Granice rozwoju pomp ciepła

O ile to tylko możliwe, instalatorzy pomp ciepła doradzają montaż pomp gruntowych (pompy ciepła tracą na sprawności, kiedy różnica temperatur pomiędzy wnętrzem a otoczeniem budynku jest wysoka).

Niemniej jednak grunt nie jest nieograniczonym źródłem ciepła. Ciepło musi skądś pochodzić, a grunt nie jest wcale tak dobrym jego przewodnikiem.

Jeżeli wyssiemy ciepło z gruntu zbyt szybko, ten znacznie się oziębi i spadnie wydajność pompy gruntowej.

W Wielkiej Brytanii podstawowym zadaniem pomp ciepła byłoby dostarczenie ciepła budynkom w zimie. Pierwotnym źródłem tego ciepła jest słońce, które ogrzewa grunt bezpośrednio przez promieniowanie i poprzez ogrzane powietrze. Tempo wysysania ciepła z gruntu ograniczają dwa czynniki: zimą nie wolno dopuścić do nadmiernego wychłodzenia gruntu, a ciepło wyssane zimą musi zostać uzupełnione latem. Jeżeli istnieje ryzyko, że naturalne uzupełnienie ciepła latem nie zrekompensuje ubytku ciepła wyssanego zimą, trzeba aktywnie stymulować dogrzanie gruntu – np. poprzez uruchomienie instalacji latem w odwrotną stronę, co wpompuje ciepło do gruntu (a schłodzi dom).

Oprzyjmy się na liczbach. Jak dużo gruntu potrzebuje pompa ciepła? Załóżmy, że jesteśmy w okolicy o dużej gęstości zaludnienia – dajmy na to 6200 osób/ km2 (160 m2 na osobę). To gęstość typowa dla brytyjskich przedmieść. Czy każdy mógłby zainstalować sobie pompę ciepła bez aktywnego dogrzewania gruntu latem? Wyliczenia w Rozdziale E (str. 304) wstępnie temu przeczą: gdyby każdy w okolicy wysysał z gruntu strumień ciepła rzędu 48 kWh dziennie na osobę (to moje szacunki typowego zapotrzebowania na ciepło zimą w Wielkiej Brytanii), grunt skułby lód. Rozsądne tempo ssania, które pozwoli uniknąć nadmiernego wychłodzenia gruntu, to mniej niż 12 kWh dziennie na osobę. Przejście na gruntowe pompy ciepła wymagałoby projektowania domów z porządnymi mechanizmami dogrzewania gruntu latem – po to, by magazynować tam ciepło na zimę. Można by tu wykorzystywać ciepło z klimatyzacji lub ciepło z dachowych kolektorów słonecznych (Drake Landing Solar Community w Kanadzie gromadzi latem w gruncie ciepło słoneczne do użytku w zimie [www.

dlsc.ca]). Powinniśmy jednak założyć, że nie obejdzie się bez wsparcia w postaci powietrznych pomp ciepła – dopiero wówczas otrzymamy tyle ciepła, ile potrzebujemy (tak długo, jak mamy prąd, by zasilić pompy). W Wielkiej Brytanii temperatury powietrza nie spadają znacznie poniżej zera, stąd też obawy, że spadnie wydajność pomp ciepła, są tu mniej uzasadnione niż w Ameryce Północnej lub Skandynawii.

Rynek pomp ciepła w Polsce jest większy niż w Wielkiej Brytanii. Moc zainstalowana w 2008 roku wynosiła 180 MW(c) w 11 tysiącach instalacji (w stosunku do 135 MW(c) w Wielkiej Brytanii). Jednak rynek ten dopiero się kształtuje. Pompy ciepła, aby były efektywne, wymagają wysokich standardów energooszczędności budynków i systemów grzewczych – te zaś są w Polsce bardzo niskie. Ogranicza to mocno możliwość prostego przechodzenia z ogrzewania konwencjonalnego (węglowego lub gazowego) na systemy oparte na pompach ciepła.

W Polsce, inaczej niż w Wielkiej Brytanii, temperatury powietrza spadają znacznie poniżej zera, przez co wydajność pomp ciepła jest niższa niż na Wyspach. Problem ten można rozwiązać, łącząc pompy ciepła z gruntowymi wymiennikami ciepła (czyli biegnącymi pod ziemią rurami, zimą nagrzewającymi wpadające do budynku powietrze, a latem je schładzającymi).

Gruntowych pomp ciepła nie da się stosować w blokach i wieżowcach, dominujących w krajobrazie polskich miast. Tutaj sprawdzą się raczej powietrzne pompy ciepła, a także tradycyjne kogeneracyjne ciepło sieciowe, oparte jednak raczej na biomasie (np. odpadach drzewnych i biogazie), a nie na węglu.

Skonkludujmy, czy można ograniczyć zużycie energii cieplnej? Tak. Czy pozwoli to nam ograniczyć zużycie paliw kopalnych? Tak. Nie zapominając o niskokosztowych inwestycjach w termomodernizację oraz zabiegach z termostatem, powinniśmy zastąpić wszystkie kotły na gaz i węgiel pompami ciepła na prąd – wówczas zużycie energii może spaść do ¼ obecnego poziomu. Naturalnie, taka elektryfikacja zwiększy zużycie prądu. Niemniej jednak, nawet gdyby ta dodatkowa ilość prądu miała pochodzić z elektrowni gazowych, byłoby to znacznie lepsze niż to, co robimy teraz, czyli zwyczajne podpalanie gazu. Pompy ciepła są odporne na energetyczne zwroty akcji – pozwolą nam efektywnie ogrzać budynki, pracując dzięki prądowi z jakiegokolwiek źródła.

Malkontenci twierdzą, że powietrzne pompy ciepła mają nędzny współczynnik wydajności – zaledwie 2 czy 3. Mają nieaktualne dane. Kupując najnowocześniejsze pompy ciepła, możemy liczyć na znacznie lepszy wynik. Inicjatywa, ustawodawcza japońskiego rządu, rozpisana na 10 lat, znakomicie przyczyniła się do poprawy wydajności systemów klimatyzacji. Dzięki tym regulacjom pojawiły się powietrzne pompy ciepła o współczynniku wydajności 4,9; takie pompy potrafią podgrzać nie tylko powietrzne, ale też wodę.

A oto kolejny argument sceptyków. „Jeżeli pozwolimy ludziom montować efektywne energetycznie powietrzne pompy ciepła, latem zrobią sobie z tego klimatyzację”. I co z tego? Tak jak wszyscy nie znoszę zbyt mocno odkręconej klimatyzacji, jednak te pompy ciepła są czterokrotnie bardziej efektywne niż jakikolwiek inny sposób grzania zimą! Pokażcie mi lepszą opcję. Drewniane pelety? No jasne, kilku zbieraczy chrustu może sobie nimi palić. Nie ma jednak tyle drewna, żeby każdy mógł to zrobić. Właściciele lasów niech palą drewnem.

Wszyscy inni niech instalują pompy ciepła.

Rolniczy charakter polskiej prowincji i największy w Europie potencjał biomasy pozwala nam bardziej optymistycznie spojrzeć na kwestie kogeneracji i pomp ciepła. Możemy połączyć oba rozwiązania, wykorzystując źródła kogeneracyjne oparte o paliwa odnawialne (np. mikrobiogazownie), zasilające pompę ciepła. Daje to potencjał nawet pięciokrotnej redukcji zużycia rzeczywistego energii pierwotnej (w paliwach przeznaczonych na rynek ciepła). To rozwiązanie skrojone na miarę rolniczej Polski, gdzie wiele wolnostojących wiejskich domów można ogrzać i oświetlić łatwo dostępną biomasą drzewną i rolniczą.

Czy w polskiej energetyce „małe jest piękne”? Uwzględniwszy powyższe uwarunkowania oraz straty na przesyle prądu z dużych elektrowni, wysokosprawna, „synergiczna” energetyka rozproszona jest perspektywicznym rozwiązaniem dla mniejszych miejscowości.

Powinniśmy też poprawić standardy zużycia energii. Niezależnie od źródła grzewczego, łatwiej ogrzać dom potrzebujący mniej energii – dobrze ocieplony, wyposażony w rekuperator i gruntowy wymiennik ciepła, wykorzystujący do ogrzewania energię słoneczną. Idąc tą drogą, można w domach pasywnych (potrzebujących na ogrzewanie poniżej 15 kWh/m2 rocznie) praktycznie wyeliminować potrzebę ich ogrzewania – wystarcza do tego ciepło mieszkańców i pracujących w domu urządzeń.