e-gépész online szaklap

Energiamegtakarítási lehetőségek a fűtési rendszerek kialakításában

| | |  0 | |

Energiamegtakarítási lehetőségek a fűtési rendszerek kialakításában

Amikor az energiamegtakarítás kerül szóba egy fűtési rendszer esetében, akkor mindig a hőtermelő berendezés fogyasztáscsökkentésére gondolunk. Valóban, itt jelentkezhet a legnagyobb megtakarítás, azonban apróbb eredményeket a kiegészítő rendszerek energiacsökkentésével is elérhetünk, és sok kicsi sokra megy alapon az éves megtakarítás jelentős lehet. Nézzük meg a szivattyúk villamos fogyasztásának költségcsökkentési lehetőségeit hidraulikus, mechanikai, és elektrotechnikai szempontból.

Hogy mennyire nem törődünk a szivattyúk energiahatékonyságával, arra jó példa az üzemeltetés. Készült egy olyan felmérés az egyik szivattyúforgalmazó, -gyártó részéről, ami egészen döbbenetes eredményt produkált. Ma már szinte kizárólag állandó mágneses villanymotorral hajtott szivattyúkat építenek be, vagy olyan technológiát, ami hatékony szabályozhatóságot tesz lehetővé. A gyártó azt vizsgálta, hogy az öt éve beépített szivattyúk közül mennyi azoknak a száma, amelyek ténylegesen jól, energiahatékonyan működtek. Döbbenetes a tapasztalat: 5 év után a beépített elektronikus szivattyúk 80%-a szabályozatlanul, maximális fordulatszámon üzemelt. Hiába a drága vezérlés, a nemtörődömség, vagy a hozzá nem értés következtében a szivattyúkat nem állították be. Pedig a gyártók sok pénzt fektetnek abba, hogy az EU irányelvei teljesüljenek a készülékekre vonatkozóan, a felhasználók energiamegtakarítást várnak, a mérnökök megtervezik a korszerű rendszereket, ennek ellenére az üzemeltetés nem megfelelő. Itt hatalmas pazarlás érhető tetten, amely ellen valamilyen módon fel kellene lépni.

Rossz hidraulikus viszonyok

Ennek fényében talán még jelentéktelenebbnek tűnhet a hidraulikus rendszer nem megfelelő kialakításának következtében létrejövő szivattyú-többletmunka és többletfogyasztás. Sokan úgy vélhetik, hogy egyszerűen szükségszerű az általuk telepített nagy hatásfokú hőtermelők által előállított hő szállításához a többletenergia, ezért nem törődnek a fűtési rendszer megnövekedett ellenállásával.

A feleslegesen sok könyök, egyéb idom rendkívül megnöveli a rendszer ellenállását

Ennek a gondolkodásmódnak történelmi párhuzama van az autóiparban. Gondoljunk vissza arra, hogy néztek ki az autók a huszadik század közepén. A járművek nagy külső „tartozékokkal” rendelkeztek, mint például az oldalra kinyíló szellőzőablakok, lapos tükör, motorháztetődíszek, krómdíszítés, masszív elülső végek és egyéb tárgyak, amelyek az akkori autók megjelenésének részét képezték. Abban az időszakban az üzemanyag viszonylag olcsó volt, és kimeríthetetlen energiahordozónak tűnt. Az autók légellenállásának csökkentésével nem törődtek, egyszerűen nagyobb motor került a kaszniba. A korszak egyik legelismertebb autótervezője, Enzo Ferrari jól kifejezte az akkori gondolkodásmódot: „Az aerodinamika olyan emberek számára készült, akik nem tudnak motorokat építeni ...” És látjuk, hogy mennyire megváltozott a mai szakemberek hozzáállása a problémához. Ennek analógiájára a fűtéstechnikai szakemberek úgy gondolkodnak, hogy ha a hő áramlása nem elég gyors, vagy az áramlási út nagy ellenállással rendelkezik, egyszerűen nagyobb szivattyút kell a rendszerbe építeni. Ahogyan a XXI. századra az autózásról alkotott képet a környezeti problémák miatt meg kellett, hogy változtassuk, a hidraulikus rendszerekről alkotott gondolkodásmódunknak is változni kell.

Beszéljenek a számok!

Minden alkatrész, amelyen a folyadék áthalad, csökkenti a folyadék mechanikai energiáját. Az alkatrészen vagy az alkatrészek sorozatán keresztüli átfolyáshoz szükséges mechanikai teljesítmény mennyiségét a következő képlet segítségével lehet kiszámítani:

Ahol
Pm = elvesztett mechanikai teljesítmény
f = áramlási sebesség
ΔP = nyomásesés-komponens

Nézzünk meg ennek fényében egy egyszerű számpéldát. Tudjuk, hogy minél nagyobb az áramlási sebesség és a nyomásesés, annál nagyobb a mechanikai teljesítményveszteség. Mekkora mechanikai energiára lesz szükség egy 36,57 m-es szakaszon a víz 37,85 l/perc sebességgel történő mozgatásához, ha az előremenő fűtővíz 50 ˚C, és az áramlás 22-es M típusú részcsövön keresztül történik? Az áramlási sebesség meg van adva, de a nyomásesés pontos értékét nem tudjuk. Ehhez méretező szoftver segítségét kell igénybe venni, amely figyelembe veszi a folyadék tulajdonságainak hőmérsékleti változását is. A kapott érték esetünkben 0,2 bar. A hátralévő matematika egyszerű, bár az eredményt wattban kapjuk meg, ez az érték nem a megadott feltételek fenntartásához szükséges elektromos bemeneti teljesítmény, hanem a keringtetőszivattyú által igényelt mechanikus kimenő teljesítmény. Azonban a szivattyú elektromos bemeneti munkájáért fizetünk. A bemeneti teljesítmény kiszámításához ismernünk kell az ezt a körülményt létrehozó keringtető vezeték vezeték-víz hatásfokát. A hatékonyság nagyban függ attól, hogy a keringtetőszivattyúnak hol van a munkapontja, illetve milyen szivattyúgörbén működik. Ha feltételezzük, hogy egy kis, állandó mágneses keringtetőszivattyút használ a rendszer, akkor a vezeték-víz hatékonyság ésszerű értéke 20-25%. Vegyük a két érték számtani közepét, azaz 22,5 százalékot. A példánkban a keringtetőszivattyú elektromos bemeneti teljesítményének kiszámításához osszuk el a mechanikus kimenő teljesítményt (amelyet 10,4 wattnak határoztunk meg a képlet alapján) a keringtető vezeték vezeték-víz hatékonyságával, a Pe=Pm/0,225=10,4/0,225=46,2 W összefüggés szerint.

Az összehasonlítás kedvéért használjunk a 22-es rézcső helyett 25-ös PEX csövet, és figyeljük meg a változást. A cső cseréje megváltoztatja a nyomásesést, a méretező szoftver segítségével kiszámolhatjuk, ez az érték 0,4 bar lesz. Ez a változás a mechanikai teljesítményigényt csökkenti, kiszámíthatjuk, hogy 27,1 watt lesz, és a keringtetőszivattyú bemeneti teljesítménye (feltételezve ugyanazt a 22,5% vezeték-víz hatékonyságot) 120 watt.

A fűtési rendszer teljes élettartamára levetítve az anyagválasztás jelentős anyagi megtakarítással járhat. Ha ez a 36 méteres szakasz évente átlagosan 3000 órán át üzemben van, és az elektromos energia költségét 36 Ft/kWh értékre vesszük, akkor 20 év alatt a két csőszakasz választása között 159 840 forint differencia lesz. És ez a megtakarítás csupán a csőválasztáson múlik, a rendszer többi elemét nem is vettük figyelembe.

Egy modern szivattyú magas hatásfokkal dolgozik, de rossz beállítások mellett erre nem képes

Megtakarítási lehetőségek

Egy rendszer tervezésénél külön meg kellene vizsgálni a megtakarítási lehetőségeket. Ez természetesen a tervezőktől többletmunkát követelne meg, de amikor a gazdaságos üzemeltetés a cél, megéri a befektetett energia. A korszerű vezérlések, vezérlőszelepek alkalmazása, a „felesleges” hőcserélők, hidrováltók kiküszöbölése sokat segíthet a rendszer ellenállásának csökkentésére. A jó tervezőmérnökök többsége ezt a lehetőséget figyelembe is veszi. Természetesen minél több elektronikai berendezést telepítünk egy fűtési rendszerbe, annál nagyobb lesz a meghibásodás valószínűsége. Illetve azt is figyelembe kell venni, hogy megoldások ne kerüljenek többe, mint a hosszú távú várható megtérülés, mert akkor semmi értelme nincs a megtakarításoknak.

Gondosan kell használnunk a glikol alapú fagyálló folyadékot is. A nagyobb a glikol koncentráció nagyobb a sűrűségű fűtőfolyadékot eredményez. Minél nagyobb az oldat viszkozitása, annál nagyobb a viszkozitás aránya, mely leosztva a sűrűséggel nagyobb „húzóerőt” kíván meg a folyadéktól. Ezen kívül a könyökök, toldók alkalmazását is célszerű megfontolni, mert a nagyobb sugarú hajlítások kisebb mechanikai ellenállást eredményeznek. A sort még folytathatnánk, amelyek a kedvező körülményeket nagy mértékben elősegítik. A folyadékdinamika tudományát széles körben alkalmazták sok olyan technológia esetén, ahol a folyadék egy felületen mozog. Akár a készülékek tervezésénél a gyártói oldalról is figyelembe lehetne venni ezen megoldásokat, és áramvonalasabb rendszereket kialakítani.

Balra: helyes megoldás

Jobbra: helytelen megoldás

1. változó fordulatszámú keringtető, arányos állandóval működtetve, 2. alacsony fejveszteségű önpufferelő hőforrás, 3. terhelés #1, 4. terhelés #2, 5. terhelés #3, 6. szelep-alapú zónázási rendszer, 7. rövid zsíros gyűjtőcsövek, 8. másodlagos áramkör, 9. másodlagos kör, 10. elsődleges keringető, 11. szorosan egymás mellé helyezett csövek (tipikus), 12. primer kör (soros)

Gázkazán-beállítás

A gázkészülék szerelők is nagy mértékben segíthetik a megtakarításokat. Egy készülék beüzemelése során gázoldalról csavarhúzóval mindössze a minimum és maximum terhelést állítjuk be a gázarmatúrán. A készülék HMV-készítés során ezen teljesítményhatárok közt tud modulálni. Ezt követően a vezérlő elektronikát fel kell programozni a megfelelő fűtési hálózatra. Ezt többnyire meg tudjuk tenni egy laptop segítségével, így egyszerűbb is és átláthatóbb is a beállítás, de a készülék gombjai segítségével ugyanúgy elvégezhető a művelet, itt az információkat a készülék saját digitális kijelzőjén láthatjuk. Feltétlenül be kell programozni a min. és max. fűtési teljesítményt, esetleg a tárolótöltési teljesítményt, a szivattyú- és ventilátorutánfutási időt, az üzemszüneti időt, a hiszterézist, a késleltetést, a hőntartást, a hőmérsékletek alsó és felső határolását, és hosszú még a paraméterek sora. Ha meghagyjuk a gyári beállítást és „átlag” fűtési rendszerrel állunk szemben, akkor nagy hibát nem követhetünk el, de ez a megoldás nem is bizonyítja a beüzemelő felkészültségét. Ha viszont tisztában vagyunk a beállítható értékekkel és be is állítjuk azokat, úgy a készüléket tökéletesen össze lehet hangolni a fűtésrendszerrel. Tehát szélsőséges esetben akár egy 8–24 kW teljesítményhatárok közt moduláló készüléket is be lehet állítani úgy, hogy egy 40–60 m²-es lakásban elfogadható módon működjön.

Miután a készüléket beszabályoztuk, hozzáláthatunk a BUS-rendszerű időjáráskövető szabályozás beállításához, ami szintén menüsoros rendszerben működik és ezerféle különböző paramétert kell beprogramozni, mely az épület hőtehetetlenségére vagy a hőleadó rendszer kiépítésére utal.

A rendszer optimális beállítása ma már szoftveresen történik

A szemlélet a kulcs

Tehát nyilvánvaló, hogy egy mai modern készülék és szabályozó együttes beüzemeléséhez nem elegendő ismerni azt a „fehér dobozt” melyet gázkészüléknek nevezünk, ahhoz pedig, hogy javítsuk őket, komoly alapokkal kell rendelkezni mind a gázszerelés, mind pedig az elektronika területén. Az üzemeltetés, a beüzemelés, a rendszer kialakítása, tervezése mind azt a szemléletet kell kövesse, amely a megtakarításra irányul. A globális gondolkodás az élet minden területén ebbe az irányba halad. Érdemes tehát követnünk ezt a trendet.

A cikk a VGF&HKL szaklap 2021. júniusi számában jelent meg, közlése a kiadó engedélyével történt.

BeszabályozásEnergiahatékonyságFűtéstechnikaVGF&HKL

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.

Facebook-hozzászólásmodul