Fűtési és hűtési igény Európában – hőszivattyú

Fűtésre, illetve hűtésre mindenkinek egyaránt szüksége van, legyen az a lakossági társadalom vagy az ipar bármely résztvevője, függetlenül attól, hogy hőszivattyúval vagy más rendszerrel rendelkezik.

Ma Európa egyik legnagyobb kihívása a növekvő energiaszükséglet környezetre gyakorolt hatásának csökkentése, minimalizálása.

A fűtés és hűtés közismerten energiaigényes, igaz ezen a téren pontos adatok sajnos nem állnak rendelkezésünkre a múltból. Az energiaigényt, és az épületek energiahatékonyságát mérő statisztikák minősége országonként is jelentősen eltér, ami megnehezíti az európai szintű összevonást.

Ennek a helyzetnek orvoslására az Európai Bizottság jelentős lépést tett az európai fűtési és hűtési piacon végzett kutatás területén. Egy 2016 márciusában kiadott jelentésében – Mapping and analyses of the current and future (2020 – 2030) heating/cooling fuel deployment (fossil/renewables) – átfogó képet ad az európai energiafelhasználási szokásokról, és azok hatásairól.

Ennek a jelentésnek köszönhetően sokkal célirányosabb szakpolitikai lépéseket lehet végrehajtani az Európára ható környezeti károk csökkentésének érdekében.

2015-ös adatok alapján Európa energiaigénye mintegy 12 600 TWh – ennyi villamos energiát fogyaszt el Európa óránként – amelynek több mint a fele, azaz 6 352 TWh (50.3%) a fűtésre és hűtésre használódik el.

Az ehhez szükséges energia 42%-át földgázból nyerik ki, ezt követi a kőolaj, illetve a távfűtés (9%) és a szén (8%), mint energiahordozó. A fenn maradó 12%-ot a biomassza és a villamos energia biztosítja, amely villamos energiát közvetlenül elektromos fűtéshez vagy hőszivattyúkhoz használják fel.

Hőszivattyús technológiák

Mi is az a hőszivattyú?

A hőszivattyú képes az otthonunk fűtéséhez elegendő mennyiségű és hőmérsékletű meleg vizet előállítani pusztán villamos energiából. Nem csak fűtésre alkalmas, hanem használati meleg vizet is előállít, és képes hűteni is otthonunkat, kiváltva ezzel a klímaberendezéseket.

A működési elvének köszönhetően képes az alacsonyabb hőmérsékletű környezetből hőt kivonni, és azt egy magasabb hőmérsékletű helyre szállítani.

100%-ban megújuló energiaforrás felhasználása a hőszivattyúval lehetséges. Működtetéséhez szükséges villamos energiát egy megújuló energiaforrásból – szélerőmű, napenergia stb. – fedezzük, akkor a hőszivattyú 100%-ban megújuló, és 100%-ban károsanyagkibocsátás-mentes fűtési és hűtési megoldás. Képes a telepítés helyszínén megtermelt villamos energia – napenergia – felhasználására, eloszlatva ezzel azt a riadalmat, hogy általa jelentősen megnövekedhet a hálózati villamos rendszer terhelése.

Hogyan működik a hőszivattyú?

A hőszivattyúban található kompresszor működési elvének alapja a hűtési, vagy úgynevezett termodinamikai ciklus, amely lehetővé teszi azt, hogy a levegő hőjéből – ez akár -20 C° is lehet – további hőt legyen képes kivonni.

Fő egységei:

• elpárologtató („folyadék-gáz” hőcserélő)
• kompresszor
• kondenzátor („gáz-folyadék” hőcserélő)
• expanziós szelep
• átviteli folyadék (hűtőközeg)

Párolgás és kompresszió

A hűtési ciklus alapelveit, a párolgást és a kompressziót rendszeresen tapasztalhatjuk mi magunk is a valós életben: mindenkivel előfordult már, hogy hidegnek érezte magát és fázott, amikor nyáron kilépett a zuhanyból vagy egy úszómedencéből, mert a bőrön lévő víz hűvösebb volt a levegőnél, és elkezdett párologni.

A párolgáshoz minden esetben szükség van energiára, a bőrön elpárolgó víz az emberi testből származó energiát használja fel, így lehűtve a bőrt, fázós, hideg érzetet hoz létre.

