Bolygónk legjelentősebb ökológiai problémáját, a globális felmelegedést és az ezzel járó klímaváltozást az üvegház hatás okozza, amit az egyre fokozódó CO2 kibocsátás valamint a zöld felületek rohamos csökkenése vált ki. A hőszivattyút olyan energiatakarékos, költséghatékony berendezésként ismeri a szakma ,amely a környezetszennyezés elleni harc egyik hatékony eszköze lehet. Az épületgépészetben tapasztalható rohamos technikai fejlődésnek köszönhetően mára egy külön hőszivattyús iparág kezd kibontakozni, erre szakosodott gyártókkal, tervezőkkel, kereskedőkkel és telepítő cégekkel.

A hőszivattyú üzeme során nem magáért az energiáért fizetünk, hanem annak egy alacsonyabb, környezeti hőmérsékletszintről történő felemeléséért. A hőszivattyúkat többek között az különbözteti meg egymástól, hogy milyen környezeti hőforrást használnak. Használhatjuk a talajt (geotermikus hősziv.), a talajban található vizeket és a levegőt hőforrásként.
A környezeti levegő hőjét hasznosító berendezések általában kompakt, kedvezőbb áru, egyszerűen telepíthető berendezések. Hátrányuk, hogy alacsonyabb külső hőmérsékletek (-20C) mellett hatásfokuk romlik, bár a magyarországi téli átlaghőmérsékletet (0 – +2C°) tekintve ez nem igen szignifikáns. A geotermikus hőszivattyúk telepítése jóval bonyolultabb.
A föld hőjének hasznosítása érdekében mély lyukakat kell fúrni a talajba, amelyekbe talajszondákat helyeznek el. A fúrás és a szonda költsége igen magas továbbá a fúrást engedélyeztetni kell. A magas költség miatt a szondákat sokszor alulméretezik és azok nem képesek a megfelelő mennyiségű hőt elvonni a talajból. A problémát az okozza, hogy egy hirtelen lehűlés esetén megnő a fűtési igény és ekkor a talajból rövid idő alatt nagy mennyiségű hőt von el a szonda viszont a talajban a hőáramlás sebessége ezt nem képes követni. A talajvizes hőszivattyúnál nincs szonda, viszont itt költséges szűrőberendezéseket kell alkalmaznunk a hőcserélők védelmére valamint azokat a későbbiekben rendszeresen tisztítanunk kell. További problémát jelent, hogy a kutak nem mindig tudják tartósan rendelkezésre bocsátani a megfelelő mennyiségű vizet.

A forgalmazók gyakran igen magas COP értékeket közölnek, megtévesztve ezzel a tájékozatlan, nem szakmabeli vásárlókat. Ne felejtsük el, hogy a gyártók által közölt COP adatok kizárólag a berendezés fogyasztására korlátozódnak és nem veszik figyelembe a talajszondában lévő folyadék keringtetését végző szivattyú villamos fogyasztását! Ezen szivattyúk fogyasztása meghatározó, mivel egy talajszonda több száz méter kis átmérőjű csövet foglal magába és a szondákból jellemzően többre van szükség. A szivattyú nélkül a rendszer nem képez egy működőképes egységet, tehát a COP csak mindkettő figyelembe vételével értelmezhető. Gyorsan hozzáteszem, hogy a gyártók nem is tudják közölni a szivattyú adatait, mivel minden installációt külön kell vizsgálni, a szondákat méretezni alkalmazkodva a helyi talajviszonyokhoz. Ezért a korrekt tájékoztatás a megtérülési számításokat végző tervező és forgalmazó cég felelőssége!
Érdemes ellenőrizni, hogy a cégek által megadott COP értékek milyen hőfokhatárok között érvényesek. A hőszivattyú hatásfoka annál magasabb minél közelebb van egymáshoz az elpárolgási T0 és kondenzációs T1 hőmérséklet, ami az alábbi képlet alapján könnyen belátható.

