• hőszivattyú

Hőnyereség – épületek belső klimatikus viszo­nyai

Az épületek belső klimatikus viszo­nyainak egyensúlyban tartásához nem szabad figyelmen kívül tartani a ház üzeméből adódó hőnyereséget.

Mindannyiunk előtt ismert, hogy:

• az épületben tartózkodó személyek hőleadása,
• a háztartás, az üzem, üzemi hő-vesztesége számottevően befolyásolják az éves energiamérleget.

A benn tartózkodó személyek testhő­mérsékletének hővesztesége miatt álta­lában személyenként: 50-60 lm³ belső légtérfogatnál

• télen a fűtött térben 1 °C;
• nyáron (hűtés nélkül) akár 2-3 °C többlethő termelődik.

Ezen értéket a téli fűtésnél minden­képpen számításba kell venni, a nyári hűtési szempontoknál viszont csak irányadó lehet. Fontos tudni, hogy a szemé­lyek által leadott testhőmérsékleti hőveszteséggel párhuzamosan szellőztetni, azaz frisslevegő-utánpótlásról kell gondos­kodni, ami miatt a többlethő kárba veszhet (ha nincsenek megfelelő technológiai berendezések a beltéri hőnyereség javítá­sa érdekében). E megoldásokat inkább szakmai érdekességként említjük, nem annyira annak propagálására, hogy ezt a nem éppen olcsó megoldást válasszuk épületeinkhez.

Szellőztetési hőnyereség

Házak, épületek belső fűtött és klimatizált helyiségeinél, tereinél a szellőzési levegőt előmelegítéssel tehetjük ener­getikai szempontból takarékossá.

Ezen energiatakarékossági elv szerint, ha az épületbe bejutó friss levegő árama nem haladja meg az előírt kötelező értéket, akkor a szellőzési hőveszteség csak úgy csökkenthető, ha a friss levegőt az épület veszteségáramainak vagy hőnyereségeinek hasznosításával mele­gítjük fel. Természetes szellőzés esetén ez úgy lehetséges, hogy a friss levegőt az épület pufferzónáján: fűtetlen helyi­ségein, csatlakozó üvegházon, naptéren keresztül juttatjuk a fűtött helyiségekbe. Egyes szoláris légtechnikai elemekkel a levegő előmelegíthető vagy akár a helyiség hőmérsékleténél magasabb hőmérsékletre is fűthető.

Gépi szellőzés esetén a ventilátorokkal elegendő nyomáskülönbség biztosítható ahhoz, hogy a rendszerbe hővisszanyerőket is be lehessen építeni. A hővisszanyerők működése azon alapul, hogy ha az épületbe levegőt vezetünk, akkor onnan ugyanannyit el is távolítunk. Az elszívott levegő hőtartalma nagy. A hővisszanyerő készülékek az elszívott levegő hőtartalmának nagy részét hasz­nosítják a friss levegő előmelegítésére.

Három működési rendszer ismert:

Felületi hőcserélők (rekuperátorok)

A távozó levegő és a friss levegő párhu­zamos járatokon (de nem azonos irányban) halad át a készüléken. Két-két járat között vékony, jó hő vezetési tényezőjű anyagból (például alumíniumból) készült fal van. Mindkét légáram egy-egy gyűjtőtérből távozik. A légáramok közötti elválasztó lapok felületnövelés céljából csúcsára állí­tott négyzet formájúak (3.37-4.38 ábrák).

4.37 ábra. Felületi hőcserélő működési elve a) csöves hőcserélő működése; b) hőcse­rélő működése, különböző hőmérsékleti pontokkal, ahol adott a ki- és belépő csatlakozás hőmérséklete (°C). Épületet üveghatároló felületűre építeni luxus, de nem lehetetlen, melynek szép példáját mutatja be a fotó. Energetikai szempontok alapján a téli és (főként) a nyári klimatikus üzemmód költséges épületgépészetet igényel.

Solar-ház Európában (kapcsolódó ábra: 4.30). Úgynevezett „0” energiás lakóház éjszakai képe (kapcsolódó ábra: 4.31). Energiatakarékos lakóház tökéletes természetkapcsolattal. Előregyártott elemekből épült lakóház kiváló hőszigetelő képességű fallal és tetővel.

