Pompy ciepła

Pompy ciepła są odwrotnością lodówek. Dotknij tyłu obudowy swojej lodówki – jest ciepła.

Lodówka oddaje ciepło z jednego miejsca (swojego wnętrza) w inne (na tył obudowy). Można więc ogrzać budynek, wywracając lodówkę na drugą stronę – umieść wnętrze lodówki w ogrodzie, w ten sposób ochładzając ogród i zostaw tylną ściankę lodówki w kuchni, tym samym ogrzewając dom. Mało kto wie, że ten zabawny pomysł jest naprawdę skutecznym sposobem ogrzania domu. Używając jednego kilowata energii z sieci „lodówka na odwrót”, może wpompować 3 kilowaty ciepła z ogrodu, co oznacza, że do domu dostają się 4 kilowaty ciepła. Pompy ciepła są więc na oko 4 razy bardziej efektywne energetycznie niż standardowy grzejnik elektryczny. Jeżeli efektywność grzejnika wynosi 100%, efektywność pompy ciepła wyniesie 400%.

Efektywność pompy ciepła najczęściej definiuje się za pomocą współczynnika wydajności (CoP). Jeżeli efektywność wynosi 400%, współczynnik wydajności CoP wynosi 4.

Pompy ciepła można montować na różne sposoby (Rys. 21.10.) Pompa ciepła może ochładzać powietrze w Twoim ogrodzie za pomocą wymiennika ciepła (zazwyczaj jest to mniej więcej metrowe białe pudełko – patrz: Fot. 21.11.) – w takim wypadku mamy do czynienia z powietrzną pompą ciepła. Opcjonalnie, pompa ciepła może ochładzać grunt za pomocą podziemnego systemu rur (długich na wiele dziesiątków metrów) – w tym wypadku mamy do czynienia z gruntową pompą ciepła. Ciepło można również pompować z rzek i jezior.

Niektóre pompy ciepła pompują ciepło dwukierunkowo. Kiedy powietrzna pompa ciepła działa w drugim kierunku, to używa prądu, by ogrzać powietrze na zewnątrz i schłodzić powietrze wewnątrz budynku. To klimatyzacja. Wiele systemów klimatyzacji to w gruncie rzeczy pompy ciepła, pracujące właśnie w taki sposób. Gruntowe pompy ciepła również mogą działać jako klimatyzacja.

Tak oto jedno urządzenie może ogrzewać dom zimą i chłodzić latem.

Niektórzy twierdzą, że gruntowe pompy ciepła wykorzystują energię geotermalną.

To nie tak. Jak widzieliśmy w Rozdziale 16., energia geotermalna w większości miejsc na świecie dostarcza zaledwie strużkę mocy na jednostkę powierzchni (jakieś 50 mW/m2); pompy ciepła nie mają nic wspólnego z tą strużką i mogą służyć zarówno do ogrzania, jak i schłodzenia budynku. Pompy ciepła po prostu wysysają ciepło z gruntu albo je tam zrzucają. Nawet jeżeli stale wysysają ciepło z gruntu, grunt jest stale ogrzewany przez słońce.

W tym rozdziale musimy jeszcze zrobić dwie rzeczy: porównać pompy ciepła z kogeneracją i zdiagnozować ograniczenia gruntowych pomp ciepła.

Pompy ciepła w porównaniu z kogeneracją

Wydawało mi się kiedyś, że korzyści z kogeneracji są oczywiste. „To przecież jasne, że powinniśmy używać ciepła zrzucanego z elektrowni do ogrzewania budynków, zamiast wypluwać je wieżą chłodniczą!” Niemniej jednak, przyjrzawszy się uważnie liczbom dotyczącym funkcjonujących systemów kogeneracyjnych, doszedłem do wniosku, że istnieją lepsze sposoby produkowania energii elektrycznej i cieplnej.

Posłużę się wykresem, który zbuduję trzyetapowo. Wykres pokaże, ile energii elektrycznej lub cieplnej można pozyskać z energii chemicznej. Oś pozioma zilustruje sprawność elektryczną, a oś pionowa – sprawność cieplną.