Az épületek fűtési hőfelhasználását számos tényező befolyásolja. Ezek közül legjelentősebb a külső hőmérséklet. Ez abból a szempontból is érdekes, hogy milyen hosszú a fűtési szezon, vagyis mekkora a fűtési határhőmérséklet. Ennek értékét lényegében ugyanazok a tényezők befolyásolják, mint a szezon fűtési hőfogyasztását. A kutatás célja utólagosan hőszigetelt, paneles technológiával épült lakóházak hőfogyasztásának mérése és vizsgálata.
A cikk a Magyar Épületgépészet 2014/6. számában jelent meg, melynek tartalomjegyzéke itt letölthető.
A Magyar Épületgépészet 2013/10. számában (9–12. oldal) foglalkoztunk „A fokozott hőszigetelésű épületek fűtési határhőmérsékletének és hőfokhídjának alakulása tényleges fogyasztási adatok alapján” címmel a kérdéskör elméleti alapjaival és bemutattuk néhány épület mérési adatait, illetve eredményeit. Emlékeztetőként megemlítjük, hogy az épületek hőközpontjaiban csak egy elszámolási mérő van a primer oldalon beépítve, illetve a fővárosban a használati melegvíz (a továbbiakban: HMV) fogyasztást is mérik napi rendszerességgel. Ezért a fűtési és a HMV fogyasztást számítással kell szétválasztani. Az akkori vizsgálatoknál kitűnt, hogy a HMV fogyasztás számítási módszere bizonyos feltételezéseken alapul.
A határhőmérsékletet jelentősen befolyásolhatja a számított HMV fogyasztás, mivel a fűtési és HMV hőfogyasztás ebben az időszakban közel hasonló, sőt a HMV hőfogyasztás nagyobb is lehet a fűtésinél.
A következőkben választ keresünk arra, hogy miként alakul a HMV hőfogyasztás a teljes év során.
Számítási módszerek
Az említett előző cikkünkben a HMV hőfogyasztást a nyári adatokból számoltuk azzal a feltételezéssel, hogy a nyári öt hónap átlagát 10%-kal megnövelve kaptuk a többi hét hónap átlagos hőfogyasztását. Ezt súlyozott átlagmódszernek hívhatjuk. Ez az erősen egyszerűsített módszer sematikus költségosztásoknál nagyjából elfogadható, de a gyakorlatban már egy pontosabb módszert is használnak. Ennek lényege, hogy ismerve a vízfogyasztás napi (havi) értékeit egész évre, valamint a nyári hőfogyasztás értékeit, meghatározható egy lineáris kapcsolat a hő- és vízfogyasztás között. E módszer követői feltételezik, hogy ez a regressziós egyenes a téli hónapokra is érvényes és ez alapján extrapolálnak a hiányzó hónapokra. Ezt regressziós módszernek nevezhetjük.
A harmadik módszer azon alapszik – amely kutatásunk eredményének tekinthető –, hogy ezt a víz- és hőfogyasztás kapcsolatot részletesen megvizsgáljuk napi adatok alapján, és ez alapján pontosabb közelítést kaphatunk.
A HMV hőfogyasztás összetevői
A hő- és vízfogyasztás közötti kapcsolat közismert képlettel felírható:
Mivel napi fogyasztási adatok állnak rendelkezésre, a [GJ/nap] mértékegység a jellemző. Számításainknál korrigáltuk a napi fogyasztás értékeket amiatt, hogy a leolvasások nem pontosan ugyanabban az időpontban történtek. A korrigálás lineáris extrapolálást jelent. Az összefüggésben a hő- és vízfogyasztás korrigált értéke így rendelkezésünkre áll. A víz fajhőjét állandónak (4,186 kJ/kg,K) vehetjük. Így a hőmérsékletkülönbség meghatározható.
Tisztázni kell a tHMV fogalmát. Ez valójában nem a hőközponti szabályozón beállított, általánosságban kb. 50 °C érték, hanem egy látszólagos hőmérséklet. Ebben benne van a hőközponti és szállítási (csővezetéki) hőveszteség is. Más megközelítésben a Q [GJ/nap] nem az ún. hasznos hőfogyasztást jelenti, hanem a veszteségeket is tartalmazza.
Hasznosnak nevezhetjük azt a hőenergiát, ami a fogyasztók csapolóinál kikerül a rendszerből. Ezt érzékelhetőnek is nevezhetjük.
Természetesen a fogyasztónak a hőközponti hőfogyasztást kell megfizetnie. A továbbiakban tehát az energetikailag indokolt, látszólagos tHMV-t tekintjük értelmezhetőnek.
A másik hőmérséklettel is gondok vannak. A thideg az év során változik. Értékéről eltérőek a vélemények. Elvileg a kb. 1 m talajmélységben tapasztalható hőmérsékletet tekintjük érvényesnek, ez azonban térben és időben változó, értéke 8–15 °C lehet. Sajnos lakóépületeknél ezeket nem mérik, rögzítik.
Végeredményben a hőmérsékletkülönbség a fogyasztási adatokból számítható. Ez a különbség az időbeli változást tükrözi, de a hőveszteségekről is képet ad.
A vizsgálati módszer alkalmazása
Amint az előzőekben már említettük, a budapesti távhőszolgáltatásnál az egyes hőközpontoknál rendelkezésre áll a napi összes hőfogyasztás (fűtés és HMV együtt) és a HMV vízfogyasztás értéke. Ebből a vízfogyasztás alakulása vizsgálható.
A FŐTÁV,a fogyasztók beleegyezésével rendelkezésünkre bocsátotta két olyan 132 lakásos panelépület fogyasztási adatait, ahol a HMV szolgáltatásba besegít a tetőre helyezett napkollektoros rendszer. A költségelszámolás miatt indokolt lett még egy-egy hőfogyasztásmérő beépítése azért, hogy a FŐTÁV szolgáltatását nem képező szoláris hasznosítást levonhassák. Ezért az összes mellé egy fűtési körbe épített hőfogyasztásmérőt is beépítettek. Így lehetővé vált a FŐTÁVtól igénybe vett HMV hőfogyasztás meghatározása. Ez nem egyezik meg az épület HMV fogyasztásával akkor, amikor a szoláris rendszer üzemel. Sajnos a szoláris hozamnál nincs adat, de fagyállóval van feltöltve a kollektor kör, így egész évben működőképes.
Vizsgálatunkban feltételeztük, hogy december, január és február hónapokban a szoláris hozam elhanyagolható. A vizsgálat időtartama 2012 novemberétől 2014 áprilisáig tartott. A teljesebb kép érdekében mindkét hőközpont esetében vizsgáltuk a fejlesztés előtti időszakot is, 2006-ig visszamenőleg.
A vizsgálatok eredményei
A számításokat a havi fogyasztások alapján végeztük el. Terjedelmi korlátok miatt csak az egyik épületre vonatkozó eredményeket mutatjuk be azzal, hogy a másiké tendenciájában hasonló. Mindamellett néhány eredmény a két épület adatainak összegét, illetve átlagát mutatja.
Elsőként a HMV vízfogyasztás havi átlagértékeit mutatjuk be a 2006. és 2014. közötti időszakra (1. ábra).
1. ábra. A HMV-fogyasztás havi átlagának alakulása
A szokásos rendszer építésére 2012 májusában került sor, így a júniusi fogyasztási adatot hibásnak tekinthetjük. Látható, hogy a nyári fogyasztás jelentősen csökken, július-augusztusban éri el a minimumot. Ennek közismert oka a szabadságolás és az alacsonyabb fogyasztói igények (alacsonyabb hőmérséklet, illetve rövidebb fürdés). Érdemes megfigyelni, hogy az évek során fokozatosan csökken a fogyasztás, mondhatjuk, hogy a lakók egyre takarékosabbak. Ebben az „ingyen” szoláris nyereség sem okozott törést.
A 2. ábra a relatív változást mutatja, amelynek alapját a nyári hónapok (május – szeptember) átlaga jelenti. Láthatjuk, hogy az előzőekben emlegetett súlyozott átlag módszert el kell vetnünk, mert folyamatosan változik a havi átlag. Nyáron nem gond, hogy 10%-kal is alámegy az átlagnak, de télen a fűtési szezonban 15 – 20%-kal magasabb már a vízfogyasztás is. Természetesen a hőfogyasztás még inkább eltérő lesz.
2. ábra. A nyári hónapok átlagos víztérfogat-fogyasztásától való eltérés
A 3. ábrán a téli hónapok átlagos HMV hőfogyasztását látjuk az elmúlt két fűtési szezonban. Kisebb eltéréseket tapasztalunk a két szezonban és a három hónapban. Ez akár a hőmérsékletváltozásokkal is magyarázható lenne, de például 2012 decemberében –0,05 °C, 2013 januárjában +0,85 °C, míg februárjában +2,85 °C volt a havi külső átlaghőmérséklet.
3. ábra. A téli hónapok átlagos HMV hőfogyasztása
A hőfogyasztás éppen ellentétes tendenciájú, mint a külső hőmérséklet, amellyel a hőveszteség arányosnak tekinthető.
A 4. ábrán a hő- és vízfogyasztásból számított delta T hőmérsékletkülönbségeket látjuk a két szezonban. Az idő előrehaladtával ez a látszólagos hőmérsékletkülönbség egyértelműen növekedik (március kivételével).
