Optimális HMV-cirkuláció

2014/1-2. lapszám | Chiovini György |  36 643 |

Figylem! Ez a cikk 12 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Épületeinkben a melegvíz-ellátás sok esetben központi rendszerű. A csapolók egy része távol esik a termelőtől. Ha egy ilyen csapolót hosszabb szünet után nyitunk meg, először a csővezetékben lehűlt víz folyik ki. A meleg vízre való kényszerű várakozást kerülhetjük el, és a feleslegesen elfolyatott víz költségét takaríthatjuk meg cirkulációs vezetékkel, illetve hálózattal.

Kényelmi szempontból egyértelmű az előnye, de költsége ennek is van. A termoszifon-hatás túl gyenge, cirkulációs szivattyúra van szükség, ez áramot fogyaszt. A keringtetett víz hőt ad le, amit pótolni kell. (Télen ez a hő részt vesz a fűtésben, ha a cirkulációs vezeték nem halad át fűtetlen tereken.) Ha a cirkuláció költségével takarékoskodni akarunk, érdemes az ilyen lehetőségeket áttekinteni, és a gazdaságos megoldásokat megvalósítani.

Helyzetkép

Az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendeletben egy táblázatot találunk a melegvíz-elosztó és -cirkulációs vezeték fajlagos energiaigényére vonatkozóan. Ebből meg tudjuk határozni a két értéket külön is. Azt kapjuk, hogy a cirkuláció energiaigénye (hő- és villamos energia) az épület alapterületétől függően kis alapterületnél a nettó melegvíz-készítési hőigény 14, nagy alapterületnél 2 százaléka. Ez nem elhanyagolható, de elfogadható. A gyakorlatban azonban számos példa van akár sokkal rosszabb állapotokra is. Ilyen esetekben feltétlenül beavatkozásra van szükség.

Németországban két közepes nagyságú lakóépületet passzívház-szintnek megfelelően újítottak fel. A projekt keretében egy monitoring-rendszert is kialakítottak az elért eredmény rögzítésére. Ezen belül a használati melegvíz-készítés és -fogyasztás adatait is mérték, és az erről készült beszámolóban a cirkulációs veszteség alakulása is nyomon követhető. Hőfogyasztásmérőket szereltek fel a HMV-tárolóknál, melyekkel mérték a felfűtéshez felhasznált hőenergiát mind a gázkazánok, mind a napkollektorok felől. Mérték a cirkulációs veszteséget, és a lakásoknál is telepítettek hőfogyasztásmérőket, így meg tudták határozni a tárolókba betáplált, a tárolókból kivett és a lakásokban felhasznált hőenergiát. Ezekből számolni lehetett a tárolási, elosztási és cirkulációs veszteségeket. Az egyik, húszlakásos, 1350 m² fűtött alapterületű épületre a következő fajlagos adatokat kapták:

• melegvízfogyasztás 0,443 m³/m²a,
• hőtermelés gázból 21,2 kWh/m²a (73%),
• hőtermelés napenergiából 7,9 kWh/m²a (27%),
• hőtermelés összesen 29,1 kWh/m²a (100%),
• hőfogyasztás 19,1 kWh/m²a (66%),
• hőveszteség a tárolóban 1,8 kWh/m²a (6%),
• hőveszteség az elosztásnál 2,2 kWh/m²a (7%),
• hőveszteség a cirkulációnál 6,0 kWh/m²a (21%),
• hőveszteség összesen 10,0 kWh/m²a (34%).

Ha a cirkulációs veszteséget a hasznos hőhöz viszonyítjuk, akkor a veszteség a fogyasztás 31 százaléka.

