A hőszivattyú komplex hasznosításának gondolatmenete

Mint ismert, a hőszivattyú olyan hőenergia átalakító berendezés, amely a hőenergia hőmérsékletszintjének emelését biztosítja külső energia befektetése árán.

A hőszivattyús hőhasznosítás nem tartozik az alternatív energiák közé ("sajnos"), mert nem megújuló energiaforrásokra épül (kivétel, ha pl. napelemből biztosítjuk a működtető energiát, tekintettel arra, hogy ehhez hazai gyártóbázis is rendelkezésre áll). A hőszivattyú alkalmazása azonban jelentős primer energia megtakarítást tesz lehetővé, illetve elősegíti a fosszilis tüzelőanyagok gazdaságosabb felhasználását.
A legegyszerűbb (a Carnot körfolyamatú munkaközeg sűrítése kompresszorral történik) hőszivattyú elvi vázlatát az 1. ábra szemlélteti.

1. ábra

 

Mint ismert, a hőszivattyú olyan hőenergia átalakító berendezés, amely a hőenergia hőmérsékletszintjének emelését biztosítja külső energia befektetése árán. Így a viszonylag alacsony hőmérséklet-szintű, pl. környezeti hőből képes nagyobb hőmérsékletű közeget előállítani, külső energia befektetéssel.

A hőszivattyú működése gyakorlatilag megegyezik a hűtőgéppel. A két berendezés között mutatkozó különbség a körfolyamat hőmérséklet-határaiban és a felhasználás céljában van. Míg azonban a hűtésnél az a cél, hogy az alsó hőmérsékletszintet minél alacsonyabbra szorítsuk, mivel a hűtés, a hőelvonás ezt igényli, a hőszivattyú esetében a felső hőfokszint felemelése szükséges, a hőszolgáltatás fokozása érdekében. Ha a kondenzátor oldalon termelt hő hasznosítása a cél, és a hűtést nem használjuk, akkor a hőszivattyú egycélú berendezés, míg a fűtésre és hűtésre egyaránt alkalmas hőszivattyút többcélú berendezésnek nevezzük.

A hőszivattyúk elterjedése a fejlett országokban felgyorsult. Olyan berendezéseket fejlesztettek ki, amelyek az energiatermelésben, az iparban, a mezőgazdaságban és a családi otthonokban is használhatók, az épületben és azon kívül is elhelyezhetők. Működésük halk, méreteik nagyjából a hűtőgépek nagyságát követi. Megítélésem szerint a jövő technikáját képviselik, márpedig ma szükség van a jövő technikájához kapcsolódó lépésváltásra, a fosszilis tüzelőanyagokból származó energiatermelés hatékonyságának növelésére, és az alternatív, megújuló energiaforrások rövid időn belüli elterjesztésére. A megújuló energiát és a hulladékhőt hasznosító, a technika mai szintjét képviselő, újgenerációs hőszivattyúk elterjesztése országos érdek, és ezt a Széchenyi Terv is tartalmazza.

2. ábra

 

Az 2. ábrán egy hulladékhőt hasznosító hőszivattyú elrendezése látható, amely állattartó épület fűtésére szolgál (az ábra forrása a LODAM Automatic a/s dán cég hőszivattyú prospektusa). Itt az állattartó épület födémszerkezetéhez erősített kollektor az állatok által leadott hőt gyűjti. A folyamatosan keletkező értékes hulladékhő a villamos hőszivattyú hőforrása. Ezzel az istálló közelében lévő lakóépület kishőmérsékletű, radiátoros központi fűtése gazdaságosan megvalósítható.

A hőszivattyú működtetése többféle módon lehetséges. Ezek energiaábráját mutatja a 3. ábra, [4] alapján. A primer energiahordozóval működő berendezések kímélik leginkább a környezetet, főként a gázüzeműek. Hazánkban a gázipar sikerágazat, és az maradhat a következő időszakban is, mivel az ország jelentős területén vezetékes földgázszolgáltatás áll rendelkezésre, így nagy szerepet kaphatnak a gázmotorhajtású hőszivattyúk.A gázabszorpciós berendezések a karbantartási igénye kisebb, munkaközege biztonságosabb, ezért nagy jövőjük van.

