Hőszivattyúk

Hőszivattyúk

A hőszivattyú működése

A höszivattyúk mintegy fél évszázada számítanak ún. ökologikus épületfűtésnek. A rendszer készülékei és telepítése összességében rendkivűl drága, hasonlóan minden olyan szerkezethez, amely a környezet ingyen energiáját hasznosítja.

 

Hőszivattyúk

 

Ennek a valóban környezetbarát technológiának az elve az elektromos hűtőszekrény működéséhez hasonlít, mégis más módon alkalmazzuk.

A hőszivattyú az elektromos berendezések közbeiktatásával kivonja a hőt a talajból és átadja az épület fűtési és melegvíz-előállítási rendszerének.

Az elektromos üzemű kompresszort nevezhetjük a hőszivattyú lelkének. Feladata egy olyan hőátadó közeg keringetése a körfolyamatban, amely lehetővé teszi az energiaátadást. A szükséges termodinamikai körfolyamat úgy alakúl ki, hogy az áramló hőátadó közeg változtatja a halmazállapotát a folyékony és a légnemű között. Ha hőt vesz fel, gáz halmazállapotba kerül, hőleadással pedig csepfolyóssá alakúl vissza, és folyamataosan ismétli ezt a műveletet. A talajhő-szivattyú rendszereknél egy talajszonda vagy talajkollektor a tényleges hőforrás. Ezek a hőforrások leadják a hőenergiát egy párologtatókészüléknek. Sok hasonlóság van egy ilyen párologtató és egy melegvíztároló között. A párologtatókészülék hőcserélője, fűtőspirálja sajnos nem elég meleg, hogy pl. a vizet felmelegítse, de ahoz eléggé, hogy a hideg, folyékony hőátadóközeget elpárologtassa.

 

A hőszivattyú működése 7 perces bemutató film

A kompresszor a gáz halmazállapotú anyagot beszívja, összesűriti és az ún. fűtőgázzá melegíti, ezután a kondenzátor "hőcserélője"  (fűtőspiráljába) szivattyúza. A hőcserélő leadja a hőt a főtőrendszernek, hasonlóan egy melegvíz-tárolóhoz és ezzel folyákony halmazállapotúvá kondenzálja a meleg gázt. A folyákony munkaközegünk a párologtatóban kezdi meg újabb körét, miután a tágulási szelepben hirtelen lehűlt és  "megpihent". A központifűtés-rendszer részeként a hőszivattyúhoz tartozik még egy melegvíz-tároló és egy fűtésimelegvíz-puffertároló.

A talajhő felhasználása elméletileg kiváló ötlet, az energiaforrás folyamatosan rendelkezésre áll, ami a nap- vagy a szélenergiáról nem mondható el.

A hőszivattyúk csoportosítása működési elvük alapján:

- talajszondás

- talajkollektoros

- levegő-hőszivattyú

- talajvíz-hasznosító hőszivattyú

A négy változat melett létezik más lehetőség is a talajhő kiaknázására. Ilyen lehetőség a négy alapváltozat egymással vagy más fűtésrendszerekkel  (pl. gázfűtés) való kombinlása.

Talajszondás hőszivattyú rendszer

A talajszondás hőszivattyú teljesítménye kiváló, kisebb telkekhez is megfelelő, amennyiben elegendő hely van a fúróberendezésnek. A kapunak minimum 3m szélesnek és 3,5 m magasnak kell lennie, továbbá az ülepítőmedernek is elegendő helyre van szüksége a telken, hogy a fúróiszapot elhelyezhessék.

