Hőszivattyú - hőszivattyú kérdései
A hőszivattyú egy olyan eszköz, amely hőenergiát mozgat egyik helyről a másikra, a közvetítő közeg így lehűl, vagy felmelgszik. A hőenergiát elvonjuk valamilyen forrástól (hőnyerő közeg) és méshol azt leadjuk, hasznosítjuk. Fűtés esetében a hőnyerő közeg lehet levegő, víz vagy talaj, míg a hőátadás oldal a fűtendő tér. Hűtés esetén a hőenergia az ellenkező irányba áramlik, a hőt elvonjuk a tértől és a levegőbe, vízbe, talajba juttatjuk.
A hőszivattyú alapelve a Carnot-körfolyamat, amely során hőenergiát nyerünk ki egy alacsonyabb hőmérsékletű forrásból és azt egy magasabb hőmérsékleten hasznosítjuk. Ahhoz, hogy megemeljük a hőmérsékletet energiát kell befektetnünk, aminek a mértéke a kinyert hőenergia mértéke alatt marad a teljes körfolyamat során. Az arány a hasznosított hőenergia és a befektetett energia között az úgynevezett jósági fok, COP. A termodinamikai körfolyamatok széleskörű hasznosítását a múlt században kezdték meg főleg hűtőszekrények és egyéb hűtésre alklalmas eszközök formájában. A termodinamikai körfolyamatok fűtési hasznosítását csak az elmúlt évtizedekben kezdték meg. Az első hőszivattyús alkalmazások az USA-ban jelentek meg, ahol igény mutatkozott a nyári hűtés és téli fűtés megvalósítására. Az energia válság 1974-ben felkeltette az érdeklődést a hőszivattyúk iránt Európában és Ázsiában is. Németország, Skandinávia, Franciaország és Japán is fejlesztésekbe kezdett a hőszivattyúk terén. A stabilizálódó olaj ár és a viszonylag magas készülék árak a hőszivattyúk ismételt visszaszorulásához vezetett. Azonvan a 80-as évek végén a növekvő környezeti problémák, a növekbő CO2 kibocsátás következtében ismét felismerték a hősziavttyúkban rejlő lehetőségeket. A fellendülés eredménye a még megbízhatógg, még csendesebb kompresszorok és még gazdaságosabb hőszivattyúk megjelenése. A hőszivattyúk megjelentek a háztartásokban és az iparban egyaránt, mint gazdaságos energiatakarékos hűtési, fűtési eszközök.
A hőszivattyú a hőcserélő folyadékot áramoltatja egy párologtatón, kompresszoron, kondenzátoron és egy expanziós szelepen keresztül. A hőcserélő folyadék gáz halmazállapotúvá válik, felmelegszik, amint a hőt felveszi hőcserélőn keresztül a hőnyerő közegtől. Ezt követően a kompresszoron áthaladva tovább nő a hőmérséklete a sűrítés folyamán. A kondenzátorban majd lecsapódik, ahol leadja a hőt egy másik hőcserélőnek. Ezt nevezzük Carnot folyamatnak.
- Kondenzátor hőcserélő
- Expanziós szelep
- Elpároló hőcserélő
- Kompresszor
Ahhoz, hogy a hőszivattyút hűtésre is használhassuk egy váltó szelepre is szükség van, ami megfordítja az áramló hőcserélő folyadék, ezáltal a hőáramlás irányát.
A következő videón (1.1 MB) a hőcserélő folyadék elpárolgása (balra) figyelhető meg, amint alulról az expanziós szelepen (jobbra elöl) keresztül érkező folyadék a környezettől hőt elvonva gőzzé alakul (fent) és a kompresszoron (jobbra hátul) át a kondenzátorba kerül, ahol lehűl és kezdődik a folyamat előröl.
Az ideális termodinamikai körfolyamat leírását a francia Nicolas Léonard Sadi Carnot adta meg 1824-ben, mely folyamat idális estben megadja a hőszivattyú elméleti működését. A Carnot-körfolyamatból számított ideális COP-t a következő összefüggéssel kapjuk:
ahol a T_leadott a leadott hőmérséklet, míg a T_forrás a forrás oldal hőmérséklete.
Az ideális terodinamikai körfolyamat megmutatja, hogy a hőszivattyú hatásfoka leginkább a forrás és a fogyasztó oldal hőmérséklte különbségétől (T_leadott - T_forrás) függ. A hőszivattyú teljesítménye úgy növekszik, ahogy ez a hőmérséklet különbség csökken. A gyakorlatban nem érhető el az ideális állapot ezért a hősziavttyúk jellemzésére bevezetett mérőszám a következő:
Tehát a gyakorlatban a hőszivattyú jóságát a kinyert hőenergia és a befektett összes elektromos energia hányadosával számítjuk. A gyakolatban megvalósítható legnagyobb hatásfokot az elpárologtatás - kompresszió körfolyamat során érhetjük el, ami körülbelül a harmada az ideális Carnot körfolyamat hatásfokának.
