW h/(m2 a)

• Passzívház: max. 15 kW h/(m2 a)

22


ÉpületszerkezetekHozzánk hasonló klímaadottságú osztrák és német területeken akövetkező hőszigetelési jellemzőjű szerkezeteket használnak(általánosságban):

• talajon fekvő padló: 0,25 W/(m2 K);• pincefödém: 0,35 W/(m2 K);• külső fal: 0,25 W/(m2 K);• lapostető: 0,20 W/(m2 K);• beépített magastető: 0,15 W/(m2 K);• ablakok: 1,20 W/(m2 K).

Falfűtési megoldásnál hangsúlyozni szükséges:

a külső fal hőátbocsátási tényezője legfeljebb 0,25–0,35 W/(m2 K)legyen.

Az egy- vagy többrétegű épülethatároló szerkezet hő- és páratechnikaiellenőrzését ill. méretezését a falfűtés és a falhűtés szempontjából is elkell végezni.

23


Az utólagos hőszigetelést az épületszerkezetek külső oldali felületén kell elhelyezni

●Ökölszabályként mondhatjuk, hogy a régi hagyományos építésű tömör

téglaépületek esetében elfogadható a táblás műanyaghab hőszigetelő

anyagok használata, míg üreges téglák esetében a szálas hőszigetelő

anyagokat célszerű alkalmazni, és kerülni kell a műanyag külső és belső

vakolatot valamint a festést a felületkezeléseknél. ● Hagyományos vagy új építésű vályogfalra a perlitvakolattal

tűzbiztossá tett, nádból készült hőszigetelést javaslom.

● Az utólagos hőszigetelés növeli a külső fal hőtároló képességét.

● Az épület határolószerkezetein keresztül nemcsak kifelé, hanem befelé

is terjedhet a hő! A déli és nyugati oldalon elhelyezett ablakok

napkollektorként befolyásolják a fűtőenergia-/hűtőenergia-

felhasználást.

● Szokás mondani, hogy az árnyékolás és a hőszigetelés ikertestvérek.

24


Összehasonlításképpen – hagyományos téglaház: 250–300 kWh/(m2 a) – blokktégla ház: 160–180 kWh/(m2 a)– mai magyar előírás: 100–120 kWh/(m2 a) (a magyar energiatanúsítvány szerinti „C” fokozat) – mai német előírás: 70–80 kWh/(m2 a) (hamarosan további szigorítása következik)

Szellőztetés• Minden élő szervezet, életműködésének legfontosabb feltétele a

kellő mennyiségű, tiszta levegő. Feltétlenül szükséges a helyiségekben a levegő cseréjéről, az elhasználódott levegő és a fölösleges nedvesség eltávolításáról folyamatosan gondoskodni!

• Korszerű épületeknél a fűtés (hűtés) ellenőrzött szellőztetéssel párosul (legkorszerűbb a hőszivattyús hőhasznosítás).

• Az energiatakarékos folyamatos gépi szellőztetéssel biztosítani lehet a megfelelő légcserét: pl. lakásnál n = 0,5–0,6 1/h.

25


Hőszivattyús

rendszerek

változatai,

családi ház

fűtéséhez

Forrás: HAUTEC cég

26


Hőszivattyúk általános csoportosítása• Külsőlevegő–levegő hőszivattyú: külsőlevegős hőnyerési

mód, levegős hőleadó rendszer;• Távozólevegő–levegő hőszivattyú: távozólevegős

hőnyerési mód, levegős hőleadó rendszer;• Víz–levegő hőszivattyú: nyitott rendszerű hőnyerési mód,

levegős hőleadó rendszer;• Folyadék–levegő hőszivattyú: zárt rendszerű hőnyerési

mód, levegős hőleadó rendszer;• Külsőlevegő–víz hőszivattyú: külsőlevegős hőnyerési mód,

vizes hőleadó rendszer;• Távozólevegő–víz hőszivattyú: távozólevegős hőnyerési

mód, vizes hőleadó rendszer;• Víz–víz hőszivattyú: nyitott rendszerű hőnyerés, vizes

hőleadó rendszer;• Folyadék–víz hőszivattyú: zárt rendszerű hőnyerési mód,

vizes hőleadó rendszer.