Egy családi ház esetében két-három, 60...100m mélységű furat szükséges a talajszondákhoz. Csupán a furatok és a talajszondák 1 000 000...2 000 000,- Ft-ba kerülnek (mindez a kereskedőtől, a talajminőségtől, a mélységtől, és természetesen az épület méretétől is függ). A rendszer fenmaradó része - gondolunk itt a hőszivattyúra és a melegvíz-tárolóra (ill. a beszerelésükre) - tovább emelik a beruházás költségét kb 3 000 000...4 000 000, - Ft-tal. Ezek csupán tájékoztató árak, hogy elképzelhessük egy ilyen beruházás nagyságrendjét. Ezekben az adatokban még nem szerepel a padlófűtés és a fűtőtestek költsége.

Az összes költséghez még figyelembe kell vennünk, hogy pl. szükség van ideiglenesen víz-és  áramcsatlakozásra, ezeket vagy mi építjük ki vagy a válalkozó elszámolja többletköltségként.

A tervezési folyamat

A talajszonda - hogy megtérüljenek a hatalmas beruházási költségeink - folyamatosan termeli azt az "alternatív enegiát", amely a fűtés és az ivóvíz-felmelegítés hőigényének 2/3...3/4 részét fedezi. A fennmaradó hőenergia 1/4...1/3 részét (sajnos) az elektromos áramból vesszük a hálózatból. Ez kedvezőtlenül hat erre a tipusú energiahasznosításra, mivel nagyon drága az elektromos áram, bár a geotarifa kedvezőbb (kb. 30,42 Ft/KW h).

hőszivattyú

A talajszondás rendszer egységeinek nem azonos az élettartama: kis szerencsével a talajszondák túlélhetik még az épületet is. A hőszivattyú és a "föld feletti" tartozékok (melegvíztároló, puffertároló, vezérlőelektronika stb.) élettartama mintegy 14...18 év. A szervízszerződésből eredő karbantartással, alkalmi javításokkal és pár alkatrész felújításával is számolnunk kell.

 

hőszivattyú

Ezzel szemben a fúrásköltség csak egyszeri beruházás, és nincs karbantartási igénye. Abból indúljunk ki, hogy az ilyen tipusú energiahasználat továbbra is létezni fog a következő évtizedekben (pl. a höszivattyút és minden tartozékát kicserélhetjük azonos kialakítású berendezéssel 14 év elteltével is), ezért a fúrásköltség csökkentett részét számolhatjuk hozzá az éves amortizációhoz.

A költségek függenek a banki kamatoktól és az aktuális támogtásoktól. Ha optimisátk akarunk lenni, 40 évvel oszthatjuk el a tényleges fúrásköltséget, amivel ennek amortizációs költsége csak 2,5%-a lesz a bekerülés költségének. Ehez hozzá kell adnunk az éves banki kamatot.

Tekintettel arra, hogy a rendszer többi költséges egysége is legalább 14 évig működhet, 16...20 évvel oszthatjuk az egész költségét. Mivel ezeknek a talajszondáknak viszonylag hosszú az álettartamuk, az értékcsökkenésük is hosszútávú.

Ügyeljünk a következőkre:

- A berendezéseinket gyártó, illl. szállító vállalat két év múlva csödbe mehet. Így előfordúlhat, hogy már nem kapunk alkatrészeket a gépeinkhez és ezért jelentősen megdrágulnak a javítások és már nem élhetnénk a kereskedők hosszútávú garanciával sem.

- Mint sok más műszaki újdonság esetében, a fűtésrendszerek területén is gyors a fejlődés. A mosógépek ára pl. néhány éven belül a felére esik vissza, egyes egyszerűbb kazánok ára pedig akár a harmadára.

Talajkollektoros hőszivattyú rendszer

Az ún. talajkollektorok is elláthatják a talajhőátadás feladatát a drága talajszondák helyett. A rendszer a padlófűtéshez hasonlít és 1...1,5m mélyen helyezkedik el a talajfelszín alatt. A föld ilyen mélységben mindig fagymentes és melegebb a felszínnél. Habár nem annyira, mint 100 m mélységben, de a talajkollektornak sokkal nagyobb a felülete (és nagyobbnak is kell lennie) és ez teljesítmény szempontjából ellensúlyozza mélységet.