Carnot körfolyamat

A teljesítménytényező a T1/T0 hőmérsékletviszony függvényében

(W=Wbc, mivel a hőszivattyúkban expanziós gép helyett fojtószelepet használunk)

A hőszivattyúkat eddig, mint elektromos űzemű berendezéseket (EHP) ismertük, melyekben általában hermetikus, scroll kompresszorok üzemelnek. 2005-ben hazánkba is eljutott a japánban már 1986 óta használt AISIN-Toyota gázmotoros hőszivattyú. A gázmotoros hőszivattyú ( Gas Heat Pump ) berendezésben egy földgáz üzemű, belsőégésű motor hajtja a kompresszorokat, egyesítve a gázmotor és a hőszivattyú előnyös tulajdonságait, mindezt úgy, hogy mellőzi a gázmotorokra jellemző magas zaj- és rezonanciaszintet, valamint a statikai problémákat okozó nagy tömeget. A GHP kültéri telepítésű, a hőt a levegőből vonja el, így nincs szükség kútfúrásra vagy talajszondára. A motor hűtővizéből és a kipufogógázból visszanyerjük a hulladékhőt, így egy igen magas fokú, energiahasznosítást érünk el.

Fűtési üzem

A GHP –k képesek teljesítményüket 10-100 % között fokozatmentesen szabályozni a fordulatszám modulálásával és az üzemelő kompresszorok számának változtatásával.
A motorok kiegyenlített, alapjárat közeli fordulatszámon üzemelnek. A fejlesztésüknél a Toyota elsődleges szempontja a hosszú élettartam és az alacsony emisszió elérése volt. Ezt jól példázza, hogy a nagyobb GHP-kba épített 2000 cm3 -es motor mindössze 20 lóerő teljesítményt ad le és karbantartási periódusa 10.000 üzemóra vagy öt év. A berendezések élettartama 20-25 év. A GHP alkalmas családi házak (Qf=26,5 kW –tól), irodaházak, szállodák, ipari létesítmények stb… fűtésére, hűtésére és HMV ellátására.
A GHP-t használhatjuk vizes rendszerben, amellyel fan-coilok, légkezelők és felületfűtési-hűtési igények hőellátását biztosíthatjuk vele vagy direktelpárolgásos hőleadókat köthetünk rá a VRV rendszerhez hasonlóan, egy kültéri egységre max. 63 db-ot, de ezek kombinációjára is lehetőség van. Lehetőség van két kültéri egység összekapcsolására és így egy rendszer maximális fűtőteljesítménye elérheti a 160 kW-ot. Ilyen rendszerek párhuzamos alkalmazásával akár MW – os nagyságrendű installációk is létesíthetőek További előnyt jelent ez a részterhelésen történő üzemnél, amikor az igény 50 % alá csökken és a páros egyik GHP- ja leáll. Két külön rendszer esetén mindkét GHP tovább üzemelne, de így éves szinten 30 %-al csökkenthető az üzemórák száma, ami 25 %-al kitolja az élettartamot.

Érdemes megvizsgálni, hogy az egyes rendszerek alkalmazása során milyen mértékű környezetterhelést váltunk ki. Ezt legjobban az energiafolyamok ábrázolásával szemléltethetjük. Egyértelműen kijelenthető, hogy az elektromos áram Magyarországon nem tiszta energia, mivel azt nagyrészt földgáz üzemű erőművekben állítjuk elő. Ideje magunkévá tenni a „Think globaly, act locally!” mottót, tehát, hogy gondolkozzunk globálisan és rendszerben, viszont cselekedjünk helyben.

A CO2 kibocsátás mértékét jól mutatja a rendszerek primerenergiára vonatkoztatott hatásfoka, tehát, hogy hány százalék fűtőenergiát képes előállítani 100% fűtőértékből. Ezt megfordítva adódnak a 100% fűtőenergiához szükséges fűtőérték százalékok, azaz, hogy 1 egység fűtőenergia előállításához hány egység fűtőértékre van szükség.

A CO2 kibocsátáson túl jelentős károkat okoz a hőszennyezés is. A frissvíz hűtésű erőművek hőszennyezésének következtében megnő a folyók hőmérséklete, aminek hatására csökken az oldható oxigén mennyisége. Ez az öntisztulás képességét rontja. Fokozódik az élőlények anyagcseréje és nő a mérgező anyagokra való érzékenység, ami fellazítja a fotoszintézis egyensúlyát.
Vessük össze egy kazán egy elektromos és egy gázmotoros hőszivattyú üzeme során keletkező hulladékhő mértékét. Az összehasonlítás megkönnyítése érdekében vezessük be a WH (hulladékhő) mutatót.

