HŐSZIVATTYÚ TECHNOLÓGIA: KULCS A HAZAI ÉPÜLETÁLLOMÁNY DEKARBONIZÁLÁSÁHOZ
Zuggó Balázs, alelnök, Magyar Hőszivattyú Szövetség
Szalai Gabriella, environmental advocacy manager, Daikin Hungary Kft (szalai.g@daikin.hu)
Ádám Zoltán Levente, projektértékesítő mérnök, Daikin Hungary Kft (adam.z@daikin.hu)
Európában felerősödött az a szakpolitikai szándék, melynek célja, hogy az EU karbonsemlegessé váljon 2050-re. A kibocsátás-csökkentés egyik legnyilvánvalóbb módja az épületek emissziójának visszafogása, és a fosszilis energiahordozók fűtési célú felhasználásának fokozatos visszaszorítása.
Nagyon kevés műszaki-technológiai megoldás képes – az előttünk álló - ténylegesen emissziómentes épületfűtés (és -hűtés) elvárását teljesíteni, különösen úgy, hogy közben hozzájáruljon a megújuló energiaforrások elterjedésének fűtési és hűtési szektorban való felgyorsításához.
A hőszivattyú technológia, illetve a távhő alkalmazása képes ezt az együttes elvárást is teljesíteni.
A háború és annak nyomán kialakuló geopolitikai válság miatt az elmúlt bő két évben új nehézségekkel szembesült Európa, mind a fosszilis energiaforrások rendelkezésre állása, mind azok elszálló ára következtében fellépő gazdasági problémákra tekintettel. Mindez a klímaválság 24. órájában történik, mikor az európai döntéshozók gőzerővel próbálnak olyan közös utat találni, mely egyszerre segítheti a kibocsátás-csökkentést, beleértve az energiafelhasználás redukálását, illetőleg az energia-előállítás környezeti terhelésének visszafogását.
E gigászi feladatra több, egymással szorosan összefüggő Európai Bizottsági javaslatcsomag párhuzamos felülvizsgálata irányult, illetve fejeződik az be az előttünk álló hetekben. A Green Deal, a Fit for 55, illetve REPowerEU javaslatcsomagok - sőt a Helyreállítási Alap bizonyos dedikált forrásai is - együttesen célozzák meg azt, hogy 2050-re elérhessük: Európa legyen az első karbonsemleges kontinens.
Az Európai Unió jogalkotása jellemzően irányelvekkel dolgozik, a tagállamokra bízva az eszköztár kiválasztását az adaptáció során. Az „Irány az 55%” (Fit for 55) csomag részeként felülvizsgálat alatt álló irányelvekben - és helyenként minden tagállamra átültetési nélkül érvényes rendeletekben - megfogalmazott módosítási javaslatok azonban már túllépnek az egyszerű iránymutatáson: a csomagok kijelölik azt az utat, hogy egyszerre lehessen csökkenteni a fosszilis energiahordozóktól, elsősorban gáztól való függőséget, és elősegíteni az európai épületállomány dekarbonizálását is.
Az új irányelv-csomagok tehát együtt hivatottak biztosítani a jelenlegi energiaválság és a globális energiapiac zavaraitól való függetlenedést, ezáltal mind a háztartások, mind az ipari és kereskedelmi felhasználók számára a megfizethető, de egyben minél „zöldebb” forrásokból származó energia-hozzáférés biztosítását.
A hőigény diverzifikálásának igénye, a fosszilis energiahordozók kiváltása számos beruházás és projekt kapcsán merül fel itthon is. Gyakori kérdés, hogy az eredetileg tervezett műszaki tartalommal valósuljon-e meg egy projekt, vagy érdemes újragondolni a koncepciót. A kérdések mögött különböző indokok állhatnak, sokszor pusztán gazdaságossági, sokszor pedig üzembiztonsági érdekek kerülnek előtérbe. Tényleg megéri hőszivattyús rendszerekre váltani? Milyen szempontokat érdemes megfontolni egy projekt kapcsán? Milyen lehetőségekkel és korlátokkal találkozunk primer és szekunder oldali hőszivattyús alkalmazásoknál?
