![]() |
belépés / regisztráció |
2021. március 1. hétfő |
a hőszivattyúkról
A hőszivattyúk hatékonyságáról, alkalmazhatóságáról VI.
A magyar fürdők, az egészségturizmus hazai és nemzetközi versenyképességének javítása, erősítése, a létesítmények fenntartási költségeinek csökkentése, az energiahatékonyan és korszerűen működő egészségturisztikai objektumok megteremtése és fejlesztése össztársadalmi érdek. Tény, hogy a Széchenyi Terv pályázatai és a magántőkéből létrejött korszerű egységek beruházásai során nem fordítottak megfelelő figyelmet a hatékony és környezetkímélő energiafelhasználásra. Impozáns, korszerű fürdők jöttek létre elavult, a jelenlegi követelményeknek nem megfelelő energetikai rendszerekkel, rossz üzemeltetési paraméterekkel.
A gazdasági, társadalmi és turisztikai környezet igényli és elvárja a fürdőkben is, hogy a jelenlegi energiafelhasználás meglévő rendszerén változás következzen be.
A korszerűtlen energetikai rendszerek (ezek látványa, működése, a korszerűség szembetűnő hiánya) a környezettudatos turisták szemében akár imázsépítőként vagy imázsrombolóként is felléphetnek.1
Energetikai szempontból a fürdőknél három jelentős kiadási terület jelentkezik:
A fürdők esetében a korszerűsítés első lépcsője, hogy a drága gázfűtés kiváltására kell törekedni. Ehhez elsősorban a Magyarországon nagy mennyiségben rendelkezésre álló termálvíz hőenergiájának (termálenergia) felhasználását kell előnyben részesíteni. (Ez a fürdők esetében többnyire rendelkezésre is áll). Az elfolyó termálvíz hiányában a kutas és zárt szondás hőszivattyús rendszerek is hatékonyan alkalmazhatók, jól illeszthetők a fürdők hőenergia ellátásához.
Az elfolyó termálvíz hasznosításához a fürdők esetében azért is kedvezőbb a helyzet, mivel az első körben a termálvíz felesleges hőjét (a fürdővíz hőmérsékleténél magasabb hőmérsékletű víz) a fűtésre (épület és medencefűtés) használva, a termálvizet további felhasználás céljából a termálvizes medencébe vezetjük. Ezáltal a víz elszennyeződik, így már nem lehet a vízadó rétegbe azt visszasajtolni.
Az így elfolyó lehűlt termálvíz maradék hőjét a mai, speciálisan a feladatra tervezett hőszivattyús rendszeren keresztül, magas hatékonysággal, igény szerint még tovább használhatjuk.
A lehűlt termálvíz a befogadóba vezetve már olyan hőmérsékletű, mely nem okoz környezetvédelmi szempontból hőterhelést a természeti környezetre.
A fürdők energetikai tervezésénél minden esetben komplex energetikai szemléletre lenne szükség, amely a hőszivattyúk rendszerbe integrálásán túl, megteremti a hőszivattyúk, a belső hőleadók, szellőző és párátlanító rendszerek összhangját.
A komplex energetikai szemlélet lényege, hogy az épület hőenergia ellátásánál az elfolyó termálvíz hőenergiáját hasznosítsuk a lehető legmagasabb SPF2 értékkel, s egyben alacsony hőfokszintre szorítsuk (12-15 °C) az elfolyó termálvíz hőmérsékletét, megszüntetve a környezet hőszennyezését.
A beépített hőszivattyúkat a feladat- és fűtési hőfokszintek alapján a kondenzátor oldalon különválasztjuk, ezzel maximalizáljuk az elérhető SPF értéket.
A másik lényeges szempont, hogy optimalizáljuk a beépített fűtő és szellőzési teljesítményeket, kapacitásokat. A felfűtési hőigény évente kétszer jelentkező igény, amelynek időpontját jól lehet tervezni. Amennyiben a medencék felfűtésének időpontját fűtési szezonon kívül tervezzük, úgy az összes egyéb célra beépített kapacitás „szabad”, vagyis azokat a komfort szint csökkenése nélkül a medencék felfűtésére lehet fordítani.
