VGF&HKL szaklap

Épületgépészet

Álom vagy valóság a hőszivattyús panel?

Esettanulmány egy 76 lakásos társasház felújításáról

2018. május 9. | Lantos Tivadar |  1415 | |

Álom vagy valóság a hőszivattyús panel?

A megújuló energiaforrások használatánál az első és legfontosabb kérdés a megtérülés. Csak akkor érdemes napelemet, hőszivattyút, napkollektort stb. telepíteni, ha az belátható időn belül visszahozza az árát, és onnantól nagyságrendekkel olcsóbb üzemeltetést tesz lehetővé. Vajon egy 76 lakásos panel társasház esetén reális alternatíva lehet egy hőszivattyús fűtési rendszer? Nézzünk át egy tanulmánytervet költségekkel, megvalósítási lehetőségekkel.

Bokor András okleveles gépészmérnök, igazságügyi szakértő rovata

Sok beruházás esetén elmaradnak az előzetes számítások, a megrendelők csak az ígérgetésekre, a kecsegtető ámításokra építenek, és végül keserűen csalódnak. A kellemetlenségeket elkerülendő, szükség van egy olyan szakemberre, aki fel tudja mérni és átlátja műszaki szempontból a helyzetet, így valós képet tud festeni a megrendelői oldalnak, még ha az nem is annyira „színes”, mint ahogyan előzetesen gondolták. Ennek fényében már meg lehet hozni a döntést, hogy vállalható-e a beruházás.

Egy budapesti társasház agilis, gondos közös képviselője is szerette volna felméretni az épület lehetőségeit, és megvizsgáltatta, mennyibe kerülne, ha korszerű hőszivattyús rendszerrel oldanák meg a társasház fűtését, illetve megtérülő beruházás lenne-e, ha belevágnának a felújításba. A rendszer villamosenergia-ellátását a tetőn elhelyezett napelemek szolgáltatnák, így még kedvezőbbé tehető az üzemeltetés. Ennek megfelelően a tanulmány kitér arra is, hogy mekkora a hőszivattyúk villamosenergia-igénye, így meghatározható a napelemek által elfoglalt tetőfelület nagysága. Nézzük tehát, hogy mennyire lehet reális alternatíva manapság egy 76 lakásos panel társasház fűtésrendszerének hőszivattyús felújítása önerőből.

Kiinduló állapotok

A ház homlokzati falait, tetőszerkezetét leszigetelték, nyílászáróinak cseréje megtörtént. Enélkül esély sem lenne a hőszivattyúk telepítésére, de az épület passzív energetikai felújítása után az éves hőenergia-szükséglet 2600 GJ/év, melyből 1500 GJ/év a fűtés és 1100 GJ/év a használati-melegvíz hőigénye. A meglévő távfűtési rendszerről nem szabad teljes egészében leválni, tekintettel arra, hogy a hőszivattyú a téli nagy hidegben nem képes olyan magas hőmérsékletű fűtővizet készíteni, amivel a lakások fűtését kielégítően biztosítani lehetne. Így elsődlegesen a hőszivattyúk dolgoznak a lakás fűtésének, illetve melegvíz-ellátásának szolgálatában, és csak a leghidegebb (kb. 20-40 napos) időszakban kell a távfűtést igénybe venni. Meg kell határozni a beépítendő hőszivattyúk éves energiaigényét, hogy azok villamos energiával való táplálása a tetőn elhelyezendő napelemekről történhessen.

A társasház légkezelője kritikán aluli állapotban van. A felújítás itt mindenképp szükséges.

Az épület hőszükségletét számítással is meghatározták, és összevetették a kapott éves hőenergia-fogyasztási adatokkal. Megállapítható, hogy a maximális fűtési hőigény: 220 kW. Ehhez jön még a 35 kW-os használati-melegvíz hőigénye. Előnykapcsolásról nem beszélhetünk, mert a hőszivattyús fűtési rendszer alacsony hőmérséklete miatt az nem megvalósítható. Hőfokhíddal ellenőrizhető, hogy a kapott éves hőenergia fogyasztási értékei ennek megfelelően alakultak.

