belépés / regisztráció
2019. december 5. csütörtök
Aktuális lapszám

A hőszivattyúk hatékonyságáról, alkalmazhatóságáról II.

A Magyar Installateur 2015/1-es számában megjelent cikkben szó volt arról, hogy Magyarországon milyen adottságai és milyen komoly lehetőségei vannak a hőszivattyúk alkalmazásának. Bemutattam azt a munkát, amelyet az e területen tevékenykedő fejlesztő és tervező mérnökök végeztek és reményemet fejeztem ki arra vonatkozóan, hogy az új támogatási periódusban megfelelő helyére kerül ez a máig szakmai, politikai berkekben, vitatott technika. A cikk első részében ismertettem a hőszivattyús rendszerek telepítésének szabályozását, illetve bemutattam a hőszivattyús fűtő-hűtő HMVrendszerek SCOP, SEER értékét befolyásoló technikai, technológiai jellegű tényezőket. Most folytassuk a témát a hűtőközeg-tartállyal és az expanziós szelepekkel!

 

Folyadékgyűjtő beépítésének egyes elképzelések szerint az a fő célja, hogy a hűtőközeg-szökés pótlására bizonyos tartalék álljon rendelkezésre, hogy az egyébként azonnal bekövetkező hűtőközeg-hiány ne okozzon teljesítménycsökkenést vagy üzemzavart. A környezetvédelmi szempontok, illetve a hűtőközeg-szivárgás meggátlására irányuló előírások miatt ma már ez semmiképp nem lehet cél. Ennél fontosabb szempont lehet, hogy a javítások (például kompresszorcsere) esetén ide lehessen bezárni a hűtőberendezés teljes töltetét, és ne kelljen a lefejtéssel vesződni. De önmagában ezért még nem lenne gazdaságos egy folyadéktartály beépítése.

A folyadékgyűjtő igazi feladata a hűtőberendezésen belüli töltetvándorlás kompenzálása. Itt nemcsak arról van szó, hogy az elpárologtatós rendszerben az éppen nem működő elpárologtatók leürülhetnek, hanem arról is, hogy működés közben az egyes készülékekben tartózkodó hűtőközeg tömege az üzemviszonyoktól (hőmérsékletek, nyomások, hőterhelés stb.) függően is folyton változik. Ezért, ha azt akarjuk, hogy az elpárologtató(k) hűtőközeggel való ellátása minden üzemállapotban kifogástalan legyen és ugyanekkor a kondenzátor csövei mindig kifogástalanul le tudjanak ürülni, a rendszerbe egy „puffert” is be kell építeni.

Gyakran találkozhatunk mégis olyan léghűtésű, kompakt hűtőközeggel gyárilag feltöltött „klíma vízhűtőkkel”, amelyek hűtőköreiben nincs folyadékgyűjtő. Ezzel kétségtelenül egyszerűsödik a hűtőrendszer, csökken a potenciális szivárgáshelyek száma, sőt az elmaradó tartály (és szerelvényei) révén olcsóbb is egy ilyen berendezés. A vízhűtők folyadékgyűjtőjének elhagyása azonban több szempontból is vitatható. A klímaberendezések terhelésingadozása az év folyamán közismerten igen nagy, ezért jelentős töltetvándorlás várható. Ha pedig a „puffer” hiányzik, a töltetvándorlás említett hatásai miatt szükségszerűen megnő az éves üzemeltetési költség.1

A magyar hőszivattyú fejlesztés részben Dr. Jakab Zoltán elméleti iránymutatására alapozva, a hűtőközeg-tartály beépítésével látta megoldhatónak azt az ellentmondást, amely a hőszivattyúk gyári bevizsgálási COP értéke és a gyakorlati alkalmazásokban elérhető évi átlagos SCOP érték között mutatkozott.

A tesztlabori eredmények egyértelműen bizonyították az elméleti számítások helyességét, vagyis azt a tényt, hogy a hőszivattyúknál a folyamatosan és erőteljesen változó elpárologtató és kondenzációs hőmérsékleti viszonyok között, R410A hűtőközeg alkalmazásakor 30%-ot is meghaladó mértékben változik a töltetmennyiség a sűrűségváltozások következtében.2

A hűtőközeg-tartály beépítésével így olyan hőszivattyút lehetett megvalósítani, amelyben a teljes működési tartományban töretlen az elpárologtató ellátása a kívánt hűtőközeg mennyiséggel, és a kondenzátornak sem kell a felesleges mennyiséget a teljesítménye rovására tárolni.

A tesztlaborban tesztelt hűtőközeg-tartállyal szerelt Vaporline GBI33 típusú hőszivattyú 10 °C/35 °C-os teszteredménye (1. ábra) alapján látható, hogy a hőszivattyú kimenő fűtési teljesítménye 40,7-41,1 kW között ingadozott a teszt ideje alatt.

