Clever Heating Solutions
Fejezet 3

  • Hőszivattyú és a kondenzációs kazán > indkét hőforrás egy szigetelt modern épületben hatékony módja annak hogy alacsony hőmérsékletű fűtésrendszert tápláljunk
  • Hő előállítás hatékonysága > Mindkét rendszer tökéletesen működik alacsony hőmérsékletü radiátorokkal
  • Epületek energetikai felújítása > A radiátorokkal fűtött épületekkevesebb energiát használnak fel mint a padlófűtéssel ellátott épületek
  • A régebbi épületetek energetikai felújítása egy célravezetőbb módja az energia megtakarításnak.

Hőszivattyú

A csökkenő hőigénynek köszönhetően házainknak és irodáinknak kevesebb hőenergiára van szüksége a melegen tartáshoz. Ez teszi a hőszivattyút ideálissá a modern fűtési rendszerekhez. A talaj felszíne alatt néhány méterre a hőmérséklet egész évben egyenletes, nagyjából 10°C. A geotermikus hőszivattyúk ezt a lehetőséget használják ki, egy csőhurok segítségével – függőleges földalatti hurok - 100-150 m-re a földfelszín alatt, vagy egy vízszintes rácsszerkezet valamivel közelebb a felszínhez. Ezen a vezetéken általában víz/ etanol keveréket áramoltatnak, ahol a hőcsere végbemegy, mielőtt a felmelegített folyadék visszatér a szivattyúba, majd onnan a fűtési rendszerbe. A levegő-víz hőszivattyú egy hasonlóan jó alternatíva. Ezek a kültéri és/vagy beltéri elszívott levegőt használják hőforrásként.

 

Kondenzációs kazán

A legtöbb kazán egy égéstérrel rendelkezik ahol a hőcserélőn áthaladó égéstermékkel együtt rengeteg, nagyából 200°C -os hőmérsékletű hő a kéményen keresztül a szabadba távozik. Ezzel szemben a kondenzációs kazánok elöször az energia nagy részét leadják az elsődleges hőcserélőnek majd a füstgázban rejlő hőenergiát egy másodlagos hőcserélő segítségével is hasznosítják.

A kondenzációs kazán a gáz vagy olaj elégetése során hőjét leadja a fűtés rendszerbe és szerkezete úgy van kialakítva, hogy az elsődleges hőcserélőt követően a füstgázok lehűljenek benne, egészen addig, míg a füstgázban lévő vízgőz kondenzálodik, és párolgáshőjét leadja a kazánban keringő víznek mielött az visszatér a fűtés rendszerbe. (3.2 ábra). A fűtéshez ugyan gáz és olaj is használható, de a gáz használata jóval hatékonyabb, hiszen a gázzal fűtött rendszerekben a víz 57°C-on kondenzál, míg az olajjal fűtött rendszer esetében 46°C-on. A gázzal fűtött rendszer másik előnye az égéstermék magasabb víztartalma.

Minden kondenzációs kazán esetén szignifikáns az energia megtakarítás köszönhetően a tüzelőanyag hatékony égetésének: a kivezetett gáz hőfoka 50°C, összehasonlítva a hagyományos kazánok 200°C-on kilépő gázaival.

Mindként hőforrás hatékony módja egy alacsony hőmérséklető rendszer táplálására

A fent említett mindkét hőforrás hatékonyan alkalmazható a modern, jól szigetelt házak alacsony hőmérsékletű fűtési rendszereinek ellátására, amelyek ideálisak a radiátorokkal való használatra. A radiátorok alkalmasak bármely hőforrással történő üzemeltetésre, beleértve a megújuló energia forrásokat.

A hőtermelés hatékonysága

A kondenzációs kazánok akkor üzemelhetnek kondenzációs módban, ha az előre menő vízhőmérséklet 55°C alatt marad. Az így elérhető hatékonyság többlet a hagyományos kazánnal szemben 6% körül van olaj tüzelés esetén és 11% gázzal történő használat esetén. (Forrás: ASUE 2006). Már csak ez magában elegendő ok, hogy radiátorainkat alacsony hőmérsékletű üzemre tervezzük.

Hőszivattyúk is tökéletesen működnek alacsony hőmérsékletű radiátororkkal

A hőszivattyúkat általában a padlófűtéssel történő alkalmazásra javasolják, pedig tökéletesen alkalmasak az alacsony hőmérsékletű radiátorokkal való párosításra is. Az EN 14511-2 szabvány az ’évszakos teljesítmény változó’ (SPF) kiszámításának egy egyszerű módját írja le, a fűtésrendszer előremenő vízhőmérsékletével számolva csak. A számítás ezen módja kellően pontos SPF értékeket ad a padlófűtéses rendszerekre, ahol az előremenő és visszatérő vízhőfok különbsége általában alacsony, legtöbbször kevesebb, mint 5 K. Ez a leegyszerűsített módszer azonban nem alkalmazható a radiátoros fűtés esetén, ahol az előremenő és a visszatérő víz hőfoka közötti különbség nagyobb. Erre az esetre az EN 14511-2 egy jóval pontosabb módszert ajánl, számolva a visszatérő vízhőfokkal is. Ezt egyesítve az SPF-el kapjuk a CO Pa-t, az ’éves teljesítmény együtthatót’, amely leírja a hőszivattyú hatékonyságát, ahol az évszak hossza egy év.

Megjegyzés: A fűtésre és meleg víz előállításra használt, napelemmel kombinált kondenzációs kazán megközelíti a hőszivattyú teljesítményét. Forrás: ZVSHK, Wasser Wärme, Luft, Ausgabe 2009/2010

3.4 ábra CO Pa értékek a különböző tervezési vízhőmérsékletekhez, vegyes használatban, fűtésre és meleg víz előállításra, meleg víz, és csak fűtésre. A táblázat továbbá tartalmazza a kondenzációs hőmérsékleteket. A referencia épület egy modern, egy családos ház Münchenben, elektromos föld-hőszivattyúval szerelve. A CO P értékeket laboratóriumi mérések hitelesítették (Bosch 2009).

Abb. 3.4 Energiahatékonysági együttható COPa

Energiahatékonysági együttható COPa

CO Pa = A hőszivattyú által kinyert hőenergia és a befektetett elektromos energia arányszámát egy év leforgása alatt


Tervezett
hőfoklépcső
Kondenzálási
hőmérséklet
COPa
vegyes
COPa
csak fűtés
70/55/20 62,4 2,8 3,0
55/45/20 49,2 3,2 3,6
60/40/20 49,0 3,2 3,6
50/40/20 44,0 3,3 3,8
45/35/20 38,8 3,5 4,1
50/30/20 38,7 3,5 4,1
40/30/20 33,7 3,6 4,4
35/28/20 30,2 3,8 4,6

Elektromos föld-hőszivattyú. CO Pa értékek a referencia épületből (IV T Bosch Thermoteknik AB)

Hőszivattyúk is tökéletesen működnek alacsony hőmérsékletű radiátororkkal

Az eredmények kimutatták, hogy kimondottan ajánlott az alacsony hőmérsékletű radiátorok alkalmazása, ha hőszivattyút használunk hőforrásnak. A kisebb házakban a hőszivattyút gyakran használják a meleg víz előállítására is. Ha összehasonlítjuk a kombinált CO Pa értékeket, látható, hogy a jellemző alacsony hőmérsékletű radiátor rendszer tervezési vízhőfoka (45/35) 10%-al nagyobb hőszivattyú hatásfokot eredményez az 55/45-ös rendszerhez képest. A 45/35-ös rendszer és a jellemző 40/30-as padlófűtéses rendszer közötti különbség 3%, és 9% a 35/28-al összehasonlítva.

Épületek energetikai felújítása

Alacsony hőmérsékletű radiátoros rendszerek kevesebb energiát fogyasztanak mint a padlófűtésel fűtött épületek

Öregebb épületek energia hatékonyságát növelve több energiát takaríthatunk meg.

Röviden: az alacsony hőmérsékletű radiátorokkal szerelt fűtési rendszerrel rendelkező épületek kevesebb energiát fogyasztanak, mint a padlófűtéssel rendelkezők, még akkor is, ha a hőforrás egy hőszivattyú. A CO P értékek különbségét kompenzálja az alacsony hőmérsékletű radiátorok energia hatékonysága.

Épületeink, különösen a lakóépületek egy energia fogyasztási spirálban vannak. Európában a legnagyobb, önálló energia felvevő szektor az épületek. Kézenfekvő hát, hogy energia megtakarítási akcióinkat az épületek energia fogyasztásának csökkentésére kell koncentrálni. Ugyanakkor a modern épületek (új vagy megfelelően felújított) nem kimondottan a probléma forrásai, ha energia fogyasztásról van szó. A német épületeket alapul véve az 1982 után épült új épületek aránya mindössze 23% a teljes sokasághoz képest, mégis a fűtési energia fogyasztás mindössze 5%-át adják. Más szavakkal: az öregebb épületek energia hatékonyságát növelve hatékonyabbak lehetünk mi is, és több energiát takaríthatunk meg.

Egy épület teljes energia mérlege a beáramló és a kiáramló energiákból áll össze.

Egy épület teljes energia mérlege a beáramló és a kiáramló energiákból áll össze. A potenciális hűtési energia nem szerepel az adatokban. A példában szereplő épület energia áramlását az alábbiak szerint lehet jellemezni:


Ezek az adatok egy többszintes, öreg épület példa adatai, ahol a jellemző fűtési hőigény, beleértve az átsugárzó hőveszteséget és a szellőzést, nagyjából 240 kWh/m2. Amennyiben más épülettípusokra akarunk becslést végezni, a következőket kell figyelembe vennünk: felületek mérete, U-értékek és szellőző légáram mértéke. Például egy egyszintes ház jóval nagyobb hőveszteséggel bír a tetőn és a padlón keresztül a többszintes épülethez képest.

Fűtési hőenergia szükséglet és fajlagos hőterhelés

Összegezhetjük a hőigényt, kWh/m2a, és a fajlagos hőterhelést, W/m2, a különböző német épületek energia szükségletének meglévő statisztikai adatait alapul véve.

Most nézzük meg, hogy mi történi, ha korábbi többszintes épületünket felújítjuk, és újra számoljuk az adatokat. Az eredeti adatokat megállapíthatjuk a 3.9-es ábrában található diagramból, ahol a fűtési hőigény 240 kWh/m2a és a hőterhelés 120 W/m2. Fejlesztjük az épület szerkezetét és szigetelését. Az új U-értékek a következők:

- Külső falak U = 0,24 W/m2K
- Ablakok és ajtók U = 1,3 W/m2K
- Tető U = 0,16 W/m2K
- Padló U = 0,5 W/m2K
  Uw.közép = 0,40 W/m2K

 

Amennyiben a felületek nem változnak és a szellőző légáram mértéke is változatlan, kiszámíthatjuk a szigetelés indukálta hatást. Az átsugárzó hőveszteség 31%-ra csökken, míg a területtel súlyozott U-érték, Uw. közép = 1.3 W/m2K lecsökken Uw.közép = 0.40 W/m2K-ra. Azonban a szellőzés nem változik, így a teljes hőveszteség csökkenése csak 44.3% lesz.

Megjegyzés: Ezt a széles körben elteljed szigetelés fejlesztő beruházást sokszor a jobb ablakok és a megnyerőbb homlokzat, nagyobb hőkomfort és egészségesebb beltéri környezet iránti igény indukálja.

Nowy schemat udziału strat będzie następujący:

- Szellőzés és szivárgás 65,1 %
- Külső falak 11,4 %
- Ablakok és ajtók 16,1 %
- Tető 3,6%
- Padló 4,4%
  összesen 100%

 

A hőterhelés 44.3%-al csökken az eredeti állapothoz képest. Az új fajlagos terhelés 67 W/m2 és a 3.9-es ábrából kiolvasható, hogy az ennek megfelelő fűtési hőigény nagyjából 100 kWh/m2a.