4.38 ábra. Keresztirányú csöves vagy lamellás hőcserélő, az épület frisslevegő­ ellátásának rendszeréhez kapcsolva 1 elhasznált levegő összegyűjtése; 2 elhasz­nált és lehűtött levegő kivezetése; 3 friss levegő bevezetése; 4 előmelegített friss levegő bevezetése; 5 hőcserélő berendezés.

Az ezek közötti légjáratokból minden páros sorszámú az egyik, minden párat­lan sorszámú a másik légáram felé nyi­tott. A felületi hővisszanyerők hatásfoka eléri a 60%-ot.

Forgódobos hőcserélők (regenerátorok)

Ennél a megoldásnál a távozó és a friss levegő-ellentétes irányban-egy dobon halad keresztül. A dobban kis geometriai méretű, nagy felületű töltet van. A levegő ennek résein áramlik át, és felmelegíti, illetve lehűti a forgácsot. A dobot motor forgat­ja, percenként 1-2 fordulatszámmal, így a töltet félfordulatnyi időben hőt vesz fel a távozó levegőből, a másik félfordulatnyi időben pedig leadja a friss levegőnek. A hőcsere különösen jó hatásfokú, mert a tölteten a távozó levegőből kicsapódó vízgőz rejtett hője is szerepel a transz­portfolyamatban. Ugyanezért erősen szennyezett belső levegő esetén vagy bakteriológiailag igényes helyeken e meg­oldás nem javasolható. A forgódobos hővisszanyerők hatásfoka eléri a 75%-ot.

Hőcsöves hővisszanyerők

Az előző két változatban a távozó és a friss levegőt szállító légcsatornáknak valahol térben találkozniuk kell, hőcsöves megoldás esetén ez nem szükséges. Az elnevezés olyan megoldást takar, amelynél egy közeg (rendszerint hűtő­gépekben használatos közeg) a kör egyik szakaszán hőt vesz fel és elpáro­log, a másik szakaszon pedig lecsapódik és hőt ad le. A közeg mozgása történhet úgy, hogy a gőz felszáll, és helyébe a körön át a súlyerő hatására folyékony közeg folyik, de elhelyezhető a cső füg­gőleges vagy ferde tengellyel is, ekkor ugyanabban a csőszakaszban játszódik le a gőz felfelé irányuló mozgása és a fo­lyadék ellentétes irányú visszacsorgása.

Ebben a változatban a hőhordozó folya­dék a távozó levegőt szállító légcsator­nába épített bordás csöves hőcserélőben elpárologván, egy másik, hasonló kiala­kítású hőcserélőben lecsapódva viszi át a távozó levegő hőtartalmának egy részét a friss levegőbe. A két hőcserélő között a hőhordozó közeg – gőz-, illetve folya­dékfázisban – csővezetékben mozog.

Ha egy épület hibrid szoláris rend­szerrel készül, amelynek a ventilátor, a légcsatorna-hálózat, a befúvó- és elszí­vó-szerkezetek úgyis szerves tartozékait képezik, különösen érdemes megfontolni a légfűtés alkalmazását kiegészítő fűtés gyanánt, ami lehetővé teszi a két rend­szer funkcionális és szerkezeti egyesítését, így a szoláris rendszerben előmelegített levegő (a kisegítő fűtés fogyasztásának csökkentésével) akkor is hasznosítható, ha borult, hideg időben hőmérséklete nem volna elegendő a közvetlen fel­használásra. A légtechnikai rendszerbe hővisszanyerő hőcserélő építhető be, amelyben a friss levegő további előfűtése a távozó levegővel újabb megtakarí­tást eredményez.

Hőszivattyúk

Az épületek fűtésénél külföldön az utóbbi időben rohamosan terjed a hőszivattyúk alkalmazása, Magyarorszá­gon azonban még nem annyira ismertek.

A hőszivattyú működési elve lényegé­ben azonos a hűtőszekrényével, haszno­sítási módja azonban annak éppen a fordítottja. Mivel e két berendezés felépítésében és alkatrészeit tekintve csak méreteiben tér el egymástól, a hőszivattyút meleg nyári napokon akár hűtésre is fel lehet használni.

4.39 ábra. Hőszivattyú működési vázlata A sűrítés; B cseppfolyósítás; C nyomáski­egyenlítés; D elgőzölögtetés; 1 kompresszor; 2 kondenzátor; 3 fojtószelep; 4 párologtató.

A kompressziós hőszivattyú úgy mű­ködik, hogy egy megfelelő összetételű, alacsony nyomású és alacsony hőmér­sékletű hűtőközeget a párologtató egy­ségben valamely hőforrásból származó hő (pl. a talajvízé, a talajé, a levegőé, a napenergiával működő berendezések hulladék hője) közlése révén elpárolog­tatnak, a kondenzátorban pedig a gázt mechanikus energia közlésével komp­rimálják, ezáltal nő a hűtőanyag gőzének nyomása és hőmérséklete. A magasabb nyomáson a hűtőanyag forráspontja is magasabb, és ez a hő vonható el fűtésre. A második hőcserélőben, amelyben az anyag újra folyékony halmazállapo­túvá válik, az alacsony hőmérsékleten felvett párolgási hő átadódik a fogyasztókörbe (fűtéskor). Az immár újra folyékony halmazállapotú hűtőanyag pedig egy szabályozó szelepen (fojtószelep) áthaladva visszajut a kisnyomású és hőmérsékletű térbe, a párologtatóba, majd ott újból elpárolog.

Hőszivattyúk közül ismertek a folya­dékos, a levegős és a kombinált rendsze­rűek. Legelterjedtebb az ún. talajvíz­ hőszivattyúk. A talajvíz-hőszivattyúk alkalmasak a padló- és radiátoros fűtések fűtési hőjét használva, kiegészítő hőnyereség szolgáltatásához, továbbá alacsony hő­mérsékletű használati meleg víz előál­lítására is (pl. úszómedencéhez). A rendszer lényege az, hogy a talajba – rendszerint az épület körül – a terepszint alatt 1-3 m mélyen, ún. talajkollektorokat fektetnek le. A talajkollektort, m²-enként 1-2 m csőkígyót, általában a talajvíz optimális szintjén vagy alatta telepítik. A csőrendszer két vége „táplálja” a hő­szivattyút. A telepítés kritériuma az, hogy talajvízáramlásra mindenképpen szükség van, mert ez biztosítja a talaj kollektor felhasználható „hővel” való ellátását.

Annak eldöntésére, hogy az adott helyen van-e elegendő talajvíz, illetve annak áramlási sebessége megfelelő-e, az alábbi lehetőségek kínálkoznak: meg kell kérdezni a helyszínt régen ismerő­ket, a helyi vízmű szakembereit, illetve a geológusokat, esetleg hidrológiai szak­véleményt kell beszerezni. Rendkívüli esetben feltáró fúrásra, illetve próba­üzemre is szükség lehet.

Ha a talajvíz elegendő, már csak a ha­tósági engedélyeket kell beszerezni. Az engedélyt általában csak különleges természetvédelmi övezetekben nem ad­ják ki, illetve olyankor, ha az épület a talajvízszint alá is kiterjed. Kis berendezések telepítése ott ajánlatos, ahol egyszerű módszerekkel megállapítható, van-e elegendő talajvíz, feltáró fúrásra tehát nincs szükség. Egy hidrológiai vizsgálat tájékoz­tatást adhat abban a kérdésben is, hogy milyen korrózióra lehet számítani az adott talajviszonyok mellett. A másik változat a talajba fúrt talajszondák sora, melyeknél a hőnyerési mélység 20-150 m lehet. Ez utóbbi bekerülési költsége magasabb, de haté­konysága mindent felülmúlhat.

A levegős hőszivattyúk működési alapelve azonos a „folyadékos” változat­tal, a hőnyereség azonban a levegőből történik. A levegőből „elnyert” hő szabad térből vagy egyéb „hulladékhő” hasznosításából vehető. A szabad levegő­ből elvont hőenergia az épület hom­lokzata közelében elhelyezett kültéri egység útján nyerhető, illetve hasznosít­ható. A hulladék-hőhasznosítás főként üzemi létesítményeknél lehetséges.

A levegős hőszivattyúk ugyan nagyon könnyen telepíthetők, azonban az ala­csony forráshőmérséklet miatt a legna­gyobb energiaigényű évszakban (télen) is nagyon alacsony a hatásfokuk. Alkal­mazásuk olyan épületek esetében is meggondolandó, amelyek fűtésére esetleg elegendő a 35 °C előremenő vízhőmér­séklet. Ha ennél magasabb hőmérsékletű fűtővíz is kell, alternatív fűtést célszerű készíteni. Ilyenkor alapos határhaszon­ számításra van szükség. A levegős hőszivattyú rendszerint zajos, gondolni kell tehát arra, hogy nem zavarja-e a szomszédokat vagy az üzemeltetőt. A hőszivattyú alól el kell vezetni a kondenzátumot.

A háztartási meleg víz hőjének újra­hasznosítását fejlett országokban elősze­retettel alkalmazzák. Ezek közül első­sorban a fürdő és technológiai meleg vizek jöhetnek számításba.

Az újrahasznosítás lehetséges a már említett hőszivattyúval vagy a „szellő­zési hőnyereség” című pontban említett csöves hőcserélő folyadékos változatával. A rendszer lényege az, hogy a magasabb hőmérsékletű folyadék áramlás útján átadja a hőt a befelé áramló alacsony hőmérsékletű víznek. Hátránya az egyide­jűség. Energetikai szempontból a tároló edényben való hőátadás a legtökéletesebb, amelynek működése azonos a tá­roló bojlerokéval. A költségmegtérülés több évtized, így hazai megvalósításuk még sokáig váratni fog magára.

A hőveszteséget meghatározó tényezők

A következőkben néhány szempontot sorolunk fel az energiatakarékos épüle­tek tervezéséhez és megvalósításához.

Ezek a szempontok:

• Nagy alapterületű épületnél (pl. le­pényépületnél) a hőáramlás a tetőszerke­zeten keresztül, nagy magasságú épületnél pedig (pl. toronyház) a hőáramlás iránya a homlokzaton keresztül jelentősebb.
• Az előbbi első esetben a tetőszerke­zetet, a második esetben az épület hom­lokzatát kell „jobban” hőszigetelni a hőveszteségek csökkentése érdekében.
• -A hőátbocsátási tényező értékét (alapvetően az adott épület épülethatároló szerkezetek összes lehűlő felületének, valamint a fűtött épülettérfogatnak az aránya határozza meg.
• Alacsony felülettérfogat arány magas hőátbocsátási tényezőt, azaz nagyobb hőveszteséget eredményez, míg a magas felülettérfogat arány alacsony hőátbo­csátási tényezőt, azaz kevesebb hővesz­teséget jelent.
• A tagolt épülettömeg kedvezőtle­nebb felülettérfogat arányt és a külső élek mentén több hőhidat jelent, így a hőveszteség nagyobb, hiszen meg­növekedik a lehűlő felület.
• A hőveszteségek csökkentése érdeké­ben célszerű kevésbé tagolt alaprajzi elrendezést, ezáltal kevésbé tagolt hom­lokzati megjelenést választani az épület hőveszteségének mérséklése érdekében.
• Kedvező, ha az épület fűtött szomszé­dos épülettel érintkezik (pl. sorházak). Gondolni kell azonban arra, hogy a ház­sor elején és végén lévő lakások (épületrészek) területtérfogat aránya más, mint a középen lévő lakásoké (épületrészeké), így hőveszteségük is eltér azokétól. A fűtött épületekkel érintkező lakások hővesztesége kisebb, mint a végszekcióban lévő és csak egy fűtött épületrésszel érintkező lakásoké.
• Kedvezőtlen, ha az épület (épületrész) fűtetlen terekkel (pl. garázzsal) érintkezik.
• Kedvező, ha az épületnek minél na­gyobb a talajjal érintkező felülete, így a talaj hőkapacitása télen jól kihasználható abban az esetben, ha az épületet nem szigeteljük el a talajtól. A hőszigetelő réteget csak az épület kerülete mentén célszerű elhe­lyezni vagy vízszintesen vagy a lábazaton, esetleg a talajba is besüllyesztve.
• A kerületi hőszigetelő szegélysáv­val megakadályozható az épület talaj felé történő jelentős hővesztesége, emellett nem zárja el az épületet a talaj hőkapacitásának hasznosításától.
• Az épület külső térosztása is ha­tással van az épület hőveszteségére. A sűrűbb térosztás, azaz alacsonyabb emeletek, kisebb helyiségek nagyobb hőtároló tömeget jelentenek ugyan, de ugyanakkor a külső falak és belső válaszfalak gyakoribb csatlakozása több hőhidat is jelent, azaz a hőhídhatások következményeképpen a homlokzat hő­szigetelésének vastagságát növelni kell.

A takarékossági tanácsokat foly­tathatnánk tovább, az eddig leírtak azon­ban a legfontosabbak. További fontos tényezők az épület tájolása, az üvegezett szerkezetek mérete és arányai, a környezet, de talán legfontosabbak a szerkezeti anya­gok és a hőszigetelők tudatos alkalmazása.