Ennek a hőszivattyúnak a kimenő fűtési teljesítménye a 0 °C/35 °C folyadék-víz hőmérsékleten 33kW. Az elpárolgási hőfokszint 10 °C-os emelkedésével fűtési teljesítménye 24%-kal nőtt, és ezzel a növekedéssel arányos a COP érték növekedése is!

A fentiekkel ellentétben a hűtőközeg-tartály nélküli hőszivattyús készülékekbe csak annyi hűtőközeget lehet tenni, amennyi a teszthőmérsékleten pl. 0 °C/35 °C kielégíti a körfolyamat igényét. Azonban ha a talaj hőmérséklete részterhelésnél, vagy a fűtési szezon kezdetén ennél magasabb, akkor hűtőközeg-hiány lép fel a rendszerben, és a kimenő fűtési teljesítmény csak minimálisan, vagy egyáltalán nem emelkedik, valamint a COP érték is marad a 0 °C/35 °C-nak megfelelő hőfokszinten. Természetesen a COP érték romlása igaz a teszt alatti talaj hőmérsékletekre is, amikor hűtőközeg felesleg alakul ki, ami a kondenzátor hőleadó felületét csökkenti.

A rejtély egyik eleme, miszerint a hőszivattyúk gyári bevizsgálási COP értéke és a gyakorlati alkalmazásokban elérhető átlagos SCOP érték között mutatkozott, így megoldódott, hiszen az SCOP érték számításoknál a forgalomban lévő szoftverek számolnak a külső hőmérsékletfüggő szabályozással, és így a részterheléseknél jelentkező COP érték növekményekkel, ami azonban a hűtőközegtartály nélküli hőszivattyúknál nem, vagy elhanyagolható mértékben valósul meg.

A jól méretezett hűtőközeg-tartálynak azonban a tesztlabori vizsgálatok alapján van egy másik lényeges tulajdonsága is: a kompresszor folyamatosan fluktuáló nyomásának kiegyenlítése, amely a rendszerbe illesztett expanziós szelep stabil működését, a túlhevítés értéken tartását segíti elő.

Az expanziós szelep

A hőszivattyú körfolyamatába épített expanziós szelep feladata, hogy biztosítsa az elpárologtatóban azt a túlhevítési értéket, amellyel biztonsággal elkerülhető, hogy a hűtőközeg folyadék állapotban kerüljön a kompresszorba. A folyadék állapotú hűtőközeg a kompresszorba kerülve felhígítja a kenésre szolgáló észterolajat, kenési elégtelenséget idéz elő, ami a kompresszor idő előtti meghibásodását okozhatja.

A túlhevítés a körfolyamat „szükséges rossz” része.

A stabil és alacsony értékű túlhevítés maximalizálja és stabilizálja a kimenő fűtési teljesítményt, mert a túlhevítés csökkentésével nő a talajból felvett hő mennyisége, növekedésével pedig nő az elpárologtatóban maradó gőz halmazállapotú hűtőközeg mennyisége, ezzel csökken az elpárologtató hőfelvevő felülete, a talajból felvett hő mennyisége.

A termosztatikus expanziós szelep (TEV)

A hőszivattyúkban alkalmazott termosztatikus expanziós szelepek (TEV) gyárilag 5 °C-os túlhevítésre vannak beállítva, de a működésük közben 3 °C-10 °C között folyamatosan változó értéken tartják a túlhevítés értékét (2. ábra). A lengés mértékét növeli a hűtőközeg tartály hiánya, a kompresszor fluktuáló nyomásának kiegyenlítetlensége. A túlhevítés változásával arányosan változik az elpárologtató működési felülete, a felvett hőmennyiség, és ennek következtében a COP érték. A bevizsgálásoknál a tesztlaborok a vizsgálati hőfokszinten a maximális leadott teljesítményeket, és így COP értékeket mérik be, a lengések nincsenek figyelembe véve. Emiatt az átlagos SCOP értékekben az elméleti számításokhoz képest is lényeges elmaradások jelentkeznek.

Ezek alapján megállapítható, hogy a túlhevítési érték lengése a rejtély másik lényeges eleme!

Az elektronikus expanziós szelep (EEV)

Az elektronikus expanziós szelep egy „PID” szabályzású léptetőmotoros túlhevítést szabályozó szelep. A szabályozás jellemzője, hogy a kompresszor indulása után 20-30 másodperc alatt eléri a beállított túlhevítési értéket, és azt minimális lengéssel, vagy pontos értéken képes tartani. (2. ábra) Az EEV szelepek a tesztlabori tapasztalatok alapján is bizonyítottan érzékenyek a gyors nyomásváltozásokra. Emiatt a pontos túlhevítési érték tartásának ebben az esetben is feltétele egy jól méretezett hűtőközeg-tartály, amely a kompresszor nyomáslengését kisimítja, és így az expanziós szelephez egy adott hőfokszinten stabil nyomáson érkezik a folyadékállapotú hűtőközeg.

