Hány kW-os hőszivattyú kell egy 100, 120 vagy éppen 150 négyzetméteres családi házhoz? A helyes válasz nem pusztán az alapterülettől függ: két azonos méretű ház fűtési teljesítményigénye között jelentős különbség lehet attól függően, hogy milyen a hőszigetelésük, milyenek a nyílászáróik, és milyen hőleadó rendszer működik bennük illetve csak fűtés-hűtési célra üzemeljük be a készüléket vagy használati melegvíz (HMV) előállítására is használjuk.
Ebben a cikkben konkrét példákon mutatjuk meg, milyen nagyságrendű teljesítményigénnyel számolhatunk különböző családi házaknál különböző energetikai besorolások esetén.
Hány kW hőszivattyú kell egy családi házhoz?
A pontos méretezéshez egy energetikai szakembert vagy épületgépész mérnököt kell megbízni, aki elkészíti az épület hőszükséglet számítását. Erre az egyik legelterjedtebb módszer a 9/2023. (V. 25.) ÉKM rendelet 1. függelékében leírt módszer (ezt itt lehet megtekinteni), ez alapján készítik pl az épületenergetikai tanúsítványokat az épületekhez.
Ennél jóval egyszerűbb, előzetes becsléshez elegendő az egyik legegyszerűbb módszer az épület alapterületéből és egy becsült fajlagos hőigényéből kiindulni. A számítás képlete:
Szükséges fűtési teljesítmény (kW) ≈ fűtött alapterület (m²) × becsült fajlagos hőigény (W/m²) / 1000
Ha például egy 120 m²-es háznál előzetesen 50 W/m² fajlagos értékkel számolunk: 120 × 50 / 1000 = 6 kW
Vagyis a becsült fűtési teljesítményigény 6 kW.
A módszer NEM alkalmas hőszükséglet számításra, erre minden alkalommal javasolt pontos méretezést készíteni, arra viszont kiválóan alkalmas, hogy első közelítésben lássuk, mekkora teljesítménytartományban érdemes gondolkodni, ami pl egy előzetes költségbecslés során jó kapaszkodó lehet.
Az alábbi táblázat tájékoztató kiindulópontot ad. A tényleges hőveszteséget az adott épület szerkezeteinek és egyéb adottságainak ismeretében kell kiszámítani.
Becsült kW-szükséglet szigetelés és alapterület szerint
| Épület jellemző állapota | Tájékoztató fajlagos hőigény | 80 m² | 100 m² | 120 m² | 150 m² |
|---|---|---|---|---|---|
| Korszerű, nagyon jól szigetelt, mai előírásokat meghaladó | 20–35 W/m² | 1,6–2,8 kW | 2–3,5 kW | 2,4–4,2 kW | 3–5,2 kW |
| Jól szigetelt, korszerű mai előírásoknak megfelelő ház | 35-50 W/m² | 2,8–4,0 kW | 3,5–5 kW | 4,2–6 kW | 5,2–7,5 kW |
| Jól szigetelt, néhány éve még előírásoknak megfelelő ingatlan (10-15 cm szigetelés) | 50-70 W/m² | 4,0–5,6 kW | 5–7 kW | 6–8,4 kW | 7,5–10,5 kW |
| Gyengén szigetelt épület (5-10 cm szigetelés) | 70-100 W/m² | 5,6–8 kW | 7–10 kW | 8,4–12 kW | 10–15 kW |
| Régi, egyáltalán nem szigetelt ház | 100-150+ W/m² | 8–12+ kW | 10–15+ kW | 12–18+ kW | 15–22+ kW |
A fenti értékek csak tájékoztató becslések, amik hőveszteség becslésére alkalmasak, a hőszivattyú teljesítménye azonban NEM egyezik meg a hőveszteséggel!
A W/m²-es módszer tehát gyors becslés, ami jó közelítéssel segít megbecsülni az épületünk hőveszteségét. Azonban nem elégséges hőszivattyú-kiválasztási módszer.
Mitől függ a hőszivattyú méretezése?
