Hőszivattyúk

Az úgynevezett intelligens fűtési rendszerek az energiafelhasználásuk több mint 75%-t ingyenesen, a környezetből nyerik. Magyarországon – a legutóbbi felmérések szerint – a megújuló energiaforrásokat hasznosító épületgépészeti rendszerek aránya nem éri el a 4%-ot. Az intelligens, megújuló energiákat hasznosító épületgépészeti rendszerek csoportjához tartoznak a napkollektoros, használati melegvizet előállító és fűtésrásegítő, valamint a hőszivatytyús fűtési-hűtési rendszerek. Előbbiről részletesebben olvashatnak az Ezermester 2004/6. és a 2005/6. számában.

A hőszivattyú működési elve

A termodinamika II. főtétele szerint alacsonyabb hőmérsékletű közegből külső energia befektetése nélkül nem áramolhat hőenergia egy magasabb hőmérsékletű közegbe. Az a speciális berendezés, ami lehetővé teszi számunkra, hogy ezt mégis megtegyük, a hőszivattyú. Ilyen elven működik minden olyan gép, amely hidegebb helyről melegebb helyre közvetít hőenergiát, azaz hőszivattyúk dolgoznak a hűtőszekrényünkben, valamint a klímaberendezésekben is.
A hőszivattyú működésének alapja egy speciális „gázkeverék”, amely folyadék- és gázhalmazállapot-változásokon megy keresztül. A berendezés azt használja ki, hogy a folyadékok és gőzeik a rendszerben uralkodó nyomástól függően más-más hőmérsékleten párolognak el vagy csapódnak (kondenzálódnak) le. A hőszivattyú-rendszer egy körfolyamat, amelynek részei: a két hőcserélő, egy kompresszor, egy fojtószelep valamint az ezeket összekötő csővezetékek, amelyben a munkaközeg kering. Az egyik hőcserélő a lakás fűtővízkörével vagy HMV körével áll kapcsolatban, a másik pedig a talajban vagy a szabadban foglal helyet. A hideg oldali (talaj) hőcserélő előtt a folyékony halmazállapotban lévő munkaközeg nyomását egy nyomáscsökkentő szelep leejti kb. 5 barra. Ekkor a munkaközeg hevesen elpárolog, kb. 0 °C-ra lehűl, és a párolgáshoz szükséges hőt a hőcserélő másik oldalán átfolyó környezeti közegből (vízből, levegőből, termálvíz hulladékból, szennyvízből stb.) vonja el, annak lehűtésével.
A kb. 5 °C-ra felmelegedett munkaközeget a kompresszor elszívja, besűríti 15-25 bar nyomásra, amelytől a lecsapódó munkaközeg felmelegszik 40-60 °C-ra. A lecsapódásnál felszabadul az a hő, melyet a környezetből elvont, megnövelve a kompresszorba betáplált és hővé átalakult villamos energiával. Ezt a hőmennyiséget adja át a géphez kapcsolt fűtési rendszernek (pl. falfűtésben keringő víz), majd a folyamat ismétlődik újra és újra.
Amint látjuk a munkaközeg körfolyamatban történő mozgatását a kompresszor végzi, ami nem csak a gőz sűrítését, hanem a munkaközeg folyamatos áramoltatását is biztosítja. Ebből következik, hogy a hőenergia hidegebb helyről melegebb helyre történő áramoltatása nem ingyenes, ehhez külső energiát (a kompresszort hajtó energiát) kell igénybe venni. A kompresszor hajtása leggyakrabban villanymotorral történik, de adott esetben gázmotorral vagy gáz ill. gőzturbinás kompresszorral is megvalósítható.

A hőszivattyú jóságfoka

A különböző gépek hatásfokát egy egyszerű hányados adja, ahol a számlálóban a hasznosított energia szerepel, a nevezőben pedig a befektetett energia áll. A hőszivattyúnál annyiban más a helyzet, hogy itt a nevezőben a környezeti energia és a bevezetett energia összegének kellene állnia, ám mivel a környezeti energia ingyen van, a hatásfok érték számításból elhagyható. Annál is inkább, mivel ha benne marad, akkor a hatásfok százalékos értéke 100-hoz nagyon közelire jönne ki, és csak azt mutatná meg, hogy mennyi a berendezés házának hővesztesége, ami az értékeléshez kevés. A félreértéseket elkerülendő használják az ún. jóságfokot, ami a hasznos hőenergia értéke osztva a bevezetett mechanikus (pl. elektromos) energia értékével. Ez nem százalékos érték, és nem szigorúan vett hatásfok, de a hőszivattyúk egymás közötti értékeléséhez jól használható.

