Hőszivattyú

Mi a hőszivattyú, hogyan működik?

A hőszivattyú a környezet energiájának hasznosítására szolgáló berendezés, mellyel lehetséges fűteni, hűteni, melegvizet előállítani. A berendezés a működtetésére felhasznált energiát nem közvetlenül hővé alakítja, hanem a külső energia segítségével a hőt az alacsonyabb hőfokszintről egy magasabb hőfokszintre emeli, legtöbbször a föld, a levegő és a víz által eltárolt napenergiát hasznosítva. (Mert külső energia felhasználása nélkül , “magától” a hő csak melegebb helyről tud a hidegebb hely felé áramlani.)

A hűtőgép is hasonlóan működik: a szekrény belsejéből szállítja el a hőt, tehát hűti, majd ezt a hőmennyiséget a hátulján levő csőkígyón keresztül adja le.

Két hőcserélőt egy körvezeték köt össze. Egy kompresszor a csővezetékben olyan munkaközeget keringet, melynek igen alacsony a forráspontja, csak nagy nyomás alatt cseppfolyósodik.

A hideg oldali hőcserélő előtt a folyékony halmazállapotban lévő munkaközeg nyomását egy nyomáscsökkentő szelep leejti 1,7 bar-ra. Ekkor a munkaközeg hevesen elpárolog, -2°C-ra lehűl és a párolgáshoz szükséges hőt a hőcserélő másik oldalán átfolyó környezeti közegből vonja el, annak lehűtésével.

A 3°C-ra felmelegedett munkaközeget a kompresszor elszívja, besűríti 13,5 bar nyomásra, melytől a lecsapódó munkaközeg felmelegszik 73,5°C-ra. A lecsapódásnál

felszabadul az a hő, melyet a környezetből elvont, megnövelve a kompresszorba betáplált és hővé átalakult energiával. Mindezt az energiát a másik hőcserélőn áthaladva átadja a fűtési rendszerben keringő fűtőközegnek.

A hőszivattyú működtetéséhez szükséges hagyományos energiaforrások (villamos energia vagy földgáz) használata is. Kivétel, ha például napelemmel, biogázzal, vagy éppen szélenergiával biztosítjuk a működtető villamos energiát. A hőszivattyú használata azonban mindenképpen jelentős energia megtakarítást eredményez, még akkor is, ha hagyományos energiaforrásokat használunk is működtetéséhez. Mindemellett elősegíti a fosszilis energiahordozók gazdaságosabb felhasználását.

A hőszivattyú három fő alkalmazási területe a fűtés, a hűtés, valamint a melegvíz készítés.

Fűtés

A különböző hőforrásokból (levegő, víz, talaj) elvont hővel a hőszivattyú általában egy zárt körben keringetett folyékony alapú fűtőközeget melegít fel. Igazán gazdaságosnak az alacsony hőmérsékletű fűtési módokat nevezhetjük ilyen rendszerű fűtés mellett, mert ugyanúgy, ahogyan a napkollektoroknál, minél kisebb a fűtéshez előremenő hőmérséklet, annál nagyobb a rendszer hőszivattyú hatékonysága, azaz annál kevesebb energiát használ. Mindenképpen a nagy hőleadó felülettel rendelkező fűtési rendszerek tekinthetők gazdaságosnak, ahol már 30-35 °C körüli hőmérséklet is elegendő.

Ilyen, hazánkban is egyre elterjedtebb rendszer például a padló-, és a falfűtés, vagy a még kevésbé elterjedt mennyezetfűtés.

A fűtési rendszereken belül megkülönböztetjük a monovalens, és a bivalens rendszereket. A kettő között a különbség abból adódik, hogy míg a monovalens rendszerben a hőszivattyú képes a ház teljes fűtési energiaszükségletét biztosítani, addig a bivalens rendszerű fűtésnél kell a hőszivattyú mellé valamilyen kiegészítő fűtési berendezés, mint például egy napkollektoros rendszer, vagy egy bármilyen tüzelésű kazán.

Hűtés

A hűtési rendszer működési elve éppen fordítottja a fent említett folyamatnak, itt ugyanis a hőforrásként használt közeg veszi át a helyiségekből elvont hőt, majd lehűtve azt áramoltatja vissza.

Melegvíz-készítés

A hőszivattyús rendszer használati melegvíz készítésére is kiválóan alkalmas, azonban az ily módon elérhető maximális vízhőmérséklet felső határ általában körülbelül 60 °C, amely hőmérsékletnél nagyobb vízhőfokra háztartásokban nincs is szükség, csupán ipari alkalmazások esetén.

Speciális vízmelegítő funkciója is van ezen szerkezeteknek, ugyanis a hőszivattyú alkalmas kültéri, valamint beltéri medencék hőfokszintjének optimalizálására.

Milyen hőszivattyúk léteznek?

A hőszivattyúkat a hő forrása alapján három csoportba sorolhatjuk:

Levegő-víz hőszivattyúk (bővebb infóért kérem nyissa le)

A Levegő-Víz hőszivattyúk a külső levegő hőmérsékletét hasznosítják, mint a nyerő közeg energia forrása. Egészen extrém, -25 °C fokos külső hőmérsékletet is képesek hasznosítani bizonyos típusú hőszivattyúk.

A levegő mindenhol jelenlévő energia forrása a hőszivattyúnak, így bárhol és bármikor felhasználható. A Levegő-Víz hőszivattyú egy olyan ventillációs rendszer, amely a levegőt beszívja majd egy levegő hőcserélőn keresztül lehűti azt és visszaengedi a lehűlt levegőt a környezetbe. Minél alacsonyabb a külső levegő hőmérséklete annál kevesebb hőenergia hasznosítható belőle, ami azt jelenti, hogy azonos belső levegő hőmérséklet eléréséhez több befektetett elektromos áram szükséges. Így mondhatjuk, hogy a hőszivattyú COP értéke a hőmérséklettel arányosan változik. A Levegő-Víz hőszivattyú COP teljesítmény tényezője a legkisebb a Víz-Víz és Föld-Víz hőszivattyúk mellett, de az egyszerű és olcsó telepítése, kis helyigénye miatt a legelterjettebb hőszivattyú típus.

Előnyei:

  • szélsőséges hőmérsékletek között (-25 °C – +30 °C) is alkalmazható
  • egyszerűen, olcsón telepíthető
  • nem igényel előkészítést
  • bárhova telepíthető
  • könnyen integrálható a meglévő fűtési rendszerbe
  • a föld és vizes hőszivattyúkhoz képest kisebb beruházást igényel
  • kül- és beltéri típusok egyaránt léteznek
Víz-víz hőszivattyúk (bővebb infóért kérem nyissa le)

A Víz-Víz hőszivattyúk a hőenergiát legtöbbször a talajvízből nyerik, de lehetőség van bármilyen más vízforrás (tó, folyó, stb) felhasználására is. Megfelelő mennyiségű víz szükséges a hosszútávú működéshez. A Víz-víz hőszivattyúval lehetőségünk van aktív és passzív hűtésre egyaránt.

A hasznosítható energia szempontjából a Víz-Víz hőszivattyúk a legoptimálisabbak, a legtöbb hőenergiát állítják elő ugyanazon befektetett elektromos energiából az összes hőszivattyú típus közül. Ennek oka a viszonylag magas talajvíz hőmérséklet, amely nem változik jelentős mértékben a téli hónapokban sem. A Víz-Víz hőszivattyúk telepítéséhez két kútra van szükségünk egy nyerő és egy nyelő kútra. Ezek távolsága minimum 15 méter kell legyen. Fontos, hogy a nyelő kút vízhozama folytonosan tudja biztosítani a hőszivattyú működését, ugyanis a kút elapadása esetén a hőszivattyú nem üzemel. Lehetőség van próba fúrás végzésére, amellyel megállapítható a kútvíz minőség, szükséges e valamilyen szűrő elhelyezése, milyen minőségű hőcserélő kell az adott vízhez.

Előnyei:

  • legmagasabb COP : 5-7 (W10 – 10 C fokos vízhőmérsékleten mérve)
  • állandó COP biztosítása
  • passzív hűtés kialakításának lehetősége
  • nem szükséges alternatív fűtési rendszer
Föld-víz hőszivattyúk (bővebb infóért kérem nyissa le)

A Föld-Víz hőszivattyúk a föld hőjét hasznosítják, a földben elhelyezett hőcserélőn keresztül, ami lehet földkollektor vagy földszonda. A Föld-víz hőszivattyúval lehetőségünk van aktív és passzív hűtésre egyaránt. 

A felhasználható, kinyerhető energia szempontjából a Föld-Víz hőszivattyúk a Víz-Víz hőszivattyúk után a második helyen állnak. A rendelkezésre álló szabad földterület függvényében lehetőségünk nyílik földkollektoros vagy földszondás hőszivattyú alkalmazására. A felső talaj réteg úgy 100 méter mélységig a besugárzott napenergiát és a föld belsejéből érkező geotermikus energiát tárolja.

A Föld-Víz hőszivattyúk meglehetősen nagy föld területet igényelnek, a kellő hőenergia előállításához. Ha nincs elegendő helyünk ilyen földkollektor telepítésére, a földszondás kivitel a megfelelő választás. A Föld-Víz hőszivattyúk alkalmasak passzív hűtés ellátására is, így kellemes hőmérsékletet biztposíthatunk egész évben lakásunkban.

Föld-víz hőszivattyú (földkollektoros kivitel)

A földkollektoros hőszivattyúk a felső talajréteg hőjét hasznosítják, amit a napsugárzás és eső közvetít. A fagynak ellenálló szigetelt csövek 1.2 – 1.5 méter mélységben kerülnek elhelyezésre. Annak érdekében, hogy ne okozzunk kárt a kisebb kerti növényekben, virágokban, cserjékben a csövek egymástól minimum 30 cm-re kerülnek elhelyezésre. Maga a földkollektor csövek és a hozzá tartozó szerelvények költsége viszonylag alacsony a szükséges földmunkák költségéhez képest.

Előnyei:

  • 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

Föld-víz hőszivattyú (földszondás kivitel)

A földszondás hőszivattyú csöveit 60-100 méteres lyukakba helyezik, egy lyukba rendszerint 4 db (2 előremenő, 2 visszatérő) KPE cső kerül. A furatokat minimum 5 méterre kell elhelyezni egymástól, melyek a legmagasabb ponton egy osztó-gyűjtő szerelvényhez kapcsolódnak. A körök szakaszolható kialakításúak.

Előnyei:

  • 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

A hőszivattyúk körében felmerülő kifejezések, gyakori kérdések

COP érték

Az angol “Coefficient Of Performance” kifejezésből eredő rövidítés. Magyar nevén teljesítmény tényező vagy jóságfok. Ez egy mértékegység nélküli szám (hányados), amelyik azt mutatja meg, hogy egységnyi (pl. 1 kWh) befektetett villamos energiamennyiség hatására a hőszivattyú szekunder oldalán mennyi hőenergiát tudunk kivenni. Természetesen minél nagyobb ez az érték, annál jobb, annál gazdaságosabban tudunk a hőszivattyúval fűteni. Azt is látni kell, hogy a COP érték pillanatról pillanatra változik. Befolyásolja a hőforrásunk (víz, levegő) hőmérséklete, a másik oldalon előállított fűtővíz vagy levegő hőmérséklete, a keringető szivattyúk, ventilátorok darabszáma és pillanatnyi villamosenergia fogyasztása.

EER érték

Az EER az angol Energy Efficiency Ratio rövidítése. Magyarországon hűtési jóságfoknak nevezzük. Ez egy ipari szabvány amely azt mutatja meg, hogy a légkondicionáló berendezés az energia leadását (amely BTU/h-ban vagy kW-ban van megadva) adott elektromos energia felvételnél milyen hatékonyan végzi. Az EER a hűtőteljesítmény (BTU/h) és az elektromos felvétel hányadosa (W). Megegyező hűtőteljesítményű és energia felvételű berendezéseknél a nagyobb EER számmal rendelkező készülék a gazdaságosabb. EER az egyik legfontosabb jellemzője a légkondicionálóknak.

Energiabesorolás(hűtés) EER érték Energiabesorolás(fűtés) COP érték
A EER > 3,20 A COP > 3,60
B 3,20 >= EER > 3,00 B 3,60 >= COP > 3,40
C 3,00 >= EER > 2,80 C 3,40 >= COP > 3,20
D 2,80 >= EER > 2,60 D 3,20 >= COP > 2,80
E 2,60 >= EER > 2,40 E 2,80 >= COP > 2,60
NAPELEM KALKULÁTOR
Számolja ki gyorsan és könnyedén havi villanyszámlája alapján, hogy milyen konstrukcióra van szüksége