A hőszivattyút elsősorban az épület hővesztesége alapján méretezzük. Kis mérnöki szleng, de érdemes megjegyezni. “Termodinamika kettő: a hő a melegebb helyről a hidegebb felé áramlik” (a kettő itt a második főtételre utal), azaz télen a belső, fűtött tér folyamatosan hőt veszít a külső, hidegebb környezet felé, a fűtési rendszer feladata pedig ennek az elvesztett hőnek a pótlása. A hő távozik többek között a határoló szerkezeteken: falakon, ablakokon, ajtókon, tetőn vagy födémen és a talajjal érintkező szerkezeteken keresztül, emellett szellőztetéssel, légcserével is veszítünk hőt, illetve számolni kell a hőhidak hatásával is.
Hőhíd: 3D hőáram, amikor nem “egyenletes” a szerkezet, ezért a kifelé áramlő hő sem egyenletesen, merőlegesen távozik az épületből. Ilyen esetben mindig magasabb a hőveszteség, mintha teljesen egyenletes szerkezettel számolnánk, hatása 5-30%-kal növeli az elméleti szerkezet hőveszteségét.
Vagyis első lépésben a hőveszteséget meghatározó tényezők a falak és a födém hőszigetelése, a nyílászárók minősége és mérete, valamint az is, hogy mennyire légtömör a ház, meg hogy milyen minőségű a kivitelezés – mert 50%-ot jelent az anyagminőség, de a nem megfelelő technológia alkalmazása a legjobb minőségű rendszereket is problémássá teszi.
Az alapterület mellett tömegképzés, az épületmagasság, a belmagasság is számít. Egy átlagos belmagasságú, kompakt épület és egy nagy belmagasságú, nyitott galériás ház teljesen eltérő adottságokkal rendelkezik.
Egy mai, modern épület már a korábbiakhoz képest töredék értékű, néhány kW nagyságrendű hőveszteséggel rendelkezik. Jóval drágább is őket felépíteni, mint 20-30 évvel ezelőtt. “Köszi EU” – mondhatnánk szarkasztikusan, hiszen mindezt az EPBD irányelv jogharmonizációjának köszönhetjük, de emögött rengeteg modell és szimuláció található, ahol az épületszerkezet 30 éves üzemeltetéssel számolt költségeinek minimalizálása volt a cél a beruházási és üzemeltetési költségek figyelembevételével.
A fűtési energiaigény jelentősen lecsökkent, sokszor már annyira, hogy az éves fűtési energiafelhasználás kisebb, mint a használati melegvíz előállítására szükséges hőigény, illetve a nagy ablakfelületek terjedése miatt sokszor az a helyzet áll elő, hogy a hűtési csúcsigény magasabb, mint a fűtési csúcsigény. Szóval ha nem csak fűtésre, de hűtésre vagy HMV termelésre is szeretnénk használni a hőszivattyút, akkor rögtön látjuk, miért is nem csak a fűtési csúcsigénnyel kell számolni a hőszivattyú teljesítményének kiválasztásánál.
Hogyan vegyem figyelembe a HMV készítést?
A HMV készítés figyelembe vételéhez az szükséges, hogy megbecsüljük, milyen melegvíz fogyasztás várható az épületben, milyen felhasználói szokások alapján méretezünk. A legjobb, ha saját magunknak építünk, mert akkor a saját szokásainkat, fogyasztásainkat megfigyelve tudunk extrapolálni, ha viszont itt is ökölszabályokkal szeretnénk számolni, akkor az alábbi képlet alapján lehet méretezni:
Szükséges HMV mennyiség (liter/nap) ≈ egy főre vetített fogyasztás (liter/főnap) × lakók száma (fő)
Az egy főre eső fogyasztás ~50 °C HMV-vel számolva takarékos fogyasztóknál 30-45 liter/fő/nap, átlagos esetben 45-60 liter/fő/nap, jelentős fogyasztás esetén (pl. esőztetős zuhanyzóval számolva) 60-80 liter/fő/nap értékkel számítandó, azaz egy 4 fős család 120 – 240 liter HMV-t használ. Ha ennél alacsonyabb hőmérséklettel (és a hőszivattyú minden fokot megköszön szépen), akkor fokonként 2,5%-kal magasabb vízmennyiséggel érdemes méretezni.
