Ha hőszivattyús rendszer kiépítésére kérünk ajánlatot, könnyen találkozhatunk egymásnak látszólag ellentmondó megoldásokkal. Az egyik kivitelező puffertartályt tervez a hőszivattyú mellé, a másik szerint arra egy modern, inverteres gépnél egyáltalán nincs szükség. Ráadásul abban sincs feltétlenül egyetértés, hogy ha kell puffer, akkor 50, 100 vagy éppen 200 literes legyen.
Ennek egyszerű oka van: hőszivattyú esetén nincs minden esetben szükség puffertartályra, és nincs minden hőszivattyús rendszerre érvényes puffertartály-méret.
Azt, hogy kell-e puffertartály hőszivattyúhoz, többek között a kiválasztott hőszivattyú gyártói előírásai, minimális teljesítménye és szükséges térfogatárama, a fűtési rendszer víztérfogata, a hőleadók típusa, a zónaszabályozás és a teljes rendszer hidraulikai kialakítása határozza meg. A puffer kiválasztása tehát a hőszivattyús rendszer tervezésének része.
Mi az a puffertartály, és mit csinál egy hőszivattyús rendszerben?
A puffertartály lényegében egy vízzel töltött, hőszigetelt tartály, amely a hőszivattyús fűtési – illetve megfelelő kialakítás esetén hűtési – rendszer része. Segítségével növelhető a rendszerben keringő víz mennyisége, de kialakítástól függően hidraulikai feladatot is elláthat.
Ez azért fontos, mert a hőszivattyú működéséhez a berendezésnek megfelelő mennyiségű, folyamatosan keringtethető vízre és megfelelő térfogatáramra is szüksége lehet. Egy megfelelően kialakított puffer hozzájárulhat ahhoz, hogy ezek a feltételek akkor is fennmaradjanak, amikor például a helyiségenkénti szabályozás miatt több fűtési kör lezár.
Fontos ugyanakkor, hogy a puffertartály nem egyenlő a használati melegvíz-tartállyal (HMV-tartály). A puffertartályban a fűtési/hűtési rendszer közege található, míg a HMV-tartály feladata a csapoknál, zuhanynál és más vízvételi helyeken felhasznált meleg víz biztosítása.
Puffertartály vs. HMV-tartály
| Puffertartály | HMV-tartály |
|---|---|
| A fűtési/hűtési rendszer közegét tárolja | Használati meleg vizet tárol |
| A gépészeti rendszer működését segíti | A melegvíz-ellátást biztosítja |
| Növelheti a rendszer effektív víztérfogatát | A háztartás melegvíz-igényéhez méretezik |
| Bizonyos kialakításban hidraulikai leválasztást is végezhet | Nem ez a feladata |
Miért kerül puffertartály a hőszivattyú mellé?
Egy hőszivattyús rendszerben több különböző oka lehet a puffertartály alkalmazásának.
Megfelelő rendszervíz-térfogat biztosítása
A hőszivattyú gyártója meghatározhatja, hogy a berendezés működéséhez mekkora minimális víztérfogatnak kell rendelkezésre állnia. A fűtési rendszerben már eleve van víz, a kérdés ezért az, hogy a rendszer garantáltan rendelkezésre álló víztérfogata eléri-e a berendezés által megkövetelt értéket minden releváns üzemállapotban.
A különböző hőszivattyúk között ebben jelentős eltérés lehet. A gyártói dokumentációk ezért mindig elsőbbséget élveznek az interneten terjedő általános méretezési szabályokkal szemben.
A gyakori ki-be kapcsolás mérséklése
A második fontos probléma a rövid ciklusú működés, angol szakmai kifejezéssel short cycling. Tegyük fel, hogy a hőszivattyú az adott pillanatban legalább 3 kW hőteljesítményt képes leadni, miközben az épületből éppen csak 1 kW hőteljesítményre van szükség. A fennmaradó energiát valahová át kell adni. Ha kevés víz van a rendszerben, annak hőmérséklete gyorsan megemelkedik, a hőszivattyú eléri a kikapcsolási feltételt és leáll. Nem sokkal később újra elindulhat.
