Használati melegvíz előállítása

Tartalom

• Használati melegvíz-ellátó rendszerek
• Egyedi ellátás
• Csoportos ellátás
• Központi ellátás
• Melegvizet előállító berendezések
• Átfolyós vízmelegítők
• Tárolós vízmelegítők
• Energiatakarékossági lehetőségek
• Energiaköltség megtakarítás HMV rendszereknél

A háztartásokban a használati melegvíz fogyasztás mértéke egyre nő a megváltozott életmód, a vízfelhasználás szerkezete (1. ábra) és komfortigények növekedése miatt. A használati melegvíz fogyasztás az összes vízfelhasználás egyre nagyobb hányadát képviseli, napjainkban kb. 40 %. Ez azt jelenti, hogy a háztartások szociális felépítésétől és épületgépészeti felszereltségétől függően ma a háztartások használati melegvíz fogyasztásának egy főre jutó értéke 30-70 liter/nap,fő, 50 °C kifolyási hőmérsékleten.

1. kép: Lakóházak vízfelhasználása

A melegvíz készítéséhez a készülékek széles skáláját fejlesztették ki, melyek megoldást nyújtanak minden felhasználói igény kielégítésére, amit műszaki, gazdasági és higiéniai szempontból a háztartások mérete és szerkezete, a lakhely és az épület jellemzői, a kialakítási normák és a komfortigények határoznak meg. A melegvíznek a megfelelő hőmérséklettel és mennyiséggel, egyenletesen és késlekedés nélkül kell rendelkezésre állnia.

Használati melegvíz-ellátó rendszerek

Az utóbbi 15 évben épített lakóépületeknek mintegy 55 %-a központi használati melegvíz ellátással rendelkezik, 15 %-a csoportos ellátású és 30 %-ban egyedi készülékek biztosítják az ellátást.

Egyedi ellátás

Az egyedi ellátás egy melegvíz-vételi hely ellátására szolgál. Ezt akkor alkalmazzák, ha az egymástól nagyon távol eső csapokból rendszertelen időközökben és csak kis mennyiségű melegvízre van szükség. A melegvíz előállító berendezést ekkor rendszerint közvetlenül a csap mellett vagy fölött helyezik el, így rövid szállítóvezeték is elegendő.

Csoportos ellátás

Csoportos ellátásról beszélünk, ha egy lakásban legalább kettő, egymáshoz közeli vízkivételi helyet (mint például a tusoló és a mosdó) egy készülék lát el melegvízzel. Ezt a tervezésnél, vagy korszerűsítéseknél alapvető szempontnak kell tekinteni és a kivitelezésnél is a lehető legrövidebb elosztó-utat kell kiépíteni.

Központi ellátás

Központi ellátás esetében a kivételi helyeket közös vezetékhálózaton keresztül egyetlen vízmelegítő látja el melegvízzel. Ehhez olyan vízmelegítő készüléket alkalmaznak, mely nagymennyiségű melegvíz igényt biztosítani tudja. A melegvíz szétosztó csővezetékében a használati időn kívül lehűlt vizet hasznavehetetlenül engedjük el, ami jelentős energia és vízveszteség, ezért az ilyen rendszerekhez keringető vezetéket építenek be.

Melegvizet előállító berendezések

A használati melegvíz készítése átfolyós vagy tárolós vízmelegítőkkel direkt vagy indirekt fűtéssel valósítható meg. Energiahordozóként szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú tüzelőanyagok, valamint áram és távhő használható. Energiatakarékos megoldás a napenergia, valamint a környezeti energia használata hőszivattyúval. Az egyedi melegvíz előállítást szolgáló berendezések azonban csaknem kizárólag gázzal vagy árammal üzemeltethetők. A rendszer kiválasztásának eldöntéséhez figyelembe kell venni az üzemeltető melegvíz igényét, valamint kényelmi szempontjait.

Átfolyós vízmelegítők

Az átfolyós vízmelegítők olyan hőcserélők, amelyben a víz átáramlása közben melegszik fel (2. ábra). A maximálisan kivehető percenkénti melegvíz mennyiség függ a készülék teljesítményétől és a melegvíz kívánt hőmérsékletétől. Ez a rendszer akkor biztonságos és kényelmes, ha több kivételi helyen egyidejűleg csak kisebb vízmennyiség kivételére van szükség. Termosztát-csaptelepek vagy egykarú-keverő-csapok ezekbe a rendszerekbe gond nélkül beszerelhetők.

