Hőszivattyúval vagy anélkül

Szántai András irigylésre méltó pontosságú tanulmánya konkrét vizsgálatot takar. Az eredményeit a következő megállapításban összegzi: „A számításokat ellenőriztem a jelenleg érvényes tarifákkal is. A hőszivattyús légkezelő némi előnyre tett szert a gázáremelések miatt, de ez még nem olyan mértékű, hogy a jóval magasabb beruházási költséget ellensúlyozná”.

Ladányi Zoltán kolléga úr mindenféle számítást nélkülözően „Összegzésként elmondható, hogy modern hőszivattyús páramentesítő rendszerek megfelelő alkalmazási környezetben gazdaságosan üzemelnek, és hamar megtérülnek.” summázza véleményét. Ezekkel a gondolatokkal nem tudok mit kezdeni. Nehéz összehasonlítani egy alapos munkával készült tanulmány és egy arra emocionálisan válaszoló iromány „lényegét”.

Mindkét szerző alapos szakmai tudását bizonyítja a cikksorozat, illetve az olvasói válasz. Ladányi Zoltán előnye a „Tervezési szempontok és irányelvek fedett uszodák légtechnikájának tervezéséhez” című kiadvány egyik szerzőjeként elismerést érdemel. Ezt használja (sokszor minden kritika nélkül) az épületgépész tervezőtársadalom nagy része. A kiadvány erénye, hogy szemben a VDI 2089-vel, mely szerint ajánlott tervezési értékek közül az „e” „empirikus bepárolgási tényező kommunális uszoda normál üzem mellett 20 (g/m2h mbar)” feszített víztükrű medencére, azt „10-re(!!)” javasolja felvenni tapasztalatokra hivatkozva. Közös álláspontunk: nem lehet egy ajánlást (mert a VDI az!) mereven alkalmazni.

Korábban a szakemberek arra hivatkoztak, hogy nincs hazánkban uszodák tervezésére érvényes előírás. Ez annyiban volt igaz, hogy az MSZ 04-209/3-1991. nem tartalmazott a belső légállapotokra vonatkozó előírásokat.

Örvendetes, hogy 2009 áprilisában megjelent az MSZ EN 15288-1 Uszodák 1. rész: A tervezés és kivitelezés biztonsági követelményei című szabvány. Ebben találhatunk figyelemreméltó adatokat, például:
– Belső léghőmérséklet-különbség a vízhőmérséklethez képest +0 K…4 K.
– Relatív nedvességtartalom 40% és 80% között, preferált érték kb. 60%.
– Légsebesség a használók közelében: kb. <=0,1 m/s.

Hogyan terveztünk 2000 előtt?
Egyrészt gondolkodtunk, másrészt segédleteket használtunk. Akkoriban a méltán nagyhírű Tervezésfejlesztési és Típustervező Intézet (TTI) különböző tervezési segédleteket bocsátott közre sorozat formájában.
A TSG –77 Fedett Uszodák című kiadvány hasznos információkat adott a tervezők számára. A méretezési elvek természetesen hasonlók, de a paraméterek eltérők. A hazai entalpiagyakoriságnak inkább megfelel a 10 g/kg abszolút nedvességtartalmú külső levegő, és gazdaságosabbnak ítélem meg a 15,5-6,0 g/kg abszolút nedvességtartalmú belső légállapotot, 28 ºC-os vízhőmérséklet mellett. Összesen 23-25% légforgalom-csökkenést jelent, gorombán ilyen mértékű beruházási és üzemeltetési költségmegtakarítást képvisel.

Mit jelent ez a közérzeti hatásra?
30 ºC léghőmérséklet; 55% relatív nedvességtartalom mellett éppen átlépi a fülledtségi határt. Érdemes lenne megvizsgálni az elégedetlenek számának alakulását, de erre adatot nem találtam. De érdemes megvizsgálni az entalpiagyakoriság alapján a kockázati értéket is;

;
ahol
; xi < x az eloszlás vagy gyakoriságösszeg,
xi valószínűségi változó,
relatív gyakoriságának összegzésével.
55 KJ/kg fölötti érték éves gyakoriságban kb. 5%, nyári gyakoriságban kb.15% (Kiss Róbert, 205-206. o., 1. ábra).

No de térjünk vissza a párátlanítási módszerek összehasonlításához.
Több tervezési feladatom eredményiből kiindulva téli méretezési állapotban 25-30% a frisslevegő-hányad. Ha hozzátesszük a kb. 70%-os hővisszanyerést, kb. 90%-os energia-visszanyerés érhető el frisslevegős párátlanítással, azaz a veszteség kb. 10%. Üzemszüneti időszakban a bepárolgás, még a vízfelület letakarása nélkül is kb. 10% a normál használati üzemmódhoz viszonyítva.
Azaz a kb. 10% veszteség kb. 1%-ra csökkenthető, ha a keverési arány a belső nedvességtartalomra szabályozott. Ezen arányok megfelelnek az utófűtési teljesítmények arányának is, azaz jelentéktelenek. Ezt a kb. 1%-nyi fűtési energiát meg lehet takarítani hőszivattyús hűtve szárítással és kondenzációs fűtéssel. Igen, de villamosenergia-bevitellel!

