Fenntarthatóság

Tudatos épületenergetika: Az otthon melege

2024.07.22. 07:49

A nyári hőhullámok közepette bizonyára keveseknek jut eszébe a fűtési szezon, a lakóingatlanok fűtésre használt energiamennyisége azonban még mindig a legnagyobb része az összenergiafelhasználásuknak, ráadásul nagyrészt továbbra is fosszilis energiahordozón alapszik, növelve az üvegházhatású gázok légköri mennyiségét és így a nyári hőhullámok intenzitását is. Épületenergetikai cikksorozatunk új részében Beliczay Gábor elsősorban családi házak fűtési megoldásait veszi sorra, és megkísérli a rövid- és hosszútávon optimális rendszereket bemutatni.

Akármilyen alaposan hőszigeteljük lakóépületeinket, vagy akármennyire melegíti bolygónk légkörét a globális felmelegedés, még mindig szükséges télen lakóépületeinket fűteni. Az ország energiafogyasztásának legnagyobb része a lakóingatlanokban kerül felhasználásra[1], és ebből a fűtésre használt energia még mindig a legnagyobb szeletet jelenti a teljes felhasznált mennyiségből. Hazánk energiahordozókban szegény ország, így a fűtési energiahordozók nagyrészét a határon túlról kell beszerezni. Az elmúlt fél évtized már önmagában megmutatta, hogy az energiabehozatal kiemelkedő kockázatokat helyez a magyar lakosság vállára. A gáz- és olajárak[2] kitettek a politikai helyzetnek, a kereslet-kínálati viszonyok alakulásának, így szuverenitási kérdést is jelent, hogy mennyiért tudjuk beszerezni a mindennapi életszínvonal fenntartásához szükséges energiahordozókat. Az importálható energia a legtöbb esetben szénhidrogéneket jelent (földgáz, kőolaj), melyek feldolgozása utáni elégetésével állítunk elő hőt, és ezzel fűtjük ingatlanjainkat. A szénhidrogének égetése viszont a klímaváltozás legfőbb oka, ezért felhasználásuk kerülendő, de legalább is minimalizálandó. Az Európai Uniós jogszabályok – és ez által a hazaiak is – fokozatosan a megújuló energiaforrások és a helyben elérhető források felé mozdítják el a felhasználókat. Írásomban elsősorban családi házak korszerű és fenntartható fűtési megoldásait veszem sorra, és megkísérlem a rövid- és hosszútávon optimális rendszereket bemutatni.

Családi házak esetén, mint már említettem, a háztartások kiadásainak második legnagyobb részét a lakhatási és energiaköltségek teszik ki[3]. Mindemellett a fűtéshez használt gépészeti berendezések az egyik legnagyobb kiadást jelentik a ház épületgépészeti költségében[4]. Így általában minden család alaposan átgondolja, milyen fűtésrendszert helyez üzembe. Ebben a döntésben kritikus szerepe van a rendszer tervezett élettartamának, hiszen meghatározza, milyen távon lehet a rendszer megtérülésével számolni. Elmondható, hogy a nagyobb költség hosszabb megtérüléssel jár, viszont a nagy költség mellett biztosabb és jobban tervezhető üzemmel számolhatunk az élettartam során. Ugyanígy elmondható, hogy a megújuló energiát hasznosító fűtési rendszerek esetén a bekerülési költség nagyobb ugyan, de az üzemanyagköltségek eltörpülnek a fosszilis energiahordozókéhoz képest, és kevésbé érzékenyek a globális piaci folyamatokra.

Vizsgálatom során figyelembe vett értékelési szempontok, amik alapján megvizsgálom a hazánkban leggyakrabban előforduló és hozzáférhető fűtési rendszereket:

Hőleadás módja:
Fűtésrendszerek esetén nagyon fontos a hőleadó rendszer fajtája. Hőleadás szempontjából kétfajtát különböztetünk meg: a konvekcióst (légáramlásos)[5] és a sugárzó hőleadót[6]. Az előbbi a levegő felmelegítésével és a légmozgással járó hőcserével melegíti fel a belső teret. Az utóbbi típus esetén a hő elektromágneses sugárzással melegíti a belső térben lévő tárgyakat a levegő közeg melegítése nélkül. Az összes hőleadó elem ennek a két módnak a valamilyen kombinációjával adja le a hőmennyiséget a fűtendő térbe.

