Furdancs

„A hőszivattyú az olyan, mint egy kifordított hűtőszekrény.” - Hangzik az ismert hasonlat. Szerintem pont annyi hasonlóság van köztük, mint egy benzines láncfűrész és egy Harley-Davidson között.

 A közös pont a két berendezésben az úgynevezett Carnot-körfolyamat. A titokzatos elnevezésű termodinamikai jelenséget Nicolas Léonard Sadi Carnot francia fizikus fogalmazta meg 1824-ben.
Az általa leírt körfolyamatot végző hőerőgép működése során a környezetének egy melegebb részéből energiát vihet át egy hidegebb területre és az energia egy részét mechanikai munkává alakíthatja. A körfolyamat meg is fordítható. A rendszer külső munka bevezetése által hőenergiát képes átvinni egy hidegebb régióból egy melegebbe. Utóbbi a hőszivattyú működésének vázlata.

Ezt így persze nagyon egyszerű leírni, de hát hogy lesz ebből fűtési rendszer? Bizonyára sokan hallották azt a sztorit, hogy a hegymászók a Himalájában 60-80 °C-on forrásba hozták a hólevet a tea főzéshez. A számok nem biztos, hogy pontosak, de az tény hogy a folyadékoknak alacsony nyomáson a forráspontjuk is alacsonyabb lesz. Fordítva is igaz, a gázokat nagy nyomáson cseppfolyós állapotban tarthatjuk.
Most képzeljünk el egy zárt csővezeték-rendszerből álló gépet, amelynek közepén egy kompresszor van. A csöveket feltöltjük egy speciális gázzal és beindítjuk a kompresszort. A kompresszor „nyomott oldalán” megnövekszik a nyomás és elkezd a gáz kicsapódni – idegen szóval kondenzálódik. Ezt az oldalt nevezzük kondenzátornak. A csővezetéken csak szabályozottan, egy fojtószelepen keresztül engedjük át a folyadékká vált gázt a kompresszor túloldalára, a „szívott” oldalra. Ott az alacsonyabb nyomáson a folyadék újra elpárolog. Ezt az oldalt nevezzük az elpárologtatónak. Az elpárologtató oldala folyamatosan hűlni kezd és hőt von el a környezetétől, ugyanekkor a kondenzátor melegedni kezd és ezt a hőt hasznosítjuk a fűtési rendszerünkben. Az elpárologtatónak biztosítani kell egy úgynevezett hőforrást, amiből folyamatosan elvonhatja azt a meleget amit a kondenzátorról elszállítunk.
A hőforrás természetesen valamilyen nagy hőtehetetlenségű közeg aminek meg se kottyan, ha egy télen át szivattyúzzuk ki belőle a Gigajoule-okat. Általában elengedhetetlen feltétele ennek a fajta konstrukciónak a folyamatos áramlás és hőátadás mindkét oldalon.

A kompresszort néhány kivételtől eltekintve* elektromos árammal hajtják. Szükség van még elektromos energiára a hőforrás és a termelt hő szállítására is. Ha az előállított fűtő teljesítményt elosztjuk a befektetett elektromos teljesítménnyel, megkapjuk a hőszivattyúk legfontosabb mérőszámát az úgynevezett COP-t. A COP az angol „coefficient of performance” rövidítése, magyarul szokták jóságfoknak, munkaszámnak, dilettáns körökben hatásfoknak is nevezni**.
Tudományos jelölése a görög ε betű. Sajnálatos módon nincs elég határozottan szabványosítva a számítása, így a gyártók és forgalmazók a trükközések tucatjait vetik be a vevő átverésére, meggyőzésére. A teljesség igénye nélkül néhány tipikus csalás: a keringető szivattyúk teljesítményének „nembeleszámolása”, irreális hőforrás hőmérséklet, használhatatlanul alacsony előremenő hőmérséklet (pl.: 25 ºC). Nagyon hasznos származtatott mérőszám a JAZ. Ez a német nyelvterületen kitalált és elterjedt jellemző a "Jahresarbeitzahl" rövidítése, azaz egy teljes év alatt befektetett és kinyert energia hányadosa. 

Geotermikus gépek egy ipari létesítményben	Hőszivattyúk gyártása

Hőszivattyúk hőforrás szerint

Általában 3 hőforrás szokott előfordulni a lakóházak környékén: kútvíz, levegő, és a talaj. Fontos, hogy a hőforrás korlátlanul álljon a rendelkezésünkre és abból bármikor el tudjunk vonni hőt.

A levegőnek sajnos változik a hőmérséklete – ráadásul pont télen a hidegebb – emiatt első ránézésre nem tűnik ideális hőforrásnak. Viszont különösebb extra beruházás nélkül korlátlanul áll mindenki rendelkezésére és általában a fűtési szezon nagy részében is elég meleg ahhoz, hogy kiaknázzuk.
De az energia-tárolási és közvetítési tulajdonságai miatt ez a hőforrás rendelkezik a leggyengébb átlagos COP számmal, körülbelül 3-assal.

