![]() |
belépés / regisztráció |
2021. február 26. péntek |
a hőszivattyúkról
A hőszivattyúk alkalmazhatósága távfűtéseknél
A hőszivattyúzás területén folyamatosan felmerülő kérdés, hogyan lehetne a hőszivattyúkat távhő rendszerekben alkalmazni, és ezzel javítani a rendszer hatásfokát, csökkenteni az energiaköltségeket.
A legnagyobb problémát ez esetben mindig is a távhő rendszerek magas fűtési hőfokszintje okozta, amelyhez a kereskedelemben kapható hőszivattyúkat nem, vagy csak a távhő rendszerek költséges átalakításával, a visszatérő hőfok jelentős csökkentésével lehetett korlátozott teljesítményben a rendszerhez illeszteni.
A másik igen jelentős probléma, hogy a hőszivattyúkban alkalmazott kompresszorok alkalmazhatósági tartománya elpárolgási hőfok tekintetében maximálisan 18-20 °C volt1. Ez azt jelentette, hogy 24-25 °C-os termálvíz hőmérsékletnél magasabb hőfokszintet nem tudtak kezelni. Emiatt hiába állt rendelkezésre ennél lényegesen magasabb termálvíz hőmérséklet, ennek COP-érték növelő hatását nem lehetett kihasználni.
A cikkben bemutatjuk, hogy a kompresszorgyártók fejlesztései az igényeket igyekeznek követni, így forgalomba kerültek olyan viszonylag nagy teljesítményű scroll kompreszszorok, amelyek maximális elpárolgási hőmérséklete már eléri a 40 °C-t (1. ábra).
Ez alapján lehetővé vált, hogy a hulladékhő (26 °C–48 °C) tartomány felhasználására, és a magas, max. 83 °C-os fűtési előremenő hőmérsékletre magas COP értékű hőszivattyúkat lehessen tervezni.
Rovatunk előző cikkei a hőszivatytyúk hatékonyságával, az alkalmazás optimalizálásával foglalkoztak. Felvetődhetett már a kérdés, hogy hőszivattyúk terén miért ennyire lényeges ez a szempont? Miért kell túlbonyolítani az alkalmazást, miért ennyire lényeges, hogy milyen hőszivattyúkat alkalmazunk az egyes feladatok ellátására, miért annyira lényeges a mérnöki tervezés?
Azt tudni kell, hogy a hőszivattyús rendszerek SCOP értékének alakulása egyenes arányban van a CO2-megtakarítás értékével, és azt is mindenki tapasztalhatja, hogy idén a meteorológiai mérések legmelegebb nyarát éljük. A légkörfizikával és a klímakutatás egyéb részterületeivel foglalkozó tudósok többsége elfogadja, hogy amennyiben a felmelegedést nem sikerül megállítani a 2 °C-os határ előtt, akkor a technikai civilizációnak befellegzett, a mellékhatások olyan spirálja indul be, amelynek a végeredménye egy forró, száraz, kietlen, és az emberi élet fenntartására valószínűleg alkalmatlan planéta lehet.
Reméljük tehát, hogy munkánkkal kis mértékben mi is hozzá tudunk járulni ahhoz, hogy a zöld energiák területének gyártói mostanra elérjék azt a kritikus tömeget – tőke és lobbi erőben egyaránt –, amit már nem lehet félvállról venni, vagy nyilvánvalóan kamu érvekkel lesöpörni. Emellett változik a közgondolkodás is, amely alapvető feltétele a túlélésünknek.
Egyértelmű tehát, hogy a hőszivattyú gyártás és alkalmazás területén is mindent meg kell tenni annak érdekében, hogy a legmagasabb SCOP és SEER értékeket, és ezzel összhangban a legkisebb üvegházhatású gázkibocsátást lehessen elérni. Olyan hőszivattyúkat és rendszereket kell fejleszteni, hogy a jelenlegi technikai adottságokat kihasználva, lehetőleg a fűtési és hűtési igények minden területén optimálisan, magas energia és környezeti hatékonysággal legyenek alkalmazhatók.
Az új kompresszorcsalád megjelenésével, és a fentiek figyelembe vételével történt az a magyar hőszivattyú fejlesztés, amely lehetőséget teremtett arra, hogy magas fűtési előremenő hőfokszintű rendszerekben az el- folyó termálvizeinket igen magas hatékonysággal (SCOP) lehessen alkalmazni, és ezzel jelentősen csökkenteni lehessen a károsanyag-kibocsátást, valamint nem utolsó sorban a távhő árát.
