Megújuló energiaforrásokon alapuló, és nagy hatékonyságú fűtő berendezések

Bevezetés

Kiindulási pontunk legyen a következő mondat: Pénzért megvesszük az energiát és ennek akár 50%-át is „kidobjuk az ablakon”. Mindezt hosszú éveken keresztül . Milyen más termékkel vagy szolgáltatással tesszük ezt meg a mai gazdasági viszonyok között?

 Jelentős megtakarítások csak abban az esetben érhetőek el ha erre a célra pénzt „áldozunk”. Az áldozunk szó nem biztos hogy helytálló, mivel az ilyen célú beruházások minden esetben megtérülnek, csak az a nem mindegy hogy milyen összeg és mennyi idő alatt. Akár tekinthetjük hosszú távú befektetésnek is, mivel havi rezsi megtakarításaink által, több pénz marad a családi kasszában.  Ebben próbálunk segíteni hogy mindenki jobban átláthassa és kicsit megértse ezeket a lehetőségeket.

Háttér

Az emberiség nagymértékű energia éhsége miatt egyre gyorsabban merülnek ki a föld készletei. Itt a témánk miatt a fosszilis hordozókra gondolunk elsősorban ( olaj, földgáz, és szén). Az évezredek alatt kialakult fűtési rendszerünkben ezek az energiahordozók primer szerepben vannak továbbra is, annak ellenére hogy,  biztos tudatában vagyunk annak ténynek elapadnak a készletek egy-két emberöltőn belül. És mindezek mellett, ugyanolyan roham tempóban szennyezünk bolygónkat is. A megújuló energia forrásokon alapuló, és nagy hatékonyságú berendezések, sajnos méltatlanul háttérbe vannak szorítva. Záros határidőn belül ki kell váltani ezeket forrásokat, mert készleteink elfogynak. Ezen nincs mit szépíteni ez tény, a kérdés csak az hogy mikor. Optimista  becslések szerint 100 év, pesszimista becslések szerint 15 év az az idő amikor összeomlik a rendszerünk. A megoldás egyik része a megújuló energia forrásokban rejlik, melyek korlátlanul vagy majdnem korlátlanul állnak rendelkezésre. Jelentős lépéseket tehetünk azzal is ha a meglévő rendszereket, kiváltjuk vagy korszerűsítjük nagy hatékonyságú berendezésekkel.

A cikkünk elsősorban a fűtésről és meleg víz előállításról szól, de a legelső feladat egy épületnél hogy megakadályozzuk a hő felesleges külső környezetbe áramlását. Ezért legelőször a külső falak hőszigetelést kell megoldani, valamint a nyílászárók korszerűsítését .

Fűtés és melegvíz

Itt csak a lakossági felhasználásról ejtünk szót, bár ezekkel a rendszerekkel ugyanolyan hatékony lehet a vállalatok, intézmények energia megtakarítása. Az alap kérdés, melyik rendszer a legjobb megoldás. A válasz minden esetben egyedi, és minden esetben ötvözött megoldás a legjobb. Miért? Ezek a lehetőségek minden esetben személyre szabottak a környezeti adottságoknak és az adott épülethez megfelelően méretezve. Az alábbiakban megpróbálok tájékoztatást adni a rendszerekről, a sorrend lényegtelen mivel nincs két teljesen egyforma megoldás:

Áttekintés ( fűtési rendszerek )

Napkollektor: elsősorban melegvíz előállítására, másodsorban fűtés rásegítésre alkalmazható. Viszonylag könnyen telepíthető régi és új épületekre egyaránt. Nincs további költség a beruházástól már ingyen dolgozik nekünk!

Talajkollektoros rendszer: fűtésre és melegvíz előállításra is. Csak villamos energiát használ a szivattyúkhoz és egyéb keringtető és vezérlő egységeihez. Nagy kiterjedésű földmunkával jár. Utólag nehezen telepíthető!

Talajszondás rendszer fűtésre és melegvíz előállításra is. Csak villamos energiát használ a szivattyúkhoz és egyéb keringtető és vezérlő egységeihez. A szondákat viszonylag mélyre kell fúrni, ezért itt is jelentkezik földmunka. Utólag nehezen telepíthető!

Levegő-levegő hőszivattyús rendszerek: fűtésre és melegvíz előállításra is. Csak villamos energiát használ a külső levegőt használja hűtésre, fűtésre, melegvíz előállításra. Könnyen telepíthető viszont a hatékonysága nagyban függ a külső levegő hőmérsékletétől.

Pellet: nagyszerűsége a mezőgazdasági melléktermék, 100% os felhasználásban rejlik. Alkalmazható a meglévő fűtő berendezések kiváltására is nagymértékű átalakítás nélkül.

Oldalfali hűtő/fűtő klíma: ezeket a készülékeket is ide sorolhatjuk .A hőszivattyús rendszereket ezekből a készülékekből fejlesztették ki. A mai napig évről-évre tökéletesítik, korszerűsítik minden alkatrészüket, a hatékonysági, egészségi, és kényelmi szempontokat szem előtt tartva. Legkisebb befektetett összeg, legkisebb átalakítás. A modern super inverter rendszerek 0,550 kW/h energiát használnak hűtésre és 2,5 kW hűtő teljesítményre képesek, és ami meglepő fűtésre 0,770 kW/h energiát használnak és 3,5 kW hő energiát állítanak elő ez kb 25-35 m2 helység fűtéséhez, hűtéséhez elegendő energia. Tisztítják a levegőt ( atka, baktérium, gomba, pollen mentessé teszik a helyiséget ), beállítják a páratartalmat, követik alvási ciklusunkat stb. Percre pontosan be lehet programozni a készülékeket helyiségenként. Hátrányuk -10; -20 C képesek fűteni de van megoldás arra is hogy ennél hidegebb időben is működjenek.

Kondenzációs gázkazán: meglévő fűtőberendezésünket cserélhetjük le. A hagyományos gázkazánok típustól függően 75-85% hatásfokon működnek a kondenzációs készülékek akár 109 % os hatásfokon üzemelhetnek.

Részletes rendszer leírások

            a., napkollektor olyan épületgépészeti berendezés, amely a napenergia felhasználásával közvetlenül állít elő fűtésre, vízmelegítésre használható hőenergiát. Általában csak tavasszal és ősszel mint átmeneti, illetve télen mint kisegítő fűtés használatos. Az alap rendszerben melegvíz előállítására, használják. A napenergia mivel ingyen van, ezért végeredményben ingyen jutunk energiához!! Nagyban függ a napsütéses napok számától!

            b.,  hőszivattyú hőszivattyús rendszer elvonja az alacsony környezeti hőmérsékletű energiát (a külső környezet hője szabadon hasznosítható), majd ezt az energiát magasabb hőfokszintre emeli és azt az alacsony hőfokon üzemelő központi fűtés radiátoraiban, a padló/falfűtés csöveiben  vagy a fan-coilokban keringő víznek adja tovább.

b1., Talajkollektoros rendszer esetében többszáz méter hosszú speciális kemény PVC köpennyel ellátott rézcsöveket, vagy polietilén csöveket fektetnek le 1-2 méter mélyen. Hátránya, hogy nagy felületen (a fűtött alapterület 1,5-3-szorosán) kell megbontani a telket a csövek lefektetésekor, ezért leginkább új építésű házak esetén jöhet szóba

b2., Talajszondás rendszer esetén kb 15 cm átmérőjű, 50-200 méter hosszú lyukat fúrnak a földbe leginkább függőlegesen. Ebbe helyezik az U alakú szondát, amiben zárt rendszerben cirkulál a hűtőközeg. 200 méteres mélység esetén kb. 17 ˙C-os a Föld.

Lehet két- vagy háromkörös rendszer, attól függően, hogy a szondában közvetlenül a hűtőközeg áramlik, vagy fagyálló folyadék adja át közvetetten hőjét a hűtőközegnek. A szondák speciális esete az energiakaró: több szondát egymás mellé helyezve nyáron eltárolják a hőenergiát a földben, amit télen hasznosítanak. Különösen nyári hűtési igény esetén, ill. ipari méretekben gazdaságos.

Nagyságrendekkel mélyebb szondák esetén (1000-2000 méter) már nem a talajrétegekben eltárolt napenergia kerül közvetetten hasznosításra, hanem elsősorban a geotermikus energia. A Föld középpontjában lejátszódó reakciók hője a felszín felé áramlik, ezért minél mélyebb a fúrt kút, annál nagyobb a kúttalp körüli réteg hőmérséklete. Ez a hőmérséklet a geotermikus gradienstől függ. (egy kilométerrel mélyebben mennyivel melegebb a földkéreg) Ez hazánkban 60°C/km körüli érték, szemben a 30°/km-es európai átlag.

A rendszer pontos számításokat és méréseket igényel, nehezen kivitelezhető meglévő épületeknél.

b3., Levegő-levegő. A külső levegőt ventillátorok szívják be, és a hőszivattyú hűti le vagy melegíti fel. Hátránya, hogy a levegő hőmérséklete nem állandó, így a rendszer hatékonysága is változó. Ide tartoznak a hűtő/fűtő split klímák is.

Központi szellőztető rendszerrel ellátott, légmentesen szigetelt ház esetén a kifúvásra kerülő elhasznált levegő is használható hőforrásként, vagy a befúvásra kerülő levegőt melegítve, vagy a fűtési rendszerre rásegítve. (Ennél egyszerűbb megoldás a hőcserélők alkalmazása, ahol a kifúvott meleg és a beszívott hideg levegő egy nagy felületű berendezésen át adja át a hőt, anélkül, hogy keveredne.).A levegős rendszereket könnyedén lehet telepíteni meglévő épületeknél is.

c.,  A pellet olyan, nagy nyomáson préselt szálas, rostos anyag, amelyet vagy saját anyaga, vagy belekevert kötőanyag tart össze. A tüzeléstechnikában egyre inkább elterjed a fapelletek, fabrikettek használata, ahol fűrészport préselnek pellet formába, ami így a fűrészpornál könnyebben ég el, ugyanakkor a fánál jóval homogénebb szemcseméretű és emiatt automatizált házi tüzelőrendszerekben a tűzifánál jobban hasznosítható. Égetésük ún. pelletkazánokban lehetséges. Amióta sikerült folyékonnyá tenni a fát a pelletelési eljárás során, azóta nagy különbség nincs a gáz és olajkazánokkal szemben. Mindegyik rendszerben van üzemanyagtartály, égetőfej és erre a célra kialakított hőcserélő. A tűzelőanyag továbbítási rendszerük leginkább a carborobotokéhoz hasonlít. A fapellettel üzemelő kazán égőfejét elhagyó láng hőmérséklete 800-1000 °C közötti. A füstgáz hőmérséklete 70-100 °C. Így megállapítható, hogy a rendszer 90%-os hatásfokú! A családi házas pellettartály általában 1 m³ fapelletet tud befogadni. Égés után, a minőségtől függően, 0,5–1 kg salakanyag keletkezik, amely a kazán salaktálcájára jut. A 35 kW-os kazán kb. 4 hét alatt égeti el az 1 m³-es fapellet csomagot. Így takarítására ritkán kerül sor. E tisztítás kb. 5 percet vehet igénybe. A pelletfűtés azért környezetbarátabb a fafűtésnél, mert újrahasznosított alapanyagot használ. A pellet nedvességtartalma 10%-nyi a fa 40%-ával szemben. Ezért hatásfoka jobb a tűzifánál. A szabályozott égés miatt a károsanyag kibocsátása is alacsonyabb.

            d., kondenzációs gázkazán:  A füstgázban lévő hőenergia hasznosítása. A hagyományos égéssel működő kazánoknál a vízgőz, vagyis a benne lévő rejtett hő a termelődött füstgázzal együtt távozik a kéményen keresztül. A kondenzációs kazánok megnövelt felületű kompakt hőcserélővel rendelkeznek, amelynek célja, hogy az égéstermékben illetve annak vízgőz-tartalmában rejtett hő formában található hőenergia nagy részét visszanyerjük a fűtési rendszer javára.

Az égéstermék a visszatérő oldali hideg hőcserélő felületen oly mértékben lehűl, hogy a benne lévő vízgőz kondenzálódik, vagyis gőz halmazállapotból folyékony halmazállapotúvá változik. Ez az átalakulás jelentős hőátadással jár, amely több mint 11%-os visszanyerését jelenti annak a bevitt elsődleges hőenergiának, amit a tüzelőanyag elégetésekor viszünk a fűtési rendszerbe.

A fenti elv szerint plusz 11% úgynevezett kondenzációs hő adódik, ami 11,25 kWh hőenergiát eredményez a metángáz egy köbméterének elégetésekor. A füstgázból visszanyert hőmennyiség nagysága, illetve a keletkezett kondenzvíz mennyisége fordítottan arányos a berendezés üzemi hőmérsékletével. A kondenzációs technológia maximális alkalmazhatóságát tehát az olyan fűtési rendszerekben találjuk meg, amelyekben a visszatérő fűtővíz hőmérséklete a lehető legalacsonyabb.

100% fölötti hatásfok Egy fűtőanyag energiatermelési képességét az égési folyamatban a fűtőértéke adja meg. A fűtőérték az egységnyi fűtőanyag (azaz 1 m3 a metán esetében) égése során keletkezett hőmennyiség. A fűtőértéket felső és alsó fűtőértékre vonatkoztathatjuk: az előbbi az 1m3 gáz tökéletes elégésekor felszabaduló hőmennyiséget jelenti, feltételezve, hogy a füstgázban jelenlévő vízgőz rejtett hőjét is visszanyertük; az utóbbi az 1m3 gáz elégésekor felszabaduló hőmennyiséget jelenti, feltételezve, hogy a füstgázban jelenlévő összes víz megmarad gőz halmazállapotúnak.

A két fűtőérték különbsége tehát a füstgázban lévő vízgőz kondenzációs hőértékéből adódik. Tekintve, hogy a hagyományos elven működő kazánokkal nem lehetett visszanyerni ezt a hőt - mindig az alsó fűtőértékkel számoltunk a kazánok hatásfokának kiszámításakor. Vagyis nem ismertük el veszteségként, hogy az elsődleges égési folyamatban bevitt energia kb 11%-a kizárólag az előbb említett 1,6 kg vízgőz keletkezésére fordítódik, és mégis 100%-nak vettük a bevitt energiát. Ezt a vonatkoztatási adatot alkalmazva a kondenzációs kazánok esetén 100%-nál magasabb hatásfokról beszélhetünk a kondenzációs hő visszanyerése miatt.

Elektromos áram előállítására szolgáló házi rendszerek

e., napelem olyan szilárdtest eszközök, amelyek a fénysugárzás energiáját közvetlenül villamos energiává alakítják. Az energiaátalakítás alapja, hogy a fény elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít.

A fotovoltaikus elemek abban különböznek a napelemektől, hogy árnyékban is képesek áramot termelni, nem csak napsütésben.

A napelemekre általában 25 év a garancia, de ez sokszor 40 év is lehet. A napenergia hasznosításában hosszabb távon számottevő növekedés várható.

Azt az energiát, amely az összes Földön található és kitermelhető kőolajkészletekben rejlik a Nap 1,5 nap alatt sugározza a Földre. Az emberiség jelenlegi, évi energiafogyasztását a Nap egy órányi energiakibocsátása teljes egészében fedezné.

Ugyanakkor a napelemek elterjedését nagymértékben hátráltató tényező az áruk, aminek két fő oka az előállításuk energia- és csúcstechnológia-igényessége, a kis széria, továbbá, hogy csak napon képesek működni. Az utóbbi években azonban (főként a kínai napelemgyártás felfutása, és a tömegtermelés megjelenése miatt) folyamatosan csökken a napelemek ára, és szakmai előrejelzések szerint 2010 után várható, hogy a napelemmel termelt áram ára megegyezzen a fosszilis energiatermelés költségével. Másrészt a Föld jelenlegi legnagyobb naperőműve 40 MW-os, ami mindössze tizede a Paksi Atomerőmű egyetlen blokkja teljesítményének, és ezt a teljesítményt is csak ideális időben produkálja.

Az emberiség még gyerekcipőben jár ehhez a technológiához, de már elérhető.

            f., szélerőmű: akárcsak a napelem esetében, nagyban függ az időjárástól. A teljesítménye széles palettán mozog. Egyszeri befektetéssel szinte folyamatos elektromos áramhoz juthatunk a beépített invertereknek és akkumlátoroknak köszönhetően. Nincs környezet károsító hatása, teljesen tiszta megújuló energiaforrás.

Alkalmazás

Kis betekintést nyertünk a rendszerek működési elvéről, felhasználásáról. Általánosságban elmondható hogy minden rendszernek magas a bekerülési költsége, ezen kívül majdnem  az összes rendszer alacsony működési hőmérsékletű, ezért olyan hőleadó ( fűtőtestek ) berendezések szükségesek melyek hatékonyan működnek alacsony hővel is. Ez alól kivételt képez a pellet kazán valamint a kondenzációs gázkazán. Ezek a megoldások sem tökéletesek mivel a káros anyag kibocsátás jelen van. A kondenzációs kazánnál pedig a függőség a gáztól  Minden megoldásnál szerepet játszik a rendszer hatékony és intelligens vezérlése.

Az összetett megoldások:

            Minden esetben jelentős szerepet kap a napkollektor, mint kiegészítő hőforrás. Alapvető eleme kell hogy legyen szinte minden rendszernek a vezérlés. Ez alkalmazásonként más és más szabályozást igényel. A kiindulás a szobai programozható termosztát. Az új komplett rendszerek alap tartozéka, a külső időjárást az áramoltatott közeget és a kívánt hőfokot figyelemmel kísérő programozható vezérlő egység, összekapcsolva elektromos szabályozó szelepekkel. Ezek a vezérlő rendszerek többek között képesek arra hogy az ideális hőmérsékletű, napkollektor által termelt hőt a rendszerbe vezesse és melegítse és/vagy előmelegítse a melegvizet. A levegő-levegő rendszereknél és oldalfali klímáknál lehetőség van hővisszanyerő  beépítésére. Működési elve alapján lehetőség van a szellőzetett levegő ideális felhasználására. Ez történhet belső keringtetés formájában vagy, ki lehet vezetni a kültéri egységünkhöz ( levegő-levegő hőszivattyú, split klíma ) növelni ezáltal annalk hatékonyságát. Szinte az összes rendszer kapcsolható egymással. Kisegítő áramforrásként beépíthető a napelem és a szélerőmű is.

Nem esett szó a passzív házakról, a hőszigetelésekről, a hővisszanyerőkről , elektromos fejleszésekről stb. , de ezek is meglévő, használt rendszerek.

Forrás: wikipédia internetes szabad enciklopédia, és sok más elolvasott szakkönyv, tájékoztató J