A korszerű inverteres hőszivattyúk képesek teljesítményüket bizonyos tartományban csökkenteni, de ennek is van alsó határa. Különösen átmeneti időszakban, illetve sok kis fűtési zóna esetén fordulhat elő, hogy az aktuális hőigény a hőszivattyú minimális teljesítménye alá esik.
Ez azonban nem jelenti azt, hogy egy puffertartállyal korrigálható bármilyen rosszul méretezett hőszivattyú. A jelentősen túlméretezett gép problémájára a puffer legfeljebb részleges műszaki válasz lehet.
A leolvasztás támogatása levegő-víz hőszivattyúnál
Hideg, párás időben a levegő-víz hőszivattyú kültéri hőcserélőjén dér, majd jég képződhet. Ezt a berendezésnek időnként le kell olvasztania, amihez energia szükséges, amelyet a rendszerből vesz fel. A megfelelően rendelkezésre álló víztérfogat ezért a defrost, azaz leolvasztási folyamat szempontjából is lényeges lehet.
Hidraulikai leválasztás
A puffertartálynak lehet egy másik, a puszta víztérfogat-növeléstől eltérő feladata is: megfelelő bekötés esetén hidraulikailag elválaszthatja a hőszivattyús primer és a hőleadói szekunder kört. Erre összetettebb rendszereknél lehet szükség: több, egymástól független fűtési kör, több keringetőszivattyú vagy eltérő térfogatáramot igénylő hőleadók alkalmazása esetén.
Fontos azonban, hogy a puffertartály és a hidraulikus váltó fogalma nem azonos. Az, hogy egy tartály hidraulikai leválasztást is biztosít-e, a kialakításától és bekötésétől függ.
Padlófűtéshez kell puffertartály?
A padlófűtés különösen jó párja a hőszivattyúnak, mert nagy hőleadó felülettel és alacsony előremenő vízhőmérséklettel működik. Emellett a hosszú csőhálózat miatt maga a padlófűtési rendszer is jelentős víztérfogattal rendelkezhet, az épületszerkezet pedig nagy hőtároló tömeget jelent.
Ezért egy megfelelően kialakított padlófűtéses rendszerben előfordulhat, hogy nincs szükség külön puffertartályra pusztán azért, hogy növeljük a víztérfogatot. A kérdés azonban bonyolultabbá válik, ha minden helyiség külön termosztátot kap, és a termosztátok motoros szelepmozgatókkal zárják a padlófűtési köröket. Ilyenkor hiába nagy a teljes rendszer elméleti víztérfogata, a hőszivattyú számára ténylegesen hozzáférhető vízmennyiség és térfogatáram jelentősen lecsökkenhet.
A Daikin telepítési dokumentációja külön felhívja a figyelmet arra, hogy ha távolról vezérelt szelepek szabályozzák az egyes fűtési/hűtési köröket, a minimális előírt víztérfogatot akkor is garantálni kell, amikor a szelepek lezárnak.
Ha részletesebben érdekel, miért működik különösen jól együtt a két technológia, erről a Hőszivattyús padlófűtés vs radiátoros fűtés: tervezés és előnyök című cikkünkben írunk részletesen.
Radiátor vagy fan-coil mellett más lehet a helyzet
Radiátoros és különösen fan-coilos rendszereknél a rendelkezésre álló víztérfogat kisebb lehet, mint egy kiterjedt padlófűtési rendszerben. Emiatt a puffertartály alkalmazása is gyakrabban kerülhet szóba.
Hőleadók és a puffertartály szükségessége
| Hőleadó | Jellemző rendszer-tulajdonság | Puffer szempontjából |
|---|---|---|
| Padlófűtés | Nagy felület, jelentős víztérfogat és tehetetlenség | Gyakran megoldható külön puffer nélkül |
| Radiátor | Kialakítástól erősen függő víztérfogat | Egyedi vizsgálat szükséges |
| Fan-coil | Jellemzően kisebb víztérfogat, gyors szabályozás | Gyakrabban lehet szükség többlet-víztérfogatra |
Ez azonban csak általános tendencia. A konkrét rendszer méretezését nem helyettesíti.
Hőszivattyú puffer mérete: hány literes tartály kell?