Az elfolyó termálvizek
A távfűtési rendszerek hatékonyságának növelése hőszivattyúkkal Magyarországon nagy jelentőségű lehet, megfelelő hatékony technika alkalmazásával. Az alábbiakban a jelenlegi helyzetet hőszivattyúzás szempontjából az új fejlesztések fényében ismerhetjük meg.
Magyarországon már több mint 1300 termálkutat tartunk számon és ezzel a világ öt termálvízben leggazdagabb országa közé tartozunk Japán, Izland, Olaszország és Franciaország mellett. A hatalmas hévízkészletek hallatán nem véletlen, hogy olyan jelzőkkel illetik országunkat, hogy „a termálvizek és gyógyvizek országa” vagy „balneológiai nagyhatalom”.
Európában a föld mélyének energiahasznosításán kizárólag az energia kinyerését értik, Magyarországon a termálhasznosítás fogalmi köre a termálvízhez (hévízhez), mint hőhordozó közeghez és magához a vízhez is kapcsolódik a maga komplex, többoldalú hasznosítási lehetőségeivel. 1984-től az európai államok többségének előírásait alkalmazva a 30 °C-nál magasabb felszíni kifolyóvízhőmérsékletű, felszín alatti vizeket tekintjük termálvíznek.2
A hévizek hőtechnikai alkalmazása azonban kérdéseket vet fel minden olyan szakemberben, akit érdekel ennek a „nemzeti kincsnek” a sok esetben oktalan elherdálása, emellett környezetünk hőszennyezése. Sok szakember megkérdezte már: „ennyire gazdagok vagyunk?” Ennek ellenére jelentős előrelépést e területen évek óta nem lehetett tapasztalni.
A távhő rendszerekben alkalmazható hőszivattyúk problémáinak kiküszöbölésére, az új kompreszszor fejlesztéseket kihasználva kidolgozásra került – mint új magyar fejlesztés – a GWT300-H hőszivattyú, amely igen magas elpárolgási hőmérsékleten, 27–48 °C között tudja az elfolyó termálvíz hőjét hasznosítani, ekkor a fűtési oldalon 50 °C–83 °C-os fűtési előremenő hőfokszintet tud előállítani (1., 2. táblázat).
A hőszivattyú egy igen komoly és magas COP/SCOP értékű lehetőséget teremt arra, hogy a magas hőfokú (26–48 °C) kútvizeket, elfolyó termálvizeket közvetlenül, a hőfokszintjük csökkentése nélkül hasznosítsuk magas hőfokú (max.: 83 °C-os fűtési előremenő) fűtési és HMV-rendszerekben.
Most egy példán keresztül kerül bemutatjuk, hogy milyen módon és milyen hatékonysággal lehet távhő rendszerbe illeszteni a fejlesztett hőszivattyút.
A 2. ábra alapján látható, hogy P=3,99 MW teljesítményű 90 °C/70 °C3 fűtési hőfoklépcsőjű fűtési rendszerbe illesztünk egy olyan hőszivattyús rendszert, amely a lehető legjobban felhasználja a rendelkezésre álló m1=46m3/h tömegáramú, 48 °C feljövő vízhőmérsékletű termálkút hőmennyiségét.
Az optimális kihasználás végett 5 db hőszivattyút elpárologtató oldalon sorba, kondenzátor oldalon párhuzamosan kötve, kaszkád kapcsolásban lett beépítve. A termálvíz tömegáram 2db párhuzamos egység rendszerbe illesztését tette lehetővé.
A hőszivattyúk elé előtét hőcserélőket nem a hőfokcsökkentés, hanem a hőszivattyúk elpárologtatóinak védelme miatt tervezték be. Emiatt a legkisebb hőfokcsökkentésre kellett tervezni őket, a még elfogadható beruházási költségek figyelembe vételével.
Ennek megfelelően a hőszivattyús rendszer első fokozatának előtét hőcserélője a 48 °C-os termálvíz hőmérsékletből 45 °C-os hőfokszinten táplálja meg a hőszivattyút.
