Hőszivattyú

Hőszivattyú    Tartalomjegyzék     Mi a hőszivattyú?  Mik a hőszivattyú előnyei?  Hogyan működik a kompressziós hőszivattyú?  Csoportosítás működési elv szerint  Csoportosítás hőforrás szerint  Felhasználási területek  A hőszivattyúk alkalmazásának ökológiai vonatkozásai  Magyarországon kapható hőszivattyúk  További információforrások	Független Ökológiai Központ Környezetkímélőbb Építés Adatbázisa  hőszivattyú  heat pump  Wärmepumpe  bomba de calor
Mi a hőszivattyú?
A hőszivattyú a környezet energiájának hasznosítására szolgáló berendezés, mellyel lehetséges fűteni, hűteni, melegvizet előállítani. A berendezés a működtetésére felhasznált energiát nem közvetlenül hővé alakítja, hanem a külső energia segítségével a hőt az alacsonyabb hőfokszintről egy magasabb hőfokszintre emeli, legtöbbször a föld, a levegő és a víz által eltárolt napenergiát hasznosítva. (Mert külső energia felhasználása nélkül , "magától" a hő csak melegebb helyről tud a hidegebb hely felé áramlani.) A hűtőgép is hasonlóan működik: a szekrény belsejéből szállítja el a hőt, tehát hűti, majd ezt a hőmennyiséget a hátulján levő csőkígyón adja le. A geotermikus hőszivattyú például a "föld" (talaj, talajvíz) és a ház belső terei között szállít hőt. A talaj mélyebb rétegeinek hőmérséklete télen-nyáron állandó (pl. 6 méter mélyen átlagosan +12 °C): télen melegebb, nyáron hidegebb, mint a levegő hőmérséklete. A szállítási irányon változtatva télen a talajtól hőt elvonva fűthetünk, nyáron a talajt melegítve hűthetjük a házat. (illetve melegvizet állíthatunk elő télen-nyáron) A hő szállításához folyamatosan elektromos energiát kell a rendszerbe táplálni. A rendszer hatékonyságát az ún. munkaszámmal (COP=Coefficient of performance) jellemezhetjük, ami azt mutatja meg, hogy a hőszivattyú által leadott hasznos hőteljesítmény hányszorosa a működtetéshez felhasznált hajtási teljesítménynek. Ez azonban az év folyamán változhat a hőforrás hőmérsékletének változásával, ezért az egy évre vonatkozó energiaszám (JAZ - Jahresarbeitszahl:éves munkaszám) pontosabb képet ad a hőszivattyú teljesítményéről. Ez elsősorban attól függ, hogy mekkora hőmérsékletkülönbséget kell áthidalni (a hőforrás és a fűtési előremenő hőmérséklet különbsége), általában három és öt közötti érték, tehát egy egység villamos energiával három-öt egység hőenergiát állíthatunk elő. (szemben az elektromos fűtéssel, ahol egy egység villamos energiával egy egység hőenergiát kapunk.)
Mik a hőszivattyú előnyei?
Egész évben képes közvetett módon kiaknázni a nap energiáját, nem függ a pillanatnyi napsugárzás erősségétől, mivel a környezetben eltárolt energiát hasznosítja.  Segítségével alacsony hőmérsékletszintű hőforrásokból is kinyerhető hő, illetve hulladékhőt hasznosíthatunk.  Amennyiben a fűtést teljes egészében a hőszivattyú végzi (monovalens rendszer), nincs szükség kéményre, a helyszínen nincs károsanyag kibocsájtás.
Hogyan működik a kompressziós hőszivattyú?
forrás:www.ochsner.de	Két hőcserélőt egy körvezeték köt össze. Egy kompresszor a csővezetékben olyan munkaközeget keringet, melynek igen alacsony a forráspontja, csak nagy nyomás alatt cseppfolyósodik. A hideg oldali hőcserélő előtt a folyékony halmazállapotban lévő munkaközeg nyomását egy nyomáscsökkentő szelep leejti 1,7 bar-ra. Ekkor a munkaközeg hevesen elpárolog, -2°C-ra lehűl és a párolgáshoz szükséges hőt a hőcserélő másik oldalán átfolyó környezeti közegből (jelen esetben levegőből, de lehet vízből, termálvíz hulladékból. szennyvízből, stb ) vonja el, annak lehűtésével. A 3 °C- re felmelegedett munkaközeget a kompresszor elszívja, besűríti 13,5 bar nyomásra, melytől a lecsapódó munkaközeg felmelegszik 73,5 °C-ra. A lecsapódásnál felszabadul az a hő, melyet a környezetből elvont, megnövelve a kompresszorba betáplált és hővé átalakult energiával. Mindezt az energiát a másik hőcserélőn áthaladva átadja a fűtési rendszerben keringő fűtőközegnek.
Hőszivattyúk csoportosítása működési elvük szerint
A hőszivattyúk döntő többsége kompressziós elven működik elektromos vagy gázmotor segítségével, de létezik abszorpciós elven működő hőszivattyú, vagy a kettőt kombináló berendezés, ezek legtöbbje még kísérleti stádiumban van, vagy kevéssé elterjedt. Példa az ilyen típusú berendezésre ezen a honlapon található, a működését bemutató videoklippel együtt.
Hőszivattyúk csoportosítása hőforrás szerint
talaj:A talajkollektoros rendszer esetében többszáz méter hosszú speciális kemény PVC köpennyel ellátott rézcsöveket, vagy polietilén csöveket fektetnek le 1-2 méter mélyen. Hátránya, hogy nagy felületen (a fűtött alapterület 1,5-3-szorosán) kell megbontani a telket a csövek lefektetésekor, ezért leginkább új építésű házak esetén jöhet szóba. Segítségével négyzetméterenként 20-30 Wattnyi energiát nyerhetünk. Ennek nagysága függ a talaj hővezetésétől, nedvességtartalmától, és az esetleges talajvíztől. A talajszondás rendszer esetén kb 15 cm átmérőjű, 50-200 méter hosszú lyukat fúrnak a földbe leginkább függőlegesen. Ebbe helyezik az U alakú szondát, amiben zárt rendszerben cirkulál a hűtőközeg. 200 méteres mélység esetén kb. 17 ˙C-os a Föld. Lehet két- vagy háromkörös rendszer, attól függően, hogy a szondában közvetlenül a hűtőközeg áramlik, vagy fagyálló folyadék adja át közvetetten hőjét a hűtőközegnek. A szondák speciális esete az energiakaró: több szondát egymás mellé helyezve nyáron eltárolják a hőenergiát a földben, amit télen hasznosítanak. Különösen nyári hűtési igény esetén, ill. ipari méretekben gazdaságos. Nagyságrendekkel mélyebb szondák esetén (1000-2000 méter) már nem a talajrétegekben eltárolt napenergia kerül közvetetten hasznosításra, hanem elsősorban a geotermikus energia. A Föld középpontjában lejátszódó reakciók hője a felszín felé áramlik, ezért mennél mélyebb a fúrt kút, annál nagyobb a kúttalp körüli réteg hőmérséklete. Ez a hőmérséklet a geotermikus gradienstől függ. (egy kilométerrel mélyebben mennyivel melegebb a földkéreg) Ez hazánkban 60°C/km körüli érték, szemben a 30°/km-es európai átlaggal.	talajkollektor talajszonda
masszív abszorber (beton építmény)Föld alatti vagy föld feletti beton vagy téglafalban, betonlemezben műanyag csőkígyót helyeznek el. Külön e célra épített szoborszerű elemek, vagy támfalak, homlokzati betonfelületek is felhasználhatóak. A működés elve hasonló a talajkollektorokhoz: A beton jól vezeti a hőt, tömege alkalmas a hő tárolására. Segít a levegő, talaj, esővíz hőjének átvételében, a napsugárzást közvetlen is hasznosíthatja.	masszív abszporber (beton építmény)
talajvízA talajvíz-kútból búvárszivattyúval nyert víz hőjének elvonása után a vizet vagy egy másik kútba, vagy felszíni vízbe (patak,tó,folyó) vezetik, vagy elszivárogtatják földbe fektetett dréncsöveken át. A talajvíz állandó hőmérséklete (7˙C-12˙C) és jó hővezető-képessége révén ideális hőforrás. További speciális alkalmazás, amikor hőforrásként egy tó szolgál. Ebbe helyezik el körkörösen a kollektorként szolgáló csöveket.	talajvízkutak
levegőA külső levegő ventillátorokkal kerül beszívásra, amit a hőszivattyú hűt le. Hátránya, hogy a levegő hőmérséklete nem állandó, így a rendszer hatékonysága is változó, illetve a ventillátorok által keltett zaj is problémát jelenthet. Felhasználásra kerülhet még a ház pincéjének levegője is. Központi szellőztető rendszerrel ellátott, légmentesen szigetelt ház esetén az kifúvásra kerülő elhasznált levegő is használható hőforrásként, vagy a befúvásra kerülő levegőt melegítve, vagy a fűtési rendszerre rásegítve. (Ennél egyszerűbb megoldás a hőcserélők alkalmazása, ahol a kifúvott meleg és a beszívott hideg levegő egy nagy felületű berendezésen át adja át a hőt, anélkül, hogy keveredne.)	külső levegő
hulladékhőSzámításba jöhet hőforrásként a szennyvíz, az elhasznált termálvíz. Előbbire magyarországi példa a szekszárdi húskombinát, ahol a 22°C-os szennyvíz a hőforrás, míg utóbbira a harkányi gyógyfürdő, melynek 32-35 °C-os elfolyó vizét használják fel két egyenként 1100 kW-os hőszivattyúval.	forrás:www.waermepumpe-bwp.de/
A hőszivattyú felhasználási területei
fűtés: A hőforrásból elvont hőt a berendezés általában a zárt körben keringetett víz fűtőközeg felmelegítésére használja fel. Elsősorban az alacsony hőmérsékletű fűtési módok alkalmasak hőszivattyúval történő felhasználásra, mert akárcsak a napkollektoroknál, annál nagyobb a rendszer hatékonysága, minél kisebb a fűtési előremenő hőmérséklet. Padló-, fal- és mennyezetfűtés jöhet számításba, ahol a nagy hőleadó felület miatt már 35 °C is elegendő. Monovalens rendszer: a ház teljes fűtési energiaszükségletét biztosítja Bivalens rendszer: a hőszivattyú mellé kiegészítő fűtés kell, ami lehet bármilyen kazán, vagy napkollektoros rendszer is.  melegvíz-készítés: Használati melegvíz készítésére is felhasználható a hőszivattyú, de a kondenzátor oldali felső hőmérséklet határ kb. 55-60 °C, emiatt a melegvíz hőmérséklete 60 °C alatt marad.  hűtés: A folyamat megfordításával a fűtésnél hőforrásként használt közegnek adja át a helyiségekből elvont hőt.	fűtés és melegvízkészítés hőszivattyú és napkollektor használatával. forrás:www.waermepumpe-bwp.de/
A hőszivattyú alkalmazásának ökológiai vonatkozásai
A hőszivattyú által szolgáltatott energia két forrásból származik: Környezeti hő, mely egyértelműen nyereség, akárcsak a napkollektor által gyűjtött napenergia Hűtőközeg keringetéséhez szükséges energia, mely a legtöbb készüléknél elektromos áram. Az elektromos áram erőművi termelésénél és szállításánál komoly veszteségek lépnek fel, illetve a fosszilis tüzelőanyagok és az urán felhasználása jelentős környezetszennyezéssel jár. E két tényező a hőszivattyúk alkalmazásának ökológiai mérlegét igen lerontja: Magyarországon felhasznált áram 39,1 %-a atomerőműben, 25,2 %-a szénerőművekben, 33,6 %-a olaj és gáztüzelésű erőművekben kerül előállításra. A megújuló energiaforrások igen alacsony, 2,1 %-os értéket képviselnek. (utóbbi részarányának jövőbeni növekedése prognosztizálható, javítva a hőszivattyú ökomérlegét.)Felmerülhet a kérdés, hogy nem lenne-e ökológiailag pozitívabb, ha a hőszivattyú működtetéséhez szükséges áram termelésére felhasznált fosszilis tüzelőanyagokat közvetlenül használnánk fel fűtésre? Mint azt a hőszivattyús rendszer energia-diagramja mutatja, a válasz nagymértékben függ az áramtermelés hatékonyságától: Erőművi áram felhasználása esetén, magyarországi és németországi adatokat figyelembevéve. A hőszivattyú munkaszáma 3,5. A diagramon jól látszik, hogy a primerenergia-felhasználás csökkentése leginkább az erőművi hatékonyság és a munkaszám növelésével lehetséges. Előbbire a kogenerációs energiatermelés jelent gazdaságos alternatívát, utóbbit a minél hatékonyabb készülékek és a minél nagyobb energiatartalmú környezeti hőforrás felhasználásával érhetjük el. Míg Németországban egyértelműen pozitív a hőszivattyú ökológiai mérlege, addig Magyarországon nem feltétlenül: mint azt az alábbi ábra mutatja, sokkal környezetkímélőbb hőszivattyút használni a villamos fűtés helyett, viszont a kondenzációs gázkazánok hasonlóan környezetbarát megoldást nyújtanak A fenti adatok összehasonlítása a különböző fűtési rendszerekkel a primerenergia-felhasználás vonatkozásában: (100 kW fosszilis energiából hány kW hasznos hő termelhető) Megjegyzés: A fenti adatok, diagramok, megállapítások 3,5-ös munkaszám mellett tekinthetőek igaznak, de lehetséges ennél nagyobb hatékonyságú rendszereket is létrehozni, melyek ökológiai mérlege a fentieknél egyértelműen jobb. Ez nem keverendő össze a gazdaságossággal, mert a mai piacgazdaságban sajnos a nagyobb primérenergia-felhasználás sokszor nem jár nagyobb költséggel. (például a hazánkban szociális-politikai kérdésként kezelt gázárak magas állami támogatottsága mind a hőszivattyú, mind a megújuló energiaforrásokat hasznosító berendezések megtérülési idejét jóval hosszabbá teszi.)