27


Svédország hőszivattyú statisztikájaForrás: Svéd Hőszivattyú Társaság (SVEP)

28


Hőszivattyús tarifa differenciálása COPéves alapján

• A COPéves érték nemcsak a hőforrás adatainak afüggvénye, hanem a teljes épületre (építményre)vonatkoztatva a hőszivattyús rendszer létesítésének ésüzemeltetésének is a függvénye.

• A fogyasztói hálózat hőmérséklete (tkondenzátor) és ahőforrás ill. a környezet hőmérséklete (telpárologtató)különbségét (tkondenzátor – telpárologtató) igyekezzünk azüzemeltetés során a rendszer szabályozásával – pl. azelőírt hőkomfort betartása mellett – folyamatosan alegkisebb értéken tartani.

• Sajnálatos, de még mindig sok esetben „elszúrt” hőszivattyúsrendszerek megvalósításáról kapunk információt.

29


Kompresszoros hőszivattyús rendszer napkollektorral

30


Távozólevegő–víz hőszivattyús passzívház központi szellőzésének elvi vázlata és külsőlevegő–levegő

hőszivattyú ill. légkondicionáló berendezés elvi rajza (mindkét esetben az ún. zöldhő a hőforrás)

Forrás: ÉTK TS és Villavärmepumpar, Energimyndighetens sammanställning av värmepumpar för småhus

31


Debreceni családi ház napkollektoros hőszivattyús rendszerérének fotói (2005)

Forrás: GEOWATT Kft.

32


Keszthelyi zöldtetős gerendaház

padlófűtése levegő-víz hőszivattyúvalForrás: HungLogHome Kft. (2007-ben építése folyamán készült fotó)

33


Vízszintes elrendezésű talajkollektoros villamos hőszivattyú COP, ill. teljesítménytényezőjének (ε) változása a talajkollektorban áramló

hőhordozó közeg hőmérsékletének függvényében, különböző (35, 45 és 55 °C-os) fűtési előremenő vízhőmérsékletek esetén

Forrás: LODAM cég

34


A hőleadó rendszer főbb követelményei hőszivattyús alkalmazások esetén

• Legyen képes a külső léghőmérséklet függvényében általában 30–45 °C-os előremenő fűtővíz-hőmérséklettel ellátni az épület hőigényét.

t üzem közbeni értéke (az előremenő és a visszatérő fűtővíz hőmérséklet-különbsége) általában 5–7 °C-nál nagyobb ne legyen (kivétel: radiátoros fűtés).

• A hőleadók elhelyezésénél elsődleges szempont legyen az optimális hőérzet biztosítása;

• A zaj- és a huzathatás ne legyen nagyobb a megengedettnél.

• Minél kevesebb helyet foglaljon el a lakótérből.

35


Falfűtés helyes elhelyezése

(ablak alatt és mellett) Forrás: VITADOM cég

36


Szakmai tapasztalat (1)• Jelzem, hogy sokszor hőérzeti és energiatakarékossági

okból mennyezetfűtés (födémfűtés) a helyes fűtési megoldás.

• Amennyiben egy rendszeren belül fal, padló, fan-coil, kalorifer stb. hőleadók fordulnak elő, a helyes tervezői magatartás az, ha ezeket egyforma, max. 42 °C / 35 °C-os hőmérsékletlépcsőre tervezzük, és a rendszer külső hőmérséklettől függő szabályozását a hőszivattyú puffertárolójának vízhőmérséklet-szabályozására bízzuk.

• A hőleadó rendszer szabályozása szintén jelentősen befolyásolja a hőszivattyús rendszerrel elérhető COPéves értéket. A szabályozási mód kialakításánál itt is a hőszivattyú által támasztott, a COP értéket maximalizáló igényekből kell kiindulni. A fűtési rendszert és annak szabályozását úgy kell kialakítani, hogy annak mindegyik eleme a lehető legkisebb hőmérsékleten legyen képes működni.

37


Szakmai tapasztalat (2)

• A falfűtés belső falon való elhelyezése nemcsak hőkomfortszempontjából kedvezőtlen, mert nem ellensúlyozza a hidegablakfelület és külső fal sugárzó hatását, hanem jelentősenlerontja az energiahatékonyságot, mert ilyenkor aléghőmérsékletet kell növelni.• Hangsúlyozni szükséges: a külső fal hőátbocsátási tényezőjelegfeljebb 0,25–0,35 W/m2 K legyen. Az egy- vagy többrétegűépülethatároló szerkezet hő- és páratechnikai ellenőrzését ill.méretezését a falfűtés és a falhűtés szempontjából is el kellvégezni. • A falfűtés a megemelt belső falhőmérséklet miattpáratechnikailag is kedvezőbb: pl. a műemlékek nedvesedőfalainak szárítására, penészesedések elhárítására is alkalmas.

38


Két egyenlő lehűlési körülmények között lévő helyiség kellemes hőérzet melletti hőmérsékleti viszonyai tagos

radiátor és mennyezeti sugárzófűtés esetén Forrás: Réti Márton okl. gépészmérnök: Korszerű központi fűtések tervezése, számítása és

Kivitele, Budapest, 1941. KILIÁN FRIGYES utóda m. kir. Egyetemi könyvkereskedése

A helyiség Hagyományos radiátoros

fűtés

Mennyezetfűtés

- levegőjének átlaghőmérséklete [°C] 20 18

- mennyezetének hőmérséklete [°C] 22 35

- padlójának hőmérséklete [°C] 18 22

- belső falainak hőmérséklete [°C] 19 20

- külső falainak hőmérséklete [°C] 15 17

39


Felületfűtés (padfűtés) ill. modern „kemencepadka”Forrás: VARIOTHERM cég

40


Ajánlott irodalomTekintettel arra, hogy az Építéstudományi Egyesület (ÉTE) Hőszivattyús Szakosztályának Elnökségi tagjavagyok, és a Magyar Napenergia Társaság (MNT) Szoláris hőszivattyús rendszerek munkacsoportját isképviselem, szólok a hazai hőszivattyús technika néhány személyemhez kötődő, de a közérdeklődés számáragondolom fontos, időszerű kérdéséről.

1) Komlós F.: Lakossági tájékoztató anyag (Klímapolitika előlap + 77 old.)A kiadvány letölthető: http://klima.kvvm.hu/index.php?id=48 illetve aKörnyezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium honlapjáról: www.kvvm.hu Klímapolitika című szakmai honlapok, [a Kibocsátás-csökkentés címűrovatból 2007. október 8-án lett ide feltöltve.]

2) Komlós Ferenc – Fodor Zoltán – Kapros Zoltán – Vaszil Lajos: Hőszivattyúzás Energia Központ Kht. „Csináljuk jól!” energiahatékonysági sorozatának 22. számú kiadványa, 2008.( http://www.mek.hu/index.php?option=com_content&task=view&id=564&Itemid=52 )Folyamatban van ennek a kiadványának jelentős átdolgozása ésbővítése kétnyelvű (magyar-angol) könyvként. Dr. Vajda József tanár úr az újszerzőtársunk.

3) F. Komlós: Heller Programme, Utilisation of Renewable Energy Sources with Heat Pumps pp. 89-948th INTERNATIONAL CONFERENCE ON HEAT ENGINES AND ENVIRONMENTAL PROTECTION May 28–30, 2007 Hotel Uni, Balatonfüred, Hungary ( http://epiteszforum.hu/node/6037 )

4) Komlós Ferenc: Hőszivattyús rendszerek 6. rész, 8.1. fejezet (2+44 oldal). 36. Az építészeti-műszaki tervezés aktuális előírásai. Gyakorlati kézikönyv. Verlag Dashöfer Szakkiadó Kft. és T. Bt. A vonatkozó CD−ROM kiadása: 2008. augusztus.

http://klima.kvvm.hu/index.php?id=48








http://www.kvvm.hu/

http://www.mek.hu/index.php?option=com_content&task=view&id=564&Itemid=52

http://www.mek.hu/index.php?option=com_content&task=view&id=564&Itemid=52

http://epiteszforum.hu/node/6037

VII. Villanyszerelő Konferencia Bourbon Rendezvényház, 1146 Budapest, Abonyi u. 22.

Documents