Még egy fontos fogalom a hiszterézis, ami azt adja meg, hogy a beállított (tegyük fel hogy) 50 °C melegvíz hány fokot hűlhet, amíg újra bekapcsol a HMV termelés. Mivel általában 38-44 °C melegvizet használunk (személytől függ, ki melyiket érzi komfortosnak), ezért nem érdemes túl alacsony értéket beállítani, ráadásul minél messzebb van egy csapoló a HMV tárolótól, annál nagyobb hőveszteség adódik a vízcsövön, egy nagyobb (200 m2+) ház esetén akár 2-3 fokkal alacsonyabb is lehet a HMV hőmérséklete a csapolónál, mint a tárolóban. Jellemzően 42 °C-nál nem engedjük alacsonyabbra hűlni a rendszert, így 50 °C előremenővel és 8 K hiszterézissel számolva az alábbi logikával érdemes számolni.
Példa:
A 120 m2-es családi házba tervezett hőszivattyú 4 főt lát el, 200 literes HMV tárolót illesztettünk hozzá. A fűtési hőszükséglethez illesztett 6 kW-os hőszivattyú termeli a melegvizet. A család nincs itthon, nem fogyasztanak vizet, de nem kapcsolták ki a tartályt, hogy amikor hazajönnek, legyen elegendő HMV. A tartályban található, kiinduláskor 50 °C hőmérsékletű víz egyenletesen hűl kb. 3-5 fokot 24 óra alatt, azaz amikor bekapcsol a hőszivattyú (az egyszerűség kedvéért 8 K hiszterézissel kétnaponta), hogy visszafűtse az elveszett hőt, akkor ezt
Szükséges idő [s] = Hőmérsékletkülönbség (8) [K] x víz fajhő (4,2) [kJ/kgK] x tároló térfogat (200) [liter] x sűrűség (1) [kg/liter] / Hőteljesítmény (6) [kW] = 1120 másodperc
alatt készíti el. Ez jó közelítéssel 20 perc, azaz 2 naponta 20 percen (+a hőszivattyú fűtés -> HMV készítés üzemmód váltással és fűtésbe visszaváltással számolva további 10 percen) át nincs fűtés. Ez azt jelenti, hogy az átlagos effektív teljesítménye a hőszivattyúnak lecsökken, azonban ez csak ~1% teljesítménycsökkenést okoz.
Ha azonban azzal számolunk, hogy otthon vannak, és a HMV készítés akkor indul be, amikor már a tartály 50%-át elfogyasztották, de naponta elfogyasztják a tartály térfogatának 100%-át, akkor az alábbi képlet adódik. (Méretezzünk 6 °C belépő vízhőmérséklettel)
A tartály tetején a víz már hűlt egy kicsit, így ne 50, csak 48 fokosnak feltételezzük, míg alul már végig 6 fokos. Mivel pont középen van a hőmérő, ezért a kettő számtani közepét bátran vehetjük átlagos hőmérsékletnek a tartályban, azaz átlagosan 27 fokos a tartály
Szükséges idő [s] = Hőmérsékletkülönbség (50-27 = 23) [K] x víz fajhő (4,2) [kJ/kgK] x tároló térfogat (200) [liter] x sűrűség (1) [kg/liter] / Hőteljesítmény (6) [kW] = 3220 másodperc,
azaz kb 54 perc, átváltásokkal számolva kb 1 óra. Egyrészt kb ennyi idő visszamelegíteni a tartályt (míg kifürödni 10 liter/másodperccel számolva a maradék vizet 10 perc). Ezt naponta kétszer, hiszen itt csak fél tartállyal számoltunk, azaz használattal számolva már napi 2 órára kiesik a HMV készítés a fűtésből, ami közel 10%-kal csökkenti a fűtésre fordítható időt, azaz valójában érdemes ennyivel magasabb hőteljesítménnyel méretezni, hogy kifűthető legyen az ingatlan.
Mert mit okozna ez a 10% (~0,5 kW) teljesítményveszteség?
-15 °C külső hőmérséklet és 22 °C belső hőmérséklet mellett a fűtéshez szükséges hőteljesítmény egyenesen arányosan nő a hőmérsékletkülönbséggel, azaz ha 37 K hőmérsékletkülönbség mellett 6 kW szükséges, akkor csak 34 K hőmérsékletkülönbséget tudunk megtermelni, azaz csak 18 °C belső hőmérsékletet fogunk tudni biztosítani.