A hőszivattyús rendszerek csoportosítása

A hőforrás megválasztása a hőszivattyúk fűtési rendszerbe való betervezésének legfontosabb eleme, mert mind a beruházási, mind az üzemeltetési költséget jelentős mértékben befolyásolja. A hőszivattyús rendszereknél döntő többségben háromféle környezeti közeg jöhet számításba: levegő, talaj, talajvíz. Ezen kívül léteznek még egyéb hőforrások is, istállók meleg levegője, szennyvizek, melegvizű források, de a hőszivattyús rendszerek 95%-a a fenti három hőforrásra épül.
A levegő legnagyobb előnye, hogy mindenütt és gyakorlatilag korlátlanul rendelkezésre áll. A hőforrásként levegőt használó hőszivattyúk telepítése olyan helyeken célszerű, ahol a talaj minősége nem teszi lehetővé a földmunkák, fúrások elvégzését, pl. sziklás, gránitos területeken, hegyvidékeken.
A talajból kinyert hőt hasznosító berendezéseknek két fajtája használatos. Az egyik a talajkollektoros megoldás, amely nagy területű beruházások, ingatlanok esetén célszerű, ahol a kiemelt földterület a későbbiek folyamán feltöltésre kerül. Ebben az esetben 1,5-2 m mélyen egy ún. talajkollektor-mező kerül kialakításra, mely általában műanyag bevonatú rézcsövekből áll. Azokon a területeken, ahol a talaj lehetővé teszi furatok kialakítását, viszont nincs lehetőség nagyobb, összefüggő földterület kiemelésére, a talajszondás megoldás a járható út. A kivitelezések szempontjából az esetek 90%-ában ezt a megoldást szokták javasolni. Biztonságos, zárt rendszerben működő módszer, nem kíván nagy építési területet, nincs kitéve környezeti hatásoknak.
Végül essék szó a talajban található vízből kinyert hőt hasznosító berendezésekről. Ezeknek a telepítése olyan helyeken ésszerű, ahol a közelben vízpart, tó vagy folyó található. Hatásfok szempontjából minden kétséget kizáróan ez a rendszer a legjobb a felsoroltak közül. A víz/víz fűtőgép választásakor figyelni kell arra, hogy egyrészt rendelkezésre álló nyerőkút vízhozama legalább akkora legyen, mint a választott hőszivattyú névleges tömegárama, másrészt a vizet felhasználás után valahová el lehessen vezetni. A nyerőkútból kiemelt vizet célszerű a talajba, egy nyelőkútba visszajuttatni, hogy a talaj vízháztartása ne boruljon fel, mert a kiemelt és nem pótolt víz akár talajsüllyedést is okozhat.

Megéri-e hőszivattyút telepíteni?

A hőszivattyúkkal kapcsolatban két nyomósnak látszó ellenérv szokott felmerülni. Az első szerint a meghajtásához annyi elektromos energia szükséges, hogy ez a többlet felemészti a hőszivattyú által termelt hasznot. Ha összehasonlítjuk, hogy 100 kW hőtartalmú fosszilis energia eltüzelésével a különböző fűtőberendezések mennyi hasznos teljesítményt nyújtanak, látható, hogy míg egy olajkazán ~60 kWh, egy új gázkazán ~70-80 kWh, addig a legáltalánosabb, talajhőből dolgozó hőszivattyú ~120 kWh hasznos hőt termel. Mivel Magyarország gazdag termálvizekben, ez az érték a 200 kWh-t is elérheti. A hőszivattyúnál figyelembe vettük a villamos energia előállításánál keletkező veszteséget.
A másik kifogás, hogy csak olyan országokban éri meg a hőszivattyú alkalmazása, ahol a villamosenergiát olcsón, pl. vízierőművekkel állítják elő. Ha összehasonlítjuk a tüzelőanyagok árát és azok energiatartalmát, kiderül, hogy jelenleg hazánkban csak a földgáz versenyképes a hőszivattyúval. Olyan helyeken, ahol a földgázszolgáltatás még nincs kiépítve, a hőszivattyú a lehető legjobb megoldás. Amennyiben a jelenlegi nyomott ár emelkedik, a földgázzal ellátott területeken is gazdaságossá válhat a hőszivattyú használata. Hőszivattyús rendszerre való áttéréshez 2000 óta a háztartások is igénybe vehetik a kedvezményes kamatú lakás-felújítási hitelt. Aki komolyan gondolkozik egy ilyen rendszer kiépítésében, érdemes a további, éppen aktuális támogatásoknak is utánanéznie.