A Körkép adatbázisában szereplő hőszivattyúk:
Nordic geotermikus hőszivattyú: " DX,DXW" széria (folyadék-levegő ill. víz) Nordic geotermikus hőszivattyú: " R" széria (folyadék-levegő) Nordic geotermikus hőszivattyú: " W" széria (folyadék-víz) Nordic geotermikus hőszivattyú: "O" széria (folyadék-levegő) Stiebel Eltron levegő-víz hőszivattyú WPL (18 kW) Stiebel Eltron víz-víz hőszivattyú WPWE (14 kW)
További információforrások:
Könyvek: Energiatakarékos környezetkímélés hőszivattyúkkal Stróbl Alajos dr. OMIKK, Bp., 1999 40 old.A Környezetvédelmi Füzetek e száma a hőszivattyús technika új irányzataival, alkalmazásaival foglalkozik; példák bemutatásával, az energatikai és környezetvédelmi szempontok szem előtt tartásával. A hőszivattyú alapelveinek és típusának rövid leírása után a legújabb fejlesztések irányait összegzi, bemutatja a legkorszerűbb hőforrásokat, felhasználásokat. A berendezések országonkénti elterjedtsége után a környezetvédelmi és gazdaságossági kérdések következnek, majd irodalomjegyzékkel zárul ez a füzetecske. Elsősorban a hőszivattyút már bizonyos szinten ismerők számára mutat be érdekes témákat. Linkek: A hőszivattyú a jövő energiaforrása a nap és föld hőjének hasznosítása. Hajdú György tanulmánya alapos bevezetés a hőszivattyúk világába, ökológiai és filozófiai háttérrel. AL-KO Wärmepumpen Különféle hőforrású hőszivattyúk és lakásszellőztető berendezés hőviszivattyús hővisszanyeréssel. Bundesamt für Energie Bereich Umgebungswärme, Kälte A környezeti és hulladékhő hasznosításának, a hőszivattyúval kombinált kogenerációnak szentelt tudományos igényű honlap, ahol publikációkat tölthetünk le, kutatási beszámolókat ismerhetünk meg. Bundesverband WärmePumpe A hőszivattyú népszerűsítésére szolgáló oldal. Bemutatja a különböző típusokat, azok működését, gazdaságosságát. Példákat mutat különböző rendszerek lehetséges megtérüléseire.Gyártó cégek katalógusa, hírek, újdonságok bemutatása teszi teljessé az oldalt Geothermie - Praktische Nützung von Erdwärme Érdekes és tartalmas honlap a földhő és a geotermikus energiák hasznosításáról. Földszondák, termálvíz felhasználásának bemutatása mellett számos kevésbé elterjedt energiatermelési móddal ismerteti meg a laikus érdeklődőt. Letölthető cikkek, linkgyüjtemény kapcsolódó egyéb információforrások is megtalálhatóak itt. Geowatt Kft. A békéscsabai kft. többek között hőszivattyúkkal is foglalkozik. Honlapjukon áttekintés található a különböző hőszivattyúkról, magyarországi alkalmazásuk műszaki, gazdaságossági kérdéseiről. Links Wärmepumpe Maritime Geothermal Ltd. Kanadai hőszivattyú-gyártó cég. Honlapján termékeikhez kapcsolódva rengeteg hasznos információ lelhető fel a hőszivattyúkról: működésük elméleti alapjai, gyakran ismételt kérdések, képgaléria, részletes esettanulmányok, letölthető brosurák, linkek. OCHSNER Wärmepumpe A cég gyártmányai között szerepelnek többek között fűtésre, melegvízkészítésre, hűtésre szolgáló hőszivattyúk. Speciális berendezések passzívházakhoz, és háztartási méreteknél nagyobb berendezések, szabályozott hőszivattyús lakásszellőztető rendszer is megtalálható palettájukon. A honlap legfőbb erénye a remek bemutató, leíró rész, mely segítségével rengeteget tanulhatunk a hőszivattyúkról.
Felhasznált irodalom:
Stróbl Alajos, dr.: Energiatakarékos környezetkímélés hőszivattyúkkal     OMIKK, Bp. 1999Hajdú György: A hőszivattyú a jövő energiaforrása: a Nap és a Föld hőjének hasznosítása    http://www.inco.hu/inco6/innova/cikk3h.htm Stumphauser Tamás, Dr. Csiszár Antal (ed.): Energiahatékonysági kézikönyv ház- és lakástulajdonosok részére    http://www.reak.hu/kk/028.htm Geowatt kft. honlapja: http://www.geowatt.hu/
	készítette: Jároli József lektorálta: Dr. Kontra Jenő okl. gépészmérnök, a műszaki tudomány kandidátusa Független Ökológiai Központ www.foek.hu Környezetkímélőbb Építés Adatbázisa www.foek.hu/korkep/ 2002.09.10.A közölt anyagok a forrás feltüntetésével szabadon felhasználhatóak.