Uszodás vita

Uszoda energiatakarékos páramentesítése – Hőszivattyúval vagy hőszivattyú nélkül?

Szakmai körökben gyakran vita tárgyát képezi, hogy az uszodai páramentesítés során milyen páramentesítő berendezés a jó választás. A döntés a beruházási költségek, az energiafelhasználás, az üzemeltetési és karbantartási költségek figyelembe vételével történhet.

Az uszodai páramentesítés áttekintése, komfortparaméterek
A hőszivattyús páramentesítés során a páraelvonás a hőszivattyú elpárologtatóján történő kondenzátum-kicsapatással vagy a megfelelő előkezelés (szűrés, hővisszanyerés, visszakeverés, fűtés) után friss levegővel történik. Hőszivattyú nélküli berendezés esetén a páraelvonás csak friss levegővel megy végbe. Manapság minkét megoldás használata népszerű, így gyakran felmerül a kérdés, hogy melyik a gazdaságosabb?
Jelen cikkben a kétfajta légkezelő energetikai összehasonlítását végeztem el egy egész éves üzemeltetési lefutás alapján. A számítások során a valóságoshoz közelálló, külső-belső állapothoz tartozó paramétereket vettem fel, és kiszámítottam az adott állapotban a rendszerben lejátszódó folyamatokat. A vizsgálat során nem két különböző gyártó által gyártott vagy ajánlott terméket hasonlítok össze, hanem a két páraelvonási elvet. Mivel a témában jól használható hazai előírás nincs, ezért a számításokat a hazai gyakorlatban elterjedt VDI 2089 tervezési segédlet alapján készítettem el.

A beltéri uszodák légtechnikai tervezésénél szakítani kell a korábban kialakult tervezői szokásokkal. A légtechnikai rendszer megtervezésekor nagyon körültekintően kell eljárni, és figyelembe kell venni minden olyan körülményt, ami befolyásolja az uszoda működését. A – régen általánosan használt – légcsereszámra történő méretezés helytelen. A hibásan elvégzett tervezés és kivitelezés esetén komoly problémák keletkezhetnek (pl. épületszerkezeti károsodás, páralecsapódás, penészedés stb.). A hibás méretezés miatti kár nagysága így jelentősen meghaladhatja az egyéb légtechnikai rendszereknél keletkezőt (kellemetlen szagok, alulméretezett fűtés vagy hűtés stb.).
A szellőzőlevegő mennyisége meghatározásának alapja minden esetben a helyiség eredő hő- és nedvességterhelése (pl. medencék bepárolgása, zuhanyzók, emberi nedvességleadás). A légcsereszámnak csak ellenőrzési funkciója lehet.

A tervezés során mindig mérlegelni és figyelembe kell venni a következőket:
– Megfelelő légvezetési rendszer kialakítása, a medencetér teljes átöblítése (holt terek ne legyenek).
– A külső térrel határos nyílászárókat, páralecsapódásra hajlamos helyeket mindig száraz, meleg levegővel meg kell fújni. A megfúvási irány lehetőleg alulról felfelé történjen.
– Kerülni kell a hőhidakat.
– A levegő hőmérsékletét és páratartalmát olyan értéken kell tartani, hogy a medence kipárolgását csökkentsük, ugyanakkor a gépészeti rendszer gazdaságosan üzemeljen.
– A medencetérben enyhe depressziót célszerű tartani, hogy a pára ne terjedjen tovább a szomszédos helyiségek irányába.
– Éjszakai, illetve üzemszüneti állapotban az uszodai páramentesítőnek csökkentett terheléssel kell működnie. Ekkor célszerű a páratartalom értékének eltolása.
– Az uszodai páramentesítő berendezésnek megfelelő felületvédelemmel kell rendelkeznie. A nedves levegő, a vegyszeres gőzök, a termálvíz, a kondenzáció mind elősegíti a korróziót és a megfelelő felületvédelemmel nem rendelkező berendezés idő előtti tönkremenetelét.
– A befúvás lehetőleg alulról felfelé történjen. A befúvásra olyan padlóbefúvót célszerű alkalmazni, amely a befúvás mellett vízelvezetési funkcióval is rendelkezik, hiszen a fröcskölés és a takarítás közben a befúvóba víz kerülhet.

Kellemes komfortérzetet befolyásoló és a méretezéshez szükséges tényezők

A komforttérben tartózkodók közérzetét legjelentősebb mértékben a belső hőmérséklet, a páratartalom és a belső levegő minősége határozza meg, így ezen jellemzőket a tervezés során mindig meg kell határozni.

