Upload
voanh
View
217
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Mőszaki és Természettudományi Konferencia
Mőszaki Szekció (M136)2013. november 11. 16:50–17:10
Magyar fejlesztésőgeotermikus
hıszivattyúcsaládKOMLÓS Ferenc
a Magyar Napenergia Társaság (ISES Hungary) Szoláris hıszivattyúk munkacsoportjának vezetıje
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Elıadás tartalma
GCHP (Ground Coupled Heat Pumps) GWHP (Groundwater Heat Pumps) SWHP (Surface Water Heat Pumps)
● A hıszivattyúzás legfontosabb ismeretei.
● A fejlesztés piaci igénye.
● A fejlesztés sarokpontjainak bemutatása kapcsolási rajzokkal, vázlatrajzokkal és diagramokkal szemléltetve.
● A MAGYAR TERMÉK NAGYDÍJ-jal (2012) kitüntetett Vaporline® márkanevő hıszivattyúk referenciáinak bemutatása.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Mottó
„A jövıt nem lehet megjósolni, de a jövıket föl lehet találni. Az ember feltaláló képessége hozta létre az emberi társadalmat.
A feltaláló elıször elképzel valamit, ami eddig nem létezett, de aminek létrehozása kívánatosnak tőnik számára.
Ezután racionálisan kezd gondolkodni elıre és hátra, amíg a meglévı valóságtól eljut találmánya megalkotásához.”
Gábor Dénes (1900–1979)
Forrás: Marx György: A MARSLAKÓK ÉRKEZÉSE (392. oldal). Akadémiai Kiadó, Budapest, 2000.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
A legegyszerőbb hıszivattyúvázlata és mőködése
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
R 407C munkakR 407C munkaköözeges egyszerzeges egyszerőő hhııszivattyszivattyúúnyomnyomááss––entalpia entalpia [[lg(lg(pp))––hh]] diagramjadiagramja
A diagramonA diagramon** a folyada folyadéék, a gk, a gıız z éés a ks a kéétftfááziszisúú mezmezıı llááthatthatóó; K: kritikus pont.; K: kritikus pont.**A fA füüggggııleges koordinleges koordináátata--tengelyen aztengelyen azéért alkalmazzrt alkalmazzáák a logaritmikus lk a logaritmikus lééptptééket, mert ellenkezket, mert ellenkezııesetben a kesetben a kéétftfááziszisúú mezmezıı izotermizotermáái kis nyomi kis nyomáásokon tsokon túúlslsáágosan gosan öösszessszesőőrrőőssöödndnéének.nek.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
A hıszivattyúzás jellemzıi
● A hıszivattyú jellemzıje: az üzemeltetésére, illetve a mőködésére bevezetett villamos energiát – természeti közvetlen energiaforrás felhasználásával – megtöbbszörözi, napjainkban 3,0–7,0-szeresére. ● A XXI. század egyik leghatékonyabb mőszaki eszköze annak, hogy energiát takarítsunk meg. ● A különbözı főtési megoldások között a hıszivattyús technika kiemelkedı minıségi elınyei:
– nincs helyi károsanyag-kibocsátása, – megújuló energiát hasznosít és – használata az energiahatékonyság növekedését jelenti.
● A geotermikus hıszivattyúval való főtés és hőtés olcsóbb, mint az olaj-, gázfőtés, illetve a folyadékhőtıvel vagy az ún. „légkondi”-val történı hőtés és a megtérülési ideje rövid [2].
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
A legegyszerA legegyszerőőbb hbb hııszivattyszivattyúú elvielvi kköörfolyamata: rfolyamata: a Carnota Carnot--ffééle kle köörfolyamat rfolyamat éés ks kéépleteplete Forrás: [1]
● A hıszivattyú Carnot-féle körfolyamata reverzíbilis, ideális hıkörfolyamat, egy (veszteségmentesen megfordítható) elvi körfolyamat. Ezért a munkafolyamatot határoló vonalak vízszintes, ill. függıleges egyenesek: izotemikus elpárolgásból ill.kondenzációból, valamint izotropikus expanzióból és kompresszióból álló állapotváltozások.