2. ábra: Átfolyós vízmelegítés

Az átfolyós vízmelegítők a vízvétel folyamán folyamatosan továbbítják az adott vízmennyiséget, és ezt csupán a készülék teljesítménye és a kívánt melegvíz hőmérséklete korlátozza. Az átfolyós vízmelegítők különösen jó hatásfokúak, mivel kicsi a nyugalmi veszteségük (sugárzásos és konvekciós hőveszteségek), és mivel a hőt csak a szükséges vízmennyiséghez kell előállítani.

További előnyt jelent a berendezések kis helyigénye is. Ezeket a berendezéseket a falra szerelik, tehát nem foglalnak el a felállítás helyén külön felületet, és elhelyezhetők például a konyhában vagy a fürdőszobában speciálisan kialakított fülkében vagy beépített szekrényben. Léteznek elektromos és gázzal üzemeltetett átfolyós vízmelegítők.

A hidraulikusan szabályozott elektromos átfolyós vízmelegítő áramlás-kapcsolóval rendelkezik, amely bekapcsolja a készülék fűtését, ha elegendő mennyiségű víz folyik át a készüléken. Ez történhet egy vagy két teljesítmény fokozatban. Az átkapcsolásokhoz meghatározott minimális nyomásra van szükség.

Mivel a készülék fűtőteljesítménye állandó, ezért a kifolyó víz hőmérséklete vagy az átfolyó víz mennyiségének vagy a hidegvíz hőmérséklet-ingadozásának függvényében változtatható. Ennek a berendezésnek továbbfejlesztett változata az ún. termikusan szabályozott elektromos átfolyós vízmelegítő. Ennél a készüléknél a pillanatnyi melegvíz elvételhez pontosan igazodik a fűtőteljesítmény, így a kívánt melegvíz hőmérsékletet a fogyasztó 30-60 °C között előre megadhatja és beszabályozhatja.

A korszerű gázüzemű átfolyós vízmelegítők ugyancsak termikus szabályozással működnek, ez az úgynevezett moduláló égésszabályozás, azaz a készülék fűtőteljesítménye az átfolyó melegvíz mennyiségéhez igazodik. Ezek a berendezések lehetnek kéménybe köthetők, valamint külső fali készülékek (parapetek) és könnyen, nagyobb építészeti átalakítás nélkül felszerelhetők.

Egyetlen lakás melegvíz-ellátásához az ún. kombi készülékek (gáz kombi vízmelegítők) is kedvezően alkalmazhatók, mert ezek a használati melegvízellátás mellett a fűtés funkcióját is ellátják egy készülékkel. A gáz átfolyós vízmelegítőkkel ellentétben a kombinált készülékek a használati vizet közvetve vagy közvetlenül a fűtéshez használt forró vízzel melegítik föl. Ezeknek a készülékeknek az előnye a kicsi helyigény, mivel tulajdonképpen két speciális készüléket egyesít egy berendezésben. A kombi készülékek speciális kapcsolással működnek így a használati melegvíz kivételekor a fűtő üzemmód kikapcsol és teljes fűtőteljesítmény a használati melegvíz készítésére áll rendelkezésre.

Tárolós vízmelegítők

A tárolós vízmelegítők olyan tartályok, amelyekben a vizet felmelegítik és egyidejűleg tárolják is (3. ábra). Ebben az esetben rövid időn belül viszonylag nagy mennyiségű melegvíz állhat rendelkezésre, így több kivételi hely egyidejűleg is ellátható melegvízzel. A tárolókapacitásnak igazodnia kell a használati melegvíz szükséglethez. A túl nagyra méretezett tároló felesleges hőveszteséget jelent, mivel benne a már felmelegített melegvíz kihasználatlanul lehűlhet.

3. ábra: Tárolós vízmelegítés

Megkülönböztetünk elektoros vízmelegítő tárolókat, gáz vízmelegítőket, bojlereket (direkt fűtésű) és tárolós vízmelegítőket (indirekt fűtésű).