Belső hőmérséklet
A medencetéri léghőmérsékletet a medencevíz hőfokánál 1-4 °C-kal (de 34 °C-nál nem) magasabbra kell választani, hogy a bepárolgást alacsony értéken lehessen tartani. A belső hőfok és páratartalom együttesen határozza meg a levegő harmatponti hőmérsékletét. Az ennél alacsonyabb hőmérsékletű helyeken (külső fal, nyílászáró) a nedvesség kondenzálódik. A belső hőmérséklet szokásos értéke 28-32 °C.

Belső relatív páratartalom
A megengedhető abszolút nedvesség értéke 14,3 g/kg (fülledtségi határ). Az abszolút nedvesség efölött csak akkor lehet, ha a külső levegő abszolút nedvessége meghaladja a 9 g/kg értéket. Az abszolút nedvességből és a belső hőmérsékletből lehet kiszámítani a relatív páratartalmat, melynek szokásos értéke fürdőüzemben 50-60%, fürdőüzemen kívül a páratartalom növelhető (az épületszerkezetet még nem károsító értékig).

Friss levegő mennyisége
A benntartózkodók légzésigénye, a medencékből párolgó vegyszerek és a páraelvonás miatt normál fürdőüzemben mindig biztosítani kell megfelelő mennyiségű friss levegőt. A friss levegő szükséges mennyiségét a légkezelő berendezés automatikus szabályzórendszerének kell kiválasztani az aktuális igényeknek megfelelően.

Energia-megtakarítási szempontok az uszodai páramentesítés során

A légkezelő hővisszanyerési hatásfoka nagyon fontos adat, azonban a berendezés jóságát nem lehet kizárólag abból megítélni. A hővisszanyerési hatásfokot jelentősen befolyásolja a hővisszanyerőn áthaladó levegő mennyisége, hőfokainak különbsége, relatív páratartalma. A hatásfok így mindig csak ezen paraméterekkel együtt jellemezheti a légkezelő jóságát. A korszerű uszodai páramentesítő berendezések 80% körüli hővisszanyerési hatásfokkal rendelkeznek.
A gazdaságos üzemeltetés során nem csak a hővisszanyerési hatásfok számít, mivel a téli – páralecsapódásra kritikus – állapotban a külső levegő abszolút nedvessége nagyon alacsony (kb. 6-8%-a a belső levegőnek!), ezért a keletkező pára elvonásához igen kevés friss (külső) levegő szükséges. A légcsere vagy az ablakok páramentesítése miatt a befújt levegőt általában állandónak kell tartani, ezért a légkezelők belső visszakeverési lehetőséggel rendelkeznek. A visszakeverést a szárítási teljesítmény függvényében a légkezelőnek automatikusan kell alkalmaznia. A korszerű uszodai légkezelők télen a jelentős visszakeverés mellett páramentesítenek, friss levegőt csak a szükséges mennyiségben visznek be, és a friss levegőt a távozó levegő energiatartalmának hővisszanyerésével előfűtik. A kis frisslevegő-hányad miatt a hővisszanyerőn kicsi az áramlási sebesség, és ez magas hővisszanyerési hatásfokot eredményez.

A légkezelők energiatakarékos üzeméhez elengedhetetlen a ventilátorok magas hatásfoka és fordulatszámának változtathatósága. Visszakeverés esetén a légkezelő belső ellenállása és a külső légcsatorna ellenállása is lényegesen kisebb, ezért az állandó légmennyiség tartásához kisebb ventilátorfordulat, így kevesebb elektromos teljesítmény szükséges. A csökkentett ventilátorfordulatot a légkezelő szabályzójának automatikusan kell beállítania (pl. egy nyomáskülönbség-távadóról vagy légsebesség-érzékelőről vezérelve) az aktuális üzemállapotnak megfelelően. A fordulatszám-változtatást általában frekvenciaváltó végzi. A ventilátor teljesítményigénye a fordulatszámmal köbösen arányos, ezért frekvenciaváltó alkalmazásával jelentős mennyiségű villamos energia takarítható meg.
Az uszodai páramentesítés során az energia-megtakarítást így a villanymotorok villamos teljesítményfelvétele, a hővisszanyerés és a visszakeverés befolyásolja legjobban. A légkezelő energetikai megítélése során ezek egymásra hatását mindig meg kell vizsgálni. A korszerű uszodai légkezelőnek speciális automatikarendszerrel kell rendelkeznie, ami a külső-belső körülményeket figyelembe véve automatikusan választja ki a leggazdaságosabb üzemállapotot.