Az ábrán látható, hogy a Carnot-körfolyamat hatásfoka meghaladja az egyéb valóságot jobban jellemző termodinamikai körfolyamatokét. A Rankine-körfolyamat írja le az erőművekben használt turbinák működését, ahol a hőforrást legtöbbször valamilyen fosszilis energiahordozó alapú égetés adja. A fő különbség, hogy a Rankine-folyamatban valamilyen szivattyút használnak a folyadék tömörítéséhez, míg a Carnot-folyamatban a gáz tömörítését kompreszor végzi. A szaggatott görbe mutatja a elektromos energia alpú párolgás-kompresszió körfolyamatot, melyet a hősziavttyúk esetében a gyakorlatban is alkalmazunk. Látható, hogy ennek a hatásfoka körülbelül az elméleti Carnot-folyamatnak a harmada. A Peltier gépek különböző anyagok elektromos energia hatására fellépó hőmérséklet gradiens kialakulását hasznosítják hűtésre és fűtésre egyaránt, de hatásfokuk a hőszivattyúé alatt marad. Az elektromos fűtés hatásfokáttekintjük a konstans 1-nek, mivel ehhez viszonyítjuk az összes többi rendszert.
A hőszivattyú kevesebb energiát (elektromos áram) használ, mint amennyit lead (hő). A kinyert hőenergia és a befektetett elektromos energia arányszámát teljesítmény tényezőnek (COP - Coefficient Of Performance) nevezzük, amely a hőszivattyú legfontosabb jellemzője. Ebben az értelemben a hőszivattyú hatásfoka nagyobb, mint 100% (általában 300-600% lehet).
A különböző hőszivattyús rendszerek használhatók fűtésre és/vagy hűtésre, melegvíz előállításre háztartási, ipari és mezőgazdasági méretekben egyaránt.
A hőszivattyúval működő rendszert három részre oszthatjuk:
- Hőnyerő közeg (hőforrás)
- A hőszivattyú és a hozzá kapcsolódó hőcserélők, amelyeken keresztül a hőátadó közeg és víz áramlik
- A hűtési, fűtési hálózat
A hőnyerő közeg lehet levegő, víz vagy föld. A hőnyerő közegtől egy "külső hőcserélő" szállítja a hőenergiát közvetlenül a hőszivattyúba a hőcserélő folyadék segítségével. Előnyös, ha a hőmérséklet különbség a hőnyerő közeg és a hőcserélő folyadék, a hőcserélő folyadék és a hőátadó oldal hőmérséklete között állandó. Ez egyes hőszivattyú fajtáknál nem kivitelezhető.
Az elosztó hálózat a hőszivattyú után lehet a fűtési, használati melegvíz rendszer vagy egyes hőszivattyú típusoknál a hűtési rendszer. Fűtés esetén a legoptimálisabb működést a korszerű alacsony hőmérsékletű fűtési módozatkonál érhetjük el, mint például a fal-, mennyezet-, szegély- vagy padlófűtés.
Igen a hőszivattyú megújuló energia hasznosítási eszköz. A legtöbb hőszivattyú közvetve a napenergiát hasznosítja. A hőnyerő közeg a levegő, talaj, víz esetén tárolja a nap sugárzását, amit a hőszivattyú hasznosít. A földszondás hőszivattyúk egyes fajtái alkalmasak a geotermikus energia hasznosítására.
A hőszivattyú hőforrása legtöbbször a közvetett napenergia a levegőből, vízből vagy földből. Ezenkívül lehet hőnyerő közeg bármilyen "maradék" hőenergia például ipari folyamatokból.
A levegő-víz (levegő:hőnyerő közeg, víz:hőátadó közeg) hőszivattyúknál a külső levegő hőmérsékletét hűtjük le a hőszivattyú hőcserélőjén átáramoltatva. A hőmérséklet különbséget felhasználva elpárologtatjuk a hőcserélő folyadékot a hőszivattyúban. A kompresszálás után a kondenzátoron lecsapódik a közeg és átadja hőjét a víznek, ami már a felhasználó rendelkezésére áll.
A víz-víz hőszivattyúk esetén a talajvíz, közeli folyó, tó vizét hűtjük le néhany fokkal átáramoltatva a hőcserélőn.
A föld-víz hőszivattyúk lehetnek földkollektoros vagy szondás kialakításúak. A földkollektoros föld-víz hőszivattúk egy kb. 1.5-2m mélyre fektetett nagy felületű (2-2.5 x a fűtött terület) csőkígyón áramoltatják a hőcserélő folyadékot, így hasznosítva a föld hőjét. A szondás kivitel kb. 60-100m mély lyukakba helyezett KPE csövekből áll.
Energia hatékonyság: A hőszivattyúk energia hatékonyak, mivel a befektetett (kifizetett) energiánál (elektromos) több energiát (hő) termelnek. A szolgáltatott és befektetett energia arányát a COP teljesítmény tényezővel írjuk le.
Környezetbarát:A hőszivattyúk megújuló és maradék, hulladék energiákat hasznosítanak a konvencionális fosszilis (olaj, gáz, szén) helyett.
Megtérülés:Az üzemeltetési költsége a hőszivattyúnak alacsonyabb, mint a hagyományos fűtési-hűtési módozatoknak. A kezdeti beruházási költség igaz magasabb, mint az egyéb konvencionális rendszereké, de a hosszú élettartamnak és a folyamatosan növekvő energia áraknak eredményeképp biztosan megtérül a hőszivattyús rendszer ára.
Egyes típusok előnyei és hátrányai:
- Víz-víz hőszivattyú:
- legmagasabb COP : 5-7 (W10 - 10 °C fokos vízhőmérsékleten mérve)
- állandó COP biztosítása
- passzív hűtés kialakításának lehetősége
- nem szükséges alternatív fűtési rendszer
- nagy mennyiségű vizet igényel
- jelentős munkálatok, hosszú előkészítést igényel
- kút elapadása esetén nem működik
- Föld-víz hőszivattyú (szondás kivitel):
- jó COP : 4.5-5 (B0 - 0 °C fokos talajhőmérsékleten mérve)
- állandó COP vel működik
- passzív hűtés kialakításának lehetősége
- a jövőbeni működés teljesen biztosított
- szinte bárhova telepíthető
- nem szükséges alternatív fűtési rendszer
- drága telepítés : fúrás
- nagy földmunkát igényel
- Föld-víz hőszivattyú (földkollektoros kivitel):
- jó COP : 4.5-5 (B0 - 0 °C fokos talajhőmérsékleten mérve)
- állandó COP vel működik
- >passziv hűtés kialakításának lehetősége
- a jövőbeni működés teljesen biztosított
- nem szükséges alternatív fűtési rendszer
- nagy földmunkát igényel
- hűtheti a fák gyökerét (min 2m távolságot kell tartani)
- nagy területet igényel (2-2.5 x a fűtött terület)
- Levegő-víz hőszivattyú:
- egyszerűen, olcsón telepíthető
- nem igényel előkészítést
- bárhova telepíthető
- könnyen integrálhaó a meglévő fűtési rendszerbe
- a föld és vizes hőszivattyúkhoz képest kisebb beruházást igényel
- kül- és beltéri típusok
- alacsony COP : 2.6-3.5 (A2 - 2 °C fokos levegőn mérve)
- hőmérséklet függő COP
- alternatív fűtési rendszert igényel
- beltéri kivitel esetén zajhatás (54 dB) figyelembe vétele
Hőszivattyú alkalmazásával lehetőségünk van házunk teljes fűtésének ellátására. Átlagosan egy hőszivattyú COP értéke 3-6 között változik, ami azt jelenit, hogy a fűtéshez szükséges energiának 1/6-t - 1/3-t kell befektetnünk elektromos áram formájában, a többit a hőszivattyú nyeri a forrásából. Ez azt jelenti, hogy máris olcsóbban fűtünk, mint vezetékes gáz esetén és ne felejtsük el, hogy a gáz árak növekedése napjainkban sokkal drasztikusabbak, mint az elektormos áram árának növekedése.
A hőszivattyú gazdaságosan és gyorsan tudja biztosítani a használati melegvíz ellátását is.
Alkalmas hőszivattyú típus választása esetén, házunk hűtését is megoldhatjuk a legmelegebb napokon is, lényegesen olcsóbban, mint bármilyen klíma készülékkel.
Az általunk forgalmazott hőszivattyúk, mind hosszú fejlesztések eredményei. Egytől egyig jóminőségű alkatrészekből állnak, melyek garantálják a minimum 40 éves élettartamot, amely időtartam alatt a hőszivattyú sokszorosan visszatermeli az árát a felhasználónak.
A föld-víz hőszivattyúk a nagy helyigény és a nagy földmunkálatok miatt nem javasoltak már berendezett vagy kisebb kertek esetén. Bár a munkálatok befejeztével semmi látható nyoma nem marad a hőszivattyús rendszernek. Levegős hőszivattyúk esetén nagyon fontos az elhelyezése a hőszivattyúnak, a megfeleő légáramlat biztosítása végett.
A hőnyerő közeg (hőforrás) és a fűtendő tér közötti nagy hőmérséklet különbség lecsökkenti a működési hatásfokot. A legoptimálisabb működés a két közeg közötti kis hőmérséklet különbség mellett érhető el.
Hol kaphatnék még részletes információkat a hőszivattyúkról?
Hőszivattyús árajánlat kérés!
Részletesebb ismertetők találhatók folyamatosan bővülő honlapunkon. Vagy érdeklődhet kollégáinknál a következő elérhetőségeinken.
Tovább
Kezdőlap