Látható, hogy a hőszennyezést tekintve a kazán emissziója ötöde, a gázmotoros hőszivattyú emissziója tizede a villamos hajtású hőszivattyúénak.
Be kell látnunk, hogy a korábbi nézetekkel ellentétben nem a földgázt kell száműznünk épületeinkből a CO2 kibocsátás csökkentése érdekében, hanem a földgáz felhasználásának a módját kell megváltoztatnunk!

Magyar Épületgépészet, LVI. évfolyam, 2007/6. szám
Az eredeti cikk itt olvasható

A működési tartomány:
hűtési üzemben: –10 °C és +43 °C külső száraz hőmérséklet között
fűtési üzemben: –20 °C és +18 °C külső nedves hőmérséklet között.

1. ábra

A fűtőteljesítmény –20 °C külső hőmérsékletig is csak 5%-kal csökken. A különböző gépek tetszőleges kombinációjával, a hagyományos VRV rendszerekhez hasonlóan igény szerinti teljesítmény állítható elő, akár 1000 kW-os nagyságrendben is.

A gépek rendelkeznek a Műszaki Biztonsági Felügyelőség engedélyével, CE, CSI és CISQ minősítésekkel.

Környezetvédelmi tervezést nem igényelnek. Az üzemeltet őnek csak bejelentési kötelezettsége van az elsőfokú környezetvédelmi hatóság felé.

Rendszertechnikai szempontból a 2. ábrán látható direkt elpárologtatós, és a 3. ábrán látható vizes rendszerek is kialakíthatók mivel a szolgáltatott hőmennyiséget döntően a levegőből nyerik, de felhasználják a motorhajtásra felhasznált gáz energiájának jelentős részét is.

A szakirodalomból ismert, hogy az alkalmazott hőtermelési megoldások közül a gázmotoros hőszivattyú igényli a legkevesebb primer energiát egységnyi hasznos fűtőteljesítmény előállítására! Ezzel az energiatakarékosság mellett jelentősen csökkenthető a CO2 és NOx kibocsátás is.

A berendezés olyan VRV hőszivattyú, ahol a hűtőkörben párhuzamosan kötött hűtőkompresszorokat helyeztek el, melyeket négyhengeres, OHC vezérlésű TOYOTA belsőégésű gázmotor hajt a teljesítmény-igénynek megfelelő számban. A további teljesítményszabályozás a gáz adagolással, a motor fordulatszámának beállításával folyamatosan történik.

A hőszivattyú fűtésre-hűtésre és HMV készítésre is alkalmas.

A hűtőkör – az elpárologtató kivételével – a gázmotorral és a segédberendezésekkel közös burkolat alatt helyezkedik el. A gép csak kültéri telepítésre alkalmas, de csendes üzeme
lehetővé teszi udvarra, tetőre való telepítését. Földgázzal és pébé gázzal is működik.

A fűtési üzemben folyamatos a leolvasztás a jegesedés elkerülésére, így a hőszolgáltatás is állandó. Az 1. táblázatban láthatók a teljes sorozat főbb jellemzői.

1. táblázat

Az előbbi esetre az ismert kialakítású magasfali, parapetes, mennyezeti, különféle kazettás és légcsatornázható beltéri egységek állnak rendelkezésre, de a gázmotoros hőszivattyú (GHP) ráköthető légkezelők direkt elpárolgással üzemelő hőcserélőjére is hűtési és fűtési célból.

Ha az épületbe hagyományos vizes hűtő-fűtő rendszert tervezünk, akkor a gépekhez készített hidraulikus blokk segítségével csatlakoztatható a GHP és a vizes rendszer. A blokkban elhelyezett hőcserélő hűtési üzemben elpárologtató, fűtésnél kondenzátor. Hűtési üzemben 7/12 °C-os, fűtésnél 47/42 °C-os vizet állít elő. Speciális igények esetén vegyes rendszer is kialakítható.