4. ábra. A hő- és vízfogyasztásból számított delta T értékek a 2012-2014. évi két szezonban
Lényegesebb megállapítás az, hogy számértékben igen nagy különbségeket kaptunk. A„hasznos energia” hőmérsékletkülönbsége 40 K. Az energetikai látszólagos hőmérsékletkülönbség ennek a kétszeresét is meghaladja egyes téli hónapokban. Ez igen nagy veszteségeket tükröz, természetesen a hidegvíz hőmérséklete kismértékben tompítja ezt, de ennek mértékét nem ismerjük. A nyári hónapokban a szoláris rendszer besegít a hőellátásba, de mértékét ennek sem ismerjük.
Ezért meghatároztuk, hogy 2011 nyarán, tehát a korszerűsítés előtt, mekkora volt a látszólagos hőmérsékletkülönbség.
Az 5. ábrán igen magas értékeket látunk. A májusi 85 K a nyár végére 70 K-re csökken.
5. ábra. A nyári hónapok delta T értéke, 2011. év
A 6. ábrán a téli három hónapot látjuk átlagosan. Látható a jelentős emelkedés, de ha összevetjük a 2011. nyári eredményekkel, még bele is illik a két szezonra kapott értékekbe.
Ezek az eredmények nem igazolják azt, hogy a nyári veszteségek lényegesen kisebbek lennének a télinél. A veszteségek igen magasak télen-nyáron egyaránt. Lényeges tendenciát nem tudtunk kimutatni. Külön érdekesség, hogy a veszteség jelentősen nőtt.
6. ábra. A látszólagos hőmérsékletkülönbségek átlaga a három téli hónapban
Végül megvizsgáltuk az összes hőfogyasztás alakulását a két jellegzetes évben. Ezt látjuk a 7. ábrán.
7. ábra. Összes hőfogyasztás
A téli időszakban jelentős csökkenést tapasztalunk, ami csak kismértékben magyarázható a külső hőmérséklet alakulásával. 2011-ben a hőfokhíd 2825 napfok,míg 2013-ban 2701 napfok (4,4% eltérés) volt. A csökkenés jóval nagyobb, mint a nyári eltérés, tehát semmiképpen sem játszik jelentős szerepet a szoláris rendszer megépítése. A javulás a fűtési rendszernél a hatékony működtetéssel magyarázható. Az ábrán látható a nyári szoláris haszon mértéke is, de ennek elemzésével nem foglalkoztunk.
Terjedelmi okokból a másik épület (hőközpont) eredményeit nem mutatjuk be, de lényegében hasonló megállapítások tehetők.
Összefoglalás
A hőszolgáltatói elszámolás szempontjainak megfelelően Budapesten, hőközpontonként egy hőfogyasztásmérőt és egy HMV vízfogyasztás mérőt alkalmaznak. Az ebből adódó lehetőségeket kihasználva vizsgáljuk a fűtési hőmérséklet alakulását. Ezen belül szükség van a HMV hőfogyasztás meghatározására is.
Egy budapesti lakóház HMV rendszerének korszerűsítése során lehetőség adódott mélyebb, újfajta vizsgálatra. A vízfogyasztás igen jelentős eltéréseket mutat az évek során. Egyértelmű víztakarékosság tapasztalható. A másik jellegzetesség, hogy az év során a nyári minimum és a téli maximum között igen nagy eltérés (–10 és +25% közötti) is tapasztalható.
A téli hónapok HMV fogyasztása néhány százalékos eltérést mutat, itt azonban különösebb tendencia nem mutatható ki.
A teljes HMV hőfelhasználást kifejező látszólagos hőmérsékletkülönbség igen magas veszteségeket tükröz, ami télen az összes hőfelhasználás 50%-át is kiteheti. Ezt a melegvíz előállítás hatásfokának is tekinthetjük.
A nyári hónapokban alig kisebb ez a hőmérséklet különbség, vagyis ekkor is igen jelentős a veszteség.
Az összes hőfogyasztást több tényező is jelentősen befolyásolhatja (fogyasztási viselkedés, külső hőmérséklet), de a HMV-fogyasztás veszteségét közel állandónak vehetjük. A havi HMV-fogyasztás meghatározásánál elegendő a vízfogyasztást alapul venni, a hőveszteség és a hidegvíz hőmérséklet változásától eltekinthetünk.
A bevezetőben ismertetett regressziós módszer kielégítő pontosságúnak tekinthető a költségszámítás szempontjából és a határhőmérséklet meghatározásánál is. Vizsgálataink alapján olyan nagy eltéréseket tapasztaltunk, hogy harmadik módszert nem tudunk megalapozottan javasolni. Egyértelműen a külső hőmérséklet függvényében elvileg jelentkezik veszteség-növekedés, ennek mértékére azonban az adott vizsgálati lehetőségek alapján nem teszünk javaslatot.
A cikk elkészítéséhez Nagy Attila MSc hallgatónk hozzájárulásával felhasználtuk Diplomaterv I. dolgozatának anyagát.
Köszönetnyilvánítás
A cikk elkészítését a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0041 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.
Dr. Csoknyai István, Dr. Csoknyai Tamás
Szóljon hozzá
A hozzászóláshoz be kell jelentkezni.