Megújuló energiák tudatos alkalmazása az épületgépészetben

  A téma bemutatása egy konkrét épületen, ahol a lehető legnagyobb mértékben, tudatosan, rendszerbe szedetten lettek alkalmazva a megújuló energiák    

Nem kis vívódás után vállaltam el a publikációt. Első megmérettetésem a Pécsi JATE Gépészeti Karán volt, február végén a 31. alkalommal megrendezett Épületgépész és Gépész Szaknapokon. Közel 60-65 embert érdekelt az előadás. A téma egy konkrét épület gépészete, melyben ismereteim szerint a lehető legnagyobb mértékben, tudatosan, rendszerbe szedetten lettek alkalmazva a megújuló energiák.

Hol is kezdődik a tudatosság?
A jó hőszigetelésnél. Ha valaki nem rövidlátóan gondolkozik egy beruházáson, figyelembe veszi, hogy az energiahordozók ára drámaian nő. Előre meg sem jósolható, hogy meddig. Ezért mindent meg kell tenni az alacsony energiafogyasztásért. Paradox módon kijelenthető: nincs az a pénz egy új beruházásnál, amit ne érné meg hőszigetelésre alkalmazni. Persze ez így nagyon sommás, mindenesetre, nem nagyon lehet túlméretezni. A teherhordó és kitöltő szerkezetek hőszigetelése mellett fontos a hőhidak kiküszöbölése is.

A jó légszigetelésnél, tervezett légcserével. Fontos a szellőzés a jó minőségű hőszigetelő anyagok miatt, ugyanis az alkalmazott anyagok egy része párazáró. A belső térben megtervezett szellőzés és filtráció nélkül felszaporodik a pára. Ezt el kell szállítani, mert párakicsapódáshoz vezet, illetve kellemetlen szag forrása lehet. Gondoskodni kell a helyiségek jó átöblítéséről, szellőzéséről. Alacsony légcsereszám mellett is jó minőségű levegőt biztosíthatunk a légtérben, alacsony energiafelhasználás mellett, ha jól tervezzük meg a levegő mozgását. Semmit nem ér az olcsó energia alkalmazása, ha pocsékoljuk! A rossz légszigetelésből adódó, nem tervezett légcsere-változást a nagy tömegű, de alacsony hőmérsékletű fűtő/hűtő felületekkel nem lehet követni. Rendkívül fontos a légszigetelés, párhuzamosan a jól megtervezett, átgondolt szellőzéssel.

Továbbá, jó épülettájolással, az alternatív energiák feltárásával, felhasználásuk gondos tervezésével, megfelelő hely biztosításával a gépészetnek már az építészetben, és persze új megoldások alkalmazása is kell, hogy még több funkciót, szolgáltatást kapjunk az installációtól. A jó épülettájolással gyűjthetünk passzívan is energiát, pl. déli fekvéssel, kevés nyílászáróval az északi fronton kevesebb energiát veszítünk, nyárra nagy lombozatú fák telepítésével passzív hűtéshez jutunk az árnyékolásukkal.
Nézve az Internetet, sok, műszakilag megalapozatlan információ kering. A megrendelői oldal ezen hamis illúzióiba kapaszkodva belevihető kevéssé felkészült tervező, kivitelező a vállalkozási kényszeren keresztül rossz megoldásokba. Ezek nem viszik előre a megújuló energiák alkalmazását, mert rossz hírük hamar terjed, növeli az ellenérdekelt tábort.
Nézzük meg, hogy mit is használhatunk, miből gazdálkodhatunk? Van napenergiánk, talajhőnk, és vissza is nyerhetjük az egyszer már megszerzett energiát. Ezeket a feladatokat nem tudjuk a szokásos alapterületen megoldani, ezért a helyigényt időben le kell egyeztetni az építésszel.

A rendszer és elemei
Az épület címe: Budapest, Pünkösdfürdő u. (Békásmegyer), adatai: 18 500 m2, számított hőveszteség 1200 kW, napi 5 m3 melegvízfogyasztás.
A napkollektorokkal csak hőt tudunk csapdába ejteni, begyűjteni. Tévhit, hogy áramot is termel. Az a napelem, de nem szabad a kettőt összekeverni. Itt kell megemlítenem, hogy vannak síkpártiak és vákuumpártiak. Mindkét típusnak megvan a maga helye, szerepe. Szezonálisan javaslom inkább a síkkollektort az alacsonyabb ára és a jó nyári hozama miatt. Egész éves használatra jobb a vákuumcsöves kollektor, mert a hőcsapdarész a vákuummal el van szigetelve a környezettől, így nem függ számottevően a teljesítménye a környezeti hőmérséklettől.

További hatásfoknövelő lehet a Drain-Back rendszer alkalmazása, mert a tiszta víz fajhője magasabb, mint a glikolos oldatnak, továbbá egy esetleges tömörtelenségnek nincsenek olyan káros hatásai, mint egy glikolos rendszernél. Az etilénglikol nem alkalmazható HMV-előállításhoz közvetlenül, a propilénglikol pedig elsavanyodik a használat során, illetve rendszermegforrás esetén. Nehézkes a karbantartása, házilag nem megoldható. A karbantartás éves költsége meglehetősen magas, még hazai körülmények között is. Bonyolultságban nem rosszabb a Drain-Back-es rendszer, egyedül a lejtésekre kell ügyelni, hogy le tudjon ürülni a csővezeték. A tárolókapacitást a fogyasztás üteme miatt nem kellett túlméretezni, azonos a napi fogyasztással. Meg kellett osztani a tárolókapacitást azért, mert fizikailag nem is fért volna, és olcsóbb is így.

A terv szerint a hideg víz irányából nézve van 2 db 2000 literes és 1 db 1000 literes tároló. Ezek közül a két nagyot fűtjük tisztán napenergiával, a kis tárolót pedig után tudjuk fűteni a kis hőszivattyúval, illetve a gázkazánnal. Lehetőség van arra is, hogy a középső tartályból átmozgassuk a melegebb vizet az 1000 literesbe, hogy ne kelljen a cirkulációval lehűlt vizet más energiával visszamelegíteni, hanem a Napból érkező ingyen energiát hasznosítsuk minél nagyobb mértékben.

A hőszivattyús rendszerek drágák, de nemcsak fűtésre, hanem hűtésre is használhatjuk őket. Ebben az épületben a kutas rendszert úgy terveztem, hogy használható legyen hőszivattyú nélküli "passzívan" hűtésre. Azt értem passzív hűtés alatt, hogy ehhez nem indítjuk be a hőszivattyúkat, nem használjuk azokat, mint vízhűtéses folyadékhűtőt, hanem csak a hőcserélőkön van hőátadás. Ez megint egy komoly energia-megtakarítás, hiszem a folyadékhűtő berendezések munkaszáma 3 körül van. Ebben az esetben 2x120 kW hűtőteljesítményt tudunk kiváltani. Számoljon utána mindenki, hogy ezt folyadékhűtővel mennyibe kerül elérni!

A hőszivattyúkat akkor lehet jó hatásfokkal, magas munkaszámmal üzemeltetni, ha a forrás- és a nyerésoldali közepes közeghőmérséklet-különbség kicsi. A kútvíz hőmérséklete télen-nyáron 15 °C körül van a mérések szerint. A fűtési rendszer tervezett hőfoklépcsője 30/25 °C. Ezekkel a hőszivattyú gyártója közel 6-os munkaszámot tud adni a hőszivattyúira. Ezt a hatásfokot ugyan rontja a kútszivattyú energia-felvétele, de az általam bruttó munkaszámnak keresztelt (a hőszivattyú és a kútszivattyú együttes elektromos teljesítményfelvételét tartalmazó) hatásfok is bőven felette van az 5-nek, vagyis a közületi áram- és gázdíjak mellett ez nagyon gazdaságos üzemet feltételez. Ahhoz, hogy ilyen alacsony hőmérséklet mellett le lehessen adni a szükséges teljesítményt, nagy fűtőfelületek kellenek.

Ebben az épületben a tulajdonos sokat utána olvasva, másokkal konzultálva, sok rossz megoldási javaslat helyett az épületszerkezet-temperálás mellett döntött. Ezt a megoldást készen kaptam, amikor beléptem a tervezésbe. Az épületszerkezet-temperálás azt jelenti, hogy mind a padlót, mind a mennyezetet fűtjük-hűtjük. Ezen felül a padlófűtés és a szerkezeti monolit vb. födém közé friss levegőt fújunk be, amit a légkezelőkben a hővisszanyerők segítségével télen 0 °C-ra melegítünk csak. Mire a padlóba kerül a levegő, tovább melegszik, és azon átáramolva felveszi a végső, kívánt hőfokot.

A rendszerben 5 db hőszivattyú van. Ebből 4 db kutakról üzemel, egy pedig az épület körüli munkaárokba fektetett talajkollektorokról. A kutas hőszivattyúk 146 kW körüliek, a kollektoros 35 kW-os. Ez összesen 619 kW. A méretezés szerint hiányzó teljesítményt egy blokkégős gázkazán szolgáltatja. Ezzel bivalens lett a rendszer. Az adatszolgáltatáshoz képest jobb, vastagabb hőszigetelés lett beépítve, jobb az üvegfal hőátbocsájtási tényezője is. A speciális fóliázás miatt főleg befelé engedi a Nap hőjét. Az alacsony hőmérsékletű fűtőfelületeknek köszönhetően az épületben működő világítás, számítógépek, hűtőgépek, emberek, az üvegfelületen besugárzott hő stb. hulladékhője is számottevően érvényesül, ezért az épület tényleges hőigénye lényegesen kevesebb, mint a számított. A fűtési szezonban alig néhány nap az az idő, ami a szabvány szerinti méretezési állapotot tükrözi.

Mivel az épületszerkezetet fűtjük, ezért a fűtés hőtehetetlensége nagy, kb. 48 óra. Ez jól jön a hirtelen hideghullámok ellen, nem kell akkora névleges fűtőteljesítmény. Az épület könnyen "átvészel" nagyobb üzemszüneteket. Persze van ennek hátránya is. Ha meleghullám érkezik, a fűtést nem lehet "levenni". A beakkumulálódott hőt nem tudjuk viszszafogni, ez mindenképp túlfűtéshez vezet. Egy megfelelő fűtésvezérléssel lehet optimalizálni, de minden túlfűtést nem tudunk megfogni.

Az épület fűtésére-hűtésére készült egy intelligens vezérlés, amibe minden egység (hőszivattyúk, kazán, légkezelők, szivattyúk, motoros szelepek, érzékelők stb.) be van kötve. Most a negyedik, tárolt mérések alapján módosított stratégia szerint működik a rendszer. Mindig találtunk olyan pontot, ahol tovább lehetett finomítani.

A "megtermelt" hőt vissza kell tartani, nem szabad kiengedni az épületből. Ez egyrészt a határoló szerkezeteken "távozik", másrészt a szellőzéssel. Ezért fontos, hogy gondosan, hőhidak nélkül hőszigeteljük az épületet, és a szellőző levegő mennyiségét is a minimális mértékre kell csökkenteni. Időben változó, napi menetrend szerint kell változtatni a légcserét. Például nyáron hajnalban van a leghűvösebb. Ekkor lehet legjobban lehűteni az épületet tisztán szellőző levegővel. Ilyenkor a maximális légcserét alkalmazzuk. Később, a hőmérséklet emelkedésével csökkenteni lehet a légcserét, továbbá hőcserélőkkel vissza kell nyerni a hőt az elhasznált levegőből. Mivel itt három önálló rendszer van, különböző terhelésekkel, az egyes rendszerek között meg kellett oldani a hőtranszportot. Ezt közvetítő közeges hőcserélőkkel tudtuk abszolválni. Nem a legjobb hatásfokú, de a célnak ez a rendszer felelt meg a legjobban, hiszen ezzel lehetett a három rendszert összekötni, és a visszanyert hőt mindig a megfelelő helyre továbbítani.

A beruházás drágább volt, mint egy hagyományos rendszer. Sok szokatlan, eredeti megoldást tartalmaz. Szokatlan megfontolás volt az is, hogy nyáron nem egy konkrét hőmérsékletet (pl. +24 °C-ot) kell tartani, hanem a külső hőmérséklethez képest 6-8 °C-kal alacsonyabb hőmérséklet elérése a cél. Ezt két dolog támasztja alá. Orvosbiológiailag nem egészséges a nagy hőmérsékletkülönbség, könnyen felső légúti megbetegedéshez vagy akár tüdőgyulladáshoz vezethet, másrészt jelentős energiatöbblet felhasználásával lehet csak teljesíteni. Ez az üzemeltetési költséget is jelentősen megemelné. A lényegesen alacsonyabb üzemeltetési költségek reményében lett az épület gépészete kialakítva az ismertetett módon. Egyelőre nincsen komplett, értékelhető éves mérési eredmény a folytonos irányítási stratégiaváltoztatás miatt, de a folyamatos mérés és adatrögzítés segítségével készül egy költséghatékonyság-analízis, amit szintén publikálni fogok, mert sok megbízhatatlan, illetve negatív információ kering a hőszivattyús rendszerekről. A rövidtávú tervezői-kivitelezői megfontolások rossz hírét keltik az alternatív és megújuló rendszereknek, nehezítik az elterjedésüket.

Mindenesetre már most lehet élvezni a rendszer néhány előnyét. Átmeneti időszakban a passzív hűtés üzemeltetési költsége verhetetlen. Nincs akkora függőségben a felhasználó a gázszolgáltatásnak és a gázár változásának. Ezzel együtt a levegő szén-dioxid-terhelése töredékére csökken. Az üzemeltetése kisebb veszéllyel jár, mintha gázkazános lenne.

Kertész Csaba
Forrás:www.vgf.hu