Technologia pomp ciepła może przynieść Europie znaczne korzyści ekonomiczne, środowiskowe i energetyczne. Pompy ciepła wykorzystują energię odnawialną i mogą być najbardziej efektywną technologią ogrzewania i chłodzenia.
Pompy są instalowane w większej liczbie dopiero od niedawna, podczas gdy podstawowa koncepcja istnieje już od ponad 150 lat. Technologia ta staje się kluczowym elementem mixu energetycznego w zakresie zmniejsznia emisji CO2 w sferze ogrzewania i chłodzenia w przemyśle oraz w gospodarstwach domowych. Warto zauważyć, że transformacja energetyczna nie jest w zasadzie wyzwaniem technologicznym, ale raczej kwestią polityki i podnoszenia świadomości.
Niniejszy raport specjalny rzuca światło na podstawowe zasady technologii, zastosowane źródła odnawialne, osiągane korzyści finansowe i energetyczne, modele biznesowe oraz nietechniczne korzyści dla środowiska i społeczeństwa.
Sprawozdanie to pokazuje jaką funkcję pompy ciepła odgrywają w obniżeniu emisyjności sektorów ogrzewania i chłodzenia, wyjaśniają także dlaczego technologia pomp ciepła może być ważnym elementem dla europejskiego systemu energetycznego w przyszłości.
POBIERZ CAŁY RAPORT NA TEN TEMAT ehpa-white-paper-111018 (1)
Pompy ciepła. Technologia i zalety ich wykorzystania
Pompy ciepła zapewniają wodę grzewczą, chłodzącą i ciepłą do budynków mieszkaniowych, handlowych oraz zastosowań przemysłowych. Przekształcają energię zewnętrzną z powietrza (energia aerotermalna), gruntu (energia geotermalna) oraz wody (energia hydrotermalna), a także nadmiar ciepła z budynków i procesów na użyteczną energię cieplną. Taka konwersja odbywa się za pomocą czynnika chłodniczego, który jest stosowany także w chłodziarkach i systemach klimatyzacji.
Pompy ciepła są technologią wydajną i sprawdzoną w działaniu. Ich typowa moc mieści się w zakresie 2–20 kW w przypadku domów jednorodzinnych, do 100 kW w przypadku wielorodzinnych budynków mieszkalnych, a nawet więcej w instalacjach przemysłowych. Przemysłowe i grzewcze pompy ciepła osiągają moc rzędu kilku MW.
Działanie urządzenia przy dostępnej nadwyżce energii elektrycznej oraz magazynowanie tej nadmiarowej energii w postaci ciepła pozwala skutecznie reagować na zapotrzebowanie w systemie elektrycznym i zwiększyć udział odnawialnej energii elektrycznej. Więcej na ten temat czytaj tutaj.
Jaka jest efektywność pomp ciepła?
Powietrzna pompa ciepła (ASHP) wytwarza zwykle około 3 kW energii cieplnej na każdy 1 kW zużytej energii elektrycznej, co daje efektywną “sprawność” 300 proc.
Zgodnie z zasadami termodynamiki nie jest możliwe żeby sprawność była większa od 100 proc., gdyż oznaczałoby to, że więcej energii zostało wytworzone niż było wprowadzone do układu. Z tego powodu osiągi wyraża się za pomocą współczynnika efektywności (COP) a nie sprawności. Można, zatem powiedzieć, że w powyższym przykładzie współczynnik efektywności wynosi 3.
Powodem, dlaczego wydaje się, że wytworzona energia jest większa od zużytej jest to, że jedyną energią “posiadającą wartość” jest energia elektryczna używana do napędu sprężarki i pomp cyrkulacyjnych. Pozostała część energii jest po prostu pobierana ze źródła ciepła, które w innym przypadku nie byłoby wykorzystane (jak otaczające powietrze, grunt lub rzeka) nie jest, więc traktowana, jako wkład energii.
Powszechnie używanym terminem opisującym efektywność pompy ciepła jest współczynnik efektywności (COP) natomiast, aby można było porównywać działanie różnych modeli pomp w odmiennych warunkach wprowadzono różne miary efektywności.
- Sezonowy wskaźnik efektywności (SCOP). Stosowany głównie do powietrznych pomp ciepła (ASHP) jest miarą wydajności pompy ciepła w trybie grzania w ciągu roku, uwzględniając zmieniające się temperatury powietrza. W Europie wyróżnia się trzy strefy klimatyczne zdefiniowane w normie PN-EN 14825:2012.
- Sezonowy Współczynnik Efektywności Energetycznej (SEER). Stosowany głównie do powietrznych pomp ciepła (ASHP) jest miarą wydajności pompy ciepła w trybie chłodzenia w ciągu roku, uwzględniając zmieniające się temperatury powietrza.
- Współczynnik efektywności energetycznej (EER). Jest to miara stosunku dostarczonej energii cieplnej do całkowitej mocy elektrycznej urządzeń pomocniczych, jak wentylatory, pompy i układ regulacji.
- Sezonowy współczynnik efektywności (SPF). Jest to najbardziej przydatny parametr, ponieważ jest on miarą stosunku energii cieplnej dostarczonej e ciągu roku do całkowitego zużycia energii elektrycznej.
Niemniej, podobnie jak w przypadku innych postaci energii odnawialnej, która jest darmowa, a jej źródła są praktycznie nieograniczone tym, co faktycznie ma znaczenie, jest całkowity koszt generacji a nie efektywność.
Dla porównania, sprawność innych form wytwarzania energii cieplnej jest następująca:
- Kocioł kondensacyjny opalany gazem/olejem opałowym: sprawność 90-96%
- Kocioł tradycyjny opalany gazem/olejem opałowym: sprawność 70-80%
- Bezpośrednie ogrzewanie elektryczne: sprawność 35-45% (z uwzględnieniem strat generacji, przesyłu i dystrybucji).
Ze wzrostem różnicy temperatury wejściowej i wyjściowej pompy ciepła zwiększa się także wymagane ciśnienie sprężarki, a zatem współczynnik efektywności COP maleje. Trzeba, zatem wiedzieć, dla jakiej temperatury znamionowej pompa jest przewidziana i w jakim zakresie temperatur będzie eksploatowana. Więcej na ten temat czytaj tutaj.