Méretezési eljárások

A szellőző levegő mennyiségének meghatározására több méretezési módszer van. A szakirodalmakban fellelhető, illetve az oktatott méretezési módszerek téli és nyári állapotra vonatkoznak. Téli állapotban az állapotváltozás irányjelzője függ a belső levegő parciális vízgőznyomásától, viszont annak páratartalma és parciális vízgőznyomása csak az állapotváltozás irányjelzőjének ismeretében határozható meg. A méretezés így csak iterációval végezhető el.
A nyári esetre történő méretezés megvalósulhat teljes friss levegős módon, illetve hűtött recirkulációs módon. A friss levegős esetben a szellőző levegő megegyezik a külső levegővel. A páraelvonást a külső-belső levegő abszolút nedvességének különbsége határozza meg. A hűtött recirkulációs esetben a befújt levegő abszolút nedvességének csökkentése hűtéssel történik.
A számítások és mértezések során a gyakorlatban igen elterjedt VDI 2089 szerinti méretezési módszert használtam.

Szellőző levegő mennyiségének meghatározása VDI 2089 szerint
A szellőző levegő mennyiségének meghatározásakor minden esetben a helyiség eredő hő- és nedvességterhelését kell meghatározni. A nedvességterhelés elsősorban a medencék bepárolgásából ered, azonban figyelembe kell venni az egyéb forrásokból (pl. az emberi nedvességleadásból, zuhanyzásból, élményfürdők vízi attrakcióiból) keletkező nedvességterhelést is. Az összes nedvességterhelésből és a méretezési külső/belső légállapotból a szellőző levegő mennyisége meghatározható. A nedves levegő állapotjelzőit h-x diagram, táblázat vagy méretezőprogram segítségével határozhatjuk meg.

Bepárolgó vízmennyiség számítása:

ahol
a bepárolgó vízmennyiség [g/h] ,
a bepárolgási tényező [g/(hPa m2 h)],
Am a medence felülete [m2],
pv a telítési parciális vízgőznyomás a medencevíz hőmérsékletén [hPa],
pb a belső levegő parciális vízgőznyomása [hPa].

A bepárolgási tényező figyelembe veszi a medence használati viszonyait. Az intenzívebb medencehasználattal nagyobb lesz a párolgás. A bepárolgási tényező értékeit a következő értékekkel lehet figyelembe venni:
• 0,5: használaton kívül, letakart vízfelület,
• 5: használaton kívül, letakarás nélkül,
• 15: privát uszodák kis vízfelülettel, kis terheléssel,
• 20: nyilvános uszodák, normál üzem esetén,
• 28: élménymedence (tájékozató adat),
• 35: hullámmedencék, hullámüzem esetén.

A bepárolgó vízmennyiséghez hozzá kell adni az egyéb (pl. az emberi nedvességleadásból, zuhanyzásból, élményfürdők vízi attrakcióiból eredő) nedvességterheléseket is. Így kapjuk meg az összes nedvességterhelést().

A szellőző levegő mennyiségének számítása:

ahol
– az összes nedvességterhelés [g/h],
– a szellőző levegő mennyisége [m3/h],
– sz a szellőző levegő sűrűsége [kg/m3],
– xT a távozó levegő abszolút nedvessége [g/kg],
– xSZ a szellőző levegő abszolút nedvessége [g/kg].

Méretezési állapotban xSZ értéke 9 g/kg, xT értéke a fülledtségi határ (14,3 g/kg).
A számítási módszerből látszik, hogy a kapott szellőző levegő mennyiségét egy adott külső (xsz=9 g/kg) és belső (xT=14,3 g/kg) légállapotból lehet számítani. Ez a külső légállapot a magyarországi viszonyok között a valóságban tavaszi, kora nyári (pl. tk = 25 °C, k = 45%) állapotnak felel meg. Az uszodai páramentesítő berendezést a kapott szellőző levegőre kell méretezni. A kapott légmennyiség általában nem csökkenthető télen sem, amikor – a csekély külső abszolút nedvesség miatt – kevesebb levegő is elég volna. Ennek oka a fedett uszodák építészeti tervezésénél szokásos nagy ablakfelületek alkalmazása.
Az üzemeltetési költségek számítása során nem a méretezési állapothoz tartozó légállapottal kell számolni, hanem a valóságos értékekkel.
A számítások megkönnyítésére méretező programot készítettem, amivel a különböző külső-belső állapotokhoz tartozó tényleges bepárolgás, friss levegő mennyisége is számítható.

Hőszivattyú nélküli uszodai páramentesítő berendezés üzemállapotai, működése

Téli állapot – felfűtés melegvizes fűtéssel
A reggeli üzemkezdet vagy felfűtés esetén használatos. Miután a belső hőfok eléri a beállított értéket, a légkezelő átáll a normál páramentesítő üzemre. A légkezelő teljes visszakeveréssel működik, frisslevegő-hozzáadás nincs. A fűtés melegvizes hőcserélővel történik.
A kisebb belső-külső ellenállás miatt a ventilátorok csökkentett fordulatszámon üzemelnek.

Téli állapot, átmeneti állapot – normál páramentesítő üzem
A légkezelő az aktuális páratartalom függvényében friss levegővel páramentesít. A légkezelő elszívja a belső, nagy nedvességtartalmú levegőt, és helyére szükséges mértékű, kezelt (szűrt, előfűtött, utófűtött) szellőző levegőt fúj be. A friss levegőt a hővisszanyerő előfűti, a visszakeverés utáni kevert levegőt a melegvizes hőcserélő fűti tovább. A távozó levegő a szabadba van vezetve.
A kisebb belső-külső ellenállás miatt a ventilátorok csökkentett fordulatszámon üzemelnek.

Átmeneti állapot, nyári állapot – normál páramentesítő üzem
A légkezelő teljes friss levegővel páramentesít. A légkezelő elszívja a belső, nagy nedvességtartalmú levegőt, és helyére kezelt (szűrt, szükség esetén előfűtött) szellőző levegőt fúj be. A friss levegőt a hővisszanyerő előfűti, a távozó levegő a szabadba van vezetve. Magasabb külső hőmérséklet esetén a hővisszanyerő bypass-zsaluja kinyit, és a káros hővisszanyerés kikapcsolható, valamint a légkezelő belső ellenállása is csökkenthető.
A légkezelő névleges légmennyiséggel és maximális ventilátorfordulaton (kivéve bypass esetén) üzemel.

ATU E Hőszivattyús uszodai páramentesítő berendezés üzemállapotai, működése

Téli állapot – felfűtés melegvizes fűtéssel
A reggeli üzemkezdet vagy felfűtés esetén használatos. Miután a belső hőfok eléri a beállított értéket, a légkezelő átáll a normál páramentesítő üzemre. A légkezelő teljes visszakeveréssel működik, frisslevegő-hozzáadás nincs. A fűtés melegvizes hőcserélővel történik.
A kisebb belső-külső ellenállás miatt a ventilátorok csökkentett fordulatszámon üzemelnek. A hőszivattyú nem üzemel.

Téli állapot – hőszivattyús páramentesítő üzem
A légkezelő hőszivattyú segítségével teljes visszakeveréssel páramentesít. A légkezelő által elszívott nagy nedvességtartalmú levegő egy részét először előhűti a hővisszanyerő, majd továbbhűl a hőszivattyú elpárologtatóján. A hűtés során a hővisszanyerőn és az elpárologtatón nedvesség csapódik ki. A levegő ezután a hővisszanyerőn, a keverőelemben és a hőszivattyú kondenzátorán felmelegszik. A medencetérbe így száraz, az elszívottnál melegebb levegő kerül bevezetésre.
A kisebb belső-külső ellenállás miatt a ventilátorok csökkentett fordulatszámon üzemelnek. Általában üzemszüneti állapotban használatos, amikor nincs szükség friss levegőre.

Téli állapot, átmeneti állapot – normál páramentesítő üzem
A légkezelő az aktuális páratartalom függvényében friss levegővel páramentesít. A légkezelő elszívja a belső, nagy nedvességtartalmú levegőt és helyére szükséges mértékű, kezelt (szűrt, előfűtött, utófűtött) szellőző levegőt fúj be. A friss levegőt a hővisszanyerő előfűti, a visszakeverés utáni kevert levegőt a szükség szerint a hőszivattyú kondenzátora fűti tovább. A hőszivattyú az elszívott levegőből nyeri ki a fűtéshez szükséges energiát. A távozó levegő a szabadba van vezetve.
A kisebb belső-külső ellenállás miatt a ventilátorok csökkentett fordulatszámon üzemelnek.

Átmeneti állapot, nyári állapot – normál páramentesítő üzem
A légkezelő teljes friss levegővel páramentesít. A légkezelő elszívja a belső nagy nedvességtartalmú levegőt, és helyére kezelt (szűrt, szükség esetén előfűtött) szellőző levegőt fúj be. A friss levegőt a hővisszanyerő előfűti, a távozó levegő a szabadba van vezetve. Magasabb külső hőmérséklet esetén a hővisszanyerő bypass-zsaluja kinyit, a káros hővisszanyerés kikapcsolható, és a légkezelő belső ellenállása is csökkenthető.
A légkezelő névleges légmennyiséggel és maximális ventilátorfordulaton (kivéve bypass esetén) üzemel.

Az összehasonlítás alapjául szolgáló rendszer felvétele, alapadatok meghatározása

Méretezési alapadatok:
– külső levegő hőfoka télen: -15 °C,
– külső levegő relatív nedvességtartalma télen: 80%,
– külső levegő hőfoka nyáron: 32 °C,
– külső levegő relatív nedvességtartalma nyáron: 40%,
– elszívott levegő hőfoka télen (üzem): 30 °C,
– elszívott levegő relatív nedvességtartalma télen (üzem): 55%,
– elszívott levegő hőfoka télen (üzemszünet): 26 °C,
– elszívott levegő relatív nedvességtartalma télen (üzemszünet): 65%,
– elszívott levegő hőfoka nyáron (üzem): 32 °C,
– elszívott levegő relatív nedvességtartalma nyáron (üzem): 60%,
– elszívott levegő hőfoka nyáron (üzemszünet): 32 °C,
– elszívott levegő relatív nedvességtartalma nyáron (üzemszünet): 65%.

Működési idő
Az üzemeltetést két részre kell bontani: a nyitvatartási idő alatti és az üzemszüneti állapotra. A bontást azért kell megtenni, mert a két légkezelő az üzemszüneti állapotban teljesen eltérően működik, és a medencék igénybevétele, a belső levegő állapota is eltérő. Nappali esetben mindkét berendezés friss levegővel, éjszakai üzemben a hőszivattyú nélküli légkezelő friss levegővel, míg a hőszivattyús visszakeveréssel és hűtéssel-nedvességkicsapatással csökkenti a belső levegő nedvességét.
A számítások során meg kell határozni a külső hőfok-páratartalom értékekhez tartozó várható éves üzemórákat. Nyitvatartási idő alatt normál fürdőüzem van medencetéri bepárolgással és emberi nedvességleadással. Üzemszüneti állapotban csak a nyugodt vízfelszín bepárolgásával kell számolni. Üzemszünet idején nem szükséges a fülledtségi határnak megfelelő páratartalmat tartani a medencetérben. Ilyenkor alacsonyabb hőmérséklet és magasabb (de az épületszerkezetet még nem károsító) páratartalom is megengedett. Ez a funkció (nyugalmi üzemi páratartalom határérték-eltolás) a nevesebb gyártók légkezelőinél általában elérhető.
A rendelkezésre álló külső hőmérsékletsűrűség-függvények közül van olyan, ami szét van bontva 7-19 h és 19-7 h közötti időre. Ez a bontás hozzárendelhető az uszoda feltételezett nyitva tartásához.

Külső hőmérsékletsűrűség-függvény
A légkezelő és a légtechnikai rendszer méretezését a legkedvezőtlenebb esetre kell elvégezni. A valós üzemeltetési költségek számításakor a téli-nyári méretezési alapadatokon kívül az átmeneti időszak adatait is ismerni kell, hiszen az üzemidő nagy részét ezek az időszakok teszik ki. Ismerni kell azt is, hogy a rendszer hogyan reagál a csökkent terhelésre, hogyan avatkozik be a szabályzó rendszer.
Az összehasonlító számításokat a külső hőfoksűrűség-függvények felhasználásával végeztem. A görbét hat hőmérséklettartományra (-19…-10 °C, -9…0 °C, 1…10 °C, 11…20 °C, 21…30 °C, 30…40 °C) bontottam. Minden tartományhoz egy jellemző hőfokot rendeltem (az adott üzemállapot jellemzője), amit a sávon belüli hőmérsékletek üzemidő szerinti súlyozott átlagából kaptam meg.

ahol
t az adott tartomány (üzemállapot) jellemző hőmérséklete (°C),
ta a sávban lévő hőmérsékletértékek (°C),
a ta hőmérséklet éves előfordulási ideje (h).

ta és értékeit a külső hőmérsékletsűrűség-függvényből olvastam le.

A görbe a 7-19 h és a 19-7 h közötti gyakoriságokat külön ábrázolja.
Minden üzemállapot jellemző hőmérsékletéhez tartozó relatív páratartalmat a sokéves átlagértékekből számított és a h-x diagramban ábrázolt görbéről olvastam le.

Számított és leolvasott értékek 7-19 h között:

Számított és leolvasott értékek 19-7 h között:

A különböző külső hőfok-páratartalom értékeknél (a különböző abszolút nedvességtartalmú külső levegő miatt) a légkezelő különböző páramentesítési teljesítményekre képes, viszont a nedvességterhelés általában egy adott időszakon (pl. tél) belül állandó. Ezért a légkezelő szabályzója beavatkozik, a friss levegő mennyisége, a ventilátorok fordulatszáma és a leadott fűtési teljesítmény folyamatosan változik. A számítások során minden jellemző üzemállapotban meg kell határozni a légkezelők üzemeltetési paramétereit és költségeit, az összegzés után kapjuk meg az éves üzemeltetési költséget.

Külső légcsatorna-ellenállás, ventilációs teljesítmény
A légkezelő belső ellenállása és a légcsatorna nyomásvesztesége befolyásolja a villanymotorok teljesítményfelvételét. A méretezési állapotban, névleges légmennyiség esetén a befújt és elszívott légcsatorna-hálózat ellenállását 300 Pa, a frisslevegő- és a kidobottlevegő-hálózat ellenállását 100 Pa értékkel vettem figyelembe. Csökkentett légmennyiség esetén feltételeztem, hogy a légcsatorna-hálózat ellenállása a légmennyiség csökkenésével négyzetes arányban csökken. A légkezelő belső ellenállását a méretezőprogram számítja, a változást figyelembe veszi.
A villanymotorok teljesítményfelvétele mindig az adott üzemállapotnak megfelelő légmennyiségnek és nyomásnak a függvénye. Az energiatakarékos uszodai páramentesítésnek elengedhetetlen része a frekvenciaváltó használata, ezért a ventilációs teljesítményt ennek használatával számítottam.

