További részek:
Hőszivattyúk lélektana - folyamatban
Akkor csapjunk is bele a közepébe.
Szóval mindenkinek el szoktam mondani (aki kérdezi), hogy ez az egész hőszivattyúzás nem egy varázslat, vagy ördögtől való dolog, de ettől függetlenül pár dologra érdemes odafigyelni ezzel kapcsolatban, ami leginkább tervezési, és nem kevésbé használati kérdés, de ezekről később.
A rendszer nem túl bonyolult, és bár sokan hiszik, de nem a mai modern kor szüleménye. Az egész a hűtéstechnikában gyökeredzik. A hűtéstechnikával már az ókorban is foglalkoztak, az első hosszútávú jégtárolási megoldások írásos emlékei ebből a korból származnak. Az 1700-as évektől különféle kémiai eljárásokkal, leginkább sóoldatok használatával, alkalmaztak "mesterséges" hűtést.
De miért? A kérdés megválaszolásában a Termodinamika II. főtétele lesz a segítségünkre, amelynek több féle megfogalmazása létezik, de a lényeg a következő: A magára hagyott rendszerben az entrópia állandó, és kiegyenlítődni igyekszik. A magára hagyott rendszerben az energia mindig a magasabb energia szintről áramlik az alacsonyabb felé. Ezzel párhuzamosan a "törvény" azt is kimondja, hogy a folyamat természetes útján nem történhet visszafelé. Ezt, mint fizikai tényt, a természet ismeri is, így elindult, gőzerővel, a különféle hűtőgépek fejlesztése, mely képes lehet a hőenergiát "visszafelé" szállítani. Az 1800-as évek harmadától több működőképes hűtőgép is megjelent, illetve ekkor fektette le Nicolas Carnot is a róla elnevezett körfolyamat alapjait, mely egy idealizált ciklus, de a mai modern kompresszoros hűtőgépek mindegyikének alap gondolatát tartalmazza. A XIX. század végére pedig az ipari hűtőgépek elterjedése jelentős méreteket öltött. Természetesen, mint minden esetben, itt is a technikai fejlődés szabott határt a dolognak, így az 1900-as évek elejéig kellett várnunk, az első sorozat gyártott háztartási kompresszoros, majd abszorpciós hűtőszekrényre (ma is előszeretettel használják a szállodákban), illetve az 1930-as években feltalált freon márkanév alatt megjelent hűtőközeg család feltalálására.
Ez miért is fontos számunkra? Azért mert minden hűtőgép azonos módon működik: A hidegebb közegből hőt von el és leadja a melegebbnek (itt kell kiszaladni és ellenőrizni, hogy a hűtőszekrény háta vagy a legmodernebb típusok esetén az oldala, meleg-e...., ha minden jól működik, akkor igen), ez a kezdetektől fogva így van. Abban az esetben, ha számunkra a hideg energia a fontos, akkor hűtőgépről beszélünk, de amennyiben a meleg energia, akkor hőszivattyúról (milyen szép magyar kifejező szó, hőt szivattyúzunk egyik helyről a másikra). Ebből a szemszögből, mióta mechanikus vagy hő munkával működő hűtőgépek vannak, azóta léteznek hőszivattyúk is.
Sajnos ahhoz, hogy a hűtőkörök meleg energiát előállító képességét hatékonyan hasznosíthassuk mind a hűtéstechnikának, mind az épületgépészeti rendszereknek nagyot kellett fejlődniük. Így vagyunk képesek manapság akár 65°C-os vagy akár magasabb fűtővizet előállítani egy -20°C-on működő hőszivattyúval, és ipari berendezések esetén akár szélesebb hőmérséklet tartományokban is.
Mivel az általános hőszivattyú technikában (nem beszélünk az ipari berendezésekről) szinte kivétel nélkül a kompresszoros hűtés az elterjedt, így csak ezzel foglalkozunk. De hogyan is működnek ezek a hűtőgépek? És ami még lényegesebb, hogy lesz egységnyi munkából 3, 4 vagy 5-szörös hőtermelés? A dolog szintén nem mágia, kicsit hasonlít a több, mint 100%-os hatásfokú kondenzációs gázkazánokhoz (bár a jövőben nem lehet ilyen "vásárló megtévesztő" kijelentéseket tenni, de ezt a kérdést most nem nyitom meg), ahol a felhasználó a földgáz alsó fűtőértékéért fizet (szerencsére), de a készülék a felső fűtőértéken működik (kondenzációs technológia), ami pont a füstgáz vízgőz tartalmának hőtartalma, és így ingyenes. Tehát a vonatkoztatási alap az az energia amiért fizetek, akkor ha többet állítok elő, az 100%-nál nagyobb hatásfoknak adódik (ez látszólagos hatásfok többlet, a fenti vonatkoztatási rendszer miatt, és nem örökmozgó). Noh, a hőszivattyúknál is ez történik, csak nagyobb nagyságrendben.
Íme egy hőszivattyús kompresszoros körfolyamat elvi rajza:
(Nem akartam beszúrni egy körfolyamat rajzot, mert mindenkinek van ilyen, de talán a magyarázathoz kicsit hozzásegít.)
A körfolyamatot címszavakban részletezve: A kompresszor a beszívott hűtőközeg gőzt a kondenzációs nyomásra emeli, a hűtőközeg a kondenzátorban lecsapódva cseppfolyósodik és kondenzációs hőjét leadja, ezt követően az expanziós szelepen a hűtőközeg nyomása lecsökken, és ez a csökkent nyomású közeg az elpárologtatóban a párolgáshőjének megfelelő energiát vesz fel, végül a hűtőközeg visszatér a kompresszorba. A folyamat során a hőfelvétel alkalmával a hőforrás közeg hőmérséklete csökken, a hőfelvevő közegé pedig nő. A körfolyamat természetesen megfordítható, akkor hűtőgépről beszélünk. A rendszer működéséhez mechanikai munka szükséges, mely a kompresszort hajtja, így számunkra üzemeltetési költségként ennek a munkának a fedezése jelentkezik.
De hogy lesz ebből a beharangozott 3-5-szörös hőtermelés? Hát úgy, hogy a munkaközeg (a hűtőközeg) és a berendezés minden komponense úgy lett megválasztva és kifejlesztve, hogy a működési tartományban a párolgási és kondenzációs hője a kompresszorozási munkájának többszöröse legyen.
A rendszer működését a legkönnyebben a következő hasonlattal tudom szemléltetni:
Nem is olyan régen még szénnel fűtöttünk a lakásban. Namármost, az IFA sofőr a szenet leborította az udvaron, vagy csúszdán a pincébe. Ez a természetes folyamat, a szén magától nem tud felgurulni a lépcsőn, azt fel kell hordani a lakásba. A szerencsés nyertes vödrönként viszi fel a szenet, ő munkát végez, ebben az esetben ő a kompresszor. De jó eséllyel a felvitt szén, elégetve tovább és több hőt ad le a környezetének, mint szerencsétlen delikvensünk. A hőszivattyúknál természetesen semmilyen ilyen extrém hőfejlődés nincs, legalábbis üzemszerű állapotban nem szoktak ezek a gépek kigyulladni. De a párhuzam szerintem érthető, és az is belátható, hogy a rendszer jóságát, hatásfokás, COP-ját az szabja meg, hogy a szénszállítónk milyen hatékonysággal tudja a szenet felvinni, valamint hogy a pince és a lakás között hány emelet van.
Sarkítva a hőszivattyúnk jósága is ettől függ.... Milyen a hűtőkör hatékonysága és a két közeg energia szintje milyen messze van egymástól. Természetesen még sok egyéb is befolyásolja a berendezésünk hatásfokát, mint hűtőközeg választás, kompresszor és kompresszor technológia, szabályozási és fizikai paraméterek, de a lényeg ez.
Egyszóval, ha valaki azon gondolkodik, hogy hogyan működhetnek a hőszivattyúk gondoljon csak a hűtőszekrényére, vagy a klímájára. Ezen gépeknél a hűtési energia a fontos számunkra, de hogy ez működhessen mindegyik hőt is termel, a hőszivattyú ennek fordítottja. Természetesen ezek a csak hűtésre tervezett hűtőgépek fordított működésre bírva nem vagy csak korlátozottan alkalmasak hőszivattyús üzemre.
Az hogy mitől lesz egy hűtőgép hőszivattyú és milyen kritériumok várnak rá, azt a következő írásban fogom kifejteni.
Folyt. köv.
A sorozat részei:
https://hemanufaktura.blogspot.com/2018/08/a-hoszivattyukrol-egyszerubben-1-resz.html
https://hemanufaktura.blogspot.com/2018/08/a-hoszivattyukrol-egyszerubben-2-resz.html
https://hemanufaktura.blogspot.com/2018/08/a-hoszivattyukrol-egyszerubben-3-resz.html
https://hemanufaktura.blogspot.com/2018/08/a-hoszivattyukrol-egyszerubben-4-resz.html
https://hemanufaktura.blogspot.com/2018/08/a-hoszivattyukrol-egyszerubben-5-resz.html
https://hemanufaktura.blogspot.com/2018/08/a-hoszivattyukrol-egyszerubben-6-resz.html
Kérdés esetén:
gabor.kun@hemanufaktura.com
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése