Miért éppen hőszivattyú?


A hőszivattyú alkalmazását indokolja a gyorsulva emelkedő földgázár és a hűtési üzemmódban lényegesen magasabb hatásfok a léghűtéses folyadékhűtőkhöz képest mind fűtési és hűtési üzemmódban. A földgáz fogy, egyes területekre nem gazdaságos szállítani (távvezetéket kiépíteni), de áramot sok energia átalakításával lehet termelni (maghasadásból, szén, vagy energiafű égetéséből hőerőművel, napenergiából a napcella által közvetlen átalakításával, közvetett módon szélerőművel, vagy vízerőművel, esetleg magas entalpiájú hévízforrásokra telepített hőerőművel).

Vizsgáljuk meg, hol is lehet alkalmazni a hétköznapi életben. Itt nem az épületek mérete, ami határt szab az alkalmazásnak, hanem a műszaki környezet és a fantáziánk. Ahhoz, hogy valóban gazdaságos legyen telepíteni, üzemeltetni egy hőszivattyút, hőszivattyús rendszert, pár dolgot meg kell vizsgálni.

Tévhit, hogy a hőszivattyú egy csodaszer az energiaár növekedés kivédésére. Önmagában nem az. Meg kell teremteni az ideális környezetet is a gazdaságos üzemeltetéshez. Könnyen belátható, hogy a forrásoldal és a fogyasztói oldal hőmérsékletétől jelentősen függ a hőszivattyú legfontosabb paramétere, a munkaszám. Minél távolabb vannak ezek egymástól, a kompresszornak annál több munkát kell elvégeznie, ami rontja a munkaszámot, a gazdaságosságot.


Milyen irányban haladjunk?


Hőforrás

Ne felejtsük el, hogy a munkaszám a forrásoldal hőmérsékletétől is függ. Éppen ezért keressünk minél melegebb, nagy hozamú hőforrást. Ebből a szempontból a nyíltvizes kút a legjobb megoldás, ha van víz a területen és a talaj nyelőképességével sincs baj. Ugyanis a termelőkútból kiemelt, a hőszivattyún átfolyt vizet vissza kell engedni ugyanabba a rétegbe, ahonnan kivettük. A kiemeléssel nem szokott akkora gond lenni, mint a visszasajtolással. Szerencsés esetben a víz visszafolyik a nyelőkút nyomás alá helyezése nélkül. Ha a szivattyúval nyomás ellenében valóban sajtolni kell, akkor a rendszer áramfelvétele megnő és rontja a rendszer hatásfokát. A nyelőkút ellenállása a használat során csak tovább nő, ezért jellemzően 2 nyelőkutat szoktak építeni egy forráskúthoz.

Különleges eset, amikor a hőszivattyút hévíz kútra telepítjük. Ez azért fordul elő, mert a hévíz kút hőjét egy egyszerű hőcserélőn csak korlátozott hőmérsékletig tudjuk hasznosítani. Az alsó határt a szekunder (fogyasztó) kör határozza meg. Ha felületfűtést (fal-, padló-, mennyezetfűtést) táplálunk, akkor a hőcserélőn tervezett hőfokeséssel együtt kb. 35°C-ig tudjuk elvenni a hőt a hévízforrástól. Ha 15°C-al akarjuk visszasajtolni a vizet, akkor a többi hőt csak hőszivattyúval lehet elvonni, hasznosítani.

Ha nincs lehetőség kutakat kiépíteni, akkor jön szóba a vertikális szonda. Ez alacsonyabb hőmérsékletű lesz, mint a nyíltvizes rendszer és jelentős többletköltséget is okoz. Alapszabályként elmondható, hogy a szondarendszer annyiba kerül, mint maga a hőszivattyú, vagyis jelentősen megemeli a beruházási költséget. Előnye, hogy helyes méretezés esetén gazdaságosabb tud lenni, mint a gázfűtés és az üzemeltetésnél nincs változás, mint a vizes rendszernél, nincsenek szűrési, karbantartási gondok, a homokszemcsék, vagy az oldott sók nem károsítják a hőszivattyú elpárologtató hőcserélőjét.

Ha egészen kis rendszerről, vagy csak időszakaszos használatról van szó, illetve sem kút-, sem szondafúrásra nem gondolhatunk (pl. Budán a barlangok felett szóba se jöhet egyik megoldás sem), valamint földgáz vezeték sincs kiépítve, jó megoldás lehet a levegős hőszivattyú is, ha automatikus rendszerre van szükségünk. Lehetséges olyan alkalmazás is, ahol időszakosan a fűtési rendszernek csak kis részét kell felfűteni és ezért gazdaságtalan az egész épületet fűteni. Ilyen lehet egy iskola egyetlen tantermében folyó hétvégi oktatás. Erre a feladatra az egyszerű telepítés, kis beruházás és az időszakos használat miatt gazdaságos lehet a levegős hőszivattyúval fűteni a tantermet, ami a fűtési rendszerből ki van szakaszolva erre az időre. Egy faelgázosító kazán általában olcsóbb üzemet tud biztosítani, de gondozásigénye van és ez nem mindig oldható meg.


