Miért időszerű hazánkban a hőszivattyú? - Komlós Ferenc előadása

Alább közöljük egy igen aktuális támában született előadásnak a szerző, Komlós Ferenc által szerkesztett változatát, amely a XIX. Újszegedi Bioépítészeti Napok című konferencián (Bálint Sándor Művelődési Ház, Szeged, 2016. október 6.) hangzott el.

Mottó:
„A legtöbb tudományos eredmény akkor születik, amikor a kutató több diszciplínában dolgozik, és egyik diszciplínában szerzett tudását, eredményeit átviszi egy másik – talán távoli – diszciplínába."¹
Harsányi János (1920–2000)

A legegyszerűbb hőszivattyú főbb részei

A hőszivattyú olyan komplex energetikai gép, amely több szakember tudását is igényli, így az alkalmazásával elérhető kisebb energiaköltség nemzeti munkahelyek számának növekedését segítheti elő. Egyelőre a hőszivattyús ipart kellene felépíteni egy minimálisnál kicsit magasabb szintről és a fejlődését elősegíteni.

Exportképes tudásunk van, de feltételek hiányában nincs exportképes iparunk. Nem kazánszerelők kellenek, hanem a modern igényeknek megfelelő tudással rendelkező iparos szakemberek.

Európa napenergia térképe

Magyarország felszínét évente 300–400 EJ napsugárzás éri.

A napenergia megoszlása
Forrás: http://publications.gc.ca/collections/Collection/M39-111-2005E.pdf

A Kárpát-medence hőáramtérképe
Forrás: Dr. Dövényi Péter docens, ELTE Geofizikai Tanszék

A Föld belsejében sokkal nagyobb a hőmérséklet, mint a felszínen, ezért a belső energia állandóan áramlik a felszín felé. Ez az ún. földi hőáram [mW/m2]

A hőszivattyú szerepe az energiahatékonyság növelésében

A hőszivattyúzás világszerte elismerten energetikailag az egyik leghatékonyabb fűtési-hűtési technológia, így az energiatakarékosság, a helyi légszennyezés-csökkentés és a környezeti károsanyag-kibocsátás csökkentésének döntő eleme.

Melyek azok a főbb kérdések, amelyekre szeretnék előadásomban választ keresni?

• Miért és milyen feladatra használjunk hőszivattyút építményekhez és egyéb ipari technológiákhoz?
• Kazán vagy hőszivattyú? Milyen berendezéseket helyettesíthet a hőszivattyú?
• A foglalkoztatást milyen mértékben segíti? Milyen kapcsolat van a munkahelyek létrehozása és az állami hőszivattyúipar megteremtése között?
• Miért aktuális az energiaforrás-váltás?
• Hogyan ösztönözhető változó fogyasztói tarifával a villamos energia tárolása?
• Hogyan csökkenthető országunk energiaimportja?
• Mit kell tenniük, hogy energiapolitikánkban a hőszivattyús témakör a megfelelő helyre kerülhessen?

Miért és milyen feladatra használjunk hőszivattyút építményekhez és egyéb ipari technológiákhoz?

A hőszivattyúk használata az épületgépészetben (fűtés – hmv – hűtés) egyre nagyobb szerepet kap. Például (a teljesség igénye nélkül):

• meglévő állami, önkormányzati és vállalkozások épületeinél;
• kórházak és társasházak energetikai felújításánál;
• kastélyok és műemléki épületek felújításánál;
• távfűtésnél;
• mezőgazdasági épületeknél, növényházak hőszivattyús fűtésénél/hűtésénél;
• csurgalék- és hévíz hasznosításánál;
• fürdőknél és uszodáknál;
• új és meglévő bérlakásoknál (albérletes házaknál, szociális épületeknél);
• szabadidő-, sportlétesítményeknél és egyéb kommunális létesítményeknél (pl. ivóvíztisztító és szennyvíztelepeken);
• passzívházaknál;
• a közel nulla energiaigényű épületeknél (EU-direktíva);
• aktívházaknál (fejlődési irány);
• a fűtési és hűtési igény magyarországi fejlődése (az igényes köz- és ipari épületekben általánossá vált a klimatizálás).

Kazán vagy hőszivattyú? 
Műszaki és gazdasági elemzés

A hőszivattyús fűtés olcsóbb, mint az olaj- vagy a gázfűtés, és megtérülési ideje rövid, ha az adott energetikai beruházást a teljes életciklusra vetítjük.
Az energetikai célú beruházások a csökkenő betétkamatszintek miatt befektetésnek tekinthetők!

LCOE (levelized cost of energy) [Ft / kW h]: különböző technológiák összehasonlítására vonatkozó fajlagos költség (pénzügyi adat) számítási képlete:

ahol
I0 : a beruházási költség a 0-ik évben;
Mt : karbantartási és üzemeltetési költség a t-ik évben (állandó érték);
Ft : üzemanyag költség a t-ik évben (állandó érték);
Et : a megtermelt energia a t-ik évben;
n : élettartam;
r : diszkonttényező.

Vegyünk egy példát, amelynek főbb műszaki adatai az alábbiak:
300 m²-es családi ház, jó hőszigeteléssel, a fűtési teljesítményigény 15 kW.
A képlet felhasználásával készült a következő táblázat, amely összehasonlítást szemléltet a családi ház fűtési, hűtési és hmv-készítési feladata esetében.

A foglalkoztatást milyen mértékben segíti? Milyen kapcsolat van a munkahelyek létrehozása és az állami hőszivattyúipar megteremtése között?

Várhatóan az autóiparunkhoz hasonlítható fejlődést érhet el hosszútávon azonos idő alatt a foglalkozatásban, különös tekintettel az épületállományunk energiahatékonyságára, a különféle hőszivattyúk gyártására és beépítésére.
A japán SUZUKI céghez hasonlóan a szintén japán DAIKIN céget kellene előnyös feltételekkel hazánkba hívni. Ezt jelentősen elősegítené az állami hőszivattyúiparunk kormányszinten való célkitűzése.

A foglalkoztatásnál figyelembe kell venni a hőszivattyúkhoz szükséges anyagok beszerzéséhez, a szállításhoz, szervezéshez, raktározáshoz, összeszereléshez, alkatrészek gyártásához, a rendszerek tervezéséhez, kivitelezéséhez és karbantartásához szükséges munkaórákat. (Forrás: Geowatt Kft.)

A fentiek alapján

• A munkaórák száma egy 10 kW-os rendszerhez: 1500 h;
• Évi 75 MW hőszivattyús teljesítményt példaként felvéve, a beépítéséhez szükséges munkaóra ennek megfelelően:
• 750 000 kW / 10 kW × 1500 h = 11 250 000 h;
• Egy fő éves munkaóráinak száma: 1760 h;
• Az éves foglalkoztatottak száma: 6392 fő.

Milyen berendezéseket helyettesít a hőszivattyú?

Bármelyik fosszilis energiával működő háztartási és ipari fűtőberendezést helyettesíti, illetve a hőszivattyú jó alternatíva lakossági és ipari felhasználásra egyaránt a dráguló földgáz alapú fűtési rendszerek kiváltására. A legújabb - használati mintaoltalommal védett - magyar termékfejlesztéssel: helyettesíti a magas hőmérsékletű ipari fűtő- és klímaberendezéseket az elfolyó termálvíz vagy a hulladékhő hasznosításával.

Hogyan ösztönözhető változó fogyasztói tarifával a villamos energia tárolása?

Az előírt hálózati frekvencia tűréstartományon belüli tartása a villamosenergia-szolgáltatásnak egyik legfontosabb minőségi követelménye. Az alaperőműveknél nagyobb fajlagos költségen termelő erőművek, nevezetesen az ún. menetrendtartó erőművek, a csúcserőművek és tartalékerőművek a fogyasztói teljesítményigényekhez illeszkednek, biztosítják a mindenkori teljesítmény-egyensúlyt.  Ezeknek a nagyobb fajlagos költségen termelő erőműveknek a teljesítményét csökkenteni lehet, ha a hőszivattyúk darabszáma és összteljesítménye megnőne.

Az energiatakarékosság a leghatékonyabban pénzügyi eszközökkel szabályozható, ezért dinamikus tarifarendszer bevezetésével ösztönözni lehet a hőszivattyús csúcstechnika elterjesztését hagyományos technológiával készült épületeknél.

Hogyan csökkenthető országunk energiaimportja?