Példa a kompresszióra:

Minden olyan kerékpáros, akinek volt már valaha lapos gumiabroncsa, tudja, hogy a gáz összenyomása hőt termel. Ezt a jelenséget a gumiabroncs levegővel történő felpumpálásakor figyelhetjük meg a legjobban. A kerékpár kerekének felpumpálása után a pumpa felmelegszik, a benne lévő levegő összenyomásakor keletkező hő melegíti fel.

Ugyanez a folyamat játszódik le a hőszivattyúban is, amikor a kompresszor összenyomja a hűtőközeg gőzmolekuláit. A hőszivattyú működése közben folyamatosan ez a négy lépés ismétlődik: párolgás, sűrítés, cseppfolyósítás, oldódás.

Természetesen a hőszivattyúban számos egyéb folyamat is lejátszódik, de a legfőbb lépések ezek. A keletkezett hő kb. 75%-át a hőszivattyú a környezetből vonja el, a maradék 25%-ot pedig a kompresszió során keletkezett energiából állítja elő.

A hőszivattyú működéséről részletesen ebben a cikkünkben írtunk.

A hőszivattyú a fűtési és a használati meleg víz előállításán túl, a fenti folyamat megfordításával képes az otthonunk hűtésére is. Az így kapott, hőszivattyú által előállított hideg vizet keringeti a födémben elhelyezett csőhálózatban, ezzel biztosítva a megfelelő klímát nyáron is.

Hőszivattyú működési hőmérsékletei

A mai modern hőszivattyú már kifejezetten alacsony hőmérséklet (-15°C) mellett is teljes értékű hőszivattyúként működik, és mindenféle segédberendezés bekapcsolása nélkül állítja elő a meleg vizet.

Az LG Therma V R32 Monoblok hőszivattyú kimagasló fűtési teljesítménnyel rendelkezik, és -15°C-os külső hőmérséklet idején is képes teljesítményének 80%-át leadni, 35°C-os meleg víz készítése mellett. Magyarországi viszonylatban ez a teljesítményleadás teljesen megfelelő, hiszen a tél elenyésző részében van -10°C-nál hidegebb, így a hőszivattyú minden gond nélkül képes ellátni otthonunk meleg víz szükségletét.

Hőszivattyú energiaforrásai

A hőszivattyúban lévő kompresszor, illetve az egyéb berendezések működetetéséhez elektromos áram szükséges, amelyet a villamos hálózat vagy a telepített napelemek is biztosíthatnak.

Hőszivattyúk esetében energiaforrás alatt azt értjük, amiből a hőszivattyú képes kinyerni, előállítani azt a hőmennyiséget, amely a fűtéshez és a használati meleg vízhez szükséges.

Három forrásból képes erre a hőszivattyú: levegő, víz, föld.

A levegő-víz hőszivattyú (a levegőből nyeri ki a hőt, és meleg vizet készít belőle) telepítése egyszerű és gyors, ezért az egyik legnépszerűbb hőszivattyú típus.

A föld-víz hőszivattyú (a talajból kinyert hőből készít meleg vizet) talajkollektoron keresztül a föld geotermikus energiáját hasznosítja.

A víz-víz hőszivattyú (vízból állít elő meleg vizet) a víz geotermikus energiájából kinyert hő segítségével készít meleg vizet. Hazánkban fúrt kútből szokták az ehhez szükséges vizet kinyerni.

A hőszivattyúk társadalmi, környezeti és gazdasági előnyei

Megújuló energia integrálása

A hőszivattyú valóban képes megújuló energiát felhasználni? Gyakran hangzik el ez a kérdés, a válasz pedig határozottan és egyértelműen igen!

Ezt a kérdést legtöbbször olyan emberek teszik fel, akik kétségbe vonják a villamos energia fűtésre való felhasználásának hatékonyságát, és azt, hogy mindez környezetbarát módon is működtethető.

A hőszivattyú működési elvéből adódóan sokkal több energiát képes előállítani, mint amennyit a működése során felhasznál. Ezt a tulajdonságát a hőszivattyúnak COP vagy jósági foknak nevezik.

Vegyünk egy egyszerű példát. Adott egy épület, aminek fűtéséhez 100 egység energia szükséges. Ahhoz, hogy ezt az épületet a hőszivattyú el tudja látni meleg vízzel (100 egység energia), 20-35 egység energiára van szüksége. A fennmaradó 65-80 egység energia tekinthető megújulónak, hiszen azt a levegőből, vízből vagy a földből nyertük ki.

Hőszivattyú + napenergia= Ideális megoldás

A hőszivattyú által felhasznált villamos energia fedezhető a villamos hálózatból, így a villamos áramhoz kedvezményes tarifa társul, mert az állam ezzel támogatja a hőszivattyú rendszerek telepítését és használatát.

Ideális és abszolút nulla üzemeltetési költségű rendszert szeretne kiépíteni fűtésre és hűtésre, akkor a hőszivattyú, és egy hozzá illesztett napelem rendszer a megfelelő választás. A napelem rendszer által megtermelt villamos energia – megfelelő méretezés esetén – fedezi a hőszivattyú energiaszükségletét.

Hőszivattyúk energiahatékonysága

 

A hőszivattyúk termikus hatásfokát egy úgynevezett jósági fokkal – COP – adják meg a gyártók. A COP értékét a hőszivattyú által termelt energia – a fűtésre vagy hűtésre rendelkezésre álló hasznos energia –, és a hőszivattyú által felhasznált energia hányadosa adja meg.

A hőszivattyús rendszerek hatékonysága több tényezőtől függ. Egyszer a hőszivattyú egység hatékonyságától, aztán az épület energetikájától és légtömörségétől, illetve az éghajlat hőmérsékleti viszonyaitól.

Az épület energetikája és légtömörsége határozza meg azt, hogy mekkora a hővesztesége, azaz mennyi energia szükséges a fűtéshez. Érdemes már az épület tervezési fázisában nagy hangsúlyt fektetni ezekre a tényezőkre, ezzel jelentős költségeket lehet megtakarítani a későbbiekben.

Összehasonlítva a többi fűtési rendszerrel, a hőszivattyú a legjobb energiahatékonysággal működő rendszer.

Az alábbi ábra, mely az 1 egység (kw) hőenergia előállításhoz felhasznált energia mennyiséget mutatja, jól szemlélteti mennyire hatékony a többi rendszer viszonylatában

Piacfejlesztés

A fűtési és hűtési ágazat a végső energiaigény 51% -át, a CO2-kibocsátás 27% -át teszi ki Európában: a társadalom szén-dioxid-mentesítése nem lehetséges a fűtés és a hűtés szén-dioxid-mentesítése nélkül. Az Európai Unió egységes törekvése, hogy a fűtési és hűtési CO2 kibocsátás értékét 2050-re nullára csökkentse.

Ez azt jelenti, hogy 6 és fél évente 20%-kal szükséges csökkenteni a fűtési és hűtési rendszerek károsanyag-kibocsátásának értékét, amit a rendszerek korszerűsítésivel lehet csak elérni.

Az EHPA 2017-es statisztikái szerint több mint 1,1 millió hőszivattyút (+ 11%) értékesítettek Európában, ami 10,6 millió darab beépített egységet jelent.

Az így telepített hőszivattyúk több mint 29 megatonna szén-dioxid-kibocsátás-csökkenést értek el, és 116 TWh-ot tett ki a megújuló energiaforrásokból előállított energiának. A 2017-es év az európai hőszivattyú piac növekedésének sorozatban immár az ötödik éve volt.

Európa top 3 országa a telepített hőszivattyúk számát tekintve Franciaország, Olaszország és Spanyolország, amelyek az Európában telepített összes egység 50%-t adják. Az első 10 ország, beleértve Svédországot, Németországot, Norvégiát, Finnországot, Dániát, Svájcot és Ausztriát, az összes eladott egység 90% -áért felelős.

Itthon a lakosság körében a hőszivattyúk elterjedésé nagyon alacsony, pedig az éghajlatban és népességben hasonló országokban – Csehország – többszörös mennyiségű a telepített hőszivattyúk száma.

A nemzetközi törekvéseket és előrejelzéseket figyelembe véve, mind az európai, mind pedig a magyarországi piacon is további növekedés várható a telepített hőszivattyúk számát tekintve.