Hőszivattyú - kitörési lehetőség

A megújuló energiahordozók ésszerű felhasználásának egyik eszköze a hőszivattyú. Jellemzője, hogy üzemeltetésére, illetve a működésére bevezetett villamos energiát megtöbbszörözi, alkalmazásával alacsony károsanyag-kibocsátás mellett energiahatékony fűtés oldható meg. A hőszivattyús technika kiemelkedő minőségi tulajdonságai miatt méltán érdemli meg, hogy hazánkban is széles körben elterjedjen.

A hasznos hőtermelésre vetített CO2-kibocsátás és az átlagos fűtési tényező (Seasonal Performance Factor: SPF) [kWh/kWh] kapcsolata Forrás: Felhasznált irodalom [2]

Amikor valamely energetikai rendszer hasznosságát értékeljük, napjainkban elsődleges fontossággal kell figyelembe venni annak környezetvédelmi hatását. A földgáztüzelésre való áttérést követően egyre inkább reflektorfénybe kerül a hőszivattyúk alkalmazása. Nem véletlen, hiszen az átlagosan 40 százalékos energiamegtakarításhoz olyan energiahordozót használ fel, amely nem növeli az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását. A hőszivattyús rendszer által kiváltott szén-dioxid (CO2) meghatározásánál egyrészt a közvetlenül kiváltott fosszilis tüzelőanyag révén megtakarított kibocsátás elkerülését kell figyelembe venni, másrészt a hőszivattyús körfolyamat munkavégzéséhez szükséges, befektetett energia fosszilis energiatartalmát kell értékelni. Ha ehhez a munkához villamos energia szükséges, akkor az országos energiamérlegekben villamosenergia-termelésre felhasznált primer energiahordozók arányából kiindulva értékelik az energiaegységre jutó globális CO2-terhelést, mert ekkor lokális CO2-terhelés nincs. A magyarországi erőművek tüzelőanyag-felhasználása és villamosenergia-termelésének adatai felhasználásával készült az 1. ábra, amely a villamos hőszivattyú alkalmazásának környezetvédelmi, energetikai és gazdaságossági indokoltsági tartományára ad szemléltető tájékoztatást. Az alábbi számítások jól szemléltetik, hogy a hőszivattyúk hány százalékban képesek megújuló energiaforrást hasznosítani. › Abban az esetben, ha a villamosenergia-termelés 70 százalékban megújuló energiaforrásból származik, és a villamos hőszivattyú átlagos fűtési tényezője 4,0, az említett hőszivattyú 25 × 0,70 + 75 = 17,5 + 75 = 92,5 százalékban megújuló energiaforrást hasznosít. › Abban az esetben pedig, ha a villamosenergia-termelés 7,5 százalékban megújuló energiaforrásból származik (kerekítve ennyi volt Magyarországon 2009-ben a Magyar Energia Hivatal jelentése szerint), és a példabeli villamos hőszivattyú átlagos fűtési tényezője ezúttal is 4,0, az említett hőszivattyú 25 × 0,075 + 75 = 1,875 + 75 ≈ 76,9 százalékban megújuló (légtermikus , hidrotermikus és geotermikus energia) energiaforrást hasznosít (2. ábra.)

Alkalmazási területek

A hőszivattyúk alkalmazhatók építmények fűtésére, hűtésére, de akár szellőzésére és használati meleg víz (HMV) előállítására is (3. ábra).Beépítésük előnyös, úgynevezett sugárzó fűtésekhez, nevezetesen a kis hőmérsékletű, melegvíz-üzemű központi fűtések, a felületfűtések: a nagy felületű radiátoros fűtés (a radiátor hőfoklépcsői: 55/45 °C, majd 40/30 °C, a korábbi 90/70 °C és 75/60 °C helyett), mivel ezáltal az emberi természetnek leginkább megfelelő hőérzet érhető el. Alkalmazásával padló-, fal- és mennyezetfűtés, az épületszerkezet temperálása is kedvezően megoldható. A lakások rezsiköltségének jelentős csökkentése érdekében hőszivattyús rendszerű padlófűtés vagy esetleg radiátoros fűtés a célszerű megoldás az új építésű szociális bérlakások létesítésénél. Az úgynevezett emberközpontú sugárzó fűtések esetében a helyiségben a levegő hőmérséklete ugyanolyan komfortérzet mellett 2-3 °C-kal kisebb (hűtéskor nagyobb) lehet, és így 10–15 százalékkal kisebb lehet a fűtési-, hűtésienergia-fogyasztás. A hőszivattyús rendszerek egyaránt jól alkalmazhatók önkormányzati létesítményekhez, uszodákhoz, fürdőkhöz, középületekhez, lakó- vagy más szállásépületekhez, ipari és mezőgazdasági épületekhez: növényházakhoz, állattartási épületekhez; öntözővíz-temperáláshoz; szárításhoz, valamint élelmiszer-ipari célokra, távfűtésre és távhűtésre. Országunk adottságai, nevezetesen napenergia- és földenergia-potenciálja, valamint magas színvonalú szellemi tőkéje kedvez a megújuló energiát hasznosító innovatív hőszivattyús technológia elterjesztésének. Ennek ellenére a hőszivattyúzás olyan technológia, amelynek magyar viszonyokra történő kialakítása, különösen a szondás hőszivattyús berendezések esetében, még hiányzik. A nyugati fejlett technológiák hazai átvétele sajnos nem biztosítja önmagában a hatásos működést, mert eltérők például a hidrológiai, geológiai, meteorológiai viszonyaink, épületeink hőszigetelése, központi fűtése. Így viszont piaci lehetőség adódik a hazai viszonyokra méretezett rendszerek kifejlesztésével, amelyeket akár exportálni is lehet. A technológia területén már ma is vannak magyar eredmények, például a Vaporline hőszivattyúcsalád-fejlesztés. Sok épületnél földhőszivattyú alkalmazásakor a hőleadók megváltoztatása és az elosztó csővezeték cseréje is szükséges – például radiátor helyett fan-coil – a hőszivattyúval előállított kis fűtővíz-hőmérséklet miatt. Ez pedig jelentős többletköltséget eredményez, ezért ahol hűtési funkcióra nincs igény, a hőtermelő cseréje sok esetben elmarad. Az említett növelt hőmérsékletű hőszivattyúcsalád esetében például az elérhető fűtővíz-hőmérséklet 62 °C, és a várható SPF = 4,1–4,5 magas hőfokszintű hőleadók esetén, a primer oldali cirkulációs szivattyúval számolva (a jelenlegi alacsony hőledókkal tervezett átlagos érték SPF = 3,0–3,5 helyett).

Napkollektoros hőszivattyús rendszer elvi vázlata

A magyar vonatkozás

A hőszivattyú magyar vonatkozása, hogy Heller László közreműködésével kidolgozott kompresszoros hőszivattyú áttörést jelentett e technológia történetében (Bautrend 2010. szeptember). Heller László magyar mérnökként, a világ energetikai közvéleménye számára tudományosan vázolta, hogy a hőszivattyút miként lehet az energetika egészébe illeszteni. Felhívta a figyelmet, hogy az erőművi hatásfok (ηerőmű) és a hálózati hatásfok (ηhálózat), valamint a hőszivattyú teljesítménysokszorozási tényezőjének (COP [kW/kW]), illetve a hőszivattyús rendszer átlagos fűtési tényezőjének állandó növekedése – ami a technika fejlődésével feltétlenül bekövetkezik – folyamatosan javítani fogja a hőszivattyúk gazdaságosságát. A hőszivattyúk világméretű terjedésével napjainkban igazolódnak gondolatai (4. ábra). A hőenergetikával foglalkozó iskolateremtő professzor elképzelései között szerepelt, hogy a magyar Parlamentet és a Műegyetemet a Duna segítségével hőszivattyús fűtéssel lássák el, amely elképzelés nem valósult meg.

Hőszivattyús rendszerű energiahatékonyság-növelés. (Forrás: Felhasznált irodalom [2])

Jövőkép

Hőszivattyú-statisztika. Forrás: Swedish Heat Pump Socilety (SVEP)

Gazdaságstratégiai kérdés is, hogy energiahatékonyságunkat mielőbb jelentősen növeljük, kevesebb légkondicionálót, folyadékhűtőt és hűtőberendezést építsünk be hőszivattyúzási feladatra, készüljünk a vonatkozó EU-direktívák hazai bevezetésére, és minőségi hőszivattyús rendszerek épüljenek a magyarországi energiafogyasztók érdekében. A hőszivattyús rendszerek alkotóelemeinek fejlesztése, tervezése, gyártása és kivitelezése hozzájárulhat építőiparunk beindításához, a kis- és középvállalkozások fellendítéséhez, új munkahelyek létesítéséhez. Az Új Széchenyi Terv segítségével, egy hőszivattyús program kitörési ponttá válhat gazdaságunk dinamizálására. Idén, az Európai Unió magyar elnöksége idején tárgyalják az EU Duna Régió Stratégiáját, így lehetőségünk van egy hőszivattyú-program elindítására. A következő tényezők növekedése hozzájárul, hogy a hőszivattyús technika hazánkban is fejlődésnek induljon:

• munkahelyek száma,

• energiaárak (a szóba jövő alternatív tüzelőanyagok árai),

• importhányad (energiahordozók, új eszközök és berendezések),

• a megújuló energiaforrásból származó villamosenergia-termelés aránya,

• erőművi hatásfok (a magyarországi összes erőművi technológia hatásfokából és részarányából számítható, értéke a kezdetektől fogva növekedik) – ma is és előreláthatólag a jövőben is határozottan növekedik),

• hálózati hatásfok (szállítási és elosztási hatásfok, ez csak hosszabb távon növekvő érték),

• a hőszivattyúk teljesítménysokszorozási tényezője (a gazdasági verseny miatt növekvő érték), • a hőszivattyús rendszer átlagos fűtési tényezője (a teljes hőszivattyús rendszer, beleértve a hőforrás/hőelnyelő és a hőleadó/hőfelvevő oldalt, az állandóan fejlődő megoldások eredményeként egy növekvő érték),

• az épületek hőszigetelésének hatásossága,

• a felületfűtésből (padló-, fal- és mennyezetfűtés) és a nagy felületű radiátoros fűtésből adódó kisebb fűtési hőmérséklet,

• a központi fűtés és/vagy hűtés terjedése. Ezek a tényezők a technika fejlődésével folyamatosan javítani fogják a hőszivattyúk és a hőszivattyús rendszerek térhódításához a piaci feltételeiket.

› Komlós Ferenc

Felhasznált irodalom [1] Heller László doktori disszertációja: Die Bedeutung der Wärmepumpe bei thermischer Elektrizitästerzeugung (cím magyarul: „A hőszivattyú jelentősége termikus villamosenergia-termelés esetében”). Egyetemi Nyomda, Budapest, 1948.

[2] Komlós Ferenc−Fodor Zoltán−Kapros Zoltán−dr. Vajda József−Vaszil Lajos: Hőszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára. Magánkiadásban, Komlós F., Dunaharaszti, 2009. www.komlosferenc.info

[3] Korényi Zoltán–Tolnai Béla: Az áramlás- és hőtechnika nagyjai. Életrajzi gyűjtemény. Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2007.

Forrás: Bautrend