Hőszivattyús fűtés - A hőszivattyú működési elve

Mi a hőszivattyú?

Tisztelt Látogatónk!

Nagy örömünkre szolgál, hogy a Cool4u Kft. weboldalán érdeklődik a hőszivattyúk iránt. Az alábbiakban bemutatjuk Önnek a hőszivattyúk működési elvének lényegét közérthetően, részletezzük a hőszivattyús rendszerek kialakítási lehetőségeit és megtudhatja, milyen előnyökkel jár hőszivattyút alkalmazni, energetikai, környezetvédelmi és kényelmi szempontból.

Hőszivattyú szótár

Hőszivattyúk összehasonlítása

A hőszivattyúk működési elve

Hőszivattyúnak nevezzük azokat a műszaki berendezéseket, melyek az alacsonyabb hőmérsékletű közegből energiát képesek kivonni és azt a magasabb hőmérsékletű közegbe juttatni. A hőszivattyús folyamat, pontos ellentéte a mindennapi életünkből jól ismert, egyszerű hűtőgép által végzett munkának, ahol hőt vonunk el a hűtött térből, például egy szobából, vagy egy hűtőszekrény belsejéből, majd azt leadjuk a környezetnek.  A folyamatot, egy elektromos áram által hajtott kompresszor tartja fönn, amely az alkalmazott speciális hűtőközeget „munkára kényszeríti” azáltal, hogy összepréseli és egy szabályozott szelepen keresztül eljuttatja a hűtött térben lévő beltéri egységbe. Itt a hűtőközeg sajátos, rá jellemző módon viselkedik. A nagy nyomású, folyadék halmazállapotú hűtőközeg, egy kalibrált furaton keresztül lép be a beltéri egységbe, ahol lényegesen kisebb nyomás uralkodik, ugyanakkor a hűtőközeg az ezt megelőző lehetőségeihez képest, sokkal nagyobb térbe jut, ahol kitágulhat. A végbemenő folyamat eredménye a folyadék halmazállapotú hűtőközeg halmazállapot változása, vagyis ekkor gázzá válik, elpárolog. Ez a halmazállapot változás a környezetből jelentős mennyiségű hőt von el, a gáz halmazállapotú hűtőközeg hőt vesz fel, amit magában hordoz tovább. A gázt a kompresszor magába szívja és összesűríti. A folyamat természetes része, hogy ebben a fázisban a hűtőközeg nyomása megnő és fölmelegszik. A magában hordozott hőt, melyet a hűtött térből vett fel, illetve az összesűrítésből eredő hőmennyiséget le kell adnunk a környezet felé, vagyis le kell hűtenünk a hűtőközeget. A visszahűtés a kültéri egység hőcserélőjében megy végbe, egyszerű hűtőgépek, klímaberendezések esetében, ez a hő a szabadba távozik. Abban az esetben, ha a klímagépünket nem hűtési célból használjuk, hanem fűteni szeretnénk vele, tulajdonképpen a hűtési körfolyamatot megfordítjuk, és arra kényszerítjük a gépet, hogy a környezetből vonjon el hőt és azt juttassa be az általunk elvárt helyre.
 

Mi hívta életre a hőszivattyúkat?

A kérdés jogosan vetődik fel, mi hajtotta a feltalálókat abba az irányba, hogy ezeket az eszközöket felfedezzék és idővel tökéletesítsék? A motiváció fő hajtóereje az energia, illetve annak minél hatékonyabb felhasználási módjának megtalálása volt. Napjainkban egyre jobban áthatja az élet minden területét az energiatakarékosságra való törekvés, hiszen származzon is bármely forrásból, az energia szűkös erőforrás. A hőszivattyús berendezések a fűtési feladatot úgy tudják megoldani, hogy egy egységnyi befektetett elektromos energia révén, az üzemi körülményektől függően több, mint egy egységnyi hőenergiát adnak le, jellemzően legalább a befektetett energia háromszorosát. Ezt az energiát nyilvánvalóan elvonják valahonnan, amely esetünkben a korlátlannak tekinthető, hiszen a légkör a talaj és a vizek tárolt energiája, szinte végtelennek tűnő forrás. A szűkösséget a kivonáshoz szükséges energia nagysága határozza meg, melyet úgy is tudunk növelni, ha az alkalmazott eszközök hatékonyságát növeljük. Ezzel el is érkeztünk a hőszivattyúkat leginkább minősítő jellemző megnevezéséhez, melyet angolul a coefficience of performance,( rövidítve: COP ) magyarul jósági fok néven emlegetünk. Ez a viszonyszám megmutatja, hogy 1kW befektetett elektromos energia által a készülék, hány kW fűtési energiát képes előállítani. Az adott hőszivattyú annál jobb, minél nagyobb a rá jellemző COP érték. Globálisan az összefüggés nyilvánvaló a hőszivattyúk és a környezetvédelem között. Egyrészt olyan energiát használunk a működtetéséhez, melyet nagyüzemi körülmények között, a lehető leghatékonyabban és a leginkább környezetkímélő módon állítanak elő erőművekben, másrészt a befektetett energia többszörösét nyerjük fűtési energiaként, így hatékonyabban használjuk fel a fosszilis primer forrásokat. Lokális vonatkozásban, nincs károsanyag kibocsájtás, nem terheli a környezetét szennyező anyagokkal.