A megújuló energiaforrásokat (föld, víz, levegő) és a hulladékhőt fokozatosan növekvő mértékben felhasználó villamos hajtású hőszivattyús rendszerek elterjedése a fűtés (a földgáztüzelésű kazánok kiváltása) és az egyre növekvő hűtési igények miatt energiahatékonyságunkat növeli (részletesebben lásd az irodalomban).

A paradigmaváltást megfelelően magas szintű döntéssel az újraiparosításunk során meg kell hozni. Az atomerőmű szükséges (gazdaságos és biztonságos), a villamos energia pedig továbbra is az eljövendők energiahordozója, és erre megfelelő szintű döntésünk van.

Miért aktuális az energiaforrás-váltás?

Időszerű ezzel a gonddal foglalkozni, mert szomorú csúcsra emelkedett 2014-ben Magyarország energiafüggősége, a felhasznált energiahordozók 61,1 százaléka külföldi forrásból származott (Eurostat). Ugyanakkor gazdaságunk, Kormányunk jogos igénye alapján energiagazdaságunk fejlődés előtt áll, amelyhez több energiára lesz szükség.

Az iparfejlesztés, beleértve a hőszivattyúipar kérdését is, napjainkban már nem érinthetetlen tabukérdés. A villamos hajtású hőszivattyú a jövőbe tekintve is biztonságos megoldás, mert lehetővé teszi az épületek (építmények) hatékony fűtését, hűtését és használatimelegvíz-ellátását, bármilyen forrásból származzék is a villamos energia.

Tehát villamos hőszivattyúval hőt tudunk adni, amely nagyobbik részében megújuló energiaforrás!

A Kormány egyik fő gondja az adósságráta leszorítása. Ezt többek között energiafüggőségünk csökkentésével, az export és a GDP növelésével lehet elérni.

Mit kell tenniük, hogy energiapolitikánkban a hőszivattyús témakör a megfelelő helyre kerülhessen?

A konkrét beruházásokat a teljes életciklusra kell megvizsgálni, és a hőszivattyús beruházást pénzügyi befektetésként kezeljük! A hőszivattyús technológiát a médiumok (pl. az új M5 csatorna) minden tőlük jogosan elvárt módon szerepeltessék, és ezt a munkát Mi és a kapcsolódó szakterületek szakemberei jobban segítsük (energiahatékonyság és a hozzáadott érték növelése)!

El kell érni, hogy a kutatási témák között, az oktatás különböző szintjein jelentősen többet és magasabb színvonalon (pl. doktori fokozatok elnyerésénél szerepeljen ez a csúcstechnológia, amely nemzeti hőszivattyúiparunk megteremtésének célja.

Az energiahatékonyság növeléséhez szemléletváltozásra van szükség, Magyarországon a lakó- és középületek fűtésére fordított energia az országos energiafelhasználás egyharmadára tehető.

Az energiafelhasználás megoszlása:

• épületek 41%,
• közlekedés 31%,
• ipar 28%.

Magyarországon az országos primerenergia-felhasználásból az épületek részaránya mintegy 41%-os, amelybe a fűtés, hűtés és hmv-készítés tartozik. A magyar helyiségfűtés átlagos fogyasztása 250 kWh/(m²év) = 0,90 GJ/(m²év). Ez egy túlságosan nagy érték, kb. 70%-kal haladja meg az EU átlagos értékét!

Energiahatékonyság-növelés hőszivattyús rendszerrel

Emberhez méltó környezet létrehozása

Az emberi élet minőségét alapvetően meghatározza a levegő tisztasága. Az ember biológiai tűrőképességének figyelembevétele és a betegségek megelőzése hazánk gazdasági fejlődése szempontjából is stratégiai fontosságúvá vált.

Igény a települések légszennyezésének, ill. egészségkárosító hatásának jelentős csökkentése. A települések környezeti állapotának javítása több évtizedre szóló következetes munkát jelent!

További feladatunk az épületekben élő ember életfunkcióival összefüggő objektív és szubjektív igények kielégítése, a zárt terek – lakóhely, munkahely – belső környezetének, mikroklímájának hőkomfortja.

Energiatárolás épületekkel ─ változó fogyasztói tarifa

Megfelelő dinamikus tarifák bevezetésével a beruházási támogatás is fokozatosan megszüntethető a javasolt technika széles körű elterjedése esetén.
Téglából épített épületek esetében ezek jelentős nagyságú hőkapacitása és a jobb hőszigetelések miatt növelhető a völgyidőszaki fogyasztás a hőkomfort terhére, tekintettel arra, hogy a belső környezet hőmérsékleti kategóriákra bontható, és ehhez a kisebb hőkomforthoz egy kisebb fogyasztói tarifa is választható.

A hőszivattyús ártarifával (villanyárral és földgázárral) ösztönözni lehet a hőszivattyús csúcstechnika elterjesztését. Az energiatakarékosság a leghatékonyabban pénzügyi eszközökkel szabályozható! Az ilyen árpolitika megvalósítása az energiaimportot és a pazarlást is jelentősen csökkentené.

„Magyarország Európa fürdő nagyhatalma"

A fürdőkből és uszodákból naponta jelentős mennyiségű 10 °C-nál nagyobb hőmérsékletű víz folyik el a csatornába kihasználatlanul! Termálvizeink esetében is hasonló a helyzet, általában 30–50 °C hőmérsékleten a csurgalékhévíz a megfelelő vízadó rétegbe, a felszín alá kerül vissza, vagy vissza kell sajtolni. Esetleg hűtőtavakba vagy közcsatornába ömlik, és szintén hasznosítás nélkül folyik el.

Fontos hangsúlyozni, hogy országunkban a csurgalékhévíz, mint hőforrás, hőszivattyús rendszerekkel hasznosítható lehetne!

A földgáz kiváltása és a termálvíz energiatakarékos felhasználása, nevezetesen az ésszerű és hatékony energiagazdálkodás minden önkormányzatnak, fogyasztónak, felhasználónak illetve üzemeltetőnek közös érdeke.

Magas hőmérsékletű elfolyó termálvizek hasznosítása magas fűtési vízhőmérsékleten

Az újfejlesztésű magyar (Geowatt Kft.) hőszivattyú alkalmazási tartományában felvett pontjához tartozó hőszivattyú hőlépcsői:
− elgőzölögtető primer oldalának hőlépcsője: 27/24 °C
− kondenzátor szekunder oldalának hőlépcsője: 80/75 °C

300 kW teljesítményű, magas hőmérsékletű hőszivattyúk szerelése a békéscsabai üzemben 

Nagyobb rendszereknél (max.15 db 15 × 300 = 4,5 MW) a hőszivattyúk vezérgépes, kaszkád kapcsolású rendszerben is üzemeltethetők.

Hőszivattyúk csoportos megtáplálása tápfolyadék vezetékpárral

Egyedi családi házak tömeges hőszivattyús fűtéskorszerűsítését sokkal kedvezőbb beruházási költségekkel és lényegesen magasabb hatékonysággal meg lehetne oldani.

Utcaszinten (akár településrész szinten) egy tápfolyadék csőpárt fektetnének le, és pl. 300 m mély fúrt kútpárokból egy központi hőcserélőn keresztül adná át a hőt a zárt rendszerben keringő tápfolyadéknak (víz-fagyálló keverék), amelyből több tucat épület hőszivattyús táphője biztosítható lehetne.
Tekintettel a 26–48 °C hőmérséklet közötti hulladékhő és a felszín alatti víz hasznosítására alkalmas pl. GW300-H víz-víz, R134a munkaközegű hőszivattyúkra. Az elérhető max. fűtési előremenő hőmérséklet 82 °C! Egy ilyen zárt rendszerű hálózat kiépítése biztosítaná, hogy a településen esetlegesen keletkező hulladékhőt, vagy a település ivóvizének néhány Celsius-fokos hűtéséből keletkező hőt egy hőcserélőn keresztül a tápvízhálózatba engedjék, ezáltal csökkentsék a kútvíz tömegáram igényét, ill. javítsák a hőszivattyúk hatékonyságát.

Magyarország első talajvizes hőszivattyúval ellátott panelépülete (256 lakás) 

fűtésre és Hőszivattyúk: 2 × 300 kW 2 × 100 kW hmv-ellátásra

Az A+ besorolású 256 lakásos társasház (Bp. XIII., Hun u. 1−15.) talajvíz hőforrású hőszivattyús rendszere, és üzemeltetése 2009. májustól

A több, mint hét éves működés tapasztalatai alapján előjöttek a projekt hibái, a „gyermekbetegségek", de kiemelem, hogy a különböző hibák kijavítása folyamatos üzemeltetés mellett történt (fűtés és/vagy hmv-ellátás)!
A legújabb beavatkozás 2015-ben történt. Simon Lajos úr (Budafilter 94 Kft.) a nyelőkút felújítását végezte 225 mm átmérőjű 8 m-es új elemes műanyagszűrővel, amely szabadalmaztatás alatt áll. 

Az öntisztító elemes szűrők úgy vannak kiképezve, hogy a víz sokkalta nagyobb nyitott felületen keresztül tud átáramolni, ezáltal megakadályozza a nyelőkút eldugulását.

„Tisztelt Komlós Úr!

Megbeszélésünkhöz híven, néhány gondolatban tájékoztatnám a társasházunkban működő fűtésrendszer elmúlt évi tapasztalatairól. (Fekete László úr helyett én lettem a közös képviselő, személyesen is találkoztunk az itteni rendezvényen 2015. szeptember 3-án).

A talajvizes és meleg-vizet előállító rendszer a múlt év és a 2016. évben az elvárásoknak megfelelően működött. Bebizonyosodott, hogy a rendszer felügyelet nélküli üzemmódban működtethető. Ezt bizonyítja az, hogy a rendszerben lévő hőcserélők az utóbbi 8 hónapban nem igényeltek tisztítást. A tapasztaltok szerint a hibátlan működés alapfeltétele az, hogy a termelőkutak folyamatosan biztosítsák a megfelelő mennyiségű vizet úgy, hogy a rendszeren lévő kutak mindegyike az üzemi vízszint alatt ne kerüljön üzemeltetésre. A kitermelt víz mennyisége a nyári időszak alatt teljes mennyiségben elnyeletésre került, amit úgy biztosítottunk, hogy megszüntettük a nyelőkutak gravitációs táplálását. Jelenleg a nyeletés a hőcserélők után jelentkező nyomás, ami 0,1-0,4 bar- történik. A nyeletés hatékonyságát a mostani fűtési időszakban tudjuk majd mérni.

Összességében
A talajvizes fűtés és meleg-vizet előállító rendszer igen gazdaságosan működtethető, ha annak tervezése, megvalósulása megfelelő körültekintéssel, a szükséges vízmennyiség kitermelésének figyelembevételével, valamint a kitermelt vízmennyiség elnyeletésének biztosításával történik.

Szívesen rendelkezésére áll a ház minden kedves érdeklődő számára előzetes telefonos egyeztetés alapján. T: (+361) 339-4659 Üdvözlettel: Badár Lászlóné"

Munkahelyek létrehozása − hőszivattyúipar

Szakmai műhelyekben széles körben ismert az ún. Heller-terv. Tartalma 2005-től publikációkban ismertté vált az alábbi elnevezésekkel illetve dolgozatcímekkel is:

• Heller László-terv, egy munkahelyteremtő kezdeményezés;
• Heller-program;
• Heller-projekt;
• Válasz a környezetvédelem és a munkanélküliség gondjaira.

A projekt lényege, hogy hosszú távon a gázkonvektorokat, a kazánokat és gázbojlereket, valamint a villanybojlereket, továbbá az ún. „energiafaló légkondikat" váltsák fel a tömegigényeket kielégítő, különböző kivitelű és üzemmódú, és elsősorban geotermikus, hidrotermikus, légtermikus és hulladék (pl. csurgalékhévíz, távozólevegő) hőforrást hasznosító villamos hajtású hőszivattyúk.

Magyar geotermikus hőszivattyúcsalád

Magyarországon kell fejleszteni, gyártani, magyar munkaerővel kellene az adott helyszínekre betervezni, telepíteni, szervizelni, és a terméket, a szolgáltatást, valamint a technológiát exportálni elsősorban Közép- és Kelet-Európában.

2009-óta a hazai és külföldi piacon az import hőszivattyúk alkalmazásán kívül az energiahatékonyság-növelés magyar eszköze, a Geowatt Kft. által fejlesztett és gyártott, mintaoltalommal védett, növelt hőmérsékletű, geotermikus hőszivattyúcsaládja is megjelent, amely 2012-ben Magyar Termék Nagydíj® kitüntetésben részesült. Ennek fejlesztése folyamatosan történik.

Az a technika, amelyet a magyar fejlesztés képvisel, az európai szinten a geotermikus hőszivattyúk területén egyáltalán nem létezik, olyan értéket képvisel, amelyet nem kihasználni vétek.

A magyar hőszivattyús rendszerrel történő hatékony hőtermelés és hőelvonás
A magyar geotermikus növelt hőmérsékletű (65 °C, pl. 65/59 °C-os fűtési hőlépcsővel) multifunkciós (fűtés − aktív hűtés − hmv-előállítás) hőszivattyúval egységnyi felvett hálózati villamos energiából éves átlagban 4–5 egységnyi fűtési energia biztosítható az épület részére! Ez a hőszivattyú több épületnél jó hatékonysággal alkalmazható meglévő radiátoros fűtéseknél is!
Fűtéskor az 55−65 °C-os hmv-et a fűtéssel azonos 4–5-szörös hatékonysággal szolgáltatja! A hmv előállításának energiafelhasználása a hőszivattyú hűtési üzemmódjában kb. 15%-kal csökken a hőszivattyú fűtési üzemmódjához viszonyítva.

A fenti geotermikus hőszivattyú villamosenergia-felhasználása legfeljebb 50%-a a nyári hűtést biztosító folyadékhűtők-, a split klímák- és az ún. „légkondi" berendezésekhez viszonyítva!

Összefoglalás

A villamos hajtású hőszivattyú a jövőbe tekintve is biztonságos, innovatív megoldás, mert lehetővé teszi az építmények hatékonyabb fűtését, hűtését és hmv-ellátását, bármilyen forrásból is származzék a villamos energia!

Itt az időszerű alkalom: indokolt megteremteni Magyarországon a nemzeti illetve az állami hőszivattyúipart, mert ezáltal hazánk gazdasági sebezhetősége csökkenthető!

Záró gondolat

„Megérett a világ, és megérett Magyarország is a hőszivattyú széleskörű alkalmazására. (...) ... vegyük tudomásul, hogy a hőszivattyúk a környezet eddig értéktelennek tartott, ingyenes és kimeríthetetlen – tehát megújuló – termikus energiakészletét hasznosítják. Mint ilyenek, a XXI. század mindennapjainak gépei." Prof. Dr. Jászay Tamás (1929–2014)

Forrás

Komlós Ferenc, Fodor Zoltán, Kapros Zoltán, Dr. Vajda József, Vaszil Lajos:
Hőszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára (11–12. oldal).
Komlós Ferenc magánkiadás, Dunaharaszti, 2009. www.komlosferenc.info

Irodalom

• Komlós Ferenc: A nemzeti hőszivattyúipar megteremtése a jövő egyik lehetősége. Polgári Szemle, 11. évf., 2015/1-3. szám, 412−429. oldal. Online kiadás: http://www.polgariszemle.hu/?view=v_article&ID=684
• A fenti tanulmányból rövidítve két rész:
  • Elektrotechnika, 108. évf. 2015/3. szám, 9−11. oldal;
  • Elektrotechnika, 108. évf. 2015/4. szám, 10−12. oldal.
• Fenti tanulmány rövidítve, egy-egy szakcikkben:
  • Magyar Épületgépészet, LXIV. évf. 2015/4. szám, 13−16. oldal;
  • Mérnök Újság, XXII. évf. 6. szám, 2015. június, 20−21. oldal; (Teremtsük meg a hőszivattyúipart!)
  • Energiagazdálkodás, 56. évf. 2015. 3−4. szám, 36−37. oldal.
  • Zöld Ipari Magazin (ZIP Magazin), V. évfolyam 10. szám, 2015. december, 32−33. oldal (A hazai hőszivattyúipar a jövő egyik lehetősége).
• Komlós Ferenc: Kertészeti termesztés korszerűsítése magyar hőszivattyúval
• Magyar Hidrológiai Társaság (Centenáriumi Éve) XXXIV. Országos Vándorgyűlés
• Debrecen, 2016. július 6–8. CD-ROM-on megjelenő dolgozat. Kiadó: MHT