FreeForum
Forum rozwoju efektywnej energii

 

Moc z ziemi

Gruntowe pompy ciepła to urządzenia, które potrafią wydobywać energię geotermalną z ziemi w niskich temperaturach, a następnie przesyłać ją do wnętrza budynku – już w wyższej temperaturze – gdzie służy ona do ogrzewania pomieszczeń. W lecie gruntowe pompy ciepła mogą odwrócić ten proces i schładzać pomieszczenia w budynku, „wyciągając” z niego nadmiar ciepła i przesyłając w głąb ziemi.

Pompy ciepła stanowią niezwykle wydajną technologię, dostarczającą ciepło do budynków z wykorzystaniem energii elektrycznej. Mogą przyczyniać się do oszczędności znacznych ilości paliwa oraz redukcji emisji gazów cieplarnianych, w porównaniu z tradycyjnymi systemami grzewczymi. Mimo że pompy ciepła wymagają zasilania elektrycznego, większość ciepła dostarczanego do budynku stanowi energia odnawialna, pozyskiwana z powietrza w bezpośrednim otoczeniu budynku.

Gruntowe pompy ciepła to technologia rozwinięta komercyjnie, a dzięki stabilnym temperaturom utrzymującym się pod powierzchnią ziemi, może być stosowana niemal we wszystkich strefach klimatycznych na Ziemi. Gruntowe pompy ciepła są szczególnie atrakcyjnym rozwiązaniem w przypadku obszarów wiejskich, które nie są podłączone do sieci gazowych, mają za to dostęp do elektryczności. Na wsi domy są przeważnie większe i mają większe potrzeby grzewcze (oraz te wiążące się z obniżaniem temperatury). Tutaj z pomocą przychodzą właśnie pompy ciepła. Ponadto, energia elektryczna, która zasila pompy grzewcze może pochodzić z lokalnych źródeł odnawialnych (np. kolektorów słonecznych).

Koszty inwestycji w pompy grzewcze są na ogół wyższe niż w przypadku tradycyjnych kotłów . Jednakże, w zależności od zapotrzebowania energetycznego budynku, oszczędność na paliwie może spowodować, że inwestycja zwróci się w rozsądnym czasie. Raz zainstalowane pompy grzewcze wymagają niewielkich zabiegów serwisowych, a więc całościowe koszty takiej operacji są zazwyczaj bardzo niskie.

Podstawowe informacje

Co to jest? 

Gruntowa pompa ciepła korzysta z systemu podziemnych rur, za pomocą których wydobywa ciepło z ziemi (lub wód gruntowych), a następnie wykorzystuje je jako źródło energii do ogrzewania powierzchni wewnątrz budynku. Temperatura w ziemi pozostaje relatywnie stała przez cały rok, a zatem taki system może produkować wystarczającą ilość ciepła nawet w zimie. W lecie zaś pompa gruntowa może także schłodzić budynek, używając ziemi jako zbiornika na nadwyżkę ciepła.

Jakie są korzyści?

Niska zawartość węgla: W zależności od wcześniej stosowanego rozwiązania, pompy ciepła mogą znacząco zredukować emisję gazów cieplarnianych, w porównaniu z innymi paliwami kopalnymi.

Wydajność: Pompy ciepła to skuteczne systemy do produkcji ciepła z wykorzystaniem energii elektrycznej. Powszechne są oszczędności na poziomie 20-50%.

Oszczędność kosztów: Gruntowe pompy ciepła mogą znacząco obniżyć rachunki, zwłaszcza w porównaniu z tradycyjnym ogrzewaniem elektrycznym.

Jak to działa?   

Rury w obiegu zamkniętym są zakopane w ziemi. W zimie pod powierzchnią ziemi panuje znacznie wyższa temperatura niż na zewnątrz. W obiegu krąży woda, która następnie trafia do pompy cieplnej. Pompa „wyciąga” ciepło z wody i dostarcza je do systemu ogrzewania w domu.

Na rynku dostępne są także instalacje gruntowych pomp ciepła w obiegu otwartym. W takim obiegu wykorzystywana jest woda ze zbiornika wód podziemnych (studni lub bezpośrednio z wód gruntowych), która następnie jest przez te same pompy wtłaczana z powrotem do zbiornika.

Przydatność/zastosowanie    

Gruntowe pompy ciepła są szczególnie przydatne na obszarach wiejskich, gdzie domy są zwykle większe i mają większe zapotrzebowanie na ogrzewanie (i schładzanie) pomieszczeń. W takich warunkach najlepiej sprawdzają się pompy ciepła. Ponadto, napędzane energią elektryczną pompy ciepła znajdują zastosowanie w miejscach niepodłączonych do głównych sieci gazowych i mogą być zaopatrywane w energię elektryczną wytwarzaną na miejscu ze źródeł odnawialnych (np. kolektorów słonecznych).

Dzięki stałej temperaturze wewnątrz ziemi gruntowe pompy ciepła są stosowane w większości stref klimatycznych na Ziemi.

Teren wokół budynku musi być odpowiednio przygotowany do wykopania rowów, w których zostaną umieszczone rury połączone z pompą. Ilość dostępnego miejsca musi być na tyle duża, aby rury zostały zainstalowane w układzie poziomym. Rowy mają zazwyczaj głębokość kilku metrów. Jeśli nie ma wystarczającej ilości miejsca, dobrym rozwiązaniem może być układ pionowy, jest on jednak droższy. To sprawia, że najbardziej odpowiednim terenem dla systemu gruntowych pomp ciepła są obszary wiejskie, gdzie znajduje się wystarczająco dużo miejsca na wykopanie rowów.

System gruntowej pompy ciepła zazwyczaj nie zapewnia wystarczająco ciepłej wody w kranie. Gorąca woda z kranu często powinna mieć temperaturę przekraczającą 60 stopni, podczas gdy w domowych systemach ogrzewania z gruntową pompą ciepła możliwe jest osiągnięcie maksymalnej temperatury 50-55 stopni. Można jednak opracować strategię podgrzewania wody, w której woda trafia ona do domu wstępnie podgrzana przez pompę ciepła, po czym zostaje podgrzana do wyższej temperatury przez dodatkowe źródło ogrzewania (np. w postaci niewielkiego kotła kondensacyjnego).

Ponieważ gruntowe pompy ciepła pracują najbardziej wydajnie, wytwarzając ciepło w temperaturze niższej od tradycyjnych kotłów (<55 °C), kluczową kwestią jest właściwe ocieplenie budynku. Tego typu systemy działają również lepiej w przypadku ogrzewania podłogowego lub ogrzewania z nadmuchem ciepłego powietrza, niż w instalacjach z grzejnikami, z powodu niższych niż wymagane temperatur wody.

Gruntowe pompy ciepła wymagają zasilania elektrycznego. Jednak większość ciepła dostarczanego przez nie do budynku stanowi energia odnawialna (geotermalna), wydobywana z ziemi w bezpośrednim otoczeniu. Elektryczność może pochodzić z sieci lub być wytwarzana na miejscu za pomocą źródeł energii odnawialnej, takich jak wiatr czy słońce.

Pompy ciepła są wyposażone w agregat ze sprężarką (podobny do tego stosowanego w lodówkach). Takie urządzenie emituje hałas, który może okazać się zbyt uciążliwy, jeśli pompa ciepła znajduje się zbyt blisko sypialni. Dlatego ważna jest jej odpowiednia lokalizacja.

 

Szczegółowe informacje

Koszty, oszczędności, zyski    

Koszty, oszczędności i zyski związane z instalacją gruntowych pomp ciepła zależą od kilku czynników:

  • Zainstalowanego systemu dystrybucji ciepła (w celu zwiększenia wydajności zaleca się stosowanie ogrzewania niskotemperaturowego podłogowego lub ściennego, albo grzejników niskotemperaturowych).
  • Poprawy wydajności energetycznej budynku (jeśli zajdzie taka konieczność).
  • Klimatu, kraju lub regionu (niektóre państwa oferują wsparcie finansowe dla instalacji pomp ciepła).
  • Bieżących kosztów paliwa: Oszczędności finansowe zależą tutaj od kosztów paliwa, które zastępujemy. Jeżeli gruntowa pompa ciepła pracuje w miejsce tradycyjnego systemu ogrzewania elektrycznego, oszczędności finansowe mogą być znaczne. Pompy ciepła sprawdzają się zwłaszcza na terenach wiejskich niepodłączonych do sieci gazowej i/lub w miejscach, gdzie paliwa służące do ogrzewania są drogie).

