belépés / regisztráció
2019. december 5. csütörtök
Aktuális lapszám

A hőszivattyúk hatékonyságáról, alkalmazhatóságáról III.

A Magyar Installateur 2015/2-3-as számában megjelent cikkben bemutattam a hőszivattyús fűtő-hűtő HMV rendszerek SCOP, SEER értékét befolyásoló technikai, technológiai jellegű tényezőket. Folytatva a gondolatmenetet, e cikk keretében elsődlegesen a gyakorló szakembereknek, mérnököknek szeretnék gondolatébresztőt nyújtani arra vonatkozóan, hogy milyen szempontok figyelembe vételével lehet, illetve kell egy adott feladatra hőszivattyút választani, a hőszivattyúk részletes paramétereinek ismeretében hogyan lehet az alkalmazások kombinálásával a hatékonyságot, az ár/érték arányt jelentősen javítani. Emellett szó lesz arról a sűrűn jelentkező tervezési problémáról, amely a rendszerek hatékonyságát, ár/érték arányát jelentősen rontja.

 

A hőszivattyús rendszer elemei

A hőszivattyús technika sikeres, hatékony alkalmazása felkészültséget, széleskörű épületgépészeti ismereteket igényel azon szakemberektől, energia tanácsadóktól, tervezőktől, akik a megrendelőkkel kapcsolatba kerülve hőszivattyús rendszereket ajánlanak a lakó-, intézményi, ipari, mezőgazdasági épületek, uszodák fűtési-hűtési HMV igényeinek biztosítására.

Ahhoz, hogy egy hatékony, a megrendelőt kielégítő hőszivattyús rendszert tudjunk tervezni, az alább felsorolt rendszerelemek összhangjára van szükség:

  • hőszivattyú,
  • hőnyerési rendszer,
  • hőközponti elemek,
  • belső hőleadók,
  • szabályozás.

A hőszivattyú kiválasztás szempontjai

  • A hőszivattyú alkalmazhatósági hőfoktartománya, részletes paraméterei.
  • Az alkalmazott hőnyerési mód.
  • A számított, maximális fűtési-hűtési teljesítmény igény.
  • Az alkalmazni kívánt hőfokszint.
  • Az ellátandó funkciók.
  • A HMV-előállítás.
  • A hőszivattyú szabályozása.

A hőszivattyúk „kombinált” alkalmazása1

Az előzőekben leírtaknak megfelelően a hőszivattyú kiválasztás szempontjai közül az első kettő jelentőségét emelem ki a mostani cikkemben.

Az alább bemutatott kombinált rendszer alkalmazásban látni fogjuk, milyen alapvető jelentősége van annak, hogy egy kiválasztott hőszivattyú egész alkalmazási hőfoktartományra kiterjedő részletes és valós paramétereit ismerjük, és ne csak a bevizsgálási hőfoktartományra eső egyetlen paramétert.

A részletes paraméterek ismeretében lehet eldönteni, hogy az adott hőszivattyút lehet-e, illetve a COP érték növelése és a beruházási költségek csökkentése érdekében célszerű-e kombinált üzemmódban alkalmazni. Az alábbiakban egy ipari (gyártócsarnok) alkalmazáson mutatom be a hőszivattyúk kombinált alkalmazásának lehetőségét.

A bemutatott rendszer egyik jellemzője, hogy a technológia folyamatosan nagy mennyiségű hűtési kapacitást igényel, és téli üzemben a gyártócsarnok fűtési kapacitás igénye a hűtési igényt meghaladó mértékű. Emellett a hőszivattyús rendszerben hasznosítjuk a technológiából keletkező hulladékhőt.

A magas hőmérsékletű hulladékhőt elsődlegesen, az alacsonyabb hőfokút pedig igény szerint a hűtési tárolóba engedve a hőszivattyúkkal hasznosítjuk.

