A hÅ‘szivattyú működési elve gyakorlatilag megegyezik a hűtÅ‘szekrénnyel, csak technikailag "ki van fordÃtva". A hűtÅ‘szekrényben egy speciális folyadék áramlik, ami egyrészt belül hűt, másrészt a hűtÅ‘ hátoldalán, ahol fűti a rácsot.Fogalmazhatunk akár egy kicsit szakszerűbben is: kÃvül hÅ‘t ad le, belül pedig hÅ‘t vesz fel.
Ehhez a történéshez ismernünk kell azt a fizikai jelenséget, hogy a kitáguló illetve elpárolgó anyag hÅ‘t vesz fel környezetébÅ‘l, az összesűrÃtett anyag pedig hÅ‘t ad le. Amikor a szifonpatronban hirtelen lecsökken a nyomás, akkor fagy oda az ujjunk, ha óvatlanságból vagy puszta kÃváncsiságból a betekerés közben megérintjük azt.
A hűtÅ‘szekrényben ez a jelenség belül, a hűtÅ‘tálcában játszódik le, a felvett hÅ‘ jó részét a hűtÅ‘ hátoldalán végigfutó rácson adja le a készülék. A keringetÅ‘ motor hozza létre a nyomás- különbséget, és szállÃtja el a hÅ‘t.
A hÅ‘szivattyú mindezt "fordÃtva produkálja": A kertben végigvezetett tömlÅ‘ben a vÃz felmelegszik. Ezt a hÅ‘t veszi fel a hÅ‘cserélÅ‘n keresztül a kerengetett folyadék az egyik oldalon, alacsony nyomáson. Ennek a folyadéknak a hÅ‘je emelkedik meg a szűk keresztmetszetű csövön, ahol leadja ezt a hÅ‘t.
A hűtőszekrényes hasonlattal élve, a hűtőbe vezetjük be a kerti vizet, és a hűtő hátoldalán melegedő bordákkal fűtjük a lakást.
A folyamat értelemszerűen megfordÃtható, a nyári rekkenÅ‘ melegben a lakásban veszi fel a hÅ‘t a folyadék, és a föld alatti tömlÅ‘n adja le azt, a vakondok legnagyobb örömére.
A hőszivattyúhoz hasonlóan kevésbé ismert (hűtési) rendszer az abszorpciós hűtés, ahol akár hulladékhővel is működtethető a hűtőberendezés.
A hÅ‘szivattyúk tÃpusai
* LevegÅ‘bÅ‘l - fűtött levegÅ‘ tÃpus
* LevegÅ‘bÅ‘l - fűtött vÃz tÃpus (LevegÅ‘hÅ‘)
* VÃzbÅ‘l - fűtött vÃz tÃpus (Talajszonda, Talaj kollektor, MasszÃv hÅ‘elnyelÅ‘, KútvÃz (talajvÃz))
* VÃzbÅ‘l - fűtött levegÅ‘ tÃpus
Ezek elsÅ‘ ránézésre úgy néznek ki, mint egy kÃnai horoszkóp, pedig a hÅ‘szivattyúk különbözÅ‘ közegek közötti hőátadásait jelentik.
A hÅ‘felvétel történhet levegÅ‘bÅ‘l, vagy vÃzbÅ‘l. A levegÅ‘bÅ‘l való hÅ‘felvétel elÅ‘nye, hogy nem igényel akkora befektetést, mint a vÃzbÅ‘l való hÅ‘felvétel, hátránya egyrészt, hogy a levegÅ‘ rossz hÅ‘felvevÅ‘ képességének "köszönhetÅ‘en" nagy mennyiségű légátmozgatást igényel (nem igazán hangtalan), másrészt, hogy a levegÅ‘ hÅ‘mérséklet csökkenésével együtt csökken a fűtÅ‘teljesÃtménye.