A HMV készítés a fűtési és a hűtési üzem esetében is megoldott.

Az alkalmazási lehetőségeket tekintve leszögezhetjük, hogy bármilyen funkcióval bíró épülethez betervezhető. A legkisebb teljesítményű géptől kiindulva, és figyelembe véve a tetszőleges nagyságú csoportok összeépítésének lehetőségét, nagyobb lakásoktól a nagy irodaházakig, kommunális, kereskedelmi stb. épületekig alkalmazható a GHP, amint erre Japánban és Nyugat Európában számtalan példa található.

Alkalmazásuk esetén nem kell kazánházat, kéményt építeni. Minimális villamosenergia-igénye miatt nem szembesülünk a szűkös elektromos hálózat bővítési költségeivel. Ugyanakkor a gépek gázigénye minimális és a gázvezetékek jobban
kiépítettek.

A fűtésre és hűtésre beépített gépek a kb. 50%-kal kisebb üzemköltség következtében 3-5 év alatt amortizálják a magasabb beruházási összeget.

A forgalmazást Magyarországon a LARING Mérnöki Iroda 2005 évben megkezdte.

Működő berendezés szállodában és egy nagy logisztikai bázison található. Az 1. ábrán látható gépek remekül vették az akadályt a néhány forró nyári napon is és a januári –20 °C-ban egyaránt. Jelenleg irodaház, lakóház tervezése és más létesítmények előkészítése folyik.

A gázmotor 5 év vagy 10 000 üzemóra után igényel karbantartást. A hőszivattyús hűtőkört használattól függően a szokásos gyakorisággal kell ellenőrizni.

Az érdeklődőknek tervezési segédlet áll rendelkezésére.

• Az eredeti cikk itt olvasható
• Laring Mérnöki Iroda

Régóta szerettük volna már mérési adatokkal igazolni az AISIN-Toyota gázmotoros hőszivattyú hatékonyságát. Tulajdonképpen már lett volna alkalom az energiahatékonyság demonstrálására, de nem tartottam kellően megkérdőjelezhetetlennek és támadhatatlannak az összehasonlítást. Két, egymástól 3 km távolságra fekvő családi ház gázfelhasználását vetettem volna össze. A kisebbik, 200 m2-es épület hagyományos, de jó minőségű hűtő-fűtő rendszerrel (atmoszférikus kazán – folyadékhűtő), a nagyobbik, 450 m2-es, AISIN- Toyota gázmotoros hőszivattyúval rendelkezik. Az épületek szerkezete nagyon hasonló, a hőátbocsátási tényezőket és az üvegezett felületek arányát illetően egyaránt. A hőleadó hálózat szinte azonos, mindkét ház esetében találunk padlófűtési (nappali, konyha, garázs, fürdő), radiátoros (fürdő, lépcsőház) és fan-coilos (szobák, hálók) köröket. Megkockáztatom, hogy a fogyasztói szokások sem térnek el egymástól túlságosan, mert a két épület ugyanannak a családnak a tulajdona. A két családi ház gázszámlái rendre 10%-os különbségen belül vannak egymáshoz képest, annak ellenére, hogy több mint kétszeres a különbség a fűtött térfogatban.

Sokkal hitelesebb képet mutatnak azonban a REGIO, országos üzlethálózattal rendelkező játék nagykereskedés XI. kerületi áruházának eredményei. A REGIO tulajdonosa azzal a kéréssel kereste meg cégünket, hogy szeretné modernizálni meglévő radiátoros fűtési rendszerét, amelyet három atmoszférikus gázkazán lát el hőenergiával, valamint szeretné megoldani az áruház gazdaságos hűtését és frisslevegő-ellátását.
Nagyon örültünk a megkeresésnek, mivel eddig kizárólag új építésű ingatlanokba telepítettük rendszerünket, és így a felkérés által alkalmunk nyílt az AISIN-Toyota gázmotoros hőszivattyú és a kazános rendszer pontosabb összehasonlítására.
Az áruház adatai:
– Alapterület: 1567 m2
– Fűtött térfogat: 6940 m3
– Hőveszteség: 241 kW
– Hőterhelés: 133 kW

