A cikk a Magyar Épületgépészet 2021/3. számában jelent meg, melynek tartalomjegyzéke itt letölthető.

Néhány adat a létesítményről:

• Összesen 17 medence található a strandon, amelyből 14 úszó és élmény, illetve 3 termálvizes.
• Az úszó és élménymedencék teljes vízfelülete 4720 m², a termálvizes medencék vízfelülete pedig 639 m² .
• Az élménymedencék átlagos vízhőmérséklete 27-32 °C, a termálvizes medencék pedig 36-38 °C-os hőmérsékletűek.

Címkép, 1. ábra. A BORD Építész Stúdió által tervezett debreceni Aquaticum strandfürdő madártávlatból (fotó: Bujnovszky Tamás)

Miből épül fel és körülbelül mekkora a strand fűtési igénye?

Ennek megértéséhez több tényezőt is figyelembe kell venni. Számos olyan egységgel rendelkezik a strand, amelyeknek nyáron (illetve adott esetben télen) is számottevő fűtési igényük van (például: melegvizes medence, öltözők, zuhanyzók, üzletek, éttermek stb.), ezek közül a legjelentősebb „fogyasztók” a medencék.

A teljesítményigény persze több külső tényezőtől is függ, például a fürdőzők számától, az időjárástól, a környezeti levegő hőmérsékletétől, páratartalmától, a napszaktól, a bérleményi területek kihasználtságától. A maximális látogató létszám figyelembe vételével így az „A” épület pinceszinti hőközpontjában nyolc darab, egyenként 2-2 m³-es, összesen 16 m³ térfogatú használati melegvíz tárolót helyeztünk el. A használati melegvíz előállítása szintén jelentős fűtési igénnyel jár.

A tervezett fűtési igények

Számszerűsítve a strandfürdő így nyáron ~6000 kW, télen ~400 kW fűtési igénnyel rendelkezik. Összehasonlításképp a szomszédos Nagyerdei stadion pályafűtéssel ~2500 kW energiát igényel.

2. ábra. A strandfürdő területén összesen 17 medence került kialakításra (fotó: Bujnovszky Tamás)

Hogyan működik a strand fűtése?

A város távhőellátó rendszere képes biztosítani a szükséges teljesítményt, de mivel a strand fűtési igénye jelentős, emiatt a gazdaságos üzemeltetés biztosítása érdekében minden rendelkezésre álló „megújuló energia” fűtési megoldást bevetettünk. Ilyenek többek között:

• a termálvízkútról érkező termálvíz hőhasznosítása,
• az 50 °C-ra visszahűtött termálvíz további hűtése hőszivattyúval, a közben felszabaduló hő hasznosítása a fűtési rendszerben,
• a termálvíz medencékből elengedett és puffertárolóban összegyűjtött termálvíz tovább hűtése hőszivattyúval,
• a bérleményi területeken elhelyezett légkezelők hűtőkaloriferének, valamint a fan-coilok hűtése víz-víz hőszivattyú segítségével, a hűtés során felszabaduló hő hasznosítása fűtési rendszerben,
• a meglévő gázmotor által termelt hulladékhő hasznosítása.

A komplexum hőközpontjában a főköri fűtési osztó-gyűjtőn a következő köröket alakítottuk ki:

• Medencevíz és pótvíz fűtési kör: 60/35 °C
• Strandfürdői HMV fűtés kör: 60/35 °C
• Bérlemények HMV fűtési köre: 60/35 °C
• Bérlemények fűtési kör: 60/35 °C

3. ábra. A strandfürdő hőközpontja, izometria 1

Minden megoldás esetén a hasznosítható hőt rendszerenként párhuzamosan kötött lemezes hőcserélővel a strand központi fűtési rendszer visszatérő gerincvezetékének előfűtésére lehet hasznosítani, azaz a távfűtő művek hőcserélőivel sorosan lehet a rendszerbe hidraulikailag kötni.

A megújuló energiák

Ma az előírásoknak megfelelően az összes igény min. 25%-át kell kitenni a megújuló energiának. A strandfürdőnél ez most átlagosan 50%, ami megfelel egy modern, hőszivattyúval ellátott épület megújuló energiafelhasználásának.

Ha a strandfürdő fűtési igénye csökken például egy meleg nyári napot nézve, úgy a megújuló energiafelhasználás részaránya tovább nő és elérheti a 70%-ot is, ami kiemelkedőnek számít.

