e-gépész online szaklap

COP, EER, SPF vagy valami más?

2009. augusztus 5. | e-gépész | |  1 |

Milyen mértékegység, módszer alkalmas a hőszivattyúk jóságának mérésére? Kezdetben vala a COP, de azt már rég túlhaladtuk? Az alábbiakban két kiragadott véleményt adunk közre.

1. cikk

A COP-nél van jobb energetikai mutató

A COP-érték csak kis mértékben alkalmas a gép energetikai megítéléséhez, sokkal inkább hasznos lenne egy szezonális érték, SCOP, más megnevezés szerint SPF (Seasonal Performance Factor) bevezetése. Ez azért is indokolt lenne, mert a hűtős szakma elterjedten használja a hasonló logika szerint kialakított ESEER-értéket. Az ESEER-érték kristálytisztán bemutatja, hogy a részterheléseken sokat működő folyadékhűtők energetikai jellemzéséhez más mutató kell, mint az EER-érték (így az energetikai számítások pontosabbak). Az ESEER jelentősen jobb értéket mutat, mint az EER, elég bármelyik európai folyadékhűtő gyári adatai megvizsgálni.
A hőszivattyús szakmának is szakítania kellene a COP-érték sulykolásával. A COP középpontba helyezése azért is érthetetlen, mert az SPF számítására évek óta több módszer áll rendelkezésre, még szabvány formájában is (például VDI2067-6). Ha elemezzük egy levegő-víz hőszivattyú szezonális COP-értékét (hívjuk most SPF-értéknek), akkor kb. 3,2-3,5 értéket kapunk (feltételezve 35/30 hőfoklépcsőt). Az SPF számítására nincs egységes metódus, én egy egyszerűsített módszert ajánlok, ahol az egyes külső hőmérsékletekhez tartozó COP-értékekből súlyozott átlagot számítunk, a súly pedig a külső hőmérsékletek gyakorisága, azaz a hőfokgyakorisági görbe. Ha a hőszivattyú meleg vizet is készít (általában készít), akkor az SPF-értéket az előremenő hőmérséklet gyakori növelése rontja, így a HMV-készítésre fordított energiaarány a teljes fűtési energiához képest kulcskérdés lehet. Fokozott HMV-igény esetén (pezsgőmedencék, masszázs zuhanykabinok) ezért inkább a napkollektoros megoldást szoktam javasolni.

2. cikk

A széleskörű tájékoztatásnak köszönhetően a fogyasztók többsége ma már megnézi, hogy milyen terméket vásárol. Arról, hogy a kapott információk összehasonlíthatók legyenek, pedig szabványok és rendeletek gondoskodnak. Sokan előre tájékozódnak a lehetőségekről, és a döntés meghozatala előtt összehasonlítják a kívánt árkategóriába tartozó különböző berendezéseket a fellelhető műszaki és energetikai jellemzők alapján is.
Hazánkban rendelet írja elő, hogy a klímaberendezéseket energiahatékonysági címkével kell ellátni (és amennyiben az bemutató céllal ki van állítva, akkor a címkét jól láthatóan el is kell helyezni rajta).

A 88/2003. (XII. 16.) GKM rendelet meghatározza a besorolási kategóriákat is, vagyis megadja mind hűtés, mind pedig fűtés üzemmódban, hogy mikor tartozik A, B, C, D, E, F és G kategóriába a berendezés.
A kategóriák alapja a berendezés COP-együtthatója. Ha a hatékonysági tényező értéke hűtés üzemmódban kisebb, mint 2,20, akkor „G” osztályú a berendezés, ha pedig nagyobb, mint 3,20, akkor „A” osztályú. Ugyanez fűtés üzemben úgy módosul, hogy 2,40 alatt „G” és 3,60 felett „A” osztályú a gép (természetesen ez egy kiragadott példa, mivel a rendelet különbséget tesz a vízhűtéses, léghűtéses, osztott, kompakt stb. rendszerek között).

Az utóbbi évek műszaki fejlesztéseinek köszönhetően az alsó kategóriák (F és G) folyamatosan eltűnni látszanak a legtöbb gyártó palettájáról, míg az „A” osztályban alkategóriák kialakítása tűnik szükségesnek (ma már nem ritka a 4 feletti COP-érték). Itt kívánom megjegyezni, hogy a rendelet hűtésüzemben „EHT”-t (energiahatékonysági tényező) és fűtésüzemben „TT”-t (teljesítménytényező) említ, míg a mindennapi gyakorlatban a hűtési jóságfokot az EER-, a fűtési jóságfokot a COP-értékkel szokás azonosítani (szerintem tévesen).

Tehát a hőszivattyúk hatékonyságának jellemzésére használt ε fajlagos fűtőteljesítmény (angolul Coefficient of Performance, COP vagy CoP) az egységnyi hasznosított hőenergia leadására felhasznált külső munka nagysága (dimenzió nélküli mennyiség).
ε = Q/W
Q a leadott hőmennyiség,
W a működtetéshez szükséges befektetett mechanikai munka.

Ha az elérhető legmagasabb jósági fokot szeretnénk megtudni, akkor az ideális termodinamikai körfolyamatot (Carnot-körfolyamat) kell megvizsgálnunk. Ha az idealizált fordított üzemű Carnot-gépet használnánk hőszivattyúként, az adott hőmérsékleti határok között elméletileg elérhető legnagyobb fajlagos fűtőteljesítményt kapnánk:


ahol
T1 az ideális gáz meleg oldali abszolút hőmérséklete [K],
T0 az ideális gáz hideg oldali abszolút hőmérséklete [K],
pedig a Carnot-ciklusú hőerőgép hatásfoka.

Azt hiszem, hogy ezek után legalábbis kétkedéssel kell tekinteni a valóságos gépeknél esetenként látható 10 feletti értékekre. A gyakorlatban jellemzően az elméletileg elérhető érték kb. egyharmadát tudják jó esetben a klímaberendezések.

Amikor ennél jóval nagyobb számot mutat a katalógus, akkor – tévesen – az EER-érték szerepel az adattáblában. Az EER (Energy Efficiency Ratio) az USA-ban használatos „jósági fok”, ami egyebekben azonos a COP számítási módjával, csak itt a hűtő/fűtő teljesítményt kBTU/óra mértékegységben illesztik a képletbe (3,413-szor nagyobb érték).

Persze ma már egy kis zűrzavar van ezen a téren, mivel valamilyen ok folytán elterjedt, hogy a COP a fűtési, az EER pedig a hűtési jósági fok, és valóban vannak már olyan katalógusok, ahol tényleg eszerint adják meg a valós adatokat. Mondhatni, hogy olyannyira bevonult ez a változat a köztudatba, hogy elkezdett helyes értelmezéssé válni.

A fajlagos fűtőteljesítmény erősen függ a levegőből nyert hő esetén a külső hőmérséklettől. Igen hideg külső hőmérséklet esetén több munkát kell befektetni az eredményes fűtéshez, mint enyhe időben. A levegő hőjét hasznosító hőszivattyúk ezért kisegítő hagyományos fűtést is igényelnek, mert nagy hideg esetén gazdaságosabb azt alkalmazni. Geotermikus hőszivattyúknál ez nem áll fenn, mert a talaj, talajvíz hőmérséklete gyakorlatilag állandó az egész év folyamán.

A fajlagos fűtőteljesítmény nem elsősorban a hőszivattyú konstrukciójától függ, hanem az üzemi körülményektől. Ugyanannak a hőszivattyúnak más-más hőmérsékleti viszonyok mellett más a fajlagos fűtőteljesítménye. A fűtés gazdaságosságát ezért a fajlagos fűtőteljesítményből nem lehet megítélni.

Mindenesetre érdemes megjegyezni, hogy amennyiben közelítjük egymáshoz a kondenzációs és elpárolgási hőmérsékleteket, akkor a szükséges kisebb kompressziós munka folytán növekszik az elérhető COP-érték. Nos, emellett a felhasználó igen nagy gondban lehet, ha mindezek ellenére tudni szeretné a készüléke jósági fokát. A gyártók általában egy számot adnak meg, ami egy adott üzemi viszony esetén adja meg a COP- vagy EER-értékét. Ez vélhetően az MSz EN 378 szabványban is szereplő környezeti feltétel, vagyis hazánkban hűtésben 32 ºC környezeti és 55 ºC kondenzációs hőmérséklet, illetve fűtésüzemben +7 ºC környezeti hőmérséklet az irányadó. Persze ehhez hozzá kell adni a beltéri paramétereket is. A megadott névleges teljesítményértékek gyakran a következő paraméterek mellett érvényesek:

Hűtés: belső légállapot: 27 °C/50%; külső légállapot: 35 °C/45%. Fűtés: belső légállapot: 20 °C/60%; külső légállapot: +7 °C/90%.

Nos, lehet még bonyolítani? Hát persze! Szinte sosem a fentebb megadott feltételek között üzemel a berendezésünk, és ráadásul üzem közben a feltételek folyamatosan változnak (például nappal melegebb van, mint éjszaka stb.), és emellett a telepítés jellemzőitől, csövezési hossztól stb. szintén jelentős mértékben függ a végső érték.

A gépek adattábláján a fentebb már hivatkozott rendelet értelmében fel kell tüntetni az éves energiafogyasztás értékét is. Ezt a rendelet szerint évi 500 üzemórára kell megadni, vagyis az adattáblán szereplő áramfelvétel értékének ötszázszorosa.

Igazából lehetne használni még az ún. „SEER”, vagyis szezonális jósági fok értéket is, ami gyakorlatilag a COP-ből (EER-ből) kialakított súlyozott érték (ennek meghatározási módját szintén szabvány rögzíti). Persze tökmindegy, mivel a használó úgysem tud meggyőződni az érték helyességéről, hiszen ahhoz tudnia kellene mérni a leadott hűtési/fűtési teljesítményt, amit persze nem igazán tud.

Mit lehet tenni? Ha vásárlás előtt (vagy ha csak később is) tisztán szeretnénk látni, akkor érdemes egy pillantást vetni a http://www.eurovent-certification.com oldalra, ahol szabványos vizsgálati feltételek mellett minősítik a klímaberendezéseket, amik ezáltal összehasonlíthatóvá válnak. Megjegyzem, hogy a magukra valamit is adó gyártók termékei megtalálhatók az oldalon.

És akkor egy kis bűvészkedés! A termodinamika első törvényéből következően, a rendszer egyensúlya akkor áll fenn, ha a meleg hőcserélő által leadott hő egyenlő a hideg hőcserélő által felvett hő és a kompresszornál bevitt mechanikai energia összegével (Qkond. = Qelp + W). Ebből következően bizonyítható (ha hűtésben és fűtésben is azonos feltételekkel, hőmérsékletekkel számolunk, és a hatásfokot nem vesszük figyelembe), hogy a COPhűtés = COPfűtés – 1. Ez azt is jelenti, hogy elméletileg, ha egy hőszivattyú COP-je fűtésben 3,5, akkor az 1 kW befektetett villamos energiával 3,5 kW fűtőteljesítményt produkál (ebből 1 kW a kompresszornál bevitt mechanikai energia, amit a hőcserélőn szintén le kell adni, és 2,5 kW a ténylegesen szivattyúzott hő). Ezzel szemben hűtésben csak 2,5 kW teljesítmény várható 1 kW bevitt energia hatására.

Természetesen a valóságban ennél egy kicsit rosszabb a helyzet, mert sajnos a hatásfok kisebb, mint 100%, ráadásul a ventilátorok és egyéb elektromos kiegészítők működtetéséhez is használunk áramot. Karterfűtés és elektromos leolvasztás, illetve elektromos fűtőbetét használata esetén például drasztikusan romlik a jósági fok.
Itt, az írásom végén jelezni kívánom, hogy közel sem tértem ki a téma minden aspektusára, de ez nem is volt célom. Igazából csak arra szerettem volna felhívni a figyelmet, hogy a katalógusokban szereplő adatokat óvatosan kell kezelni, és körültekintően kell értékelni, értelmezni.

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.


Kardos-Kunszt Ferenc | 2009. aug. 10.

Nem könnyű a gyári adatokból üzemeltetési költséget elővarázsolni. Inkább lehetetlen. A kivitelezési és tervezési hibák sokszor "überelik" az SPF-et és a COP -t. Recept: az elkészült rendszernél felszerelek egy hőmennyiségmérőt a fűtőoldalon, és egy villanyórát a villamos betápnál. Félévnyi mérés után jön az igazság pillanata. Ez az igazi SPF.

Facebook-hozzászólásmodul