A társasház jelenlegi hőközpontja.

Megvalósítási lehetőségek

A magas beruházási költségek miatt elöljáróban el kell dönteni, hogy milyen hőszivattyús rendszer alkalmazható, és annak milyen előnyei, illetve hátrányai vannak.

1. Talajszondás hőszivattyú

A talajból a hő kinyeréséhez többféle megoldás választható. A döntést általában a helyi adottságoknak megfelelően kell meghozni. A talajszonda lehet nyitott vagy zárt, illetve vízszintes vagy függőleges kialakítású. A legkevesebb földmunkát és a legüzembiztosabb megoldást a zárt, függőleges talajszonda jelenti. A szondák mérete, kialakítása és száma általában a szükséges hőszivattyú-teljesítménynek a függvénye, illetve ezen túlmenően a jellemző talajviszonyoktól függ. A szonda hosszát, mélységét, darabszámát gondosan kell méretezni. A rendszert talaj és épület oldalon is célszerű fagyálló folyadékkal feltölteni, hogy az elfagyást megelőzzük, ugyanis a hőszivattyú az elpárologtató oldalon lehűtheti a keringtetett folyadékot akár 0 °C alá is. A talaj hőmérséklete kb. 9 m mélységben állandónak mondható, nem ingadozik a téli/nyári felszíni hőmérséklet-változásoknak megfelelően. Mivel a függőleges szondák mélysége jóval meghaladja ezt az értéket, bátran kijelenthetjük, hogy a szondát körülvevő talaj hőmérséklete közel állandó minden évszakban. Ez kiszámíthatóbb működést, egyenletes hőnyerést biztosít.

A szondafuratok szokásos mélységi mérete 50–150 m közötti, ezért ha ennél nagyobb értékek jönnek ki, akkor több szondafuratot kell fúrni. Ilyenkor az egyes furatoknak egymástól legalább 7 m távolságra kell lenniük. A szondafurat fúrása, a szonda bevezetése, a furatfal és a szonda közötti tér töltőszuszpenzióval való kitöltése szakember feladata, mert ha a szonda levezetése nem a furat legaljáig történik, vagy a szuszpenzióval való kitöltés nem teljes, a hőátadás drasztikusan romlik és a kinyerhető hőteljesítmény a tervezettet nem éri el. A szonda a lábánál egy U alakú fordító elemmel van gyárilag összekötve. A talajban elhelyezett szondákat a bányakapitányságon engedélyeztetni kell.

A környezeti viszonyokhoz alkalmazkodva, épületektől, növényzettől legalább 2 méteres védőtávolságot érdemes betartani. A szonda helyének kijelölése után következik a fúrás. A megfelelő mélységű lyukakat vízzel kell feltölteni, és a szondacsövet a végsúllyal ebbe kell leereszteni. A szondacsövön nem lehet sérülés, törés. A szonda anyaga általában térhálósított polietilén cső. A szonda töltőanyaga bentonit (a geológiai viszonyoknak megfelelő arányú, cement és agyag keverékének őrleménye,).

2. Levegő/víz hőszivattyúk

A levegős hőszivattyúk szinte mindenhol kis költséggel, fúrás nélkül telepíthetők, és tökéletes biztonságot nyújtanak a teljes nyári és téli időszakban hűtés, fűtés és használati-melegvíz termelése terén. Miért nem kizárólag ezek a rendszerek terjednek? Mert a levegős hőszivattyúknak van egy sajnálatos rossz tulajdonsága: a külső hőmérséklet esésével csökken a teljesítményük és romlik a hatékonyságuk. A fűtendő épületeknek is van egy rossz tulajdonságuk: a csökkenő külső hőmérséklettel együtt nő a fűtési teljesítményigényük. Az a szerencsétlen helyzet áll elő, hogy a legnagyobb hidegben a legnagyobb a fűtési igény, de a hőszivattyú pont ilyenkor adja le a legkisebb teljesítményét. Ezen tulajdonságok tervezéskori figyelembevételével mégis kialakíthatók környezetvédelmi és gazdasági szempontból is előnyös rendszerek.

