A nap- és geotermikus energia passzív hűtéssel
2014/7-8. lapszám | Fördős Norbert | 7875 |
Figylem! Ez a cikk 12 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A hazai hőszivattyús piac a közeljövő trendváltozásait is figyelembe véve óriási lehetőségek előtt áll(hat). Ennek megvalósulása természetesen több összetevő függvénye, amihez elég és mindenképp érdemes megvizsgálni a szomszédos Ausztria utóbbi évtizedben lezajlott változásait, beleértve – többek között – az állami szerepvállalást (támogatási és pályázati lehetőségek), valamint a lakossági szemléletváltozást.
A nap- és geotermikus energia kombinációja passzív hűtéssel
Főként új építésű lakóingatlanok esetén napjaink egyik „divatos” felületfűtési rendszere a padló- és mennyezetfűtés – utóbbi gyakran hűtéssel is kombinálva. A német VDI 4650 szabvány számításai szerint ezekben a lakóépületekben, 35 °C előremenő és 28 °C viszszatérő fűtővíz-hőmérsékleten 4-es vagy akár ennél is magasabb éves munkaszám (tehát a fűtési és a felhasznált elektromos energia aránya egy adott időszakra vonatkoztatva) érhető el, ami az egyik legmagasabb hatékonyságot jelenti. Annak érdekében, hogy egy hőszivattyú minél jobb éves munkaszámot érjen el, a hőszivattyús rendszer kialakításánál alapvetően arra kell törekedni, hogy a hőforrás hőmérséklete a lehetőségek szerint minél magasabb, a hőhasznosító berendezés hőfoka pedig minél alacsonyabb legyen. Erre a feladatra tökéletesen alkalmazható a talaj hőjét – például talajszonda segítségével – hasznosító hőforrásrendszer a passzív hűtésre is használható talajhő/víz típusú hőszivattyúval.
A szondás rendszerek nagyon hatékonyan hasznosítják a hőt, és különösen kisebb telkek esetén alkalmazhatók ott, ahol nincs elég hely a talajkollektoros rendszer telepítésére. Ehhez a szondákon keresztül hőhordozó folyadékot kell átkeringtetni, amelyhez vízből, illetve fagyvédelmi okokból a környezetet nem szennyező glikololdatból kell keveréket készíteni. A hőszivattyúból kilépő hőhordozó közeg hidegebb, mint a csőfal, illetve mint a szonda környezete (kb. 5 °C), így az a talajkéreg hőjét a le- és felszivattyúzás során fel tudja venni (ezt a feladatot látja el a készülékbe integrált szondaköri szivattyú). A hőhordozó közeg kb. 5-7 °C-ra melegszik fel, amíg el nem éri a felszínt, de 10 méteres mélységtől a hőmérséklet egész évben közel állandó, így a talajszonda, különösen télen, alacsony külső hőmérsékleteknél hatékony. Ezenkívül további értékesítési érv még, hogy a talajszondás rendszer nyáron a lakótér passzív hűtésére is alkalmas.
A felülethűtés az enyhébb temperáló rendszerek része, amelynek alkalmazását a ma használt kiváló minőségű hőszigetelés teszi lehetővé. Erre a legjobb hőszigetelő anyagok és a hűtésre is alkalmas felületfűtés tökéletes üzemet biztosítanak, ennek köszönhetően a hűtési üzemhez szükséges 18-20 °C közötti előremenő hőmérséklet talajszondákkal, komp-resszor-üzem nélkül is megvalósítható.
A monoenergikus rendszer hőtermelője és puffere
Monoenergikus üzemmód alatt azt értjük, ha a hőellátást két, ugyanazzal az energiahordozóval működő hőtermelő biztosítja. Az ábrán szereplő hőszivattyú (13) integrált elektromos kiegészítő fűtéssel van öszszekötve az esetleges csúcsterhelések lefedésére. Jelen példában az elektromos kiegészítő fűtés a hőhasznosító-rendszer fűtési előremenőjében található, működését pedig a hőszivattyú saját vezérlése szabályozza. Egy jól méretezett rendszer esetén a teljes hőigény maximum 15%-át fedheti le az elektromos kiegészítő fűtés, de a rendszerbe – akár utólag – vegyestüzelésű kazán is integrálható, főleg a rétegtöltésű puffer (4) használata esetén.