Egy másik német projektben, tizenhat kórház energetikai auditjánál azt találták, hogy a cirkulációs veszteség a felhasznált meleg víz hőtartalmának átlagban 53 százaléka. A legrosszabb helyszínen azonban a két érték gyakorlatilag megegyezett. Anynyi energia fogyott a cirkulációs veszteség pótlására, mint amennyi a csapolókhoz ténylegesen érkezett. Még rosszabb képet mutatott az a vizsgálat, amelyben egy 230 ágyas német kórháznál a napenergia-hasznosítást elemezték. A 172 m²-es kollektormező 88 MWh/év hőenergiát szolgáltatott, a melegvíz-fogyasztás nettó hőigénye pedig 220 MWh/év volt, tehát ennek 40 százalékát a napkollektorok szolgáltatták. A valóságban azonban 630 MWh/évre volt szükség, mert a tárolási és cirkulációs veszteség 410 MWh/év volt! Milyen állapotban lehetett az a HMV-rendszer?

Egészen kirívó esetek is előfordultak. Ugyancsak Németországban egy 12 lakásos épületben nyáron, nyilván a sok távollét miatt, nagyon kevés meleg víz fogyott. A cirkuláció azonban folyamatosan működött, így adódott az a szinte képtelen eredmény, hogy a befektetett energiának csupán 8 százaléka jelent meg a csapolóknál, a többi a cirkulációs veszteség volt. A fűtési idényben ugyan a cirkulációs veszteség kissé nagyobb volt, azonban az arány már javult, bár így is kedvezőtlen volt: a veszteség a hasznos hőnek több mint kétszeresére rúgott.

Kis rendszerek optimalizálása

A cirkulációra vonatkozó, DVGW W553 szerinti méretezés úgy határozza meg a kis cirkulációs rendszert, hogy a leghosszabb cirkulációs vezeték sem hosszabb 20 méternél. A veszteségcsökkentés szempontjából azt érdemes megfontolni, hogy egy kis rendszerben csak néhány csapoló van, és hosszabb az az időszak, amikor nincs vízhasználat, mint amikor van. Éppen azzal lehet takarékoskodni, hogy nem járatjuk folyamatosan a szivatytyút, és a cirkuláció ideje jelentősen korlátozható.

Két takarékossági stratégia képzelhető el. Az egyik lényege, hogy a cirkuláció a vízhasználathoz kapcsolódik. A lehűlt vizet nem a csatornába vezetjük, hanem visszakeringtetjük a tárolóba. A meleg vízre való várakozás megmarad, de így takarékosabb.

A cirkulációs szivattyút tehát csak közvetlenül a melegvíz-használat előtt indítjuk el, és csak addig járatjuk, amíg a tároló felől a megfelelő hőmérsékletű víz megérkezik. A szivatytyú kézi indítása vezetékes vagy vezeték nélküli (rádiós) kapcsolattal is történhet (1. ábra), erre a célra megfelel például egy távvezérelhető dugaszolóaljzat. Automatikus üzem is lehetséges (2. ábra). Egy áramláskapcsoló érzékeli, hogy a csapolót megnyitottuk (1. kép), indítja a szivattyút. A csapolót azonnal zárjuk is, hogy a még nem elég meleg víz ne ki-, hanem a cirkulációs vezetéken visszafolyjék. A szivattyú viszont nem áll le, hanem tovább működik. Egyik lehetőség egy meghatározott működési időtartam beállítása. Nagyon rövid idő beállítása nem célszerű, mert nem érjük el az eredeti célt.

A valóban indokoltnál valamivel hosszabb időtartam okozta veszteség nem számottevő. A készülékek szokásos gyári beállítása 1 perc. Használhatunk hőfokérzékelőt is. Amikor a legkedvezőtlenebb helyzetű csapolónál a víz eléri a kívánt hőfokot, a visszakeringtetés leáll. Ezzel a hőfokérzékelővel tovább is fejleszthetjük a rendszert. Beállíthatunk egy küszöbértéket, ez alatt a keringtetés el sem indul. Így a gyakoribb vízhasználat időszakában, amikor a csapolónál a víz keringtetés nélkül is még elfogadható hőmérsékletű, nem is szükséges a víz megforgatása. Ez a szivattyú lehetséges legrövidebb működtetési ideje.

