Impresszum Help Sales ÁSZF Panaszkezelés DSA

Hőszivattyú - primer körök kialakítása, összehasonlításuk

Ahogy előző bejegyzésemben ígértem, most a hőszivattyú primer körének a kialakításával foglalkozom részletesen. Ha eldöntötted már, hogy milyen legyen, már csak azt kell megtudnod, hogyan is valósítsd meg.

Először a talaj hőmérsékletváltozását nézzük meg. A felszín közeli rétegekben a hőátmenet hősugárzással történik a légkör irányából és hővezetéssel a mélyebb rétegek felől. Mivel mennyiségileg a Napból sugárzással fölvett hőmennyiség sokszorosa a mélyebb rétegekből felvett hőmennyiségnek, ezért a legfelső rétegek hőmérséklete évszakonként változik. Ez a változás Magyarországon kb. 12 m mélységben egyenlítődik ki. A legfelső állandó hőmérsékletű zóna hőmérséklete 9-10 °C (kb. 12m mélységben), és innen kezdve lefelé növekszik. Magyarországon az átlagos kútvízhőmérséklet és szondahőmérséklet 50 méteres mélységig 12°C körül alakul, annál mélyebben 20-30 méterenként 1°C-ot emelkedik a talaj hőmérséklete.

talajhő görbe

Fenti ábra a talajfelszíntől mért mélység függvényében mutatja a talaj hőmérsékletváltozását az év négy különböző szakában. A mélység a függőleges tengelyen olvasható le méterben. A görbék időpontja közvetlenül a vízszintes tengely alatt balról jobbra haladva: február, május, november, augusztus.


Kútvizes primer kör

A kútfúrás ma Magyarországon bejelentésköteles. A bejelentést az önkormányzatoknál kell benyújtani. A bejelentéshez csatolni kell a kút térképen történő elhelyezési tervét, és a kút kivitelezési tervét, melyeket vízmérnöknek kell elkészítenie. A fúrás befejeztével pedig a végleges megvalósítási dokumentumokkal kell "készrejelenteni" a kiépített kutakat. A bejelentés minimális mértékű illeték befizetését követeli meg, a vízmérnök munkadíja azonban nem minimális! Neki ki kell nyitnunk a pénztárcánkat.

Legalább két kút megfúrása szükséges. A forrás kút és nyelő kút funkciókat úgy kell megválasztani, hogy a felszín alatti vízáramlások ne okozzanak hidrológiai rövidzárat. Vagyis a hőszivattyú által lehűtött víz ne a forrás kút felé áramoljon, hanem el tőle. A forrás kútba pedig folyamatosan azonos hőmérsékletű víz érkezzen. A két kutat egymástól minimum 10 méterre, egyes nézetek szerint 25 méterre kell elhelyezni. Vannak esetek, amikor nem elegendő egy darab nyelő kút, egy kút nem képes olyan gyorsan elnyelni a vizet, amennyit a forrás kútból kiveszünk. Ilyen esetben második, néhol harmadik nyelőkút fúrására is szükség van. Ha még így sem elég gyors a vízelnyelés, akkor zárt kutat kell kiépíteni, sajtolással kell a mélyebb rétegekbe a vizet visszajuttatni. Az is előfordulhat, hogy egy forráskútból nem tudjuk biztosítani a megfelelő tömegáramot, ebben az esetben több forráskútra van szükség.

Kútvizes primer kör esetén a kút vizét hőcserélővel kell elválasztani a hőszivattyútól. A kút vizében olyan apró szennyező részecskék vannak, amik  részecskeszűrőkön átjutnak, szabad szemmel szinte alig láthatók, de a hőszivattyúban lévő lemezes hőcserélő vékony járatait gyorsan eltömíthetik. Ezen kívül vízkő és egyéb vegyi anyagok jelenléte a kútvízben károsíthatja a hőcserélő anyagát, kilyukaszthatja vagy eltömítheti azt. Ilyen indokok miatt csak külső hőcserélő közbeiktatásával használjunk kútvizes primer kört! Hogy olcsóbb legyen a kútvíz esetleges romboló tevékenysége következményeit kijavítani! Ebben az esetben a kútvizet leválasztó hőcserélő mindkét ágában kell ellenőrizni az áramlási sebességet, a két áramláskapcsolót egymással sorba kell kötni. A hőszivattyú működését csak abban az esetben engedélyezzük, ha mindkét körben megvan a megfelelő sebességű áramlás. Ez az ellenőrzés a hőszivattyút megvédi a szétfagyástól, TILOS kikerülni! Kikerülése a garancia azonnali elvesztését vonja maga után!

Talajszonda

Házilagos kivitelezés nem lehetséges. 20 méternél mélyebb talajszondák építéséhez a területileg illetékes bányakapitányságtól kell engedélyt kérni. A kérvényhez csatolni kell kamarai nyilvántartásban szereplő mérnök által készített terveket. Az engedély illetékköteles, egy-két hely kivételével általában könnyen megadják. A bányakapitányságnak az építés befejezését, a megvalósult talajszondákat is be kell jelenteni, újabb illeték befizetése mellett.

Talajszonda létesítésekor fúrógéppel veszik birtokba a területet, és a kiszámolt darabszámú, tervezett mélységű kutak megfúrása közben a környezet viszonylag legminimálisabb megbolygatása mellett általában műanyag (KPE) csövekből hegesztéssel készült szondákat tolnak le a kifúrt lyukakba. A szondákat egymástól minimum 5 méterre, de inkább 8 méteres távolságban kell elhelyezni. Bár sokkal kisebb területet igényel a talajszonda, mint a talajkollektor, a kivitelezés nagy precizitást és odafigyelést igényel. A szonda többféle kialakítású lehet. Létezik 'cső-a-csőben' és U-alakú szonda is. Egy-egy kút megfúrásával letolhatnak egy szondát vagy szondapárt is, esetleg több szondát egymáshoz viszonylag közel. Természetesen az egy szondának fúrt kút szűkebb keresztmetszetű, mint a szondapárhoz vagy több szondához szükséges átmérő. A szondák letolása után a szonda és a kút fala közötti hézagot bentonittal töltik fel. Így biztosítják a fúrás közben átszakított vízzáró rétegek további normális működését. Ugyanis a talajszonda kialakításának legfontosabb feltétele, hogy a mélyebb rétegek vízháztartását ne bolygassa meg. A szondaépítés technológiáját úgy alakították ki, hogy ennek a kritériumnak maradéktalanul eleget tegyenek.

Manapság már léteznek nemcsak egyenesen, függőlegesen lefelé menő szondák, hanem elágazó, a függőlegessel szöget bezáró szondaágak, egy fejben összesítve. Ezekről még nincsen túl sok tapasztalat. Ott érdemes ilyen elrendezéssel próbálkozni, ahol kevés földterület áll rendelkezésre. Ezzel a módszerrel a 'szomszéd alá' is lehet fúrni, egy kicsit nagyobb területről gyűjthető be a hőszivattyú kiszolgálásához szükséges hőmennyiség. Ilyen szondakialakításhoz természetesen a szomszédnak is hozzá kell járulnia, ha ténylegesen az ő területe alól is szeretnénk hőt kinyerni.

A különböző szerkezetű anyagok hővezető képessége különböző. Általában minél sűrűbb egy anyag, annál jobb hővezető. És minél nedvesebb egy talajréteg, annál jobb hővezető. Mivel a szonda hosszában változó a talaj minősége,nem egyforma a hőátadás mértéke. Az minden mélységben az ott jelenlévő anyag minőségétől függ. Egy szondára vonatkoztatva például egy száraz homokos talajban csak 35W/m, egy nedves homokos talajban 50W/m teljesítményt lehet elérni, míg például földfelszín alatti áramlások vonalában akár 100W/m vagy annál egy kicsit nagyobb hőnyereség is reális. A tervezők kis (30kW-nál kisebb) rendszerek esetében a talajszerkezet pontos ismerete hiányában a fúráskor tapasztalt talajminőség függvényében táblázatból kiolvasható W/m értékkel számolnak. Ez természetesen csak közelítő becslés. Az így tervezett talajszonda az év nagy részében kielégíti a primer oldalon a hőigényeket. Precíz teljesítménymérés hiányában azonban csak a legnagyobb hidegben derülne ki, hogy a szondánk nem tudja azt a teljesítményt leadni, amit várunk tőle. - Ezért is szükséges a próbafúrás, egy szonda elkészítése és bemérése, majd ez alapján a helyileg szükséges szonda darabszám és szondahossz megállapítása. - Az elkészült szondákat azután egy gyűjtőbe vezetik és összekötik. Szabályozószelepek beépítésével, vagy egyforma hosszúságú szondavezetékekkel biztosítják a szondák egyforma működését.

