belépés / regisztráció
2019. november 15. péntek
Aktuális lapszám

Kórházak energetikai felújításának lehetősége hőszivattyúk alkalmazásával

Jelen cikk aktualitását az adja, hogy 2014 januárjában az Innovációs Hivatal meghívására részt vettem egy projekt ismertetésen, ahol öt kórház főbb paramétereit és a tervezett energetikai felújítás mikéntjét ismertették a megbízott mérnök kollégák. A feladat részünkre az volt, hogy esetlegesen alkalmazható alternatív megoldásokat készítsünk a fűtés, HMV-ellátás, és hűtési megoldásokra vonatkozóan. E cikk keretében az általános érvényű megállapítások mellett két kórház előzetes hőszivattyús (szondás, valamint nyitott kutas hőnyerési móddal) tanulmányát mutatom be.

 

Ennek a témának az elemzését ebben a cikkben azért tartom fontosnak és időszerűnek, mert a projekt ismertetésekor is megerősítést nyert az a tény, hogy az épületgépész szakmában sem kellően ismert a geotermikus hőszivattyús rendszerek alkalmazhatósága.

A többnyire tervezési hiányosságokból eredő, sok esetben eltúlzott fajlagos költségek, és alacsony SPF értékek elbizonytalanítják a témát nem kellően ismerő mérnököket, ezért egyetlen megfelelő alternatívát, a kondenzációs gázkazánok alkalmazását látják az energetikai felújítások lehetséges megoldásának.

Ennek ellenére, ahogyan az alább közölt előzetes tanulmányokból is látható, megfelelő hőszivattyús technika és tervezési ismeretek birtokában az esetek nagy százalékában a kórházak energetikai felújításánál a geotermikus hőszivattyús rendszerek alkalmazása a jelenleg lehetséges legkisebb fajlagos költségű és legnagyobb komfort fokozatú megoldás. Emellett megújuló energiát alkalmazunk, és a kor követelményének megfelelően jelentős mértékben csökkentjük a CO2, CO, NOx kibocsájtást.

A kórházak energetikai jellemzői (fűtés, aktív hűtés, szellőzés, HMV szempontjait vizsgálva)

  • Magas hőmérsékletű, többnyire szabályozatlan radiátoros hőleadók, illetve légtechnikai kaloriferek.
  • Nagyteljesítményű légtechnikai rendszerek, nagy mennyiségű használati melegvíz igény
  • Nagy hűtési hőigény 7/12 °C-os hőfokszinten, ami jelenleg többnyire megoldatlan.
  • Központi hőközpont, leginkább elavult gőz-, illetve melegvizes gázkazánokkal.
  • Esetenként elavult, nagy veszteségű, mindenképp cserére szoruló fűtési távvezeték hálózat.
  • Általában burkolt, parkosított, fásított terület a kórház körül.
  • A hűtési igények kielégítése esetenként split klímákkal, illetve folyadékhűtőkkel történik.

Az energetikai felújítás optimális és lehetséges megoldása

A tervezés első lépése kell, hogy legyen a feltárt hőtechnikai veszteségek minimalizálása és lehetőség szerint megszüntetése, az épület külső hőszigetelése, ajtóinak, ablakainak cseréje.

Ellenőrizni kell a hőleadó rendszerek állapotát, szabályozottságát, a csőrendszerek szigeteltségét.

Ellenőrizni kell a szellőző rendszerekben a hővisszanyerés megoldottságát.

Meg kell vizsgálni a megújuló energiák hasznosításának lehetőségét.

A megújuló energiát hasznosító rendszerek összehasonlítása

Kórházak esetében a fűtési rendszerek működtetésénél a földgáz részleges, vagy teljes kiváltására alternatívaként a biomassza és a hőszivattyú jöhet szóba, mint megújuló energia. A biomasszán belül a pelletkazán, amely megfelelően automatizálható, szabályozható és így kis munkaerő igénye van.

Az 1. táblázatban ezért a földgáz energiahordozóhoz a pelletet és földhőt, mint energiahordozókat hasonlítottuk.

Az 1. táblázat adatai alapján láthatjuk, hogy az energiatartalomra vonatkoztatott fajlagos árak között még akkor is 40% körüli különbség van a geotermikus hőszivattyú javára a pelletkazánhoz viszonyítva, ha a pályázat által megkövetelt legalacsonyabb hatékonysági értékkel, SPFprim =1,3-al (SPF=3,2) számolunk.

Amennyiben azonban a gyakorlati tapasztalatok alapján valószínűsíthető SPF=4,2 értékkel számolunk az ener giatartalom árban, a különbség a geotermikus hőszivatytyús rendszer javára 55% feletti!1

A fentieknek megfelelően a jelenlegi elavult rendszereknél feltételezett η=70%-os átlaghatásfokú földgázos rendszerhez viszonyítva a számított megtakarítás geotermikus hőszivattyús rendszerek alkalmazásakor elérheti a 60% feletti értéket! A hőszivattyúk esetében törekedni kell a mind hatékonyabb rendszerek kiépítésére, és ennek megfelelően – amennyiben lehetséges – vertikális szondás hőnyerési módok alkalmazására.

A geotermikus hőszivattyúk alkalmazhatóságának vizsgálata

Hőnyerési lehetőség kórházak esetében

Többnyire vertikális zárt szondás, nyitott kutas, illetve hulladékhő hasznosító hőnyerési rendszerek alkalmazhatók.

Abban az esetben, ha helyileg lehetőség van elfolyó termálvízből, ipari vízből, esetleg ivóvízből hő kinyerésére, akkor ezt mindenképp célszerű kihasználni.

Amennyiben elfolyó víz (hulladékhő) nem áll rendelkezésre, meg kell vizsgálni a vertikális zárt szondás rendszer telepítésének lehetőségét.

Olyan esetekben, amikor a terület zárt szondás rendszer kiépítését nem teszi lehetővé, és a területi adottságok megfelelőek nyitott kutas rendszer kiépítésére, akkor a nyitott két kutas megoldás a megfelelő választás.

A nagy teljesítmény igények miatt nagy tömegáram igény. (∼615 kW , 1200l/min. tömegáram).

Mélyebb fúrású kutak (150-200m), ahol a feljövő víz meghaladja a 20 °C-t, a tápvizet akár két lépcsőben is lehet alkalmazni, és így a szükséges tömegáram igényt a felére lehet csökkenteni.

A fentieken túl meg kell vizsgálni a hulladékhasznosítás (pl.: elfolyó szennyvíz), valamint a kombinált alkalmazás lehetőségét (az aktív hűtés hőjéből magas SCOP értékű HMV-előállítás).

A hőszivattyú választás és rendszer kialakítás főbb szempontjai

  • A feladatra optimalizált hőszivattyúk alkalmazása (magas fűtési hőfokszintre alkalmas hőszivattyúk).
  • A kihasználtság növelése (lehetőség szerint multifunkciós hőszivattyúk alkalmazása).
  • A monoenergetikus hőközpontok tervezése, és ezzel a fajlagos beruházási költségek csökkentése.
  • Az összhang megvalósítása a megmaradó hőleadó rendszerrel.
  • A fűtési hőfokszintek összehangolása.
  • A fűtési-hűtési HMV-rendszer szabályozása.

Korányi TBC Kórház energia korszerűsítési javaslata

A Korányi kórház megküldött paramétereit, és a helyszínt megvizsgálva, a főbb jellemzők:

A hőellátás energia bázisa: földgáz
A kazánüzem közege: meleg víz
A fűtött légtérfogat: 97 000 lm3
A kórházi épületek jellege: pavilonos
Védettség: részben műemlékvédett
Nyílászárók állapota: elavult
Kazánok állapota: elavult
Távvezeték állapota: elavult
A hőellátás bruttó költsége: 174 000 000-Ft/év

A Korányi kórház megküldött paramétereit, és a helyszínt megvizsgálva a javasolt megoldás:

A sok épület és az elavult távvezeték rendszer miatt, amely a korszerűsítés nagyobbik részét teszi ki véleményem szerint, az adott területen zárt szondás, monovalens hőszivattyús rendszer kiépítése célszerű a fűtési rendszer egészében.

A fűtési rendszer jelenleg max. 60 °C/50 °C hőfokszinten működik, (fűtési középhőmérséklet 55 °C) és emiatt a tervezett Vaporline® hőszivattyús rendszerrel akár max. 65 °C/59 °C (fűtési középhőmérséklet 62 °C)2 hőfokszinten a fűtési rendszer tartalékkal működtethető.

A szondarendszer

Kétcsöves, 100 m mélységű szondarendszer, Tichelmann gerincvezeték kiképzéssel. A szondák előzetes számának meghatározásánál figyelembe vették a terület jó konduktivitását (mészkő), és kevésbé jó gradiensét, valamint a növelt futási óraszámokat a kórházak jellegéből adódóan.

Fűtési rendszer

A hőszivattyús hőközpontok tervezett SCOP=4,0 értéke a magas hőmérsékletű alkalmazásokra fejlesztett EVI (Enhanced Vapor Inject) rendszerű Vaporline hőszivatytyúkkal a gyakorlati tapasztalatok alapján megvalósítható.

A hőszivattyúk beépített külső hőmérséklettől függő szabályozóval és monitoring rendszerrel vannak felszerelve, amely egyik feltétele a magas SCOP értéknek.

A hőszivattyúk a fűtésre a külső hőmérséklettől függően 40 °C-60 °C fűtési előremenő hőmérsékletre vannak beállítva. A hőszivattyúk belső fűtőköri szabályozása elektronikus expanziós szeleppel történik, és a hűtőkör hűtőközegtartályt tartalmaz. Mindezen elemek feltételei a magas SCOP érték elérésének.

Aktív hűtés

A tervezett hőszivattyúk aktív hűtésre alkalmasak 7/12 °C, illetve 15/20 °C-os hőfokszinten, így lehetőség nyílik az egyes épületekben az aktív hűtés megvalósítására a radiátorok részleges, vagy teljes fan-coil cseréjével. Az aktív hűtésre átállást a készüléken egy kapcsoló átkapcsolásával egyszerűen meg lehet oldani. A hőszivattyú szabályozói természetesen alkalmasak hálózatban, távfelügyeletben történő működésre.

HMV

A fűtő-hűtő hőszivattyúk „desuperheaterrel”, elsődleges hőcserélővel vannak felszerelve, amelyek a fűtési és hűtési üzemmód 15-20%-ában akár 60 °C-os HMV-t állítanak elő. Nyári üzemmódban az épületből elvont hő 15%- ból állít elő ingyenesen HMV-t.

A készülékeket lehet kétkondenzátoros „HDW” típusban alkalmazni, így készülék bármikor képes teljes kapacitással 60 °C-os HMV-t előállítani magas COP-érték mellett, ráadásul szükség esetén rá tud segíteni a fűtési rendszerre is.

Ezzel a megoldással a nagy HMV-igények is hatékonyan kielégíthetők.

Az épület fűtési HMV teljesítmény igénye: Qh=∼2592 kW
A tervezendő hőszivattyús teljesítmény: Qhősz=2592 kW
A hőközpontok száma: 12 db
A tervezett hőszivattyúk:

Vaporline® típus db
GBI96-HACW 18
GBI80-HACW 4
GBI66-HACW 3
GBI66-HW 1
GBI48-HW 1
GBI40-HACW 1
GBI33-HDW 2

A hőszivattyús rendszer komplett beruházási költsége

A magas hőmérsékletre (max. 65 °C ) hatékonyan alkalmas a magyar fejlesztésű Vaporline®, fűtő-aktív hűtő HMV-termelő hőszivattyúkkal. A komplett rendszer költsége a szondatelepítéssel, az adott terület nehezebb fúrási viszonyait figyelembe véve beüzemeléssel együtt (bruttó): ∼819 817 399 millió forint

Az évi költségmegtakarítás a hőszivattyús rendszerrel

Amennyiben a megtérülést a mai számításom ηátlag=70% gázkazános rendszerhez viszonyítjuk, akkor az ∼2,6 MW-os hőszivattyús rendszerrel elérhető üzemköltség megtakarítás évente: 126 337 139 Ft

A várható megtérülési idő, csak az energia megtakarításból eredően:
819 817 399 /126 337 139=6,5 év

A megtérülési idő a kondenzációs kazános fűtési rendszerhez viszonyítva:
Amennyiben figyelembe vesszük az 2,6 MW-os kondenzációs hőközpont árát, valamint a megtakarítható távvezeték építés költségét, akkor a számításom szerint a ηátlag=96%-os hatásfokú kondenzációs technikához viszonyítva a megtérülés max. ∼4,4 év!

Távvezetékből adódó költségmegtakarítás (bruttó millió Ft): ∼400
2,6 MW-os kondenzációs hőközpont (bruttó millió Ft): ∼70
Hőszivattyús rendszer összes költsége (bruttó millió Ft): ∼820
Évi energiaköltség megtakarítás (bruttó millió Ft): ∼79,9
A várható megtérülési idő: 820-(400+70)/79,9= 4,4 év3

A rendszerek összehasonlítása az élettartamra vonatkoztatott fajlagos költségek alapján

Ez a számítási módszer, amelyet a Nemzetközi Energia Szövetség (IEA) is használ, diszkontálja a jövőbeli költségeket, majd elosztja a kapott eredményt a jövőbeli output jelenértékével.

Mint egy pénzügyi eszköz, az LCOE nagyon értékes összehasonlítást ad a különböző fűtési rendszereknél. A viszonylag alacsony hőszivattyús rendszer LCOE értéke, a gázkazános rendszerek értékéhez viszonyítva azt jelenti, hogy magasabb a megtérülés valószínűsége.

Ha a költségek egy megújuló technológia alkalmazása esetén olyan alacsonyak, mint a jelenlegi hagyományos rendszerek költségei, akkor azt mondják, hogy elérte a „Rács paritás”-t, azt a pontot, ahol a megújuló energiaforrás széleskörű elterjedésre számíthat állami támogatás nélkül is.4

Az alábbi, 2. és 3. táblázat alapján látható, hogy amenynyiben megközelítőleg helyesen kalkulált a gázkazános rendszer a távvezeték kiépítésével együtt, akkor a „Rács paritást” meghaladóan kedvezőbb a hőszivattyús rendszer LCOE értéke, és így nem lehet kérdéses az alkalmazásának célszerűsége és megtérülése csak fűtés és HMV-előállítás esetén sem.

A rendszer alkalmazása a kórház jelentős részének klimatizálását is megoldhatja viszonylag olcsón, hiszen 15/20 °C-os hűtési hőfoklépcsőre méretezve a radiátorok helyére beépítendő fan-coil-okkal a vezetékrendszer szigetelése és cseppelvezető rendszer kiépítése is elkerülhető. Amennyiben a megtérülési időbe ezt is figyelembe vennénk, akkor jelen projekt esetében valószínűsíthetően nem kellene megtérülési időről beszélni.

Összegzés

A fenti elemzés alapján látható, hogy amennyiben ezt a hazánkban mellőzött geotermikus hőszivattyús technológiát a megkívánt hozzáértés sokrétűsége miatt továbbra is a periférián tartjuk, és a rendelkezésünkre álló EU-s pénzeket olyan energetikai korszerűsítésekre költjük, amelyek élettartamra vonatkoztatott fajlagos költsége magasabb, megújuló energia tartalmuk nincs, komfortfokozatuk alacsonyabb (megújuló aktív hűtés hiánya), a megújuló elektromos energia nem kapcsolható a rendszerbe, olyan lemaradást generálunk, amelyet hosszú távon is nehezen lehet majd korrigálni.

A hangsúlyt, a pályázati követelményrendszert, a precíz, hozzáértő rendszer tervezésére, a multifunkciós hőszivattyúk által nyújtott fajlagos költségcsökkentésre kidolgozva, a ténylegesen mért és sikeres rendszerek előtérbe helyezésével, hosszútávon jelentős CO2 kibocsátás csökkenés lenne megvalósítható, illetve a folyamatosan fejlődő, megújuló alapú elektromos energia alkalmazásához, az atomenergiához célszerűen kapcsolódó rendszerek kiépítése válna lehetővé.

***

1. táblázat. Energiatartalomra vonatkoztatott fajlagos költségek
2. 
táblázat. Hőszivattyús rendszer fajlagos költségei
3. 
táblázat. Kondenzációs gázkazános rendszer fajlagos költségei

1 Az elektromos energia árak nagy rendszerek esetén külön szerződésben, a fentiektől eltérő értéken szerepelhetnek.
2 A magyar fejlesztésű másodgenerációs Vaporline hőszivattyúk, a legújabb R410A hűtőközeggel működő EVI rendszerű kompresszorokkal max. 65 °C fűtési hőfokszinten képesek működni.
3 A távvezeték újjáépítés és a gázkazános hőközpont beruházási költségei csak kalkulált értékek!
4 Magyar Installateur 2014/2-3-as száma; Magyar Installateur 2014/4-es száma

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