Központi vagy helyiségenkénti fűtés:
Szintén fontos tulajdonság fűtésrendszerek esetén, hogy a hő előállítása helyiségenként vagy központilag történik-e. Meglévő épületek vagy a fűtésrendszer utólagos beépítése esetén gyakrabban helyiségenként kerülnek elhelyezésre a hőtermelő eszközök (gázkonvektor, split-klíma, infrapanel). Központi rendszer esetén az épületben egy helyen termelődik a teljes épület felfűtéséhez szükséges hő, amit a megfelelő helyiségekben lévő hőleadó egységekbe továbbít a rendszer. A központi fűtésrendszerek hatékonysága jóval magasabb, mint egy diverzifikált rendszeré[7], viszont a kiépítési költség és a technológia bonyolultabb az egyéni rendszerrel szemben, ahol kisebb a bekerülési költség és a beépítés is megtörténhet akár szakaszosan. Érdemes megemlíteni, hogy a központi fűtésnél a hő előállításáért felelős kazán és a hőleadó felületek közötti hőtranszfert is meg kell oldani, ami az esetek legnagyobb részében valamilyen hőátadó folyadékot keringető csőrendszerrel történik. Ezeknek a vezetékeit is el kell tudni helyezni a házban, ami szintén előretervezést igényel, ha gondosan elrejtve szeretnénk ezeket kiépíteni. Az egyéni fűtőeszközök, mint például a gázkonvektorok esetén a hőtermelés és leadás helyiségenként ugyanazzal az eszközzel történik, így a hőelosztó rendszer megspórolható, kevesebb csövezéssel, nagyobb flexibilitással beépíthető az eszköz, viszont az üzem szabályozása sokkal kevésbé kivitelezhető.

Fűtőanyagok:
A fűtőanyagok fajtái nagyban befolyásolják a fűtésrendszerek összetevőinek méretét és elhelyezhetőségüket az épületen belül. A biomassza és szénhidrogén fűtőanyagú rendszerek esetén gondoskodni kell a füstgázok elvezetéséről, valamint friss levegő égéstérbe történő vezetéséről. Ezen felül védőtávolságot is ki kell alakítani a lakótér és a kazánház között. Ez mind építészeti tervezés, mind a tartószerkezet méretezése során gondos odafigyelést igényel. Ellenben az elektromos áram alapú rendszerek esetén elégséges csupán a kábelezés elhelyezéséről gondoskodni.

Szabályozás:
Nagyon fontos a rendszerek szabályozása. A mai okoseszközökkel teletűzdelt családi házakban elmaradhatatlan a fűtésrendszer "okos" szabályozása is. Hiszen azon túl, hogy kényelmileg egy sokkal magasabb szintet képvisel, jelentős megtakarítás érhető el a rendszer optimalizálásával, amit már egy teljesen automata rendszer végez az ingatlan helyiségeiben elhelyezett érzékelőkből kapott hőmérsékleti és páratartalom adatokból, a külső hőmérsékletnek és napszaknak megfelelően. Valamilyen mértékű szabályozó rendszer minden fűtési formához beépíthető, de nyilván az új rendszer jobban irányítható, mint egy régi meglévő rendszer.

Tervezési élettartam:
Nagyban befolyásolja a fűtésrendszer bekerülési költségét, milyen időtávon tervezzük használni. A családi házakat alapvetően 50 éves élettartamra tervezzük. Az épületgépészeti rendszerek nagyobb karbantartások nélkül nem tudnak ennél hosszabb távon működni. Gondos karbantartással ugyanakkor élettartamuk bőven megnövelhető az ingatlanéval megegyező idejűre. A valóságban sokszor az energiahordozók árának változása és elérhetőségük miatt a fűtésrendszereket rövidebb távon is átépítik, vagy kicserélik a felhasználók. Emiatt, mikor egy fűtésrendszerre fordított költségeket és azok megtérülését mérlegeljük, nagyon fontos szempont a tüzelőanyag árak várható alakulása, a rendszer főbb elemeinek karbantartási igénye és a bekerülési költség nagysága. Hosszútávú (20-30 éves) gondolkodás esetén egy megújuló energiát hasznosító rendszer a nagyobb bekerülési költség ellenére is olcsóbb tud lenni. Viszont rövidtávon (5-10 év) nem tudnak alternatívát nyújtani a gázüzemű rendszerekkel szemben.