A hőszivattyús rendszerek kialakítási lehetőségei

Hétköznapi értelemben az energia kinyerési helye és közege alapján különböztetjük meg a hőszivattyúkat, mely szerint az alábbi főbb csoportokról beszélhetünk:

Levegő-levegő hőszivattyúk:

Melyek a környezeti levegő energiatartalmát veszik föl és  juttatják a készülék beltéri egységén át, közvetlenül a fűtendő helyiség levegőjének. Klasszikus példája a levegő-levegő hőszivattyús gépeknek az egyszerű és nagyon sok háztartásban föllelhető klímaberendezés, melyeknek nagy többsége hőszivattyús kivitelű. Ezen berendezésekkel, megfelelő méretezés esetén, átmeneti időszakban, költséghatékonyan fűthetünk, de 0C  környezeti levegő hőmérséklet alatt  a hatékonyságuk és a fűtési teljesítményük csökken. A kültéri, beltéri egységek és az egységeket összekötő vezetékeken kívül nincs más eleme a rendszernek. Hatékonysági mutatójuk fűtési üzemben, vagyis a COP érték általában a 2,5 és a 3,3 között található.

Levegő-víz hőszivattyúk:

Melyek hasonlóan az előző csoporthoz, a környezeti levegő energiáját felvéve érik el az általunk kívánt eredményt, de a beltéri egységük nem a levegőt fűti, hanem egy hőcserélő eszköz segítségével vizet melegít, melyet viszont a felhasználási helyre kell juttatnunk, például egy fan-coilhoz, vagy padlófűtési rendszerhez, amivel végső soron a fűtést végezzük. A levegő-víz hőszivattyúk a kialakításuk alapján lehetnek kompakt gépek, mely esetben a készülék kültéri egysége ( a hőfelvevő ) és a beltéri egysége ( azaz a gáz/víz hőcserélő) egy egységet képezve helyezkednek el az épület mellett. Ezeket a berendezéseket a fagyveszély miatt, csak glikolos folyadékkal üzemeltethetjük. Létezik a levegő-víz hőszivattyúknak osztott változata is, amikor a gáz/víz hőcserélőt fagymentes helyen telepítjük az épületen belül és a két egységet az elektromos vezetékeken kívül, a hűtőközeg rézcsövek kötik össze. Természetesen így a rendszer tölthető vízzel. Látható, hogy ez a kialakítás már kissé komplikáltabb, de sok esetben nagyobb komfortot és szélesebb felhasználási lehetőségeket biztosít. A levegő-víz hőszivattyúk COP értéke hasonlóan alakul, mint az előző esetben, vagyis 2,5 és 3,3 körül van.

Víz-víz és föld-víz hőszivattyúkról:

Akkor beszélünk, ha a hőszivattyúnk mindkét oldalán, vagyis a kültéri és a beltéri oldalán is, víz/gáz hőcserélő segítségével vesszük fel, vagy adjuk le az energiát. Ebben az esetben nem a levegőből nyerjük ki a számunkra szükséges energiát, hanem kútvízből, rétegvízből, vagy talajba telepített, nagy hőfelvevő felülettel rendelkező, vízszintes, vagy függőleges elhelyezkedésű talajszondákból. A víz-víz és föld-víz hőszivattyúk legfontosabb jellemzője, hogy a hatékonyságuk kiemelkedően magas, így a COP érték 4-7 között alakul. Mindezek mellett nagy előnye a levegős hőszivattyúkkal szemben az energia kinyerési hely adottságaiból fakadó, szinte állandó COP. Ezáltal nincs szükség kiegészítő fűtésre, mert a rendszer a legnagyobb hidegben is tudja tartani a teljesítményét.

A hőszivattyús fűtési rendszer hatékonyságának egyik meghatározó jellemzője, hogy minél alacsonyabb hőmérsékletű fűtővizet állít elő, annál nagyobb a rendszer hatásfoka. Az alacsony vízhőfok sajátságos műszaki megoldást kíván a hőleadó oldalon. A hagyományosnak mondható radiátoros fűtési rendszer nem kifejezetten alkalmas arra, hogy a hőszivattyú által biztosított 35-45C-os fűtővízzel befűtse a teret. Ennek nyilvánvaló oka, hogy a meglévő radiátoros fűtést, ettől jóval melegebb vízre tervezték. A felmerült problémára a jó megoldás a padlófűtés, a fan-coilok alkalmazása, vagy a szerkezet temperálás, melyek jó hatékonysággal és magas komfortfokozat mellett oldják meg az épület fűtési igényét.

Hőszivattyúk a gyakorlatban, hőszivattyú kiválasztása

Elsősorban új passzívházak építése-, meglévő épületek korszerűsítése-, illetve földgázcsatlakozás hiánya esetén szokott felmerülni a hőszivattyú alkalmazásának gondolata – mivel ezek csak elektromos áramot igényelnek, amit akár napelem csoporttal vagy szélkerékkel (esetleg geotermikus energiával) is elő lehet állítani. Mindemellett az elektromos csatlakozási lehetőség szinte mindenütt elérhető az országban.

Időnként lehetőség van pályázni állami támogatásra is a hőszivattyúk telepítéséhez (fűtéskorszerűsítés), ilyenkor jelentősen megnő az érdeklődés ezek iránt. Érdemes azonban a pályázat elkészítése előtt alaposan átgondolni, elegendő-e pusztán a hőszivattyú telepítése, vagy az épület hőszigetelését, és/vagy a nyílászárók korszerűsítését is ajánlott elvégezni (erre is szokott lenni pályázat!), hogy a hőszivattyús üzemmel megtakarított költséget ne pazaroljuk „településünk levegőjének fűtésére”.

Példák a pályázatokra:

  • KEOP-2012-4.10.0/A Helyi hő, és villamosenergia-igény kielégítése megújuló energiaforrásokkal
  • KEOP-2012-4.10.0/B  Helyi hő és hűtési igény kielégítése megújuló energiaforrásokkal
  • KEOP-2011- 4.9.0 Épületenergetikai fejlesztések megújuló energiaforrás hasznosítással kombinálva

Ha megfelelőnek találtuk az épületet a hőszivattyúhoz, határozzuk meg, milyen hőforrást kívánunk igénybe venni. A legjobb energiahatékonyságot víz-víz (talajszondás vagy kutas) berendezéssel érhetjük el, amely fajlagosan igen alacsony üzemeltetési költséget eredményez, azonban a talajszondák, talajkutak helyigényesek, telepítésük költséges és engedélyekhez kötött. A levegő-víz berendezések energiahatékonysága alacsonyabb, azonban ezeket „bárhová” el lehet helyezni ahol a levegővel érintkezhet a kondenzátoruk, és általában nem szükséges engedély(eke)t szerezni az üzemeltetésükhöz.

Nagy általánosságban a víz-víz hőszivattyú „zöldmezős”, nagy beruházásoknál javasolt megoldás, lakossági szinten érdemesebb levegő-víz berendezésben gondolkodni.

Amennyiben hőszivattyút alkalmazunk épületünk fűtésére (és/vagy hűtésére), úgy Áramszolgáltatónktól igényelhetünk a hőszivattyú üzemeltetéséhez használt, olcsó elektromos áramot. Az ELMŰ-ÉMÁSZ GEO-, és H, a többi szolgáltató H-tarifát kínál. A GEO hűtésre és fűtésre, a H csak fűtésre (fűtési idény alatt) használható fel. Bővebb tudnivalókért kérjük érdeklődjön az Áramszolgáltatónál.