Az elektromos tárolós vízmelegítők lehetnek nyitott vagy zárt rendszerűek. A vízforraló készülékek tipikusan nyitott rendszerek, amelyeket közvetlenül a kivételi hely közelében helyeznek el, például a konyhában vagy ahol kis mennyiségű melegvízre van szükség. A használat során a készüléket a szükséges vízmennyiséggel megtöltik és beállítják a kívánt véghőmérsékletet (ez elérheti a forráspontot is). A berendezés a bekapcsolása után a benne lévő víztartalmat fölmelegíti, fölforralja. A forralási fokozattal rendelkező készülékeknél a fűtés a forráspont elérése után sem kapcsol ki, de vannak készülékek, amelyek a forráspont elérése után kikapcsolnak. Mosdókhoz, mosogatókhoz és hasonló kivételi helyekhez a tárolók lehetnek asztal fölött vagy asztal alatt beszerelhetőek. Ezekben az esetekben a víztartalom a légkörrel kapcsolatban áll, ezért ezeket nyitott tárolóknak nevezzük. A tároló mindig vízzel van töltve. A beépített hőmérsékletválasztó szabályozóval beállítható a kívánt vízhőmérséklet (35-85 °C). Az elektromos álló tárolók zárt rendszerűek, amelyek energia-szükségletüket az elektromos művek által felkínált kedvezményes vételezésű idő alatt (pl. éjszaka) fedezik. Ehhez a készüléket úgy kell méretezni, hogy a két kisteljesítményű időszak között előforduló legnagyobb melegvíz igény a tárolóból fedezhető legyen. A gáz bojlerek beépített tartályban tárolják az atmoszférikus gázégővel felmelegített vízmennyiséget. Ezek a készülékek hőmérséklet-szabályozóval vannak ellátva, amely a beállított melegvíz-hőmérséklet állandóságáért felel. A tartály és a külső köpeny közötti jó hőszigetelés csökkenti a melegvíz lehűlését. A nyugalmi állapot veszteségeinek további csökkenését teszi lehetővé az automatikus füstgáz csappantyú beépítése, amely az égő nyugalmi állapotában automatikusan lezárja a füstgáz-csövet. A gyártók kínálata a kémény bekötésű gázbojlerekre a 115 literes és annál nagyobb űrtartalomra terjed ki. Ezeknek a készülékeknek a beszerelése emeleti lakásokba például az erre kialakított elzárt helyen történhet. A direkt fűtésű tárolók mellett indirekt fűtésű tárolók is biztosíthatják a melegvíz ellátást (4. ábra). Ekkor a használati vizet a központi hőtermelőből származó melegvíz vagy gőz melegíti.

4. ábra: Tárolós vízmelegítés

Gazdasági és műszaki szempontból is érdekes megoldás a gáz hőközpont. Az egyetlen magas szekrényben elhelyezkedő központi egység egy gáz átfolyós vízmelegítőből és egy víztartályból áll. A szekrény szabványos mérete lehetővé teszi azt, hogy a berendezést a konyha bármely részében el lehessen helyezni.

A modulált szabályozású (azaz a tényleges hőigényhez igazodó fűtőteljesítményű) gáz átfolyós vízmelegítő biztosítja a lakás fűtését és a tartály felfűtését. A fürdő és a konyha használati melegvíz ellátása mellett a melegvíz tároló a mosogatógépek és mosógépek ellátásába is besegíthet, ezáltal a háztartási készülékek felfűtéséhez szükséges energiaköltségek csökkenthetők és egyidejűleg megrövidíthető a felfűtési idő is.

Energiatakarékossági lehetőségek

Már a melegvíz előállító berendezések tervezésénél is a lehető legnagyobb gazdaságosságra kell törekedni az energia fogyasztás szempontjából. Mind a hőelőállításnál, mind pedig a melegvíz elosztásánál számos támpont található az energiatakarékos intézkedésekhez:

• A gazdaságos üzemeltetéshez a készülék teljesítményét és az előre látható kivételi mennyiségeket egymáshoz kell igazítani.
• A melegvíz vezetékeknek lehetőség szerint rövidnek (a túlméretezés előnytelen) és jó hőszigetelőnek kell lennie. Ezáltal a szállítási és a nyugalmi veszteségek is kicsik maradnak. A kivételi helyeken célszerű korszerű keverő berendezéseket alkalmazni, pl. a mosdóknál egykarú keverők, a kádnál és a tusolónál termosztatikusan szabályozott keverők.
• Minél magasabb hőmérsékletűre melegítik a vizet, annál nagyobb lesz a vezetékekben a hőveszteség. Ezen kívül célszerű azt is szem előtt tartani, hogy az alacsonyabb hőmérséklet csökkenti a vízkő képződését (azaz a mész kiválását), ami a készülékek hatásfokát rontja. Mindeközben az is előírás, hogy a melegvíz hőmérsékletét a csőhálózatban automatikus szabályozóegységgel 60 °C-ra kell korlátozni. A legtöbb használati melegvíz célra azonban elegendő a 45 °C-os hőmérséklet.
• A cirkulációs vezetékű melegvíz-ellátó készülékeknek a cirkulációs szivattyú kikapcsolásához önállóan működő berendezéssel kell rendelkezniük (pl. kapcsolóóra). A cirkulációt energia-megtakarítás céljából célszerű éjszakára és a fogyasztásban szegény időszakokban megszakítani.
• Energia azzal is megtakarítható, ha a tároló tartalmát nem tartjuk folyamatosan meghatározott hőmérsékleten, hanem azt egy kapcsolóóra segítségével naponta egyszer vagy kétszer - a szükséges vízmennyiségnek megfelelően - fűtjük fel. Ez az üzemeltetési mód gyakran nagyon célszerű, mivel sok háztartásban csak egészen jól behatárolható napi időszakokban – pl. túlnyomórészt reggel - jelentkezik a nagy melegvíz igény.

Energiaköltség megtakarítás HMV rendszereknél

A használati melegvízellátás egyik energiaköltség-takarékos megoldása lehet a nap energiájának termikus hasznosítása. A napenergiás HMV rendszerek ma már számos országban általánosan használt megoldások, és nálunk is terjedőben van. A napenergia HMV céljára történő hasznosítása az egyik legkézenfekvőbb megoldás a megújuló energiaforrások széleskörű hasznosítására Magyarországon.

A napenergiával a kommunális használati melegvízigények széles köre részben, vagy teljes egészében biztosítható a legegyszerűbb nyári időszakos kis vízigényű strand, vagy camping HMV igényétől egészen a soklakásos társasházak HMV igényéig. A különböző igényekhez a napenergiás rendszer elemeit szükségszerűen pontosan kell hozzáigazítani, mert ez az alapja a hasznosítás gazdaságosságának. A HMV rendszerek főbb elemeinek (kollektorfelület és tárolókapacitás) méreteit alapvetően a fogyasztási profil és a vízigény határozza meg. A családi házaknál általában a reggeli és esti vízelvétel a jellemző (5. ábra) a fürdési szokásnak megfelelően az egyik nagyobb, míg soklakásos társasházaknál a melegvízelvétel kiegyenlítettebb (6. ábra).

A családi házas (7. ábra) profilnál tehát van egy széles nappali szakasz amikor magas a szolárhozam, de nincs fogyasztás. Ennek következménye, hogy a kollektorok egy folyamatosan melegedő tárolt vízmennyiséget fűtenek fel. Így minél melegebb a tárolt vízmennyiség, annál rosszabb hatásfokkal tudja tovább melegíteni a vizet a kollektor és a beállított maximum hőmérsékletnél a szolár rendszer leáll. A többlakásos rendszernél (8. ábra) nincs „üresjárat”, folyamatos az elvétel, és folyamatosan érkezik be a friss, hideg víz a rendszerbe. Ennek következménye a folyamatosan magas hatékonyság és így lényegesen rövidebb megtérülési idő. A napenergiás HMV rendszerek tervezése és az üzemeltetés paramétereinek beállítása nagyon körültekintő szakmai ismereteket követel meg és csak ez tudja biztosítani az energetikailag kedvező üzemeltetés és a beruházás gazdaságosságát.

Excel programok beruházások gazdaságossági számításához:

• Medgyasszay Péter által a Független Ökológiai Központban 2004-ben létrehozott excel file,
• Quirin András által 2010-ben létrehozott excel file.

A napenergia mellett és azzal összekapcsolva is még a biomassza és a földhő hasznosítása is reális lehetőség a HMV rendszerek energiaforrásaként. Ezek alkalmazását is a körülmények alapvetően meghatározzák, de minden megújuló energiaforrás alkalmazásánál elsődleges feladatként kell kezelni az energiaigények ésszerű csökkentését. Ezt a HMV ellátó rendszereknél különösen fontos hangsúlyozni, mert a hazai vízfogyasztási szokásaink eléggé pocsékolók és ez sem a vízgazdálkodás, sem pedig energiagazdálkodás szempontjából nem kedvező.