Nem mindegy, nem igaz?
Tehát HMV használat esetén HMV tartály mérettől és felhasználási szokásoktól függően érdemes 10-20% extra teljesítménnyel számolni.
Hogyan befolyásolja a kiválasztandó teljesítményt a hőleadó rendszer? Hogyan alakul padlófűtés, fan-coil vagy radiátor esetén?
Egy alapos hőveszteség számítás során nem csak a hőveszteséget, de a hőleadó rendszert is méretezzük, mert nem mindegy, hogy 34, 36 vagy 38 °C középhőmérsékletű padlóhőmérséklettel számolunk a fűtés tervezésénél.
A hőszivattyúk jellemzően alacsony előremenő vízhőmérséklettel működnek a leghatékonyabban, ezért különösen jól párosíthatók padlófűtéssel vagy megfelelően méretezett fan-coil rendszerrel. Radiátoros rendszer is működtethető hőszivattyúval, de ellenőrizni kell, hogy a radiátorok az alacsonyabb vízhőmérséklet mellett képesek-e leadni az egyes helyiségek számára szükséges hőmennyiséget.
A különböző hőleadók működését és tervezési szempontjait részletesen bemutatjuk a Hőszivattyús padlófűtés vs radiátoros fűtés: tervezés és előnyök című cikkünkben.
A hőszivattyú berendezések által megtermelhető maximális hőteljesítménye (és főleg a hatékonysága (COP)) nem állandó, több tényezőtől is függ. Az adatlapon megadott névleges teljesítmény általánosságban az A7/W35 érték, azaz 7 °C külső hőmérséklet és 35 °C fűtővíz mellett mért hőteljesítmény. Ebben az esetben a hőforrás és a hőhordozó közeg (víz) közötti hőmérséklet különbség 22 K. Ennél azonban jóval nagyobb hőmérséklet különbségek is jelentkeznek. Minél nagyobb a hőforrás (pl. külső levegő) és a hőhordozó közeg (előremenő fűtési víz) közötti hőmérséklet-különbség, annál kisebb a COP, illetve a maximális teljesítmény.
| Összehasonlítási érték | Padlófűtés (35 °C) | Fan-coil (45 °C) | Radiátor (55 °C) |
|---|---|---|---|
| ERGA06 + EHVX08 hőszivattyú maximális hőteljesítménye -2 °C külső hőmérsékleten) | 6,2 kW | 6,2 kW | 5,3 kW |
| Ua. hőszivattyú max. telj. -10 °C külső hőmérsékleten | 6,0 kW | 6,0 kW | 4,9 kW |
| Ua. hőszivattyú max. telj. -15 °C külső hőmérsékleten | 5,6 kW | 5,5 kW | 4,9 kW |
| Ua. hőszivattyú COP -2 °C külső hőmérsékleten) | 3,15 kW | 2,49 kW | 1,76 kW |
| Ua. hőszivattyú COP -10 °C külső hőmérsékleten) | 2,51 kW | 2,04 kW | 1,39 kW |
| Ua. hőszivattyú COP -15 °C külső hőmérsékleten | 2,14 kW | 1,80 kW | 1,39 kW |
Jól látszik, hogy a hőszivattyú berendezésnek mind a maximális teljesítménye, mind a jósági foka csökken a külső hőmérséklet csökkenésével, illetve az előremenő hőmérséklet növekedésével. Ezért is javasoljuk, hogy hőszivattyús fűtést leginkább felület fűtéshez érdemes kiépíteni.
A méretezés alapjául szolgáló –15 °C külső hőmérséklet mellett már valójában nem képes leadni a méretezett 6 kW teljesítményigényt, nemhogy a 10-20% ráhagyással tervezett HMV termelésre is méretezett teljesítményt. Tehát csupán hőszivattyús üzemmel tervezzük a fűtési igényt kielégíteni, a tervezett hőszivattyú 6 kW –os névleges teljesítménye nem elegendő. Azt a valós teljesítményt kell figyelembe venni, amit az adott tervezési előremenő hőmérséklet és tervezési külső hőmérséklet mellett adódik a hőszükséglet számítás során.
Mi tűnik a logikus következtetésnek?