A tarifák közös jellemzője az A1 kategóriánál jóval alacsonyabb kWh-díj, illetve hogy ekkor semmiféle járulékos költség nem adódik a villanyszámlához! Példának okáért 1 kWh elektromos áramért (2012.évi árszinten) A1 tarifával a kiegészítő költségekkel együtt bruttó 60 Ft-ot kell fizetni, míg GEO vagy H tarifával ez alig több, mint bruttó 30 Ft !!!

Röviden a beruházási költség megtérülésével kapcsolatban: nem lehet „ökölszabályt” alkalmazni ezzel kapcsolatosan. Nemcsak a hőszivattyúk kivitele, gyártmánya, „beszerzési ára per üzemeltetési költsége” határozza meg, hanem nagyban függ a gép kiválasztásától, a vízhőmérséklettől, üzemeltetés módjától, stb.

A magasabb vízhőmérséklet alacsonyabb energiahatékonysággal, ezzel együtt magasabb üzemeltetési költséggel jár együtt. A nem megfelelő szigetelés vagy a szellőztetési mód is okozhat fölösleges hőenergia-veszteséget, mellyel csökken a hatékonyság (és nő a költség). Ha nem lett megfelelően méretezve a berendezés, és kisebb a szükségesnél akkor állandóan megy a kompresszor (pörög a villanyóra) és hideg van a házban, ha nagyon túl lett méretezve, akkor bár alacsonyabb az üzemeltetés költsége, a magas beszerzési ár igen soká fog megtérülni.

Optimális esetben néhány év (3-10) alatt az üzemeltetési költség csökkenésével megtérülhet a gép beruházási költsége, ez leginkább a hőszivattyú beszerzési árától függ. Nem szabad szó nélkül elmenni a gép minősége mellett sem, mert hiába kedvező egy hőszivattyú beszerzési ára, ha gyakran elromlik, alkatrészeket kell benne cserélni, melynek az anyagi mellett munkadíj-vonzata is van! Semmiképp nem javasolt hőszivattyú vásárlása csupán színes katalógus vagy reklám alapján, mielőtt rászánnánk magunkat a vásárlásra, feltétlenül kérjük ki hozzáértő személy(ek) véleményét, esetleg csináltassuk meg az épület hőszükségleti méretezését. A jól kiválasztott berendezés nemcsak az üzemeltetési költség csökkenésével, hanem a jelentősen megnőtt kényelemmel és üzembiztonsággal fogja viszonozni döntésünket!

A hőszivattyúk hőtermelő berendezések, tehát részei a ház épületgépész rendszerének. Primer (forrás-) oldalról a levegős berendezések semmiféle beavatkozást nem igényelnek (a kültéri egység telepítésén kívül), a „vizesek” forrásoldali kivitelezése jóval költségesebb megoldás.

Szekunder oldalról mindegyik vízoldali csatlakozásokkal rendelkezik (esetleg külön melegvíz-csatlakozással is), szivattyúval és anélkül is rendelkezhetnek – ez meghatározza a rendszerbe való beillesztésük módját. Kivitelezés előtt alaposan nézzünk utána a szükséges tevékenységi lépéseknek.

A hőszivattyúk hosszú „életének” titka a szakszerű üzemeltetés mellett a rendszeres karbantartás is. Javasoljuk a gépek szakemberrel való telepíttetését és beüzemelését, ők meg tudják határozni az éves karbantartások mennyiségét illetve milyenségét egyaránt.

Hőszivattyús cikkek, honlapok:

http://hoszivattyu.lap.hu/

http://www.delmagyar.hu/sporolas/sporolunk-e_hoszivattyus_futessel_hat_az_infrafutessel_napkollektorral/2317041/

http://www.hklszaklap.hu/index.php?option=com_content&id=874

http://www.szoljon.hu/jasz-nagykun-szolnok/muvelodes/hoszivattyus-energetikai-projekt-megvalositasa-a-szolnoki-foiskolan-470890

http://www.epitinfo.hu/index.php/articles/73778/84315

http://www.vgfszaklap.hu/cikkek.php?id=1134

http://hoszivattyuk.lapozz.hu/cikkek_tanulmanyok