A hőközpont kialakítása

Az 1. ábrán látható, hogy a hűtési hőteljesítmény és HMV igények alapján 4 db Vaporline® GW205-H2 (R410A) hőszivattyút illesztettek a rendszerbe kaszkád szabályozással, amelyek az alkalmazás sajátosságainak kihasználásával megoldják a technológiához szükséges aktív hűtést 7 °C/12 °C hőfokszinten, a gyártócsarnok monoenergetikus fűtését 55 °C/50 °C fűtési hőfoklépcsővel, és a HMV előállítását max. 55 °C-os hőfokszinten.

A téli üzemmód

Téli üzemben a HSZ1, HSZ2, HSZ3 jelű hőszivattyúk fűtik a szekunder oldali tárolót, a HSZ4 előnykapcsolásban HMV-t termel, majd szintén fűti a szekunder oldali tárolót.

Fűtési üzemmódban a hőszivattyúk hőnyerése a „hűtési tárolóból” történik (kombinált üzem).

A folyamatosan jelentkező hűtési kapacitás nagyrészt biztosítja a hőszivattyúk elpárologtató oldali hőellátását.

Amennyiben energiahiány jelentkezik, a hűtési tárolóban3 a hőfokszint a beállított érték alá csökken, akkor a hűtési tárolóba a hulladékhő tárolóból az M10 jelű háromjáratú útváltó szelep automatikus átváltásával plusz hő áramlik.

Amennyiben a „hulladékhő tartály” hőfokszintje 55 °C felett alakul, akkor a hőt közvetlenül a fűtési osztók felé továbbítjuk. Az 55 °C alá hűlt vizet hasznosítjuk szükség esetén a hőszivattyúk tápvizeként.

Téli fűtési-hűtési kombinált üzemmódban a fűtési oldal teljesítmény szabályozásáról nem kell gondoskodni, mert a beépített hőleadókkal a hőszivattyúk teljes kapacitását el lehet vezetni, és az üzem nagysága miatt az egész hőmennyiséget folyamatosan el tudja „nyelni”.

A fűtési rendszerbe a hőszivattyús rendszeren, és az elsődleges hulladékhő felhasználáson felül 2 db gázkazánt is beterveztek, amelyeknek az összes névleges fűtési kapacitása 300 kW. A gázkazánok elsődleges feladata a szárító alagutak felfűtése, hőn tartása, technológiai víztartály felfűtése. A gázkazánok után egy hidrováltót is beépítettek, amelyen keresztül az M6 jelű háromjáratú útváltó szelep átváltásával a fűtési osztó is megtáplálható. Így főleg üzemszünetekben, 300 kW fűtési teljesítménnyel rá lehet segíteni a hőszivattyús fűtési rendszerre.

A HMV előállítása

A HMV-tartályban a beállított hőmérsékletű HMV előállítása a következők szerint lehetséges:

  1. a hulladékhő tartályból hőcserélőn keresztül,
  2. a HSZ4 jelű hőszivattyúval előnykapcsolásban az M5 jelű háromjáratú szelepen és HMV hőcserélőn keresztül.

A nyári üzemmód

A nyári, fűtési szezonon kívüli működésnél a HSZ1, HSZ2, HSZ3, HSZ4 hőszivattyúk hűtik a hűtési tárolót a beállított hőfokszintre. A kondenzátor oldalon a hőt Hcs1 hőcserélőn keresztül a partiszűrésű kutakban nyeletjük el. A hűtési tárolóból a hűtött vizet a hűtési osztókon keresztül elsődlegesen a technológiai hűtésére használjuk. A fennmaradó kapacitással a M7, illetve M8 jelű háromjáratú szelepeken keresztül a termo ventillátorok és a fancoil rendszer hűtését biztosítjuk.

A hőközpont fűtési, hűtési, HMV teljesítménye

Ahhoz, hogy ez az alkalmazott kapcsolási séma egy elfogadható, gazdaságosság szempontjából értékelhető terv legyen, a fűtési teljesítmény és COP SCOP4 értékeket a lehető legnagyobb pontossággal kell meghatározni. Csak részletes adatok alapján dönthető el, hogy az adott hőszivattyúval a kombinált üzemmód hatékonyan megvalósítható- e, illetve mennyivel hatékonyabb megoldás, mint a reverzibilis, vagy jelen esetben külön hűtő hőszivattyúk alkalmazása.

