Alkalmazások

A hőszivattyús rendszerek fajtái, főbb jellemzői

1. Levegő/folyadék hőszivattyúk

Levegő/folyadék hőszivattyúk hőforrása a kültéri levegő, a hasznos hőhordozó pedig víz (ez szállítja a szükséges fűtési energiát a helyiségek hőleadóihoz). A fűtéshez alkalmazható padló-, fal-, mennyezetfűtés, radiátorfűtés valamint „fan-coil”.
A hőszivattyúk teljesítménytényezője a hőforrás és a hasznos hőhordozó közötti áthidalandó hőmérsékletkülönbség függvénye. Ettől a hőmérsékletkülönbségtől függ továbbá a hőszivattyú teljesítménye is, mégpedig minél nagyobb az áthidalandó hőmérsékletkülönbség, annál kisebb az adott hőszivattyú teljesítménye, tehát annál nagyobb mértékű, más hőforrásból származó fűtőteljesítményre van szükség. Az előbbiekből egyértelműen adódik a levegő/víz hőszivattyúk egyik nagy hátránya: a hőforrás (kültéri levegő) hőmérséklete a fűtési szezon alatt jelentősen változik, továbbá hőmérséklete éppen a legnagyobb fűtési hőigény ideje alatt a legalacsonyabb. Legtöbb esetben a hőszivattyú teljesítményét úgy korlátozzák, hogy a hőigényt csak 3-5°C külső hőmérsékletig biztosítsa. Ez alatt ugyanis a hőszivattyú üzemeltetése gazdaságtalanná válna. Alacsonyabb hőmérsékleteknél egy kiegészítő hőforrás szükséges, például gáz- vagy olajkazán.

1.1. A levegő/folyadék hőszivattyú kültéri elhelyezése

A kültéri telepítés általában egyszerűbb és olcsóbb. A hőveszteség és a fagyveszély miatt a vezetékeket felszínen vezetni nem szabad, megfelelő nagyságú hőszigeteléssel kell ellátni, valamint ügyelni kell rá, hogy a távolság a hőszivattyú és az épület között a lehető legrövidebb legyen.

Levegő/folyadék hőszivattyú kültéri elhelyezése

1.2 A levegő/folyadék hőszivattyú beltéri elhelyezése

Az épületen belül elhelyezett hőszivattyúk a kültéri zajhatás és fagyveszély szempontjából kedvezőbbek, azonban helyigényük miatt az épület más célokra használható alapterületét csökkentik. Beltéri telepítés esetén a zajhatásból és a hozzáférhetőségből adódó követelményeket feltétlenül figyelembe kell venni.

Levegő/folyadék hőszivattyú beltéri elhelyezése

2. Folyadék/folyadék hőszivattyúk

Ez a kivitel lehetővé teszi a talaj, talajvíz vagy egyéb környezeti hőforrásokhoz (abszorber, hőelnyelő felületek) való hozzáférést. A folyadék/folyadék hőszivattyúk lehetnek nyitott, vagy zárt rendszerűek. A zárt rendszerű hőszivattyúkat talajhő/víz, míg a nyitott rendszerűeket víz/víz hőszivattyúnak szokás nevezni. A zárt rendszereknél fagyálló folyadék kering a csőhálózatban. Hatásfokuk rosszabb, mint a nyitott rendszereké, mert a fagyálló folyadékkal töltött rendszerek viszkózusabbak, így nagyobb szivattyúzási energiát igényelnek. Viszont üzemeltetésük lényegesen biztonságosabb, mivel a rendszer állandóan ugyanazzal a folyadékkal van feltöltve, így kevésbé korrodálódik, és élettartama is hosszabb. Nyitott rendszerek esetén ügyelni kell a hőforrás minőségére, szennyezettségére, szükség esetén a szűréséről, illetve megfelelő kezeléséről gondoskodni kell. A zárt rendszerek hátránya, hogy beruházási költségük nagyobb, mint a nyitott rendszereké.

2.1 Zárt rendszerek

A talajhő kinyeréséhez a talajba a vele érintkező csővezetéket kell elhelyezni, amelyben a talaj hőmérsékleténél alacsonyabb fagyálló folyadékot keringetve a talajból a hőenergia a folyadékba áramlik, s ezt az energiát a felmelegedett folyadék a hőszivattyúba szállítja. Ott lehűlve a talajcsövekbe áramlik vissza, ismét felmelegszik, és a folyamat kezdődik elölről. A talaj hőmérséklete körülbelül 5-15°C közötti a mélység és az évszak függvényében.

Hátrányuk, hogy talajkollektor vagy talajszonda kialakítása is szükséges, ami a beruházásnál jelentős többletköltséget okoz.
A talajhő/víz rendszereknek két fajtáját lehet megkülönböztetni attól függően, hogy a talajjal érintkező csőkígyós hőcserélő vízszintesen vagy függőlegesen van kialakítva.

A talajhőmérséklet értéke a mélység és az idő függvényében

2.1.1 Talajkollektoros rendszer

Vízszintes elrendezés esetén a talajba 1,6- 2m mélyen, a fagyhatár alá fektetett csőkígyók segítségével nyerik ki a hőt a talajból. A talajkollektoros rendszer alkalmazásának feltétele, hogy a fűtési hőigény nagyságától és a talaj minőségétől függően elegendő nagyságú, kiásható földfelület rendelkezésre álljon. Ebben a mélységben a talaj hőmérséklete a léghőmérséklet és a napsugárzás intenzitásának függvényében jelentősen változik az év folyamán, ezért ezzel a kialakítással alacsonyabb éves átlagos hatásfok érhető el, mint a talajszondás változattal.