Igazán pech, de a környezeti hÅ‘mérséklet csökkenése télen a leginkább jellemzÅ‘, amikor voltaképpen fűteni szeretnénk. A hÅ‘szivattyú sem képes csodákra, Ãgy megeshet, hogy szemernyi hÅ‘t sem sikerül kitermelnie az alacsony környezeti hÅ‘mérsékletbÅ‘l, ezért fűtés nélkül is maradhatunk.
A jelenleg forgalomban levő legjobb hűtőközeggel is -15 °C-ig van esélyünk a levegőből hő kinyerésére.
Néhány speciális esetben ennek ellenére megéri alkalmazni, például hulladékhÅ‘ hasznosÃtása esetén, ezen belül pedig például a lakásból távozó elhasznált levegÅ‘bÅ‘l is visszanyerhetjük a belegyilkolt energiát.
Amennyiben a vÃz a hÅ‘leadó közeg, egyszerűsödik a helyzet. Persze hátrány, hogy költségesebb, mint a levegÅ‘ felhasználása, de egy jól kiépÃtett szondás rendszernél a vÃz hÅ‘mérséklete évszaktól függetlenül állandó. Ezzel a megoldással kinyerhetÅ‘ maximum vÃzhÅ‘mérséklet 55 °C.
Ebből a hőfokplafonból következően a hőszivattyúhoz
* padlófűtést és falfűtést érdemes társÃtani,
* meglevő fűtés esetén a radiátorok számát kell megemelni,
* meglevÅ‘ fűtés esetén és/vagy rásegÃtÅ‘ fűtést kell alkalmazni,
* a fan coil rendszerű (átszellőzetetős) fűtésnek is érdemes utánanézni.
COP
A rendszer hatékonyságát az ún. munkaszámmal (COP=Coefficient of performance) jellemezhetjük, ami azt mutatja meg, hogy a hÅ‘szivattyú által leadott hasznos hÅ‘teljesÃtmény hányszorosa a működtetéshez felhasznált hajtási teljesÃtménynek. Ez az érték természetesen az üzemelési körülményekkel együtt változhat. (lsd. SPF fejezet)
Ha például a fenti példát alapul véve a COP 4.4, és a szükséges fűtési teljesÃtmény 10 kW, akkor a bevitt villamos energiafogyasztás (10 / 4.4) 2,27 kW körül várható.
(Lásd még: apszorpciós hűtés COP)
Az energiahordozók fajlagos árának (ft/MJ) az összehasonlÃtását ebben a fejezetben találja.
SPF
Az SPF (seasonal performance factor ) szám a COP egész évre levetÃtett korrekciós értéke (általában βa - val jelölik). A COP-vel a hÅ‘szivattyú ideális hatásfokát lehet kiszámÃtani, mÃg az SPF egy kissé „kritikusabb" érték. Ebbe bele kell számolni az évszakos változásokkal hűlÅ‘ és melegedÅ‘ talaj COP-t befolyásoló értékeit (lsd. talajhÅ‘ évszakos változása), a hűtési/fűtési igények évszakos váltakozásait, illetve például a jégtelenÃtési fázisokat is.
Az SPF voltaképpen a hagyományos fűtési rendszrek (pl. bojler) és a hÅ‘szivattyúk összehasonlÃtását teszi lehetÅ‘vé.
Talajkollektor méretezése hőszivattyúhoz
Ennek az ábrának az eredetiját egy német, hÅ‘szivattyúkkal foglalkozó pdf-ben találtam, gondoltam érdemes lesz idebiggyeszteni. A fenti ábra alapján az adott talajtÃpus ismeretében és az elvárt fűtési teljesÃtmény és COP alapján lehet kalkulálni a szükséges talajkollektor-csÅ‘ mennyiségét és a hÅ‘mennyiség kinyeréséhez szükséges telekméretet. Amennyiben a fenti táblázat alapján kiszámolthoz képest maradna esetleg néhány méter csÅ‘, kérem, ne küldje el reklamáció gyanánt.