Az áruház három átjárható csarnokból áll, amelyek szerkezete és belmagassága eltérő. Ami közös bennük, hogy mindhárom épületrész polcrendszerekkel van felszerelve a lehető legjobb helykihasználás érdekében. Ez a körülmény kizárta, hogy oldalfalra szerelt hőleadókkal lássuk el a fűtési és hűtési igényeket, ezért a légcsatornázható beltéri egységek mellett döntöttünk.
Az áruház hűtését és hőellátását 3 db AISIN-Toyota AXGP710D1NF földgáz üzemű, gázmotoros hőszivattyú és 11 db DAIKIN FXMQ200M emelt nyomású, VRV(III) légcsatornázható beltéri egység látja el. A légtechnikai rendszerbe segédenergia nélküli, változó geometriájú anemosztátokat terveztünk, hogy a fűtés és hűtés hatékonysága egyaránt magas fokú legyen. Ezek az anemosztátok fűtési üzemben vertikális, hűtéskor pedig horizontális befúvást valósítanak meg, aminek révén elkerülhető a nagy belmagasságú csarnokok felső szekcióinak akár 5 °C-os túlfűtése és a hűtési diszkomfort-érzet kialakulása.

Sajnos a hőpatronos befúvókat és a hővisszanyerős VAM frisslevegő-modulokat nem rendelték meg, pedig ezek beépítése még tovább növelhetné a rendszer hatékonyságát és az energiamegtakarítás mértékét. Szintén ront az eredményeken, hogy az „A” csarnok feletti, tetőtéri irodákat továbbra is az egyik régi kazán fűti, amelynek teljesítménye több mint kétszerese az irodák hőveszteségének – mint ismeretes, az atmoszférikus kazán hatásfoka részterhelésen erősen romlik – és a korábbi állapothoz képest a friss levegő felfűtése is többlet energiaigényt jelent úgy is, hogy a szellőztetés szakaszos üzemű. Az eredmények mindezekkel együtt is magukért beszélnek. A REGIO vezetősége rendelkezésemre bocsátotta a gázszámlákat 2005-ig visszamenőleg, amelyekben az 1. táblázatban bemutatott gázfogyasztási adatok szerepelnek.
Az elmúlt évi extrém enyhe tél miatt az összehasonlítást 2005-2006 telének adataival végeztem. A számlaidőszakok rendszertelensége miatt nehéz volt olyan időintervallumot kiválasztani, amelynek kezdete és vége mindkét év számláiban egyaránt szerepel.

A közelgő hűtési szezonra figyelemmel a továbbiakban vizsgáljuk meg, hogy milyen költséggel állítjuk elő a hideg energiát az AISIN-Toyota VRV rendszerrel és egy hagyományos megoldással, folyadékhűtővel, a REGIO által megadott jelenlegi energia-árszintekből kiindulva!

1 kWh (Aisin-Toyota) = 6,08 Ft + ÁFA
1 kWh (folyadékhűtő) = 11,4 Ft + ÁFA

Összefoglalás

A gázfogyasztási adatokból látható, hogy a hővisszanyerő nélküli frisslevegő-felfűtés, a nem megfelelő anemosztátok és az azonos gázmérőn lévő régi kazán ellenére is közel 30%-os megtakarítást mutatott fel a berendezés. Belátható, hogy az eredményt negatívan befolyásoló tényezők nélkül a megtakarítás elérheti az 50%-ot, mind fűtési, mind hűtési üzemben.
Tájékoztatjuk továbbá a Tisztelt Kollégákat, hogy 2008 májusában indítjuk a Magyar Mérnöki Kamara által akkreditált, díjmentes tervezői konferenciánkat és előadássorozatunkat, amelynek keretében bővebb információhoz juthatnak az AISIN-Toyota gázmotoros hőszivattyúról és betervezésének feltételeiről, valamint egy üzemlátogatás során működés köz- ben is megtekinthetik a terméket. Kérem, hogy részvételi szándékukat az info@aisin.hu címen jelezzék!

Kapcsolódó hivatkozások:

• Laring Mérnöki Iroda
• Magyar Épületgépészet 2008. április