Vizsgálódjunk tovább, jellegzetes külső légállapotok alapján.
Nézzünk meg egy általam tervezett (itt megnevezni nem kívánt) konkrét esetet.

Nyári légállapot friss levegővel, hővisszanyerés nélkül
Ez a mértékadó légforgalom-számítás alapja. A ködtelenítésnél úgy fürdő-, mint üzemen kívüli állapotban sok friss levegővel dolgoznak hővisszanyerés nélkül. Ez jellemzően 175 óra éves időtartamot jelenthet.

Nyári légállapot, friss levegővel, 74%-os hővisszanyeréssel
Az egyensúlyi állapot, azaz amikor a hővisszanyerés fedezi a fűtési hőigényt (nincs szükség utófűtésre), kb. 23 KJ/kg külső entalpiával „áll be”. Ez az előzővel összesen kb. 4200 h (kb. 50%), magyarán kb. félév, hőfokgyakoriságban kb.10 C-nak felel meg.

Téli állapot normál fürdőüzem
Ha a normál fürdőüzem az egyszerűség kedvéért naponta 12 óra (7-19), a ködtelenítő rendszer utófűtője működni fog.

Nézzük meg a konkrét esetemet, méretezési állapotban:
– A bepárolgás: kb. 150 kg/h.
– A nyári állapotváltozás irányjelzője: 5250 kJ/kg.
– A téli állapotváltozás irányjelzője: 600 kJ/kg.
– A légforgalom: 32 000 m3/h.
– Friss levegő: 8500 m3/h.
– Hővisszanyerés hatásfoka: 74%.
– Befújt levegő hőmérséklete: 42 C.
– Szellőztetési hőigény: 161,5 kW.
Hőfokhíd alapján számolható összes energia-felhasználás: 193 000 kWh.

Hőszivattyús ködtelenítési mód alkalmazása esetén a visszakevert levegőt az elpárologtató harmatponti hőmérséklet alá hűti, így az elszívott levegő entalpiáját például adott esetben vizsgált berendezésnél (64-53) kb. 11 kJ/kg-mal csökkenti az általában alkalmazott kb. 120 kW hűtőteljesítményű berendezés. Egy korszerű, kb. 5,0 COP-értékű berendezés esetén ez a kondenzátoroldalon kb. 150 kW fűtési teljesítményt jelent. -8 °C külső léghőmérsékletnél beállna az az állapot, amikor nincs szükség utófűtésre.
Hőfok gyakoriságban ez kb. 125 órának felel meg. Félnapra számolva kb. 60 óra, amelytől ezúton eltekintünk.
Az előzőkben számolt 193 800 kWh energia 5,0-ös COP-értékről visszaszámolva 38 760…39 000 kWh villamos energiát igényel. Nézzük meg ezt napi energia-, illetve energiahordozó-áron (a vizsgált fogyasztónál).
A földgáz energiahordozó fajlagos ára 2,629 Ft/MJ. 34,1 MJ/Nm3 (9,47 kWh/Nm3) fűtőértéket, 90% éves hatásfokot figyelembe véve a számolható energia ára 10,52 Ft/kWh.
A villamos energia ára 38,7 Ft/kWh.

Az előzőkben számolt hőenergia-árak csak frisslevegős ködtelenítés esetén: 193 800 kWh x 10,52 Ft/kWh = 2.038.776 Ft. Hőszivattyús üzemmódban: 39 000 kWh x 38,7 Ft/kWh = 1.509.300 Ft.
Azaz a kettő különbségeként ~500 000 Ft megtakarítás várható.

Nem hagyhatjuk figyelmen kívül a két konstrukcióból adódó ventilációs munka különbségét. A légtechnikai elemek nyomásveszteségének éves munkaigénye a következők szerint írható fel:
, ahol
az elemen átáramló levegő térfogatárama[m3/s],
az elem nyomásvesztesége [Pa],
a ventilátor és a hajtás hatásfoka.

Esetünkben a jelentős különbség a hőszivattyús berendezések elpárologtatójának és kondenzátorának a nyomásveszteségéből származik. Ezeket ~100 Pa értékkel, éjszakai részeleges üzemmódban évi 6000 órával számolva, ~65%-os hatásfokú ventilátort feltételezve az eredmény 8200 kWh. Súlyozott, részben éjszakai, részben nappali villamosenergia-árral (~36 Ft/kWh) ez ~295 000 Ft. Azaz a kalorikus megtakarítás ~500 000 Ft, a villamosenergia-igénytöbblet ~300 000 Ft, a különbség 200 000 Ft.