A fenti táblázat "működése"
A táblázat jobb felsÅ‘ részén lehet a SPF tényezÅ‘ alapján kiszámolni, hogy a várt fűtési teljesÃtményhez mekkora hÅ‘mennyiséget szükséges kisajtolnunk a talajból. Ha például 15 kW fűtési energiát igényel házunk (vÃzszintes skála), és az SPF (βa) 3.5 környékén van, akkor a fűtéshez a talajból kb. 10.7 kW-ot kell kinyernünk (függÅ‘leges skálán a felsÅ‘ vonal vetülete).
Ha az előbb elkezdett vonalat tovább húzzuk a bal felső táblázatba, és tudjuk, hogy a talajunk hővezető képessége közepes (20 W/m2), akkor a narancssárga vonalat keresztezve függőlegesen megkeressük az ide tartozó értéket, az 550 m2-t. Ez a szám azt jelenti, hogy gazdaságosan 550 m2-en tudjuk talajszondával kitermelni a nekünk szükséges hőmennyiséget.
Ha az előbbi függőleges vonallal tovább vágtázunk lefelé, és a másik narancssárga vonalat elérve (ugye továbbra is közepesen jó hővezető a kertünk) jobbra fordulunk, a függőleges tengelyen megkapjuk a talajkollektor-cső várható hosszát. Esetünkben ez úgy 1100 m-re jön ki.
Ez természetesen függ a talajkollektor tÃpusától (a táblázat a vÃzszintes elrendezésű talajkollektorra vonatkozik), a csÅ‘ átmérÅ‘jétÅ‘l, anyagától, meg még pár hasonló apróságtól..
Hatásfok
A fűtési rendszerek hatékonyságán azt a viszonyszámot értjük, amely megmutatja, hogy a rendszerbe juttatott egységnyi energiából mekkora rész hasznosul. A hagyományos rendszerekben ezt nevezik hatásfoknak. Elméleti maximális értéke 100%.
A hőszivattyús rendszerek hatékonysági tényezője villamos hálózati szempontból többszörösen meghaladja a 100%-ot, azaz a kompresszort meghajtó 1k W-os energia 3-4, kedvező esetben 7 kW hőenergiát termel.
A hatékonysági tényezÅ‘ értéke alapvetÅ‘en függ a környezeti energiaforrás (talaj, talajvÃz, levegÅ‘) hÅ‘mérsékletétÅ‘l és az elérendÅ‘ hÅ‘fok különbségétÅ‘l. Minél kisebb ez a hÅ‘ különbség, annál nagyobb a hatékonysági tényezÅ‘.
Meg kell azonban jegyezni, hogy még -5 °C-os hÅ‘mérsékletű levegÅ‘bÅ‘l is 1 kW villamos energiával 2.5-3 kW hÅ‘energiát lehet előállÃtani. Az Ausztriában működÅ‘ hÅ‘szivattyúk 25%-a a levegÅ‘bÅ‘l vonja el a fűtéshez szükséges energiát.
A hűtőszekrényes hasonlattal élve, a hűtőbe vezetjük be a kerti vizet, és a hűtő hátoldalán melegedő bordákkal fűtjük a lakást.
A folyamat értelemszerűen megfordÃtható, a nyári rekkenÅ‘ melegben a lakásban veszi fel a hÅ‘t a folyadék, és a föld alatti tömlÅ‘n adja le azt, a vakondok legnagyobb örömére.
A hőszivattyúhoz hasonlóan kevésbé ismert (hűtési) rendszer az abszorpciós hűtés, ahol akár hulladékhővel is működtethető a hűtőberendezés.
A hÅ‘szivattyúk tÃpusai
* LevegÅ‘bÅ‘l - fűtött levegÅ‘ tÃpus
* LevegÅ‘bÅ‘l - fűtött vÃz tÃpus (LevegÅ‘hÅ‘)
* VÃzbÅ‘l - fűtött vÃz tÃpus (Talajszonda, Talaj kollektor, MasszÃv hÅ‘elnyelÅ‘, KútvÃz (talajvÃz))
* VÃzbÅ‘l - fűtött levegÅ‘ tÃpus
Ezek elsÅ‘ ránézésre úgy néznek ki, mint egy kÃnai horoszkóp, pedig a hÅ‘szivattyúk különbözÅ‘ közegek közötti hőátadásait jelentik.
A hÅ‘felvétel történhet levegÅ‘bÅ‘l, vagy vÃzbÅ‘l. A levegÅ‘bÅ‘l való hÅ‘felvétel elÅ‘nye, hogy nem igényel akkora befektetést, mint a vÃzbÅ‘l való hÅ‘felvétel, hátránya egyrészt, hogy a levegÅ‘ rossz hÅ‘felvevÅ‘ képességének "köszönhetÅ‘en" nagy mennyiségű légátmozgatást igényel (nem igazán hangtalan), másrészt, hogy a levegÅ‘ hÅ‘mérséklet csökkenésével együtt csökken a fűtÅ‘teljesÃtménye.
Igazán pech, de a környezeti hÅ‘mérséklet csökkenése télen a leginkább jellemzÅ‘, amikor voltaképpen fűteni szeretnénk. A hÅ‘szivattyú sem képes csodákra, Ãgy megeshet, hogy szemernyi hÅ‘t sem sikerül kitermelnie az alacsony környezeti hÅ‘mérsékletbÅ‘l, ezért fűtés nélkül is maradhatunk.
A jelenleg forgalomban levő legjobb hűtőközeggel is -15 °C-ig van esélyünk a levegőből hő kinyerésére.
Néhány speciális esetben ennek ellenére megéri alkalmazni, például hulladékhÅ‘ hasznosÃtása esetén, ezen belül pedig például a lakásból távozó elhasznált levegÅ‘bÅ‘l is visszanyerhetjük a belegyilkolt energiát.
Amennyiben a vÃz a hÅ‘leadó közeg, egyszerűsödik a helyzet. Persze hátrány, hogy költségesebb, mint a levegÅ‘ felhasználása, de egy jól kiépÃtett szondás rendszernél a vÃz hÅ‘mérséklete évszaktól függetlenül állandó. Ezzel a megoldással kinyerhetÅ‘ maximum vÃzhÅ‘mérséklet 55 °C.
Ebből a hőfokplafonból következően a hőszivattyúhoz
* padlófűtést és falfűtést érdemes társÃtani,
* meglevő fűtés esetén a radiátorok számát kell megemelni,
* meglevÅ‘ fűtés esetén és/vagy rásegÃtÅ‘ fűtést kell alkalmazni,
* a fan coil rendszerű (átszellőzetetős) fűtésnek is érdemes utánanézni.
COP
A rendszer hatékonyságát az ún. munkaszámmal (COP=Coefficient of performance) jellemezhetjük, ami azt mutatja meg, hogy a hÅ‘szivattyú által leadott hasznos hÅ‘teljesÃtmény hányszorosa a működtetéshez felhasznált hajtási teljesÃtménynek. Ez az érték természetesen az üzemelési körülményekkel együtt változhat. (lsd. SPF fejezet)
Ha például a fenti példát alapul véve a COP 4.4, és a szükséges fűtési teljesÃtmény 10 kW, akkor a bevitt villamos energiafogyasztás (10 / 4.4) 2,27 kW körül várható.
(Lásd még: apszorpciós hűtés COP)
Az energiahordozók fajlagos árának (ft/MJ) az összehasonlÃtását ebben a fejezetben találja.
SPF
Az SPF (seasonal performance factor ) szám a COP egész évre levetÃtett korrekciós értéke (általában βa - val jelölik). A COP-vel a hÅ‘szivattyú ideális hatásfokát lehet kiszámÃtani, mÃg az SPF egy kissé „kritikusabb" érték. Ebbe bele kell számolni az évszakos változásokkal hűlÅ‘ és melegedÅ‘ talaj COP-t befolyásoló értékeit (lsd. talajhÅ‘ évszakos változása), a hűtési/fűtési igények évszakos váltakozásait, illetve például a jégtelenÃtési fázisokat is.
