Pompy ciepła: ogrzewamy się na mrozie
Jakie są powody, które powstrzymują nas przed wykorzystywaniem ciepła odpadowego do ogrzewania domów? Na przykładzie pomp ciepła, które są szeroko rozpowszechnione na świecie, rozważono trudności z ich wdrożeniem w krajach WNP.
Aby upewnić się, że pompy ciepła istnieją i działają efektywnie, nie trzeba iść daleko. Wystarczy odwiedzić kuchnię i zajrzeć do lodówki. Wewnątrz panują ujemne temperatury, a gorący grill z wymiennikiem ciepła z tyłu sygnalizuje pomyślne odprowadzenie ciepła z Twoich produktów.
Pompy ciepła są często określane jako odwrócone lodówki. Ta analogia nie jest do końca trafna. Fizyczne zasady działania lodówki i pompy ciepła są identyczne, różnią się jedynie konstrukcją i przeznaczeniem: lodówka pobiera ciepło z zamkniętej objętości, „wyrzucając” je do otoczenia. Wręcz przeciwnie, pompa ciepła pobiera niskotemperaturowe ciepło z zewnątrz, z otwartego środowiska, oddając je ostatecznie do zamkniętej kubatury pomieszczenia.
Zasady działania silników cieplnych zostały potwierdzone już w pierwszej połowie XIX wieku, ale lodówki miały więcej szczęścia: potrzeba przechowywania żywności okazała się palącym problemem niż ogrzewanie domów, zwłaszcza że nie było problemów z paliwem w tamtych czasach do ogrzewania.
Po raz pierwszy zainteresowanie pompami ciepła pojawiło się w powojennej Europie, kiedy ruina i brak podstawowych artykułów pierwszej potrzeby wymusiły poszukiwanie niestandardowych sposobów ogrzewania domów. Jednak najpotężniejszym bodźcem do udoskonalenia pomp ciepła był kryzys energetyczny lat 70. Gwałtowny wzrost cen surowców energetycznych spowodował, że ekonomicznie opłacalne stało się wykorzystanie niskotemperaturowych nośników ciepła: wody w zbiornikach, ciepła geotermalnego, gorących ścieków z miast.
Do tego czasu branża opracowała i wyprodukowała niezawodne i przyjazne dla środowiska systemy do różnych zastosowań: od małej mocy dla pojedynczych domków po wydajne systemy grzewcze dla kompleksów budynków.
Obecnie na rynku dostępne są pompy ciepła pracujące z szeroką gamą mediów (powietrze, woda, gleba) ze zautomatyzowanymi systemami sterowania i zarządzania pompą. Ale najnowocześniejsza technologia nie da pożądanych rezultatów, jeśli popełni się błędy przy wyborze mocy pompy ciepła lub podczas instalacji systemu grzewczego.
W tym celu należy zorientować się w kilku kluczowych cechach warunkujących efektywną pracę pompy ciepła. Najważniejszym z nich jest „współczynnik ogrzewania”, tj. stosunek ilości wytworzonej energii cieplnej do zużytej energii elektrycznej. Dla nowoczesnych systemów waha się od 3,5 do 4.
I tutaj zaczynają się niuanse.Producent podaje tę wartość dla najkorzystniejszego trybu pracy pompy ciepła, tj. dla minimalnej różnicy temperatur między zewnętrznym czynnikiem grzewczym a obiegiem grzewczym. Na przykład przy temperaturze zewnętrznej 10 stopni Celsjusza (gleba na głębokości 150 m.) i temperaturze obwodu grzewczego 40 stopni (ciepła podłoga) współczynnik rzeczywiście wyniesie około 4. Ale już przy 60 stopniach to spada do 2, a przy 80 stopniach wynosi 1. V W takim przypadku łatwiej i taniej jest zastosować konwencjonalne grzejniki elektryczne lub bojlery.
Drugim głównym problemem jest obliczenie kolektora (obwodu odbioru ciepła) pompy ciepła.W zależności od składu gruntu pobór ciepła waha się od 10 W/m dla rur piaskowych do 35 W/m dla wilgotnych gleb gliniastych. Dzieje się tak w przypadku poziomego ustawienia kolektora. W przypadku zbiornika pionowego konieczna jest znajomość składu geologicznego warstw, ponieważ konieczne jest wywiercenie głębokiego (ponad 100 m) odwiertu lub systemu odwiertów o głębokości kilkudziesięciu metrów.
Stąd wniosek: po prostu nie da się obejść bez udziału wyspecjalizowanej organizacji lub firmy, która przeprowadzi badanie, wykona projekt i określi skład systemu grzewczego. Kolektor poziomy nie wymaga wiercenia, ale ułożenie setek metrów rur wymaga wykopania takiej samej liczby rowów o głębokości do 2,5 metra, dzięki czemu dobrze utrzymany teren będzie wyglądał jak miejsce wybuchu bomby po zakończeniu pracy.
Instalacja zbiornika pionowego wymagać będzie wiercenia na głębokość ponad 10 metrów, a to oprócz prac badawczych i projektowych wiąże się z uzyskaniem pozwoleń różnych organizacji.Dziś podglebie ziemi jest własnością państwa iw obliczu urzędników może stać się poważniejszą przeszkodą niż ceny sprzętu i prac związanych z wprowadzeniem pomp ciepła.
Na koniec szacunkowy koszt pompy ciepła wraz z eksploatacją. Do willi o powierzchni grzewczej 200 m2 potrzebna będzie pompa ciepła o wydajności około 18 kWh energii cieplnej. Kolektory będą miały około 400 metrów długości i optymistyczną wydajność odprowadzania ciepła na poziomie 50 W/m. Sprzęt o takiej pojemności czołowych niemieckich firm kosztuje w zależności od konfiguracji około 6000-7000 euro. Prace wiertnicze lub wykopaliskowe - w granicach 3000 euro. Dodaj projekt, atesty i uzyskaj sumę 10 000. To kryterium oceny, czy zwykłemu mieszkańcowi warto dziś zainstalować pompę ciepła i kiedy się to zwróci.
Dla organizacji i przedsiębiorstw, które budują nowe lokale, możliwe jest teraz zapewnienie ogrzewania za pomocą pomp ciepła. Takie koszty, na tle ciągłego wzrostu taryf energii, mogą się zwrócić w ciągu 3-5 lat. Ale dla ludności, dla której państwo ustanowiło preferencyjne taryfy lub dotacje do kosztów energii, korzystanie z pomp ciepła przez długi czas będzie nieopłacalne.