Téli üzemmód, működő üzem

Téli üzemmódban a legnagyobb terhelésnél5 a tervezett fűtési előremenő hőfok 55 °C.

A hőszivattyúk elpárologtató oldali vízellátása a „hűtési tárolóból” történik. A tárolóban a hőszivattyú oldali hűtési hőfokszint 7 °C/12 °C, a tervezett legmagasabb fűtési előremenő hőmérséklet (55 °C) esetén.

Ahhoz, hogy a hőszivattyús rendszer kimenő fűtési teljesítményét a legnagyobb terhelésnél meg tudjuk határozni az adott hőszivattyú részletes teljesítmény táblázatára, vagy diagramjára van szükség (2. ábra).

Semmiképp sem fogadható el az a gyakori tervezői megoldás, hogy a hőszivattyúk teljesítményét nem a tervezett legnagyobb terhelésű hőfokszintre adják meg, hanem a gyártó által közölt egyetlen bevizsgálási hőfokszintre!

A teljesítménytáblázatból látható, hogy a 4 db H típusú (fűtés) hőszivattyú fűtési teljesítménye a legnagyobb terhelésnél (7 °C/12 °C hűtési és 55 °C/48,2 fűtési hőfokszinten):

Pfössza=4db*209kW=836 kW
A fűtési COP12/55 C=3,5
A hűtési EER7/55C=2,6
COPkombi=6,1 (Az egy munkafázis alatt végzett fűtés és aktív hűtés egyesített COP értéke.)
A fűtési teljesítmény a legkisebb terhelésnél, a 7 °C/13,4 °C hűtési és 39 °C/31,3 °C fűtési hőfokszinten:
Pfösszm=4db*235kW=940 kW
A fűtési COP12/39C=5,5
A hűtési EER7/13,4C=4,6
COPkombi=10,1 (Az egy munkafázis alatt végzett fűtés és aktív hűtés egyesített COP értéke.)

A fentiek alapján (COP= 6,1-10,1 között) látható, hogy hőszivattyús rendszer számított hatékonysága a cirkulációs szivattyúk hatásának figyelembe vételével, a téli kombinált üzemmódban SCOPmin (system COP)=6,5. Amennyiben ezt a feladatot külön hőszivattyúkkal6, a partiszűrésű kutak hőjének felhasználásával oldanánk meg, amely átlagosan 8,4 °C, akkor a rendszer fűtési COP10/55C=3,3, a hűtési EER7/23C=7,2.

A COPátlag=5,2.

Mint látható, a kombinált rendszer alkalmazása a jelen projekt esetén az SCOP értéket várhatóan 0,9-es értékkel növeli, és a beruházási költséget felére csökkenti.

Összegzés

A fenti projekt tervezési metódusának ismertetése alapján egyértelműen látszik, hogy a tervezett hőszivattyúkra vonatkozó, a működési hőfoktartományt átfogó, részletes adattáblázat nélkül érdemi rendszertervezést nem lehet végezni. A teljesítmény táblázat hiányának következményét látni fogjuk a cikk folytatásában, ahol a hőszivattyúk hőnyerési módra történő kiválasztását elemezzük.


1 A hűtésből elvont hőt alkalmazzuk az épület fűtésére. Egy kompresszor üzemmel két munkafázist végzünk.
2 Csak fűtési funkcióval rendelkező hőszivattyú.
3 A fűtési energiaigény nagyobb, mint a hűtési energia igény (kWh).
4 Jelen cikkben csak a kombinált fűtési/aktív hűtési üzemmód paramétereivel foglalkozunk.
5 A legalacsonyabb külső léghőmérséklet.
6 A téli folyamatos hűtési igény miatt reverzibilis hőszivattyúk nem jöhetnek számításba.

***

1. ábra. Hőszivattyús hőközpont kapcsolási séma
2. ábra. A hőszivattyú teljesítmény táblázata

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