COPCarnot = TC /(TC – TO) ahol:– COP: coefficient of performance angol szavak rövidítése – T [K] = t [°C] + 273
● A hıszivattyúra jellemzı elméleti ún. COPCarnot a kondenzátor és az elpárologtató hımérséklet-adataiból kiszámolható.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
A legegyszerA legegyszerőőbb hbb hııszivattyszivattyúú elvi kelvi köörfolyamata: rfolyamata: a Carnota Carnot--ffééle kle köörfolyamat rfolyamat áábrbráázolzoláásasa Forrás: [1]
A hımérséklet–entrópia diagramon a munka illetve a
hı területként jelenik meg.
A T – s diagramon csak az állapotváltozás vonala
alatti területnek van jelentısége.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
„Hatékonysági mutatószám”: SPF [kWh/kWh]
● Az SPF-et a 2008. decemberi ún. EU RES megújuló energiadirektíva rögzíti. Angol nyelvő rövidítésbıl származik (seasonal performance factor), magyar fordítása: szezonálisteljesítmény-tényezı. Dr. Büki Gergely nyomán átlagos főtési tényezınek is nevezzük. Az egy főtési szezonban a hıszivattyú által a főtési rendszerbe bevitt energiamennyiség [kWh] osztva a hıszivattyú és az ún. primeroldali szivattyú (vagy ventilátor) által felvett villamosáram-fogyasztás összegével [kWh]. ● Felhívom a szíves figyelmüket, hogy a megfelelı minıségőhıszivattyú, pl. a COP illetve εf [kW/kW] hıszivattyúra jellemzıérték csak szükséges, de nem elégséges feltétel ahhoz, hogy a létesített hıszivattyús rendszer SPF illetve átlagos főtési tényezıje[kWh/kWh] értéke is elvárható értékő legyen!
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Főtési tényezı (COP [kW/kW] illetve εf [kW/kW])mérési eredmények Forrás: [1], CH WP Test Center, Rybach L.Prof. em.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Hıszivattyús rendszerek átlagos főtési tényezıje (SPF [kWh/kWh]) különféle hıszivattyúknál
Forrás: [3], Fanninger, European Heat Pump Association Version 1.1-2008, p.5
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Az EU hıszivattyús szisztémájától eltérımagyar elméleti és gyakorlati fejlesztés jellemzıi (1)
● A fı probléma, amely a rendszer átlagos főtési tényezıjét az (SPFértékét) lerontja az,– hogy a hıszivattyú körfolyamata instabil, ami azt jelenteti, hogy azonos talajhımérséklet és főtési hımérséklet esetén a kimenı főtési teljesítmény igen tág határok között ingadozik,– és a hıszivattyúk kimenı főtési teljesítménye valamint ezzel arányosan az átlagos főtési tényezıje részterheléseknél – pl. magas talajhımérséklet, alacsony főtési hımérsékletnél az átlagos főtési tényezıalig, vagy egyáltalán nem nı! A fentiek következménye, hogy a lehetséges hatékonyságot a hıszivattyúk nem közelítetik meg, és ezáltal a vártnál lényegesen nagyobb üzemköltségen dolgoznak!● A fejlesztés lényege a hatékonyság, az SPF érték növelése, a CO2-megtakarítás maximalizálása és a főtési elıremenı hımérséklet 60 °C fölé emelése volt, az energiahatékonyság megtartása mellett.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Az EU hıszivattyús szisztémájától eltérımagyar elméleti és gyakorlati fejlesztés jellemzıi (2)
Ezeket a célokat egyrészt a Copeland EVI gızbefecskendezéses kompresszorokra alapozott reverzáló (váltószelepes), multifunkciós [főtı –aktív hőtı – használati melegvíz- (hmv-) termelı] körfolyamat kidolgozásával, szabadalmi mintaoltalom alá helyezésével érték el. Ez a körfolyamat az alapja a hıszivattyúk magas főtési hımérsékleten is megfelelı SPF értékő alkalmazásának. Lásd: ábrák, forrás [1].
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Kompresszorok fejlıdése: a dugattyús, a csavar, a kördugattyús és a Scroll-kompresszor vázlatrajzai, a Scroll-kompresszor mőködésének magyarázó ábrája és a hozzá tartozó fotó
Forrás: [1]
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
A magyar hıszivattyú-fejlesztés elvi kapcsolása és elvi körfolyamata nyomás–entalpia diagramban
Forrás: Geowatt Kft. (A Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatalban bejegyzett szám: U 06 00213)
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Váltószelepes ún. reverzáló multifunkciós (főtı,hőtı és hmv elıállító) hıszivattyú elvi kapcsolása
Forrás: Geowatt Kft.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Az EU hıszivattyús szisztémájától eltérımagyar elméleti és gyakorlati fejlesztés jellemzıi (3)
● Minden olyan elemet integráltak a hıszivattyús körfolyamatba, amely stabilizálja a hıszivattyú körfolyamatát, a kimenı főtési teljesítményt az egyes hıfokszinteken. ● Stabilizálja és a lehetı legkisebb értékre szorítja a túlhevítést, így az SPF értéket növelni képes. Ezt biztosítja az elektronikus expanziós szelep, a hőtıközeg tartály, valamint a szabályzó és monitoring rendszer.● A fejlesztés a fentieken túl a hıszivattyúk felhasználásának ill. kihasználhatóságának növelésére irányult. Így olyan multifunkciós készülékek lettek kifejlesztve, amelyek a főtési funkció mellett aktív hőtésre ún. desuperheatert használnak (ez egy elsıdleges hıcserélı, amely a körfolyamat túlhevítési hıjét használja hmv készítésére). Ezáltal a rendszer fajlagos beruházási költsége csökken.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
A használati meleg víz (hmv) elıállításának egyik megoldása diagramokban. Forrás: [1]
● A hımérséklet–entrópia (T–s) diagramban a túlhevítés piros színnel van jelölve. ● A nyomás–entalpia (log p–h) diagramot a körfolyamat energetikai számításához használjuk.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Az EU hıszivattyús szisztémájától eltérımagyar elméleti és gyakorlati fejlesztés jellemzıi (4)
● Jelezzük, hogy az EU-ban forgalmazott hıszivattyúk jelentıs része csak főtési funkcióra alkalmas.● A fejlesztéssel az eddigiektıl eltérı, lényegesen jobb SPF értékőrendszerek kivitelezése történt meg meglévı kazános, radiátor hıleadójú főtési berendezések hıszivattyús rendszerre történıátalakításakor is.● Olyan új termék elıállítása történt, amelynek alkalmazása más megvilágításba helyezi a hıszivattyúk alkalmazhatóságát.● Ezzel a fejlesztéssel most lehetıségünk lenne, hogy egy olyan technika élvonalába kerüljünk, amely technikát világszerte mind szélesebb körben alkalmaznak, és megfelelı hazai támogatással, folyamatos fejlesztéssel, jelentıs exporttevékenységet gerjeszthetnénk.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Az EU hıszivattyús szisztémájától eltérımagyar elméleti és gyakorlati fejlesztés jellemzıi (5)
● Magyar Termék Nagydíj®-jal kitüntetett Vaporline® fantázianevőhıszivattyúcsalád ünnepélyes díjátadása 2012. szeptember 4-én volt a Parlament Felsıházi Termében. A trófeát (hollóházi porcelánváza) és az oklevelet Bencsik János, az Országgyőlés Gazdasági és Informatikai bizottságának tagja az Energetikai Albizottság elnöke adta át Fodor Zoltán (Geowatt Kft.) fejlesztımérnöknek.
● Jelzem, hogy a Habsburg-ház uralma idején lakosságunkösszefogott és kizárólag magyar termékeket vásároltak. Napjainkban az ilyen hozzáállás lehet fejlıdésünknek egyik iránya, ha terményekre és termékekre egyaránt alkalmazzuk.
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Referencia (1)
Szállodába és családi házakba tervezett multifunkciós hıszivattyúk a békéscsabai gyártóüzemben Fotó: Fodor Zoltán
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Referencia (2)
Földhı hıforrású hıszivattyúval főtött – hőtött autószalonról készült fotó és a várható megtérülési idı Forrás: [4]. Fotó: Tulok András
─ A rendszer beruházási költsége nettó listaáron: 21 953 000 Ft.─ A 100 kW teljesítményő földgázkazános és 100 kW teljesítményőfolyadékhőtıs hıközpont várható kiépítési költsége a kémény, gázközmőkiépítést is figyelembe véve minimum 15 000 000 Ft.─ A várható megtérülési idı az éves üzemeltetésiköltség-megtakarítás alapján (a fenti ún. hagyományos főtési-hőtési megoldáshoz viszonyítva): (21 953 000 – 15 000 000)/3 818 933 = 1,82 év ~22 hónap, nincs 2 év!
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Referencia (3)
A nagykırösi strand és termálfürdıForrás: [5]. Fotó:Járó Attila (Spring Projekt Kft.), Fehér János (Delta-F Kft.) és Komlós Ferenc
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Referencia (4)
Alsótagozatos iskola és konyha, Szakályon.Földgázkazán kiváltása geotermikus hıszivattyúval –Hıszivattyú radiátoros főtéshez Forrás: [6]. Fotó: Fodor Zoltán
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Referencia (5)
Ivóvíz hıhasznosítása (radiátoros főtés – hmv) hıszivattyúval.A Zalavíz Zrt. Vastalanító épületérıl és a beépített hıszivattyúkról
készült felvételek Forrás: [7,8]. Fotó: Fodor Zoltán
Komlós Ferenc: Magyar fejlesztéső geotermikus hıszivattyúcsalád
Irodalom
[1] KOMLÓS Ferenc – FODOR Zoltán – KAPROS Zoltán – Dr. VAJDA József – VASZIL Lajos:Hıszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára. (Heat Pump Systems. To the centenary of thebirth of Laszló Heller) Komlós Ferenc Dunaharaszti, 2009. ISBN 978-963-06-7574-1 (ISBN 978-963-06-8297-8)
[2] Fodor Zoltán – Komlós Ferenc:– Érvek, adatok, számítások a hıszivattyúk alkalmazásához. Gondolatok jelenünkrıl és jövınkrıl.
Mérnök Újság 2013. JÚNIUS–JÚLIUS digitális változatában + PLUSZ, 62–64 oldal.– Fúrólyuk-hıcserélıs hıszivattyús rendszerek megtérülése.
Magyar Installateur, 23. évfolyam, 2013. augusztus – szeptember, 46. oldal. [3] Komlós Ferenc: Gondolataim a hıszivattyúzásról.
Magyar Épületgépészet, LIX. évfolyam, 2010. július–augusztus szám, 32–34 oldal.[4] Kaszanitzky Csilla – Komlós Ferenc: Új autószalon Fóton magyar hıszivattyúval.
– Építészfórum honlapon (2012. július 19. 07:46).– Magyar Installateur, 22. évfolyam, 2012. október, 35 – 36 oldal.
[5] Fodor Zoltán – Komlós Ferenc:– Termálvizes fürdı bıvítése hıszivattyúk alkalmazásával.
Energiagazdálkodás, 52. évfolyam, 2011/6. szám, 17–20 oldal.– A nagykırösi strand energiatudatos bıvítése.
Magyar Épületgépészet, LXI. évfolyam, 2012/3. szám, 22–26 oldal.[6] Fodor Zoltán – Komlós Ferenc: Földgázkazán kiváltása geotermikus hıszivattyúval ─ Hıszivattyú radiátoros főtésnél.
Magyar Épületgépészet, LXII. évfolyam, 2013/5. szám, 15–17 oldal.[7] Fodor Zoltán – Komlós Ferenc: Ivóvíz hıhasznosítása hıszivattyúval.
Magyar Épületgépészet, LXII. évfolyam, 2013/7-8. szám, 12–16. oldal.[8] Fodor Zoltán – Komlós Ferenc – dr. Balikó Sándor: Ivóvíz hıjének hasznosítása.
Energiagazdálkodás, 54. évfolyam, 2013/5. szám, 17–19 oldal.