Ennek alkalmazása önmagában is 10-30%-kal növeli az elérhető SCOP (szezonális teljesítmény faktor) értéket.

Az elméleti megállapítás igazolására nézzük meg a 2. ábrán vizsgált, hűtőközeg-tartállyal és elektronikus expanziós szeleppel (EEV) szerelt hőszivattyús készülék teljesítmény diagramját! Megállapítható, hogy a kimenő fűtési teljesítmény a közel állandó „feljövő víz” hőmérsékleten 40,7kW-41kW között ingadozott. Ez közel állandónak is tekinthető, hiszen mint a diagramból látható, a „feljövő víz hőmérséklet” ingadozás is egy 0,3 °C-os értéket elért.

A sok éves tapasztalat és a mérések alapján elmondhatom, hogy egy hűtőközeg-tartály nélküli, TEV szeleppel szerelt, a tesztelt hőszivattyúval azonos névleges teljesítményű hőszivattyú teljesítmény ingadozása a -10kW-ot is elérheti!

Összegzés

Megállapítható, hogy a jelen cikkben tárgyalt, a hőszivattyús körfolyamatba építhető két alkatrész szerepe meghatározó a hőszivattyúk hatékonysága, a SCOP érték maximalizálása tekintetében.

Hiába ugyanis a jónevű, független intézetek által bevizsgált pillanatnyi SCOP érték, ha azt a hőszivattyú a részterheléseknél, a kondenzációs hőmérséklet csökkenésével, valamint az elpárolgási hőmérséklet növekedésével arányosan nem, vagy csak kis mértékben képes növelni.

Félrevezető a magas COP érték hangsúlyozása, ha az csak a maximum értékre vonatkozik, de üzem közben nagy a kimenő teljesítmény, és ezzel a COP érték lengése.

Remélhetőleg ezek az információk, amelyek jórészt szakmai titokként is felfoghatók, segítséget jelentenek a folyamatosan bővülő termékskálából a feladatra legmegfelelőbb készülékek kiválasztásában.

A behozott import készülékek túlnyomó része3 nem tartalmazza a hűtőközeg-tartályt. Egyes EU gyártók még erényként is feltüntetik a reklámjukban, hogy minimális hűtőközeg mennyiséggel rendelkeznek, így nincs szükség szivárgásvizsgálatra.

Hogy mi ennek az irányvonalnak a magyarázata? Ezt Dr. Jakab Zoltán prof. az idézett cikkében jól megfogalmazta: „Ezzel kétségtelenül egyszerűsödik a hűtőrendszer, csökken a potenciális szivárgáshelyek száma is, sőt az elmaradó tartály (és szerelvényei) révén olcsóbb is egy ilyen berendezés.”

A magyar hőszivattyú fejlesztés egy másik irányvonalat dolgozott ki, ahol a cél a hatékonyság, az SCOP értékek maximalizálása. Ezt a célt, mint a teszteredményeken is látható, elértük, de az tény, hogy ez egy bonyolultabb körfolyamattal, a potenciális szivárgási helyek számának növekedésével, és bizonyos esetekben drágább4 berendezéssel valósítható csak meg.

Meggyőződésünk, hogy a hőszivattyúk alkalmazása nem csak Magyarországon, de mindenhol a hatékonyság maximalizálása, és emellett a multifunkciós hőszivattyúk alkalmazása irányába fog elmozdulni, hiszen a felsorolt hátrányok megfelelő technikai felkészültséggel, ellenőrzéssel minimalizálhatók.


1 Dr. Jakab Zoltán HKVSZ-ben megjelent cikke alapján.
2 A megállapítás -7/65 °C valamint 15/35 °C elpár/kondenzációs hőfokszintek töltet különbségére vonatkozik.
3 Információnk nincs olyan import hőszivattyús készülékről, amely hűtőközeg-tartállyal lenne felszerelve.
4 A multifunkciós hőszivattyúk fejlesztése és alkalmazása olcsóbbá teszi a magyar hőszivattyúkat a versenytársakhoz képest.

***

1. ábra. Vaporline GBI33-H típusú hőszivattyú teszteredménye
2.a. ábra. A TEV és EEV szelepek működésének összehasonlítása
2.b. ábra. Az EEV szelep

FODOR ZOLTáN
fejlesztőmérnök, Geowatt Kft.
MÉGSZ Geotermikus Hőszivattyús Tagozat elnöke

A szerzõ egyéb cikkei:

  Tervezz felelőséggel a környezetért!
  A hőszivattyúk alkalmazhatósága távfűtéseknél
  Aktív vagy passzív hűtést?
  Mellőzhető a mérnöki munka?
  Szálloda monovalens hőszivattyús rendszerrel
  A hőszivattyús rendszerek hatékonysága a pályázati követelmények tükrében

A szerzõ összes korábbi cikke >>

Eseménynaptár

Hirdetés
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
 
 
elfelejtettem a jelszavam