Vizsgáljuk meg két beruházási esetben a költségkülönbségek alakulását.
A hagyományosnak nevezhető légkezelő berendezés várható beruházási költsége ~12 000 000 Ft – ~12.000.000 Ft.
A hőszivattyús megoldás légkezelő berendezésének várható beruházási költsége ~16 000 000 Ft – ~18 000 000 Ft.
A beruházási költség különbsége 4 000 000, illetve 6 000 000 Ft.
Az egyszerűsített megtérülés kimutatása a beruházási költség és a közvetlen üzemeltetési költség-megtakarítás hányadosa. Esetünkben ez 4 000 000 Ft/200 000 Ft = 20 év, illetve a második esetben 30 év.

Peremfeltételek indoklása
A napi áron számolt földgáz energiahordozó, illetve villamos energia áraránya:
, nőhet ~0,3 értékre, azaz ~20%-kal, ismerve a hazai erőmű-állapotokat, melyekben jelentős változás belátható időn belül nem várható. Fenti okoknál fogva az általam vizsgálthoz hasonló esetekben ±20% eltérés is előfordulhat, így a 20 évből akár 16 év megtérülési idő, illetve a 30 évből 24 év is számolható.

Néhány általános megjegyzés
Ront a megtérülési időn a korszerűbb, kondenzációs kazánok alkalmazása, javíthat, ha a hőellátás kapcsolt energiatermelésű, kedvező áron szolgáltatott távhőellátásról történik. Nem kell mérlegelni, ha a primer energia megfelelő hőmérsékletű geotermikus energiával fedezhető. Számolni kell akkor, ha hévíz és jelentős mennyiségű kísérőgáz (metán) is rendelkezésre áll. Nem számoltunk a hőszivattyús berendezések költségesebb karbantartási igényével. Elfogadtunk egy kedvező, állandó COP-értéket.

Erkölcsi aggályaim
Természetes, hogy egy szakmai folyóiratban megjelenő cikk (vagy cikksorozat) tévedésére, hibás megállapításaira vagy részleteire észrevétel „érkezik”. A szakmai vita ezen folyóirat hasábjain az olvasó elvárásai szerint legyen mérnökökhöz méltóan tárgyilagos.
Aggályosnak látom viszont azt az erkölcsi állapotot, amikor bizonyos termékeket forgalmazó cégek az áruikról nyújtott információkat az azokat „betervező” tervezők alapos elemzés nélkül elfogadják, sőt sok esetben gyártmányhoz, típushoz ragaszkodnak.
Magyarán; nem a „saját lovát dicsérő…” mentalitás ellen kívánok kardot rántani.
A gazdaságossági szemlélet nélküli mérnöki döntéseket makacsul elítélem, mivel a szakmai tekintély jelen állapotának egyik okáról van szó.

Gazdaságosság megítéléseinek szempontjai
Amikor új beruházás gazdaságosságát vizsgáljuk, az alábbi szempontokat vesszük alapul:
– A beruházás célja: személyes használat; közszolgálat; nyereségtermelés.
– A beruházás gazdasági szerkezete: magánszemély; állami és önkormányzati tulajdonú; közhasznú társaság (nonprofit szervezet); nyereségorientált (befektető).
Amikor a beruházás, illetve az azon belüli műszaki megoldások gazdaságosságát vizsgáljuk, a fenti szempontoktól függően más-más megtérülési idő alapján történik a megítélés. Megjegyzem, hogy a 7/2006. (V. 24.) TNM. rendelet „Az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról” 4. melléklet szerint az 1000 m2-nél nagyobb alapterületű épületek alternatív energiaellátásának megvalósíthatósági elemzését el kell végezni. A rendelet rögzíti, hogy gazdaságossági szempontból célszerűnek minősítendő, ha a megtérülési idő tíz éven belül van.

Mi a megoldás?
A beruházási folyamat első fázisa a megvalósíthatósági tanulmány készítése. Itt már alternatívákat kell vizsgálni. Ha zöld utat kap a beruházás, építési-engedélyezési tervdokumentáció készül. Ebben a fázisban az épületgépész tervező részére minden adat rendelkezésre áll ahhoz, hogy megtérülési időt számoljon. A tervező erkölcsi kötelessége a beruházó elé tárni a lehetséges műszaki megoldásokat gazdaságossági számítással együtt. A beruházó joga és felelőssége megjelölni, hogy számára mely megoldás lesz gazdaságos.

Záró gondolatok
Két az uszodai ködtelenítésben jártas szakember pengeváltását eredménytelennek látva tettem kísérletet arra, hogy a korábbi számításaimat felfrissítve, illetve aktualizálva gazdaságossági számítással vizsgáljak konkrét esetet. A két ködtelenítési módot összevetve arra jutottam, hogy üzemeltetési költség tekintetében kedvezőbb lehet a vizsgált esetben a hőszivattyús berendezés alkalmazása. A beruházási költségkülönbözet viszont a mai energia-, illetve energiahordozó-árak alapján számolva 20-30 év alatt térül meg. Alkosson véleményt a tisztelt olvasó, hogy egy másfél-két, de akár egy életciklusban megtérülő beruházás gazdaságosnak ítélhető-e meg.

Hámori Sándor