Engedélyeztetés

A hőforrást, amennyiben kút-, vagy szondarendszer, engedélyeztetnünk kell. Elmondható, hogy a szondákat nagyobb költségvonzatuk ellenére szívesen alkalmazzák, mert egyszerűbb nagy rendszerekhez engedélyeztetni, ráadásul a kutak koncentrált nagy vízhozam igénye pedig akár az épületre nézve statikai problémákat is felvethet. A szondák tervét a területileg illetékes bányakapitányságnál, a kutak tervét pedig a területi vízügyi felügyelőségnél kell engedélyeztetni. A hivatalos ügyintézési idő 60 nap, de Budapesten nem lehet ennyi időn belül engedélyt kapni. A hivatalok túl vannak terhelve és a társhatóságok is késlekednek.

 

 

Hőszigetelés

Először vizsgáljuk meg az épületet, hogy milyen hőszigeteltségű. Ha az épületünk rosszul hőszigetelt, az energiaigényünk nem fog csökkenni. Tehát először hőszigetelni kell. Amennyiben itt megtettünk maradéktalanul mindent, akkor léphetünk csak tovább. Hőszigetelés nélkül előállhat az a szerencsétlen helyzet, hogy gondos munka ellenére is olyan magas előremenő hőmérsékletű vízzel kell fűtenünk, ami a gazdaságos üzemet lehetetlenné teszi. Akkor jó egy épület hőszigeteltsége, ha a négyzetméterenkénti hőveszteség kevesebb, mint 50Watt. A hőszigetelésnek van még egy pozitív hatása a hőszivattyús beruházásra. Nemcsak a berendezés fogyasztása, hanem a névleges teljesítményigény is csökken.


Hőleadók

Adott fűtőszerkezet hőleadása a fűtővíz közepes hőmérsékletének arányában nő. A hőszivattyú hőleadó (fűtő-) körének hőmérsékletét nem növelhetjük büntetlenül. Ha van alternatív energiaforrás, meg kell vizsgálni, hogy milyen munkaszám-egyenértékkel kell azt figyelembe venni. A hőszivattyúk elsősorban tervezőknek szóló adatlapján leolvasható, hogy milyen előremenő hőmérséklet mellett milyen munkaszámmal üzemel, egy gyakorlott tervező hamar megállapítja, képes-e versenyezni a hőszivattyú a konkurens fosszilis energiával. Ennek a fejezetnek a készültekor, 2008 májusában a földgázra számított COP-egyenérték magán felhasználókra érvényes energiaárakon már csak 3. Egy évvel ezelőtt még 3,2 volt. Nem is a konkrét érték a fontos, hanem a trend. Egyre könnyebb a földgázüzemmel versenyezni a hőszivattyúnak.

A méretezési előremenő hőmérséklet a fűtőeszközt és annak felületét határozza meg. A hőmérsékleteknél gondoljunk csak a radiátorra, vagy a padlófűtésre. A padlófűtés felülete nagy, hőmérséklete alacsony, mégis képes felfűteni az adott helyiséget, épületet. Tehát minél nagyobb fűtőfelületet vagyunk képesek beépíteni, annál alacsonyabb hőmérsékletet kíván a rendszer. Ez nagyon fontos, mert sok problémától menthetjük meg magunkat, ha például nem radiátoros fűtési rendszerrel építjük össze a hőszivattyút. A radiátorok tényleges hőleadása nagyban függ a fűtővíz közepes hőfokától. Kivételes esetekben lehet gazdaságos, ha mégis radiátoros rendszerre csatlakozunk. Pl. amikor nincs más, olcsóbb alternatív energiaforrás és eddig mondjuk elektromos kazánnal fűtöttünk, de ez, vagy az ehhez hasonló eset tényleg kivételes. A legmegfelelőbb hőleadók a padló-, fal- és mennyezetfűtések. Ezeket tetszőlegesen kombinálhatjuk. Minél többet építünk be a fűtendő-hűtendő térbe, annál magasabb munkaszámot érhetünk el a hőszivattyúnál az alacsonyabb előremenő hőmérséklettel. A szokásosnál alacsonyabb előremenő hőmérsékletű fűtővíznél a fan-coilokkal érhetünk még el jó eredményeket, mert a hőleadást a beépített ventilátor intenzívvé teszi, ezen kívül hűtésre is alkalmas.


Hőszivattyú

Elsősorban nem az határozza meg a hőszivattyú minőségét, alkalmasságát, hogy hol, melyik országban készült. Sokkal fontosabb, hogy milyen szolgáltatásokkal rendelkezik a vezérlése. Képes-e az előremenő hőmérsékletet a külső hőmérséklet függvényében szabályozni, ismeri-e a HMV előnykapcsolást, van-e napi, heti időprogramja, képes-e tartalék fűtőeszközt indítani meghibásodása esetén, hűtés üzemben képes-e a párakicsapódást figyelni és beavatkozni, hány fűtő/hűtő kört tud kezelni, illetve képes-e az aktív hűtésre.


Megtérülés

A számításoknál a beruházási és az üzemeltetési költséget kell figyelembe venni. Az üzemeltetésben benne van a működéshez szükséges energia, az emberi erőforrás és az időszaki karbantartás és felülvizsgálat. Jellemzően új épületeknél, ahol figyelembe vették már tervezéskor, hogy hőszivattyú fog fűteni-hűteni, 7-10 év alatt a beruházási többletköltségek megtérülnek az üzemeltetésből. Meglévő épületek felújításánál több időre számíthatunk, mert a felújítás mindig több költséggel jár és az eredmény soha nem olyan tökéletes, mint egy új építésnél. Ennek ellenére itt is várható a 10-14 éven belüli megtérülés.


Kapcsolódás meglévő rendszerekhez


Előfordulhat az a teljesen átlagos eset, hogy a hőszivattyút nem tudjuk, nem akarjuk önálló hőforrásként alkalmazni, hanem pl. gázkazánnal kell együttműködhetni. Ez sok problémát vet fel. Legfontosabb, hogy hidraulikailag és hőmérséklet szerint is össze legyenek hangolva. A hidraulikai illesztés eszköze a hidraulikai váltó, a hőmérsékletek tervezése azonban nem egyszerű. Ha a hőszivattyút az átmeneti időszakra, kisebb előremenő hőmérsékletre terveztük, nincs semmi gondunk a továbbiakban, egyedül a vezérlést kell jól kitalálni, milyen előremenő hőmérsékletnél váltson a két fűtőeszköz. De ha egyszerre akarjuk használni, teljesítmény kiegészítőként, akkor nehezebb a dolgunk vezérlésben, mert a megfelelő hőmérsékletet egymáshoz képest tartani, kikeverni motoros szelepekkel nem egyszerű. A pontatlanságért hatásfokkal fizetünk. Komoly mérnöki feladat és team-munka egy ilyen rendszert gazdaságosra megtervezni. A megrendelőt nehéz általában meggyőzni az alkalmazás gazdaságosságáról, szükségszerűségéről. Egy további, újabban sokat számító érv a hőszivattyú mellett a fiskális szempont mellett a CO2-megtakarítás. Egyre több ember foglalkozik környezetével és a környezetére gyakorolt hatással. 10kw-nyi fűtőteljesítmény esetén hőszivattyú alkalmazásával egy fűtési szezonban közel 2 tonna CO2-kibocsátást lehet megtakarítani a felhasználás helyén. A tényleges, primer energia-előállítás szintjén persze nem ilyen nagy a megtakarítás, de minden kibocsátás-csökkentés fontos.


Összefoglalva elmondhatjuk, hogy a hőszivattyú alkalmazása Magyarországon is időszerű lett. A gazdaságossághoz jól hőszigetelt épület, nagy fűtőfelület kell, ami lehet egyúttal hűtőfelület is. A padlófűtés is lehet hűtőfelület! Nem kell félni kedvezőtlen élettani hatásoktól, mert ha jól van méretezve a felület, a felületi hőmérséklet fűtésnél alacsony, hűtésnél magas lesz és a használat pedig magas komfortérzetet ad. A forrásoldal kiépítésére is érdemes rászánni a megfelelő pénzmennyiséget, nem szabad ezen takarékoskodni, mert a megtérülés reális időn belüli, feltételezve a mai földgáz- és áramárakat. Sajnos tudjuk már, hogy a földgáz ára rohamosan emelkedik. Ez a mi esetünkben viszont azt jelenti, hogy a hőszivattyús beruházások hamarabb megtérülnek. A környezetre gyakorolt hatása is kedvezőbb a helyi CO2-emisszió részben, vagy teljes egészében való megszűnése miatt. Ennek kedvező „mellékhatása” lehet még gázszivárgás és CO-mérgezés veszély megszűnése.