Bizonyára köztudott, hogy a puffer a hőszivattyús rendszeren belül alapvetően három feladatot lát el:
- A folyamatos hőszállítás biztosítása a kedvező tarifájú áramszolgáltatás szünete esetén.
- Csekély vízmennyiségű rendszerek esetén a hőszivattyú minimális működési idejének növelése.
- A minimális vízmennyiség biztosítása a puffertároló hidraulikus váltóként történő alkalmazásakor.
A helyi áramszolgáltató a hőszivattyúk üzemeltetésére általában kedvezményes tarifarendszert kínál, azonban a kedvezményes tarifájú áramszolgáltatás napi ciklusa a helyi áramszolgáltatótól függően más-más időintervallumokat fedhet le. A gazdaságos üzemeltetéshez ezen kívül feltétlenül szükséges még, hogy a hőszivattyú indulása óránként például maximum három bekapcsolásra korlátozódjon.
A fenti szempontok alapján néhány alkalmazási esetben (például radiátoros fűtési rendszernél) a hőenergiát puffertárolóval tanácsos tartalékolni. A múltban gyakran jelentősen túlméretezett puffertárolót javasoltak, de időközben több házat pince vagy „kazánház” nélkül építenek, és a háztartási helyiségekben főként a mosó- és szárítógépek számára is helyet kell találni, így szükség lehet a puffer pontos méretezésére. Ezenkívül ahhoz, hogy a kompresszor terhelését minimalizálni lehessen, a puffernek az úgynevezett legkisebb kompresszor-működési időt is biztosítania kell (tehát a puffernek fel kell tudnia venni az ezalatt termelt hőmennyiséget úgy, hogy eközben ne alakulhasson ki meg nem engedett nyomás a hűtőkörben). Természetesen mindezeken túl le kell fednie még az épület energiaveszteségét is, amely a kedvezményes tarifarendszer üzemszünete alatt keletkezik (ehhez pedig nem a számított fűtési hőveszteséget, hanem a napi veszteségeket kell alapul venni). A fűtési hőterhelés azt a hőtermelő teljesítményt definiálja, amely ahhoz szükséges, hogy az épületet például -10 °C külső léghőmérséklet mellett 20 °C-ra felfűtsük, azonban az üzemszünet alatt keletkező energiaveszteség csekélyebb, és a puffertárolót kisebb űrtartalomra is választhatjuk. Ahhoz viszont, hogy a tárolandó hőmennyiséget meghatározhassuk, ismerni kell a hőszivattyú teljesítményét, amelyben jelentős szerepet játszik a hőforrás hőmérséklete is, amelyhez talajhő/víz hőszivattyú esetén 5 °C-ot kell alapul venni (különösen a fűtési időszak kezdetén, amikor a talajkör hőmérséklete 0 °C felett van).
Ezeknek a számításoknak a végeredményeként azt a minimális puffer-űrtartalmat kapjuk, amelynek fejhőmérsékletét a VF1, talphőmérsékletét pedig az RF1 szenzor méri (a hőszivattyú – többek között – ennek alapján határozza meg a kompresszor ki- és bekapcsolási feltételeit). Ehhez a fűtési jelleggörbét mindig úgy kell megválasztani, hogy a puffer hőmérséklete megközelítse a padlófűtési körre meghatározott maximális rendszerhőmérsékletet (a puffer töltése során a hőszivattyú akkor kapcsol le, ha a hőmérséklet a puffer alsó érzékelőjén 2 K-nel magasabb, mint a kívánt előremenő fűtővíz-hőmérséklet).
passzív hűtés |
Hűtési üzemben 230 V-os jel áll rendelkezésre a hőszivattyú SK-2P csatlakozóján (ezt bizonyos fűtőkörök lezárására tudjuk használni). Lakóépületek felületeinek hűtése esetén a gyakorlatban 18-20 °C-os előremenő és 21-23 °C-os visszatérő hűtési hőmérsékletből kell kiindulni, mert ezekkel a hőfoklépcsőkkel még elkerülhető a harmatponti hőmérséklet (járólappal fedett padlónál a specifikus hűtőteljesítmény kb. 30-35 W/m2 értékkel számítható). A passzív hűtés korrekt hőmérsékletszabályozásához – és ezzel a harmatponti hőmérséklet elkerüléséhez – a mintapéldán szereplő hőszivattyú az alábbi belső alkotóelemeket tartalmazza:
|
|---|
Használati melegvíz-késztés és a szolár berendezés integrálása
A fűtési előremenő ágba szintén rugóvisszatérítésű, motoros váltószelepet (LP/UV1) kell – feszültségmentes állapotban a fűtési zóna felé nyitva – beépíteni, ugyanis a mintapéldán bemutatott geotermikus hőtermelő csak egyetlen csonkot tartalmaz az előremenő fűtés, illetve a használati melegvíz-készítés számára. Ez a váltószelep azt határozza meg, hogy a rétegtöltésű puffer által jelzett hőszükségletek alapján melyik zónába kell a termelt fűtővizet betárolni. Az átfolyó rendszerű használati melegvíz-készítés (26b – frissvizes állomás) biztosításához szükséges előírt fűtővíz-hőmérsékletet a tartály SP érzékelője méri. Ennek értéke a beállított használati melegvíz-hőmérséklet, valamint az elvárt melegvízkomfort függvénye [például 45 °C esetén 55 (NL=2,5) vagy 64 °C (NL=7)].
Alacsonyabb komfortszint esetén a hőszivattyú nem igényel elektromos rásegítést, mert tiszta kompresszoros üzemben maximum 63 °C hőmérsékletű előremenő fűtővizet termel, ráadásul a HMV-zónára is akkor tud a szolár rendszer magasabb kihasználtsággal tölteni, ha nem kérünk irreálisan magas kifolyó melegvíz-hőmérsékletet és komfortszintet (ilyenkor ugyanis „csak” 60 °C a melegvízzónára előírt szolár célhőmérséklet). A gazdaságos működéshez természetesen időablakot kell meghatározni ahhoz, hogy csak a kívánt periódusokban kelljen a melegvíz-készítéshez szükséges fűtővíz-hőmérsékletet – csekélyebb besugárzás során – a fűtési hőtermelő igénybevételével biztosítani. Sajnos a frissvizes állomás a melegvíz-készítés költségesebb alternatívája, de a választás során azt sem árt mérlegelni, milyen előnyöket rejt ez a műszaki megoldás: fokra pontos parancsolt melegvíz-hőmérséklet, akár 30/40 liter/perc legnagyobb melegvízhozam, a belépő/kilépő fűtővíz (puffer-oldal) és a csapolt melegvíz-hőmérséklet folyamatos mérése, integrálható – és a HMV-vételezés alapján kapcsoló – cirkulációs szivattyú, saját paraméterező egység szöveges menüvel stb.
A mintapéldában bemutatott fűtési rendszer szolár berendezés nélkül is működőképes, de előfordulhat olyan eset, hogy a rétegtöltésű pufferre nem vegyestüzelésű kazánt, hanem nagyobb felületű kollektormezőt kell kötni. Ehhez ma már nyomás alatt működő, de drainback rendszerű szolár kört is használhatunk, az alkalmazhatósági korlátok figyelembevétele mellett. Jelen séma nyomás alatt üzemelő kollektormezőt ábrázol, amelyben kötelező elem az előtéttartály (64) a geodetikus magasság, valamint a szolár előremenő és visszatérő vezeték hosszúságának, átmérőjének függvényében megválasztott szolár tágulási tartály (42b). A mintapéldán szereplő szolár töltőállomás (26a) különlegessége a belső rétegtöltő szelep, amely a szolár oldalról lehozott hőmennyiség, valamint a szekunder oldalon az abból származó előremenő fűtővíz (pufferkör) hőmérséklete alapján – egy, a szervizszinten megadott fix hőmérséklet figyelembevételével – dönti azt el, hogy a puffer felső, HMV-zónáját vagy a fűtési részt töltse.