A fentebb ismertetett szempontok alapján sorra veszem a hazánkban használatos családi ház fűtésrendszereket:

Gázkonvektoros fűtés
A gázkonvektoros fűtés legnagyobb előnye, hogy viszonylag olcsó a bekerülési költsége, és hazánkban is gyártott könnyen hozzáférhető technológia. Egy eszköz egy helyiség légterének felfűtésére alkalmas. A füstgáz elvezetése történhet parapetfalon keresztül, vagy az építészetileg kevésbé elfogadhatatlan kéménybe való bekötéssel, viszont a friss oxigén utánpótlásáról a belső térből kell gondoskodni, így légzáró épületnél szóba sem jöhet ilyen fűtési mód. Ezzel együtt elmondható, hogy a modern energetikai elvárásoknak nem tud megfelelni egy gázkonvektorral fűtött ingatlan. Ezenkívül a földgáz világpiaci árának alakulásától rendkívüli módon függ a fűtőanyagköltség mértéke, amit a készülék teljes élettartama alatt fizetni kell. Magyarországon csak az elmúlt évtizedben volt, hogy a földgáz ára tízszeresére is emelkedett, mivel a gázipar központosított jellege miatt a globális politikai és gazdasági folyamatok nagymértékben hatással vannak a földgáz árára. Összegezve, a külső hatások nagymértékben befolyásolják a megtérülést, hiszen hosszú távon egy sokkal gazdaságosabb rendszer árának többszörösét fizetik ki a fogyasztók.

Kondenzációs gázkazán
Az gázkonvektorral azonosan a tüzelőanyag földgáz, viszont a zárt égéstérben az égéstermékként képződő víz hőjének visszanyerésével az égés hatásfoka nagymértékben növelhető, közel 98%-os szintig emelhető[8]. A készülék külső frisslevegő utánpótlást igényel, így a belső térből nem fogyasztja az oxigént. Igazán jól, felületfűtéssel (padló-, menyezt-, falfűtés) kombinálva érhető el a maximális hatásfok. Ugyan szénhidrogén égetésével állítja elő a hőenergiát, de azt a lehető legnagyobb hatásfokkal teszi. Így rövid vagy közepes távon (5-15 év) gazdaságos megoldást ad. Hátránya, hogy üvegházhatású gázok kibocsájtásával növeli a globális felmelegedés hatásait. Ráadásul a szennyezés helyben történik, így urbánus környezetben rengeteg káros anyaggal járul hozzá az így is rossz minőségű városi levegőhöz. Sajnos sok városi területen az egyetlen gazdaságos alternatívát jelenti egy lakás fűtéskorszerűsítése esetén. A hosszútávú környezetvédelmi célok és szabályozások miatt azonban előbb-utóbb ki fog szorulni minden fosszilis szénhidrogén alapú energiaforrás.

Szilárd tüzelésű kazán
Felület- vagy radiátoros hőleadó rendszerrel kombinálva képes a hő leadására. A többféle tüzelőanyag miatt nagy szabadságot ad a felhasználók részére. Lehetséges benne mindenféle biomassza, akár brikett vagy kőszén elégetése is. Szintén a jogi szabályozások miatt a kőszéntüzelés ki fog esni a piacokról. A biomassza tüzelés pedig még megújulónak számít, annak ellenére hogy szintén lokális légszennyezést okoz, bár az erdőtelepítéssel hosszútávon semlegesíthető a káros kibocsátása. Folyamatos vitát jelent a biomassza megújuló energiák közé sorolása, de jelenleg oda sorolandó. Nagy előny a fosszilis szénhidrogénekkel szemben, hogy javarészt helyben elérhető anyagokat használnak fel tüzelőanyag gyanánt, így a szállítással és kitermeléssel járó károsanyag-kibocsátás sem terheli a természetet.

Pellet[9] kazán
A szilárd biomassza tüzelőanyagú kazánokat soroljuk ide. A jelenlegi csúcstechnológiát ötvözik a hagyományos szilárd tüzelésű kazánokkal. A pelletbe összepréselt növényi eredetű ipari melléktermékek elégetésével állítja elő a hőenergiát, viszont a tökéletes égéshez szükséges oxigén mennyiségét az eszköz szabályozza, így nagyon magas hatásfokkal égeti el és egy hőcserélőn keresztül adja le a pelletben lévő hőenergiát. Általában nagyméretű pellet tárolóval építik ki a rendszert, ami akár hónapokon keresztül biztosítja a fűtőanyagot. A fűtőanyag és az oxigén adagolása automatizált rendszerrel történik, így nagyon kényelmes üzem érhető el. Emellett a károsanyag kibocsájtás is nagyon lecsökken, hála a tökéletes égésnek. A tüzelőanyag lehet bárminemű mezőgazdasági vagy erdőgazdasági melléktermék: farost, csonthéjasok maghéja, széna, élelmiszeriparban már használhatatlan növényi rostok, például cukorrépa, vagy növényiolaj gyártás után maradó kipréselt magvak. Hatalmas előnyük, hogy helyben is megtermelhető anyagok, valamint a mezőgazdaságnak köszönhetően újratermelődnek. Ugyan az egyes EU-s támogatások miatt előfordult, hogy értékes erdőket egyből pellet gyártás érdekében vágtak ki[10], de a technológia alapvetően megújuló, és a támogatások szabályain lehet módosítani a jövőben. Nyilván jár károsanyag kibocsájtással és minimális hamu is keletkezik az égés során, így a teljesen emissziómentes követelményt nem teljesíti, viszont ritkábban lakott területeken rendkívül versenyképes és hosszútávon is olcsón elérhető alternatíva családi ház fűtésére, ráadásul megújuló forrásból.

Elektromos konvektor, radiátor vagy kazán
Fűtés céljából az elektromos áram felhasználása elég költséges alapvetően, mivel a hőenergia egységnyi ára elektromos áram formájában a legdrágább, viszont az elektromos áram egyszerűen átalakítható hőenergiává. A technológia mellett szól viszont, hogy kiépítése egyszerű, hiszen a fűtőegységekhez csak elektromos kábeleket kell odavezetni. (Nyilván elektromos kazán esetén a hőleadó rendszer csővezetékei ugyanúgy kiépítendők, ahogy a többi rendszer esetében.) Nagy flexibilitás miatt könnyű beépíteni meglévő épületekbe vagy kiegészítésképpen másik rendszer mellé. Működése során egy elektromos ellenállás segítségével hővé alakítja az elektromos áramot, a fűtőtest a belső levegőnek átadva fűti a helyiséget. A mai modern megújuló energiatermelő eszközök mind elektromos áramot állítanak elő, így ez kedvez az elektromos fűtés elterjedésének, de hagyományos elektromos ellenállást használó rendszerek olyan mennyiségű elektromos áramot fogyasztanak, hogy a fűtendő épületen nem lehet elég napelemet elhelyezni, hogy fedezze az éves energiafelhasználást. Így ezekben az esetekben is kijelenthető, hogy hosszútávon nem jelentenek biztos megoldást.

Infrapanel, infrafólia
Hatékonyságban megegyező a hagyományos elektromos fűtéssel, de konvekciós hőleadás helyett az elektromos áramot egyből infravörös sugárzássá alakítva fűti a helyiséget. Az infrafólia előnye, hogy vékony mérete miatt elhelyezhető padló vagy fal rétegrendben, de megfelelő hőtükör és egyéb rétegek beépítése nélkül hatékonyságából veszít. Elsősorban kiegészítő fűtésként vagy kis helyiségek felmelegítésre javasolt használni, valamint meglévő épületek utólagos padlófűtésének kiépítésére jól alkalmazható.