A kútoldalon a termálvíz tömegárama m1= 6,0 kg/s. A 3. ábrán vázolt rendszer összes termálvíz tömegáram igénye mö=12 kg/s(43,2m3/h)
Mint látható, a hőszivattyúk tömegáram igénye az elpárologtató és kondenzátor oldalon egyaránt m2=6,5 kg/s.
Ennek megfelelően a kondenzátor oldalon párhuzamosan kapcsolt hőszivattyús rendszer összes tömegárama mfűt=65 kg/s (234m3/h).
A fő távhő fűtési körhöz képest eltérő tömegáram igények miatt a rendszerbe hidraulikus váltó beépítésére lenne szükség, amelyet a kapcsolási séma nem tartalmaz.
Az előtét hőcserélők megtervezése után a 3. ábrán látható, hogy a tk=48 °C-os hőmérsékletű termálvíz visszatérő (elfolyó) hőmérséklete tv=19,6 °C.
A 4. ábrán szereplő adatok alapján látható, hogy a távhő rendszerbe a legnagyobb terhelésnél4 átlagosan 77,6 °C-on 2*1025kW= 2050kW fűtési teljesítményt tudunk a hőszivattyús rendszerrel bevinni. Ez kissé több mint az összes fűtési igény 50%-a, ami azt jelentheti, hogy a fűtési szezon fűtési óráinak 70%-ában csak a hőszivattyús rendszer fogja ellátni a távhő rendszert hőenergiával.
Amennyiben a távhő rendszer a külső hőmérséklet függvényében szabályozott, és így az előremenő fűtési hőmérséklet 70 °C–90 °C között működik, akkor a hőszivattyús rendszer számított hatékonysága SCOP=4,3. Amennyiben ebből leszámítjuk a primer szivattyúk teljesítményigényét, akkor a várható SCOP=4,0 körül alakul!
Ez a számítások szerint azt jelenti, hogy egy fűtési szezonban a 2050 kW hőszivattyús fűtési teljesítménnyel 4 690 000kWh/a fűtési energiát lehet a rendszerbe vinni, amelyhez hőszivattyú nélkül ηátl=75% gázkazán átlaghatásfokkal számolva 662 429 Nm3 földgázra lenne szükség.
A hőszivattyús rendszer beillesztésével a 4 690 000 kWh fűtési energiát 1 172 500 kWh elektromos energia felhasználással lehetne biztosítani, amennyiben a rendszer SCOP=4,0 értéke biztosított.
A hőszivattyús rendszer kalkulált költsége, amennyiben elsődlegesen hasznosított elfolyó termálvizet használnánk: ∼ 240 millió forint.
A várható üzemköltség megtakarítás: 66millió forint/a
A megtérülés ideje: 3,6 év
Termálkút létesítéssel is a várható megtérülése 5 év alatti.
A távhő rendszerek hatékonyságának növelésére, a károsanyag-kibocsátásának csökkentésére ma már rendelkezésre áll a távhő rendszerhez jól illeszthető hőszivattyús technika, amely az elsődlegesen már nem hasznosítható termálhőt magas COP értéken tudja hasznosítani, max. 83 °C-os fűtési hőfokszinten.
Alkalmazása lehetővé teszi, hogy a hőszivattyúk meghajtásához szükséges elektromos energiát részben megújuló energiával (napelemek, szélgenerátor) biztosítsák, így a rendszerek hatékonyságát tovább növeljék, amivel a károsanyag-kibocsátás értékét a töredékére redukálják.
1 | A maximális kondenzációs hőfok tartományban. | |
2 | Energiaellátás, alternatív energiaforrások hasznosítása, Ádám Béla (2011), Szent István Egyetem | |
3 | Részterhelésnél a fűtési rendszer 70 °C/50 °C fűtési hőfoklépcsővel dolgozik | |
4 | 90 °C/70 °C fűtési hőfokszinten |
FODOR ZOLTáN |
![]() |
A szerzõ egyéb cikkei:
Tervezz felelőséggel a környezetért!
Aktív vagy passzív hűtést?
Mellőzhető a mérnöki munka?
Szálloda monovalens hőszivattyús rendszerrel
A hőszivattyús rendszerek hatékonysága a pályázati követelmények tükrében
A kettő, vagy több épület megújuló, hidrotermikus energiaellátásának megvalósítása hőszivattyúkkal
![]() |
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft. Szerkesztőség és kiadóhivatal: H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2. |
Telefon: +36 (1) 614 5688 E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu |
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg. Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262 E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu |