Gondolatok a fűtési hőenergia-fogyasztás értékeléséről

2011/5. lapszám | Chiovini György |  10 780 |

Figylem! Ez a cikk 14 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Tavasszal – előbb vagy utóbb – befejeződik a fűtési idény. Ki így, ki úgy, értékel. A skála széles. Van, aki csak annyit állapít meg, többet kellett költeni, mint az előző években. A másik „szélsőség”: egy épületirányítási rendszer adatbázisa, sok táblázattal és diagrammal. Akár szolgáltatást is igénybe vehetünk; van cég, amelyik vállalja a fűtési energiafogyasztás szakszerű értékelését.

Milyen is a szakszerű értékelés?

Egy pontos és mégis semmitmondó válasz: az igénynek megfelelő. Az értékelés végső értelme azonban mindig ugyanaz: annyi energia fogyott, amenynyire valóban szükség volt? Tehát egy össze-hasonlításról beszélhetünk, a tényadatokat viszonyítjuk valamihez, amit az értékelés során kiindulási alapnak tekintünk. Mennyi energia fogyott? Az első feladat az, hogy meghatározzuk a fűtési célú energiafelhasználás tényleges értékét. (Érték alatt most nem pénzben, hanem természetes mértékegységben kifejezett meny-nyiséget értsünk. Ez lehet MJ vagy kWh is.) Legtöbbször hőenergiára gondolunk. Ez azonban már bizonyos egyszerűsítés, mert a fűtés villamos energiafogyasztással is jár. Persze nincs szükség megkülönböztetésre a villamos fűtésnél. De még itt is lehet aprólékos részletekbe elmerülni. Ha valahol a fűtés alapvetően hőtárolós villamos fűtőtestekkel történik, használhatnak kiegészítésül mobil hőfejlesztőket is. A továbbiakban szorítkozzunk a nem villamos fűtési rendszerekre, és tekintsünk el a segédüzem villamos energiafogyasztásától. Nem lesz szó a hőszivattyús fűtésről sem, ami egyébként történhet villamos energiára vagy földgázra alapozva. Vásárolt hőenergiánál nagy valószínűséggel van mérés, vannak mérési adatok. A gond csak az, hogy számos esetben nem válik szét a fűtési és egyéb célú (pl. HMV) hőfogyasztás. Ha nem lehetséges vagy nem gazdaságos külön-külön mérni, marad egy számításos szétválasztás. Ebben segíthet, ha mérjük a melegvíz-felhasználást, és erre alapozva kiszámítjuk ennek hőszükségletét. Egyébként a fűtési idényen kívüli hőenergia-fogyasztásból kiindulva lehet a fűtési idény teljes hőenergia-fogyasztásának felosztását elvégezni. Ehhez azonban fel kell jegyezni a fűtés kezdetét és végét, illetve az esetleges közbenső kieső napokat. Ha a fűtésnél egyes helyiségek vagy épületek hosszabb vagy rövidebb ideig voltak fűtve, mint más területek, ez újabb számolgatást igényel.

A saját hőtermelés ma jellemzően földgázzal történik. Ennek mérése viszonylag egyszerű, legalábbis ott, ahol egyetlen hőközpont van. Előfordul olyan ingatlan, ahol több épületet kell fűteni, de a földgázfogyasztás mérése csak a gázfogadóban megoldott. Az épületenkénti értékelés nem egyszerű. Ha pontosak szeretnénk lenni, figyelembe kell venni a földgáz fűtőértékét is. Ez ugyan számlaadat, de a részletesebb, rövidebb időszakokra kiterjedő elemzéshez nem biztos, hogy elégséges. Fokozottan igaz ez magára a köbméterben vagy hőenergiában mért fogyasztásra is. Nagyobb fogyasztónál rendelkezésre áll a szolgáltató finom felbontású mérőállás-adatbázisa, de a kisebb fogyasztó jól teszi, ha saját maga végez rendszeres mérőleolvasást és naplózást. Terjednek a szilárd tüzelőanyagot fogyasztó kazánok. Ezeknél a fogyasztás regisztrálása kevés helyen megoldott.

Probléma a fűtőérték ismerete is. Energiagazdálkodási szempontból nagy hátrány ez, kérdés, hogy a tüzelőanyag kedvezőbb fajlagos költsége ellensúlyozza-e. Sok az ellentétes vélemény, sok a megalapozatlan ígéret, reklám. Az üzemeltető akkor lehetne megnyugtató helyzetben, ha a kazán által termelt hőenergia után számolna el a tüzelőanyag szállítójával. A tüzelőanyag minőségéből eredő kockázat ekkor nem őt terhelné. Az MSZ EN 15603:2008 szabvány (Épületek energetikai teljesítőképessége – A teljes energiaigény és az energetikai minőség meghatározása) a szilárd tüzelőanyagok fogyasztásának meghatározására azt írja, hogy a tárolóban lévő anyag súlyát kell figyelembe venni az időszak elején, majd a végén. Abban az esetben, ha közben beszerzés és betárolás történt, természetesen ezt is számításba kell venni. Az értékelés első szakasza azzal zárul, hogy rendelkezünk egy adatsorral: a fűtési célú hőenergia-fogyasztás a fűtési idény kezdetétől a végéig napi, heti vagy havi bontásban. (Az egyéb – technológiai, használati meleg víz – fogyasztást leválasztottuk.)

1. ábra. A függőleges tengelyen napi átlaghőmérsékletek találhatók. A vízszintes tengely a napok száma, 0-tól 365-ig.

Az időjárás szerepe

A fűtéssel az épület hőveszteségeit pótoljuk. A hő egy része a határoló felületeken át távozik. Ez arányos a belső és külső hőmérséklet különbségével. Amikor a téli hónapokban nagy a hőmérsékletkülönbség, nagy a transzmissziós hőveszteség, ezzel arányosan több fűtési energiára van szükség. Veszteség származik a légcseréből is. A kívülről bejutó levegőt fel kell melegíteni, ez a veszteség is arányos a belső és külső hőmérséklet különb- ségével. A veszteségeket ellensúlyozhatja a hőnyereség (napsütés) és a belső hőfejlődés. Enyhe időjárás mellett a két ellentétes folyamat egyensúlyban lehet. Ezt az egyensúlyi hőmérsékletet nevezzük fűtési határhőmérsékletnek. Ekkor még vagy már nincs szükség fűtésre, anélkül is megfelelő az épület belső hőmérséklete. Látható, hogy a fűtési igényt számos körülmény befolyásolja, ezek közül ki szoktuk emelni azt a hőmérsékletértéket, amit az épületen belül tartani akarunk. A szakirodalom rendszerint 20 °C-ot említ. Hagyományos épületszerkezetnél és használatnál kb. 12 °C külső hőmérséklet mellett beszélhetünk egyensúlyról. Ha jobb hőszigeteléssel és kisebb légcserével csökkentjük a veszteségeket, és/vagy nagyobb a hőnyereség, a fűtési határhőmérséklet kisebb lesz.

Van egy hasznos diagram, az éves hőfokgyakorisági görbe. A függőleges tengelyen napi átlaghőmérséklet-értékek találhatók. A vízszintes tengely a napok száma, 0-tól 365-ig (1. ábra). Ha kiválasztunk egy hőmérsékletet, a vízszintes tengelyen megtaláljuk az adott hőmérsékletű vagy annál hidegebb napok számát. Ha éppen a fűtési határhőmérsékletet választjuk ki, a napok száma a fűtési idény hossza. Ezek szerint a fűtési idényt rövidíteni a fűtési határhőfok csökkentésével lehet. Mivel nem a komfortból akarunk engedni, az épület hőtechnikai jellemzőit kell javítani. Ha a diagramban elhelyezünk egy vízszintes egyenest, mely a belső hőmérsékletnek felel meg, hasznos metszékek keletkeznek. A vízszintes egyenes és a hőfokgyakorisági görbe közötti távolság a belső és külső hőmérséklet különbsége. Legnagyobb értéke a leghidegebb napon van, amikor a külső hőmérsékletet a méretezési hőmérsékletnek tekinthetjük. Meg kell jegyezni, hogy a hőfokgyakorisági görbe nem örök érvényű. Lényegében minden évben egy kicsit más, és változik a földrajzi helytől függően is. Mivel elkészítése elég munkaigényes, egyszerűbb a szakirodalomban találhatókat használni. A meteorológiai adatbázisból egyébként bárki el tudná készíteni, de az adatokhoz csak díj ellenében lehet hozzájutni.

Belátható, hogy a diagram sárga színű területe arányos azzal az energiával, ami a változó külső hőmérséklet ellenére a belső hőmérséklet állandó értéken tartásához szükséges. Ezt a fűtéstechnikában hőfokhídnak nevezzük. Ebben az esetben éves hőfokhíd, de természetesen az évnek nem a teljes hosszát, hanem csak a fűtési idényt jellemzi. Mértékegysége: napfok, mert a vízszintes tengely mértékegysége nap, a függőlegesé fok (°C). A fűtési energiafogyasztás ezek szerint függ

• a belső hőmérséklettől,
• az adott hely és év időjárásától, és
• a fűtési határhőmérséklettől.

2. ábra: országos átlagadatok

3. ábra: Egy lehetséges értékelési módszer napi hőenergia-fogyasztás és átlaghőmérséklet adatpárok ábrázolása diagramban

A belső hőmérsékletet megválaszthatjuk. A tényleges értéke azonban már a fűtésszabályozás működésétől is függ. Amikor a belső hőmérséklet a szándékozottnál nagyobb, az azonnal növeli a hőfokhidat, a hőveszteséget, és így a szükséges energiamennyiséget is. A legtöbb épületnél 1 °C növekmény kb. 6% energiaveszteséggel egyenértékű. Az adott hely és év időjárása nem tőlünk függ. Utólag lehet értékelni. Ehhez nem szükséges a hőfokgyakorisági görbét elkészíteni, mert ezzel egyenértékű a fűtési idény átlaghőmérsékletének és hosszának meghatározása. A hőfokhíd területe ugyanis megegyezik annak a négyszögnek a területével, amelyiknek egyik oldala a fűtési idény hossza, a másik pedig az átlagos hőmérsékletkülönbség. Ha ezt a különbséget kivonjuk a belső hőmérsékletből, megkapjuk a külső hőmérsékletet, jelen esetben az átlaghőmérsékletet. A fűtési határhőmérsékletet az épület hőtechnikai állapota határozza meg, a belső hőfejlődést adottnak véve. Ez az egyszerűsítés a hagyományos épületeknél elfogadható. Az olyan épületeknél, amelyeknek a hővesztesége nagyon kicsi, a belső hőfejlődés már számottevően befolyásolja, hogy kell-e fűteni. Egy pótlólagos hőszigetelés vagy nyílászárók cseréje így mutatkozik meg: lecsökken a fűtési határhőmérséklet, rövidebb lesz a fűtési idény, és kisebb a hőfokhíd. Felvetődik a kérdés, hogy egy adott épületnél szükséges-e évente a fűtési energiafogyasztást értékelni, hiszen az időjárásra nincs befolyásunk. Valóban, üzemviteli eszközökkel a hőfokhidat csak a belső hőmérséklet megfelelő szabályozásával tudjuk kedvező értéken tartani. De ez sem lényegtelen kérdés. Különösen nem akkor, ha a hőmérséklet alapjelét változtatni lehet.

Nem mindegy, hogy mikor milyen értékre állítjuk a szobatermosztátot vagy a radiátorszelepet. Jól van-e beállítva az időjárásfüggő szabályozó? Alkalmazunk-e időszakos fűtéscsökkentést? Egyébként a belső hőmérséklet alakulásának ismerete lényeges ahhoz, hogy reális eredményhez jussunk. Egy lakásnál, lakóháznál többnapos, többhetes távollét alapvetően befolyásolja a fűtési energiafogyasztást. Egy másik példa: az iskola tornatermét csak hétfőtől péntek délelőttig használhatják. Nyilván más lesz a hőszükséglet, ha hétvégeken reggeltől estig teljes fűtésre van szükség különböző rendezvények kapcsán. A másik lényeges szempont, hogy a távozó hőt milyen hatékonysággal pótoljuk. A belső hőmérséklet szinten tartásához szükséges energiát a fűtési rendszer csak veszteséggel tudja előállítani. Ez elsősorban a kazán kéményén távozik. Amikor a fűtési energiafogyasztást értékeljük, abban benne lesz a hőtermelés vesztesége is. A „7/2006. (V. 24.) TNM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról” adatokat tartalmaz a kazánok teljesítménytényezőjéről. Ez az éves kazánhatásfok reciproka. A hatásfokértékek a következők:

• gáztüzelésű kondenzációs kazán 95-99%,
• gáztüzelésű, nem kondenzációs kazán 72-92%,
• pellettüzelésű kazán 67%,
• fatüzelésű kazán 57%,
• szilárdtüzelésű kazán 54%.