Levegő/folyadék hőszivattyúk esetében a hőforrás a kültéri levegő, a hasznos hőhordozó pedig a szekunder oldalon a víz. A hőszivattyú működési elve megegyezik a víz/víz hőszivattyúkéval, csak a hőnyerő oldalon a környezeti levegőt használjuk, amelyet egy ventilátor keringtet át az elpárologtató hőcserélőn. Mivel e rendszerrel jellemzően 50 °C hőmérséklet alatti víz állítható elő, alacsony hőmérsékletű fűtésekhez alkalmazható (ideális esetben padló-, mennyezet- vagy falfűtés). A hőszivattyú fűtőteljesítménye a környezeti hőmérséklet csökkenésével arányosan csökken. Ezért ellenőrizni kell a hőszivattyú tényleges fűtőteljesítményét a méretezési hőmérsékleten. Szintén befolyásolja az energetikai hatékonyságot az előremenő víz hőmérséklete, ez minél magasabb, annál alacsonyabb a hőszivattyú hatékonysága, a COP-értéke. A levegő/víz hőszivattyú nagy előnye a víz/víz berendezésekhez képest, hogy könnyen, olcsón telepíthető, nem szükséges a primer oldal (geotermikus szondák, talajhőcserélő, kutak) kialakítása. Hátránya viszont, hogy a külső hőmérséklet függvényében a hatékonyságuk csökken, míg a talajhőt hasznosító hőszivattyúk esetében ez nem probléma, ugyanis a talaj hőmérséklete állandónak tekinthető. Az éves üzemeltetési költség számolásakor érdemes figyelembe venni, hogy a magyarországi téli átlaghőmérsékletek °0 C +/–5 °C körül alakulnak, csak egészen ritkán van ennél hidegebb időszak, és az is csak néhány napig tart. Ezért szükséges a távfűtési rendszer megtartása. A levegő/víz hőszivattyúkat a kiválasztásnál, az épület hőszükséglete és a hőszivattyú leadott teljesítménye alapján optimalizálni kell (figyelembe kell venni ugyanakkor a gyártott víz előremenő vízhőmérsékletét is). Ezáltal elkerülhető a fölösleges túlméretezés, és a beruházási költségek indokolatlan megnövelése. A ritkán előforduló extrém hideg napok esetében is hőszivattyúval lesz megoldva a fűtés, de ilyenkor távfűtéssel rásegítünk a fűtési rendszerre, mert ennek bekerülési költsége kevesebb, mint egy esetlegesen nagyobb méretű hőszivattyú alkalmazásakor fellépő többletköltség.

Esettanulmány

Esetünkben két ok miatt is el kell vetnünk a talajszondás hőszivattyús rendszer telepítésének a lehetőségét, egyrészt azért, mert a társasház hőigénye miatt kb. 50 db, 100 méter mély kutat kellene fúrni és ennek a beruházási költsége kb. 40 millió forint, másrészt a legkisebb hőszivattyú súlya 600 kg, melyet a pincébe nem lehet beszállítani. Így tehát a levegő/víz hőszivattyúval kell a rendszert megépíteni. A hőszivattyúk hatásfokát növelni lehet, ha a társasházból elszívott levegőt a hőszivattyúkhoz vezetik, azonban a légcsatornázás, és a szellőzőrendszer felújítása többletköltségekkel jár. Esetünkben 2 vagy 3 db 75 kW teljesítményű (35 °C fűtővíz és +7 °C külső léghőmérséklet mellett) levegő/víz hőszivattyút érdemes telepíteni a háztetőn a társasház fűtéséhez, HMV-ellátásához, ezt kell költségek tekintetében összehasonlítanunk abban az esetben, ha a társasház elhasznált levegőjét rávezetjük a hőszivattyúkra, illetve ha nem vezetjük rá.

A társasház központi szellőzőrendszerének állapota rossz. A tetőn lévő szellőző légcsatornák átépítése egyrészről a rossz állaguk, másrészről a napelemek telepítése miatt szükséges. A szellőzőrendszer részére új ventilátorokat kell beépíteni. A hőszivattyúkhoz vezetett levegő 1830 m3/h, azonban a hőszivattyún 11 000 m3/h légforgalom szükséges. Ebből következik, hogy a mindenkori külső hőmérsékletű levegővel hígul az elszívott levegő, így a hőszivattyú hatásfokában, még ha kis mértékben is, de mutatkozik javulás.

Három hőszivattyú beépítése

Ha a társasház fűtését, illetve a HMV-készítést három hőszivattyú látja el, akkor az 1. grafikonról olvashatjuk le a működéssel kapcsolatos adatokat.

1. grafikon: Három hőszivattyú hőteljesítménye és az épület hőszükséglete a külső hőmérséklet függvényében.

A piros színnel jelölt görbe a hőszivattyú áramfelvételét jelöli. A vízszintes tengelyen a külső hőmérséklet van feltüntetve, ahogy haladunk a nyári időszakból a fűtési szezon kezdete felé, a hőmérséklet csökkenésével csökken a hőszivattyúk COP-értéke is. A lila vonal a HMV teljesítményigénye, amely folyamatos a teljes év során. A hőszivattyúk áramfelvétele (vörös vonal) a fűtési szezon kezdetéig konstansnak mondható, hiszen a teljesítmény teljes egészében a HMV előállítására fordítódik. A szezon kezdetétől a hőszivattyúk már a fűtésre is dolgoznak, így áramfelvételük növekedni kezd. Ha a külső hőmérséklet 0 °C alá csökken, akkor kell a távfűtést beindítani. Mindösszesen 39 napot dolgozik rá a rendszerre a távfűtő művek, összesen 114 GJ/év lesz az elfogyasztott hőmennyiség. A mai FŐTÁV-árak mellett ennek költsége 297 000 Ft/év. A hőszivattyúk fogyasztása 234 MWh/év, ezt kellene a tetőn elhelyezett napelemekkel biztosítani. A hőszivattyúk leadott hőteljesítménye éves szinten 2416 GJ/év. Látható tehát a számadatokból, hogy rendkívül szép eredmények érhetők el.

A kapott értékek még továbbjavíthatók, ha a ház elhasznált levegőjét a hőszivattyúkra irányítjuk. Érdemes tehát ezen a lehetőségen is elgondolkodni. A 2. grafikonon látható, amikor a három hőszivattyús rendszerre a ház elhasznált levegőjét rávezetjük.

2. grafikon: Három hőszivattyú hőteljesítménye és az épület hőszükséglete a külső hőmérséklet függvényében rávezetett elszívott levegővel.

A görbe hasonló a használt levegő rávezetés nélküli görbéjéhez, azonban –1 °C lesz a határhőmérséklet, amikor a távfűtésnek be kell lépnie, valamint 10 nappal kevesebbet kell mennie, 29 napig van szükség a távfűtés rásegítésére. A szükséges távhő mennyisége 81 GJ/év, az éves költség 210 000 forintra csökken. Így 163 napot lehet fűteni a fűtési szezonban csak hőszivattyúkkal.

Két beépített hőszivattyú esetén    

A költségeket és teljesítményeket két hőszivattyú esetére is vizsgálták, az előbbiekhez hasonlóan a ház elhasznált levegőjének rávezetése, illetve rávezetés nélküli esetekben. Utóbbi esetén (3. grafikon) már a határhőmérséklet 5 °C-ra emelkedik, és a távfűtés költsége drasztikusan megugrik, 1 027 000 Ft/év lesz a FŐTÁV-nak fizetendő költség. Csak 88 nap lesz a tisztán hőszivattyúval fenntartható üzem.

3. grafikon: Két hőszivattyú hőteljesítménye és az épület hőszükséglete a külső hőmérséklet függvényében.

Az eredmény itt is javítható a ház elhasznált levegőjének a hőszivattyúkra irányításával (4. grafikon), ahol a határhőmérséklet 4 °C lesz, és 76 napot kell rásegíteni a távfűtő műveknek a fűtésre. A két hőszivattyús esetben ugyan csökken a beruházási költség, de jelentősen megnő az üzemeltetés ára.

4. grafikon: Két hőszivattyú hőteljesítménye és az épület hőszükséglete a külső hőmérséklet függvényében rávezetett elszívott levegővel.

Eredmények és megvalósíthatóság

A kapott eredményeket összehasonlításképpen a legegyszerűbb táblázatba foglalni (1. táblázat). Így jól látszik az üzemeltetéshez szükséges energia mennyisége, valamint az üzem során felmerülő költség.

  Hő­­szivattyú (db) Fűtési napok száma csak hő­­szivattyúval Távhővel kiegészített fűtési napok száma Hő­­szivattyú éves hőtelje­­sítménye
[GJ/év]
Hő­­szivattyú éves villamos áram­­felvétele
[MWh/év]
Szükséges távhő­rásegítés
[GJ/év]
Szükséges távhő­rásegítés
[Ft/év]*
Levegő hozzá­­vezetés nélkül 2 88 104 2136 207 395 1 027 000
3 153 39 2416 234 114 297 000
Levegő hozzá­­vezetéssel 2 116 76 2214 214 317 824 000
3 163 29 2450 237 81 210 000

1. táblázat

Kiszámítható tehát, hogy éves szinten mennyi pénzt spórol meg a ház az átalakításoknak köszönhetően. Ezt kell összevetni a beruházási költségekkel. Jelen tanulmány a hőszivattyúk működéséhez szükséges napelempark kiépítésével nem foglalkozik, annak költségei a gépészeti beruházáshoz még hozzáadódnak. Végül a 2. táblázat foglalja össze a teljes várható költséget. Ennek megfelelően a társasháznak a teljes beruházás több mint 113 millió forintjába kerülne, azaz egy lakásra durván 1,5 millió forint jutna.

Munka megnevezése Anyag Munkadíj
Hőszivattyús rendszer kialakítása (nettó) 60 614 000 Ft 14 901 000 Ft
Szellőzőrendszer kialakítása (nettó) 10 044 000 Ft 4 076 000 Ft
Összesen (nettó) 70 658 000 Ft 18 977 000 Ft
Anyag + díj (nettó) 89 635 000 Ft
Áfa (27%) 24 201 450 Ft
Összesen (bruttó) 113 836 450 Ft

2. táblázat

A műszaki érdekességen túl egy másik aspektusa is van a történetnek, mégpedig a társasház közös képviselőjének személye. Azontúl, hogy előrelátó, keresi a legjobb lehetőségeket, nem rest egy műszaki szakértő véleményét kikérni. Jó szemléletmód, hogy önerőből, lakástakarék igénybevételével fejleszti a társasházat. Miután szigeteltek, nyílászárót cseréltek, nem csökkentik a közös költséget, hanem újabb beruházáson gondolkoznak. A lakók megszokták az emelt összeget, így nem jelent gondot számukra egy észszerű és a lakás értékét növelő beruházás. A társasház képes lenne kigazdálkodni a 113 milliós összeget, nem ezen bukott meg a beruházás. A tetőfelület nem elég a hőszivattyúk ellátásához szükséges napelemek számára, ezért azok fogyasztását csak részben tudnák fedezni. Gondoljuk meg, 100 MWh villamos energiáért a társasház annyit fizetne, mint amennyi jelenleg a távfűtésért a FŐTÁV díja. Ennek fényében nincs értelme a beruházásnak. Ugyan jó a COP-értéke a hőszivattyúknak, de sajnos a villamos energia ára még mindig nagyon magas a távhőhöz képest. Műszakilag csodálatos történet, és a rohamos fejlődésnek köszönhetően néhány év múlva talán már megéri az átalakítás. Ma még marad a távhő!

Bokor AndrásFűtési rendszerHőszivattyúTanulságos


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem