Első kérdés, hogy milyen jellegű a projekt? Új létesítmény építése, vagy teljes, esetleg részleges felújítása? Ha felújítás, akkor marad-e a radiátoros rendszer, esetleg korábban is fan coil, vagy felületfűtés/hűtés volt? A radiátoros rendszereknek általában szükségük van 60°C-os előremenő hőmérsékletre a megfelelő működés érdekében, amit a reverzibilis hőszivattyúk jó eséllyel már nem képesek előállítani hideg időben. Erre megoldást jelenthet a bivalens rendszer, vagy egy kifejezetten fűtésre alkalmas hőszivattyú. A közepes és alacsony hőmérsékletű, fan coilos és felületfűtőtt rendszerek ellátására már általában alkalmas a reverzibilis hőszivattyú is.
A megfelelő hőszivattyú kiválasztását jelentősen befolyásolják a következő tényezők: hőforrás (levegő, víz), monovalens vagy bivalens rendszer lehetősége, fűtési teljesítményigény, működési tartomány, hatékonyság, felhasználói igények, környezet (akusztika, rendelkezésre álló hely, városkép), telepítési-, üzemeltetési-, karbantartási költségek, megtérülés.
Elsősorban most a monovalens vagy bivalens rendszer kérdésre, azon belül a levegő-víz hőszivattyúkra fókuszálunk, amiben az 1. ábra segít. A víz forrású hőszivattyúkra a külső hőmérséklet sokkal kevésbé van hatással, ezek külön kifejtést igényelnének.
Az első, monovalens rendszer esetében a hőszivattyú fűtési teljesítményét a fűtési csúcsigényre méretezzük, esetünkben -13°C külső hőmérsékletre. A hőszivattyúnak itt el kell tudnia látni megfelelő teljesítményen és hőmérsékleten a fűtési rendszert. Példánkban a fűtési teljesítményigényt 380kW-ra állítottuk be. A hőszivattyú, ami -13°C külső hőmérséklet mellett ilyen teljesítményű, az minden egyéb, ennél magasabb hőmérsékleten túlméretezett lesz, ami a gép működési elvéből adódik. Ha nem tisztán fűtésre, hanem hűtésre is használjuk a gépet, akkor szinte biztosan túlméretezünk. A hűtési igények az épület jellegétől függően változnak, így az egyszerűség kedvéért, legyen a csúcs hűtési igény egyenlő a csúcs fűtési igénnyel. Egy ilyen gép hűtési teljesítménye 35°C külső hőmérséklet mellett ~600 kW, a 380 kW-os maximális igény mellett. Itt hozzá kell tennünk, hogy a túlméretezés nem feltétlenül probléma, annak mértéke és a vele járó beruházási költség növekmény, valamint a rendszer szabályozása és a rendszer térfogatigénye a leolvasztások és kompresszor minimális futásidők miatt megfontolandó. A hőszivattyúk SCOP értéke, amely a részterhelés hatásfokát mutatja, jóval a csúcsteljesítményen kimutatott COP értéke felett van, tehát a gép hatékonyabban képes működni, ha nem csúcsterhelésen járatjuk.
A -7°C-os külső hőmérséklet mellett 310 kW-ra méretezett berendezés esetén a be kell illesztenünk a rendszerbe valamilyen más hőforrást, hogy a fűtési csúcsigényt el tudjuk látni. Ebben az esetben el kell dönteni, hogy a másodlagos fűtőberendezést a teljes vagy részleges terhelésre méretezzük. Alternatív hűtési rendszer esetén -13°C-ban 380kW teljesítményhiányunk lesz, míg párhuzamos esetben csak ~100 kW, így a beruházó és az üzemeltető jó eséllyel a párhuzamos üzemű rendszer mellett fog dönteni, főleg, hogy ha megnézzük a hőfokgyakorisági görbét. A -10°C alatti tartomány Magyarországon már kifejezetten ritka, így a másodlagos fűtés a gyakorlatban tartalék lesz. Vegyük észre, hogy a gép üzemideje nagy részében itt is részterhelésen fog dolgozni.
Ahogy a bivalencia pontot (az a pont, aminél hidegebb külső hőmérséklet esetén a hőszivattyú már nem képes önállóan kielégíteni a fűtési igényt) a hőmérséklet skálán feljebb toljuk, egyre nő a hőszivattyú teljesítményhiánya alacsony hőmérsékleten. A diagramon a -1°C-ra és az +5°C-ra méretezett reverzibilis hőszivattyú is fel van tüntetve. Az 5°C-ra méretezett gépnek a teljesítményhiánya esetünkben már nagyon nagy lesz, így ha a beruházásban bivalens rendszert valósítunk meg, jó eséllyel a -7°C-ra vagy a -1°C-ra méretezett berendezésre fog esni a választás.
A külső hőmérséklet a hőszivattyúk COP értékére, vagyis hatékonyságára ugyanolyan hatással van, mint azok csúcsteljesítményére. Minél alacsonyabb külső hőmérséklet mellett üzemeltetünk egy hőszivattyút, a COP értéke annál alacsonyabb lesz. A 2. ábrán egy hőszivattyú COP értéke látható a külső hőmérséklet függvényében. Ez a bivalencia pont meghatározásánál játszhat fontos szerepet, ha összevetjük a hőszivattyús és pl. gáz, fa vagy egyéb alternatív fűtési lehetőség energiaárát.
Megnehezíti a döntéshozatalt, hogy az energiaárak -főleg a jelenlegi helyzetben- nehezen jósolhatók. A pillanatnyi trend az, hogy a gáz ára Európaszerte a háború előtti szintre csökkent, sőt pl. Belgiumban már jóval az alá esett vissza. Ez reményt adhat a jövőben várható kiszámíthatóbb körülményekre, ami talán Magyarországra is begyűrűzik.
Fontos megemlíteni a hőleadó rendszer hatását a rendszer egészének hatékonyságára. A radiátoros rendszerek magas hőmérsékletű-, a fan coilos rendszerek közepes hőmérsékletű-, míg a felületfűtések alacsony hőmérsékletű előremenő közeget igényelnek. Az előremenő hőmérséklet hatását a hőszivattyú COP értékére a 3. ábra mutatja. Egyértelműen látható, hogy a fűtési rendszer annál hatékonyabban üzemeltethető, minél alacsonyabb előremenő hőmérsékletet igényelnek a hőleadói.
A bivalencia pont helyes megválasztása olyan változóktól (energaiaár, COP) függ, amiket a döntéshozó nem tud befolyásolni, és egyes esetekben nehezen jósolható azok jövőbeni alakulása. Műszaki paraméterek és beruházási költségek mentén a választás egyszerűbb lenne, azonban a fenntartási és üzemeltetési költségek akkora részt tesznek ki a rendszer élettartama alatt, hogy nem lehet őket figyelmen kívül hagyni. Az biztosan kijelenthető, hogy a hőszivattyúk hatékonyságára jó hatással van az alacsony hőmérsékletű fűtési rendszer, így új beruházás esetén érdemes erre törekedni.
Szabó Ákos
műszaki támogató mérnök
Art of Air 21 Kft.