További változatok is lehetségesek. A szivattyút indíthatja egy mozgásérzékelő, amit a fürdőszobában helyezünk el. Ha a hőmérsékletérzékelő csapolónál történő beépítése gondot okoz, elhelyezhetjük a cirkulációs vezeték hőforrás felőli végénél.

Hátránya, hogy a szivattyú valamivel később áll le. Kiegészíthető az automatika egy indításretesszel. Vannak napszakok, amikor sűrűn nyitogatjuk a csapolókat, ilyenkor elég az első alkalommal cirkuláltatni a vizet, az rövid időn belül nem hűl le, cirkuláció nélkül is megfelelő hőmérsékletű vizet csapolhatunk. Az automatika egy beállított időn belül nem indítja el újra a szivattyút. A készülékek szokásos gyári beállítása 15 perc. Egyébként a vízhasználattól függetlenül is tanácsos a rövid, időszakos keringtetés. Nem pang a hálózatban a víz, ha a szivattyú egy beállított program szerint rövid ideig működésbe lép, ez történhet naponta egyszer vagy kétszer.

Ezek a megoldások nagyon takarékosak, de dönthetünk úgy, hogy ne kelljen a vízhasználatkor várakozni. (Egy érdekesség. Egy berlini bíróság a bérlő javára döntött, és úgy határozott, hogy a várakozási idő legfeljebb 15 másodperc lehet. Ellenkező esetben a lakó a bérleti díj mérséklését követelheti.) Ehhez sem szükséges a folyamatos cirkuláció. Meghatározunk olyan napszakot, időszakot, amikor van cirkuláció, és amikor szünetel, így a vízhasználati szokásainktól függően elég hosszú ideig (pl. éjszaka) megtakarítjuk a szivattyú villamosenergia-fogyasztását (3. ábra). Célszerű olyan időkapcsolót felszerelni, amelyik napi és heti programozással rendelkezik. Még jobb, ha a különböző ünnepekkel kapcsolatos programok is egyszerűen beállíthatók.

A megtakarítás a keringtetési szünetek hoszszával arányos. A szivattyú állásideje lényegesen növelhető, ha szakaszosan működik – a komfortidőszakban rendszeresen elindul, majd leáll. A működési időre 5 percet javasolnak, az ezt követő állásidőre 30 percet. A helyi viszonyoknak megfelelően ez módosítható. Ha olyan az életmódunk, hogy a melegvíz-fogyasztás nem jellemezhető egy állandó profillal, a programozott cirkuláció hátrányát kiküszöbölik az öntanuló vezérlések. Különben ha a komfortot tartjuk elsődlegesnek, előbb-utóbb nagyon rövidre szabnánk a cirkulációmentes időszakot – ha valóban takarékoskodni akarunk, elég gyakran kellene a programot megváltoztatni. A tényleges vízhasználathoz igazodó rendszer a készülék áramlás- vagy hőmérsékletérzékelője segítségével naplózza a meleg víz használatát. (Utólagos felszerelésnél előnyösebb az a kivitel, melynél nem kell a csővezetéket megbontani.)

Ennek alapján egy fogyasztási profilt képez, eszerint kapcsolja be és ki a cirkulációt. Az esetleges változásokat az automatika észleli, és a menetrendet ehhez igazítja. A legjobb megoldások nemcsak napi, hanem heti profillal is dolgoznak, így az egyes napok eltérő vízhasználati szokásait is figyelembe veszik.

Lényeges kérdés a fogyasztás hirtelen változásának kezelése. Valakinek megváltozik a munkarendje, például éjszakai műszakba kerül. Ilyenkor az automatika, észlelve a fogyasztás markáns változását, nem a korábban kialakított és folyamatosan aktualizált profilt alkalmazza, alkalmazkodik az új helyzethez, és új, alternatív menetrendet készít. Előfordulhat, hogy elutaznak, a lakást nem használják. Ez abban nyilvánul meg, hogy a vízhasználat szünetel. Egy meghatározott időtartam után az automatika átáll ún. távolléti üzemmódra. A lakásba való visszatérés után az eredeti menetrend aktivizálódik. Kedvező az a lehetőség, hogy a rendszer választási lehetőséget nyújt a használónak. Két optimumot ajánl fel. Az egyikben az elsődleges a takarékosság; ezt választva a szivattyúindítások viszonylag ritkábbak. Emiatt nagyobb a valószínűsége, hogy egyszer-egyszer kissé lehűl a víz a csapoló előtt. A másik lehetőség a komfort üzemmód. Ennél az automatika sűrűbben működteti a cirkulációt. A villamosenergia-fogyasztás valamivel nagyobb, de szinte biztos, hogy azonnal megfelelő hőmérsékletű víz csapolható. A használó igény szerint tud az egyik vagy másik üzemmódra váltani. Természetesen a cirkulációs menetrend szerinti működéstől függetlenül csapoló nyitásakor a szivattyú mindenképpen indul, kivéve, ha közvetlenül előtte már volt vízhasználat.

Ötletes a készülék egyetlen LED-del megoldott kijelzője. A LED lehet piros, sárga vagy zöld; világíthat folyamatosan vagy rövid impulzusokkal. A szín és az impulzusok ritmusa alapján számos információ jelenik meg. A zöld azt jelzi, hogy a szivattyú üzemkész. Amikor működik, a LED váltakozva zöld-sárga színnel világít. A sárga szín arra utal, hogy a megfelelő hőmérséklet miatt nem szükséges keringtetés. A piros hibát jelez (érzékelőhiba, szivattyúhiba, nincs meleg víz). Az impulzusok száma a menetrendről tájékoztat. Egy felvillanásnak napi 1,2 óra menetrend szerinti cirkuláció felel meg. A maximum napi 4,8 óra, ilyenkor a LED két másodperc alatt ötször villan fel. Gyártanak dugaszolóaljzaba helyezhető, illetve sínre pattintható készülékeket is (2. és 3. kép). Egy neves szivattyúgyártó a termékébe épít be lényegében ugyanilyen funkciójú automatikát.

Nagy rendszerek optimalizálása

Nagy rendszernél a sok csapoló miatt sokkal hosszabb az az idő, amikor valahol meleg vizet használnak, és sokkal rövidebb, amikor egyetlen csapoló sincs nyitva. Ezért a cirkuláció szüneteltetése nem, vagy csak éjszaka, egészen rövid időre lehetséges. Nem lakáscélú épületekben gyakorlatilag folyamatos működtetés az elvárás. A hálózat kiterjedt (alapvezeték, leszállók, ágvezetékek), az egyes csapolók hidraulikai helyzete jelentősen különbözik. Nagy, többszintes épületek kiterjedt cirkulációs hálózatának jellegzetes hibája, hogy a hőközponthoz közel lévő körökben sokkal nagyobb a térfogatáram, mint a távoli, kedvezőtlen helyzetűekben, és emiatt a távoli csapolóknál az elégtelen cirkuláció okán vagy nagyon sokat kell várni a megfelelő hőmérsékletű vízre, vagy az el sem érhető.

Az ok az egyes körök nagyon eltérő áramlási ellenállása. Ha a fogyasztói panaszok hatására az előremenő hőmérsékletet megnövelik, a közeli csapolóknál már a túl forró víz okoz problémát (4. ábra). Az ilyen állapot megszüntethető. Csökken a hőfelhasználás, megszűnik a vízpazarlás, kisebb lesz a használati meleg vízért fizetendő díj. A tapasztalatok szerint a ráfordítás gyorsan megtérül.

