Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

Az Ing-Reorg Kft. logisztikai központjának energiaellátása

2009/3. lapszám | VGF&HKL online |  4557 |

Figylem! Ez a cikk 15 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Az Ing-Reorg Építőipari Szolgáltató és Kereskedelmi Kft. által 2005-ben elindított „Autonóm ház” című projekt célkitűzése az alternatív energiaforrások alkalmazásának, hatékonyságának vizsgálata. A Debrecenben létesített új logisztikai központ kialakításánál az alternatív és megújuló energiaforrások maximális felhasználására épülő irodaépületet alakítottunk ki, és olyan mérőberendezések kerültek beépítésre, amelyek biztosítják a különböző fajtájú energiahordozók vizsgálatát az üzemszerű működési környezetben.

 

 

1. kép: Az épület déli homlokzata

A projekt tárgyát képező irodaépület jellegét tekintve alapvetően alacsony energiafelhasználású. Az épületben alacsony hőmérsékletű fűtési rendszert installáltunk: központi fűtésű-hűtésű padló, falfűtés és szerkezettemperálás. A telepítésre került épületgépészeti rendszerek alapvetően elektromos energiával üzemelnek.
Az iroda fűtési, hűtési és használati melegvíz-igényét 2 darab hőszivattyú hivatott ellátni, melyek hőforrása a talajhő. A talajhőt talajszonda és -kollektor segítségével nyerjük ki. A talajhőből nyert energia évszaktól és időjárástól függetlenül már akár 1,2 méteres mélységtől is elérhető. 18 méternél mélyebben pedig a külső behatások, mint például a napsugárzás, már nem lesznek hatással a talajra, a hőmérséklet a szondák által használt mélységekig viszonylag állandóvá válik, és a kinyerhető hőmennyiség a helyi viszonyokra vonatkoztatott geotermikus gradiens függvénye.
Talajszondából telepítettünk 50 és 100 méter mélységűeket, melyek közül néhány darab kontrollszondaként funkcionál, ugyanis a projekt egyik fontos kutatási témája a talajszondákból és -kollektorból nyert, illetve betáplált hőmennyiség detektálása.

 

 

 

 

2. kép: Helyszínrajz 

Az irodaépület fűtési és használati melegvíz-igényének ellátását ezen kívül napkollektor és hulladékhasznosító kazán is segíti. Nyáron a hűtést passzív talajszondás rendszer biztosítja. Mivel az épület egész éves működését vizsgáljuk, ezért a projekt helyszínén nemcsak a megnevezett megújuló energiaforrások alkalmazása történik, hanem a környezet és a rendszer pontos megfigyelése a kialakított épületfelügyeleti szoftver segítségével. Jelen cikkben az alkalmazott épületgépészeti rendszer speciális, téli üzemmódját mutatjuk be, különös tekintettel a felgyülemlett üzemeltetési és kutatási tapasztalatokra.
A napkollektorok téli üzemmódban a kapcsolási sorrend alapján több funkcióval is rendelkeznek:
1. Használati melegvíz-termelés és a fűtési rendszer rásegítő energiaellátása. Az energetikai rendszerben ez könnyen mérhető, ugyanis a megfelelő pontra hőmennyiségmérőt integráltunk.
2. 2 darab 100 méter hosszúságú talajszonda segítségével a földköpeny temperálása, így meg tudjuk határozni, hogy a hőszivattyú milyen hatékonysággal dolgozik az egyik előfűtött, és a másik, nem előfűtött földközegben. A téli üzemmódban vizsgáljuk, hogy mennyivel jobb hatásfokkal működik a hőszivattyúnk ezen két talajszonda esetében a nem temperált talajszondákhoz képest.
3. 1 darab 63 m3-es és 1 darab 65 m3-es földbe süllyesztett puffertartály fűtése. A tartályokban elhelyezett 3-3 darab hőmérő alapján tudjuk ellenőrizni a hőmérsékletet. A tárolt energiamennyiséget a téli üzemmódban hasznosítjuk a hőszivattyú segítségével, és vizsgáljuk a rendszer működési paramétereit.

 

 

 

 

 

 

3. kép: Egyszerűsített kapcsolási rajz, téli üzemmód

A vegyes tüzelésű kazán által biztosított energiabevitel detektálásának egzakt módja a puffertartályhoz kiépített hőmennyiségmérő: a víz keringési sebessége és a hőmérsékleti adatok határozzák meg azt a hőmennyiséget, amit az épület temperálására fordítanak.
Az épületben két hőszivattyú működik, jóságfokuk meghatározása céljából külön fogyasztásmérő áll rendelkezésre az elektromos hálózaton, illetve hőmennyiségmérők a megfelelő termelt hőmennyiség mérésére.

 

 

 4. kép: Beüzemelés előtt a hőszivattyúk

Üzemeltetési és kutatási tapasztalatok
A projekt keretében a 2007/2008-as téli fűtési szezon óta vizsgáljuk az épület fűtési rendszerét. A projekt során az installált mérőberendezéseknek köszönhetően egyértelműen „ellenőrizhettük” beépített hőszivattyúnk jóságfokát. A mérési eredményeink és egyszerűsített idealizált számításaink az irodalmi adatokat bizonyították. A talajhő/víz hőszivattyúnk átlagosan 4,3 jóságfokkal üzemel a téli periódusban.
A földbe süllyesztett puffertartályok – összesen 126 m3 – vízzel vannak feltöltve, és egy darab lemezes hőcserélőn keresztül csatlakoznak a fűtési rendszerhez, amely körben fagyálló hőátadó folyadék kering. A hőszivattyú működéséből következően – a hőelvétel ideális beállításához – a hőszivattyútól visszatérő parancsolt hőmérséklet jelenleg beállított -2 °C. Ideális esetben a ?T = 6 °C.
A hőcserélő előtt egy visszakeverő szelep biztosítja a tartályok fagyásvédelmét. A hőszivattyú működéséhez szükséges fagyálló hőátadó közeg tartósan nem lehet 20 °C-nál magasabb hőmérsékletű, a hőszivattyú zavartalan működése végett.  
Az ikertartályhoz kapcsolódik 6x2,63 m2 (abszorberfelület: 6x2,41 m2) felületű síkkollektor. A napkollektorok által megtermelt energia kb. harmadát tároljuk el a tartályban, ugyanis a kollektorok harmadik prioritása az ikertartályok temperálása. 2008 nyarán négyzetméterenként átlagosan 30 kWh energiával temperáltuk a tartályt [1. ábra].
A kutatási projekt során 2008 nyarán a tartály átlaghőmérséklete elérte a 20 °C-ot, mely energiát a 2008/2009-es fűtési szezonban a hőszivattyú segítségével hasznosítottuk. A tartályt a fűtési szezonban 15 °C-ról lehűtöttük 5,3 °C-ra, ?T = 9,7 °C = 282,5 K [2. ábra].
Ezáltal kb. 77 000 MJ energiát vezettünk be a hőszivattyúnkba, mely külső villamos energia felvételével, átlagosan 4-es COP-vel hasznosította ezt a hőmennyiséget, és vezette be fűtési és HMV-puffertartályba.

 

 

 

 

1. ábra: A síkkollektorok egységnyi energiatermelése (kWh/m2/hónap 

A földbe süllyesztett ikertartályok egyben az épület tüzivíz-tárolójaként is üzemelnek, mindamellett, hogy energetikai célt szolgálnak. Az „Autonóm-ház” projekt tervezése és megvalósítása során ez a kapcsolt üzemeltetés és hasznosítás jól tükrözi a projektet, mely igen nehezen képezhető le gazdaságilag. Azonban a tartályok „gazdaságosságát” mindezek ellenére megvizsgáltuk, és idealizált számításaink alapján a két darab földbe süllyesztett ikertartályunk kevesebb, mint 6 év, mindössze 5,2 év múlva térül meg.
Természetesen a termodinamika I. főtétele szerint energiát sem előállítani, sem megsemmisíteni nem lehet, csupán egyik formájából a másikba átalakítani. Az „energiatermelés” kifejezés ennek ellenére elterjedt a szóhasználatunkban. Az energia átalakítását tehát a lehető legjobb hatásfokkal és a legkevesebb veszteséggel kell megoldani! A hőszivattyús rendszerek megvalósítására hazai adottságaink, lehetőségeink műszaki szempontból előnyösek, amelyekkel a természetes, környezetünkben lévő, rendelkezésünkre álló energiákat hasznosítani tudjuk.
A projekt során a méréseket folytatjuk, így a téli időszakban a fűtési szezon során a hőszivattyú jóságfokának meghatározásához kapunk majd pontos információt, és ezek alapján lehetőség nyílik a projekt tárgyát képező irodaépület esetében a rendszer megtérülését vizsgálni.

 

 

 

 

 

 

2. ábra: Tartály átlaghőmérséklete 2008. januártól 2009. februárig 

A projekttel kapcsolatban bővebb információt a www.fold-energia.hu weboldalon találhatnak.

Dibáczi Zita környezetmérnök, Szemán Róbert épületgépész-mérnök
Ing-Reorg Kft.