Talajkollektoros rendszer

2.1.2 Talajszondás rendszer

A függőleges kialakítású talajszondás rendszerek nagy előnye, hogy a talaj hőmérséklete megfelelő mélységben gyakorlatilag évszaktól függetlenül, egész évben állandó, így kiegészítő hőforrás nélkül, önmagában a hőszivattyúval is gazdaságosan megoldható a fűtési hőszükséglet kielégítése.
Függőleges kialakítás esetén a körülbelül 120 mm átmérőjű, 50-100 méter mély furatokban helyezik el a négy csőből álló, duplahurkos, a furat legaljáig bevezetett talajszondát. A szondák egymástól 5 méter távolságra helyezhetők el, így nincs szükség nagy földfelületre. Talajszondás rendszer tervezésekor feltétlenül meg kell győződni róla, hogy az adott terület geológiailag alkalmas-e az 50-100 méter mély lyukak fúrásához. Homokos, agyagos talaj esetén vízöblítéses technológiát alkalmaznak, ennek költsége kb. 5.000-10.000 Ft/m. Andezit, bazalt, valamint mészkő esetén légkalapácsos technológia alkalmazható, amelynek költségei lényegesen magasabbak, kb. 15.000-20.000 Ft/m. Nagyobb rendszerek tervezése esetén a munkálatok előtt geofizikai vizsgálat és szondateszt szükséges. Ezek során a különböző talajrétegek jellemzőit (összetételét, hővezető és hőtároló tulajdonságát) vizsgálják, ami azért fontos, mert a különböző összetételű és tulajdonságú talajból kinyerhető energia mennyisége meglehetősen széles tartományban változhat (40-80 W/m között), amit a szondafuratok számának meghatározásánál feltétlenül figyelembe kell venni. Általánosságban elmondható, hogy homokos, agyagos, nagy nedvességtartalmú talaj esetében több, különféle kőzetek, valamint talajvízben szegény rétegek esetén kevesebb a fajlagosan kinyerhető energiamennyiség.
Talajszondás rendszerek esetében a szondalyukak fúrásához engedély szükséges, ami az adott terület illetékes bányakapitányságán szerezhető be.

Talajszondás rendszer

2.1.3 Élővizek hőjének hasznosítása

A zárt rendszerek csoportjába tartoznak továbbá az élővizek hőjét felhasználó hőszivattyús rendszerek. Ebben az esetben tó vagy folyó aljára, megfelelő mélységben fektetett csőkígyót (kollektort) használnak a szükséges energia kinyerésére. Előnye, hogy megspórolhatjuk vele a drága földmunkák költségét. A természetes hőforrás (megfelelő mélység esetén) gyakorlatilag egész évben állandó hőmérsékleten rendelkezésre áll. Hátránya, hogy a rendszer ökológiai hatásai károsak lehetnek a környező élővilágra, ezért nem mindig alkalmazható.
A kollektormező élővizekben történő elhelyezéséhez szükséges engedélyekről természetesen gondoskodni kell.

Talajvizek hőjének hasznosítása

2.2 Nyitott rendszerek

A talajvíz-kútból, búvárszivattyúval nyert víz hőjének elvonása után a vizet vagy egy másik kútba, vagy felszíni vízbe (patak, tó, folyó) vezetik, vagy földbe fektetett dréncsöveken át elszivárogtatják. A talajvíz állandó hőmérséklete (kb. 10°C) és jó hővezető-képessége révén egész évben ideális hőforrás. További előnye, hogy létesítése nem igényel akkora beruházási költséget, mint a talajszondás, vagy kollektoros rendszerek.
Nyitott rendszerek esetén a hőszivattyúra előírt vízminőségi határértékeket feltétlenül be kell tartani a korróziós károk elkerülése végett, ezért szükség esetén a kútvíz megfelelő kezeléséről gondoskodni kell.

Víz/víz hőszivattyúk esetén a méretezéskor figyelembe veendő kútvízhőmérséklet 7°C, melyet a hőcserélőn az elfagyás veszélye miatt 3-4°C-nál alacsonyabb hőmérsékletre nem szabad lehűteni. Ebből következően a kis hőmérsékletkülönbség miatt ugyanazon hőteljesítményhez nagy tömegáram igényeltetik. Ebből kifolyólag a víz/víz hőszivattyúk betervezési korlátja a rendelkezésre álló (kútból kinyerhető) talajvíz tömegárama, illetve a nyelőkút befogadó képessége. Ezeket a paramétereket az első kúton végzett termelési teszt során állapítják meg. A szükséges kutak száma ennek alapján kerül meghatározásra.
A víz talajból történő kinyeréséhez az illetékes vízügyi hatóságtól engedély szükséges, amit a pályázat benyújtása előtt be kell szerezni.

Nyitott rendszer

3. Levegő/levegő hőszivattyúk

A hőszivattyús rendszerek közül a levegő/levegő hőszivattyúk terjedtek el a legjobban. Ez elsősorban az olcsóbb áruknak köszönhető. E berendezéseket a helyiség levegőjének hűtésére és fűtésére egyaránt lehet alkalmazni, azonban gazdaságosan többnyire csak hűtésre használható, így ez terjedt el széles körben. Fűtésre elsősorban a fűtési szezonon kívül, a tavaszi és őszi időszakokban használható, +3°C külső levegő hőmérsékletig.

Levegő/levegő hőszivattyú