Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád2013. november 11....

Mőszaki és Természettudományi Konferencia

Mőszaki Szekció (M136)2013. november 11. 16:50–17:10

Magyar fejlesztésőgeotermikus

hıszivattyúcsaládKOMLÓS Ferenc

a Magyar Napenergia Társaság (ISES Hungary) Szoláris hıszivattyúk munkacsoportjának vezetıje

[email protected]

Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád

Elıadás tartalma

GCHP (Ground Coupled Heat Pumps) GWHP (Groundwater Heat Pumps) SWHP (Surface Water Heat Pumps)

● A hıszivattyúzás legfontosabb ismeretei.

● A fejlesztés piaci igénye.

● A fejlesztés sarokpontjainak bemutatása kapcsolási rajzokkal, vázlatrajzokkal és diagramokkal szemléltetve.

● A MAGYAR TERMÉK NAGYDÍJ-jal (2012) kitüntetett Vaporline® márkanevő hıszivattyúk referenciáinak bemutatása.


Mottó

„A jövıt nem lehet megjósolni, de a jövıket föl lehet találni. Az ember feltaláló képessége hozta létre az emberi társadalmat.

A feltaláló elıször elképzel valamit, ami eddig nem létezett, de aminek létrehozása kívánatosnak tőnik számára.

Ezután racionálisan kezd gondolkodni elıre és hátra, amíg a meglévı valóságtól eljut találmánya megalkotásához.”

Gábor Dénes (1900–1979)

Forrás: Marx György: A MARSLAKÓK ÉRKEZÉSE (392. oldal). Akadémiai Kiadó, Budapest, 2000.


A legegyszerőbb hıszivattyúvázlata és mőködése


R 407C munkakR 407C munkaköözeges egyszerzeges egyszerőő hhııszivattyszivattyúúnyomnyomááss––entalpia entalpia [[lg(lg(pp))––hh]] diagramjadiagramja

A diagramonA diagramon** a folyada folyadéék, a gk, a gıız z éés a ks a kéétftfááziszisúú mezmezıı llááthatthatóó; K: kritikus pont.; K: kritikus pont.**A fA füüggggııleges koordinleges koordináátata--tengelyen aztengelyen azéért alkalmazzrt alkalmazzáák a logaritmikus lk a logaritmikus lééptptééket, mert ellenkezket, mert ellenkezııesetben a kesetben a kéétftfááziszisúú mezmezıı izotermizotermáái kis nyomi kis nyomáásokon tsokon túúlslsáágosan gosan öösszessszesőőrrőőssöödndnéének.nek.


A hıszivattyúzás jellemzıi

● A hıszivattyú jellemzıje: az üzemeltetésére, illetve a mőködésére bevezetett villamos energiát – természeti közvetlen energiaforrás felhasználásával – megtöbbszörözi, napjainkban 3,0–7,0-szeresére. ● A XXI. század egyik leghatékonyabb mőszaki eszköze annak, hogy energiát takarítsunk meg. ● A különbözı főtési megoldások között a hıszivattyús technika kiemelkedı minıségi elınyei:

– nincs helyi károsanyag-kibocsátása, – megújuló energiát hasznosít és – használata az energiahatékonyság növekedését jelenti.

● A geotermikus hıszivattyúval való főtés és hőtés olcsóbb, mint az olaj-, gázfőtés, illetve a folyadékhőtıvel vagy az ún. „légkondi”-val történı hőtés és a megtérülési ideje rövid [2].


A legegyszerA legegyszerőőbb hbb hııszivattyszivattyúú elvielvi kköörfolyamata: rfolyamata: a Carnota Carnot--ffééle kle köörfolyamat rfolyamat éés ks kéépleteplete Forrás: [1]

● A hıszivattyú Carnot-féle körfolyamata reverzíbilis, ideális hıkörfolyamat, egy (veszteségmentesen megfordítható) elvi körfolyamat. Ezért a munkafolyamatot határoló vonalak vízszintes, ill. függıleges egyenesek: izotemikus elpárolgásból ill.kondenzációból, valamint izotropikus expanzióból és kompresszióból álló állapotváltozások.

COPCarnot = TC /(TC – TO) ahol:– COP: coefficient of performance angol szavak rövidítése – T [K] = t [°C] + 273

● A hıszivattyúra jellemzı elméleti ún. COPCarnot a kondenzátor és az elpárologtató hımérséklet-adataiból kiszámolható.


A legegyszerA legegyszerőőbb hbb hııszivattyszivattyúú elvi kelvi köörfolyamata: rfolyamata: a Carnota Carnot--ffééle kle köörfolyamat rfolyamat áábrbráázolzoláásasa Forrás: [1]

A hımérséklet–entrópia diagramon a munka illetve a

hı területként jelenik meg.

A T – s diagramon csak az állapotváltozás vonala

alatti területnek van jelentısége.


„Hatékonysági mutatószám”: SPF [kWh/kWh]

● Az SPF-et a 2008. decemberi ún. EU RES megújuló energiadirektíva rögzíti. Angol nyelvő rövidítésbıl származik (seasonal performance factor), magyar fordítása: szezonálisteljesítmény-tényezı. Dr. Büki Gergely nyomán átlagos főtési tényezınek is nevezzük. Az egy főtési szezonban a hıszivattyú által a főtési rendszerbe bevitt energiamennyiség [kWh] osztva a hıszivattyú és az ún. primeroldali szivattyú (vagy ventilátor) által felvett villamosáram-fogyasztás összegével [kWh]. ● Felhívom a szíves figyelmüket, hogy a megfelelı minıségőhıszivattyú, pl. a COP illetve εf [kW/kW] hıszivattyúra jellemzıérték csak szükséges, de nem elégséges feltétel ahhoz, hogy a létesített hıszivattyús rendszer SPF illetve átlagos főtési tényezıje[kWh/kWh] értéke is elvárható értékő legyen!


Főtési tényezı (COP [kW/kW] illetve εf [kW/kW])mérési eredmények Forrás: [1], CH WP Test Center, Rybach L.Prof. em.


Hıszivattyús rendszerek átlagos főtési tényezıje (SPF [kWh/kWh]) különféle hıszivattyúknál

Forrás: [3], Fanninger, European Heat Pump Association Version 1.1-2008, p.5


Az EU hıszivattyús szisztémájától eltérımagyar elméleti és gyakorlati fejlesztés jellemzıi (1)

● A fı probléma, amely a rendszer átlagos főtési tényezıjét az (SPFértékét) lerontja az,– hogy a hıszivattyú körfolyamata instabil, ami azt jelenteti, hogy azonos talajhımérséklet és főtési hımérséklet esetén a kimenı főtési teljesítmény igen tág határok között ingadozik,– és a hıszivattyúk kimenı főtési teljesítménye valamint ezzel arányosan az átlagos főtési tényezıje részterheléseknél – pl. magas talajhımérséklet, alacsony főtési hımérsékletnél az átlagos főtési tényezıalig, vagy egyáltalán nem nı! A fentiek következménye, hogy a lehetséges hatékonyságot a hıszivattyúk nem közelítetik meg, és ezáltal a vártnál lényegesen nagyobb üzemköltségen dolgoznak!● A fejlesztés lényege a hatékonyság, az SPF érték növelése, a CO2-megtakarítás maximalizálása és a főtési elıremenı hımérséklet 60 °C fölé emelése volt, az energiahatékonyság megtartása mellett.



Ezeket a célokat egyrészt a Copeland EVI gızbefecskendezéses kompresszorokra alapozott reverzáló (váltószelepes), multifunkciós [főtı –aktív hőtı – használati melegvíz- (hmv-) termelı] körfolyamat kidolgozásával, szabadalmi mintaoltalom alá helyezésével érték el. Ez a körfolyamat az alapja a hıszivattyúk magas főtési hımérsékleten is megfelelı SPF értékő alkalmazásának. Lásd: ábrák, forrás [1].


Kompresszorok fejlıdése: a dugattyús, a csavar, a kördugattyús és a Scroll-kompresszor vázlatrajzai, a Scroll-kompresszor mőködésének magyarázó ábrája és a hozzá tartozó fotó

Forrás: [1]


A magyar hıszivattyú-fejlesztés elvi kapcsolása és elvi körfolyamata nyomás–entalpia diagramban

Forrás: Geowatt Kft. (A Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatalban bejegyzett szám: U 06 00213)


Váltószelepes ún. reverzáló multifunkciós (főtı,hőtı és hmv elıállító) hıszivattyú elvi kapcsolása

Forrás: Geowatt Kft.



● Minden olyan elemet integráltak a hıszivattyús körfolyamatba, amely stabilizálja a hıszivattyú körfolyamatát, a kimenı főtési teljesítményt az egyes hıfokszinteken. ● Stabilizálja és a lehetı legkisebb értékre szorítja a túlhevítést, így az SPF értéket növelni képes. Ezt biztosítja az elektronikus expanziós szelep, a hőtıközeg tartály, valamint a szabályzó és monitoring rendszer.● A fejlesztés a fentieken túl a hıszivattyúk felhasználásának ill. kihasználhatóságának növelésére irányult. Így olyan multifunkciós készülékek lettek kifejlesztve, amelyek a főtési funkció mellett aktív hőtésre ún. desuperheatert használnak (ez egy elsıdleges hıcserélı, amely a körfolyamat túlhevítési hıjét használja hmv készítésére). Ezáltal a rendszer fajlagos beruházási költsége csökken.


A használati meleg víz (hmv) elıállításának egyik megoldása diagramokban. Forrás: [1]

● A hımérséklet–entrópia (T–s) diagramban a túlhevítés piros színnel van jelölve. ● A nyomás–entalpia (log p–h) diagramot a körfolyamat energetikai számításához használjuk.



● Jelezzük, hogy az EU-ban forgalmazott hıszivattyúk jelentıs része csak főtési funkcióra alkalmas.● A fejlesztéssel az eddigiektıl eltérı, lényegesen jobb SPF értékőrendszerek kivitelezése történt meg meglévı kazános, radiátor hıleadójú főtési berendezések hıszivattyús rendszerre történıátalakításakor is.● Olyan új termék elıállítása történt, amelynek alkalmazása más megvilágításba helyezi a hıszivattyúk alkalmazhatóságát.● Ezzel a fejlesztéssel most lehetıségünk lenne, hogy egy olyan technika élvonalába kerüljünk, amely technikát világszerte mind szélesebb körben alkalmaznak, és megfelelı hazai támogatással, folyamatos fejlesztéssel, jelentıs exporttevékenységet gerjeszthetnénk.



● Magyar Termék Nagydíj®-jal kitüntetett Vaporline® fantázianevőhıszivattyúcsalád ünnepélyes díjátadása 2012. szeptember 4-én volt a Parlament Felsıházi Termében. A trófeát (hollóházi porcelánváza) és az oklevelet Bencsik János, az Országgyőlés Gazdasági és Informatikai bizottságának tagja az Energetikai Albizottság elnöke adta át Fodor Zoltán (Geowatt Kft.) fejlesztımérnöknek.

● Jelzem, hogy a Habsburg-ház uralma idején lakosságunkösszefogott és kizárólag magyar termékeket vásároltak. Napjainkban az ilyen hozzáállás lehet fejlıdésünknek egyik iránya, ha terményekre és termékekre egyaránt alkalmazzuk.


Referencia (1)

Szállodába és családi házakba tervezett multifunkciós hıszivattyúk a békéscsabai gyártóüzemben Fotó: Fodor Zoltán


Referencia (2)

Földhı hıforrású hıszivattyúval főtött – hőtött autószalonról készült fotó és a várható megtérülési idı Forrás: [4]. Fotó: Tulok András

─ A rendszer beruházási költsége nettó listaáron: 21 953 000 Ft.─ A 100 kW teljesítményő földgázkazános és 100 kW teljesítményőfolyadékhőtıs hıközpont várható kiépítési költsége a kémény, gázközmőkiépítést is figyelembe véve minimum 15 000 000 Ft.─ A várható megtérülési idı az éves üzemeltetésiköltség-megtakarítás alapján (a fenti ún. hagyományos főtési-hőtési megoldáshoz viszonyítva): (21 953 000 – 15 000 000)/3 818 933 = 1,82 év ~22 hónap, nincs 2 év!


Referencia (3)

A nagykırösi strand és termálfürdıForrás: [5]. Fotó:Járó Attila (Spring Projekt Kft.), Fehér János (Delta-F Kft.) és Komlós Ferenc


Referencia (4)

Alsótagozatos iskola és konyha, Szakályon.Földgázkazán kiváltása geotermikus hıszivattyúval –Hıszivattyú radiátoros főtéshez Forrás: [6]. Fotó: Fodor Zoltán


Referencia (5)

Ivóvíz hıhasznosítása (radiátoros főtés – hmv) hıszivattyúval.A Zalavíz Zrt. Vastalanító épületérıl és a beépített hıszivattyúkról

készült felvételek Forrás: [7,8]. Fotó: Fodor Zoltán


Irodalom

[1] KOMLÓS Ferenc – FODOR Zoltán – KAPROS Zoltán – Dr. VAJDA József – VASZIL Lajos:Hıszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára. (Heat Pump Systems. To the centenary of thebirth of Laszló Heller) Komlós Ferenc Dunaharaszti, 2009. ISBN 978-963-06-7574-1 (ISBN 978-963-06-8297-8)

[2] Fodor Zoltán – Komlós Ferenc:– Érvek, adatok, számítások a hıszivattyúk alkalmazásához. Gondolatok jelenünkrıl és jövınkrıl.

Mérnök Újság 2013. JÚNIUS–JÚLIUS digitális változatában + PLUSZ, 62–64 oldal.– Fúrólyuk-hıcserélıs hıszivattyús rendszerek megtérülése.

Magyar Installateur, 23. évfolyam, 2013. augusztus – szeptember, 46. oldal. [3] Komlós Ferenc: Gondolataim a hıszivattyúzásról.

Magyar Épületgépészet, LIX. évfolyam, 2010. július–augusztus szám, 32–34 oldal.[4] Kaszanitzky Csilla – Komlós Ferenc: Új autószalon Fóton magyar hıszivattyúval.

– Építészfórum honlapon (2012. július 19. 07:46).– Magyar Installateur, 22. évfolyam, 2012. október, 35 – 36 oldal.

[5] Fodor Zoltán – Komlós Ferenc:– Termálvizes fürdı bıvítése hıszivattyúk alkalmazásával.

Energiagazdálkodás, 52. évfolyam, 2011/6. szám, 17–20 oldal.– A nagykırösi strand energiatudatos bıvítése.

Magyar Épületgépészet, LXI. évfolyam, 2012/3. szám, 22–26 oldal.[6] Fodor Zoltán – Komlós Ferenc: Földgázkazán kiváltása geotermikus hıszivattyúval ─ Hıszivattyú radiátoros főtésnél.

Magyar Épületgépészet, LXII. évfolyam, 2013/5. szám, 15–17 oldal.[7] Fodor Zoltán – Komlós Ferenc: Ivóvíz hıhasznosítása hıszivattyúval.

Magyar Épületgépészet, LXII. évfolyam, 2013/7-8. szám, 12–16. oldal.[8] Fodor Zoltán – Komlós Ferenc – dr. Balikó Sándor: Ivóvíz hıjének hasznosítása.

Energiagazdálkodás, 54. évfolyam, 2013/5. szám, 17–19 oldal.

Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád2013. november 11....

Documents

Transcript of Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád2013. november 11....