A szekunder vagy felhasználói oldali hőszivattyúzás mára teljesen standard megoldássá vált köszönhetően a lakossági, kereskedelmi és ipari méretű hőszivattyúzás térhódításának. A technológia fénykorát éli – gondolhatnánk, de az európai és hazai trendek is azt mutatják, hogy ennek a rögös útnak még csak az elején járunk. Mára bizonyos, hogy a fogyasztói oldal igényei lokálisan akár hőszivattyús rendszerekkel is kielégíthetők. A megfelelő rendszer kiválasztásának érdekében érdemes részleteiben is vizsgálni az adott fogyasztói, felhasználói lehetőségeket és igényeket. Új beruházások esetén jellemzően már a koncepció megalkotásánál vizsgálat alá kerülnek a rendelkezésre álló energiaforrások. Hőszivattyú alkalmazása esetén fontos kérdés, hogy lehetséges-e a rendszert teljeskörű megoldásnak tekinteni, továbbá ha igen, el tudják-e látni a felhasználói igényeket, ezt hatékonyan tudják-e megtenni? A koncepció kialakításánál egy ilyen rendszer számos előnnyel járhat, nem szükséges például az egyéb energiaforrások fogadására alkalmas vezetékek, fogadóhelyek kiépítése, engedélyeztetése, a rendszer működtetése és üzemeltetése sok szempontból egyszerűbb, átláthatóbb, nyomon követhetőbb. Kritikus kérdés a téli üzem leghidegebb időszakában történő ellátás, mely itthon rendszerint a -15°C-os külső méretezési hőmérsékletben értendő. Az üzembiztonságot és az energiahatékonyságot előtérbe helyezvén kialakíthatók olyan rendszerek, ahol az előremenő vízhőmérsékletet kellően alacsony értéken tartva is megfelelő fűtési üzemállapotot érünk el, továbbá a használati melegvíz igényeket is el tudjuk látni. Mivel a kritikus üzemállapot a teljes szezon során csak elenyésző ideig áll fenn, így a teljes szezonális hatékonyságot szinte alig befolyásolja, azonban a rendszer mértékadó terhelését, így annak beépített teljesítményét igen. A munkapontot gondosan megválasztva elkerülhető, hogy túlméretes rendszer kerüljön kiválasztásra.
De mi a megoldás akkor, ha magas hőmérsékletre van szükség?
Hőszivattyús megoldások esetén meg kell különböztetni a bivalens és monovalens rendszereket. Előbbiben a hőszivattyún kívül más hőforrás is rendelkezésre áll az adott területen, így a megfelelő bivalencia pont kiválasztásával elérhető az, hogy bizonyos rögzített külső hőmérséklet felett a hőigényeket hőszivattyúsan lássuk el, alatta pedig egyéb hőforrásból – például gázkazánnal vagy távhővel - kombináljuk. Egy ilyen rendszerben a bivalencia pont rugalmasan változtatható, akár az energiaforrások árának mozgásához is igazítható, tehát optimalizálhatók a működési költségek.
Abban az esetben, ha a fűtővíz és a használati melegvíz előállítására több forrás is rendelkezésre áll, ez felhasználói oldalon biztonságot nyújthat, hiszen a mínuszos tartományokban az előállított vízhőmérséklet tulajdonképpen nem, vagy csak részben függ a külső hőmérséklettől.
A monovalens üzemű rendszer esetén egy olyan kapcsolás adhat megnyugtató választ, ahol a levegő-víz hőszivattyúk mellett víz-víz hőszivattyúkat is alkalmazunk. A gépeket sorba kapcsolva -15°C külső hőmérséklet mellett akár 75°C-os előremenő vizet is elő tudunk állítani, amennyiben a köztes hőfoklépcsőt megfelelően választjuk meg. Ez jellemzően 20°C környékére adódik, mert ennél a hőfoknál érhető el az, hogy mindkét körünk üzembiztosan és hatékonyan tudjon működni. A két lépcsős rendszer lehetővé teszi azt, hogy elkerüljük az egyéb energiaforrásokra való támaszkodást, amelyek kiépítésével bizonyos munkafolyamatok és költségek elkerülhetők. Energetikai korszerűsítés esetén szintén az igényekre illeszthető a rendszer – alacsony hőmérsékletű fűtési rendszereknél egyszerűen hőszivattyús üzemben, magas hőmérsékletű rendszereknél pedig két lépcsőben történhet a fűtővíz előállítása. Ez alkalmassá teszi a megoldást arra, hogy akár távhőről való leállásnál, akár kazáncserénél úgy korszerűsítsük a hőtermelő oldalt, hogy a hőleadó oldalt érintetlenül hagyjuk.
A hőszivattyúkat a modern kompresszortechnológiáknak és vezérléseknek köszönhetően rugalmasan és dinamikusan lehet illeszteni a felmerülő igényekhez. Amitől azonban igazán egyedivé válik a rendszer energetikai szempontból, az annak a lehetősége, hogy az alkalmazott hőszivattyúknak köszönhetően csaknem minden üzemállapotban lehetőség van a hulladékhő energiájának visszanyerésére, lényegében „ingyen”, hiszen ezt egyéb esetben a környezetbe dobnánk ki. A hőszivattyúk képesek úgy működni, hogy mindkét oldaláról hasznos teljesítmény tudjunk kinyerni. Ebben az esetben a felhasználási helyek között tudunk egyik pontból a másikba energiát átmozgatni. Példa lehet erre a nyári hűtési szezonban való használati melegvíz termelés, vagy akár fűtési szezonban felmerülő hűtési igények fedezése (pl. technológiai hűtés esetén), de akár a légkezelők utófűtésére is fordíthatjuk a rendszeren belül visszanyert hőmennyiséget.
Egy ilyen rendszer megtervezése természetesen projektspecifikus termékválasztást feltételez, melyhez szoftveres méretezéssel biztosítjuk az egyedi energetikai igényeket is magába foglaló illesztést. A Daikin kiterjedt termékportfóliójával már néhány kW teljesítménytől akár több MW-os igényig nyújt megoldást, de az igazi előnyt az a műszaki háttértámogatás jelenti, melyet a mérnöktanácsadó csapat nyújt. A fokozatmentes szabályzású berendezéseknek köszönhetően pedig a megfelelő paraméterekre, specifikusan tudunk egyedi megoldást szállítani, úgy, hogy közben az év teljes egészében megújuló hasznos energiával kerülnek kielégítésre a hűtési, fűtési, technológiai és HMV igények.
A Daikin felhő alapú szolgáltatásaival lehetőség van arra, hogy az üzemeltetés során optimalizáljuk a berendezések felhasználását és előre jelezzük az esetleges problémákat, a felmerülők javítását pedig jelentősen felgyorsítsuk. A szolgáltatással lehetőség van a rendszer távfelügyeletére és irányítására, melyet egy felhasználóbarát felületen lehet nyomon követni. Itt hozzáférhetők a fontos adatpontok, elérhetők és elemezhetők a trendek, figyelemmel kísérve az energiafelhasználást. Lehetőség van továbbá hibajelzések küldésére, ráadásul a gépek folyamatosan kapcsolatban lehetnek a Daikin- szervizzel és mérnökcsapatával.
Milyen hatással lehet a hőszivattyúzás a távhőrendszerre?
Bár bizonyos szemszögből a távhő és a hőszivattyús technológia egymás alternatívájának tűnhet, a gyakorlatban a fosszilis energiahordozók visszaszorításának, a karbonsemlegességi célok elérésének és a megújuló energiahordozó részarány növelésének érdekében a kettő összefonódásában látszik kirajzolódni a megoldás.
A hőszivattyúk meglevő rendszerekbe való integrálása energetikai és gazdaságossági szempontból nehézkes, hiszen a kompresszortechnológiától és hűtőközegtől függetlenül a magas előremenő vízhőmérséklet miatt az energiamérleg kedvezőtlenül alakul.
Az idő előrehaladtával azonban egyértelműen látszik a fogyasztói oldal igényeinek változása, s ez a primer oldal alkalmazkodásához vezet. Ha egy adott rendszer a lokálisan változó igények ellátásához rugalmatlan, a felhasználói oldal erre lokális megoldásokkal reagál. Ez azonban nem zárja ki annak lehetőségét, hogy forrás oldalon a külső levegő helyett egyéb hőforrásból tápláljuk az igényeket. Erre jelenthet megoldást például egy szabályozható, alacsony hőmérsékletű körvezeték, melyből igény szerint lokálisan hőenergiát tudunk kivenni (például egy víz-víz hőszivattyúval), vagy hűtési üzem esetén azt akár visszatáplálni tudjuk az említett rendszerbe. A változó igények miatt egyre inkább jellemző az egyidejű hűtési és fűtési igények fennállása – ezt egy alacsony hőmérsékletű központi vízkörrel akár előnyünkre is fordíthatjuk, lehetővé téve a felhasználók közötti hővisszanyerést.
A fosszilis energiahordozók várható visszaszorulásával a hőszivattyúzás egyre nagyobb teret nyer, ezt pedig le kell kövesse a hőtermelés is mind primer, mind pedig szekunder oldalon. Emiatt egyre nagyobb hangsúlyt kell fektetni a jövő rendszereinek gondos megalkotására, hogy az hosszú távon is fenntartható legyen.