Hőszivattyúk
Alapvetően elektromos energiát használ a fűtési energia előállítására. A hőszivattyú mechanikai energia befektetésével hőt von el egy hőforrásként hasznosított közegből és azt egy másik közegbe továbbítja. Legegyszerűbben úgy írható le a működése, mint egy hűtőszekrény, aminél a szekrényben lévő tér a hőforrást, a hűtőszekrény hátulján lévő csőkígyó pedig a fűtendő közeget szimbolizálja. A hőszivattyúk előnye abban rejlik, hogy az elektromos áramból előállított mechanikai energia segítségével többszörös hőenergia nyerhető ki a hőforrásból. A hőszivattyú működése megfordítható, így akár hűteni is tudja a belső teret. A hőforrás lehet talaj, egy nagy tömegű beton épületrész, talajvíz, vagy egy tó vize, a külső levegő, vagy ipari tevékenységek hulladékhője (meleg szennyvíz, használt termálvíz, vagy ipari berendezések hűtővize). Az előbb említett fordított üzem miatt a hőforrásban nyári időszakban hőt lehet eltárolni hosszú távra, és téli időben kinyerni, különösen talajszondás és talajkollektoros rendszer esetén. A hőszivattyú hatásfokát a leadott hőenergia és a befektetett mechanikai energia hányadosával szokás jellemezni[11]. Változó hőmérsékletű hőforrás esetén ez a tényező változik, és minél hidegebb a közegünk, annál kevésbé hatékony a működés. Viszont talaj vagy nagytömegű abszorber[12], esetleg ipari hulladékhő hőforrásként való hasznosítása estén ez az érték állandósul és elég magas szintű tud maradni a teljes üzem alatt. Nyilván a levegő hőforrású hőszivattyú is jobb hatásfokú és kisebb ökológiai lábnyoma van a fosszilis energiahordozókon alapuló rendszereknél, de a leghidegebb napokon (-10°C alatt) már nem üzemeltethető hatékonyan. Hőszivattyút használnak a különböző klímaberendezések is. Ezek lényegében levegő-levegő[13] rendszerben működnek, tehát a külső levegőből von el hőt, amit a beltéri levegőnek egy hőcserélőn át (fan-coil) keringgetve ad le. Újépítésű házaknál a maximális hatékonyság érdekében érdemes helyiségenkénti levegős hőszivattyús klímaberendezések helyett központi hőszivattyúval és felületfűtéssel tervezni, mivel a hőszivattyú az alacsonyabb üzemi hőfokot igénylő felületfűtési rendszerekkel a legoptimálisabb kialakítású. A családi házaknál használatos leggyakoribb megújuló energia termelésére szolgáló napelemrendszerek elektromos áramot állítanak elő, így jól kombinálhatók hőszivattyúval. A hőszivattyúk jelentősen kevesebb elektromos áramot fogyasztanak a hagyományos elektromos fűtésekhez és az infrapanelokhoz képest, így az éves fogyasztás visszatermelhető az épületen elhelyezett napelemekkel. A hőszivattyú nem bocsájt ki helyben semmilyen káros anyagot, és megújuló forrásból termelt elektromos árammal elérhető a klímasemlegesség, ha a teljes élettartamot nézzük. Újépítésű házaknál, ahol a tervezési élettartam legalább 15 év, a hőszivattyú, különösen a talajszondás, a legoptimálisabb fűtési mód. Nem elhanyagolható, hogy kiépített vizes felületfűtési rendszer estén a hőszivattyú utólagosan is beköthető. Ugyanígy fontos szempont, hogy egy rendszer áráért két funkciót kapunk, hiszen ugyanaz a rendszer képes a belső terek aktív hűtésére meleg nyári napokon, ezért következő cikkemben a hűtőrendszerekkel fogok foglalkozni.

Írásom elsősorban újépítésű családi házak fűtésére próbált javaslatokat adni, és a felállított szempontok alapján a legkisebb hatásfokú és legnagyobb emissziójú rendszertől a legkörnyezetbarátabb felé haladva összegeztem a járatos, hazánkban is elérhető fűtési rendszereket. Összefoglalva, egy korszerű fűtésrendszer főbb ismérvei: a fűtőanyag helyben megtermelhető megújuló forrásból érkezik, nincs helyi károsanyag kibocsájtás, és életartama alatt lehetőleg klímasemleges a működése. Meglévő épületek felújítása esetére is bemutattam több fűtési módot, itt a tervezési élettartam és a felújítás mértéke szerint egy hagyományosabb rendszer is versenyképes lehet. Hiszen lehet, hogy a rétegrendek megtartása és egy kevésbé nagy átalakítást igénylő rendszer lesz a legköltséghatékonyabb az élettartam során. A hosszútávú előrelátás és környezettudatosság igénye esetén viszont a legfejlettebb és anyagilag leggazdaságosabb rendszerek a pellet kazán és különösen a hőszivattyús fűtés lehetnek.

Beliczay Gábor

[1] Magyarország Kormánya. (2023). Magyarország Nemzeti Energia- és Klímaterve. 16. Forrás:
https://cdn.kormany.hu/uploads/document/5/54/54b/54b7fc0579a1a285f81d183931bfaa7e4588b80e.pdf

[2] https://tradingeconomics.com/commodity/natural-gas

[3] https://www.ksh.hu/interaktiv/kiadasok_radar/index.html

[4] https://www.resiclubanalytics.com/p/cost-breakdown-constructing-singlefamily-home-told-one-pie-chart

[5] https://hu.wikipedia.org/wiki/Konvekci%C3%B3

[6] https://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91m%C3%A9rs%C3%A9kleti_sug%C3%A1rz%C3%A1s

[7] https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/2894354

[8] https://hu.wikipedia.org/wiki/Kondenz%C3%A1ci%C3%B3s_g%C3%A1zkaz%C3%A1n

[9] https://hu.wikipedia.org/wiki/Pellet

[10] https://www.nytimes.com/interactive/2022/09/07/world/europe/eu-logging-wood-pellets.html?pvid=TxasImCY7AAVQ3mlccdyICtz&lgrp=e-btn&smid=url-share

[11] https://en.wikipedia.org/wiki/Coefficient_of_performance