A fogyasztásra vonatkozó adatbázis mellett szükségünk van a külső hőmérséklet adatbázi-sára. A legjobb, ha a fűtési idény minden napjának átlaghőmérsékletét ismerjük. A már említett épületfelügyeleti rendszernél természetes, hogy az adatbázisban megtalálható a mindenkori külső léghőmérséklet. A fogyasztók többségénél ez nem mondható el. Sőt, még az sem teljesen biztos, hogy ez a bizonyos adatbázis minden szempontból megfelelő-e. A fűtésszabályozáshoz nem szokás olyan méréstechnikai kialakítás, mint amilyennel egyébként a meteorológusok szokták a léghőmérsékletet meghatározni. Az jó vitatéma lehet, hogy ebben az esetben valóban ilyen pontosságra van-e szükség. Az biztos, hogy a távfűtő művek igyekeznek a külső levegő hőmérsékletét valóban megfelelő módszerrel és eszközzel mérni. Ez is, mint minden, változott az idők folyamán. Kezdetben volt Thomas Stevenson házikója, fehérre festett rácsos házikó, lábakra állítva. Ma ennek módosított változatát használják, de a cél ugyanaz. A hőmérőt védjük a napsugárzástól, és a szükséges légmozgás, légcsere biztosítsa a levegő hőfokváltozásának gyors követését. Ha helyben nincs lehetőség a léghőmérséklet adatait gyűjteni, ezt külső forrásból kell beszerezni. A www.met.hu honlapon megtalálhatók az országos átlagadatok, de ennek helyi használhatósága kérdéses (2. ábra). E nélkül megfelelő értékelést pedig nem lehet végezni. A fűtéstechnikában a napi átlaghőmérséklettel dolgozunk. Ennek meghatározási módja nem önkényes, ugyanazt a képletet kell használni mindenkinek: Tátl. = ¼ (T7 + T14 + 2 T21).

4. ábra: Egy fogyasztási hely tényleges havi földgázfogyasztási adatai két fűtési idénye

Értékelési módok

Egy lehetséges értékelési módszer a napi hőenergia-fogyasztás és átlaghőmérséklet adatpárok ábrázolása diagramban (3. ábra). A ponthalmaz jól szemlélteti a fogyasztás időjárásfüggését. Előfordul, hogy enyhe időjárás mellett számottevő fűtési hőenergia-fogyasztást látunk. Érdemes ellenőrizni, hogy nem technológiai vagy HMV-hőigényről van-e szó. Ha valóban a fűtési rendszerben használódott fel, az a rendszer alapveszteségének mértékére utal. Nagy valószínűséggel a hálózati veszteség, valamint a radiátorok leadott hője a nyitott ablakokon keresztül távozott, vagy a kazánok önmagukat fűtötték, ugyanúgy feleslegesen. Az ugyanis két különböző dolog, hogy már a fűtési határhőfok felett van a napi átlaghőmérséklet, és hogy a fűtést valóban nem működtetjük. A diagram minden fűtési idényt követően elkészíthető. A diagramok egymással összehasonlíthatók. Az összehasonlításhoz érdemes táblázatkezelő programmal az adatsor trendvonalát meghatározni. A bemutatott diagram nagyon szépen szemlélteti az energetikai korszerűsítések fogyasztásra gyakorolt hatását. Az egyes fűtési idények között az alábbi intézkedések történtek:

• ajtók és ablakok hőszigetelése,
• külső falak hőszigetelése,
• kondenzációs kazán beépítése,
• fűtésszabályozás finomítása.

Ez a módszer kétségtelenül adatgyűjtéssel és -feldolgozással jár, de jó érzés az elért eredmény meggyőző erejű bemutatása. Egy intézménynél, gazdálkodó szervezetnél a főkönyvelő vagy első számú vezető is elégedetten nyilatkozik az energiagazdálkodásért felelős kolléga munkájáról, ha az ilyen formában teszi le az eredményt az asztalra. „Menet”, azaz a fűtési idény közben is lehet már közbenső értékelést végezni, ha vannak hozzá adataink. Ha az előző fűtési idényt tekintjük összehasonlítási alapnak, havonta értékelhetünk. Ehhez közös bázist kell használni. Ez célszerűen a sokévi havi átlaghőmérséklet lehet. A korrekció a következőképpen történik. Kiszámoljuk az adott hónap és a referenciahónap átlagos hőmérsékletkülönbségét. A belső hőmérsékletet vegyük 22 °C-nak. A havi átlagos külső hőmérséklet a például választott hónapban 7 °C, a sokévi átlag 4,8 °C. A különbség 15, illetve 17,2 °C. Ahányszor nagyobb a 17,2 a 15-nél, annyiszor több lett volna a fogyasztás a sokévi átlagnak megfelelő külső hőmérsékletnél. A korrigált fogyasztást megkapjuk, ha a tényleges értéket szorozzuk 17,2/15-tel. A diagramban láthatók egy fogyasztási hely tényleges havi földgázfogyasztási adatai két fűtési idényre (4. ábra). Mellettük vannak a sokévi átlaghőmérsékletre átszámított adatok. Ezeket kell összehasonlítani, hogy a fogyasztás alakulását reálisan értékeljük. A hét hónap közül kettőnél gyakorlatilag nincs különbség, egy hónapban csekély többletfogyasztás volt, és négy hónapban megtakarítást sikerült elérni. A legjobb a december, a megtakarítás 20%. Az elemzés akkor kerek, ha a jelenségek okát is vizsgáljuk.

---