Az energiafogyasztás csökkentése miért ne valósulhatna meg a természetben már felhalmozódott hő befogásával a ház fűtésének szolgálatba állításával? A hőszivattyúkkal alternatív módon folytathatunk hőbányászatot.

A fűtéshez szükséges energiát az emberi történet jelentős részében égetéssel nyertük és nyerjük ma is. De ha a technológia mára lehetővé teszi, az energiafogyasztás csökkentése miért ne valósulhatna meg a természetben már felhalmozódott hő befogásával a ház fűtésének szolgálatba állításával? A hőszivattyúkkal alternatív módon folytathatunk hőbányászatot, lehet a miénk a környezetbarát ház.

A hőszivattyú elemei | Forrás: easykit.hu

Mi a hőszivattyú?

Igen szellemes találmány az energiafogyasztás csökkentése érdekében környezetszennyezés nélkül. Azon az elven alapul, hogy a gázok - paradox módon hangzik, de a hőszivattyú leírásakor nevezzük ezeket a következőben hűtőközegnek -  kitáguláskor, a térfogatuk hirtelen megnövekedése során hőt vonnak el a környezetükből. Ezért fagy majdnem az ujjunk a szódásszifonba tekert patronra. A kis térből nagyobba áramló széndioxid ugyanis hőt von el a levegőtől.

Ha viszont egy gázt összenyomunk, drasztikusan csökkentjük a térfogatát - pl. pumpálás közben -, hőt ad le. Ezért melegszik át a biciklipumpa csövét tartó tenyerünk, amikor felfújjuk a kerekeket. Ha ráadásul olyan anyagot alkalmazunk hűtőközegként, amelynek alacsony a forráspontja, azaz már kis hőmérsékleten képes egy kisebb térfogatú, folyékony halmazállapotból légneművé alakulni, jelentősen növeljük a hőszivattyú hatásfokát.

A berendezésben a hűtőközeg megfelelő ponton történő sűrítéséhez szükség van egy kompresszorra, amely a folyamat fenntartását is biztosítja. Akár jóval a nulla fok alatt lévő levegőből is képes energiát rabolni.

Ebben a keringésben a következő történik. A hűtőközeg a rendszer ún. elpárologtató részén gázneművé válik, kitágul. Ezen a ponton környezetéből - legyen az levegő, víz vagy éppen a talaj - hőt vesz fel.

A rendszerben ezt viszi magával, amíg a kompresszor sűrítő hatására hőjét a lecsapatóban leadni kényszerül, és immáron folyadékként folytatja útját a csövekben az újabb és újabb halmazállapotváltások ciklusai felé.

Hőáramlás a rendszerben

Hatékonysága persze nagyban függ attól, hogy mekkora a hőmérsékletkülönbség a kinyerésre használt víz, talaj, levegő, illetve a beltér hőfoka között. Egészen más az eredmény, ha a hőszivattyúnak egy télen is állandó hőmérsékletű 8-10 fok körüli vizes közegből (pl. 12 fokos talajvíz) kell elszipkáznia a hőt, vagy a mínusz 15 fokos (mert azért erre is képes) fagyos, külső levegőből.

A hőszivattyú tehát hangyaszorgalommal és kitartóan gyűjti otthonunkba a meleget, fosszilis energiahordozó felhasználása és füst kibocsátása nélkül - a kompresszor működését biztosító áram költségeit leszámítva -, szinte ingyen. Bizonyos rendszerek ráadásul nyáron hűteni tudnak, és még a melegvízről is gondoskodnak.

Honnan nyeri a hőt a környezetbarát ház hőszivattyúja?

Annak függvényében, hogy az energiafogyasztás csökkentése milyen közegben tárolt hő felvételével történik meg levegő (ezen belül levegő-levegő és levegő-víz), víz és geotermikus és hőszivattyúkat különböztetünk meg.

A kültéri egység

1. Levegő-levegő hőszivattyú

Az eljárás lényege, hogy az épületen kívüli - annak falán vagy éppen az udvar talapzatán elhelyezkedő - ún. kültéri egység a levegőből veszi fel a hőt. Az energiafogyasztás csökkentése éppen ezért  még télen is megvalósítható ezzel az eljárással, hiszen a benne keringő hűtőközeg forráspontja akár nulla °C is lehet. Nagyon alacsony hőmérsékleten történik meg a hirtelen gázzá alakulás (a folyamatot egy szakértő szinte robbanáshoz hasonlítja), amihez energiát kell eltulajdonítani a környezetből. Éppen ezért vannak olyan korszerű hőszivattyúk, amelyek akár -28 fok esetén is képesek fűteni az otthonunkat úgy, hogy a hőt a beltéri egység közvetlenül a szoba levegőjébe juttatja.

A szisztéma előnye, hogy kis helyigényű, megbízhatóan és költséghatékonyan működik. A gépészeti egység telepítése és a csövezés sem jár nagy felfordulással. Mivel a kültéri egység nem a lakásban működik, még a halk zúgása sem zavarja a nyugalmat.

2. Levegő-víz hőszivattyú

Ha a környezetbarát ház  vagy önellátó ház a cél  Magyarországon 90 százalékban az ebbe a kategóriába tartozó energiatakarékos megoldások közül választanak a megrendelők.  A fentihez képest a különbség annyi, hogy a gép a kinti levegőből nyert energiát egy hőcserélőn keresztül a benti vizes rendszernek adja le. A felmelegített víz a helyiségeket változatos hőleadókon keresztül melegítheti.

Ezek lehetnek padló, fal- vagy mennyezetfűtés elemek. A klasszikus radiátor formáról viszont le kell mondani, merthogy azok nem működnek hatékonyan alacsony hőmérsékletű fűtővíz esetén. Márpedig a hőszivattyú csak 30-35 fokosra hevíti a vizet.

Egy radiátor ilyen hőmérséklet esetén nem ad le a helyiség felfűtéséhez elegendő energiát. Ebben az esetben nem kell számolnunk azzal a légmozgással (egyesek huzatnak is érezhetik), amely a levegő-levegő szisztémáknál elengedhetetlen. További előnye, hogy biztosítja a melegvízellátást is – feltéve, ha nem ragaszkodunk feltétlenül a már-már égető forrófürdőhöz.

A levegő hőszivattyú hatásfoka

A hatásfok a rendszer jellegéből fakadóan változó. A külső levegő hőmérséklete a napról napra, sőt napszakról napszakra változik. Minél alacsonyabb a kinti hőmérséklet, annál kevesebb hőenergia hasznosítható belőle, ami azt jelenti, hogy azonos belső levegő hőfok eléréséhez több befektetett elektromos áram szükséges.

Mivel a készülék kültéri egysége hűti a közvetlen környezetét, gondoskodni kell arról, hogy ez a szegmens jól szellőztetett helyen álljon annak érdekében, hogy a lehűtött térbe távolabbról pár fokkal melegebb levegő áramolhasson. Megállapítható, hogy  a hőszivattyú  COP értéke a hőmérséklettel arányosan változik.

A COP (Coefficience of performance, azaz „jóságfok") pedig nem más, mint egy hatékonysági mutató. Azt jelzi, hogy a készülék 1 kW felvett elektromos áram segítségével, mekkora energiatermelésre, hőteljesítmény leadására képes. Pl. +7 fok és 35 fokos előremenő víz esetén egy 4-es COP értékű hőszivattyú, 3 Kw áramfelvétel mellett és 12 Kw-nyi energiát képes leadni. Vásárláskor tehát soha ne kerüljük meg a „jóságfokot”!

Fontos szabály a hőszivattyúk gazdaságos üzemeltetéshez, hogy a tervezéskor a fűtővíz hőmérsékletét a lehetséges legalacsonyabb szintre kalibrálják a fűtőfelületek méretének és elhelyezésének optimalizálása mellett: minél alacsonyabb a fűtővíz hőmérséklete, annál nagyobb a gépezet hatásfoka.

Ha pedig a gépészet működéséhez szükséges áramot napelemekből, vagy napelemes tetőcserépből nyerjük, fűtés szempontjából önellátó ház lehet az otthonunk. Ehhez azonban nem szabad megfeledkezni a megfelelő hőszigetelés kialakításáról sem.

Ház levegő hőszivattyúval | Forrás: easykit.hu

3. Az energiatakarékos megoldások sorában, ha víz a hőforrás

Ebben az esetben kiegyensúlyozottabb a hőszivattyú üzeme, mert víz jól vezeti a hőt. A talajvíz pedig még a téli időszakban is viszonylag stabilan 10-12 fokos hőmérsékletet tart. Logikus szándék tehát megdézsmálni ezt az energiaspájzot is.

Klasszikus megoldás ezen a téren, amikor két egymástól 10-15 méterre fekvő és ugyanabba a talajvízrétegbe kapcsolódó kutat ásnak: egy nyerőt meg egy nyelőt. A rendszer fontos alkatrésze: a hőcserélő.

A belé jutó víz hőenergiáját ezen a lemezes struktúrán keresztül képes felvenni  hőszivattyú hűtőközege úgy, hogy a folyadék, illetve a gáz természetesen két szeparált áramlási térben közlekedve, de egymáshoz igen közel ellentétes irányba halad.

A hőcserélő

Az itt lehűlt víz a nyelő kútba távozik, hogy a cirkuláció kezdődhessen elölről. Ezen rendszerek esetében a megakadályozandó  a vízben található részecskék túlzott lerakódását a hőszivattyú hőcserélőjében, érdemes a vízszállító kör külső pontján egy ún. leválasztó hőcserélőt beépíteni.

Ez felfogja ugyanis a vízben lévő szennyező anyagokat. Ha rendszeresen tisztítjuk, átmossuk, megóvjuk a fő hőcserélőt, amelynek a javítása költséges, és növeljük a hőszivattyú hatásfokát is.

További előnye a köztes hőcserélő alkalmazásának hogy nyáron a hűs kútvizet a belső fűtőkörbe engedve, abban keringtetve passzív hűtéshez jutunk, amely által 4-5 fokkal is csökken a helyiségek hőmérséklete.

A rendszer telepítése előtt - ha egyáltalán létesíthető az adott terepen kút - a vízhozam felmérése érdekében érdemes próbafúrást végeztetni. Nem árt megvizsgáltatni a víz összetételét sem, hogy a megfelelő hőcserélőt szerelhessük be. Bár az egyszeri telepítési költségek a levegős változattal összevetve magasabbak, hosszú távon kárpótol az 5-7 közötti COP érték.

Hőnyerés vízből | Forrás:

A önellátó ház megalkotásához és az energiatakarékos megoldások, az energiafogyasztás csökkentése lehetőségeinek további taglalása érdekében következő cikkünkben a nagy hatékonyságot és viszonylag állandó hőforrást biztosító geotermikus rendszereket vesszük górcső alá.