Passzív elemekkel, fojtásokkal lehet javulást elérni, az egyes körök hidraulikailag kiegyenlíthetők. Az így, statikusan beszabályozott rendszer azonban csak egy üzemállapotban, egy vízfogyasztás-értéknél lesz optimális. A munka nagy idő- és eszközigénye miatt kétséges a megtérülése. Valódi megoldást az aktív elemek jelentenek, ezek a termosztatikus cirkulációs szelepek, melyek a rendszert változó térfogatáramúvá alakítják. A szelepek strangokba, a cirkulációs leszállóvezetékekbe kerülnek. Érzékelik a szelepen átáramló víz hőmérsékletét, változó keresztmetszetük, változó áramlási ellenállásuk révén szabályozzák a térfogatáramokat, minden leszállóvezetékben azonos hőmérsékletet tartanak (3. kép). Ennek eredményeképp a csapolóknál is megfelelő és azonos lesz a vízhőmérséklet. Külön előny, hogy a lehetséges minimumra korlátozzák a keringtetett víz mennyiségét. Egyszerre csökken a hő- és vízveszteség, és a szivattyú(k) villamosenergia-fogyasztása (5. ábra), és nem mellékesen az azonos csapolási hőmérsékletek révén reális lehet a melegvíz-fogyasztás elszámolása. A megegyező működési elv mellett az egyes gyártók termékei között különbségek is találhatók:

• hőmérséklet-beállítási tartomány terjedelme,
• plombálhatóság,
• kv-érték,
• leürítő csonk,
• beépített elzáró,
• hőmérő, illetve hőmérőcsonk,
• max. térfogatáram-korlátozás,
• csatlakozó méret,
• hőszigetelő burok.

A cirkulációs szelepek érzékelve, hogy cirkuláció nélkül vagy csekély térfogatárammal is fenntartható a csapolóknál a kívánt hőmérséklet, az áramlási ellenállás növelésével kényszerítik a cirkulációs szivattyút arra, hogy kevesebbet szállítson. Állandó fordulatszámú szivattyú villamos teljesítményfelvétele ebben az új munkapontban csak csekély mértékben csökken – pedig sokkal kisebb teljesítménnyel is biztosítaná a csökkent térfogatáramot, ha csökkentené a fordulatszámát. Ilyen változó térfogatáramú cirkulációs rendszerbe érdemes önszabályozású, frekvenciaváltós szivatytyúkat beépíteni, ami például az állandó nyomáskülönbségre (szállítómagasságra) szabályozó szivattyú fordulatszámát folyamatosan illeszti a szelepek által igényelt térfogatáramhoz. A fordulatszám és a térfogatáram között lineáris a kapcsolat. Ha például a korábbihoz képest elégséges az eredeti érték 80 százaléka, a fordulatszám is 80 százalékra csökken. A teljesítmény viszont a harmadik hatvánnyal változik, lecsökken 51 százalékra.

Takarékos hőforrás

A cirkuláció költségének egyik eleme a pótlólagos hőigényből ered. Ha kedvező hőforrást találunk, ez javít a hatékonyságon. Ilyen lehet a hőszivattyú. Költség szempontjából előnye abban áll, hogy egységnyi befektetett – villamos – energiából több egységnyi hőenergiát nyerünk. Ha az arány lényegesen nagyobb a villamos energia és a hőenergia (tüzelőanyag) árarányánál, akkor gazdaságosabb megoldás. A fajlagos bekerülési költsége a levegő/víz hőszivattyúnak a legjobb, lényeges azonban, hogy milyen éves munkaszámmal működik. Egy nagy épületnél például telepíthetjük úgy, hogy a levegőt a gépházból szívja. Ott rendszerint a gépek működéséből származó hő miatt még fűtés nélkül, télen is elég nagy a léghőmérséklet ahhoz, hogy a hőszivattyú kedvező elpárologtató hőmérséklettel hatékonyan működjön. Hasonló megoldás a fűtött terekből elszívott szellőző levegő hasznosítása.

---