A víz és ezen belül a kútvíz hő-átadó képessége kiváló így itt egy jó készülékkel akár az 5-ös COP is elérhető, de sajnos ennek nagy ára van. A víz/vizes rendszer egy ún. „nyitott” rendszer. Ez azt jelenti, hogy a készülék elpárologtató oldalán folyamatosan új „friss” közeg áramlik.
Ebből számos probléma adódhat. A folyamatosan érkező vízből lerakódhat vagy kiválhat valamilyen szennyeződés vagy ásvány a hőcserélőben. A legkisebb mértékű szennyeződés esetén is viszonylag hamar eltömődhet a hőcserélő, és a hőszivattyú leáll. Másik tipikus probléma a kutak ingadozó vízhozama. Ahogy korábban már említettem a hőszivattyú működésének egyik alapfeltétele a folyamatos áramlás, a körfolyamat mindkét oldalán. Az állandó üzemzavarok elkerülése végett, víz-vizes rendszereket csak nagyon körültekintő előkészítés és hidrogeológiai vizsgálat után szabad létesíteni. Ma már minden komoly gyártó előírja a kútvizes rendszerek kialakításánál az ún. leválasztó hőcserélőt és a szennyfogót a hőforrás oldalon.

A legüzembiztosabb megoldás az ún. talajhős változat (más szóval geotermikus). Ebben az esetben műanyag csőhurkokat telepítünk a föld alá, amelyben víz és fagyálló keveréke kering. Ennek két változata terjedt el. A függőleges talajszonda és a talaj kollektor.

Talajszondák

A talajszonda általában 50-100m mély és 130-150mm átmérőjű furatba helyezett 32mm átmérőjű PE csővezeték pár (vagy 2 pár).  A talajban rejtőző hőt így közvetve a csőfalon és a furatba öntött tömedékelő anyagon keresztül a csőben áramló oldat szállítja az elpárologtatóba. A földfelszíntől lefele 18-25 méter mélységben a talaj hőmérséklete egész évben állandó 8-12 ˚C, és még mélyebbre haladva átlagosan 30 méterenként további 1˚C-ot emelkedik. Ennek köszönhetően egy jól megépített és megtervezett 100 méteres talajszondából akár 5-8 kW hő teljesítmény is kinyerhető. Az elérhető COP átlagosan 4-4,5.

A magas COP értéket, és általában a hatékony működést, akkor tudjuk biztosítani, ha a hőforrás és a fűtési rendszerben áramló fűtővíz hőmérséklete közötti különbség minél kisebb. Ennek érdekében ún. sugárzó fűtést kell alkalmazni. Ilyen például a padlófűtés. Nagyon praktikus tud lenni a mennyezet vagy falfűtés és egy talajhős rendszer kombinációja, mert ebben az esetben nyáron ezeket a felületeket passzív-hűtésre is lehet használni. A passzív hűtés úgy működik, hogy a téli üzemben a talajba „szállított” hideget nyáron „visszakeringetjük” a falba vagy a mennyezetbe.

Levegős hőszivattyúk a kertben

Megfelelő hőforrás- és hőleadó-rendszer alkalmazása esetén, a hőszivattyú a legkorszerűbb és leginkább környezetkímélő hőtermelő gép az épületgépészetben. Sajnos felépítéséből és ritkaságából adódóan drága berendezés és nem is valószínű, hogy valaha olyan olcsó lesz, mint egy gázkazán.
Ezzel együtt szerencsés lenne, ha minél szélesebb körben elterjedne, mert kiváló eszköz, hogy csökkentsük mértéktelen károsanyag-kibocsájtásunkat. 

    
*Léteznek gázmotoros és ún. abszorpciós hőszivattyúk is. Előbbit egy gázüzemű belsőégésű motor hajtja, utóbbinál hő indítja meg a folyamatot és értelemszerűen csak hűtésre használják.

** Az energiamegmaradás törvényéből következik, hogy a hatásfok 1-nél, vagy százalékban kifejezve 100%-nál nagyobb nem lehet. A marketingre viszont nem hat az energia-megmaradás törvénye így lehetséges, hogy a kondenzációs gázkazánok hatásfoka 109% vagy pl.: egy levegős hőszivattyú hatásfoka 3,4-es. Ezek nyilvánvalóan ökörségek és az ilyen információk kiadása a szakma szégyene. Az átverés magyarázata az, hogy bizonyos befektetett energiákat elfelejtenek beszámítani (pl. a hőszivattyúnál a környezeti energiát, hőforrást).

Ha ennél is jobban el szeretnétek merülni a témában, ajánljuk a cikk szakmai partnerét a Stiebel-Eltront.

Ha tetszett a bejegyzés, oszd meg ismerőseiddel. Ha nem, akkor is.
Csatlakozz a Furdancs Facebook-közösségéhez! Nem fogjuk megbánni.