Fűtési költségek
A fűtési költségek számítását a két légkezelőnél különböző módon kell elvégezni. A friss levegős légkezelőnél csak melegvizes fűtési hőcserélő van, míg a hőszivattyús kivitelnél melegvizes hőcserélő és hőszivattyú-kondenzátor is. Melegvizes fűtés esetén az üzemeltetési költségek a kazán és a keringető szivattyú üzemköltségéből tevődik össze.
A kazán üzemköltségét a – fűtési hőcserélő teljesítményigénye alapján kiválasztott – 24 kW teljesítményű, kondenzációs gázkazánnal számoltam, 75/60 °C méretezési hőfoklépcsővel. A kazán különböző üzemállapotaihoz (terheléséhez) tartozó hatásfokot az alábbi diagramból olvastam le:

A fűtési keringető szivattyú kiválasztását egy elvi kapcsolási rajz alapján választottam, az alábbi rendszerelemek és tulajdonságaik feltételezésével:
– Maximális kazánteljesítmény 24 kW.
– Hőfokkülönbség 15 °C.
– Vízáram 0,38 kg/s.
– Elzáró golyóscsapok (5 db) ellenállása 10 kPa.
– Beszabályzó szelep ellenállása 3 kPa.
– Visszacsapó szelep ellenállása 10 kPa.
– Szűrő ellenállása 10 kPa.
– Légkezelő hőcserélő ellenállása 10 kPa.
– Keverőszelep ellenállása 12,5 kPa.
– Kazán ellenállása 1 kPa.
– Egyenes csőszakaszok hossza 20 m.
– Egyenes csőszakaszok átmérője (Cu 28×1,5) 25 mm.
– Vízsebesség a csőben 0,77 m/s.
– Egyenes csőszakaszok ellenállása 4,74 kPa.
– Idomok ellenállása 1,42 kPa.
– Összes ellenállás 62,7 kPa.

– Szivattyú teljesítményfelvétele 0,145 kW.
– Csőhálózat fajlagos hővesztesége 7 W/m.
– Csőhálózat összes hővesztesége 140 W.

A számítások során állandó vízmennyiséget, állandó ellenállást, így állandó villamos teljesítményfelvételt feltételeztem a fűtési időszakban. A csőrendszer fajlagos hőveszteségét 7 W/m értékkel számoltam. A gáz árát az érvényben lévő GKM rendelet szerint és 34 MJ/Nm3 fűtőértékkel vettem figyelembe.
Hőszivattyús fűtés esetén a hőenergiát a hőszivattyú kondenzátora adja le. A hőtermeléshez csak villamos energia szükséges, ami a kompresszormotor meghajtásához szükséges. A villamos energia árát a keringető szivattyú és a hőszivattyú esetében is az érvényben lévő ELMÛ díjszabás szerinti értékkel vettem figyelembe.

Az uszodák fűtését legtöbbször padlófűtéssel oldják meg, ami sokkal kellemesebb hőérzetet eredményez a (sokszor mezítláb közlekedő) vendégeknek. A számítások során azt a gyakorlatban elterjedt megoldást alkalmaztam, hogy az épület hőveszteségeit az alapfűtéssel (padlófűtés, radiátoros fűtés) fedezzük, a szellőző levegőt csak a belső levegő hőfokáig fűtjük fel. A hővisszanyerés és a szükséges visszakeverés mértékét mindig az aktuális párátlanítási teljesítményigényből számolom ki.
A hőszivattyúval rendelkező berendezés bizonyos üzemállapotokban (pl. téli, éjszakai üzem) plusz fűtési teljesítményt is bevisz a medencetérbe, illetve bizonyos üzemállapotokban (pl. téli, nappali üzem esetén a lefagyás miatt) a hőszivattyú nem üzemel. Ezekben az üzemállapotokban a melegvizes hőcserélő teljesítményét úgy számoltam, hogy a két párátlanítási mód által bevitt fűtési teljesítmény egyenlő legyen. Ellenkező esetben az összehasonlítás nem lehetne igazságos, hiszen a két rendszer közül az egyik előnybe kerülne a másikkal szemben.

A légmennyiség VDI 2089 szerinti meghatározása:
– Medencék száma: 1.
– Medence rendeltetése: tanmedence (= 20 üzemben, = 5 üzemszünetben).
– Vízhőfok: 30 °C.
– Vízfelület: 136 m2.