3. ábra

 

A villamos hajtású hőszivattyúkkal szemben elhangzó érv, hogy gazdaságosságukat meghatározza a villamos energiatermelés rossz hatásfoka. Tekintettel arra, hogy a villamosenergia-rendszer rendszer hatásfoka sokat javult, aminek az új technológiák - elsősorban a gáz/gőzerőművek - megjelenése lendületet adott [5] és [6], a helyzet nem kedvezőtlen. A hivatkozott irodalmak szerint ma ez a hatásfok kb. 35%, de a jövőben további jelentős hatásfoknövelést várhatunk. Ez pedig hazánkban is indokolttá teszi a villamos hőszivattyú használatának elterjesztését.

Ha a villamos hőszivattyúk évi átlagos teljesítménytényezője kb. 4, ami persze lehet nagyobb is, pl. hévíz, az átlagosnál nagyobb talajhőmérséklet, épületből távozó levegő, istálló-hulladékhő, illetve frisslevegős szellőzés, falfűtés, padlófűtés, kishőmérsékletű radiátoros fűtés esetén, akkor a villamos meghajtású hőszivattyúkkal mintegy
30 x 4 = 120 %-os hőhasznosítás várható.

A hőszivattyú alkalmazása szakmai szempontból nagy kihívást jelent. Adott esetben általában egyedi igényt kell kielégíteni, adott helyszínhez, a rendelkezésre álló energiaforráshoz, az épület és az építtető speciális igényeihez igazodó, optimális megoldást kell találni.
Az épületfűtés, a használati melegvíz előállítás, a szellőzés és a klimatizálás megoldását a természetes (napenergia, geotermális energia), vagy az értékes hulladékenergia-forrás oldalától a hőleadás oldaláig teljes körben, rendszerszemléletben kell átgondolni, mérlegelni, és utána megtervezni, kivitelezni, beszabályozni üzemeltetni és karbantartani.

Összefoglalás

Földünk súlyos problémája a környezetszennyezés, ezért indokolt a felhívás:
"Mentsük meg a Földet".
Hazánkban igen kedvező a geotermális energia helyzet, az átlagosnál jobb a napenergia ellátottság és a magas színvonalú szellemi tőkével rendelkező országok közé tartozunk. Mindezek okán célszerű, hogy a hőszivattyús technológia és a hőszivattyú gyártás mihamarabb meghatározó tényezôvé váljon. Megítélésem szerint ennek további halogatása károkat okozhat fejlődésünknek.
A hőszivattyú energiatakarékos és környezetbarát gép, beépítése megteremti az építés és a környezet harmóniáját, csökkenti a káros légszennyezést és alkalmazásával emberbarát fűtési rendszerek valósíthatók meg.

Komlós Ferenc okl. gépészmérnök

 

Irodalom

[1] Komlós F.: Épület - Energia - Élettér - Ember: hőszivattyús technika. Magyar Épületgépészet, XLVI. évf. (1997) 12. szám, p. 5 - 7
[2] Komlós F.: A villamos hőszivattyú "hatásfoka". A gázmotoros hőszivattyú. Kiegészítés az 1997/12. számban megjelent cikkhez. Magyar Épületgépészet, XLVII. évf. (1998) 1. szám, p. 24
[3] Komlós F.: Thermal Comfort and the Modern One-Family House
Slovak Society of Environmental Technology, SSTP 3rd International Conference, 1998. december 1-3.
[4] Steimle, F.: Wärmepumpentechnik - Einführung. Gas Wärmepumpen Praxis - Wärmepumpentechnologie, Band IV.
[5] Büki G.: Magyar energetika a századfordulón számokban. Magyar Energetika, 2001/1. szám, p. 3 - 11
[6] A Magyar Villamos Művek közleményei, 2001/2

*Ez az írás megjelent a Magyar Épületgépészet című folyóirat (LI. évfolyam) 2002/2 számában.