Hőszivattyús rendszerek

Ajánlások

7

Előszó

11

Bevezetés

13

1.

Hőszivattyúzás

15

1.1.

A hőszivattyú szerepe

15

1.2.

Alapfogalmak, kulcsszavak

16

1.3.

A hőszivattyú története

19

1.4.

A hőszivattyúk alkalmazása, statisztikai adatok

21

1.5.

A hőszivattyú működési elve

21

1.6.

Kompresszor

25

1.7.

Földhő

25

1.8.

A földtani közeg mint hőforrás

29

1.9.

Hőgyűjtők

30

1.9.1.

Talaj- vagy felszíni vizet hőforrásként használó hőszivattyúk magyarországi előírásai

30

1.9.2.

Nyitott rendszerű hőgyűjtő

31

1.9.3.

Zárt hurkos rendszerű hőgyűjtők

33

1.10.

A napenergia és a hőszivattyú

37

1.10.1.

A napenergia és a földenergia

39

1.10.2.

Közvetlen napenergia-hasznosítás hőszivattyúzással

42

1.11.

Hőszivattyús rendszerek

45

2.

Hőszigetelés

48

2.1.

Kis energiafelhasználású épületek

50

2.2.

A passzívház

51

2.3.

A passzívház tervezésének alapelvei

51

3.

Korszerű melegvízüzemű központi fűtések, középpontban a hőérzet

53

3.1.

Az emberi test hőegyensúlya

53

3.2.

Kishőmérsékletű fűtések és hűtések

55

3.3.

Épületszerkezetek

56

3.4.

Szakmai tapasztalat

57

3.5.

Szellőztetés

59

4.

Hőszivattyús rendszerek tervezése

60

4.1.

Egy épület energetikai számítása

61

4.2.

Meglévő vagy új fűtési rendszer áttekintése felhasználhatóság szempontjából

62

4.3.

Hagyományos gázfűtéses rendszer korszerűsítése

62

4.4.

Földhőszivattyús rendszer kialakítása

63

4.5.

Hőszivattyús hőközpont kialakíthatósági vizsgálata

63

4.6.

A hőelnyerési lehetőség meghatározása

64

4.6.1.

Új intézményi, önkormányzati épületek

64

4.6.2.

Meglévő intézményi, önkormányzati épületek

65

4.7.

Összehasonlító energetikai számítások és várható megtérülés

67

4.8.

A döntéselőkészítés további kérdései

68

5.

Magyarországi esettanulmány, példák

70

5.1.

Esettanulmány

71

5.2.

Példák átalakításra, beruházásra

71

6.

Környezet és társadalmi hasznosság

75

6.1.

A levegőszennyezés csökkentésének egészségügyi igénye

75

6.2.

Hőszivattyúk és a klímaváltozás

75

6.3.

Szén-dioxid-kibocsátás különböző erőművi struktúrák illetve tüzelőanyagok esetén

80

6.4.

Üzleti, gazdaságossági és pályázatírási megfontolások, tekintettel az intézmények hőellátására

84

Függelék

91

F1.

A hőszivattyúzás hatékonyságának értékelése évszázadokon átívelve

93

F2.

Hogyan lehet kiszámítani a hőszivattyúzás hatékonyságának elméleti határát

97

F3.

Hőszivattyús rendszerek energetikai összehasonlítása hagyományos földgáztüzelésű rendszerrel

100

F4.

Új fejlesztések, „néphőszivattyúk”

101

F5.

Mintapélda földhőszondás hőszivattyús rendszer előzetes számítására a budapesti kormányzati negyed ajánlatával

103

F5.1.

Az előzetesen megadott kiinduló adatok

103

F5.2.

Az ajánlott rendszer műszaki tartalma

103

F5.3.

Az energetikai számítás

104

F5.4.

A hőszivattyús rendszer méretezése

104

F5.5.

A javasolt hőszivattyús rendszer

111

F5.6.

Az ajánlat főbb adatai

115

F5.7.

