VGF szaklap

HKLMegújulók

Így hőszivattyúztok ti!

2018. szeptember 19. | Kardos Ferenc |  1477 | |

Így hőszivattyúztok ti!

Ki ne ismerné Karinthy Frigyes Így írtok ti című művét, amellyel egy csapásra ismert és elismert íróvá vált. Az idézet karakterhelyesen követi az 1912-ben megjelent könyv bevezetőjét.

„Célozni tanulnak a katonák egy káplár vezetése mellett. Nem valami fényesen megy a dolog. A káplár dühösen szidja regrutáit, aztán kikapja a puskát egyiknek a kezéből, mikor épen megint elhibázta.
Szamarak, kiabál a káplár, tudtok ti lőni! Adjátok ide azt a puskát! Ide nézzetek!
Céloz és hetykén lő. De nem talál. Egy percre zavarba jön. Aztán mérgesen rámordul az egyik katonára:
– Igy lőssz te!
Megint céloz. Nem talál. Egy másikhoz fordul:
– Igy lőssz te!
És igy tovább. Végre kilencedszer talál. Mellére üt:
– És igy lövök én!”

Hogyan is kerül a VGF-be Karinthy?

Kertész Csaba gépésztervezővel 2006 körül elkezdtünk érdeklődni a hőszivattyúzás iránt. Olyannyira, hogy mindketten elvégeztük az „ipari és kereskedelmi hűtőgépszerelő” szakképzést, mert ez volt a hőszivattyúzáshoz legközelebb álló gyakorlati képzés. Azokban az években az interneten olykor felbukkant olyan hőszivattyús rendszer tulajdonos, aki szakmai fórumokon keresett olyan műszaki szakembert, aki segítene a kivitelezett rendszerrel kapcsolatos vélt vagy valóságos kifogásainak a szakértői felmérésében. Az ilyen kellemetlen felkérésekre rendszerint nem akadt jelentkező, borítékolható volt, hogy valamelyik fél vesztesen kerül ki a vitából, és ez a fél sosem a gondot okozó hőszivattyú.

A szakmai kíváncsiság és a tapasztalatgyűjtés lehetősége felbátorított bennünket annyira, hogy jelentkeztünk az ilyen felkérésekre, eleinte ingyenes szolgáltatás formájában. Csaba az épületgépészeti kérdéseket vállalta fel, jómagam az elektromos oldal méréseit végeztem, illetve rendelkeztem egy Krohne ultrahangos áramlásmérővel, amellyel megbontás nélkül lehetett folyadék tömegáramokat mérni a hőszivattyú primer és szekunder oldalán. Kertész Csaba a 2008-as válság hatására külföldön vállalt munkát, attól kezdve egyedül vagy fiatal épületgépész munkatársaimmal végeztük a hőszivattyús felméréseket. Az ország minden részéből érkeztek megkeresések, még a Fogyasztóvédelmi Hivatal is küldött hozzánk panaszos ügyfelet.

Mostanra több tucat mérési jegyzőkönyvet tárolunk. A közelmúltban merült fel a gondolat, hogy hasznos lenne megosztani ezt a tudáshalmazt a szakma résztvevőivel, hátha ezzel is lehet segíteni a hőszivattyúzás fejlődését. Ennek a gyűjteménynek az egyik ékköve a következő nagyon szomorú történet, ahol a hőszivattyús rendszer kivitelezője olyan mértékű megtakarítást ígért, hogy a felveendő hitel végül ingyen lesz. Ez annyira szimpatikus konstrukció, hogy bolond, aki kihagyja ezt a lehetőséget.

A baj akkor van, ha az ígéret nem válik valósággá

A taksonyi ingatlantulajdonos sokallta a családi házas épületkomplexum fűtési célú energiafogyasztását. A lakóépület mellett egy vendéglátó helyiség és egy műhely is a kazánház által ellátandó területhez tartozott, ahol két darab 35 kW-os atmoszferikus állókazán üzemelt évek óta hibátlanul, de magas költséggel. Az épület hagyományos téglafalazattal rendelkezett a 80-as éveknek megfelelő kialakításban, hőszigetelés nélkül.

A hőleadók az általánosan használt acéllemez lapradiátorok voltak, de a vendéglátó helyiségben bordás csöves hőleadókat is találtunk, amelyek a gőzfűtéses rendszerek megszokott fűtőtestjei voltak. Elég tisztes hátrány a hőszivattyúzáshoz, a reménytelen hűtési szolgáltatásról nem is beszélve.

Bordáscsöves hőleadó, inkább gőzfűtéshez, mint hőszivattyúhoz illik.

Az ÉTI 35-ös kazánok, amelyeknek lassan a kora is 35 év lesz. A mai napig üzemképesek és olcsóbb fűtést biztosítanak.

Az épület jellemző hőleadói acéllemez radiátorok.

A vállalkozó a szomszéd településről érkezett, és nem kevesebbet ígért, mint hogy a leendő hőszivattyús rendszer olyan mértékű fűtési költségmegtakarításra lesz képes, amely kitermeli a kivitelezéshez szükséges bankhitel törlesztőrészleteit és kamatait. A fellépése lehengerlően meggyőző volt, ki akarna referenciahelyszíneket kérni és megnézni, ha az asztalon ott ékeskedik az „Év Vállalkozója” zászlócska?

Megtakarítás helyett többlet

A kivitelezés költsége közelítette a 10 M Ft-ot, de a fűtési megtakarítás csak nem akart jelentkezni, ehelyett többletfogyasztás keletkezett. A károsult megrendelő egyre nagyobb nyomást gyakorolt a vállalkozóra – jogi útra terelés, kártérítés stb. –, aki maga sem értette, miért is maradt el a nagymértékű energiamegtakarítás. Itt kell megjegyezni, hogy az eset idején nem létezett még kedvezményes áramtarifa a hőszivattyúk részére.  

A sarokba szorított vállalkozó maga kérte a rendszer diagnosztizálását, emiatt a felmérés jegyzőkönyvében nem került megemlítésre, hogy épelméjű épületgépész nem épít be hőszivattyút radiátoros hőleadókhoz, ha energiamegtakarítás a kitűzött cél. Volt ezen kívül is megemlíteni való bőséggel, íme a helyszíni vizsgálat mérési jegyzőkönyve, amely a szóban forgó ház hőközpontjában készült 2007. szeptember 21-én.

A vizsgálat célja: megállapítani a hőszivattyú és az esetleges rendszerhibákat, illetve javaslatokat kidolgozni, ha a vizsgálat telepítési hibát tárt fel.

A vizsgált rendszer rövid leírása: Thermocold 245Z hőszivattyú szondával, hűtő-fűtő üzemmódban (??), meglévő radiátoros rendszerre, HMV-készítési funkcióval.

A rendszert vizuálisan vizsgáljuk meg először, hogy az esetleges hidraulikai vagy logikai hibákat feltárhassuk. A csőrendszer megbontása nélküli, ultrahangos térfogatáram-mérő egy Krohne UFM 610 P, áram és elektromos teljesítménymérés: Voltcraft VC 609.

A szondakör megnövelt méretű szivattyúja, az áramlás így is lamináris.

A kissé kaotikus gépház egyik nézete.

A jobb sorsra érdemes Thermocold hőszivattyú.

Tapasztalatok a vizsgálat során

A fűtési kör tömegárama valószínűleg a csőben kialakult lerakódások miatt mérhetetlen, ezáltal a leadott teljesítmény csak közvetett módon igazolható. Ez a meglévő rendszerből történt iszapbehordás (esetleg vaskiválás a rézcső belső felületén) következménye lehet, a rendszer átmosása indokolt, mert a lerakódás nem csak a csőben, hanem a hőszivattyú hőcserélőjében is kialakulhatott, ezzel jelentősen rontva a hatásfokát, teljesítményét. A fűtési víz pH-értéke 7,2, szemrevételezésre áttetsző, tiszta.

A szondakör (7 furat, 2×Ø32 PE-hurok) hónapok óta nem üzemelt, ezért a terhelhetőségéről következtetéseket nem lehet levonni, már csak azért sem, mert a hőszivattyú a gyárilag megadott teljesítményt nem szolgáltatta, azaz el sem vette. Az osztó-gyűjtők áramlásmérővel szereltek, egy körben nem látható áramlás. A szondaköri körszámlapos hőmérők beépítése szakszerűtlen, a helyiség-hőmérséklet jelentősen befolyásolja a mért (mutatott) értéket, mert a hőmérő merülőhüvelye nem lóg bele a vízáramlásba.

A szondaköri tömegáram 5,6 m3/h, 15/10 °C hőlépcső mellett. Tiszta víznél ez 33 kW szondáról felvett teljesítményt jelentene. Hőszivattyúknál szokásos fagyállóhígításnál 31,5 kW-al számolhatunk. A Reynolds-szám 1200, masszívan lamináris az áramlás. Ha megnövelnénk a tömegáramot a gyárilag megadott értékre, akkor is lamináris maradna az áramlás a helytelenül kialakított szondaterv miatt, a dupla szondacsövek miatt 14 ágra oszlik a hőszivattyú tömegárama, emiatt a gyári előírtnál is magasabb tömegáramot kellene létrehozni, amely óriási szivattyúzási teljesítményigénnyel járna.

A hálózatból felvett teljesítmény 1,73 × 400 V × 18,4 A × 0,95 = 12,1 kW

A szekunder oldali leadott teljesítmény közvetett módon számítva: 31,5+12,1= 43,6 kW. Ebből a jelenlegi COP 3,6 (43,6/12,1). A mérés 45 °C-os visszatérő hőmérsékletű fűtővíznél, és 15 °C-os bejövő szondaköri folyadék-hőmérsékletnél készült. Az EN-255 szabványban szondás üzemre rögzített, 0 °C-os szondahőmérsékletnél a gép teljesítménye kevesebb lenne, a munkaszáma még alacsonyabb. 

A klasszikus HMV-készítés funkcióval a berendezés alapszolgáltatásként nem rendelkezik, ezt külső vezérléssel kell megoldani. Az ebből a célból épített „vezérlés” a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

A HMV-tároló fal felé eső oldalára szerelt manuális kazántermosztát beállítása véletlenszerű (mivel leolvashatatlan), ha 40 °C feletti értékre állítják, akkor soha abba nem maradó ki-be kapcsolgatással igyekszik elérni a parancsolt hőmérsékletet. Mivel a rendszer jelenlegi kiépítésében képtelen ilyen magas hőfokú HMV-t előállítani, akár a teljes fűtési szezonon keresztül tartó kapcsolgatási folyamat jöhet létre a fűtés helyett az előnykapcsolás miatt. 

A fűtéspufferen lévő kazántermosztát önállóan kapcsolja (?!) a kondenzátoroldali szivattyút, a parancsolt érték elérése esetén a hőszivattyú a keringtetés leállása miatt hibakóddal (!) áll le, mert a kondenzátoroldalon az el nem vett hő miatt magas lesz a hőmérséklet és a nyomás. A nyomáskapcsoló önvédelemből reteszelten állítja le a kompresszort. Újraindítása csak emberi beavatkozással lehetséges. A termosztát funkciója a mérést végzők számára mindvégig rejtély maradt.

A folyamatos fűtési üzemet úgy lehet fenntartani, ha a puffertermosztátot elérhetetlenül magas hőmérsékletre állítjuk (pl. 90 °C), így a hőszivattyú folyamatosan fűt a programjában beállított visszatérő hőmérséklet eléréséig, mikor is kikapcsol. A kikapcsolt hőszivattyú szondaköri és kondenzátorköri szivattyúi (együttesen 1 kW fogyasztással cca. 691 Ft/nap költséggel) folyamatosan üzemelnek annak ellenére, hogy a hőszivattyú eredeti gyári vezérlése biztosítja ezeknek az indítását-leállítását saját kapocstáblájáról.

Rendkívül zajos, a hangszigetelése sérült. A berendezés a talapzaton rezonál. A gumikompenzátorok hőtágulás és szivattyúrezgés elnyelésére valók, a hőszivattyú akusztikus leválasztására nem igazán alkalmasak. A gumilemezek, amire fel lett állítva, tömör anyagúak, a testhang elválasztására nem alkalmas.

A két fokozat közötti késleltetés nincs beállítva, szinte egyszerre indul a két kompresszor, és a leállás is egyszerre történik.

A hőszivattyú szekunderoldali kiszolgálása hibás. A HMV-tároló belső csőspirálos hőcserélője fordított irányban van bekötve, így az ellenáramúnak tekinthető csőköteg egyenáramú hőcserélővé válik. Ezáltal az elvárható magasabb tárolóoldali hőmérséklet semmiképp sem tud kialakulni. A mért térfogatáram 3,77 m3/h, a gyári szükséges 9,2 m3/h. Ekkora térfogatáramot nem lehet a belső hőcserélőn létrehozni a kis keresztmetszete miatt. További súlyos probléma, hogy a tároló belső hőcserélője nem képes 50 kW felvételére, ami hibátlan hidraulikai bekötés és vezérlés mellett is ciklikus működést vonz maga után. Ezzel csökkentjük a hőszivattyú kompresszorának élettartamát és rontjuk a COP-t.

A fűtési puffer is fel van cserélve a csonkozás szerint. A puffertárolóhoz szállított bekötési ábra szerint a belépő és kilépő csonkok fel lettek cserélve. A bekeverés miatt a véghőmérséklet nem tud kialakulni a pufferben, a fűtőtestekbe alacsonyabb hőfokú fűtővíz kerül, kisebb lesz a leadott teljesítmény, ezáltal a hőszivattyú folyamatos üzemre van kényszerítve. Az ebből a hibából adódó többletfogyasztás tetemes.

A fűtési rendszer nyitott, a rendszer kialakítása olyan, hogy a kilégtelenedés a HMV-körben nem is várható. A keringtetőszivattyú szívócsonkján nem kapja meg a kavitáció elleni minimális hozzáfolyási nyomást, ezért, ha tökéletesen ki is légtelenedne az érintett csőszakasz, akkor is zajosan üzemelne a fellépő kavitáció miatt, és a szivattyú élettartama rövidülne.

Az alkalmazott membrános tágulási tartályok mérete kicsi, a tartályok idő előtti tönkremeneteléhez fog vezetni. A rendszerek térfogatát is figyelembe véve a fűtési rendszer javasolt tartálymérete 140 l, a szondakör tartálya 50 l.

Javaslatok

  1. Fűtési rendszer és a hőszivattyú átmosása, öblítése fokozott gondossággal a radiátoriszaptól, lehetőleg a fűtési csőszakaszokat egyesével megnyitva az intenzív vízáram érdekében.
  2. A HMV-készítésnél a csonkozást megfordítani (felső hőcserélőcsonk a belépő csonk), a vezérlés cseréjével, átalakításával az optimális HMV-készítés üzemre rábírni a hőszivattyút. A visszatérő csonknál javaslunk egy vastagabb csőszakaszt beépíteni, hogy a vízsebesség olyan alacsony legyen (0,3-0,5m/s), ami mellett a légtelenedés megtörténhet.
    Ekkora teljesítménynél javasolt a külső hőcserélő alkalmazása, hogy a HMV-gyártás folyamatos legyen. A tercier (ivóvízoldal) keringtetőszivattyú 15 NK°-ig lehet öntvényházas is, nem szükséges a bronzházasat alkalmazni.
  3. Hangszigetelést szakszerűen rögzíteni, a gép alatti rezgéstompítást kifejezetten erre a célra gyártott, számítás alapján méretre vágott anyaggal kicserélni, a rezonáló lemezburkolatot rögzíteni, gumikompenzátorokat flexibilis csőre cserélni.
  4. A kompresszorok eltolt indítását, leállítását beszabályoztatni.
  5. Mind a HMV-, mind a fűtési kört a mellékelt kapcsolási vázlat szerint átalakítani, a rendszert zárttá tenni.
  6. A szondaoldali keringtetőszivattyút nagyobb teljesítményűre cserélni. Munkapont fűtésüzemben: Q=7,5 m3/h és H=9,3 m, ezeknek egyszerre kell teljesülni (munkapont hűtésüzemben: Q=9,2 m3/h és H=12 m)
  7. HMV-köri keringtetőszivattyú szintén aláméretezett, a szükséges térfogatáram 9,2 m3/h ebben az irányban is.
  8. A fűtési szekunder szivattyú térfogatáramát nem tudtuk megmérni, ezért a tényleges, kialakult térfogatáramot nem tudjuk. A kívánatos 9,2 m3/h.
  9. Az elektromos szekrényből van indítva az összes keringtetőszivattyú. A szivattyúk folyamatosan járnak 0–24 órában. Ez tetemes áramfogyasztást és költséget (cca. 124 E Ft/szezon) okoz önmagában. A hőszivattyú távvezérelt üzemmódra alkalmas, vagyis két db elektronikus külső termosztáttal és egy relével kiegészítve az elvárásoknak megfelelően vezérelhető, amivel a szivattyúk futásideje, működtetési költsége megharmadolható. 
  10.  Tapasztalatunk szerint egy hőszivattyú fűtőteljesítménye annyi százalékot csökken, ahány százalékkal kevesebb víz jut (a katalógusadathoz képest) a szondaoldali hőcserélőjére. Ez azért történik meg, mert a berendezés hűtőközeget adagoló szelepe törekszik az 4K különbség beállítására a szondából feljövő és a szondába távozó közegek között. Az adagoló szelepnek ez a dolga a kompresszor ideális működése érdekében. A gyártók ezért írják elő a kötelezően teljesítendő vízköri adatokat. A kompresszor elektromosteljesítmény-felvétele nem változik akkor, ha az adagoló szelep zár, és kevesebb fűtő- vagy hűtőteljesítményt állít elő. Ezért rendkívül fontos a gyári vízoldali igények biztosítása.
  11. A javasolt átalakítások után várható, hogy a hőszivattyú (és maga a rendszer is) a gyári adatlap szerinti teljesítménnyel és munkaszámmal fog üzemelni, esetleg egy újabb méréssel ezt igazolni lehet.

Eddig tartott a korabeli mérési jegyzőkönyv. Milyen tanulságokat lehet levonni 11 év elmúltával? A hőszivattyú-forgalmazók ellenőrizzék az új vásárlók felkészültségét, érdemes a tervezett gépészeti rendszer terveit is bekérni, megvizsgálni. Megéri ez a fáradtság az importőrnek? Valószínűleg igen, mert ez a Thermocold hőszivattyú sem lett kifizetve arra való hivatkozással, hogy nem jól működik.

A hőszivattyút vásárlóknak rendelkezésére áll egy régi, de csalhatatlan módszer, meg kell nézni egy-két jól működő referencia-helyszínt. A fenti vállalkozó egyetlen ilyennel sem rendelkezett. Az épülethez készült egy energetikai számítás is, amelyben az olvasható nagy betűkkel, hogy az épület hőtechnikailag nem felel meg!

A radiátorok összteljesítménye 46 kW, csak arról feledkezett meg a vállalkozó, hogy 80/60 °C-os hőlépcsőnél, amelyre a hőszivattyú nem képes. A valóságban tehát beépült egy 45 kW-os hőszivattyú, és a működési hőmérséklet-tartományban rendelkezésre áll kb. 21 kW hőleadó felület.

Hőszivattyús rendszereket létrehozni, szerelni, beépíteni nagy szakértelmet, mi több, speciális szakértelmet követelő feladat. Ma már egyre több a jól képzett szakember ezen a területen is, de a legelején nem így volt. Ma már egyre több peres eljárás lát napvilágot, ahol az elvárt és beígért energiamegtakarítás nem jelentkezik, a rossz méretezés, a nem megfelelő berendezés, illetve a szakszerűtlen kivitelezés folyományaként. Fontos tehát, hogy megfelelő referenciával rendelkező szakembereket válasszunk ki a feladatra, és a megfelelő tapasztalatok birtokában vállaljon el valaki egy munkát. Ellenkező esetben egy elhúzódó per elé nézhetnek a felek, ami senkinek sem jó.

EnergiahatékonyságHőszivattyúRadiátorSzakértő