Odnawialne źródła energii - pompy ciepła

Rozwój technologii we wszystkich dziedzinach życia, jest w dzisiejszych czasach rzeczą tak naturalną, że nie sposób aby nie dotyczył także sposobów uzyskiwania ciepła do ogrzania budynku. Jeszcze kilka lat temu celem badań i pracy technologów było doprowadzenie do perfekcji technologii spalania ropopochodnych paliw płynnych i gazowych. Należy jednak pamiętać, że surowce te są bardzo cenne a ich zapasy na ziemi, choć nas to nie dotyczy mogą się kiedyś skończyć.

Dlatego też coraz większym zainteresowaniem cieszą się odnawialne źródła energii - OZE.

Do OZE zaliczamy:

»  kolektory słoneczne,
»  kotły spalające biomasę,
»  urządzenia wykorzystujące biopaliwa (drewno, oleje roślinne, bioalkohole), 
»  elektrownie: wiatrowe, wodne,
»  urządzenia wykorzystujące energię wolnodostępną - pompy ciepła.

Fot. Zestawy solarne Detrisol Ultra Light De Dietrich


Pompy ciepła, mimo że prawie każdy posiada w domu takową - domowa lodówka, należą jeszcze do oryginalnych sposobów ogrzewania. Pierwsze udane próby wykorzystania pompy ciepła do ogrzewania miały miejsce na początku XIX wieku. Mimo szybkiego rozwoju podstaw teoretycznych i technologii produkcji pomp ciepła, nie weszły one wtedy do powszechnego użytku; na przeszkodzie stanęła nieograniczona jak wtedy sądzono obfitość i niska cena paliw kopalnych (węgla, gazu, ropy naftowej).

Istota działania pompy ciepła polega na wykorzystaniu zasobów energii naturalnej, której źródłem może być powietrze atmosferyczne, grunt, wody powierzchniowe lub podziemne. Pompa ciepła (podnosi) pobiera energię cieplną z tych źródeł i przenosi ją do ogrzewanego obiektu. Pompy ciepła mają zastosowanie w klimatyzacji, systemach centralnego ogrzewania, ogrzewania podłogowego, służą do podgrzewania wody użytkowej.

Fot. Schemat instalacji z pompą ciepła - Junkers


Budowa i zasada działania pompy ciepła podobna jest do działania domowej lodówki, z tą różnicą że “produktem” pompy ciepła jest przeważnie ciepło. Inaczej też optymalizuje się pracę pompy ciepła. Praca pompy ciepła w układzie grzewczym różni się nieco od pracy typowego kotła c.o. Pomijając oczywisty brak komina, należy pamiętać, że maksymalna temperatura zasilania uzyskiwana za pomocą pompy ciepła wynosi najczęściej 55 °C (65°C) - zależy to od konstrukcji pompy ciepła.

Fot. Gruntowa pompa ciepła Junkersa

Drugą ważną cechą każdej pompy ciepła jest to że znakomitą większość energii dostarczanej do układu pobiera ona z tzw. dolnego źródła (DZ) (woda studzienna, z morza, ziemia, powietrze). Oczywiście najkorzystniej jest gdy pompa ciepła jak najwięcej ciepła pobiera z “darmowego” DZ, a jak najmniej energii z sieci elektrycznej. Bardzo ważny jest także optymalny dobór mocy pompy ciepła do konkretnego układu - szczególnie niekorzystne jest dobranie pompy ciepła o za wysokiej mocy. Stosunek energii dostarczonej do pobranej z sieci nazywany jest COP, jest to najważniejszy parametr pompy ciepła - określa miarę sprawności cieplnej urządzenia. Im jest on wyższy, tym wydajniej pracuje pompa ciepła. Współczynnik COP zależy prawie wyłącznie od różnicy temperatur; między którymi pompa ciepła transportuje ciepło. Oczywiste jest, że pompa ciepła zużyje blisko dwukrotnie mniej energii podnosząc ciepło z poziomu 10 °C na poziom 35 °C, niż z poziomu -5 °C na poziom 45 °C.

Fot. Pompa ciepła Junkers
 

Porównując parametry oferowanych na rynku pomp ciepła należy zawsze zwrócić uwagę na temperatury przy jakich dane wyniki są osiągane - przeważnie okaże się że osiągi różnych pomp ciepła sprowadzone do tych samych temperatur różnią się tylko nieznacznie! W typowych układach pracy pompy ciepła za zadowalające uważa się osiąganie wsp. COP = 3 przy ogrzewaniu c.w.u. do 50 °C i COP = 4,5 przy ogrzewaniu odbiornika o temp odbioru 35 °C. Można powiększyć wsp. COP nawet do 7, ale należy wtedy zapewnić stosunkowo wysoką temperaturę dolnego źródła (co nie zawsze jest możliwe i ekonomicznie uzasadnione), i jak najniższą temperaturę odbioru ciepła (co prawie zawsze jest możliwe).