Az ajánlat műszaki leírása

116

F5.8.

A talaj hővezető képességének mérése

117

F6.

Kapcsolódó szakirodalom

119

F6.1.

Dr. Büki Gergely: A földhő energetikai hasznosításának hatékonysága

119

F6.2.

Komlós Ferenc: Geotermia, a ki nem játszott ütőkártya. Heller László születésének centenáriumára

129

F6.3.

Komlós Ferenc: Heller-program, a megújuló energia felhasználása hőszivattyúk segítségével

131

F7.

Szabványok

137

F8.

Energia megújuló forrásokból és a hőszivattyúzás. Szemelvények és gondolatok

142

F9.

A szerzők bemutatása

150

F10.

A könyv támogatói

154

Irodalomjegyzék

155

Illusztrációs melléklet

157

1.1.

táblázat: A hőszivattyú szerepe az energiahatékonyság növelésében

159

1.2.

táblázat: A hőszivattyús rendszerekhez köthető megújuló energiaforrások

159

1.1.

ábra: Hőszivattyúk lehetséges hőforrásainak csoportosítása

159

1.2.

ábra: Kompresszoros hőszivattyús rendszer elvi vázlata

160

1.3.

táblázat: A hőszivattyúk legáltalánosabb típusai

160

1.3.

ábra: Dr. Heller László (1907-1980)

160

1.4.

ábra: Kompresszoros hőszivattyús rendszer

161

1.5.

ábra: Az évente eladott hőszivattyúk száma Ausztriában

161

1.6.

ábra: A németországi hőszivattyú-értékesítés fejlődése

161

1.7.

ábra: Földhőre alapozott fűtési hőszivattyúk statisztikája

162

1.8.

ábra: Minta hőszivattyú statisztikára

162

1.9.

ábra: COP mérési eredmények

162

1.10.

ábra: Idealizált körfolyamatok főbb adatai

163

1.11.

ábra: A Carnot-féle körfolyamat

163

1.12.

ábra: A földhőszivattyúk energiaforrása az ún. „zöldhő”

163

1.13.

ábra: Reverzáló (fűtő és hűtő) hőszivattyú fűtési üzemmódja

164

1.14.

ábra: Reverzáló (fűtő és hűtő) hőszivattyú hűtési üzemmódja

164

1.15.

ábra: Használati meleg víz (HMV) előállításának egyik megoldása diagramokban

165

1.16.

ábra: Gázmotoros levegő-víz hőszivattyús rendszer

166

1.17.

ábra: Gázmotoros hőszivattyú energiahasznosítása

166

1.18.

ábra: R407C munkaközeges egyszerű hőszivattyú lg(p)-h diagramja

166

1.4.

táblázat: Kompresszoros hőszivattyú motorhajtásának energiaforrásai

167

1.19.

ábra: Abszorpciós sűrítésű hőszivattyú elvi vázlata

167

1.20.

ábra: Két különböző gázabszorpciós hőszivattyú teljesítmény- és COP diagramja a hőforrás és az előremenő hőmérsékletek függvényében

167

1.21.

ábra: Gázabszorpciós hőszivattyú energiafolyam ábrája (víz-víz hőszivattyú, W10/W45)

168

1.22.

ábra: Levegő-víz típusú gázmotoros és gázfűtésű abszorpciós hőszivattyú összehasonlító energiafolyam ábrája

168

1.23.

ábra: Kompresszorok fejlődése (dugattyús, csavardugattyús, kördugattyús, Scroll-kompresszor)

169

1.24.

ábra: Copeland Scroll-kompresszor és keresztmetszetének vázlata

169

1.25.

ábra: Volumetrikus hatásfok és a COP értékének változása

169

1.26.

ábra: Különösen csendes üzemet nyújtó műszaki megoldások: gumiláb, elasztikus alaplemez rögzítés

170

1.27.

ábra: Megújuló energiaforrások (a Nap és a Föld)

170

1.28.

ábra: Hőmérséklet-emelkedés a kontinentális és az óceáni litoszférában

170

1.29.

ábra: A Kárpát-medence hőáramtérképe

171

1.30.

ábra: A talajvízfelszín hőmérséklete a levegő hőmérsékletének függvényében

171

1.31.

ábra: A mélységgel változó havi középhőmérsékletek a neutrális zónáig felveszik az adott hely éves átlagértékét

171

1.5.

táblázat: L. Rybach és W. Eugster (1998) mérései 150 m mélységű U-csöves szondákkal

172

1.32.

ábra: A földhő hőszivattyús hasznosításának néhány elvi vázlata családi házaknál

172

1.33.

ábra: Lindal-diagram (tájékoztató adatsor)

173

1.34.

ábra: Ganz nyersolajmotor és az 1893-ban készült első magyar Bánki-Csonka benzinmotor

173

1.35.

ábra: talajkollektor-csövek elhelyezése, az épület és a hőszivattyús helyiség részlete

174

1.36.

ábra: Cölöpkollektor képe és beépítésének ábrázolása (B/W rendszerhez)

174

1.37.

ábra: Nyitott hurkos kétkutas rendszer

175

1.38.

ábra: Nyitott kutas rendszer felszíni vízelvezetéssel

175

1.39.

ábra: Nyitott kutas rendszer felszíni vízelvezetése száraz, nyitott területre

176

1.40.

ábra: Nyitott kutas rendszer dréncsöves vízelvezetéssel

176

1.41.

ábra: Egy közvetlen elpárologtatású hőszivattyús rendszer elrendezése a hőszivattyú és a hőgyűjtő cső képével

177

1.42.

ábra: A méretezés hibáinak összefoglalása

177

1.43.

ábra: Mérőberendezés elvi vázlata

177

1.44.

ábra: Különböző típusú földszondák keresztmetszete

178

1.45.

ábra: Földszonda kiviteli részletekkel

178

1.46.

ábra: Épületen kívüli hőfelvevő kör földszondáinak csővezetékrendszere

179

1.47.

ábra: Épületen kívüli hőfelvevő kör vízszintes elrendezésű talajkollektorának csővezetékrendszere

179

1.48.

ábra: Osztó-gyűjtő akna fotója

179

1.49.

ábra: Vízszintes (horizontális), zárt hurkos, 2, 4 és 6 csöves, soros és párhuzamos csőelrendezés

180

1.50.

ábra: Munkaárok keresztmetszetek a talajkollektor elhelyezésének ajánlott méreteivel

180

1.51.

ábra: Víz alatti kollektorok telepítési vázlata és keresztmetszetének rajza

181

1.52.

ábra: A földhő melegítő hatásának és a medencekollektorok elhelyezésének elvi vázlata

181

1.53.

ábra: Napenergia hőforrást hasznosító hőszivattyúk jellemző vázlatrajzai

182

1.54.

ábra: Napenergia és a hőszivattyú közötti kapcsolati rendszer

182

1.55.

ábra: Épületekben kialakuló energiafolyam

183

1.6.

táblázat: Direkt és diffúz sugárzási maximum

183

1.56.

ábra: A Föld energiaáramainak egyensúlya

184

1.57.

ábra: Naptó rendszerű kollektor

184

1.58.

ábra: Saját hasznosításra és eladásra is termelő fotovillamos rendszer felépítési vázlata

185

1.59.

ábra: Tipikus LOLP görbe

185

1.60.

ábra: Távhőellátás kapcsolási vázlata (termelő és visszasajtoló kúttal, hőszivattyúval, valamint csúcskazánnal)

185

1.61.

ábra: Növényház hőszivattyús rendszere

186

1.62.

ábra: Mobil fúróberendezés

186

1.63.

ábra: Földhős hőszivattyúval (B/W) fűtött/hűtött többszintes épület különféle csővezetékrendszerei

186

1.7.

táblázat: Földszondás rendszerek listája

187

1.64.

ábra: A berlini Bundestag épületének hőszivattyús rendszerű fűtése (300 m mély kútpár) és hűtése (60 m mély kútpár)

187

1.65.

ábra: Irodaépület gázmotoros hőszivattyús (AISIN GHP) hőellátása

188

1.66.

ábra: Kompresszoros hőszivattyú napkollektorral társított vezérlése

188

1.67.

ábra: Monoenergetikus működés elvi rajza

189

1.68.

ábra: Levegő-víz (A/W) hőszivattyú fűtésre és hmv készítésére

189

1.69.

ábra: Gázmotoros hőszivattyús vizes rendszer (AISIN GHP)

190

2.1.

ábra: Épületfajták fajlagos energiaigényei

191

2.2.

ábra: Levegő-levegő hőszivattyú elvi vázlata

191

2.3.

ábra: Passzívház szellőztetése ill. távozólevegő-víz hőszivattyú elvi vázlata

192

2.4.

ábra: Isaszegen épülő családi ház és főbb energetikai adatai

193

3.1.

ábra: Falfűtés helyes elhelyezése (ablak alatt és mellett)

194

3.1.

táblázat: Fűtési megoldások sugárzásos és konvekciós hőleadásának megoszlása, tájékoztató értékek

194

3.2.

ábra: Olgyay-féle bioklimatikus diagram

194

3.3.

ábra: Az emberi test és környezete közötti hőcsere vázlata

195

3.4.

ábra: A hőkörnyezetükkel várhatóan elégedetlenek százalékos aránya (PPD%) a PMW-érték függvényében

195

3.5.

ábra: A kellemes hőérzet tartománya

195

3.6.

ábra: Hagyományos hőlépcsőjű (pl. 90/70 ºC-os) radiátoros fűtéseknél és gázkonvektoros fűtéseknél kialakuló légáram, az ún. porhenger

196

3.7.

ábra: Padlófűtés hőeloszlása

196

3.8.

ábra: Padló- és falfűtés hőeloszlása

196

3.9.

ábra: Hagyományos és korszerű radiátor reakcióideje - ún. rugalmassága ill. a helyiség hőmérséklet-ingadozása

196

3.10.

ábra: Régi és új épületek meleg víz üzemű fűtésének szabályozási jelleggörbéi

197

3.11.

ábra: Hőeloszlás hagyományos és korszerű radiátoros fűtésnél

197

3.12.

ábra: Szokványos csőátmérőnél és csőosztásnál fűtéskor kialakult hőmérsékletgörbe

197

3.13.

ábra: Korszerű kapilláriscsöves csőregiszternél fűtéskor kialakult hőmérsékletgörbe

197

3.14.

ábra: Kapilláriscsöves csőregiszter megoldású fal- és mennyezetfűtés (ill. hűtés) szerelése

198

3.15.

ábra: Nedves kivitelű mennyezet- és/vagy falfűtés ill. falhűtés beépítésének műszaki rajza és kivitelezésének fotója

198

3.2.

táblázat: Két egyenlő lehűlési körülmények között lévő helyiség kellemes hőérzet melletti hőmérsékleti viszonyai tagos radiátor és mennyezeti sugárzófűtés esetén

198

3.16.

ábra: Vízszintes elrendezésű talajkollektoros villamos hőszivattyú COP- ill. teljesítménytényezőjének változása a talajkollektorban áramló hőhordozó közeg hőmérsékletének függvényében, különböző fűtési előremenő meleg víz hőmérsékletek esetén

199

3.17.

ábra: Kompresszoros hőszivattyús rendszer napkollektorral

199

3.18.

ábra: Egy kis méretű lakás padló- és falfűtésének vázlata

200

4.1.

ábra: Időjárás-követő szabályozással a padló hőmérséklete a lehető legalacsonyabban tartható

201

4.2.

ábra: Nyitott rendszerű vízkútpáros hőszivattyú elvi rajza

201

5.1.

ábra: A kecskeméti 41 lakásos társasház

202

5.2.

ábra: A Pannon irodaépület homlokzatának és hőközpontjának részlete

202

5.3.

ábra: A Raiffeisen irodaépület homlokzatának és hőközpontjának részlete

202

5.4.

ábra: A pátyi logisztikai központ homlokzata és hőszivattyús hőközpontja

203

5.5.

ábra: Az ATIKÖFE szegedi irodaházának főbejárata és hőszivattyús hőközpontja

203

5.6.

ábra: A budapesti 88 lakásos társasház homlokzata és hőszivattyús hőközpontja

203

5.7.

ábra: A székesfehérvári 10 lakásos társasház

204

5.8.

a) ábra: A sátoraljaújhelyi Betegellátási és Prevenciós Központ

204

5.8.

b) ábra: Az íves felületre szerelt ún. „GeoWall” rendszerű falfűtés (falhűtés) vakolás előtti fotója (sátoraljaújhelyi Betegellátási és Prevenciós Központ)

204

5.9.

ábra: A sátoraljaújhelyi Betegellátási és Prevenciós Központ hőközpontjának részletei

204

5.10.

ábra: A kiskörei termálfürdő hőszivattyús hőközpontja és új épületrészei

205

5.11.

ábra: a kiskőrösi termálfürdő úszó- és tanmedencéje

205

6.1.

ábra: A hasznos hőtermelésre vetített CO2-kibocsátás és az SPF kapcsolata

206

6.2.

ábra: „Az energia velünk van, fűtés/hűtés földhővel” (Handbauer Magdolna grafikája)

206

6.3.

ábra: Levegő-víz (A/W) hőszivattyú üzemmód váltása a bivalens pontnál ill. az átkapcsolási hőmérsékletnél („alternatív-bivalens” üzemmód)

206

F1.1.

ábra: A 2008. évi magyar árviszonyokra vonatkozó fűtési energia költségek

207

F1.2.

ábra: Az Energieberater részletes épületgépészeti feldolgozást végző munkalap

207

F1.3.

ábra: Az Energieberater végeredményeket bemutató munkalap

208

F3.1.

ábra: 12 lakásos társasház

209

F3.2.

ábra: Hőszivattyús rendszer elvi kialakítása (víz-víz hőszivattyú)

209

F4.1.

ábra: A levegő hőforrású Air2Floor néphőszivattyú család elvi kapcsolási rajza

210

F4.2.

ábra: Keszthelyi zöldtetős gerendaház hőszivattyús rendszerében a hőleadói oldalfalra szerelt fan-coil és a vízteres kandalló

210

F4.3.

ábra: Keszthelyi zöldtetős gerendaház épülete és az Air2Floor Néphőszivattyú kültéri egysége

210

F4.4.

ábra: Elvi kapcsolás és a reverzáló folyadék-víz néphőszivattyú log(p)-h diagram

211

F5.17.

ábra: Számítógép segítségével készített látványképek Budapest Nyugati pályaudvar térsége városépítészeti javaslatából

212

F5.18.

ábra: Fúrási munkálatok Budapest belvárosában és épület alá tervezett földszondák beépítése a furatba töltővezeték segítségével

212

F5.19.

ábra: Gerincvezeték fektetése ill. beállása a leendő hőközpontba Budapest belvárosában

212

F5.20.

ábra: Talaj hővezető képességének mérése

213

F5.21.

ábra: A talaj hőterheléses hővezető képességének mérési eredménye

213

F5.22.

ábra: Budapesti fogklinika épülete (Zugló)

213

F5.23.

ábra: A fogklinika hőközpontja. Egymás felett elhelyezett két hőszivattyú

213

F6.1.

ábra: Napkollektoros hőszivattyús rendszer elvi vázlata

214

F6.2.

ábra: Különböző hőtermelések primerenergetikai hatásfoka

214

F6.3.

ábra: Sólé-víz (B/W) hőszivattyú vázlat

215

F6.4.

ábra: Víz-víz (W/W) hőszivattyú vázlat

215

F6.5.

ábra: Levegő-víz (A/W) hőszivattyú vázlat

215