A párátlanító hőszivattyú alkalmazásával, és ezzel összhangban a külső szellőző levegő mennyiségének optimalizálásával, töredékére csökkenthető a légtechnikai kalorifer fűtéséhez szükséges fűtési teljesítmény.
Az előzőekben bemutattuk, hogy melyek azok az általános érvényű alapelvek, amelyeket a fürdőknél alkalmazott hőszivattyús rendszer SCOP értékének optimalizálása végett az elfolyó termálvíz hasznosításánál alkalmazni kellene. Természetesen az egyes fürdők esetén a helyi adottságok különbözőek, ezért a konkrét megoldások is különbözőek.
Az alábbiakban, egy konkrét eset kapcsán egy lehetséges, a hatékonyság /SCOP/ érték szempontjából minden eddiginél kedvezőbb megoldást láthatunk.
Egy városi többcélú uszoda hőenergia ellátását – medence fűtés és hőntartás, szellőző kalorifer fűtés, HMV-ellátás épület fűtés – a rendelkezésre bocsájtott gépészeti kiviteli tervek alapján az 50 °C-os feljövő vízhőmérsékletű termálkút vizének előhűtéséből nyert hőmennyiségével (a terv szerint Δ=10 °C ), valamint a rendszerbe épített Viessmann Vitoplex 200 -Q1=120kW, valamint Q2=270kW névleges teljesítményű gázkazánokkal látják el.
A termálvíz fölösleges hőjét a medencék fűtésére, HMV bojler előfűtésére, valamint padlófűtésre használják fel úgy, hogy a beérkező vizet 10 °C-kal lehűtve, pótvíz ágon juttatják tovább a külső termál medencébe.
A medencefűtés, a padlófűtés és a hőntartás rendszere, valamint a HMV-rendszer is úgy van kialakítva, hogy igény esetén a gázkazánok is a rendszerre tudjanak dolgozni.
Az úszómedence víztérfogata: 530 m3
A termálmedence víztérfogata: 75 m3
A külső termálmedencékből, és az uszodából elfolyó napi termálvíz mennyiség 300 m3/nap, 35 °C hőfokszinten.
Az üzemeltetési tapasztalatok alapján a kitermelt termálvíz fölös hője kisebb teljesítményt képvisel a tervezettnél. Részlegesen tudja ellátni a padlófűtés és HMV igényét, de a medence hőntartását és a medencék felfűtését nagyrészt a gázkazánok biztosítják.
Emiatt meglehetősen nagy: évi 40 000N m3 felett van az évi gázfogyasztás.
A medencék összes térfogata 605 m3. A vízcserék alkalmával a medencék tervezett hőfokra (27 °C, illetve 33 °C) történő felfűtéséhez ∼10 590 kWh fűtési energiára van szükség. Az eredetileg betervezett gázkazán kapacitással (390 kW) 27 óra alatt lehet felfűteni a medencéket. Ebből következően az elfogadható üzemvitelhez a medencék felfűtése miatt erre a teljesítmény nagyságra mindenképp szükség van.
A kapacitásigény meghatározásán túl cél, hogy a napi, viszonylag nagy mennyiségű elfolyó 35 °C-os termálvíz hőjét a lehető legnagyobb mértékben hasznosítani lehessen, s a gázkazánok teljes kapacitása ki legyen váltva. Ezzel a megoldással biztosított a medencék elfogadható időn belüli felfűtése és folyamatos hőntartása. Emellett az egyidejűségek figyelembe vételével, a kihasználás növelése végett ellátható a szellőző kaloriferek hőigénye, amely a hőenergia fogyasztás döntő részét képviseli az uszodánál, s igény esetén a HMV-ellátásba és a padlófűtésbe is besegítenek a hőszivattyúk.
A rendelkezésre álló napi elfolyó termálvíz mennyiség: 318 m3/d (∼220l/min), 35 °C-on. Ez alapján a folyamatos üzem biztosításához olyan hőszivattyú üzembe állítása jöhet számításba, amelynek elpárologtató oldali tömegáram igénye m=220l/min érték alatti. A folyamatos üzem biztosításához ezentúl a termálvíz oldalra egy minimum 100 m3-es puffertároló kialakítása is szükséges.
A szabványosan, sorozatra tervezett hőszivattyúk jellemzője, hogy kondenzátor oldalon a fűtési előremenő és visszatérő víz hőfokkülönbségét a működési tartományban Δt=5 °C környékére tervezik. Ez meghatározza az alkalmazott víz tömegáram igényét, amely pedig változtatja az alkalmazható elpárologtató és kondenzátor méreteket.
Jelen esetben olyan hőszivattyú kiválasztása, illetve speciális tervezése volt a cél, amely tömegáram igénye 220 l/min körüli érték, a hőszivattyús rendszerrel megvalósítható a 390 kW fűtési teljesítmény, képes magas COP értéken hasznosítani a rendelkezésre álló magas elfolyó termálvíz hőjét, és a kondenzátor oldalon a tervezett hőfokszintek beállítása biztosítható.
A speciálisan termálvíz hasznosításra tervezett Vaporline® GWT hőszivattyú család4 alkalmas közvetlenül 45 °C-os termálvíz hasznosítására, és maximum 82 °Cos fűtési előremenő hőfok biztosítására, COP45/82C=4,0 értéken!
E hőszivattyú család GWT185-H típusú tagját alkalmazva, s a speciális igénynek megfelelően áttervezve, a 1. ábrán látható, hogy az elpárologtató oldalon a szükséges tömegáram 216 l/min.5 Ez a tömegáram igény, a napi elfolyó termálvíz mennyiség alapján lehetővé teszi a hőszivattyúk folyamatos üzemét.
Ahhoz, hogy a gázkazán kapacitást (390 kW) ki tudjuk váltani, s így a rendszer alkalmas legyen különböző fűtési hőfokszinteket biztosítani, 3 db Vaporline® GWT185-H speciálisan a feladatra optimalizált, az elpárologtató oldalon sorba kapcsolt hőszivattyút kell alkalmazni (2. ábra). A soros kapcsolás eredményeként a medence felfűtésnél, amikor mindhárom hőszivattyú a fűtés oldalon együttesen a rendszerre dolgozik (50 °C előremenő fűtési hőmérséklet), az elfolyó termálvíz hőmérséklete 13 °C-ra csökken, és a sorbakötött hőszivattyúk fűtési teljesítménye 395 kW. Ez a fűtési kapacitás az egyidejűségek figyelembe vételével a gázkazánok teljes kiváltására alkalmas.
A Hsz1 jelű hőszivattyút a kondenzátor oldalon útváltó szelep közbeiktatásával lehet magas (70 °C/60,5 °C) fűtési hőfoklépcsővel a szellőző kalorifer fűtésére, valamint HMV-termelésére is hasznosítani.
A hőszivattyúkban beépített Siemens Albatros szabályzók a külső hőmérséklet függvényében tudják biztosítani a megfelelő hőfokszintet (50-70 °C között) a szellőző kaloriferek számára. Amikor azonban a hőszivattyúk medence hőntartást, illetve felfűtést végeznek, vagy a padlófűtésre segítenek, akkor az előtét hőcserélők hőmérséklet igényét 50 °C-os fűtési előremenő-folyamatosan tartják.
A medence felfűtést és hőntartást a kiépített rendszer szerint 28/37,4 °C-50/30 °C hőfokszinten végzi a rendszer termálvízfűtés esetén. A hőszivattyús rendszernél is ezt a hőfokszintet célszerű alkalmazni, a gázkazános hőfokszintre beépített előtét hőcserélő átalakításával, és esetlegesen a cirkulációs szivattyúk cseréjével. A fentieknek megfelelően a hőszivattyúk átlagos COP értékének alakulását a 1. ábra alapján követhetjük nyomon.
A hőntartás esetén, működés közben a hőszivattyúk a működés teljes tartományában az 50 °C-os hőfokszinten fognak működni, és ennek megfelelően a primer oldali szivattyú teljesítmény igényét is beszámítva COPátlag= 5,5 körül alakul. Az állandó primer/szekunder oldali hőmérsékleteket figyelembe véve az SCOP=5,5.
A medence felfűtés alkalmával 15 °C-os hőfokszintű kútvizet kell a 27 °C, illetve 33 °C hőfokszintre emelni.
A felfűtés ideje alatt a betervezett 50 °C-os fűtési hőfokszintet csak a felfűtés végén éri el a hőszivattyú. A felfűtési tartományban így COPátlag34,8/39C=7,0 illetve COPátlag34,8/50C=5,6 között működnek a hőszivattyúk. Ennek megfelelően a primer oldali szivattyú teljesítmény igényét is beszámítva várhatóan SCOP= 6,0 értéken alakul.
A légtechnikai kalorifereket a külső hőmérséklet függvényében 50 °C-70 °C fűtési előremenő hőmérsékletek között szabályozzuk. 70/62 °C-os fűtési hőfokszinten a 3 db hőszivattyú COPátlag=3,5 értéken működik. Részterhelésnél 50/40 °C-os hőfokszinten COPátlag=5,6 Az átlagos külső hőfokszint gyakoriságot, valamint a primer szivattyúk teljesítmény igényét figyelembe véve a várható SCOP=4,6.
A hőszivattyús rendszer a fenti számítások alapján évi átlagban várhatóan minimum SCOP= 4,8 értéken képes működni. Ez azt jelenti, hogy egy hátl.=80% átlagos gázkazán hatásfokkal számolva az energia, és az ezzel arányos költségmegtakarítás: 63%. Ezentúl nincs helyi károsanyag-kibocsájtás. A másik igen lényeges szempont, hogy jelentősen csökken a környezet hőszennyezése, a termálvíz pazarlás az elfolyó termálvíz jelentős mértékű hűtésével. Amennyiben a rendszerhez még társítunk napelem rendszert is, akkor mindenképp elmondható, hogy az uszoda energetikai szempontból üzemeltethetővé válik.
Összegzésként a tervező kollégák és beruházók figyelmébe ajánlom a példában bemutatott megoldást, azt, hogy meglévő termálfürdőinket különösebb belső hőleadó átalakítás nélkül igen hatékonyan, nagy üzemköltség megtakarítást produkálva lehet hőszivattyús rendszerre átalakítani. Ehhez azonban mindenképp szükséges a speciálisan termálhő hasznosításra tervezett hőszivattyúk alkalmazása.
1Dr. Husti István: Bevezetés a fürdőmenedzsmentbe. Szent István Egyetem, 2011
2SPF (Seasonal Power Factor): szezonális teljesítmény tényező. Az egy fűtési szezonban a hőszivattyú által a fűtési rendszerbe bevitt energiamennyiség (kWh), a hőszivattyú által elfogyasztott elektromos energia (kWh)
3A termálvíz fűtési előremenő hőfoka 50 °C. A gázkazán hőcserélő előremenő fűtési hőfokszintje 70 °C
4Magyar Installateur 2015/8–9. száma, 21. oldal
5A fűtés oldali Δt=10-11 °C, 35 °C termálvíz hőfok esetén
***
1. ábra. A Vaporline GWT185-H típusú hőszivattyú teljesítmény táblázata. A jelenleg alkalmazott minimum hőfokszintek zöld színnel jelölve
2. ábra. Hőszivattyús rendszer elvi sémája
3. ábra. A Vaporline GWT175-H típusú hőszivattyú teljesítmény táblázata. A jelenleg alkalmazott maximális hőfokszintek zöld színnel jelölve
FODOR ZOLTáN |
![]() |
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
![]() |
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 |