W wielu krajach europejskich dostępne są dodatkowe bodźce finansowe w postaci wsparcia produkcji lub grantów inwestycyjnych. Przewiduje się, że koszty instalacji i eksploatacji gruntowych pomp ciepła będą spadać, dzięki zwiększonemu doświadczeniu oraz ekonomii skali.

Wpływ na środowisko naturalne

Prawidłowo zaprojektowany i zainstalowany system działający w oparciu o gruntową pompę ciepła może w znaczący sposób obniżyć emisję gazów cieplarnianych na potrzeby ogrzewania i schładzania. Wpływ takiego systemu na środowisko naturalne zależy od źródła energii wykorzystywanej do wytworzenia energii elektrycznej. Warto jednak pamiętać, że ciepło wydobywane z ziemi (lub wody) jest stale odnawialne w naturalny sposób.

Wydajność

W dyskusji na temat wydajności energetycznej pomp ciepła, zamiast słowa „wydajność” używa się terminu „współczynnik efektywności” (COP). COP opisuje stosunek ciepła użytkowego, które system jest w stanie „wpompować”, na każdą jednostkę energii elektrycznej. W przypadku typowej gruntowej pompy ciepła wskaźnik ten wynosi od 2,5 do 5. Gruntowe pompy ciepła mają zazwyczaj większą skuteczność od swoich powietrznych odpowiedników, które stanowią dla nich alternatywę. Dzieje się tak dlatego, ponieważ pompy gruntowe pobierają ciepło z ziemi, gdzie przez cały rok panuje relatywnie stała temperatura, podczas gdy temperatura powietrza na zewnątrz ulega znacznie większym wahaniom.

Wykorzystanie komercyjne

Gruntowe pompy ciepła są sprawdzoną i powszechnie dostępną na rynku komercyjnym technologią. Trwające prace techniczne nad usprawnieniem ich wydajności mają na celu dalsze obniżenie kosztów operacyjnych oraz zwiększenie współczynnika efektywności. Instalatorzy nie zawsze są świadomi potencjału tej technologii. Ważne jest, aby instalacji gruntowej pompy ciepła dokonywał certyfikowany fachowiec z odpowiednim doświadczeniem.

Utrzymanie i serwisowanie 

NISKIE: Po zainstalowaniu gruntowe pompy ciepła wymagają bardzo ograniczonych czynności serwisowych. Większość dostawców oferuje pięcioletnią lub dłuższą gwarancję na montaż. Do instalacji często dołączona jest także umowa serwisowa.

Szczegóły techniczne

Pompa ciepła działa jak odwrócona lodówka. W pompie ciepło pochodzące z wody krążącej w rurach pod ziemią jest absorbowane w niskich temperaturach poprzez odparowywanie płynu chłodniczego. Następnie ten płyn chłodniczy ulega skompresowaniu i wymuszonej kondensacji, dzięki czemu oddaje z powrotem ciepło absorbowane z podziemnych rur wypełnionych wodą. Uzyskane w ten sposób ciepło może być później użyte do ogrzania budynku. Schłodzona woda wraca tym samym obiegiem do ziemi, gdzie znów absorbuje energię i cały proces powtarza się od początku, tak długo jak konieczne jest ciepło do ogrzewania. Pompy cyrkulacyjne i kompresory, niezbędne do napędzenia całego cyklu są zazwyczaj zasilane energią elektryczną. Proces ten został przedstawiony na rysunku poniżej.

Gruntowa pompa ciepła do użytku domowego wymaga zazwyczaj zasilania elektrycznego o mocy od 1,5 do 8 kW. W niektórych przypadkach może być konieczne zasilanie trójfazowe.

Zgodnie z regułą kciuka, wymagana ilość miejsca do instalacji zewnętrznego systemu rur gruntowych odpowiada mniej więcej 1-3 powierzchni budynku, który ma on ogrzewać (w zależności od poziomu ocieplenia budynku).

Różnice regionalne

W krajach Europy Północnej pompy ciepła są stosowane głównie do ogrzewania budynków. Ponieważ zachodzący w nich proces da się odwrócić, w klimacie południowym stosuje się je do schładzania pomieszczeń – „wyciągania” z nich ciepła i wtłaczania go z powrotem do ziemi.

Organizacje handlowe

European Heat Pump Association (Europejskie Stowarzyszenia Pomp Ciepła) www.ehpa.org

Association of the European Heating Industry (Europejskie Stowarzyszenie Przemysłu Grzewczego) www.ehi.eu