A VDI 4640 előírásai a lehetséges hőkivétel mértékére az üzemelési idő/év adatokra vonatkoztatva itt látható:

Például: ha csak fűtünk a szondáról, háztartási melegvizet más módon készítünk, akkor egy fűtési szezonban kb. 1800 órán keresztül veszünk ki hőmennyiséget a talajból. Ha a szondánk nedves agyagos/vályogos talajba került (ezt a fúrás közben lehet megállapítani), akkor a kivehető hőmennyiség 35-50 W/m. Ha a háztartási melegvizet is a hőszivattyúval készíttetjük, akkor egy évben kb. 2400 órányit üzemel a hőszivattyú. Ebben az esetben ugyanabból a szondából kivehető hőmennyiség csak 30-40W/m. A kivehető hőmennyiség nagyban függ a szonda készítésekor pontosan betartott technológiától, a visszatömedékelés pontosságától. A szondafúrás közben meghatározott talajminőségre jellemző adatokkal lehet korrigálni az előzetes szondaméret tervezéseket. Bár általában megbízható adatforrások állnak rendelkezésre a magyarországi talajadottságokról, helyi eltérések lehetnek. Éppen ezért fúrás közben is ellenőrizni kell a tervek helyességét.

Nagyobb teljesítményű szonda-rendszerek esetén mindenképpen szükséges bemérni a szondák várható teljesítményét. Az első fúrással egy próbaszondát építenek meg. A próbaszonda bemérése a következő módon történik: Megfúrják a szondát, majd néhány napig pihentetik. Összekötik a TRT (Thermal Response Test) berendezéssel, melybe fűtőszál van beépítve. Ennek a fűtőszálnak a leadott teljesítményét a teszt során folyamatosan feljegyzik. Először a primer oldali keringető szivattyú fél órán keresztül történő járatásával meghatározzák a talaj nyugalmi hőmérsékletét. Ezután bekapcsolják a fűtőszálat, és a szondában a víz folyamatos keringetésével fűtik a szonda környezetét. A tesztelő berendezést legalább 48-72 órán át üzemeltetik. Közben mérik a különböző mélységekre beépített hőmérséklet érzékelőkkel a szondahőmérsékleteket. Rögzítik a mért adatokat. Majd a leállítás után is mérik, milyen gyorsan hül vissza a szonda környezete. Az így nyert adatokból bonyolult képletek segítségével kiszámolják a talaj ekvivalens hővezetőképességét és a fúrt lyuk termális ellenállását. Ezen adatok segítségével meghatározható, hogy a kívánt teljesítményű hőforráshoz hány darab, milyen elrendezésű - a próbaszondával azonos hosszúságú - szondát kell fúrni. Ezt a számítást számítógéppel is el lehet végeztetni az EED szoftver segítségével. Ezt a szoftvert német és svéd egyetemek együttműködésével fejlesztették ki 1997-ben. A tesztelésnek folyamatosnak kell lennie. Áramszünet, vagy egyéb ok miatti megszakítás esetén kb. 2 hétig pihentetni kell a szondát, és csak utána kezdhető újra a szondateszt.

Talajkollektor

Házilag a legkönnyebben kivitelezhető. Azért egy árokásó gép nagyban gyorsíthatja és megkönnyítheti a kétkezi munkát! A gépészmérnök tervező munkája nem kihagyható!

Többféleképpen lehet megvalósítani. A két leggyakoribb módja a következő:

Árkot ásnak 1-3 méter mélyen, olyan hosszban és elrendezésben, ahogy az a talajkollektor létesítési tervében szerepel. Nagyobb teljesítmény (itt háztartási méretekben nagyobbról van szó!) esetén fa-szerkezetet alakítanak ki. Van egy vastagabb csőből készült gerincvezeték-pár, melyhez - mint a fa törzséhez az ágak - csatlakoznak az oldalleágazások. Egy-egy ilyen oldalleágazás 100 és 200 méter közötti hosszúságú. Szerencsésebb a több rövidebb körből álló talajkollektor hálózat, kisebb ellenállást jelent a keringető szivattyú számára. Az egyik mód szerint ezekbe a kiásott árkokba lefektetik simán a csöveket U-alakban, minél jobban kiegyenesítve, a lejtésre ügyelve. A csővezeték lejtését úgy kell kialakítani, hogy a gerincvezeték legyen a legmagasabban, minden légbuborék ki tudjon jutni oda az oldalágakból. A gerincvezeték legmagasabb pontjain pedig (mindkét ágban) légtelenítő szelepeket kell elhelyezni.

A másik módszer az, amikor az oldalágakba szánt, általában 25mm átmérőjű KPE csöveket tekercsben hagyják, a tekercs meneteit széthúzzák, és viszonylag síkra ledöntve karikákban hagyva fektetik bele a kissé szélesebbre ásott árkokba. Ezt a kialakítást sokkal nehezebb légteleníteni az előző változatnál. Itt jól jöhet egy drága, kifejezetten a légtelenítést segítő keringető szivattyú használata, mely néhány perc üzem után tart néhány perc szünetet, hogy a vízben tovahordott levegőbuborékok össze tudjanak gyűlni, és a légtelenítő szelepet megtalálva távozni tudjanak a csővezetékekből.

A fenti két megoldás közül bármelyiket választjuk is, a visszatemetés már ugyanazon séma szerint alakul: homokkal kell körbevenni a lefektetett csővezetékeket, beiszapolni, hogy a lehető legjobban tömörödjön a talaj a csövek körül. Majd 20cm homokréteg után lehet visszatölteni az eredeti talajt. Bármilyen gondosan is cselekszünk, az első télen még biztosan nem fog tudni maximális hatásfokkal üzemelni a kollektor. A talaj teljes tömörödéséhez / beiszapolódásához legalább egy, de inkább két hóolvadási szezonon kell túllenni. Kb. két év múlva aztán már nem lehet probléma a jól méretezett talajkollektorral.

A légtelenítés nagyon fontos, a hőszivattyút csak teljesen légtelenített primer kör tudja terv szerinti hőmennyiséggel kiszolgálni.

Földhőkosár

Nem árt markológépet segítségül hívni a hatalmas méretű munkagödrök kiásásához.

A földhőkosarakhoz 1,5-2 méter átmérőjű, 4-5 méter mély munkagödröket kell kiásni. Minden egyes munkagödörbe egy-egy 100 méteres tekercs csővezetéket kell elhelyezni. A földhőkosarat úgy lehet kialakítani például KPE csőtekercsből, hogy egyenletes távolságra széthúzzuk a tekercs meneteit, majd fixen rögzítjük a csöveket egymáshoz úgy, hogy kb. azonos távolságot tartsunk a menetek között. Ezt az egymáshoz rögzítést végezhetjük fával vagy műanyaggal is. A lényeg az, hogy addig tartsa meg a csövek egymáshoz képesti távolságát, amíg a munkagödör betemetése befejeződik. Utána akár el is korhadhat a fa, soha többet a csőtekercset kiásni nem fogjuk. Durva becsléssel egy ilyen földhőkosár kb. 1kW energiát jelent forrás oldalon. Ahány kW-os a hőszivattyúnk, annyi ilyen földhőkosarat kell kialakítani. A legkisebb egymásra hatás elérése érdekében a kosarakat egymástól kb. 5m távolságra lehet elhelyezni, annál nem közelebb. A kosarak végződéseit egy gyűjtőbe össze kell vezetni, és szelepekkel ellátva összekötni. Itt is fontos a légtelenítő szelepek legmagasabb ponton történő elhelyezése. Ezt praktikusan a gyűjtőnél kell kialakítani.

Mire kell ügyelni?

Fontos, hogy a keringető szivattyú méretezése a kiépített primer körrel harmonizáljon. Ellenőrzésképpen ultrahangos áramlásmérővel tudjuk ellenőriz(tet)ni a hőszivattyú adatlapján előírt áramlási sebesség meglétét.

A légtelenítés mindegyik primer köri kialakítás esetében nagyon fontos, de a legjobban a talajkollektornál kell rá ügyelni. Ott a legkönnyebb a megfelelő lejtések kialakításakor hibázni. A légtelenítés megfelelő voltát jelzi, ha a keringető szivattyú szépen halkan (légbuborék-mentesen) jár, és a hőszivattyú számára a keringetési sebesség elég gyors (vagyis a folyadék-áramlás kapcsoló azt jelzi, hogy megvan a megfelelő áramlási sebesség).

Következő cikkünkben a fenti módok valamelyikén kiépített primer körök hűtési célú felhasználását, vagyis a passzív hűtési lehetőségeket vesszük górcső alá.

2 Tovább

Zárt rendszerű primer körök - melyiket válasszam és miért?

A víz-/víz hőszivattyú primer köreként mi zárt rendszerű csővezeték kiépítését javasoljuk. Sokkal kisebb a karbantartási igénye, mint a nyílt körös rendszereké, és a meghibásodási lehetősége gyakorlatilag nulla. A csőrendszerek KPE csövekből készülnek, amit a rágcsálók nem szeretnek, ezért a földbe telepített csövek nagyon hosszú élettartamúak. Itt számot csak azért nem tudok leírni, mert tömegesen még nem történt ilyen rendszerekben meghibásodás, amiből valamilyen meghibásodási okra következtetni lehetne. (KPE csöveket használnak elektromos kábelek földben vezetése során is, hogy a vezetékek szigetelését ne kezdjék ki a rágcsálók.)

A zárt körök közül a legjobb hatásfokúra a talajszondás kör építhető ki. - Egyébként ennek a legkisebb a helyigénye a zárt körös kialakítások közül. - Míg a talajkollektor és a földhőkosár csöveit maximum 2 méter vastagságú földréteg választja el a felszíntől, és ezért tél végére mindenképpen lehül kb. +2°C-osra, a talajszonda csövei mélyen, akár 100 méterrel a felszín alatt is lehetnek. Ha elég jól van méretezve a szondák összhossza, akkor elérhetjük azt az ideális állapotot is, hogy a fűtési idény vége felé, február végén, amikor a vízszintes talajkollektorokból már csak 2°C-os folyadék érkezik a hőszivattyúhoz, a talajszondából beérkező folyadék hőmérséklete nem süllyed 8-10°C alá. (Gyakorlatilag felveszi a versenyt a kútvizes rendszerekkel a hőmérsékleti adatokat tekintve.) Ehhez a német méretezési szabályok szerint kiszámított szondaméreteket kb. 30%-kal túl kell méretezni. Bár a beruházási költség növekszik valamelyest, az üzemeltetési költség ebben az esetben lesz a legkisebb. Érdemes ezt a beruházást bevállalni, mert így lesz a legalacsonyabb az üzemeltetési költség.

hőszivattyú zárt rendszer primer kör talajszonda talajkollektor földhőkosár növényzet károsodik legalacsonyabb üzemeltetési költség növényzet nem károsodik

A kép csak illusztráció! Pontos tervet épületgépész tud adni!

Egy átlagos méretű családi házhoz természetesen nincsen szükség ilyen sok darab szondára, hacsak nem a 20 méteresnél rövidebb változat mellett maradunk, ami esetében nincsen szükség bányakapitánysági engedélyre. Viszont akkor elveszti azt a nagy előnyét, hogy kis helyet foglal.

Ha nincsen ennyi pénzünk a beruházásra, és van elég hely a kertünkben, lehetőség van talajkollektor vagy földhőkosár kiépítésére is. Ezek technikai kivitelezését másik blogomban írtam le. Mindkét primer kör fajta akár házilagosan is kivitelezhető, azzal a jó tanáccsal, hogy azért ne ásóval és lapáttal álljunk neki a földmunkának, hanem legalább egy hétvégére béreljünk ki egy földmunkagépet, ha szükséges, kezelővel együtt. Ennek ára az alapanyagköltség 5-10%-a, ami elhanyagolható, de nagyban megkönnyíti / gyorsítja a munkát.

hőszivattyú zárt rendszer primer kör talajszonda talajkollektor földhőkosár növényzet károsodik legalacsonyabb üzemeltetési költség növényzet nem károsodikhőszivattyú zárt rendszer primer kör talajszonda talajkollektor földhőkosár növényzet károsodik legalacsonyabb üzemeltetési költség növényzet nem károsodik

Ezek a képek is csak illusztrációk! Az egymással és a hőszivattyúval történő összeköttetések kialakítását a gépészeti terv tartalmazza!

A földhőkosarat jellemzően magas talajvíznél szokták kialakítani, míg az átlagos nedvességtartalmú mezőgazdasági talajokon a talajkollektor a legolcsóbb, de egyben a legnagyobb területet igénylő primer köri kiépítés. Ha a csöveket legalább 2 méter mélyre helyezzük, és "fa-szerkezetű" elrendezést valósítunk meg (ami azt jelenti, hogy egy gerincvezetékbe folyik össze a 100 méteresnél nem hosszabb ágakban gyűjtött hőenergia), akkor a fölöttes növényzetre szinte semmilyen hatással sincsen az a tény, hogy mi hűtjük a talajt. Ha a padlófűtés-csövekhez hasonlóan behálózzuk az egész területet, és a csöveket csak 1,2 méter mélyre helyezzük, ahogy ezt sokan javasolják, akkor a talajt túlhűtjük, a fölöttes növényzet károsodik: növekedési erélye csökken. És amennyiben nyáron passzív hűtéssel hőenergiát juttatunk vissza a területre, a fölötte levő növényzet vízellátása is csökken a terület fokozott párolgása miatt (melegebb felület többet párologtat). A fenntartható fejlődéshez tehát minimum 2 méter mélyre és árkokba kell fektetni a talajkollektor csöveket!

0 Tovább

Minimális rezsiköltségű ház

blogavatar

A megújuló energiaforrások hasznosítása kicsiben kezdődik. Te mit tudsz tenni környezeted megóvásáért? Hogyan tudsz takarékoskodni az energiával? Egy kis segítség könnyen érthetően, hétköznapi nyelven megfogalmazva...

Utolsó kommentek