Levegő-víz hőszivattyúk gazdaságossági kérdései – 1. rész: Fűtési energiaigény, az SCOP szerepe, a hőszivattyú energiafogyasztása

Milyen tényezőket kell figyelembe venni egy hőszivattyús rendszer gazdaságossági értékelésénél, és milyen műszaki adatok lehetnek lényegesek a hőszivattyú kiválasztásánál? Ezekre a kérdésekre adja meg a szerző a választ, majd megtárgyalja a hőszivattyú hőteljesítményének és COP-értékének alakulását a befolyásoló tényezők függvényében, és bemutatja az energiafogyasztás számításának módszerét. 

Mit értünk gazdaságosságon?

A berendezések beszerzésének és használatának fontos szempontja a műszaki paraméterek mellett a hosszú távra tervezett üzemeltetési és beruházási költségek alakulása. Általánosságban tapasztalható, hogy a hőszivattyúk vásárlása előtt mérlegelni célszerű, milyen feltételeknek kellene megfelelni a készüléknek. Sajnos a leggyakoribb esetben a berendezés bekerülési költsége a döntő tényező. Terv, illetve kapcsolási rajz sem áll rendelkezésre, legjobb esetben képzett szerelőcsapat végzi a kivitelezést. Mivel a jelenleg hozzáférhető hőszivattyúk széles skálája található a piacon, már ebben az első fázisban nehéz a döntés. A következő lényeges kérdés az üzemeltetési költségek alakulása a fűtési, hűtési idényben, illetve a berendezés élettartama alatti teljes költség. Az élettartam alatti költségre nem igazán fogékonyak a vásárlók. Az élettartamköltség legnagyobb részét az energiaköltség teszi ki, de ezen túl figyelembe kell venni a szervizelési, karbantartási és az esetlegesen szükséges javítási költségeket is, beleértve ezekbe a hűtőközegpótlás és a szivárgásvizsgálat költségeit is. A kiértékelés ezen felül kiterjedhet a beruházás megtérülésének irányába (minőségi, vagyis drágább és olcsóbb típusok között, valamint hagyományos hőtermelő és hőszivattyú közül választhatunk). Első közelítésben az energiaköltség alakulása és annak befolyásolási tényezőinek taglalása a fő szempont. 

A cikk először csak a fűtésre alkalmazott berendezések értékelésével foglalkozik, de nem szabad elfelejtenünk, hogy a jelenleg kínált és kapható hőszivattyúk hűtésre is használhatók. 

Mégis milyen műszaki adatok lehetnek lényegesek a hőszivattyú kiválasztásánál? 

Ezt érdemes körüljárni, és egy kicsit részletesebben megvizsgálni hatásukat a költségek alakulására. A hőszivattyúk kiválasztásánál az első adatsor, amit a gyártók közölnek, a névleges teljesítmény és a fajlagos fűtési, hűtési teljesítmény – fűtési fok: COP (hűtési fok: SEER), adott hőmérsékletek (külső és fűtési víz) mellett. A névleges feltételek (külső hőmérséklet, páratartalom, előremenő víz hőmérséklete) mellett megadott fűtési teljesítmény és COP-érték nem alkalmas megalapozott döntés meghozatalához. 

A hőszivattyúk névleges paraméterei az alábbi feltételek mellett közlik a fűtési (hűtési) teljesítményt, valamint a COP-, EER-, SCOP-, SEER-értékeket.

Fűtés:
alacsony hőmérsékletű hőhordozóval üzemelő: külső hőmérséklet: 7 °C, relatív páratartalom: 55%, fűtési előremenő hőmérséklet: 35 °C
Közepes hőmérsékletű hőhordozóval üzemelő: külső hőmérséklet: 7 °C, relatív páratartalom: 55%, fűtési előremenő hőmérséklet: 55 °C 

Hűtés:
Fan-coillal működő rendszer: külső hőmérséklet: 35 °C, relatív páratartalom: 55%, hűtővíz hőmérséklete: 7/12 °C
Felületi hűtés: Külső hőmérséklet: 35 °C, relatív páratartalom: 55%, hűtővíz hőmérséklete: 19/23°C

A hőszivattyúk teljesítményét és energiafogyasztását az alábbiak módosítják: külső hőmérséklet, fűtővíz hőmérséklete, mono, illetve split (osztott) kivitel, fűtési rendszer jellege (radiátoros vagy felületfűtés), HMV-termelés (használati meleg víz) van vagy nincs, egyéb hőtermelő beépítése (pl. gázkazán). A kiválasztás egyik lényeges szempontja az időjárási körülmény – külső hőmérséklet, páratartalom tisztázása. Az 1. ábra mutatja Magyarországon a méretezési külső hőmérséklet területi megoszlását. A fűtési folyamatot még befolyásolhatja, hogy csak hőszivattyúval vagy egyéb hőtermelő beiktatásával is kívánjuk a fűtési rendszert működtetni.

1. ábra – A méretezési külső hőmérséklet területi eloszlása

A megfelelő hatásfok jellegű szezonális fűtési fokot(SCOP-értéket), az adott régió szerinti külső hőmérséklet gyakorisága és a kívánt fűtési víz előremenő (visszatérő) hőmérséklete határozza meg a gyártói ismertetők szerint.

2. ábra – A külső hőmérséklet gyakorisági eloszlása

A hőteljesítmény és a COP-érték alakulása

A következőkben a külső hőmérséklet és a hőhordozó (fűtési víz) hőmérsékletének függvényében a hőszivattyú hőteljesítményét, illetve COP-értékének alakulását mutatjuk be. Elmondható, hogy a külső hőmérséklet csökkenésével a fűtési előremenő változatlan hőmérséklete mellett a hőszivattyú fűtési teljesítménye és COP-je csökken. Ugyanakkor ha a külső hőmérséklet nem változik, de az előremenő víz hőmérsékletét emelni kívánjuk, a hatás ugyanaz. Amennyiben mindkét tényező fellép, akkor a fűtési teljesítmény és COP-csökkenés fokozottabb. A páratartalom és tengerszint feletti magasság (levegő sűrűsége) is módosíthatja kismértékben a COP-értékeket, de ezzel a gyártók nem foglalkoznak. Pedig logikusnak tűnik, ha a környezeti páratartalom nő (pl. eső, köd), akkor többletmunkára van szükség a megfelelő hőmérsékleti szint eléréséhez. A COP önmagában nem jelent semmit, csak adott külső és fűtési előremenő vízhőmérséklet mellett határozható meg – a mérési eljárást követően. A 3. ábra a COP és fűtési teljesítmény alakulását mutatja.

3. ábra – A fűtési teljesítmény, a villamosteljesítmény-felvétel és a COP alakulása külső és fűtési előremenő hőmérséklet szerint (equation.pdf: fűtési előremenő vízhőmérséklet, equation_1.pdf: a hőszivattyú fűtési teljesítménye, equation_2.pdf: villamosteljesítmény-felvétel)

Az SCOP a COP-k egy súlyozott átlaga a teljes fűtési idényre, adott előremenő fűtési vízhőmérséklet mellett. Az SCOP értéke emellett még természetesen a fűtési határhőmérséklettől (amikor a központi fűtés indul), továbbá az esetleges egyéb hőtermelő szerepétől is függ. A fűtési határhőmérsékletet az épülettől, a belső és szoláris nyereségektől, valamint a komfortigényektől függően lehet meghatározni. Magyarországon leggyakrabban alkalmazott értéke 12 °C, amit a felhasználói igények szerint lehet módosítani 14–18 °C-ig. Amennyiben a magasabb értékek felé módosítjuk a hőszivattyú üzemét, úgy az SCOP kedvezőbb értékeket mutat. Az SCOP segítségével becsülhető meg az éves energiafogyasztás, illetve annak költsége. A fűtési idényben jelentkező hőmennyiségigényt a hőfok-tartamdiagram alapján lehet meghatározni. A 4. ábrán a hőfokgyakorisági diagram látható, 12 °C határhőmérséklet és 20 °C belső hőmérséklet esetén. A sárgával színezett terület segítségével lehet számítani az idényre vonatkozó fűtésienergia-fogyasztást.

4. ábra – Hőfokgyakorisági görbe és éves fűtési hőfokhíd

A határhőmérséklet függvényében a hőfokhíd értéke változik. 

Amennyiben kiegészítő fűtést alkalmazunk, és pl. gázkazán veszi át a szerepet alacsonyabb külső hőmérséklet esetén, a hőszivattyú leáll, és a gázkazán üzemel. Az ehhez tartozó hőmérsékletet bivalenciapontnak nevezzük. Hogy alkalmazunk-e kiegészítő hőtermelőt, az már a megtérülés témája lehet. Ugyanis ekkor kisebb teljesítményű hőszivattyú alkalmazható (alacsonyabb bekerülési költség), a bivalencia és határhőmérséklet közti tartományban pedig jobb hatásfokkal (jobb SCOP-értékkel) üzemel a készülék. Erre a későbbiekben visszatérünk. 

Az energiafogyasztás számítása

A fűtésienergia-fogyasztás számítása a következők szerint végezhető el:

Szükséges adatok:

  1. Hőenergia-igény teljes fűtési idényben: ha nemcsak fűtésre, hanem HMV-termelésre is alkalmazzuk a hőszivattyút, akkor az alább ismertetett energiaigényt növelni szükséges, amely az egész évben pluszértékként jelentkezik. A HMV energiaigénye megközelítőleg állandónak vehető. Az éves kihasználási fok a kiegészítő berendezés, pl. kondenzációs gázkazán esetében 94–98%, az égéshőre vonatkoztatva.

Ha nincs kiegészítő hőtermelő, akkor a hőszivattyú éves (fűtési idény) energiaigénye a fűtésienergia-igényből: equation.pdfegyszerűen számítható, mivel a felhasznált villamos energia: equation_1.pdf = equation_2.pdf kJ/év, kWh/év

Tehát a hőszivattyú éves villamosenergia-fogyasztását a equation_3.pdf értéke határozza meg.

2. Ha van kiegészítő hőtermelő, akkor az éves (fűtési) energiaszükséglet ugyanaz, de azt két részre kell osztani: a kiegészítő hőtermelő által lefedett részre és a hőszivattyú által lefedett részre. Ennek az az előnye, hogy a hőszivattyú a szűkített hőmérséklet-tartományban kisebb teljesítményű típus (tehát olcsóbb) lehet, továbbá az SCOP is jóval kedvezőbb. A kiegészítő fűtést elektromos fűtőbetétekkel a hőszivattyúgyártók általában megoldják, és amennyiben ezt beállításkor aktiválják, akkor ezzel a hidegebb napokon a berendezés párhuzamosan üzemel a hőszivattyúval (hűtőkör), de ez nem ugyanaz, mint a felváltó (bivalens-alternatív) üzem gázkazánnal. 

Felváltó üzem kiegészítő hőtermelővel:

Ekkor az éves fűtésienergia-igény:

Az összefüggésekben szereplő H hőfokhíd az 5. ábrán területeket jelent. A hőfokhíd értékei a szakkönyvekben táblázatos formában megtalálhatók.

5. ábra: Hőfokgyakoriság diagramban: hőfokhidak hőtermelők szerint

A fenti összefüggések eredményei alapján és az energiaárak ismeretében számolható az éves energiaköltség. 

Energiaárak 

Vezetékes földgáz: Ft/MJ átszámítva a gázmérő által kimutatott fogyasztás térfogatára. 

Az átszámítás az Országos Mérésügyi Hivatal által közölt fűtőértékadatok (MJ/m3) alapján történik. Különböző díjakat (rezsicsökkentett és piaci) kell alkalmazni a havi (éves) fogyasztás alapján.

Villamos energia: Ft/kWh helyi fogyasztásmérőkkel

A villamosenergia-árak különböző tarifákkal igényelhetők: rezsicsökkentett (210 kWh havi fogyasztásig), kedvezményes – „H” tarifa és piaci ártarifa.

Összefoglalás

Amennyiben az energiaköltség ismert, azt össze lehet hasonlítani egyéb hőtermelő energia költségével, pl. gázkazán és hőszivattyú között. Így már összevethetők az üzemeltetési költségek. A döntéshozás egyik tényezője ezek után rendelkezésre áll. 

Természetesen mérlegelni kell egyéb tényezőket, a beruházási, karbantartási költség alakulását is. Érdemes a beruházás megtérülését is figyelembe venni, ami már hosszabb távú, igényesebb döntéshozatalhoz nyújt támogatást. Az energiaköltség kalkulációja jó becslésnek vehető, de azt egy sor egyéb tényező is befolyásolhatja: üzemeltetői viselkedés (belső hőmérséklet módosítása, szakaszos üzem, időzítő program alkalmazása, időjárásfüggő szabályozás, a fűtési rendszer hatásfoka, leválasztó hőcserélő, hidraulikus váltó, tároló, HMV, illesztés, szabályozhatóság, karbantartás hiánya stb.). 

Ha a hőszivattyút hűtésre is használjuk (mennyezethűtés, vagy fan-coil) akkor a nyári hűtési igény még pluszban hozzáadódik a fűtésienergia-szükséglethez.

A 2. részben példákon keresztül mutatom be a különböző tarifák melletti energiaköltségek alakulását a bivalenciapont meghatározását kiegészítő hőtermelő esetén, továbbá a megtérülés egyszerűsített kiértékelését. 

Gáti György
okleveles gépészmérnök

Fotóillusztráció: Canva

Megosztás

Előző olvasása

Hőszivattyú-konferencia lesz a MAHŐSZ szervezésében

Következő olvasása

Jégre fel! Jön a jég, csúszik!