Hogyan járulnak hozzá a megújuló energiák a minél „zöldebb” üzemeltetéshez?

• A leglényegesebb maga a termálvíz. A megrendelői adatszolgáltatás szerint a tervezett termálkutak irányából a következő vízhozamok várhatók:
  1. kút: 45-48 m³/h vízhozam, 66 °C vízhőmérséklet,
  2. kút: 33 m³/h vízhozam, 60 °C vízhőmérséklet,
  3. kút: 45-48 m³/h vízhozam, 66 °C vízhőmérséklet,
  amelyek 60 °C-os átlagos előremenő vízhőmérséklet esetén 10 °C-os hőfoklépcső mellett 1.500 kW fűtési teljesítményt biztosítanak. Ezt a teljesítményt a belső gépészeti rendszer visszatérő gerincvezetékének előfűtésére lehet hasznosítani, azaz a távfűtő művek hőcserélőivel sorosan tudjuk a rendszerbe hidraulikailag kötni.
  A medencetechnológustól kapott adatszolgáltatás szerint a termálvizes medencék csak folyamatos vízcserével üzemeltethetők, illetve minden éjszaka kötelező a leürítésük, és feltöltésük.
  Amennyiben a megrendelő a későbbiek folyamán tudja biztosítani a nagyobb vízmennyiséget akár további kutak bevonásával, úgy a kinyerhető hő mennyisége a 3.000 kW teljesítményt is elérheti. Ennek megfelelően méreteztük a fűtési gerincvezeték visszatérő vezetékébe tervezett, és a többi megújuló energia oldali hőcserélővel párhuzamosan kötött termálvíz hővisszanyerő lemezes hőcserélőt.
• A termálvíz hőcserélőből kilépő víz hőmérséklete 50 °C, amely megfelel a medencetechnológia által igényelt min. 45 °C-os termálvíz hőmérséklet követelménynek. Tekintettel a rendszer hőveszteségére, illetve a termálvíz medencék távolságára a hőközponttól (50-80 m), a termálvíz hőcserélőn nem engedünk meg nagyobb hőfokesést. Amennyiben a termálvíz medencékbe beáramló víz hőmérséklete mégis magasabb az igényeltnél (például a levegő magasabb hőmérséklete miatt), akkor a következő megoldással tudunk még a termálvízből a medencékbe történő vezetése előtt hőt kinyerni: az 50 °C-ra hűtött termálvízből kinyert energiát hőszivattyú segítségével hasznosítjuk.
  Számításaink szerint a biztonságosan kivehető teljesítmény a rendszer veszteségeit is figyelembe véve 300 kW. Ezt a teljesítményt, hasonlóan a termálvíz fűtési energiájának hasznosításához, a belső gépészeti rendszer visszatérő gerincvezetékének előfűtésére lehet hasznosítani, azaz a távfűtő művek hőcserélőivel sorosan tudjuk a rendszerbe hidraulikailag kötni. A berendezés evaporátor oldalán tudjuk a termálvíz hőjét hasznosítani. A fűtési teljesítmények leadására 1 darab 300 kW egységteljesítményű hőszivattyú alkalmazható, amelyet szintén a medencék alatt kialakított épületgépész hőközpontban tervezünk elhelyezni.
  Tekintettel a magas termálvíz hőmérsékletekre, a víz-víz hőszivattyú oldalán a lemezes hőcserélő előtt motoros háromjáratú keverőszelepes bypass ág beépítése szükséges a hőszivattyú védelme érdekében!
  A szükséges termálvíz hővisszanyerésekor az alsó vízhőmérséklet határ 45 °C. Ez a minimális termálvíz hőmérséklet, amire a termálvizes medencék nyári hőntartására szükség van a legkisebb vízutánpótlás esetén. A medencékbe belépő termálvíz hőkinyerésére betervezett hőszivattyú a fent leírtak szerint vagy a medencékbe bemenő, vagy a medencékből elfolyó termálvízből nyeri ki a hőt. A medencék felé elmenő víz hőmérséklete szerint a központi épületfelügyelet a hőszivattyú hűtési oldalán elhelyezett motoros váltószelepet vezérli, hogy melyik irányból legyen a hő hasznosítva.
• További hőhasznosításra van lehetőség a használt termálvíz esetén. A medencékből leeresztett 32-34 °C-os vizet az „A” főépület mellett elhelyezett 6×4×3,5 m-es tározóba vezetjük. A tározó kapacitása megfelel a három medencéből folyamatosan leengedett termálvíz tározására, a minimális termálpótvíz mennyiséget figyelembe véve. Innen a vizet szűrőn keresztül juttatjuk a hőközpontban elhelyezett 3 darab, egyenként 300-300 kW-os víz-víz hőszivattyú lemezes hőcserélőjéhez. Ezek közül egy a már fent leírt hőszivattyú, amely vagy a belépő termálvizet hűti, vagy a medencékből elfolyó használt termálvíz hőenergiáját hasznosítja.
• További hővisszanyerésre ad lehetőséget a bérleményi (éttermek, büfék, üzletek a strand területének külső ívén, a Pallagi út melletti épületben) területek hűtésére beépített 1 darab víz-víz hőcserélős hőszivattyú kondenzátor oldali hőhasznosítása. Ez a teljesítmény változó, tervezett maximális értéke 200 kW. A teljesítmény az éttermek kihasználtsági szintje és a külső hőmérséklet függvényében változik.
• A strandfürdő területén ezen felül egy gázmotor található, amelynek hulladékhője is hasznosításra kerül a fűtési visszatérő víz hőmérsékletének emelésére. A gázmotor által leadott hulladékhő összes teljesítménye 200 kW.

4. ábra. A strandfürdő egyik termálmedencéjének átjárója (fotó: Bujnovszky Tamás)

A fent leírtakból jól látható, hogy a megújuló energiaforrások használatának maximalizálásával az alternatív fűtési megoldások ideális esetben 2 800 kW teljesítményt szolgáltathatnak, ami a fellépő összes fűtési teljesítményigény közel 50%-át jelenti. A maximális igény várhatóan csak ritkán jelentkezik, így az időszak jelentős részében a megújuló energia részaránya meghaladja a tervezett arányt. Minden fűtési kör rendelkezik hőmennyiségmérővel, amelyek segítségével nyomon követhető a felvett teljesítmény alakulása.

5. ábra. A strandfürdő hőközpontja, izometria 2

És az eredmény? A tavalyi év nyara volt a megújult strandfürdő első teljes szezonja. Mint minden hasonló rendszer esetén, az üzemszerű működés első heteiben jönnek elő a „gyermekbetegségek” (hőcserélő kötésének kialakítása, szűrők hiánya stb.), de az összkép pozitív. A strandfürdő üzemeltetőjének adatszolgáltatása szerint a következő kép rajzolódik ki a megújuló energiák felhasználási arányairól:

A strandfürdő energiafelhasználása GJ-ban, 2020 június–augusztus

Hónapok	Távfűtés	Fűtési hőszivattyú	Hűtési hőszivattyú	Termálhő	Gázmotor hulladékhő	Összes
Június	186	97	5	265	35	588
Július	1312	319	39	883	286	2839
Augusztus	1022	521	61	1045	0	2649
Szeptember	875	287	24	498	85	1769
Összesen	3395	1224	129	2691	406	7845

A végeredményt oszlop- és kördiagramokban a 6. és 7. ábra szemlélteti.

6. ábra. A strandfürdő energiafelhasználása GJ-ban, 2020. június–augusztus (oszlopdiagram)

7. ábra. A strandfürdő energiafelhasználása GJ-ban, 2020. június–augusztus (kördiagram)

A tavalyi nyáron a fürdő megújuló energia részaránya 56,7% volt, amely igazolta az előzetes számításokat, de van lehetőség a további „fejlődésre”. Javítható a megújuló energiák aránya a hőközponti termálvíz hőcserélő bekötésének átalakításával, amit a szezon befejezése után az üzemeltető már meg is tett.

Jól látható a diagramokból, hogy a hűtési hőszivattyú kondenzátor oldali hőhasznosítása alacsony, elmaradt az előzetes várakozástól, amelynek oka a bérleményi területek szakaszos „feltöltése” éttermekkel, üzletekkel. A nyár végére a kihasználtság jelentősen javult, és remélhetőleg a következő szezonban már teljes kihasználtság mellett működhet a hűtés, hozzájárulva a kondenzátor oldali hő hasznosításához.

A gázmotor esetén az üzemeltető eldöntheti, melyik területen hasznosítja a hulladékhőt (meglévő szálloda vagy az Aquaticum), és az előző nyár folyamán időszakosan más területeken történt meg a hasznosítás. Üzemeltetéstől függően itt is lehet javítani a kihasználás arányát.