Az uszoda nedvességterhelését elsősorban a medencéből bepárolgó víz és az emberi nedvességleadás okozza. A tanmedencét egyidejűleg használók száma kb. 50 fő.

A bepárolgó vízmennyiség fürdőüzemben:

Emberi nedvességleadás fürdőüzemben:

Összes nedvességterhelés fürdőüzemben:

A szellőző levegő mennyisége:

A bepárolgó vízmennyiség üzemszünetben:

A légmennyiség alapján választott uszodai légkezelők névleges légmennyisége 10 500 m3/h, névleges párátlanítási teljesítményük a VDI 2089 szerint 65,9 kg/h.

Energetikai, üzemeltetési költségszámítások

A korábbi pontok figyelembe vételével elkészített számítások eredményeit az ITT LETÖLTHETŐ táblázatokban foglalom össze.

Kiértékelés

Termikus költségek
Termikus költségeknek a szellőző levegő fűtésére fordított költségeket neveztem el. Hőszivattyú nélküli (ATU H)berendezés esetében a termikus költséget a gázkazán és a keringető szivattyú üzemeltetési költsége adja, hőszivattyúsnál (ATU E)pedig a hőszivattyú üzemeltetési költsége.

A diagramból látszik, hogy a hőszivattyúval rendelkező gép termikus költsége éjszakai és nappali üzem esetén is kisebb, mint a hőszivattyút nem tartalmazó gépé. Különösen nagy az eltérés az éjszakai üzem esetében, amikor a két gép teljesen eltérően működik. Ez logikusnak is tűnik, hiszen a gáz fajlagos ára (, a villamos energiáé pedig nappal 36,3 Ft/kWh. A két energiaár aránya (36,3/9,3=)3,9, ami alatta van egy jól működő hőszivattyú COP-értékének. Ráadásul a hőszivattyús gép éjszakai állapotban (csökkentett árú éjszakai árammal) teljes visszakeverés mellett párátlanít, így elmarad a friss levegő felfűtésének energiaigénye.
A számítások során a hőszivattyús légkezelő éjszakai üzemét két részre kellett bontani. A légkezelő párátlanítási teljesítménye itt jelentősen meghaladja a medencetéri nedvességterhelést, ezért a hőszivattyú szakaszos üzemben dolgozik. A számítások során ezt figyelembe vettem, a hőszivattyú és a melegvizes hőcserélő által a medencetérbe bevitt összes fűtési teljesítményt a fentebb részletezett módon egyenlőnek vettem.

Ventilációs költségek
Mindkét légkezelő esetében a ventilátorok által felvett villamos energia költségével számoltam.

A ventilációs költségek esetében a hőszivattyút nem tartalmazó gép a jobb. Nappali üzem esetében a két gép hasonlóan működik, csak a fűtés módja különbözik. A kissé magasabb ventilációs költség (az elpárologtató és a kondenzátor miatti) a nagyobb belső ellenállás miatt van.
Markáns eltérés itt is az éjszakai üzem esetén van. A hőszivattyús esetben (fűtési igény esetén) a légkezelő névleges légmennyiséggel üzemel. A ventilátorok teljesítményfelvételét csak a kisebb belső-külső ellenállás csökkenti. A friss levegős gép esetében a légmennyiség és a külső-belső ellenállások is kisebbek, így a ventilátorok jóval kisebb energiát igényelnek.

Összes üzemköltség
Ez az érték a termikus és a ventilációs költségek összege. Ez jellemzi a légkezelők teljes üzemeltetési költségét.

A két légkezelő közötti üzemeltetési költségek kiegyenlítődtek, jelentős üzemeltetési különbség nincs a két légkezelő között. Beruházáskor a beruházási, karbantartási és üzemeltetési költségeket mindig együtt kell vizsgálni. Megállapítható, hogy a hőszivattyús esetben az első két költség magasabb, mint a hőszivattyú nélküli esetben, az üzemeltetési költségek körülbelül megegyeznek, így alkalmazása a mostani energiaárak mellett (még) nem javasolt.
A termikus költségeket jelentősen befolyásolja a gáz és a villamos energia fajlagos árának egymáshoz képesti aránya. A közeljövőben az energiaárak és az egymáshoz képesti arányok változására is számítani lehet, így az üzemköltségek optimalizálását mindig aktualizálni szükséges.
A teljes üzemköltségeket nappali üzemben is célszerű összehasonlítani, mivel sok helyen a spórolási szándék vagy a letakart vízfelület miatt a légkezelőket éjszakára kikapcsolják. Megállapítható, hogy nappali üzem esetén sem túl jelentős a különbség.

Frekvenciaváltó használata
A fentebb részletezett okok miatt a frekvenciaváltó használata rendkívül fontos az uszodai páramentesítés során. Részterheléskor – frekvenciaváltó használata nélkül – a csökkent belső-külső ellenállás miatt a légmennyiség növekedne, ez a szükségtelen légmennyiség-növekedés elektromos teljesítményfelvétel-többletet okozna.
A számítások során a hőszivattyú nélküli berendezés esetében és nappali üzemben (leggyakrabban használt géptípus és legjellemzőbb üzem) kiszámítottam a ventilációs költséget frekvenciaváltó nélkül is.

A két üzem közötti különbség 255 330 Ft, ami kb. egy darab frekvenciaváltó árával egyezik meg. A szükséges két darab frekvenciaváltó beruházási költsége pusztán a nappali üzem alatt 2 év alatt megtérül!
Ha a légkezelőt éjszakai üzemben is használják, a megtakarítás még jelentősebb lehet, hiszen az éjszakai nedvességterhelés töredéke a nappalinak, így a légkezelő üzemeltetése részterhelésen is elegendő.

Hővisszanyerő használata
Szintén a korábbi pontokban részleteztem a hővisszanyerő használatának fontosságát. Az uszodai légkezelésben a rekuperatív hővisszanyerő terjedt el, mivel a regeneratív esetében (a magasabb hatásfok ellenére) nedvességátadás is van. Ez uszodák esetében káros. Hatásfok szempontjából az uszodai hővisszanyerők a legideálisabb körülmények között üzemelhetnek. Szinte minden alapadat elősegíti a kiemelkedően magas hővisszanyerési hatásfokot:
– Az elszívott levegőnek magas a hőfoka, így nagy a friss és elszívott levegő közötti (logaritmikus) hőfokkülönbség.
– Az elszívott levegőnek magas a páratartalma, így az elszívott levegő-oldalon jelentős mennyiségű kondenzátum keletkezik, ami elősegíti jobb hőátadást.
– A téli üzemállapotban a légkezelő jelentős visszakeveréssel dolgozik, így a hővisszanyerőn kevés levegő fog áthaladni. A kis légsebesség szintén elősegíti a jó hőátadást.

A diagramjából jól leolvasható, hogy a hővisszanyerés értéke termikus költségnél magasabb értékű, és a teljes üzemköltség kb. felét teszi ki.
A régebben tervezett uszodákban gyakran hővisszanyerés nélküli, KI-BE szellőztetést alkalmaztak. Mára ennek a megoldásnak a használata igencsak korlátozott. Talán csak ott szokás még mindig alkalmazni, ahol melegenergia (pl. termálvíz) korlátlanul rendelkezésre áll. A jó minőségű és hatásfokú hővisszanyerő használata nélkülözhetetlen az uszodai páramentesítés során.

Összefoglaló
Szakmai körökben gyakran vita tárgyát képezi, hogy az uszodai páramentesítés során milyen berendezés a jó választás: a hőszivattyús vagy a hőszivattyú nélküli. A döntés a beruházási költségek, energiafelhasználás, üzemeltetési és karbantartási költségek figyelembe vételével történhet. Mivel a beruházási és karbantartási költségek esetében egyértelmű a helyzet, jelen dokumentum keretében a két típus energiafelhasználási költségeit hasonlítottam össze egy teljes évi üzemeltetési lefutás alapján. A számítások során a valóságoshoz közel álló, külső-belső állapothoz tartozó paramétereket vettem fel, és kiszámítottam az adott állapotban a rendszerben lejátszódó folyamatokat és a energiafelhasználást.
A számítások során figyelembe vettem a külső levegő hőmérséklet, páratartalom előfordulási gyakoriságát, az uszoda várható nyitvatartási idejét. A bepárolgást és a légmennyiséget a gyakorlatban elterjedt VDI 2089 szerint számoltam. Több paraméter esetében a valóságoshoz közel álló értéket vettem fel (külső légcsatorna ellenállás, befújt levegő hőfoka). A számításokat éjszakai és nappali részekre osztottam a különböző terhelések és üzemállapotok miatt.
A részletes számítások során kiderült, hogy a szakmai vita nem véletlen. A két légkezelő üzemeltetési különbségében nincs lényeges eltérés, a számított különbség hibahatáron belül van.
A kiértékelésnél részleteztem az üzemeltetési költségek összetevőit (termikus, ventilációs, stb.), a hővisszanyerő és a frekvenciaváltók használatának befolyását.

A számításokat 2008. I. negyedévében végeztem el az akkor érvényes energiaárakkal. Azóta a gáz ára emelkedett, 2008. 04. 01-től és 2008. 07. 01-től is. Sajnos további áremelkedésre lehet számítani a gáz és a villany esetében is, így az üzemköltség számításokat ennek megfelelően mindig aktualizálni kell.
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.

Szántai András