Ha például 8 kW-os hőszivattyút választunk, akkor hány literes puffer kell hozzá? A kW alapján nem lehet szakmailag megalapozott választ adni.
Jól mutatja ezt néhány valós példa. A Daikin Altherma dokumentáció az adott rendszer kialakításától függően 20 vagy 80 literes minimális víztérfogatot határoz meg, míg más Daikin modelleknél ettől eltérő értékekkel találkozhatunk. Vagyis még a gyártói előírásokból sem vezethető le univerzális „X liter/kW” szabály.
Mitől függ akkor a hőszivattyú puffer mérete?
A tervezőnek többek között ismernie kell:
- a hőszivattyú teljesítménytartományát és minimális leadható teljesítményét
- a gyártó által előírt minimális rendszervíz-térfogatot
- a gyártó által előírt minimális térfogatáramot
- a csőhálózatban és hőleadókban lévő vízmennyiséget
- a hőszivattyú kívánatos minimális működési idejét
- a megengedett vízhőmérséklet-változást
- a zónák számát és szabályozását
- a fűtési és esetleges hűtési üzemet
- a rendszer teljes hidraulikai kialakítását
Ezért nem lehet a puffer méretét a ház alapterületéből sem meghatározni. Két egyaránt 120 m²-es, hasonló hőigényű családi ház közül az egyikben lehet egyetlen nagy padlófűtési rendszer, míg a másikban több külön szabályozott radiátoros vagy fan-coilos kör. A hőszivattyú szempontjából a két hidraulikai rendszer egészen másként viselkedik.
Hogyan számítható ki a szükséges puffertérfogat?
A méretezés mögötti fizika megértéséhez érdemes a víz hőtároló képességéből kiindulni: Q = m × c × ΔT
ahol Q a tárolt hőenergia, m a víz tömege, c a víz fajhője, ΔT pedig a víz hőmérséklet-változása.
Egy liter víz tömege közelítőleg egy kilogramm, a víz fajhője pedig körülbelül 4,19 kJ/(kg·K). Ebből következik, hogy 100 liter víz 5 °C-os hőmérséklet-emelkedéssel körülbelül 0,58 kWh hőenergiát képes felvenni.
Nézzünk egy leegyszerűsített példát.
Tegyük fel, hogy egy inverteres hőszivattyú az adott körülmények között minimum 3 kW teljesítményre képes leszabályozni. Az aktív fűtési zóna eközben 1 kW hőt vesz fel. A rendszernek tehát 2 kW „többletet” kell ideiglenesen elnyelnie.
Ha legalább 10 perces folyamatos működést szeretnénk biztosítani, ez 2 kW × 10/60 óra = 0,333 kWh tárolandó hőenergiát jelent.
Ha 5 °C hőmérséklet-változást engedünk meg, akkor ehhez közelítőleg: 0,333 ÷ (1,163 × 5 / 1000) ≈ 57 liter effektív víztérfogat szükséges.
Ez azonban még mindig nem azt jelenti, hogy 57 literes puffert kell vásárolni. Ha az adott üzemállapotban a csövekben és a mindig nyitott hőleadókban például már 35 liter víz áll garantáltan rendelkezésre, akkor a hiányzó effektív térfogat jóval kisebb.
A példa célja nem az, hogy házilag méretezzük ki a tartályt, hanem az, hogy látható legyen: a pufferméretezés mögött konkrét hőtechnikai és hidraulikai összefüggések vannak, nem pusztán egy liter/kW ökölszabály.
Lehet túl nagy a puffertartály?
Igen. Ahogy a hőszivattyúnál, úgy a puffertartály esetében sem igaz, hogy „inkább legyen nagyobb, abból baj nem lehet”. A nagyobb tartály több helyet foglal, drágább, és nagyobb felületen veszít hőt. Emellett a feleslegesen nagy víztömeg megváltoztathatja a rendszer dinamikáját és reakcióidejét.
Hőszivattyúnál általában az a cél, hogy a rendszer a lehető legalacsonyabb szükséges vízhőmérséklettel, hatékonyan és stabilan üzemeljen. A megfelelő méret az, amelyik a konkrét hidraulikai és üzemviteli feladatot ellátja.
A puffertartály bekötése is számít
Ugyanaz a tartály eltérően viselkedhet attól függően, hogyan kapcsolódik a rendszerhez.
Az egyik lehetőség, hogy a puffer sorosan kapcsolódik a rendszerbe, és elsősorban a rendelkezésre álló víztérfogat növelése a feladata. Más kialakításnál a hőszivattyú és a hőleadói rendszer külön hidraulikai kört alkot, a puffer pedig a kettő között hidraulikai leválasztást is biztosít.
Ha kizárólag az effektív víztérfogat növelése szükséges, nem feltétlenül ugyanarra a kialakításra van szükség, mint amikor primer és szekunder körök hidraulikai leválasztását is meg kell oldani.
Ronthatja a puffertartály a hőszivattyú hatásfokát?
Egy megfelelően megtervezett puffer szükséges vagy hasznos része lehet a rendszernek, de ez nem azt jelenti, hogy a puffertartály növeli a COP-ot vagy csökkenti a villanyszámlát.
A rosszul kialakított rendszer éppen ellenkező hatást is kiválthat. A tartály hőt veszít a környezetének, a hidraulikai leválasztásnál pedig nem megfelelő térfogatáramok esetén keveredés alakulhat ki. Ha emiatt a hőszivattyúnak magasabb vízhőmérsékletet kell előállítania, az ronthatja a hatásfokot.
A hőszivattyúnál a puffer célja az, hogy a hőszivattyú számára kedvező működési feltételeket biztosítsunk a lehető legalacsonyabb szükséges vízhőmérséklet mellett.
7 kérdés, amit érdemes feltenni a kivitelezőnek a pufferről
Ha több hőszivattyús ajánlatot hasonlítasz össze, érdemes megkérdezni:
- Miért szükséges – vagy miért nem szükséges – ebben a rendszerben puffertartály?
- Mekkora minimális víztérfogatot ír elő a kiválasztott hőszivattyú gyártója?
- Mekkora a rendszer garantáltan rendelkezésre álló víztérfogata puffer nélkül?
- Meddig tud leszabályozni a kiválasztott hőszivattyú?
- Mi történik, amikor a termosztátok lezárják a fűtési körök egy részét?
- A puffer kizárólag térfogatnövelő szerepet kap, vagy hidraulikai leválasztást is végez?
- Milyen számítás vagy gyártói előírás alapján választották ki a tartály méretét?
A leggyakoribb hibák puffertartály választásakor
A legfontosabb tévhitek két szélsőséges állítás körül csoportosulnak. Az egyik szerint minden hőszivattyúhoz kötelező puffer, a másik szerint modern inverteres hőszivattyúhoz soha nincs rá szükség. Egyik sem igaz általánosan.
Hiba lehet az is, ha kizárólag a hőszivattyú névleges kW-értéke alapján választjuk ki a puffert, miközben figyelmen kívül hagyjuk a hőszivattyú modulációját, a rendszer meglévő víztérfogatát és a zónaszabályozást.
Ugyancsak problémás lehet a „biztonságból legyen jó nagy” megközelítés, ahogy az is, ha megfelelő méretű tartály kerül ugyan a rendszerbe, de rossz hidraulikai bekötéssel.
A legfontosabb kiindulópont minden esetben a konkrét hőszivattyú gyártói dokumentációja és a teljes rendszer gépészeti terve.
Ha még a hőszivattyú kiválasztása előtt állsz, a különböző technológiák összehasonlításához a Hőszivattyú-típusok teljes útmutatója – levegő-víz, levegő-levegő, geotermikus, hibrid című cikkünk nyújt további segítséget.
Összefoglalva: kell puffertartály a hőszivattyúhoz?
Nem minden hőszivattyúhoz kell puffertartály, és nincs minden rendszerre érvényes pufferméret.
Először meg kell határozni az épület hőigényét, a hőszivattyút és annak működési tartományát, a hőleadókat, a rendszer víztérfogatát, a térfogatáramokat és a szabályozást. Ezek után lehet eldönteni, szükség van-e pufferre, milyen feladatot kell ellátnia, és ehhez mekkora tartály az optimális.