Padlás hőenergia hasznosítás
2002/6. lapszám | Kiss Tibor | 6513 |
Figylem! Ez a cikk 23 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Általánosan ismert tény, hogy az épületek nyeregtetős padlásain, napsütéses vagy enyhén borús időben is, a hőmérséklet jóval magasabb a külső környezeti levegő hőmérsékleténél. Hazánkban a nyeregtetős építkezés az általános, sőt a korábbi házgyári építésű épületeknél szerzett rossz tapasztalatok miatt a lapos tetős szerkezetről még ezeknél az épületeknél is áttértek erre a megoldásra. Érdemes megvizsgálni, hogy ezt az önként adódó lehetőséget hogyan lehet hasznosítani valamilyen módon, a mai dráguló energiaáras időkben, például használati melegvíz termelésére.
Meg kell jegyezni, hogy a napkollektorok létjogosultságát senki nem vonja kétségbe, mert ennél jobbat eddig még nem sikerült feltalálni, viszont a gazdasági számítások sok érdekességet mutatnak, amelyre érdemes odafigyelni. Azt mindjárt az elemzésünk elején kijelenthetjük, hogy lakóház fűtésére egyelőre teljesen gazdaságtalanok a napkollektorok, hazánk földrajzi adottságai, elsősorban az egyenlítőtől mért távolsága miatt. Szóba jöhető felhasználások: a használati melegvíz előállítására, uszodai víz melegítésére stb. Végső soron az ideális megoldás az lenne, ha a befogott napenergiával hűteni lehetne, de az ilyen irányú, világméretű és aktív kutatások eddig nem vezettek eredményre. Legmesszebb itt is Amerikában jutottak, de a hétköznapi alkalmazásokkal ugyanaz a helyezet, mint az üzemanyagcellákkal. Maradjunk tehát a használati melegvíz-előállítás területén, elsősorban is a lakóépületeknél, illetve a kisebb panziók, vendéglátóegységek körében. Használati melegvízre egész évben szükség van, az irodalom általában a lakásban állandóan lakó személyek számától függően határozza meg a napi szükséges mennyiséget, ami lakóháznál többé-kevésbé igazolható. Az eltérések tehát nem a víz igényelt hőmérsékletében, hanem a napi felhasználás mennyiségében vannak.
Induljunk ki abból a méréseken alapuló tényből, hogy a vezetékes ivóvíz hőmérséklete télen-nyáron, Budapesten és vidéken is +12 +14 °C körül van. Ennek oka a talajhőmérséklet nagyfokú állandóságában keresendő, mivel az ivóvízhálózatot 1-1,5 m-re fektetik. De nem sok különbség adódik akkor sem, ha a hálózatot nagyobb mélységbe fektetik. Tehát a +12 °C-os vizet kell felmelegítenünk kb. +37 °C +50 °C-ra, attól függően, hogy mosdásra vagy mondjuk mosogatásra használjuk. Az első eset jelenti a nagyobb, meghatározó mennyiséget. Ha a vezetékes vizet gazdaságosan elő tudjuk melegíteni, mondjuk +25 °C-ra, akkor már az ekkora hőfokú vizet kell továbbmelegítenünk valamilyen más energiával, elektromos árammal vagy gázenergiával. Az előmelegítésre kitűnően alkalmasak a nyeregtetős épületek padlásai, önként adva a lehetőséget a berendezések beépítésére, az épület klímaérzete szempontjából pedig kifejezetten hasznos, ha nyáron a padlást „hűtjük”, mert egyébként is „födémfűtésként” viselkedik. Az általunk kiépített kísérleti berendezés nagyon egyszerű és a kereskedelemben könnyen beszerezhető berendezésekből áll, felhasználva a legtöbb épületnél egyébként is megtalálható szükséges alkatrészt.
A méréseket 1998 eleje óta végeztük, 0,5 °C-os pontossággal. A tapasztalatok alapján módosításokat végeztünk az eredeti berendezésen, amelynek rövid ismertetése előtt meg kell említeni, hogy a padlás szerkezete sokféle lehet, de mindegyik egyezik abban, hogy általában minden égtáj felé tájolt, tehát nem érzékeny a nap látszólagos mozgására. A nap sugarai nagy részben szinte merőlegesek a felületre és hőjét sugárzással adja le a tetőre. Minél nehezebb a tetőfedő anyag, például cserép, annál jobban tárolja az összegyűjtőt hőenergiát, amelyet kifelé és befelé egyaránt főleg sugárzással ad le a környezetének. Minél zártabb ez a padlástér, annál magasabb hőmérséklet alakul ki, de júliusban ez lehet különösen magas is.
A fizika alapjai szerint a hőáramlások nemcsak térben, hanem időben is lejátszódó folyamatok. Ha tehát megnézzük az ábrán látható görbéket, megfigyelhető, hogy hajnali 5-6 órától kezd jobban emelkedni a padlás levegőhőmérséklete, mint a külső hőmérséklet. Érdekes módon a maximumát 16-17 óra körül éri el, nem délben, mint ahogy első pillanatban gondolnánk. Majd kezdődik a lehűlés, ami a meteorológiai viszonyok függvénye alapján felhős időben lassúbb, tiszta égbolt esetén gyorsabb a kisugárzások miatt. Akkor kell tehát „begyűjtenünk” a hőenergiát, amikor a környezet melegebb, mint a melegíteni kívánt víz. Berendezésünk tehát olyan automatikaelemeket tartalmaz, amely figyeli a padlás és a víz hőmérséklete közötti különbséget. Bizonyos korlátok között csak akkor működik, ha ezekre a kedvező feltételek fennállnak. Egyébként éjszaka kisugározná azt a hőmennyiséget, amit korábban összegyűjtött.
A berendezés elvi kapcsolási rajzán látszik, hogy sok hasonlóság mutatkozik a napkollektoros rendszerekkel, itt azonban jóval egyszerűbb a megoldás. Előnyként kell említeni azt is, hogy nem kell a tetőszerkezethez hozzányúlni, ami általában mindig problémát szokott okozni. Vonatkozik ez az előny a karbantartásra is. Tény, hogy fagyveszélyes időben a födém alatti részekben lévő vizet le kell engedni, ami azt is jelenti, hogy berendezésünk Magyarországon márciustól-novemberig használható biztonságosan. A hálózati vizet az épületbe való belépésekor kettéválasztjuk, a hideg vizet továbbvezetjük a megadott módon, míg a melegítésre szánt másik részét egy előmelegítő rendszeren vezetjük keresztül a hagyományos, most már „utómelegítőnek” nevezendő gáz- vagy villamos energiával működő egységhez. A padlástérben elhelyezett csőkígyóban lassan, de folyamatosan kering a víz, ezáltal fölvéve a padlás levegőjének hőmérsékletét. Ezért a keringtetőszivattyú is aránylag kis teljesítményű lehet.
Az indítást, illetve a leállítást egy differenciált hőmérséklet-kapcsoló vezérli. Az egyik hőmérséklet-érzékelő a padlástérben van, a csőkígyó közelében, míg a másik az előtároló vízterében. Ha a tárolt víz hőmérséklete 3-5 °C-al alacsonyabb, mint a levegőé, akkor indítja a keringtetőszivattyút, kinyitja a motoros szelepet, míg ennél kisebb különbség esetén fordított beavatkozás történik. Közbe van azért iktatva egy „korlát” is, amivel a működési intervallumot be tudjuk állítani. Ez utóbbi a lakótérben elhelyezve kitűnő kijelzőként is használható, ami mutatja a padlás mindenkori hőmérsékletét.
A padlásra felmenő csőpár átmérőjét feltétlenül úgy kell méretezni, hogy a szivattyú működése nélkül – például éjszaka – ne tudjon hőt leadni a csőkígyó a padláson, ne jöhessen létre gravitációs áramlás. Ha tehát megnyitjuk valamelyik melegvíz-vevő csapot – szelepet -, az előmelegített víz bekerül az utómelegítőbe, ahol jóval kevesebbet kell emelni a hőmérsékletén, mintha a talaj hőmérsékletével egyező hőmérsékletű vizet kellene a végső felhasználás hőmérsékletére melegíteni. A jelentős energiamegtakarítás innen ered, ez éves szinten, sok paramétertől függően az eredeti energiafelhasználáshoz képest 20-40%-ot(!) is elérhet. A berendezés a meglévő melegvíz-termelők – cirkogejzírek, villanybojlerek elé is beépíthető, csekély ráfordítással.
A kísérleti berendezés az elmúlt 3 év során teljes mértékben bebizonyította létjogosultságát és apróbb változtatásokkal alkalmassá vált sorozattelepítésre. A nyeregtetős padlástér hihetetlenül nagy hőteljesítménnyel rendelkezik, ezért berendezésünk teljesítménye csak a ráfordítás nagyságától függ. A talaj hőtartalmának kihasználására sok más lehetőség is van, nem csak hűtésre, hanem fűtésre is. Nyáron hűtővíz nyerhető a talajba fektetett csövek által, amivel közvetlenül hűthetők a padlásterek, fordított esetben pedig a hőszivattyúk elpárologtató oldalát lehet a földbe helyezni, míg a másik oldalon meleget kinyerni. Ez viszont már egy más értekezés tárgya lehet.
Építészetileg erősen meggondolandó, hogy olyan tetőfedést alkalmazunk, ami visszaveri a napsugárzást vagy olyat, ami jól elnyeli azt. Egy négytagú családnál 150-200 literes előtárolóval már érezhetően alacsonyabb összegű energiaszámlát kapunk, de nagyobb méretű melegvíz-felhasználásnál – például társasházak, panziók, vendéglők esetén is – nagyon rövid idő alatt megtérül a beruházás.
Kiss Tibor – Steckl Péter