Az SPF voltaképpen a hagyományos fűtési rendszrek (pl. bojler) és a hÅ‘szivattyúk összehasonlÃtását teszi lehetÅ‘vé.
Talajkollektor méretezése hőszivattyúhoz
Ennek az ábrának az eredetiját egy német, hÅ‘szivattyúkkal foglalkozó pdf-ben találtam, gondoltam érdemes lesz idebiggyeszteni. A fenti ábra alapján az adott talajtÃpus ismeretében és az elvárt fűtési teljesÃtmény és COP alapján lehet kalkulálni a szükséges talajkollektor-csÅ‘ mennyiségét és a hÅ‘mennyiség kinyeréséhez szükséges telekméretet. Amennyiben a fenti táblázat alapján kiszámolthoz képest maradna esetleg néhány méter csÅ‘, kérem, ne küldje el reklamáció gyanánt.
A fenti táblázat "működése"
A táblázat jobb felsÅ‘ részén lehet a SPF tényezÅ‘ alapján kiszámolni, hogy a várt fűtési teljesÃtményhez mekkora hÅ‘mennyiséget szükséges kisajtolnunk a talajból. Ha például 15 kW fűtési energiát igényel házunk (vÃzszintes skála), és az SPF (βa) 3.5 környékén van, akkor a fűtéshez a talajból kb. 10.7 kW-ot kell kinyernünk (függÅ‘leges skálán a felsÅ‘ vonal vetülete).
Ha az előbb elkezdett vonalat tovább húzzuk a bal felső táblázatba, és tudjuk, hogy a talajunk hővezető képessége közepes (20 W/m2), akkor a narancssárga vonalat keresztezve függőlegesen megkeressük az ide tartozó értéket, az 550 m2-t. Ez a szám azt jelenti, hogy gazdaságosan 550 m2-en tudjuk talajszondával kitermelni a nekünk szükséges hőmennyiséget.
Ha az előbbi függőleges vonallal tovább vágtázunk lefelé, és a másik narancssárga vonalat elérve (ugye továbbra is közepesen jó hővezető a kertünk) jobbra fordulunk, a függőleges tengelyen megkapjuk a talajkollektor-cső várható hosszát. Esetünkben ez úgy 1100 m-re jön ki.
Ez természetesen függ a talajkollektor tÃpusától (a táblázat a vÃzszintes elrendezésű talajkollektorra vonatkozik), a csÅ‘ átmérÅ‘jétÅ‘l, anyagától, meg még pár hasonló apróságtól..
Hatásfok
A fűtési rendszerek hatékonyságán azt a viszonyszámot értjük, amely megmutatja, hogy a rendszerbe juttatott egységnyi energiából mekkora rész hasznosul. A hagyományos rendszerekben ezt nevezik hatásfoknak. Elméleti maximális értéke 100%.
A hőszivattyús rendszerek hatékonysági tényezője villamos hálózati szempontból többszörösen meghaladja a 100%-ot, azaz a kompresszort meghajtó 1k W-os energia 3-4, kedvező esetben 7 kW hőenergiát termel.
A hatékonysági tényezÅ‘ értéke alapvetÅ‘en függ a környezeti energiaforrás (talaj, talajvÃz, levegÅ‘) hÅ‘mérsékletétÅ‘l és az elérendÅ‘ hÅ‘fok különbségétÅ‘l. Minél kisebb ez a hÅ‘ különbség, annál nagyobb a hatékonysági tényezÅ‘.
Meg kell azonban jegyezni, hogy még -5 °C-os hÅ‘mérsékletű levegÅ‘bÅ‘l is 1 kW villamos energiával 2.5-3 kW hÅ‘energiát lehet előállÃtani. Az Ausztriában működÅ‘ hÅ‘szivattyúk 25%-a a levegÅ‘bÅ‘l vonja el a fűtéshez szükséges energiát.
.jpg "napelem")