Válasszunk nagyobb hőszivattyút, hiszen akkor mind a HMV termelés hőigénye, mind a fűtési hőigény le van fedve.
A hőszivattyú ilyetén méretezésével azonban nem feltétlenül járunk jól. Az inverteres hőszivattyúk képesek szabályozni a leadott teljesítményüket, azonban egy minimális teljesítményszint alatt (jellemzően a névleges teljesítmény 30%-a körül) már nem képesek tovább modulálni, innentől ki-be kapcsolásokkal fog üzemelni a rendszer, kicsit mintha nem tudnánk az autóval 25 km/h sebesség alatt egyenletesen haladni, ezért ha 20-szal akarnánk menni, akkor felgyorsítanánk 25-re, majd állóra fékeznénk az autót, majd megint elindulnánk, és felgyorsítanánk 25-re, mindezt olyan periódusokkal, hogy a végén 20 km/h átlagsebesség adódjon ki. Mind fogyasztásban, mind élettartamban hátrányosabb ez a fajta üzem.
Jellemzően a mai, jó energetikájú házaknál tartósan 12 °C alatti hőmérséklet esetén szükséges bekapcsolni a fűtést, addig a belső hőnyereség kipótolja a ház hőveszteségét. A fűtési idény során az idő legtöbbet az 5-12 °C külső hőmérséklet közötti tartományban van, azaz minél inkább el kell kerülni a berendezés túlméretezését, hogy a lehető legkevesebb ki-be kapcsolásos üzemet okozzuk. A jól méretezett hőszivattyúk esetén a bekapcsolások és az üzemórák hányadosa 0,5 – 2 közé esik.
Mi tehát a javaslat?
Mi ebben a helyzetben az alábbi javaslatot szoktuk tenni: méretezzük a hőszivattyút -7 °C külső hőmérséklet melletti teljes fűtés és HMV ellátásra. Az ennél hidegebb órákra pedig a hőszivattyúban beépített fűtőszál segítségével elektromosan adjunk plusz (1-es COP-jú) fűtést a rendszernek.
-7 °C külső hőmérséklet mellett 20%-kal alacsonyabb a fűtési igény, mint –15 °C-nál, ami azt jelenti, hogy a példa ingatlan esetén a 6 kW névleges teljesítményű egység megfelelő választás, és 2-6 kW fűtőszál bekötésével a leghidegebb napokon is ki tudjuk fűteni az ingatlant.
Milyen extra költséget és feladatot jelent ez?
A hőszivattyú számára nem elegendő 1×25 A betápot kiépíteni, a fűtőszálnak további 1-2-3×10 A áram szükséges (2-4-6 kW)
Alulméretezett hőszivattyú esetén milyen veszély fenyeget?
Túl sokat fog működni a fűtőszál, magas üzemeltetési költséget okozva, szélsőséges esetben még az ingatlant sem fogja kifűteni.
Túlméretezett hőszivattyú esetén milyen veszély fenyeget?
A hőszivattyú gyakori ki-be kapcsolása az őszies-tavaszias napokon nehézzé teszi a belső hőmérséklet pontos és komfortos szabályozását, magasabb fogyasztást és várhatóan korábbi tönkremenetelt okoz.
Ezért nagyon fontos, hogy a berendezést ne hasraütésszerűen, hanem szakemberekkel együttműködésben tervezzük meg és építsük ki.
A megfelelő az egyéni igényekhez méretezett
A hőszivattyú méretezése során három egymásra épülő szintet érdemes elkülöníteni. Az alapterület és egy tájékoztató W/m² érték segítségével gyorsan megbecsülhetjük a szükséges teljesítmény nagyságrendjét. A tényleges tervezési hőigényt azonban már az épület hőveszteség-számítása adja meg. Ezután a konkrét hőszivattyút a gyártói teljesítményadatok, a szükséges előremenő vízhőmérséklet és a teljes gépészeti rendszer figyelembevételével lehet kiválasztani.
A jól megtervezett hőszivattyús rendszer az épület hőigényét, a hőleadókat, a használati melegvíz-igényt, a szabályozást és magának a berendezésnek a működését egységként kezeli. Ha szeretné megtalálni a családi háza igényeihez valóban illeszkedő hőszivattyú típust, keresse a SMARTAIR csapatát!