Legtöbbször fagyáló anyaggal kevert víz: folyékony hordozóközeg áramlik a talajkollektorban. A hordozóközeg étveszi a talaj melegségét és a hőszivattyúba vezeti azt. Így hasznosítja azt az állandó talajhőt, amelyet a föld a nap, ill. a levegő melegéből és a talajba szivárgő esővízből eltárolt.

Magától érthetődik, hogy a hőátvétel a meleg évszakban a legjobb. Ebből a szempontból elméletileg hatékonyabb lenne ha hőtésre és nem fűtésre használnánk ilyen rendszert, mivel a teljesítménye párhuzamosan csökken a levegő hőmérsékletével. Valamelyest kompenzálhatjuk ezt a hátrányt a kollektor méretének növelésével, de ezzel jelentősen megemelkedhet a beketülési költség. Viszont lényegesen olcsóbb megoldás annál, hogy pl. télen a drága elektromos árammal fedezzük a hőszivattyú teljesítményét. A talajkollektoros hőszivattyú rendszer nem feltétlenül közvetlen költségcsökkentő megoldás a mai gáz- és áram árak mellett. Azonban gyorsan megváltozhat a helyzet, amikor egy nap a gázból túl kevés lesz és nagyon megdrágul.

Az életben mindennek megvan a maga ára. Egy ilyen rendszer "árának" a legkellemetlenebb része nem csak a bekerülési költség, hanem a földterület, ahol a talajkollektor helyet foglal. ugyanis kétszer akkorának kell lennie a kollektor felületének, mint az épület fűtendő szobáinak  alapterülete.

Ha egy földszintes ház lakóterülete 150 m2, akkor a talajkollektor felülete mintegy 300 m2. Erre a helyre nem ültethetünk fát vagy boktor, mert a gyökerzetük megrongálhatja a kollektort. A zöldségek vagy virágok ártalmatlanok, de ne ültessünk rózsát, mert annak nagy a gyökérzete. Ez a rendszer is, hasonlóan a talajszondás hőszivattyúhoz, kis hőmérsékletet ad le és emiatt általában csak padlófűtéshez alkalmazható.

Levegő hőszivattyú rendszerek

A levegő hőszivattyú kinyeri a külső, friss és a belső, elhasznált levegő hőenergiáját és azt hasznosítja. A levegő hőszivattyú berendezés - vagy termodinamikai egysége  - elhelyezhető a házban vagy a házon kívül.

A készülék legnagyobb hátránya (minden környezetbarát tulajdonsága ellenére), hogy viszonylag sok elektromos áramot használ. Így a levegő hőszivattyús rendszer utánfűtése és áramellátása a 3/4-része annak a költségnek, amelyet pl. a gázkazán éves tüzelőanyag ellátására fordítunk.

Talajvíz hasznosító rendszer

A talajviz hasznosító hőszivattyús rendszerek kevésbé ismertek. A talajvíz minősége müszakilag korlátozza a rendszer használhatóságát. Az aggresszív fennáll a korrózióveszély, ill. az oxigénhiányos, nagy vas- és mangántartalmú vízben pedig az eliszaposodás jelent problámát.

A talajvíz hőszivattyús rendszerek előnye a talajszondákkal szemben, hogy a talajvíznek, mint hőforrásnak a hőmérséklete egész évben állandó. Ez a fajta hőkinyerés ezért a talajszondákkal szemben elsőbbséget élvez, ha a területen megfelelő hőmérsékletű talajvizet találunk.

A szükséges furatmélység függ a helyi hidrogeológiai adottságoktól és garantálni kell az alkalmazott hőszivattyú szükséges áramoltatási sebességét. Egy családi házban a 15 kW x h fűtőteljesítménynek nagyjából 1 L/s áramlási sebesség (térfogatáram) felel meg.