Pompy ciepła po latach… Temperatura na wysokim poziomie.

zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

W ciągu ostatnich 10 lat, jak grzyby po deszczu, zaczęły powstawać firmy zajmujące się dystrybucją pomp ciepła, które oparte są w większości na swoich zachodnich „matkach”. Przeważnie są to firmy, które dystrybucją i produkcją pomp ciepła zajęły się stosunkowo niedawno, wyczuwając zbliżającą się koniunkturę na polskim rynku. W ślad za tym zaszła konieczność szybkiego uzupełnienia kadry doradców technicznych. Szkolenia tej kadry skoncentrowane są szczególnie na osiągnięciu jak największego efektu finansowego, niekoniecznie związanego z pogłębieniem wiedzy technicznej. Efektem tego jest oferowanie systemów o jak najniższej cenie, które w praktyce nie pokrywają się z  oczekiwanymi efektami techniczno-ekonomicznymi.

Poprawiła się nieco jakość wykonawstwa firm instalacyjnych, jednak w dalszym ciągu instalacji podejmują się firmy niemające przygotowania technicznego i organizacyjnego do instalacji systemów grzewczych z pompami ciepła oraz nienadążające za wymaganiami dotyczącymi jakości i estetyki nowoczesnego wykonawstwa. Wynika to częściowo z bezwzględnych reguł konkurencji, zmuszających wykonawców do oferowania jak najniższych kosztów inwestycji i w ślad za tym – montowania materiałów jak najtańszych o jakości poniżej przyjętej w ofercie. Częstym przypadkiem jest też chęć osiągnięcia nieuzasadnionych oszczędności kosztem jakości materiałów.

Odnośnie technologii pomp ciepła oferuje się obecnie szereg nowszych rozwiązań pomp ciepła o wyższej temperaturze zasilania, z możliwością chłodzenia i  o niższym poziomie głośności. Zasadnicze zmiany zaszły jednak w cenach nośników energii. W moich pierwszych artykułach przy obliczaniu kosztów ogrzewania zakładałem wzrost cen oleju czy gazu. Nie przypuszczałem jednak, że będzie to aż tak gwałtowne. Dla zobrazowania: cenę oleju opałowego w 2002 r. przyjmowałem 1,5zł/l, obecnie wynosi ona prawie 4,0. Wzrost ceny energii elektrycznej pokrywa się w przybliżeniu z moimi prognozami. Dlatego relacje te wpłynęły między innymi na zwiększony popyt na pompy ciepła.

Nowy cykl moich artykułów będzie uaktualnieniem wiedzy o zebrane w międzyczasie doświadczenia i rozwój technologii.

Ogrzewanie i pompa ciepła
Jedną z podstawowych potrzeb życiowych człowieka jest komfort cieplny. Za zapewnienie tego komfortu odpowiedzialne są systemy grzewcze i klimatyzacyjne. W naszej strefie klimatycznej szczególne znaczenie mają systemy grzewcze. Podstawowym źródłem wytwarzania energii cieplnej w chwili obecnej są systemy oparte bezpośrednio na spalaniu paliw stałych, płynnych czy gazowych. W związku z szybkim wzrostem cen tych paliw wzrosło zainteresowanie wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii. Jednym ze sposobów ich wykorzystania są systemy grzewcze oparte na pompie ciepła.

Co to jest „pompa ciepła”
Potencjał energii cieplnej pochodzącej z promieniowania słonecznego jest w naszym środowisku naturalnym bardzo duży i praktycznie niewyczerpalny. Do bezpośredniego wykorzystania tej energii jedynym problemem jest dostępny poziom temperatur. O ile w okresach dużego nasłonecznienia można ją wykorzystać do bezpośredniego ogrzewania, o tyle w okresach jego osłabienia, szczególnie w sezonie grzewczym, jej osiągane temperatury są niewystarczające do zasilania systemów grzewczych.

Jednym z urządzeń, które umożliwia podniesienie tej temperatury, jest, jak sama nazwa wskazuje, pompa ciepła. Zasada działania polega na przemianach termodynamicznych czynnika roboczego odbierającego ciepło o niskim poziomie temperatury ze środowiska naturalnego i oddającego je do systemu grzewczego o wyższej temperaturze. Dla zapewnienia tego procesu konieczne jest dostarczenie energii do napędu sprężarki. Najczęściej  napędzana jest ona silnikiem elektrycznym.

Tradycyjne odbiorniki ciepła dobierane były na wysokie temperatury, najczęściej 90/70 z malejącą tendencją ze względu na komfort cieplny. Dla konwencjonalnych pomp ciepła są one nieosiągalne ze względu na konstrukcję, czynnik roboczy i sprawność urządzenia. Im niższa wymagana temperatura zasilania ogrzewania, tym wyższa sprawność pompy ciepła wyrażana tzw. współczynnikiem COP. Dlatego coraz większą popularnością cieszy się ogrzewanie płaszczyznowe, które oprócz innych zalet nie wymaga wysokich temperatur zasilania.

Koszty ogrzewania
W krajach Europy Zachodniej (jak Niemcy, Szwajcaria, Austria czy Szwecja) systemy grzewcze z pompami ciepła są obecnie najpopularniejszymi systemami ogrzewania budynków mieszkalnych z szybko rosnącą tendencją ogrzewania dużych obiektów o różnym charakterze użytkowania. Istnieje szereg powodów, dlaczego system grzewczy z pompą ciepła nie znajdował dotychczas szerszego zastosowania w Polsce.

W okresie zmian gospodarczych w latach dziewięćdziesiątych ceny paliw stałych i płynnych były stosunkowo niskie. W tych też czasach zaczęto modernizować systemy grzewcze wielu obiektów, przechodząc z przestarzałych systemów z kotłami węglowymi na kotły olejowe czy gazowe. Systemy te w dalszym ciągu pracują poprawnie, lecz wraz z gwałtownym wzrostem cen paliw wzrosły bardzo poważnie ich koszy eksploatacji.

Podobny wzrost kosztów ogrzewania obserwujemy dla obiektów zasilanych z miejskich sieci ciepłowniczych. Powodem tego jest nie tylko wzrost cen paliw, lecz także konieczność modernizacji i rozbudowy przestarzałej sieci przesyłowej. W krajach o wyższym poziomie technologicznym i świadomości ekologicznej alternatywą jest uzyskiwanie ciepła ze spalarni odpadów komunalnych, tzw. spalarni śmieci, czego przykładem jest taka ciepłownia w centrum Zurychu.

Szuka się więc obecnie innych rozwiązań o jak najniższych kosztach eksploatacyjnych i jednym z takich rozwiązań są systemy z pompą ciepła. Rachunek ekonomiczny, szczególnie dla nowo projektowanych budynków, jest bardzo prosty. Nawet przy wysoko oprocentowanym kredycie, spłacając raty i koszy energii elektrycznej pobieranej przez pompę ciepła, płacimy już w pierwszym roku mniej niż za np. olej opałowy lub ciepło z miejskiej sieci ciepłowniczej. Relacje w stosunku do gazu ziemnego są jeszcze obecnie nieco mniej korzystne.

Instalacje grzewcze
Najkorzystniejszym systemem ogrzewania dla pompy ciepła jest system ogrzewania płaszczyznowego nie wymagający wysokich temperatur zasilania. Temperatura zasilania nie może być jednak za niska, aby zapewnić komfort cieplny w pomieszczeniach o wymaganej wyższej temperaturze wewnętrznej, jak np. łazienki z oknem czy hale basenowe. Ogólnie przyjmuje się parametry czynnika grzewczego dla ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych i biurowych 35/25ºC.

Istnieje jednak możliwość zasilania innych instalacji jak np. ogrzewania grzejnikowego o temperaturze zasilania 55 lub 65ºC, trzeba jednak wziąć pod uwagę, że podwyższenie temperatury zasilania w pompie ciepła o 1ºC powoduje zwiększenie kosztów ogrzewania o ok. 1%.

Problemem z  zainstalowaniem ogrzewania podłogowego w budynkach jednorodzinnych jest taki, że większość adaptowanych projektów typowych przewiduje wysokotemperaturowe ogrzewanie grzejnikowe zasilane z kotła gazowego, przy którym konstrukcja podłogi i przegród budowlanych nie odpowiada wymaganiom dla ogrzewania podłogowego. Wiąże się to ze zmianami projektu budowlanego.

W przypadku instalacji istniejących przystosowanych do wysokotemperaturowego ogrzewania należy rozważyć możliwość wymiany instalacji grzejnikowej lub współpracy pompy ciepła z istniejącym kotłem. Przyniesie to również duże oszczędności w kosztach ogrzewania.

Ekologia
Wg najnowszych badań Krajowej Agencji Poszanowania Energii KAPE zużycie energii pierwotnej (zawartej w paliwach) na ogrzewanie i przygotowanie ciepłej wody wynosi 42% całkowitego zużycia energii. 35% przypada na budownictwo mieszkaniowe. Pozostałe zużycie energii to napędy pojazdów mechanicznych, maszyn przemysłowych, maszyn rolniczych, wytwarzanie energii elektrycznej i inne. Z badań tych wynika więc, że niemal połowa zużycia energii paliw przypada na cele grzewcze. Jest to o ponad dwa razy więcej na jednostkę powierzchni mieszkalnej niż w krajach zachodniej Europy o podobnych warunkach klimatycznych. Powodem takiego stanu jest m.in. wytwarzanie energii cieplnej w generatorach o niskiej sprawności energetycznej. Bliższe dane na ten temat można znaleźć na stronie internetowej www.kape.gov.pl. Generatory te, a szczególnie kotły i piece na paliwa stałe, są źródłem emisji spalin mających główny wpływ na zanieczyszczenie naszego środowiska naturalnego.

Pompy ciepła napędzane są energią elektryczną wytwarzaną w elektrowniach o wysokiej sprawności i  niskiej emisji produktów spalania do atmosfery. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej w elektrociepłowniach węglowych ocenia się na 85%. Sprawność wytwarzania energii cieplnej pompą ciepła ocenia się na 100%. A więc ogólną sprawność wytwarzania energii cieplnej pompą ciepła można przyjąć 85%, co w porównaniu do sprawności indywidualnych kotłów węglowych ok. 20% powoduje zdecydowaną redukcję emisji produktów spalania do atmosfery.

Rodzaje systemów z PC
Warunkiem zastosowania pompy ciepła jest możliwość pobierania ciepła z otaczającego nas środowiska naturalnego. Warunek ten spełniony jest zawsze, lecz w zależności od lokalizacji i przeznaczenia budynku oraz rodzaju instalacji grzewczej można rozróżnić  kilka  podstawowych  systemów jej wykorzystania. A oto niektóre z nich:
* energia cieplna w powietrzu zewnętrznym,
* energia cieplna w gruncie,
* energia cieplna w wodzie gruntowej czy głębinowej,
* energia w wodach powierzchniowych.

Wszystkie te rodzaje energii są pochodną energii promieniowania słonecznego. Z dotychczasowych doświadczeń i analiz ekonomicznych wynika, że najkorzystniejszymi pod względem techniczno-ekonomicznym są systemy z wymiennikami gruntowymi, pomimo pozornie najwyższych kosztów inwestycyjnych.

Wybór systemu ze studniami głębinowym tylko teoretycznie należy do systemu z pompą ciepła o najwyższym współczynniku COP. W praktyce należy uwzględnić pobór energii elektrycznej do napędu pompy głębinowej, spadki temperatury na wymienniku pośrednim oraz koszty ewentualnego uzdatniania wody. W kosztach eksploatacyjnych należy uwzględnić konieczność okresowego czyszczenia wymiennika. Bardzo istotnym czynnikiem jest tu jakość wody. W przypadku zanieczyszczonego wymiennika istnieje niebezpieczeństwo częstego wchodzenia pompy ciepła w stan awarii.

Podobne problemy występują w systemach poboru ciepła z wód powierzchniowych. Dochodzi tu dodatkowo konieczność uzyskania pozwolenia odpowiednich urzędów ochrony środowiska.  Niejasne przepisy różnie przez nie interpretowane, a wynikające często z braku podstawowych wiadomości urzędników o działaniu pomp ciepła,  mogą stanowić dodatkowe utrudnienie.

Wybór optymalnego rozwiązania systemu grzewczego z pompą ciepła zależy jednak od bardzo wielu czynników i do każdego należy podchodzić indywidualnie. Istotnymi czynnikami mającymi wpływ na wybór optymalnego  rozwiązania są:
* charakter budynku,
* stan zaawansowania inwestycji –  istniejący, w budowie czy projektowany,
* stan zaawansowania projektu – budowlany, wykonawczy czy tzw. „budowlano-wykonawczy”,
* plan zagospodarowania terenu,
* wymagania inwestora dotyczące komfortu cieplnego,
* możliwości finansowe inwestora.

Tematem następnego artykułu będzie bliższe porównanie efektów ekonomicznych poszczególnych systemów.

Mirosław Kozłow

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij